DE10305823A1 - Magnetowiderstandseffekt-Element und Magnetspeicher mit einem solchen - Google Patents

Magnetowiderstandseffekt-Element und Magnetspeicher mit einem solchen

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Abstract

Es wird ein Magnetowiderstandseffekt-Element (1), bei dem mindestens eine freie Schicht (12) aus unmagnetischem Material und eine feste Schicht (11, 13) aus ferromagnetischem Material, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, in dieser Reihenfolge aufeinanderlaminiert sind, und in dem Information unter Verwendung einer Änderung der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht aufgezeichnet wird, angegeben, gekennzeichnet durch eine Magnetfeld-Rückführstruktur zum Rückführen eines durch die freie Schicht erzeugten Magnetfelds, die dadurch gebildet ist, dass die freie Schicht (12) in mehrere Bereiche unterteilt ist, die um eine Schreibelektrode (8) herum angeordnet sind, die sich in der Laminatrichtung der Schichten erstreckt.

Description

  • Priorität: 15. Februar 2002, Japan, Nr. P2002-037660
    • BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Magnetowiderstandseffekt-Element zum Erzeugen des sogenannten MR(Magnetowiderstand)-Effekts, bei dem sich ein Widerstand durch Anlegen eines Magnetfelds von außen ändert, und sie betrifft einen Magnetspeicher, der unter Verwendung eines derartigen Elements Information speichern kann.
  • In den letzten Jahren haben als Informationskommunikationsgeräte insbesondere kleine, persönliche, tragbare Terminalgeräte (z. B. persönliche, digitale Assistenten) weite Verbreitung gefunden, und es besteht starke Nachfrage, dass in diesen Geräten z. B. Speicher und Logikbauteile höheren Integrationsgrad aufweisen, mit höherer Geschwindigkeit arbeiten können und weniger Energie verbrauchen. Insbesondere werden Techniken immer bedeutsamer, mit denen nichtflüchtige Speicher mit höherer Dichte und höherer Speicherkapazität hergestellt werden können, um Festplatten und optische Laufwerke durch nichtflüchtige Speicher zu ersetzen, da diese kleiner als die zuvor genannten aufgebaut werden können, da sie keine beweglichen Teile (z. B. einen Kopfsuchmechanismus und einen Plattenrotationsmechanismus) benötigen.
  • Flashspeicher unter Verwendung von Halbleitern sowie FeRAMs (ferroelektrische Direktzugriffsspeicher) unter Verwendung eines ferroelektrischen Materials sind als nichtflüchtige Speicher weit bekannt. Jedoch ist die Informationsschreibgeschwindigkeit von Flashspeichern im Vergleich zu der bei DRAMs und SRAMs klein. Ferner wurde gezeigt, dass FeRAMs nicht allzu häufig umgeschrieben werden können. Demgemäß hat ein als MRAM (magnetischer Direktzugriffsspeicher) bezeichneter Magnetspeicher unter Ausnutzung des Magnetowiderstandseffekts beträchtliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da mit ihm diese Nachteile überwunden werden können (z. B. Naji et al. in ISSCC 2001).
  • Ein MRAM kann Information unter Verwendung eines Speicherelements aufzeichnen, das gemäß dem Riesen-Magnetowiderstandseffekt (Giant Magnetoresistance = GMR) oder gemäß dem Tunnel-Magnetowiderstandseffekt (Tunnel Magnetoresistance = TMR) arbeitet (diese Elemente werden allgemein als "Magnetowiderstandseffekt-Element bezeichnet). Ein solches Element verfügt über eine Mehrschicht-Filmstruktur mit zwei Schichten aus ferromagnetischem Material und einer Schicht aus unmagnetischem Material, wobei die letztere aus einem isolierenden Material oder einem zwischen die zwei Schichten aus ferromagnetischem Material eingebetteten Leiter besteht. Eine Schicht aus ferromagnetischem Material wird als freie Schicht verwendet, deren Magnetisierungsrichtung umgekehrt werden kann, und die andere Schicht aus ferromagnetischem Material wird als feste Schicht (gepinnte Schicht) verwendet, deren Magnetisierungsrichtung fixiert (gepint) ist. Dieses Magnetowiderstandseffekt-Element kann Information unter Ausnutzung der Tatsache aufzeichnen, dass sich der Widerstand abhängig von der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht ändert, um zwischen "0" und "1" als Information zu unterscheiden.
  • Bei einem MRAM sind derartige Magnetowiderstandseffekt-Elemente auf XY-Matrixweise angeordnet. Wortleitungen und Bitleitungen schneiden diese Elementgruppen in horizontaler und vertikaler Richtung. Die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in einem Magnetowiderstandseffekt-Element, das sich im Schnittgebiet befindet, wird unter Verwendung eines künstlichen Strommagnetfelds gesteuert, wie es erzeugt wird, wenn ein Strom durch die Wortleitungen und die Bitleitungen fließt, wodurch Information in das Element eingeschrieben werden kann. Dabei ändert sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in jedem der Elemente durch die Magnetfelder nicht, wie sie alleine durch die Wortleitungen oder die Bitleitungen erzeugt werden, sondern sie wird durch ein sowohl von den Wort- als auch den Bitleitungen erzeugtes zusammengesetztes Magnetfeld geändert. Demgemäß kann, wenn die Elemente auf Matrixweise im MRAM angeordnet sind, Information selektiv in ein gewünschtes Magnetowiderstandseffekt- Element eingeschrieben werden.
  • Andererseits wird, wenn Information aus einem derartigen Element auszulesen ist, dasselbe unter Verwendung eines Bauteils wie eines Transistors ausgewählt, und die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht im Element wird mittels des MR-Effekts als Spannungssignal erhalten, um dadurch Information aus dem Element auszulesen. Dies wird nun detaillierter beschrieben.
