DE602004007282T2 - Magnetoresistives Element, Magnetspeicherzelle und Magnetspeichervorrichtung - Google Patents

Magnetoresistives Element, Magnetspeicherzelle und Magnetspeichervorrichtung Download PDF

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    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Element und eine magnetische Speicherzelle, die jeweils eine magnetosensitive Schicht enthalten, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, sowie ein Magnetspeicherbauteil zum Aufzeichnen/Lesen von Information unter Verwendung einer Änderung der Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht im magnetoresistiven Element und der magnetischen Speicherzelle.
  • 2. Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Herkömmlicherweise werden als übliche Speicher, wie sie in einem Informationsprozessor wie einem Computer oder einer Kommunikationsvorrichtung verwendet werden, flüchtige Speicher wie ein DRAM (Dynamic Random Access Memory) und ein SRAM (Static RAM) verwendet. Die flüchtigen Speicher müssen dadurch aufgefrischt werden, dass immer ein Strom zum Halten gespeicherter Information zugeführt wird. Wenn die Spannungsquelle abgeschaltet wird, geht die gesamte Information verloren, so dass ein nichtflüchtiger Speicher als Maßnahme zum Aufzeichnen von Information zusätzlich zum flüchtigen Speicher bereitzustellen ist. Beispielsweise wird ein Flash-EEPROM, ein Magnetfestplatte-Laufwerk oder dergleichen verwendet.
  • Bei nichtflüchtigen Speichern wird, einhergehend mit einer Zunahme der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung, eine Erhöhung der Zugriffsgeschwindigkeit zu einem bedeutsamen Punkt. Ferner zeigt, einhergehend mit der schnellen Verbreitung tragbarer Informationsgeräte und dem zunehmend höheren Funktionsvermögen, die Entwicklung von Informationsgeräten, die auf sogenannte allgegenwärtige Rechenleistung abzielen, was bedeutet, dass eine Informationsverarbeitung an jedem Ort jederzeit ausgeführt werden kann, schnelle Fortschritte. Für die Entwicklung eines nichtflüchtigen Speichers, der für Verarbeitung mit höherer Geschwindigkeit ausgebildet ist, als Schlüsselbauteil bei derartiger Informationsgeräteentwicklung besteht starker Bedarf.
  • Als Technik, die zum Erhöhen der Geschwindigkeit eines nichtflüchtigen Speichers wirksam ist, ist ein Magnetspeicher für Direktzugriff (nachfolgend als MRAM bezeichnet) bekannt, bei dem magnetische Speicherelemente, die jeweils Information entsprechend der Magnetisierungsrichtung entlang der Achse einfacher Magnetisierung einer ferromagnetischen Schicht speichern, in einer Matrix angeordnet sind. Ein MRAM speichert Information unter Verwendung einer Kombination der Magnetisierungsrichtungen in zwei ferromagnetischen Elementen. Andererseits wird gespeicherte Information dadurch gelesen, dass eine Widerstandsänderung, (d.h. eine Stromänderung oder eine Spannungsänderung) erfasst wird, wie sie zwischen dem Fall, in dem die Magnetisierungsrichtung parallel zu einer Referenzrichtung verläuft, und dem Fall auftritt, in dem die Magnetisierungsrichtung nicht parallel zur Referenzrichtung verläuft. Da ein MRAM mit diesem Prinzip arbeitet, ist es wesentlich, dass das Widerstandsänderungsverhältnis so groß wie möglich ist, um stabile Schreib- und Lesevorgänge im MRAM auszuführen.
  • Ein MRAM, wie er aktuell in der Praxis verwendet wird, nutzt den Riesenmagnetowiderstands(GMR)effekt. Der GMR-Effekt ist ein Phänomen dahingehend, dass dann, wenn zwei magnetische Schichten so angeordnet sind, dass ihre leichten Magnetisierungen parallel zueinander verlaufen, dann, wenn die Magnetisierungsrichtungen der Schichten parallel entlang der Achse leichter Magnetisierung verlaufen, der Widerstandswert minimal wird. Wenn die Magnetisierungsrichtungen nicht parallel zueinander verlaufen, wird der Widerstandswert maximal. Ein MRAM unter Verwendung eines GMR-Elements, das einen derartigen GMR-Effekt erzielen kann (nachfolgend als GMR-MRAM bezeichnet) ist beispielsweise im US-Patent Nr. 5,343,422 offenbart.
  • In jüngerer Zeit wurde, mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung der Speichergeschwindigkeit, der Zugriffsgeschwindigkeit und dergleichen, ein MRAM mit einem TMR-Element unter Verwendung eines Tunnelmagnetowiderstandseffekts (TMR) anstelle eines GMR-MRAM vorgeschlagen. Der TMR-Effekt ist ein solcher Effekt, dass der eine Isolierschicht durchlaufende Tunnelstrom sich entsprechend Relativwinkeln der Magnetisierungsrichtungen in zwei ferromagnetischen Schichten ändert, die eine sehr dünne Isolierschicht (Tunnelbarriereschicht) einbetten. Wenn die Magnetisierungsrichtungen in den zwei ferromagnetischen Schichten parallel zueinander verlaufen, wird der Widerstandswert minimal. Wenn dagegen die Magnetisierungsrichtungen nicht parallel zueinander verlaufen, wird der Widerstandswert maximal. Wenn in einem TMR-MRAM das TMR-Element eine Konfiguration entsprechend beispielsweise "CoFe/Aluminiumoxid/CoFe" aufweist, zeigt das Widerstandsänderungsverhältnis den hohen Wert von 40%, und auch der Widerstandswert ist groß. Demgemäß kann ein TMR-MRAM leicht an ein Halbleiterbauteil wie einen MOSFET angepasst werden. Daher kann ein TMR-MRAM leicht ein höheres Ausgangssignal als ein GMR-MRAM erzielen, und es ist eine Verbesserung der Speicherkapazität und der Zugriffsgeschwindigkeit zu erwarten. Bei einem TMR-MRAM wird ein Strommagnetfeld dadurch erzeugt, dass ein Strom durch einen als Schreibleitung wirkenden Leiter, der nahe dem TMR-Element angeordnet ist, geschickt wird. Unter Verwendung des Strommagnetfelds wird die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht im TMR-Element auf eine vorbestimmte Richtung geändert, um dadurch Information zu speichern. Als Verfahren zum Lesen gespeicherter Information ist ein solches zum Hindurchschicken eines Stroms in der Richtung orthogonal zu einer Tunnelbarriereschicht, mit einer Erfassung einer Widerstandsänderung im TMR-Element, bekannt. Derartige TMR-MRAM-Techniken sind im US-Patent Nr. 5,629,922 bekannt und in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. Hei 9-91949 offenbart.
  • In jüngerer Zeit besteht zunehmender Bedarf an einer höheren Packungsdichte eines Magnetspeicherbauteils, und demgemäß ist auch eine Größenverringerung des TMR-Elements erforderlich. Wenn das TMR-Element feiner wird, wird aufgrund des Einflusses eines Entmagnetisierungsfelds, wie es durch Magnetpole an den beiden Enden des TMR-Elements erzeugt wird, die Magnetisierungsrichtung in einer magnetischen Schicht (Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung) zum Speichern von Information instabil, und es wird schwierig, aufgezeichnete Information aufrecht zu erhalten. Um dieses Problem zu lösen, wird eine Struktur vorgeschlagen (siehe beispielsweise die Japanische Patentoffenlegung Nr. 2001-273759 ), bei der ein geschlossener Magnetkreis zusätzlich zur Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung um einen Leiter (Schreibleitung) nahe dem TMR-Element ausgebildet ist. Da der geschlossene Magnetkreis durch eine Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung in Zusammenhang mit dem Aufzeichnungsvorgang aufgebaut wird, kann der nachteilige, durch das Entmagnetisierungsfeld ausgeübte Einfluss vermieden werden, und es kann ein Magnetspeicherbauteil mit hoher Packungsdichte realisiert werden. Ferner erstrecken sich in diesem Fall beide von zwei Schreibleitungen im geschlossenen Magnetkreis, so dass die Magnetisierung effizient invertiert werden kann.
  • Jedoch wirkt beim Magnetspeicherbauteil mit der Struktur, wie sie in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 2001-273759 offenbart ist, eine in einem Magnetkörper (Schicht mit geschlossenem Magnetkreis) erzeugte Restmagnetisierung als Komponente eines geschlossenen Magnetkreises, nachdem mit einem Schreibvorgang auf eine Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung eingewirkt wurde, wodurch die Magnetisierungsrichtung derselben gestört wird. Demgemäß besteht die Möglichkeit, dass die aufzuzeichnende Information nicht aufrecht erhalten wird und beim Lesen ein Fehler auftritt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung derartiger Probleme geschaffen, und es ist eine erste Aufgabe derselben, ein magnetoresistives Element, eine Magnetspeicherzelle und ein Magnetspeicherbauteil mit dem magnetoresistiven Element und mit der Magnetspeicherzelle darin zu schaffen, wobei Information dadurch stabil geschrieben werden kann, dass ein Magnetfeld verwendet wird, das durch einen in einem Leiter fließenden Strom erzeugt wird, wobei geschriebene Information stabil aufrecht erhalten werden kann.
  • Ein magnetoresistives Element gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist mit Folgendem versehen: einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder vollständig umgibt, und einem Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, wobei magnetische Kopplung zum Magnetjoch besteht. Die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die des Magnetjochs ist, wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Eine Magnetspeicherzelle gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung verfügt über ein Paar magnetoresistiver Elemente mit einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einem Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist.
  • Das Paar magnetoresistiver Elemente nutzt einen Teil des Magnetjochs gemeinsam, wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des Magnetjochs ist, und wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Ein Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente. Jedes Element des Paars magnetoresistiver Elemente weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem sich die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, wobei es so aufgebaut ist, dass es die Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Das Paar magnetoresistiver Elemente nutzt einen Teil des Magnetjochs gemeinsam. Die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die des Magnetjochs ist, wobei das Magnetjoch über eine Koerzitivfeldstärke verfügt, die zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung verfügt die magnetosensitive Schicht über eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs, wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt. So ist der Einfluss einer Restmagnetisierung des Magnetjochs unterdrückt, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht wird stabil aufrecht erhalten.
  • Ein magnetoresistives Element gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiter angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Ein Verbindungsteil mit dem Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs nimmt zur magnetosensitiven Schicht hin zu und ist in dieser maximal.
  • Eine Magnetspeicherzelle gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung verfügt über ein Paar magnetoresistiver Elemente mit jeweils einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch verbunden ist. Das Paar magnetoresistiver Elemente nutzt einen Teil des Magnetjochs gemeinsam, und ein Verbindungsteil mit dem Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist.
  • Ein Magnetspeicherbauteil gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente. Jedes Element des Paars magnetoresistiver Elemente weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es die Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist; wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam nutzt. Ein mit dem Schichtkörper verbundener Teil des Magnetjochs dient auch als magnetosensitive Schicht, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs nimmt zur magnetosensitiven Schicht hin zu und ist in dieser maximal.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung verfügt das Magnetjoch über eine Koerzitivfeldstärke, die zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist. So wird der Einfluss der Restmagnetisierung des Teils mit Ausnahme des Verbindungsteils im Magnetjoch unterdrückt, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht wird stabil aufrecht erhalten.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten oder zweiten Erscheinungsform der Erfindung kann das Magnetjoch Folgendes beinhalten: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, wobei sie einander über dem Leiter (erste und zweite Schreibleitung) zugewandt sind; und ein Trägerjoch, das an einer Seite einer der Flächen des Schichtkörpers angeordnet ist und mit dem ein Ende jedes Paars von Säulenjochen verbunden ist. In diesem Fall weist das Trägerjoch wünschenswerterweise eine Koerzitivfeldstärke auf, die größer als die des Paars von Säulenjochen ist.
  • Beim magnetoresistiven Element, bei der Magnetspeicherzelle und beim Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten oder zweiten Erscheinungsform der Erfindung kann das Magnetjoch Folgendes aufweisen: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über dem Leiter (der ersten und der zweiten Schreibleitung) zugewandt sind; ein erstes Trägerjoch, mit dem ein Ende auf der Schichtkörperseite jedes Jochs des Paars von Säulenjochen verbunden ist; und ein zweites Trägerjoch, mit dem das andere Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen verbunden ist. In diesem Fall weist das Paar von Säulenjochen wünschenswerterweise eine Koerzitivfeldstärke auf, die größer als die des zweiten Trägerjochs ist, und das erste Trägerjoch weist eine Koerzitivfeldstärke über der des Paars von Säulenjochen auf.
  • Ein magnetoresistives Element gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, wobei magnetische Kopplung zum Magnetjoch besteht, und wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist. Das "externe Magnetfeld" bei der Erfindung bedeutet ein Magnetfeld, das durch einen im Leiter fließenden Strom erzeugt wird, oder ein im Magnetjoch erzeugtes Rückstellmagnetfeld.
  • Eine Magnetspeicherzelle gemäß der dritten Erscheinungsform der Erfindung weist ein Paar magnetoresistiver Elemente mit jeweils Folgendem auf: einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es einen Teil des Umfangs des Leiters umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Das Paar magnetoresistiver Elemente nutzt einen Teil des Magnetjochs gemeinsam, und die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs. "Gemeinsam nutzen" bei der Erfindung bedeutet, dass die Joche eines Paars von Magnetjochen elektrisch und magnetisch aneinander anschließen.
  • Ein Magnetspeicherbauteil gemäß der dritten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente. Jedes Element des Paars magnetoresistiver Elemente weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Das Paar magnetoresistiver Elemente nutzt einen Teil des Magnetjochs gemeinsam, und die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die des Magnetjochs ist.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der dritten Erscheinungsform der Erfindung verfügt die magnetosensitive Schicht über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die des Magnetjochs ist. So ist der Einfluss der Restmagnetisierung des Magnetjochs unterdrückt, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht wird stabil aufrecht erhalten.
