JP2004153268A - 磁気メモリデバイスおよびそれを形成するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＡＭデバイスの基準層において、静磁界の存在を最小限に抑えるようにして磁化を固定すること。
【解決手段】一実施形態において、メモリデバイス(100)は、複数の磁気データセル(122)と、それら複数の磁気データセル(122)のうちの２つ以上に沿って連続して延在する磁気基準セル(124)とを含む。
【選択図】図３ａ

Description

本発明は、概して不揮発性メモリデバイスに関し、より詳細には磁気メモリセルを用いるメモリデバイスに関する。

当該技術分野において知られている１つのタイプの不揮発性メモリは、磁気メモリセルに依存する。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスとして知られるこれらのデバイスは、磁気メモリセルのアレイを含む。磁気メモリセルは種々のタイプからなることができる。たとえば、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）メモリセルまたは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）メモリセルである。

一般的な磁気メモリセルは、磁化が変更可能な磁気薄膜の層と、磁化がある特定の方向に固定すなわち「ピン留め」された磁気薄膜の層とを含む。変更可能な磁化を有する磁気薄膜は、センス層またはデータ記憶層と呼ばれる場合があり、固定された磁気薄膜は基準層またはピン留め層と呼ばれる場合がある。

導電性トレース（一般的にワード線およびビット線と呼ばれるか、またはまとめて書込み線と呼ばれる）がメモリセルのアレイにわたって配線される。ワード線はメモリセルの行に沿って延在し、ビット線はメモリセルの列に沿って延在する。ワード線とビット線の各交点に配置される各メモリセルは、磁化の向きとして情報ビットを格納する。一般的に、データ記憶層内の磁化の向きは、一般に磁化容易軸と呼ばれるデータ記憶層の軸に沿って整列する。所望の論理状態に応じて、外部磁界をかけ、その磁化容易軸に沿ったデータ記憶層の磁化の向きを、基準層の磁化の向きに対して一致する（すなわち、平行な）向きか、または反対の（すなわち反平行な）向きに反転させる。

各メモリセルの磁化の向きは、常に２つの安定した向きのうちの１つを呈するであろう。これらの２つの安定した向き、平行および反平行は、「１」および「０」の論理値を表す。選択されたメモリセルの磁化の向きは、選択されたメモリセルを横切るワード線およびビット線に電流を供給することにより変更され得る。それらの電流は磁界を生成し、それらの磁界が合成されるとき、選択されたメモリセルの磁化の向きを平行から反平行に、またはその逆に切り替えることができる。

図１ａ〜図１ｃは、単一のメモリセル２０における１ビットのデータ記憶を示す。図１ａでは、メモリセル２０は、誘電体領域２６によって分離される、アクティブ磁気データ薄膜２２およびピン留めされた磁気薄膜２４を含む。アクティブ磁気データ薄膜２２の磁化の向きは固定されず、矢印Ｍ_１によって示されるような２つの安定した向きを呈することができる。一方、ピン留めされた磁気薄膜２４は、矢印Ｍ_２によって示される、固定された磁化の向きを有する。アクティブ磁気データ薄膜２２は、メモリセル２０に対する書込み動作中に、書込み線（１３０、１３２、図示せず）に加えられる電流に応答して、その磁化の向きを回転させる。メモリセル２０に格納されるデータビットの第１の論理状態は、図１ｂに示されるように、Ｍ_１およびＭ_２が一致する（すなわち平行な）向きを有するときに示される。たとえば、Ｍ_１およびＭ_２が一致する向きを有するとき、メモリセル２０に論理「１」状態が格納される。逆に、図１ｃに示されるように、Ｍ_１およびＭ_２が逆の（すなわち反平行な）向きを有するとき、第２の論理状態が示される。Ｍ_１およびＭ_２の向きが互いに逆であるとき、メモリセル２０に論理「０」状態が格納される。図１ｂおよび図１ｃでは、誘電体領域２６は省略されている。図１ａ〜図１ｃは、ピン留めされた磁気薄膜２４上にアクティブ磁気データ薄膜２２が配置されるものとして示されるが、それらの位置は逆にすることもできる。

