JP2006196897A - 磁気メモリ素子の切替えを熱的に支援するためのｒｆ電磁界加熱式ダイオード - Google Patents
磁気メモリ素子の切替えを熱的に支援するためのｒｆ電磁界加熱式ダイオード Download PDFInfo
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Abstract
【課題】熱支援型磁気メモリ構造において、従来とは異なる態様でメモリ素子の近くにあるダイオードを加熱すること
【解決手段】熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイは、複数の磁気メモリ素子(100)を含み、各磁気メモリ素子(100)はダイオード(410)の近くにある。高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって、選択された磁気メモリ素子(100)の近くにあるダイオード(410)を加熱することができる。加熱されたダイオード(410)を用いて、選択された磁気メモリ素子(100)の温度を上げて、書込み電流を加える際に磁気メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを熱により支援することができる。
【選択図】図５
【解決手段】熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイは、複数の磁気メモリ素子(100)を含み、各磁気メモリ素子(100)はダイオード(410)の近くにある。高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって、選択された磁気メモリ素子(100)の近くにあるダイオード(410)を加熱することができる。加熱されたダイオード(410)を用いて、選択された磁気メモリ素子(100)の温度を上げて、書込み電流を加える際に磁気メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを熱により支援することができる。
【選択図】図５
Description
本発明は、磁気メモリ素子の切替えを熱的に支援するためのＲＦ電磁界加熱式ダイオードに関する。
メモリチップは一般に、シリコンウェーハ上に堆積され、列導電性リード線（ビット線）及び行導電性リード線（ワード線）のアレイを介してアドレス指定可能な複数のメモリ素子を含む。一般に、メモリ素子はビット線及びワード線の交差部分に配置される。メモリ素子は、データが読み出されるか、又はデータが書き込まれる行及び列を特定するなどの機能を実行する専用の回路によって制御される。一般に、各メモリ素子は、１ビットのデータを表す「１」又は「０」の形でデータを格納する。
磁気メモリ素子のアレイは、磁気ランダムアクセスメモリ、即ちＭＲＡＭと呼ぶことができる。ＭＲＡＭは一般に、不揮発性メモリ（即ち、電源がオフされる場合でもデータを保持する固体チップ）である。図１は、関連技術におけるＭＲＡＭの例示的な磁気メモリ素子１００を示す。磁気メモリ素子１００は、少なくとも１つの中間層１２０によって互いから分離されたデータ層１１０及び基準層１３０を含む。データ層１１０はビット層、記憶層、又はセンス層と呼ばれる場合もある。磁気メモリ素子では、１ビットのデータ（例えば、「１」又は「０」）は、１つ又は複数の導電性リード線（例えば、ビット線及びワード線）を介してデータ層１１０に「書込み」を行うことにより格納され得る。典型的なデータ層１１０は、１つ又は複数の強磁性材料から形成され得る。書込み動作は一般に、合成される場合に、データ層内の磁気モーメントの向きを所定の方向に設定する２つの外部磁界を生成する書込み電流によって達成される。
一旦書き込まれると、格納されたデータビットは、１つ又は複数の導電性リード線（例えば、読出し線）を通じて磁気メモリ素子に読出し電流を供給することにより読み出され得る。各メモリ素子に関して、データ層１１０及び基準層１３０の磁気モーメントの向きは、互いに対して平行である（同じ方向を向く）か、又は反平行である（異なる方向を向く）かのいずれかになる。平行の度合いは素子の抵抗に影響を及ぼし、この抵抗は、読出し電流に応答してメモリ素子によって生成される出力電流又は出力電圧をセンシングする（例えば、センス増幅器を用いる）ことにより求められ得る。
より具体的には、磁気モーメントが平行である場合には、出力電流に基づいて求められる抵抗は第１の相対的な値を有する（例えば、相対的に低い）。磁気モーメントが反平行である場合には、求められる抵抗は第２の相対的な値を有する（例えば、相対的に高い）。２つの状態（即ち、平行及び反平行）の相対的な値は一般に、明確にセンシングされるほど十分に異なる。「１」又は「０」を、設計仕様に応じて、それぞれの相対的な抵抗値に割り当てることができる。
中間層１２０は、スペーサ層とも呼ばれる場合があり、絶縁性材料（例えば、誘電体）、非磁性の導電性材料、及び／又は他の既知の材料からなることができる。
