DE602004010335T2 - Magnetische Speicherzelle und magnetische Speichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Magnetische Speicherzelle und magnetische Speichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein magneto-resistives Element und eine magnetische Speicherzelle, welche beide eine magneto-sensitive Schicht aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem externen magnetischen Feld ändert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren dafür. Die Erfindung betrifft ebenso eine magnetische Speichereinrichtung zum Aufzeichnen/Lesen von Informationen unter Verwendung der Änderung in der Magnetisierungsrichtung einer magneto-sensitiven Schicht im magneto-resistiven Element und in der magnetischen Speicherzelle. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren dafür.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Herkömmlicherweise werden flüchtige Speicher, wie sie gewöhnlich als Speicher für einen Informationsprozessor, z. B. für einen Computer oder für eine Kommunikationseinrichtung verwendet werden, in Form so genannter DRAM (dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff) und in Form von SRAM (statische RAMs) verwendet. Die flüchtigen Speicher müssen aufgefrischt werden und zwar jeweils durch Zuführen eines Stroms, um die gespeicherte Information aufrechtzuerhalten. Wenn die Energieversorgung abgeschaltet wird, gehen sämtliche Informationen verloren, so dass nichtflüchtige Speicher als Aufzeichnungsmittel für Informationen zusätzlich zu flüchtigen Speichern vorzusehen sind. Zum Beispiel werden ein Flash-EEPROM, ein magnetisches Festplattenlaufwerk oder dergleichen verwendet.
  • Bei nichtflüchtigen Speichern ist, da die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung im Steigen begriffen ist, ein Anstieg in der Geschwindigkeit in Bezug auf den Zugriff von steigender Bedeutung. Da darüber hinaus auch tragbare Informationseinrichtungen weite Verbreitung finden und die Performance im Steigen begriffen ist, wird die Entwicklung von Informationseinrichtungen stark gefördert, die das so genannte allgegenwärtige Computing zum Gegenstand haben, womit gemeint ist, dass eine Informationsverarbei tung überall und zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden kann. Die Entwicklung eines nichtflüchtigen Speichers, welcher für eine Verarbeitung mit höherer Geschwindigkeit angepasst ist, ist eine starke Anforderung, da diese Einrichtungen als Schlüsseleinrichtungen für derartige Informationseinrichtungen und deren Entwicklung angesehen werden.
  • Als wirkungsvolle Technik zum Erhöhen der Geschwindigkeit nichtflüchtiger Speicher sind magnetische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (nachfolgend als MRAM bezeichnet) bekannt, bei welchen magnetische Speicherelemente zum jeweiligen Speichern von Informationen gemäß einer Magnetisierungsrichtung entlang der Achse einer einfachen oder wechselnden Magnetisierung (easy magnetization) einer ferromagnetischen Schicht in einer Matrix angeordnet sind. Der MRAM speichert Informationen unter Verwendung einer Kombination der Magnetisierungsrichtung in zwei ferromagnetischen Elementen. Andererseits wird gespeicherte Information ausgelesen durch Detektieren einer Widerstandsänderung (das bedeutet eine Änderung im Strom oder in einer Spannung), welche auftritt zwischen dem Fall, bei welchem die Magnetisierungsrichtung parallel ausgerichtet ist zu einer Bezugsrichtung, und dem Fall, bei welchem die Magnetisierungsrichtung nicht parallel zu der Bezugsrichtung ausgerichtet ist. Da der MRAM auf der Grundlage dieses Prinzips arbeitet, ist es wichtig, dass das Widerstandsänderungsverhältnis so groß wie möglich ausgebildet ist, um ein stabiles Schreiben und Lesen im MRAM zu ermöglichen.
  • Derzeit in praktischen Anwendungen verwendete MRAMs verwenden den so genannten GMR-Effekt (giant magneto-resistive effect). Der GMR-Effekt ist ein Phänomen derart, dass, wenn zwei magnetische Schichten so angeordnet sind, dass die Achsen ihrer einfachen Magnetisierung oder Wechselmagnetisierung (easy magnetization) parallel zueinander liegen, in dem Fall, bei welchem Magnetisierungsrichtungen der Schichten parallel zur Achse der einfachen oder Wechselmagnetisierung (easy magnetization) liegen, der Wert des Widerstands ein Minimum einnimmt. In dem Fall, bei welchem die Magnetisierungsrichtungen nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, nimmt der Wert des Widerstands dagegen ein Maximum an. Ein MRAM, welcher ein GMR-Element verwendet und welcher in der Lage ist, einen GMR-Effekt aufzuzeigen (nachfolgend als GMR-MRAM bezeichnet) wird z. B. im US-Patent 5,343,422 offenbart.
  • In der Zielsetzung einer weiteren Verbesserung der Speichergeschwindigkeit, der Zugriffsgeschwindigkeit und dergleichen, wurde jüngst ein MRAM vorgeschlagen, welcher ein TMR-Element aufweist unter Verwendung eines magneto-resistiven Tunnelwiderstands (TMR) anstelle eines GMR-MRAM (nachfolgend als TMR-MRAM bezeichnet). Der TMR-Effekt ist ein Effekt, der sich z. B. dadurch einstellt, dass sich ein Tunnelstrom, welcher eine Isolationsschicht passiert, gemäß Relativwinkeln der Magnetisierungsrichtungen in zwei ferromagnetischen Schichten, die sandwichartig eine sehr dünne Isolationsschicht (die Tunnelbarrierenschicht) umschließen, ändert. Wenn die Magnetisierungsrichtungen in den zwei ferromagnetischen Schichten parallel zueinander ausgerichtet sind, nimmt der Widerstandswert ein Minimum an. Im Gegensatz dazu, wenn nämlich die Magnetisierungsrichtungen nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, wird der Widerstandswert zu einem Maximum. Bei einem TMR-MRAM, bei welchem das TMR-Element z. B. einen Aufbau aus CoFe/Aluminiumoxid/CoFe aufweist, beträgt das Widerstandsänderungsverhältnis bis zu 40% und der Widerstandswert ist ebenso hoch. Folglich kann der TMR-MRAM auf einfache Art und Weise mit einer Halbleitereinrichtung in Übereinstimmung gebracht oder angepasst werden, z. B. mit einem MOSFET. Daher kann der TMR-MRAM in einfacher Art und Weise einen höheren Ausgabewert erreichen im Vergleich zu einem GMR-MRAM, und es ergibt sich somit, dass eine Verbesserung zu erwarten ist im Hinblick auf die Speicherkapazität und die Zugriffsgeschwindigkeit. Bei einem TMR-MRAM wird ein Strommagnetfeld oder aktuelles Magnetfeld (current magnetic field) dadurch erzeugt, dass ein Strom durch einen Leiter, z. B. in Form einer Schreibleitung, die in der Nähe des TMR-Elements angeordnet ist, geschickt wird. Durch Verwendung eines Strom erzeugten Magnetfelds wird die Magnetisierungsrichtung in der Magnetisierungsschicht des TMR-Elements zu einer vorbestimmten Richtung hin geändert, wodurch Information gespeichert wird. Bei einem Verfahren zum Auslesen gespeicherter Information wird ein Verfahren verwendet, bei welchem ein Strom in einer Richtung senkrecht zu einer Tunnelbarriere geschickt wird und bei welchem eine Widerstandsänderung in dem TMR-Element detektiert wird. Derartige Verfahren sind bekannt. Derartige TMR-MRAM-Techniken sind z. B. in dem US-Patent No. 5,629,922 und in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-91949 offenbart. Jüngst bestehen gestiegene Bedürfnisse hinsichtlich höherer Packungsdichten bei magnetischen Speichereinrichtungen. Folglich ist es notwendig, dass die Größen der jeweiligen TMR-Elemente reduziert werden. Mit dem Dünner- und Kleinerwerden der TMR-Elemente folgt aufgrund des Einflusses eines Demagnetisierungsfelds, welches erzeugt wird durch magnetische Pole an beiden Enden des TMR-Elements, dass die Magnetisierungsrichtung in einer magnetischen Schicht (einer Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung) zum Speichern der Information instabil wird und dass es daher schwierig wird, aufgezeichnete Informationen zu halten. Um dieses Problem zu umgehen, wird eine Struktur vorgeschlagen, bei welcher ein geschlossener magnetischer Kreis ausgebildet ist zusätzlich zur Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung, und zwar um einen Leiter herum (Schreibleitung), und zwar in der Nähe des TMR-Elements (siehe hierzu z. B. die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-273759 ). Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-273759 ergibt es sich, da die Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung im Zusammenhang mit der Aufzeichnung eine Komponente des geschlossenen Magnetkreises ist, dass der ungünstige Einfluss durch das Demagnetisierungsfeld vermieden werden kann und dass eine magnetische Speichereinrichtung mit hoher Packungsdichte realisiert werden kann. Ferner ergibt es sich in diesem Fall, dass beide von zwei Schreibleitungen sich im geschlossenen Magnetkreis erstrecken, so dass die Magnetisierung in wirkungsvoller Art und Weise invertiert werden kann.
  • Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-273759 offenbart jedoch kein konkretes Herstellungsverfahren für TMR-MRAM mit einem Aufbau, bei welchem der geschlossene Magnetkreis ausgebildet ist. Insbesondere muss eine Schicht für den geschlossenen Magnetkreis, welche den geschlossenen magnetischen Kreis in Zusammenwirken mit der Schicht mit freier Magnetisierungsrichtung des TMR-Elements bildet, eine hochdimensionale Genauigkeit oder Präzision und eine ausreichende Schichtstärke in der Richtung senkrecht oder orthogonal zur Substratoberfläche aufweisen, um das Erreichen einer geringen Größe und somit einer hohen Packungsdichte zu gewährleisten. Es wird erwartet, dass eine hohe Massenproduktivität in der Zukunft für eine weite Verbreitung dieser Idee wichtig ist. Unter diesen Umständen ist es unbedingt nötig, ein Verfahren zum Herstellen zu etablieren, welches in der Lage ist, diese hochdimensionale Präzision oder Genauigkeit und eine ausreichende Schichtstärke zu erreichen.
  • In der US 2001/0050859 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle beschrieben, bei welchem jede Speicherzelle ein Speicherelement aufweist, welches aus einem stapelartig ausgebildeten Grundkörper und aus zwei magnetischen Jochen besteht, wobei letztere voneinander getrennt sind.
  • Die JP 2002/3534 15 A ist der nächstliegende Stand der Technik und offenbart eine magnetische Speicherzelle mit zwei Speicherbereichen. Die beiden Speicherbereiche sind über ein einzelnes magnetisches Joch miteinander verbunden. Aufgrund dieser Tatsache kann das Schreiben eines Signals in Bezug auf den Speicherbereich nicht individuell durchgeführt werden. Ferner ist das entsprechende Herstellungsverfahren kompliziert, weil entsprechend dem Aufbau der Speicherzelle die Speicherbereiche auf unterschiedlichen Flächen oder Oberflächen des gemeinsamen magnetischen Jochs auszubilden sind, daher ist eine gemeinsame Ausbildung nicht möglich.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung, so wie sie in den Ansprüchen 1 und 6 definiert ist, wurde dadurch ermöglicht, indem derartige Probleme betrachtet wurden, und die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine magnetische Speicherzelle und eine magnetische Speichereinrichtung anzugeben, die jeweils einen kompakten Aufbau besitzen und die jeweils in vereinfachter Art und Weise hergestellt werden können.
  • Eine zweite Aufgabe besteht darin, ein Herstellungsverfahren für eine magnetische Speicherzelle und eine magnetische Speichereinrichtung anzugeben.
  • Eine magnetische Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Paar magneto-resistiver Elemente auf, von denen beide aufweisen: ein magnetisches Joch, welches jeweils in Korrespondenz mit einem Teilbereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet ist und welches so aufgebaut ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder vollständig umgibt. Des Weiteren sind ein schichtartiger, stapelartiger oder geschichteter (stacked) Bereich oder Körper vorgesehen, welche eine magneto-sensitive Schicht aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem äußeren magnetischen Feld ändert, wobei dieses magnetisch an das magnetische Joch gekoppelt ist, und wobei ein Aufbau derart vorliegt, dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zur geschichteten oder gestapelten Fläche fließt. Das Paar magneto-resistiver Elemente nutzt oder teilt sich einen Teil des magnetischen Jochs. Zumindest ein Teil des magnetischen Jochs ist in Form einer plattierten Schicht aufgebaut.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die magnetische Speicherzelle ein Paar magneto-resistiver Elemente aufweist, von denen jedes ein magnetisches Joch und einen schichtartig aufgebauten Körper aufweist, weist auf, einen Schritt des Ausbildens des Paars magnetischer Joche, die in Korrespondenz mit einem Teilbereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet und die so aufgebaut sind, dass sie den Umfang des Leiters teilweise oder vollständig umgeben, und sich des Weiteren teilweise einander teilen. Ferner ist ein Schritt vorgesehen des Ausbildens eines Paars stapelartig ausgebildeter Körper oder Elemente, von denen jeder oder jedes eine magneto-sensitive Schicht aufweist, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem äußeren magnetischen Feld ändert und die magnetisch an das Paar magnetischer Joche gekoppelt und so aufgebaut ist, dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zur gestapelten oder geschichteten Fläche fließt. Beim Schritt des Ausbildens des Paars magnetischer Joche wird zumindest ein Teil des Paars magnetischer Joche durch Plattieren ausgebildet.
  • Eine magnetische Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine erste Schreibleitung, eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung kreuzt, und ein Paar magnetoresistiver Elemente. Jedes magneto-resistive Element des Paars magnetoresistiver Elemente weist auf: ein magnetisches Joch, das in Korrespondenz mit einem Bereich angeordnet ist, in welchem sich die ersten und zweiten Schreibleitungen einander kreuzen, und welches so aufgebaut sind, dass es den Umfang der ersten und/oder zweiten Schreibleitungen teilweise oder vollständig umgibt. Des Weiteren sind ein stapelartig oder schichtartig aufgebautes Element oder ein stapelartig oder schichtartig aufgebauter Körper vorgesehen, welche eine magneto-sensitive Schicht aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem äußeren magnetischen Feld ändert und welche magnetisch an das magnetische Joch gekoppelt ist. Ferner ist der stapelartig aufgebaute Körper so beschaffen, dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig oder geschichtet ausgebildeten Fläche fließt. Das Paar magneto-resistiver Elemente teilt sich nur einen Teil des magnetischen Jochs, und mindestens ein Teil des magnetischen Jochs ist als plattierte Schicht ausgebildet.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die magnetische Speichereinrichtung aufweist: eine erste Schreibleitung, eine zweite Schreibleitung, die sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung kreuzt, und ein Paar magnetoresistiver Elemente, von denen jedes ein magnetisches Joch und ein stapelartig oder schichtartig ausgebildetes Element und einen stapelartig oder schichtartig ausgebildeten Körper aufweist, weist auf: einen Schritt des Ausbildens eines Paars magnetischer Joche, die in Korrespondenz mit einem Bereich angeordnet sind, in welchem sich die erste und zweite Schreibleitung einander kreuzen, die teilweise oder vollständig den Umfang der ersten und zweiten Schreibleitungen überdecken und die sich teilweise einander teilen, und einen Schritt des Ausbildens eines Paars stapelartig oder schichtartig ausgebildeter Elemente oder Körper, die jeweils eine magnetosensitive Schicht aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem externen magnetischen Feld ändert und die an das Paar magnetischer Joche gekoppelt sind sowie so aufgebaut ist, dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig oder geschichtet aufgebauten Fläche fließt. In dem Schritt des Ausbildens des Paars magnetischer Joche wird zumindest ein Teil des Paars magnetischer Joche durch Plattieren ausgebildet.
