TW201611362A - 磁性記憶體元件及磁性記憶體 - Google Patents

磁性記憶體元件及磁性記憶體 Download PDF

Info

Publication number
TW201611362A
TW201611362A TW104117836A TW104117836A TW201611362A TW 201611362 A TW201611362 A TW 201611362A TW 104117836 A TW104117836 A TW 104117836A TW 104117836 A TW104117836 A TW 104117836A TW 201611362 A TW201611362 A TW 201611362A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
magnetic
magnetic unit
electrode
unit
layer
Prior art date
Application number
TW104117836A
Other languages
English (en)
Inventor
島田拓哉
森瀬博史
中村志保
近藤剛
大寺泰章
麥克 阿諾 坎薩
Original Assignee
東芝股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東芝股份有限公司 filed Critical 東芝股份有限公司
Publication of TW201611362A publication Critical patent/TW201611362A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1659—Cell access
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1673—Reading or sensing circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/02—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements
    • G11C19/08—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure
    • G11C19/0808—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation
    • G11C19/0841—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation using electric current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

根據一實施例，一種磁性記憶體元件包含一第一磁性單元、一第二磁性單元、一第三磁性單元、一讀取/寫入單元、一第一電極、一第二電極、一第三電極、一第一電流源、第二電流源。該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之第一方向上之一端及該第二磁性單元之第一方向上之一端。該讀取/寫入單元包含一非磁性層及一釘紮層。該非磁性層連接至該第三磁性單元。該釘紮層連接至該非磁性層。該第一電流源引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動。該第二電流源引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動。

Description

磁性記憶體元件及磁性記憶體 [相關申請案之交叉參考]
本申請案係基於且主張2014年8月25日申請之日本專利申請案第2014-170944號之優先權利；該案之全文以引用的方式併入本文中。
本文所描述之實施例大體上係關於一種磁性記憶體元件及磁性記憶體。
近年來，已提出歸因於一電流而利用疇壁之移動之一疇壁移動型磁性記憶體元件作為用於增加記憶體之容量之一方法。在疇壁移動型磁性記憶體元件中，沿一基板平面內方向安置選擇元件及互連件；且在一基板法線方向上安置其中儲存資訊之磁性單元。可藉由在基板法線方向上安置磁性單元而抑制成本增加，同時實現一較高記憶體容量。
然而，在疇壁移動型磁性記憶體元件中，可期望技術提供具有一較高密度之磁性單元以增加記憶體容量。
1‧‧‧磁性記憶體元件
2‧‧‧磁性記憶體元件
3‧‧‧磁性記憶體元件
4‧‧‧磁性記憶體元件
5‧‧‧磁性記憶體元件
6‧‧‧磁性記憶體元件
7‧‧‧磁性記憶體
8‧‧‧磁性記憶體
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103‧‧‧第三電極
103a‧‧‧金屬膜
104‧‧‧第四電極
105‧‧‧第五電極
151‧‧‧第一電流源
152‧‧‧第二電流源
153‧‧‧第三電流源
201‧‧‧釘紮層
201a‧‧‧釘紮膜
202‧‧‧非磁性層
202a‧‧‧非磁性膜
203‧‧‧讀取/寫入單元
204‧‧‧讀出單元
205‧‧‧寫入單元
301‧‧‧第一磁性單元
302‧‧‧第二磁性單元
303‧‧‧第三磁性單元
304‧‧‧第四磁性單元
305‧‧‧第五磁性單元
400‧‧‧基板
401‧‧‧絕緣層
401a‧‧‧絕緣層
402‧‧‧磁性膜
402a‧‧‧磁性單元
402b‧‧‧磁性單元
402c‧‧‧磁性單元
402d‧‧‧磁性單元
403‧‧‧絕緣層
403a‧‧‧絕緣層
404‧‧‧絕緣層
405‧‧‧磁性層
405a‧‧‧磁性膜
501‧‧‧磁疇
502‧‧‧磁疇
503‧‧‧疇壁
801‧‧‧第一電晶體
802‧‧‧第二電晶體
811‧‧‧第一選擇器
812‧‧‧第二選擇器
820‧‧‧電流源電路
830‧‧‧電阻值感測器
2011‧‧‧釘紮層
2012‧‧‧釘紮層
2021‧‧‧非磁性層
2022‧‧‧非磁性層
BL1‧‧‧第一位元線
BL2‧‧‧第二位元線
BL3‧‧‧第三位元線
BL4‧‧‧第四位元線
OP1‧‧‧開口
OP2‧‧‧開口
ST‧‧‧結構體
WL1‧‧‧第一字線
WL2‧‧‧第二字線
圖1係根據第一實施例之磁性記憶體元件之一透視圖；圖2係描述根據第一實施例之磁性記憶體元件之磁疇之移位操作的一示意圖；圖3係描述根據第一實施例之磁性記憶體元件之磁性資訊之寫入 操作及讀出操作的一示意圖；圖4A至圖4F及圖5A至圖5D係展示根據第一實施例之磁性記憶體元件之製程的程序之橫截面圖；圖6係根據第二實施例之磁性記憶體元件之一透視圖；圖7A至圖7F及圖8A至圖8D係展示根據第二實施例之磁性記憶體元件之製程的程序之橫截面圖；圖9係根據第三實施例之磁性記憶體元件之一透視圖；圖10A及圖10B係根據第四實施例之磁性記憶體元件之透視圖；圖11係根據第五實施例之磁性記憶體元件之一透視圖；圖12係展示根據第五實施例之磁性記憶體元件之修改方案的一透視圖；圖13係根據第六實施例之磁性記憶體元件之一透視圖；圖14係根據第七實施例之磁性記憶體之一示意圖；及圖15係根據第八實施例之磁性記憶體之一示意圖。
根據一實施例，一種磁性記憶體元件包含一第一磁性單元、一第二磁性單元、一第三磁性單元、一讀取/寫入單元、一第一電極、一第二電極、一第三電極、一第一電流源、第二電流源。該第一磁性單元在一第一方向上延伸。該第一磁性單元在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸。該第一磁性單元能夠在該第一方向上保留複數個磁疇。該第二磁性單元經設置以與該第一磁性單元分離。該第二磁性單元在該第一方向上延伸。該第二磁性單元在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸。該第二磁性單元能夠在該第一方向上保留複數個磁疇。該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端。該第三磁性單元在與該第一方向相交之一第二方向上具有一易磁化軸。該讀取/寫入 單元包含一非磁性層及一釘紮層。該非磁性層連接至該第三磁性單元。該釘紮層連接至該非磁性層。該第一電極連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端。該第二電極連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端。該第三電極連接至該讀取/寫入單元。該第一電流源引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動。該第二電流源引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動。
實施例之描述
現將參考圖式來描述本發明之實施例。
圖式具示意性或概念性；且部分之厚度與寬度之間之關係、部分之間之大小比例等等未必相同於其實際值。即使在繪示相同部分之情況中，圖式之間之尺寸及/或比例可繪示為不同。
在本申請案之圖式及說明書中，類似於相對於上文之一圖式所描述之組件的組件標記有相同元件符號，且適當省略一詳細描述。
儘管用語「上」或「下」用於實施例之描述中，但此等用語意指相對位置關係且非意指絕對位置關係。
在一些圖式中，包含磁性材料之組件之磁化方向由該等組件中之箭頭繪示。
在實施例之描述中，將其中兩個方向彼此平行且定向於相同方向上之狀態稱為「平行」；且將其中兩個方向彼此平行且定向於相反方向上之狀態稱為「反平行」。
在實施例之描述中，一X軸方向及一Y軸方向係與一Z軸方向相交之方向。在下文之實施例中，將其中X軸方向、Y軸方向及Z軸方向係彼此正交之方向的情況描述為一實例。
X軸方向包含X方向(一第二方向)及-X方向。Y軸方向包含Y方向(一第三方向)及-Y方向。Z軸方向包含Z方向(一第一方向)及-Z方向。
第一實施例
現將使用圖1來描述根據一第一實施例之一磁性記憶體元件1。
圖1係根據第一實施例之磁性記憶體元件之一透視圖。
磁性記憶體元件1包含一第一磁性單元301、一第二磁性單元302、一第三磁性單元303、一讀取/寫入單元203、一第一電極101、一第二電極102、一第三電極103、一第一電流源151及一第二電流源152。
第一磁性單元301及第二磁性單元302在Z軸方向上延伸。第一磁性單元301之一Z軸方向端連接至第三磁性單元303。第一磁性單元301之另一Z軸方向端連接至第一電極101。第二磁性單元302之一Z軸方向端連接至第三磁性單元303。第二磁性單元302之另一Z軸方向端連接至第二電極102。第一磁性單元301經設置以與第二磁性單元302分離。例如，第一磁性單元301連接至第三磁性單元303之下表面之一X軸方向端。例如，第二磁性單元302連接至第三磁性單元303之下表面之另一X軸方向端。第一磁性單元301能夠在Z軸方向上保留多個磁疇。第二磁性單元302能夠在Z軸方向上保留多個磁疇。第一磁性單元301及第二磁性單元302在與Z軸方向相交之一方向上具有易磁化軸。第一磁性單元301及第二磁性單元302有利地在與Z軸方向正交之一方向上具有易磁化軸。
