TW541529B

TW541529B - Cladded read conductor for a pinned-on-the-fly soft reference layer

Info

Publication number: TW541529B
Application number: TW090129843A
Authority: TW
Inventors: Manish Sharma; Lung T Tran
Original assignee: Hewlett Packard Co
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-07-11
Also published as: CN1379485A; JP2003030976A; KR20030009097A; US20020186582A1; DE60201203T2; EP1248273A2; EP1248273B1; KR100816747B1; DE60201203D1; JP3942930B2; EP1248273A3; US6538920B2

Description

541529

本發明係大致有關於具有未扣住之磁化排向的軟鐵磁參考層之磁性記憶體胞元。更特別的是，本發明係有關具有未扣住之磁化排向且包括被鐵磁包覆完整地圍繞的讀取導體之軟鐵磁參考層，使得在讀取導體中流動之電流所產生的讀取磁場不會飽和且實質地被容納於鐵磁包覆内，及軟鐵磁參考層之磁化排向動態地在進行中被該讀取磁場扣住於所欲的排向。如磁性隨機存取記憶體（MRAM)的磁性記憶體為非依黾性型式之έ己憶體，其被視為一替選性的資料儲存裝置，用於如DRAM，SRAM，快閃與硬碟之傳統資料儲存裝置已被使用的應用中。MR AM典型地包括一陣列之磁性記憶體胞元。例如，習知的磁性記憶體胞元可為隧道磁電阻記憶體胞元（TMR)、巨大磁電阻記憶體胞元（GMr)或超巨磁笔阻5己彳思體胞元，其包括一資料層（亦被稱為儲存層或位元層）、一參考層與介於該資料層與參考層間之中間層。該資料層、參考層與中間層可由一層以上之材料做成。該資料層通常為一層磁性材料或薄膜，其儲存一資料位元作為一磁化排向，此可回應於外部磁場之施用而被變更。因之，資料層之磁化排向（即其邏輯狀態）可由代表邏輯“ 〇，，之第一磁化排向被旋轉（即切換）為代表邏輯“1”之第二磁化排向’反之亦然。另一方面，參考層通常為一層磁性材料，其中之磁化排向在預設的方向被扣住，此預設的方向在被用以製作磁性記憶體胞元之微處理步驟決定。典型而言，磁性記憶體胞元之邏輯狀態（即“ 0”或“ 1 ”) 五、發明說明（2) 視資料層與參考層中相對磁化排向而定。例如，在隧道磁電阻記憶體胞元（一隧道結記憶體胞元）中，當電位偏壓被方e用牙過資料層與參考層時，電子在資料層與參考層間透過中間層（通常被稱為隧道障層之薄介質層）遷移。造成電子透過障層遷移之現象可被稱為量子機械性隧道或自轉隧道。該邏輯狀態可藉由測量記憶體胞元之電阻而被決定。例如，若在磁性記憶體胞元之資料儲存層之整體磁化排向與參考層之被扣住的磁化排向平行，該磁性記憶體胞元為在低阻抗狀態。反之，若在磁性記憶體胞元之資料儲存層之整體磁化排向與參考層之被扣住的磁化排向反平行，該隧道結邏輯狀態為在高阻抗狀態。如上述者，儲存於磁性記憶體胞元之位元的邏輯狀態藉由施用變更資料層之磁化排向的外部磁場被寫入。這些外部磁場可被稱為切換磁場，其在磁性記憶體胞元之高與低電阻狀態間切換。第1圖顯示一習知的隧道結記憶體胞元1〇〇，其包括一資料層110、一參考層112與位於該資料層丨丨〇與該參考層112間之一絕緣障層丨丨4。此外，記憶體胞元丨〇〇可包括一第一導電節點116與資料層11〇連接及一第二導電節點118與參考層112連接。外部供應之電流可被通過該等第一與第二導電節點（116，us)以產生前述的外部磁場。該等第一與第二導電節點（116，118)可為記憶體陣列中之列與行導體，該記憶體陣列包括將在下面參照第4a 與4b圖被討論之數個記憶體胞元1〇〇。這些節點亦可被用以測量記憶體胞元1〇〇之電阻，使得其邏輯狀態可五、發明說明（3) 定。參考層112具有磁化排向Ml其如向左箭頭指示地之預設方向被扣住。資料層11 〇具有如雙箭頭所示地之可變更的磁化排向M2。在第2a圖中，資料層11 〇之磁化排向M2平行於（即箭頭指向相同方向）參考層112之磁化排向Ml，結果造成記憶體胞元100為在低阻抗狀態。相反地，在第2b圖中，資料層110之磁化排向M2反平行於（即箭頭指向相同反方向）芩考層112之磁化排向Μ1，結果造成記憶體胞元1 〇〇為在南阻抗狀態。因為資料層110與參考層112由鐵磁材料做成且其彼此靠近，參考層112之被扣住的磁化排向Ml產生去磁化之磁場D’其由參考層112之邊緣領域如第2c圖顯示地延伸到寅料層110。弟2 d圖顯示去磁化磁場D對資料層η 〇之磁化排向M2的影響。理想上，資料層11〇之磁化排向會具有平行於或反平行於被扣住之磁化排向Μ丨的排列。然而由於去磁化磁場D，理想磁化排向Μ2，（以虛線箭頭顯示）與實際磁化排向Μ2(以實線箭頭顯示）間會有小的角度位移0。此角度位移0結果形成高與低狀態（即平行或反平行）間磁電阻變化量AR/R降低。其欲於使磁電阻變化量△ R/R儘可能地大，使得偵測資料層11〇中位元之狀態較容易。基本上，AR/R類似於信號對雜訊比S/N。在讀取作業之際’較高的S/Ν有較強信號之結果，其可被感應以決定資料層m中之位元狀態。所以，習知的隧道結記憶體胞元1〇〇的一缺點為因角度位移0所致之磁電阻變化量 541529

