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Ein
Speicherchip weist allgemein eine Mehrzahl von Speicherelementen
auf, die auf einen Siliziumwafer aufgebracht und über ein
Array von Spaltenleitungsanschlussleitungen (Bitleitungen) und Zeilenleitungsanschlussleitungen
(Wortleitungen) adressierbar sind. Üblicherweise befindet sich
ein Speicherelement an dem Schnittpunkt einer Bitleitung und einer
Wortleitung. Die Speicherelemente werden durch spezialisierte Schaltungen
gesteuert, die Funktionen durchführen,
wie z. B. ein Identifizieren von Zeilen und Spalten, von denen Daten
gelesen oder an die Daten geschrieben werden. Üblicherweise speichert jedes
Speicherelement Daten in der Form einer „1" oder einer „0", was ein Bit Daten darstellt.
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Ein
Array von Magnetspeicherelementen kann als ein Magnetdirektzugriffsspeicher
oder MRAM bezeichnet werden. Ein MRAM ist allgemein ein nichtflüchtiger
Speicher (d. h. ein Festkörperchip, der
Daten behält,
wenn eine Leistung abgeschaltet wird). 1 stellt ein exemplarisches Magnetspeicherelement 100 eines
MRAM in der verwandten Technik dar. Das Magnetspeicherelement 100 umfasst
eine Datenschicht 110 und eine Referenzschicht 130,
die voneinander durch zumindest eine Zwischenschicht 120 getrennt
sind. Die Datenschicht 110 könnte auch als eine Bitschicht,
eine Speicherschicht oder eine Leseschicht bezeichnet werden. In einem
Magnetspeicherelement könnte
ein Bit Daten (z. B. eine „1" oder „0") durch ein „Schreiben" in die Datenschicht 110 über eine
oder mehrere leitende Anschlussleitungen (z. B. eine Bitleitung
und eine Wortleitung) gespeichert werden. Eine typische Datenschicht 110 könnte aus
einem oder mehreren ferromagnetischen Materialien hergestellt sein.
Die Schreiboperation wird üblicherweise über Schreibströme erzielt,
die zwei externe Magnetfelder erzeugen, die, wenn diese kombiniert
werden, die Ausrichtung des Magnetmoments in der Datenschicht auf eine
vorbestimmte Richtung setzen.
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Sobald
das gespeicherte Bit Daten geschrieben wurde, kann es durch ein
Bereitstellen eines Lesestroms durch eine oder mehrere leitende
Anschlussleitungen (z. B. eine Leseleitung) an das Magnetspeicherelement
gelesen werden. Für
jedes Speicherelement sind die Ausrichtungen der Magnetmomente der
Datenschicht 110 und der Referenzschicht 130 entweder
parallel (in der gleichen Richtung) oder antiparallel (in unterschiedlichen
Richtungen) zueinander. Der Grad an Parallelität beeinflusst den Widerstandswert
des Elements und dieser Widerstandswert kann durch ein Lesen (z.
B. über
einen Leseverstärker)
eines Ausgangsstroms oder einer -spannung, der/die durch das Speicherelement
ansprechend auf den Lesestrom erzeugt wird, bestimmt werden.
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Insbesondere
weist, wenn die Magnetmomente parallel sind, der basierend auf dem
Ausgangsstrom bestimmte Widerstandswert einen ersten relativen Wert
(z. B. relativ niedrig) auf. Wenn die Magnetmomente antiparallel
sind, weist der bestimmte Widerstandswert einen zweiten relativen Wert
auf (z. B. relativ hoch). Die relativen Werte der beiden Zustände (d.
h. parallel und antiparallel) sind üblicherweise ausreichend verschieden,
um unterschiedlich erfasst zu werden. Eine „1" oder eine „0" könnte
den jeweiligen relativen Widerstandswerten abhängig von einer Entwurfsspezifizierung
zugewiesen sein.
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Die
Zwischenschicht 120, die auch als eine Abstandshalterschicht
bezeichnet werden könnte, könnte ein
isolierendes Material (z. B. Dielektrikum), ein nichtmagnetisches
leitfähiges
Material und/oder andere bekannte Materialien aufweisen.
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Die
oben beschriebenen Schichten und ihre jeweiligen Charakteristika
sind typisch für
Magnetspeicherelemente basierend auf Tunnelungsmagnetowiderstands-
(TMR-) Effekten, die in der Technik bekannt sind. Andere Kombinationen
von Schichten und Charakteristika könnten ebenso zur Herstellung von
Magnetspeicherelementen basierend auf TMR-Effekten eingesetzt werden.