メモリセル２０に格納されたデータビットの論理状態は、その抵抗を測定することにより判定され得る。メモリセル２０の抵抗は、書込み線３０、３２に印加される読出し電圧に応答して流れるセンス電流２３（図１ａを参照）の大きさによって表される。

図２では、メモリセル２０が書込み線３０と３２との間に配置される。アクティブ磁気薄膜２２およびピン留めされた磁気薄膜２４は、図２に示されない。アクティブ磁気データ薄膜２２の磁化の向きは、磁界Ｈ_ｙを生成する電流Ｉ_ｘと、磁界Ｈ_ｘを生成する電流Ｉ_ｙとに応答して回転する。磁界Ｈ_ｘおよびＨ_ｙは、組み合わされると、メモリセル２０の磁化の向きを回転させるように作用する。

先の図に示されるように、磁性材料の層は一般に、正方形、楕円形または長方形のような幾何学的にパターニングされた薄膜として形成される。パターニングされた磁性層記憶構造の１つの欠点は、パターニングされた磁性層が層を減磁する傾向のある静磁界を生成することである。この減磁界は、パターニングされた要素のエネルギーを最小にするように薄膜の磁化の向きを変更する傾向があり、最終的な結果として、不均一または多数の磁区を有する磁化状態となる。また、パターニングされた層からの静磁界はパターニングされた薄膜のエッジ付近にある磁性材料と相互作用し、隣接する磁性材料の磁化状態を乱す可能性がある。たとえば、図１ａを参照すると、ピン留めされた磁気薄膜２４の磁化Ｍ_２は、Ｍ_２と反対の向きに減磁界を生成する。この磁界はデータ薄膜２２と相互作用し、データ薄膜の磁気ヒステリシスループに影響を及ぼし、そのヒステリシスループがもはやゼロ磁界について対称でなくなるようにする。メモリの用途において、このオフセットは非常に損害を与える可能性がある。オフセットがデータ薄膜の保磁力よりも大きい場合には、書込み磁界を除去した後にデータが失われる。保磁力よりも小さいオフセット磁界も、書込みプロセスに非対称性を導入するという点で有害である。メモリ素子のアレイ内の単一データ薄膜に書込みを試みる場合、このオフセット磁界の任意の変動が書込みマージンに悪影響を及ぼす。

磁気メモリ素子を読み出すとき、不均一な磁化または多数の磁区は、ノイズ、またはメモリセルの両端の抵抗を変動させる領域を生成する傾向があり、それによりメモリセルの状態の判定が難しくなるか、または不可能になる。さらに、磁区状態の変動は切替え磁界の変動を生じる可能性があり、それによりメモリセル書込みプロセスが予測不可能になる可能性もある。上述のことから、磁性層の均一な磁化の方向を維持することが重要であることがわかる。

したがって、基準層の固定された磁化の場合に、データ薄膜に悪影響を及ぼすように相互作用する可能性のある静磁界の存在を最小限に抑えるようにして、磁化をピン留めすることが望ましい。

メモリデバイスの一実施形態は、複数の磁気データセルと、それら複数の磁気データセルのうちの２つ以上に沿って連続して延在する磁気基準セルとを含む。

メモリデバイスを形成するための１つの方法は、基準層を堆積することと、基準層上に分離層を堆積することと、および分離層上にセンス層を堆積することとを含む。センス層は、複数のデータセルを形成するようにパターニングされ、分離層および基準層は、複数の細長い基準セルを形成するようにパターニングされる。複数の細長い基準セルはそれぞれ、複数のデータセルのうちの２つ以上を通り過ぎて延在する。

本発明によれば、磁気異方性を導入することにより、ＭＲＡＭデバイスにおいて標準的に直面される磁界にさらされても、基準層の磁化が所望の向きにピン留めされたままになることが保証される。また、磁気異方性によって、基準セルの磁化が多数の磁区に細分化する傾向が著しく低減される。例えば、基準セルの周縁部に関連した減磁界の作用を低減または排除する細長い基準セルを用いることにより、データセルの付近の基準層に関連した減磁界を最小限に抑えるか、または排除することが可能になる。