少（即在讀取作業之際較低的S/Ν)的結果。客知的隨道結έ己憶體胞元1 〇〇之另一缺點在於參考層 112之磁化排向Ml的扣住經常需要一層以上之材料以使該扣住有效。例如在第3a圖中，一習知的阻抗狀態軟鐵磁參考層200包括前述資料層210、第一與第二導電節點 (216, 218)，亦包括合成的參考層212, 212a，212b由不同的材料夾成。層212被稱為抗鐵磁層（一扣住層）及層2Ua 為被扣住層。扣住層212a在所欲方向將參考層2丨2a之磁化排向Ml磁化。層212b為一種子層。用於扣住層212、蒼考層212 a、與種子層212 b之材料例為：用於扣住層9 1 9 之 FeMn，IrMn’NiMn 或 PtMn;用於參考層 212a 之 NiFe， NiFeCo或CoFe ;及用於種子層之NiFe或NiFeCo。替選的是，具有比第3a顯示之扣住層更複雜的扣住層 3 12的習知之隧道結記憶體胞元3〇〇被顯示於第圖。該習知之隧道結記憶體胞元300包括前述資料層31〇、第一與第二導電節點（3 16，3 1 8)，亦包括複雜的參考層3 12， 312a’ 312b與312c由不同的材料炎成。該扣住層312設定人造抗鐵磁層312c之磁化排向，其甚至比第3a圖之抗鐵磁層212複雜。人造抗鐵磁層312c例如為Co/Ru/Co或 CoFe/Ru/CoFe之材料夾層。在第3b圖中，層312a為被扣住之參考層，層312b為種子層、及層312為抗鐵磁層（扣住層）。所以，習知的隧道結記憶體胞元100之一缺點在於其結構上需有更多層以形成參考層。因形成這些層需有額外 7 五、發明說明（5) 的材料H乍習知的隱道結記憶體胞元2〇〇肖需有額外的微電子處理步驟。這些步驟可能造成在隧道結記憶體胞疋導入故障的可能性，其可致使記憶體被製造時之故障或在採用該記憶體之產品的㈣失效。其欲於其複雜性及因而製作該記憶體所需的步驟數目最小化以減少故障及提高產量。此外，形成參考層所需之材料本身為難以製造的材料。就磁性記憶體之大量生產而言，其欲於使用易於製 w的材料使得製造過程被簡化且製造成本被降低。習知的隧道結記憶體胞元的額外缺點為該參考層在退火步I中必須以提高的溫度被加熱。退火需花費時間（一小時以上）且需該磁性記憶體在固定磁場下受到攝氏2〇〇至 3〇〇度範圍之溫度。由於磁化排向之設定需要在磁場内之退火，若該磁性記憶體稍後受到高溫，參考層之扣住會有、交成未设定」且失去磁化排向之可能。為了重新設定，可能需要另外的退火。 ¥知的隨道結έ己憶體胞元1 〇〇之另一缺點在第4a與4b 圖被顯示。在第4a圖中，磁性記憶體15〇包括數個以交叉點陣列被組配之記憶體胞元1〇〇。第一導電節點116被複製以形成導體列（Row 1與Row 2)與記憶體胞元丨00交叉，及導電節點118被複製以形成導體行（Col PC012與Col3) 亦與記憶體胞元100交叉（即記憶體胞元100位於導體列與行之交又）。位於Row 2與Col 3之交叉的記憶體胞元1〇〇a 藉由以左邊浮動連接電壓源V至Row 2與Row 1而被選擇用於讀取作業。Col 1與Col 2被連接於GND，且Col 3被

