JP2001284550A - センス層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモリ - Google Patents
センス層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモリInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】センス層の磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁
気メモリセルの提供。 【解決手段】1つの実施形態において、構造要素56は、セ
ンス層50の磁化の保磁子としてはたらく高透磁率の磁性膜
を含む。保磁子構造要素56は、減磁界をセンス層50から遠
くに導く閉じた磁束経路を提供する。もう1つの実施形
態において、構造要素56は、磁気メモリセル内のセンス層50に局
所的な磁界を印加する硬強磁性薄膜を含む。
気メモリセルの提供。 【解決手段】1つの実施形態において、構造要素56は、セ
ンス層50の磁化の保磁子としてはたらく高透磁率の磁性膜
を含む。保磁子構造要素56は、減磁界をセンス層50から遠
くに導く閉じた磁束経路を提供する。もう1つの実施形
態において、構造要素56は、磁気メモリセル内のセンス層50に局
所的な磁界を印加する硬強磁性薄膜を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気メモリの分野
に関する。より詳細には、本発明は、センス層における
磁化の混乱を防ぐ構造要素を備えた磁気メモリを提供す
ることに関する。
に関する。より詳細には、本発明は、センス層における
磁化の混乱を防ぐ構造要素を備えた磁気メモリを提供す
ることに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡ
Ｍ）などの磁気メモリは、一般に、磁気メモリセルのア
レイを含む。各磁気メモリセルは、通常、センス層と基
準層を含む。センス層は、通常、外部磁界の印加によっ
て変更できる向きに磁化パターンを記憶する磁性材料の
層または薄膜である。基準層は、通常、磁化が特定の方
向に固定または「ピン留め（pinned）」された磁性材料
の層である。
Ｍ）などの磁気メモリは、一般に、磁気メモリセルのア
レイを含む。各磁気メモリセルは、通常、センス層と基
準層を含む。センス層は、通常、外部磁界の印加によっ
て変更できる向きに磁化パターンを記憶する磁性材料の
層または薄膜である。基準層は、通常、磁化が特定の方
向に固定または「ピン留め（pinned）」された磁性材料
の層である。
【０００３】磁気メモリセルの論理状態は、一般に、電
流の流れに対する抵抗に依存する。磁気メモリセルの抵
抗は、通常、そのセンス層と基準層における相対的な磁
化の向きに依存する。センス層の全体の磁化の向きが、
その基準層の磁化の向きと平行な場合、一般に、磁気メ
モリセルは低抵抗状態にある。これとは対照的に、セン
ス層の全体の磁化の向きが、その基準層の磁化の向きと
反平行な場合は、磁気メモリセルは、一般に高抵抗状態
である。
流の流れに対する抵抗に依存する。磁気メモリセルの抵
抗は、通常、そのセンス層と基準層における相対的な磁
化の向きに依存する。センス層の全体の磁化の向きが、
その基準層の磁化の向きと平行な場合、一般に、磁気メ
モリセルは低抵抗状態にある。これとは対照的に、セン
ス層の全体の磁化の向きが、その基準層の磁化の向きと
反平行な場合は、磁気メモリセルは、一般に高抵抗状態
である。
【０００４】一般に、磁気メモリセルのセンス層におけ
る全体の磁化パターンは、その内部領域における磁化と
その縁領域における磁化を含む。従来の磁気メモリセル
では、一般にセンス層の縁領域にある減磁界によって、
センス層の全体の磁化の向きが、所望の平行な向きと反
平行の向きから乱される。さらに、基準層からの結合磁
界と減磁界によって、センス層の磁化が、所望の平行な
向きまたは反平行の向きから乱されることがある。その
ような混乱は、望ましくない磁区として現れることがあ
る。
る全体の磁化パターンは、その内部領域における磁化と
その縁領域における磁化を含む。従来の磁気メモリセル
では、一般にセンス層の縁領域にある減磁界によって、
センス層の全体の磁化の向きが、所望の平行な向きと反
平行の向きから乱される。さらに、基準層からの結合磁
界と減磁界によって、センス層の磁化が、所望の平行な
向きまたは反平行の向きから乱されることがある。その
ような混乱は、望ましくない磁区として現れることがあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、センス層
における磁化に対するそのような混乱によって、通常、
磁気メモリセルの高抵抗状態と低抵抗状態が不明瞭にな
り、それにより、読取り操作中に磁気メモリセルの論理
状態を決定することが困難になる。さらに、センス層の
磁化の混乱の程度は、素子製造のパターン成形段階およ
び／または堆積段階におけるばらつきのため、ＭＲＡＭ
アレイにおける磁気メモリセルによって異なることがあ
り、またＭＲＡＭアレイ間で異なることがある。センス
層の磁化状態のそのようなばらつきは、通常、しきい値
スイッチング磁場のばらつきを引き起こす。そのような
しきい値スイッチング磁場のばらつきは、一般に、ＭＲ
ＡＭ書込み操作を不確実にする。