  • Bei dem magneto-resistiven Element, der magnetischen Speicherzelle und den magnetischen Speichereinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Teil der magnetischen Joche mittels einer plattierten Schicht ausgebildet. Folglich können im Vergleich zum Verfahren, bei welchem die Ausbildung mittels eines Herstellungsverfahrens mittels einer Trockenschicht erfolgt, eine relativ hohe Schichtstärke und eine vergleichsweise hochdimensionale Genauigkeit oder Präzision erreicht werden.
  • Beim Verfahren zum Herstellen der magnetischen Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung sowie beim Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden zumindest ein Teil der magnetischen Joche mittels einer plattierten Schicht ausgebildet. Folglich können im Vergleich zu einem Fall, bei welchem ein Herstellungsverfahren mittels einer Trockenschicht verwendet wird, relativ hohe Schichtstärken und eine relativ hochdimensionale Genauigkeit oder Präzision erreicht werden.
  • Bei dem magneto-resistiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung und bei der magnetischen Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das magnetische Joch auf: ein Paar säulenartiger Joche, die sich in einer Wachstumsrichtung der Plattierungsschicht erstre cken, während sie sich einander gegenüberstehen, sowie ein Balkenjoch, welches mit jedem Ende des Paars säulenartiger Joche verbunden ist, wobei eine Querschnittsform vorgesehen sein kann, von der wenigstens ein Teil offen ist. Alternativ kann das magnetische Joch aufweisen: ein Paar säulenartiger Joche, die sich in einer Wachstumsrichtung der Plattierungsschicht erstrecken, während sie einander gegenüberstehen, sowie ein Paar balkenartiger Joche, die mit beiden Enden des Paars säulenartiger Joche verbunden sind, wobei eine geschlossene Querschnittsform vorgesehen ist. Der Leiter (die ersten und zweiten Schreibleitungen) können ebenfalls mittels einer Plattierungsschicht ausgebildet sein.
  • Bei der magnetischen Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung und der magnetischen Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das magnetische Joch aufweisen: ein Paar säulenartig ausgebildeter Joche, die sich in einer Wachstumsrichtung der Plattierungsschicht erstrecken, während sie sich einander gegenüberstehen, und ein balkenartiges Joch, welches mit jedem Ende des Paars säulenartiger Joche verbunden ist, wobei eine Querschnittsform vorgesehen ist, von der mindestens ein Teil offen ist. Ferner kann das Paar magneto-resistiver Elemente sich zumindest eines des Paars säulenartiger Joche teilen. Alternativ dazu kann das magnetische Joch ein Paar balkenartiger Joche aufweisen, die mit beiden Enden des Paars säulenartiger Joche verbunden sind, wobei eine geschlossene Querschnittsform vorgesehen ist. Das Paar magneto-resistiver Elemente kann sich mindestens ein Joch des Paars säulenartiger Joche teilen. Der Leiter (erste und zweite Schreibleitungen) kann ebenso von einer Plattierungsschicht gebildet sein. Die Phrase "Querschnittsform, von der zumindest ein Teil offen ist" bezeichnet eine Form mit einem offenen Ende in einem Querschnitt senkrecht oder orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Leiters.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auf der Grundlage der nachfolgenden Beschreibung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches einen allgemeinen Aufbau einer magnetischen Speichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Draufsicht, welche den Aufbau einer Schreibleitung der magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 3 ist eine partielle Draufsicht, welche den Aufbau eines Hauptteils einer Speicherzellengruppe in einer magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau eines Hauptteils der Speicherzellengruppe in einer magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 5A, 5B sind Querschnittsansichten, die den Aufbau einer Ebene, genommen entlang der Linie V-V der Speicherzelle aus 3 zeigen.
  • 6 ist eine andere partielle Draufsicht, welche den Aufbau des Hauptteils der Speicherzellengruppe in einer magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau einer Ebene entlang der Linie VII-VII der Speicherzelle aus 6 zeigt.
  • 8 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches die Schaltkreiskonfiguration einer magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 9A, 9B sind Diagramme, die den Zusammenhang zeigen zwischen einer Schreibstromrichtung und einer sich ergebenden Magnetfeldrichtung (Magnetisierungsrichtung) in einer Querschnittsanordnung der Speicherzelle aus den 5A und 5B.
  • 10A, 10B sind vergrößerte Teilansichten der Schaltkreiskonfiguration aus 8.
  • 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche einen Vorgang in einem Herstellungsverfahren für die Magnetspeichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 11 folgenden Prozess zeigt.
  • 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 12 folgenden Prozess zeigt.
  • 14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 13 folgenden Prozess zeigt.
  • 15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 14 folgenden Prozess zeigt.
  • 16 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 15 folgenden Prozess zeigt.
  • 17 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 16 folgenden Prozess zeigt.
  • 18 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 17 folgenden Prozess zeigt.
  • 19 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 18 folgenden Prozess zeigt.
  • 20 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 19 folgenden Prozess zeigt.
  • 21 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 20 folgenden Prozess zeigt.
  • 22 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 21 folgenden Prozess zeigt.
  • 23 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 22 folgenden Prozess zeigt.
  • 24 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 23 folgenden Prozess zeigt.
  • 25 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 24 folgenden Prozess zeigt.
  • 26 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 25 folgenden Prozess zeigt.
  • 27 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche den auf 26 folgenden Prozess zeigt.
  • 28A, 28B sind Diagramme, welche Formcharakteristika einer Schicht zeigen, die mit einem Rahmenplattierungsverfahren (frame plating method) als Teil eines Herstellungsverfahrens für eine Speicherzelle aus 5A, 5B zu strukturieren ist.
  • 29 ist ein charakteristisches Diagramm, welches den Zusammenhang zeigt zwischen der Schichtstärke eines säulenartigen Jochs in einer Speicherzelle aus 5 und dem Schaltstrom.
  • 30 ist eine Querschnittsansicht, welche eine erste Abwandlung der Speicherzelle aus 7 zeigt.
  • 31 ist eine Querschnittsansicht, welche eine zweite Abwandlung der Speicherzelle aus 7 zeigt.
  • 32 ist eine Querschnittsansicht, welche eine dritte Abwandlung der Speicherzelle aus 7 zeigt.
  • 33 ist eine Querschnittsansicht, welche eine vierte Abwandlung der Speicherzelle aus 7 zeigt.
  • 34 ist eine Querschnittsansicht, welche eine fünfte Abwandlung der Speicherzelle aus 7 zeigt.
  • 35 ist ein Schaltungsdiagramm, welches eine andere Schaltungsanordnung einer magnetischen Speichereinrichtung aus 1 zeigt.
  • 36 ist eine vergrößerte Teilansicht der Schaltungsanordnung aus 35.
  • DETAILBESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 die Anordnung einer magnetischen Speichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist ein Konzeptdiagramm, welches den grundsätzlichen Aufbau einer magnetischen Speichereinrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. Die magnetische Speichereinrichtung besitzt einen Adresspuffer 51, einen Datenpuffer 52, einen Steuerlogikteil 53, eine Speicherzellengruppe 54, einen ersten Treibersteuerschaltungsteil 56, einen zweiten Treibersteuerschaltungsteil 58, externe Adresseingabeanschlüsse A0 bis A20 und externe Datenanschlüsse D0 bis D7.
  • Die Speicherzellengruppe 54 besitzt einen matrixartigen Aufbau, bei welchem eine Anzahl Speicherzellen 1 jeweils ein Paar magnetischer Tunnelwiderstandselemente (nachfolgend als TMR-Elemente bezeichnet) aufweist, in einer Wortleitungsrichtung (X-Richtung) und in einer Bitleitungsrichtung (Y-Richtung), die senkrecht zueinander verlaufen, angeordnet sind. Die Speicherzelle 1 ist die minimale Einheit zum Speichern von Daten in einer magnetischen Speichereinrichtung und ist ein konkretes Beispiel, welches mit dem Begriff "magnetische Speicherzelle" gemäß der vorliegenden Erfindung korrespondiert. Die magnetische Zelle wird nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Der erste Treibersteuerschaltkreisteil 56 besitzt einen Adressdecoderschaltkreis 56A, einen Leseverstärkerschaltkreis 56B und einen Stromtreiberschaltkreis 56C in Y-Richtung. Der zweite Treibersteuerschaltkreis 58 be sitzt einen Adressdecoderschaltkreis 58A, einen Konstantstromschaltkreis 58B und einen Stromtreiberschaltkreis 58C in X-Richtung.
  • Die Adressdecoderschaltkreise 56A und 58A sind so ausgebildet, dass sie eine Wortdecodierleitung 72 (welche später beschrieben wird) und eine Bitdecodierleitung 71 (welche später beschrieben wird) gemäß einem Eingangsadresssignal auswählen. Die Leseverstärkerschaltung 56B und die Konstantstromschaltung 58B sind Schaltkreise, die zu einem Zeitpunkt des Ausführens einer Leseoperation betätigt werden. Die Stromtreiberschaltkreise 56C und 58C sind Schaltkreise, die zu einem Zeitpunkt des Ausführens einer Schreiboperation betrieben werden.
  • Der Leseverstärkerschaltkreis 56B und die Speicherzellengruppe 54 sind miteinander über eine Mehrzahl Bitdecodierleitungen 71 verbunden, in welchen der Lesestrom zu einem Zeitpunkt einer Leseoperation fließt. In ähnlicher Art und Weise sind der Konstantstromschaltkreis 58B und die Speicherzellengruppe 54 miteinander über eine Mehrzahl Wortdecodierleitungen 72 verbunden, in welchen der Lesestrom zum Zeitpunkt einer Leseoperation fließt.
  • Der Stromtreiberschaltkreis 56C für die Y-Richtung und die Speicherzellengruppe 54 sind miteinander über Schreibbitleitungen 5 (welche später beschrieben werden) notwendigerweise zu einem Zeitpunkt einer Schreiboperation verbunden. In ähnlicher Art und Weise sind der Stromtreiberschaltkreis 58C für die X-Richtung und die Speicherzellengruppe 54 miteinander über Schreibwortleitungen 6 (die später beschrieben werden) notwendigerweise zu einem Zeitpunkt einer Schreiboperation miteinander verbunden.
  • Der Adresspuffer 54 besitzt externe Adresseingangsanschlüsse A0 bis A20 und ist mit dem Adressdecodierschaltkreis 56A für die Y-Richtung im ersten Treibersteuerschaltungsteil 56 und mit dem Adressdecodierschaltkreis 58A für die X-Richtung im zweiten Treibersteuerschaltungsteil 58 über eine Adressleitung 57 für die Y-Richtung bzw. über eine Adressleitung 55 für die X-Richtung verbunden. Der Adresspuffer 51 empfängt von außerhalb ein Adresssignal über externe Adresseingangsanschlüsse A0 bis A20 und verstärkt das Adresssignal auf einen Spannungspegel, der notwendig ist für den Adressdecodierschaltkreis 56A für die Y-Richtung und für den Adressdecodierschaltkreis 58B für die X-Richtung, und zwar mittels eines Pufferverstärkers (nicht dargestellt), der im Adresspuffer 51 vorgesehen ist. Des Weiteren bewirkt der Adresspuffer 51, dass das verstärkte Adresssignal in zwei Signale unterteilt wird und dass diese Signale über eine Adressleitung 57 für die Y-Richtung an den Adressdecodierschaltkreis 56A für die Y-Richtung und über eine Adressleitung 55 für die X-Richtung an den Adressdecodierschaltkreis 58A für die X-Richtung ausgegeben werden.
  • Der Datenpuffer 52 wird gebildet von einem Eingangspuffer 52A und einem Ausgangspuffer 52B, besitzt externe Datenanschlüsse D0 bis D7, ist mit einem Steuerlogikteil 53 verbunden und arbeitet aufgrund eines Ausgabesteuersignals 53A des Steuerlogikteils 53. Der Eingangspuffer 52A ist mit dem Stromtreiberschaltkreis 56C für die Y-Richtung in dem ersten Treibersteuerschaltungsteil 56 und mit dem Stromtreiberschaltkreis 58C für die X-Richtung in dem zweiten Treibersteuerschaltungsteil 58 verbunden, und zwar über einen Schreibdatenbus 61 für die Y-Richtung bzw. über einen Schreibdatenbus 60 für die X-Richtung. Zu einem Zeitpunkt des Ausführens einer Operation des Schreibens von Daten in die Speicherzellengruppe 54 hinein, bewirkt der Eingangspuffer 52A den Empfang von Signalspannungen der externen Datenanschlüsse D0 bis D7, verstärkt die Signalspannung auf einen notwendigen Spannungspegel, und zwar mittels eines internen Pufferverstärkers (nicht dargestellt), und überträgt die sich ergebende Spannung an den Stromtreiberschaltkreis 58C für die X-Richtung und an den Stromtreiberschaltkreis 56C für die Y-Richtung, und zwar mittels des Schreibdatenbusses 60 für die X-Richtung bzw. mittels des Schreibdatenbusses 61 für die X-Richtung. Der Ausgabepuffer 52B ist mit dem Leseverstärkerschaltkreis 56B verbunden, und zwar über einen Lesedatenbus 62 für die Y-Richtung. Zu einem Zeitpunkt des Lesens eines Informationssignals, welches in der Speicherzellengruppe 54 gespeichert ist, bewirkt der Ausgabepuffer 52B, dass das von der Leseverstärkerschaltung 56B zugeführte Informationssignal verstärkt und das sich ergebende Signal mit einer niedrigeren Impedanz an die externen Datenanschlüsse D0 bis D7 ausgegeben wird.
  • Der Steuerlogikteil 53 besitzt einen Chip-Select-Anschluss CS und einen Write-Enable-Anschluss WE und ist mit dem Datenpuffer 52 verbunden. Der Steuerlogikteil 53 bewirkt, dass eine Signalspannung vom Chip-Select-Anschluss CS zum Auswählen einer Sp1 zum Lesen/Schreiben aus der Gruppe 54 der Mehrzahl Speicherzellen empfangen wird und dass eine Signalspannung vom Write-Enable-Anschluss WE zum Ausgeben eines Schreiberlaubnissignals empfangen wird und dass das Ausgabesteuersignal 53A an den Datenpuffer 52 ausgegeben wird.
  • Nun werden der Aufbau und der Zusammenhang mit dem Schreiben von Informationen und den dazugehörigen Vorgängen in der magnetischen Speichereinrichtung dieser Ausführungsform beschrieben.