541529 五、發明說明（6) 連接於一感應放大器S，其被連接於虛擬之接地。結果電

流路徑被形成且電流I流入Row 2之導電節點1丨6。電流J 之一部分流至GND以電流IG表示。然而，電流I之另一部位包含一讀取電流IR被感應放大器S感應。^之量為儲存於記憶體胞元100a之資料位元之磁化排向的表示，但j 之量不足於在讀取作業之際旋轉資料層之磁化排向。在第4b圖中，被選擇之記憶體胞元1〇〇a更詳細地被顯示。電流iR依照右手法則產生磁場Hr。缺點因磁場由其各別的導體（即邊緣場）徑向向外延伸且與陣列中的相鄰圮憶體胞元100相互作用而產生。依記憶體胞元】〇〇相互的接近與電流IR之量，這些邊緣場會敗壞已就讀取作業被選取之鄰近記憶體胞元100之資料層100被儲存的資料位元。' . 此外’習知的隧道結記憶體胞元丨〇〇的另一缺點為要由所選取的記憶體胞元100讀取資料所需之電流量會十分大。雖然在第4a與4b圖中未畫出，使資料層11〇之磁化排向正反變化所需的寫入電流量也十分大且典型地比電流IR大。電流IR會有產生不想要的熱浪費之結果，此需要如冷卻風扇之類的熱管理系統以去除熱浪費。熱管理系統會對容納記憶體150之電子系統增加成本、大小、重量與噪音。就依賴t池作為電源之可攜帶式的電子系統或為了能源效率所設計的電子系統而言，該前述的電流會增加電力耗用而降低電池壽命，或會增加電力排流而損傷能源效率〇 541529 五、發明說明（7) 雖然上面的缺點以隧道結記憶體胞元（即TMR記憶體胞元）為焦點’這些缺點亦應用於其他型式之磁性記憒體胞元，如GMR與CMR圮憶體胞元。例如，如在本技藝中相當了解的，就G MR記憶體陣列（未晝出）而言，該交叉點陣列以將GMR έ己丨思體胞元電氣式地絕緣的閘電晶體（即 FET)被取代。該等FET被電氣式地開關以就讀取作業選取一特定的GMR胞元。流動通過記憶體胞元之讀取電流可被感應放大器之類感應。所以，對具有芩考層的磁性記憶體胞元有需求，其不需被扣住之磁化排向以讀取儲存在資料層中之資料位元。其亦需減少形成參考層所必要的材料層數。此外，其存在需求磁性記憶體胞元，其中在讀取作業之際被產生的邊緣場實質地被限制於參考層，使得與附近記憶體胞元的干擾貫質地被降低。最後，對其中之參考層的磁化排向之角度位移實質地被降低或消除的磁性記憶體胞元有需求，使得在項取作業之際有磁電阻之高變化量。本發明係如隧道磁電阻記憶體胞元（TMR)、巨大磁電阻記憶體胞元（GMR)與容納這些磁性記憶體胞元型式之磁性圮憶體胞元的改良設計。此外，本發明包括磁性記憶體胞元之參考層用的材料與磁性記憶體胞元之讀取導體用的構造之改良。廣泛而言，本發明在一磁性記憶體胞元内被實施，包括鐵磁資料層用於儲存資料位元作為可變更的磁化排向、中間層與該鐵磁資料層被連接、及一軟鐵磁參考層與該 10 541529 五、發明說明（s) 中間層被連接並包括一讀取導體與一鐵磁包覆完全地圍繞該讀取導體以形成經包覆讀取導體。該軟鐵磁參考層具有未扣住之磁化排向（即該磁化排向未在預設的方向被設定）。當外部供應的電流通過讀取導體時，該讀取導體產生磁場省鐵磁包覆未被磁場飽和且實質地將磁場容納於該鐵磁包覆内。在讀取作業之際，外部供應的電流通過讀取導體，使得軟鐵磁參考層之磁化排向在進行中被扣住於所欲的方向，且儲存於資料層之資料位元藉由測量該資料層與该軟鐵磁參考層間之電阻被讀取。本毛明之經包覆讀取導體之添加利益為邊緣場因由讀取v爿且來之磁場貝質地將磁場容納於該鐵磁包覆内而顯著地被降低。在讀取作業之際，本發明之鐵磁包覆為一封閉的通量路仫（通里封閉）用於該讀取磁場。其結果為習知的磁性記憶體胞元的去磁化場實質地被降低或消除，使得角位移被最小化，且在讀取作業之際有磁電阻之較高變化量。習知的被扣住之參考層的缺點被本發明之軟鐵磁參考層解決，原因在於讀取作業不需軟鐵磁參考層的磁化排向被扣住。取代的是，為使讀取作業有效，本發明之軟鐵磁參考層的磁化排向藉由在讀取導體通過預設量與方向的電流被動態地扣住（在進行中被扣住）於所欲的方向。結果，則述的額外材料層、這些材料層之複雜性、及形成這些層所必要的微電子處理步驟被減少。在磁場中要使參考層退火的需求被本發明之軟鐵磁參考層消除。此外，若記憶體五、發明說明（9) 又”、、而必#、f置」參考層之磁化排向的可能性被本發明之軟鐵磁參考層因其磁化排向在進行中被扣住而被討論。本I明之磁性s己憶體胞7C的另一優點為讀取作業生效所必需的讀取電流量被降低’使得電力力二用被降低。讀取或寫出作業用的電流可為靜態的、：二或其可為動態的電流脈衝。如先前被提及者，其欲於使:力耗用與熱浪費之產生最小化，特別是在攜帶式以電池操作系統與能源效率系統中尤然。 ”在讀取作業之際，本發明之鐵磁包覆為—封閉的通量路徑(通量封閉)用於該讀取磁場。其結果為習知的磁性記輪元的去磁化場實質地被降帽除，使得角位移被取小化，且在讀取作業之際有磁電阻之較高變化量。、在本發明之一實施例中，該磁性記憶體胞元包括一鐵磁巾目層位於該鐵磁包覆與該中間層中且與該鐵磁包覆磁性地搞合。在讀取作業之際，其磁場未飽和且實質地被容納於該鐵磁包覆帽層内。在本發明之另一實施例中，該資料層、該鐵磁帽層盘該鐵磁包覆可由高磁導率之軟磁性材料做成。在本發明^ 實知例中，該資料層、該鐵磁帽層與該鐵磁包覆可由相同的尚磁導率之軟磁性材料做成。在本l明還有之另一實施例中，該資料層、該鐵磁帽層與該鐵磁包覆可由低料磁性之材料做成。 —在本發明之一實施例中，該資料層與通過該資料層之第導體電氣地相通。在讀取作業之際，其位元藉由測 541529 五、發明說明（l〇量該軟鐵磁參考層與該第一導體間之電阻而被讀取。在本發明之另一實施例中，一第二導體通過該資料層且。亥等第一與第二導體在分別回應於外部供應之電流下產生第一與第二寫出磁場。該等第一與第二寫出磁場與該資料層協同地相互作用以旋轉該資料層之可變更的磁化排向至所欲的方向而寫出新的資料位元至鐵磁資料層。、，在本發明之替選實施例中，該磁性記憶體胞元可為隨運磁電阻圮憶體胞元與巨大磁電阻記憶體胞元。本發明之其他層面與優點將可由下列許細的從述配合附圖以釋例方式說明本發明之原理下而變得明白的。第1圖為習知的磁性記憶體胞元，具有一參考層，其有被扣住之磁化排向。第2a與2b圖分別顯示第！圖之習知的磁性記憶體胞元之參考層與資料層間平行與反平行的磁化排向。第2c與2d圖顯示去磁化場對習知的磁性記憶體胞元之資料層的磁化排向之作用。第3a與3b圖顯示習知的磁性記憶體胞元具有多層的參考層，包括一扣住層與一被扣住層。第4a圖為習知的磁性記憶體之讀取作業的說明，其包括一陣列之習知的磁性記憶體胞元與列及行之導體。第4b圖顯示對所選取之習知_性記憶體胞元的一讀取作業與被在列與行導體中流動之讀取電流產生之料。第5圖說明依據本發明之具有一軟鐵磁參考層與一完 13 541529 五、發明說明（11 ) 全包覆讀取導體之一磁性記憶體胞元。第6圖說明依據本發明在讀取作業之際實質地被容納於鐵磁包覆内之一磁場。第7圖說明依據本發明包括具有軟鐵磁參考層之一陣列磁性記憶體胞元的一記憶體。第8a至9b圖說明依據本發明在讀取作業之際進行中被扣住之軟鐵磁參考層。第1 Oa至1 Of圖說明依據本發明製造具有一軟鐵磁來考層與一完全包覆讀取導體之一磁性記憶體胞元的卞法r 第Π圖說明依據本發明具有一軟鐵磁參考層之磁性 ό己in豆胞元且包括第一與第二導體用於寫出一資料位元至一資料層。第12圖說明依據本發明一記憶體包七一陣列之磁性 ^己1思體胞元具有一軟鐵磁蒼考層且包括第一與第二導體用於寫出一資料位元至所選取之磁性記憶體胞元的一資料〇第13a與13b圖說明具有一鐵磁包覆之一軟鐵磁參考層與一鐵磁帽層的相對維度。在下面詳細的描述與在數圖中相同的元件標號代表相同的元件。如圖中就說明之目的所顯示者，本發明在一磁性記憶體胞元内被實施，其包括一鐵磁資料層用於儲存一資料位元作為一可變更的磁化排向、一中間層與該資料層接觸、及一軟鐵磁參考層與該中間層接觸並包括一讀取導體及一 14 541529