  • Ein magnetoresistives Element gemäß einer vierten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufge baut ist; dass es einen Teil der Umgebung des Leiters umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, und diese verfügt über eine Koerzitivfeldstärke über der des Teils, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist.
  • Eine Magnetspeicherzelle gemäß einer vierten Erscheinungsform der Erfindung verfügt über ein Paar magnetoresistiver Elemente mit jeweils Folgendem: einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters umgibt; und einem Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam nutzt. Ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, die über eine Koerzitivfeldstärke verfügt, die größer als die des Teils ist, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist.
  • Ein Magnetspeicherbauteil gemäß der vierten Erscheinungsform der Erfindung weist Folgendes auf: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente. Jedes Element des Paars magnetoresistiver Elemente weist Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam nutzt. Die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der vierten Erscheinungsform der Erfindung verfügt die magnetosensitive Schicht über eine Koerzitivfeldstärke über der desjenigen Teils, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist. So ist der Einfluss einer Restmagnetisierung des Teils, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist, unterdrückt, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht wird stabil aufrecht erhalten.
  • Beim magnetoresistiven Element, der Magnetspeicherzelle und dem Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten bis vierten Erscheinungsform der Erfindung kann der Schichtkörper so aufgebaut sein, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche fließt oder der Strom in der Richtung entlang derselben fließt.
  • Wie nachfolgend beschrieben, verfügt betreffend das magnetoresistive Element, die Magnetspeicherzelle und das Magnetspeicherbauteil gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung jedes über das Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich (Bereich, in dem die erste und die zweite magnetosensitive Schicht einander schneiden) entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist, wobei es so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters (erste und zweite Schreibleitung) teilweise oder vollständig umgibt; sowie einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Die magnetosensitive Schicht verfügt über eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs nimmt zur magnetosensitiven Schicht hin zu. So kann der Einfluss einer Restmagnetisierung des Magnetjochs unterdrückt werden, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht kann stabil aufrecht erhalten werden. Demgemäß kann ein Lesefehler verhindert werden, zu dem es durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehrung in der magnetosensitiven Schicht käme, und die Zuverlässigkeit der Leseoperation ist verbessert.
  • Betreffend das magnetoresistive Element, die Magnetspeicherzelle und das Magnetspeicherbauteil gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung weist jedes Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich (Bereich, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden) entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist, wobei es so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters (erste und zweite Schreibleitung) teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit der magnetosensitiven Schicht gekoppelt ist. Ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs nimmt zur magnetosensitiven Schicht hin zu, und sie ist in dieser maximal. So kann der Einfluss einer Restmagnetisierung des Teils außer dem Verbindungsteil im Magnetjoch unterdrückt werden, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht kann stabil aufrecht erhalten werden. Demgemäß kann ein Lesefehler verhindert werden, zu dem es durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehrung in der magnetosensitiven Schicht käme, und die Zuverlässigkeit der Leseoperation ist verbessert.
  • Betreffend das magnetoresistive Element, die Magnetspeicherzelle und das Magnetspeicherbauteil gemäß der dritten Erscheinungsform der Erfindung weist jedes Folgendes auf: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich (Bereich, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden) entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist, wobei es so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters (erste und zweite Schreibleitung) umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch verbunden ist, wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist. So kann der Einfluss einer Restmagnetisierung des Magnetjochs unterdrückt werden, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht kann stabil aufrechterhalten werden. Demgemäß kann ein Lesefehler verhindert werden, zu dem es durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehrung in der magnetosensitiven Schicht käme, und die Zuverlässigkeit der Leseoperation ist verbessert.
  • Betreffend das magnetoresistive Element, die Magnetspeicherzelle und das Magnetspeicherbauteil gemäß der vierten Erscheinungsform der Erfindung ist jedes mit Folgendem versehen: einem Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich (Bereich, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden) entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist, wobei es so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters (erste und zweite Schreibleitungen) umgibt; und einem Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist. Ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch dient auch als magnetosensitive Schicht, die über eine Koerzitivfeldstärke über der desjenigen Teils verfügt, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist. So kann der Einfluss einer Restmagnetisierung des Teils, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist, unterdrückt werden, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht kann stabil aufrecht erhalten werden. Demgemäß kann ein Lesefehler verhindert werden, wie er durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehrung in der magnetosensitiven Schicht auftreten würde, und die Zuverlässigkeit einer Leseoperation ist verbessert.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung vollständiger ersichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konfiguration eines Magnetspeicherbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Schreibleitung des in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteils zeigt.
  • 3 ist eine Teildraufsicht, die die Konfiguration eines Hauptteils einer Speicherzellengruppe im in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteil zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils der Speicherzellengruppe im in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteil zeigt.
  • 5A und 5B sind Schnittansichten, die die Konfiguration einer Ebene entlang einer Linie V-V bei der in der 3 dargestellten Speicherzelle zeigen.
  • 6 ist eine andere Teildraufsicht, die die Konfiguration des Hauptteils der Speicherzellengruppe im in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteil zeigt.
  • 7 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Ebene entlang einer Linie VII-VII bei der in der 6 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 8 ist ein Schaltbild, das die Schaltungskonfiguration des in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteils zeigt.
  • 9A und 9B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Schreibstromrichtung und der Richtung eines Rückstellmagnetfelds (Magnetisierungsrichtung) bei der in den 5A und 5B dargestellten Schnittkonfiguration einer Speicherzelle zeigen.
  • 10A und 10B sind vergrößerte Teilansichten der in der 8 dargestellten Schaltungskonfiguration.
  • 11 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses bei einem Verfahren zum Herstellen des in der 1 dargestellten Magnetspeicherbauteils.
  • 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 11.
  • 13 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 12.
  • 14 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 13.
  • 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 14.
  • 16 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 15.
  • 17 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 16.
  • 18 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 17.
  • 19 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 18.
  • 20 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 19.
  • 21 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 20.
  • 22 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 21.
  • 23 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 22.
  • 24 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 23.
  • 25 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 24.
  • 26 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 25.
  • 27 ist eine vergrößerte Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Prozesses folgend auf die 26.
  • 28A und 28B sind Schnittansichten, die die Konfiguration eines Hauptteils eines Magnetspeicherbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
  • 29A und 29B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Schreibstromrichtung und der Richtung eines Rückstellmagnetfelds (Magnetisierungsrichtung) bei der in den 28A und 28B dargestellten Schnittkonfiguration einer Speicherzelle zeigen.
  • 30 ist eine Schnittansicht, die eine erste Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 31 ist eine Schnittansicht, die eine zweite Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 32 ist eine Schnittansicht, die eine dritte Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 33 ist eine Schnittansicht, die eine vierte Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 34 ist eine Schnittansicht, die eine fünfte Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 35 ist eine Schnittansicht, die eine sechste Modifizierung der in der 7 dargestellten Speicherzelle zeigt.
  • 36 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittkonfiguration einer Modifizierung einer Gleichrichtervorrichtung in der in der 10 dargestellten Schaltungskonfiguration zeigt.
  • 37 ist ein Schaltbild, das einen Hauptteil einer Schaltungskonfiguration mit einer Gleichrichtervorrichtung als Modifizierung zur 36 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun werden Ausführungsformen der Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird, unter Bezugnahme auf die 1 bis 7, die Konfiguration eines Magnetspeicherbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Die 1 ist ein schematisches Diagramm, das die allgemeine Konfiguration eines Magnetspeicherbauteils gemäß der Ausführungsform zeigt. Das Magnetspeicherbauteil verfügt über einen Adresspuffer 51, einen Datenpuffer 52, einen Steuerlogikteil 53, eine Speicherzellengruppe 54, einen ersten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 56, einen zweiten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 58, externe Adresseingangsanschlüsse A0 bis A20 und externe Datenanschlüsse D0 bis D7.
  • Die Speicherzellengruppe 54 verfügt über eine Matrixstruktur, bei der eine Anzahl von Speicherzellen 1 mit jeweils einem Paar magnetoresistiver Tunnelelemente (nachfolgend als TMR-Elemente bezeichnet) in einer Schreibleitungsrichtung (X-Richtung) und einer Bitleitungsrichtung (Y-Richtung), die orthogonal zueinander verlaufen, angeordnet sind. Die Speicherzelle 1 ist die Minimaleinheit zum Speichern von Daten im Magnetspeicherbauteil, und es handelt sich um ein konkretes Beispiel entsprechend einer "Magnetspeicherzelle" bei der Erfindung. Die Speicherzelle 1 wird später detailliert beschrieben.
  • Der erste Treibersteuerungs-Schaltungsteil 56 verfügt über eine Adressendecodierschaltung 56A, eine Leseverstärkerschaltung 56B und eine Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung. Der zweite Treibersteuerungs-Schaltungsteil 58 verfügt über eine Adressendecodierschaltung 58A, eine Konstantstromschaltung 58B und eine Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung.
  • Die Adressendecodierschaltungen 56A und 58A dienen zum Auswählen einer Wortdecodierleitung 72 (die später beschrieben wird) und einer Bitdecodierleitung 71 (die später beschrieben wird) entsprechend einem eingegebenen Adresssignal. Die Leseverstärkerschaltung 56B und die Konstantstromschaltung 58B sind Schaltungen, die zum Zeitpunkt des Ausführens einer Leseoperation angesteuert werden. Die Stromtreiberschaltungen 56C und 58C sind Schaltungen, die zum Zeitpunkt des Ausführens einer Schreiboperation angesteuert werden.
  • Die Leseverstärkerschaltung 58B und die Speicherzellengruppe 54 sind über mehrere Bitdecodierleitungen 71 miteinander verbunden, in denen bei einer Leseoperation ein Lesestrom fließt. In ähnlicher Weise sind die Konstantstromschaltung 58B und die Speicherzellengruppe 54 über mehrere Wortdecodierleitungen 72 miteinander verbunden, in denen bei einer Leseoperation ein Lesestrom fließt.
  • Die Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung und die Speicherzellengruppe 54 sind über Schreibbitleitungen 5 (die später beschrieben werden), die bei einer Schreiboperation benötigt werden, miteinander verbunden. In ähnlicher Weise sind die Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung und die Speicherzellengruppe 54 über Schreibwortleitungen 6 (die später beschrieben werden), die bei einer Schreiboperation benötigt werden, miteinander verbunden.
  • Der Adresspuffer 51 verfügt über externe Adresseingangsanschlüsse A0 bis A20, und er ist über eine Adressleitung 57 für die Y-Richtung mit der Adressendecodierschaltung 56A für die Y-Richtung im ersten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 56 und über eine Adressleitung 55 Magnetfeld mit der Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung im zweiten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 58 verbunden. Der Adresspuffer 51 empfängt von außen über die externen Adresseingangsanschlüsse A0 bis A20 ein Adresssignal, und er verstärkt dasselbe auf einen Spannungspegel, wie er in der Adressendecodierschaltung 56A für die Y-Richtung und der Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung benötigt wird, was durch einen in ihm vorhandenen Pufferverstärker (nicht dargestellt) erfolgt. Ferner arbeitet der Adresspuffer 51 so, dass er das verstärkte eine Adresssignal in zwei Signale unterteilt und diese über die Adressleitung 57 für die Y-Richtung an die Adressendecodierschaltung 56A für die Y-Richtung und über die Adressleitung 55 für die X-Richtung an die Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung liefert.
  • Der Datenpuffer 52 besteht aus einem Eingangspuffer 52A und einem Ausgangspuffer 52B, er verfügt über externe Datenanschlüsse D0 bis D7, er ist mit dem Steuerlogikteil 53 verbunden, und er arbeitet mit einem Ausgangssteuerungssignal 53A von diesem. Der Eingangspuffer 52A ist mit der Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung im ersten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 56 und der Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung im zweiten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 58 über einen Schreibdatenbus 61 für die Y-Richtung bzw. einen Schreibdatenbus 60 für die X-Richtung verbunden. Beim Ausführen einer Operation zum Schreiben von Daten in die Speicherzellengruppe 54 arbeitet der Eingangspuffer 52A so, dass er Signalspannungen von den externen Datenanschlüssen D0 bis D7 empfängt, die Signalspannung durch einen internen Pufferverstärker (nicht dargestellt) auf einen erforderlichen Spannungspegel verstärkt, und die sich ergebende Spannung über den Schreibdatenbus 60 für die X-Richtung und den Schreibdatenbus 61 für die Y-Richtung an die Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung bzw. die Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung überträgt. Der Ausgangspuffer 52B ist über einen Lesedatenbus 62 für die Y-Richtung mit der Leseverstärkerschaltung 56B verbunden. Beim Lesen eines in der Speicherzellengruppe 54 gespeicherten Informationssignals arbei tet der Ausgangspuffer 52B so, dass er das von der Leseverstärkerschaltung 56B zugeführte Informationssignal durch einen intern vorhandenen Pufferverstärker (nicht dargestellt) verstärkt und das sich ergebende Signal mit niedriger Impedanz an die externen Datenanschlüsse D0 bis D7 ausgibt.
  • Der Steuerlogikteil 53 verfügt über einen Chipauswahlanschluss CS und einen Schreibaktivieranschluss WE, und er ist mit dem Datenpuffer 52 verbunden. Der Steuerlogikteil 53 arbeitet so, dass er eine Signalspannung vom Chipauswählanschluss CS, um eine Speicherzelle, die einem Schreib-/Lesevorgang zu unterziehen ist, aus der Gruppe 54 mehrerer Mikrocomputer auswählt, und eine Signalspannung vom Schreibaktivieranschluss WE empfängt, um ein Schreibfreigabesignal auszugeben und das Ausgangssteuerungssignal 53A an den Datenpuffer 52 auszugeben.
  • Nun wird die Konfiguration in Zusammenhang mit einer Informationsschreiboperation beim Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform beschrieben.
