JP2005123611A - 熱アシスト型磁気メモリ構造 - Google Patents

熱アシスト型磁気メモリ構造 Download PDF

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Abstract

【課題】
熱アシスト型磁気メモリ構造とその製造方法を提供すること。
【解決手段】
クラッディング（１１０）によって包囲された第１の導体（１２０）と、熱抵抗領域（１３０）によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセル（１７０）と、前記メモリセル（１７０）と電気的に接触する第２の導体（１８０）とからなる熱アシスト型磁気メモリ構造。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は磁気メモリに関し、詳しくは、熱アシスト型磁気メモリとその製造方法に関する。
メモリチップは通常、シリコンウェーハ上に堆積された複数のメモリセルを含む。メモリセルは、列導電性リード（ビット線）および行導電性リード（ワード線）のアレイを介してアドレス指定される。メモリセルは通常、ビット線とワード線の交点に位置する。メモリセルは、データの読み出し位置やデータの書き込み位置を指定する機能などを有する特別な回路によって制御される。各メモリセルは、１ビットのデータを「１」または「０」の形で格納する。
磁気メモリセルのアレイは、磁気ランダムアクセスメモリまたはＭＲＡＭと呼ばれることもある。ＭＲＡＭは一般に、不揮発性メモリ（すなわち、電源をオフにしたときでもデータを保持する固体チップ）である。磁気メモリセルによっては、少なくとも１つの中間層によって互いに分離されたデータ層および基準層を有するものがある。データ層は、ビット層、記憶層、またはセンス層と呼ばれることもある。磁気メモリセルは、１以上の導電性リード（たとえばビット線とワード線）を介してデータ層に「書き込み」を行うことにより、１ビット（たとえば「１」または「０」）のデータを記憶することができる。データ層は通常、１以上の強磁性材料を含む。書き込み処理は通常、データ層の磁気モーメントの向きを所定の向きに設定するための、書き込み電流によって行われる。
書き込みが済むと、１以上の導電性リード（たとえば、読み出し線）を介して読み出し電流を磁気メモリセルに供給することにより、記憶したデータビットを読み出すことができる。各メモリセルにおいて、データ層の磁気モーメントの向きと基準層の磁気モーメントの向きは、互いに平行（同じ向き）または反平行（異なる向き）になっている。平行の度合いは、セルの抵抗値に影響を与える。セルの抵抗値は、読み出し電流に応じてメモリセルにより生成された出力電流または出力電圧を検出することによって（たとえばセンス増幅器を用いて）、判定することができる。
具体的には、磁気モーメントが平行である場合、出力電流から判定された抵抗値は第１の相対値（たとえば相対的に低い値）を有する。磁気モーメントが反平行である場合、判定された抵抗値は第２の相対値（たとえば相対的に高い値）を有する。２つの状態（すなわち平行および反平行）における相対値は通常、はっきりと検出されるくらい大きく異なる。各相対抵抗値について「１」または「０」が、設計仕様に応じて割り当てられる。
中間層（スペーサ層と呼ばれることもある）は、絶縁性材料（たとえば誘電体など）、非磁性体の導電性材料、および／または、その他既知の材料を含む。中間層は、データ層と基準層との間で交換結合が起こらないくらいの十分な厚さを有する。メモリセルのアドレス指定や、メモリセルに対するデータの書き込みまたは読み出しの際の、データ層および基準層に対する電流の供給などに使用される種々の導電性リード（例えばビット線、ワード線、読み出し線など）は、導電層と呼ばれる１以上のさらに別の層に形成される。
上記のような種々の層およびその特性が、当該技術分野において既知のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用した磁気メモリセルの特徴である。ＴＭＲ効果を利用した磁気メモリセルは、層および特性の他の組み合わせを用いて形成することもできる。たとえば、特許文献１を参照して欲しい。
磁気メモリセルのさらに他の構成としては、他のよく知られた物理的効果（たとえば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、コロッサル磁気抵抗（ＣＭＲ）などの効果、および／または、他の物理的効果など）を利用したものがある。
本明細書では、種々の実施形態をすべて上で最初に説明したようなＴＭＲメモリセルに関するものとして説明する。それらの実施形態が、当該技術分野で既知の他のタイプのメモリセル（たとえば、他のタイプのＴＭＲメモリセル、ＧＭＲメモリセル、ＡＭＲメモリセル、ＣＭＲメモリセルなど）を用いて、その実施形態の要件に従って実施される場合もあるということは、当業者にとって明らかであろう。
上で述べたような従来のＭＲＡＭは一般に、一対の直交する金属性導体（たとえば、ＣｕあるいはＡｌから形成される）が交差する位置に磁気メモリセルを有する。そのような構成は、磁気メモリセルと導体との間の熱的接触が良好である。熱的接触を良好にすると、磁気メモリセルで生成された熱が導体を通して迅速に放散されるので、磁気メモリセルの温度を低く保つことができる。しかしながら、磁気メモリセルの温度を上昇させたい場合、そのような良好な熱接触は不利になる。これは、熱アシスト型ＭＲＡＭの場合に特に当てはまる。熱アシスト型ＭＲＡＭでは、書き込み動作の際に、選択された磁気メモリセルの温度を上昇させ、セルの磁気的な向きを変更し易くするからである。