五、發明說明（l2) 鐵磁包覆完全地圍繞該讀取導體以形成經包覆讀取導體。該軟鐵磁參考層具有一磁化排向其未被扣住於預設的方向。此後，該軟鐵磁參考層的此特點將被稱為一「未被扣住之磁化排向」。該讀取導體在回應於外部供應之讀取電流下產生一讀取磁場，且該鐵磁包覆實質地將該讀取磁場容納於該鐵磁包覆内。基本上，該鐵磁包覆提供一閉路的磁性路徑（通量封閉）圍繞該讀取導體。藉由通過一預設量與方向的電流穿過該讀取導體，結果所致之磁場夠強，以在軟鐵磁參考層中之已知的方向建立一磁化排向，使得該磁化棑向動態地被扣住（即磁化排向在進行中被扣住）。然而，該鐵磁磁場不夠強來使軟鐵磁參考層的鐵磁包覆飽和，使得該讀取磁場會貫質地向鐵磁包覆外面延伸並可能與儲存於資料層内之資料位元干擾或蓋過它。該鐵磁包覆亦實質地衰減會與鄰近記憶體胞元所儲存之資料層的資料干擾或使之敗壞。藉由資料位元可藉由讀取資料層與軟鐵磁參考層間測量電阻被讀取。鐵磁包覆與資料層可由高導磁率之軟磁性材料做成。該鐵磁包覆具有預設之最小厚度，其被設計以確保讀取導體所產生之讀取磁場實質地被容納於鐵磁包覆内。備選的是，本發明之磁性記憶體胞元可在中間層與鐵磁包覆間包括一鐵磁帽層。該鐵磁帽層以磁力與鐵磁包覆搞合’使得讀取磁場在讀取作業之際被容納於該鐵磁包覆與該鐵磁帽層内。基本上，該鐵磁包覆與鐵磁帽層在磁性上變成一個，且該鐵磁包覆與該鐵磁帽層一起提供一閉路 15 541529

的磁力路徑（通量封閉）圍繞該讀取導體。本發明之軟鐵磁參考層因其磁化排向可被外部供應之電流動態地設定（即其動態地被扣住）至已知的方向而被稱為彡考層」。其因所使用的磁性材料在磁性上為軟的且非通帛的硬扣住之材料（如NiFe/IrMn或其他之抗鐵磁系統）而被稱為「軟的」。本發明之磁性記憶體胞元的優點包括該經包覆讀取導體，其藉由實質地在讀取作業之際將讀取導體所產生的讀取磁場容納於軟鐵磁灸考層的鐵磁包霞内而解決邊綠場之問題，使得儲存於鄰近磁性記憶體胞元内之資料不會被迷失的磁％敗壞，該軟鐵磁參考層消除以其共存的複雜層材料形成被扣住之參考層的需求及會導致降低產出與較高成本之額外的製作步驟，將磁j生記憶體胞元退火之需要被消除，且讀取或寫出資料位元所必需之電流（即dc電流或脈衝電流）量以伴隨的電力消散與電力耗用之降低而減小。本發明之磁性記憶體胞元的額外的優點在於該鐵磁包覆在讀取作業之際提供通量封閉，使得會造成鐵磁資料層之磁化排向的角度位移之去磁化場顯著地被減小或消除。因之，在讀取作業之際，在磁電阻有較高的變化量，而在邏輯狀態（即邏輯“0”或邏輯“丨，，間）有較高的信號對雜訊比（S/N)的結果，使得這些狀態較易於偵測。此處為本發明之磁性記憶體胞元所設立之構造對數種磁性記憶體為有效地，包括以TMR或GMR為基礎之磁性記憶體胞元，但不限於此。雖然這些形式之磁性記憶體所 16 541529

五、發明說明（l4 ) 使用之材料與構造不同，且被用以偵測參考層與資料層之不同狀怨（即平行或反平行）之物理效果亦不同，這些形式

之磁性記憶體的磁性設計是相同的。只要最少有一對導體被需要以旋轉資料層之磁化排向且一讀取導體被需要以測里貝料層與參考層間之電阻，本發明之磁性記憶體胞元會恰如各種包括上述的磁性記憶體有用。熟習磁性記憶體技蟄者將清楚地了解本發明之磁性記憶體胞元亦可被實作成一陣列之磁性記憶體胞元以形成如MRAM之資料儲存裝 1 (即兄憶體）。該記憶體陣列之構造將依記憶體咆元之空式而定。例如，交叉點之記憶體構造非常適合TMR記忮體胞元之陣列。

在第5圖中，磁性記憶體胞元1 〇包括一資料層n用於一 Ϊ料位元作為可變更的磁化排向iM2(在磁性記憶體胞元技#中資料層11亦被稱為儲存層或位元層）、一中間層 13與該資料層11接觸、一鐵磁帽層1 5與該中間層1 3接觸、及一軟鐵磁參考層17與該鐵磁帽層15接觸並具有一未被扣住之磁化排向及包括一讀取導體19與一鐵磁包覆 21完全地圍繞該讀取導體19以形成經包覆讀取導體（即讀取導體19在所有其側面均被鐵磁包覆21完全地包覆）。軟鐵磁參考層17與鐵磁帽層15沿著包覆21之一部分如虛線箭頭16顯示地接觸（此後鐵磁包覆21將被稱為包覆21，及鐵磁帽層15將被稱為帽層15)。包覆21與帽層15不須如第5圖顯示地在其邊緣彼此密接。例如，一者之邊緣或被他者的邊緣重疊或插入。軟鐵磁參考層17之磁化排向未 17 541529 五、發明說明（is)