  • Die 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Hauptteils, der mit der Schreiboperation in der Speicherzellengruppe 54 in Beziehung steht, in Draufsicht zeigt. Wie es in der 2 dargestellt ist, verfügt das Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform über mehrere Schreibbitleitungen 5a und 5b und mehrere Schreibwortleitungen 6, die sich so erstrecken, dass sie mehrere Schreibbitleitungen 5a und 5b schneiden. Jeder Bereich, in dem die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Schreibwortleitung 6 einander schneiden, beinhaltet einen Parallelteil 10a, in dem sich die Schreibbitleitung 5a und die Schreibwortleitung 6 parallel zueinander erstrecken, und einen Parallelteil 10b, in dem sich die Schreibbitleitung 5b und die Schreibwortleitung 6 parallel zueinander erstrecken. Genauer gesagt, erstrecken sich, wie es in der 2 dargestellt ist, die Schreibwortleitungen 6 mit Rechteckverlauf in der X-Richtung, und die Schreibbitleitungen 5a und 5b erstrecken sich abwechselnd linear in der Y-Richtung. Die ansteigenden und fallenden Teile des Rechteckverlaufs der Schreibwortleitungen 6 bilden in Zusammenwirkung mit den Schreibbitleitungen 5a und 5b die mehreren Parallelteile 10a und 10b. Die Speicherzelle 1 ist im Bereich vorhanden, in dem die Schreibbitleitungen 5a und 5b die Schreibwortleitung 6 so schneiden, dass zumindest ein Teil der Parallelteile 10a und 10b enthalten ist. Die Konfiguration, gemäß der die Speicherzelle 1 im Schnittbereich vorhanden ist, beinhaltet einen Fall, bei dem sie benachbart zum Schnittpunkt vorhanden ist. Die Speicherzelle 1 ist durch TMR-Elemente 1a und 1b gebildet, wobei das TMR-Element 1a in einem Bereich vorhanden ist, in dem die Schreibbitleitung 5a und die Schreibbitleitung 6 einander schneiden, und das andere TMR-Element 1b im Bereich vorhanden ist, in dem die Schreibbitleitung 5b und die Schreibwortleitung 6 einander schneiden. Die TMR-Elemente 1a und 1b bilden ein konkretes Beispiel entsprechend einem "Paar magnetoresistiver Elemente" gemäß der Erfindung.
  • Zu den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 fließen Ströme von der Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung und der Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung. Der in der Schreibbitleitung 5a fließende Strom und der in der Schreibbitleitung 5b fließende Strom verlaufen immer in entgegengesetzten Richtungen. Wenn beispielsweise, wie es durch die Pfeile in der 2 dargestellt ist, die Stromrichtung in den Schreibbitleitungen 5a als (+Y)-Richtung eingestellt ist, ist die Stromrichtung in den Schreibbitleitungen 5b die (–Y)-Richtung. Daher verlaufen in diesem Fall, wenn die Stromrichtungen in den Schreibwortleitungen 6 insgesamt als (+X)-Richtung eingestellt sind (von links nach rechts auf dem Zeichnungsblatt), die Stromrichtung in der Schreibbitleitung 5a und diejenige in der Schreibwortleitung 6 im TMR-Element 1a parallel zueinander. Die Richtung des Stroms, der im anderen TMR-Element 1b in der Schreibbitleitung 5b fließt, sowie diejenige des Stroms in der Schreibwortleitung 6 verlaufen ebenfalls parallel zueinander. Nachfolgend werden, wenn es nicht erforderlich ist, die Stromrichtungen voneinander zu unterscheiden, die Schreibbitleitungen 5a und 5b einfach als Schreibbitleitungen 5 bezeichnet. Die Schreibwortleitung 6 ist ein konkretes Beispiel entsprechend einer "ersten Schreibleitung" bei der Erfindung, und die Schreibbitleitung 5 ist ein konkretes Beispiel entsprechend einer "zweiten Schreibleitung" bei der Erfindung.
  • Die 3 zeigt die Konfiguration des Hauptteils der Speicherzellengruppe 54 spezieller in Draufsicht. Die Schreibbitleitungen 5a und 5b, die Schreibwortleitungen 6 und die Magnetspeicherzellen 1 (TMR-Elemente 1a und 1b), wie sie in der 3 dargestellt sind, entsprechen denen in der 2. Die TMR-Elemente 1a und 1b sind in den Parallelteilen 10a und 10b der Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitungen 6 angeordnet. Die TMR-Elemente 1a und 1b verfügen über Schichtkörper S20a und S20b mit jeweils einer magnetosensitiven Schicht und dem Magnetjoch 4a bzw. 4b, und die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht ändert sich entsprechend dem Magnet feld, wie es durch die Ströme erzeugt wird, die in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und den Schreibwortleitungen 6 in den TMR-Elementen 10a und 10b fließen (d.h. das externe Magnetfeld in den Magnetjochen 4a und 4b). In diesem Fall sind die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 in den Parallelteilen 10a und 10b an beinahe übereinstimmenden Positionen in der XY-Ebene vorhanden. In der Z-Richtung sind sie mit einem vorbestimmten Intervall angeordnet, und sie sind elektrisch gegeneinander isoliert.
  • An den beiden Enden jeder Schreibbitleitung 5 sind Schreibbitleitung-Zuleitungselektroden 47 vorhanden. Ein Ende jeder Schreibbitleitung-Zuleitungselektrode 47 ist mit der Stromtreiberschaltung 56C für die Y-Richtung verbunden, während das andere Ende so angeschlossen ist, dass es schließlich geerdet ist. An den beiden Enden jeder Schreibwortleitung 6 sind Schreibwortleitungs-Zuleitungselektroden 46 vorhanden. Ein Ende jeder Schreibwortleitungs-Zuleitungselektrode 46 ist mit der Stromtreiberschaltung 58C für die X-Richtung verbunden, während das andere Ende so angeschlossen ist, dass es schließlich geerdet ist. In der 3 sind die Schreibbitleitungen 5 teilweise weggelassen, damit die Form der Schreibwortleitungen 6 gut erkennbar ist.
  • Die 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Speicherzelle 1. Wie es in der 4 dargestellt ist, sind die Schreibwortleitung 6, die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Magnetjoche 4a und 4b über Isolierfilme 7a und 7b elektrisch gegeneinander isoliert. Der Schichtkörper S20b ist an der Oberfläche des Magnetjochs 4b auf der Seite entgegengesetzt zur Schreibbitleitung 5b über der Schreibwortleitung 6 ausgebildet. Eine Lesewortleitung 32 ist so vorhanden, dass sie sich an der Seite entgegengesetzt zur Fläche, an der der Schichtkörper S20b im Magnetjoch 4b ausgebildet ist, in der X-Richtung erstreckt. Obwohl es in der 4 nicht dargestellt ist, ist der Schichtkörper S20a, der dem Parallelteil 10a der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6 entspricht, an der Oberfläche des Magnetjochs 4a in einem Teil ausgebildet, der durch das Magnetjoch 4b gemeinsam genutzt wird. Das Paar der Schichtkörper S20a und S20b ist mit leitenden Schichten 36a und 36b verbunden, die auf der Seite entgegengesetzt zu den Magnetjochen 4a und 4b ausgebildet sind (es ist nur die leitende Schicht 36b dargestellt). Das Paar der leitenden Schichten 36a und 36b ist Teil eines Paars von Schottky-Dioden 75a und 75b (die später beschrieben werden), und die anderen Enden dieser Schottky-Dioden 75a und 75b sind mit den sich in der Y-Richtung erstreckenden Lesebitleitungen 33a und 33b (nicht dargestellt) verbunden.
  • Die 5a zeigt eine Schnittkonfiguration entlang einer Linie V-V bei der in der 3 dargestellten Speicherzelle 1. Die 5B zeigt die Speicherzelle 1 der 5A, die schematisch in das TMR-Element 1a und das TMR-Element 1b unterteilt ist.
  • Wie es in den 5A und 5B dargestellt ist, verfügt das TMR-Element 1a in der Speicherzelle 1 über Folgendes: ein Magnetjoch 4a, das entsprechend einem Gebiet (Parallelteil 10a) angeordnet ist, in dem die Schreibbitleitung 5a und die Schreibwortleitung 6 einander schneiden, wobei es so aufgebaut ist, dass es den gesamten Umfang der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6 umgibt; und dem Schichtkörper S20a mit einer zweiten magnetischen Schicht 8a als magnetosensitiver Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, wobei sie magnetisch mit dem Magnetjoch 4a gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass in der Richtung orthogonal zur Stapelfläche ein Strom fließt. Das andere TMR-Element 1b weist Folgendes auf: das Magnetjoch 4b, das entsprechend dem Gebiet (Parallelteil 10b) angeordnet ist, in dem die Schreibbitleitung 5b und die Schreibbitleitung 6 einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es den gesamten Umfang der Schreibbitleitung 5b und der Schreibwortleitung 6 umgibt; und den Schichtkörper S20b mit einer zweiten magnetischen Schicht 8b als magnetosensitiver Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, wobei sie magnetisch mit dem Magnetjoch 4b gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Stapelfläche fließt. Die TMR-Elemente 1a und 1b haben einen gemeinsamen Teil 34 als Teil der Magnetjoche 4a und 4b gemeinsam. Die zwei magnetischen Schichten 8a und 8b verfügen über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die der Magnetjoche 4a und 4b ist, und die Magnetjoche 4a und 4b verfügen über eine Koerzitivfeldstärke, die zu den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b hin zunimmt.
  • Die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b als magnetosensitive Schichten (auch als magnetisch freie Schicht bezeichnet) stehen in magnetischer Austauschkopplung mit den Verbindungsteilen 14a und 14b, die Teile der Magnetjoche 4a und 4b bilden und magnetisch mit den Schichtkörpern S20a und S20b gekoppelt sind.
  • Die Schichtkörper S20a und S20b sind TMR-Filme mit, in der Reihenfolge von der Seite der Magnetjoche 4a und 4b (Verbindungsteile 14a und 14b) her, den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b, Tunnelbarriereschichten 3a und 3b sowie ersten magnetischen Schichten 2a und 2b, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, und die so aufgebaut sind, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Schichtfläche fließt. In den 5A und 5B sind, um die Konfiguration der Schichtkörper S20a und S20b klar zu stellen, die Schichtkörper 20 übertrieben dargestellt, so dass sie in Bezug auf die Umfangsteile größer sind.
  • Wenn die Magnetisierungsrichtungen des Paars von TMR-Elementen 1a und 1b in den Richtungen umgekehrt werden, die nicht parallel zueinander verlaufen, werden, im gemeinsamen Teil 34, die Richtungen der durch die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Schreibwortleitung 6 erzeugten Strommagnetfelder gleich, und die Magnetflussdichte nimmt zu. Demgemäß kann das Strommagnetfeld effizienter genutzt werden, und der Strom zum Invertieren der Magnetisierungsrichtungen in den Verbindungsteilen 14a und 14b der Magnetjoche 4a und 4b und der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b kann weiter verkleinert werden. Da das Magnetjoch 4 gemeinsam genutzt wird, kann das Paar von TMR-Elementen 1a und 1b leicht ausgebildet werden, die Ausbildungsfläche der Speicherzelle 1 kann verkleinert werden, und die Kapazität der gespeicherten Information kann erhöht werden.
  • Wenn in den Schichtkörpern S20a und S20b eine Spannung zwischen die ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b beispielsweise in der Richtung orthogonal zur Schichtfläche angelegt wird, laufen Elektronen in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b durch die Tunnelbarriereschichten 3a und 3b, und sie bewegen sich zu den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b, und es fließt ein Tunnelstrom. Der Tunnelstrom ändert sich abhängig vom Relativwinkel zwischen dem Spin in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b an der Grenzfläche zur Tunnelbarriereschicht 3 sowie dem Spin in den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Genauer gesagt, wird der Widerstandswert minimal, wenn der Spin in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und derjenige in den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b parallel zueinander stehen. Wenn sie nicht parallel zueinander stehen, wird der Widerstandswert maximal. Unter Verwendung der Widerstandswerte wird das Magnetowiderstands-Änderungsverhältnis (MR-Verhältnis) als Gleichung (1) definiert. MR-Verhältnis = dR/R (1)wobei "dR" die Differenz zwischen dem Widerstandswert dann, wenn die Spins parallel zueinander stehen, und demjenigen dann, wenn sie nicht parallel zueinander stehen, bezeichnet, und "R" den Widerstandswert für den Fall bezeichnet, dass die Spins parallel zueinander stehen.
  • Der Wert des Widerstandswerts gegen den Tunnelstrom (nachfolgend als Tunnelwiderstand Rt bezeichnet) hängt stark von der Dicke T der Tunnelbarriereschicht 3 ab. In einem Bereich niedriger Spannungen nimmt, wie es in der Gleichung (2) angegeben ist, der Tunnelwiderstand Rt exponential mit der Dicke T der Tunnelbarriereschicht zu.
  • Rt∞exp(2χT), χ = {8π2m*(Φ·Ef)0,5}/h (2)wobei Φ die Höhe der Barriere bezeichnet, "m*" die effektive Elektronenmasse bezeichnet, "Ef" Fermienergie bezeichnet und h die Planck'sche Konstante bezeichnet. Allgemein gilt für ein Speicherelement unter Verwendung eines TMR-Elements, um passende Werte für ein Halbleiterbauteil wie einen Transistor zu erzielen, dass ein geeigneter Tunnelwiderstand Rt ungefähr einige 10 kΩ·(μm)2 betrifft. Um jedoch eine höhere Packungsdichte in einem Magnetspeicherbauteil sowie höhere Betriebsgeschwindigkeit zu realisieren, wird der Tunnelwiderstand Rt vorzugsweise auf 10 kΩ·(μm)2 oder weniger, bevorzugter 1 kΩ·(μm)2 oder weniger eingestellt. Daher ist es, um den Tunnelwiderstand Rt zu realisieren, wünschenswert, die Dicke T der Tunnelbarriereschicht 3 auf 2 nm oder weniger, bevorzugter auf 1,5 nm oder weniger, einzustellen.