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Wiederum
andere Konfigurationen von Magnetspeicherelementen basieren auf
anderen bekannten physischen Effekten (z. B. Riesenmagnetowiderstands-
(GMR-), Anisotrop-Magnetowiderstands- (AMR-), Kollosal-Magnetowiderstands-
(CMR-) und/oder anderen physischen Effekten).
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In
der gesamten Anmeldung werden verschiedene exemplarische Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf die TMR-Speicherelemente beschrieben, wie erstmals
oben beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet werden ohne Weiteres
erkennen, dass die exemplarischen Ausführungsbeispiele gemäß den Anforderungen
einer bestimmten Implementierung auch mit anderen Typen von Magnetspeicherelementen
implementiert sein könnten,
die in der Technik bekannt sind (z. B. anderen Typen von TMR-Speicherelementen,
GMR-Speicherelementen, AMR-Speicherelementen, CMR-Speicherelementen, usw.).
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Die
verschiedenen leitenden Anschlussleitungen (z. B. Bitleitungen,
Wortleitungen und Leseleitungen), die zur Auswahl der Speicherelemente
in einem MRAM verwendet werden, sowie zum Lesen von Daten von oder
Schreiben von Daten an die Speicherelemente, sind durch eine oder
mehrere zusätzliche
Schichten, die leitfähige
Schicht(en) genannt werden, vorgesehen. 2 stellt ein exemplarisches Speicherarray 200 dar,
das Magnetspeicherelemente 100a–100d umfasst, die
durch Bitleitungen 210a–210b, Wortleitungen 220a–220b und
Leseleitungen (nicht gezeigt) während
Lese- oder Schreiboperationen
auswählbar
sind. Die Magnetspeicherelemente 100a–100d sind allgemein
an den Kreuzungs punkten der Bitleitungen 210a–210b und
Wortleitungen 220a–220b angeordnet.
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Die
Leseleitungen könnten
auf oder unterhalb der Bitleitungen 210a–210b oder
der Wortleitungen 220a–220b (und
von denselben isoliert) oder in einer anderen geeigneten Konfiguration
gemäß einer bestimmten
Implementierung angeordnet sein.
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Herkömmliche
Magnetspeicherelemente, wie oben beschrieben, könnten beschrieben werden, wenn
Ströme
in der Bitleitung und der Wortleitung, die sich an einem ausgewählten Speicherelement schneiden,
ausreichende kombinierte Magnetfelder erzeugen, um die Magnetausrichtung
der Datenschicht des ausgewählten
Speicherelements umzuschalten. Es ist bekannt, dass, wenn ein Magnetspeicherelement
erwärmt
wird (z. B. auf eine Temperatur, die höher als Raumtemperatur ist),
die Magnetausrichtung der Datenschicht leichter umgeschaltet werden
kann (z. B. durch ein kleineres kombiniertes Magnetfeld). So ist
oft ein thermisch gestütztes
Umschalten von Magnetausrichtungen in Speicherelementen ein wünschenswertes
Merkmal.
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Eine
thermische Unterstützung
wird typischerweise durch zusätzliche
Heizerstrukturen bereitgestellt, die die Speicherelemente berühren oder nahe
an denselben sind. Diese Heizerstrukturen sind üblicherweise zu dem einzigen
Zweck eines Erwärmens
ihres benachbarten Speicherelements gebildet. Ein Bilden zusätzlicher
Heizerstrukturen jedoch bewirkt zusätzliche Herstellungskosten.
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So
besteht ein Markt für
ein alternatives Verfahren zum Erwärmen von Speicherelementen,
ohne notwendigerweise zusätzliche
Heizerstrukturen zu bilden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetdirektzugriffsspeicher,
ein Verfahren zum Schreiben von Daten in ein thermisch gestütztes Magnetspeicherelement, ein
Verfahren zum Herstellen einer thermisch gestützten Magnetspeicherstruktur,
ein nichtflüchtiges
Speicherarray oder eine Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Speicher gemäß Anspruch 1, ein Verfahren
gemäß Anspruch 7
oder 12, ein Speicherarray gemäß Anspruch
18 oder eine Vorrichtung gemäß Anspruch
19 gelöst.