における磁化に対するそのような混乱によって、通常、
磁気メモリセルの高抵抗状態と低抵抗状態が不明瞭にな
り、それにより、読取り操作中に磁気メモリセルの論理
状態を決定することが困難になる。さらに、センス層の
磁化の混乱の程度は、素子製造のパターン成形段階およ
び／または堆積段階におけるばらつきのため、ＭＲＡＭ
アレイにおける磁気メモリセルによって異なることがあ
り、またＭＲＡＭアレイ間で異なることがある。センス
層の磁化状態のそのようなばらつきは、通常、しきい値
スイッチング磁場のばらつきを引き起こす。そのような
しきい値スイッチング磁場のばらつきは、一般に、ＭＲ
ＡＭ書込み操作を不確実にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】磁気メモリセルのセンス
層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモ
リセルを開示する。１つの実施形態において、構造要素
は、センス層の磁化の保磁子としてはたらく高透磁率磁
性膜を含む。保磁子構造要素は、減磁界をセンス層から
遠くに導く閉じた磁束経路を提供する。もう１つの実施
形態において、構造要素は、磁気メモリセル内のセンス
層に局所的な磁界を印加する硬強磁性薄膜を含む。
層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモ
リセルを開示する。１つの実施形態において、構造要素
は、センス層の磁化の保磁子としてはたらく高透磁率磁
性膜を含む。保磁子構造要素は、減磁界をセンス層から
遠くに導く閉じた磁束経路を提供する。もう１つの実施
形態において、構造要素は、磁気メモリセル内のセンス
層に局所的な磁界を印加する硬強磁性薄膜を含む。
【０００７】この技術は、ＭＲＡＭアレイにおける磁気
メモリセル間の磁化特性の再現性を高める。この構造要
素は、磁気メモリセルの有効体積を増大させるという追
加の利点を有し、それにより、記憶した磁化状態の熱安
定性が向上する。この構造要素は、また、磁気メモリセ
ルの書込みを容易にする電磁石として機能し、それによ
りＭＲＡＭの消費電力が減少する。
メモリセル間の磁化特性の再現性を高める。この構造要
素は、磁気メモリセルの有効体積を増大させるという追
加の利点を有し、それにより、記憶した磁化状態の熱安
定性が向上する。この構造要素は、また、磁気メモリセ
ルの書込みを容易にする電磁石として機能し、それによ
りＭＲＡＭの消費電力が減少する。
【０００８】本発明のその他の特徴と利点は、以下の詳
細な説明から明らかになるであろう。
細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】本発明をその特定の例示的な実施形態に関
して説明し、それに応じて図面を参照する。
して説明し、それに応じて図面を参照する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１のａ〜ｃは、磁気メモリセル
４０を安定させるための構造要素５６の１つの実施形態
を示す。構造要素５６は、磁気メモリセル４０の読み書
き操作中に電流の流れの経路を提供する導体２０を囲
む。
４０を安定させるための構造要素５６の１つの実施形態
を示す。構造要素５６は、磁気メモリセル４０の読み書
き操作中に電流の流れの経路を提供する導体２０を囲
む。
【００１１】図１のａは、導体２０の長さ方向と平行な
構造要素５６および磁気メモリセル４０の断面側面図を
示す。図１のｂは、磁気メモリセル４０内の構造要素５
６と導体２０の破断平面図を示す。構造要素５６の一部
分は、磁気メモリセル４０の一対の縁領域１５７〜１５
８と重なる。図１のｃは、構造要素５６と磁気メモリセ
ル４０の斜視図を示す。
構造要素５６および磁気メモリセル４０の断面側面図を
示す。図１のｂは、磁気メモリセル４０内の構造要素５
６と導体２０の破断平面図を示す。構造要素５６の一部
分は、磁気メモリセル４０の一対の縁領域１５７〜１５
８と重なる。図１のｃは、構造要素５６と磁気メモリセ
ル４０の斜視図を示す。
【００１２】図２は、磁気メモリセル４０の１つの実施
形態を示す。磁気メモリセル４０は、変更可能な磁化状
態を有するセンス層５０、および磁化の向きがピン留め
された基準層５４を含む。この実施形態において、磁気
メモリセル４０は、センス層５０と基準層５４の間にト
ンネル障壁５２を含む。
形態を示す。磁気メモリセル４０は、変更可能な磁化状
態を有するセンス層５０、および磁化の向きがピン留め
された基準層５４を含む。この実施形態において、磁気
メモリセル４０は、センス層５０と基準層５４の間にト
ンネル障壁５２を含む。
【００１３】磁気メモリセル４０のこの実施形態は、読
取り操作中に電荷がトンネル障壁５２を介して移動する
スピントンネルデバイスである。このトンネル障壁５２
を介した電荷の移動は、磁気メモリセル４０に読取り電
圧が印加されたときに起こる。代替の実施形態におい
て、磁気メモリセル４０に巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）構造
を使用し、トンネル障壁５２を銅などの導体と置き換え
ることができる。
取り操作中に電荷がトンネル障壁５２を介して移動する
スピントンネルデバイスである。このトンネル障壁５２
を介した電荷の移動は、磁気メモリセル４０に読取り電
圧が印加されたときに起こる。代替の実施形態におい