上記の層及びそれらの個々の特性は、当該技術分野において知られているトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果に基づく磁気メモリ素子では典型的なものである。また、ＴＭＲ効果に基づく磁気メモリ素子を形成するために、層及び特性の他の組み合わせを用いることもできる。
磁気メモリ素子のさらに他の構成は、他のよく知られている物理的効果（例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）、及び／又は他の物理的効果）に基づく。
本明細書の全体にわたって、最初に上述されたようなＴＭＲメモリ素子に関連して種々の例示的な実施形態が説明される。また、当業者には容易に理解されるように、それらの例示的な実施形態が、個々の具現化形態の要件に従って、当該技術分野において知られている他のタイプの磁気メモリ素子（例えば、他のタイプのＴＭＲメモリ素子、ＧＭＲメモリ素子、ＡＭＲメモリ素子、ＣＭＲメモリ素子など）を用いて実施され得る。
ＭＲＡＭ内のメモリ素子を選択し、且つメモリ素子に対してデータの読出し又は書込みを行うために用いられる種々の導電性リード線（例えば、ビット線、ワード線、及び読出し線）が、導電層（単数又は複数）と呼ばれる、１つ又は複数の追加の層によって提供される。図２は、読出し動作又は書込み動作中にビット線２１０ａ〜２１０ｂ、ワード線２２０ａ〜２２０ｂ、及び読出し線（図示せず）によって選択することができる磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄを含む例示的なメモリアレイ２００を示す。磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄは概して、ビット線２１０ａ〜２１０ｂとワード線２２０ａ〜２２０ｂとの交点に配置される。
読出し線は、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ又はワード線２２０ａ〜２２０ｂの上又は下に（それらの線から絶縁されて）配置され得るか、又は個々の具現化形態に応じて任意の他の適切な構成で配置され得る。
上述したような従来の磁気メモリ素子は、選択されたメモリ素子において交差するビット線及びワード線に流れる電流が、その選択されたメモリ素子のデータ層の磁気的な向きを切り替えるのに十分な合成磁界を生成する際に書き込まれ得る。磁気メモリ素子が加熱される（例えば、室温よりも高い温度まで加熱される）場合に、データ層の磁気的な向きを、さらに容易に（例えば、より小さな合成磁界によって）切り替えることができることがわかっている。このため、多くの場合に、メモリ素子の磁気的な向きの切替えを、熱により支援する機構を備えることが望ましい。
熱による支援は一般に、メモリ素子と接触するか、又はその近くにあるヒータ構造体によって提供される。例えば、メモリ素子と直列に接続されたダイオードが、メモリ素子を加熱するためのヒータとしての役割を果たすように実施された。これらのダイオードは、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を印加して、ダイオードに逆方向電流が流れるようにすることにより加熱される。従って、逆方向電流がダイオードを加熱する。しかしながら、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を印加することは、コストがかかる可能性がある。
米国特許出願第１０／１５１，９１３号
従って、低い電圧で、且つ必ずしもダイオードに電流を流すことなく、メモリ素子の近くにある（例えば、メモリ素子に直列に結合される）ダイオードを加熱するための別の方法が求められている。
熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイは、複数の磁気メモリ素子を含み、各磁気メモリ素子はダイオードの近くにある。近くの高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって、選択された磁気メモリ素子の近くにあるダイオードを加熱することができる。加熱されたダイオードを用いて、選択された磁気メモリ素子の温度を上げて、書込み電流を加える際に磁気メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを熱により支援することができる。
また、他の実施形態及び具現化形態も以下に説明される。
本発明によれば、磁気メモリ構造において、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を必ずしも印加することなく、磁気メモリ素子の近くにあるダイオードを加熱することが可能になる。
Ｉ．概要
セクションIIは、磁気メモリ素子の飽和保磁力への熱の典型的な影響を説明する。
セクションIIIは、磁気メモリ素子の近くにダイオードを配置するための理由を説明する。
セクションＩＶは、ダイオードを加熱するための例示的な別の技術を説明する。
セクションＶは、セクションＩＶで説明されたように加熱され得る磁気メモリ構造を形成するための例示的なプロセスを説明する。
セクションＶＩは、セクションＶの磁気メモリ構造の例示的な平面図を説明する。