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Ein
exemplarischer Magnetdirektzugriffsspeicher weist eine Mehrzahl
von Hartmasken, eine Mehrzahl von Magnetspeicherelementen, die jeweils unter
Verwendung einer entsprechenden der Hartmasken gebildet wurden,
und zumindest einen Leiter nahe den Hartmasken auf. Der Leiter ist
in der Lage, einen Strom zur Erzeugung elektromagnetischer Hochfrequenzfelder
zu tragen, die durch die Hartmasken absorbierbar sind, um die Hartmasken
zu erwärmen,
um die Temperatur eines oder mehrerer der Magnetspeicherelemente
zu erhöhen,
um ein Umschalten einer Magnetausrichtung derselben thermisch zu
unterstützen.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
und Implementierungen sind unten ebenso beschrieben.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
exemplarisches Magnetspeicherelement in der verwandten Technik;
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2 ein
exemplarisches Speicherarray mit einer Mehrzahl von Magnetspeicherelementen
in der verwandten Technik;
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3A eine
exemplarische Koerzivität
bei Raumtemperatur
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und 3B bzw.
eine exemplarische Koerzivität
bei einer erhöhten
Temperatur zum Umschalten der Magnetausrichtung eines Magnetspeicherelements;
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4 eine
exemplarische Querschnittsansicht einer Magnetspeicherstruktur mit
einer Hartmaske, die verwendet wurde, um ein Magnetelement während eines
Herstellungsverfahrens zu bilden, und die nachfolgend verwendet
werden kann, um das Speicherelement zu erwärmen;
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5 ein
exemplarisches Verfahren zum Bilden der Magnetspeicherstruktur aus 4;
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6A bis 6I exemplarische
Magnetspeicherstrukturen, die gemäß dem exemplarischen Verfahren
aus 5 hergestellt werden; und
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7 eine
exemplarische Draufsicht eines Arrays von Magnetspeicherstrukturen,
die zusätzliche
Leiter nahe einem Array von Magnetspeicherelementen aufweisen.
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I. Übersicht
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Abschnitt
II beschreibt exemplarische Wirkungen von Wärme auf die Koerzivität eines
Magnetspeicherelements.
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Abschnitt
III beschreibt eine exemplarische Magnetspeicherstruktur, die keine
separate Heizerstruktur benötigt.
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Abschnitt
IV beschreibt ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der im
Abschnitt III beschriebenen Magnetspeicherstrukturen.
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Abschnitt
V beschreibt eine exemplarische Draufsicht der im Abschnitt III
beschriebenen mehreren Magnetspeicherstrukturen.
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Abschnitt
VI beschreibt exemplarische Anwendungen der im Abschnitt III beschriebenen
exemplarischen Magnetspeicherstrukturen.
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II. Exemplarische Wirkungen
von Wärme
auf die Koerzivität
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In
vielen herkömmlichen
MRAMs wird eine „1" oder eine „0" in ein Speicherelement
geschrieben, indem die Magnetausrichtung der Datenschicht in dem
Speicherelement umgeschaltet wird. Die Magnetausrichtung wird üblicherweise
durch (die Vektorsumme von) Magnetfelder(n) umgeschaltet, die aus Schreibströmen (Ix, Iy) resultieren,
die in zwei orthogonalen Schreibleitern (d. h. einer Bitleitung
und einer Wortleitung), einem oberhalb und einem unterhalb des Speicherelements,
fließen.
Das ausgewählte
Speicherelement erfährt
ein Bitleitungsfeld und ein Wortleitungsfeld, während andere Speicherelemente in
der ausgewählten
Zeile und Spalte nur eines des Bitleitungsfelds und des Wortleitungsfelds
erfahren.
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In
einem thermisch gestützten
MRAM wird ein ausgewähltes
Speicherelement kurz vor oder während
einer Schreiboperation erwärmt.
Als ein Ergebnis der erhöhten
Wärme wird
die Koerzivität
(d. h. die Leichtigkeit eines Umschaltens der Magnetausrichtung
des Speicherelements) des erwärmten
Speicherelements reduziert und kleinere Umschalt-Magnetfelder sind
zum Beschreiben dieses Speicherelements nötig.
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3A stellt
einen exemplarischen Graphen einer Koerzivität (Hc) bei Raumtemperatur dar
und 3B stellt einen exemplarischen Graphen einer Koerzivität (Hc) bei
einer erhöhten
Temperatur (z. B. 50°C über Raumtemperatur)
dar. Bei der erhöhten Temperatur
schaltet die Magnetausrichtung der Datenschicht eines Magnetspeicherelements
bei einem niedrigeren kombinierten Magnetfeld um. Deshalb ermöglicht ein
Erwärmen
eines Magnetspeicherelements ein Reduzieren der Größen eines
oder beider der Schreibströme
(Ix, Iy). Selbst
wenn jedoch die Größen eines
oder mehrerer Schreibströme
nicht reduziert werden, schaltet ein erwärmtes Magnetspeicherelement
bei Vorliegen eines kombinierten Magnetfelds zuverlässiger um
als ein nicht erwärmtes Magnetspeicherelement.