米国特許第６，４０４，６７４号明細書
従って、導体との熱接触を低減した改良型の熱アシスト型磁気メモリ構造が必要とされている。
熱アシスト型磁気メモリ構造は、クラッディングによって概ね包囲された第１の導体と、熱抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルと、前記メモリセルと電気的に接触する第２の導体とを含む。熱アシスト型磁気メモリ構造を作成する方法は、クラッディングによって概ね包囲された第１の導体を形成すること、第２の導体を形成すること、および前記第２の導体と電気的に接触し、熱抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルを形成することを含む。
他の実施形態および実施態様については以下で説明する。
Ｉ．概要
本明細書では、改良型の熱アシスト型磁気メモリ構造、およびその改良型の熱アシスト型磁気メモリ構造を形成するための製造プロセスについて説明する。
セクションＩＩでは、熱アシスト型磁気メモリ構造について説明する。
セクションＩＩＩは、他の熱アシスト型磁気メモリ構造について説明する。
セクションＩＶでは、セクションＩＩの熱アシスト型磁気メモリ構造を作成するためのプロセスについて説明する。
セクションＶでは、セクションＩＩＩの熱アシスト型磁気メモリ構造を形成するためのプロセスについて説明する。
セクションＶＩでは、磁気メモリ構造内の熱抵抗領域を形成するためのプロセスについて説明する。このプロセスは、セクションＩＶまたはＶに記載するプロセスと組み合わせて使用してもよい。
ＩＩ．熱アシスト型磁気メモリ構造の第１の例
Ａ．熱アシスト型磁気メモリ構造の第１の例の立面図
図１Ａは、熱アシスト型磁気メモリ構造１００を示す立面図である。メモリ構造は一般に、上側ピン止め構成（基準層をデータ層の上に配置する構成）、または下側ピン止め構成（基準層をデータ層の下に配置する構成）で形成される。説明を簡単にするため、図１Ａには上側ピン止め構成しか図示していない。この図は、本明細書で様々な実施形態を説明する際に参照される。当業者であれば、本明細書に開示したプロセスを用いて、何らかの特定の設計要件に従って他の構成（たとえば下側ピン止め構成など）を実現することも可能であることは、明らかであろう。
メモリ構造１００は、クラッディング１１０と、第１の導体１２０と、熱抵抗領域１３０と、データ層１４０と、スペーサ層１５０と、基準層１６０と、第２の導体１８０とを含む。説明しやすくするために、データ層１４０、スペーサ層１５０および基準層１６０は、まとめてメモリセル１７０と呼ぶ場合もある。
図１Ａに示す構成おいて、第１の導体１２０と第２の導体１８０は互いに直交し、書き込み動作と読出し動作のどちらの場合でも、それらが一緒に使用される。一実施形態において、第２の導体１８０は、書き込み動作の際に選択されたメモリセル（１つの場合も複数の場合もあり）に対して熱を与えるための、加熱線としても使用することができる。
設計上の選択によっては、書き込み動作の際に磁気メモリ構造に熱を加える構造として、当該技術分野において既知の他の構造を使用する場合もある。たとえば、ニッケル他に付与された「Thermally-Assisted Switching of Magnetic Memory Elements」と題する米国特許第６，６０３，６７８Ｂ２号に開示されている構成を参照して欲しい。
その他に、当該技術分野では、補助的な層をさらに含むメモリ構造も知られている。設計上の選択によっては、それらのメモリ構造も、本明細書に記載する実施形態で実施することができる。たとえば、他の磁気メモリ構造では、シード層、反強磁性体（ＡＦＭ）層、保護キャップ層、および／または、その他の層をさらに含む場合がある。シード層は、ＡＦＭ層内の結晶配列を改善する。シード層の材料としては、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、ＮｉＦｅ、Ｃｕ、またはそれらの材料の組み合わせなどがある。ＡＦＭ層は、基準層１６０の磁気の安定性を向上させる。ＡＦＭ層の材料としては、例えば、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、および／または、その他のよく知られた材料などがある。保護キャップ層は、データ層１４０を外部環境から保護するためのものであり（たとえば、データ層１４０の酸化を低減することにより）、当該技術分野で既知の任意の適当な材料を用いて形成される。保護キャップ層の材料としては、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、その他の材料、またはそれらの組み合わせなどがある。説明を簡単にするため、それらの補助的な層は図面に描いていない。
第１の導体１２０および第２の導体１８０は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、それらの材料のうちの１または複数からなる合金、および／または、他の導電性材料、およびその合金などから形成される。第１の導体１２０と第２の導体１８０は、同じ材料から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。一実施形態において、第２の導体１８０は、第１の導体１２０よりも薄く形成する場合がある（あるいは、小型のヒートシンクを形成する）。従って、第２の導体１８０との接触による放熱が減少する。他の実施形態において、第２の導体１８０は、第１の導体１２０よりも薄くするのではなく、第１の導体１２０の材料よりも熱伝導係数が小さい１以上の材料を含むものにする場合がある。従って、第２の導体１８０との接触による放熱が減少する。そのようにした場合であっても、設計上の選択によっては、本明細書に記載する種々の熱分離の実施形態は、第２の導体１８０や、メモリセル１７０の近くにある他の導体にも、適用することができる。
