TWI380488B - Nonvolatile magnetic memory device - Google Patents

Description

------ Β8θ488 六、發明說明： * 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種非揮發性磁性記憶體裝置。 本發明包含關於2008年3月5日向日本專利局申請之曰本 .專利申請案JP 2008·054364號之標的，其全部内^係以引 用方式併入本文中。 ^ 【先前技術】 隨著個人小型設備（例如資訊通信設備，特定言之係行 • 動終端機）之劇增，各種半導體裝置（例如構成該等設備之 記憶體元件或邏輯元件）需具有更高效能，例如更高的整 合度、更咼的操作速度、更低的功率消耗及類似者。特定 言之，非揮發性記憶體係視為在遍存計算時代之迫切需 要。即使電源供應的消耗及故障之情況下或因某一混亂而 在一伺服器與一網路之間切斷之情況下，該非揮發性記憶 體亦使得可以保存並保護重要資訊。此外，儘管最近的可 攜式設備係設計用以藉由將不需要的電路區塊置入待命狀 態來儘可能多地抑制功率消耗，但若可實現兼用作一高速 度工作記憶體與一大容量儲存記憶體之一非揮發性記憶 體，則可以消除功率消耗及記憶體中的浪費。此外，若可 實現一高速度大容量非揮發性記憶體，則在進行該電源供 應後旋即致能一瞬間啟動之"即時開啟"功能亦可能變成可 行。 . 該非揮發性記憶體之範例包括使用半導體材料之快閃記 憶體及使用鐵電材料之鐵電非揮發性半導體記憶體 I36025.doc 1380488 (FERAM、鐵電隨機存取記憶體）。但是，該等快閃記憶體 具有寫入速度為微秒等級（此低於所需速度）之缺點。同 時，該FERAM具有若干次在1012至1014等級可行的重新寫 入，此對於使用該FERAM來替代SRAM或DRAM而言過 低，而難以實施該鐵電材料層之微處理。 作為不具有上述缺點之一非揮發性記憶體，稱為 MRAM(磁性隨機存取記憶體）之非揮發性磁性記憶體裝置 已開始受到關注。在MRAM中，隨著TMR材料的特性之近 來改良，使用TMR(穿隧磁阻）效應之MRAM已受到關注（例 如，參見Wang等人的"超密集自旋穿隧隨機存取記憶體之 可行性·’，IEEE磁學學報，第33卷，1997年11月，第4498 至4512頁）。該TMR型MRAM結構簡單、可容易地縮放， 且因藉由磁矩的旋轉來記錄而可以進行很多次的重新寫 入。此外，對於該TMR型MRAM，預期一很短暫的存取時 間，而且據稱該TMR型MRAM已經開始能夠以一 1 00 MHz 之速率操作（例如，參見R. Scheuerlein等人的"在每一單元 中使用一磁性穿隧接面及FET開關之一 10ns讀取與寫入非 揮發性記憶體陣列”，2000年IEEE國際固態電路會議技術 文件摘要，2000年2月，第128至129頁）。 圖18顯示該TMR型MRAM(下面簡稱為MRAM)之一示意 性的部分剖面圖。該MRAM包括一連接至包括一 MOSFET 之一選擇電晶體TR的磁性穿隧接面元件（亦稱為一 MTJ元 件）。 該MTJ元件具有第一鐵磁性材料層2051、一穿隧絕緣膜 136025.doc -6-

^38048S 2052及一第二鐵磁性材料層之一層壓結構。明確言之，該 第一鐵磁性材料層205 1具有以自下部側的此順序的（例如） 一反鐵磁性材料層205 1A與一鐵磁性材料層（亦稱為一釘住 層或一磁化釘住層205 1B)之一兩層式結構，且因該兩個層 之間的交換相互作用而具有一強單向磁性各向異性。可相 對較容易地旋轉磁化方向之第二鐵磁性材料層亦稱為一自 由層或一記錄層。在下面的說明内容中，該第二鐵磁性材 料層可稱為一記錄層2053。該穿隧絕緣膜2052起到中斷該 記錄層2053與該磁化釘住層205 1B之間的磁性輕合以及通 過一穿隧電流之作用。用於該MRAM與該MRAM之間的連 接之一位元線BL(第二佈線）係形成於一層間絕緣層26上。 在位元線BL與該記錄層2053之間提供的一覆蓋層2〇61之功 食b係用於防止在構成該位元線bl的原子與該記錄層2053之 .間的相互擴散，以減小接觸電阻，並防止該記錄層2053之 氧化。在圖18中，參考數字2041表示一連接至該反鐵磁性 材料層2051A之一下部表面的第一佈線。 一寫入字線WWL係佈置於該MTJ元件之下而在其間插入 一第二下部絕緣層24。該寫入字線WWL之延伸方向（第一 方向）與該位元線BL(第二佈線）之延伸方向（第二方向）係彼 此規則正交。 該選擇電晶體TR係形成於受一元件隔離區域丨丨包圍的一 石夕半導體基板1〇之-部分巾，且係藉由—第—下部絕緣層 1來覆蓋。在一侧上之一源極/汲極區域係透過包括一 嫣插塞之一接觸孔22、__著陸塾部分及包括一鶴插塞之 136025.doc 1380488 一接觸孔25連接至該MTJ元件之第一佈線2041。在另一側 上之一源極/汲極區域14A係透過一鎢插塞15連接至一感測 線16。在圖18中，參考數字12表示一閘極電極（用作一所 謂的字線），而參考數字13表示一閘極絕緣膜《在該 MRAM陣列中，該MRAM係配置於在晶格（包括該等位元線 BL與該等寫入字線WWL)中的每一交又點（重疊區域）處。 在將資料寫入至具有上述組態之MRAM中時，在一正或 負方向上之一電流在該位元線BL中流動，而在一固定方向 上之一電流在該寫入字線WWL中流動，而由此產生之一 複合磁場改變該記錄層2053之磁化方向。因此，將'，1"或 "〇"記錄於該記錄層2053中。 同時，藉由將該選擇電晶體TR設定成開啟狀態、讓一 電流穿過該位元線BL並經由感測線16偵測因該磁阻效應所 致在該穿隧電流中的變化，來實施資料之讀取。當該記錄 層2053與該磁化釘住層2051B之磁化方向係相等時，獲得 一低電阻結果（例如，令此狀態為"〇")，而當該記錄層2053 與該磁化釘住層205 1B之磁化方向係反平行時，獲得一高 電阻結果（例如，令此狀態為"1")。 在該MRAM中，為穩定地保持所記錄的資訊，欲在其中 6己錄負訊之s己錄層2053需具有一均勻的橋頑力。同時’為 重新寫入所記錄的資訊，—預定數量的電流需要穿過該位 元線BL。但是，隨著該MRAM之小型化，使得該位元線 BL更精細，而相應地，一足夠數量的電流難以穿過該位元 線BL。基於此原因，作為允許在一較小量電流情況下的磁 136025.doc mom 化反向之一結構，藉由自旋注入來施加磁化反向之一自旋 注入型磁阻效應元件已開始受到關注（例如，參見】？-八_ 2003-17782)。藉由自旋注入之磁化反向係將透過一磁性材 料來自旋極化之一電子注入至其他磁性材料而在其他磁性 材料中發生磁化反向之一現象。 圖2A顯示一自旋注入型磁阻效應之一概念圖。該自旋注 入型磁阻效應元件包括一磁阻效應多層膜，該膜包括具有

一 GMR(巨磁阻）效應或一 TMR效應之一多層膜。該磁阻效 應多層膜係插入兩個佈線41與42之間。明確言之，該磁阻 效應多層膜包括：一記錄層（亦稱為一磁化反向層或自由 層）53 ’其具有一記錄資訊之功能；以及一磁化參考層（亦 稱為一釘住層）51，其具有一釘住磁化方向且用作一自旋 濾波器’且在其間插入一非磁性材料膜52。一電流在垂直 於該膜表面之一方向上流動（參見圖2A)。圖28顯示該記錄

層53之一示意性平面圖。該記錄層53之大小係取決於形成 該記錄層53之一磁性材料的類型或厚度。該記錄層”之大 小約為200 run或更小，以便促進單一磁域形成並減小自旋 注入磁化反向之一臨界電流Ic。該記錄層53可由一適當的 磁性各向異性而具有兩個或兩個以上磁化方向（例如，圖 2A中的箭頭所示之兩個橫向方向，即一第一方向與一第二 方向），且該等磁化方向之每—方向對應於欲記錄㈣ 訊。在圖2B之範例中’該記錄層53係一平面形狀之一長橢 圓形以至於具備-磁性形狀各向異性。即，該記錄層W 有平行於該第-方向及該第二方向之—易磁化細及與該 136025.doc -9- 1380488 易磁化轴正交之一難磁化軸。該記錄層53沿該易磁化轴之 長度比該記錄層53沿該難磁化轴之長度更長》 圖19顯示一記憶體單元大小與一寫入電流之間的關係》 在圖19中，右垂直軸表示記憶體單元大小（F2)，左垂直軸 表示一寫入電流，而水平軸表示一 MTJ元件之一短側的大 小。從圖19可明顯看出，在該自旋注入磁化反向類型中， 隨著該元件大小減小’該寫入電流亦減小。當該單元大小 與一嵌入式DRAM之大小相同時’該寫入電流變成小至 1 00 μΑ。同時’在一習知的MRAM中，隨著該元件大小減 小’該寫入電流明顯增加。當該單元大小與一 6個電晶體 類型的SRAM(6-TSRAM)相同時，該寫入電流約為1 mA。 在此一自旋注入型磁阻效應元件中，與該Mram相比， 可簡化該裝置結構。此外，由於使用藉由自旋注入之磁化 反向，如上所述，因此，即使該元件係小型化，與藉由一 外部磁場在其中產生磁化反向之MRAM相比，該寫入電流 亦不增加6 【發明内容】 為保持該MRAM或該磁阻效應元件（例如一自旋注入型 磁阻效應元件）之特性，需要確保一預定值或更大之一熱 穩定性指數△以使得不會藉由熱量產生磁化反向、一般 地，據稱該熱穩定性指數4需為6〇或更大^可藉由以下等 式（1)來表達該熱穩定性指數A。 △=(MS . V · Hk)/(2 · kB . T)…（1)

Ms :該記錄層之飽和磁化位準 136025.doc 10 v:該記錄層之體積

Hk:該記錄層之各向異性磁場 kB .波茲曼常數（Boltzmann constant) τ :該記錄層之絕對溫度 從等式（1) ’決定隨著該飽和磁化位準Ms增加、該體積v 增加及該各向異性磁場Hk增加，該熱穩定性指數△增加。 該記錄層之各向異性磁場札係與用於朝一預定方向引導在 該晶體内的自旋之各向異性能量（磁晶體各向異性能量）對 應的量。磁晶體纟向異性能量係絲決於晶體結構及方位 而/夬疋之為固定自旋的方向而需要之能量。 一矯頑力（矯頑性）HC係用作近似磁化反向的容易程度之 -值’其係即使在各種磁化程序後磁力亦實質上係減小為 零時與-磁化方向相反之-磁場的強度。該各向異性磁場

Hk與該矯頑力Hc係分別用作材料開發或裝置開發所需要之 參數且具有'對應關係。該㈣力He之-增加引起該各向 異性磁場仏之-增加。結果，從等式⑴可看出，可改良 熱穩定性之指數△。如以下等式⑺中所示，該橋頑力仏係 由形成該記錄層之一材料之一特徵值（該等式中的右手 側之第一項）、依據該記錄層的形狀之一值（該等式（？）中的 右手側之第二項）、依據該記錄層的内部應力之一值（該等 式（2)中的右手側之第三項）及類似值之和來表達。 Hc=He_film+(1/47〇 . {(Ms . t)/W} f⑴+ 3(λ/Μ〇 …⑺