  • 2 ist ein Konzeptdiagramm, welches einen Aufbau eines Hauptteils in Draufsicht zeigt, welcher im Zusammenhang steht mit einem Schreibvorgang in der Speicherzellengruppe 54. Wie sich aus 2 ergibt, weist die magnetische Speichereinrichtung dieser Ausführungsform eine Mehrzahl Schreibbitleitungen 5a und 5b und eine Mehrzahl Schreibwortleitungen 6 auf, die sich so erstrecken, dass sie die Mehrzahl Schreibbitleitungen 5a und 5b kreuzen. Jeder Bereich, in welchem sich Schreibbitleitungen 5a und 5b und Schreibwortleitungen 6 einander kreuzen, weist einen parallelen Teil 10 auf, in welchem die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Schreibwortleitungen 6 zueinander parallel verlaufen. Dies bedeutet gemäß 2 konkret, dass die Schreibwortleitungen 6 sich in X-Richtung in rechtwinkliger Wellenform erstrecken und dass sich die Schreibbitleitungen 5a und 5b alternierend in der Y-Richtung und linear erstrecken. Die ansteigenden und abfallenden Bereiche der rechtwinkligen Wellenform der Schreibwortleitungen 6 bilden eine Mehrzahl paralleler Bereiche 10 in Zusammenwirkung mit den Schreibbitleitungen 5a und 5b. Die Speicherzelle 1 ist in einem Bereich vorgesehen, wo die Schreibbitleitungen 5a und 5b die Schreibwortleitungen 6 kreuzen, und zwar derart, dass dabei zumindest ein Teil des parallelen Abschnitts 10 oder parallelen Bereichs 10 eingeschlossen wird. Die Konfiguration, bei welcher die Speicherzelle in einem derartigen Kreuzungsbereich vorgesehen ist, umfasst auch einen Fall, bei welchem die Speicherzelle 1 in der Nähe des Überschreibungspunkts vorgesehen ist. Die Speicherzelle 1 wird von TMR-Elementen 1a und 1b gebildet, wobei das TMR-Element 1a in einem Bereich vorgesehen ist, wo sich die Schreibbitleitung 5a und die Schreibwortleitung 6 einander überkreuzen und wobei das andere TMR-Element 1b an einer Stelle vorgesehen ist, wo sich die Schreibbitleitung 5b und die Schreibwortleitung 6 einander überkreuzen. Die TMR-Elemente 1a und 1b sind ein konkretes Beispiel für "ein Paar magneto-resistiver Elemente" gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Zu den Schreibbitleitungen 5a und 5b und zur Schreibwortleitung 6 fließen Ströme aus dem Stromtreiberschaltkreis 56C für die Y-Richtung und aus dem Stromtreiberschaltkreis 58C für die X-Richtung. Die in den Schreibbitleitungen 5a fließenden Ströme und die in den Schreibbitleitungen 5b flie ßenden Ströme besitzen immer entgegengesetzte Richtungen. Wenn z. B., wie das mittels Pfeile in 2 dargestellt ist, die Stromrichtungen in den Schreibbitleitungen 5a auf die +Y-Richtung eingestellt sind, sind die Stromrichtungen in den Schreibbitleitungen 5b in der –Y-Richtung. Daher sind in diesem Fall, wenn die Stromrichtungen in den Schreibwortleitungen 6 insgesamt auf die +X-Richtung eingestellt sind (in der Zeichnung von links nach rechts), die Stromrichtungen der Schreibbitleitungen 5a und diejenigen der Schreibwortleitungen 6 in den TMR-Elementen 1a parallel zueinander. Die Stromrichtungen der Schreibbitleitungen 5b und diejenigen der Schreibwortleitungen 6, die in den anderen TMR-Elementen 1b fließen, sind ebenso parallel zueinander. Falls es nachfolgend unnötig ist, die Stromrichtungen voneinander zu unterscheiden, werden die Schreibbitleitungen 5a und 5b zur Vereinfachung einfach als Schreibbitleitung 5 bezeichnet. Die Schreibwortleitung 6 ist ein konkretes Beispiel, welches mit dem Begriff "erste Schreibleitung" gemäß der vorliegenden Erfindung korrespondiert. Die Schreibbitleitung 5 ist ein konkretes Beispiel, welches mit dem Begriff "zweite Schreibleitung" der vorliegenden Erfindung korrespondiert.
  • 3 zeigt den Aufbau des Hauptteils der Speicherzellengruppe 54 in detaillierterer Draufsicht. Die Schreibbitleitungen 5a und 5b, die Schreibwortleitungen 6, und die Speicherzellen 1 (TMR-Elemente 1a und 1b), die in 3 dargestellt sind, korrespondieren zu denen aus 2. Die TMR-Elemente 1a und 1b sind in den parallelen Bereichen 10 der Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitungen 6 in Y-Richtung angeordnet. Die TMR-Elemente 1a und 1b besitzen stapelartig aufgebaute Elemente oder Körper S20a und S20b, von denen jedes eine magneto-sensitive Schicht und die magnetischen Joche 4a bzw. 4b aufweisen, wobei die Magnetisierungsrichtung der magneto-sensitiven Schicht sich gemäß einem Magnetfeld ändert, welches durch in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 im parallelen Bereich 10 fließende Ströme erzeugt wird (d. h. durch das externe magnetische Feld in den magnetischen Jochen 4a und 4b). In diesem Fall sind die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 im parallelen Bereich 10 an fast übereinstimmenden Positionen in der XY-Ebene vorgesehen. In der Z-Richtung sind sie innerhalb eines vorgegebenen Abstands ausgebildet und voneinander elektrisch isoliert.
  • An beiden Enden der Schreibbitleitung 5 sind Schreibbitleitungselektroden 47 vorgesehen. Eine der Schreibbitleitungselektroden 47 ist mit dem Stromtreiberschaltkreis 56C in Y-Richtung und die andere Schreibbitleitungselekt rode 47 ist so verbunden, dass sie schlussendlich geerdet ist. In ähnlicher Art und Weise sind Schreibwortleitungselektroden 46 an beiden Enden der Schreibwortleitung 6 vorgesehen. Eine der Schreibwortleitungselektroden 46 ist mit dem Stromtreiberschaltkreis 58C in X-Richtung verbunden, wogegen die andere so verbunden ist, dass sie schließlich geerdet ist. In 3 sind die Schreibbitleitungen 5 teilweise fortgelassen, so dass die Form der Schreibwortleitungen 6 gut erkennbar ist.
  • 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Speicherzelle 1. Wie in 4 dargestellt ist, sind die Schreibwortleitungen 6 und die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die magnetischen Joche 4a und 4b elektrisch voneinander isoliert, und zwar mittels Isolationsschichten 7a und 7b. Der stapelartig aufgebaute Teil 20b als Teil des stapelartigen Elements oder Körpers S20b ist auf der Oberfläche des magnetischen Jochs 4b auf einer Seite ausgebildet, die der Schreibbitleitung 5b gegenüberliegt, sowie oberhalb der Schreibwortleitung 6. Eine Lesewortleitung 32 ist derart vorgesehen, dass diese sich erstreckt in der X-Richtung auf der Seite, die derjenigen Seite gegenüberliegt, wo der stapelartig ausgebildete Bereich 20b im Joch 4b vorgesehen ist. Obwohl dies in 4 nicht dargestellt ist, ist ein stapelartig ausgebildeter Bereich 20a als Teil des stapelartigen Körpers oder Elements S20a vorgesehen, und zwar korrespondierend zur Schreibbitleitung 5a. Die Schreibwortleitung 6 ist auf der Oberfläche des magnetischen Jochs 4a ausgebildet, von welchem ein Teil gemeinsam mit dem magnetischen Joch 4b verwendet wird. Das Paar stapelartig ausgebildeter Elemente oder Körper S20a oder S20b ist mit leitfähigen Schichten 36a und 36b verbunden, die auf der Seite ausgebildet sind, die den magnetischen Jochen 4a und 4b gegenüberliegt (nur die leitfähige Schicht 36b ist dargestellt). Das Paar leitfähiger Schichten 36a und 36b ist ein Teil eines Paars Schottky-Dioden 75a und 75b (welche nachfolgend beschrieben werden). Die anderen Enden der Schottky-Dioden 75a und 75b sind mit den Lesebitleitungen 33a und 33b (nicht dargestellt), die sich in Y-Richtung erstrecken, verbunden.
  • 5A zeigt eine Querschnittsanordnung entlang der Linie V-V der Speicherzelle 1 aus 3. 5B zeigt die Speicherzelle 1 aus 5A, welche konzeptartig in das TMR-Element 1a und das TMR-Element 1b unterteilt ist.
  • Wie in den 5A und 5B dargestellt ist, ist bei dem TMR-Element 1a in der Speicherzelle 1 das magnetische Joch 4a korrespondierend mit dem Bereich oder der Fläche angeordnet, wo die Schreibbitleitung 5a und die Schreib wortleitung 6 einander überkreuzen, und ferner so ausgebildet, dass die gesamte Peripherie oder der gesamte Umfang der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6 umgeben werden. Des Weiteren ist der stapelartig angeordnete Körper S20a mit der magneto-sensitiven Schicht vorgesehen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem externen magnetischen Feld ändert und welche an das magnetische Joch 4a in magnetischer Art und Weise gekoppelt und so aufgebaut ist, dass ein Strom in Richtung senkrecht zur stapelartig angeordneten Fläche fließt. Das andere TMR-Element 1b weist das magnetische Joch 4b auf, welches korrespondierend zu einer Fläche oder zu einem Bereich angeordnet ist, wo sich die Schreibbitleitung 5b und die Schreibwortleitung 6 überkreuzen, und welches so aufgebaut ist, dass es die Peripherie oder den gesamten Umfang der Schreibbitleitung 5b und der Schreibwortleitung 6 umgibt. Des Weiteren ist der stapelartig aufgebaute Körper S20b mit der magneto-sensitiven Schicht vorgesehen, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem externen Magnetfeld ändert und die magnetisch an das magnetische Joch 4b gekoppelt und so aufgebaut ist, dass Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig ausgebildeten Fläche fließt. Die TMR-Elemente 1a und 1b teilen einen gemeinsamen Bereich 34 als Teil der magnetischen Joche 4a und 4b. Zumindest ein Teil des magnetischen Jochs 4 und eine der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 werden von einer plattierten Schicht gebildet.
  • Die magneto-resistive Schicht wird aufgebaut mittels Verbindungsabschnitte 14a und 14b als Teil der magnetischen Joche 4a und 4b und durch zweite magnetische Schichten 8a und 8b, die jeweils später beschrieben werden. Die Verbindungsbereiche oder -teile 14a und 14b und die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b sind über magnetische Austauschkopplung aneinander gekoppelt.
  • Die stapelartig ausgebildeten Elemente oder Körper S20A und S20B sind aufgebaut mittels Teile oder Abschnitte 20a und 20b und durch die Verbindungsabschnitte 14a bzw. 14b. Die stapelartig ausgebildeten Teile 20a und 20b sind TMR-Schichten, die in der Reihenfolge von der Seite der magnetischen Joche 4a und 4b (die Verbindungsabschnitte oder -bereiche 14a und 14b) die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Tunnelbarriereschichten 3a und 3b und erste magnetische Schichten 2a und 2b aufweisen, deren Magnetisierungsrichtungen fest oder fixiert sind und die so aufgebaut sind, dass der Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig aufgebauten Fläche fließt. Wie oben beschrieben wurde, fungieren die zweiten magneti schen Schichten 8a und 8b als magneto-sensitive Schichten und zwar zusammen mit den Verbindungsbereichen 14 und 14b der magnetischen Joche 4a und 4b. Um den Aufbau der stapelartig ausgebildeten Körper oder Elemente S20a und S20b zu verdeutlichen, sind in der 5A die stapelartig ausgebildeten Körper oder Elemente S20A und S20B überhöht, um im Vergleich zu den Umfangsteilen größer zu erscheinen.
  • Wenn die Magnetisierungsrichtungen des Paars TMR-Elemente 1a und 1b in Richtungen invertiert werden, die nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, und zwar im gemeinsamen Bereich 34, werden die Richtungen des aktuellen magnetischen Felds, welches durch die Schreibbitleitungen 5a und 5b und die Schreibwortleitung 6 erzeugt wird, gleich und die magnetische Flussdichte erhöht sich. Folglich kann das aktuelle magnetische Feld wirkungsvoller verwendet werden. Der Strom, der zum Invertieren der Magnetisierungsrichtungen der Verbindungsteile 14a und 14b der magnetischen Joche 4a und 4b und der magnetischen Schichten 8a und 8b nötig ist, kann weiter abgesenkt werden. Da das magnetische Joch 4 gemeinsam verwendet wird, kann das Paar TMR-Elemente 1a und 1b auf einfache Art und Weise ausgebildet werden. Der Ausbildungsbereich oder die Ausbildungsfläche der Speicherzelle 1 kann reduziert werden. Die Kapazität gespeicherter Information kann gesteigert werden.
  • Wenn eine Spannung in einer Richtung senkrecht zur stapelartig aufgebauten Fläche zwischen den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b angelegt wird, passieren z. B. in den stapelartig aufgebauten Körpern oder Elementen S20A und S20B Elektronen in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b durch die Tunnelbarriereschichten 3a und 3b und bewegen sich zu den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b, es fließt also ein Tunnelstrom. Der Tunnelstrom ändert sich gemäß einem Relativwinkel zwischen dem Spin in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b in der Grenzfläche zwischen der Tunnelbarriereschicht 3 und dem Spin in den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Insbesondere wenn der Spin der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und der der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b parallel zueinander ausgerichtet sind, nimmt der Widerstandswert ein Minimum ein. Wenn sie nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, nimmt der Widerstandswert ein Maximum ein. Durch Verwendung der Widerstandswerte wird das Magneto-Widerstandsänderungsverhältnis (MR-Verhältnis) gemäß Gleichung (1) definiert. MR – ratio/Verhältnis = dR/R (1),wobei "dR" die Differenz zwischen dem Widerstandswert in einem Fall, bei welchem die Spins parallel zueinander ausgerichtet sind, zu einem Fall, bei welchem die Spins nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, bezeichnet und wobei "R" den Widerstandswert in einem Fall anzeigt, bei welchem die Spins parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Der Widerstandswert gegen den Tunnelstrom (nachfolgend als Tunnelwiderstand Rt bezeichnet) hängt stark von der Schichtstärke T der Tunnelbarriereschicht 3 ab. In einem Bereich niedriger Spannung, steigt, wie das in Gleichung (2) dargestellt ist, der Tunnelwiderstand Rt exponentiell mit der Schichtstärke T der Tunnelbarriereschicht 3 an. Rt ∝ exp(2χT), χ = {8π2m*(ϕ·Ef)0,5}/h (2),wobei ϕ die Höhe der Barriere, "m*" die effektive Elektronenmasse, "Ef" die Fermienergie und h eine Konstante bezeichnet. Um bei einem Speicherelement unter Verwendung eines TMR-Elements die Halbleitereinrichtung, z. B. einen Transistor, anzupassen, wird gewöhnlicherweise gesagt, dass ein geeigneter Tunnelwiderstand Rt etwa 10 kΩ (μm)2 beträgt. Um jedoch eine höhere Packungsdichte in einer magnetischen Speichereinrichtung und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit zu gewährleisten, wird der Tunnelwiderstand Rt vorzugsweise auf 10 kΩ·(μm)2 oder darunter eingestellt, weiter vorzugsweise in dem Bereich 1 kΩ·(μm)2 oder darunter. Um also den Tunnelwiderstand Rt zu realisieren, ist es wünschenswert, die Schichtstärke T der Tunnelbarriereschicht auf 3 bis 2 nm oder weniger, vorzugsweise auf 1,5 nm oder weniger einzustellen.