以下の詳細な説明では、その一部を形成し、同じ参照番号が類似の対応する図面の部品に使用されている添付図面を参照する。

本明細書に説明される磁気メモリデバイスのいくつかの実施形態は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）スタック内に、既知の安定した磁気の向きを有する基準セルを含む。基準セルの磁化の向きは、基準セル内に磁気異方性を導入することにより維持される。磁気異方性は一般的に、磁性材料内の磁化が優先された方向を示すことを指す。磁気異方性を導入することにより、ＭＲＡＭデバイスにおいて標準的に直面される磁界にさらされても、基準層の磁化が所望の向きにピン留めされたままになることが保証される。さらに、磁気異方性によって、基準セルの磁化が多数の磁区に細分化する傾向が著しく低減される。たとえば、基準セルの組成または形状を変化させることが、観測される磁気異方性の一因となる。代案として、強磁性層を反強磁性層に結合することにより、基準セルに一方向性の異方性を導入することができる。

本発明の実施形態は、データセルの付近の基準層に関連した減磁界を最小限に抑えるか、または排除する。以下に詳述される説明において示されるように、これは一実施形態において、基準セルの周縁部に関連した減磁界の作用を低減または排除する細長い基準セルを用いることにより達成される。

本発明による磁気メモリデバイス１００の一実施形態が、図３ａに示される。メモリデバイス１００は、複数のデータセル１２２に沿って連続して延在する基準セル１２４を含み、基準セル１２４とデータセル１２２との間には分離層または障壁層１２６が配置される。基準セル１２４は、書込み導体１３０に実質的に沿って配置され得る。第２の書込み導体１３２は、書込み導体１３０に実質的に垂直に配置される。図３ａには、書込み導体１３０、１３２が、データセル１２２および基準セル１２４と接触しているように配置されるものとして示される。しかしながら、別の実施形態では、書込み導体は、データセル１２２および基準セル１２４から、ある距離だけ間隔をおいて配置され得る。必要に応じて、導体の「読出し」および「書込み」機能を分離するために、さらなる導体（図示せず）を設けることもできる。

基準セル１２４の磁気の向きは形状異方性によってピン留めされる。形状異方性は、強磁性層の１つの寸法（たとえば幅）に対して、その層の別の寸法（たとえば長さ）を増加することにより生成される。形状異方性を導入することは、基準セル内の磁気ベクトルの向きに対する予測可能性を確保することに役立つ。

形状異方性は、他の点から見れば磁気的に等方性のサンプルを印加された磁界内で磁化する能力の方向依存性に対する幾何学的形状の影響であると言える。一般的に、その最も短い寸法に沿って（すなわち、その幅を横切って）薄膜を磁化することは、その方向において減磁界が最も大きくなるため、より難しい。厚みＴおよび幅Ｗ（ただし長さ＞＞Ｗ）の長方形の磁性要素の場合、その要素の形状異方性Ｈ_{ｓｈａｐｅ}は以下の式によって近似される：
Ｈ_{ｓｈａｐｅ}＝４πＭ_ｓＴ／Ｗ
ただし、Ｍ_ｓはその要素の飽和磁化である。

磁化は、形状異方性によって、その要素の長い寸法と強制的にそろえられる。その形状異方性は、一般に磁気メモリセルにおいて用いることを想定される材料に関して、少なくとも概ね数百エルステッドにすることができる。たとえば、ＮｉＦｅＣｏ薄膜（４πＭ_ｓが約１．２テスラ（１２０００ガウス）に等しい）の場合、形状異方性Ｈ_{ｓｈａｐｅ}は、０．２μｍの幅を有する１０ｎｍ厚の薄膜の場合に約６００エルステッドである。Ｆｅ薄膜（４πＭ_ｓが約２．１テスラ（２１０００ガウス）に等しい）の形状異方性はさらに大きくなるであろう。この形状異方性は、その磁化をパターニングされた基準層の長さに沿って常に強制的に存在させるほど十分に大きい。

