DE2652032A1

DE2652032A1 - Einzelwandmagnetdomaenen-massenspeicher

Info

Publication number: DE2652032A1
Application number: DE19762652032
Authority: DE
Inventors: George Edward Keefe
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-11-15
Publication date: 1977-07-14
Also published as: JPS5652392B2; US4164029A; FR2337400A1; FR2337400B1; JPS5283140A; GB1527005A

Description

bu-bd

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 975 045

Einzelwandmagnetdomänen-Massenspeicher

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

An anderer Stelle ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, das zur Herstellung eines Einzelwandmagnetdomänenspeichers mit hoher Speicherkapazität und -dichte in hervorragender Weise geeignet ist; hierbei sind drei Maskenverfahrensschritte erforderlich, wovon einer in Bezug auf Maskenausrichtungserfordernisse äußerst kritisch ist. Bei diesem Verfahren sind Magnetscheibchen aus weichmagnetischem Material, wie z.B. NiFe, Teil der Ionenimplantationsmaske, beeinflussen aber nicht die Einzelwandmagnetdomänenweiterleitung mit Hilfe ionenimplantierter Bereiche. Auf dies Weise definieren die magnetischen Scheibchen sowohl die lonenimplantationsmasken, als auch Funktionselemente wie sie zur Domänenerzeugung,- weiterleitung,- auslesung und -Vernichtung benötigt werden..

Verschiedene Systeme unter Anwendung von Einzelwandmagnetdomänen zur Bereitstellung eines Einzelwandmagnetdomänenspeicherchips sind bekannt. Eine derartige Anordnung in Verwendung als Decodieren ist der USA Patentschrift 3 701 125 zu entnehmen. In der USA Patentschrift 3 618 054 ist ein Einzelwandmagnetdomänenspeichersysteifi beschrieben, das aus einer Hauptschleife mit mehreren Nebenschleifen aufgebaut ist. Bei derartigen Speichersystemen sind zum Lesen,

709828/0669

Schreiben, Übertragen zwischen einzelenen Speicherelementen und zuri Vernichtung von Einzelwandmagnetdomünen spezielle Komponenten erforderlich. Hierbei werden Einzelwandmagnetdomänen zur Informations darstellung erzeugt und anschließend an das Speichersystem einge™ j leitet. Wach Weiterleitung durch ein derartiges Speichersystem I werden sie ausgelesen, um anschließend vernichtet oder in die Spei-j cherplätze zurücktransportiert zu werden. Darüberhinaus erfordern diese Speichersysteme oft besondere Übertragungsmaßnahmen, mit denen Einzelwandraagnetdomänen von einem Weiterleitungspfad auf den anderen übertragen werden sollen; diese Maßnahme besteht üblicherweise im Anwenden von stromführenden Schleifen, die geeignete Magnetfeldgradienten zur Durchführung derartiger Übertragsfunktionen bereitstellen.

Viele Komponenten bzw. Bauelemente zur Erzeugung von Magneteinzel-wanddomänen und zur Erfassung von Magneteinzelwanddomänen sind bekannt. So ist z.B. eine magnetoresistive Abfühleinrichtung für

jMagneteinzelwanddomänen aus der USA Patenschrift 3 691 540 bekannt. ι
Zur Durchfährung der Speicherfunktion werden in üblicher Weise Einzelwandmagnetdomänen in hierfür vorgesehenen Weiterleitungsstrukturen v/eitergeleitet. So sind insbesondere aus ionenimplantierten Bereichen bestehende Weiterleitungspfade mit gekrümmten Verlauf besonders brauchbar zur Einzelwandmagnetdomänenspeicherungj da die für die Weiterleitungspfade erforderlichen Linienbreiten der die Bereiche bildenden Elemente jeweils etwa vier Magnetdo ■ mänendurchmessern entsprechen,, so daß sich dementsprechend nicht so scharfe Erfordernisse für die Hersteilungslithographie ergeben Derartige ionenimplantierte Strukturen werden beschrieben beispielsweise von R. Wolfe u.a. in ⁿAIP Conference Proceedings", Nr. 10, Part 1, S. 339 (1973), "18. Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials" in Denver, Colorado, 1972. Gleiches gilt für die USA Patenschrift 3 823 329.

Die zur Herstellung von Einzelwandmagnetdomäntinchips benötigten jProzesse sind in den vergangenen Jahren weiterentwiekelt worden,

975 045 7~0~9'82

so daß nunmehr Einzelebenenmaskenverfahren zur Herstellung von Einzelwandraagnetdomünenspeichern bekannt sind, bei denen zur Bildung eines Weiterleitungspfades mit Abstandslücken angeordnete ; ι

Weiterleitungselemente vorgesehen sind. Bei der Herstellung werden j :aie magnetischen Abfühler unter Anwendung der gleichen Haske niedeij geschlagen,- d.h. also zusammen mit diesen magnetischen Weiterlei- { tungselementen. ua darüberhinaus die Weiter leitungselexnente nicht i in Berührung miteinander stehen, lassen sich elektrische Leitungs-- j züge über die daraus gebildeten Weiterleitungspfade führen, ohne ; jdaß Kurzschlüsse zu befürchten sind. Das bedeutet aber, daß ein jEinzelwandnagnetdomänenchip unter Verwendung eines einzigen kritischen MaskenVerfahrensSchrittes hergestellt werden kann.