Hc_film :在一薄膜狀態中的記錄層之矯頑力 t ·該§己錄層之厚度 136025.doc 1380488 w .該記錄層沿該難磁化軸之長度 f(r):該記錄層中的形狀各向異性之函數 r:該記錄層之縱橫比（沿該易磁化軸之長度/沿該難磁化 軸之長度） λ.形成該記錄層之一材料的磁致伸縮常數 σ:沿該易磁化軸之在該記錄層中的應力（一正值係抗張 應力，而一負值係一壓縮力） A :常數 該等式（2)中的右手側之第一項係形成該記錄層之一材 料之一特徵值。因此，該右手側之該第—項之該值係依據 形成該記錄層之材料來唯—地決^。該等式⑺中的右手側 之第二項係、依據該記錄層㈣狀之一值。可藉由增加該記 錄層之縱橫比與該形狀各向異性來增加該右手側之第二項 之值，但該記錄層之縱橫比受該單元大小或類似者之限 制。 因此，從該等式（2)，為增加該矯頭力Hc之值，最有效 的係增加在該等式（2)中的右手側之第三項之值。在該等式 (2)中的右手側之第三項中，該飽和磁化位準之值與該 磁致伸縮常數λ之值係依據形成該記錄層之材料來唯一地 決定。基於此原因，為增加在該等式中的右手側之第三 項之值’需要沿該易磁化轴增加應力σ之絕對值。 因此，需要一種包括一磁阻效應元件之非揮發性磁性記 憶體裝置，該磁阻效應元件具有能夠藉由增加一矯頑力He 來改良一記錄層的熱穩定性之組態與結構。 136025.doc •12- 一種依據本發明之一第一具體實施例、一第二具體實施 例或一第三具體實施例的非揮發性記憶體裝置包括一磁阻 效應元件，該磁阻效應元件包括（A)具有一記錄層之一分 層式結構；（B)—第一佈線，其係電連接至該分層式結構 之一下部部分；（C)一第二佈線，其係電連接至該分層式 結構之一上部部分；以及（D)—層間絕緣層，其包圍該分 層式結構。 在依據本發明之第一具體實施例之非揮發性磁性記憶體 裝置中，該磁阻效應元件進一步包括一具有與形成該層間 絕緣層之一材料的楊氏模數（Y〇ung m〇dulus)相比更低之— 杨氏模數的低楊氏模數區域，而該記錄層具有一易磁化轴 及與該易磁化軸正交之一難磁化軸。當形成該記錄層之一 材料的磁致伸縮常數λ係一正值時，該低楊氏模數區域係 佈置於該記錄層之易磁化軸之一延伸區域中，而當形成該 記錄層之材料之磁致伸縮常數λ係一負值時，該低揚氏模 數區域係佈置於該記錄層之難磁化軸之一延伸區域中。 在本發明之第二具體實施例的非揮發性磁性記憶體裝置 中，該磁阻效應元件進一步包括一具有與形成該層間絕緣 層之一材料的楊氏模數相比更高之一揚氏模數的高揚氏模 數區域’而該記錄層具有一易磁化軸及與該易磁化軸正交 之一難磁化軸。當形成該記錄層之一材料的磁致伸縮常數 λ係一正值時，該高揚氏模數區域係佈置於該記錄層之難 磁化軸之一延伸區域中，而當形成該記錄層之材料之磁致 伸縮常數λ係一負值時，該高楊氏模數區域係佈置於該記 136025.doc -13- 1380488 錄層之易磁化轴之一延伸區域十。 在依據本發明之第三具體實施例的非揮發性磁性記憶體 裝置中，該磁阻效應元件進一步包括一高楊氏模數區域與 一具有與該尚楊氏模數區域之揚氏模數相比更低之一揚氏 模數的低揚氏模數區域，而該記錄層具有一易磁化軸及與 該易磁化轴正交之一難磁化軸。當形成該記錄層之一材料 之磁致伸縮常數λ係一正值時，該高揚氏模數區域係佈置 於該記錄層之難磁化轴之一延伸區域令，而該低楊氏模數 區域係佈置於該記錄層之易磁化轴之一延伸區域冲。當形 成該記錄層之材料之磁致伸縮常數λ係一負值時，該高揚 氏模數區域係佈置於該記錄層之易磁化軸之延伸區域中， 而該低杨氏模數區域係佈置於該記錄層之難磁化轴之一延 伸區域中。 在依據本發明之第-具體實施例的非揮發性磁性記憶體 裝置中，可藉由該第二佈線之一延伸部分來形成在該磁阻 效應元件之低楊氏模數區域。或者，可藉由包圍該第二佈 線之一上部絕緣層之一延伸部分來形成該低楊氏模數區 域。 在依據本發明之第二具體實施例的非揮發性磁性記憶體 裝置中，可藉由該第二佈線之一延伸部分來形成在該磁阻 效應元件中的高楊氏模數區域。或者，可藉由包圍該第二 佈線之一上部絕緣層之一延伸部分來形成該高楊氏模數區 域。 在依據本發明之第一具體實施例、第二具體實施例或第 136025.doc • 14· 三具體實施例之非揮發性磁性記憶體裝置（下面，可將此 等非揮發性磁性記憶體裝置統稱或簡稱為"本發明之非揮 發性磁性記憶體裝置"）中，該磁阻效應元件可以係藉由使 用一 TMR效應之一穿隧磁阻效應元件來形成，而更佳的係 可藉由一藉由自旋注入來施加磁化反向之自旋注入型磁阻 效應元件來形成。在此情況下，可在該分層式結構之下提 供包括-場效電晶體之-選擇電晶豸，而肖第二佈線（例 如，一位元線）之一延伸方向可平行於構成該場效電晶體 的一閘極電S之-延伸方向。，本發明不限於此。例 如’在該第二佈線之一延伸方向上的一投影影像可與在構 成該場效電晶體的一閘極電極之一延伸方向上的一投影影 像正交。在某些情況下，可能不提供該選擇電晶體。 在具有上述組態的本發明之非揮發性磁性記憶體裝置 中，可在該分層式結構的上料分與在該磁阻效應元件的 第二佈線之間提供-連接部分，形成該連接部分之一材料 的楊氏模數可高於形成該層間絕緣層之材㈣揚氏模數。 為方便起見，此組態可稱為··第一组態、或者，形成該第 -佈線之-材料的揚氏模數可高於形成該層間絕緣層之材 料的揚氏模數。為方便起見，此組態可稱為"第二組態"。 此外’可在該分層式結構的上部部分與該第二佈線之間提 供-連接部分，㈣㈣連接部分之—料的楊氏模數可 高於形成該層間絕緣層之材料的楊氏模數，而形成該第一 佈線之-材料的揚氏模數可高於形成該層間絕緣層之材料 的揚氏模數。為方便起見，此組態可稱為”第三組態"。 136025.doc -15- 1380488 在下面的說明内容中，該低揚氏模數區域的楊氏模數稱 為EL’形成該高楊氏模數區域之材料的楊氏模數稱為eh， 形成該層間絕緣層之材料的楊氏模數稱為E〇,形成該第一 佈線之材料的楊氏模數稱為^，形成該第二佈線之一材料 的楊氏模數稱為E2，形成該上部絕緣層之一材料的楊氏模 數稱為Eu’而形成該連接部分之材料的楊氏模數稱為 在依據本發明之第一或第三具體實施例的非揮發性磁性 記憶體裝置中，作為在該磁阻效應元件中形成該低楊氏模 數區域之材料，可使用一導電材料或一絕緣材料。或者， 可藉由一腔來形成該低揚氏模數區域。當該低楊氏模數區 域係由一導電材料形成時，該導電材料之範例包括Cu ' A1、以Cu為主的合金及以A1為主的合金，該等材料目前係 廣泛用於半導體之佈線。該導電材料之其他範例包括Au、 Pt、Ta、Sn、In、Ag、Pb、Nb、Zn、Ni、Co、Fe、V、 Cr、Ti及Mg，包含其作為主要成分的合金及其氮化物。當 該低楊氏模數區域係由一絕緣材料形成時，該絕緣材料之 範例包括：SiOC、SiO、SiCN、有機SOG(其係具有一低介 電常數之一絕緣材料）；諸如以聚醯亞胺為主的樹脂及氟 樹脂（例如，氟碳、非晶四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳 醚、氟化芳醚、氟化聚醯亞胺、聚對二甲苯基、苯環丁 稀非明*反、丨衣全氟碳聚合物、氟化富勒烯）、silk(Dow 化學公司之商標，用於一層間絕緣膜之—塗層型低介電常 數材料、Flare(H〇neywell電子材料公司之商標，.一以聚烯 丙醚（PAE)為主的材料）之類的低介電常數絕緣材料。可從 136025.doc -16· (例如）滿足E(rEl^lxl〇io Pa(1〇 GPa)而較佳的係E〇_

El~5x1° Pa(50 GPa)之材料中適當地選擇形成該低楊氏 模數區域之材料。 在依據本發明之第二或第三具體實施例的非揮發性磁性 S己憶體裝置中，作為在該磁阻效應元件中形成該高楊氏模 數區域之材料，可使用一導電材料或一絕緣材料。當該高 楊氏模數區域係由一導電材料形成時，該導電材料之範例 包括cu、A1、以Cu為主的合金及以A1為主的合金，該等 材料目則係廣泛用於半導體之佈線。該導電材料之其他範 例包括Ir、W、Rh、RU& M〇、由其形成的多層之一分層式 結構以及包含其作為主要成分之合金。當該高楊氏模數區 域係由一絕緣材料形成時，該絕緣材料之範例包括作為一 代表的 SiN 系列（Si3N4)、SiOC、SiO、SiCN、有機 SOG(其 係具有一低介電常數之一絕緣材料）及諸如以聚醯亞胺為 主的樹脂及氟樹脂之類的低介電常數絕緣材料。一般地， 該低介電常數絕緣材料係具有一低楊氏模數之一材料，但 其可藉由一膜沈積方法或一分層式結構而具有一高楊氏模 數。基於此原因’該低介電常數絕緣材料不受特定限制。 可從（例如）滿足Εη-ΕρΙχΙΟ10 |>a(10 GPa)而較佳的係Eh-

EodxlO10 pa之材料中適當地選擇形成該高楊氏模數區域 之材料。 在具有上述組態的本發明之非揮發性磁性記憶體裝置 中’在該磁阻效應元件中形成該第一佈線的材料之範例包 括 Ir、Re、Rh、Ru、Mo、W、TiN、TiB2、ZrB2、ZrN、 136025.doc •17· 138〇488 VB2、NbB2、NbC ' TaB2、TaC、CrB2、Mo2B5、W2B5及 wc。當形成該第一佈線之材料的揚氏模數£1高於形成該 層間絕緣層之材料的楊氏模數E()時，可從（例如）滿足 ΕγΕρίχΙΟ10 Pa(l〇 GPa)而較佳的係 E 丨-EodxlO10 Pa 之材 料中適當地選擇形成用作施加應力之一來源的第一佈線之 材料。明確言之，可使用Ir、Re、Rh、Ru、M〇、w、

TiN、TiB2、ZrB2、ZrN、Vb2、獅2、默、丁沾2 TaC、CrB2、M〇2B5、W2B5及WC。或者，可適當地選擇具 有4X1011 pa或更大的揚氏模數&之多個材料之一者，或可 適當地選擇能夠向該記錄層施加lxl〇8以至5><1〇9 的壓 縮應力之多個材料之一者》作為形成該第二佈線（例如， 用作一所謂的位元線）之材料，可使用上述材料。當藉由 該第二佈線之延伸部分來形成該低楊氏模數區域時可從 多個材料_適當地選擇形成該第二佈線之材料，例如滿足 E〇-E01xl〇1() pa(i〇 GPa)而較佳的係 Ε〇Ερ5χΐ〇1〇 當 藉由該第二佈線之延伸部分來形成該高楊氏模數區域時， 可從多個材料中適當地選擇形成該第二佈線之材料，例如 滿足 e2-ea1x10丨〇 Pa(10 GPa)而較佳的係 E2 Eq5xi〇i〇 Pa 〇 作為形成該層間絕緣層之材料，可使用作為一代表的 SiN系列（Si3N4)、SiOC、Si〇、SiCN、有機 _(其係具有 一低介電常數之一絕緣材料）或一諸如以聚醯亞胺為2的 樹脂或氟樹脂之類的低介電常數絕緣材料般地，該 介電常數絕緣材料係具有一低揚氏模數之一材料，但 136025.doc -18- 138048¾ 藉由一膜沈積方法或一分層式結構而具有一高楊氏模數 基於此原因，該低介電常數絕緣材料不受特定限制。 當該低楊氏模數區域係由包圍該第二佈線的上部絕緣層 之延伸部分形成時，形成該上部絕緣層的材料之範例包 括：SiOC、SiO、SiCN或有機SOG(其係具有—低介電常^ 之一絕緣材料諸如以聚醯亞胺為主的樹脂及氟樹脂（例 如，氟碳、非晶四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳醚、氟化芳 醚、氟化聚醯亞胺' 聚對二甲苯基、苯環丁烯、非晶碳、 環王氟故心合物及乱化昌勒烯）、Silk及Flare之類的低介電 常數絕緣材料。或者，可從（例如）滿足Eq_Eu^1x1〇1() Pa(i〇 GPa)而較佳的係Eq-EuMxIO10 Pa之材料中適當地選擇形成 該上部絕緣層之材料。當該高楊氏模數區域係藉由包圍該 第二佈線的上部絕緣層之延伸部分形成時，形成該上部絕 緣層的材料之範例包括：作為一代表的SiN系列（si3N4)、 SiOC、SiO、SiCN、有機s〇G(其係具有一低介電常數之一 絕緣材料）；以及諸如以聚醯亞胺為主的樹脂及氟樹脂之 類的低介電常數絕緣材料。一般地，該低介電常數絕緣材 料係具有一低楊氏模數之一材料，但其可藉由一膜沈積方 法或一分層式結構而具有一高楊氏模數。基於此原因，該 低介電常數絕緣材料不受特定限制。或者，可從（例如）滿 足 Eu-Epixio】0 pa(10 GPa)而較佳的係 Ευ_Ε05χ1〇 丨 〇 Pa 之 材料中適當地選擇形成該上部絕緣層之材料。 形成該連接部分的材料之範例包括Ir、Re、、Ru、

Mo、W、TiN、ΤιΒ2、ZrB2、ZrN、VB2、NbB2、NbC、 136025.doc -19- 1380488

TaB2 ' TaC、CrB2、Mo2B5、w2B5、WC、Ta、TaN、WN、 為主的合金及以Cu為主的合金。特定言之，在該連接 部分中，僅藉由部分夹在具有一高揚氏模數的膜之間來獲 得相同效應。當形成該連接部分之材料的楊氏模數Ec高於 形成該層間絕緣層之材料的揚氏模數匕時，形成用作施加 應力之一來源的連接部分之材料可以係從（例如）滿足 Ec-EQlxio1。Pa(1〇 GPa)而較佳的係 Ec_Ea5x1〇10 〜之材 料中適當地選擇，可以係從（例如）具有4x1〇h pa或更大的 楊氏模數Ec之材料中適當地選擇，或者可以係從能夠向該 記錄層施加lxl〇8 Pa至5xl09 Pa的壓縮應力之材料中適當 地選擇。 下表1中顯示各種金屬材料及合金材料的楊氏模數之 值。 表1 金屬(合金） 楊氏模數(GPa) 金屬(合金） 揚氏模數(GPa) Ir 529 NbB2 630 Re 460 NbC 580 Rh 359 TaB。 680 Ru 414 TaC 560 Mo 324 CrB2 540 W 345 Mo2B5 670 TiN 590 w2b5 770 TiB2 560 wc 7+20 ZrB2 540 Cu 110 ZrN ^ 510 Ti 116 vb2 510 Ta 186 136025.doc •20· 該低楊氏模數區域或該高揚氏模數區域係佈置於該記錄 層之易磁化轴的延伸區域或難磁化軸的延伸區域中之事實 表不該低楊氏模數區域或該高揚氏模數區域係佈置成鄰接 該記錄層之一端或佈置成遠離該記錄層之端的一狀態。在 前者情況下，形成該低揚氏模數區域或該高楊氏模數區域 的材料需為一絕緣材料，或者可藉由一腔來形成該低揚氏 模數區域》在後者情況下，從該低楊氏模數區域或該高楊 氏模數區域至該記錄層的端之一距離本質上係任意的。該 記錄層的易磁化軸之延伸區域指示當沿該記錄層之難磁化 軸切割該記錄層時該記錄層之最大寬度，即平行於該記錄 層之易磁化轴而延伸的層間絕緣層之一條形區域。該低楊 氏模數區域或該高楊氏模數區域係佈置於該記錄層之易磁 化軸的延伸區域中之事實表示該低楊氏模數區域或該高楊 氏模數區域完全或部分存在於該條形區域中。該記錄層之 難磁化軸的延伸區域指示當沿該記錄層之易磁化轴切割該 記錄層時該記錄層之最大寬度，gp平行於該記錄層之難磁 化軸而延伸的該層間絕緣層之一條形區域。該低楊氏模數 區域或該高揚氏模數區域係佈置於該記錄層之難磁化轴的 延伸區域中之事實纟示該低揚氏模a區域或該高楊氏模數 區域完全或部分存在於該條形區域中。該低揚氏模數區域 或該高楊氏模數區域之平面形狀可以係一任意剖面形狀， 包括-圓形形狀、一橢圓形狀、一平坦扁圓形狀、一三角 形形狀、-矩形形狀'一多邊形形狀、一圓三角形形狀、 -圓矩形形狀及-圓多邊形形狀。可將該等低楊氏模數區 136025.doc 1380488 域或該等高楊氏模數區域佈置於一單一記錄層之兩側上， 或者可將一單一低楊氏模數區域或高楊氏模數區域佈置於 兩個相鄰的記錄層之間。 該記錄層或該分層式結構的平面形狀之範例包括一橢圓 形狀、一平坦扁圓形狀（從兩個半圓與兩個線段之一組合 獲得之一圖形）、由一拋物線或一雙曲線包圍之一形狀、 基於一可藉由一二次函數或一三次函數或更多次函數來廣 義表達的圖形之一形狀、一規則多邊形形狀（包括一矩形 形狀、一規則多邊形形狀（例如一規則五邊形形狀或更多 邊形形狀）、一圓矩形形狀及一圓規則多邊形形狀（例如一 圓規則五邊形形狀或更多邊形形狀））及一平坦圓形形狀（藉 由在一方向上擠壓一圓形狀來獲得之一圖形該記錄層 或該刀層式結構的平面形狀之其他範例包括一橢圓形形狀 與一線段之一組合、一拋物線與一線段之一組合、一雙曲 線/、線丨又之一組合，或廣義言之，一二次函數與一線性 '之組合或者一三次函數或更多次函數與一線性函數 之組合。更佳的係，可使用下面將說明之一曲線形狀。 在該自旋注入型磁阻效應元件中，可藉由用於儲存資訊 匕參考層（亦稱為一釘住層）、一非磁性材料膜及一 °己錄層（亦稱為—磁化反向層或自由層）來形成具有-TMR -=GMR效應之—分層式結構。具有—了㈣效應之分 〈構係藉由該磁化參考層、該非磁性材料膜及該記錄 =之事實指示一其中用作一穿隧絕緣膜的非磁性材料 …在由-磁性材料形成的磁化參考層與由—磁性材料 136025.doc 形成的記錄層之間的結構。作為該磁化參考層及該第—佈 線（或該第二佈線）之一電連接狀態，可將該第一佈線（或該 第一佈線）直接連接至該磁化參考層，或可將节第一佈線 (或該第二佈線）透過一反鐵磁性材料層連接至該磁化參考 層。當該磁化參考層係連接至該第一佈線時，將一極化自 旋電流從該第一佈線透過該磁化參考層注入至該纪錄層 内’而當該磁化參考層係連接至該第二佈線時，將—極化 自旋電流從該第二佈線透過該磁化參考層注入至該記錄層 内。此外，在該記錄層内的磁化方向係設定為一第一方白 (平行於該易磁化軸之一方向）或一第二方向（與該第一方向 相反之一方向）。從而，將資訊寫入於該記錄層中。該磁 化參考層可具有一分層式亞鐵結構（具有反鐵磁性耗合之 一分層式結構），或者該磁化參考層可具有一靜磁耗合結 構。該分層式亞鐵結構4日不一具有（例如）磁性材料層/釘 (Ru)層/磁性材料層且其中該兩個磁性材料層的層間交換麵 合依據該釕層的厚度變成反鐵磁性或鐵磁性之一三層式結 構（明確言之，例如，一 CoFe/Ru/CoFe之三層式結構或一 CoFeB/Ru/CoFeB之三層式結構）的結構。其中該兩個磁性 材料層的層間交換耦合變成鐵磁性之一結構係稱為一分層 式鐵磁結構。其中在該兩個磁性材料層中藉由來自該磁性 材料層的端表面之一洩漏磁場獲得一反鐵磁性耦合之一結 構係稱為一靜磁柄合結構。用於該反鐵磁性材料層之一材 料的範例包括一鐵錳合金、一鎳錳合金、一鉑錳合金、一 依錳合金、一铑錳合金、一氧化鈷及一氧化鎳。可在該第 136025.doc -23- 1380488 一佈線（或該第二佈線）與該反鐵磁性材料層之間形成由 Ta、Cr、Ru或Ti形成之一基底膜，以便改良該反鐵磁性材 料層之結晶度。 在該自旋注入型磁阻效應元件中，形成該記錄層（磁化 反向層）與該磁化參考層的材料之範例包括：鐵磁性材 料，例如鎳（Ni)、鐵（Fe)及鈷（Co);該等鐵磁性材料之合 金（例如，Co-Fe、Co-Fe-Ni及Ni-Fe);藉由將該等鐵磁性 材料的合金與非磁性元素（例 如，组、棚、鉻、銘、石夕、 碳及氮）混合而獲得之合金（例如，C〇-Fe-B);以及包含 Co、Fe及Ni之一或多者的氧化物（例如，亞鐵鹽： Fe-MnO)、稱為半金屬鐵磁性材料的金屬間化合物（哈斯勒， (Heusler)合金：NiMnSb、Co2MnGe、Co2MnSi及 Co2CrAl) 之一群組及氧化物（例如’（La，Sr)Mn03、Cr02及Fe304)。 該記錄層或該磁化參考層之結晶度本質上係任意。該記錄 層及該磁化參考層可以係多晶、單晶或非晶。另外，可使 用各種磁性半導體，而無關於軟磁性（軟膜）或硬磁性（硬 膜）。 在該自旋注入型磁阻效應元件中，作為形成該非磁性材 料膜（其構成具有一 TMR效應的分層式結構）之一材料，可 使用絕緣材料，例如氧化鋁（Α1〇χ)、氮化鋁（Α1Ν)、氧化鎂 (MgO)、氮化鎂、氧化矽、氮化矽' 11〇2或&2〇3、以、 NiO、CdOx、Hf〇2、Ta2〇5、BN及 ZnS。作為形成該非磁 f生材料膜（其構成具有一 GMR效應的分層式結構）之一材 料，可使用導電材料，例如Cu、Ru、Cr、Au、、 136025.doc -24-