  • Durch Vermindern der Schichtstärke T der Tunnelbarriereschichten 3a und 3b kann der Tunnelwiderstand Rt reduziert werden. Auf der anderen Seite tritt aufgrund der Rauhigkeit der Verbindungs- oder Übergangsgrenzfläche zwischen den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und den zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b ein Leckstrom auf, so dass sich das MR-Verhältnis verschlechtert. Um dies zu verhindern, muss die Schichtstärke T der Tunnelbarriereschichten 3a und 3b so groß sein, dass ein Leckstrom nicht auftritt. Dies bedeutet konkret, dass die Schichtstärke T wünschenswerterweise 0,3 nm oder mehr beträgt.
  • Wünschenswerterweise haben die stapelartig angeordneten Körper oder Elemente S20a und S20b einen Aufbautyp mit unterschiedlicher Koerzitivkraft und die Koerzitivkraft der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b sollen größer sein als diejenigen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b. Dies bedeutet konkret, dass die Koerzitivkraft der ersten magnetischen Schicht 2 vorzugsweise größer ist als (50/4π) × 103 A/m, weiter bevorzugt größer als (100/4π) × 103 A/m. Mit einem derartigen Aufbau kann verhindert werden, dass die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b unnötigerweise durch magnetische Felder beeinflusst werden, z. B. von externen magnetischen Streufeldern oder dergleichen. Die ersten magnetischen Schichten 2a und 2b können z. B. aus einer Kobalt-Eisenlegierung (CoFe) mit einer Schichtstärke von 5 nm ausgebildet sein. Alternativ dazu können in den ersten magnetischen Schichten 2a und 2b Kobalt (Co), Kobaltplatinlegierungen (CoPt), Nickeleisenkobaltlegierungen (NiFeCo) oder dergleichen verwendet werden. Die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b werden z. B. aus Kobalt (Co), Kobalteisenlegierungen (CoFe), Kobaltplatinlegierungen (CoPt), Nickeleisenlegierungen (NiFe), oder Nickeleisenkobaltlegierungen (NiFeCo) gebildet. Die Achsen der einfachen oder Wechselmagnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b sind vorzugsweise parallel zueinander ausgebildet, so dass die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b in einem parallelen oder in einem nicht-parallelen Zustand stabilisiert sind.
  • Die magnetischen Joche 4a und 4b erstrecken sich derart, dass sie zumindest einen Teil des parallelen Bereichs oder Abschnitts 10 der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 ringförmig umgeben. Sie sind so aufgebaut, dass durch die magnetischen Joche 4a und 4b ein rückwirkendes Magnetfeld oder Rückmagentisierungsfeld (return magnetic field) generiert wird, und zwar durch einen Strom, der durch den parallelen Bereich oder Abschnitt 10 fließt. Dies bedeutet insbesondere, wie das in 5B dargestellt ist, dass das magnetische Joch 4a ein Paar säulenartiger Joche 421 und 422 aufweist, die sich in einer Wachstumsrichtung (Z-Richtung) der Plattierungsschicht erstrecken, während sie einander gegenüberstehen. Des Weiteren sind ein unteres Joch 41a und ein oberes Joch 43a als Paar Balkenjoche vorgesehen, die die unteren und die oberen Enden der säulenartigen Joche 421 und 422 verbinden. Das magnetische Joch 4a besitzt eine geschlossene Querschnittsform. Das andere magnetische Joch 4b weist ein Paar säulenartiger Joche 422 und 423 auf, die sich in einer Wachstumsrichtung (Z-Richtung) der Plattierungsschicht erstrecken, während sie sich gegenüberstehen. Des Weiteren ist ein unteres Joch 41b und ein oberes Joch 43b als Paar Balkenjoche vorgesehen, welche untere und obere Enden der säulenartigen Joche 422 und 423 verbinden. Das magnetische Joch 4b besitzt ebenfalls eine geschlossene Querschnittsform. Die TMR-Elemente 1a und 1b teilen sich das säulenartige Joch 422, ein Teil der unteren Joche 41a und 41b, ein Teil der oberen Joche 43a und 43b. Ferner besitzt es einen gemeinsamen Bereich 43, wie das in 5A dargestellt ist. Jede der Magnetisierungsrichtungen der Joche 4a und 4b ist aufgrund des rückwirkenden Magnetfelds oder Rückmagnetisierungsfelds (return magnetic field) invertiert. In diesem Fall fungieren die Verbindungsbereiche oder -abschnitte 14a und 14b der magnetischen Joche 4a und 4b und die zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b benachbart zu den Verbindungsbereichen 14a und 14b als Speicherschichten zum Speichern von Information. Die magnetischen Joche 4a und 4b sind z. B. aus einer Nickel-Eisenlegierung (NiFe) gebildet. Ein Teil der magnetischen Joche 4a und 4b wird von einer Plattierungsschicht gebildet. Folglich besitzen die magnetischen Joche 4a und 4b eine hohe Dimensionsgenauigkeit oder -präzision und eine ausreichende Schichtstärke. Die Koerzitivkraft der verbindenden Bereiche 14a und 14b ist vorzugsweise geringer als diejenige der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b innerhalb eines Bereiches von (100/4π) × 103 A/m oder darunter, und zwar aus dem folgenden Grund. Wenn die Koerzitivkraft den Wert (100/4π) × 103 A/m übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass die stapelartig ausgebildeten Bereiche oder Elemente 20a und 20b ihrerseits die TMR-Schichten verschlechtern, und zwar aufgrund der Wärmeentwicklung, die durch einen Anstieg im Schreibstrom entsteht. Wenn die Koerzitivkraft der verbindenden Bereiche 14a und 14b gleich ist oder größer als die der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b, steigt ferner der Schreibstrom an, die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b als Schichten mit fester Magnetisierung ändert sich und die stapelartig ausgebildeten Bereiche oder Teile 20a und 20b werden als Speicherelemente zerstört. Um das aktuelle elektrische Feld der Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 auf die magnetischen Joche 4a und 4b zu konzentrieren, wird die magnetische Permeabilität der magnetischen Joche 4a und 4b vorzugsweise hoch eingestellt. Dies bedeutet konkret, dass die magnetische Permeabilität vorzugsweise auf einen Wert von 2000 oder höher, weiter vorzugsweise auf einen Wert von 6000 oder höher eingestellt wird.
  • Jede der Schreibbitleitungen 5 und der Schreibwortleitungen 6 besitzt einen Aufbau, bei welchem eine Schicht aus Titan (Ti) mit einer Schichtstärke von 10 nm, eine Schicht Titannitrid (TiN) mit einer Schichtstärke von 10 nm und eine Schicht von Aluminium (Al) mit einer Schichtstärke von 500 nm aufeinander folgend gestapelt und mittels einer isolierenden Schicht 7 elektrisch voneinander isoliert vorgesehen werden. Die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 sind beispielsweise aus zumindest einem der nachfolgenden Materialien geschaffen: Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Wolfram (W). Ein stärker konkretisierter Vorgang im Hinblick auf das Schreiben von Information in eine Speicherzelle 1 unter Verwendung der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 wird nachfolgend beschrieben.
  • Nun wird der Aufbau im Zusammenhang mit einer Operation zum Auslesen von Informationen beschrieben. 6 ist eine Draufsicht, welche den Aufbau eines Hauptteils zeigt, der in Zusammenhang steht mit einer Leseoperation in Bezug auf eine Speicherzellengruppe 54 gemäß 3.
  • Wie in 6 dargestellt ist, ist jede Speicherzelle 1 an jedem der Schnittpunkte der Mehrzahl Lesewortleitungen 32 und der Mehrzahl Lesebitleitungen 33 in der XY-Ebene angeordnet. Die stapelartigen Bereiche 20a und 20b auf der Unterfläche oder Unterseite der Speicherzelle 1 sind mit einem Paar Lesebitleitungen 33a und 33b über Schottky-Dioden 75a und 75b verbunden. Die obere Fläche oder Oberseite (die Seite, die den stapelartigen ausgebildeten Bereichen 20a und 20b gegenüberliegt) steht in Kontakt mit der Lesewortleitung 32. Die Lesebitleitungen 33a und 33b führen den TMR-Elementen 1a und 1b jeder Speicherzelle 1 den Lesestrom zu. Die Lesewortleitung 32 führt dem den TMR-Elementen 1a und 1b passierten Lesestrom der Erdung zu. An beiden Enden jeder Lesebitleitung 33 sind Lesebitleitungselektroden 49 vorgesehen. An beiden Enden jeder Lesewortleitung 32 sind Lesewortleitungselektroden 48 vorgesehen.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, und zwar entlang der Linie VII-VII aus 6. Wie in 7 dargestellt ist, ist eine magnetische Speichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform so aufgebaut, dass in einem Bereich, welcher die Speicherzelle 1 aufweist, ein Paar stapelartig ausgebildeter Bereiche 20a und 20b und die magnetischen Joche 4a und 4b aufeinander folgend auf einem Substrat 31 ausgebildet und mit einer Schottky-Diode 75 (nachfolgend einfach als Diode 75 bezeichnet) versehen sind, welche als Gleichrichter fungiert.
  • Das Paar Dioden 75a und 75b weist die leitfähigen Schichten 36a und 36b, eine epitaktische Schicht 37 sowie ein Substrat 38 in der Reihenfolge von der Seite der stapelartig ausgebildeten Bereiche 20a und 20b auf. Zwischen den leitfähigen Schichten 36a und 36b und der epitaktischen Schicht 37 ist eine Schottky-Barriere ausgebildet. Die Dioden 75a und 75b besitzen keinen elektrisch verbindenden Teil, außer zur Verbindung der ringartigen magnetischen Schicht 4 beim Übereinanderschichten der stapelartig ausgebildeten Bereiche 20a und 20b. Das Substrat 38 ist ein Siliziumwafer vom n-Typ. Gewöhnlich ist in einem Siliziumwafer vom n-Typ eine Verunreinigung aus Phosphor (P) eindiffundiert. Als Substrat 38 wird ein Wafer eines n++-Typ verwendet, der durch hohes Dotieren mit Phosphor erhalten wird. Als epitaktische Schicht 37 wird ein Wafer vom n–-Typ verwendet, indem dieser leicht mit Phosphor dotiert wird. Durch Ausbilden der epitaktischen Schicht 37 als n–-Typ Halbleiter und durch Ausbilden der leitfähigen Schichten 36a und 36b aus Metall in Kontakt miteinander wird eine Bandlücke erzeugt, und es entsteht eine Schottky-Barriere. Ferner wird das Paar Dioden 75a und 75b mit den Lesebitleitungen 33a bzw. 33b über eine Verbindungsschicht 33T verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf die 8 wird nun eine Schaltungsanordnung erläutert, die in Zusammenhang steht mit einer Leseoperation in der magnetischen Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 8 ist ein Aufbaudiagramm für ein Schaltungssystem, welches gebildet wird von einer Speicherzellengruppe 54 und einem Leseschaltkreis. Bei dem Leseschaltkreissystem ist die Speicherzelle 1 vom Typ eines Differenzverstärkers, und zwar gebildet von dem Paar TM-Elemente 1a und 1b. Information der Speicherzelle 1 wird ausgelesen durch Ausgabe eines differentiellen Werts oder Differenzwerts als Leseströme, die zu den TMR-Elementen 1a und 1b passiert werden (Ströme, die von den Lesebitleitungen 33a und 33b zu den TMR-Elementen 1a bzw. 1b gelangen, und Ausgabe zur gemeinsamen Lesewortleitung 32).
  • In 8 ist eine Einheitsleseschaltung 80 (..., 80n, 80n+1, ...) als wiederholte Einheit des Leseschaltkreises aufgebaut durch die Speicherzellen 1 jeder Bitleitung in der Speicherzellengruppe 54 und von einem Teil der Leseschaltung mit dem Leseverstärkerschaltkreis 56B. die Einheitsleseschaltkreise 80n sind in einer Bitleitungsrichtung angeordnet. Jeder der Einheitsleseschaltkreise 80n ist mit dem Adressdecodierschaltkreis 56A für die Y-Richtung über die Bitdecodierleitung 71 (..., 71n, 71n+1, ...) und über den Lesedatenbus 62 für die Y-Richtung mit dem Ausgabepuffer 52B verbunden.
  • In der Speicherzellengruppe 54 sind die Lesewortleitungen 32 (..., 32m, 32m+1, ...) in der X-Richtung und das Paar Lesebitleitungen 33a und 33b in der Y-Richtung in einer Matrix angeordnet. Jede der Speicherzellen 1 ist an einer Überschneidungsstelle mit der Lesewortleitung 32 in einem Bereich angeordnet, der durch das Paar Lesebitleitungen 33a und 33b sandwichartig vorgesehen ist. Enden jedes der TMR-Elemente 1a und 1b in jeder Speicherzelle 1 sind über das Paar Dioden 75a und 75b mit den Lesebitleitungen 33a und 33b verbunden. Die anderen Enden sind mit der gemeinsamen Lesewortleitung 32 verbunden.
  • Ein Ende jeder Lesewortleitung 32 ist mit einem Leseschalter 83 (..., 83m , 83m+1 , ...) über die Lesewortleitungselektrode 48 und des Weiteren mit der gemeinsamen Konstantstromschaltung 58B verbunden. Jeder Leseschalter 83 ist über die Wortdecodierleitung 72 (..., 72m , 72m+1 , ...) mit der Adressdecodierschaltung 58A für die X-Richtung verbunden. Der Leseschalter 83 wird leitend eingestellt, wenn ein Auswahlsignal von der Adressdecodierschaltung 58A für die X-Richtung zugeführt wird. Die Konstantstromschaltung 58B besitzt die Funktion, den in der Lesewortleitung 32 fließenden Strom konstant zu halten.
  • Ein Ende jeder Lesebitleitung 33 ist mit dem Leseverstärker 56B verbunden, und zwar über die Lesebitleitungselektrode 59. Das andere Ende ist zuletzt geerdet. Ein Leseverstärkerschaltkreis 56B ist jeweils pro Einheitsleseschaltkreis 80 vorgesehen und besitzt die Funktion, die Potentialdifferenz zwischen dem Paar Lesebitleitungen 33a und 33b in jeder Einheitsleseschaltung 80 zu empfangen und diese Potentialdifferenz zu verstärken. Der Leseverstärker 56B ist mit der Ausgangsleitung 82 (..., 82n, 82n+1, ...) und schließlich mit dem Ausgabepuffer 52B, nämlich über den Lesedatenbus 62 für die V-Richtung verbunden.