被扣住，即軟鐵磁參考層17不具有預設之磁化排向，其是在製作磁性記憶體胞元10之際使用例如在磁場中之退火的習知處理被設定。

取代的是在第6圖中，具有預設量與方向之外部供應的電流IR被通過讀取導體19，形成產生一讀取磁場H之結果。在第6圖中，讀取電流IR通過流入用“+”符號指出之頁中，使得讀取磁場Η依照右手法則具有順時針方向之向量。讀取磁場Η實質地被容納於包覆21内。因讀取磁場Η之結果，軟鐵磁參考層〗7具有一磁化排向Μι，其以 Μ1指向左方而動態地被扣住（即在進行中詖扣江）。只要電流IR繼續通過讀取導體19，磁汜棑向M1維苻動態地被扣住。在讀取電流Ir流動之時，在鐵磁資料層丨丨與軟鐵磁食考層1 7有電阻因電子在資料層丨丨與軟鐵磁參考層工7 透過中間層13流動而存在。儲存在資料層n之資料位元的狀態可藉由測量電阻之量與（或）變化而被決定。例如，電阻可在苓考層1 7與鐵磁資料層11間被測量。在第6圖中，磁性記憶體胞元1〇未如第5圖顯示地包括帽層15。然而，如參考第心至外圖將被討論者，上面在第6圖中參照本發明之軟鐵磁參考層17被討論之原理不論磁性記憶體胞元1〇是否包括帽層11均可應用。帽層15 是選擇性的。當帽層15出現（見第8a至9b圖），讀取磁場 Η因包覆21與帽層15二者均由鐵磁材料做成且在彼此接觸時在磁性變成一個而實質地被容納於包覆21與帽層15 内0 18 541529 五、發明說明（16 造成電阻之現象在磁性記憶體技藝中為相當被了解的，且TMR，GMR與CMR記憶體胞元亦為相當被了解的。例如在以TMR為基礎的記憶體胞元中，此現象被稱為量子機械隧這或依旋轉相關的隧道。在TMR記憶體胞元中，中間層13為介質材料之薄隧道障層，量子透過其在資料層 11與軟鐵磁參考層17間機械式地形成隧道作用（即遷移）。另一方面，在以GMR為基礎之記憶體胞元中，此現象為電子之依旋轉相關的濺射，且中間層13為非磁性材料之3隔層。在其任-情形中，㈣f ^肖軟㈣令夺層 17間之電阻隨M1與％2之相對排向而定，且即為此電阻之交化1被感應以決定鍺存於資料層n中之贷料泣元為邏輯“0”或邏輯“1”。因之’儲存在資料層u之資料位元可藉由如上述地通過讀取電流IR至讀取導體19然後測量資料層⑽軟鐵磁參考層17間之電阻而在讀取作業之際被讀取至磁性記憶體胞兀110。位元之邏輯狀態（即邏輯“ 〇，，或邏輯“厂）可藉由感應電阻之量被決定。位元之邏輯狀態如何由M1虫Μθ2 的相對排向被決定的例子現在將參照第83與扑圖及第9a 與9b圖被解釋。在第8a圖中，讀取電流Ir流入以符號表示之頁，使得讀取磁場Η具有順時針方向之向量，且軟鐵磁參考層 17在進灯中被扣住之磁化排向⑷與資料層"之可變更的磁化排向M2平行，即⑷與Μ2指向相同方向與μ2 的配置可形成資料層11與軟鐵磁參考層η間之電阻的結 19 541529 五、發明說明（l7 ) 果，其可預先被決定以代表一邏輯“〇”。另一方面，在第8b圖中，軟鐵磁參考層17在進行中被扣住之磁化排向Ml與資料層11之可變更的磁化排向 M2反平行，即M1與m2指向相反方向。因之，Ml與M2 的配置可形成資料層11與軟鐵磁參考層17間之電阻的結果，其可預先被決定以代表一邏輯“ 1，，。

作為進一步例子而言，在第9a圖中讀取電流Ir流出以 ·符號表示之頁，且軟鐵磁參考層17在進行中被扣住之#化排向Μ1與育料罾Π之可變更的境化排向μ 2反平行。此外’讀取磁場Η具有逆時針方向，使得μ I指向右这。Μ1與λΙ2之配置會形成資料層丨丨與軟鐵磁參考層 17間之電阻的結果，其可預先被決定以代表一邏輯“厂。相反地’在第9b圖中，軟鐵磁參考層17在進行中被扣住之磁化排向Μ1與資料層π之可變更的磁化排向M2 反平行。因之，Ml與M2之配置會形成資料層丨丨與軟鐵

磁芩考層17間之電阻的結果，其可預先被決定以代表一邏輯 “0，，。就如先前提及者，第8a與8b圖及第9a圖所顯示之讀取作業的原理不論帽層15是否出現均可應用。現在，帽層 15之包括或排除將在下面以與本發明之製造記憶體胞元〇之相關方法被时論。進而言之，當帽層丨5出現時，其與包覆21在磁性上成為一個（即以磁力耦合），使得讀取磁 % Η如第8a與8b圖及第9a圖顯示地延伸進入帽層丨5。所以，第8a至第9b圖顯示之帽層15為備選的。帽層15 20 541529

可被排除’而參照第8a至第9b圖被討論之讀取作業的原理仍可應用。 '

那一個邏輯狀態被指定為M1肖M2間平行與反平行關係之決定可為依應用而定’或其決定可經預先決定之規則被做成。例如’第83與81)圖顯示之配置可被採用為該規則，此處讀取電流&流入頁“+”，故M1在進行中被扣住於所欲的方向（即指向左邊）且邏輯之規則為M1與 M2平行，及邏輯“丨，，之規則為Ml與M2反平行。在此處衣發明被描述之實施何中·岱1資料$奶層1 5與包覆21可由高導磁率之軟磁性忖料做成軟磁性材料」意即一材料具有約1000以上之芯的相對導磁率(即高導磁率 /Z 為 # = V 〇* # R ;此處 # 〇=4π* 1〇·7Η/ηι :及 "二（4π* ΙΟ·7)* 1000 二 h257 * 1〇^H/m 以上）及低於約 ΙΟΟΟΑ/m之矯頑力與小的磁滯損失。

包覆2 1用的高導磁率之軟磁性材料允許磁化排向μ】以不會使包覆21飽和的讀取磁場η之量在進行中被扣住，使得讀取磁場Η實質地被容納於包覆21内。此外，由包覆21向外延伸（即未被容納於包覆21内）的任何部分之讀取磁場不會旋轉資料層11中可變更的磁化排向Μ2(即讀取磁場Η不會由其現行排向切換）。其結果為產生讀取磁場Η所需的讀取電流IR量比起習知的磁性記憶體胞元被減少。類似地，若軟鐵磁參考層17包括帽層15，則包覆21 與帽層15允許磁化排向Μ1以不會使包覆21與帽層飽和的讀取磁場Η之量在進行中被扣住，使得讀取磁場Η實質 21 541529 五、發明說明（19 地被容納於包覆21與帽層15内。此外，由包覆21向外延伸的任何部分之讀取磁場不會旋轉資料層11中可變更的磁化排向M2。在本發明之一實施例中’任何被選取之一片的資料斧 11、帽層15與包覆21用的高導磁率之軟磁性材料可由下面表1 q出之材料被作成，但不限於此二表1 :鐵磁資料層11、帽層15與^^^之材料鎳鐵（NiFe) 鎳笟合金（NiFc) 鎳鐵鈷（NiFeCo) ^鐵鈷合金（NiFeCo) 結鐵（C 〇 F e) |銘合金（CoFe) PERMALLOY™ -------- 劳在本發明之另-實施例中，資料層u、帽層b與包覆21可由相同導磁率之軟磁性材料做成。相同導 21。 Y τ破用以製造資料層u、帽層15與包覆片明之—實施例中，任何被選取之任何—個資料在：：:5、與包覆21具有大於約1000的相對導磁率。 '明還有之另—實施财，資料層1 與包覆21具有低於ΙΟΟΟΑ/m之橋頑力。曰