So können
der Grad eines Erwärmens
eines ausgewählten
Magnetelementspeicherelements und die Schreibströme, die an das Speicherelement
angelegt werden, abhängig
von einer erwünschten
Umschaltzuverlässigkeit
eingestellt werden (z. B. abgewogen werden).
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III. Eine exemplarische
Magnetspeicherstruktur, die nicht notwendigerweise eine separate
Heizstruktur benötigt
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4 stellt
eine exemplarische Magnetspeicherstruktur 400 dar, die
eine Hartmaske umfasst, die sowohl als eine Maske zum Strukturieren
und Bilden des Magnetspeicherelements während einer Vorrichtungsherstellung
als auch nachfolgend als ein Heizer zum Erwärmen des Magnetspeicherelements
wirken kann. So ist keine separate Heizerstruktur zur Bereitstellung
einer thermischen Unterstützung
für das
Magnetspeicherelement 100, z. B. während einer Schreiboperation,
nötig.
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Die
Speicherstruktur 400 umfasst ein Magnetspeicherelement 100 (das
eine Datenschicht 110, eine Abstandshalterschicht 120 und
eine Referenzschicht 130 umfasst), eine Hartmaske 410 oberhalb des
Magnetspeicherelements 100, einen ersten Schreibleiter 210 (z.
B. eine Bitleitung) und einen zweiten Schreibleiter 220 (z.
B. eine Wortleitung), ein Paar zusätzlicher Leiter 430a–430b und
ein isolierendes Material (z. B. Dielektrikum) 420 zum
Isolieren des ersten Schreibleiters 210 von den zusätzlichen Leitern 430a–430b.
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Die
Hartmaske 410 wird verwendet, um das Speicherelement 100 während der
Vorrichtungsherstellung zu strukturieren (z. B. unter Verwendung
eines in der Technik bekannten Photolithographieverfahrens), und
wird nach dem Strukturierungsvorgang nicht entfernt. Durch die Hartmasken 410 strukturierte
Magnetspeicherelemente 100 könnten eine konsistentere Form
aufweisen als Elemente, die durch organische Masken strukturiert
werden.
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Allgemein
ist es relativ schwieriger, eine Hartmaske wegzuätzen als ein organisches Photoresist.
Exemplarische Hartmaskenmaterialien könnten amorphes C, TaN, SiC,
SiNx und SiOx umfassen. In der Speicherstruktur 400 weist
die Hartmaske 410 eines oder mehrere Materialien auf, die
in der Lage sind, Energie von elektromagnetischen Hochfrequenzfeldern
zu absorbieren, wie z. B. kohlenstoffartigen Diamant. Diamantartiger
Kohlenstoff ist thermisch, elektrisch und strukturmäßig stabil,
selbst bei Temperaturen von ganzen 400°C.
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Bei
einer exemplarischen Implementierung sind die lateralen Abmessungen
der Hartmaske 410 im Wesentlichen die gleichen wie bei
dem Magnetspeicherelement. Die Dicke der Hartmaske 410 hängt von
der Ätzrate
oder anderen Betrachtungen (z. B. dem verwendeten Material) ab.
Eine diamantartige Kohlenstoffhartmaske kann sehr dünn sein,
z. B. in der Größenordnung
von 10–100
nm.
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Die
Hartmaske 410 könnte
elektrisch leitfähig
sein. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Hartmaske
einen Widerstandswert zwischen etwa 0,5 % und 50 % des Widerstandswerts
relativ zu dem Widerstandswert des Speicherelements 100 aufweisen.