基準セル１２４では、磁化の向きＭは基準セル１２４の長さに沿っている。データセル１２２では、セルの磁化容易軸は、基準セル１２４の磁化の向きＭに平行に存在する。各基準セル１２４の長さ対幅の比は、データセル１２２の長さ対幅の比よりも著しく大きい。本発明による一実施形態において、基準セル１２４は少なくとも４：１の長さ対幅の比を有し、細長い基準セル１２４の幅は約０．０５〜５．０μｍの範囲内にあり、データセル１２２は約０．０５〜１．０μｍの範囲内の寸法を有する。分離層１２６は、構成されることになるメモリセルのタイプに応じて、導電性材料、または非導電性材料とすることができる。

本発明による別の実施形態では、基準セル１２４の磁気の向きは、磁気結晶異方性のみよって、または形状異方性と磁気結晶異方性との組み合わせによって、細長い基準セル１２４の長い寸法に沿って位置するように画定される（図３ａを参照）。磁気結晶異方性は、あるサンプルを磁界内で磁化する能力の方向依存性に対して、材料の組成および結晶方位が及ぼす影響のことである。磁気不揮発性メモリの用途に用いるために一般的に選択される薄膜は、一軸性の磁気結晶異方性を示す。その材料は、ある特定の軸に沿って容易に磁化される。この軸は一般に、薄膜の「磁化容易軸」と呼ばれる。ＮｉＦｅの磁気結晶異方性はわずかに約５Ｏｅであるが、「硬い」磁性合金、たとえばＣｏＰｔは、数百Ｏｅ、またはさらに数千Ｏｅの磁気結晶異方性を有することができる。磁化容易軸の向きは、磁界内で堆積を行うことにより、または堆積後に磁界内でアニールすることにより、または結晶方位を制御することにより画定され得る。

さらに別の実施形態では、基準セル１２４の磁気の向きは、強磁性基準層を反強磁性層１２８に交換結合することにより、細長い基準セル１２４の長い寸法に沿って位置するように画定される（図３ｂを参照）。基準セル１２４を反強磁性層１２８に交換結合することにより、細長い基準セル１２４に一軸性の異方性が導入され、基準層の磁化に固有の優先的な向きが与えられる。異方性の方向は、磁界内で堆積を行うことにより、または堆積後に磁界内でアニールすることにより規定され得る。この応用形態に対する反強磁性材料の例は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯおよびＦｅ_２Ｏ_３である。このようにして、数百Ｏｅの一軸性の異方性を導入することができる。

図３ａおよび図３ｂの細長い基準層は、１つの強磁性薄膜のみから構成される必要はない。本発明による磁気メモリデバイス２００の別の実施形態が、図４に示される。書込み導体１３０、１３２は明瞭にするために示されないが、図３に示される書込み導体と同じように配置される。図４の実施形態では、メモリデバイス２００は２つまたはそれより多い強磁性層を用いて、基準セル２２４を形成し、隣接する強磁性層の各対が非磁性層によって分離されている。図４では、基準セル２２４は、非磁性スペーサ層２２８によって分離された２つの強磁性層２２４ａ、２２４ｂを含むように示される。本発明による代替の実施形態では、さらなる強磁性層およびスペーサ層を設けることができる。

前述した実施形態と同じように、基準セル２２４は細長くなるようにパターニングされ、強磁性層の磁化容易軸は長い寸法に沿って配向される。磁化容易軸の方向の画定は、たとえば、磁界をかけながら堆積を行うことにより、または堆積後に磁界中でアニールすることにより行われ得る。

非磁性スペーサ層２２８は、２つの強磁性層間で交換結合を実現すると知られている材料群から選択されることが好ましい。適切な材料の例には、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｒｕ、ＲｅおよびＯｓが含まれる。交換結合は、スペーサ２２８の厚みの関数として、強磁性と反強磁性との間で振動することが知られている。好ましいスペーサの厚みによって、強磁性層２２４ａと２２４ｂとの間に反強磁性結合が生じる。その好ましい厚みは、特定のスペーサ材料によって決まるが、一般的に約５ｎｍ未満であり、０．４ｎｍ程度に小さくすることができる。各強磁性層の厚みは一般に１０ｎｍ未満である。適切な強磁性材料の例は、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｒＯ_２およびＦｅ_３Ｏ_４である。