セクションＶIIは、例示的な磁気メモリ構造の例示的な応用形態を説明する。
セクションIIは、磁気メモリ素子の飽和保磁力への熱の典型的な影響を説明する。
セクションIIIは、磁気メモリ素子の近くにダイオードを配置するための理由を説明する。
セクションＩＶは、ダイオードを加熱するための例示的な別の技術を説明する。
セクションＶは、セクションＩＶで説明されたように加熱され得る磁気メモリ構造を形成するための例示的なプロセスを説明する。
セクションＶＩは、セクションＶの磁気メモリ構造の例示的な平面図を説明する。
セクションＶIIは、例示的な磁気メモリ構造の例示的な応用形態を説明する。
II．飽和保磁力への熱の典型的な影響
多くの従来のＭＲＡＭでは、メモリ素子内のデータ層の磁気的な向きを切り替えることにより、「１」又は「０」がメモリ素子に書き込まれる。磁気的な向きは一般に、メモリ素子の上下に１つずつある２つの直交する書込み導体（即ち、ビット線及びワード線）に流れる書込み電流（Ｉｘ，Ｉｙ）から生じる磁界（のベクトル和）によって切り替えられる。選択されたメモリ素子はビット線磁界及びワード線磁界を受け、一方、選択された行及び列上の他のメモリ素子はビット線磁界及びワード線磁界のうちの片方のみを受ける。
多くの従来のＭＲＡＭでは、メモリ素子内のデータ層の磁気的な向きを切り替えることにより、「１」又は「０」がメモリ素子に書き込まれる。磁気的な向きは一般に、メモリ素子の上下に１つずつある２つの直交する書込み導体（即ち、ビット線及びワード線）に流れる書込み電流（Ｉｘ，Ｉｙ）から生じる磁界（のベクトル和）によって切り替えられる。選択されたメモリ素子はビット線磁界及びワード線磁界を受け、一方、選択された行及び列上の他のメモリ素子はビット線磁界及びワード線磁界のうちの片方のみを受ける。
熱支援型（ただし他の点では従来どおりの）ＭＲＡＭでは、選択されたメモリ素子が書込み動作の直前又はその最中に加熱される。増加した熱の結果として、加熱されたメモリ素子の飽和保磁力（即ち、メモリ素子の磁気的な向きを切り替えることの容易性）が低減され、そのメモリ素子に書き込むために必要とされる切替え磁界が、より小さくなる。
図３Ａは、室温における飽和保磁力（Ｈｃ）の例示的なグラフを示し、図３Ｂは、高温（例えば、室温よりも５０℃高い温度）における飽和保磁力（Ｈｃ）の例示的なグラフを示す。高温では、磁気メモリ素子のデータ層の磁気的な向きは、より低い合成磁界で切り替わる。従って、磁気メモリ素子を加熱することにより、書込み電流（Ｉｘ，Ｉｙ）のうちの一方又は両方の大きさを低減することが可能になる。しかし、１つ又は複数の書込み電流の大きさを低減しない場合であっても、合成磁界が存在する状態で、加熱された磁気メモリ素子が切り替わる信頼性は、加熱されない磁気メモリ素子よりも高くなるであろう。かくして、所望の切替え信頼性に応じて、選択された磁気メモリ素子を加熱する程度、及びメモリ素子に加えられる書込み電流を調整（例えば、トレードオフ）することができる。
III．磁気メモリ素子に非常に接近して配置されるダイオード
図４は、読出し動作又は書込み動作中に、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ、ワード線２２０ａ〜２２０ｂ、及び読出し線（図示せず）によって選択することができる磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄを含む例示的なメモリアレイ４００を示す。磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄは概して、ビット線２１０ａ〜２１０ｂとワード線２２０ａ〜２２０ｂとの交点に配置されるが、必ずしもビット線２１０及びワード線２２０と電気的に接触する必要はない。読出し線は、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ又はワード線２２０ａ〜２２０ｂの上又は下に（それらの線から絶縁されて）配置され得るか、又は個々の具現化形態に応じて任意の他の適切な構成で配置され得る。いくつかの他の具現化形態では、読出し線は不要な場合がある。これらの具現化形態では、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ又はワード線２２０ａ〜２２０ｂのうちの１つ又は複数を読出し線として用いることができる。また、例示的なメモリアレイ４００は、磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄの近くにダイオード４１０ａ〜４１０ｄも含む。例示的な具現化形態では、ダイオード４１０ａ〜４１０ｄは、それぞれの磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄに直列に結合される。