讀取/寫入單元203包含一釘紮層201及一非磁性層202。第三電極103連接至設置於第三電極103之下部分處之釘紮層201。釘紮層201連接至設置於釘紮層201之下部分處之非磁性層202。
讀取/寫入單元203連接至設置於釘紮層201之下部分處之第三磁性單元303。例如，第三磁性單元303在與Z軸方向相交之X軸方向上延伸。第三磁性單元303之易磁化軸之方向係(例如)X軸方向。第三磁性單元303之易磁化軸之方向可為平行於讀取/寫入單元203與第三磁 性單元303之間之連接表面之一方向。
釘紮層201、非磁性層202及第三磁性單元303係(例如)堆疊於圖1之Z軸方向上之薄膜。
在下文中，將在平面內方向上具有一易磁化軸之一磁性膜稱為一平面內磁化膜。
第一磁性單元301及第二磁性單元302係(例如)沈積於包含Y軸方向及Z軸方向之一平面(下文中稱為Y-Z平面)中之層。第一磁性單元301及第二磁性單元302在垂直於該等沈積層之該平面內方向之一方向(X軸方向)上具有易磁化軸。儘管第一磁性單元301及第二磁性單元302在正交於Z軸方向之一方向上之橫截面係(例如)矩形，但該等橫截面可具有其他組態。在下文中，將在垂直於該平面內方向之一方向上具有一易磁化軸之一磁性膜稱為一垂直磁化膜。
第一磁性單元301、第二磁性單元302、第三磁性單元303之易磁化軸有利地彼此平行。
第三電極103及第一電極101或第二電極102之至少一者連接至第一電流源151。第一電流源151藉由引起一電流在第三電極103與第一電極101或第二電極102之至少一者之間流動而執行自第三磁性單元303讀取磁化資訊及將磁化資訊寫入至第三磁性單元303。
第一電極101及第二電極102連接至第二電流源152。第二電流源152藉由引起一電流在第一電極101與第二電極102之間流動而引起包含於第一磁性單元301及第二磁性單元302中之磁疇(疇壁)移動。
例如，此等組件形成於一基板400上。
記憶體操作
現將使用圖2來描述根據第一實施例之磁性記憶體元件1之磁疇之一移位操作。
圖2係描述根據第一實施例之磁性記憶體元件之磁疇之移位操作 的一示意圖。
多個磁疇形成於連續連接之第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303中之連接方向上。例如，在X方向上磁化之一磁疇501及在與X方向相反之方向上磁化之一磁疇502存在於該等磁性單元之各者中。第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303可藉由使各磁疇之磁化方向與「0」或「1」相關聯而充當記憶體單元。一疇壁503存在於「0」之磁疇與「1」之磁疇之間之邊界處。
第二電流源152藉由引起一電流在第一電極101與第二電極102之間流動而引起包含於第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303中之多個磁疇移動。藉由利用此移動而將待記錄/複製之磁性位元(磁疇)移動至直接位於讀取/寫入單元203下方之位置(即，第三磁性單元303)。
可藉由第一磁性單元301及第二磁性單元302之材料及膜組態而將磁性位元之移動方向調整為電流之相同方向或電流之相反方向。
使第一磁性單元301與第三磁性單元303之間之連接部分彎曲。類似地，使第二磁性單元302與第三磁性單元303之間之連接部分彎曲。在第三磁性單元303係一垂直磁化膜之情況中，需要一大能量來引起疇壁通過連接部分，此係因為易磁化軸在連接部分處彎曲90度。因此，需要比疇壁移動通過第一磁性單元301及第二磁性單元302時大之一電流來在疇壁通過連接部分時移動疇壁。
相反地，在實施例中，第一磁性單元301及第二磁性單元302係在Z軸方向上延伸之垂直磁化膜；且第三磁性單元303係在與Z軸方向相交之一方向上延伸之一平面內磁化膜。在此一情況中，需要比第一磁性單元301至第三磁性單元303係垂直磁化膜之情況小之一能量來使疇壁通過連接部分，此係因為易磁化軸之方向在連接部分處未改變。因此，即使在使連接部分彎曲之情況中，可藉由一低電流而移動疇 壁。
在第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303之易磁化軸方向相同之情況中，疇壁在彎曲處之能量最小。因此，第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303之易磁化軸方向有利地為相同方向。
現將使用圖3來描述根據第一實施例之磁性記憶體元件1之寫入操作及讀出操作。
圖3係描述根據第一實施例之磁性記憶體元件1之磁性資訊之寫入操作及讀出操作的一示意圖。
首先，將描述將在相同於釘紮層201之磁化方向之方向上具有一磁化方向之一磁性位元寫入至第三磁性單元303之情況。在此一情況中，引起電流自第一電極101或第二電極102之至少一者朝向第三電極103流動。此處，如圖3中所繪示，將引起電流自第一電極101及第二電極102兩者朝向第三電極103流動之情況視為一實例。因為電子在電流之相反定向上流動，所以電子之一部分自第三電極103通過釘紮層201、非磁性層202、第三磁性單元303及第一磁性單元301而朝向第一電極101流動。電子之另一部分自第三電極103通過釘紮層201、非磁性層202、第三磁性單元303及第二磁性單元302而朝向第二電極102流動。
當電子通過釘紮層201時，使電子自旋極化。經自旋極化之電子流動通過非磁性層202而至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)中。當經自旋極化之電子在相同於其中將執行寫入之區域的方向上具有一自旋時，經自旋極化之電子通過其中將執行寫入之區域。然而，當經自旋極化之電子在不同於其中將執行寫入之區域之磁化方向的一方向上具有一自旋時，將一自旋轉矩施加至其中將執行寫入之區域之磁化。施加至其中將執行寫入之區域之磁化的該自旋轉矩用於引起其 中將執行寫入之區域之磁化方向定向於相同於釘紮層201之磁化方向的方向上。
換言之，在釘紮層201之磁化方向及其中將執行寫入之區域之磁化方向相同之情況中，經自旋極化之電子通過，且無需將一自旋轉矩施加至其中將執行寫入之區域。另一方面，在釘紮層201之磁化方向及其中將執行寫入之區域之磁化方向不同之情況中，經自旋極化之電子在通過時將一自旋轉矩施加至其中將執行寫入之區域。
因此，其中將執行寫入之區域之磁化經控制以定向於相同於釘紮層201之磁化的方向上。
現將描述將不同於釘紮層201之磁化方向的一方向寫入至第三磁性單元303之磁性位元之情況。在此一情況中，被引起在第三磁性單元303之磁性位元中流動之電流係在與寫入相同於釘紮層201之磁化方向之方向之情況相反之方向上。換言之，引起電子自第一電極101經由第一磁性單元301、第三磁性單元、非磁性層202及釘紮層201而朝向第三電極103流動。同時，引起電子自第二電極102經由第二磁性單元302、第三磁性單元、非磁性層202及釘紮層201而朝向第三電極103流動。
當電子在通過釘紮層201時在相同於釘紮層201之磁化的方向上具有一自旋時，電子通過釘紮層201。然而，當電子在不同於釘紮層201之磁化的一方向上具有一自旋時，電子由釘紮層201與非磁性層202之間之界面反射且流入至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)中。在不同於釘紮層201之磁化的方向上具有自旋之電子將一自旋轉矩施加至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)之磁化。施加至其中將執行寫入之區域之磁化的該自旋轉矩用於引起其中將執行寫入之區域之磁化方向定向於不同於釘紮層201之磁化方向的方向上。藉此，其中將執行寫入之區域之磁化經控制以定向於不同於釘紮層 201之磁化的方向上。
現將描述讀取第三磁性單元303之磁性位元之情況。
當讀取時，引起一恆定電流流動或將一恆定電位施加於第三電極103與第一電極101及第二電極102之間。此時，第三電極103與第一電極101及第二電極102之間之電阻歸因於釘紮層201之磁化方向與第三磁性單元303之區域(其中將執行讀取)之磁化方向之間之角度而改變。具體而言，當釘紮層201之磁化方向及其中將執行讀取之區域之磁化方向相同時，上述電阻值係一低值。當釘紮層201之磁化方向及其中將執行讀取之區域之磁化方向不同時，上述電阻值係一高值。將此現象稱為磁阻效應。藉由使用此現象來感測電阻值而感測其中將執行讀取之區域之磁化方向；且執行資訊之讀取。
在實施例中，當執行讀出操作及寫入操作時，電流在一電極(第三電極103)與兩個電極(第一電極101及第二電極102)之間流動，如上文所描述。因此，在讀出操作及寫入操作中於第一磁性單元301及第二磁性單元302中流動之電流係電流在一對電極之間流動之情況中之電流之1/2。可藉由減小在讀出操作及寫入操作中於第一磁性單元301及第二磁性單元302中流動之電流之值而減小包含於第一磁性單元301及第二磁性單元302中之疇壁在讀出操作及寫入操作中錯誤地移位之可能性。
在實施例中，第一磁性單元301及第二磁性單元302經設置以相對於第三磁性單元303對稱。換言之，第二磁性單元302能夠保留相同於第一磁性單元301之磁性位元量。因此，可使記錄於該等磁性單元之一者中之所有磁性位元移位至另一磁性單元中；且可將磁性位元保留於另一磁性單元中。
相反地，在磁性記憶體元件經組態使得讀取/寫入元件設置於一磁性單元之一端處之情況中，在讀出操作或寫入操作中損失到達直接 位於讀取/寫入元件(即，該磁性單元之端部分)下方之區域之磁性位元。因此，需要將資訊儲存於另一記憶體元件中以防止磁性位元損失。
然而，根據實施例之組態，未損失磁性位元，此係因為當執行磁性單元之一者之磁性位元之讀取或寫入時，磁性位元可由另一磁性單元保留。
相應地，無需單獨設置另一外部記憶體元件來保留損失資訊，如同上述磁性記憶體元件。
在實施例中，當執行自第三磁性單元303讀取磁性位元及將磁性位元寫入至第三磁性單元303時，引起電流在第三電極103與第一電極101或第二電極102之至少一者之間流動。
相應地，例如，相較於一磁性記憶體元件(其中一第四電極設置於第三磁性單元303之下部分處且藉由引起電流在該第四電極與第三電極103之間流動而執行磁性位元之讀取及寫入)，第一磁性單元301及第二磁性單元302可經安置以彼此更接近。因此，可根據實施例之磁性記憶體元件1而設置具有一較高密度之磁性位元。
磁性單元之細節
現將基於上述之讀出操作及寫入操作而描述根據實施例之第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303之更詳細結構。
在實施例中，第三磁性單元303在包含X軸方向及Y軸方向之一平面(下文中稱為X-Y平面)中之表面面積相同於或小於讀取/寫入單元203在X-Y平面中之表面面積。在Z軸方向上延伸之第一磁性單元301及第二磁性單元302連接至第三磁性單元303之下表面。因此，當自上方(Z軸方向)觀看時，磁性記憶體元件1之表面面積等於讀取/寫入單元203之表面面積。