  • Im Allgemeinen sind Elektronenspins in einer Schicht aus ferromagnetischem Material, wie der freien Schicht oder der festen Schicht, polarisiert, und es werden entweder Spins nach oben oder solche nach unten zu Hauptspins mit großer Zustandsdichte, während die anderen Spins zu Nebenspins mit kleiner Zustandsdichte werden. Wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festen Schicht parallel zueinander sind und die Aufwärtsspins in der freien Schicht die Hauptspins sind, sind die Abwärtsspins die Hauptspins in der festen Schicht. Wenn andererseits die Magnetisierungsrichtungen in der freien Schicht und der festen Schicht zueinander antiparallel sind, werden, wenn die Aufwärtsspins die Hauptspins in der freien Schicht sind, die Aufwärtsspins in der festen Schicht zu Nebenspins. Wenn Elektronen die Schicht aus unmagnetischem Material zwischen der freien Schicht und der festen Schicht durchlaufen, bleiben Spins erhalten, und die Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmter Spin die Schicht aus unmagnetischem Material durchläuft, ist proportional zum Produkt der Zustandsdichten von Spins in den zwei Schichten aus ferromagnetischem Material, die die Schicht aus unmagnetischem Material einbetten. Daher können, wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festen Schicht parallel zueinander sind, Hauptspins mit großer Zustandsdichte die Schicht aus unmagnetischem Material durchlaufen. Wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festen Schicht antiparallel zueinander sind, können Hauptspins mit großer Zustandsdichte nicht die Schicht aus unmagnetischem Material durchlaufen. Aus diesem Grund ist, wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festen Schicht antiparallel zueinander sind, der Widerstand im Vergleich zum Fall erhöht, bei dem die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festen Schicht parallel zueinander sind. Daher ist es möglich, Information aus der freien Schicht auszulesen, wenn eine Spannung zwischen der freien Schicht und der festen Schicht mittels Wortleitungen und Bitleitungen erfasst wird.
  • Wie oben beschrieben, kann in einem MRAM Information auf nichtflüchtige Weise mit hervorragenden Ansprecheigenschaften aufgezeichnet werden, da ein MRAM unter Verwendung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in diesem Element zum Beurteilen von Information verwendet. Ferner ist ein Magnetowiderstandseffekt-Element für Mikrominiaturisierung und erhöhten Integrationsgrad geeignet, da die Struktur des Speicherelements (der Speicherzelle), das Information speichern kann, einfach ist.
  • Wenn jedoch ein Magnetowiderstandseffekt-Element immer mehr mikrominiaturisiert wird und der Integrationsgrad immer mehr erhöht wird, tritt im Endabschnitt des Elements eine Magnetisierungsstörung auf, die zu den folgenden Problemen führt.
  • Da die Magnetowiderstandseffekt-Elemente in einem MRAM auf Matrixweise angeordnet sind, wird, wenn die Elemente immer kleiner werden und der Integrationsgrad immer höher wird, jedes Element immer mehr durch ein Streumagnetfeld von einem benachbarten Element beeinflusst. Dann besteht die Gefahr, dass sich die Koerzitivfeldstärke in der freien Schicht jedes Elements ändert. Dies erschwert es, Elemente auszuwählen, wenn Information in einen MRAM eingeschrieben wird.
  • Im Allgemeinen ist das mikroskopische magnetische Element innerhalb der freien Schicht eines Magnetowiderstandseffekt- Elements nicht gleichmäßig, sondern es kann verschiedene Zustände einnehmen, wie einen Wirbelstromzustand, einen C-förmigen Zustand und einen S-förmigen Zustand, um die magnetostatische Energie zu minimieren. Die Koerzitivfeldstärken in diesen verschiedenen Zuständen sind nicht immer gleich, auch wenn die freien Schichten aus demselben ferromagnetischen Material bestehen. Der Zustand, den das mikroskopische magnetische Moment einnehmen kann, hängt von der Form und der Größe des Magnetowiderstandseffekt-Elements ab, jedoch werden in der Praxis meistens Streifenformen oder elliptische Formen verwendet, und es besteht die Möglichkeit, dass das mikroskopische magnetische Moment insbesondere nahe den Endabschnitten des Elements mehrere Zustände einnimmt. Dies ist nicht bevorzugt, da es bewirkt, dass die Koerzitivfeldstärke in der freien Schicht der Magnetowiderstandseffekt-Elemente Streuungen aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetowiderstandseffekt-Element und einen Magnetspeicher unter Verwendung eines solchen zu schaffen, bei denen eine Streuung der Koerzitivfeldstärke weitestgehend unterdrückt werden kann und bei denen zufriedenstellende Informationsaufzeichnungseigenschaften selbst dann erzielt werden können, wenn weitere Mikrominiaturisierung und Erhöhung des Integrationsgrads erfolgen.
  • Diese Aufgabe ist betreffend das Magnetowiderstandseffekt- Element durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und betreffend den Magnetspeicher durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 6 gelöst.
  • Da das erfindungsgemäße Magnetowiderstandseffekt-Element über eine Magnetfeld-Rückführstruktur verfügt, wird ein von der freien Schicht des Elements erzeugtes Magnetfeld zurückgeführt, so dass es weitestgehend nicht nach außen auslecken kann. Demgemäß kann selbst bei weiterer Mikrominiaturisierung und Erhöhung des Integrationsgrads vermieden werden, dass ein benachbartes Magnetowiderstandseffekt-Element durch ein Streumagnetfeld beeinflusst wird. Ferner kann das magnetische Moment innerhalb der freien Schicht des Elements einen gleichmäßigen Zustand einnehmen, wodurch die Koerzitivfeldstärke stabilisiert werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher beschrieben.
  • Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für den Grundaufbau eines MRAM zeigt;
  • Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für die Anordnung eines Abschnitts eines einzelnen TMR-Elements in einem MRAM zeigt;
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines ähnlichen Abschnitts, wie er in der Fig. 2 perspektivisch dargestellt ist;
  • Fig. 4A bis 4C zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen TMR-Elements, wobei die Fig. 4A eine perspektivische Ansicht ist, die Fig. 4B eine Schnittansicht ist und die Fig. 4C eine Draufsicht ist;
  • Fig. 5A und 5B sind erläuternde Diagramme zum Veranschaulichen eines Herstellprozesses für die genannte Ausführungsform eines TMR-Elements, wobei Strukturen während des Herstellprozesses dargestellt sind;
  • Fig. 6A bis 6D sind detailliertere Diagramme zum eben genannten Herstellprozess;
  • Fig. 7A und 7B zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen TMR-Elements, wobei die Fig. 7A eine perspektivische Ansicht ist und die Fig. 7B eine Schnittansicht ist;
  • Fig. 8A und 8B zeigen schematisch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen TMR-Elements, wobei beide Figuren Draufsichten sind; und
  • Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen TMR-Elements.