図４は、読出し動作又は書込み動作中に、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ、ワード線２２０ａ〜２２０ｂ、及び読出し線（図示せず）によって選択することができる磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄを含む例示的なメモリアレイ４００を示す。磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄは概して、ビット線２１０ａ〜２１０ｂとワード線２２０ａ〜２２０ｂとの交点に配置されるが、必ずしもビット線２１０及びワード線２２０と電気的に接触する必要はない。読出し線は、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ又はワード線２２０ａ〜２２０ｂの上又は下に（それらの線から絶縁されて）配置され得るか、又は個々の具現化形態に応じて任意の他の適切な構成で配置され得る。いくつかの他の具現化形態では、読出し線は不要な場合がある。これらの具現化形態では、ビット線２１０ａ〜２１０ｂ又はワード線２２０ａ〜２２０ｂのうちの１つ又は複数を読出し線として用いることができる。また、例示的なメモリアレイ４００は、磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄの近くにダイオード４１０ａ〜４１０ｄも含む。例示的な具現化形態では、ダイオード４１０ａ〜４１０ｄは、それぞれの磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｄに直列に結合される。
磁気メモリ素子に直列に結合されたダイオードは、多くの利点を提供することができる。例えば、それらのダイオードは、任意の選択されない磁気メモリ素子に流れる望ましくない電流を減らす、及び／又は望ましくない電流がそれに流れるのを防ぐことができる。さらに、それらのダイオードは、任意の選択されない磁気メモリ素子を介した実効インピーダンスを高めることができる。インピーダンスを高めることにより、読出し動作中にセンシングされる電流の減衰が小さくされ、また雑音が減少することもわかっている。従って、信号対雑音比を改善することができる。また、磁気メモリ素子と直列にダイオードを結合することにより、メモリアレイ内の選択されない経路の抵抗を高めて、選択されないメモリ素子によって書込み電流が分流されないようにすることができるので、書込み電流の均一性を改善することもできる。磁気メモリ素子に直列に結合されるダイオードのこれらの利点及び他の利点は、本特許出願と同じ譲受人に譲渡された、Perner他による係属中の特許文献１にさらに詳細に説明され、その係属中の特許文献は、全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
上述した多くの利点に加えて、磁気メモリ素子に直列に結合される（又は、単に非常に接近して配置される）ダイオードは、それらの個々の素子を加熱するためのヒータとして用いることもできる。例えば、近くの加熱されたダイオードによって、選択されたメモリ素子を加熱することができる。例えば、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を印加して、ダイオードに逆方向電流が流れるようにすることにより、ダイオードを加熱することができる。従って、逆方向電流がダイオードを加熱する。
ダイオードを加熱するための別の態様が、本発明の対象であり、本明細書において説明される。
ＩＶ．ダイオードを加熱するための例示的な別の技術
図５は、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を必ずしも印加することなく、磁気メモリ素子の近くにあるダイオードを加熱することを可能にする例示的な磁気メモリ構造５００を示す。
図５は、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を必ずしも印加することなく、磁気メモリ素子の近くにあるダイオードを加熱することを可能にする例示的な磁気メモリ構造５００を示す。
メモリ構造５００は、磁気メモリ素子１００（それはデータ層１１０、スペーサ層１２０、及び基準層１３０を含む）と、磁気メモリ素子１００の近くにある（例えば、磁気メモリ素子１００に直列に結合される）ダイオード４１０と、第１の書込み導体２１０（例えば、ビット線）及び第２の書込み導体２２０（例えば、ワード線）と、一対の追加の導体５２０ａ〜５２０ｂと、第１の書込み導体２１０を追加の導体５２０ａ〜５２０ｂから絶縁するための絶縁材料（例えば、誘電体）５１０とを含む。
メモリ構造５００では、ダイオード４１０は高周波電磁界からのエネルギーを吸収することができる１つ又は複数の材料を含む。例えば、ダイオード４１０はアモルファスシリコン及び／又は微結晶シリコンを含むことができる。ダイオードの物理的な構造は、ｐ型シリコン層の上にｎ型シリコン層を含むことができる（又はその逆）。当業者には理解されるように、代案として当該技術分野において知られている他のダイオード構造（例えば、異なる幾何学的形状）を実施することができる。