Ta及其合金。若導電率較高（電阻率係數百μΩ cm或更 小）’則可使用任何非金屬材料。較佳的係，適當地選擇 難以產生與該記錄層或該磁化參考層的介面反應之一材 料。 可藉由物理汽相沈積（P VD)(例如減鍵、離子束沈積）或 真空沈積或化學汽相沈積（CVD)(例如ALD(原子層沈積））， 來形成此等層。 可透過藉由濺鍍形成之一金屬膜的氧化或氮化來獲得該 非磁性材料膜。明確言之，當氧化鋁（Α1〇χ)係用作形成該 非磁性材料膜之一絕緣材料時，可使用（例如）在大氣中氧 化藉由減;鑛形成的銘之一方法、電槳氧化藉由濺鍵形成的 銘之一方法、使用ICP電漿氧化藉由濺鍍形成的鋁之一方 法、在一氧大氣下自發氧化藉由賤鑛形成的銘之一方法、 使用氧自由基氧化藉由滅鍵形成的紹之一方法、當在一氧 大氣下自發氧化藉由濺鍍形成的鋁時照射紫外線之一方 法、藉由反應性錢鑛形成一銘膜之一方法或藉由濺鑛形成 一氧化鋁（Α1〇χ)膜之一方法。 當藉由使用一 TMR效應之一穿隧磁阻效應元件形成該磁 阻效應元件時’該分層式結構包括—第一鐵磁性材料層、 一穿隨絕緣膜及一記錄層（亦稱為一第二鐵磁性材料層或 自由層）。更明確言之，該第一鐵磁性材料層較佳的係具 有一反鐵磁性材料層與一鐵磁性材料層（亦稱為一釘住層 或磁化釘住層）之一兩層式結構《因此，該第一鐵磁性材 料層可藉由該兩個層之間的交換相互作用而具有一強單向 136025.doc 25- 1380488 磁性各向異性。該磁化釘住層鄰接該穿隧絕緣膜β該磁化 釘住層可具有（例如）一具有合成反鐵磁性耦合（SAF)之多層 式結構（例如’鐵磁性材料層/金屬層/鐵磁性材料層。s. s.

Parkin等人在5月7日，第2304至2307頁（1990)的物理評論 學刊中報告合成反鐵磁性耦合。在該記錄層中，相對較容 易地旋轉該磁化方向*該穿隧絕緣膜起到中斷該記錄層與 該磁化釘住層之間的磁性耦合以及通過一穿隧電流之作 用。 在該穿隧磁阻效應元件中，可由（例如）包含過渡金屬磁 籲 性元素（明確言之，係鎳（Ni)、鐵（Fe)或鈷（Co))之鐵磁性材 料或包含該等過渡金屬的合金（例如，C〇-Fe、Co-Fe-Ni及 Ni-Fe)作為主要成分之鐵磁性材料形成該第一鐵磁性材料 層（該釘住層或磁化釘住層）與該記錄層（該第二鐵磁性材料 層或自由層）。另外，可使用所謂的半金屬鐵磁性材料或 非晶鐵磁性材料，例如CoFe-B。形成該反鐵磁性材料層的 材料之範例包括一鐵猛合金、一錄猛合金、一翻猛合金、 一銥錳合金、一釕錳合金、氧化鈷及氧化鎳。此等層可以 0 係（例如）藉由PVD(例如濺鍍、離子束沈積或真空沈積）形 成。 在該穿隧磁阻效應元件中，作為形成該穿隧絕緣膜之一 _ 絕緣材料’可使用氧化鋁（Α10χ)、氮化鋁（A1N)、氧化鎂 (Mg〇)、氣化鎂、氧化矽或氮化矽。此外，可使用Ge、

NiO、CdOx、Hf02、Ta205、BN或 ZnS。可（例如）透過藉由 濺鍍形成之一金屬膜的氧化或氮化來獲得該穿隧絕緣膜。 136025.doc -26· 更月確。之，當氧化鋁（Α1〇χ)係用作形成該穿隨絕緣膜之 一絕緣材料時，可使用（例如）在大氣中氧化藉由濺鍍形成 的鋁之一方法、使用電漿氧化藉由濺鍍形成的鋁之一方 法、使用ICP電漿氧化藉由濺鍍形成的鋁之一方法在一 氧大氣下自發氧化藉由濺鍍形成的鋁之一方法、使用氧自 由基氧化藉由濺鍍形成的鋁之一方法、當在一氧大氣下自 發氧化藉由濺鍍形成的鋁時照射紫外線之一方法、藉由反 應性濺鍍形成一鋁膜之一方法或藉由濺鍍形成一氧化鋁膜 之一方法。或者，可藉由ALD來形成該穿隧絕緣膜。 可（例如）藉由反應性離子蝕刻（RIE)、離子研磨（離子束 蝕刻）來圖案化在該磁阻效應元件中的分層式結構。在某 些情況下，可藉由一所謂剝離方法來圖案化該分層式結 構。 在該非揮發性記憶體裝置中，可進一步在該分層式結構 之下提供包括一場效電晶體之一選擇電晶體。更明確言 之，但不受限制的係，可提供在一半導體基板上形成之一 選擇電晶體及覆蓋該選擇電晶體之一下部絕緣層。在此情 況下，可將該第一佈線形成於該下部絕緣層上以便可透過 在該下部絕緣層中之一連接孔（或者一連接孔及一著陸墊 部分或一下部佈線）將該第一佈線電連接至該選擇電晶 體。該層間絕緣層可包圍該分層式結構以至於覆蓋該下部 絕緣層及該第一佈線，而可將該第二佈線形成於該層間絕 緣層上。 在該穿隧磁阻效應元件（MRAM)中，該下部絕緣層具有 136025.doc •27· 1380488 一第一下部絕緣層與一第二下部絕緣層之一分層式結構， 寫入干線係形成於該第一下部絕緣層上，而該第二下部 絕緣層覆蓋該寫入字線及該第一下部絕緣層。 該選擇電晶體可包括（例如）一習知的MISFET或 MOSFET。將該第一佈線與該選擇電晶體電連接之連接孔 可由摻雜有一雜質（一高熔點金屬（例如鎢、Ti、Pt、Pd ' Cu、TiW、TiNW、wsip^M〇Si2))的多晶矽或金屬矽化物 形成，且寸以係藉由CVD或PVD(例如濺鍍）形成。用於該 下。卩絕緣層之一材料的範例包括氧化石夕（si〇2)、氮化矽 (SiN)、SiON、SOG、NSG、BPSG、PSG、BSG及 LTO。在 該穿隧磁阻效應元件中的下部佈線或寫入字線可由（例如） 鋁、一以鋁為主的合金（例如Al-Cu)或鋼（Cu)形成，且可以 係（例如）藉由PVD(例如濺鍍）形成。 在本發明之非揮發性磁性記憶體裝置中，當形成該記錄 層的材料之磁致伸縮常數λ係一正值時，（1_A)該低楊氏模 數區域係佈置於該記錄層（依據本發明之第一具體實施例 的非揮發性磁性記憶體裝置）的易磁化軸之延伸區域中， (1-B)該高楊氏模數區域係佈置於該記錄層（依據本發明之 第二具體實施例的非揮發性磁性記憶體裝置）的難磁化軸 之延伸區域中’或（1-C)該高揚氏模數區域係佈置於該記錄 層的難磁化軸之延伸區域中而該低楊氏模數區域係佈置於 該記錄層（依據本發明之第三具體實施例的非揮發性磁性 記憶體裝置）的易磁化軸之延伸區域中。因此，當形成該 記錄層的材料之磁致伸縮常數λ係一正值時，可以沿該記 136025.doc -28- 1380488 錄層之易磁化轴向該記錄層施加大的抗張應力（σ)。 當形成該記錄層的材料之磁致伸縮常數λ係一負值時， (2· Α)該低楊氏模數區域係佈置於該記錄層（依據本發明之 第一具體實施例的非揮發性磁性記憶體裝置）的難磁化轴 之延伸區域中’（2-Β)該高楊氏模數區域係佈置於該記錄層 (依據本發明之第二具體實施例的非揮發性磁性記憶體裝 置）的易磁化轴之延伸區域中，或（2-C)該高揚氏模數區域 係佈置於該記錄層的易磁化軸之延伸區域中而該低揚氏模 數區域係佈置於該記錄層（依據本發明之第三具體實施例 的非揮發性磁性記憶體裝置）的難磁化軸之延伸區域中。 因此’當形成該記錄層的材料之磁致伸縮常數人係一負值 時’可以沿該記錄層之易磁化轴向該記錄層施加大的壓縮 應力（σ)。 由於可沿該記錄層之易磁化轴向該記錄層施加大的抗張 應力或壓縮應力，因此可增加在等式（2)中的右手侧之第三 項[3(λ/Μ3)·σ]之值。結果，可因一維拉里（ViUari)效應（亦 稱為一反向磁致伸縮效應）而增加該矯頑力Η。，而因此可 增加該各向異性磁場Hk。因此，可改良等式（1)中的熱穩 定性指數Δ。基於此原因，可以提供一種包括能夠改良該 記錄層的熱穩定性及-資料保持特性之—高可靠性磁阻效 應元件的非揮發性磁性記憶體裝置。應力（σ)之量值並不 取決於形成該$錄層的材料。結果，藉由適當地選擇形成 該6己錄層之一材料，例如，可減小自旋注入磁化反向之一 臨界電流(寫入電流)Ic ’並可因此實現該非揮發性磁性記 136025.doc •29· 1380488 憶體裝置之低功率消耗。 【實施方式】 下面’將參考圖式基於範例來說明本發明。 範例1 範例1係關於依據本發明之第一及第三具體實施例而明 確言之係依據第一組態的非揮發性磁性記憶體裝置。圖1A 顯示下面所說明的範例丨或範例3之非揮發性磁性記憶體裝 置之一示意性部分剖面圖’而圖1B顯示一第二佈線及類似 者之一示意性佈局圖。圖2A顯示一分層式結構之一概念 圖，而圖2B顯示一記錄層之一示意性平面圖。如圖所示， 該非揮發性磁性記憶體裝置包括一磁阻效應元件3〇，該磁 阻效應元件30包括：（A)—分層式結構5〇，其具有一記錄 層53 ; (B)—第一佈線41 ’其係電連接至該分層式結構5〇 之一下部部分；（C) 一第二佈線42，其係電連接至該分層 式結構5 0之一上部部分；以及（d) —層間絕緣層26，其包 圍該分層式結構50。在範例1至範例丨〇中，該磁阻效應元 件30係由藉由自旋注入來施加磁化反向之一自旋注入型磁 阻效應元件形成。 參考圖1A之示意性部分剖面圖，在一單點鏈線之一上部 側上的一區域"A"及在該單點鏈線之一下部側上的一區域 "B"中’觀察該非揮發性磁性記憶體裝置的剖面時所來自 之一方向改變90度。即，在區域"A”中，自一平行於一難 磁化轴之方向觀察該非揮發性磁性記憶體裝置之剖面，而 在區域"B"中，自一平行於一易磁化軸之方向觀察該非揮 136025.doc -30- ^380488- 發性磁性記憶體裝置之剖面。因此，在圖丨八中，在該第二 佈線（在範例1 + m線）42之—延伸方向上的—投影: 像係與在構成一場效電晶體之一閘極電極i 2之一延伸方向 上的一投影影像正交，但其實際上係互相平行。 構成該分層式結構50的記錄層53具有一易磁化轴及與該 易磁化軸正交之一難磁化軸。在範例^，該易磁化轴係 平订於該第二佈線42 在範例丨之非揮發性磁性記憶體裝 置中’該磁阻效應A件30進-步包括具有與形成該層間絕 緣層26之一材料的楊氏模數匕相比更低之一揚氏模數El的 低楊氏模數區域71。在範例1中，形成該記錄層53之一材 料的磁致伸縮常數λ係一正值，而該低揚氏模數區域71係 佈置於該記錄層53的易磁化轴之一延伸區域中。明確言 之，在範例1中，該低揚氏模數區域71係藉由該第二佈線 42之一延伸部分43形成，且如圖1Β中之一虛線所示，該低 揚氏模數區域71之平面形狀係一圓形形狀。 或者，該磁阻效應元件30可進一步包括一高楊氏模數區 域72與一具有與該高楊氏模數區域72的楊氏模數相比更低 之一揚氏模數的低楊氏模數區域71。在此情況下，該高楊 氏模數區域72可以係佈置於該記錄層53的難磁化軸之一延 伸區域中，而該低楊氏模數區域71可以係佈置於該記錄層 5 3的易磁化袖之一延伸區域中。在範例1中，明確言之， 該高楊氏模數區域72對應於該層間絕緣層26之一部分，該 部分存在於該記錄層53的難磁化軸之延伸區域中。在圖1Β 中，該高楊氏模數區域72係由一單點鏈線來指示，且該高 136025.doc •31- 1380488 楊氏模數區域72係藉由該層間絕緣層26本身形成。 在該刀層式結構50的上部部分與該第二佈線42之間提供 一連接部分62 ,而形成用作施加應力之一來源的連接部分 62之材料之揚氏模數Ec高於形成該層間絕緣層26之一材 料的揚氏模數E〇。明確言之，該連接部分62係由一 1〇〇 nm 厚的TiN層形成且係藉由濺鍍形成。在濺鍍時，藉由形成 該連接部分62而同時讓一半導體基板傾斜，可增加沿該記 錄層的易磁化轴之應力。 藉由濺鍍在該分層式結構50與該連接部分62之間形成一 由一約5 nm厚的Ta層形成之一覆蓋層61。該覆蓋層61之功 忐係用於防止構成該佈線或該連接部分62的原子與構成該 s己錄層53的原子之間的相互擴散，以減小接觸電阻，並用 於防止該記錄層53之氧化。該覆蓋層之其他範例包括一 Ru 層、一以層、一 Mg〇層及Ru膜/Ta膜之一分層式結構。 在該分層式結構50之下（更明確言之，在該第一佈線41 之下）提供包括一場效電晶體之一選擇電晶體TR。該第二 佈線（位元線）42之一延伸方向係平行於構成該場效電晶體 的閘極電極12之一延伸方向。明確言之，該選擇電晶體tr 係形成於受一元件隔離區域丨丨包圍的一矽半導體基板1〇之 一部分中，且係藉由該等下部絕緣層21與24來覆蓋。一源 極/汲極區域14B係透過一連接孔22(包括一鎢插塞）連接至 該第一佈線41。另一源極/汲極區域14a係透過一鎢插塞15 連接至一感測線16。在圖中，參考數字12表示一閘極電極 (用作一所謂的字線），而參考數字13表示一閘極絕緣膜。 136025.doc •32· mom 如圖2A之概念圖所示’該分層式結構5〇具有以下組態及 結構且係藉由濺魏來形成。在該磁化釘住層中，藉由構成 一上部底部層之一反鐵磁性材料層的pt_Mn之交換耦合來 釘住該磁化方向。在該記錄層53中，取決於一電流之一流 動方向將該磁化方向改變為平行或反平行於該釘住磁化。 明確言之，範例1之自旋注入型磁阻效應元件具有一結 構’在此結構中’包括具有一GMR(巨磁阻）效應或一 TMR 效應之一多層膜的一磁阻效應多層膜係夾在兩個佈線41與 42之間。即，具有一記錄資訊的功能之一記錄層（亦稱為 一磁化反向層或自由層）53與具有一釘住磁化方向且用作 一自旋濾波器之一磁化參考層（亦稱為一釘住層）5丨係層 壓，且其間插入一非磁性材料膜52。一電流在垂直於該膜 表面之一方向上流動（參見圖2八）。圖⑶顯示該記錄層53之 一示意性平面圖。該記錄層53之大小係取決於形成該記錄 層53之一磁性材料的類型或厚度。該記錄層”之大小約為 以便促進單一磁域形成並減小自旋注入磁