  • Nachfolgend werden ein Magnetowiderstandseffekt-Element und ein Magnetspeicher gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Als Beispiel seien als Magnetspeicher-Element ein Spinventilelement vom TMR-Typ (nachfolgend einfach als "TMR"-Element bezeichnet) und ein als Magnetspeicher dienender MRAM mit einem TMR-Element erläutert.
  • Als Erstes wird eine schematische Anordnung einer Ausführungsform eines gesamten erfindungsgemäßen Magnetspeichers beschrieben.
  • Die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Grundanordnung eines MRAM (magnetischer Direktzugriffsspeicher) zeigt. Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, verfügt der MRAM über mehrere TMR-Elemente 1, die in Art einer XY-Matrix (d. h. auf zweidimensionale Weise) angeordnet sind. Schreibleitungen 2 und untere Leiterbahnen 3, die einander schneiden, sind so vorhanden, dass sie entsprechend den Zeilen und Spalten, in denen sich die TMR-Elemente 1 befinden, Gruppen derselben schneiden. Die TMR-Elemente 1 sind so angeordnet, dass sie in diesen Schnittgebieten liegen, wobei sie durch die Schreibleitungen und die unteren Leiterbahnen 3 nach oben bzw. unten hin eingebettet sind. Die Schreibleitungen 2 und die unteren Leiterbahnen 3 werden durch ein gut bekanntes Verfahren hergestellt, bei dem sie durch selektives Ätzen leitender Substanzen wie Al (Aluminium), Cu (Kupfer) oder einer Legierung derselben, nachdem diese chemisch oder physikalisch abgeschieden wurden, erhalten werden.
  • Die Fig. 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung eines Abschnitts eines einzelnen TMR-Elements im MRAM zeigt. Im Abschnitt jedes TMR- Elements 1 ist eine Schreibelektrode (nicht dargestellt) so vorhanden, dass sie sich im Wesentlichen durch den zentralen Teil des TMR-Elements 1 erstreckt, wie dies später näher erläutert wird. Durch die Schreibelektrode fließt entweder ein nach unten oder ein nach oben gerichteter Strom, wenn ein Strom selektiv der Schreibleitung 2 und der unteren Leiterbahn 3 zugeführt wird, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Strom ist so beschaffen, dass er um die Schreibelektrode herum ein Strommagnetfeld entweder in der Uhrzeiger- oder der Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt. Bei der obigen Anordnung fließt im MRAM ein Strom selektiv durch die Schreibelektrode, die sich durch ein beliebiges der TMR-Elemente erstreckt, die auf XY-Matrixweise angeordnet sind, um ein Strommagnetfeld zu erzeugen, das dazu verwendet wird, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht im TMR-Element 1 zu ändern, was zum Einschreiben von Information in das TMR- Element 1 führt.
  • Die Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Anordnung eines Abschnitts mit einem einzelnen TMR- Element in einem MRAM im Schnitt zeigt. Im Abschnitt jedes TMR-Elements 1 ist ein Feldeffekttransistor (FET) aus einer Gateelektrode 5, einem Sourcebereich 6 und einem Drainbereich 7 auf einem Halbleitersubstrat 4 angeordnet. Ferner sind über dem FET das TMR-Element 1, die Schreibleitung 2, die untere Leiterbahn 3 und die Schreibelektrode 8 angeordnet. Über dem TMR-Element I sind zwei Leseleitungen 9a, 9b über die Schreibelektrode 8 hinweg angeordnet. Bei dieser Anordnung wird das TMR-Element 1 im MRAM durch den FET ausgewählt, und die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht im TMR-Element 1 wird als Spannungssignal erhalten, wodurch Information aus dem TMR-Element 1 ausgelesen wird. Die Art, gemäß der Information unter Verwendung der zwei Leseleitungen 9a, 9b aus dem TMR-Element 1 ausgelesen wird, wird später detailliert beschrieben.
  • Nachfolgend wird die Anordnung des TMR-Elements 1 selbst zur Verwendung bei einem derartigen MRAM beschrieben. Die Fig. 4A bis 4C sind schematische Diagramme, die ein erstes Beispiel der Anordnung des TMR-Elements 1 zeigen. Wie es in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist, verfügt das TMR-Element 1 über eine Filmanordnung, die als ferromagnetischer Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction: MTJ) bezeichnet werden könnte. Die MTJ-Struktur ist eine Dreischichtstruktur aus einem ferromagnetischen Material/unmagnetischen Material/ ferromagnetischen Material. Eine Schicht aus ferromagnetischem Material wird als feste Schicht (gepinte Schicht) verwendet, deren Magnetisierungsrichtung fixiert (gepint) ist, die andere Schicht aus ferromagnetischem Material wird als freie Schicht 12 verwendet, und die Schicht aus unmagnetischem Material, die zwischen die zwei Schichten 11 und 12 aus ferromagnetischem Material eingebettet ist, wird als Tunnelbarriereschicht 13 bezeichnet. Dann wird die Information dadurch in das TMR-Element 1 eingeschrieben (in ihm aufgezeichnet), dass die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 12 durch Anlegen eines durch die Schreibelektrode 8 erzeugten Strommagnetfelds geändert wird. Ferner werden die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 12 und das Spannungssignal durch den Tunnel-MR-Effekt miteinander in Übereinstimmung gebracht.
  • Die feste Schicht 11 und die freie Schicht 12 können aus einem ferromagnetischen Material in Form einer Legierung bestehen, die von Fe (Eisen), Ni (Nickel) und Co (Kobalt) mindestens zwei enthält, wobei diese Materialien verschiedene Arten an Zusatzelementen enthalten können. Die Filmdicke kann ungefähr 20 nm betragen. Ferner kann die Tunnelbarriereschicht 13 aus einem unmagnetischen, leitenden Material wie z. B. einem Oxid von Al (Aluminium) bestehen, und sie kann eine Filmdicke von ungefähr 1 nm aufweisen.
  • Im Wesentlichen im zentralen Abschnitt des aus diesen Schichten 11, 12, 13 bestehenden TMR-Elements 1 ist eine Schreibelektrode 8 vorhanden, die sich in der Richtung erstreckt, in der diese Schichten 11, 12, 13 auflaminiert sind, und sie erstrecken sich im Wesentlichen durch diesen zentralen Abschnitt. Demgemäß sind die das TMR-Element 1 bildenden Schichten 11, 12, 13 mit Formen ausgebildet, die die Schreibelektrode 8 umgeben können. Da die Formen die Schreibelektrode 8 umgeben können, können sie als Ringform mit einem Außendurchmesser von 120 nm aufgelistet werden. Die Schreibelektrode 8 kann aus einem leitenden, unmagnetischen Material bestehen, wie Cu (Kupfer), Ag (Silber), Pt (Platin) und W (Wolfram).