ダイオード４１０は、特定のダイオード材料（単数又は複数）に適した周波数で追加の導体５２０ａ〜５２０ｂに小さな電流を供給することにより加熱され得る。追加の導体５２０ａ〜５２０ｂに流れる電流は、ダイオード４１０によって吸収可能な高周波電磁界を生成する。そして、高周波電磁界を吸収した結果として、ダイオード４１０は加熱される。一般に、追加の導体５２０ａ〜５２０ｂの電流は、ダイオードの破壊電圧よりも低い電圧を印加することにより供給されることができ、ダイオードを加熱するために、ダイオードにほとんど、又は全く電流を流す必要はない。
ダイオード４１０は、例えば、書込み動作の直前又はその最中に磁気メモリ素子１００のデータ層１１０を加熱できるほど十分に近くに配置されるのであれば、磁気メモリ素子１００を加熱するために磁気メモリ素子１００に直列に結合される必要はない。例えば、ダイオード４１０は、代わりに、基準層１３０に隣接して（例えば、その上に）配置されてもよい。しかしながら、ダイオード４１０が磁気メモリ素子１００に直列に結合される場合には、ダイオード４１０は、セクションIIIにおいて上述したような、さらなる利点を提供することもできる。
例示的な具現化形態では、追加の導体５２０ａ〜５２０ｂは、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇのような１つ又は複数の導電性材料、上記の導電性材料のうちの１つ又は複数からなる合金、及び／又は他の導電性材料（単数又は複数）及び合金（単数又は複数）からなる。
図５に示された追加の導体５２０ａ〜５２０ｂ及びダイオード４１０の物理的な構造は例示にすぎない。当業者には容易に理解されるように、ダイオード４１０を所望の温度まで加熱するために、導体から放出される高周波電磁界をダイオード４１０が有効に吸収できるように、ダイオード４１０に隣接して（例えば、ダイオード４１０の近傍に、又は近くなどに）追加の導体５２０ａ〜５２０ｂを実装することができる。
追加の層を有するメモリ構造も当該技術分野において知られており、特定の設計上の選択に応じて、本明細書において説明される種々の実施形態において係るメモリ構造を実施することができる。例えば、別の磁気メモリ構造は、シード層、反強磁性（ＡＦＭ）層、保護キャップ層、及び／又は他の層を含むこともできる。シード層はＡＦＭ層内の結晶配向を高める。シード層の例示的な材料は、Ｔａ、Ｒｕ、ＮｉＦｅ、Ｃｕ又はこれらの材料の組み合わせを含む。ＡＦＭ層は、基準層１３０内の磁気的な安定性を高める。ＡＦＭ層の例示的な材料は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、及び／又は他のよく知られた材料を含む。保護キャップ層は、データ層１１０を環境から（例えば、データ層１１０の酸化を低減することにより）保護し、当該技術分野において知られている任意の適切な材料を用いて形成され得る。保護キャップ層の例示的な材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、及び／又はさらに他の材料を含む。説明を容易にするために、これらの追加の層は図面に示されない。
書込み導体２１０及び２２０は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、上記の導電性材料のうちの１つ又は複数からなる合金、及び／又は他の導電性材料（単数又は複数）及び合金（単数又は複数）から形成され得る。書込み導体２１０及び２２０は、堆積又は当該技術分野において知られている他の技術（例えば、スパッタリング、蒸着、電気めっきなど）によって形成され得る。図５に示された書込み導体２１０及び２２０は例示にすぎない。当業者には理解されるように、任意の特定の設計上の選択に応じて、他の構造も実施することができる。例えば、１つ又は複数の書込み導体２１０及び２２０は、強磁性被覆材料によって少なくとも部分的に被覆され得るか、又は断熱材料（例えば、誘電体、空気、真空など）などによってメモリ素子１００から断熱され得る。クラッディング（被覆）が実施される場合には、そのクラッディングは、低い熱伝導率（例えば、アモルファス金属、ドープされた半導体、及び／又は他の材料又は合金）及び／又は強磁性の性質を有する１つ又は複数の材料からなることができる。例えば、第２の書込み導体２２０においてクラッディングが実施される場合には、メモリ素子１００は、書込み導体２２０の代わりに、そのクラッディングの一部と電気的に接触し、書込み導体２２０を介した熱伝達を低減することができる。
データ層１１０は、１つ又は複数の強磁性材料を含むことができる。例示的な実施形態では、データ層１１０に適した強磁性材料は、以下に限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、アモルファス強磁性合金（例えば、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ）及び他の材料を含む。例示的な具現化形態では、データ層１１０は、反強磁性体（ＡＦＭ）と接触している強磁性体（ＦＭ）からなる。ＦＭ層をＡＦＭ層に結合することにより、データ層の飽和保磁力の所望の温度依存性を得ることができる。例えば、大きなＦＭ−ＡＦＭ交換異方性に起因して、室温において高い飽和保磁力を達成することができる。高い室温飽和保磁力によって、選択された行及び／又は列上にある選択されていないメモリ素子が偶発的に書き込まれるのを防ぐことができる。ＡＦＭ材料の例は、以下に限定はしないが、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）、ニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、プラチナマンガン（ＰｔＭｎ）、及び／又は他の材料を含む。