:Wie sich nun bei Betrachtung des oben genannten Standes der Technik ergibt, wird aber nirgendwo das Problem bei Herstellung von !Einzelwandmagnetdomänenchips hoher Speicherkapazizät und -dichte !angeschnitten, wenn die hiermit anzubringenden Weiterleitungselemente zur Erstellung der Weiterleitungspfade sich einander beirühren sollen. In derartigen Systemen ist es ja schwierig, elektrische Leitungszüge direkt auf derartigen Weiterleitungspfaden zu plazieren, da, wie bereits erwähnt, dann Kurzschlüsse auftreten können. Hinzukommt, daß einige kritiche Maskenverfahrensschritte üblicherweise erforderlich sind, um die Abfühleinrichtungen, die iWeiterleitungselemente und die Leitungszüge für die übertragung 'von Einzelwandmagnetdomänen,sowia für den Abfühlstrom zu defilieren. Weiterhin ist es erforderlich, eine Abdeckmaske vorzusehend um den magnetoresistive Abfühler zu schützen, wenn die elek- ι trischen Leitungszüge aufgebracht werden. Dies alles stellen kri- | ;tische Punkte dar, wenn Einzelwandmagnetdomänen-Techniken zur Erstellung rationeller Speicherstrukturen hoher Speicherdichte und _t -kapazität dienen sollen.

'Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Einzel- ; wandmagnetdomänenspeicherchips hoher Speicherdichte und -kapazität,; j die sämtliche zur Informationsverarbeitung mit Hilfe von Einzeliwandmagnetdomänen benötigten Komponenten enthalten, bereit-

975 045 708820/0559

zustellen, deren Herstellung eine minimale Anzahl von Maskenverfahrensschritten erfordert, wovon lediglich einer als kritisch zu bezeichnen ist, da er eine besondere Ausrichtung erfordert, wobei die auf dem Chip enthaltenen Komponenten keine Auflösung bedingen, die kleiner als 4d ist, worin d den Einzelwandmagnetdomänendurchmesser darstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Das Einzelwandmagnetdomänen-Speicherchip gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die Anwendung einer Metallurgie aus, die eine doppelte Funktion erfüllt, und durch ein verbessertes magnetisches Torglied zur Informationsübertragung von einem Speicherregister auf ein anderes. Weiterhin ist für das Speicherchip gemäß der Erfindung bezeichnend, daß die Domänenabfühleinrichtung bei hoher Domänendichte zur Domänendehnung und -wiedergabe ausgelegt ist, was speziell nützlich zum Auslesen sehr kleiner Einzelwandmagnetdomänen, nämlich mit einem Durchmesser im Submikron-Bereich, ist. In einem bevorzugten Ausführungsbelspiel enthält das Speicherchip gemäß der Erfindung ionenimplantierte Weiterleitungsbereiche, die jeweils Weiterleitungselemente in einem Haupt-Nebenschleifenspeicherorganisationssystem definieren. Die Leitungsmetallurgie, in typischer Weise Gold, dient nicht nur zu Leitungsfunktionen, sondern auch als Maske zur Abdeckung von Bereichen der darunterliegenden Einzelwandmagnetdomänenschicht, die nicht lonenimplantiert werden sollen. Mit anderen Worten, die Goldauflage erfüllt nicht nur stromleitende Funktionen, sondern besitzt auch die Aufgabe einer Ionenimplantationsmaske*

Das gemäß der Erfindung verbesserte Übertragungs-Torglied wird •ur Informationsübertragung von der Speicherhauptschleife zo. Nebenschleifen oder umgekehrt verwendet. Es besteht aus weichmagnetischen (NiFe) Brücken, die Informationsübertragungsleitbahnen zwischen Haupt- und Nebenspeicherschleifen im Ansprechen

975 045 7098 2 87 0559

auf Leitungszugsströme darstellen. Da diese NiFe-Brücken die |übertragungsoperation unterstützen, lassen sich die Übertragungs-,leitungszüge in einer kontinuierlichen Leitungszugschicht de ■ _; ]finieren, indem die gleiche Maske ausgenutzt wird wie die, die zur i Definition der ionenimplantierten Bereiche dienen soll. Infolge- ; dessen kann die Leitungsaugmetallurgie bereits in einem frühen : Verfahrensschritt vorgesehen v/erden, anstatt einen kritischen j Ausrichtungsmaskenverfahrensschritt nach Abschluß der Ionenim ,plantation vorzusehen.