図４の実施形態では、各細長い基準セル２２４は複数のデータセル２２２に沿って途切れることなく延在し、基準セル２２４とデータセル２２２との間には分離層または障壁層２２６が配置される。基準セル２２４の２つの強磁性層２２４ａ、２２４ｂは、基準セル２２４ａおよび２２４ｂの磁化の向きＭ’およびＭ’’が基準セル２２４の長い寸法に対して平行になるように結合される。磁化の向きＭ’およびＭ’’が曖昧な場合もあるので、本発明による一実施形態では、強磁性層２２４ａ、２２４ｂの一方が他方よりも厚くされ、基準セル２２４に沿って磁化の向きＭ’およびＭ’’を明確に画定する。

本発明による磁気メモリデバイス３００のさらに別の実施形態が、図５に示される。図４の場合と同様に、書込み導体１３０、１３２は明瞭にするために示されないが、図３ａおよび図３ｂに示される書込み導体と同じように配置される。メモリデバイス３００は、図４に示されるメモリデバイス２００と実質的に同じように構成され、類似の構成要素には、同じ番号が付されている。

図５に示された本発明による実施形態は、基準セル２２４の直ぐ隣に反強磁性層２３０を追加することにより、基準セル２２４を横切る磁化の向きＭ’およびＭ’’を明確に決定する。具体的には、基準層２２４の優先的な磁化の向きＭ’およびＭ’’の曖昧さが、多層基準スタック内の最も外側の強磁性層２２４ｂを反強磁性層２３０に結合することにより除去される。強磁性層２２４ｂを反強磁性層２３０に結合することにより、強磁性薄膜層２２４ｂの磁化の向きＭ’’が画定される。好ましい状況では、隣接する強磁性層は互いに反対に（すなわち反平行に）向けられるので、多層スタック内の強磁性層２２４ａの磁化の向きＭ’も画定される。

前述の実施形態では、データセルの磁化容易軸は、細長い基準セルの長い寸法に沿っており、細長い基準セルの磁化は強制的に、その長い寸法に沿って位置するようにされる。この構成は、細長い基準層内に磁化の勾配が存在しないので、基準層からの減磁界を排除する。したがって、データセルは基準層からの静磁界を持たない。

基準セルとして多数の強磁性層を含むメモリデバイス４００の代替の実施形態が、図６に示される。前述した実施形態と同じように、基準セル３２４は、細長くなるようにパターニングされる。しかしながら、前述した実施形態とは対照的に、この場合に基準セル３２４を形成する強磁性層３２４ａ、３２４ｂの優先的な磁化の向きは、細長い基準セル３２４の長い寸法に垂直（すなわち、基準セル３２４の長さに沿ってではなく、基準セル３２４の幅を横切る方向）である。

細長い基準セルの長い寸法に垂直な磁化の向きは、この方向に強磁性層の磁化容易軸を有することにより実現され得る。磁化容易軸の方向の画定は、たとえば、磁界をかけながら堆積を行うことにより、または堆積後に磁界中でアニールすることにより行われ得る。細長い基準セルをパターニングした後に、強磁性層の対間の静磁気的な相互作用は、強磁性層対間の反強磁性整列をさらに安定化させる傾向があるであろう。図４の実施形態と同じように、非磁性スペーサ層は、反強磁性配向を高めると知られている材料の集合から選択される。

図６に示されるメモリデバイス４００の基準層３２４ａ、３２４ｂは、磁気結晶異方性に依存して、基準セル３２４内の磁化の向きを維持する。図６の実施形態では、各細長い基準セル３２４は、複数のデータセル３２２に沿って途切れることなく延在し、基準セル３２４とデータセル３２２との間には分離層または障壁層３２６が配置される。基準セル３２４の２つの強磁性層３２４ａ、３２４ｂは非磁性スペーサ層３２８によって分離され、基準セル３２４ａ、３２４ｂの磁化の向きＭ’およびＭ’’が基準セル３２４の長い寸法に対して垂直になるように結合される。磁化の向きＭ’およびＭ’’が曖昧な場合もあるので、本発明による一実施形態では、強磁性層３２４ａ、３２４ｂの一方が他方よりも厚くされ、基準セル３２４を横切る磁化の向きＭ’およびＭ’’を明確に決定する。データセル３２２では、セル３２２の磁化容易軸が、基準セル３２４の磁化の向きＭ’に平行に位置する。