例示的な実施形態では、スペーサ層１２０はトンネル障壁層である（例えば、メモリ素子１００がＴＭＲメモリ素子の場合）。この実施形態では、スペーサ層１２０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮｘ及び／又は他の絶縁材料から作成され得る。
別の例示的な実施形態では、スペーサ層１２０は非磁性の導電層である（例えば、メモリ素子１００がＧＭＲメモリ素子の場合）。この実施形態では、スペーサ層１２０は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ及び／又は他の非磁性の導電性材料から作成され得る。
基準層１３０は、単一の材料層、又は複数の材料層からなることができる。例えば、基準層１３０は、１つ又は複数の強磁性材料を含むことができる。例示的な実施形態では、基準層１３０に適した強磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、アモルファス強磁性合金（例えば、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ）、及び他の材料を含む。
一般に、メモリ構造は、上側ピン留め構造（基準層１３０がデータ層１１０の上にある構造）又は下側ピン留め構造（基準層１３０がデータ層１１０の下にある構造）で形成され得る。図５は例示的な上側ピン留め構造を示し、図６は例示的な下側ピン留め構造を示す。
図６は、例示的な磁気メモリ構造６００を示す。磁気メモリ構造６００では、ダイオード４１０は（下側ピン留め）磁気メモリ素子１００の上に設けられる。図示されるようなダイオード４１０の配置は例示にすぎないことは当業者には理解されよう。さらに、ダイオード４１０は、例えば書込み動作の直前又はその最中に磁気メモリ素子１００のデータ層１１０を加熱するのに十分に近くに配置されるのであれば、磁気メモリ素子１００を加熱するために磁気メモリ素子１００に直列に結合される必要はない。例えば、ダイオード４１０は、代わりに、基準層１３０に隣接して（例えば、基準層の下に）配置され得る。
以下の図７は、メモリ構造５００又は６００を作成するための例示的なプロセスを説明する。
Ｖ．図５又は図６の磁気メモリ構造を作成するための例示的なプロセス
図７は、磁気メモリ構造５００又は６００を作成するための１つの例示的なプロセスを示す。図８Ａ〜図８Ｆは、図７のプロセスステップに従って作成される例示的な磁気メモリ構造を示す。
図７は、磁気メモリ構造５００又は６００を作成するための１つの例示的なプロセスを示す。図８Ａ〜図８Ｆは、図７のプロセスステップに従って作成される例示的な磁気メモリ構造を示す。
ステップ７１０では、堆積又は当該技術分野において知られている他の類似の技術によって、誘電体材料の層が形成される。例示的な具現化形態では、形成される誘電体材料は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のような平坦化プロセスによって平坦化される。図８Ａは、例示的な平坦化された誘電体材料の層８１０を示す。
ステップ７２０では、当該技術分野において知られているドライエッチングプロセス又はウエットエッチングプロセスによって、誘電体材料内にトレンチが形成される。図８Ｂは、トレンチ８２０を有する例示的な誘電体材料の層８１０を示す。
ステップ７３０では、堆積又は当該技術分野において知られている他の類似の技術によって、導電性材料の層が形成される。図８Ｃは、誘電体材料の層８１０上にある例示的な導電性材料の層８３０を示す。
ステップ７４０では、異方性エッチングを実行して、導電性材料を特異的にエッチングする。例示的な具現化形態では、異方性エッチングによって、上側表面及び下側表面上にある導電性材料が除去されるが、トレンチの側壁上の導電性材料が実質的に無傷のまま残される。異方性エッチングを実行するための技術は、当該技術分野においてよく知られており、本明細書において詳細に説明される必要はない。図８Ｄは、トレンチの側壁上にある例示的な導電性材料８４０を示す。
ステップ７５０では、堆積又は当該技術分野において知られている他の類似の技術によって、別の誘電体材料の層が形成される。例示的な具現化形態では、形成される誘電体材料は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のような平坦化プロセスによって平坦化される。図８Ｅは、導電性材料８４０、及び誘電体材料の最初の層８１０上に形成された、平坦化された誘電体材料の別の層８５０を示す。