Bei einer exemplarischen Implementierung kann die Hartmaske 410 auch
als ein lineares resistives Element wirken. Der spezifische Widerstand
der Hartmaske 410 kann um Größenordnungen abhängig von
Aufbringungsbedingungen variieren. Der spezifische Widerstand des diamantartigen
Kohlenstoffs z. B. kann mit dem Grad einer Stickstoff- (N-) Dotierung
während
einer Aufbringung der Hartmaske 410 variieren. Ein durch
die Hartmaske 410 bereitgestellter Widerstandswert kann
nützlich
sein, um zu verhindern, dass ein einzelnes kurzgeschlossenes Magnetspeicherelement
einen spaltenbreiten (oder zeilenbreiten) Fehler bewirkt. Diese
und andere Vorteile bezüglich
der Implementierung einer Hartmaske 410 als einem zusätzlichen
resistiven Element sind detaillierter in dem U.S.-Patent Nr. 6,633,497
von Nickel, das der gleichen Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung
zugewiesen ist, beschrieben, wobei dieses Patent hierin zu allen
Zwecken durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Bei
einer exemplarischen Implementierung könnte, wenn die Hartmaske 410 elektrisch
leitfähig ist,
eine isolierende Schicht (nicht gezeigt) zwischen der Hartmaske 410 und
dem zweiten Leiter 220 gebildet sein.
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Die
Hartmaske 410 könnte
die Datenschicht 110 kontaktieren (muss jedoch nicht) (z.
B. könnten andere
Schichten zwischen der Hartmaske 410 und der Datenschicht 110 sein),
solange die Hartmaske 410 ausreichend nahe angeordnet ist,
um die Datenschicht 110 des Magnetspeicherelements 100 z.
B. unmittelbar vor oder während
einer Schreiboperation zu erwärmen.
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Bei
einer exemplarischen Implementierung weisen die zusätzlichen
Leiter 430a–430b eines
oder mehrere leitfähige
Materialien auf, wie z. B. Cu, Al, AlCu, Ta, W, Au, Ag, Legierungen
eines oder mehrerer der obigen und/oder eines oder mehrere weitere leitfähige Materialien
und Legierungen.
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Die
physischen Konfigurationen der zusätzlichen Leiter 430a–430b,
die in 4 dargestellt sind, sind lediglich beispielhaft.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird ohne Weiteres erkennen, dass die
zusätzlichen
Leiter 430a–430b in der
Nähe von
(z. B. in der Umgebung von, nahe bei, usw.) der Hartmaske 410 implementiert
sein können,
so dass die elektromagnetischen Hochfrequenzfelder, die von den
Leitern ausgehen, wirksam durch die Hartmaske 410 absorbiert
werden können,
um die Hartmaske 410 auf eine erwünschte Temperatur zu erwärmen.
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Speicherstrukturen
mit zusätzlichen
Schichten sind ebenso in der Technik bekannt und könnten in
verschiedenen Ausführungsbeispielen,
die hierin beschrieben werden, gemäß einer bestimmten Entwurfsauswahl
implementiert werden. Eine weitere Magnetspeicherstruktur z. B.
könnte
auch eine Keimschicht, eine antiferromagnetische (AFM-) Schicht, eine
Schutzabdeckungsschicht und/oder andere Schichten umfassen. Die
Keimsicht verbessert eine Kristallinausrichtung innerhalb der AFM-Schicht.
Exemplarische Materialien für
eine Keimschicht umfassen Ta, Ru, NiFe, Cu oder Kombinationen dieser
Materialien. Die AFM-Schicht verbessert eine magnetische Stabilität in der
Referenzschicht 130. Exemplarische Materialien für eine AFM-Schicht
umfassen IrMn, FeMn, NiMn, PtMn und/oder andere gut bekannte Materialien.
Die Schutzabdeckschicht schützt die
Datenschicht 110 vor der Umgebung (z. B. durch Reduzieren
einer Oxidation der Datenschicht 110) und könnte unter
Verwendung eines geeigneten in der Technik bekannten Materials gebildet
sein. Exemplarische Materialien für eine Schutzabdeckschicht
umfassen Ta, TaN, Cr, Al, Ti DLC und/oder wiederum andere Materialien.
Zur Erleichterung einer Erklärung
sind diese zusätzlichen
Schichten in den Figuren nicht gezeigt.