當增加記憶體容量時，亦需要縮小讀取/寫入單元203。相應地， 亦有利地減小第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303之大小。在一通用平面內磁化膜(諸如高導磁合金(FeNi合金)等等)中，一磁疇之大小係約200奈米。因此，第三磁性單元303可藉由將第三磁性單元303之長邊(X軸方向上之邊)之長度設定為200奈米或更小而具有一單一磁疇結構。在此一情況中，除在磁性記憶體元件1之磁疇之移位操作中之外，一疇壁不存在第三磁性單元303中。相應地，開始移位操作時所需之移位電流值等於移動包含於第一磁性單元301及第二磁性單元302(其等係垂直磁化膜)中之疇壁所需之電流值。一般而言，用於一垂直磁化膜之臨限移位電流(開始移動疇壁所需之電流之臨限值)小於用於一平面內磁化膜之臨限移位電流。因此，可藉由設定第三磁性單元303之長度使得第三磁性單元303具有一單一磁疇結構而減小臨限移位電流。
第一磁性單元301及第二磁性單元302可包含具有窄寬度之部分(捏縮部分)，其週期性地設置於Z軸方向上。寬度係正交於磁性單元延伸之方向(Z軸方向)的一方向上之尺寸。使疇壁存在之能量可經設定以使具有窄寬度之磁性單元之部分中之能量低於具有寬寬度之磁性單元之部分中之能量。因此，即使在存在時間波動使得電流流動以使疇壁移位之情況中，疇壁穩定地停止於具有窄寬度之部分處。相應地，可藉由依對應於1位元長度之間隔將捏縮部分週期性地設置於磁性單元中而在疇壁之移位操作之後引起疇壁穩定地存在於捏縮部分處。因此，即使在存在使疇壁移位之時間波動之情況中，可抑制由疇壁之部分之波動引起之讀出操作及/或寫入操作之錯誤發生。
在一捏縮部分設置於第一磁性單元301之端部分附近區處之情況中，疇壁穩定地停止於第一磁性單元301之端部分附近區之捏縮部分處。類似地，在一捏縮部分設置於第二磁性單元302之端部分附近區處之情況中，疇壁穩定地停止於第二磁性單元302之端部分附近區之 捏縮部分處。在此一情況中，具有相同磁化方向之一磁性位元由第三磁性單元303、第一磁性單元301之端部分附近區、及第二磁性單元302之端部分附近區形成。藉此，在寫入操作中，自旋轉矩在相同方向上對第三磁性單元303、第二磁性單元302之端部分附近區、及第一磁性單元301之端部分附近區施加作用。因此，寫入錯誤之發生頻率可低於疇壁存在於第一磁性單元301與第三磁性單元303之間之連接部分及第二磁性單元302與第三磁性單元303之間之連接部分處之情況中之寫入錯誤之發生頻率，且第三磁性單元303之磁性位元之磁化方向不同於第一磁性單元301之端部分附近區及第二磁性單元302之端部分附近區之磁性位元之磁化方向。
組件之材料
釘紮層201、第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303可包含各種磁性材料。例如，可使用一磁性合金，其包含選自由Fe、Co、Ni、Mn及Cr組成之群組之至少一元素。
高導磁合金(FeNi合金)、CoFe合金等等係典型實例。Co、CoPt、CoCrPt等等係在可包含於釘紮層201及第三磁性單元303中之平面內方向上具有磁性各向異性之一易磁化軸之材料之實例。CoPt及CoCrPt可為一合金。可將附加元素添加至上述材料群組之任何者。
可期望第一磁性單元301及第二磁性單元302包含具有一大單軸各向異性常數Ku及垂直磁性各向異性之一磁性材料。在使用具有一大單軸各向異性常數Ku之一材料之情況中，當未施加一磁場及一電流時，可將疇壁之間之間隔設定為較窄。因此，包含於第一磁性單元301及第二磁性單元302中之磁疇之密度可較高。一合金(其包含選自由Fe、Co、Ni、Mn及Cr組成之群組之至少一元素及選自由Pt、Pd、Ir、Ru及Rh組成之群組之至少一元素)係此一材料之一實例。可藉由包含於磁性層中之磁性材料之組成、歸因於熱處理之結晶次序等等而 調整單軸各向異性常數Ku之值。
例如，在Co層及CoPt層之膜厚度係2奈米或更小之情況中，Co層及CoPt層具有歸因於基礎膜之界面磁性各向異性之垂直磁化。
第一磁性單元301及第二磁性單元302可包含具有一垂直磁性各向異性及一hcp(六方最密堆積)晶體結構之一磁性材料。一Co層、一CoPt層、一FePt層、Co/Ni之一堆疊膜、一TbFe層等等係此等磁性材料之實例。CoPt可為一合金。在Tb不小於20原子%且不大於40原子%之情況中，TbFe層具有一垂直各向異性。可將一附加元素添加至上述材料群組之任何者。可藉由插入Pt、Ru、Pd、Ta、TaN、TiN或W作為上述材料群組之基礎膜而調整垂直磁性各向異性。此外，可使用具有一垂直磁性各向異性且係一稀土元素及一鐵族過渡元素之一合金之一材料。具體而言，GdFe、GdCo、GdFeCo、TbFe、TbCo、TbFeCo、GdTbFe、GdTbCo、DyFe、DyCo、DyFeCo等等係實例。
可藉由添加一非磁性元素(諸如Ag、Cu、Au、Al、Mg、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo、Nb、H等等)而調整包含於釘紮層201、第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303中之磁性材料之磁性性質。或者，可藉由添加此等非磁性元素而調整各種特性，諸如結晶度、機械性質、化學性質等等。
可藉由選擇上述材料等等而調整第三磁性單元303之平面內磁化膜之磁性性質及第一磁性單元301及第二磁性單元302之垂直磁化膜之磁性性質以提供一最佳移位操作、讀出操作及寫入操作。
在實施例中，使包含於第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元303中之磁疇之各者在X軸方向上磁化。第三磁性單元303之X軸方向上之尺寸長於第一磁性單元301及第二磁性單元302之X軸方向上之尺寸。因此，使疇壁移位通過第三磁性單元303所需之電流大於使疇壁移位通過第一磁性單元301及第二磁性單元302所需之電 流。第三磁性單元303之磁化有利地小於第一磁性單元301及第二磁性單元302之磁化以減小使疇壁移位通過第三磁性單元303所需之電流與使疇壁移位通過第一磁性單元301及第二磁性單元302所需之電流之間之差異。可藉由將第三磁性單元303之磁化設定為較小而減小使第三磁性單元303之疇壁移位所需之移位電流。
為固定釘紮層201之磁化，一反鐵磁性層可經設置以相鄰於釘紮層201。可期望使用Fe-Mn、Pt-Mn、Pt-Cr-Mn、Ni-Mn、Pd-Mn、Pd-Pt-Mn、Ir-Mn、Pt-Ir-Mn、NiO、Fe2O3、一磁性半導體等等作為該反鐵磁性層之材料。
可使用一非磁性金屬材料或一非磁性絕緣材料作為非磁性層202之材料。可使用Au、Cu、Cr、Zn、Ga、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Pt或Bi之至少一元素或包含一或多種此等元素之一合金作為非磁性金屬。需要使釘紮層201與第三磁性單元303之間之靜磁耦合足夠小且使非磁性層202之厚度小於非磁性層202之自旋擴散長度；且具體而言，可期望厚度在不小於0.2奈米且不大於20奈米之一範圍內。
可使用Al2O3、SiO2、MgO、AlN、Bi2O3、MgF2、CaF2、SrTiO3、AlLaO3、Al-N-O、Si-N-O、一非磁性半導體(ZnO、InMn、GaN、GaAs、TiO2、Zn、Te或摻雜有一過渡金屬之此等化合物之一者)等等作為絕緣材料。需要使此等化合物具有完全精確之化學計量組成；且可存在缺陷或過量/不足氧、氮、氟等等。可期望由絕緣材料製成之非磁性層之厚度在不小於0.2奈米且不大於5奈米之一範圍內。
製造方法
現將使用圖4A至圖4F及圖5A至圖5D來描述用於製造根據第一實施例之磁性記憶體元件1之一方法。
圖4A至圖4F及圖5A至圖5D係展示根據第一實施例之磁性記憶體元件1之製程的程序之橫截面圖。
首先，如圖4A中所展示，使一絕緣層401(一第一絕緣層)形成於其中設置記憶體操作所需之結構(諸如電晶體、互連件等等)之基板400上。將第一電極101及第二電極102設置於基板400上。儘管用於形成絕緣層401之方法有利地包含具有高膜形成速率之PVD(物理氣相沈積)(諸如氣相沈積、濺鍍等等)，但可使用CVD(化學氣相沈積)或ALD(原子層沈積)。SiO2、SiN、Al2O3等等係絕緣材料之實例。
接著，如圖4B中所展示，使在Y軸方向上延伸之多個開口OP1產生於絕緣層401中。此時，例如，使用在Y軸方向上具有一線及空間(line-and-space)圖案之一圖中未展示之抗蝕遮罩，藉由RIE(反應性離子蝕刻)而蝕刻絕緣層401，直至暴露基板400之表面。藉由此程序而形成具有在Y軸方向上延伸之多個開口OP1之一絕緣層401a。
此時，線及空間圖案位置經調整使得設置於基板上之第一電極101及第二電極102被暴露。
可藉由交替地堆疊具有針對蝕刻速率之互不相同各向異性之兩個或兩個以上膜而形成絕緣層401。藉此，在執行RIE之後，絕緣層401a可具有其中捏縮部分週期性地設置於Z軸方向上之一結構。
接著，如圖4C中所展示，藉由CVD或ALD而使一磁性膜402形成於絕緣層401a及基板400上。磁性膜402經形成使得絕緣層401a之開口OP1保留。
使磁性膜402形成為一垂直磁化膜。換言之，形成於開口OP1之側壁上之磁性膜402在X軸方向(其係垂直於側壁之一方向)上具有一易磁化軸。在CVD或ALD中，使用一前驅物，其包含包含於用於形成垂直磁化膜之材料中之一或多個元素。在形成一合金膜之情況中使用多個前驅物。在形成磁性膜402之前，可藉由CVD或ALD而使一基礎層 形成於絕緣層401a及基板400上以執行使磁性膜402均勻地形成於整個基板表面上或調整磁性膜402之黏著及/或磁性性質。有利地使用具有高於磁性材料之表面能量之一表面能量之一材料(諸如W、TaN等等)作為黏著層。Pt、Pd、Ru等等係用於調整磁性膜402之磁性性質之該基礎層之材料之實例。可在形成磁性膜402之後形成用於保護磁性膜402之一覆蓋層。Pt、Ta等等係該覆蓋層之材料之實例。
接著，如圖4D中所展示，藉由將一絕緣材料填充至絕緣層401a(其上形成磁性膜402)之開口OP1中而形成一絕緣層403(一第二絕緣層)。絕緣層403由絕緣層401a及填充至開口OP1中之該絕緣材料製成。將磁性膜402之至少一部分埋藏於絕緣層403之內部中。使用CVD、ALD或PVD來填充該絕緣材料。該絕緣材料可相同於絕緣層401或可為一不同材料。在填充之後過量絕緣材料存在於表面上之情況中，可移除過量絕緣材料且可藉由一方法(諸如CMP(化學機械拋光)等等)而使表面平面化。
接著，如圖4E中所展示，藉由使在X軸方向上延伸之多個開口OP2產生於絕緣層403中而形成在Y軸方向上彼此分離之多個磁性單元402a。此時，例如，使用在X軸方向上具有一線及空間圖案之一圖中未展示之抗蝕遮罩，藉由RIE而蝕刻絕緣層403，直至暴露基板400之表面。藉由此程序而形成具有在X軸方向上延伸之多個開口OP1之一絕緣層403a。
接著，類似於圖4D，藉由將一絕緣材料填充至絕緣層403a之開口OP2中而形成一絕緣層404(一第三絕緣層)，如圖4F中所展示。絕緣層404由絕緣層403a及填充至開口OP2中之該絕緣材料製成。此時，將多個磁性單元402a埋藏於絕緣層404中。可使用CVD、ALD或PVD來填充該絕緣材料。該絕緣材料可相同於圖4A至圖4D之絕緣材料或可為一不同材料。在填充之後過量絕緣材料存在於表面上之情況 中，可移除過量絕緣材料且可藉由一方法(諸如CMP等等)而使表面平面化。
圖5A中將所產生之磁性單元402a之結構展示為自所填充之絕緣材料移除。如圖5A中所展示，使多個磁性單元402a形成於基板400上。具體而言，使在Z軸方向上延伸之磁性單元形成於具有柱狀組態之絕緣單元之側壁上；且使在X軸方向上延伸之磁性單元形成於基板400上。具有圖5A中所展示之柱狀組態之絕緣單元對應於不具有在產生開口OP1及開口OP2時移除之部分之絕緣層401。