  • Durch Verringern der Dicke T der Tunnelbarriereschichten 3a und 3b kann der Tunnelwiderstand Rt einerseits verkleinert werden, aber aufgrund einer Rauigkeit der Grenzflächen am Übergang zu den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b tritt ein Leckstrom auf, so dass das MR-Verhältnis abnimmt. Um dies zu verhindern, muss die Dicke T der Tunnelbarriereschichten 3a und 3b einen so großen Wert aufweisen, dass kein Leckstrom fließt. Genauer gesagt, beträgt die Dicke T wünschenswerterweise 0,3 nm oder mehr.
  • Wünschenswerterweise verfügen die Schichtkörper S20a und S20b über eine Koerzitivfeldstärke-Differenzstruktur, und die Koerzitivfeldstärke der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b ist größer als die der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Genauer gesagt, ist die Koerzitivfeldstärke der ersten magnetischen Schicht 2 vorzugsweise größer als (50/4π) × 103 A/m, bevorzugter (100/4π) × 103 A/m. Bei dieser Konfiguration kann verhindert werden, dass die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b durch unerwünschte Magnetfelder, wie externe Streumagnetfelder, beeinflusst wird. Die ersten magnetischen Schichten 2a und 2b bestehen beispielsweise aus einer Cobalteisenlegierung (CoFe), und sie verfügen über eine Dicke von 5 nm. Alternativ können für die ersten magnetischen Schichten 2a und 2b Cobalt (Co), eine Cobaltplatinlegierung (CoPt), eine Nickeleisencobaltlegierung (NiFeCo) oder dergleichen verwendet werden. Die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b bestehen beispielsweise aus Cobalt (Co), einer Cobalteisenlegierung (CoFe), einer Cobaltplatinlegierung (CoPt), einer Nickeleisenlegierung (NiFe) oder einer Nickeleisencobaltlegierung (NiFeCo). Die Achsen leichter Magnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b verlaufen vorzugsweise parallel zueinander, so dass die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b im parallelen oder nicht parallelen Zustand stabilisiert sind.
  • Die Magnetjoche 4a und 4b erstrecken sich so, dass sie zumindest einen Teil der Parallelteile 10a und 10b in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 ringförmig umgeben, und sie sind so aufgebaut, dass in ihnen durch den in den Parallelteilen 10a und 10b fließenden Strom ein Rückstellmagnetfeld erzeugt wird. Genauer gesagt, weist, wie es in der 5b dargestellt ist, das Magnetjoch 4a Folgendes auf: ein Paar von Säulenjochen 421 und 422, die sich in der Richtung orthogonal zu einer Stapelschichtfläche des Schichtkörpers S20a erstrecken, während sie über der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6 einander zugewandt sind; ein erstes Trägerjoch 41a, das mit einem Ende auf der Seite des Schichtkörpers S20a jedes Jochs des Paars von Säulenjochen 421 und 422 verbunden ist; und ein zweites Trägerjoch 43a, das mit dem anderen Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen 421 und 422 verbunden ist. Das Magnetjoch 4a verfügt über eine geschlossene Schnittform. Das andere Magnetjoch 4b ist mit Folgendem versehen: einem Paar von Säulenjochen 422 und 423, die sich in der Richtung orthogonal zur Stapel schichtfläche des Schichtkörpers S20b erstreckt, während sie einander über der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6 zugewandt sind; einem ersten Trägerjoch 41b, das mit einem Ende auf der Seite des Schichtkörpers S20b des Paars von Säulenjochen 422 und 423 verbunden ist; und einem zweiten Trägerjoch 43b, das mit dem anderen Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen 422 und 423 verbunden ist. Das Magnetjoch 4b verfügt ebenfalls über eine geschlossene Schnittform. Die TMR-Elemente 1a und 1b haben das Säulenjoch 422, einen Teil der ersten Trägerjoche 41a und 41b sowie einen Teil der zweiten Trägerjoche 43a und 43b gemeinsam, und es liegt der gemeinsame Teil 34 vor, wie es in der 5A dargestellt ist.
  • Die Magnetisierungsrichtung jedes Jochs derartiger Magnetjoche 4a und 4b wird durch das Rückstellmagnetfeld umgekehrt. In diesem Fall fungieren, hauptsächlich die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b als Speicherschichten zum Speichern von Information. Die Magnetjoche 4a und 4b bestehen beispielsweise aus einem Metall, das von Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Cobalt (Co) mindestens eines enthält, und die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b verfügen über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die der Magnetjoche 4a und 4b ist. Demgemäß wird selbst dann, wenn die Magnetisierungsrichtung der Magnetjoche 4a und 4b aufgrund unerwünschter externer Magnetfelder im Zustand, in dem kein Schreibstrom in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 fließt (Zustand ohne Schreiboperation), die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b nicht beeinflusst sondern stabil aufrecht erhalten.
  • Ferner sind die Magnetjoche 4a und 4b so aufgebaut, dass sie über eine Koerzitivfeldstärke verfügen, die zu den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b hin zunimmt. D.h., dass die Säulenjoche 421 bis 423 über eine Koerzitivfeldstärke verfügen, die größer als die der zweiten Trägerjoche 43a und 43b ist, und die ersten Trägerjoche 41a und 41b eine Koerzitivfeldstärke aufweisen, die größer als die der Säulenjoche 421 bis 423 ist. Die Säulenjoche 421 bis 423 bestehen beispielsweise aus NixFe1–x(x = 0,35 bis 0,82, bevorzugter x = 0,7 bis 0,8). Die zweiten Trägerjoche 43a und 43b bestehen beispielsweise aus NiyFe1–y (aus dem Bereich mit y = 0,7 bis 0,8 wird ein Zusammensetzungsverhältnis ausgewählt, bei dem die Koerzitivfeldstärke kleiner als die der Säulenjoche 421 bis 423 ist). Ferner bestehen die ersten Trägerjoche 41a und 41b aus einem Material wie Cobalt, CoFe, CoPt, NiFe, NiFeCo mit einer Koerzitivfeldstärke, die kleiner als die der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b und größer als die der Säulenjoche 421 bis 423 ist. Bei dieser Konfiguration können die Magnetisierungsrichtungen der ersten Trägerjoche 41a und 41b, die in den Magnetjochen 4a bzw. 4b am nächsten bei den zweiten magnetischen Schichten 8a bzw. 8b positioniert sind, stärker stabilisiert werden, so dass die Magnetisierungsrichtungen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b stabil, ohne Störung aufrecht erhalten werden können. D.h., dass bei fehlender Schreiboperation die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b stabil in einem nicht parallelen Zustand gehalten werden können. Durch Herabdrücken der Koerzitivfeldstärke der zweiten Magnetjoche 43a und 43b, die an der am weitesten von den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b entfernten Position vorhanden sind und einen kleinen Einfluss auf die Magnetisierungsrichtung derselben ausüben, auf einen relativ kleinen Wert, kann der zum Invertieren der Magnetisierung bei einer Schreiboperation erforderliche Strom herabgedrückt werden. Als für die Magnetjoche 4a und 4b verwendetes Material kann, zusätzlich zu den oben angegebenen Materialien, beispielsweise eine Legierung auf FeAlSi-Basis genannt werden.
  • Vorzugsweise ist die Koerzitivfeldstärke der Verbindungsteile 14a und 14b aus dem folgenden Grund im Bereich von (100/4π) × 103 A/m oder weniger kleiner als die der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b. Wenn die Koerzitivfeldstärke (100/4π) × 103 A/m überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass die Schichtkörper S20a und S20b selbst, die als TMR-Filme wirken, durch Wärmeerzeugung, zu der es durch eine Zunahme des Schreibstroms kommt, eine Beeinträchtigung erfahren. Ferner nimmt, wenn die Koerzitivfeldstärke der Verbindungsteile 14a und 14b derjenigen der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b entspricht oder größer ist, der Schreibstrom zu, die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b als Schichten mit fester Magnetisierung ändert sich, und die als Speicherelemente wirkenden Schichtkörper S20a und S20b werden zerstört. Damit die durch die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Schreibwortleitung 6 erzeugten Strommagnetfelder an den Magnetjochen 4a und 4b konzentriert werden, ist die magnetische Permeabilität der Magnetjoche 4a und 4b vorzugsweise hoch. Genauer gesagt, beträgt die magnetische Permeabilität vorzugsweise 2000 oder mehr, und bevorzugter 6000 oder mehr.
  • Sowohl die Schreibbitleitung 5 als auch die Schreibwortleitung 6 verfügt über eine Struktur, bei der ein Film aus Titan (Ti) mit einer Dicke von 10 nm, ein Film aus Titannitrid (TiN) mit einer Dicke von 10 nm und ein Film aus Alumi nium (Al) mit einer Dicke von 500 nm sequentiell aufgeschichtet sind und elektrisch durch die Isolierfilme 7 gegeneinander isoliert sind. Die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 bestehen beispielsweise aus mindestens einem der Materialien Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Wolfram (W). Eine genauere Operation zum Schreiben von Information in die Speicherzelle 1 unter Verwendung der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 wird später beschrieben.
  • Nun wird die Konfiguration in Zusammenhang mit einer Informationsleseoperation beschrieben. Die 6 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Hauptteils in Zusammenhang mit der Leseoperation der Speicherzellengruppe 54 zeigt, und sie entspricht der 3.
  • Wie es in der 6 dargestellt ist, ist jede Speicherzelle 1 an jedem der Schnittpunkte der Vielzahl von Lesewortleitungen 32 und der Vielzahl von Lesebitleitungen 33 in der XY-Ebene angeordnet. Die zwei Schichtkörper an der Unterseite der Speicherzelle 1 sind mit einem Paar von Lesebitleitungen 33a und 33b über die Schottky-Dioden 75a und 75b verbunden, und die Oberseite (die von den Schichtkörpern S20a und S20b abgewandte Seite) steht mit der Lesewortleitung 32 in Kontakt. Die Lesebitleitungen 33a und 33b liefern einen Lesestrom an das Paar von TMR-Elementen 1a und 1b in jeder Speicherzelle 1, und die Lesewortleitung 32 leitet den durch diese TMR-Elemente 1a und 1b geschickten Lesestrom nach Masse. An den beiden Enden jeder Lesebitleitung 33 sind Lesebitleitungs-Zuleitungselektroden 49 vorhanden. Andererseits sind an den beiden Enden jeder Lesewortleitung 32 Lesebitleitungs-Zuleitungselektroden 48 vorhanden.
  • Die 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in der 6. Wie es in der 7 dargestellt ist, ist ein Magnetspeicherbauteil gemäß dieser Ausführungsform so aufgebaut, dass, in einem Bereich mit der Speicherzelle 1, ein Paar von Schichtkörpern S20A und S20b sowie die Magnetjoche 4a und 4b sequentiell auf einem Substrat 31 ausgebildet sind, das mit der als Gleichrichter dienenden Schottky-Diode 75 (nachfolgend einfach als Diode 75 bezeichnet) versehen ist.
  • Das Paar von Dioden 75a und 75b verfügt über die leitenden Schichten 36a und 36b, eine Epitaxieschicht 37 und ein Substrat 38 der Reihe nach von der Seite der Schichtkörper S20a und S20b aus. Zwischen den leitenden Schichten 36a und 36b und der Epitaxieschicht 37 ist eine Schottky-Barriere gebildet. Die Dioden 75a und 75b verfügen über keine Teile, die elektrisch miteinander verbunden sind, mit Ausnahme einer Verbindung zur ringförmigen magnetischen Schicht 4, während die Schichtkörper S20a und S20b eingebettet werden. Das Substrat 38 ist ein n-Siliciumwafer. Üblicherweise ist in einen n-Siliciumwafer Phosphor (P) als Fremdstoff eindiffundiert. Als Substrat 38 wird ein Wafer vom n++-Typ verwendet, der durch hohe Dotierung mit Phosphor erhalten wird. Als Epitaxieschicht 37 wird ein Wafer vom n–-Typ verwendet, der dadurch erhalten wird, dass eine leichte Dotierung mit Phosphor erfolgt. Dadurch, dass die Epitaxieschicht 37 als n-Halbleiter ausgebildet ist und die leitenden Schichten 36a und 36b aus Metall in Kontakt miteinander treten, wird eine Bandlücke erzeugt und eine Schottky-Barriere gebildet. Ferner ist das Paar von Dioden 75a und 75b über eine Verbindungsschicht 33T mit den Lesebitleitungen 33a bzw. 33b verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf die 8 wird nun die Schaltungskonfiguration in Zusammenhang mit der Leseoperation beim Magnetspeicherbauteil dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Die 8 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Schaltungssystems, das durch die Speicherzellengruppe 54 und eine Leseschaltung aufgebaut ist. Im Leseschaltungssystem bildet die Speicherzelle 1 einen Differenzverstärker, der durch das Paar von TMR-Elementen 1a und 1b gebildet ist. Information in der Speicherzelle 1 wird dadurch gelesen, dass der Differenzwert von Leseströmen ausgegeben wird, die an die TMR-Elemente 1a und 1b geliefert werden (Ströme, die von den Lesebitleitungen 33a und 33b zu den TMR-Elementen 1a und 1b geliefert werden und auf die gemeinsame Lesewortleitung 32 ausgegeben werden).
  • In der 8 ist eine Leseschaltungseinheit 80 (..., 80n, 80n+1, ...) als Wiederholungseinheit der Leseschaltung durch die Speicherzellen 1 jeder Bitleitung in der Speicherzellengruppe 54 aufgebaut, wobei ein Teil der Leseschaltung die Leseverstärkerschaltung 56b enthält und wobei die Leseschaltungseinheiten 80n in der Bitleitungsrichtung angeordnet sind. Jede der Leseschaltungseinheiten 80n ist über die Bitdecodierleitung 71 (..., 71n, 71n+1, ...) mit der Adressendecodierschaltung 56a für die Y-Richtung verbunden, und sie ist über den Lesedatenbus 62 für die Y-Richtung mit dem Ausgangspuffer 52b verbunden.