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Die
Schreibleiter 210 und 220 könnten aus Cu, Al, AlCu, Ta,
W, Au, Ag, Legierungen eines oder mehrerer der obigen und/oder einem
oder mehreren weiteren leitfähigen
Materialien und Legierungen hergestellt sein. Die Schreibleiter 210 und 220 könnten durch
Aufbringung oder andere Techniken, die in der Technik bekannt sind
(z. B. Zerstäubung,
Verdampfung, Elektroplattieren, usw.), gebildet sein. Die Schreibleiter 210–220,
die in 4 dargestellt sind, sind lediglich beispielhaft.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass andere Konfigurationen
auch gemäß einer
bestimmten Entwurfsauswahl implementiert werden können. Einer
oder mehrere Schreibleiter 210 und 220 z. B. könnten zumindest teilweise
durch ein ferromagnetisches Umhüllungsmaterial
umhüllt
sein oder thermisch von dem Speicherelement 100 durch ein
isolierendes Material (z. B. Dielektrikum, Luft, ein Vakuum, usw.)
isoliert sein, usw. Wenn eine Umhüllung implementiert ist, könnte die
Umhüllung
eines oder mehrere Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit (z. B. amorphe metallische,
dotierte Halbleiter- und/oder
andere Materialien oder Legierungen) und/oder ferromagnetischen Eigenschaften
aufweisen. Wenn eine Umhüllung
implementiert ist, könnte
z. B. in dem ersten Schreibleiter 210 das Speicherelement 100 einen
elektrischen Kontakt zu einem Abschnitt der Umhüllung anstatt dem Schreibleiter 210 herstellen,
um eine Wärmeübertragung
durch den Schreibleiter 210 zu reduzieren.
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Die
Datenschicht 110 könnte
eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen. Bei einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
umfassen ferromagnetische Materialien, die geeignet für die Datenschicht 110 sind,
ohne Einschränkung
NiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe ferromagnetische Legierungen (z. B.
CoZrNb, CoFeB) und andere Materialien. Bei einer exemplarischen
Implementierung weist die Datenschicht 110 einen Ferromagneten (FM)
auf, der in Kontakt mit einem Antiferromagneten (AFM) steht. Durch
ein Koppeln einer FM-Schicht
mit einer AFM-Schicht könnte
eine erwünschte
Temperaturabhängigkeit
der Datenschichtkoerzivität
erhalten werden. Eine hohe Koerzivität z. B. könnte bei Raumtemperatur aufgrund
einer großen
FM-RFM-Austauschanisotropie erzielt werden. Eine hohe Raumtemperatur-Koerzivität könnte ein
unbeabsichtigtes Beschreiben nichtausgewählter Speicherelemente auf ausgewählten Zeilen
und/oder Spalten verhindern. Beispiele von AFM-Materialien umfassen
ohne Einschränkung
Iridium-Mangan (IrMn), Eisen-Mangan (FeMn), Nickel-Mangan (NiMn),
Nickel-Oxid (NiO), Platin-Mangan (PtMn) und/oder andere Materialien.
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Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist die Abstandshalterschicht 120 eine Tunnelbarriereschicht
(z. B. wenn das Speicherelement 100 ein TMR-Speicherelement
ist). Bei diesem Ausführungsbeispiel
könnte
die Abstandshalterschicht 120 aus SiO2,
SiNx, MgO, Al2O3, AlNx und/oder
anderen isolierenden Materialien hergestellt sein.
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Bei
einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abstandshalterschicht 120 eine nichtmagnetische
leitfähige
Schicht (z. B. wenn das Speicherelement 100 ein GMR-Speicherelement ist). Bei
diesem Ausführungsbeispiel
könnte
die Abstandshalterschicht 120 aus Cu, Au, Ag und/oder anderen
nichtmagnetischen leitfähigen
Materialien hergestellt sein.
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Die
Referenzschicht 130 könnte
eine einzelne Schicht eines Materials oder mehrere Schichten von
Materialien aufweisen. Die Referenzschicht 130 könnte z.
B. eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen. Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
umfassen ferromagnetische Materialien, die geeignet für die Referenzschicht 130 sind,
NiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe ferromagnetische Legierungen (z. B.
CoZrNb, CoFeB) und andere Materialien.
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Allgemein
könnte
eine Speicherstruktur in einer oben festgelegten bzw. gepinnten
Konfiguration hergestellt sein (bei der die Referenzschicht 130 auf der
Datenschicht 110 ist) oder einer unten festgelegten Konfiguration
(bei der die Referenzschicht 130 unterhalb der Datenschicht 110 ist).
Zur Erleichterung einer Erläuterung
stellt 4 eine exemplarische unten festgelegte Konfiguration
dar. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass andere Konfigurationen
(z. B. oben festgelegt) alternativ implementiert werden könnten. Bei
einer oben festgelegten Konfiguration z. B. kann die Hartmaske 410 stattdessen
benachbart zu der Referenzschicht 130 angeordnet sein.
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5 unten
beschreibt ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der Speicherstruktur 400.