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200 nm或更小，以便4 化反向之一臨界電流I -33- 1380488 磁化轴之長度更長。

該記錄層53與該磁化參考層51(當該磁化參考層 範例中，該 %…久叫及双毕（翏見圖2D)。參 A與54B係反鐵磁性材料層。在圖2A、2<：及2〇之 包括兩個層51A與51B時，係該兩個層之一層）可具有一分 、52Α及52Β係由一 層式亞鐵結構。該等非磁性材料媒52 金屬材料或一絕緣材料形成。在圖2八或2(：之結構中為 抑制從該磁化參考層51至該記錄層53之一洩漏磁場，即為 防止該磁化參考層51與該記錄層53之靜磁耦合’將該磁化 參考層51形成為充分地大於該記錄層53。在任何情況下， 施加自旋注入磁化反向之一非揮發性磁性記憶體元件（自 旋注入型磁阻效應元件）皆具有一兩端自旋傳輪元件結 構’在此結構中將一磁阻效應多層膜夹在佈線之間。 (分層式結構50) 記錄層53 約3 nm厚的Co-Fe-B層 非磁性材料膜（穿隧絕緣膜）52 1·〇 nm厚的MgO膜 磁化參考層（具有SAF之多層膜）51(在圖中顯示一單一 層） 136025.doc •34- 上部層：Co-Fe-B層 介質層：Ru層 下部層：Co-Fe層 該第一佈線及藉由該第二佈線的延伸部分μ形成之低 楊氏模數區域71係由銅（Cu)形成，而該低揚氏模數區域71 係藉由用銅填'充在該層間絕緣層2 6中之一孔2 7來形成。該 層間絕緣層26係由藉由電漿CVD形成之一 SiN層形成。該 連接部分62係由一 TiN層形成’如上所述，而形成該連接 部分62之材料的楊氏模數ec高於形成該層間絕緣層26之材 料的揚氏模數E(^下面顯示該等楊氏模數之值。該第一佈 線41具有一上部層（其包括由一 pt_Mn合金形成之一 2〇 厚的反鐵磁性材料層）與一下部層（其係由一 1〇 nm厚的仏層 形成）之一兩層式結構。在圖中，該第一佈線41係顯示為 一單一層之形式。 低揚氏模數區域71之楊氏模數el :約i,5xl〇n pa 層間絕緣層26之揚氏模數E〇 :約2.2x1ο11 Pa 形成連接部分62之材料的楊氏模數Ec :約5 9χ1〇η pa 下面’將說明範例1之非揮發性磁性記憶體裝置之一測 量方法的概述。除另行提到外，其他範例之非揮發性磁性 s己憶體裝置基本上可以係藉由相同方法來製造。 (步驟100) 首先，藉由一習知方法，在該矽半導體基板10中形成該 元件隔離區域11，而在由該元件隔離區域丨丨包圍的該矽半 導體基板10之一部分中形成該閘極氧化物膜13、該閘極電 136025.doc -35- U»U488 極12及包括該等源極/汲極區域14A與14B之選擇電晶體 接下來，形成該第一下部絕緣層2 i，在該源極/汲極 區域14A之上的第—下部絕緣層21之__部分中形成該鎮插 塞15，而在該第一下部絕緣層21上形成該感測線μ。隨 後，在整個表面上形成該第二下部絕緣層24，而在該源極/ 汲極區域14B之上的下部絕緣層21及24中形成包括一鎢插 塞之連接孔22。因此，可獲得藉由該下部絕緣層21及24覆 蓋之選擇電晶體TR。 (步驟110) 接下來，藉由真空濺鍍在該整個表面上連續形成具有— 兩層式結構之第一佈線41、該分層式結構50、該覆蓋層61 及該連接部分62。在濺鑛時，藉由形成該連接部分62而同 時讓該半導體基板傾斜，需要增加沿該記錄層的易磁化細 之應力。 (兩層式結構之第一佈線41) 處理氣體：氬= 100sccm 大氣壓力：0.6 Pa DC功率：200 W (磁化參考層51) 下部層 處理氣體：氬=50 seem 大氣壓力：0.3 Pa DC功率：1〇〇 w 介質層 136025.doc • 36 · 處理氣體：氬=50 seem 大氣壓力：0.3 Pa DC功率：50 W 上部層 處理氣體：氬=50 seem 大氣壓力：0.3 Pa DC功率：100 W (非磁性材料膜52) 處理氣體：氣= 100 seem 大氣壓力：1.0 Pa RF功率：500 W (記錄層53) 處理氣體：轰i =50 seem 大氣壓力：0.3 Pa DC功率：200 W (覆蓋層61) 處理氣體：氬= 100 seem 大氣壓力：0.6 Pa DC功率：200 W (連接部分62)