  • In der Speicherzellengruppe 54 sind die in der X-Richtung angeordneten Lesewortleitungen 32 (..., 32m, 32m+1, ...) und das Paar der in der Y-Richtung angeordneten Lesebitleitungen 33a und 33b in einer Matrix angeordnet. Jede der Speicherzellen 1 ist am Schnittpunkt mit der Leseleitung 32 in einem Bereich angeordnet, der durch das Paar von Lesebitleitungen 33a und 33b eingebettet ist. Jedes eine Ende der TMR-Elemente 1a und 1b in jeder Speicherzelle 1 ist über das Paar von Dioden 75a und 75b mit den Lesebitleitungen 33a bzw. 33b verbunden, und jedes andere Ende ist mit der gemeinsamen Lesewortleitung 32 verbunden.
  • Ein Ende jeder Lesewortleitung 32 ist über die Lesewortleitung-Zuleitungselektrode 48 mit einem Leseschalter 83 (..., 83m , 83m+1 , ...) verbunden, und es ist auch mit einer gemeinsamen Konstantstromschaltung 583 verbunden. Jeder Leseschalter 83 ist über die Wortdecodierleitung 72 (..., 72m , 72m+1 , ...) mit der Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung verbunden. Der Leseschalter 83 wird leitend gemacht, wenn ein Auswählsignal von der Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung zugeführt wird. Die Konstantstromschaltung 58B hat die Funktion, den in der Lesewortleitung 32 fließenden Strom konstant zu machen.
  • Jede Lesebitleitung 33 ist über die Lesebitleitung-Zuleitungselektrode 49 mit der Leseverstärkerschaltung 56B verbunden, und das andere Ende ist schließlich geerdet. Pro Leseschaltungseinheit 80 ist eine Leseverstärkerschaltung 568 vorhanden, die die Funktion hat, die Potentialdifferenz zwischen dem Paar von Lesebitleitungen 33a und 33b in jeder Leseschaltungseinheit 80 zu empfangen und sie zu verstärken. Die Leseverstärkerschaltung 56B ist mit der Ausgangsleitung 82 (..., 82n, 82n+1, ...) verbunden, und sie ist schließlich über den Lesebitleitung 62 für die Y-Richtung mit dem Ausgangspuffer 52B verbunden.
  • Nun wird die Operation im Magnetspeicherbauteil gemäß der Ausführungsform beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und die 9A und 9B wird nun die Schreiboperation in der Speicherzelle 1 beschrieben. Die 9A und 9B drücken die Beziehung zwischen der Schreibstromrichtung und der Richtung des Rückstellmagnetfelds (Magnetisierungsrichtung) bei der in der 5 dargestellten Schnittkonfiguration der Speicherzelle 1 aus. Die in magnetischen Schichten in den 9A und 9B angegebenen Pfeile kennzeichnen die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten. Was die Magnetjoche 4a und 4b betrifft, sind auch die Magnetfeldrichtungen eines im Inneren gebildeten Magnetpfads dargestellt. Die Magnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b ist auf die (–X)-Richtung fixiert. Die 9A und 9B zeigen den Fall, bei dem ein Schreibstrom in derselben Richtung zur Schreibbitleitung 5 und zur Schreibwortleitung 6, die sich in der Speicherzelle erstrecken und parallel zueinander verlaufen, fließt. Die 9A entspricht der in der 2 dargestellten Schreibstromrichtung. Die 9A zeigt den Fall, bei dem der Schreibstrom von dieser Seite in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt im TMR-Element 1a zur Tiefe (zur (+Y)-Richtung) hin fließt, wobei ein Rückstellmagnetfeld 16a in der Uhrzeigerrichtung im Magnetjoch 4a desjenigen Teils erzeugt wird, der die Schreibbitleitung 5a umgibt, ein Schreibstrom aus der Tiefe zu dieser Seite in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (–Y)-Richtung) im TMR-Element 1b fließt, und das Rückstellmagnetfeld 16b in der Gegenuhrzeigerrichtung im Magnetjoch 4b im die Schreibbitleitung 5b umgebenden Teil erzeugt wird. In diesem Fall ist die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14a und der zweiten magnetischen Schicht 8a die (–X)-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14b und der zweiten magnetischen Schicht 8b ist die (+X)-Richtung. Die 9B entspricht dem Fall, bei dem die Richtungen der Ströme, die in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließen entgegengesetzt zu denen sind, wie sie in der 9A dargestellt sind. Genauer gesagt, zeigt die 9B den Fall, dass ein Schreibstrom aus der Tiefe zu dieser Seite in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (–Y)-Richtung) im TMR-Element 1a fließt, wobei das Rückstellmagnetfeld 16a in der Gegenuhrzeigerrichtung im Magnetjoch 4a des die Schreibbitleitung 5a umgebenden Teils erzeugt wird, ein Schreibstrom von dieser Seite zur Tiefe in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (+Y)-Richtung) im TMR-Element 1b fließt, und das Rückstellmagnetfeld 16b in der Uhrzeigerrichtung im Magnetjoch 4b im die Schreibbitleitung 5b umgebenden Teil erzeugt wird. In diesem Fall ist die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14a und der zweiten magnetischen Schicht 8a die (+X)-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14b und der zweiten magnetischen Schicht 8b ist die (–X)-Richtung.
  • Bei den Fällen der 9A und 9B sind die Stromrichtung in der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6, die das TMR-Element 1a durchlaufen, und diejenige in der Schreibbitleitung 5b und der Schreibwortleitung 6, die das TMR-Element 1b durchlaufen, entgegengesetzt zueinander. Demgemäß können die Richtungen der Rückstellmagnetfelder 16a und 16b, die im Säulenjoch 422 (siehe die 5) fließen, das dem gemeinsamen Teil 34 der Magnetjoche 4a und 4b entspricht, gleich gemacht werden ((+Z)-Richtung in der 9A und (–Z)-Richtung in der 9B).
  • Wie es aus den 9A und 9B ersichtlich ist, ändern sich, abhängig von den Richtungen der Rückstellmagnetfelder 16a und 16b, wie sie durch die Ströme erzeugt werden, die in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließen, die die Magnetjoche 4a durchdringen, die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14a und der zweiten magnetischen Schicht 8a sowie diejenige des Verbindungsteils 14b und der zweiten magnetischen Schicht 8b in solcher Weise, dass sie entgegengesetzt zueinander stehen. Unter Ausnutzung dieses Effekts kann Information in der Speicherzelle 1 gespeichert werden.
  • Kurz gesagt, werden, wenn in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 Ströme in derselben Richtung fließen, die Magnetisierungsrichtungen der Magnetjoche 4a und 4b umgekehrt, und einhergehend mit der Umkehrung ändern sich die Magnetisierungsrichtungen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b, wodurch es ermöglicht wird, Binärinformation entsprechend "0" oder "1" zu speichern. Wenn "0" beispielsweise dem Zustand der 9A entspricht, liegt speziell der Zustand vor, in dem der Verbindungsteil 14a und die zweite magnetische Schicht 8a in der (–X)-Richtung magnetisiert sind und der andere Verbindungsteil 14b und die zweite magnetische Schicht 8b in der (+X)-Richtung magnetisiert sind, während "1" dem Zustand der 9B entspricht, genauer gesagt, dem Zustand, in dem der Verbindungsteil 14a und die zweite magnetische Schicht 8a in der (+X)-Richtung magnetisiert sind und der andere Verbindungsteil 14b und die zweite magnetische Schicht 8b in der (–X)-Richtung magnetisiert sind. Auf diese Weise kann Information gespeichert werden.
  • In diesem Fall wird in den TMR-Elementen 1a und 1b ein Zustand mit niedrigem Widerstand erzielt, in dem ein großer Tunnelstrom fließt, wenn die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b gleich sind. Wenn sie voneinander verschieden sind, wird ein Zustand mit hohem Widerstand erzielt, in dem nur ein kleiner Tunnelstrom fließt. D.h., dass sich ein Element des Paars von TMR-Elementen 1a und 1b immer im Zustand mit niedrigem Widerstand befindet, während sich das andere im Zustand mit hohem Widerstand befindet, um dadurch Information zu speichern. Wenn die Schreibströme in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 in entgegengesetzten Richtungen fließen, oder wenn ein Schreibstrom nur in der Schreibbitleitung 5 oder der Schreibwortleitung 6 fließt, wird die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht 8 nicht umgekehrt, und der Datenwert wird nicht umgeschrieben.
  • Bei der Speicherzelle 1 beim Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration werden durch Hindurchleiten von Strömen in derselben Richtung durch sowohl die Schreibbitleitung 5 als auch die Schreibwortleitung 6 die Richtung des durch die Schreibbitleitung 5 erzeugten Strommagnetfelds und diejenige des durch die Schreibwortleitung 6 erzeugten Strommagnetfelds im Magnetjoch 4 gleich, so dass ein zusammengesetztes Magnetfeld erzeugt werden kann. Demgemäß wird im Vergleich zum Fall, bei dem das Magnetjoch 4 nicht vorhanden ist, sowie zum Fall, bei dem die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 einander rechtwinklig schneiden, eine höhere Magnetflussdichte erzielt. So kann das Strommagnetfeld effizienter genutzt werden, und der zum Umkehren der Magnetisierung in der zweiten magnetischen Schicht 8 erforderliche Strom kann stärker verringert werden.
  • Ferner werden die folgenden Vorteile erzielt, da die zweite magnetische Schicht 8 zwischen der Tunnelbarriereschicht 3 und dem Verbindungsteil 14 des Magnetjochs 4 vorhanden ist. Es kann eine Austauschkopplung zwischen dem Verbindungsteil 14 und der zweiten magnetischen Schicht 8 gebildet werden, und die Magnetisierungsrichtung in der zweiten magnetischen Schicht 8 wird genauer ausgerichtet, so dass ein stabileres Schreiben ausgeführt werden kann. Ferner kann die Koerzitivfeldstärke des Verbindungsteils 14 stärker herabgedrückt werden, so dass die Wärmeerzeugungsmenge dadurch verringert werden kann, dass die Stromstärke bei der Schreiboperation verringert wird, und es können sich die Funktionen des Magnetspeicherbauteils vollständig zeigen.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 1 und 8 die Leseoperation im Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform beschrieben.
  • Als Erstes wird durch die Adressendecodierschaltung 56A im ersten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 56 eine der mehreren Bitdecodierleitungen 71 ausgewählt, und an die entsprechende Leseverstärkerschaltung 56B wird ein Steuerungssignal übertragen. Im Ergebnis fließt in den Lesebitleitungen 33a und 33b ein Lesestrom, und die Seite der Schichtkörper S20a und S20b in den TMR-Elementen 1a und 1b erfährt ein positives Potenzial. In ähnlicher Weise wird, durch die Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung im zweiten Treibersteuerungs-Schaltungsteil 58, eine der mehreren Wortdecodierleitungen 72 ausgewählt, und es wird der Leseschalter 83 im entsprechenden Teil angesteuert. Der ausgewählte Leseschalter 83 wird leitend gemacht, es fließt ein Lesestrom in der entsprechenden Lesewortleitung 32, und die Seite entgegengesetzt zu der der Schichtkörper S20a und S20b erhält ein negatives Potential. Daher kann der für den Lesevorgang erforderliche Lesestrom an eine Speicherzelle 1 geschickt werden, die durch die Adressendecodierschaltung 56A für die Y-Richtung und die Adressendecodierschaltung 58A für die X-Richtung ausgewählt wurde. Auf Grundlage des Lesestroms werden die Magnetisierungsrichtungen des Paars zweiter magnetischer Schichten 8a und 8b erfasst, was es ermöglicht, gespeicherte Information zu lesen.
  • Die 10A und 10B sind Schaltbilder, die jeweils einen Teil um die Speicherzelle 1 herum zeigen. Die Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b in den Schichtkörpern S20a und S20b sind durch hohle Pfeile gekennzeichnet, und diejenigen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b sind durch massive Pfeile gekennzeichnet. Beide Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetischen Schichten 2a sind auf linke Richtungen fixiert. In der 10A sind die Magnetisierungsrichtung in der ersten magnetischen Schicht 2a und diejenige in der zweiten magnetischen Schicht 2b im Schichtkörper S20a gleich, und die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schicht 2b im anderen Schichtkörper S20b sind zueinander entgegengesetzt. In diesem Fall befindet sich der Schichtkörper S20a im Zustand mit niedrigem Widerstand, während sich der Schichtkörper S20b im Zustand mit hohem Widerstand befindet. Dieser Fall entspricht beispielsweise "0". Im anderen Fall der 10B, der sich von dem der 10A unterscheidet, befindet sich der Schichtkörper S20a im Zustand mit hohem Widerstand, während sich der Schichtkörper S20b im Zustand mit niedrigem Widerstand befindet. Dieser Fall entspricht beispielsweise "1". Derartige Binärinformation kann dadurch erhalten werden, dass die Tatsache genutzt wird, dass die Widerstandswerte der Schichtkörper S20a und S20b voneinander verschieden sind, und dass die Differenz zwischen den Stromstärken erfasst wird.
  • Beim Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform kann, bei der unten beschriebenen Konfiguration, durch Hindurchleiten eines Stroms durch sowohl die Schreibbitleitung 5 als auch die Schreibwortleitung 6, ein geschlossener Magnetpfad gebildet werden, die Magnetisierung kann in den Magnetjochen 4a und 4b in den TMR-Elementen 1a und 1b effizient umgekehrt werden, und der magnetische Einfluss auf eine Speicherzelle benachbart zur Speicherzelle 1, die einem Schreibvorgang unterzogen wird, kann verringert werden. Ferner können, durch den Abschirmungseffekt der Magnetjoche 4a und 4b, die Intervalle benachbarter Speicherzellen auf dem Substrat verkleinert werden. So ist dies für höhere Integration und höhere Packungsdichte des Magnetspeicherbauteils von Vorteil.