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IV. Ein exemplarisches
Verfahren zur Herstellung der Magnetspeicherstruktur aus 4
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5 stellt
ein exemplarisches Verfahren zur Herstellung der Magnetspeicherstruktur 400 dar. Die 6A–6I stellen
exemplarische Magnetspeicherstrukturen dar, die gemäß den Verfahrensschritten
aus 5 hergestellt werden.
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Bei
Schritt 510 wird eine Schicht eines dielektrischen Materials
durch Aufbringung oder andere ähnliche
Techniken, die in der Technik bekannt sind, gebildet. Bei einer
exemplarischen Implementierung wird das gebildete dielektrische
Material durch einen Planarisierungsvorgang, wie z. B. eine chemisch-mechanische
Planarisierung (CMP), planarisiert. Eine exemplarische Schicht des
planarisierten dielektrischen Materials 610 ist in 6A dargestellt.
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Bei
Schritt 520 sind Gräben
in dem dielektrischen Material durch ein Trocken- oder Nassätzverfahren,
das in der Technik bekannt ist, gebildet. 6B stellt
die exemplarische Schicht dielektrischen Materials 610 mit
Gräben 620 dar.
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Bei
Schritt 530 wird eine Schicht leitfähigen Materials durch Aufbringung
oder andere ähnliche Techniken,
die in der Technik bekannt sind, gebildet. 6C stellt
eine exemplarische Schicht leitfähigen Materials 630 oberhalb
der Schicht dielektrischen Materials 610 dar.
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Bei
Schritt 540 wird ein anisotropes Ätzen durchgeführt, um
das leitfähige
Material differenziell zu ätzen.
Bei einer exemplarischen Implementierung entfernt das anisotrope Ätzen die
leitfähigen
Materialien auf der oberen und unteren Oberfläche, hinterlässt jedoch
die leitfähigen
Materialien an den Seitenwänden
der Gräben
im Wesentlichen intakt. Techniken zum Durchführen von anisotropen Ätzungen
sind in der Technik bekannt und müssen hierin nicht detailliert
beschrieben werden. 6D stellt exemplarische leitfähige Materialien 640 an
den Seitenwänden der
Gräben
dar.
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Bei
Schritt 550 wird eine weitere Schicht dielektrischen Materials
durch Aufbringung oder weitere ähnliche
Techniken, die in der Technik bekannt sind, gebildet. Bei einer
exemplarischen Implementierung wird das gebildete dielektrische
Material durch einen Planarisierungsvorgang, wie z. B. eine chemisch-mechanische
Planarisierung (CMP), planarisiert. 6E stellt
eine weitere Schicht planarisierten dielektrischen Materials 650 dar,
die auf den leitfähigen Materialien 640 und
der ersten Schicht dielektrischen Materials 610 gebildet
ist.
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Bei
Schritt 560 werden die ersten Leiter 210 gemäß in der
Technik bekannten Techniken gebildet. Bei einer exemplarischen Implementierung
sind die ersten Leiter durch eine dielektrische Schicht voneinander
isoliert. 6F stellt erste Leiter 210 dar,
die voneinander durch eine dielektrische Schicht 660 isoliert
sind.
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Bei
Schritt 570 werden Materialien zum Bilden der Magnetspeicherelemente
und eine Hartmaskenschicht durch in der Technik bekannte Aufbringungstechniken
gebildet. Bei einer exemplarischen Implementierung umfassen die
Magnetspeicherelemente eine Referenzschicht 130, eine Abstandshalterschicht 120 und
eine Datenschicht 110, die in der genannten Reihenfolge
(für eine
unten festgelegte Konfiguration) aufgebracht werden. 6G stellt
die Magnetspeicherelementschichten 110–130 oberhalb der
ersten Leiter 210 und eine Hartmaskenschicht 670 oberhalb
der Datenschicht 110 dar.
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Bei
Schritt 580 wird die Hartmaskenschicht 670 durch
in der Technik bekannte photolithographische Strukturierungstechniken
strukturiert, um Hartmasken zu bilden, die im Wesentlichen die gleichen Dimensionen
wie die (erwünschten)
Magnetspeicherelemente aufweisen, und die Hartmasken 410 werden
verwendet, um die Magnetspeicherelemente 100 zu bilden. 6H stellt
exemplarische Speicherelemente 100 dar, die durch ein Verwenden
der Hartmasken 410 als eine Maske strukturiert und gebildet werden.