讀取導體19可由莫斗n A 導電材枓做成。適用於讀取導體19 22 541529 五、發明說明（2〇) 之材料包^於此 19用之材料 _^(Cu)__il^l^(Cu) 鋁（Al) 鉛鋼（AlCu) 銘銅合金（AlCu；) ί- (Ta) 钽合^JTa) 金（Au) 金合金(Au) 銀（Ag) 銀合金(Ag) 在本發明之-實施例中，中間層13係由絕緣材料（即不導電）做成的隧道障層，其將資料層u由軟鐵磁參考層 17隔離及電氣地絕緣。包括於下面表3列出但不限於此之介質材料可被用於該隧道障層。該隧道障層可具有約〇.5nm至5.0nm的厚度（見第〇表3 :隨道障層用之材料矽氧化物（Si02) 矽氮化物（SiNx) 錳氧化物（MgO) 23 541529

五、發明說明（21 ) 鋁氧化物(ai2o3) 鋁氮化物(A1NX) 钽氧化物(TaOx)

在本發明之另一實施例中，中間層13為非磁性材料做成之隔板層。該隔板層之非磁性材料可為3d，4d或5d之過渡金屬（由元素之週期表而來）。包括於下面表4列出作不限於此之非磁性材料可被用於隔板層。該隔板層具有約〇.5nm至5.0nm之厚度（見第13圖中之ΤΛ。