Bei der Erfindung stellt allgemein ein Einzelwandmagnetdomänen-· !medium irgend eine magnetische Schicht dar, die geeignet ist, Einzelwandmagnetdomänen aufzubewahren, wobei bevorzugt ein !Material mit Granatstruktur Verwendung findet. Auf ein derartiges Medium wird eine kontinuierliche Schicht aus magnetischem :iate~ irial aufgebracht, um hieraus Komponenten für Maßnahmen zur Abführung und die Übertragungsbrücken zu bilden. Diese magnetische j
[Schicht besteht in typischer Weise aus NiFe, das dann außerdem

lals Grundlage für die Leitungszugsmetallurgie dient. Eine Photoliackschicht dient zur Abdeckung von Bereichen der NiFe-Magnetschicht, in denen nicht eine Leitungszugsmetallisierung vorgesehen ist. Anschließend wird dann die Leitungszucrsiaetallisierung (Au} auf die NiFe--Magnetschicht aufgebracht. Diese Goldauflage [ist für die stromführenden Leitungszüge vorgesehen und wird

außerdem als lonenirtiplantationsmaske verwendet»

Die Eiazelw.andmagnetdomänenschicht wird dann über diese Goldnaske ionenimplantiert, um so die Weiterleitungselemente für die

JHaupt- und Nebenspeicherschieifen bereitzustellen. Dann wird in !einem sweiten Maskenverfahrensschritt die Leitungszugmetallisierung definiert. Mit Hilfe einer Zerstäubungsabtragung wird Gold und NiFe in vorgesehenen Leitungszugsbereichen abgetragen, um die gewünschte Leitungszugskonfiguration zu erhalten so wie vorgesehene Bereiche von jeglicher Metallisierung zu befreien. Damit wird erreicht, daß die magnetoresistive Abfühleinrichtung, äie Domänenvernichter und die magnetischen Übertragungsbrücken dann

YO 975 045 709828/0539

keine Leitungszugsauflage mehr besitzen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Anschließend soll die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Einzelwandmagnetdomänen-Speicherchips gemäß der Erfindung, mit angedeuteten Steuerkreisen;

Fign. 2A-2F Querschnitte durch ein Speicherchip gemäß der j

Erfindung, nach jeweiligem Abschluß eines Her- j Stellungsverfahrensschrittes.

Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Einzelwandmagnetdoniänen-Speicher] 'chip läßt eine Ilaupt-Nebenschleifenspeicherorganisation erkennen, j |wobei das Chip selbst mit Hilfe zweier Maskenverfahrensschritte j hergestellt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird Ionenimplantation verwendet, um aneinandergereihte Weiterleitungselemente zur Bildung der Weiterleitungspfade für die Einzelwand-nagnetdomänen bereitzustellen, die im Ansprechen auf ein sich in der Schichtebene drehendes Weiterleitungsmagnetfeld H in der Magnetschicht 10, wie gewünscht, weitergeleitet werden.

Im Einzelnen besteht das magnetische Medium 10 aus einem zur Auf-Dewahrung von Einzelwandmagnetdomänen geeigneten Material,- wobei äas durch das magnetische Medium 10 gebildete Substrat 10 mit äiner nicht-magnetischen Abstandsschicht 12 überdeckt ist. Das nagnetische Medium 10 kann aus einem Einzelwandraagnetdomänenmaterial bekannter Art bestehen, wie z.B. aus einem Seltene-Erden™

YO 975 045 7 09 8 2 8/ 0 B B 9

JO

Eisen-Granat. Die nicht--iuagnetische Abstandsschicht 12, soll ver-'hindern, daß das darunterliegende magnetische Medium 10 während !nachfolgender Verfahrensschritte, wie z.B. der Zerstäubungsabtra" ;gung, abgeätzt wird. Darüber hinaus verhindert die nicht-magnetische Abstandsschicht 12 eine spontane Nukleation von Einzelwand-j rnagnetdomänen im magnetischen Medium 10. Die Dicke der magnetischen¹ 'Abstandsschicht 12 beträgt in typischer Weise etwa 4000 Ä. j

'Das in Fig. 1 gezeigte Speicherchip enthält Komponenten zur Durch- j führung der Funktionen: Schreiben, Lesen, Weiterleiten (Speicher- J

j l

ung), übertragung zwischen Speicherzellen und Domänenvernichtung, j jAlle Bereiche des magnetischen Mediums 10, die ionenimplantiert \ jsein sollen, sind durch die Schraffüren in Bereichen 14 angedeutet. !Alle übrigen Bereiche des magnetischen Mediums 10 sind also nicht ionenimplantiert.

Die Schreib-Komponente W, die zur Nukleation von Einzelwandmagnetdomänen im magnetischen Medium 10 dient, besteht aus einem Leitungszug 16, der über die Anschlußverbindung 16A an Masse liegt. Ein Stromimpuls I im Leitungszug 16 führt zur Nukleation einer !Einzelwandmagnetdomäne B1 im U-förmig gebogenen Teil dieses Leitungszuges.

!Der eigentliche Speicherbereich des Speicherchips enthält die jHauptspeicherschleife 18 und verschiedene Nebenspeicherschleifen 20. Einzelwandmagnetdomänen B werden längs der Hauptspeicherschleife 13 und der Nebenschleifenspeicher 20 im Ansprechen auf jdie Drehung eines Weiterleitungsmagnetfeldes H, daß in Schichtebene des magnetischen Mediums 10 aufgerichtet ist, weitertransiportiert. Diese Einzelwandmagnetdomänen B bewegen sich längs der Kanten und in Berührung mit den ionenimplantierten Bereichen ■im magnetischen Medium 10. Die Hauptspeicherschleife besteht allerdings nicht aus einem geschlossenen Pfad, sondern dient dazu, Einzelwandmagnetdomänen B von der Schreibkomponente W zur Lasekomponents R zu befördern.