て、磁気メモリセル４０に巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）構造
を使用し、トンネル障壁５２を銅などの導体と置き換え
ることができる。
【００１４】１つの実施形態において、構造要素５６
は、センス層５０の磁化の保磁子としてはたらき、保磁
子構造要素５６と呼ばれることがある。保磁子構造要素
５６は、磁束を閉じるための機構を提供する軟磁性体で
あり、それにより縁領域１５７〜１５８の減磁界の形成
が防止される。保磁子構造要素５６は、磁気メモリセル
４０のセンス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直な磁化
容易軸で磁化された高透磁率の強磁性薄膜である。磁気
メモリセル４０と保磁子構造要素５６が近いため、保磁
子構造要素５６がない状態で生成される減磁界は、保磁
子構造要素５６に導かれる。これにより、磁気メモリセ
ル４０のセンス層５０に作用する減磁界を実質的になく
す磁束経路が提供される。これにより、磁気メモリセル
４０のセンス層５０の全体の磁化が、磁気メモリセル４
０内のピン留めされた基準層５４に対して所望の平行な
向きまたは反平行の向きからそれるのが防止される。保
磁子構造要素５６は、データビットを記憶するために１
対の安定しかつ識別可能な高抵抗状態と低抵抗状態を提
供するので、保磁子構造要素５６は磁気メモリセル４０
を安定化する。
は、センス層５０の磁化の保磁子としてはたらき、保磁
子構造要素５６と呼ばれることがある。保磁子構造要素
５６は、磁束を閉じるための機構を提供する軟磁性体で
あり、それにより縁領域１５７〜１５８の減磁界の形成
が防止される。保磁子構造要素５６は、磁気メモリセル
４０のセンス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直な磁化
容易軸で磁化された高透磁率の強磁性薄膜である。磁気
メモリセル４０と保磁子構造要素５６が近いため、保磁
子構造要素５６がない状態で生成される減磁界は、保磁
子構造要素５６に導かれる。これにより、磁気メモリセ
ル４０のセンス層５０に作用する減磁界を実質的になく
す磁束経路が提供される。これにより、磁気メモリセル
４０のセンス層５０の全体の磁化が、磁気メモリセル４
０内のピン留めされた基準層５４に対して所望の平行な
向きまたは反平行の向きからそれるのが防止される。保
磁子構造要素５６は、データビットを記憶するために１
対の安定しかつ識別可能な高抵抗状態と低抵抗状態を提
供するので、保磁子構造要素５６は磁気メモリセル４０
を安定化する。
【００１５】保磁子構造要素５６は、磁気メモリセル４
０を所望の論理状態に書き込むために必要な電流レベル
を下げる。保磁子構造要素５６は、単巻電磁石と類似し
ている。導体２０を流れる電流は、右手の法則にしたが
って、保磁子構造要素５６の磁化を、電流の流れの方向
と垂直な方向にその長さに沿って静止状態から回転させ
る。これにより、センス層５０における磁化を、磁気メ
モリセル４０のピン留めされた基準層５４に対して平行
状態または反平行状態に回転させるのに有効な磁気メモ
リセル４０のセンス層５０の磁化容易軸に沿った磁界が
生成される。
０を所望の論理状態に書き込むために必要な電流レベル
を下げる。保磁子構造要素５６は、単巻電磁石と類似し
ている。導体２０を流れる電流は、右手の法則にしたが
って、保磁子構造要素５６の磁化を、電流の流れの方向
と垂直な方向にその長さに沿って静止状態から回転させ
る。これにより、センス層５０における磁化を、磁気メ
モリセル４０のピン留めされた基準層５４に対して平行
状態または反平行状態に回転させるのに有効な磁気メモ
リセル４０のセンス層５０の磁化容易軸に沿った磁界が
生成される。
【００１６】ＭＲＡＭなどの磁気メモリにおける消費電
力を減らすために、磁気メモリセル４０に書き込むのに
必要な電流レベルは低いほうが望ましい。消費電力の減
少は、携帯用途には特に有利である。さらに、磁気メモ
リセル４０に書き込むのに必要な電流レベルの減少によ
り、書込み電流を供給する電力トランジスタが占める集
積回路チップの面積が減少する。チップ面積の節約によ
り、磁気メモリのコストが下がる。
力を減らすために、磁気メモリセル４０に書き込むのに
必要な電流レベルは低いほうが望ましい。消費電力の減
少は、携帯用途には特に有利である。さらに、磁気メモ
リセル４０に書き込むのに必要な電流レベルの減少によ
り、書込み電流を供給する電力トランジスタが占める集
積回路チップの面積が減少する。チップ面積の節約によ
り、磁気メモリのコストが下がる。
【００１７】保磁子構造要素５６によって、センス層５
０における減磁界の影響を低減しようとして磁気メモリ
セル４０のセンス層５０の厚さを小さくしたり、磁気メ
モリセル４０の寸法ｄxおよびｄyを増加または延ばした
りする必要がなくなる。これにより、磁気メモリをより
厚いセンス層で形成することができ、磁気メモリセル４
０の磁気量を多くすることによって磁気メモリの熱安定
性を高め、磁気メモリの磁気メモリセル間のスイッチン
グ動作の一様性を高めることができる。また、これによ
り、より小さな寸法ｄxおよびｄyで磁気メモリセルを形
成して磁気メモリのデータ記憶密度を高めることができ
る。さらに、保磁子構造要素５６自体は、記憶された磁
化状態の熱安定性を高める、磁気セル４０への有効磁気
量を増大させる。