處理氣體：氩=30 seem 反應性氣體：N2=70 seem 大氣壓力：0.7 Pa DC功率：10 kW 136025.doc -37- 1380488 (步驟120) 接下來’藉由偏壓高密度電漿CVD(HDP-CVD)在該第一 佈線41、該分層式結構5〇、該覆蓋層61及該連接部分62上 形成由Si〇2形成之一硬遮罩層（未顯示），在該硬遮罩層上 形成一圖案化的光阻層。接下來，藉由乾式蝕刻來蝕刻該 硬遮罩層，並藉由灰化來移除該光阻層》接下來，採用該 硬遮罩層作為一蝕刻遮罩藉由反應性離子蝕刻（RIE)來蝕 刻該連接部分62、該覆蓋層61及該分層式結構5〇，且如圖 1B之示意性平面圖中由一虛線所示，提供一橢圓形分層式 結構50。在某些情況下’蝕刻係執行至在該分層式結構5〇 中的6己錄層53。此時’可能不钕刻該非磁性材料膜（穿随 絕緣膜）52及該磁化參考層5 1。替代藉由該RIE方法來圖案 化該連接部分62、該覆蓋層61及該記錄層53的係，可使用 離子研磨（離子束蝕刻）來圖案化。接下來，形成一蝕刻遮 罩，而圖案化該第一佈線41。當不蝕刻該非磁性材料膜52 及該磁化參考層51時，此時，可姓刻該非磁性材料膜52及 該磁化參考層5 1。 (步驟130) 接下來，藉由電漿CVD在整個表面上形成由一SiN層形 成之層間絕緣層26。然後，藉由化學機械拋光（Cmp)來平 坦化該層間絕緣層26及該硬遮罩層，而因此曝露該連接部 分62 » (步驟140) 接下來，在該整個表面上形成藉由電漿CVD由一氧化石夕 136025.doc • 38 · (P-SiO)膜形成之上部絕緣層28(參見圖IB)，而藉由微影钱 刻或乾式蝕刻在該上部絕緣層28中形成用於形成該第二佈 線42之一凹面部分（溝槽）。接下來，在該層間絕緣層26中 提供用於在該溝槽的底部中形成該低楊氏模數區域71之孔 27 〇 (步驟150) 接下來，藉由電鍍在該上部絕緣層28上、該溝槽之内側 及在該層間絕緣層26中的孔27之内側形成一銅層、由銅形 成之第一佈線42及藉由該第二佈線42的延伸部分43形成之 低揚氏模數區域71。接下來，藉由CMp移除在該上部絕緣 層28上之銅層《以此方式，可獲得具有圖丨八及1B所示結 構之非揮發性磁性記憶體裝置。 在範例1之非揮發性磁性記憶體裝置中，該連接部分62 亦用作施加應力之一來源。藉由此連接部分62，儘管亦取 決於該記錄層53之外部形狀，但向該記錄層53施加約 O.lxlO9 Pa至5xl09 Pa之壓縮應力（按壓該記錄層”之一 力）。結I ’儘管該記錄層53係移位成在&該易磁化抽之 -方向及沿該難磁化軸之__方向上擴展，但該低楊氏模數 區域71係佈置於該記錄層53的易磁化軸之延伸區域中。因 此，該記錄層53係移位成沿該記錄㈣ 但是，實際上’由於該記錄層53受該層間絕緣層26包圍， 因此無法將該記錄層53移位，而向該記錄㈣施加抗張應 力。基於此原目，可增加等式⑺中的右手側之第三項之 值，而因此可增加該續頌力Hc。此外，可增加該各向異性 136025.doc •39· 1380488 磁場Hk。結果，可改良等式（1)中的熱穩定性指數δ。基於 此原因，可以提供一種包括能夠改良該記錄層53的熱穩定 性並增加該矯頑力Hc由此改良一資料保持特性之一高可靠 性磁阻效應元件的非揮發性磁性記憶體裝置。應力（σ)之 量值並不取決於形成該記錄層53的材料。因此，藉由適當 地選擇形成該記錄層53之一材料，例如，可減小自旋注入 磁化反向之一臨界電流（寫入電流）Ic，並可實現該非揮發 性磁性記憶體裝置之低功率消耗。 檢查該連接部分62的材料及厚度與該端頑力之間的關 係。該記錄層53係由一 2 nm厚的Co-Fe-B層形成。為方便 起見，在該樣本中，該連接部分62係由Ta(楊氏模數：186 GPa)形成。對著由10 nm厚的Ta形成之記錄層53的壓縮應 力約為2 Gpa，而對著20 nm厚的Ta之記錄層53的壓縮應力 約為3 Gpa。作為該矯頑力He之測量結果，在該1〇 nm厚的 連接部分62之情況下，該矯頑力H<^f 4〇(〇e)而在該2〇 nm 厚的連接部分62之情況下，該矯頑力即’將 該矯頑力Hc增加l〇(〇e) ^當該連接部分62係由具有比丁&的 楊氏模數大約2.2倍之一楊氏模數（414〇卩八）的1111(1〇11!11厚） 形成時，該矯頑力HcSTCKOe^據此，決定該矯頑力比係 與形成該連接部分62之材料的揚氏模數成比例。 替代步驟140及步驟150的係，可藉由微影蝕刻及乾式蝕 刻在該層間絕緣層26中提供用於形成該低楊氏模數區域71 之孔27，接著可藉由濺鍍在包括該孔27的層間絕緣層26上 形成一鋁層或一鋁合金層，而隨後可藉由微影蝕刻及蝕刻 136025.doc -40- 1-380488 來圖案化該鋁層或該鋁合金層《以此方式，可獲得該第二 佈線42及該低楊氏模數區域71。在形成該銘層或該铭合金 層之前，可在該整個表面上循序形成一 1^層及用作一阻障 層之一 TiN層。 圖3A顯不在包括該第一佈線42與由銘形成的低楊氏模數 £域71之範例樣本中一所施加磁場與一 TMR效應之間的關 係之測量結果。為作比較’圖3B顯示在不具有任何低楊氏 模數區域71之一比較範例樣本中一所施加磁場與一 TMr效 應之間的關係之測量結果》據圖3 A及3 B，決定該範例樣 本具有比該比較範例樣本大約1.5倍之一增加的橋頑力 Hc。基於該结果計算的熱穩定性指數a之值係如下，而可 實現高熱穩定性指數Δ。 範例樣本：Δ=82 [矯頑力Hc :約150(Oe)] 比較範例樣本：Δ=63 [矯頑力Hc :約l〇〇(〇e)] 範例2 範例2係範例1之一修改例。圖4A顯示範例2之一非揮發 性磁性記憶體裝置之一示意性部分剖面圖，而圖4B顯示一 第二佈線及類似者之一示意性佈局圖。與圖1A不同，在圖 4A中’自平行於該難磁化軸之一方向觀察該非揮發性磁性 記憶體裝置之所有區段。在一第二佈線（位元線）242之一延 伸方向上的一投影影像係平行於在構成該場效電晶體的閘 極電極12之一延伸方向上的一投影影像。 在範例1中，構成該磁阻效應元件30之低楊氏模數區域 7 1係由該第二佈線42之延伸部分形成。同時，在範例2 136025.doc 1380488 中’構成一磁阻效應元件230之一低揚氏模數區域271係由 包圍該第二佈線242之一上部絕緣層228之一延伸部分229 形成。如圖4B中之一虛線所示，該低楊氏模數區域271具 有延伸成平行於該第二佈線242之一條形平面形狀。如同 範例1，該低楊氏模數區域271之平面形狀可具有一圓形形 狀。 在範例2中’該上部絕緣層228係由一藉由電漿CVD形成 之氧化矽（P-Si 0)膜形成《該上部絕緣層228之楊氏模數Ευ 係 5xl010 Pa(50 GPa)。 除上述組態及結構外’範例2之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例1之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。 可藉由下述方法來製造範例2之非揮發性磁性記憶體裝 置。 (步驟200) 首先’執行與範例1的步驟1〇〇至步驟13〇相同之步驟。 (步驟210) 下面’藉由微景;^姓刻及乾式姓刻在該層間絕緣層26中提 供用於形成該低楊氏模數區域271之一溝槽227 »接下來， 在該整個表面上形成該上部絕緣層228來填充該溝槽227， 並藉由微影蝕刻及乾式蝕刻在該上部絕緣層228中形成一 溝槽（凹面部分）對應於一欲在其中形成該第二佈線242的部 分。 (步驟220) 136025.doc •42- mom 接下來’藉由電鍍在該上部絕緣層228及該溝槽之内側 上形成一銅層及由銅形成之第二佈線242。然後，藉由 CMP移除在該上部絕緣層228上之銅層。以此方式可獲 得具有圖4A及4B所示結構之非揮發性磁性記憶體裝置。 範例3 範例3亦係範例1之一修改例，而係關於該第二組態。在 I已例3中’形成該第一佈線之材料的揚氏模數&高於形成 該層間絕緣層26之材料的楊氏模數Eg。明確言之，形成該 第一佈線之材料係釕（RU，楊氏模數匕：4 lxl〇ii pa)。作 為形成該第一佈線之材料，可使用其他材料，例如鎢（w， 揚氏模數£! : 3.5x1 Ou Pa)。在範例3中，形成該連接部分 之材料係TiN(楊氏模數：Mxio" Pa)而不具有一作為施加 應力之一來源的功能。 除上述組態及結構外，範例3之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例1之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同’而因此將省略其詳細說明。在範例3 令，可使用在範例2中說明的低楊氏模數區域271之組態及 結構。 在範例3之非揮發性磁性記憶體裝置中，該第一佈線亦 用作施加應力之一來源。在採用此第—佈線之情況下，儘 管亦取決於該記錄層53之外部形狀，但向該記錄層53施加 1 0 Gpa或更大之壓縮應力（按壓該記錄層53之一力）。於 果’產生如範例1中所說明之相同現象，而因此向該記錄 層53施加抗張應力。基於此原因’可獲得與範例1所說明 136025.doc •43- 1380488 者相同之效應。 範例4 範例4係範例1及範例3之一修改例，而係關於該第三組 態。如同範例1，在範例4中，在該分層式結構50的上部部 分與該第二佈線42之間提供該連接部分62，而形成該連接 部分62之材料的楊氏模數Ec高於形成該層間絕緣層26之材 料的揚氏模數E〇。此外，如同範例3，形成該第一佈線之 材料的揚氏模數E,高於形成該層間絕緣層26之材料的楊氏 模數E〇。 除上述組態及結構外，範例4之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例1及範例3之非揮發性磁性記憶體 裝置之組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。在範 例4中’可使用在範例2中說明的低楊氏模數區域271之組 態及結構。 範例5 範例5係範例1之一修改例。在範例5中，作為形成該記 錄層之一材料，使用具有一負磁致伸縮常數λ之一材料（明 確吕之’心9(^1〇[具有90/10之一心:？6組成比率的材料]， λ=-2.〇χ1〇·5)。圖5Α顯示一第二佈線及類似者之一示意性 佈局圖。如圖5Α所示，一低楊氏模數區域571係佈置於該 記錄層的難磁化轴之一延伸區域中。受一實線與一單點鍵 線包圍的低楊氏模數區域之一部分5 71Α延伸至該層間絕緣 層26。 一高揚氏模數區域572係視為佈置於該記錄層53的易磁 136025.doc • 44 - 化軸之一延伸區域中。更明確言之，在範例5中，該高楊 氏模數區域572對應於該層間絕緣層26之一部分，該部分 存在於該記錄層53的易磁化軸之延伸區域中β在圖5A中， 該高楊氏模數區域572係由一單點鏈線來指示，且該高楊 氏模數區域5*72係藉由該層間絕緣層26本身形成。 除上述組態及結構外’範例5之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例1之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同’而因此將省略其詳細說明。在範例5 中，可使用在範例2中說明的該低揚氏模數區域271之組態 及結構（參見圖5B之第二佈線及類似者之示意性佈局圖）。 可使用範例3及範例4中所說明的第一佈線或連接部分之組 態及結構。 範例6 範例6係關於依據本發明之第二及第三具體實施例而明 確言之係依據第一組態的一非揮發性磁性記憶體裝置。範 例6之非揮發性磁性記憶體裝置之一示意性部分剖面圖基 本上係與圖1A所示者相同。 在範例6中，構成該分層式結構5〇的記錄層幻具有一易 磁化軸及與該易磁化轴正交之一難磁化軸。在範例6中， 該易磁化軸係平行於一第二佈線642。圖6A顯示在範例6的 非揮發性磁性記憶體裝置t之—第二佈線或類似者的一示 意性佈局圖。該磁阻效應元件進-步包括具有與形成該層 間絕緣詹之材料的揚氏模數E。相比更高之一揚氏模數E Η的 一高揚氏模數區域672。在範例6中，形成該記錄層”之材 136025.doc •45· 1380488 料的磁致伸縮常數λ係一正值’而該高楊氏模數區域6 72係 佈置於該記錄層53的難磁化轴之一延伸區域中。明確言 之’在範例6中，該高揚氏模數區域672係藉由該第二佈線 642之—延伸部分643形成’且如圖6Α中受一實線與—虛線 包圍之一區域所示，其平面形狀係一矩形形狀。該高楊氏 模數區域之一部分672Α延伸至該層間絕緣層26。在範例6 中，該第二佈線642與該高揚氏模數區域672(其係該第二 佈線642之延伸部分643)係由釕（Ru，楊氏模數εη : 4.1x10 1 Pa)或鶴（W，楊氏模數Eh : 3.5xl〇n pa)形成β在 某些情況下’該第一佈線642及該商楊氏模數區域672(其 係該第二佈線642之延伸部分643)可具有一由釕（Ru)或鎢 (W)形成的下部層與一由鋁（A1)或鋼（Cu)形成的上部層之一 兩層式結構。 一低楊氏模數區域671係視為佈置於該記錄層53的易磁 化軸之一延伸區域中。更明確言之，在範例6中，該低楊 氏模數區域671對應於該層間絕緣層26之一部分，該部分 存在於該記錄層53的易磁化軸之延伸區域中。在圖中， 該低揚氏模數區域671係由一單點鏈線來指示，而該低楊 氏模數區域6 71係藉由該層間絕緣層本身形成。 除上述組‘癌及結構外’範例6之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例1之非揮發性磁性記惊體芽置之 組態及結構相同’而因此將痛略其詳細說明。 在範例6之非揮發性磁性記憶體裝置中，該連接部分62 亦用作施加應力之一來源。在採用此連接部分62之情況 136025.doc •46- -imm 下’儘管亦取決於該記錄層53之外部形狀，但向該記錄層 53施加10 Gpa或更大之壓縮應力（按壓該記錄層53之一 力）。因此，儘管該記錄層53係移位成在沿該易磁化軸之 一方向及沿該難磁化轴之一方向上擴展，但該高揚氏模數 區域672係佈置於該記錄層53的難磁化轴之延伸區域中。 因此’該5己錄層5 3係佈置成沿該記錄層5 3之易磁化軸擴 展。但是，實際上，由於該記錄層53受該層間絕緣層26包 圍’因此無法將該記錄層53移位，而向該記錄層53施加抗 張應力。基於此原因，可增加等式（2)中的右手側之第三項 之值，而因此可增加該矯頑力Hc。此外，可增加該各向異 性磁場Hk 〇因此，可改良等式（丨）中的熱穩定性指數△。基 於此原因，可以提供一種包括能夠改良該記錄層53的熱穩 定性並增加該矯頑力Hc由此改良一資料保持特性之一高可 罪性磁阻效應元件的非揮發性磁性記憶體裝置。應力（句 之量值並不取決於形成該記錄層53的材料。因此，藉由適 當地選擇形成該記錄層53之材料，例如，可減小自旋注入 磁化反向之一臨界電流（寫入電流）Ie，並可實現該非揮發 性磁性記憶體裝置之低功率消耗。 範例7 範例7係範例6之一修改例。圖6B顯示在範例7之一非揮 發性磁性記憶體裝置中之一第二佈線或類似者的一示意性 佈局圖。在範例6中，構成該磁阻效應元件之高揚氏模數 區域672係由該第二佈線642之延伸部分643形成。在範例7 中，構成該磁阻效應元件之一高楊氏模數區域772係由包 136025.doc •47- 1380488 圍一第二佈線742之一上部絕緣層728之一延伸部分729形 成。該高楊氏模數區域772係由圖6B中之一虛線來指示， 且具有平行於該第二佈線742而延伸之一條形平面形狀。 如同範例6,該高楊氏模數區域772之平面形狀可具有一圓 形形狀。 在範例7中，該上部絕緣層728係由SiN(楊氏模數Ευ :約 2.2xl〇u pa)形成，而該層間絕緣層26係由一藉由電漿CVD 形成之氧化矽（P-SiO，楊氏模數E〇 : 5xl01Q Pa)膜形成。 除上述組態及結構外’範例7之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例6之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。範例7之非 揮發性磁性記憶體裝置實質上可以係藉由與範例2相同之 方法來製造，而因此將省略該製造方法之一詳細說明。 範例8 範例8係範例6之一修改例，而係關於該第二組態。在範 例8中，形成該第一佈線之材料的揚氏模數&高於形成該 層間絕緣層之材料的揚氏模數Ε〇。明確言之，該第一佈線 係由與範例3中所說明的第一佈線相同之材料形成。 除上述組態及結構外，範例8之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例6之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。在範例8 中，可使用在範例7中說明的高楊氏模數區域772之組態及 結構》 一 在範例8之非揮發性磁性記憶體裝置中，該第—佈線亦 136025.doc •48- 用作施加應力之一來源。在採用此第一佈線之情況下，儘 管亦取決於該記錄層53之外部形狀，但向該記錄層53施加 10 Gpa或更大之壓縮應力（按壓該記錄層53之一力）。結 果’產生與範例1中所說明者相同之現象，而因此向該記 錄層53施加抗張應力。基於此原因，可獲得與範例丨所說 明者相同之效應。 範例9 範例9係範例6及範例8之一修改例，而係關於該第三組 態。在範例9中，如同範例6，在該分層式結構5〇的上部部 分與該第二佈線之間提供該連接部分62,而形成該連接部 分62之材料的楊氏模數Ec高於形成該層間絕緣層26之材料 的楊氏模數E〇。此外，如同範例8，形成該第一佈線的材 料之揚氏模數E〗高於形成該層間絕緣層26的材料之揚氏模 數E〇。 除上述組態及結構外，範例9之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例6及範例8之非揮發性磁性記憶體 裝置之組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。在範 例9中，可使用在範例7中說明的高揚氏模數區域772之組 態及結構。 範例1 0 範例1 〇係範例6之一修改例。在範例〗〇中，如同範例5， 作為形成該記錄層之一材料，使用具有一負磁致伸縮常數 之材料。圖6C顯示一第二佈線及類似者之一示意性 佈局圖。如圖6C所不，一高楊氏模數區域1〇72係佈置於該 ^6025^0, -49· 1380488 記錄層53的易磁化軸之一延伸區域中。受一虛線包圍的高 揚氏模數區域1072之一部分延伸至該層間絕緣層26。 一低楊氏模數區域1071係視為佈置於該記錄層53的難磁 化轴之一延伸區域中。更明確言之，在範例1〇中，該低楊 氏模數區域1071對應於該層間絕緣層之一部分，該部分存 在於該記錄層53的難磁化轴之延伸區域中。在圖6(：中，該 低楊氏模數區域1071係由一單點鏈線來指示，而該低楊氏 模數區域係藉由該層間絕緣層本身形成。 除上述組態及結構外，範例10之非揮發性磁性記憶體裝 置之組態及結構可與範例6之非揮發性磁性記憶體裝置之 組態及結構相同，而因此將省略其詳細說明。在範例1〇 中，可使用在範例7中說明的高揚氏模數區域之組態及結 構。此外，可使用範例8及範例9中所說明的第一佈線或連 接部分之組態及結構。 儘管已基於範例來說明本發明，但本發明不限於範例。 範例中所說明之各種分層式結構及所使用的材料僅係用於 解說，而可對其作適當改變。在範例中，已說明具有一其 中該記錄層係該分層式結構之—最上部層的結構之自旋注 入型磁阻效應元#，但可採用具有一其中$等層之層壓順 序係反轉而該記錄層係一最下部層的結構之一自旋注入型 磁阻效應元件。構成該分層式結構之磁化參考層51、非磁 性材料膜52及記錄層53可能不具有相同的形狀及大小。此 外該磁化參考層51及該非磁性材料膜52可延伸至該第一 佈線41上。 I36025.doc •50- 替代範例令所說明之自旋注入型磁阻效應元件的係，例 如’如圖7所示，可採用與使用一圖18所示的tmR效應及 範例1中所說明的低揚氏模數區域71之一習知的穿隧磁阻 效應元件組合之一非揮發性磁性記憶體裝置，或者（儘管 未顯示）與使用一圖18所示的TMR效應及範例2至範例10中 所說明的低煬氏模數區域或高楊氏模數區域之一習知的穿 隨磁阻效應元件組合之一非揮發性磁性記憶體裝置。在圖 7中’未顯示圖18中所示之寫入字線WWL、第二下部絕緣 層24、著陸垫部分23及連接孔25。在範例中，該分層式結 構之下部部分與該選擇電晶體TR之源極/汲極區域14B係透 過該第一佈線41及該連接孔22連接，但在某些情況下，可 能不提供該第一佈線41。在此情況下，該連接孔22對應於 該第一佈線。 在該穿隧磁阻效應元件中，資料寫入系統之範例不僅包 括取決於欲寫入的資料之一單向電流穿過該寫入字線 WWL而一正或負電流穿過該位元線之直接模式，而且還 包括美國專利案第6545906B1號或美國專利案第 6633498B1號中說明之雙態觸變模式。該雙態觸變模式係 一其中一單向電流穿過該寫入字線WWL、一單向電流穿 過該位元線而不取決於欲寫入的資料並且僅在記錄於該磁 阻效應元件中的資料不同於欲寫入的資料時將資料寫入至 該磁阻效應元件之系統。可使用一資料讀取線而不使用該 位元線來實施資料讀取。在此情況下，該位元線係形成於 該記錄層（該第二鐵磁性材料層）上以至於透過該上部層間 I36025.doc •51- 1380488 、’邑緣層與該。己錄層（該第二鐵磁性材料層）電絕緣。可分離 地提供電連接至該記錄層（該第二鐵磁性材料層）之資料讀 取線》 在範例i、範例3及範例4中，該低揚氏模數區域可由與 形成該第二佈線的材料不同之—材料形成。在此情況下， 在範例1之步驟140中，可在該層間絕緣層中提供用於形成 該低揚氏模數區域之孔，而接著可用—適#材料來填充該 孔。同樣’在範例6、範例8及範例9中，該高揚氏模數區 域可由與形成該第二佈線的材料*同之—材料形成。在該 第二佈線（該位元線）的延伸方向上之投影影像可與在構成 該選擇電晶體111之_電極12的延伸方向上之投影影像正 交。 在範例中，該記錄層之平面形狀係一橢圓形狀，但該記 錄層之平面形狀可具有一偽菱形形狀。構成該偽菱形形狀 的四個邊之至少兩個邊可各包括一平滑曲線（令其一中心 部分朝該偽菱形形狀之中心彎曲）。該記錄層之易磁化軸 可實質上平行於該偽菱形形狀之較長軸，而該記錄層之難 磁化轴可實質上平行於該偽菱形形狀之較短軸。構成該記 錄層的平面形狀之多個邊可以係彼此平滑連接。為方便起 見，該記錄層之此一平面形狀係稱為一"第一平面形狀，^ "偽菱形形狀"表示巨觀地觀察該記錄層之平面形狀具有 以下形狀。假設由邊A、邊B、邊C及邊D以此順序逆時針 表示該四個邊，以線段來近似該四個邊A、B、（：及1：)，與 該邊A相對的線段之長度為La，與該邊b相對的線段之長度 136025.doc -52- 與該邊C相對的線段之長度為Le，而與該邊D相對的 ;:之長度為Ld’則該平面形狀滿足La=Lb=LC=Ld，滿足 a= b=I^Ld…滿足La=Lb4c=Ld或滿足。當巨 觀觀察該4錄層時，構成該記錄層的平面形狀之四個邊的 至少兩個(最大值為四個)邊各包括一曲線。 般地在實變函數咐)在-間隔a<X<b中的每-點 處具有—連續微分係數時，該函數明據稱在該間隔上係 "平滑，•或"連續可微"。，，實質上平行,·之表述表示兩個線段 或直線彼此不交又或者交又角在±2Q。之範圍内。"實質上 正交"之表述表示兩個線段或直線彼此交又或者交又角在 90。±20。之、範圍内。"實質上線對稱"之表述包括不僅在該記 錄層係沿對稱轴折疊時所折疊的該記錄層之兩個部分彼此 70王重疊之情況而且所折疊的該記錄層之兩個部分因在該 記錄層之製程中的離差而彼此不完全重疊之情況兩者之意 義 中〜表示該形狀之重心。下面，將在方才所說明之 思義中使用"平滑"、"實質上平行”、"實質上線對稱"及"中 心"之表述。 在該第一平面形狀中，需要滿足關係式1〇<Ll/L01〇, 而較佳的係1.2<Ll/Ls<3.0，其中該偽菱形形狀的較長轴之 長度係2Ll而該偽菱形形狀的較短轴之長度係2ls。此外， 需要滿足關係式0.1<rL/Ls<l_0，而較佳的係滿足 〇.2SrL/LsS0.8 ’並滿足關係式〇.Krs/LLsi〇而較佳的係 〇.2^rs/LL^5 ’其中rL係在該偽菱形形狀的較長軸與該記錄 層的平面形狀之間的交又點處的該記錄層的平面形狀之曲 136025.doc •53· 1380488 率半徑，而rs係在該偽菱形形狀的較短軸與記錄層的平面 形狀之間的交叉點處的該記錄層的平面形狀之曲率半徑。 在該第一平面形狀中，需要至少兩個回折點存在於各包 括一平滑曲線的該等邊（令其一中心部分彎曲）之每一邊 中。 在包括上述組態之第一平面形狀甲，需要在藉由該偽菱 形形狀之較長軸將該偽菱形形狀分成兩個區域時，各包括 一平滑曲線（令其一中心部分彎曲）的兩個邊屬於該等區域 之一區域。在包括此一所需組態之每一平面形狀中，需要 該四個邊各包括一平滑曲線（令其一中心部分朝該偽菱形 形狀之中心彎曲）。在包括上述組態之每一平面形狀中， 需要該記錄層之平面形狀相對於該偽菱形形狀之較短轴實 質上係線對稱。此一組態包括構成該偽菱形形狀的四個邊 之兩個邊各包括一平滑曲線（令其一中心部分朝該偽菱形 形狀之中心彎曲）之情況以及構成該偽菱形形狀的所有四 個邊各包括一平滑曲線（令其一中心部分朝該偽菱形形狀 之中心彎曲）之情況。還需要該記錄層之平面形狀相對於 該偽菱形形狀之較長軸實質上係線對稱。 該記錄層之平面形狀可包括四個邊，而該四個邊之至少 兩個邊可各包括一平滑曲線。該記錄層之平面形狀可以係 内切於一虛擬菱形中，該虛擬菱形具有一較長軸及在該較 長軸之平分點處與該較長轴正交之一較短軸該較長轴實 質上係平行於該記錄層之易磁化軸，而該較短軸實質上係 平订於該記錄層之難磁化軸。包括該平滑曲線的該等邊之 136025.doc -54- 卜邊可在至少兩個點處接觸該虛擬 該記錄層的平面形狀之邊可㈣彼2切應邊》構成 見，將該記錄層之此-平面形狀稱為bl滑第連接。為方便起 在該”虛擬菱形"中，當由邊 一平面形狀”。 邊c(長度lc)及邊D(長度Ld)以此順序·V時針iB(長度Lb)、 形之四個邊時，滿足關係“〜針表-該虛擬菱 ，滿足關係式La~L^ 關係式 L兰LeLsLd。 c Ld或滿足關係式 在該第二平面形狀中，需要滿足關係式" 训，而較佳的係[冰·…s幻〇， . '_L Μ # 2L ^ 、。較長軸之長度 係2k而該铰短轴之長度係^。 又 〇.—·。，而較佳的係滿〜== 關係式^叫/Ui Q而較佳的係G么…⑸其中r =虛擬菱形的較長㈣該記錄層的平面形狀之間的 處的該記錄層的平面形狀之曲率 ‘· -Λ. ^ ^ ^ ^ Γ8係在该虛擬菱 的較短軸與該記錄層的平面形狀之間的交又點處的” 錄層的平面形狀之曲率半徑。此外，纟包括一平滑曲線的 邊之一間隔G<X<X,(下面所說明）中，需要滿^關係式 Γ:::χ广較佳的係Χι/30·αχ-<χ,/3，其中‘係 匕括平β曲線之邊與該虛擬菱形之對應邊之間的最大距 離。 在該第二平面形狀中，吾等需要，當在構成該記錄層的 平面形狀且各包括該平滑曲線之多個邊之每一邊中（a)令在 與該虛擬菱形之邊接觸的至少兩個點中位置與該虛擬菱形 136025.doc -55- 1380488 的較短軸最接近之點為一高斯（Gaussian)座標系統之原點 (0,0)，（b)令在與該虛擬菱形之邊接觸的至少兩個點中位 置與該虛擬菱形的較長軸最接近之點為（：^，〇)[其中