クラッディング１１０は、メモリセル１７０と第１の導体１２０の間の熱伝導係数を低減するとともに、両者の間を電気的に接触させる働きを持つ１以上の材料を含む場合がある。熱伝導係数の低減は、導体１２０とメモリセル１７０を電気的に接続するクラッディング１１０の部分の断面積を小さくすることにより実現してもよい。また、クラッディング１１０の材料として１以上の熱伝導係数の小さい材料を選択することにより、熱伝導係数を低減することもできる。たとえば、クラッディング１１０は、アモルファス金属、ドープド半導体、および／または、強磁性材料、あるいは合金などを含む場合がある。一実施形態において、クラッディング１１０に適した強磁性材料としては、限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂやＣｏＦｅＢなど）、および他の材料などがある。
一実施形態において、クラッディング１１０は、第１の導体１２０を実質的に包囲するとともに、メモリセル１７０と電気的に接触し、書き込み動作の際に切り替え磁界を作り出す。一実施形態において、クラッディング１１０は、第１の導体１２０の３つの面を実質的に包囲する。クラッディング１１０（たとえば１以上の強磁性材料から形成される場合）は、磁束ガイドとしての機能をさらに有する場合がある。クラッディング１１０が磁束ガイドとしての機能を有する場合、クラッディング１１０の厚さは、書き込み動作中に飽和してしまわないくらいの十分な厚さにしなければならない。同時に、クラッディング１１０は、メモリセル１１０からの放熱を最小限に抑えられるくらいに十分に薄いものにしなければならない。一実施形態において、クラッディング１１０とメモリセル１７０との間の接触部の断面積は、メモリセル１７０内の一層の面積の約２０％以下である。メモリセル１７０がクラッディング１１０の全ての面と電気的に接触する必要はない。たとえば、メモリセル１７０は、クラッディング１１０の１つの面としか接触しなくてもよい。
熱抵抗領域１３０は、１以上の絶縁体、空気、または真空を含む。熱抵抗領域１３０は通常、第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱抵抗経路として機能する。そのため、書き込み動作の際に熱エネルギーをメモリセル１７０に供給すると（たとえば選択されたメモリセルに電圧パルスを供給することにより）、その熱エネルギーは、第１の導体１２０によって直ぐに放散されるのではなく、メモリセルの中に保持され、メモリセルの温度を実質的に上昇させることになる。メモリセルの温度が、具体的にはメモリセル内のデータ層１４０の温度が上昇すると、データ層の保磁力が減少し、それによりメモリセルに対するデータの書き込みが容易になる。第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱伝導経路を最小限に抑えるためには、熱抵抗領域１３０の幅をできる限り広くしなければならない。熱抵抗領域１３０が絶縁体を含むような実施形態の場合、熱抵抗領域１３０の深さは、第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱伝導が少なくなるように十分に深いものにしなければならない。熱抵抗領域１３０が空気を含む場合や、真空であるような実施形態の場合、領域１３０の深さは、設計上の選択により、小さくしても大きくしてもよい。
データ層１４０は１以上の強磁性材料を含む場合がある。一実施形態において、データ層１４０に適した強磁性材料としては、限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂおよびＣｏＦｅＢなど）、および他の材料などがある。
一実施形態において、スペーサ層１５０はトンネル障壁層にする場合がある（たとえば、メモリセル１７０がＴＭＲメモリセルである場合など）。この実施形態の場合、スペーサ層１５０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘ、ＴａＯｘおよび／または他の絶縁性材料など形成される。
他の実施形態において、スペーサ層１５０は非磁性体の導電体層にする場合がある（たとえば、メモリセル１７０がＧＭＲメモリセルである場合など）。この実施形態の場合、スペーサ層１５０は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇおよび／または他の非磁性体の導電性材料などから形成される。
基準層１６０は、単一の材料層または複数の材料層を含む場合がある。たとえば、基準層１６０は１以上の強磁性材料を含む場合がある。一実施形態において、基準層１６０に適した強磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂやＣｏＦｅＢなど）、および他の材料などがある。
メモリ構造１００を形成するプロセスについてはセクションＩＶで説明する。
Ｂ．第１の熱アシスト型磁気メモリ構造のアレイの例を示す平面図
図１Ｂは、図１Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造１００アレイを示す平面図である。各メモリ構造１００は、メモリセル１７０（データ層１４０（図面では見えない）と、スペーサ層１５０（図面では見えない）と、基準層１６０とを含む）と、熱抵抗領域１３０（空気、真空、絶縁体、またはそれらの組み合わせを含む）と、クラッディング１１０によって被覆された第１の軸に沿って延びる第１の導体１２０（図面では見えない）と、第１の導体１２０の軸に対して直交するもう一つの軸に沿って延びる第２の導体１８０とを含む。他の実施形態（図示せず）では、クラッディング１１０がスペーサ層１５０で覆われ、見えない場合がある。