  • Ein Teil der festen Schicht 11, der freien Schicht 12 und der Tunnelbarriereschicht 13 um die Schreibelektrode 8 herum sind am Ringumfang in zwei Abschnitte zerteilt. Solange jedoch zumindest die freie Schicht 12 durchgetrennt ist, muss dies für die feste Schicht 11 und die Tunnelbarriereschicht 13 nicht der Fall sein. Demgegenüber soll die feste Schicht 11 nicht nur teilweise durchgetrennt sein, sondern vollständig.
  • Durch die oben genannte Durchtrennung ist zumindest die freie Schicht 12 in einen ersten Bereich 12a und einen zweiten Bereich 12b unterteilt, wie es in der Fig. 4C dargestellt ist. Der erste und der zweite Bereich 12a und 12b verfügen in der Ebene betrachtet über ungefähr C-Form (die zueinander symmetrisch sind), und sie stehen einander so gegenüber, dass sie die Schreibelektrode 8 umgeben. Der erste und der zweite Bereich 12a und 12b bilden zwei unabhängige MTJ-Strukturen zwischen sich und der festen Schicht 11, über die Tunnelbarriereschicht 13 hinweg.
  • Da der erste und der zweite Bereich 12a und 12b auf die eben beschriebene Weise zwei unabhängige MTJ-Strukturen bilden, sind die freie Schicht 12 usw. entlang der festen Magnetisierungsrichtung in der festen Schicht 11 durchgetrennt, wie es in der Fig. 4A dargestellt ist. Ferner sind die Leseleitungen 9a, 9b unabhängig mit dem ersten und zweiten Bereich 12a, 12b verbunden, um die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen als Spannungssignale zu erhalten. Zu diesem Zweck sind die zwei Leseleitungen 9a, 9b auf die oben beschriebene Weise über die Schreibelektrode 8 hinweg angeordnet.
  • Dasjenige Ende der Schreibelektrode 8, das vom ersten und zweiten Bereich 12a, 12b umgeben ist, ist mit der Schreibleitung 2 verbunden. Das andere Ende der Schreibelektrode 8 ist mit der festen Schicht 11 verbunden, die teilweise durchgetrennt ist und über die feste Schicht 11 mit der unteren Leiterbahn 3 verbunden ist.
  • Als Nächstes wird ein Herstellprozess für das TMR-Element 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben. Die Fig. 5A und 5B sowie die Fig. 6A bis 6D sind erläuternde Diagramme zum Veranschaulichen eines solchen Herstellprozesses. Das TMR-Element 1 wird über dem auf dem Halbleitersubstrat 4 angebrachten FET hergestellt (siehe die Fig. 4). Der FET und dergleichen können durch einen ähnlichen Prozess wie im Stand der Technik hergestellt werden, so dass dies hier nicht beschrieben werden muss.
  • Wenn das TMR-Element 1 hergestellt wird, werden als Erstes, wie es in der Fig. 5A dargestellt ist, MTJ-Strukturen aus der festen Schicht 11, der Tunnelbarriereschicht 13 und der freien Schicht 12 in dieser Reihenfolge z. B. durch Sputtern abgeschieden (siehe das obere Stadium in der Fig. 5A). Danach wird durch Fotolithografie (siehe das untere Stadium in der Fig. 5A) ein Laminatfilm mit MTJ-Struktur erhalten, der in der Ebene ungefähr scheibenförmig ist.
  • Dann werden, nachdem der genannte, näherungsweise scheibenförmige Laminatfilm erhalten wurde, die Elemente isoliert, und es werden die Leseleitungen hergestellt. Genauer gesagt, wird, wie es in der Fig. 5B dargestellt ist, nachdem isolierende Materialien wie Al2O3 (Aluminiumoxid) und SiO2 (Siliciumdioxid) abgeschieden wurden und dadurch der MTJ-Laminatfilm eingebettet wurde, die Oberfläche desselben dadurch freigelegt, dass ein Resistfilm 21 abgehoben wird, der dazu verwendet wird, die ungefähr scheibenförmige, flache Gestalt zu erhalten. Ferner werden die zwei Leseleitungen 9a, 9b, die mit dem Endabschnitt des MTJ-Laminatfilms verbunden sind, so hergestellt, dass sie sich in einer vorbestimmten Richtung (z. B. der Richtung nach oben und nach unten in der ebenen Fläche der Fig. 5B) erstrecken. Die Leseleitungen 9a, 9b können durch Sputtern eines leitenden Materials wie Cu (Kupfer) hergestellt werden.
  • Nachdem die Leseleitungen 9a, 9b hergestellt wurden, wird, wie es in der Fig. 6A dargestellt ist, ein Zwischenschichtisolierfilm 22 mit einem geeigneten Material wie Al2O3 oder SiO2 abgeschieden, und seine Oberfläche wird durch ein Polierverfahren wie CMP (chemisch-mechanisches Polieren) eingeebnet.
  • Nachdem die Oberfläche des Zwischenschichtisolierfilms 22 eingeebnet wurde, werden Schreibelektrodenlöcher geöffnet, und der MTJ-Laminatfilm wird durchgetrennt. Genauer gesagt, wird, wie es in der Fig. 6B dargestellt ist, eine Öffnung 23 durch den Zwischenschichtisolierfilm 21, die freie Schicht 12 und die Tunnelbarriereschicht 13 mit dem MTJ-Laminatfilm hindurch z. B. durch Ätzen ausgebildet, um die feste Schicht 11 freizulegen. Diese Öffnung 23 wird dazu verwendet, die Schreibelektrode 8 herzustellen, und sie wird auch dazu verwendet, einen Teil (insbesondere die freie Schicht 12) des MTJ-Laminatfilms an zwei Umfangsstellen durchzutrennen. Demgemäß ist die Öffnung 23 in der Ebene gesehen dergestalt, als wären zwei Gräben zu einem Kreis zusammengesetzt.