975 045 7 0982 8/ 05 59

Um nun Einzelwandmagnetdomänen B zwischen der Iiauptopeicherschleife 18 und den Nebenspeicherschleifen 20 zu transferieren, dient ein Überbrückungsleitungszug 22. Der uberbrückungsleitungszug 22 bedeckt einen Teil des die Hauptspeicherschleifen bildenden Weiterleitungspfades, um dann ebenfalls über Anschlußleitung 16A mit Masse verbunden zu sein; d.h. der Schreib-Leitungszug 16 und der Überbrückungs--Leitungszug 22 teilen sich in der Benutzung des Anschlußes 16A. Zwischen Hauptspeicherschleife 18 und jede der Nebenspeicherschleifen 20 befinden sich magnetische Überbrückungen 24. Typischer Weise bestehen diese magnetischen Brücken aus dem gleichen Material, z.B. NiFe, wie es für die anderen Funktionen auf dem Speicherchip angewendet wird. Im Ansprechen auf einen Stromimpuls I im Leitungszug 22 werden Einzelwandmagnetdomänen B zwischen der Hauptspeicherschleife und den verschiedenen Neben·- speicherschleifen transferiert. Die Transferrichtung hängt dabei· 'von der Richtung des Stromes im Leitungszug 22 ab. Bevor nun Einzelwandmagnetdomänen B auf die Lesekomponente R gelangen, werder sie jeweils in eine gestreckte Form gebracht, wie es durch die Domäne B2 angedeutet ist, und zwar im Ansprechen auf einen Strom I im Domänendehnungs-Leitungszug 26. Sowie sich die derart verlängerte Einzelwandmagnetdomäne B2 weiter nach rechts auf die Lesekomponente R zu bewegt, wird sie in eine Vielzahl von einzelner Einselwandmagnetdoraänen, wie z.B. B3, aufgeteilt, die sich dann längs der Kanten der ionenimplantierten Bereiche 14 zur Lesekomponente 12 weiterbewegen, wo sie insgesamt zur Bereitstellung eines einsigen Lesesignals erfaßt werden, um so ein entsprechend verstärktes Ausgangssignal abzugeben.

Die Lesekomponente R besteht aus einer Anzahl von Abfühlelementen 23, die derart miteinander verbunden sind, daß sich ein kumulatives Ausgangssignal im Ansprechen auf die Einzelwirkungen der Einzelwandmagnetdomänen B3 ergibt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Abfühlelemente 28 aus magnetoresistivem Material, z.B. aus NiFe. Der elektrische Leitungsztig 29 stellt dabei einen Abfühlstrom I_ über die in Serie ge-

975 045 709 82 8/ÖBS9

«■- 2 6 5 7 Π 3 2

schalteten Abfühlelemente 28 bereit. Auf diese Weise wird also eine Einzelwandmagnetdomäne, die sich dem Domänen-Dehnungsleitungs zugsbereich nähert, senkrecht zur Fortbewegungsrichtung gedehnt und dann in eine Vielzahl einzelner Einzelwandmagnetdomänen aufgeteilt, die jeweils für sich mit Hilfe der Lesekomponente R erfasst werden. Auf diese Weise ergibt sich ein verstärktes Ausgangssignal, was vorteilhaft zur Erfassung von Einzelwandmagnetdomänen mit sehr geringem Durchmesser ist, wie es z.B. bei Submikroneinzelwandmagnetdomänen der Fall ist.

Nach ihrer Erfassung werden die Einzelwandmagnetdomänen B3 nach rechts fortbewegt, um dann von den Domänenvernichtern 30 eingefangen zu werden. Diese Domänenvernienter bestehen in typischer Weise aus weichmagnetischem Material, wie z.B. NiFe. Da im vorliegenden Falle eine Speicherorganisation mit zerstörendem Auslesen vorliegt, wird anschließend die Schreibkomponente W aktiviert, um neue Einzelwandmagnetdomänen entsprechend den soeben ausgelesenen Daten zu erzeugen und in den Speicher einzugeben.

Wie sich aus dem Herstellungsverfahren angedeutet in den Fign. 2A~ SF ergibt, sind gewisse Bereiche des Einzelwandmagnetdomanenspei·- cherchips mit Schichtbereichen magnetischen Materials und elektrisch leitenden Materials bedeckt, wohingegen andere Bereiche keinerlei Schichten aufweisen. Im Einzelnen besitzen die Überbrückungsbereiche 24, die Abfühlelenemte 28 und die Domänenvernichter 30 keine überlagerten Schichten. In einem typischen Ausführungsbeispiel bestehen die Überbrückungsbereiche 24, die Abfühlelemente 28 und die Domänenvernichter 30 aus NiFe, das anfänglich als geschlossene Schicht auf dem gesamten Substrat 12 aufliegt. Es wird hervorgehoben, daß die Schraffur zur Anzeige ionenimplantierter Bereiche 14 sich auch unterhalb der überbrückungsbereiche 24 der Abfühlelemente 28 und der Domänenvernichter 30 erstreckt. Die derart bereitgestellten ionenimplantierten Bereiche beeinträchtigen jedoch nicht die durch überbrückungen 24, Abfühlelemente 28 und Domänenvernichter 30 durchzuführenden Funktionen.