ＩＩＩ．熱アシスト型磁気メモリ構造の第２の例
Ａ．第２の熱アシスト型磁気メモリ構造のを示す立面図
図２Ａは、他の熱アシスト型磁気メモリ構造２００を示す立面図である。説明を簡単にするため、図２Ａには上側ピン止め構成しか図示していない。この図は、本明細書の様々な実施形態を説明する際に参照される。しかしながら、この構成は単なる例にすぎない。したがって、当業者であれば、本明細書に開示したプロセスを用いて、何らかの特定の設計要件に従って他の構成（たとえば下側ピン止め構成など）を実現することも可能であることは、明らかであろう。
メモリ構造２００は、クラッディング１１０と、第１の導体１２０と、熱抵抗領域１３０と、絶縁層２１０と、第２の導体１８０と、データ層１４０と、スペーサ層１５０と、基準層１６０とを含む。説明しやすくするために、データ層１４０、スペーサ層１５０および基準層１６０は、まとめてメモリセル１７０と呼ぶ場合もある。
この実施形態では、メモリセル１７０と第１の導体１２０との間の電気的な接触が不要な場合に、絶縁層２１０を設けることによって、断熱を施す。当業者であれば、図２Ａに示すメモリ構造構成が単なる例にすぎないことが分かるであろう。たとえば、磁気メモリ構造２００の近くに、補助的な導体をさらに追加することもできる。そのような実施形態の場合、第１の導体１２０に対して直交する書き込み導体（図示せず）を基準層１６０の上にさらに追加してもよい。この追加の書き込み導体も、別の熱抵抗領域（図示せず）によってメモリセル１７０から熱的に分離され、別のクラッディング（図示せず）によって実質的に包囲される。クラッディングはメモリセル１７０に対する電気的接点として働く。この実施形態は、メモリセル１７０の図２Ａに示すような１１０、１２０および１３０からなる構造を逆さまにした構造をイメージすることで、想像することができる。
図２Ａに示す構成において、第１の導体１２０と第２の導体１８０は互いに直交している。それらの導体１２０、１８０は、他の導体（図示せず）と組み合わせて、書き込み動作と読み出し動作の両方に使用される。一実施形態において、第２の導体１８０は、書き込み動作の際に選択された１または複数のメモリセルに熱を与えるための、加熱線としても使用される場合がある。
設計上の選択によっては、他の構成、例えば書き込み動作の際に磁気メモリセルに熱を与えるための他の構造を有する構成などを実施する場合がある。また、当該技術分野では、補助的な層をさらに追加した構成も知られている。説明を簡単にするために、そうした補助的な層は図面に描いていない。しかしながら、設計上の選択によっては、１以上の補助的な層をさらに有する磁気メモリ構造を、本明細書に記載する種々の実施形態に従って実施してもよい。
第１の導体１２０および第２の導体１８０は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、それらの材料のうちの１または複数からなる合金、および／または、他の導電性材料、およびその合金などから形成される。第１の導体１２０と第２の導体１８０は、同じ材料から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。一実施形態において、第２の導体１８０は、第１の導体１２０よりも薄く形成する場合がある（あるいは、小型のヒートシンクを形成する）。従って、第２の導体１８０との接触による放熱が減少する。他の実施形態において、第２の導体１８０は、第１の導体１２０よりも薄くするのではなく、第１の導体１２０の材料よりも熱伝導係数が小さい１以上の材料を含むものにする場合がある。従って、第２の導体１８０との接触による放熱が減少する。そのようにした場合であっても、設計上の選択によっては、本明細書に記載する種々の熱分離の実施形態は、第２の導体１８０や、メモリセル１７０の近くにある他の導体にも、適用することができる。
クラッディング１１０は、メモリセル１７０と第１の導体１２０の間の熱伝導係数を低減するとともに、両者の間を電気的に接触させる働きを持つ１以上の材料を含む場合がある。熱伝導係数の低減は、導体１２０とメモリセル１７０を電気的に接続するクラッディング１１０の部分の断面積を小さくすることにより実現してもよい。また、クラッディング１１０の材料として１以上の熱伝導係数の小さい材料を選択することにより、熱伝導係数を低減することもできる。たとえば、クラッディング１１０は、アモルファス金属、ドープド半導体、および／または、強磁性材料、あるいは合金などを含む場合がある。一実施形態において、クラッディング１１０に適した強磁性材料としては、限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂやＣｏＦｅＢなど）、および他の材料などがある。
一実施形態において、クラッディング１１０は磁束ガイドとしての機能を持つ場合がある（例えばクラッディングを１以上の強磁性材料から形成した場合）。すなわち、クラッディング１１０は、第１の導体１２０を流れる電流によって生成された磁界を捕捉することにより、所望の切り替え磁界を生成するのに必要となる電流を低減し、書き込み動作の効率を向上させる。クラッディング１１０を磁束ガイドとして機能させる場合、クラッディング１１０は、書き込み動作中に飽和しない程度の十分な厚さにしなければならない。