  • Nachdem die Öffnung 23 hergestellt wurde, wird, wie es in der Fig. 6C dargestellt ist, ein geeignetes Material wie SiO2 abgeschieden, und durch Rückätzen wird ein Seitenwand- Isolierfilm (Seitenwand) 24 hergestellt. Der Seitenwand-Isolierfilm 24 wird so hergestellt, dass er die Innenwand des kreisförmigen Lochs bedeckt, das zum Herstellen der Schreibelektrode 8 verwendet wird, sowie die zwei Gräben, die zum Durchtrennen der freien Schicht 12 verwendet werden, usw.
  • Dann wird, wie es in der Fig. 6F dargestellt ist, die Schreibelektrode 8 aus einem leitenden Material wie Cu (Kupfer) innerhalb der durch den Seitenwand-Isolierfilm 24 bedeckten Öffnung 23 hergestellt. Gleichzeitig wird die mit der Schreibelektrode 8 verbundene Schreibleitung durch ein Verfahren ähnlich dem für die Leseleitungen 9a, 9b so hergestellt, dass sie sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt (z. B. nach links und rechts), wobei es sich in der Draufsicht um die Richtung rechtwinklig zu den Leseleitungen 9a, 9b handelt. Mit diesem Herstellprozess wird das TMR-Element 1 mit dem oben genannten Aufbau hergestellt (siehe die Fig. 3 und die Fig. 4A bis 4C).
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für die Art beschrieben, gemäß der das durch den oben angegebenen Herstellprozess erhaltene TMR-Element 1 beschrieben werden kann. Bei diesem Beispiel werden Operationen zum Einschreiben von Information in das TMR-Element 1 sowie Operationen zum Auslesen von Information aus demselben unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C beschrieben.
  • Wenn Information in das TMR-Element 1 eingeschrieben wird, fließt ein Strom durch die Schreibelektrode 8, wie bereits angegeben. Dann wird um die Schreibelektrode 8 herum ein Strommagnetfeld erzeugt. So kann in der freien Schicht 12 aus dem ersten und dem zweiten Bereich 12a und 2b eine Magnetisierung entweder in der Uhrzeiger- oder der Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt werden, wie es durch Pfeile in der Draufsicht der Fig. 4C dargestellt ist. Genauer gesagt, kann Information dadurch in das TMR-Element 1 eingeschrieben werden, dass die Magnetisierung der freien Schicht durch Anlegen des durch die Schreibelektrode 8 erzeugten Strommagnetfelds entweder in die Uhrzeiger- oder die Gegenuhrzeigerrichtung geschaltet wird. Daher wird durch ein Element, in das keine Information einzuschreiben ist, kein überflüssiges Magnetfeld erzeugt, und es ist möglich, das Auftreten eines Schreibfehlers zu vermeiden, dabei wird mittels der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 12 die Information "0" oder "1" im TMR-Element 1 abgespeichert. Dabei ist die freie Schicht 12 in den ersten und den zweiten Bereich 12a und 12b unterteilt, die als ungefähr C-förmige Bereiche geformt sind, die einander gegenüberstehen. Daher wird in den Abschnitten, in denen der erste und der zweite Bereich 12a und 12b durchgetrennt sind, d. h. an jeder Endkante des ersten und des zweiten Bereichs 12a und 12b, ein aus der Endkante ausleckendes Magnetfeld an der gegenüberstehenden Endkante absorbiert. Genauer gesagt, bilden der erste und der zweite Bereich 12a und 12b, die so liegen, dass sie die Schreibelektrode 8 umgeben, eine Magnetfeld-Rückführstruktur zum Rückführen eines durch die freie Schicht 12 erzeugten Magnetfelds.
  • Demgemäß kann selbst dann, wenn mittels der Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 12 die Information "0" oder "1" im TMR-Element 1 abgespeichert wird, ein aus der freien Schicht 12 ausleckendes Magnetfeld stark unterdrückt werden, da es durch die Magnetfeld-Rückführstruktur rückgeführt wird, und es kann verhindert werden, dass das benachbarte Element durch ein Streumagnetfeld beeinflusst wird.
  • Ferner kann, da durch die Magnetfeld-Rückführstruktur ein Magnetfeld zurückgeführt wird, der Magnetisierungszustand im ersten und zweiten Bereich 12a und 12b, insbesondere nahe den Endabschnitten derselben, konstant werden. Genauer gesagt, können, da der erste und der zweite Bereich 12a und 12b beide ungefähr C-förmig geformt sind, mikroskopische magnetische Momente nur sogenannte C-Zustände einnehmen, und demgemäß kann verhindert werden, dass verschiedene Zustände wie ein Wirbelstromzustand, ein C-Zustand und ein S-Zustand gemischt werden. Daher kann die Koerzitivfeldstärke im ersten und zweiten Bereich 12a und 12b stabilisiert werden.
  • Aus diesen Gründen kann, wenn Information unter Verwendung der Magnetisierungsrichtung aufzuzeichnen ist, die freie Schicht 12 mit der Magnetfeld-Rückführstruktur für zufriedenstellendes Aufzeichnen von Information sorgen, und dadurch kann in geeigneter Weise Mikrominiaturisierung und eine Erhöhung des Integrationsgrads des TMR-Elements 1 gemeistert werden.
  • Andererseits werden, da die freie Schicht 12 in zwei Bereiche, nämlich den ersten und zweiten Bereich 12a und 12b, unterteilt ist, die Widerstände in den MTJ-Strukturen unter Verwendung der zwei Leseleitungen 9a, 9b gemessen, die mit dem ersten bzw. zweiten Bereich 12a bzw. 12b verbunden sind, und Information wird dadurch aus dem TMR-Element 1 ausgelesen, dass die zwei Messwerte verglichen werden. Genauer gesagt, weisen, da die Abschnitte, entlang denen der erste und der zweite Bereich 12a und 12b durchgetrennt sind, entlang der festen Magnetisierungsrichtung in der festen Schicht 12 ausgerichtet sind, die Magnetisierungsrichtungen (siehe die Pfeile mit durchgezogenen Linien in der Fig. 4C) im ersten und zweiten Bereich 12a und 12b in unvermeidlicher Weise verschiedene Relativwinkel der Magnetisierungsrichtung (siehe die Pfeile mit gestrichelten Linien in der Fig. 4C) innerhalb der festen Schicht 11 auf. Daher ist es, wenn durch die durch den ersten und den zweiten Bereich 12a und 12b gebildeten zwei unabhängigen MTJ-Strukturen ein Strom fließt, unvermeidlich, dass die sich ergebenden Widerstände voneinander verschieden sind. Demgemäß ist es möglich, wenn die Messwerte der zwei Widerstände miteinander verglichen werden und ermittelt wird, welcher der beiden größer ist, zu erkennen, ob die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht aus dem ersten und dem zweiten Bereich 12a und 12b in der Uhrzeiger- oder der Gegenuhrzeigerrichtung liegt. D. h., dass dann, wenn Information aus dem TMR-Element 1 ausgelesen wird, dies dadurch erfolgt, dass auf Grundlage der Differenz zwischen den TMR-Effekten in den zwei Bereichen 12a und 12, die einander über die Schreibelektrode 8 hinweg gegenüberstehen, ermittelt wird, ob die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 12 die Uhrzeiger- oder die Gegenuhrzeigerrichtung ist.