  • Bei der Ausführungsform verfügen die Säulenjoche 421 bis 423 über eine Koerzitivfeldstärke über der der zweiten Trägerjoche 43a und 43b, und die ersten Magnetjoche 41a und 41b verfügen über eine Koerzitivfeldstärke über der der Säulenjoche 421 bis 423. So kann bei einer Nicht-Schreiboperation (in einem Zustand, in dem kein Schreibstrom fließt) der Einfluss der Restmagnetisierung in den Magnetjochen 4a und 4b in seiner Ausübung auf die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b verhindert werden. Wenn die Magnetjoche 4a und 4b über eine Koerzitivfeldstärke verfügen, die derjenigen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b entspricht oder größer ist, besteht die Möglichkeit, dass die Restmagnetisierung in ihnen auf die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b wirkt und bei einer Nicht-Schreiboperation die Magnetisierungsrichtungen in diesen stört. Insbesondere ist die Richtung der Restmagnetisierung in den Säulenjochen 421 bis 423 und den zweiten Trägerjochen 43a und 43b stark verschieden von der aufrecht zu erhaltenden Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Demgemäß ist dann, wenn die Säulenjoche 421 bis 423 und die zweiten Trägerjoche 43a bis 43b die größte Koerzitivfeldstärke aufweisen, die Möglichkeit größer, dass die Magnetisierungsrichtungen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b gestört werden. Wenn die Magnetjoche 4a und 4b so ausgebildet sind, dass ihre Koerzitivfeldstärke größer als die der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b ist, ist beim Ausbilden der Rückstellmagnetfelder 16a und 16b zum Umkehren der Magnetisierung der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b als Speicherschicht zum Speichern von Information, ein größerer Schreibstrom erforderlich, und die Schreibeffizienz ist beeinträchtigt. Demgegenüber verfügen, bei der Ausführungsform, die Magnetjoche 4a und 4b über eine Koerzitivfeldstärke, die kleiner als die der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b ist und zu diesen hin zunimmt, so dass die Magnetisierungsrichtungen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b stabil aufrecht erhalten werden können. Im Ergebnis kann ein Lesefehler verhindert werden, zu dem es durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehr in den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b käme.
  • Nun werden ein Verfahren zum Herstellen der Magnetspeicherzelle der Ausführungsform mit der unbeschriebenen Konfiguration und ein Verfahren zum Herstellen des Magnetspeicherbauteils erläutert.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 27 ein Verfahren zum Herstellen, hauptsächlich der Magnetspeicherzelle 1 im Magnetspeicherbauteil konkret beschrieben. Die 11 bis 27 sind der 7 entsprechende Querschnitte, und sie veranschaulichen Herstellprozesse der Reihe nach.
  • Im ersten Prozess wird ein erstes Magnetjoch 41 über den Schichtkörpern S20a und S20b auf dem Substrat 31 hergestellt. Als Erstes wird ein Substrat 31 bereit gestellt, in dem die Dioden 75a und 75b eingebettet sind und auf denen die zwei Schichtkörper und der diese umgebende Isolierfilm 17A ausgebildet sind. In den 12 bis 27, die auf die 11 folgen, sind Einzelheiten des Substrats 31 weggelassen. Anschließend wird, wie es in der 12 dargestellt ist, ein Metallfilm 41Z aus einem vorbestimmten Metall beispielsweise durch Sputtern auf der gesamten Oberfläche hergestellt. Danach wird, wie es in der 13 dargestellt ist, ein Resistmuster 30A mit einer vorbestimmten Form auf dem Metallfilm 41Z im den Schichtkörpern S20a und S20b entsprechenden Bereich ausgebildet. Durch Entfernen des überflüssigen Metallfilms 41Z durch Fräsen oder dergleichen wird das erste Magnetjoch 41 (41a und 41b) erhalten. Allgemein wird ein derartiges Dünnschichtstrukturierverfahren als Fräsen bezeichnet.
  • Im folgenden, zweiten Prozess werden, auf dem ersten Magnetjoch 41, drei untere Säulenjoche 42B (421B, 422B und 423B) hergestellt. Als Erstes wird das Resistmuster 30A entfernt, und es wird, wie es in der 14 dargestellt ist, ein Platierungsunterfilm 42BS aus Ni0,5Fe0,5 auf der gesamten Oberfläche beispielsweise durch Sputtern hergestellt. Auf dem Platierungsunterfilm 42BS wird ein Resistmuster 30B selektiv hergestellt. In diesem Fall wird das Resistmuster 30B nicht im Bereich zum Herstellen des unteren Säulenjochs 42B ausgebildet. Danach wird das Ergebnis in ein Platierungsbad eingetaucht, und es wird ein Platierungsprozess unter Verwendung des Platierungsunterfilms 42BS als Elektrode ausgeführt, um dadurch die drei unteren Säulenjoche 42B aus z.B. Ni0,5FE0,5 herzustellen, wie es in der 15 dargestellt ist. Nach dem Herstellen der unteren Säulenjoche 42B wird das Resistmuster 30B abgezogen, und der frei gelegte Platierungsunterfilm 42BS wird durch Fräsen oder dergleichen entfernt. Allgemein wird ein derartiges Dünnschichtstrukturierverfahren als Rahmenplatierverfahren bezeichnet.
  • Im Folgenden, dritten Prozess werden die Schreibwortleitungen 6 zwischen den unteren Säulenjochen 42B über Isolierfilme 7A hinweg hergestellt. In diesem Fall wird als Erstes, wie es in der 16 dargestellt ist, der Isolierfilm 7A aus Al2O3 oder dergleichen so hergestellt, dass er die Gesamtheit bedeckt, was beispielsweise unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung erfolgt. Danach wird, wie es in der 17 dargestellt ist, ein Platierungsunterfilm 6S aus beispielsweise Kupfer durch Sputtern oder dergleichen so hergestellt, dass er den Isolierfilm 7A bedeckt. Danach wird, wie es in der 18 dargestellt ist, ein Resistmuster 30D selektiv so hergestellt, dass es den Bereich zwischen den unteren Säulenjochen 42B frei lässt. Ferner wird, wie es in der 19 dargestellt ist, eine Metallschicht 6Z so hergestellt, dass sie zumindest die Bereiche zwischen den unteren Säulenjochen 42B einbettet. In diesem Fall wird das Ergebnis in ein Platierungsbad eingetaucht, und es wird ein Platierungsprozess unter Verwendung des Platierungsunterfilms 6S als Elektrode ausgeführt, um dadurch die Metallschicht 6Z aus Kupfer herzustellen. Das Resistmuster 30C wird abgezogen, und der frei gelegte Platierungsunterfilm 6S wird durch Fräsen oder dergleichen entfernt. Wie es in der 20 dargestellt ist, wird ein Isolierfilm 17B aus beispielsweise Al2O3 durch Sputtern oder dergleichen so hergestellt, dass er die Gesamtheit bedeckt. Danach wird, wie es in der 21 dargestellt ist, die gesamte Fläche bis auf eine vorbestimmte Dicke poliert, um unter Verwendung beispielsweise einer CMT-Vorrichtung eingeebnet zu werden. Auf diese Weise wird die Schreibwortleitung 6 hergestellt.
  • Im Folgenden, vierten Prozess wird ein Isolierfilm 7B so hergestellt, dass er die Oberseite der Schreibwortleitung 6 bedeckt und die Umgebung derselben in Zusammenwirkung mit dem Isolierfilm 7A umgibt. Genauer gesagt, wird, wie es in der 22 dargestellt ist, ein Resistmuster 30D selektiv in Bereichen mit Ausnahme desjenigen Bereichs hergestellt, in dem die Schreibwortleitung 6, der Platierungsunterfilm 6S und der Isolierfilm 7A an der Oberfläche frei liegen. Danach wird das Resistmuster 30D als Maske verwendet, und es wird ein Sputtern ausgeführt, um dadurch den Isolierfilm 7B aus beispielsweise Al2O3 herzustellen, wie es in der 23 dargestellt ist. Ferner erscheint, durch Entfernen des Resistmusters 30D, der Isolierfilm 73, der die Schreibwortleitung 6, den Platierungsunterfilm 6S und den Isolierfilm 7A bedeckt. Durch Ausbilden einer Hinterschneidung in einem unteren Teil der Endflächen des Resistmusterrs 30D kann dieses leicht abgezogen werden.
  • In einem fünften Prozess werden drei obere Säulenjoche 42U (421U, 422U und 423U) jeweils auf den drei unteren Säulenjochen 42B (421B, 422B und 423B) hergestellt. Die oberen Säulenjoche 42U können dadurch hergestellt werden, dass ein Vorgang wiederholt wird, der dem Prozess zum Herstellen der unteren Säulenjoche 42B, wie in den 14 und 15 dargestellt, ähnlich ist. In einem sechsten Prozess werden die Schreibbitleitungen 5 (5a und 5b) über dem Isolierfilm 7C zwischen den oberen Säulenjochen 42U hergestellt. Die Schreibbitleitungen 5 können dadurch hergestellt werden, dass ein Vorgang wiederholt wird, der demjenigen zum Herstellen der Schreibwortleitungen 6, wie in den 16 bis 23 dargestellt, ähnlich ist. Ferner wird, in einem siebten Prozess, ein Isolierfilm 7D so hergestellt, dass er die Oberseite der Schreibbitleitung 5 bedeckt und diese in Zusammenwirkung mit dem Isolierfilm 7C umgibt. Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 24 der fünfte bis siebte Prozess konkret beschrieben.
  • Im fünften Prozess wird als Erstes der Isolierfilm 7B im vierten Prozess hergestellt, und danach wird auf der gesamten Fläche beispielsweise durch Sputtern ein Platierungsunterfilm 42US aus Ni0,5Fe0,5 hergestellt. Auf dem Platierungsunterfilm 42US wird ein Resistmuster (nicht dargestellt) selektiv hergestellt. In diesem Fall bleibt der Bereich zum Herstellen des oberen Säulenjochs 42U frei. Das Ergebnis wird in ein Platierungsbad eingetaucht, und es wird ein Platierungsprozess unter Verwendung des Platierungsunterfilms 42US als Elektrode ausgeführt, um dadurch das obere Säulenjoch 42U aus beispielsweise Ni0,5Fe0,5 herzustellen. Nach dem Herstellen des oberen Säulenjochs 42U wird das Resistmuster abgezogen, und der frei gelegte Platierungsunterfilm 42US wird durch Fräsen oder dergleichen entfernt. Im folgenden, sechsten Prozess wird ein Isolierfilm 7C aus Al2O3 oder dergleichen beispielsweise unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung so hergestellt, dass er die Gesamtheit bedeckt. Danach wird ein Platierungsunterfilm 5S aus beispielsweise Kupfer durch Sputtern oder dergleichen so hergestellt, dass er den Isolierfilm 7C bedeckt. Ein Resistmuster (nicht dargestellt) wird selektiv so hergestellt, dass die Bereiche zwischen den oberen Säulenjochen 42U frei bleiben. Ferner werden die Schreibbitleitungen 5 so hergestellt, dass sie zumindest den Bereich zwischen den oberen Säulenjochen 42U einbetten. In diesem Fall wird das Ergebnis in ein Platierungsbad eingetaucht, und es wird ein Platierungsprozess unter Verwendung des Platierungsunterfilms 5S als Elektrode ausgeführt, um dadurch die aus Kupfer bestehende Schreibbitleitung 5 auszubilden. Nach dem Herstellen der Schreibbitleitung 5 wird das Resistmuster abgezogen, und der Platierungsunterfilm 5S wird durch Fräsen oder dergleichen entfernt. Ferner wird ein Isolierfilm 17D aus beispielsweise Al2O3 durch Sputtern oder dergleichen so hergestellt, dass er die Gesamtheit bedeckt. Danach wird die gesamte Fläche unter Verwendung beispielsweise einer CMP(chemisch-mechanisches Polieren)-Vorrichtung auf eine vorbestimmte Dicke poliert, um eingeebnet zu sein. Im folgenden, siebten Prozess, wird ein Resistmuster (nicht dargestellt) selektiv in Bereichen mit Ausnahme desjenigen Bereichs hergestellt, in dem die Schreibbitleitung 5, der Platierungsunterfilm 5S und der Isolierfilm 7C an der Oberfläche frei liegen. Das Resistmuster wird als Maske verwendet, und es wird ein Sputtern ausgeführt, um dadurch den Isolierfilm 7D beispielsweise aus Al2O3 herzustellen. Durch Entfernen des Resistmusters erscheint der Isolierfilm 7D, der die Schreibbitleitung 5, den Platierungsunterfilm 5S und den Isolierfilm 7C bedeckt.
  • Im folgenden, achten Prozess, wird, durch Anbringen des zweiten Trägerjochs 43 in solcher Weise, dass es das obere Säulenjoch 42U und den Isolierfilm 7D bedeckt, die Herstellung des Magnetjochs 4 aus dem ersten Trägerjoch 41, den Säulenjochen 421 bis 423 (untere und obere Säulenjoche 42B und 42U) und dem zweiten Trägerjoch 43 abgeschlossen. Genauer gesagt, wird als Erstes, wie es in der 25 dargestellt ist, ein Platierungsunterfilm 43S durch Sputtern oder dergleichen so hergestellt, dass er die Gesamtheit bedeckt. Als Nächstes wird, wie es in der 26 dargestellt ist, auf dem Platierungsunterfilm 43S mit Ausnahme des Bereichs, der dem Herstellbereich des ersten Magnetjochs 41 entspricht, ein Resistmuster 30E selektiv hergestellt. Das Resistmuster 30E wird als Maske verwendet, und es wird ein Platierungsprozess unter Verwendung des Platierungsunterfilms 43S ausgeführt, um dadurch das zweite Trägerjoch 43 aus beispielsweise Ni0,7Fe0,3 herzustellen. Nach dem Herstellen des zweiten Trägerjochs 43 wird das Resistmuster 30E abgezogen, und der frei gelegte Platierungsunterfilm 43S wird durch Fräsen oder dergleichen entfernt. Anschließend wird auf der gesamten Fläche ein Isolierfilm 17F aus Al2O3 oder dergleichen hergestellt. Wie es in der 27 dargestellt ist, wird die gesamte Fläche unter Verwendung beispielsweise einer CMP-Vorrichtung auf eine vorbestimmte Dicke poliert und eingeebnet. Die Ausbildung des Magnetjochs 4 wird abgeschlossen, und die Speicherzelle 1 wird fertig gestellt. Ferner wird die Lesewortleitung 32 mit gewünschter Breite so hergestellt, dass sie elektrisch mit dem zweiten Trägerjoch 43 verbunden ist.