０における減磁界の影響を低減しようとして磁気メモリ
セル４０のセンス層５０の厚さを小さくしたり、磁気メ
モリセル４０の寸法ｄxおよびｄyを増加または延ばした
りする必要がなくなる。これにより、磁気メモリをより
厚いセンス層で形成することができ、磁気メモリセル４
０の磁気量を多くすることによって磁気メモリの熱安定
性を高め、磁気メモリの磁気メモリセル間のスイッチン
グ動作の一様性を高めることができる。また、これによ
り、より小さな寸法ｄxおよびｄyで磁気メモリセルを形
成して磁気メモリのデータ記憶密度を高めることができ
る。さらに、保磁子構造要素５６自体は、記憶された磁
化状態の熱安定性を高める、磁気セル４０への有効磁気
量を増大させる。
【００１８】１つの実施形態において、磁気メモリセル
４０の寸法ｄxおよびｄyは、実質的に等しく、センス層
５０を正方形に形成するように選択される。センス層５
０を正方形にすると、長方形のメモリセルを使用すると
きに得られる密度に比較してＭＲＡＭ内に得られる密度
が増す。これは、所定の最小構成サイズの場合、所与の
基板領域に、長方形の磁気メモリセルよりも正方形の磁
気メモリセルの方が多く形成できるためである。他の実
施形態では、長方形またはその他の形を使用することが
できる。
４０の寸法ｄxおよびｄyは、実質的に等しく、センス層
５０を正方形に形成するように選択される。センス層５
０を正方形にすると、長方形のメモリセルを使用すると
きに得られる密度に比較してＭＲＡＭ内に得られる密度
が増す。これは、所定の最小構成サイズの場合、所与の
基板領域に、長方形の磁気メモリセルよりも正方形の磁
気メモリセルの方が多く形成できるためである。他の実
施形態では、長方形またはその他の形を使用することが
できる。
【００１９】センス層５０または基準層５４は、保磁子
構造要素５６に直接交換結合されてもよく、またはスペ
ーサ層によって保磁子構造要素５６から磁気的に減結合
されてもよい。
構造要素５６に直接交換結合されてもよく、またはスペ
ーサ層によって保磁子構造要素５６から磁気的に減結合
されてもよい。
【００２０】１つの実施形態において、磁気メモリセル
４０は、センス層５０が保磁子構造要素５６と隣接する
ように位置決めされる。センス層５０は、縁領域１５７
および１５８において保磁子構造要素５６に直接交換結
合される。センス層５０は、保磁子構造要素５６の磁気
異方性の大きさと方向の影響を受ける。
４０は、センス層５０が保磁子構造要素５６と隣接する
ように位置決めされる。センス層５０は、縁領域１５７
および１５８において保磁子構造要素５６に直接交換結
合される。センス層５０は、保磁子構造要素５６の磁気
異方性の大きさと方向の影響を受ける。
【００２１】図３のａ〜ｂは、それぞれセンス層５０に
おける磁化の「Ｓ」状態と「Ｃ」状態を示す。保磁子構
造要素５６の磁化容易軸が、導体２０の長さ方向に沿っ
て配置されるため、センス層５０は、センス層５０の磁
化容易軸と垂直な縁領域１５７および１５８に印加され
る局所的交換磁場を有する。縁領域１５７および１５８
におけるこの直角磁場の印加により、センス層５０の磁
化は強制的に「Ｃ」状態と対立するものとして「Ｓ」状
態にされる。「Ｓ」状態は、より再現可能なスイッチン
グ特性を有することができる。
おける磁化の「Ｓ」状態と「Ｃ」状態を示す。保磁子構
造要素５６の磁化容易軸が、導体２０の長さ方向に沿っ
て配置されるため、センス層５０は、センス層５０の磁
化容易軸と垂直な縁領域１５７および１５８に印加され
る局所的交換磁場を有する。縁領域１５７および１５８
におけるこの直角磁場の印加により、センス層５０の磁
化は強制的に「Ｃ」状態と対立するものとして「Ｓ」状
態にされる。「Ｓ」状態は、より再現可能なスイッチン
グ特性を有することができる。
【００２２】代替として、磁気メモリセル４０は、基準
層５４が保磁子構造要素５６と隣接するように裏返しに
される。センス層５０は、保磁子構造要素５６に交換結
合されないが透磁性の保磁子構造要素５６の接近による
影響を受け、縁領域１５７〜１５８に直交磁界は生じな
い。
層５４が保磁子構造要素５６と隣接するように裏返しに
される。センス層５０は、保磁子構造要素５６に交換結
合されないが透磁性の保磁子構造要素５６の接近による
影響を受け、縁領域１５７〜１５８に直交磁界は生じな
い。
【００２３】図４は、本教示を組込む磁気メモリ（ＭＲ
ＡＭ）１０の平面図である。磁気メモリ１０は、追加の
磁気メモリセル４１〜４３と共に磁気メモリセル４０を
含む磁気メモリセルのアレイを含む。磁気メモリ１０に
は、磁気メモリセル４０〜４３への読み書きのアクセス
を可能にする導体２０〜２１および３０〜３１の構成が
含まれる。
ＡＭ）１０の平面図である。磁気メモリ１０は、追加の
磁気メモリセル４１〜４３と共に磁気メモリセル４０を
含む磁気メモリセルのアレイを含む。磁気メモリ１０に
は、磁気メモリセル４０〜４３への読み書きのアクセス
を可能にする導体２０〜２１および３０〜３１の構成が
含まれる。
【００２４】導体３０〜３１は、上側の導体であり、導
体２０〜２１は、これと垂直で対応する構造要素５６〜
５７に囲まれた下側の導体である。導体２０は、磁気メ
モリセル４０と４２の双方のために下側の導体を提供
し、構造要素５６は、磁気メモリセル４０と４２の双方
のために構造要素を提供する。同様に、導体２１は、磁
気メモリセル４１と４３の双方のために下側の導体を提