Y₀ 975 045 7098 2S/0SB9

Der Teil 32 der Hauptspeicherachleife 18, nür-ilich uer Bereich der Hauptspeicher schleife 1b zwischen 'i'ransferleitungazug 22 und Domänendehnungsleitungszug 26, ist nicht durch eine äarüberliägen magnetische Schicht und leitende Schicht beim endgültig vorliegenden 'iagnetspeicherchip abgedeckt. Dies gilt ebenso für die Bereiche 34 und 36. D.h. in den Bereichen 34, die zwischen Domä-nendehnungsleitungszug 26 und Abfühlleitungssug 30 liegen, gibt es keine abdeckenden Schichten aus luagnetisehen und elektrisch leitendem Material. Schließlich besteht in den Bereichen vier iiei·- terleitungselemente zwischen Abfdhlleitungszug 29 und jjoiucinenvernichter 30 keine darüberliegende magnetische oder elektrisch leitende Schicht.

Das Vorma JTieti:jicrungofel<.L l-i zur stabilisierung der Ein ζ ölsandmagnetdomänenabraeasungen iiti I-iagne c^ediuia 10, wird durch lie Vornagnetisierungsfeldquelle 38 bereitgestellt, die von aixsich balcarinter Ausführungsforr sein kann. Das V.^reiterleituugt-.r.;agiieu-feld H, das in Ebene der -iagnetschicht gerichtet ist uiiu zur VJeiterieitung der Einzelwandia'agiietdoiuanen seine ITinkellag-3 in dieser Ufaene entspreciiend ändert, v/ird durcli il±n leiterleitimgsnagnetfeidquelle bereitgestellt. Im allgemeinen bestellt di«ae aus einer Kombination von X·- und Y--stromführenden Spulen, die unter entsprechender Steuerung die Drohung des Weiterleitungsmagnetfel-■ de s veran1as sen.

Der Schreibstron I wird durch die Sciircibctromcfuclle 42 bereit · gestellt, wohingegen der Transforntrom I_n. von der Vramfer ■ stonquelle 44 geliefert wird. Der Donanendehnungsstror.·. I_n,, v/ird durch die iJonvlnendehnungsstro--,-fuelle 4b Loreitgestellt, wohinge·- gegen der Abfühlstrora I_n von der Abfühlatroiwaielle 48 geliefert vrird. Die j-iagnetfeldrfu>.-.llen 30 und 40,. sowie sämtliche Stromquellen 42, 44, 4.; und 48 werden von einer Steuerstromoinheit 50 gesteuert, die gleichfalls von bekannter Bauart sein kann, um Zeitgeberilapulse zur Synchronisierung des Eetriebs der ver schiedenen Stromquellen und xiagneLfeidquellen zu synchronisieren.

y?5 045 709828/OBB

So wird z.B. nach Abfühlen einer Einzelwandmagnetdoiaäne durch die Lesekomponente R ein Signal auf die Schreibstromquelle 42 übertragen, um entweder einen Nukleationsstrom I im Leitungszug 16 bereitzustellen oder auch nicht, ja nach dem, ob eine Einzelwandmagnetdomäne durch die Lesekoiaponente R abgefühlt worden ist ,oder nicht.

Bei Betrieb werden Daten in die ilauptspeicherschleife 18 unter umwenden eines ansic'i bekannten Codes, nämlich Auftreten oder Fehlen eines Nukleationsstromes I in Schreibloitungszug 16. ein gegeben. Tritt ein Nukleationsstrom I, auf,, dann wird eine Einzel-

wandmagnetctomüne B1 an der gezeigten Stelle erzeugt, um dann auf die Hauptspeicherdchleife 13 transportiert zu werden, so wie sich das Weiterleitungsmagnetfela II ixi seiner Winkellage ändert. Die so erzeugten uaten breiten sich nach rechts im Ansprechen auf die iJeiterläitungsiaagnotfelddreauiig aus. Sind die gewünschten Daten in die llauptapeichersohleife 13 eingegeben, dann lassen sie sich auf die Webens;, eichersclileif en 20 mittels eines Transferstromes I,., im Leitungszug 22 transferieren. Je nach Richtung diesos Stromes erfolgt fein Transfer von d.jr Lauotsrieicherschleif^ 13 zu liebenspeicherschleife 20 oder umgekehrt. Wukleation und 'i'rarisfer sx/ischen Kaur-tspeicherscliloife 18 und IJebenspeicJierschleife 20 können aabei gleichzeitig auftreten.