Xi>0] ; (c)令與該虛擬菱形的較短軸之交又點為（Xs，Ys)[其 中Xs<0，Ys<〇];及（d)令與該虛擬菱形的較長轴之交又點 為（Xl’Yl)[其中Xl>〇 ’ Yl<〇]時，若由一實變函數ρ(χ)來表 示該邊而該虛擬菱形的較長軸與較短轴之間的交又點係位 於第三象限或第四象限中，則該實變函數F(x)在一間隔 xs<x<xL中的每一點處具有一連續的微分係數，而該實變 函數F(x)在一間隔0<Χ<Χι中具有至少兩個回折點。 在包括上述組態之第二平面形狀中，需要該記錄層之平 面形狀相對於該虛擬菱形之較短軸實質上係線對稱。此一 組態包括構成該記錄層之平面形狀的該四個邊之兩個邊各 包括一平滑曲線之情況與所有該四個邊各包括一平滑曲線 之情況。或者，需要該記錄層之平面形狀之四個邊各包括 平β曲線，而該記錄層之平面形狀相對於該虛擬菱形之 較紐轴實質上係線對稱’且相對於該虛擬菱形之較長轴實 質上係線對稱。 該記錄層之平面形壯 俶狀可包括一第一形狀與自該第一形狀 相對投射之兩個投射部分，而且該兩個投射部分可位於該 ，射部分軸上。該投射部分軸可穿過該第一形狀之中心且 可與穿過該第一形壯夕+ 中心的第一形狀軸正交。該第—形 狀可包括從一包括一椭圓 τ ^ 組中選擇之-形狀， 扁圓及一平坦圓形的群 而該等投射部分可各包括從一包括一 136025.doc -56· 圓形之—部八 〜平坦圓：之—邮：圓之—部分、-平坦扁圓之-部分及 易磁化轴可實曾°、刀的群組中選擇之一形狀。該記錄層之 礤化軸可實冑上平行於該第-形狀軸，而該記錄層之難 Ll>Ls，其中 平仃於該投射部分軸。可滿足關係式 而沿一形^的長度係為， 2LS。嗲坌 知·射°p为的刖端之間的距離係 分可包括：形狀的輪庵與每一投射部分的輪廓交又之部 匕括一平滑曲線。 面形狀稱為一，，第…更起見’將該記錄層之此-平 门 第二平面形狀，、 在該第三平面形狀中