ステップ７６０では、当該技術分野において知られている技術によって、図８Ｅの構造体の上に、第１の導体２１０、ダイオード４１０、磁気メモリ素子１００、及び第２の導体２２０が形成される。図８Ｆは、図５の構造５００に類似の例示的な磁気メモリ構造を示す。図８Ｆでは、追加の導体５２０ａ〜５２０ｂを形成するために、導電性材料８４０がデコーダ及び電源（図９に示される）に結合され得る。
説明を容易にするために、図８Ｆには上側ピン留め構造だけが示される。当業者には容易に理解されるように、代案として、任意の特定の設計要件に従って、本明細書に開示される例示的なプロセスを用いて、下側ピン留め構造（例えば、図６の構造６００）を実現することができる。
ＶＩ．磁気メモリ構造の例示的なアレイの例示的な平面図
図９は、磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｃのアレイの近くに形成される追加の導体５２０ａ〜５２０ｂの例示的な平面図を示す。説明を容易にするために、磁気メモリ構造内の種々の他の要素（例えば、書込み導体、ダイオード、磁気メモリ素子の種々の層など）は図示されない。
図９は、磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｃのアレイの近くに形成される追加の導体５２０ａ〜５２０ｂの例示的な平面図を示す。説明を容易にするために、磁気メモリ構造内の種々の他の要素（例えば、書込み導体、ダイオード、磁気メモリ素子の種々の層など）は図示されない。
追加の導体５２０ａ〜５２０ｂは（その一端において）、磁気メモリ素子１００ａ〜１００ｃの近くにあるダイオード４１０（図示せず）を加熱するために利用することができる無線周波数（高周波）の電流を与えるために、デコーダ９１０及び電源９２０に接続される。例示的な具現化形態では、磁気メモリ素子の行（又は列）毎に、追加の導体５２０ａ〜５２０ｂが（別の端部において）互いに接続される。かくして、１つの行内の１つの磁気メモリ素子が選択される場合（例えば、書込み動作において）、電源９２０に結合されるデコーダ９１０は、その行の追加の導体５２０ａ〜５２０ｂに、その行内の全てのダイオードを加熱するだけの十分な電流を供給するであろう。例示的な書込み動作では、選択された磁気メモリ素子において交差する書込み導体２１０及び２２０（図示せず）に別個の書込み電流が供給されるであろう。交差する書込み導体２１０及び２２０の両方から生じる合成磁界が、選択された（及び加熱された）メモリ素子の磁気的な向きを有効に切り替えるであろう。加熱されたダイオードを有する行内の他の（加熱された）磁気メモリ素子は、２つの書込み導体２１０及び２２０のうちの一方のみから放出される磁界を受けることになるが、その磁界はメモリ素子の磁気的な向きを切り替えるには不十分である。
さらに別の例示的な具現化形態では、選択された行内のダイオードは、選択された磁気メモリ素子（それは選択された行内に配置される）を横切る単一の列書込み導体を介して供給される書込み電流を用いて、選択された（及び加熱された）メモリ素子の磁気的な向きを切り替えるように十分に加熱され得る。
ＶII．例示的な磁気メモリ構造の例示的な応用形態
本明細書において説明される例示的な磁気メモリ構造は、任意のＭＲＡＭ内に実現することができる。ＭＲＡＭは、不揮発性メモリを必要とする任意のシステム内に組み込まれることができる。例えば、ＭＲＡＭはコンピュータ、デジタルカメラ、及び／又はプロセッサ及びインターフェースモジュールを有する他のコンピューティングシステム内に組み込まれることができる。
本明細書において説明される例示的な磁気メモリ構造は、任意のＭＲＡＭ内に実現することができる。ＭＲＡＭは、不揮発性メモリを必要とする任意のシステム内に組み込まれることができる。例えば、ＭＲＡＭはコンピュータ、デジタルカメラ、及び／又はプロセッサ及びインターフェースモジュールを有する他のコンピューティングシステム内に組み込まれることができる。
ＶIII．結び
上述の例は、或る特定の例示的な実施形態を示しており、それらの実施形態から、他の実施形態、変形形態、及び修正形態が当業者には明らかになるであろう。従って、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ特許請求の範囲によって規定される。
上述の例は、或る特定の例示的な実施形態を示しており、それらの実施形態から、他の実施形態、変形形態、及び修正形態が当業者には明らかになるであろう。従って、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ特許請求の範囲によって規定される。
100、100a〜100d 磁気メモリ素子
110 データ層
120 スペーサ層
130 基準層
210a〜210b ビット線
220a〜220b ワード線
400 メモリアレイ
410、410a〜410d ダイオード
500、600 磁気メモリ構造
510 絶縁材料
520a〜520b 導体
910 デコーダ
920 電源
110 データ層
120 スペーサ層
130 基準層
210a〜210b ビット線
220a〜220b ワード線
400 メモリアレイ
410、410a〜410d ダイオード