熱抵抗領域１３０は、１以上の絶縁体、空気、または真空を含む。熱抵抗領域１３０は通常、第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱抵抗経路として機能する。そのため、書き込み動作の際に熱エネルギーをメモリセル１７０に供給すると（たとえば選択されたメモリセルに電圧パルスを供給することにより）、その熱エネルギーは、第１の導体１２０によって直ぐに放散されるのではなく、メモリセルの中に保持され、メモリセルの温度を上昇させることになる。メモリセルの温度が、具体的にはメモリセル内のデータ層１４０の温度が上昇すると、データ層の保磁力が減少し、それによりメモリセルに対するデータの書き込みが容易になる。第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱伝導経路を最小限に抑えるためには、熱抵抗領域１３０の幅をできる限り広くしなければならない。熱抵抗領域１３０が絶縁体を含むような実施形態の場合、熱抵抗領域１３０の深さは、第１の導体１２０とメモリセル１７０との間の熱伝導が少なくなるように十分に深いものにしなければならない。熱抵抗領域１３０が空気を含む場合や、真空であるような実施形態の場合、領域１３０の深さは、設計上の選択により、小さくしても大きくしてもよい。
絶縁層２１０は、第１の導体１２０およびクラッディング１１０からのメモリセル１７０の熱分離作用を高める働きをする。絶縁層２１０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘ、ＴａＯｘおよび／または他の絶縁性材料から形成することができる。
今説明した構成をさらに一般化すれば、導体１２０、１８０のうちの少なくとも一方とメモリセル１７０との間に２以上の絶縁体を含む構成になるであろう。
データ層１４０は１以上の強磁性材料を含む場合がある。一実施形態において、データ層１４０に適した強磁性材料としては、限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂおよびＣｏＦｅＢなど）および他の材料などがある。
一実施形態において、スペーサ層１５０はトンネル障壁層にする場合がある（たとえば、メモリセル１７０がＴＭＲメモリセルである場合など）。この実施形態の場合、スペーサ層１５０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘ、ＴａＯｘおよび／または他の絶縁性材料から形成される。
他の実施形態において、スペーサ層１５０は非磁性体の導電体層にする場合がある（たとえば、メモリセル１７０がＧＭＲメモリセルである場合など）。この実施形態の場合、スペーサ層１５０は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇおよび／または他の非磁性体の導電性材料などから形成される。
基準層１６０は、単一の材料層または複数の材料層を含む場合がある。たとえば、基準層１６０は１以上の強磁性材料を含む場合がある。一実施形態において、基準層１６０に適した強磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂやＣｏＦｅＢなど）、および他の材料などがある。
メモリ構造２００を形成するプロセスについてはセクションＩＶで説明する。
Ｂ．第２の熱アシスト型磁気メモリ構造のアレイの例を示す平面図
図２Ｂは、図２Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造２００のアレイを示す平面図である。詳しくは、図２Ｂに示すメモリ構造２００は、上記の実施形態を別の視点から描いたものである。各メモリ構造２００は、メモリセル１７０（データ層１４０（図面では見えない）と、スペーサ層１５０（図面では見えない）と、基準層１６０とを含む）と、熱抵抗領域１３０（空気、真空、絶縁体、またはそれら組み合わせを含む）と、クラッディング１１０によって被覆された第１の軸に沿って延びる第１の導体１２０（図面では見えない）と、第１の導体１２０の軸に対して直交するもう１つの軸に沿って延びる第２の導体１８０とを含む。他の実施形態（図示せず）では、クラッディング１１０がスペーサ層１５０で覆われ、見えない場合がある。
ＩＶ．図１Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造を作成するための製造プロセス
図３Ａ〜図３Ｋは、図１Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造を作成するための製造プロセスを示す図である。
図３Ａ〜図３Ｄは、当該技術分野において既知のダマシンプロセスを示す図である。
図３Ａにおいて、当該技術分野において既知のドライエッチングまたはウエットエッチングにより、例えば誘電体材料３００にトレンチをエッチングする。
図３Ｂでは、当該技術分野において既知の方法により、トレンチにクラッディング材料１１０の層を形成する。たとえば、電気めっき、スパッタリングその他の適当な堆積処理により、クラッディング材料１１０を形成することができる。一実施形態において、クラッディング材料１１０の層は後でエッチングされ、図１Ａに示すようなクラッディング１１０を形成することになる。
図３Ｃでは、当該技術分野において既知の方法により、クラッディング材料１１０の上に導電性材料１２０の層を形成する。たとえば、電気めっき、スパッタリングその他の適当な堆積処理により、導電性材料１２０を形成することができる。一実施形態において、導電性材料１２０の層は後でエッチングされ、図１Ａに示すような第１の導体１２０を形成することになる。