合之範例包括(-橢圓、：之一：、該投W 圓之一部分）、卜橢圓 Η一擴圓、一擴 圓、一平坦圓來 平坦扁圓之一部分）、（一擴 八）r 部分）、（一平坦扁圓、-圓形之-部 二、二圓、—_之-部分)、(-平坦扁圓、- 圓之一部分)、(_平坦扁圓、一平坦圓形之一部 刀）、（一平坦圓形、一 椭Hie —π γ 圓形之一部分）、（一平坦圓形、一 二’ Η—平垣圓形、-平坦爲圓之-部分)及 (平旦圓形、一平坦圓形之一部分）。 :該第三平面形狀中，需要滿足關係式i〇<w而 幸父佳的係UsLl/l <3 _ ^ /τ ~ 此外，需要滿足關係式 ’而較佳的係滿WW，並滿足關 咏几⑸0而較佳的係Ws/1^5，其中rL係在該 第形狀轴與該δ己錄層的平面形狀之間的交叉點處的該記 錄詹的平面形狀之曲率半徑，而“在該投射部分袖與該 136025.doc -57- 1380488 ::的:面形狀之間的交又點處的該記錄層的平面形狀 投射在該記錄層之平_狀可相對於該 分相料认― ㈣轉此組態包括該兩個投射部 射 貫買上係線對稱之情況與該兩個投 射部刀並非線對稱之情 於該投射部分勒眘暂" 平面形狀相對 f上係線對稱，而相對於該第一形狀軸 實質上係線對稱β V7 該記錄層之平面形狀可 舳盥θ ^ ®罝办狀，其中一第一形 狀與一具有與該第一形狀的中心一 係彼此疊置而使得該第·形狀〜的第一形狀 帛一也狀係在兩個位置自該第-形狀 才又射。穿過該第一形狀的中g 开H由够 的中。之第-形狀軸與穿過該第二 形狀的中心之第二形狀軸 神J M係彼此正交。該第一形狀可 包括從包括一橢圓、一平括篇 一扁圓及一平坦圓形的群组中選 擇之一形狀，而該第二形狀可包 j L秸從包括一圓形、一橢 圓、一平坦扁圓及一平扫圓 ^ 十一圓形的群組中選擇之一形狀。該 記錄層之易磁化軸可實質上平 τ夂涿第一形狀轴，而該記 錄層之難磁化軸可實質上平行 该第一形狀軸。可滿足關 係式ll>ls，其中沿該第一形壯 狀轴之該第一形狀的長度係 2U，而沿該第二形狀軸之該第二形狀的長度係2Lse該第 一形狀的輪扉與該第二形狀的輪廟彼此交叉之部分可包括 一平滑曲線。為方便起見，將 己錄層之此一平面形狀稱 為一 ”第四平面形狀"。 在該第四平面形狀中，（續笛 (該第一形狀、該第二形狀）的組 I36025.doc -58- 丄 之範例包括（-橢圓、—圓形）、（一擴圓、一擴圓）、（一 橢圓、一平坦扁圓)、(-橢圓、-平坦圓形)、(一平坦扁 圓 圓形）、（一平坦扁圓、一橢圓）、（一平坦扁圓、一 ’’一扁圓）、（一平坦扁圓、一平坦圓形）、（一平坦圓形、 圓形）（一平坦圓形、一橢圓）、（一平坦圓形、一平坦 扁圓)及(-平坦圓形、-平坦圓形)。 在該第四平面形狀中，需要滿足關係式1.0<LW10而 ,的係丨.2^^1^3.0。此外，需要滿足關係式 l S 1〇，而較佳的係滿足〇.2SrL/LsS0.8，並滿足關 t式〇七W而較佳的係G.2_<rs/LL_<5，其h係在該第 $狀轴與該記錄層的平面形狀之間的交又點處的該記錄 二平面形狀之曲率半徑’而rs係在該第二形狀軸與該記 層的平面形狀之間的交又點處的該記錄層的平面形狀之 曲率半徑。 在該第四平面形狀中，該記錄層之平面形狀可相對於該 軸實質上係線對稱。此一組態包括該第二形狀的 二q域相對於形狀軸實質上係線對稱之情況 面开該=個投射區域並非線對稱之情況。需要該記錄層之平 -==二形_質上係線對稱且相對於該第 办狀軸實質上係線對稱。 =記層之平面形狀可包括—偽等腰三角形形狀 等腰二角形形狀之斜線可各包括一平 4 部分朝該爲等腰三角形形狀之中心，：(；其-中心 角形形狀之假想底邊之長度可大於 2等腰三 门号腰二角形形狀之 136025.doc •59· 1380488 虛擬高度。該記錄層之易磁化軸可實質上平行於該偽等腰 二角形形狀之底邊，而該記錄層之難磁化軸可與該偽等腰 二角形形狀之底邊實質上正交。構成該記錄層的平面形狀 之多個邊可以係彼此平滑連接。為方便起見，將該記錄層 之此一平面形狀稱為一"第五平面形狀"。 該"偽等腰三角形形狀"表示巨觀地觀察該記錄層之平面 形狀具有以下形狀。假設以線段來近似兩個斜線A與B， 假設與該斜線A相對的線段之長度為La，並假定與該斜線B 相對的線段之長度為Lb，則該形狀滿足關係式La=Lb，或 滿足關係式LasLl^當巨觀地觀察該記錄層時，構成該記 錄層的平面形狀之兩個斜線各包括一曲線。 在該第五平面形狀中，該偽等腰三角形形狀之底邊之長 度係表示為2LB’該虛擬高度係表示為H,在該偽等腰三角 形形狀的斜線與底邊係彼此平滑連接之部分處的該記錄層 的平面形狀之平均曲率半徑係表示為。，而在該偽等腰三 角形形狀的兩個斜線之間的交又點處的該記錄層的平面形 狀之曲率半徑係表示為。。在此，該偽等腰三角形形狀的 兩個斜線之間的交又點表示該假想底邊之垂直平分線與藉 由將該偽等腰二角形的兩個斜線連接成一線而獲得之曲線 交又的點此外，該偽等腰三角形形狀之假想底邊表示一假 〜線田以直線（此直線係稱為一底邊近似直線）來近似 該偽等腰二角形形狀之底邊時，該假想線係平行於該底邊 近似直線，其穿過位於該偽等腰三角形形狀的兩個斜線之 ’的父又點之邊上的一點且係與該底邊近似I線間隔開一 136025.doc 距離rL。此外，該假想底邊之長度2Lb係定義為在該偽等 腰三角形形狀的斜線與底邊係平滑連接之部分處該假想底 邊與該記錄層的平面形狀之多個交又點之間的距離。此 外，該虛擬向度Η係定義為從該偽等腰三角形形狀的兩個 斜線之間的交又點至該假想底邊之距離。在此情況下，需 要滿足關係式i.0<Lb/huo而較佳的係丨kLb/Hu 〇。此 外’需要滿足關係式〇.UrL/Hd 〇而較佳的係 0.2一rL/H一0.8，並滿足關係式〇而較佳的係 0·2幺γ^/Ι^β幺5。 在該第五平面形狀中，需要至少兩個回折點存在於該偽 等腰三角形形狀之斜線中。需要該記錄層之平面形狀相對 於該偽等腰三角形形.狀的假想底邊之垂直平分線實質上係 線對稱。 該記錄層之平面形狀可包括三個邊，而該三個邊之至少 兩個邊可各包括—平滑曲線。該記錄層之平面形狀可以係 内切於-虛擬等腰三角形中，在該虛擬等腰三角形中該假 想底邊之長度為2Li.B，該虛擬高度料[其中Ηί<υ ,該 :邊實質上係平行於該記錄層之易磁化輪，而垂直於該底 邊之平分線係實質上平行於該記錄層之難磁化轴。包括該 ::曲：的該等邊之每一邊可在至少兩個點處接觸該虛擬 等腰三角形之-斜線。構成該記錄層的平面形狀之多個邊 可以係彼料滑連接。為方便起見，將該記錄層之此-平 面形狀稱為一 ”第六平面形狀”。 在該第^面形狀中1虛擬等腰三角形之假想底邊表 136025.doc -61 - 1380488 不一假想線，該假想線係平行於該虛擬等腰三角形的底邊 並穿過位於兩個斜線之間的交又點之邊上的一點，且係與 該虛擬等腰三角形之底邊間隔開一距離rL，其中L係在對 應於該虛擬等腰三角形的底邊之構成該記錄層的平面形狀 之-邊係與對應於該虛擬等腰三㈣的斜線之才籌成該記錄 層的平面形狀之一邊平滑連接之部分處的該記錄層的平面 形狀之平均曲率半徑。此外，該假想底邊之長度2LiB係定 義為該假想底邊與該虛擬等腰三角形的兩個斜線之交又點 之間的距I此外，該虛擬高度祕定義為從該虛擬等腰 三角形的兩個斜線的交叉點至該假想底邊之距離。在該第 六平面形狀中，需要滿足關係式丨〇<Li B/H<i〇而較佳的係 1·2^^·β/Η<3.〇。此外，需要滿足關係式〇 〇而較 佳的係0.2SrL/H<0.8，並需要滿足關係式〇 Hrs/LiBy〇而 較佳的係0·2<Γ8/Ι^·β$5，其中rs係在該記錄層的平面形狀與 在該虛擬等腰三角形的兩個斜線之交叉點處形成之角度的 平分線之間的交又點處的該記錄層的平面形狀之曲率半 徑。此外，在包括一平滑曲線的邊之間隔〇<χ<χ〆下面所 說明）中’假设包括該平滑曲線的邊與該虛擬等腰三角形 的對應斜邊之間的最大距離係Dmax，則需要滿足關係式 0<DmaxSX丨/2而較佳的係X丨/3〇sDmaxsXi/3。 在該第六平面形狀中，吾等需要，當在各包括該平滑曲 線且構成該記錄層的平面形狀之多個邊之每一邊中（幻令在 與虛擬等腰二角形的斜線接觸的至少兩個點中與其兩個斜 線之間的交又點最接近之點為一高斯座標系統之原點 136025.doc -62- (〇,〇)，（b)令在與該虛擬等腰三角形的斜線接觸的至少兩 個點中與其斜線與底邊之間的交又點最接近之點為 (Χ,’Ο)[其中X1>G];⑷令與該虛擬等腰三㈣之底邊之垂 直平分線的交又點為（XS，YS)[其中Xs<〇 , Ys<〇];及（d)令 與該虛擬等腰三角形的假想底邊之交又點為（Xl Yl)[其中 XL>〇，YL<〇]時…一 f變函數F(x)來表示該邊而該虛 擬等腰三角形之底邊之垂直平分線與該虛擬等腰三角形之 底邊之間的交又點係位於該第三象限或該第四象限中，則 該實變函數F(X)在-間隔Xs<x<Xl中的每—點處具有一連 續的微分係數，而該實變函數以又）在一間隔0<χ<χι中具 有至少兩個回折點。 在包括上述組態之第六平面形狀中，需要該記錄層之平 面形狀相對於該虛擬等腰三角形之底邊之垂直平分線實質 上係線對稱。 該記錄層之平面形狀可包括—第—形狀與自該第一形狀 投射之-投射部分。該所投射部分可位於該所投射部分轴 上而該所投射部分軸可穿過該第一形狀之中心，而且可與 穿過該第一形狀的中心之第-形狀軸正交。該第一形狀可 具有從包括-橢圓、一平坦扁圓及一平坦圓形的群組中選 擇之-形狀’而該所投射部分可具有從包括—圓形之_部 分、一橢圓之一部分、一 、刀 +坦扁圓之一部分及一平坦圓形 之一部分料組中選擇之—形狀。該記錄層之易磁化軸可 實質上平行於該第—形狀輪，而該記錄層之難磁化軸可實 質上平行於該投射部分轴。可滿足關係式ll>ls，其中机 136025.doc -63. 該第一形狀細袖 釉之該第一形狀的長度係2LL，而 分軸自該投射邻八 ^ 13 I技射部 卜刀之一刖端至該第一形狀之中 Ls。該第一形妝的 的距離係 包括一平滑曲绐 郓乂又之部分可 線。為方便起見，將該記錄層之此_ 狀稱為一"第七平面形狀千面形 在該第七平面形狀中，(該第一形狀、該 合之範例包括（―椭圄 _ 刀）的，及 圓之一部八）广、一圓形之一部分）、（—_、-撕 圓、一芈i日！^分）、（一橢 八、二一圓形之一部分Η-平坦扁圓、-圓形之一部 : 土旦扁圓、-概圓之一部分）、（一平坦扁圓、一 圓之^)、（-平坦扁圓、-平坦圓形之一部 二、(：平坦圓形、-圓形之-部分)、卜平坦圓形、一 之冑分l (―平坦圓形 '一平坦扁圓之-部分）及 (一平坦圓形、一平坦圓形之一部分）。 I第七平面.形狀中，需要滿足關係式！ ^佳的係滿足咖心3.0。此夕卜，需要滿足關係式 ’而較佳的係滿足〇 8，並滿足關 係式〇.i〇而較佳的係〇 29s/La，其中⑽在該第 -形狀軸與該記錄層的平面形狀之間的交又點處的該記錄 層的平面形狀之曲率半徑，而rs係在該投射部分轴與該記 錄層的平面形狀之間的交又點處的該記錄層的平面形狀之 曲率半徑。 在該第七平面形狀中，需要該記錄層之平面形狀相對於 該投射部分軸實質上係線對稱。 136025.d0c -64 * 該記錄層之平面形狀可以係一疊置形狀其中一第一形 狀與-第二形狀係彼此叠置而使得該第二形狀係在一位置 自該第-形狀投射。該第二形狀可位於該第二形狀轴上， 而該第二形狀軸可穿過該第一形狀之中心，而且可與穿過 該第开/狀的中〜之第一形狀軸正交。該第一形狀可具有 從包括-糖圓、-平坦扁圓及—平坦圓形的群組中選擇之 一形狀，而該第二形狀可具有從包括一圓形、一_、一 平坦扁BI及-平坦圓形的群組中選擇之—形狀。該記錄層 之易磁化轴可實質上平行於該第—形狀軸，而該記錄層之 難磁化轴可實質上平行於該第二形狀軸。可滿足關係式 Ll>Ls ,其中沿該第一形狀軸之該第一形狀的長度係21^， 而沿該第二形狀軸自該第二形狀之一前端至該第一形狀之 中心的距離係LS。該第一形狀的輪廓與該第二形狀的輪廓 交叉之部分可包括-平滑曲線。為方便起見，將該記錄層 之此一平面形狀稱為一"第八平面形狀Μ。 在該第八乎面形狀中，（該第一雜、該第二形狀）的組 合之範例包括（一橢圓、一圓形）、（一橢圓、一橢圓）、（一 橢圓、一平坦扁圓）、（一橢圓、一平坦圓形）、（一平坦扁 圓、-圓形）、（-平坦扁圓、一擴圓）、卜平坦扁圓一 平坦扁圓）、（一平坦扁圓、一平坦圓形）、（一平坦圓形、 一圓形）、（一平坦圓形'1圓）、（_平坦圓形、一平坦 扁圓）及（一平坦圓形、一平坦圓形）。 在該第八平面形狀中m足關係u.〇<Ll/i^i〇而 較佳的係滿足i上Ll/i^3.0。此外，需要滿足關係式 136025.doc -65 - 1380488 0.19L/Lsu.0，而較佳的係滿足029L/Ld〇8，並滿足關 係式0.1<rs/LLS10而較佳的係〇.2<rs/LL<5，其中〜係在該第 一形狀轴與該記錄層的平面形狀之交又點處的該記錄層的 平面形狀之曲率半徑，而^係在該第二形狀軸與該記錄層 的平面形狀之間的交又點處的該記錄層的平面形狀之曲率 半徑。 在該第八平面形狀中，需要該記錄層之平面形狀相對於 第二形狀軸實質上係線對稱。 在該第一平面形狀中，如圖8之記錄層53之一示意性平 面圖中所示，該記錄層53之平面形狀（由一實線指示）係具 有四個邊SRm(其中"m"係i、2、3及4之一）之一偽菱形形 狀。該等邊SRm指示在該記錄層53的平面形狀與該偽菱形 形狀的較長軸LX(長度2ll)之間的交又點BC與AD之間以及 在該《己錄層53的平面形狀與該偽菱形形狀的較短轴(長 度2Ls)之間的交又點AB與CD之間插入的該記錄層53之平 面形狀之。卩刀。構成該爲菱形形狀的四個邊之至少兩個邊 (在圖之範例中係所有四個邊SRm)各包括一平滑曲線（令 其一令心部分CT朝該偽菱形形狀之中心彎曲）。該記錄層 3之易磁化軸（Ea)係實質上平行於該偽菱形形狀之較長軸 (由單點鏈線指示），而該記錄層53之難磁化轴（HA)係 實質上平仃於該偽菱形形狀之較短軸SX(由一單點鏈線指 丁）構成該圮錄層53的平面形狀之多個邊SRm係彼此平滑 連接。 至少兩個回折點存在於各包括該平滑曲線（令其一中心 136025.doc •66· °1^刀CT彎曲）的該等邊SRm之每一邊中。即，兩個回折點 (A3、八4)存在於邊SR!中，而兩個回折點⑺3、BO存在於邊 SR2中。此外’兩個回折點（c：3、CO存在於邊SR;中，而兩 個回折點（Da、DO存在於邊SR#中。在圖中，該等回折點 係由實心圓表示。 如圖8所示，該記錄層53之平面形狀相對於該偽菱形形 狀之較短軸SX實質上係線對稱，且相對於該偽菱形形狀之 較長輛LX實質上係線對稱。 在該第二平面形狀中，如圖9之記錄層53之一示意性平 面圖中所示，該記錄層53之平面形狀（由一實線指示）具有 四個邊SR™，而該四個邊之至少兩個邊（在圖9之範例中， 係所有四個邊SRm)各包括一平滑曲線。該記錄層53之平面 形狀係内切於一虛擬菱形（由一兩點鍵線指示）中。在圖9 中’該等内切點係由標記"X"指示。該虛擬菱形具有長度 (從點AD至點BC之距離）為2Li-L之一較長軸[χ以及在該較 長軸LX的平分點0處與該較長轴lx正交且具有一長度（從 點AB至點CD之距離）為2Li-S[其中Li_s<Li l]之一較短軸 SX。該較長軸LX實質上係平行於該記錄層53之易磁化軸 (EA)，而該較短轴SX實質上係平行於該記錄層53之難磁化 軸（HA)。包括該平滑曲線的該等邊SRm之每一邊在至少兩 個點（在圖9之範例中係兩個點）處接觸該虛擬菱形之對應邊 TLm。在圖9中，該等接觸點係由標記"χ"表示。構成該記 錄層53的平面形狀之多個邊SRm係彼此平滑連接。 在構成該記錄層53之平面形狀的具有—平滑曲線之邊 136025.doc •67· 1380488 SRi中’（a)令在與該虛擬菱形的邊TLi接觸之兩個點中位 置與該虛擬菱形的較短轴SX最接近之點為一高斯座標系統 之原點A〇(〇,〇) ; (b)令在與該虛擬菱形的邊TLi接觸之兩個 點中位置與該虛擬菱形的較長軸LX最接近之點為 Αι(Χι，〇)[其中XiX)] ; (c)令與該虛擬菱形的較短軸sx之交 又點為AB2(XS，YS)[其中xs<0，Ys<〇];以及令與該虛擬 菱形的較長軸LX之交又點為AD5(Xl，Yl)[其中xl>〇， Yl<〇] 0 此外，藉由一實變函數F(X)來表達該邊SRl，並假定該 虛擬菱形的較長軸LX與較短軸SX之間的交叉點〇係位於該 第二象限或該第四象限（在所不範例中，係該第四象限） 中。 在此情況下，該實變函數F(X)在該間隔xs<x<Xl中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(X)在該間隔 0<Χ<Χ】中具有兩個回折點（A3、A4)。 更明確言之，在該間隔Xs<XSXA3(XA3 :該回折點八3之父 座標）中’藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外’在該間隔XA3SX<XA4(XA4 :該回折點八4之X 座標）中’藉由具有一半徑rSR之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外’在該間隔XA4<XSXL中，藉由具有一半徑^之 一圓來表示該實變函數F(X)。 在構成該記錄層53之平面形狀的具有一平滑曲線之邊 SR2中，（a)令在與該虛擬菱形的邊TL2接觸之兩個點中位 置與該虛擬菱形的較短軸SX最接近之點為一高斯座標系统 136025.doc -68- B綱88 之原點B〇(0,0) ; (b)令在與該虛擬菱形的邊TL2接觸之兩個 點中位置與該虛擬菱形的較長軸LX最接近之點為 Bi(X〗，0)[其中X〗>0] ; (c)令與該虛擬菱形的較短轴SX之交 又點為AB2(XS，YS)[其中Xs<〇，ys<〇];以及（d)令與該虛擬 菱形的較長軸LX之交又點為bc5(Xl，Yl)[其中XL>0， YL<〇] » 此外’藉由一實變函數F(X)來表達該邊SR2，並假定該 虛擬菱形的較長轴LX與較短軸SX之間的交又點〇係位於該 第二象限或3玄第四象限（在所示範例中’係該第四象限） 中。 在此情況下，該實變函數F(x)在該間隔Xs<X<Xl中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(x)在該間隔 (XXcX〗中具有兩個回折點（b3、b4)。 更明確a之’在該間隔XS<X^XB3(XB3 :該回折點23之X 座標）中，藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外’在該間隔Xb3^^Xb4(Xb4 :該回折點匕之又座 標）中，藉由具有一半徑rSR之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外，在該間隔XB4<XsXl^，藉由具有一半徑乜之 一圓來表示該實變函數F(X)。 在構成該記錄層53之平面形狀的具有一平滑曲線之邊 SI中，（a)令在與該虛擬菱形的邊TL3接觸之兩個點中位 置與該虛擬菱形的較短軸SX最接近之點為一高斯座標系統 之原點c〇(o,o); (b)令在與該虛擬菱形的邊丁、接觸之兩個 點中位置與該虛擬菱形的較長軸Lx最接近之點為 136025.doc -69- 1380488