  • Nun wird der Betrieb der magnetischen Speichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf die 2, 9A und 9B wird der Schreibvorgang in Bezug auf eine Speicherzelle 1 beschrieben. Die 9A und 9B drücken einen Zusammenhang zwischen der Schreibstromrichtung und der Feldrichtung des Rückmagnetisierungsfeldes (return magnetic field) oder Rückmagnetisierungsfeldes (Magnetisierungsrichtung) in der Querschnittsanordnung der Speicherzelle 1 aus, wie das in 5 dargestellt ist. Die Pfeile bezeichnen in den magnetischen Schichten in den 9A und 9B die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten. In Bezug auf die magnetischen Joche 4a und 4b sind auch die Magnetfeldrichtungen eines magnetischen Pfads dargestellt, der im Inneren ausgebildet ist. Die Magnetisierung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b sind in der –X-Richtung fixiert. Die 9A und 9B zeigen einen Fall, bei welchem der Schreibstrom in derselben Richtung zur Schreibbitleitung 5 und zur Schreibwortleitung 6 fließt, welche sich in der Speicherzelle 1 erstrecken und dort parallel zueinander laufen. 9A korrespondiert zu der Schreibstromrichtung aus 2. 9A zeigt einen Fall, bei welchem der Stromstrom von dieser Seite in die Tiefe in der Richtung senkrecht zur Zeichenfläche (zur +Y-Richtung) in dem TMR-Element 1a fließt. Ein Rückmagnetisierungsfeld 16a wird in Uhrzeigersinnrichtung in dem Bereich des magnetischen Jochs 4a erzeugt, welcher die Schreibbitleitung 5a umgibt. Der Schreibstrom fließt aus der Tiefe auf diese Seite in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene (zur –Y-Richtung) in dem TMR-Element 1b. Das Rückmagnetisierungsfeld 16b wird entgegen dem Uhrzeigersinn in dem Bereich des magnetischen Jochs 4b erzeugt, welcher die Schreibbitleitung 5b umgibt. In diesem Fall werden die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14a und der zweiten Magnetisierungsschicht 8a zur –X-Richtung. Die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14b und der zweiten magnetischen Schicht 8b werden die +X-Richtung. 9B korrespondiert zu einem Fall, bei welchem die Richtungen des Stroms, der in der Schreibbitleitung 5 und in der Schreibwortleitung 6 fließt, entgegengesetzt sind zu denen aus der 9A. Insbesondere zeigt die 9B einen Fall, bei welchem der Schreibstrom aus der Tiefe auf diese Seite senkrecht zur Ebene der Zeichenfläche (zur –Y-Richtung) in dem TMR-Element 1a fließt. Das Rückmagnetisierungsfeld 16a wird entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn in dem Bereich des magnetischen Jochs 4a erzeugt, welcher die Schreibbitleitung 5a umgibt. Der Schreibstrom fließt von dieser Seite in die Tiefe in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene (zur +Y-Richtung) in dem TMR-Element 1b. Das Rückmagnetisierungsfeld wird im Uhrzeigersinn in dem magnetischen Joch 4b durch einen Bereich erzeugt, welcher die Schreibbitleitung 5b umgibt. In diesem Fall ist die Magnetisierungsrichtung des verbindenden Teils 14a und der zweiten Magnetisierungsschicht 8a die +X-Richtung. Die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14b und der zweiten Magnetisierungsschicht 8b ist die +X-Richtung.
  • In den Fällen der 9A und 9B sind die Stromrichtung der Schreibbitleitung 5a und der Schreibwortleitung 6, welche das TMR-Element 1a durchdringt und diejenige der Schreibbitleitung 5b und der Schreibwortleitung 6, welche das TMR-Element 1b durchdringt, entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Folglich können die Richtungen der Rückmagnetisierungsfelder 16a und 16b die im säulenartig aufgebauten Joch 422 (siehe 5), welches mit dem gemeinsamen Bereich 34 der magnetischen Joche 4a und 4b korrespondiert, in derselben Richtung ausgebildet sein (die +Z-Richtung in 9A und die –Z-Richtung in 9B).
  • Aus den 9A und 9B ergibt sich offensichtlich, dass gemäß den Richtungen der Rückmagnetisierungsfelder 16a und 16b, die erzeugt werden durch Ströme, die in der Schreibbitleitung 5 und in der Schreibwortleitung 6 fließen und die die magnetischen Joche 4a und 4b durchdringen, die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14a und der zweiten magnetischen Schicht 8a und die Magnetisierungsrichtung des Verbindungsteils 14b und der zweiten Magnetisierungsschicht 8b sich ändern, um entgegengesetzt zueinander ausgerichtet zu sein. Durch Verwendung dieses Phänomens kann Information in der Speicherzelle 1 gespeichert werden.
  • Dies bedeutet kurz gesagt, dass, wenn der Strom in derselben Richtung in den Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitungen 6 fließt, die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Joche 4a und 4b invertiert sind oder werden und infolge der Inversion, die Magnetisierungsrichtungen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b sich ändern, wodurch ermöglicht wird, dass binäre Informationen "0" oder "1" gespeichert werden. Der Fall, bei welchem eine "0" gespeichert wird, korrespondiert z. B. mit dem Zustand der 9A, d. h. insbesondere mit dem Zustand, bei welchem der Verbindungsbereich 14a und die zweite magnetische Schicht 8a in der –Z-Richtung und der andere Verbindungsteil 14b und die zweite magnetische Schicht 8b in +X-Richtung magnetisiert sind. Das Speichern einer "1" korrespondiert mit dem Zustand der 9B, insbesondere also mit einem Zustand, bei welchem der Verbindungsbereich 14a und die zweite magnetische Schicht 8a in der +X-Richtung und der andere Verbindungsbereich 14b und die zweite magnetische Schicht 8b in der –X-Richtung magnetisiert sind. Auf diese Art und Weise wird die Information gespeichert.
  • In diesem Fall wird in den TMR-Elementen 1a und 1b, wenn die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b parallel in Bezug aufeinander ausgerichtet sind, ein niedriger Widerstandszustand erhalten, in welchem ein hoher Tunnelstrom fließt. Wenn sie jedoch nicht parallel in Bezug aufeinander ausgerichtet sind, ergibt sich ein Zustand mit einem hohen Widerstand, in welchem ausschließlich ein geringer Tunnelstrom erhalten wird. Das bedeutet, dass ein Element des Paars TMR-Elemente 1a und 1b in dem Zustand mit niedrigem Widerstand vorliegt und das andere Element in einem Zustand mit hohem Widerstand vorliegt, wodurch die Information gespeichert wird. In dem Fall, bei welchem die Schreibströme in entgegengesetzten Richtungen in der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließen, oder in dem Fall, bei welchem der Schreibstrom nur in einer der Schreibbitleitung 5 und der Schreibwortleitung 6 fließt, wird die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht 8 nicht invertiert und die Daten werden nicht überschrieben.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden bei der Speicherzelle 1 in der magnetischen Speichereinrichtung gemäß der Ausführungsform mit dieser Anordnung durch Passieren der Ströme in derselben Richtung sowohl zu der Schreibbitleitung 5 als auch zur Schreibwortleitung 6 die Richtung des tatsächlichen Magnetfelds, welches durch die Schreibbitleitung 5 erzeugt wird, und diejenige des tatsächlichen Magnetfelds, welches durch die Schreibwortleitung 6 erzeugt wird, im magnetischen Joch gleich ausgerichtet, so dass ein synthetisches magnetisches Feld erzeugt werden kann. Folglich wird eine höhere magnetische Flussdichte erzielt, und zwar im Vergleich zu einem Fall, bei welchem das magnetische Joch 4 nicht vorgesehen wird, und im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 senkrecht zueinander verlaufen. Folglich kann das tatsächliche oder durch Strom erzeugte Magnetfeld in wirkungsvoller Art und Weise eingesetzt werden und der Strom, der notwendig ist, um die Magnetisierung im Verbindungsbereich 14 des magnetischen Jochs 4 und der zweiten magnetischen Schicht 8 zu invertieren, reduziert werden.
  • Da ferner die zweite magnetische Schicht 8 zwischen der Tunnelbarriereschicht 3 und dem Verbindungsbereich 14 des magnetischen Jochs 4 vorge sehen ist, ergeben sich die folgenden Vorteile. Es kann eine Austauschkopplung zwischen dem Verbindungsbereich 14 und der zweiten magnetischen Schicht 8 erfolgen. Die Magnetisierungsrichtung in der zweiten magnetischen Schicht 8 als zweiten magneto-sensitiven Teil ist besser ausgerichtet, so dass ein stabilerer Schreibvorgang ermöglicht wird. Ferner kann die Koerzitivkraft des Verbindungsbereichs 14 stärker unterdrückt werden, so dass die Menge an erzeugter Wärme dadurch vermindert wird, dass der Wert des Stroms bei einem Schreibvorgang reduziert wird, wobei die Funktionen der magnetischen Speichereinrichtung sich in stabilerer Art und Weise darstellen.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 8 wird nunmehr ein Lesevorgang bei der magnetischen Speichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird eine der Bitdecodierleitungen 71 durch die Adressdecodierschaltung 56A im ersten Treibersteuerschaltungsteil 56 ausgewählt. Es wird ein Steuersignal zu der korrespondierenden Leseverstärkerschaltung 56B übertragen. Im Ergebnis davon fließt ein Lesestrom in den Lesebitleitungen 33a und 33b, und es wird ein positives Potential auf die Seite der stapelartig ausgebildeten Körper oder Elemente S20A und S20B in den TMR-Elementen 1a und 1b abgegeben. In ähnlicher Art und Weise wird durch die Adressdecodierschaltung 58A für die X-Richtung im zweiten Treibersteuerschaltungsteil 58 eine aus der Mehrzahl Wortdecodierleitungen 72 ausgewählt. Der Leseschalter 83 im korrespondierenden Teil wird betrieben. Der ausgewählte Leseschalter 83 wird leitend gesetzt. Ein korrespondierender Lesestrom fließt in der entsprechenden Lesewortleitung 32. Ein negatives Potential wird an die Seite abgegeben, die den stapelartig ausgebildeten Körpern oder Elementen S20a und S20b gegenüberliegt. Folglich kann der für einen Lesevorgang notwendige Lesestrom an eine Speicherzelle 1 passiert werden, die durch die Adressdecodierschaltung 56a für die Y-Richtung und durch die Adressdecodierschaltung 58a für die X-Richtung ausgewählt wurde. Auf der Grundlage des Lesestroms werden die Magnetisierungsrichtungen des Paars zweiter magnetischer Schichten 8a und 8b detektiert, wodurch ein Auslesen der gespeicherten Information ermöglicht wird.
  • Die 10A und 10B sind Schaltungsdiagramme, von denen jedes einen Teil der in der Umgebung der Speicherzelle 1 darstellt. Die Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b in den stapelartig aufgebauten Körpern oder Elementen S20A und S20B werden durch die hohl dargestellten Pfeile angezeigt. Diejenigen der zweiten magnetischen Schichten 8a und 8b werden durch die ausgefüllten Pfeile dargestellt. Beide Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetischen Schichten 2a und 2b sind in die linken Richtungen fixiert. In der 10A ist die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 2a um diejenige in der zweiten magnetischen Schicht 2b im stapelartig aufgebauten Körper oder Element S20a dieselbe. Die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 2b und diejenige der zweiten magnetischen Schicht 2b im anderen stapelartig aufgebauten Körper oder Element S20b sind in Bezug aufeinander entgegengesetzt ausgebildet. In diesem Fall befindet sich der stapelartig ausgebildete Körper S20a in einem Zustand mit niedrigem Widerstand. Der stapelartig ausgebildete Körper S20b befindet sich in einem Zustand mit hohem Widerstand. Dieser Fall korrespondiert z. B. zu einer "0". In dem anderen Fall der 10B, ein Fall, der sich von dem Fall der 10A unterscheidet, befindet sich der stapelartig ausgebildete Körper S20a in einem Zustand mit hohem Widerstand, wogegen der stapelartig ausgebildete Körper S20b sich in einem Zustand mit niedrigem Widerstand befindet. Dies korrespondiert z. B. zu einer "1". Derartige binäre Information kann erhalten werden durch Detektieren des Unterschieds zwischen den Stromwerten aufgrund des Unterschieds zwischen den Werten für die beiden stapelartig aufgebauten Körper oder Elemente S20a und S20b.
  • Bei der magnetischen Speichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform mit der Anordnung, wie sie oben beschrieben wurde, kann durch Passieren des Stroms sowohl zur Schreibbitleitung 5 als auch zur Schreibwortleitung 6 ein geschlossener magnetischer Pfad ausgebildet werden. Es kann die Magnetisierung in wirkungsvoller Art und Weise in den magnetischen Jochen 4a und 4b in den TMR-Elementen 1a und 1b invertiert werden. Ferner kann der magnetische Einfluss auf eine Speicherzelle in der Nachbarschaft zur Speicherzelle 1, auf die Schreiben zuzugreifen ist, reduziert werden. Da ein Teil der magnetischen Joche 4a und 4b, der Schreibbitleitungen 5a und 5b und der Schreibwortleitung 6 aus einer plattierten Schicht bestehen, können die magnetischen Joche 4a und 4b, die Schreibbitleitungen 5a und 5b sowie die Schreibwortleitung 6 eine hohe dimensionale Präzision oder Genauigkeit und eine ausreichende Schichtstärke gewährleisten. Folglich kann ein Rückmagnetisierungsfeld, welches ausreichend ist, um eine stabile Magnetisierungsumkehr oder -inversion durchzuführen, in dem magnetischen Joch 4 erzeugt werden, und es werden dadurch stabilere Schreib- und Leseoperationen ausführbar. Des Weiteren kann durch den Abschirmeffekt der magnetischen Joche 4a und 4b der Wert der Abstände benachbarter Speicherzellen auf dem Substrat schmaler ausgebildet werden. Folglich ist dies vorteilhaft für eine höhere Integration und für eine höhere Packungsdichte bei der magnetischen Speichereinrichtung.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle mit einer Anordnung, wie sie bei der Ausführungsform beschrieben wurde, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speichereinrichtung mit einer Anordnung, wie sie in Zusammenhang mit der oben beschriebenen Ausführungsform angegeben wurde, werden nun beschrieben.
  • Bei den Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle und einer magnetischen Speichereinrichtung mit der magnetischen Speicherzelle gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird zumindest ein Teil der ringförmigen magnetischen Schicht mittels eines Plattierungsvorgangs ausgebildet. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 27 das Verfahren zum Herstellen der Speicherzelle in der magnetischen Speichereinrichtung konkret beschrieben. Die 11 bis 27 sind Querschnittsansichten, die mit der 7 korrespondieren und die Herstellungsprozesse oder Schritte in der jeweiligen Reihenfolge zeigen.