  • Wie oben beschrieben, müssen, wenn Information aus dem TMR- Element 1 unter Ausnutzung der Differenz zwischen den TMR- Elementen im ersten und zweiten Bereich 12a und 12b ausgelesen wird, da die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 12 auf Grundlage der Differenz zwischen den Messwerten der Widerstände beurteilt wird, kein Schwellenwert und dergleichen zum Beurteilen der Magnetisierungsrichtung eingestellt werden, was vom Fall eines üblichen TMR-Elements abweicht, bei dem Information auf Grundlage des Messwerts eines einzelnen Widerstands ausgelesen wird. Da es möglich ist, die Magnetisierungsrichtung korrekt zu beurteilen, ohne dass eine Beeinflussung durch Streuungen der Koerzitivfeldstärke jedes Elements und dergleichen bestünde, können hervorragende Ausleseeigenschaften realisiert werden.
  • Ferner kann weitestgehend verhindert werden, dass der Herstellprozess kompliziert wird, da hervorragende Ausleseeigenschaften dadurch realisiert werden können, dass nur die freie Schicht 12 in die zwei Bereiche 12a und 12b unterteilt wird.
  • Als Nächstes wird ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des TMR-Elements 1 beschrieben, wie es in den schematischen Diagrammen der Fig. 7A und 7B dargestellt ist. Während bei der bisherigen MTJ-Struktur nur die feste Schicht 11, die Tunnelbarriereschicht 13 und die freie Schicht 12 als Filmanordnung eines TMR-Elements 1 aufeinanderlaminiert sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und als Modifizierung zeigen die Fig. 7A und 7B, dass eine antiferromagnetische Schicht 14 zur Unterseite der festen Schicht 11 hinzugefügt sein kann. Die antiferromagnetische Schicht 14 kann dadurch hergestellt werden, dass ein geeignetes Material wie PtMn (Platinmangan) mit einer Dicke von ungefähr 30 nm abgeschieden wird. Wenn diese antiferromagnetische Schicht 14 zur Unterseite der festen Schicht 11 hinzugefügt wird, kann die Magnetisierung in der festen Schicht 11 stabiler fixiert werden, und die Stabilität der Funktion als TMR-Element 1 kann verbessert werden.
  • Für die Filmanordnung des TMR-Elements 1 besteht jedoch keine Beschränkung auf die oben angegebene Ausführungsform und deren Modifizierung. Zum Beispiel können die oben genannten Schichten in der umgekehrten Reihenfolge aufeinanderlaminiert sein, und es kann eine Schutzschicht aus z. B. Ta (Tantal) hinzugefügt sein. Materialien der jeweiligen Schichten sowie die Filmdicken der jeweiligen Schichten können unter Berücksichtigung der Größe des TMR-Elements 1 und dergleichen geeignet bestimmt werden. Für die feste Schicht 11 besteht keine Beschränkung auf eine Größe, die ungefähr der der freien Schicht 12 entspricht, sondern sie kann über eine Größe verfügen, in der mehrere freie Schichten 12 angeordnet werden können, und die MTJ-Struktur kann dadurch aufgebaut werden, dass die feste Schicht 11 für diese freien Schichten 12 gemeinsam genutzt wird.
  • Während bei der obigen Ausführungsform der erste Bereich 12a und der zweite Bereich 12b, die die freie Schicht 12 bilden, beide C-förmig ausgebildet sind, besteht keine Beschränkung auf diese Form, und diese Bereiche können anders geformt sein, solange diese Formen eine Magnetfeld-Rückführstruktur zum Rückführen eines Magnetfelds bilden können. Zum Beispiel können der erste und der zweite Bereich 12a und 12b beide U-förmig (einschließlich symmetrischer U-Formen) geformt sein, oder es können eine C- und eine U-Form kombiniert werden (die Außenumfangsseite ist als C-Form ausgebildet und die Innenumfangsseite ist als U-Form ausgebildet oder umgekehrt). Die Anzahl der Unterteilungen der freien Schicht 12 in Bereiche, wie den ersten und den zweiten Bereich 12a und 12b, ist nicht auf zwei beschränkt. Die Fig. 8A und 8B sind schematische Diagramme, die ein drittes Beispiel für den Aufbau eines TMR-Elements zeigen. Dabei ist die freie Schicht 12 in vier Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich 12a, einen zweiten Bereich 12b, einen dritten Bereich 12c und einen vierten Bereich 12d. Diese Bereiche 12a bis 12d liegen so, dass sie die Schreibelektrode 8 umgeben, und sie bilden eine Magnetfeld-Rückführstruktur genau auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen, in zwei Bereiche 12a und 12b unterteilten freien Schicht, so dass das Auftreten eines Streumagnetfelds im Außenraum unterdrückt werden kann und eine zufriedenstellende Koerzitivfeldstärke und Streuung erzielt werden kann. Die Bereiche 12a bis 12d, die zum Erzeugen der Magnetfeld-Rückführstruktur verwendet werden, können beispielsweise bogenförmig sein, wie es in der Fig. 8A dargestellt ist, oder gerade oder Kombinationen hiervon.