500、600 磁気メモリ構造
510 絶縁材料
520a〜520b 導体
910 デコーダ
920 電源
Claims (10)
- 熱支援型磁気メモリ構造体のアレイであって、前記磁気メモリ構造体のそれぞれが、
磁気メモリ素子と、及び
前記磁気メモリ素子の近くにあるダイオードとを含み、前記ダイオードの近傍の高周波電磁界からのエネルギーを吸収することにより前記ダイオードを加熱することができ、加熱される場合に、前記ダイオードが前記磁気メモリ素子の温度を上げて、書込み電流が加えられる際に前記磁気メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを熱により支援することができる、熱支援型磁気メモリ構造体のアレイ。 - 前記ダイオードの近くに、前記高周波電磁界を生成するように構成された少なくとも１つの導体をさらに含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造体のアレイ。
- 前記ダイオードが、前記高周波電磁界からのエネルギーを吸収することができる材料を含む、請求項１に記載の磁気メモリ構造体のアレイ。
- 前記材料が、アモルファスシリコンを含む、請求項３に記載の磁気メモリ構造体のアレイ。
- 前記材料が微結晶シリコンを含む、請求項３に記載の磁気メモリ構造体のアレイ。
- メモリ素子のアレイ内の熱支援型磁気メモリ素子にデータを書き込むための方法であって、
選択されたメモリ素子の近くにあるダイオードを加熱し、前記加熱されるダイオードが前記ダイオードの近くにある高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって加熱され、
前記選択されたメモリ素子の温度を上げて、それにより前記選択されたメモリ素子の飽和保磁力を低減し、及び
前記低減された飽和保磁力において前記選択されたメモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのに十分な書込み電流を加えることを含む、メモリ素子のアレイ内の熱支援型磁気メモリ素子にデータを書き込むための方法。 - 熱支援型磁気メモリ構造体を作成するための方法であって、
メモリ素子を形成し、
前記メモリ素子の近くにダイオードを形成し、及び
高周波電磁界を供給して、前記ダイオードを加熱するための少なくとも１つの導体を形成することを含み、
後続のデータ格納動作中に、前記高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって前記ダイオードを加熱することができ、前記ダイオード内の熱を用いて、前記メモリ素子の温度を上げて、書込み電流が加えられる際に前記メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを支援することができるようになっている、熱支援型磁気メモリ構造体を形成するための方法。 - 複数の熱支援型磁気メモリ構造体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体のそれぞれが、
メモリ素子を形成し、
前記メモリ素子の近くにダイオードを形成し、及び
高周波電磁界を供給して、前記ダイオードを加熱するための少なくとも１つの導体を形成することを含むプロセスによって作成され、
後続のデータ格納動作中に、前記高周波電磁界からのエネルギーを吸収することによって前記ダイオードを加熱することができ、前記ダイオード内の熱を用いて、前記メモリ素子の温度を上げて、書込み電流が加えられる際に前記メモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのを支援することができるようになっている、複数の熱支援型磁気メモリ構造体を含む不揮発性メモリアレイ。 - 磁気ランダムアクセスメモリであって、
複数の磁気メモリ素子と、
それぞれが前記磁気メモリ素子のそれぞれに非常に接近して配置される複数のダイオードと、
前記ダイオードの近くにある少なくとも１つの導体とを含み、前記導体が、前記ダイオードを加熱するために前記ダイオードにより吸収することができる高周波電磁界を生成するための電流を流すことができ、それにより１つ又は複数の磁気メモリ素子の温度を上げて、前記磁気メモリ素子の磁気的な向きを切り替えるのを熱により支援することができる、磁気ランダムアクセスメモリ。 - メモリ素子のアレイ内の熱支援型磁気メモリ素子にデータを書き込むための装置であって、
選択されたメモリ素子の近くにあるダイオードを加熱するための手段であって、前記加熱されるダイオードは、前記ダイオードの近傍の高周波電磁界からのエネルギーを吸収することにより加熱され、前記選択されたメモリ素子の温度を上げて、前記選択されたメモリ素子の飽和保磁力を低減する、手段と、及び
前記低減された飽和保磁力において、前記選択されたメモリ素子の磁気的な状態を切り替えるのに十分な書込み電流を加えるための手段とを含む、メモリ素子のアレイ内の熱支援型磁気メモリ素子にデータを書き込むための装置。
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