  • Danach werden Schreibwortleitung-Zuleitungselektroden 46 an den beiden Enden der Schreibwortleitung 6 hergestellt, die Schreibbitleitung-Zuleitungselektroden 47 werden an den beiden Enden der Schreibbitleitung 5 hergestellt, die Lesewortleitung-Zuleitungselektroden 48 werden an den beiden Enden der Lesewortleitung 32 hergestellt, und ferner werden die Lesebitleitung-Zuleitungselektroden 49 an den beiden Enden der Lesebitleitung 33 hergestellt.
  • Auf diese Weise wird die Herstellung der Speicherzellengruppe 54 mit den Speicherzellen 1 abgeschlossen.
  • Ferner wird durch Ausführen eines Prozesses zum Herstellen einer Schutzschicht aus Siliciumoxid (SiO2), Al2O3 oder dergleichen durch eine Sputtervorrichtung, eine CVD-Vorrichtung oder dergleichen sowie einen Prozess zum Polieren der Schutzschicht zum Freilegen der Zuleitungselektroden 46 bis 49 die Herstellung des Magnetspeicherbauteils abgeschlossen.
  • Wie oben beschrieben, werden, bei der Ausführungsform, die unteren und oberen Säulenjoche 42 sowie die zweiten Trägerjoche 43 im Magnetjoch 4, die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 durch Platieren hergestellt. Sie können auch durch eine Kombination aus einem trockenen Filmbildungsverfahren durch Sputtern und einem trockenen Strukturierverfahren wie Fräsen, reaktives Ionenätzen oder dergleichen hergestellt werden. Im Vergleich zum Fall, bei dem sie durch ein Trockenverfahren wie Sputtern hergestellt werden, ist das Herstellen derselben durch Platieren bevorzugter, da der Randwinkel leichter erhöht werden kann und das Joch 4, die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 mit hoher Genauigkeit und ausreichender Dicke hergestellt werden können.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 28A und 28B sowie die 29A und 29B ein Magnetspeicherbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Die 28A und 28B zeigen eine Schnittkonfiguration einer Speicherzelle 121 in einem Magnetspeicherbauteil der zweiten Ausführungsform, wobei Entsprechung zur Speicherzelle 1 in den 5A und 5B zur ersten Ausführungsform besteht. In den 28A und 28B sind Komponenten, die im Wesentlichen dieselben sind, wie sie in den 5A und 5B dargestellt sind, dieselben Bezugszahlen zugewiesen.
  • Nachfolgend werden, betreffend die Konfiguration des Magnetspeicherbauteils der zweiten Ausführungsform sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben, hauptsächlich Punkte beschrieben, die gegenüber der ersten Ausführungsform verschieden sind, während die andere Beschreibung in geeigneter Weise weggelassen wird.
  • Bei der Speicherzelle 1 der ersten Ausführungsform verfügt jedes Element des Paars von TMR-Elementen 1a und 1b über Folgendes: die Magnetjoche 4a und 4b, die so aufgebaut sind, dass sie den gesamten jeweiligen Umfang der Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 umgeben; und die Schichtkörper S20a und S20b mit den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b als magnetosensitiver Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert, die magnetisch mit den Magnetjochen 4a und 4b gekoppelt ist, und die so aufgebaut ist, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Stapelfläche fließt. Ein Teil der Magnetjoche 4a und 4b wird jeweils gemeinsam genutzt. Demgegenüber dienen bei der Speicherzelle 121 der zweiten Ausführungsform, wie es in den 28A und 28B dargestellt ist, Verbindungsteile 84a und 84b als Teil des Magnetjochs 4 auch als magnetosensitive Schichten in den Schichtkörpern S21a und S21b.
  • Kurz gesagt, fungieren im TMR 121a und im TMR 121b die Verbindungsteile 84a und 84b als Teil der Magnetjoche 4a und 4b auch als magnetosensitive Schicht in den Schichtkörpern S21a und S21b. Daher können die für die TMR-Elemente 1a und 1b vorhandenen zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b weggelassen wer den. Die Speicherzelle 121 kann eine einfachere Konfiguration als die Speicherzelle 1 aufweisen.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Achsen leichter Magnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und der Verbindungsteile 84a und 84b parallel zueinander verlaufen, so dass die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der gekoppelten Teile 81a und 84b auf dieselbe oder auf voneinander verschiedene Magnetisierungsrichtungen stabilisiert sind. Die Dicke in der Schnittrichtung in den Verbindungsteilen 84a und 84b der Magnetjoche 4a und 4b beträgt beispielsweise 20 nm. Die Magnetjoche 4a und 4b verfügen über eine Koerzitivfeldstärke, die zu den Verbindungsteilen 84a und 84b hin zunimmt, wobei in diesen die maximale Koerzitivfeldstärke vorliegt. Genauer gesagt, verfügen die ersten Trägerjoche 41a und 41b über eine Koerzitivfeldstärke, die größer als die der Säulenjoche 421 bis 423 und die der zweiten Trägerjoche 43a und 43b ist. In den ersten Trägerjochen 41a und 41b weisen insbesondere die Verbindungsteile 84a und 84b die maximale Koerzitivfeldstärke auf. In diesem Fall können die Koerzitivfeldstärke in den Säulenjochen 421 bis 423 und diejenige der zweiten Trägerjoche 43a und 43b gleich sein. Jedoch ist es unter Berücksichtigung des Einflusses der Verbindungsteile 84a und 84b durch eine Restmagnetisierung bevorzugt, dass die Säulenjoche 421 bis 423 eine Koerzitivfeldstärke aufweisen, die größer als die der zweiten Trägerjoche 43a und 43b ist. Vorzugsweise liegt die Koerzitivfeldstärke der Verbindungsteile 84a und 84b im Bereich von (50/4π) × 103 A/m oder mehr und (100/4π) × 103 A/m oder weniger, und sie ist kleiner als die der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b. Wenn die Koerzitivfeldstärke kleiner als (50/4π) × 103 A/m ist, kann die Magnetisierungsrichtung der Verbindungsteile 84a und 84b durch unerwünschte Magnetfelder, wie externe Streumagnetfelder oder dergleichen, gestört werden. Wenn andererseits die Koerzitivfeldstärke (100/4π) × 103 A/m überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass die TMR-Elemente 121a und 121b selbst aufgrund der Wärmeerzeugung beeinträchtigt werden, zu der es durch eine Zunahme des Schreibstroms kommt. Ferner nimmt, wenn die Koerzitivfeldstärke der Verbindungsteile 84a und 84b derjenigen der ersten magnetischen Schichten 2a gleich wird oder größer wird, der Schreibstrom zu, und die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b als Schichten mit fester Magnetisierung ändert sich, und die TMR-Elemente 121a und 121b werden als Speicherelemente zerstört.
  • In der Speicherzelle 121 fungieren die Verbindungsteile 84a und 84b als Speicherschichten zum Speichern von Information. Genauer gesagt, wird die Magnetisierungsrichtung der Verbindungsteile 84a und 84b durch ein Rückstellmagnetfeld umgekehrt, das durch den Schreibstrom erzeugt wird, der in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließt, und es wird Information gespeichert. Nachfolgend wird, unter Bezugnahme auf die 29A und 29B, die Schreiboperation in der Speicherzelle 121 konkret beschrieben. Die 29A und 29B zeigen die Beziehung zwischen der Schreibstromrichtung und der Richtung des Rückstellmagnetfelds (Magnetisierungsrichtung) in einer Schnittkonfiguration der in den 28A und 28B dargestellten Speicherzelle 121.
  • Die 29A und 29B zeigen den Fall, dass der Schreibstrom in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6, die parallel zueinander verlaufen und die TMR-Elemente 121a und 121b durchdringen, in derselben Richtung fließt. Die 29A zeigt einen Fall, bei dem der Schreibstrom im TMR-Element 121a von dieser Seite zur Tiefe in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (+Y)-Richtung) fließt, das Rückstellmagnetfeld 16a in der Uhrzeigerrichtung im Magnetjoch 4 um die Schreibbitleitung 5a herum erzeugt wird, der Schreibstrom im TMR-Element 121b aus der Tiefe zu dieser Seite (zur (–Y)-Richtung) in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt fließt, und das Rückstellmagnetfeld 16b im Magnetjoch 4 im Abschnitt um die Schreibbitleitung 5b herum in der Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird. In diesem Fall ist die Magnetisierungsrichtung im Verbindungsteil 84a die (–X)-Richtung und die Magnetisierungsrichtung im Verbindungsteil 84b ist die (+X)-Richtung. Die 29B entspricht dem Fall, dass die Richtungen der Ströme, die in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließen, entgegengesetzt zu denen sind, wie sie in der 29A dargestellt sind. Genauer gesagt, zeigt die 29B den Fall, dass der Schreibstrom im TMR-Element 121a von der Tiefe zu dieser Seite in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (–Y)-Richtung) fließt, das Rückstellmagnetfeld 16a im Magnetjoch 4a des Abschnitts um die Schreibbitleitung 5a herum in der Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird, ein Schreibstrom im TMR-Element 121b von dieser Seite zur Tiefe in der Richtung orthogonal zum Zeichnungsblatt (zur (+Y)-Richtung) fließt, und das Rückstellmagnetfeld 16b im ringförmigem Magnetjoch 4 im Abschnitt um die Schreibbitleitung 5b herum in der Uhrzeigerrichtung erzeugt wird. In diesem Fall ist die Magnetisierungsrichtung im Verbindungsteil 84a die (+X)-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung im Verbindungsteil 84b ist die (–X)-Richtung.
  • Wenn Ströme in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 in derselben Richtung fließen, werden die Magnetisierungsrichtungen der Verbindungsteile 84a und 84b umgekehrt, und es wird 0 oder 1 aufgezeichnet. Wenn beispielsweise "0" dem Zustand der 29A entspricht, wird der Zustand der 29A als "1" identifiziert. Wenn die Schreibströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, oder wenn der Schreibstrom nur in einer der Leitungen fließt, werden die Magnetisierungsrichtungen der Verbindungsteile 84a und 84b nicht umgekehrt, und es wird kein Datenwert umgeschrieben.
  • Wie oben beschrieben, fungieren beim Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform die Verbindungsteile 84a und 84b als Teile des Magnetjochs 4 auch als magnetosensitive Schicht in den Schichtkörpern 21a und S21b, so dass eine Speicherzelle 121 mit einfacherer Konfiguration erhalten werden kann. Außerdem verfügen, beim Magnetspeicherbauteil der Ausführungsform, die Magnetjoche 4a und 4b über eine Koerzitivfeldstärke, die zu den Verbindungsteilen 84a und 84b hin zunimmt und in diesen maximal ist. So können die Magnetisierungsrichtungen der Verbindungsteile 84a und 84b stabil aufrecht erhalten werden. Im Ergebnis kann ein Lesefehler vermieden werden, zu dem es durch eine unbeabsichtigte Magnetisierungsumkehrung in den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b käme.
  • Obwohl die Erfindung oben durch einige Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt, sondern sie kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise ist, bei den vorigen Ausführungsformen, das Magnetjoch in einige Teile unterteilt, und die Koerzitivfeldstärke ist so eingestellt, dass sie zur magnetosensitiven Schicht hin schrittweise zunimmt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die Koerzitivfeldstärke dadurch kontinuierlich zur magnetosensitiven Schicht zunehmen, dass das Zusammensetzungsverhältnis der magnetischen Materialien des Magnetjochs kontinuierlich geändert wird.
  • Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem ein Teil des Magnetjochs, der so ausgebildet ist, dass er die gesamte Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgibt, vom Paar magnetosensitiver Elemente in der Magnetspeicherzelle gemeinsam genutzt wird, jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Genauer gesagt, können, wie bei einer in der 30 dargestellten Speicherzelle 122 (erste Modifi zierung) zwei U-förmige Magnetjoche (Magnetjoche mit jeweils einer Schnittform, von der ein Teil geöffnet ist), die so aufgebaut sind, dass sie einen Teil der Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgeben, und die jeweils an der Seite entgegengesetzt zum Schichtkörper eine Öffnung aufweisen, miteinander verbunden sein. Die Speicherzelle 122 weist Folgendes auf: ein TMR-Element 122a mit einem Magnetjoch 4a, das aus einem Paar von Säulenjochen 421 und 422, die einander zugewandt sind und sich in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche des Schichtkörpers S20a erstrecken, und einem Säulenjoch 141a aufgebaut ist, das mit einem Ende jedes der Säulenjoche 421 und 422 auf der Seite des Schichtkörpers S20a verbunden ist; und ein TMR-Element 122b mit einem Magnetjoch 4b, das aus einem Paar von Säulenjochen 422 und 423, die einander zugewandt sind und sich in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche des Schichtkörpers S20b erstrecken, und einem Trägerjoch 141b aufgebaut ist, das mit einem Ende jedes der Paare von Säulenjochen 422 und 423 auf der Seite des Schichtkörpers S20b verbunden ist. Das Paar der Elemente 122a und 122b hat das Säulenjoch 422 gemeinsam. Auch weist beim Magnetjoch 122 mit dieser Konfiguration die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke auf, die größer als die des Magnetjochs ist, oder die magnetosensitive Schicht als Teil des Magnetjochs weist eine Koerzitivfeldstärke auf, die größer als die des anderen Teils im Magnetjoch ist, wodurch es ermöglicht ist, Stabilität hinsichtlich der Magnetisierungsrichtung der magnetosensitive, Schicht zu gewährleisten. In diesem Fall können alle Magnetjoche dieselbe Koerzitivfeldstärke zeigen. Insbesondere kann dann, wenn die Magnetjoche 141a und 141b eine Koerzitivfeldstärke aufweisen, die größer als die der Säulenjoche 421 bis 423 ist, die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitive, Schicht stabiler aufrecht erhalten werden, und die Stabilität bei einer Leseoperation ist weiter verbessert.