供し、構造要素５７は、磁気メモリセル４１と４３の双
方のために構造要素を提供する。
体２０〜２１は、これと垂直で対応する構造要素５６〜
５７に囲まれた下側の導体である。導体２０は、磁気メ
モリセル４０と４２の双方のために下側の導体を提供
し、構造要素５６は、磁気メモリセル４０と４２の双方
のために構造要素を提供する。同様に、導体２１は、磁
気メモリセル４１と４３の双方のために下側の導体を提
供し、構造要素５７は、磁気メモリセル４１と４３の双
方のために構造要素を提供する。
【００２５】構造要素５６および５７はそれぞれ、ｙ軸
と実質的に平行な磁化容易軸で磁化される。磁気メモリ
セル４０〜４３のセンス層の磁化容易軸は、実質的にｘ
軸と平行である。導体２０を流れる電流は、ｘ軸と平行
であり、かつ対応する磁気メモリセル４０および４２に
おけるセンス層の磁化容易軸と平行な書込み磁界を生成
する。同様に、導体２１を流れる電流は、対応する磁気
メモリセル４１および４３におけるセンス層の磁化容易
軸と平行な書込み磁界を作成する。導体３０または３１
を流れる電流は、ｙ方向の磁界を生成する。ｘ方向とｙ
方向の磁界の組合せを受ける磁気メモリセルだけに書き
込みが行われる。
と実質的に平行な磁化容易軸で磁化される。磁気メモリ
セル４０〜４３のセンス層の磁化容易軸は、実質的にｘ
軸と平行である。導体２０を流れる電流は、ｘ軸と平行
であり、かつ対応する磁気メモリセル４０および４２に
おけるセンス層の磁化容易軸と平行な書込み磁界を生成
する。同様に、導体２１を流れる電流は、対応する磁気
メモリセル４１および４３におけるセンス層の磁化容易
軸と平行な書込み磁界を作成する。導体３０または３１
を流れる電流は、ｙ方向の磁界を生成する。ｘ方向とｙ
方向の磁界の組合せを受ける磁気メモリセルだけに書き
込みが行われる。
【００２６】図５のａ〜ｅは、磁気メモリ１０の構造要
素５６〜５７と導体２０〜２２を形成するための工程段
階を示す。１つの実施形態において、磁気メモリ１０
は、二酸化ケイ素（Ｓｉ０2）などの誘電体である基板
１００（図５のａ）上に形成される。
素５６〜５７と導体２０〜２２を形成するための工程段
階を示す。１つの実施形態において、磁気メモリ１０
は、二酸化ケイ素（Ｓｉ０2）などの誘電体である基板
１００（図５のａ）上に形成される。
【００２７】基板１００に１組のトレンチ１０２〜１０
４（図５のｂ）が形成される。トレンチ１０２〜１０４
は、たとえば反応性イオンエッチングを使用して形成す
ることができる。
４（図５のｂ）が形成される。トレンチ１０２〜１０４
は、たとえば反応性イオンエッチングを使用して形成す
ることができる。
【００２８】次に、安定化層１０６（図５のｃ）が、基
板１００とそのトレンチ１０２〜１０４上に堆積され
る。保磁子構造要素の実施形態において、安定化層１０
６は、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料でもよ
く、または代替の実施形態では、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣ
ｒ、ＣｏＰｔＴａなどの硬磁性材料でもよい強磁性材料
の層である。安定化層１０６は、スパッタリングなどの
技術を使用して堆積され、基板１００の水平面と垂直面
の両方とそのトレンチ１０２〜１０４を被覆することが
好ましい。
板１００とそのトレンチ１０２〜１０４上に堆積され
る。保磁子構造要素の実施形態において、安定化層１０
６は、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料でもよ
く、または代替の実施形態では、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣ
ｒ、ＣｏＰｔＴａなどの硬磁性材料でもよい強磁性材料
の層である。安定化層１０６は、スパッタリングなどの
技術を使用して堆積され、基板１００の水平面と垂直面
の両方とそのトレンチ１０２〜１０４を被覆することが
好ましい。
【００２９】銅などの導体材料の層１０８（図５のｄ）
が、安定化層１０６上に堆積される。導体材料１０８
は、スパッタリング工程、蒸着工程またはめっき工程を
使用して堆積させることができる。
が、安定化層１０６上に堆積される。導体材料１０８
は、スパッタリング工程、蒸着工程またはめっき工程を
使用して堆積させることができる。
【００３０】次に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程を
適用して表面を平坦化し、基板１００（図５のｅ）を露
出させる。
適用して表面を平坦化し、基板１００（図５のｅ）を露
出させる。
【００３１】次に、磁気メモリセル４０〜４３の層を、
基板１００の研磨面に堆積させ、構造要素５６〜５７の
上にパターン成形する。１つの実施形態における磁気メ
モリセル４０〜４３用の層は、次のものを含む。まず、
タンタル、ニッケル鉄および鉄マンガンの１組の種子層
を堆積させる。次に、磁気メモリセル４０〜４３の基準
層としてはたらくニッケル鉄の層を堆積させる。次に、
磁気メモリセル４０〜４３内のトンネル障壁としてはた
らく酸化アルミニウム（Ａ１2０3）などの誘電体層を堆
積させる。次に、磁気メモリセル４０〜４３のセンス層
にパターン成形されるべきニッケル鉄の層を堆積させ
る。最後に、カプセル封止層としてタンタルを堆積させ
る。
基板１００の研磨面に堆積させ、構造要素５６〜５７の