可藉由在圖4C及圖4D中所展示之程序之間執行之各向異性RIE而自絕緣層401a之上部分及開口OP1之底部移除磁性膜402，使得形成於開口OP1之側壁上之磁性膜402保留。在此一情況中，如圖5B中所展示，形成在X軸方向及Y軸方向上彼此分離之多個磁性單元402b。
接著，使一磁性膜、一非磁性膜及一釘紮膜依序形成於絕緣層404上。只要可獲得所要磁性性質，則可使用上述任何方法(諸如CVD、ALD、氣相沈積、濺鍍等等)作為膜形成方法。例如，在使用濺鍍之情況中，使用一靶，其包含來自該等層之各者之材料之實例的至少一元素。例如，在藉由濺鍍而執行形成磁性層之情況中，使用包含形成一平面內磁化膜之一材料之一靶。
隨後，磁性膜、非磁性膜及釘紮膜經圖案化以使一磁性層405、非磁性層202及釘紮層201形成於絕緣層404上。在形成多個磁性單元402b(如圖5B中所展示之磁性單元)之情況中，使磁性層405、非磁性層202及釘紮層201形成於多個磁性單元402b之兩個磁性單元402b上。圖5C中展示此時之組態。形成於磁性單元402b上之磁性層405對應於第三磁性單元303。圖5C中僅展示定位於最上部分處之釘紮層201。
因為同時圖案化磁性膜、非磁性膜及釘紮膜，所以磁性層405、非磁性層202及釘紮層201在X-Y平面中之表面面積彼此相等。
在使磁性層405選擇性地形成於在Z軸方向上延伸之兩個磁性單元402b上之情況中，自磁性單元402b選擇在X軸方向或Y軸方向上彼此相鄰之兩個磁性單元402b。選定之兩個磁性單元402b分別對應於第一磁性單元301及第二磁性單元302。
如圖5C中所展示，在將磁性層405設置於在X軸方向上彼此相鄰之磁性單元402b上之情況中，磁性層405具有在X軸方向上延伸之一結構。在此一情況中，歸因於形狀磁性各向異性之效應而易於將磁性層405之磁化方向定向於X軸方向上。此外，歸因於易磁化軸之效應及形狀磁性各向異性之效應，可藉由將磁性層405之易磁化軸設定為在X軸方向上而更易於將磁性層405之磁化方向定向於X軸方向上。藉此，在磁性記憶體元件1中，易於將第三磁性單元303之磁化方向定向於相同於第一磁性單元301及第二磁性單元302之磁化方向的方向上。在此一情況中，第三磁性單元303之磁化方向平行或反平行於電流流動之方向。
相反地，在將磁性層405設置於在Y軸方向上彼此相鄰之磁性單元402b上之情況中，磁性層405具有在Y軸方向上延伸之一結構。在此一情況中，歸因於形狀磁性各向異性之效應，易於將磁性層405之磁化方向定向於Y軸方向上。相應地，即使在將磁性層405之易磁化軸設定為在X軸方向上之情況中，存在會將磁性層405之磁化方向非所要地定向於不同於第一磁性單元301及第二磁性單元302之磁化方向之一方向上之可能性。在此一情況中，第三磁性單元303之磁化方向不同於電流流動之方向。
為實現穩定位元操作，可期望磁性層405之磁化方向相同於第一磁性單元301之磁化方向及第二磁性單元302之磁化方向且平行或反平行於電流流動之方向。為此，可期望形成在相同於易磁化軸之方向上延伸之磁性層405。相應地，可期望磁性層405形成於在磁性層405之 易磁化軸方向上彼此相鄰之兩個磁性單元402a上。
最後，如圖5D中所展示，使第三電極103形成於包含非磁性層202及釘紮層201之讀取/寫入單元203上；且形成圖中未展示之位元線及字線。
第二實施例
現將使用圖6來描述根據一第二實施例之一磁性記憶體元件2。
圖6係根據第二實施例之磁性記憶體元件2之一透視圖。
在第二實施例中，組件在Z軸方向上之順序相反於第一實施例中之順序。換言之，在磁性記憶體元件1中，第一電極101及第二電極102設置於基板400上；但在磁性記憶體元件2中，第三電極103設置於基板400上。在磁性記憶體元件1中，第三磁性單元303之表面面積等於讀取/寫入單元203在X-Y平面中之表面面積。相反地，在磁性記憶體元件2中，第三磁性單元303之表面面積小於讀取/寫入單元203在X-Y平面中之表面面積。第三磁性單元303及讀取/寫入單元203之堆疊結構具有一錐形組態。在第三磁性單元303及讀取/寫入單元203之堆疊結構中，層之X軸方向及Y軸方向上之尺寸自第三電極103朝向第三磁性單元303變小。
第三磁性單元303之X-Y平面中之表面面積小於讀取/寫入單元203之X-Y平面中之表面面積。相應地，第三磁性單元303之電流密度高於讀取/寫入單元203之電流密度。因此，即使將在讀取/寫入單元203中流動之電流之值設定為低於磁性記憶體元件1之電流值之情況中，可獲得第三磁性單元303之讀出操作及寫入操作所需之電流密度。
磁性記憶體元件2之組件之材料及移位操作、讀出操作及寫入操作類似於根據第一實施例之磁性記憶體元件1之組件之材料及移位操作、讀出操作及寫入操作。
現將使用圖7A至圖7F及圖8A至圖8D來描述用於製造根據第二實施例之磁性記憶體元件2之一方法。
圖7A至圖7F及圖8A至圖8D係展示根據第二實施例之磁性記憶體元件2之製程的程序之橫截面圖。
首先，如圖7A中所展示，使一金屬膜103a、一釘紮膜201a、一非磁性膜202a及一磁性膜405a形成於其中設置電晶體及互連件之基板400上。只要可獲得所要磁性性質，則膜形成方法可包含CVD、ALD或PVD。
接著，如圖7B中所展示，藉由RIE、離子研磨等等而共同形成第三電極103、釘紮層201、非磁性層202及磁性層405。此時，RIE及/或離子研磨之條件經調整以圖案化磁性層405及讀取/寫入單元203以設置具有一錐形之磁性層405及讀取/寫入單元203。儘管圖7B中僅展示一組之磁性層405及讀取/寫入單元203，但可在基板400上於X軸方向及Y軸方向上成倍地配置多個磁性層405及多個讀取/寫入單元203。
接著，如圖7C中所展示，使絕緣層401(第一絕緣層)形成於其上形成釘紮層201、非磁性層202及磁性層405之基板400上。
接著，使在Y軸方向上延伸之多個開口OP1產生於絕緣層401中以暴露磁性層405之X軸方向上之兩端。圖7D中展示此時之組態。例如，使用在Y軸方向上具有一線及空間圖案之一圖中未展示之抗蝕遮罩，藉由RIE而執行絕緣層401之圖案化。藉由此程序而使在Y軸方向上延伸之多個開口OP1產生於絕緣層401a中。
在圖7B中，基板400上僅展示一組之第三電極103、釘紮層201、非磁性層202及磁性層405。然而，圖7D之程序及後續程序中展示對多組之第三電極103、釘紮層201、非磁性層202及磁性層405執行之程序。
接著，如圖7E中所展示，藉由CVD或ALD而使磁性膜402形成於 基板400及絕緣層401a(其中產生開口OP1)上。此時，磁性膜402經形成以接觸磁性層405之X軸方向上之兩端。
接著，如圖7F中所展示，藉由通過各向異性RIE移除基板400上之磁性層及絕緣層401a上部分之磁性層而形成互相獨立且在Z軸方向上延伸之磁性單元402c，使得形成於側壁上之磁性層保留。
接著，如圖8A中所展示，藉由填充一絕緣材料而形成絕緣層403。在填充之後移除表面上之過量絕緣材料，且藉由一方法(諸如CMP等等)而使表面平面化。
接著，藉由使在X軸方向上延伸之多個開口OP2產生於絕緣層403中而形成在X軸方向及Y軸方向上彼此分離之多個磁性單元402d，使得絕緣層403保留於磁性層405上。圖8B中展示此時之組態。例如，使用在X軸方向上具有一線及空間圖案之一圖中未展示之抗蝕遮罩，藉由RIE而蝕刻絕緣層403，直至暴露基板400之表面。藉由此程序而形成具有在X軸方向上延伸之多個開口OP2之絕緣層403a。
接著，如圖8C中所展示，藉由填充一絕緣材料而形成絕緣層404。在填充之後移除表面上之過量絕緣材料，且藉由一方法(諸如CMP等等)而使表面平面化。
最後，如圖8D中所展示，使第一電極101及第二電極102形成於磁性單元402b上。隨後，形成圖中未展示之位元線及字線。組件之膜形成、蝕刻等等可包含類似於用於製造磁性記憶體元件1之方法的方法。
第三實施例
現將使用圖9來描述根據一第三實施例之一磁性記憶體元件3。
圖9係根據第三實施例之磁性記憶體元件3之一透視圖。
在第三實施例中，第三磁性單元303與第二磁性單元302之間之連接表面面積及第三磁性單元303與第一磁性單元301之間之連接表面 面積小於第二實施例之連接表面面積。
磁性記憶體元件3之組件之材料及移位操作、讀出操作及寫入操作類似於根據第一實施例之磁性記憶體元件1之組件之材料及移位操作、讀出操作及寫入操作。
在實施例中，第二磁性單元302之X-Y平面中之橫截面面積大於第三磁性單元303與第二磁性單元302之間之接觸表面面積。第一磁性單元301之X-Y平面中之橫截面面積大於第三磁性單元303與第一磁性單元301之間之接觸表面面積。因此，電流密度在第三磁性單元303與第二磁性單元302之間之連接部分處較大且在第三磁性單元303與第一磁性單元301之間之連接部分處較大。相應地，移位錯誤比第二實施例更不易發生，此係因為可易於在彎曲之此等連接部分中移動之疇壁。
可使用類似於用於製造根據第二實施例之磁性記憶體元件2之方法的一方法作為用於製造磁性記憶體元件3之方法。具體而言，在用於製造磁性記憶體元件2之方法中，圖案化經執行使得當藉由圖案化磁性膜405a而產生磁性層405時，磁性層405之X-Y平面中之表面面積減小。此外，磁性膜402之形成及絕緣層403之圖案化經執行使得第一磁性單元301及第二磁性單元302之Z軸方向端表面部分地接觸磁性層405。
為在製造磁性記憶體元件3時設置具有一高密度之磁性單元，絕緣層之開口部分有利地經調整使得當自Z軸方向觀看時，第一磁性單元301及第二磁性單元302位於釘紮層201之表面面積內。換言之，當自第一磁性單元301及第二磁性單元302延伸之方向觀看時，第一磁性單元301及第二磁性單元302有利地定位於釘紮層201之外邊緣內以與釘紮層201重疊。
第四實施例
現將使用圖10A及圖10B來描述根據一第四實施例之一磁性記憶體元件4。
圖10A及圖10B係根據第四實施例之磁性記憶體元件4之透視圖。
圖10A係自一方向觀看時之磁性記憶體元件4之一透視圖；及圖10B係自另一方向觀看時之磁性記憶體元件4之一透視圖。
在第四實施例中，連接至第三磁性單元303之磁性單元之數目不同於第一實施例中之數目。在第一實施例中，在Z軸方向上延伸之兩個磁性單元連接至一第三磁性單元303。相反地，在本實施例中，在Z軸方向上延伸之四個磁性單元連接至一第三磁性單元303。
相較於磁性記憶體元件1，磁性記憶體元件4進一步包含一第四磁性單元304、一第五磁性單元305、一第四電極104及一第五電極105。
第四磁性單元304及第五磁性單元305在Z軸方向上延伸。第四磁性單元304之一Z軸方向端連接至第三磁性單元303。第四磁性單元304之另一Z軸方向端連接至第四電極104。第五磁性單元305之一Z軸方向端連接至第三磁性單元303。第五磁性單元305之另一Z軸方向端連接至第五電極105。
第四磁性單元304及第五磁性單元305之材料可為類似於第一磁性單元301及第二磁性單元302之材料的材料。第四電極104及第五電極105之材料可為類似於第一電極101及第二電極102之材料的材料。
組件之其他材料等等類似於第一實施例之材料等等。
第一電流源151連接至第一電極101至第五電極105。
第二電流源152連接至第一電極101、第二電極102、第四電極104及第五電極105。