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Bei
Schritt 590 werden die zweiten Leiter 220 oberhalb
der Hartmasken 410 unter Verwendung in der Technik bekannter
Techniken gebildet. Bei einer exemplarischen Implementierung wird
eine Schicht aus einem dielektrischen Material (nicht gezeigt) gebildet,
um die Magnetspeicherelemente voneinander zu trennen, dann geätzt (z.
B. über
CMP), um die Oberseite der Magnetspeicherelemente freizulegen, bevor
die zweiten Leiter 220 gebildet werden. 6I stellt
exemplarische Magnetspeicherstrukturen dar, die der Struktur 400 aus 4 ähneln. In 6I können die
leitfähigen
Materialien 640 mit einem Decodierer und einer Leistungsquelle
(in 7 gezeigt) gekoppelt sein, um zusätzliche
Leiter 430a–430b zu bilden.
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Zur
Erleichterung einer Erläuterung
ist in 6I nur die unten festgelegte
Konfiguration gezeigt. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird ohne weiteres
erkennen, dass die oben festgelegte Konfiguration alternativ unter
Verwendung der hierin offenbarten exemplarischen Verfahren gemäß einer
bestimmten Entwurfsanforderung implementiert werden könnte.
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V. Eine exemplarische
Draufsicht eines exemplarischen Arrays von Magnetspeicherstrukturen
-
7 stellt
eine exemplarische Draufsicht zusätzlicher Leiter 430a–430b,
die nahe einem Arrays von Magnetspeicherelementen 100a–100c gebildet
sind, dar. Zur Erleich terung einer Erläuterung sind verschiedene andere
Elemente in den Magnetspeicherstrukturen nicht gezeigt (z. B, die
Schreibleiter, Hartmasken, verschiedenen Schichten der Magnetspeicherelemente,
usw.).
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Die
zusätzlichen
Leiter 430a–430b sind
(an einem Ende) mit einem Decodierer 710 und einer Leistungsquelle 720 zum
Bereitstellen eines Stroms bei einer Hochfrequenz, die zum Erwärmen von
Hartmasken 410 (nicht gezeigt) nahe an den Magnetspeicherelementen 100a–100c verwendbar
ist, verbunden. Bei einer exemplarischen Implementierung sind für jede Zeile
(oder Spalte) von Magnetspeicherelementen die zusätzlichen
Leiter 430a–430b (an
einem anderen Ende) miteinander verbunden. So liefert, wenn ein
Magnetspeicherelement in einer Zeile ausgewählt ist (z. B. bei einer Schreiboperation),
der Decodierer 710, der mit der Leistungsquelle 720 gekoppelt
ist, einen ausreichenden Strom an die zusätzlichen Leiter 430a–430b dieser
Zeile, um alle Hartmasken in der Zeile zu erwärmen. Bei einer exemplarischen
Schreiboperation werden separate Schreibströme in die Schreibleiter 210 und 220 (nicht gezeigt),
die sich an dem ausgewählten
Magnetspeicherelement schneiden, zugeführt. Die kombinierten Magnetfelder,
die von beiden der sich schneidenden Schreibleiter 210 und 220 ausgehen,
schalten effektiv die Magnetausrichtung des ausgewählten (und
erwärmten)
Speicherelements um. Die anderen (erwärmten) Magnetspeicherelemente
in der Zeile, die erwärmte
Hartmasken aufweisen, erfahren ein Magnetfeld, das nur von einem
der beiden Schreibleiter 210 und 220 ausgeht,
das nicht ausreichend ist, um ihre Magnetausrichtung umzuschalten.
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VI. Exemplarische Anwendungen
der exemplarischen Magnetspeicherstrukturen
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Die
exemplarischen Magnetspeicherstrukturen, die hierin beschrieben
sind, könnten
in einem beliebigen MRAM implementiert sein. Ein MRAM kann in einem
beliebigen System implementiert sein, das einen nichtflüchtigen
Speicher benötigt.
Ein MRAM könnte
z. B. in einem Computer, einer Digitalkamera und/oder anderen Rechensystemen
mit einem Prozessor und einem Schnittstellenmodul implementiert sein.
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VII. Schlussfolgerung
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Die
vorangegangenen Beispiele stellen bestimmte exemplarische Ausführungsbeispiele
dar, aus denen weitere Ausführungsbeispiele,
Variationen und Modifizierungen für Fachleute auf dem Gebiet
ersichtlich werden. Die Erfindungen sollen deshalb nicht auf die
bestimmten oben erläuterten
Ausführungsbeispiele
eingeschränkt
sein, sonder vielmehr durch die Ansprüche definiert werden.