上にパターン成形する。１つの実施形態における磁気メ
モリセル４０〜４３用の層は、次のものを含む。まず、
タンタル、ニッケル鉄および鉄マンガンの１組の種子層
を堆積させる。次に、磁気メモリセル４０〜４３の基準
層としてはたらくニッケル鉄の層を堆積させる。次に、
磁気メモリセル４０〜４３内のトンネル障壁としてはた
らく酸化アルミニウム（Ａ１2０3）などの誘電体層を堆
積させる。次に、磁気メモリセル４０〜４３のセンス層
にパターン成形されるべきニッケル鉄の層を堆積させ
る。最後に、カプセル封止層としてタンタルを堆積させ
る。
【００３２】磁気メモリセル４０を安定化させるための
構造要素の代替実施形態において、構造要素５６は、セ
ンス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直な方向である導
体２０の長さ方向に沿って磁化された硬強磁性体であ
る。この代替実施形態において、構造要素５６は、保磁
子として機能せず、その代わりに縁領域１５７および１
５８を安定させるための磁界源である。構造要素５６
は、センス層５０の下側に直接交換結合される。その結
果、構造要素５６の長さ方向に磁化された硬磁性材料
は、センス層５０と相互作用する。そのような交換結合
の構造要素は、縁領域１５７および１５８の磁化を強制
的に構造要素５６の磁化方向と平行に整列させることに
よって、センス層５０の磁化に望ましい「Ｓ」状態を発
生させる。センス層５０を構造要素５６に交換結合する
ことにより、磁化が強制的に「Ｓ」状態にされる。
構造要素の代替実施形態において、構造要素５６は、セ
ンス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直な方向である導
体２０の長さ方向に沿って磁化された硬強磁性体であ
る。この代替実施形態において、構造要素５６は、保磁
子として機能せず、その代わりに縁領域１５７および１
５８を安定させるための磁界源である。構造要素５６
は、センス層５０の下側に直接交換結合される。その結
果、構造要素５６の長さ方向に磁化された硬磁性材料
は、センス層５０と相互作用する。そのような交換結合
の構造要素は、縁領域１５７および１５８の磁化を強制
的に構造要素５６の磁化方向と平行に整列させることに
よって、センス層５０の磁化に望ましい「Ｓ」状態を発
生させる。センス層５０を構造要素５６に交換結合する
ことにより、磁化が強制的に「Ｓ」状態にされる。
【００３３】図６は、磁気メモリセル４０を安定させる
ための構造要素のもう１つの代替実施形態を示す。この
代替実施形態において、構造要素５６は、実質的に導体
２０と同じ幅にパターン成形される均一な厚さの軟磁性
膜である。構造要素５６の磁化は、導体２０の長さ方向
と平行でかつセンス層５０の磁化容易軸に実質的に垂直
である。構造要素５６を形成する柔磁性膜は、導体２０
の厚さによってどこに配置されてもよい。導体２０の全
体の厚さｔは、ｔ1＋ｔ2であり、構造要素５６の位置
は、ｔ1＝０からｔ2＝０まで変動することができる。
ための構造要素のもう１つの代替実施形態を示す。この
代替実施形態において、構造要素５６は、実質的に導体
２０と同じ幅にパターン成形される均一な厚さの軟磁性
膜である。構造要素５６の磁化は、導体２０の長さ方向
と平行でかつセンス層５０の磁化容易軸に実質的に垂直
である。構造要素５６を形成する柔磁性膜は、導体２０
の厚さによってどこに配置されてもよい。導体２０の全
体の厚さｔは、ｔ1＋ｔ2であり、構造要素５６の位置
は、ｔ1＝０からｔ2＝０まで変動することができる。
【００３４】図７は、磁気メモリセル４０を安定させる
ための構造要素のもう１つの代替実施形態を示す。この
代替実施形態において、保磁子構造要素５６は、図１の
ａ〜ｃに示した実施形態と比較して逆さまにされてい
る。たとえば、タンタルの薄層２００は、保磁子構造要
素５６と磁気メモリセル４０の間にある。保磁子構造要
素５６の磁化は、導体２０の長さ方向と平行でかつセン
ス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直である。
ための構造要素のもう１つの代替実施形態を示す。この
代替実施形態において、保磁子構造要素５６は、図１の
ａ〜ｃに示した実施形態と比較して逆さまにされてい
る。たとえば、タンタルの薄層２００は、保磁子構造要
素５６と磁気メモリセル４０の間にある。保磁子構造要
素５６の磁化は、導体２０の長さ方向と平行でかつセン
ス層５０の磁化容易軸と実質的に垂直である。
【００３５】本発明の以上の詳細な説明は、例示のため
に提供され、網羅的なものではなく、また開示した厳密
な実施形態に本発明を制限するものではない。したがっ
て、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され
る。
に提供され、網羅的なものではなく、また開示した厳密
な実施形態に本発明を制限するものではない。したがっ
て、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され
る。
【００３６】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．磁気メモリセルの論理状態を示す磁化状態を記憶す
るためのセンス層（50）と、前記センス層（50）におけ
る前記磁化状態の混乱を防ぐ構造要素（56）と を含む