  • Für die Konfiguration des Schichtkörpers besteht keine Einschränkung auf die der in den 5A und 5B dargestellten Schichtkörper S20a und S20b oder der in den 2A und 2B dargestellten Schichtkörper S21a und S21b zu den vorigen Ausführungsformen. Beispielsweise können, wie Schichtkörper S23a und S23b einer Speicherzelle 123 (zweite Modifizierung), wie sie in der 31 dargestellt ist, zweite magnetische Schichten 180a und 180b als magnetosensitive Schichten eine zweischichtige Struktur mit ersten Schichten 181a und 181b mit freier Magnetisierung und zweiten Schichten 182a und 182b mit freier Magnetisierung aufweisen, wobei diese eine Koerzitivfeldstärke aufweisen, die größer als die der ersten Schicht 181a bzw. 181b mit freier Magnetisierung ist. Ob wohl es nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, auf der Seite entgegengesetzt zu den Tunnelbarriereschichten 3a und 3b der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b in den Schichtkörpern S20a und S20b oder den Schichtkörpern S21a und S21b eine antiferromagnetische Schicht anzubringen, um dadurch die Magnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b zu stabilisieren. Für den Schichtkörper besteht keine Einschränkung auf die Konfiguration, bei der ein Strom in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche fließt, sondern der Aufbau kann dergestalt sein, dass der Strom entlang der Schichtstapelfläche fließt.
  • Obwohl bei den vorstehenden Ausführungsformen eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf eine Magnetspeicherzelle beschränkt. Beispielsweise kann als Magnetspeicherelement ein einzelnes TMR-Element, wie eine in der 32 dargestellte Speicherzelle 124 (dritte Modifizierung) mit einem Magnetjoch 4 und einem Schichtkörper S20 verwendet werden. Auch kann in der Speicherzelle, die aus diesem einzelnen TMR-Element aufgebaut ist, wie bei einer in der 33 dargestellten Speicherzelle 125 (vierte Modifizierung) das Magnetjoch nicht so aufgebaut sein, dass es die gesamte Umgebung der ersten und zweiten Schreibleitung umgibt, sondern es kann ein Magnetjoch mit im Querschnitt U-Form vorliegen, von dem ein Teil offen ist. Insbesondere bei einer Speicherzelle aus einem einzelnen TMR-Element, wie bei einer in der 34 dargestellten Speicherzelle 126 (fünfte Modifizierung), kann der Schichtkörper S20 an der Seite entgegengesetzt zum Substrat 31 über dem Magnetjoch 4 vorhanden sein. Auch in diesem Fall kann, wie bei einer in der 35 dargestellten Speicherzelle 127 (sechste Modifizierung), ein Magnetjoch 4 mit einer Querschnittsform erhalten werden, von der ein Teil offen ist. Auch bei den Speicherzellen 124 bis 127 mit derartigen Konfigurationen verfügt die magnetosensitive Schicht über eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs, oder die magnetosensitive Schicht als Teil des Magnetjochs verfügt über eine Koerzitivfeldstärke über der des anderen Teils im Magnetjoch, um es dadurch zu ermöglichen, Stabilität bei der Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht zu gewährleisten. Ferner nimmt, auch bei den Speicherzellen 124 bis 127, die Koerzitivfeldstärke im Magnetjoch 4 in der Reihenfolge des zweiten Trägerjochs 43, des Paars von Säulenjochen 42 und des ersten Trägerjochs 41 zu, was es ermöglicht, die Magnetisierungsrichtung der magnetosensitiven Schicht stabiler aufrecht zu erhalten.
  • Ferner ist bei der Ausführungsform zwar ein Paar von Dioden als Gleichrichter in der Leseschaltung verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann, wie es in den 36 und 37 dargestellt ist, ein Paar von Bipolartransistoren 76a und 76b verwendet werden. Die 36 zeigt eine Schnittkonfiguration der Bipolartransistoren 76a und 76b. Die 37 zeigt die Konfiguration eines Hauptteils einer Schaltung für den Fall, dass die Bipolartransistoren 76a und 76b zwischen den Lesebitleitungen 33a und 33b und den Schichtkörpern S20a und S20b vorhanden sind. Wie es in den 36 und 37 dargestellt ist, ist jeweils ein Ende der TMR-Elemente 1a und 1b in jeder Speicherzelle 1 über das Paar von Bipolartransistoren 76a bzw. 76b mit den Lesebitleitungen 33a bzw. 33b verbunden, und jedes andere Ende ist mit der gemeinsamen Lesewortleitung 32 verbunden. Genauer gesagt, sind die Basisanschlüsse B im Paar von Bipolartransistoren 76a und 76b mit der Wortdecodierleitung 72 verbunden, die Kollektoren C sind über die Verbindungsschicht 29 mit den Lesebitleitungen 33a und 33b verbunden, und die Emitter E sind über die Verbindungsschicht 27 mit den Schichtkörpern 20a und 20b verbunden. In diesem Fall werden, wenn ein Steuerungssignal von der Wortdecodierleitung 72 die Basisanschlüsse B im ausgewählten Paar von Bipolartransistoren 76a und 76b erreicht, der Kollektor C und der Emitter E leitend gemacht, und in den Schichtkörpern S20a und S20b (Schichtteile 20a und 20b) fließt ein Lesestrom, um dadurch Information zu lesen.
  • Offensichtlich sind angesichts der obigen Lehren viele Modifizierungen und Variationen der Erfindung möglich. Daher ist es zu beachten, dass die Erfindung auch auf andere Weise realisiert werden kann, als es speziell beschrieben wurde.
  • Nachfolgend erfolgt eine Zusammenfassung zu weiteren Gesichtspunkten.
  • Ein magnetoresistives Element kann Folgendes aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei diese magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des Magnetjochs ist, und wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Ein magnetoresistives Element kann auch Folgendes aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch verbunden ist, wobei ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch auch als magnetosensitive Schicht dient, und wobei die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist.
  • Ferner kann, in diesem magnetoresistiven Element, das Magnetjoch Folgendes aufweisen: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über dem Leiter zugewandt sind; und ein Trägerjoch, mit dem ein Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen auf der Seite des Schichtkörpers verbunden ist, und wobei das Trägerjoch eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des Paars von Säulenjochen ist.
  • Ferner weist, innerhalb dieses magnetoresistiven Elements, das Magnetjoch Folgendes auf: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über dem Leiter zugewandt sind; ein erstes Trägerjoch, dessen eines Ende auf der Seite des Schichtkörpers mit jedem Joch des Paars von Säulenjochen verbunden ist; und einem zweiten Element, mit dem das andere Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen verbunden ist, wobei das Paar von Säulenjochen eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des zweiten Trägerjochs ist, und das erste Trägerjoch eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des Paars von Säulenjochen ist.
  • Auch kann ein magnetoresistives Element Folgendes aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch verbunden ist, wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die des Magnetjochs ist.
  • Auch kann ein magnetoresistives Element Folgendes aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung des Leiters umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch verbunden ist, wobei ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch auch als magnetosensitive Schicht dient, und wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Teils aufweist, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist.
  • Auch kann der Schichtkörper in einem magnetoresistiven Element so aufgebaut sein, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche fließt.
  • Auch kann eine Magnetspeicherzelle ein Paar magnetoresistiver Elemente aufweisen, die jeweils über Folgendes verfügen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Ferner kann eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente versehen sein, von denen jedes Folgendes aufweist: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, ein Verbindungsteil zum Schichtkörper im Magnetjoch auch als magne tosensitive Schicht dient, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist.
  • Ferner kann innerhalb einer Magnetspeicherzelle jedes Joch des Paars von Magnetjochen Folgendes aufweisen: ein Paar Säulenjoche, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über dem Leiter zugewandt sind; und ein Trägerjoch, mit dem ein Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen auf der Seite des Schichtkörpers verbunden ist, wobei das Trägerjoch eine Koerzitivfeldstärke über der des Paars von Säulenjochen aufweist und das Paar magnetoresistiver Elemente zumindest ein Joch des Paars von Säulenjochen gemeinsam nutzt.
  • Ferner kann innerhalb einer Magnetspeicherzelle jedes Joch des Paars von Magnetjochen Folgendes aufweisen: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über dem Leiter zugewandt sind; ein erstes Trägerjoch, mit dem ein Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen auf der Seite des Schichtkörpers verbunden ist; und ein zweites Trägerjoch, mit dem das andere Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen verbunden ist, wobei das Paar von Säulenjochen eine Koerzitivfeldstärke über der des zweiten Trägerjochs aufweist, das erste Magnetjoch eine Koerzitivfeldstärke über der des Paars von Säulenjochen aufweist, und das Paar magnetoresistiver Elemente mindestens ein Joch des Paars von Säulenjochen gemeinsam hat.
  • Auch kann eine Magnetspeicherzelle ein Paar magnetoresistiver Elemente mit jeweils Folgendem aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat und die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist.
  • Auch kann eine Magnetspeicherzelle ein Paar magnetoresistiver Elemente mit jeweils Folgendem aufweisen: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, ein Verbindungsteil mit dem Schichtkörper im Magnetjoch auch als magnetosensitive Schicht dient, und die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Teils aufweist, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist.
  • Ferner kann, innerhalb dieser Magnetspeicherzelle, der Schichtkörper so aufgebaut sein, dass ein Strom in der Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche fließt.
  • Ferner kann ein Magnetspeicherbauteil Folgendes aufweisen: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente, wobei jedes Element dieses Paars magnetoresistiver Elemente Folgendes aufweist: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist, und das Magnetjoch eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt.
  • Auch kann ein Magnetspeicherbauteil Folgendes aufweisen: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente, wobei jedes Element dieses Paars magnetoresistiver Elemente Folgendes aufweist: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es die Umgebung des Leiters teilweise oder vollständig umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, ein Teil in Verbindung mit dem Schichtkörper des Magnetjochs auch als magnetosensitive Schicht dient, und die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist.
  • Ferner kann in einem Magnetspeicherbauteil jedes Joch des Paars von Magnetjochen Folgendes aufweisen: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über der ersten und der zweiten Schreibleitung zugewandt sind; und ein Trägerjoch, mit dem ein Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen auf der Seite des Schichtkörpers verbunden ist, wobei das Trägerjoch eine Koerzitivfeldstärke über der des Paars von Säulenjochen aufweist und das Paar magnetoresistiver Elemente mindestens ein Joch des Paars von Säulenjochen gemeinsam hat.
  • Ferner kann in diesem Magnetspeicherbauteil jedes Joch des Paars von Magnetjochen Folgendes aufweisen: ein Paar von Säulenjochen, die sich in einer Richtung orthogonal zu einer Schichtstapelfläche des Schichtkörpers erstrecken, während sie einander über der ersten und der zweiten Schreibleitung zugewandt sind; ein erstes Trägerjoch, mit dem ein Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen auf der Seite des Schichtkörpers verbunden ist; und ein zweites Trägerjoch, mit dem das andere Ende jedes Jochs des Paars von Säulenjochen verbunden ist, wobei das Paar von Säulenjochen eine Koerzitivfeldstärke über der des zweiten Trägerjochs aufweist, das zweite Trägerjoch eine Koerzitivfeldstärke über der des Paars von Säulenjochen aufweist, und das Paar magnetoresistiver Elemente mindestens ein Joch des Paars von Säulenjochen gemeinsam hat.
  • Auch kann ein Magnetspeicherbauteil Folgendes aufweisen: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente, wobei jedes Element dieses Paars magnetoresistiver Elemente Folgendes aufweist: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnet- Jochs gemeinsam hat und die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der des Magnetjochs aufweist.
  • Auch kann ein Magnetspeicherbauteil Folgendes aufweisen: eine erste Schreibleitung; eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und eine Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente, wobei jedes Element dieses Paars magnetoresistiver Elemente Folgendes aufweist: ein Magnetjoch, das entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung einander schneiden, und das so aufgebaut ist, dass es einen Teil der Umgebung der ersten und der zweiten Schreibleitung umgibt; und einen Schichtkörper mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch mit dem Magnetjoch gekoppelt ist, wobei das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs gemeinsam hat, ein mit dem Schichtkörper des Magnetjochs verbundener Teil auch als magnetosensitive Schicht dient, und die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke über der desjenigen Teils aufweist, der nicht der Verbindungsteil im Magnetjoch ist.
  • Ferner kann in diesem Magnetspeicherbauteil der Schichtkörper so aufbaut sein, dass ein Strom in einer Richtung orthogonal zur Schichtstapelfläche fließt.

Claims (4)

  1. Magnetoresistives Element mit: einem Magnetjoch (4a, 4b), das entsprechend einem Teilbereich entlang der Erstreckungsrichtung eines Leiters (5, 6) angeordnet ist und so aufgebaut ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder ganz umgibt; und einem Schichtkörper (S21a, S21b) mit einer magnetosensitiven Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich abhängig von einem externen Magnetfeld ändert, und der magnetisch mit dem Magnetjoch (4a, 4b) gekoppelt ist; wobei ein Verbindungsteil (84a, 84b) zum Schichtkörper (S21a, S21b) im Magnetjoch (4a, 4b) auch als die magnetosensitive Schicht dient; und wobei die magnetosensitive Schicht eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die größer als die desjenigen Teils ist, der nicht der Verbindungsteil (84a, 84b) im Magnetjoch (4a, 4b) ist.
  2. Magnetosensitives Element nach Anspruch 1, bei dem die Koerzitivfeldstärke des Magnetjochs (4a, 4b) zur magnetosensitiven Schicht hin zunimmt und in dieser maximal ist.
  3. Magnetspeicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Paar magnetoresistiver Elemente einen Teil des Magnetjochs (4a, 4b) gemeinsam hat.
  4. Magnetspeicherbauteil mit: einer ersten Schreibleitung (5); einer zweiten Schreibleitung (6), die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung schneidet; und einer Speicherzelle nach Anspruch 3; wobei das Magnetjoch entsprechend einem Bereich angeordnet ist, in dem die erste und die zweite Schreibleitung (5, 6) einander schneiden, und es so aufgebaut ist, dass es den Umfang der ersten und der zweiten Schreibleitung (5, 6) teilweise oder ganz umgibt.
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