Soll Information aus Jen Speichcrachleifen 20 ausgelesen v/erJan_f c.ann wir ein nntsprocLendsr Stroniiiupuls I_r auf den Lsituiigszug i"A feingageboix. liisruurch erfolge ein Transfer dos in der Nebenspeicherschleife enthaltenen Einzelwandinagnetdoruänenmusters auf die liauptspeicheroChlaife 13, ui.i hier im Ansprechen auf die Uexterleitungsmagnetfcldarehuny nach rechts transportiert zu werden. Erreicht die durch das DOuuinenmuster dargestellte Information de.. Uonrinondelinungülaituiijszug 2G₁ dann wird ein Stroii I auf den Leitungszucj 2G geliefert, der dann jede.· in dem Datenmuster enthaltene I]iiizeli7anämagnetaoiiUiri3 senkrecht zur Ausbreituncsrichtung ctreckt. Kine derart ceäehnte Einzelwandmarnetdoia.'lufc: wanaert

975 045 709828/05B9

nach rechts, längs der Kanten der ionenimplantierten Bereiche 14 , die die Bereiche 34 umgeben. An der vorgesehenen Stelle wird die Einzelwandmagnetdomäne in einzelne Domänen B3 aufgeteilt, die dann unterhalb der Abfühlelernente 28 gelangen. Ein im Ansprechen hierauf erzeugtes Signal wird in einen hier nicht gezeigten Abfühlverstärker verstärkt, so daß ausgelesene Daten im Ansprechen auf auftretende und fehlende Einzelwandmagnetdomänen verwertbar sind. Ist anschließend eine Einzelwandmagnetdomäne ausgelesen worden, dann werden die aufgeteilten Einzelwandmagnetdomänen B3 längs den Kanten der Bereiche 36 übertragen, um auf die Domänenvernichter zu gelangen wo sie eingefangen werden.

Die Abfühlelemente 28 bestehen in typischer Weise aus magnetoresistiven Bauelementen, die in Serie miteinander geschaltet sind. Wie ansich aus der USA Patenschrift 3 691 540 bekannt, werden diese magnetoresitiven Bauelemente einer Widerstandsänderung unterworfen, wenn magnetische Streufelder der hieran vorübergelangenden Einzelwandmagnetdomänen zur Wirkung kommen. Diese Widerstandänderung wirkt sich als Spannungsabfall über diese in Serie geschalteten Bauelemente aus, so daß hiermit eine Möglichkeit besteht, daß Auftreten oder Fehlen von Einzelwandmagnetdomänen in Flußkopplungsnähe der Abfühlelemente anzuzeigen.

So wird also in Abhängigkeit davon, ob Einzelwandmagnetdomänen in einem vorübergelangenden Domänenmuster auftreten oder nicht, eine dementsprechende Signalfolge ausgelöst und durch die Steuereinheit 50 auf die Schreibstromquelle 42 übertragen. Diese Signalfolge aktiviert falls erforderlich, die Schreibstromquelle 42 um entsprechend neue Einzelwandmagnetdomäne zu erzeugen, die dann an Stelle der soeben durch die Lesekomponente R erfassten Einzelwandmagnetdomänen in das Speichersystem eingegeben werden.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das Haupt-Nebenschleifenspeichersystem gemäß Fig. 1 sich durch die Anwendung von Leitungszügen 16, 22, 26 und 29 auszeichnet, die gleichzeitig als Ionenimplantationsmasken, also zusätzlich zu ihrer Verwendung als strom-YO 975 045 709828 /0S59

führende Elemente, dienen. Dieses erfindungsgemäße Speichersystem jist fernerhin charakterisiert durch die Anwendung magnetischer überbrückungen zwischen der Hauptspeicherschleife 18 und den verschiedenen hiermit gekoppelten Nebenspeicherschleifen 20. Schließ- ; ι ' j

jlich ist eine Domänendehnungs-Datenwiedercrabeabfühleinrichtung ge -

ι \

,paß der Erfindung vorgesehen, die sich in einer minimalen Anzahl jvon Ilasken Verfahrens schritten herstellen läßt.

JDies ergibt sich anhand der Fign. 2A-2F, mittels derer die Zwischer [s-badien der erfindungsgemäßen Einzelwandmagnetdomänenspeichereinrichtung bei ihrer Herstellung wiedergegeben sind. So stellt im Einzelnen Fig. 2F einen Querschnitt durch die in Fig. 1 schematisch gezeigte Anordnung längs der Linie 2F-2F dar.

In Fig. 2A ist das magnetische Medium 10 mit einer nichtmagne-tischen Abstandsschicht 12 überzogen. Hierüber liegt eine zusammenhängende Schicht 52, gebildet aus magnetischem Material, las die gesamte Abstandsschicht 12 überdeckt. Die magnetische Schicht 52 kann z.B. aus NiFe bestehen. Sie dient als Grundlage für die Leitungszugsmetallisxerung und außerdem zur Ausbildung ier verschiedenen magnetischen Bauelemente wie z.B. der magietischen Brücken 24, der Abfühlelemente 28 und der Domänenvernichter 30.