  • Im ersten Prozess wird ein unteres Joch 41 auf dem Substrat 31 mittels der stapelartigen Bereiche S20a und S20b ausgebildet. Zunächst wird, wie das in 11 dargestellt ist, das Substrat 31, in welchem die Dioden 75a und 75b vergraben vorliegen und auf welchem die stapelartig ausgebildeten Bereiche S20a und S20b und eine isolierende Schicht 17a, welche den Umfangsbereich der stapelartig ausgebildeten Bereiche S20a und S20b umgibt, hergestellt. In den 12 bis 27 werden nachfolgend zum Zustand der 11 die Details hinsichtlich des Substrats 31 fortgelassen. nachfolgend wird, wie das in 12 dargestellt ist, eine Metallschicht 41Z aus einer Nickel-Eisenlegierung (NiFe) z. B. mittels eines Sputtervorgangs auf der gesamten Oberfläche ausgebildet. Danach wird, wie das in 13 dargestellt ist, eine Resistanordnung 30A mit einer vorbestimmten Gestalt auf der Metallschicht 41Z ausgebildet, und zwar in einem Bereich, der mit den stapelartig ausgebildeten Bereichen S20A und S20B korrespondiert. Durch Entfernen der unnötigen Metallschicht 41Z durch Mahlen oder Polieren oder dergleichen, erhält man das untere Joch 41 (41a und 41b). Gewöhnlich wird ein derartiger Vorgang des Strukturierens einer dünnen Schicht als Vorgang des Mahlens oder Polierens bezeichnet (milling).
  • Im nachfolgenden zweiten Prozess werden dann auf dem unteren Joch 41 drei säulenartige Joche 42B (421B, 422B und 423B) ausgebildet. Dabei wird zunächst eine Resiststruktur 30A entfernt, und, wie das in 14 dargestellt ist, eine Unterplattierungsschicht 42BS aus NiFe auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, z. B. durch einen Sputtervorgang. Auf der Unterplattierungsschicht 42BS wird dann selektiv eine Resiststruktur 30B ausgebildet. In dem Fall wird ein Bereich zum Ausbilden eines unteren säulenartigen Jochs 42B zurückgelassen. Danach wird die sich ergebende Struktur in einer Plattierungslösung eingetaucht, eingeweicht oder mit dieser imprägniert. Es wird ein Plattierungsprozess durchgeführt, und zwar unter Verwendung der Unterplattierungsschicht 42BS als Elektrode, wodurch drei untere säulenartige Joche 42B ausgebildet werden, z. B. aus NiFe, so wie das in 15 dargestellt ist. Nach dem Ausbilden der unteren säulenartigen Joche 42B wird die Resiststruktur 30B abgelöst. Die bloßgelegte Unterplattierungsschicht 42BS wird mittels eines Mahl- oder Polierprozesses oder dergleichen entfernt. Gewöhnlich wird ein derartiger Vorgang des Strukturierens einer dünnen Schicht als Rahmen- oder Strukturplattierungsverfahren bezeichnet.
  • Im nachfolgenden dritten Prozess werden die Schreibwortleitungen 6 zwischen den unteren säulenartigen Jochen 42B über isolierende Schichten 7A ausgebildet. In diesem Fall wird zunächst, wie das in 16 dargestellt ist, die isolierende Schicht 7A aus Al2O3 oder dergleichen derart ausgebildet, dass diese das gesamte abdeckt, und zwar unter Verwendung z. B. eines CVD-Geräts. Danach wird, wie das in 17 dargestellt ist, eine Unterplattierungsschicht 6S z. B. aus Kupfer ausgebildet, damit diese die isolierende Schicht 7A abdeckt, wobei z. B. ein Sputtervorgang oder dergleichen verwendet wird. Danach wird, wie das in 18 dargestellt ist, eine Resiststruktur 30C selektiv derart ausgebildet, dass ein Bereich übrig gelassen wird, zwischen den unteren säulenartigen Jochen 42B. Des Weiteren wird, wie das in 19 dargestellt ist, eine Metallschicht 6Z derart ausgebildet, dass diese zumindest Bereiche zwischen den säulenartigen Jochen 42B vergräbt. In diesem Fall wird die sich ergebende Struktur in einer Plattierungslösung eingebracht, wobei dann der Plattierungsvorgang unter Verwendung der Unterplattierungsschicht 6S als Elektrode durchgeführt wird, wodurch dann die Metallschicht 6Z aus Kupfer ausgebildet wird. Danach wird die Re sistschicht 30C abgelöst. Die die freigelegte Unterplattierungsschicht 6S wird durch einen Mahl- oder Poliervorgang (milling) oder dergleichen, entfernt. Ferner wird, wie das in 20 dargestellt ist, eine Isolierschicht 16B z. B. aus Al2O3 derart ausgebildet, dass diese das Gesamte abdeckt, wobei insbesondere ein Sputtervorgang oder dergleichen verwendet wird. Danach wird, wie das in 21 dargestellt ist, die gesamte Fläche poliert, und zwar bis auf eine vorbestimmte Schichtstärke, um eine Planarisierung durchzuführen, und zwar unter Verwendung z. B. eines CMP-Geräts oder dergleichen. Auf diese Art und Weise werden die Schreibwortleitungen 6 ausgebildet.
  • Beim nachfolgenden vierten Prozess wird eine Isolationsschicht 7B derart ausgebildet, dass diese die obere Seite oder obere Fläche der Schreibwortleitung 6 abdeckt und den Umfangsbereich der Schreibwortleitung 6 in Zusammenwirken mit der Isolationsschicht 7A umgibt. Dies bedeutet konkret, dass, wie das in 22 dargestellt ist, eine Resiststruktur 30D selektiv in Bereichen ausgebildet wird, und zwar außerhalb des Bereichs, in welchem die Schreibwortleitung 6, die Unterplattierungsschicht 6S und die Isolationsschicht 7A auf der Oberfläche freigelegt sind. Danach wird die Resiststruktur 30D als Maske verwendet. Es wird ein Sputtervorgang ausgeführt, wodurch die Isolationsschicht 7B ausgebildet wird, z. B. aus Al2O3, wie das in 23 dargestellt ist. Weiter erscheint durch Entfernen der Resiststruktur 30D die die Schreibwortleitung 6 abdeckende Isolationsschicht 7B, die Unterplattierungsschicht 6S und die isolierende Schicht 7A. Durch Ausbilden eines Unterschnitts in einem unteren Teil der Endfläche der Resiststruktur 30D kann die Resiststruktur 30D auf einfache Art und Weise abgelöst werden.
  • In einem fünften Prozess werden die oberen säulenartigen Joche 42U (421U, 422U und 423U) auf den unteren säulenartigen Jochen 42B (421B, 422B und 423B) ausgebildet. Die oberen säulenartigen Joche 42U können ausgebildet werden durch Wiederholen eines Vorgangs, der ähnlich ist zu dem Vorgang des Ausbildens der unteren säulenartigen Joche 42B, wie er in den 14 und 15 dargestellt ist. Bei einem sechsten Prozess werden die Schreibbitleitungen 5 (5a und 5b) über eine Isolationsschicht 7C zwischen den oberen säulenartigen Jochen 42U ausgebildet. Die Schreibbitleitungen 5 können durch Wiederholen eines Vorgangs in ähnlicher Art und Weise zu dem des Ausbildens der Schreibwortleitungen 6 hergestellt werde, wie dies in den 16 bis 23 dargestellt ist. Des Weiteren kann in einem siebten Prozess eine Isolationsschicht 7D derart ausgebildet werden, dass diese die Oberseite oder obere Fläche der Schreibbitleitung 5 abdeckt und den Umfangsbereich oder die Peripherie der Schreibbitleitung 5 in Zusammenwirken mit der Isolationsschicht 7C umgibt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 24 die Abfolge der fünften bis siebten Prozesse im Detail konkret beschrieben.
  • Im fünften Prozess wird zunächst die Isolationsschicht 7B im vierten Prozess und danach eine Unterplattierungsschicht 42US aus NiFe auf der gesamten Fläche z. B. durch einen Sputtervorgang ausgebildet. Nachfolgend wird dann die Resiststruktur (nicht dargestellt) selektiv auf der Unterplattierungsschicht 42US ausgebildet. In diesem Fall verbleibt ein Bereich zum Ausbilden des oberen säulenartigen Jochs 42U. Die sich ergebende Struktur wird in eine Plattierungslösung eingebracht. Es wird ein Plattierungsvorgang unter Verwendung der Unterplattierungsschicht 42US als Elektrode durchgeführt, wodurch das obere säulenartige Joch 42U z. B. aus NiFe entsteht. Nach dem Ausbilden des oberen säulenartigen Jochs 42U wird die Resiststruktur abgelöst. Die frei liegende Unterplattierungsschicht 42US wird durch Mahlen, Polieren oder dergleichen entfernt. Im nachfolgenden sechsten Prozess wird eine Isolationsschicht 7C aus Al2O3 oder dergleichen derart ausgebildet, dass diese die gesamte Struktur abdeckt, z. B. unter Verwendung einer CVD-Apparatur. Nachfolgend wird dann eine Unterplattierungsschicht 5S z. B. aus Kupfer ausgebildet, und zwar derart, dass diese die Isolationsschicht 7C abdeckt, wobei z. B. ein Sputtervorgang oder dergleichen verwendet wird. Eine Resiststruktur (nicht dargestellt) wird selektiv derart ausgebildet, dass Bereiche verbleiben, die zwischen den oberen säulenartigen Jochen 42U liegen. Ferner werden Schreibbitleitungen 5 derart ausgebildet, dass diese den Bereich zwischen den oberen säulenartigen Jochen 42U vergraben. In diesem Fall wird die sich ergebende Struktur in eine Plattierungslösung eingebracht. Es wird ein Plattierungsvorgang unter Verwendung der Unterplattierungsschicht 5S als Elektrode durchgeführt, wodurch die Schreibbitleitung 5 aus Kupfer ausgebildet wird. Nach dem Ausbilden der Schreibbitleitung wird die Resiststruktur abgelöst. Die Unterplattierungsschicht 5S wird durch Mahlen, Polieren oder dergleichen, entfernt. Ferner wird eine isolierende Schicht 17D z. B. aus Al2O3 derart ausgebildet, dass diese die gesamte Anordnung abdeckt, wobei insbesondere ein Sputtervorgang oder dergleichen verwendet wird. Danach wird die gesamte Fläche poliert, und zwar bis auf eine vorgegebene Schichtstärke, um eine Planarisierung zu erreichen, wobei z. B. eine CMP-Apparatur verwendet wird (CMP: Chemical Mechanical Polishing, chemisch-mechanisches Polieren). Beim nachfolgenden siebten Prozess wird eine Resiststruktur (nicht dargestellt) selektiv in Bereichen ausgebildet, außer in dem Bereich, in welchem die Schreibbitleitung 5, die Unterplattierungsschicht 5S und die Isolationsschicht 7C auf der Oberfläche ausgebildet sind oder werden. Die Resiststruktur wird als Maske verwendet. Es wird ein Sputtervorgang durchgeführt, wodurch die Isolationsschicht 7D z. B. aus Al2O3 ausgebildet wird. Durch Entfernen der Resiststruktur erscheinen die Isolationsschicht 7D, welche die Schreibbitleitung 5 abdeckt, die Unterplattierungsschicht 5S und die Isolationsschicht 7C.
  • Im Nachfolgenden achten Prozess wird durch Vorsehen des oberen Jochs 43 derart, dass das säulenartige obere Joch 42U und die Isolationsschicht 7D abgedeckt werden, das Ausbilden des magnetischen Jochs 4 abgeschlossen, welches gebildet wird vom unteren Joch 41, dem Paar unterer und oberer säulenartig geformter magnetischer Schichten 42B und 42U und dem oberen Joch 43. Konkret bedeutet dies, dass zuerst, wie das in 25 dargestellt ist, die Unterplattierungsschicht 43S derart ausgebildet wird, dass diese die gesamte Anordnung abdeckt, dies erfolgt z. B. durch Sputtern oder dergleichen. Nachfolgend wird, wie das in 26 dargestellt ist, eine Resiststruktur 30E selektiv derart ausgebildet, dass der Bereich vermieden wird, der mit dem Bereich des Ausbildens des unteren Jochs 41 korrespondiert. Die Resistanordnung 30E wird als Maske verwendet. Es wird ein Plattierungsprozess unter Verwendung der Unterplattierungsschicht 43S durchgeführt, wodurch das obere Joch 43 z. B. aus NiFe hergestellt wird. Nach dem Ausbilden des oberen Jochs 43 wird die Resistschicht 30E abgelöst. Die freigelegte Unterplattierungsschicht 43S wird durch Mahlen. Polieren (milling) oder dergleichen entfernt. Nachfolgend wird eine Isolationsschicht 17F z. B. aus Al2O3 oder dergleichen auf der gesamten Fläche oder Oberseite ausgebildet. Wie es in 27 dargestellt ist, ist die gesamte Fläche oder Oberfläche bis auf eine vorgegebene Schichtstärke poliert, und zwar unter Verwendung z. B. einer CMP-Apparatur, wodurch eine Planarisierung erreicht wird. Das Ausbilden des magnetischen Jochs 4 wird abgeschlossen, wodurch die Speicherzelle 1 vollständig ausgebildet ist. Ferner wird eine Lesewortleitung 32 mit einer gewünschten Breite ausgebildet, um mit dem oberen Joch 43 elektrisch verbunden zu werden.
  • Danach werden die Schreibwortleitungselektroden 46 an beiden Enden der Schreibwortleitung 6 ausgebildet. Ferner werden Schreibbitleitungselektro den 47 an beiden Enden der Schreibbitleitung 5 ausgebildet. Es werden die Lesewortleitungselektroden 48 an beiden Enden der Lesewortleitung 32 ausgebildet. Ferner werden die Lesebitleitungselektroden 49 an beiden Enden der Lesebitleitung 33 ausgebildet.
  • Auf diese Art und Weise wird die Herstellung der Speicherzellengruppe 54 mit Speicherzellen 1 abgeschlossen.