磁気メモリセル。 ２．前記構造要素（56）が、前記センス層（50）の一対
の対向する縁領域と重なり、前記センス層（50）の前記
縁領域に１つまたは複数の減磁界が形成されるのを防ぐ
上記１に記載の磁気メモリセル。 ３．前記構造要素（56）が、センス層（50）に１つまた
は複数の減磁界の閉じた磁束を提供する形状を有する透
磁性の強磁性材料から形成される上記１に記載の磁気メ
モリセル。 ４．前記構造要素（56）が、前記センス層（50）の磁化
容易軸と垂直な磁化容易軸を有する透磁性の強磁性材料
から形成される上記１に記載の磁気メモリセル。 ５．前記構造要素（56）が、前記磁気メモリセルに読み
書きのアクセスを提供する導体を囲む上記１に記載の磁
気メモリセル。 ６．基準層（54）と、前記センス層（50）と前記基準層
（54）の間にトンネル障壁（52）とをさらに含む上記１
に記載の磁気メモリセル。 ７．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）と隣接
している上記６に記載の磁気メモリセル。 ８．前記基準層（54）が、前記構造要素（56）と隣接し
ている上記６に記載の磁気メモリセル。 ９．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）と交換
結合される上記１に記載の磁気メモリセル。 １０．前記構造要素（56）が、硬強磁性材料から形成さ
れる上記１に記載の磁気メモリセル。 １１．前記硬強磁性材料が、前記センス層（50）の磁化
容易軸と垂直に磁化される上記１０に記載の磁気メモリ
セル。 １２．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）に交
換結合される上記１０に記載の磁気メモリセル。 １３．磁気メモリセルであって、前記磁気メモリセルの
論理状態を示す磁化を記憶するためのセンス層（50）
と、前記磁気メモリセルに１つまたは複数の減磁界の閉
じた磁束を提供するための手段とを含む、磁気メモリセ
ル。 １４．閉じた磁束を提供するための前記手段が、前記セ
ンス層（50）の一対の対向する縁領域の間に磁束伝達経
路を提供する形状を有する透磁性の強磁性材料からなる
上記１３に記載の磁気メモリセル。 １５．前記透磁性の強磁性材料が、前記センス層（50）
の磁化容易軸と垂直な磁化容易軸を有する上記１４に記
載の磁気メモリセル。 １６．一組の構造要素を有する磁気メモリを形成するた
めの方法であって、基板に１組のトレンチを形成するス
テップと、磁性材料が前記トレンチと前記基板の水平面
と垂直面を被覆するように前記構造要素用の磁性材料層
を堆積させるステップと、前記磁性材料層上に導体材料
層を堆積させて前記トレンチを埋めるステップと、前記
導体材料層と前記磁性材料層を研磨して前記基板の上面
を露出させるステップとを含む方法。 １７．前記導体材料が銅である上記１６に記載の方法。 １８．前記研磨するステップが、化学的機械的処理を使
用して研磨するステップを含む上記１６に記載の方法。 １９．１組のトレンチを形成する前記ステップが、反応
性イオンエッチングを使用して一組のトレンチを形成す
るステップを含む上記１６に記載の方法。 ２０．前記磁気メモリ内の１組の磁気メモリセルのそれ
ぞれにセンス層用の材料を堆積させるステップと、前記
磁気メモリセルのそれぞれにトンネル障壁用の材料を堆
積させるステップと、前記磁気メモリセルのそれぞれに
基準層用の材料を堆積させるステップとをさらに含む上
記１６に記載の方法。 ２１．前記センス層用の材料が、前記トンネル障壁およ
び基準層用の材料の前に堆積される上記１６に記載の方
法。 ２２．前記基準層用の材料が、前記トンネル障壁および
センス層用の材料の前に堆積される上記２１に記載の方
法。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．磁気メモリセルの論理状態を示す磁化状態を記憶す
るためのセンス層（50）と、前記センス層（50）におけ
る前記磁化状態の混乱を防ぐ構造要素（56）と を含む
磁気メモリセル。 ２．前記構造要素（56）が、前記センス層（50）の一対
の対向する縁領域と重なり、前記センス層（50）の前記
縁領域に１つまたは複数の減磁界が形成されるのを防ぐ
上記１に記載の磁気メモリセル。 ３．前記構造要素（56）が、センス層（50）に１つまた
は複数の減磁界の閉じた磁束を提供する形状を有する透
磁性の強磁性材料から形成される上記１に記載の磁気メ
モリセル。 ４．前記構造要素（56）が、前記センス層（50）の磁化
容易軸と垂直な磁化容易軸を有する透磁性の強磁性材料
から形成される上記１に記載の磁気メモリセル。 ５．前記構造要素（56）が、前記磁気メモリセルに読み
書きのアクセスを提供する導体を囲む上記１に記載の磁
気メモリセル。 ６．基準層（54）と、前記センス層（50）と前記基準層
（54）の間にトンネル障壁（52）とをさらに含む上記１
に記載の磁気メモリセル。 ７．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）と隣接
している上記６に記載の磁気メモリセル。 ８．前記基準層（54）が、前記構造要素（56）と隣接し
ている上記６に記載の磁気メモリセル。 ９．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）と交換