図３Ｄでは、導電性材料１２０およびクラッディング材料１１０を化学機械研磨（ＣＭＰ）などのような平坦化プロセスによって平坦化し、図１Ａに示すような第１の導体１２０およびクラッディング１１０をそれぞれ形成する。
図３Ｅでは、第１の導体１２０の上部をエッチングし、クラッディング１１０によって包囲されたトレンチを形成する。一実施形態において、第１の導体１２０は、当該技術分野において既知のイオンエッチングおよび／または他の方法でエッチングされる。
図３Ｆでは、その構造の上に、前の工程で形成されたトレンチを埋めるようにして犠牲層３１０を形成する。犠牲層３１０の材料の例としては、限定はしないが、ポリマー、金属、酸化物などのうちの１以上の材料を用いることができる。犠牲層３１０の材料は、後の工程（以下で説明する）において磁気メモリ構造の他の層に対して実質的に影響を与えることなく除去できるようなものを選択しなければならない。一実施形態において、犠牲層３１０は当該技術分野において既知の堆積および／または他の方法で形成される。
図３Ｇでは、化学機械研磨（ＣＭＰ）等のような平坦化処理によって犠牲層３１０を平坦化し、クラッディング１１０の少なくとも一部が露出されるようにする。
図３Ｈでは、クラッディング１１０および残りの犠牲層３１０の上に、データ層１４０、スペーサ層１５０および基準層１６０を形成する。それらのデータ層、スペーサ層および基準層は、当該技術分野において既知の堆積および／または他の方法（たとえば、スパッタリング、蒸着、化学気相成長、原子層堆積（ＡＬＤ）および／または他の既知の方法など）によって形成される。
図３Ｉでは、当該技術分野において既知のパターニング処理により、データ層１４０、スペーサ層１５０および基準層１６０をパターニングし、メモリセル１７０を形成する。一実施形態において、メモリセル１７０は、クラッディング１１０の少なくとも一部と電気的に接触するが、第１の導体１２０とは接触しない場合がある。なぜなら、残りの犠牲層３１０によってメモリセル１７０が第１の導体１２０から分離されるからである。当業者であれば、図示したメモリセル１７０が例に過ぎないことが分かるであろう。設計上の選択によっては、本明細書に記載した種々の実施形態を用いて、他の構成を実現することも可能である。たとえば、メモリセル１７０の１または複数の層を小さくしたり大きくしたり、厚くしたり薄くしたりすることもでき、メモリセル１７０の１または複数の層の形状を互いに異なるものにすることもでき、メモリセル１７０をクラッディング１１０の露出部分の一部とだけ接触させることもでき、メモリセル１７０に補助的な層をさらに追加することもでき、メモリセル１７０を下側ピン止め構成にすることもできる。
図３Ｊでは、メモリセル１７０の下であって且つ第１の導体１２０の上にある残りの犠牲層３１０を除去し、熱抵抗領域１３０を形成する。一実施形態において、残りの犠牲層３１０は、当該技術分野において既知のエッチング方法（ウエットエッチングまたはドライエッチング）によって除去される。たとえば、ウエットエッチングを使用する場合、残りの犠牲層３１０は優先的にエッチングするが、磁気メモリ構造内の他の層は実質的にエッチングしないような化学薬品が使用される。他の実施形態において、犠牲層３１０が１または複数の絶縁性材料を含むときは、図３Ｉに示すように、残りの犠牲層３１０の一部または全てを除去しない場合もある。
図３Ｋでは、当該技術分野において既知の堆積方法およびパターニング方法により、メモリセル１７０の上に第２の導体１８０を形成する。
図３Ｋに示す磁気メモリ構造の場合、メモリセル１７０は熱抵抗領域１３０によって第１の導体１２０から熱的に分離される。従って、メモリセル１７０を加熱したとき（たとえば、第２の導体１８０のような加熱線によって供給された電圧パルスにより）、メモリセル１７０は、メモリセル１７０を第１の導体１２０に対して熱的に強く接触させた場合よりも、高い温度にまで達することが可能になる。放熱を最小限に抑えるためにメモリセル１７０のわずかな面積としか接触しないクラディング１１０は、メモリセル１７０と第１の導体１２０を電気的に接触させる働きをする。また、クラッディング１１０は、第１の導体１２０を流れる電流によって生成された磁界を捕捉することにより、メモリセル１７０に対して書き込みを行なうのに必要となる切り替え電流を低減する、磁束ガイドとしての機能をさらに有する場合がある。
上記の製造工程は単なる例にすぎない。特定の実施形態の要件に従って異なる製造工程を使用する場合もあることは、当業者であれば明らかであろう。たとえば、図３Ａ〜図３Ｋに示したような種々の層は異なる製造順序（たとえば、まず下側ピン止めメモリ構造の基準層１６０を形成し、第２の導体１８０を形成した後でメモリセル１７０の下にある残りの犠牲層３１０を除去するなど）に従って形成することもでき、１以上の層を同時に形成することもでき、異なる材料からなる１以上の層を組み合わせて１つの層（たとえばデータ層）を形成することもでき、メモリセル１７０の近くに補助的な層（たとえば補助的な導体）をさらに追加して形成することもできる。当業者であれば、設計上の選択により、本明細書に記載した種々の熱分離の実施形態が、メモリセル１７０の近くにある他の導体にも適用できるものであることは、明らかであろう。
また、上記のＴＭＲメモリセルも単なる例にすぎない。特定の実施形態の要件に従って異なる種類のメモリセル（たとえば、ＧＭＲメモリセルなど）を構成することも可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、ＧＭＲメモリセルを構成したい場合、スペーサ層１５０は非磁性体の導電体層にすることができる。
Ｖ．図２Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造を作成するための製造プロセス