  • Wenn die freie Schicht 12 in die genannten vier Bereiche 12a bis 12d unterteilt ist, sind die Leseleitungen 9a und 9b zum Lesen von Information nur mit dem ersten bzw. zweiten Bereich 12a und 12b verbunden, um die Widerstände der MTJ- Strukturen zu messen, wobei dann diese Messwerte miteinander verglichen werden, um es zu ermöglichen, Information aus der freien Schicht 12 auszulesen. Daher können der dritte und der vierte Bereich 12c und 12d aus einem anderen Material als der erste und der zweite Bereich 12a und 12b bestehen, solange sie gemeinsam eine Magnetfeld-Rückführstruktur bilden können.
  • Wenn Information auf Grundlage der Messwerte der Widerstände im ersten und zweiten Bereich 12a und 12b aus dem TMR-Element ausgelesen wird, besteht der Vorteil, dass die Differenz der Relativwinkel zur festen Magnetisierungsrichtung in der festen Schicht 11 im Vergleich zum Fall erhöht ist, bei dem die freie Schicht 12 nur in zwei Bereiche 12a und 12b unterteilt ist. Genauer gesagt, können, wenn Information aus dem TMR-Element I ausgelesen wird, Einflüsse, wie sie durch Abschnitte ausgeübt werden, die nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung in der festen Schicht 11 sind, weitgehend beseitigt werden. Daher kann die Magnetisierungsrichtung korrekter beurteilt werden, da keine Beeinträchtigung durch Einflüsse wie Streuungen der Koerzitivfeldstärke der jeweiligen Elemente besteht, und es können zufriedenstellendere Ausleseeigenschaften als dann erzielt werden, wenn die freie Schicht nur in zwei Bereiche unterteilt ist.
  • Für die Anzahl der Teilbereiche der freien Schicht besteht keine Beschränkung auf die genannten zwei oder vier Bereiche, sondern es kann auch eine andere Anzahl von Teilbereichen gewählt werden.
  • Ferner kann die Magnetfeld-Rückführstruktur durch eine andere Anordnung realisiert werden als eine solche, bei der die freie Schicht in Bereiche in einer Ebene unterteilt ist. Wie es in der Fig. 9 beispielhaft dargestellt ist, kann hinsichtlich eines TMR-Elements 1 mit einer Anordnung ohne die Schreibelektrode 8 eine magnetische Schicht 30 an einer Position auflaminiert sein, an der sie den Wortleitungen und den Bitleitungen gegenübersteht, die nahe der freien Schicht 12 angeordnet sind, und dadurch kann eine Magnetfeld-Rückführstruktur gebildet werden. Auch in diesem Fall kann, da das durch die freie Schicht 11 erzeugte Magnetfeld durch die Magnetfeld-Rückführstruktur zurückgeführt wird, weitestgehend verhindert werden, dass ein Magnetfeld aus dem TMR-Element 1 ausleckt, und das magnetische Moment innerhalb der freien Schicht 11 kann einen gleichmäßigen Zustand einnehmen.
  • Ferner besteht für die Magnetfeld-Rückführstruktur keine Beschränkung auf ein TMR-Element, sondern sie kann genau auf dieselbe Weise bei einem Element vom GMR(Giant Magnetoresistance = Riesenmagnetowiderstand)-Typ angewandt werden, bei dem eine Schicht aus unmagnetischem Material zwischen einer Speicherschicht und einer festen Schicht aus Cu (Kupfer) und dergleichen besteht. D. h., dass die Erfindung bei beliebigen Magnetowiderstandseffekt-Elementen angewandt werden kann, solange dieses einen MR-Effekt erzeugen kann.
  • Wie oben dargelegt, kann durch die Erfindung, da die Magnetfeld-Rückführstruktur zum Zurückführen eines durch die freie Schicht erzeugten Magnetfelds die Entstehung eines Streumagnetfelds verhindern kann, verhindert werden, dass durch ein Streumagnetfeld ein schlechter Einfluss auf das Magnetowiderstandseffekt-Element ausgeübt wird, und zwar selbst dann, wenn dieses mikrominiaturisiert ist und mit erhöhtem Integrationsgrad aufgebaut ist. Ferner kann, da das Magnetfeld zurückgeführt wird, das magnetische Moment in der freien Schicht des Magnetowiderstandseffekt-Elements einen gleichmäßigen Zustand einnehmen, wodurch die Koerzitivfeldstärke stabilisiert werden kann. Daher können selbst dann, wenn das Magnetowiderstandseffekt-Element mikrominiaturisiert ist und mit erhöhtem Integrationsgrad vorliegt, Änderungen und Streuungen der Koerzitivfeldstärke weitestgehend unterdrückt werden, und demgemäß können zufriedenstellende Informationsaufzeichnungseigenschaften realisiert werden.

Claims (6)

1. Magnetowiderstandseffekt-Element (1), bei dem mindestens eine freie Schicht (12) aus unmagnetischem Material und eine feste Schicht (11, 13) aus ferromagnetischem Material, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, in dieser Reihenfolge aufeinanderlaminiert sind, und in dem Information unter Verwendung einer Änderung der Magnetisierungsrichtung der freuen Schicht aufgezeichnet wird, gekennzeichnet durch eine Magnetfeld-Rückführstruktur (12a, 12b) zum Rückführen eines durch die freie Schicht erzeugten Magnetfelds.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld-Rückführstruktur dadurch gebildet ist, dass die freie Schicht (12) in mehrere Bereiche (12a, 12b; 12a-12d) unterteilt ist, die um eine Schreibelektrode (8) herum angeordnet sind, die sich in der Laminatrichtung der Schichten erstreckt.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Schicht (12) in zwei Bereiche (12a, 12b) von ungefähr C-Form und/oder U-Form unterteilt ist.
4. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Schicht (12) in vier Bereiche (12a-12b) von ungefähr C-Form und/oder U-Form unterteilt ist.
5. Element nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Leseeinrichtung (9a, 9b) zum Auslesen von Information aus dem Element unter Verwendung einer Differenz von Magnetowiderstandseffekten zwischen zwei Bereichen (12a, 12b) der freien Schicht (12), die sich über die Schreibelektrode (8) hinweg gegenüberstehen.