在讀出操作及寫入操作中，第一電流源151引起一電流在第三電極103與第一電極101、第二電極102、第四電極104及第五電極105之 間流動。相應地，相較於僅一個磁性單元連接至第三磁性單元303之情況，在讀出操作及寫入操作中，1/4之電流可在該等磁性單元之各者中流動。因此，可在執行自第三磁性單元303讀取資訊或將資訊寫入至第三磁性單元303時大幅抑制錯誤發生，其中該等磁性單元之各者之疇壁歸因於電流流動通過該等磁性單元之各者而移位。
此外，例如，可將相同資訊儲存於第一磁性單元301及第四磁性單元304中；且可將相同資訊儲存於第二磁性單元302及第五磁性單元305中。因此，由於將相同資訊儲存於多個磁性單元中，所以即使在當使疇壁移位時一錯誤發生於一磁性單元中之情況中，可使用另一磁性單元之資訊來執行校正。因此，可改良對錯誤之抵抗性。
現將描述用於製造磁性記憶體元件4之一方法。
首先，執行類似於圖4A至圖4F及圖5A至圖5B之程序的程序；且形成在Z軸方向上延伸之多個磁性單元。
接著，使一磁性膜、一非磁性膜、一釘紮膜及一金屬膜形成於絕緣層404上。
接著，藉由RIE、離子研磨等等且藉由圖案化各膜而形成磁性層405、非磁性層202、釘紮層201及第三電極103以連接多個磁性單元之四個磁性單元。
藉由上述程序而獲得根據第四實施例之磁性記憶體元件4。
現將描述磁性記憶體元件4之移位操作。
在磁性記憶體元件4中，在不執行疇壁之移位之狀態中，第三磁性單元303具有一單一磁疇結構。相應地，使第三磁性單元303之磁性位元有利地同時移位至多個磁性單元中以穩定地執行疇壁之移位操作。在磁性位元之移位操作中，例如，第一電流源151引起一電流自第一電極101及第四電極104朝向第二電極102及第五電極105流動。此時，使寫入至第三磁性單元303之磁性位元移位至第二磁性單元302及 第五磁性單元305兩者中。
當讀取磁性單元之各者之磁性位元時，使具有相同磁化方向之磁性位元自多個磁性單元有利地同時移位至第三磁性單元303中。
在磁性記憶體元件4中，當執行讀出操作或寫入操作(如上文所描述)時，藉由第一電流源引起一電流在第三電極103與第一電極101、第二電極102、第四電極104及第五電極105之間流動而執行自第三磁性單元303讀取磁性位元或將磁性位元寫入至第三磁性單元303。由電流流動之方向與釘紮層201之磁化方向之間之關係控制之第三磁性單元303之磁化方向類似於第一實施例。
儘管在圖10A及圖10B所展示之實例中四個磁性單元連接至一第三磁性單元303，但三個、五個或五個以上磁性單元可連接至一第三磁性單元303。在N個磁性單元(N係不小於3之一整數)連接至一第三磁性單元303之情況中，可相較於一個磁性單元之情況而將在讀出操作及寫入操作中流動通過該等磁性單元之各者之電流減小至電流之1/N。
第五實施例
現將使用圖11來描述根據一第五實施例之一磁性記憶體元件5。
圖11係根據第五實施例之磁性記憶體元件5之一透視圖。
第五實施例與第一實施例之不同點在於：磁性單元連續地連接至在X軸方向上相鄰之多個其他磁性單元。
磁性記憶體元件5包含一結構體ST，其包含第三磁性單元303、及連接至第三磁性單元303之第一磁性單元301及第二磁性單元302。磁性記憶體元件5包含一結構體陣列，其中多個結構體ST配置於與Z軸方向相交之一方向上。磁性記憶體元件5包含第四磁性單元304，其連接包含於結構體ST中之第一磁性單元301及相鄰於第一磁性單元301之包含於結構體ST中之第二磁性單元302。多個第一磁性單元301 之第一磁性單元301(其未連接至第四磁性單元304)連接至第一電極101。多個第二磁性單元302之第二磁性單元302(其未連接至第四磁性單元304)連接至第二電極102。
在實施例中，可不僅增加Z軸方向上之容量，且增加X軸方向上之容量。
結構體ST有利地配置於第一磁性單元301、第二磁性單元302及第三磁性單元之易磁化軸方向上。在此一情況中，使結構體ST彼此連接之第四磁性單元304亦具有在其他磁性單元之易磁化軸方向上延伸之結構。因此，歸因於形狀磁性各向異性，易於引起第四磁性單元304之磁化方向成為相同於其他磁性單元之磁化方向的方向。
現將描述用於製造磁性記憶體元件5之一方法。
首先，類似於圖4A至圖4F及圖5A之程序的程序經執行以形成在Z軸方向上延伸之多個磁性單元及在X軸方向上延伸之磁性單元以連接在Z軸方向上延伸之多個磁性單元。
其後，在根據第一實施例之磁性記憶體元件之製程中，移除沈積於基板400上且在X軸方向上延伸之磁性單元。然而，在實施例中，執行以下程序且無需移除在X軸方向上延伸之磁性單元。
類似於圖5C及圖5D，形成連接多個磁性單元之兩個磁性單元之第三磁性單元303、非磁性層202、釘紮層201及第三電極103。在此一情況中，使一讀取/寫入單元203形成於連續連接之一組磁性單元之第三磁性單元303之一者上即可。或者，可使讀取/寫入單元203形成於連續連接之一組磁性單元之多個第三磁性單元303之各者上。
當使包含於磁性單元之各者中之疇壁移位時，第二電流源152引起一電流在第一電極101與第二電極102之間流動。
當執行讀出操作或寫入操作時，藉由第一電流源151引起一電流在第三電極103與第一電極101或第二電極102之至少一者之間流動而 執行自第三磁性單元303讀取磁性位元或將磁性位元寫入至第三磁性單元303。由電流流動之方向與釘紮層201之磁化方向之間之關係控制之第三磁性單元303之磁化方向類似於第一實施例。
組件之材料等等類似於第一實施例之材料等等。可使用類似於第一磁性單元301及第二磁性單元302之材料的材料作為第四磁性單元之材料。
現將使用圖12來描述根據第五實施例之磁性記憶體元件之一修改方案。
圖12係展示根據第五實施例之磁性記憶體元件5之修改方案的一透視圖。
在圖12所展示之修改方案中，將包含一釘紮層2011及一非磁性層2021之一讀出單元204設置於連續連接之一組磁性單元之一第三磁性單元303上。將包含一釘紮層2012及一非磁性層2022之一寫入單元205設置於另一第三磁性單元303上。可將多個讀出單元204及多個寫入單元205提供給連續連接之該組磁性單元。
第三電極103連接至讀出單元204；且第四電極104連接至寫入單元205。
當使包含於磁性單元之各者中之疇壁移位時，一第三電流源153引起一電流在第一電極101與第二電極102之間流動。
當執行讀出操作時，藉由第一電流源151引起一電流在第三電極103與第二電極102或第一電極101之至少一者之間流動而執行接觸讀出單元204之第三磁性單元303之磁性位元之讀取。
當執行寫入操作時，藉由第二電流源152引起一電流在第三電極103與第一電極101或第二電極102之至少一者之間流動而執行接觸寫入單元205之第三磁性單元303之磁性位元之寫入。
讀出操作及寫入操作之原理類似於其他實施例之原理。
如圖12中所展示，可單獨設置連接至第三電極103之電流源及連接至第四電極104之電流源。或者，可設置連接至第三電極103及第四電極104兩者之一共同電流源。換言之，第一電流源151及第二電流源152可為一共同電流源。
第六實施例
現將使用圖13來描述根據一第六實施例之一磁性記憶體元件6。
圖13係根據第六實施例之磁性記憶體元件6之一透視圖。
第六實施例與第一實施例之不同點在於：第六實施例進一步包含第四電極104。第四電極104連接至第三磁性單元303。第四電極104用於讀出操作及寫入操作中。
在實施例中，第三電極103及第四電極104連接至第一電流源151。第一電極101及第二電極102連接至第二電流源152。
第四電極104可包含(例如)類似於第三電極103之材料的一材料。除此之外，組件之材料類似於根據第一實施例之磁性記憶體元件1之材料。
將第四電極104設置於第三磁性單元303周圍。在第三磁性單元303具有一單一磁疇結構之情況中，將第四電極104設置於用於第一磁性單元301及第三磁性單元303之第一磁性單元301之連接部分之附近區及用於第二磁性單元302及第三磁性單元303之第二磁性單元302之連接部分之附近區周圍以接觸兩個連接部分附近區。在此一情況中，第四電極104經由該等連接部分附近區而連接至第三磁性單元303。或者，可將第四電極104設置於第三磁性單元303及該等連接部分附近區兩者周圍。
或者，可在並非介於第一磁性單元301與第二磁性單元302之間之一區域中將第四電極104設置成與以下之一者接觸：第三磁性單元303；用於第一磁性單元301及第三磁性單元303之第一磁性單元301之 連接部分之附近區；或用於第二磁性單元302及第三磁性單元303之第二磁性單元302之連接部分之附近區。或者，可在並非介於第一磁性單元301與第二磁性單元302之間之一區域中將第四電極104設置成與第三磁性單元303接觸。
將第四電極104設置於不與讀取/寫入單元203直接接觸之一位置處，使得在讀出操作及寫入操作中電流流動通過第三磁性單元303。
現將描述用於製造磁性記憶體元件6之一方法。
首先，執行類似於圖4A至圖4C之程序的程序。
隨後，當填充在Y軸方向上延伸之空間時，使用一電極材料來填充空間之最上部分。
接著，執行類似於圖4E之程序的一程序；且當填充在X軸方向上延伸之空間時，使用一電極材料來填充空間之最上部分。
隨後，例如，在圖5D之程序中，當藉由圖案化磁性膜等等而形成第三磁性單元303、讀取/寫入單元203及第三電極103時，使用於填充之最上部分之電極材料形成為第四電極104之圖案。
現將描述磁性記憶體元件6之讀出操作及寫入操作。
當將具有相同於釘紮層201之磁化方向之方向之一磁性位元寫入至第三磁性單元303時，第一電流源151引起電流自第四電極104流入至第三電極103中。因為電子以與電流相反之一定向上流動，所以在此情況中，電子自第三電極103流入至第四電極104中。
當電子通過釘紮層201時，使電子自旋極化。經自旋極化之電子流動通過非磁性層202而至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)中。接著，經自旋極化之電子(其在相同於其中將執行寫入之區域之方向的方向上具有一自旋)通過其中將執行寫入之區域。然而，經自旋極化之電子(其在不同於其中將執行寫入之區域之磁化方向的一方向上具有一自旋)將一自旋轉矩施加至其中將執行寫入之區域之磁 化。施加至其中將執行寫入之區域之磁化的該自旋轉矩用於引起將其中將執行寫入之區域之磁化方向定向於相同於釘紮層201之磁化方向的方向上。藉此，其中將執行寫入之區域之磁化經控制以在相同於釘紮層201之磁化的方向上。
當將具有不同於釘紮層201之磁化方向之一方向之一磁性位元寫入至第三磁性單元303時，引起電流以在與將相同於釘紮層201之磁化方向之方向寫入至第三磁性單元303之磁性位元之情況之方向相反之方向上流動。換言之，電子自第四電極104朝向第三電極103流動。
當電子通過釘紮層201時，在相同於釘紮層201之磁化的方向上具有一自旋之電子通過釘紮層201；但在不同於釘紮層201之磁化的一方向上具有一自旋之電子由非磁性層202與釘紮層201之間之界面反射且流入至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)中。接著，經自旋極化之電子(其在不同於釘紮層201之磁化的方向上具有該自旋)將一自旋轉矩施加至第三磁性單元303之區域(其中將執行寫入)之磁化。施加至其中將執行寫入之區域之磁化的該自旋轉矩用於引起將其中將執行寫入之區域之磁化方向定向於不同於釘紮層201之磁化方向的方向上。藉此，其中將執行寫入之區域之磁化經控制以成為不同於釘紮層201之磁化的方向。