図４Ａ〜図４Ｌは、図２Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造を作成するための製造プロセスを示す図である。
図４Ａ〜図４Ｇは、上のセクションＶＩで図３Ａ〜図３Ｇについて説明したプロセスと同じようなプロセスを示す図である。
図４Ｈにおいて、当該技術分野において既知の堆積方法および／または他の方法により、絶縁層２１０を形成する。一実施形態において、絶縁層は誘電体材料を含む場合がある。
図４Ｉでは、任意選択で、当該技術分野において既知のパターニング処理により、絶縁層２１０をパターニングする。一実施形態では、パターニングされた絶縁層２１０が、残りの犠牲層４１０と、クラッディング１１０の少なくとも一部とを覆うようにする。絶縁層２１０を図４Ｉに示すような独立したパターニング処理でパターニングする必要は、必ずしもない。絶縁層２１０は、たとえば第２の導体１８０をパターニングするとき（図４Ｊを参照）に同時にパターニングしてもよいし、あるいは、メモリ構造２００内の１または複数の他の層（図示せず）をパターニングするときにパターニングにしてもよい。また、絶縁層２１０をメモリセル１７０と同じ寸法にパターニングする必要は必ずしもない。たとえば、絶縁層２１０の幅はメモリセル１７０の幅よりも広くしてもよい。熱抵抗領域１３０が絶縁性材料を含むような実施形態のときは、絶縁層２１０をパターニングせずにそのままにする場合もある。図４Ｊでは、当該技術分野において既知の堆積方法およびパターニング方法により、パターニングされた絶縁層２１０の上に第２の導体１８０を形成する。
図４Ｋでは、第２の導体１８０の上に、データ層１４０、スペーサ層１５０および基準層１６０を含むメモリセル１７０を形成する。それらの層は、当該技術分野において既知の堆積方法および／または他の方法（たとえば、スパッタリング、蒸着、化学気相成長、原子層堆積（ＡＬＤ）および／または他の既知の方法）によって形成され、当該技術分野において既知のパターニング処理によってパターニングされる。一実施形態において、メモリセル１７０は、第２の導体１８０と電気的に接触するように形成される。当業者であれば、図示のメモリセル１７０が単なる例にすぎないことは明らかであろう。設計上の選択によっては、本明細書に記載した種々の実施形態を用いて、他の構成を実現することも可能である。たとえば、メモリセル１７０の１または複数の層を小さくしたり大きくしたり、厚くしたり薄くしたりすることもでき、メモリセル１７０の１または複数の層の形状を互いに異なるものにすることもでき、メモリセル１７０に補助的な層をさらに追加することもでき、メモリセル１７０を下側ピン止め構成にすることもできる。
図４Ｌでは、パターニングされた絶縁層２１０の下であって且つ第１の導体１２０の上にある残りの犠牲層４１０を除去し、熱抵抗領域１３０を形成する。一実施形態において、犠牲層４１０は、当該技術分野において既知のエッチング方法（ウエットエッチングまたはドライエッチング）によって除去される。たとえば、ウエットエッチングを使用する場合、残りの犠牲層４１０は優先的にエッチングするが、磁気メモリ構造内の他の層は実質的にエッチングしないような化学薬品が使用される。他の実施形態において、犠牲層４１０が１または複数の絶縁性材料を含むときは、残りの犠牲層４１０の一部または全てを除去しない場合もある。
図４Ｌに示す磁気メモリ構造の場合、メモリセル１７０は、絶縁層２１０および熱抵抗領域１３０によって第１の導体１２０から熱的および電気的に分離される。従って、メモリセル１７０を加熱したとき（たとえば、加熱線によって供給された電圧パルスにより）、メモリセル１７０は、より高い温度にまで達することが可能にある。
図４Ｌに示す実施形態の場合、メモリセル１７０が第１の導体１２０と電気的に接触しない。そのため、メモリセル１７０の近くに別の導体（図示せず）を設けて、読出し／書き込み動作中の選択性を提供することができる。当業者であれば、本明細書で説明した種々の熱分離の実施形態が、設計上の選択に応じて、第２の導体１８０のようなメモリセル１７０の近くにある他の導体にも適用される場合もある、ということが分かるであろう。
上記の製造工程は単なる例にすぎない。特定の実施形態の要件に従って異なる製造工程を使用する場合もあることは、当業者であれば明らかであろう。図４Ａ〜図４Ｌに示したような種々の層は異なる製造順序（たとえば、まず下側ピン止めメモリ構造の基準層１６０を形成し、第２の導体１８０を形成した後でメモリセル１７０の下にある残りの犠牲層４１０を除去するなど）に従って形成することもでき、１以上の層を同時に形成することもでき、異なる材料からなる１以上の層を組み合わせて１つの層（たとえばデータ層）を形成することもでき、メモリセル１７０の近くに補助的な層（たとえば補助的な導体）を追加して形成することもできる。
また、上記のＴＭＲメモリセルも単なる例にすぎない。特定の実施形態の要件に従って異なる種類のメモリセル（たとえば、ＧＭＲメモリセルなど）を構成することも可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、ＧＭＲメモリセルを構成したい場合、スペーサ層１５０は非磁性体の導電体層にすることができる。
ＶＩ．熱抵抗領域を形成するプロセスの例
当業者であれば、図１Ａおよび図２Ａに示した熱抵抗領域１３０を、上記のセクションＶＩおよびＶに記載したプロセス以外のプロセスで形成することも可能であることが、分かるであろう。たとえば、図５Ａ〜図５Ｃは、熱抵抗領域を形成するための他のプロセスを示す図である。詳しくは、図５Ａ〜図５Ｃは、熱抵抗領域の少なくとも一部に空気または真空を含むような熱抵抗領域を形成するプロセスを示している。