基準セル３２４の幅が減少すると、層間の強い静磁気的結合によって、強磁性層３２４ａ、３２４ｂの対向する磁化の向きはさらに安定化される。本発明による一実施形態では、基準セル３２４は、約５μｍ未満の幅を有し、幅は約０．３μｍ未満であることが好ましい。

本発明による磁気メモリデバイス５００の最後の実施形態が、図７に示される。図６の場合と同様に、書込み導体１３０、１３２は明瞭にするために示されていないが、図３に示される書込み導体と同じように配置される。メモリデバイス５００は、図６に示されるメモリデバイス４００と実質的に同じように構成され、類似の構成要素には、同じ参照番号が付されている。

図７に示された本発明による実施形態は、基準セル３２４の直ぐ隣に反強磁性層３３０を追加することにより、基準セル３２４を横切る磁化の向きＭ’およびＭ’’を明確に決定する。具体的には、基準層３２４の優先的な磁化の向きＭ’およびＭ’’の曖昧さが、多層基準スタック内の最も外側の強磁性層３２４ｂを反強磁性層３３０に結合することにより除去される。強磁性層３２４ｂを反強磁性層３３０に結合することにより、強磁性薄膜層３２４ｂの磁化の向きＭ’’が画定される。隣接する強磁性層は常に、磁気の向きが互いに反対になるように向けられるので、多層スタック内の強磁性層３２４ａの磁化の向きＭ’も画定される。

本明細書に記載されたメモリデバイス１００、２００、３００、４００、５００は、一般に、当該技術分野において知られている半導体処理技術を用いて形成され得る。メモリデバイスを形成するための１つの方法では、当該技術分野において知られている任意の適切な技術を用いて、導体（書込み導体）の格子が形成される。メモリセル（基準セル１２４、２２４、３２４、分離層または障壁層１２６、２２６、３２６およびデータセル１２２、２２２、３２２）を形成するための材料のスタックが、導体上に、パターニングされない状態で堆積される。次に、上側の層がパターニングされ、複数の個別のデータセル１２２、２２２、３２２が形成される。その後、分離層１２６、２２６、３２６および基準セル１２４、２２４、３２４がパターニングされ、複数の細長い基準セル１２４、２２４、３２４が形成され、この場合、各基準セル１２４、２２４、３２４は、複数のデータセル１２２、２２２、３２２のうちの２つ以上を通り過ぎて延在する。

本明細書において使用されるような用語「パターニング」および「パターン」は、限定はしないが、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、またはウエット化学エッチングを含む任意の手段によって材料を除去することを指す。基準セル１２４、２２４、３２４が形状異方性に依存して安定した磁化の向きを維持する場合には、基準セル１２４、２２４、３２４を形成するために用いられる材料の層は、強磁性材料の１つの層だけを堆積することにより形成され得る。基準セル１２４、２２４、３２４が反強磁性結合を用いて、安定した磁化の向きを維持する場合には、基準セル１２４、２２４、３２４は、磁性材料の第１の層を堆積し、磁性材料の第１の層上に非磁性材料の層を堆積し、次いで非磁性材料の層上に磁性材料の第２の層を堆積することにより形成され得る（たとえば、それぞれ強磁性層２２４ｂ、分離層２２８および強磁性層２２４ａに対応する）。当該技術分野において知られているように、強磁性材料は、優先的な磁気の向きの確立に役立つように、磁界の存在する状態で堆積され得る。