當讀取時，引起一恆定電流流動或將一恆定電位施加於第四電極104與第三電極103之間。此時，歸因於釘紮層201之磁化方向與第三磁性單元303內之其中將執行讀取之區域之磁化方向之間之角度，第四電極104與第三電極103之間之電阻改變。具體而言，當釘紮層201之磁化方向及其中將執行讀取之區域之磁性方向相同時，上述電阻值係一低值；及當釘紮層201之磁化方向及其中將執行讀取之區域之磁性方向相反時，上述電阻值係一高值。藉由感測其中將執行讀取之區域之磁化方向(藉由感測引起電流在釘紮層201與第三磁性單元 303之間流動時之電阻值)而執行資訊之讀取。
在讀出操作及寫入操作中，電流在第三電極103與第四電極104之間流動，如上文所描述。因此，在第一磁性單元301中流動之電流僅在用於第一磁性單元301及第三磁性單元303之第一磁性單元301之連接部分附近流動。同樣地，對於第二磁性單元302，電流僅在用於第二磁性單元302及第三磁性單元303之第二磁性單元302之連接部分附近流動。相應地，可減少錯誤，其中第二磁性單元302及第三磁性單元303之疇壁歸因於讀出操作及寫入操作中之電流而錯誤地移位。
可將第一磁性單元301及第二磁性單元302設置成彼此接近，此係因為第四電極104設置於除第一磁性單元301與第二磁性單元302之間之區域之外之一位置處。因此，可設置具有一高密度之磁性單元。
因為第四電極104設置於第三磁性單元303之外圓周部分處，所以在讀出操作及寫入操作中，電流均勻地流動通過第三磁性單元303；且可在讀出操作及寫入操作中穩定地執行輸入/輸出。
類似於第一實施例，藉由第二電流源152引起電流在第一電極101與第二電極102之間流動而執行記憶體移位操作。如同第二實施例，磁性記憶體元件6之組件之順序可與Z軸方向上之圖13中所展示之磁性記憶體元件6之順序相反。
第七實施例
現將使用圖14來描述根據一第七實施例之一磁性記憶體7。
圖14係根據第七實施例之磁性記憶體7之一示意圖。
磁性記憶體7係(例如)一移位暫存器記憶體，其中設置根據第一實施例之多個磁性記憶體元件1。
磁性記憶體7包含磁性記憶體元件1、一第一電晶體801、一第二電晶體802、一第一選擇器811、一第二選擇器812、一電流源電路820及一電阻值感測器830。
第一選擇器811連接至一第一位元線BL1、一第一字線WL1及一第二字線WL2。第二選擇器812連接至一第二位元線BL2及一第三位元線BL3。
第三電極103連接至第一位元線BL1。
第一電晶體801之閘極連接至第一字線WL1。第一電晶體801之除閘極之外之一端子連接至第一電極101；且另一端子連接至第二位元線BL2。
第二電晶體802之閘極連接至第二字線WL2。第二電晶體802之除閘極之外之一端子連接至第二電極102；且另一端子連接至第三位元線BL3。
充當第一電流源151及第二電流源152之電流源電路820連接至第一選擇器811及第二選擇器812。
電阻值感測器830連接至第一選擇器811及第二選擇器812。電阻值感測器830能夠感測連接至第三電極103之第一位元線BL1與連接至第一電極101之第二位元線BL2及連接至第二電極102之第三位元線BL3之間之電阻值之變化。
例如，可藉由電流源電路820引起一恆定電流在第三電極103與第一電極101及第二電極102之間流動且藉由電阻值感測器830感測第三電極103與第一電極101及第二電極102之間之電壓之變化而感測電阻值之變化。或者，可藉由電流源電路820將一恆定電位施加於第三電極103與第一電極101及第二電極102之間且藉由電阻值感測器830感測在第三電極103與第一電極101及第二電極102之間流動之電流之變化而感測電阻值之變化。
可藉由將磁性記憶體元件1用於磁性記憶體中而進一步增大磁性記憶體之磁性記錄密度。
儘管在磁性記憶體7包含多個磁性記憶體元件1之實施例中繪示 一實例，磁性記憶體7可包含根據實施例之多個其他磁性記憶體元件來取代根據第一實施例之磁性記憶體元件1。
第八實施例
現將使用圖15來描述根據一第八實施例之一磁性記憶體8。
圖15係根據第八實施例之磁性記憶體8之一示意圖。
磁性記憶體8係(例如)一移位暫存器記憶體，其中設置根據第六實施例之多個磁性記憶體元件6。
磁性記憶體8包含磁性記憶體元件6、第一電晶體801、第二電晶體802、第一選擇器811、第二選擇器812、電流源電路820及電阻值感測器830。
第一選擇器811連接至第一位元線BL1、第一字線WL1及第二字線WL2。第二選擇器812連接至第二位元線BL2、第三位元線BL3及一第四位元線BL4。
第三電極103連接至第一位元線BL1。
第四電極104連接至第四位元線BL4。
第一電晶體801之閘極連接至第一字線WL1。第一電晶體801之除閘極之外之一端子連接至第一電極101；且另一端子連接至第二位元線BL2。
第二電晶體802之閘極連接至第二字線WL2。第二電晶體802之除閘極之外之一端子連接至第二電極102；且另一端子連接至第三位元線BL3。
充當第一電流源151及第二電流源152之電流源電路820連接至第一選擇器811及第二選擇器812。
電阻值感測器830連接至第一選擇器811及第二選擇器812。電阻值感測器830能夠感測連接至第三電極103之第一位元線BL1與連接至第四電極104之第四位元線BL4之間之電阻值之變化。
例如，可藉由電流源電路820引起一恆定電流在第三電極103與第四電極104之間流動且藉由電阻值感測器830感測第三電極103與第四電極104之間之電壓之變化而感測電阻值之變化。或者，可藉由電流源電路820將一恆定電位施加於第三電極103與第四電極104之間且藉由電阻值感測器830感測在第三電極103與第四電極104之間流動之電流之變化而感測電阻值之變化。
可藉由將磁性記憶體元件6用於磁性記憶體中而進一步增大磁性記憶體之磁性記錄密度。
在本申請案之說明書中，用語「正交」、「垂直」及「平行」包含歸因於製程之波動。相應地，實質上正交、垂直或平行即可。
註解1
一種用於操作一磁性記憶體元件之方法，該磁性記憶體元件包含：一第一磁性單元，其在一第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇；一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇；一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一第二方向上延伸，該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一讀取/寫入單元，其包含一非磁性層及一釘紮層，該非磁性層連接至該第三磁性單元，該釘紮層連接至該非磁性層；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端； 一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端；及一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元，用於操作該磁性記憶體元件之該方法包含：藉由引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動而引起該第一磁性單元之該等磁疇及該第二磁性單元之該等磁疇移動。
註解2
如註解1之用於操作磁性記憶體元件之方法，其中在移動該第一磁性單元之該等磁疇及該第二磁性單元之該等磁疇之後，藉由引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動而控制該第三磁性單元之磁化方向。
註解3
如註解1之用於操作磁性記憶體元件之方法，其中在移動該第一磁性單元之該等磁疇及該第二磁性單元之該等磁疇之後，藉由引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動而感測該第三磁性單元之磁化方向。
註解4
一種用於操作一磁性記憶體元件之方法，該磁性記憶體元件包含：一第一磁性單元，其在一第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇；一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇；一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一第二方向上延 伸，該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一讀取/寫入單元，其包含一非磁性層及一釘紮層，該非磁性層連接至該第三磁性單元，該釘紮層連接至該非磁性層；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端；及一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元，用於操作該磁性記憶體元件之該方法包含：藉由引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動而控制該第三磁性單元之磁化方向。
註解5
如註解4之用於操作一磁性記憶體元件之方法，其中在控制該第三磁性單元之磁化方向之後，藉由引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動而引起該第一磁性單元之該等磁疇及該第二磁性單元之該等磁疇移動。
註解6
一種用於操作一磁性記憶體元件之方法，該磁性記憶體元件包含：一第一磁性單元，其在一第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇；一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇； 一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一第二方向上延伸，該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一讀取/寫入單元，其包含一非磁性層及一釘紮層，該非磁性層連接至該第三磁性單元，該釘紮層連接至該非磁性層；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端；及一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元，用於操作該磁性記憶體元件之該方法包含：藉由引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動而感測該第三磁性單元之磁化方向。
註解7
如註解6之用於操作磁性記憶體元件之方法，其中在感測該第三磁性單元之磁化方向之後，藉由引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動而引起該第一磁性單元之該等磁疇及該第二磁性單元之該等磁疇移動。
註解8