図５Ａにおいて、当該技術分野において既知のエッチング方法および／または他の方法により、基板５００にトレンチを形成する。
図５Ｂでは、当該技術分野において既知の、入射角の大きな堆積方法を用いて、トレンチの側壁を優先的にコーティングする誘電体材料のような材料５１０の層を堆積させる。入射角とは、入射する原子と基板法線との間の角度のことである。最終的には、対向する側壁に堆積された材料５１０が互いにぶつかり合い、堆積された材料５１０の下に密閉された熱抵抗領域５２０が形成される。
図５Ｃでは、当該技術分野において既知の方法により、堆積された材料５１０を平坦化する。
上記の製造工程は単なる例にすぎない。当業者であれば、特定の実施形態の要件に従って他の製造工程を使用することも可能であることが分かるであろう。
ＶＩＩ．結び
本明細書で説明した種々の熱分離の実施形態は、磁気メモリ構造に限定されない。たとえば、それらの実施形態は、設計上の選択により、相変化メモリ構造やその他のメモリ構造を含む、非磁気メモリ構造における１または複数の導体にも適用することができる。
上記の例は、記載した実施形態をもとにして当業者が他の実施形態、変形、および変更を理解することができるように、特定の実施形態を示したものである。従って、本発明がそれらの特定の実施形態に限定されることはなく、本発明は特許請求の範囲によって規定される。
熱アシスト型磁気メモリ構造を示す立面図である。 図１Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造のアレイを示す平面図である。 他の熱アシスト型磁気メモリ構造を示す立面図である。 図２Ａの熱アシスト型磁気メモリ構造のアレイを示す平面図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図１Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 図２Ａの磁気メモリ構造を形成するプロセスの一工程を示す図である。 磁気メモリ構造の熱抵抗領域を形成するプロセスの一工程を示す図である。 磁気メモリ構造の熱抵抗領域を形成するプロセスの一工程を示す図である。 磁気メモリ構造の熱抵抗領域を形成するプロセスの一工程を示す図である。

Claims (11)

  1. クラッディングによって概ね包囲された第１の導体と、
    熱抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルと、
    前記メモリセルと電気的に接触する第２の導体と
    からなる、熱アシスト型磁気メモリ構造。
  2. 前記熱抵抗領域は空気を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造。
  3. 前記熱抵抗領域は真空を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造。
  4. 前記熱抵抗領域は絶縁体を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造。
  5. 前記クラッディングは熱伝導率の低い材料を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造。
  6. 前記クラッディングは強磁性材料を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造。
  7. 熱アシスト型磁気メモリ構造を製造する方法であって、クラッディングによって概ね包囲された第１の導体を形成すること、第２の導体を形成すること、および、前記第２の導体と電気的に接触し、前記抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルを形成することからなる方法。
  8. 前記第１の導体および前記クラッディングの上に犠牲層を形成すること、前記クラッディングの一部が露出されるまで前記犠牲層を平坦化すること、前記犠牲層の上に前記磁気メモリ構造の補助的な層をさらに形成すること、および前記犠牲層の少なくとも一部を除去することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記クラッディングの少なくとも２つの側壁に材料を堆積させ、前記側壁上の材料の一部がぶつかり合って前記材料の下に熱抵抗領域が密閉されるまで前記材料を堆積させること、および前記クラッディングの一部が露出されるまで前記材料を平坦化することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  10. 複数の熱アシスト型磁気メモリ構造を含む不揮発性メモリアレイであって、前記磁気メモリ構造のそれぞれが、クラッディングによって概ね包囲された第１の導体を形成すること、第２の導体を形成すること、および前記第２の導体と電気的に接触し、前記抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルを形成することからなるプロセスによって作成される、不揮発性メモリアレイ。
  11. 熱アシスト型磁気メモリ構造のアレイに接続されたマイクロプロセッサを含むコンピュータ製品であって、前記熱アシスト型磁気メモリ構造のそれぞれが、
    クラッディングによって概ね包囲された第１の導体と、
    熱抵抗領域によって前記第１の導体から熱的に分離されたメモリセルと、
    該メモリセルと電気的に接触する第２の導体とからなる、コンピュータ製品。
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