いくつかの事例においては、データセル１２２、２２２、３２２は、上記の方法において説明されたような最も上側ではなく、材料のスタックの最も下側に配置されることが望ましい場合もある。この状況では、メモリデバイス１００、２００、３００、４００、５００は、強磁性材料の層を堆積し、次いでその層をパターニングして、複数のデータセル１２２、２２２、３２２を形成することにより形成され得る。その後、分離層１２６、２２６、３２６と、基準セル１２４、２２４、３２４を形成するために使用される材料の層とが、パターニングされたデータセル１２２、２２２、３２２上に堆積され得る。基準セル１２４、２２４、３２４を形成するために使用される材料の層は、パターニングされた態様で堆積されることができるか、または堆積された後にパターニングされて細長い基準セル１２４、２２４、３２４を形成することができる。上述のように、基準セル１２４、２２４、３２４が反強磁性結合に依存して、安定した磁化の向きを維持する場合には、基準セル１２４、２２４、３２４を形成するために使用される材料の層は、磁性材料の第１の層を堆積し、磁性材料の第１の層上に非磁性材料の層を堆積し、次いで非磁性材料の層上に磁性材料の第２の層を堆積することにより形成され得る（それぞれ強磁性層２２４ｂ、分離層２２８、および強磁性層２２４ａに対応する）。

アクティブ磁気薄膜および基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、簡略化された磁気メモリセルの縦断面と側面の図である。 アクティブ磁気薄膜および基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、簡略化された磁気メモリセルの側面図である。 アクティブ磁気薄膜および基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、簡略化された磁気メモリセルの側面図である。 従来技術の磁気メモリセル、その書込み線、および書込み線を流れる電流によって生成される磁界を示す縦断ブロック図である。 本発明の一実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるメモリデバイスの斜視図である。

符合の説明

100、200、300、400、500 磁気メモリデバイス
122、222、322 磁気データセル
124、224、324 基準セル
126、226、326 分離層または障壁層
224a、224b、324a、324b 強磁性層
228、328 非磁性スペーサ層

Claims (10)

1. メモリデバイス（１００、２００、３００、４００、５００）であって、
   それぞれが変更可能な磁気の向きを有する複数の磁気データセル（１２２、２２２、３２２）と、
   ピン留めされた磁気の向きを有し、前記複数のデータセル（１２２、２２２、３２２）のうちの２つ以上に沿って連続して延在する磁気基準セル（１２４、２２４、３２４）と、および
   前記データセル（１２２、２２２、３２２）と前記基準セル（１２４、２２４、３２４）との間に配置された分離層（１２６、２２６、３２６）とを含む、メモリデバイス。
2. 前記基準セル（１２４、２２４、３２４）が少なくとも４：１の長さ対幅の比を有する、請求項１に記載のメモリデバイス。
3. 前記基準セル（１２４、２２４、３２４）がその最も長い寸法に平行になっている磁化の向きを有する、請求項１に記載のメモリデバイス。
4. 前記基準セル（１２４、２２４、３２４）がその最も長い寸法に垂直になっている磁化の向きを有する、請求項１に記載のメモリデバイス。
5. 複数の磁気基準セル（１２４、２２４、３２４）をさらに含み、前記複数の磁気基準セル（１２４、２２４、３２４）がそれぞれ、前記複数のデータセル（１２２、２２２、３２２）のうちの２つ以上に沿って連続して延在する、請求項１に記載のメモリデバイス。
6. 前記基準セル（２２４、３２４）が、強磁性材料からなる少なくとも２つの層（２２４ａ、２２４ｂ、３２４ａ、３２４ｂ）を含み、強磁性層（２２４ａ、２２４ｂ、３２４ａ、３２４ｂ）の各対が非磁性材料の層（２２８、３２８）によって分離される、請求項１に記載のメモリデバイス。
7. 前記強磁性材料からなる２つの層（２２４ａ、２２４ｂ、３２４ａ、３２４ｂ）が等しくない厚みを有する、請求項６に記載のメモリデバイス。
8. 前記基準セル（１２４、２２４、３２４）の磁化の向きが、形状異方性によってピン留めされる、請求項１に記載のメモリデバイス。
9. 前記基準セル（１２４、２２４、３２４）の磁化の向きが、磁気結晶異方性によってピン留めされる、請求項１に記載のメモリデバイス。
10. 前記基準層（２２４、３２４）に隣接する反強磁性材料からなる層（２３０、３３０）をさらに含む、請求項１に記載のメモリデバイス。
    

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