一種用於操作一磁性記憶體元件之方法，其包含：使一第一絕緣層形成於一基板上；使一開口產生於該第一絕緣層中，該開口在一第三方向上延伸；使一磁性膜形成於該基板及具有該開口之該第一絕緣層上；藉由將一絕緣材料填充至其中形成該磁性膜之該第一絕緣層之該開口中而形成一第二絕緣層，將該磁性膜之至少一部分埋藏於該第 二絕緣層之一內部中；藉由使一開口產生於該第二絕緣層中而形成在該第三方向上彼此分離之多個磁性單元，該開口在與該第三方向相交之該第二方向上延伸；藉由將一絕緣材料填充至該第二絕緣層之該開口中而形成一第三絕緣層，將該多個磁性單元埋藏於該第三絕緣層中；及當自與該第二方向及該第三方向相交之一方向觀看時，使一磁性層、一非磁性層及一釘紮層依序形成於該第三絕緣層上以與該多個磁性單元之該等磁性單元之至少兩者重疊。
註解9
一種用於製造一磁性記憶體元件之方法，其包含：使一第一絕緣層形成於一基板上，該基板包含自下依序形成之一釘紮層、一非磁性層及一磁性層；使一開口產生於該第一絕緣層中以暴露該磁性層之一第二方向上之兩端，該開口在與該第二方向相交之一第三方向上延伸；使一磁性膜形成於該基板及具有該開口之該絕緣層上，該磁性膜接觸該磁性層之該第二方向上之該兩端；藉由將一絕緣材料填充至其中形成該磁性膜之該絕緣層之該開口中而形成一第二絕緣層，將該磁性膜之至少一部分埋藏於該第二絕緣層之一內部中；及藉由使一開口產生於該第二絕緣層中而形成在該第三方向上彼此分離之多個磁性單元以引起該磁性層上之該第二絕緣層保留，該開口在該第二方向上延伸。
註解10
如註解8或9之製造磁性記憶體元件之方法，其中在形成該磁性膜之後且在形成該第二絕緣層之前，移除形成於該第一絕緣層之一上 表面及在該第三方向上延伸之該開口之一底部處之該磁性膜。
註解11
如註解8至10中任一項之用於製造磁性記憶體元件之方法，其中藉由交替地堆疊具有針對一蝕刻速率之互不相同各向異性之兩個或兩個以上膜而形成該第一絕緣層，藉由反應性離子蝕刻(RIE)而產生在該第三方向上延伸之該開口，且該第一絕緣層之該開口包含在該第二方向上具有窄尺寸之部分，在該第一方向上週期性地設置該等部分。
註解12
如註解8至11中任一項之用於製造磁性記憶體元件之方法，其中該磁性膜經形成以在該第二方向上具有該易磁化軸。
註解13
一種磁性記憶體元件，其包含：一結構體陣列，其包含配置於與一第一方向相交之一方向上之多個結構體，該等結構體之各者包含一第一磁性單元，其在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇，一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇，及一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一第二方向上延伸，該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一第四磁性單元，其連接至該結構體之該第一磁性單元及相鄰 於該結構體之另一結構體之該第二磁性單元；一讀取/寫入單元，其設置於該多個結構體之該等第三磁性單元之至少一者上；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端，該第一磁性單元未連接至該第四磁性單元；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端，該第二磁性單元未連接至該第四磁性單元；一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元；一第一電流源，其引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動；及一第二電流源，其引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動。
註解14
一種磁性記憶體元件，其包含：一結構體陣列，其包含配置於與一第一方向相交之一方向上之多個結構體，該等結構體之各者包含一第一磁性單元，其在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇，一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留多個磁疇，及一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一方向上延伸，該第三磁性單元連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一第四磁性單元，其連接至該結構體之該第一磁性單元及相鄰 於該結構體之另一結構體之該第二磁性單元；一讀出單元，其設置於該多個結構體之該等第三磁性單元之至少一者上；一寫入單元，其設置於除其中設置該讀出單元之該第三磁性單元之外之該多個結構體之該等第三磁性單元之至少一者上；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端，該第一磁性單元未連接至該第四磁性單元；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端，該第二磁性單元未連接至該第四磁性單元；一第三電極，其連接至該讀出單元；一第四電極，其連接至該寫入單元；一第一電流源，其引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動；一第二電流源，其引起一電流在該第四電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動；及一第三電流源，其引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動。
在上文中，參考特定實例來描述本發明之實施例。然而，本發明不受限於此等特定實例。例如，熟習技術者可藉由自已知技術適當地選擇組件(諸如磁性單元、非磁性層、釘紮層、電極、電流源電路、電阻值感測器、選擇器等等)之特定組態而依類似方式實踐本發明；且此實踐在本發明之範疇內以致可獲得類似效應。
此外，特定實例之任何兩個或兩個以上組件可在技術可行性範圍內組合且包含於本發明之範疇中以致包含本發明之主旨。
再者，基於作為本發明之實施例之上述磁性記憶體元件及磁性記憶體，熟習技術者可藉由一適當設計修改方案而實踐之所有磁性記 憶體元件及磁性記憶體亦在本發明之範疇內以致包含本發明之精神。
熟習技術者可在本發明之精神內設想各種其他變動及修改，且應瞭解，此等變動及修改亦涵蓋於本發明之範疇內。
儘管已描述某些實施例，但此等實施例僅供例示，且不意欲限於本發明之範疇。其實，本文所描述之新穎實施例可體現為各種其他形式；此外，可不背離本發明之精神之情況下對本文所描述之實施例作出各種省略、替代及形式改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋將落於本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103‧‧‧第三電極
151‧‧‧第一電流源
152‧‧‧第二電流源
201‧‧‧釘紮層
202‧‧‧非磁性層
203‧‧‧讀取/寫入單元
301‧‧‧第一磁性單元
302‧‧‧第二磁性單元
303‧‧‧第三磁性單元
400‧‧‧基板

Claims (17)

  1. 一種磁性記憶體元件，其包括：一第一磁性單元，其在一第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留複數個磁疇；一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留複數個磁疇；一第三磁性單元，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端，該第三磁性單元在與該第一方向相交之一第二方向上具有一易磁化軸；一讀取/寫入單元，其包含一非磁性層及一釘紮層，該非磁性層連接至該第三磁性單元，該釘紮層連接至該非磁性層；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端；一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元；一第一電流源，其引起一電流在該第三電極與該第一電極或該第二電極之至少一者之間流動；及第二電流源，其引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動。
  2. 如請求項1之元件，其中當自該第一方向觀看時，該第三磁性單元之一表面面積等於該釘紮層之一表面面積或小於該釘紮層之 該表面面積。
  3. 如請求項1之元件，其中當自該第一方向觀看時，該第一磁性單元與該釘紮層重疊，且當自該第一方向觀看時，該第二磁性單元與該釘紮層重疊。
  4. 如請求項1之元件，其中該第一磁性單元及該第二磁性單元之該等易磁化軸係在正交於該第一方向之一方向上，且該第二方向係正交於該第一方向之一方向。
  5. 如請求項1之元件，其中在該第三磁性單元之該第二方向上之一尺寸係200奈米或更小。
  6. 如請求項1之元件，其中該第三磁性單元具有一單一磁疇結構。
  7. 如請求項1之元件，其中該第一磁性單元及該第二磁性單元包含一磁性合金，該磁性合金包含選自由鈷、錳、鉻及一稀土元素組成之群組之至少一者。
  8. 如請求項1之元件，其中該第三磁性單元之一磁化小於該第一磁性單元之一磁化且小於該第二磁性單元之一磁化。
  9. 如請求項1之元件，其中藉由CVD或ALD而使該第一磁性單元及該第二磁性單元形成為膜。
  10. 如請求項1之元件，其中該第三磁性單元在該第二方向上延伸。
  11. 如請求項1之元件，其中該第一磁性單元及該第二磁性單元具有在該第二方向上具有窄尺寸之部分，在該第一方向週期性地設置該等部分。
  12. 如請求項1之元件，其中該第一磁性單元與該第三磁性單元之間之一連接表面之一表面面積小於正交於該第一方向之該第一磁性單元之一表面之一橫截面面積，且 該第二磁性單元與該第三磁性單元之間之一連接表面之一表面面積小於正交於該第一方向之該第二磁性單元之一表面之一橫截面面積。
  13. 如請求項1之元件，其進一步包括：一第四磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元及該第二磁性單元分離，該第四磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留複數個磁疇，該第四磁性單元之該第一方向上之一端連接至該第三磁性單元；一第五磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元、該第二磁性單元及該第四磁性單元分離，該第五磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留複數個磁疇，該第五磁性單元之該第一方向上之一端連接至該第三磁性單元；一第四電極，其連接至該第四磁性單元之該第一方向上之另一端；及一第五電極，其連接至該第五磁性單元之該第一方向上之另一端。