I---I 表4 :隔板層闬之付抖

在第11圖中，本發明之磁性記憶體胞元丨〇可包括一第一導體29與資料層U交叉且與資料層u電氣相通。資料層11與第一導體29間之電氣相通可藉由第一導體Μ 與資料層11彼此相接觸或藉由透過如導電插座之類（未書出）的相互連接結構而被完成。較佳的是，第一導體29盥鐵磁資料層11接觸，因此配置為緊密的且比相互連接結構較不複雜。該資料位元可如上述地藉由測量第一導體29 與軟鐵磁參考層17之電阻被讀取。該第一導體29可實質地以正交方向穿過資料層U，或該第一導體29可以非正父方向穿過資料層U。典型上該第一導體29以正交方向穿過資料層11，原因在於微電子配置與定路徑工具對微電子裝置之正交配置為可修正的且某些工具不允許非正交的 24 541529 五、發明說明（22 配置。第一導體29可由導電材料做成，包括上面表2設立者但不限定於此。第7圖中，記憶體5〇由數個本發明之磁性記憶體胞元 1 〇(其中畫出3個）做成。每一磁性記憶體胞元丨〇具有其個別的帽層15(該帽層15為選擇性的)與共同的軟鐵磁參考層17接觸，且每一磁性記憶體胞元10在其個別的資料層 11儲存貝料位元。該資料位元可藉由測量資料層11與軟鐵磁參考層17間之電阻而被讀取。此外如上面參照苐 11圖被讨卿者，母一磁性記憶體胞元丨〇可包括一第一導體29一與其個別的資料㈣冑氣相通。類似地，該資料位 :可稭由測量第-導體29與軟鐵磁參考層17間之電阻被 "買取。因之，軟鐵磁參考層17與第一導體29可為一對導體，如分別為一列導體與一行導體、或分別為一行導體與斤列導肢。㈣導體彼此相交，且磁性記憶體胞it 1〇可如第7圖顯示地位於該對導體間之相交區域。該導體不必以正交方向彼此相交。在第1 1圖中，本發明之磁性記憶體胞元1 〇可包括一第導體41穿過資料層11。該第二導體41與資料層i j、第導體29與軟鐵磁參考層17絕緣。例如，一介質層43 可被用以電氣式地將第二導體41絕緣。-介質層43可為電虱式緣之材料，包括上面纟3所設立者，但不限於此。第二導體4 1可rt»、兹導電材料做成，包括上面表2所設立者，但不限於此。技‘中相當習知者，一資料位元被寫出至資料 25 五、發明說明（23) 層〗I之寫出作業可藉由通過一篦一莫骋女弟外邛供應之電流經由弟^ 29以產生—第—寫出磁場及藉由一第-外仰應之電流經由第—導體29以產生弟一外縣 Λ。兮笙笙一 A Μ 弟一寫出磁場而被完 …”弟二寫出磁場協同地與資料層U相互作用以方疋轉可變更的磁化排向Μ2 料層1"前以M2指向「左邊而=方向。例如’若資遺」而儲存一邏輯“ 〇，，，則兮等第一與第二寫出磁場協同地與資料層η相互作用以;；請正反變換)mu「右邊」，使得—邏輯“】，，被寫至資料層11。 ^ 12圖中，記憶體7〇由數個本發明之磁性記憶體胞兀1〇(其中畫出3個）做成。每一磁性記憶體胞元1〇具有其個別的帽層15(該帽層15為選擇性的）與共同的軟鐵磁 >考層1 7接觸’且其 '各別的資料層丨丨與穿過資料層11 之第-導體29電氣相通。一共同的第二導體41穿過每一資料層11，且被-介質層43與該資料層η電氣地絕緣。用以選取磁性記憶體胞元1〇之一的寫出作業可如下地被完成。具有以lla表示之資料層的磁性記憶體胞元⑺ 就一寫出作業藉由通過一第一寫出電流經由與資料層 11a接觸之第一導體29及通過一第二寫出電流經由第二導體41而被選取。該第一寫出電流lwl產生一第一寫出磁％ Hwl及5亥第一寫出電流Iw2產生一第二寫出磁場。該等第一與第二寫出磁場（Hwl，Hw)協同地相互作用以旋轉在資料層11a内之可變更的磁化排向M2至所欲的方向。 541529 五、發明說明（24) ，作為進-步之例子，資料層lla之讀取作業可藉由通過預設量與方向之讀取電流Ir經由軟鐵磁參考層之讀取電流19而被完成。讀取電流w生—讀取磁場η，: 實質地被容納於包覆2 i内，且讀取磁場H r為操作的: 在進行中扣住磁化排向Ml。儲存於資料層Ua中之資料位凡可藉由測量軟鐵磁參考層17與資料層lu之第一導體Μ 間的電阻而被讀取。製作本發明之經包覆讀取導體的過程在第1〇a至i〇f 圖被顯示。下面被設立之處理步驟的順序僅為例子，實際之處理步驟的順序不一定與下面被設立之順序相同。熟習微電子技藝所已知的其他處理可取代此處所設立者被使用。百先在第10a圖中，介'質層被形成，然後例如用如化 τ機械平面法（CMP)加以平面化。一槽溝33在沉積會形成匕復2 1之部分的高導磁率軟磁性材料前在介質層3 1中被餘刻。雖然僅有一部分介質層31在第l〇a圖中被顯示，介貝層3 1可為其中設有數條槽溝33之介質層，且可延伸超過虛線箭頭e所顯示者。其次在第10b圖中，包覆21a之一部分使用等向的處理被沉積於槽溝33内（使得槽溝33之側壁S被塗覆與槽溝 33之底部b大約相同的厚度）。包覆21 a所使用之材料為軟磁性材料，即其為可導磁的足以作用成一磁心且沒有任何中斷或太多中空地在其整個斷面為連續的。槽溝35因包覆21a之等向的沉積之結果被形成。 27 541529 五、發明說明（25) 第三，在第10c圖中，槽溝35使用電鍍或其他適合的沉積處理填入導電材料（如銅Cu)以形成讀取導體19。然後整個結構被平面化（例如使用CMP)以達成第1 〇c圖之構造。注意，在第10c圖中讀取導體19尚未完全被包覆。第四，在第i〇d圖中，另一高導磁率軟磁性材料2比被沉積以關閉磁力通量路徑而形成完全被包覆之讀取一寫出導體19(即其完全被包覆段落⑴與加圍繞）。高導磁率軟磁性材料2化之厚度可做成與包覆21a之底部“戈側壁之厚度s不同；然而⑴與21b之厚度應被選擇使得讀取磁場HR實質地被容納於包覆21内。2ib之材料可與包覆2la之材料相同或不同。然後包覆2ib可被做成模型及被姓刻，其後磁性記憶體胞^ 1G可在第1Qd圖之頂端被形成此外其應被注意，雖然第1 0d圖顯示之高導磁率軟磁性材料21b延伸超過包覆21a之最外層邊緣，高導磁率軟磁性材料21b可與這些邊緣密合；或如虛線】顯示地由 k些邊緣被插人。目前為止高導磁率軟磁性材料川應未被插入"其不再以包覆⑴形成閉路的通量路徑。或者在第l〇e圖中’另一高導磁率軟磁性材料川可被形成於包覆21上（先前以21a與训表示）以形成帽層 15。然後中間層13被沉積於帽層15上。帽層15之包括可為製造上之選擇事宜。例如前述者，該等處理步驟不必符口此處被σ又立之順序。就此而言，磁性記憶體胞元⑺開始以鐵磁資料層U、其後為中間層13、餘此類推而被製作。依中間層13所使用$ # μ 用之材科而疋，其可能必須將中間層13 28 五、發明說明（26) 鈍化，以防止在其被沉積後與其所曝現之環境起化學作 Z。例如若讀取13為一介質隧道障層，則其欲於沉積以高導磁率軟磁性材料21b做成之帽層15，其將與包覆21之高導磁率軟磁性材料21b為磁性上相容的。帽層15作用成介質隧道障層之保護帽。帽層15可用與包覆21相同或不同的材料做成。最後在第10f圖中，資料層n被形成於中間層13上。此外，導電材料可被沉積於資料層11上以形成該苐一導體 29 〇此外，另一介質層43(未畫出）可在另一導電材料被沉矛貝以死"成弟一導體41後被沉積於第一導體2 9上。上面描述的過程模倣用於形成本發明之完全經包覆讀取導體（即19’21a與2 lb)所使用的以_加波紋的處理。此一處理所產生之扁平結構在製作第1〇d圖之構造為有益的 (但非絕對必要的）。然而，在微電子技藝中被了解的其他處理可被用以製作第l〇d圖之構造。此外，第1〇a至1〇f 圖顯示製作本發明之完全經包覆讀取導體的一可能方法。例如’製作與第l〇a至l〇f圖顯示之順序可為相反的。製作可以鐵磁資料層11開始並以中間層丨3進行、備選的帽層15、其後為經包覆讀取導體之形成。在上面提及的處理中，包覆21、帽層15、鐵磁資料層 11、讀取導體19與中間層13用之材料包括上面在表j、表2、表3與表4所設立者，但不限於此。在第13a圖中，包覆21、中間層13與資料層η間之 541529 五、發明說明（27) 維度關係被顯示。就如先前提及者’包覆21用之軟磁性材料被選取，使得在讀取導體19内流動之讀取電流Ir被產生之讀取磁場Η將在進行中扣住軟鐵磁參考層17之磁化排向Μ1。此外，結果之讀取磁場Η不會#々φ 1 曰丨&巴復2 1飽和，使得讀取磁場Η實質地被容納於包覆21内。未延伸超過勺覆21之讀取磁場Η的任何部分不會旋轉資料層u之可變更的磁化排向M2。就此而言，包覆21之相對厚度必須預先被決定，使得讀取磁場Η實質地被容納於其中。在第13a圖中，與中間層13相鄰（見虛線箭頭之包覆21的部分必須具有最小的厚度Di，其足以將讀取磁場 Η容納於包覆21内。其餘的包覆21具有大於等於最小厚度D】之厚度D2 ’ ；〇3與〇4 ;所以d2，〇3與d^Di。較佳的是，D2，D3與〇4具有的厚度大於Di。、類似地，在第13b圖中，包覆21、帽層15、中間層 13與資料層n間之維度關係被顯示。就如先前提及者，包覆21與帽層15用之軟磁性材料被選取，使得在讀取導體19内流動之讀取電流Ir被產生之讀取磁場㈣在進行中扣住軟鐵磁參考層17之磁化排向M1。此外，結果之讀，磁场Η不會使包覆21與帽層15飽和，使得讀取磁場η 實質地Τ容納於包覆21與帽層15内(即包覆21與帽層15 提供通量關閉）°未延伸超過包覆21與帽層15之讀取磁場 Η的任何分不會旋轉資料層u之可變更的磁化排向 M2—。就此而言，包覆21與帽層^之相對厚度必須預先被決疋使侍碩取磁場Η實質地被容納於其中。 30 541529 五、發明說明（28) 在第13b圖中，與帽層15相鄰（見虛線箭頭19)之包覆 21的部分必須具有最小的組合厚度（Di + Ti)，其足以將讀取磁場Η容納於包覆21與帽層15内。其餘的包覆21具有大於等於最小厚度（DJT〗）之厚度〇2，D;與;所以 D2 ’ D3與+ 。較佳的是，d2，；〇3與&具有的厚度大於（D! + TJ。