In Fig. 2B überdeckt eine gemusterte Photolackschicht 54 die Schicht 52, um diejenigen Oberflächenbereiche zu schützen, die aicht von einer elektrisch leitenden Schicht überzogen werden sollen. Im Einzelnen schützt die Photolackschicht 54 die magietischen überbrückungen 24, die Abfühlelemente 28, die Domänenvernichter 30 und sämtliche Gebiete 14 des magnetischen Mediums 12, die nicht mittels Ionen implantiert werden sollen.

En Fig. 2C ist eine Ionenimplantationsmaske bestehend aus einer liedergeschlagenen Metallauflage 56, bestehend z.B. aus Gold, auf lie magnetische Schicht 52 aufgetragen. Die niedergeschlagene

975 046 709828/Ö5S9

jGoldauflage besteht aus den Leitungszügen 16, 22, 26 und 29. Mit
jancieren Worten, die magnetische Schicht 52 dient zur Durchführung
gewisser Systemfünktionen und außerdem als Hetallisierungsgrund : lage zur Bildung der Ionenimplantationsmaske. Die verschiedenen ' elektrischen Leitungszüge 16, 22, 26 und 29 werden in einem
nachfolgenden Ätzverfahrensschritt gegeneinander isoliert. ι

In Fig. 2D ist die Photolackschicht 54 entfernt, so daß das magnetische Medium 10 unter Anwenden der iiaskenschicht 56 ionenimiplantiert v/erden kann. Die Ionenimplantation wird mittels der :

I ~ I

pfeile 58 angedeutet. Dieser Verfahrensschritt erfolgt unter
anwenden ansich bekannter Techniken die sich eines Protonen- oder
Borionen- Strahls bedienen.. Während dieser Ionenimplantation , werden also die Bereiche 14 des magnetischen Mediums 10 ent· ' sprechend beeinflußt. - - .

in Fig. 2ü ist ein zweiter Ilaskensverfahrensschritt angedeutet,
pine gemusterte Photolackauflage 60 dient als Voraussetzung zur ; Merausarbeitung des Schreiblaitungszuges 16 des Transferleitungs■
2uges 22 des Domänenstrecker leitungs zuges 2(S und des Abfühllei ·
tungszuges 29. D.h. Bereiche der Magnetschicht 52 und der darüber
liegenden elektrisch leitenden Schicht 56 werden in den Partien 32," 34 und 36 (Fig. 1) abgetragen, um die elektrischen Leitungszüge
22, 26 und 29 zu definieren und gleichzeitig gegeneinander elektrisch isoliert anzuordnen.
i

i ■

:?ig. 2F zeigt wie gesagt, die fertiggestellte Struktur', womit sich \ prgibt, daß lediglich zwei -laskenverfahrensschritte erforderlich r sind, von denen nur der zweite eine gewisse Ilaskenausrichtung i Erforderlich machte. D.h. ein Haupt--Nebenschleifenspeicher sy stein ι gemäß der Erfindung weist die Funktionen Schreiben, Lesen, Speichern, Transfer und Domänenvernichtung unter Verwendung von aneinandergereihten Weiterleitungselementen für Einzelwandmagnet·-
domänen auf, wobei zur Herstellung nur zwei ·iaskenVerfahrens-Schritte erforderlich sind.

975 045 709828/0BS9

ι In mancherlei Hinsicht kann von vorstehender Beschreibung abgewichen werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten j ^ wird. So kann z.B. die Goldauflage 56 aufgedampft oder aufgestäubt j !werden. Fernerhin läßt sich die Goldauflage vor Niederschlag der !lliFe-Schicht 52 auftragen. So kann z.B. auch eine Goldschicht auf

j eine Siliciumdioxidschicht 12 niedergeschlagen werden, um anschließend die Goldschicht zur Herausbildung der elektrischen ILeitungszüge auszuätzen, die dann ihrerseits wiederum einen Teil ' der Ioneniiaplantationsmaske darstellen. Die Goldauflage wird außerdem in den Bereichen abgetragen, die unterhalb der SiO₉-- < Schicht liegen, wo Abfühlelemente, magnetische Überbrückungen ; und Domänenvernichter ausgebildet werden sollen. Hiernach wird dann das magnetische Iledium 10 ionenimplantiert, um dann eine zusammenhängende NiFe Schicht über das gesamte Substrat niederzuschlagen. Anschließend wird dann zur Definition der magnetischen j überbrückungen der Abfülilelemsnte und der Domänenvernichter, sowie zur Her/ausbildung der elektrischen Leitungszüge 16, 22, 26 und 29 eine liaske gebildet. Anstelle der zur Bildung der Weiterloitungspfada aneinander gereihten Weiterleitungselemente, die jeweils einander berühren, lassen sich auch jeweils im Abstand vonein- ^: ander angeordnete Woiterleitungeleriente auftragen/ wobei unter Umständen auch die einzelnen Vieiterloitungselemente eine andere geometrische Struktur als i'reisform aufweisen können.