6. Magnetspeicher mit einem Magnetowiderstandseffekt-Element, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetowiderstandseffekt-Element ein solches gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582890B2 (en) 2004-04-19 2009-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic tunnel junction structures having bended tips at both ends thereof, magnetic random access memory cells employing the same and photomasks used in formation thereof
DE102017112546A1 (de) * 2017-06-07 2018-12-13 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive Sensoren und Verfahren zum Erzeugen von Magnetisierungsmustern mit geschlossenem Fluss

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3884312B2 (ja) * 2002-03-28 2007-02-21 株式会社東芝 磁気記憶装置
US6885576B2 (en) * 2002-08-13 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Closed flux magnetic memory
US6956257B2 (en) * 2002-11-18 2005-10-18 Carnegie Mellon University Magnetic memory element and memory device including same
US6833573B1 (en) * 2003-07-18 2004-12-21 International Business Machines Corporation Curvature anisotropy in magnetic bits for a magnetic random access memory
US7116575B1 (en) * 2005-03-23 2006-10-03 Honeywell International Inc. Architectures for CPP ring shaped (RS) devices
FR2889348B1 (fr) * 2005-07-27 2008-09-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetoresistif
JP4594839B2 (ja) * 2005-09-29 2010-12-08 株式会社東芝 磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ランダムアクセスメモリの製造方法、及び、磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法
US20070236978A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-11 Wilson Jannier M R Non-volatile Reactive Magnetic Memory device (REMM)
JP2008098515A (ja) * 2006-10-13 2008-04-24 Toshiba Corp 磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法
KR101327788B1 (ko) * 2007-07-16 2013-11-11 삼성전자주식회사 자기장 센서 및 그를 이용한 자기장 측정 방법
US7936596B2 (en) * 2008-02-01 2011-05-03 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction cell including multiple magnetic domains
EP2306540B1 (de) * 2008-06-24 2014-08-27 Fuji Electric Co., Ltd. Spin-valve-aufzeichnungselement und speicheranordnung
JP5359056B2 (ja) * 2008-06-25 2013-12-04 日立金属株式会社 磁気センサ及び回転角度検出装置
JP5429591B2 (ja) * 2008-06-25 2014-02-26 日立金属株式会社 磁気センサ及び回転角度検出装置
US8709617B2 (en) * 2008-06-25 2014-04-29 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic memory element, driving method for same, and nonvolatile storage device
US8149614B2 (en) * 2010-03-31 2012-04-03 Nanya Technology Corp. Magnetoresistive random access memory element and fabrication method thereof
KR101215951B1 (ko) * 2011-03-24 2013-01-21 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 및 그 형성방법
JP2013041912A (ja) 2011-08-12 2013-02-28 Toshiba Corp 磁気ランダムアクセスメモリ
TW201505026A (zh) * 2013-07-17 2015-02-01 Univ Nat Yunlin Sci & Tech 環形磁阻記憶體及其寫入方法
KR20150106550A (ko) 2014-03-12 2015-09-22 에스케이하이닉스 주식회사 전자 장치 및 그 제조 방법
CN108666339B (zh) * 2017-03-28 2020-11-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 磁性随机存储器及其存储单元的制造方法
KR102408685B1 (ko) * 2017-10-16 2022-06-15 삼성전자주식회사 반도체 소자의 제조를 위한 공정 제어 방법 및 시스템
US10411184B1 (en) * 2018-03-02 2019-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical spin orbit torque devices
US10497858B1 (en) * 2018-12-21 2019-12-03 Applied Materials, Inc. Methods for forming structures for MRAM applications
WO2021127970A1 (en) * 2019-12-24 2021-07-01 Yangtze Memory Technologies Co., Ltd. Megnetoresistive random access memory

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475304A (en) * 1993-10-01 1995-12-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnetoresistive linear displacement sensor, angular displacement sensor, and variable resistor using a moving domain wall
US5587943A (en) * 1995-02-13 1996-12-24 Integrated Microtransducer Electronics Corporation Nonvolatile magnetoresistive memory with fully closed flux operation
US5541868A (en) * 1995-02-21 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Annular GMR-based memory element
JPH11154389A (ja) * 1997-09-18 1999-06-08 Canon Inc 磁気抵抗素子、磁性薄膜メモリ素子および該メモリ素子の記録再生方法
US6111784A (en) * 1997-09-18 2000-08-29 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic thin film memory element utilizing GMR effect, and recording/reproduction method using such memory element
JP3646508B2 (ja) * 1998-03-18 2005-05-11 株式会社日立製作所 トンネル磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気センサー及び磁気ヘッド
EP1105890B1 (de) * 1998-08-12 2002-12-18 Infineon Technologies AG Magnetoresistives element und dessen verwendung als speicherelement in einer speicherzellenanordnung
DE19836567C2 (de) * 1998-08-12 2000-12-07 Siemens Ag Speicherzellenanordnung mit Speicherelementen mit magnetoresistivem Effekt und Verfahren zu deren Herstellung
US6266289B1 (en) * 1999-03-09 2001-07-24 Amphora Method of toroid write and read, memory cell and memory device for realizing the same
US6391483B1 (en) * 1999-03-30 2002-05-21 Carnegie Mellon University Magnetic device and method of forming same
JP2001084758A (ja) * 1999-09-17 2001-03-30 Fujitsu Ltd 強磁性トンネル接合ランダムアクセスメモリ、スピンバルブランダムアクセスメモリ、単一強磁性膜ランダムアクセスメモリ、およびこれらをつかったメモリセルアレイ
JP2001217479A (ja) * 2000-02-02 2001-08-10 Sharp Corp 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ
JP2002074936A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Canon Inc 磁気デバイス

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582890B2 (en) 2004-04-19 2009-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic tunnel junction structures having bended tips at both ends thereof, magnetic random access memory cells employing the same and photomasks used in formation thereof
DE102017112546A1 (de) * 2017-06-07 2018-12-13 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive Sensoren und Verfahren zum Erzeugen von Magnetisierungsmustern mit geschlossenem Fluss
US11009568B2 (en) 2017-06-07 2021-05-18 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive sensors and methods for generating closed flux magnetization patterns
DE102017112546B4 (de) 2017-06-07 2021-07-08 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive Sensoren mit Magnetisierungsmustern mit geschlossenem Fluss
US11789097B2 (en) 2017-06-07 2023-10-17 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive sensors and methods for generating closed flux magnetization patterns

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Publication number Publication date
KR100954507B1 (ko) 2010-04-27
KR20030069055A (ko) 2003-08-25
JP2003243744A (ja) 2003-08-29
DE10305823B4 (de) 2015-03-05
US20030169147A1 (en) 2003-09-11
US6768152B2 (en) 2004-07-27
JP3661652B2 (ja) 2005-06-15

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