結合される上記１に記載の磁気メモリセル。 １０．前記構造要素（56）が、硬強磁性材料から形成さ
れる上記１に記載の磁気メモリセル。 １１．前記硬強磁性材料が、前記センス層（50）の磁化
容易軸と垂直に磁化される上記１０に記載の磁気メモリ
セル。 １２．前記センス層（50）が、前記構造要素（56）に交
換結合される上記１０に記載の磁気メモリセル。 １３．磁気メモリセルであって、前記磁気メモリセルの
論理状態を示す磁化を記憶するためのセンス層（50）
と、前記磁気メモリセルに１つまたは複数の減磁界の閉
じた磁束を提供するための手段とを含む、磁気メモリセ
ル。 １４．閉じた磁束を提供するための前記手段が、前記セ
ンス層（50）の一対の対向する縁領域の間に磁束伝達経
路を提供する形状を有する透磁性の強磁性材料からなる
上記１３に記載の磁気メモリセル。 １５．前記透磁性の強磁性材料が、前記センス層（50）
の磁化容易軸と垂直な磁化容易軸を有する上記１４に記
載の磁気メモリセル。 １６．一組の構造要素を有する磁気メモリを形成するた
めの方法であって、基板に１組のトレンチを形成するス
テップと、磁性材料が前記トレンチと前記基板の水平面
と垂直面を被覆するように前記構造要素用の磁性材料層
を堆積させるステップと、前記磁性材料層上に導体材料
層を堆積させて前記トレンチを埋めるステップと、前記
導体材料層と前記磁性材料層を研磨して前記基板の上面
を露出させるステップとを含む方法。 １７．前記導体材料が銅である上記１６に記載の方法。 １８．前記研磨するステップが、化学的機械的処理を使
用して研磨するステップを含む上記１６に記載の方法。 １９．１組のトレンチを形成する前記ステップが、反応
性イオンエッチングを使用して一組のトレンチを形成す
るステップを含む上記１６に記載の方法。 ２０．前記磁気メモリ内の１組の磁気メモリセルのそれ
ぞれにセンス層用の材料を堆積させるステップと、前記
磁気メモリセルのそれぞれにトンネル障壁用の材料を堆
積させるステップと、前記磁気メモリセルのそれぞれに
基準層用の材料を堆積させるステップとをさらに含む上
記１６に記載の方法。 ２１．前記センス層用の材料が、前記トンネル障壁およ
び基準層用の材料の前に堆積される上記１６に記載の方
法。 ２２．前記基準層用の材料が、前記トンネル障壁および
センス層用の材料の前に堆積される上記２１に記載の方
法。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、磁気メモリセルのセンス
層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモ
リセルが提供される。また、磁気メモリセルの有効体積
を増大させるので、記憶した磁化状態の熱安定性も向上
される。さらに、本発明の構造要素が磁気メモリセルの
書込みを容易にする電磁石として機能することにより、
ＭＲＡＭの消費電力も減少する。
層における磁化の混乱を防ぐ構造要素を有する磁気メモ
リセルが提供される。また、磁気メモリセルの有効体積
を増大させるので、記憶した磁化状態の熱安定性も向上
される。さらに、本発明の構造要素が磁気メモリセルの
書込みを容易にする電磁石として機能することにより、
ＭＲＡＭの消費電力も減少する。
【図１】ａ〜ｃはそれぞれ、磁気メモリセルを安定させ
るための構造要素の１つの実施形態を示す。
るための構造要素の１つの実施形態を示す。
【図２】構造要素によって安定化された磁気メモリセル
の１つの実施形態を示す図である。
の１つの実施形態を示す図である。
【図３】ａ〜ｂはそれぞれ、磁気メモリセルのセンス層
における磁化の「Ｓ」状態と「Ｃ」状態を示す。
における磁化の「Ｓ」状態と「Ｃ」状態を示す。
【図４】本教示を組込む磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の平面
図である。
図である。
【図５】ａ〜ｅは、本明細書で開示する構造要素と磁気
メモリの導体を形成するための工程段階を示す図であ
る。
メモリの導体を形成するための工程段階を示す図であ
る。
【図６】磁気メモリセルを安定させるための構造要素の
もう１つの代替実施形態を示す図である。
もう１つの代替実施形態を示す図である。
【図７】磁気メモリセルを安定させるための構造要素の
さらにもう１つの代替実施形態を示す図である。
さらにもう１つの代替実施形態を示す図である。
50 センス層 52 トンネル障壁 54 基準層 56 構造要素
Claims (1)
- 【請求項１】磁気メモリセルの論理状態を示す磁化状態
を記憶するためのセンス層（50）と、 前記センス層（50）における前記磁化状態の混乱を防ぐ
構造要素（56）と を含む磁気メモリセル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/492557 | 2000-01-27 | ||
| US09/492,557 US20020055190A1 (en) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | Magnetic memory with structures that prevent disruptions to magnetization in sense layer |
Publications (1)
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