975 045 709828/0 5.5 9

Leerseite

Claims

P A T E H T Λ N S P R Ü C H E

(Iy LiiiselWanctmagnotdomrnGiirsptiicherfiystfc":"-..- bei dor.; unter dem Einfluf. eines sie], in ScKichto¹·-^!^ -ir.il'-.jnilcn ,'eit.^.rleitungs · r.iagnetfcldes im Z-Uoamr.iorivirkü.u rät auf cv-jr .\agnetschicht aufliegenden. Vveifc .irlaitunfi\;f;;leino:iti;i\, \ie sur Aus'jiLlunt; von Weiterleitungapfaden in Gestalt von Haupt- und Neben-speichersciileifen auf der Magnetschicht aufgebracht sind, Einzelwandmagnetdoraänen weiterleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterleitungspfaue aus scheiben-· formigen^. aneindergereihten, nicht ionenimplantierten Weiterleitungseleraenten in einem oder mehreren sonst ionenimplantierten Bereichen der .iagnetschicht bestehen, daß zv7xschen der Hauptspeicherschleife und den senkrecht hierzu liegenden Nebenspeiciierschleifen jeweils aus mag·- netischeiii j7xaterial bestehenue Überbrücjtungsmittel zur Domänenübertragung von aer Hauptspeicherschleife zur jeweiligen Webanspeicherschleife und umgekehrt angeordnet sind,

daß der die Hauptspeicherschleife bildende Weiterleitungs·· pfad für Einzelvandmagnetdoiiiänen mit einem elektrischen Leitungszug überdeckt ist und

daß aiii Eingang der Hauptspeichersciileife ein Einzelv/andmagnetdomänengenerator und am Ausgang der Hauptspeicherschleife ein Lese--Bauelement zur Erfassung der durch die Hauptspeicherschleife übertragenen Einzelwandmagnetdomänen angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lese-Bauelement aus mehreren nicht ionenimplantiorten Weiterleitungspfaden im ionenimplantierten Bereich nebeneinander und im Wesentlichen in Verlängerung zuia Weiterleitungspfad der Hauptspeicherschleife verlaufend, im Abstand der Größenordnung einer Einzelwandmagnetaoniäne besteht, indem die LücJce zwischen dem Weiterleitungspfad der Hauptspeicherschleife und den parallel untereinander geordneten Uei--

YO 975 045 7 0 9 8 2 8/0559 _Bad ^

leitungspfaden des Lese-Bauelements ausfüllend ein elektrischer Leitungszug angeordnet ist, der mit einem eine in seinen Bereich gelangende Einzelwandmagnetdomäne in Rieh- ' tung senkrecht zur Fortbev/egung der Einzelwandmagnetdomänen erfolgende Dehnung herbeiführenden Strom beaufschlagbar ist< so daß jeweils eine Einzelwandmagnetdomüne in den parallel untereinander angeordneten Weiterleitungspfaden erzeugbar ist, denen jeweils im ionenimplantierten Bereich außerdem ein weichmagnetisches magnetoresistives Schichtelement zur Doiucinener fas sung zugeordnet ist, welche ihrerseits zu einem AbfühlStromkreis hintereinander geschaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistiven Abfühlelemente und die magnetischen Überbrückungselemente aus dem gleichen weichraag netischen Ilaterial bestehen.
4. Einordnung nach Ansprucn 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese magnetischen Elemente aus der gleichen Magnetschicht herausgeätzt sina.
5. Anordnung nach uen Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Aufbewahrung der Einzelwandmagnetdomänen dienende magnetische i-Iedium aus ioneniraplantierten Bereichen, außerhalb der Bereiche der elektrischen Leitungszüge besteht.
6. Verfahren zur Herstellung eines Einzelwandmagnetdomänen-Speicherchips gemäß der Erfindung, dadurch gekennzeichenet, daß eine zusammmenhangende Schicht weichmagnetischen Materials auf ein Substrat, bestehend aus einer magnetischen Schicht, zur Aufbewahrung von Einzelwandmagnetdomänen niedergeschlagen wird,

daß eine Maskenauflage unter Freilassung derjenigen Bereiche aufgetragen wird, die nicht mit elektrischen Leitungszügen überdeckt v/erden sollen,

Yü 975 045

709828/0B69

daß eine zusammenhängende elektrische Schicht auf die unmaskierten Oberflächenbereiche der weichmagnetischen Schicht als Ionenimplantationsmaske aufgebracht wird, daß diese elektrisch leitende Schicht durch eine Maske abgedeckt wird, um rait Ionen zu implantierende Bereiche des MagnetmediumsSubstrats, die nicht durch die vorzusehenden elektrischen Leitungszüge abgedeckt zur Bildung der Weiterleitungspfade für zu übertragenden Einzelwandmagnetdomänen zu definieren,

und daß die durch die Maske freigelassenen Bereiche der elektrisch leitenden Schicht und der darunterliegenden weiclimagnetischen Schicht zur Herausarbeitung der elektrischen Leitungszüge abgetragen werden, indem so die elektrischen Leitungszüge als Teile der elektrisch leitenden Schicht gleichzeitig als Maske für nun erfolgende Ionenimplantation dienen.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichent, daß das weichmagnetische Material aus NiFe und die Magnet- ! schicht aus einer Granatstruktur besteht.

975 045

7Ö982Ö/ÖB59