包覆2卜帽層15、中間層13與資料層u之厚度與厚度範圍包括下面所設立者，但不限於此。包覆21具有的厚度Di為約3 〇nm至約5〇〇〇nm及帽層b具有的厚度之厚度大於約⑺㈣^與^之實際厚度視包覆21與帽層15所選用的材料而定。中間層13具有的厚度丁3為約〇 5nm至約5 〇_。丁，之實際厚度將部分地視中f„ 13所選用之材料與記憶體胞兀之型式（例如為TMR記憶體胞元或gmr記憶體胞元）而定。

資料層UT具有之厚度丁^大於約10咖。丁5之實際厚度將視記憶體胞元型式與用途而定。

軟鐵磁參考層17可具有寬度W與高度Η，其部分地視讀取導體19所選用的維度與包覆21之厚度DAW 、、4而疋所以’ W與H將為與用途高度地相關的，原因為其最終維度將根據很多變數導體19之維度。而疋，包括包覆21與讀取纟發月之數個實施例已被揭示與說明，本發明不限於如此所揭示與說明之刀的符疋形式或配置。本發明 541529 五、發明說明（29) 僅受限於申請專利範圍。元件標號對照表元件編號譯名元件編號譯名 10 磁性記憶體胞元 100a 軟鐵磁參考層 11 資料層 110 資料層 11a 資料層 112 參考層 13 中間層 114 絕緣障層 15 鐵磁帽層 116 導電節點 16 箭頭 118 導電節點 17 鐵磁參考層 150 磁性記憶體 18 箭頭 200 隧道結記憶體胞元 19 讀取導體 210 資料層 21 鐵磁包覆 212 參考層 ‘ 21a 包覆 212a 參考層 21b 包覆 212b 參考層 29 第一導體 216 導電節點 31 介質層 218 導電節點 33 槽溝 300 隧道結記憶體胞元 35 槽溝 312 扣住層 41 第二導體41 312a 參考層 43 介質層 312b 參考層 50 記憶體 312c 參考層 70 記憶體 316 導電節點 100 隧道結記憶體胞元 318 導電節點

Claims

541529

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

1 · 一種隧道結，包含： -導電卽點(11)用於儲存一資料位元作為一可變更的磁化排向（M2); 一障層（13)與該資料層（11)接觸；一帽層（15)與該障層（13)接觸；以及一軟參考層（17)與該帽層（15)接觸並具有未被扣住之磁化排向（Ml)，且包括一讀取導體（19)與一包覆（21) 完全地圍繞該讀取導體（丨9)，該讀取導體（19)為操作性的以產生一磁場回應於一外部供應之電流，该包覆（2 1)為操作性的以實質地將該磁場容納於包覆（21)内’使得該可變更的磁化排向（m2)不會被容納於包覆（2 1)内之任何部分的磁場影響，以及其中軟參考層（17)之磁化排向（Ml)藉由通過預設量與方向經由璜取導體（19)在進行中被扣住於一所欲的方向’且該位元藉由測量軟基準層（丨7)與資料層（n )間之電壓而被讀取。 2. 如申請專利範圍第1項所述之隧道結，其中該等資料層 (11)、帽層（15)與包覆（21)的任何被選擇之一個以上包含高導磁率之軟磁性材料。 3. 如申請專利範圍第2項所述之隧道結，其中該高導磁率之軟磁性材料為由一組包含鎳鐵、鎳鐵合金、鎳鐵鈷、鎳鐵鈷合金、鈷鐵、鈷鐵合金與PERMALLOY中被選取之材料。 _ - 33 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1®^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541529 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (如申料利範圍第丨項所述之㈣結，其中該資料層 ⑴）、巾目層（15)與包覆（21)係由相同的高導磁率之軟磁性材料做成。 5·如申請專利範圍第旧所述之隨道結，其中該等資料層 (11)、巾目層（15)與包覆（21)的任何被選擇之—個以上具有大於約1000之相對導磁率。 /、 > 6.如申請專利範圍第丨項所述之㈣結，其中料資料層 ⑴）、帽層（15)與包覆（21)的任何被選擇之—個以上具有小於約1000 A/m之矯頑磁性。 7_如申凊專利範圍第旧所述之隧道結，其中障層(η)為由一組包切氧化物、猛氧化物、錢化物、銘氧化物、鈕氧化物與鋁氮化物被選取之介質材料。 8_如申請專利範圍第1JM所述之隧道結，其中讀取導體⑽ 為由一組包含銅、銅合金、鋁合金、鋁銅、鋁銅合金、钽、鈕合金 '金、金合金，銀與銀合金被選取之導電料材 ^-----------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合社印 •製該第一導體（29)為操作性的以產生一第一寫出磁回應於一第一外部供應之電流，該第二導體（41)為操作性的以產生一第二寫出磁場回應於一第二外部供應之電流，以及其中δ玄寻弟一與第二寫出磁場協同地與資料層（H) 相互作用以旋轉資料層（Π)之磁化排向（M2)至一所欲的方向。一種隧道結記憶體，包括一資料層用於儲存一資料位 -34 . 本紙張尺度翻中國國^(CNS)A4規格⑽，挪公爱場元 541529 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、申請專利範圍作為可變更的一磁化排向、一第一導體與該資料層接觸、一參考層具有一磁化排向在進行中被扣住於一已知的方向、一弟二導體與該參考層接觸、與一隨道障層位於該資料層與該參考層間，且其中該位元藉由通過第一與第二電流經由該等第一與第二導體及測量該等第一與第二導體間之電壓而被讀取，其中之改良包含：一軟參考層（17)具有未被扣住之磁化排向（Μ1)及包括一讀取導體（19)與一包覆（21)完全地圍繞該讀取導體 (19);以及一帽層（15)介於該隧道障層與該軟參考層（17)，該包覆（21)為操作性的以實質地將該磁場容納於包覆（21)内，使得該可變更的磁化排向（Μ2)不會被容納於包覆（21)内之任何部分的磁場影響，以及其中軟參考層（17)之磁化排向（Μ1)藉由通過預設量與方向經由讀取導體（19)在進行中被扣住於一所欲的方向，且该位元藉由測量軟基準層（丨7)與該第一導體間之電壓而被讀取。 10·如申請專利範圍第9項所述之隨道結，其中該等資料層 (11)、帽層（15)與包覆（2υ的任何被選擇之一個以上包含高導磁率之軟磁性材料。 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)