  14. 一種磁性記憶體元件，其包括：一第一磁性單元，其在一第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向上保留複數個磁疇；一第二磁性單元，其經設置以與該第一磁性單元分離，該第二磁性單元在該第一方向上延伸，在與該第一方向相交之一方向上具有一易磁化軸，且能夠在該第一方向保留複數個磁疇；一第三磁性單元，其在與該第一方向相交之一方向上延伸且 連接至該第一磁性單元之該第一方向上之一端及該第二磁性單元之該第一方向上之一端；一讀取/寫入單元，其包含一非磁性層及一釘紮層，該非磁性層連接至該第三磁性單元，該釘紮層連接至該非磁性層；一第一電極，其連接至該第一磁性單元之該第一方向上之另一端；一第二電極，其連接至該第二磁性單元之該第一方向上之另一端；一第三電極，其連接至該讀取/寫入單元；一第四電極，其連接至該第三磁性單元且設置於並非介於該第一磁性單元與該第二磁性單元之間之一區域中；一第一電流源，其引起一電流在該第三電極與該第四電極之間流動以執行該第三磁性單元之一磁化方向之讀取及寫入；及一第二電流源，其引起一電流在該第一電極與該第二電極之間流動以移動該第一磁性單元及該第二磁性單元之該等磁疇。
  15. 如請求項14之元件，其中該第四電極經設置以接觸用於該第一磁性單元及該第三磁性單元之該第一磁性單元之一連接部分之一附近區及用於該第二磁性單元及該第三磁性單元之該第二磁性單元之一連接部分之一附近區兩者。
  16. 一種磁性記憶體，其包括：複數個如請求項1之磁性記憶體元件；複數個第一位元線，該複數個第一位元線之各者連接至對應於該第一位元線之該第三電極；複數個第一電晶體，該複數個第一電晶體之各者包含：一閘極，其連接至對應於該第一電晶體之一第一字線；除該閘極之外之一端子，其連接至對應於該第一電晶體之該第一電極；及 除該閘極之外之另一端子，其連接至對應於該第一電晶體之一第二位元線；及複數個第二電晶體，該複數個第二電晶體之各者包含：一閘極，其連接至對應於該第二電晶體之一第二字線；除該閘極之外之一端子，其連接至對應於該第二電晶體之該第二電極；及除該閘極之外之另一端子，其連接至對應於該第二電晶體之一第三位元線。
  17. 一種磁性記憶體，其包括：複數個如請求項14之磁性記憶體元件；複數個第一位元線，該複數個第一位元線之各者連接至對應於該第一位元線之該第三電極；複數個第四位元線，該複數個第四位元線之各者連接至對應於該第四位元線之該第四電極；複數個第一電晶體，該複數個第一電晶體之各者包含：一閘極，其連接至對應於該第一電晶體之一第一字線；除該閘極之外之一端子，其連接至對應於該第一電晶體之該第一電極；及除該閘極之外之另一端子，其連接至對應於該第一電晶體之一第二位元線；及複數個第二電晶體，該複數個第二電晶體之各者包含：一閘極，其連接至對應於該第二電晶體之一第二字線；除該閘極之外之一端子，其連接至對應於該第二電晶體之該第二電極；及除該閘極之外之另一端子，其連接至對應於該第二電晶體之一第三位元線。
TW104117836A 2014-08-25 2015-06-02 磁性記憶體元件及磁性記憶體 TW201611362A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014170944A JP6193190B2 (ja) 2014-08-25 2014-08-25 磁気記憶素子および磁気メモリ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201611362A true TW201611362A (zh) 2016-03-16

Family

ID=55348825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104117836A TW201611362A (zh) 2014-08-25 2015-06-02 磁性記憶體元件及磁性記憶體

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9548093B2 (zh)
JP (1) JP6193190B2 (zh)
TW (1) TW201611362A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017162970A (ja) * 2016-03-09 2017-09-14 株式会社東芝 磁気記憶装置
JP7010741B2 (ja) * 2018-03-19 2022-01-26 キオクシア株式会社 磁気記憶装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6834005B1 (en) 2003-06-10 2004-12-21 International Business Machines Corporation Shiftable magnetic shift register and method of using the same
US6955926B2 (en) 2004-02-25 2005-10-18 International Business Machines Corporation Method of fabricating data tracks for use in a magnetic shift register memory device
JP4817616B2 (ja) 2004-06-10 2011-11-16 キヤノン株式会社 磁気抵抗効果素子及び該磁気抵抗効果素子を用いた記憶装置
JP2006269885A (ja) 2005-03-25 2006-10-05 Sony Corp スピン注入型磁気抵抗効果素子
JP2007073103A (ja) 2005-09-05 2007-03-22 Sharp Corp メモリ素子およびメモリ素子のマップアドレス管理方法
JP2007095765A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Fuji Electric Holdings Co Ltd 多値記録スピン注入磁化反転素子およびこれを用いた装置
JP4799983B2 (ja) * 2005-09-29 2011-10-26 シャープ株式会社 磁気メモリ、磁気メモリの駆動回路、磁気メモリの配線方法、および磁気メモリの駆動方法
JP2007123640A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Sharp Corp 磁気メモリ、情報記録／再生方法、情報再生方法、情報記録方法
KR100754397B1 (ko) * 2006-02-22 2007-08-31 삼성전자주식회사 마그네틱 도메인 이동을 이용한 자기메모리
KR100829576B1 (ko) * 2006-11-06 2008-05-14 삼성전자주식회사 자구벽 이동을 이용한 데이터 저장 장치 및 그의 동작 방법
JP5146836B2 (ja) 2006-12-06 2013-02-20 日本電気株式会社 磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法
KR101323719B1 (ko) 2007-10-12 2013-10-30 삼성전자주식회사 자성층, 자성층의 형성방법, 자성층을 포함하는정보저장장치 및 정보저장장치의 제조방법
WO2010074132A1 (ja) 2008-12-25 2010-07-01 日本電気株式会社 磁気メモリ素子及び磁気ランダムアクセスメモリ
KR20100104044A (ko) * 2009-03-16 2010-09-29 삼성전자주식회사 정보저장장치 및 그의 동작방법
JP5413597B2 (ja) 2010-03-01 2014-02-12 新光電気工業株式会社 配線基板
JP5431400B2 (ja) 2011-03-28 2014-03-05 株式会社東芝 磁気記憶素子
JP5727836B2 (ja) * 2011-03-30 2015-06-03 株式会社東芝 磁気記憶素子、磁気記憶装置、磁壁移動方法
JP5653379B2 (ja) 2012-03-23 2015-01-14 株式会社東芝 磁気記憶素子、磁気メモリ及び磁気記憶装置
JP5576960B2 (ja) 2013-04-08 2014-08-20 株式会社東芝 磁気記憶素子、磁気記憶装置、および磁気メモリ
JP6271370B2 (ja) * 2014-08-25 2018-01-31 株式会社東芝 磁気メモリ、磁気メモリ装置、及び磁気メモリの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016046442A (ja) 2016-04-04
US9548093B2 (en) 2017-01-17
US20160055892A1 (en) 2016-02-25
JP6193190B2 (ja) 2017-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100521825B1 (ko) 자기 기억 장치 및 그 제조 방법
US8670271B2 (en) Magnetic stack having assist layers
JP3906139B2 (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ
JP5756760B2 (ja) 磁気メモリ、磁気メモリの製造方法、及び、磁気メモリの駆動方法
JP5571142B2 (ja) 磁気メモリ
KR100515532B1 (ko) 자기 기억 장치 및 그 제조 방법
JP4444257B2 (ja) スピンｆｅｔ
US7741688B2 (en) Magnetic random access memory and method of manufacturing the same
KR20080070597A (ko) 자기 저항 소자 및 자기 메모리
US9236106B2 (en) Magnetic domain wall motion memory and write method for the same
JP2018157108A (ja) 磁気メモリ
JP2004128015A (ja) 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置
JP6434103B1 (ja) 磁気メモリ
US9705073B2 (en) Magnetic memory element and magnetic memory
TW201539439A (zh) 磁性記憶體、磁性記憶體裝置、及磁性記憶體之動作方法
JP2005203702A (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
TW201611362A (zh) 磁性記憶體元件及磁性記憶體
JP2004146614A (ja) 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置
US10319902B2 (en) Magnetoresistive device
JP2014179639A (ja) 磁気メモリ
JP2010177256A (ja) 磁気メモリ装置
JP5058236B2 (ja) スピンメモリ
JP2009146995A (ja) 磁気記憶装置