  • Ferner wird durch Ausführen eines Vorgangs zum Ausbilden einer Schutzschicht aus (SiO2), Al2O3 oder dergleichen mittels eines Sputtergeräts, eines CVD-Geräts oder dergleichen und durch Ausführen eines Vorgangs oder Prozesses des Polierens der Schutzschicht um die Elektroden 46 bis 49 freizulegen, das Herstellen der magnetischen Speichereinrichtung abgeschlossen.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden bei der Ausführungsform die unteren und oberen säulenartigen Joche 42 und die oberen Joche 43 im magnetischen Joch 4, die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 durch Plattieren ausgebildet. Wenn diese Objekte durch ein Verfahren des Trockenschichtausbildens mittels Sputtern oder dergleichen hergestellt werden und wenn ein Trockenschichtherstellungsverfahren mit einem Trockenstrukturierungsverfahren kombiniert wird, z. B. mit einem Vorgang des Mahlens, Polierens, reaktiven Ionenätzens oder dergleichen, treten die nachfolgend beschriebenen Probleme auf. Obwohl es einfach ist, eine dünne Schicht von einigen Nanometern oder darunter auszubilden, ist es einerseits bei einem Trockenschichtherstellungsverfahren, z. B. einem Sputtervorgang, nicht geeignet, funktionale Schichten mit einer Schichtstärke von Hunderten von Nanometern auszubilden, weil dies eine entsprechende Zeit benötigt. Wenn eine zu strukturierende Schicht einer Trockenätzung ausgesetzt wird, z. B. durch Verwendung einer Resiststruktur als Maske, wird gewöhnlich die Resiststruktur selbst ebenfalls geätzt. Die Schicht wird nicht nur in der Richtung der Schichtstärke reduziert, sondern auch in Richtung der Breite (in einer Richtung in der Ebene). Darüber hinaus tendiert der Gradient der Endfläche der Schicht dazu, in sanfter Art und Weise strukturiert zu werden. Daher ist es schwierig, auf diese Art und Weise eine hochdimensionale Genauigkeit oder Präzision zu erhalten.
  • Eines der Verfahren zum Erzeugen eines Gradienten an der Endfläche eines zu strukturierenden Films mit einer scharfen Kontur ist ein Verfahren unter der Verwendung eines anorganischen Maskenmaterials mit einer geringen Ätzrate (welches nicht einfach geätzt werden kann). In diesem Fall verbleibt jedoch unnötigerweise anorganisches Maskenmaterial auf der zu strukturierenden Schicht, so dass es schwierig ist, dieses Verfahren im Rahmen eines Herstellungsvorgangs für eine magnetische Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu verwenden.
  • Im Gegensatz dazu werden bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform die unteren und oberen Joche 42, das obere Joch 43, die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 im magnetischen Joch 4 durch Plattieren ausgebildet. Folglich kann im Vergleich zu einem Fall, bei welchem diese Objekte durch Trockenverfahren, wie z. B. Sputtern, hergestellt werden, ein stärkerer Kantenwinkel realisiert werden. Das Joch 4, die Schreibbitleitung 5 und die Schreibwortleitung 6 können mit höherer Präzision und mit einer ausreichenden Schichtstärke ausgebildet werden. Folglich können benachbarte Speicherzellen mit einem geringeren Abstand zueinander auf dem Substrat angeordnet werden. Dadurch kann eine magnetische Speichereinrichtung mit einer höheren Integration und mit einer höheren Packungsdichte ausgebildet werden.
  • Beispiele
  • Konkrete Beispiele der Ausführungsform werden nunmehr beschrieben.
  • Zunächst wird der Inklinationswinkel oder Neigungswinkel θ der Endfläche in der zu strukturierenden Schicht, welche aus NiFe und mittels eines Rahmenplattierungsverfahrens der Ausführungsform hergestellt wird, verglichen mit einem Inklinations- oder Neigungswinkel einer Struktur, die hergestellt wurde mittels eines Trockenschichtherstellungsverfahrens. 28A zeigt das Ergebnis.
  • Die laterale Achse in 28A bezeichnet die durchschnittliche Schichtstärke Tave (nm) einer Schicht PF, die zu strukturieren ist. Die vertikale Achse bezeichnet den Inklinationswinkel oder Neigungswinkel θ (Grad) der Endfläche der zu strukturierenden Schicht PF. Der Inklinationswinkel oder Neigungswinkel θ ist, wie das in 28B gezeigt ist, ein Winkel der gebildet wird von einer tragenden oder unterstützenden Fläche 131S, auf welcher die Schicht PF, die zu strukturieren ist, ausgebildet wird, sowie von der Endfläche der zu strukturierenden Schicht PF. Falls der Inklinationswinkel θ 0° beträgt, verbleibt die Endfläche parallel zur tragenden oder unterstützenden Fläche 131S. Wenn der Inklinationswinkel θ 90° beträgt, verbleibt die Endfläche senkrecht zur tragenden oder unterstützenden Fläche 131S. "O" (leeres Kreissymbol) zeigt den charakteristischen Wert einer Probe, die mittels einer Rahmenplattierungsherstellung (frame plating method) ausgebildet wurde.
    Figure 00380001
    (gefülltes Dreiecksymbol) zeigt den charakteristischen Wert einer Probe, die mittels eines Mahlverfahrens oder Polierverfahrens ausgebildet wurde. "•" (gefülltes Kreissymbol") bezeichnet den charakteristischen Wert einer Probe, die mittels reaktiven Ionenätzens +(RIE) ausgebildet wurde. Es wurden Proben mit sechs Arten von Schichtstärken für jedes der Verfahren hergestellt, wobei dann die Kantenwinkel oder Inklinationswinkel gemessen wurden. Die mittels der Rahmenplattierung hergestellte Probe ist eine Plattierungsschichtstruktur aus NiFe und mit einer gewünschten Schichtstärke, wobei diese Probe wie folgt hergestellt wurde. Eine Elektrodenschicht aus NiFe wurde mittels Sputtern ausgebildet. Dann wurde eine chemisch verstärkte Resiststruktur für 248 nm selektiv auf der Elektrodenschicht ausgebildet. Die sich ergebende Struktur wurde in ein Nickel-Watt-Bad eingebracht, welches Eisenionen enthielt. Dann wurde der Plattierungsvorgang durchgeführt, wodurch die plattierte Schichtstruktur erzeugt wurde. Ferner wurde unter Verwendung der plattierten Schichtstruktur als Maske die Elektrodenschicht mittels Mahlens oder Polierens entfernt. In diesem Fall betrug die Schichtstärke der Elektrodenschicht etwa 30 nm. Die chemisch verstärkte Resiststruktur für 248 nm wurde derart ausgebildet, dass die plattierte Schicht eine Schichtstärke von +50 nm aufwies und eine Grabenstruktur oder einen Trench mit einer Breite von etwa 500 nm. Die mittels Mahlens oder Polierens hergestellte Probe wurde wie folgt hergestellt. Eine NiFe-Schicht mit einer vorbestimmten Schichtstärke wurde mittels Sputterns ausgebildet. Eine chemisch verstärkte Resiststruktur für 248 nm wurde mit einer Schichtstärke von 300 nm und einer Linienbreite oder Leitungsbreite von 500 nm selektiv auf der NiFe-Schicht ausgebildet. Unter Verwendung der Resiststruktur als Maske wurde die NiFe-Schicht einem Vorgang des Mahlens oder Polierens unter Verwendung von Argongas in einer Richtung senkrecht zur tragenden Fläche ausgesetzt. Die Parameter des Mahlens oder Polierens waren: Gasdruck 2,67 × 10–2 Pa, Strahlstrom von 300 mA und Beschleunigungsspannung von –500 V. Das mittels RIE hergestellte Element wurde wie folgt hergestellt. Eine NiFe-Schicht mit einer vorbestimmten Schichtstärke wurde mittels Sputterns ausgebildet. Auf die NiFe-Schicht wurde eine Titanschicht (Ti) mit einer Schichtstärke von 500 nm und einer Breite von 500 nm selektiv ausgebildet. Des Weiteren wurde die Titanschicht als Maske verwendet. Die NiFe-Schicht wurde mittels RIE geätzt, um die Probe fertig zu stellen. Das verwendete Gerät war ein Gerät vom Typ mit einer kapazitiven Kopplung und einer parallelen flachen Elektrode. Der Ätzvorgang wurde durchgeführt unter einem Gas, welches erhalten wurde durch Mischen von 50 mol-% NH3 mit 50 mol-% CO bei einem Gasdruck von 0,75 Pa, einer Frequenz von 13,26 MHz und einer Hochfrequenzleistungsdichte von 4 × 104 W/cm2.
  • Wie in der 28A dargestellt ist, zeigt die Probe "O" (leeres Kreissymbol), welche durch ein Verfahren des Rahmenplattierens ausgebildet wurde, behält einen hohen Inklinationswinkel θ auf demselben Niveau (nahezu 90°) bei, und zwar im Bereich der Schichtstärken Tave. von 100 nm bis 500 nm. Andererseits zeigen die Proben
    Figure 00390001
    (gefülltes Dreiecksymbol), hergestellt durch Mahlen oder Polieren (milling), und "•" (gefülltes Kreissymbol) ausgebildet durch RIE, Inklinationswinkel θ, welche mit steigender Schichtstärke Tave. abnehmen. Das bedeutet, dass die Inklination der Endfläche dort sanft ist. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der durch "•" (gefülltes Kreissymbol) bezeichneten Probe, welche durch RIE ausgebildet wurde, die Abnahme im Inklinationswinkel θ sehr deutlich ist. Bei einer Schichtstärke Tave. von 500 nm beträgt der Inklinationswinkel etwa 20°. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich, dass durch Ausbilden der zu strukturierenden Schicht aus NiFe mit dem Rahmenplattierungsverfahren die Endfläche nahezu senkrecht zur tragenden Fläche ausgebildet werden kann. Daher können durch Anwenden dieses Verfahrens beim Herstellungsverfahren für eine magnetische Speichereinrichtung eine höhere Integration und eine höhere Packungsdichte erreicht werden.
  • Der Zusammenhang zwischen dem säulenartigen Joch mit der in 5A gezeigten Querschnittsstruktur bei der vorliegenden Ausführungsform und dem Schaltstrom in der magnetischen Speicherzelle wurde ebenfalls untersucht. 29 zeigt das Ergebnis.
  • 29 zeigt das Ergebnis des Messens des Schreibstrom mit einer Größe, die notwendig ist, die Magnetisierungsrichtung in der magneto-sensitiven Schicht (der Verbindungsbereich 14a und die zweite magnetische Schicht 8a) des TMR-Elements 1a und der magneto-sensitiven Schicht (des Verbindungsbereichs 14b und der zweiten magnetischen Schicht 8b) des TMR-Elements 1b aus 5A, zu invertieren, d. h. es zeigt den Schaltstrom. Die laterale Achse zeigt die Länge in der Z-Richtung des säulenartigen Jochs 42, d. h., die Schichtstärke (nm). Die vertikale Achse zeigt den Schaltstrom (mA) der Größe, die notwendig ist, die Magnetisierungsrichtung zu invertieren. In 29 zeigt der durch "O" (leere Kreissymbole) dargestellte Plot den Schaltstrom, der notwendig ist, die Magnetisierung der magneto-sensitiven Schicht des TMR-Elements 1a zu invertieren. Der durch "•" (gefüllte Kreissymbole) bezeichnete Plot zeigt den Schaltstrom, der notwendig ist, die Magnetisierung der magneto-sensitiven Schicht des TMR-Elements 1b zu invertieren. Wenn die Schichtstärke 400 nm beträgt, passiert ein Schaltstrom von 1,2 mA in beiden Fällen. Wenn die Schichtstärke abnimmt, steigt der Unterschied zwischen den beiden Fällen. Dies bedeutet insbesondere, dass, wenn die Schichtstärke 200 nm beträgt, der Schaltstrom bei der magneto-sensitiven Schicht im TMR-Element 1b 1,0 mA wird, was einem geringeren Wert entspricht. Der Schaltstrom bei der magneto-sensitiven Schicht des TMR-Elements 1a ist 1,9 mA, welches einen fast zweimal so großen Wert im Vergleich zum TMR-Element 1b entspricht.
  • In der in 5A dargestellten Speicherzelle sind die Magnetisierungsrichtung der magneto-sensitiven Schicht im TMR-Element 1a und diejenige in der magneto-sensitiven Schicht in dem TMR-Element 1b einander entgegengesetzt angeordnet, wodurch die Information aufgezeichnet wird. Daher wird in einem Zustand, bei welchem die Magnetisierung von nur einer der magneto-sensitiven Schichten invertiert wird, eine Information nicht aufgezeichnet. Wie in der 29 dargestellt ist, wird, wenn die Schichtstärke des säulenartigen Jochs 42 200 nm beträgt, obwohl der Schaltstrom auf 1,0 mA eingestellt wird, die Magnetisierungsrichtung der magneto-sensitiven Schicht des TMR-Elements 1b invertiert, dagegen die Magnetisierungsrichtung der magneto-sensitiven Schicht des TMR-Elements 1a nicht invertiert. Daher kann in diesem Fall Information nicht aufgezeichnet werden. In diesem Fall werden durch Einstellen des Schaltstroms auf 1,9 mA oder darüber beide Magnetisierungsrichtungen der magneto-sensitiven Schichten der TMR-Elemente 1a und 1b invertiert. In dem Fall, bei welchem die Schichtstärke des säulenartigen Jochs 42 300 nm beträgt, können durch Einstellen des Schaltstroms auf 1,3 mA oder darüber beide Magnetisierungsrichtungen der magneto-sensitiven Schichten der TMR-Elemente 1a und 1b invertiert werden. Ferner können, wenn die Schichtstärke des säulenartigen Jochs 42 400 nm beträgt, durch Einstellen des Schaltstroms auf 1,2 mA oder darüber beide Magnetisierungsrichtung der magneto-sensitiven Schichten der TMR-Elemente 1a und 1b invertiert werden. Es wird davon ausgegangen, dass durch Steigern der Schichtstärke des säulenartigen Jochs 42 ein gleichmä ßiges magnetisches Feld mit einer geringen Abweichung in horizontaler Richtung in einfacherer Art und Weise im Joch 4 ausgebildet werden kann.
  • Wie oben bereits beschrieben wurde, konnte bestätigt werden, dass die Schaltströme abhängig sind von der Schichtstärke des säulenartigen Jochs, und dass durch Steigern der Schichtstärke des säulenartigen Jochs der Unterschied zwischen den Schaltströmen in den magneto-sensitiven Schichten der TMR-Elemente 1a und 1b reduziert werden kann. Ferner konnte bestätigt werden, dass beide Magnetisierungsrichtungen der TMR-Elemente 1a und 1b se1bst dann invertiert werden können, wenn ein geringer Schaltstrom verwendet wurde, so dass sich dort eine besondere Effizienz ergab.
  • Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Ausführungsform und weiterer Beispiele erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform und diese Beispiele beschränkt, sondern kann vielmehr in verschiedener Art und Weise abgewandelt werden. Dies bedeutet z. B. konkret, dass bei der vorgestellten Ausführungsform der Fall, bei welchem ein Paar magneto-sensitiver Elemente in der magnetischen Speicherzelle verwendet wurde, die magnetische Speicherzelle ein ringartig ausgebildetes magnetisches Joch aufwies und dass ein Paar ringartig ausgebildeter magnetischer Joche miteinander verbunden war. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. So kann z. B. wie bei der Speicherzelle 1a (erste Modifikation) aus 30 eine Mehrzahl von zwei magnetischen Jochen jeweils mit einer U-Form vorgesehen sein, wobei jeweils die offenen Bereiche dem stapelartig angeordneten Element oder Körper (magnetische Joche, von denen jedes eine Querschnittsform aufweist, von der mindestens ein Teil offen ist) gegenüberliegt, wobei diese aneinander gekoppelt sind. Dies bedeutet konkret, dass die Speicherzelle 1A aus der 30 aufweist: das TMR-Element 1a mit dem unteren Joch 41a und dem Paar säulenartig ausgebildeter Joche 421 und 422, die an beide Enden des unteren Jochs 41a gekoppelt sind und sich in einer Richtung orthogonal zur tragenden Fläche 31S erstrecken. Des Weiteren ist ein TMR-Element 1b vorgesehen mit einem unteren Joch 41b und einem Paar säulenartiger Joche 422 und 423, die an beide Enden des unteren Jochs 41b gekoppelt sind und sich in einer Richtung orthogonal zur tragenden Fläche 31S erstrecken. Das Paar TMR-Elemente 1a und 1b teilt sich zumindest ein säulenartig ausgebildetes Joch 422. Auch bei dieser Konfiguration kann durch Ausbilden mindestens eines Teils des magnetischen Jochs mittels eines Plattierungsverfahrens eine hoch dimensionale Genauigkeit oder Präzision bei einer ausreichenden Schicht stärke erreicht werden. Auch kann in diesem Fall durch Anwenden des Verfahrens auf eine magnetische Speichereinrichtung eine höhere Integration mit einer höheren Packungsdichte erreicht werden.
  • Obwohl die magnetische Speicherzelle in Zusammenhang mit dem Vorhandensein eines Paar magneto-resistiver Elemente vorangehend beschrieben wurde, wird nachfolgend eine Speicherzelle beschrieben, die nicht Gegenstand der Ausführungsform ist. Zum Beispiel kann, wie das in Zusammenhang mit der 31 bei der Speicherzelle 1B (zweite Abwandlung) gezeigt ist, ein einzelnes TMR-Element mit einem magnetischen Joch 4 und einem stapelartig ausgebildeten Bereich 20 als magnetisches Speicherelement verwendet werden. Auch kann bei einer Speicherzelle 1B mit einer derartigen Anordnung durch Ausbilden mindestens eines Teils des magnetischen Jochs 4 mittels eines Plattierungsverfahrens eine hoch dimensionale Genauigkeit oder Präzision sowie eine ausreichende Schichtstärke erreicht werden. Auch bei der Speicherzelle mit einem einzelnen TMR-Element, wie bei der Speicherzelle 1C (dritte Abwandlung), die in 32 dargestellt ist, ein nicht ringförmiges Joch, sondern ein Joch mit einer U-Form im Querschnitt und mit einem Teil, welches offen ist, vorgesehen sein. Dies bedeutet insbesondere, dass in dem Fall, bei welchem die Speicherzelle von einem einzelnen TMR-Element gebildet wird, nämlich eine Speicherzelle 1D (vierte Abwandlung), die in 33 dargestellt ist, der stapelartig ausgebildete Bereich 20 auf einer Seite vorgesehen sein kann, welche dem Substrat 31 gegenüberliegt, nämlich über dem magnetischen Joch 4. In diesem Fall kann auch, wie bei der Speicherzelle 1E (fünfte Abwandlung), die in 34 dargestellt ist, das magnetische Joch 4 einen Teil aufweisen, welcher im Querschnitt offen ausgebildet ist.
  • Ferner ist bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ein Paar von Dioden vorgesehen, welches als Gleichrichter im Leseschaltkreis verwendet wird. Nachfolgend werden andere Anordnungen beispielhaft beschrieben. Zum Beispiel, wie das in den 35 und 36 dargestellt ist, kann ein Paar bipolarer Transistoren 76 verwendet werden. In diesem Fall sind erste Enden der TMR-Elementen 1a und 1b in jeder Speicherzelle 1 mit den Lesebitleitungen 33a und 33b verbunden, und zwar über ein Paar bipolarer Transistoren 76a und 76b, wobei die anderen Enden mit der gemeinsamen Lesewortleitung 32 verbunden sind. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Basis B beim Paar der Bipolartransistoren 76a und 76b verbunden ist mit der Wortdecodierleitung 72. Ein Kollektor C ist verbunden mit den Lesebitleitungen 33a und 33b, und zwar über die Verbindungsschicht 29. Ein Emitter E ist verbunden mit den stapelartig ausgebildeten Bereichen 20a und 20b, und zwar über die Verbindungsschicht 27. In dem Fall, bei welchem ein Steuersignal von einer Wortdecodierleitung 72 die Basen B im selektierten Paar bipolarer Transistoren 76a und 76b erreicht, werden der Kollektor C und der Emitter E leitfähig und folglich fließt ein Strom in den stapelartig ausgebildeten Körpern oder Elementen S20a und S20b (stapelartig ausgebildete Bereiche 20a und 20b), wodurch Information gelesen wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden beim magneto-resistiven Element, der magnetischen Speicherzelle, den magnetischen Speichereinrichtungen gemäß den ersten und zweiten Aspekten, dem Herstellungsverfahren des magneto-resistiven Elements, dem Herstellungsverfahren der magnetischen Speicherzelle und dem Verfahren zum Herstellen der magnetischen Speichereinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Plattierungsschicht verwendet, und zwar für zumindest einen Teil des magnetischen Jochs. Daher kann im Vergleich zu einem Fall, bei welchem ein Trockenschichtherstellungsverfahren verwendet wird, eine ausreichende Schichtstärke bei einer höheren dimensionalen Genauigkeit oder Präzision erreicht werden. Folglich ergibt sich ein stabiler ausgebildetes Rückmagnetisierungsfeld (return magnetic field), und zwar in wirksam erzeugter Art und Weise, wobei sich auch eine hohe Zuverlässigkeit einstellt. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der magnetischen Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Abstände zwischen benachbarten magnetoresistiven Elementen oder magnetischen Speicherzellen weiter reduziert werden kann. Folglich ist die vorliegende Erfindung geeignet, eine höhere Integration und eine höhere Packungsdichte zu realisieren.
  • Viele Abwandlungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Lehre möglich. Es versteht sich daher von se1bst, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Bereichs der Patentansprüche auch anders, als dies oben beschrieben wurde, ausgeführt werden kann.

Claims (7)

  1. Magnetische Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente (1a, 1b), von denen jedes aufweist: – ein magnetisches Joch (4), welches in Korrespondenz mit einem Tei1bereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters (5a, 6; 5b, 6) angeordnet und so ausgebildet ist, dass es den Umfang des Leiters teilweise oder komplett umgibt, und – einem stapelartig ausgebildeten Körper (320a; 320b), welcher eine magnetoresistive Schicht aufweist, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend einem äußeren magnetischen Feld ändert und welche magnetisch an das magnetische Joch gekoppelt ist, wobei der stapelartig ausgebildete Körper so ausgebildet ist, dass Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig ausgebildeten Fläche fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar magnetoresistiver Elemente nur einen Teil des magnetischen Jochs miteinander teilen und dass zumindest ein Teil des magnetischen Jochs von einer plattierten Schicht gebildet wird.
  2. Magnetische Speicherzelle nach Anspruch 1, bei welcher der magnetische Joch (4) aufweist: – ein Paar säulenartig ausgebildeter Joche (421, 422), die sich in einer Wachstumsrichtung der plattierten Schicht erstrecken, während sie einander gegenüberliegen, und – in balkenartig geformtes Joch (41a, 43a; 41b, 43b), welches jedes Ende des Paares säulenartig geformter Joche verbindet, – wobei das magnetische Joch (4) eine Querschnittsform aufweist, von der zumindest ein Teil offen ist und – wobei das Paar magnetoresistiver Elemente zumindest eines der Paare säulenartig ausgebildeter Joche miteinander teilt.
  3. Magnetische Speicherzelle nach Anspruch 1, bei welcher der magnetische Joch (4) aufweist: – ein Paar säulenartig ausgebildeter Joche (421, 422), die sich in einer Wachstumsrichtung der plattierten Schicht erstrecken, während sie einander gegenüberliegen, und – ein Paar balkenartig ausgebildeter Joche (41a, 43a; 41b, 43b), die mit beiden Enden des Paares säulenförmig ausgebildeter Joche verbunden sind, – wobei das magnetische Joch eine geschlossene Querschnittsform aufweist und – wobei das Paar magnetoresistiver Elemente zumindest eines der Paare säulenförmig ausgebildeter Joche miteinander teilt.
  4. Magnetische Speicherzelle nach Anspruch 1, bei welcher der Leiter ebenso von einer plattierten Schicht gebildet wird.
  5. Magnetische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche des Weiteren aufweist: – eine erste Schreibleitung (5a; 5b); – eine zweite Schreibleitung (6), welche sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung kreuzt; – wobei der Tei1bereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters ein Bereich ist, in welchem sich die erste und die zweite Schreibleitung überkreuzen.
  6. Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle mit einem Paar magnetoresistiver Elemente, bei welchem jedes ein magnetisches Joch und einen stapelartig ausgebildeten Körper aufweisen, mit: – einen Schritt des Ausbildens eines Paars magnetischer Joche (4a, 4b), welche angeordnet sind in Korrespondenz mit einem Tei1bereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters und welche so ausgebildet sind, dass sie den Umfang des Leiters teilweise und vollständig umgeben und sich nur teilweise einander teilen, und – einen Schritt des Ausbildens eines Paares stapelartig ausgebildeter Körper (S20a, S20b), von denen jeder eine magnetisch sensitive Schicht aufweist, deren Magnetisierungsrichtung sich gemäß einem externen magnetischen Feld ändert und welche magnetisch zum Paar der magnetischen Joche gekoppelt und so ausgebildet sind, dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zur stapelartig ausgebildeten Fläche fließt, – wobei im Schritt des Ausbildens des Paars magnetischer Joche zumindest ein Teil des Paars magnetischer Joche durch Plattieren ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die auszubildende magnetische Speichereinrichtung aufweist: – eine erste Schreibleitung (5a; 5b); und – eine zweite Schreibleitung (6), welche sich so erstreckt, dass sie die erste Schreibleitung kreuzt; – wobei der Schritt des Ausbildens eines Paars magnetischer Joche (4a, 4b), welche sich in Korrespondenz mit einem Tei1bereich entlang einer Erstreckungsrichtung eines Leiters angeordnet sind, aufweist das Ausbilden eines Paares magnetischer Joche (4a, 4b), die in Korrespondenz zu einem Bereich angeordnet sind, in welchem sich die erste und die zweite Schreibleitung einander überkreuzen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016100136A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Halbleiterstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4534441B2 (ja) * 2003-07-25 2010-09-01 Ｔｄｋ株式会社 磁気記憶セル及びこれを用いた磁気メモリデバイス
JP4544396B2 (ja) * 2003-09-05 2010-09-15 Ｔｄｋ株式会社 磁気記憶セルおよび磁気メモリデバイス
JP2005109266A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気メモリデバイスおよび磁気メモリデバイスの製造方法
US20060022286A1 (en) * 2004-07-30 2006-02-02 Rainer Leuschner Ferromagnetic liner for conductive lines of magnetic memory cells
US7973349B2 (en) * 2005-09-20 2011-07-05 Grandis Inc. Magnetic device having multilayered free ferromagnetic layer
US7777261B2 (en) * 2005-09-20 2010-08-17 Grandis Inc. Magnetic device having stabilized free ferromagnetic layer
US7911830B2 (en) 2007-05-17 2011-03-22 Integrated Magnetoelectronics Scalable nonvolatile memory
US7957179B2 (en) * 2007-06-27 2011-06-07 Grandis Inc. Magnetic shielding in magnetic multilayer structures
US7974119B2 (en) * 2008-07-10 2011-07-05 Seagate Technology Llc Transmission gate-based spin-transfer torque memory unit
US7894248B2 (en) * 2008-09-12 2011-02-22 Grandis Inc. Programmable and redundant circuitry based on magnetic tunnel junction (MTJ)
US7936583B2 (en) * 2008-10-30 2011-05-03 Seagate Technology Llc Variable resistive memory punchthrough access method
US9553604B2 (en) * 2009-03-30 2017-01-24 Nec Corporation Information processing system, information compression device, information decompression device, information processing method, and program
US8158967B2 (en) 2009-11-23 2012-04-17 Micron Technology, Inc. Integrated memory arrays
US8897061B2 (en) 2012-01-30 2014-11-25 Quantumag Consultancy Corp. MTJ cell for an MRAM device and a manufacturing method thereof
US20150019147A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Qualcomm Incorporated Method and device for estimating damage to magnetic tunnel junction (mtj) elements
US9741923B2 (en) 2015-09-25 2017-08-22 Integrated Magnetoelectronics Corporation SpinRAM
JP6699635B2 (ja) * 2017-08-18 2020-05-27 Tdk株式会社 磁気センサ
US10381551B1 (en) * 2018-06-29 2019-08-13 Sandisk Technologies Llc Spin orbit torque magnetoresistive random access memory containing shielding element and method of making thereof
US10553783B2 (en) 2018-06-29 2020-02-04 Sandisk Technologies Llc Spin orbit torque magnetoresistive random access memory containing shielding element and method of making thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3787509T2 (de) * 1986-11-28 1994-01-20 Nec Corp Dünnfilmmagnetkopf.
US5343422A (en) 1993-02-23 1994-08-30 International Business Machines Corporation Nonvolatile magnetoresistive storage device using spin valve effect
JPH0817019A (ja) * 1994-06-28 1996-01-19 Nec Corp 磁気抵抗効果ヘッド
US5629922A (en) 1995-02-22 1997-05-13 Massachusetts Institute Of Technology Electron tunneling device using ferromagnetic thin films
JP3333670B2 (ja) 1995-09-22 2002-10-15 ティーディーケイ株式会社 磁性薄膜メモリ
US6028786A (en) 1997-04-28 2000-02-22 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic memory element having coupled magnetic layers forming closed magnetic circuit
DE19836567C2 (de) 1998-08-12 2000-12-07 Siemens Ag Speicherzellenanordnung mit Speicherelementen mit magnetoresistivem Effekt und Verfahren zu deren Herstellung
JP2001273759A (ja) 2000-03-27 2001-10-05 Sharp Corp 磁気メモリセルと磁気メモリ装置
US6590803B2 (en) 2001-03-27 2003-07-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic memory device
JP2002353415A (ja) 2001-05-23 2002-12-06 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 記憶素子、メモリセル及び記憶回路ブロック
US6548849B1 (en) * 2002-01-31 2003-04-15 Sharp Laboratories Of America, Inc. Magnetic yoke structures in MRAM devices to reduce programming power consumption and a method to make the same
JP3959335B2 (ja) * 2002-07-30 2007-08-15 株式会社東芝 磁気記憶装置及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016100136A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Halbleiterstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
US9842986B2 (en) 2015-12-15 2017-12-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and method of forming the same

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Publication number Publication date
CN100538875C (zh) 2009-09-09
CN1577614A (zh) 2005-02-09
US20050018476A1 (en) 2005-01-27
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EP1511041A2 (de) 2005-03-02
EP1511041B1 (de) 2007-11-28
EP1511041A3 (de) 2005-06-22
US7026677B2 (en) 2006-04-11
JP2005044847A (ja) 2005-02-17

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