Ci(Xi，〇)[其中χρο] ; (c)令與該虛擬菱形的較短轴sx之交 又點為CD2(XS，YS)[其中xs<0，Ys<〇];以及（d)令與該虛擬 菱形的較長轴LX之交又點為BC5(XL，YL)[其中XL>0， YL<〇] ° 此外’藉由一實變函數F(X)來表達該邊SR3，並假定該 虛擬菱形的較長軸LX與較短軸sx之間的交叉點〇係位於該 第三象限或該第四象限（在所示範例中，係該第四象限） 中〇 在此情況下，該實變函數F(X)在該間隔Xs<x<xL中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(x)在該間隔 0<Χ<Χ丨中具有兩個回折點（c3、c4)。 更明確言之’在該間隔Xs<XSXC3(XC3 :該回折點C32X 座標）中，藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外，在該間隔xC3^^Xc4(Xc4 :該回折點〇4之X座 標）中’藉由具有一半徑rSR之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外，在該間隔xC4<x幺xL中，藉由具有一半徑^之 一圓來表示該實變函數F(X)。 在構成該記錄層5 3之平面形狀的具有一平滑曲線之邊 SR*中，（a)令在與該虛擬菱形的邊TL4接觸之兩個點中位 置與該虛擬菱形的較短軸SX最接近之點為一高斯座標系統 之原點D〇(0,0)，（b)令在與該虛擬菱形的邊tl4接觸之兩個 點中位置與該虛擬菱形的較長軸LX最接近之點為 DKX^O)[其中Xi>0] ; (c)令與該虛擬菱形的較短軸sX之交 又點為CD2(Xs’Ys)[其i7 Xs<0，Ys<〇];以及（d)令與該虛擬 136025.doc 70· Ι38Ό488 菱形的較長轴LX之交叉點為AD5(XL，YL)[其中XL>〇， YL<〇]。 此外，藉由一實變函數F(X)來表達該邊SR4，並假定該 虛擬菱形的較長軸LX與較短轴SX之間的交叉點0係位於該 第三象限或該第四象限（在所示範例中，係該第四象限） 中。 在此情況下’該實變函數F(X)在該間隔XS<X<XL中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(X)在該間隔 0<Χ<Χ丨中具有兩個回折點（d3、D4)。 更明確言之，在該間隔Xs<x<Xd3(Xd3 :該回折點〇3之乂 座標）中，藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數 F(X)。此外，在該間隔Xd3^^Xd4(Xd4 :該回折點之X 座標）中，藉由具有一半徑rsR之一圓來表示該實變函數 F(X)此外，在該間隔XD4<XSXL中，藉由具有一半徑 '之 一圓來表示該實變函數F(X)。 在該間隔Xs<X<〇中，該實變函數F(x)之一階微分係數 為一正值；在X=〇,該實變函數F(x)之一階微分係數為〇; 而在該間隔〇<χ<Χι中，該 從一負值變化為0並進一步 變函數F(x)之一階微分係 該實變函數F(X)之一階微分係數

，該實變函數F(X)之二 ‘B3、XC3、XD3)中，該實變函數 一負值；在 χ=χΑ3(或 Χβ3、&、 二階微分係數為0 ;在間隔xA3(或 I36025.doc 1380488 xB3、XC3、xD3)<x<xA4(或 XB4、Xc4、Xd4)中’該實變函 數F(X)之二階微分係數為一正值，在x=Xa4(或Xb4、Xc4、

Xd4)，該實變函數F(X)之二階微分係數為〇 ;而在間隔 Χ〈Χα4(或XB4、XC4、XD4)中，該實變函數F(X)之二階微分 係數為一負值。 假定以該虛擬菱形的較長軸Lxg x軸而以該虛擬菱形的 較短軸SX為y轴之一高斯座標系統，當該邊SRi與該邊Sr2 係藉由一實變函數f(x)來共同表達且該邊Sr3與該邊Sr4係 藉由該實變函數f(x)來共同表達時，該實變函數f(x)在該間 隔a<x<b(其中a係在該實變函數f(x)中X的最小可允許值， 而b係在該實變函數f(x) 最大可允許值）中的每一點處 具有一連續微分係數。此外，在χ=〇時該實變函數f(x)之一 階微分係數為0，而在y = 〇時該實變函數f(x)之一階微分係 數為00。 在圖9所示之記錄層53中，該平面形狀相對於該虛擬菱 形之較短軸SX實質上係線對稱，且相對於該虛擬菱形之較 長轴LX實質上係線對稱。 在該第三平面形狀令，如圖1〇之記錄層53之一示意性平 面圖中所示’該記錄層53之平面形狀包括一第一形狀 53A(由圖1〇中之一實線指示）以及自該第一形狀53 a相對投 射之兩個投射部分53B與53C(由圖1〇令的實線指示）。該兩 個投射部分53B與53C係位於該投射部分轴（在圖1〇中，由 一單點鏈線指示）上。該投射部分軸穿過該第一形狀53 A之 中心〇，而該投射部分軸係與穿過該第一形狀53A的中心〇 I36025.doc •72· 之第一形狀軸（在圖10中，由一單點鏈線指示）正交。該記 錄層53之易磁化軸（ΕΑ)實質上係平行於該第一形狀軸了而 該記錄層53之難磁化轴_實質上係平行於該投射部分 軸。此外，滿足關係式LL>LS，其中沿該第一形狀軸之該 第一形狀53A的長度係2Ll，而沿該投射部分軸之該兩個投 射部分53B與53C的前端之間的距離係2Ls。該第一形狀 53A的輪廓與該等投射部分53B及53(：之每一者的輪廓交又 之部分包括朝該第一形狀53A的中心〇彎曲之一平滑曲線 (在圖10中，由一虛線指示）。 該第一形狀53A係一平坦扁圓，即從兩個半圓（半徑： 與兩個線段之一組合獲得之一圖形。該等投射部分53B與 53C之每一者係藉由一圓（半徑：rs)之一部分形成的一圖 形。 該記錄層5 3之平面形狀相對於該投射部分軸實質上係線 對稱，而相對於該第一形狀軸實質上係線對稱。 在該第四平面形狀中’如圖11之記錄層53之示意性平面 圖所不，該記錄層53之平面形狀係一疊置形狀，其_一第 一形狀53D與一具有與該第一形狀53D的中心〇一致之一中 〜〇的第二形狀53E係彼此疊置而使得該第二形狀53E係在 兩個位置自該第一形狀53D投射。穿過該第一形狀53D的 中心0之第一形狀軸與穿過該第二形狀53E的中心Ο之第二 形狀轴係彼此正交。該記錄層53之易磁化轴（EA)實質上係 平灯於該第—形狀軸，而該記錄層53之難磁化轴（HA)實質 上係平行於該第二形狀軸。此外，滿足關係式Ll>Ls，其 136025.doc 73- 1380488 中沿該第一形狀軸之該第一形狀53D的長度係2U，而沿該 第二形狀轴之該第二形狀53£的長度係2Ls。該第—形狀 53D的輪廓與該第二形狀53E的輪廓交又之部分包括朝該 第一形狀53D的中心〇彎曲之一平滑曲線（在圖u中由一 虛線指示）。 該第一形狀53D係一平坦扁圓，即從兩個半圓（半徑 與兩個線段之-組合獲得之—圖形。該第二形狀53e亦二 一平坦扁圓，即從兩個半圓（半徑：rs)與兩個線段之一組 合獲得之一圖形。 該記錄層53之平面形狀相對於該第二形狀軸實質上係線 對稱，而相對於該第一形狀轴實質上係線對稱。 在前面的說明内容t，該四個邊SRm之每一邊包括一平 滑曲線（令其一中心部分朝該偽菱形形狀之中心彎曲）。或 者，該兩個邊SR^SR2之每一邊可包括一平滑曲線（令其 一中心部分朝該偽菱形形狀之中心彎曲）。圖12顯示該記 錄層之此-平面形狀。在此範例中，當該偽菱形形狀係藉 由該偽菱形形狀之較長轴LX分成兩個區域時，各包括一 平滑曲線（令其一中心部分彎曲）之兩個邊SRi與SR2屬於一 區域。該記錄層53之平面形狀相料該偽菱形形狀之較短 軸SX實質上係線對稱。 該四個邊SRm之每一邊包括一平滑曲線（令其一中心部分 朝該偽菱形形狀之中心彎曲），該記錄層53之平面形狀2 對於該偽菱形形狀之較短軸灯實質上係線對稱而相對於 該偽菱形形狀之較長軸LX實質上係線對稱。或者該記 136025.doc •74- 錄層53之平面形狀僅相對於該偽菱形形狀之較短轴SX實質 可以係線對稱。圖13顯示該記錄層53之此一平面形狀。 在該第五平面形狀中，如圖14之記錄層53之-示音性平 :圖中所示，該記錄層53之平面形狀(由一實線指示)係具 有二個邊SRn(其中，，n"係卜2及3之—）之—偽等腰三角形形 狀。該偽等腰三㈣形狀之斜線SRi與％之每-者包括一 平滑曲線（令其-中心部分„朝該偽等腰三角形形狀之中 4曲）°該記錄層53之易磁化轴（EA)可實質上平行於該 偽等腰三角形形狀之底邊叫，而該記錄層53之難磁化軸 (HA)可與該偽等腰三角形形狀之底邊實質上正交。構 成該記錄層53的平面形狀之多個邊队係彼此平滑連接。 至少兩個回折點存在於該偽等腰三角形形狀之每一斜線 中。即，兩個回折點（As、A*)存在於斜線SR]中，而兩個 回折點（BpB4)存在於斜線sr2中。 如圖14所示，該記錄層53之平面形狀相對於該偽等腰三 角形形狀的底邊之垂直平分線實質上係線對稱。 令圖14所示的偽等腰三角形形狀之假想底邊汨之長度為 2LB，該虛擬高度為H，在該偽等腰三角形形狀的斜線SR! 及S R2與底邊S R 3係彼此平滑連接之部分處的該記錄層5 3的 平面形狀之平均曲率半徑為rL，而在該偽等腰三角形形狀 的兩個斜線呂心與SR2之間的交又點AB處的該記錄層53的 平面形狀之曲率半徑為rs。該偽等腰三角形形狀的兩個斜 線SRi與SR2之間的交又點表示該假想底邊IB之垂直平分線 IH與藉由將該偽等腰三角形形狀的兩個斜線8111與SR2連接 136025.doc -75· 1380488 成一線而獲得之曲線交又的點。該偽等腰三角形形狀之假 想底邊IB表示一假想線，當以一直線（底邊近似直線）來近 似該偽等腰三角形形狀之底邊SI時，該假想線係平行於 該底邊近似直線並穿過位於該偽等腰三角形形狀的兩個斜 線呂心與SR2之間的交叉點之邊上的一點且係與該底邊近似 直線間隔開一距離rL。該假想底邊之長度2“係定義為在 該偽等腰三角形形狀的斜線呂心及R2係平滑連接至該底邊 SR·3之部分處的該記錄層53的平面形狀與該假想底邊汨之 間的交又點之間的距離（點BC與點AC之間的距離）。該虛 擬向度Η係定義為從該偽等腰三角形形狀的兩個斜線si與 SR2的交又點AB至該假想底邊IB之距離。該假想底邊比的 長度2LB與該虛擬高度η滿足h<Lb之關係式。 在該第六平面形狀中，如圖15之記錄層53之一示意性平 面圖中所示’該記錄層53之平面形狀（由一實線指示）具有 二個邊SRn ’而該三個邊之至少兩個邊（在圖丨5之範例中， 係兩個邊呂心與呂尺2)各包括一平滑曲線。該記錄層53之平 面形狀係内切於一虛擬等腰三角形（由一兩點鏈線指示） 中。在圖15中，該等内切點係由標記"χ"指示。該虛擬等 腰三角形具有一長度為2Li_B之假想底邊ΙΒ(由一單點鏈線 指不）’而該虛擬高度（從點〇至點ΑΒ之距離）係Hi [其中 Hi<Li.B]。該虛擬等腰三角形之假想底邊表示一假想 線’該假想線係平行於該虛擬等腰三角形的底邊tl3並穿 過位於該虛擬等腰三角形的兩個斜線丁^與tl2之交又點之 邊上的一點’且係與該虛擬等腰三角形之底邊TL3間隔開 136025.doc -76- B80488 一距離rL，其中rL係在構成該記錄層53的平面形狀且對應 於該虛擬等腰三角形的底邊TL3之邊SR;係與構成該記錄層 53的平面形狀且對應於該虛擬等腰三角形的斜線丁^及丁^ 之邊SR丨及SRZ平滑連接之部分處的該記錄層53的平面形狀 之平均曲率半徑。該假想底邊IB之長度2Li B係該假想底邊 IB與該虛擬等腰三角形的兩個斜線丁^與TL2交又之交又點 BC與AC之間的距離。該假想高度印係從該虛擬等腰三角 形的兩個斜線TL〗與TL2之交又點AB至該假想底邊IB之距 離。該底邊SR3實質上係平行於該記錄層53之易磁化軸 (EA)，而垂直於該底邊si之平分線實質上係平行於該記 錄層53之難磁化轴（HA)〇此外，包括一平滑曲線的邊sRi 與SR2之每一邊在至少兩個點（在圖15之範例中係兩個點） 處接觸該虛擬等腰三角形的邊TL丨與TL2之一對應邊。在圖 1 5中，該接觸點係由標記”χ"指示。構成該記錄層53的平 面形狀之多個邊SRn係彼此平滑連接。 在構成該記錄層53之平面形狀的具有一平滑曲線之斜線 ’（a)令在與該虛擬等腰三角形的斜線丁匕丨接觸之兩 個點中位置與該兩個斜線TL〗與TL2的交又點AB最接近之 點為一高斯座標系統之原點A0(〇,〇) ; (b)令在與該虛擬等 腰三角形的斜線TL丨接觸之兩個點中位置與該斜線tL丨及該 底邊TL3的交又點AC最接近之點為a1(x丨，0)[其中χι>〇]; (c)令與該虛擬等腰三角形之底邊tl3之垂直平分線的交叉 點為ab2(xs，ys)[其中Xs<〇，Ys<0];以及（d)令與該虛擬等 腰三角形的假想底邊IB之交叉點為A5(Xl，Yl)[其中XL>〇， 136025.doc -77- !38〇488 yl<o]。 此外，藉由一實變函數F(X)來表達該斜線sr^，並假定 該虛擬等腰三角形之底邊之垂直平分線與該底邊之間的交 又點係位於該第三象限或該第四象限（在所示範例中，係 該第四象限）中。 在此情況下’該實變函數F(X)在該間隔Xs<x<Xl中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(x)在該間隔 〇<X<X丨中具有兩個回折點（A3、八4)。 更明確言之’在該間隔xs<x<xA3(xa3 :該回折點八3之X 座標），藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數F(x卜 此外’在該間隔χΑβχ<χΑ4(ΧΑ4 :該回折點八4之X座標） 中，藉由具有一半徑rSR之一圓來表示該實變函數F(x)。此 外，在該間隔XA4<X<XL中，藉由具有一半徑L之一圓來表 示該實變函數F(X)。 在構成該記錄層53之平面形狀的具有一平滑曲線之斜線 SR2中’（a)令在與該虛擬等腰三角形的斜線tL2接觸之兩 個點中位置與該兩個斜線TLi與TL2之間的交叉點AB最接 近之點為一高斯座標系統之原點B〇(〇 〇) ; 令在與該虛 擬等腰三角形的斜線几2接觸之兩個點中位置與該斜線TL2 及該底邊TL3之間的交又點Bc最接近之點為Βι(χι，〇)[其中 X|>0] ’（C)令與該虛擬等腰三角形之底邊丁^之垂直平分線 的交又點為AB2(xs，Ys)[其中Xs<〇，ys<〇];以及（d)令與該 虛擬等腰二角形的假想底邊IB之交又點為B5(Xl，Yl)[其中 Xl>〇，YL<〇]。 136025.doc •78- 138Ό488 此外’藉由一實變函數F(X)來表達該斜線Sr2，並假定 該虛擬等腰三角形之底邊之垂直平分線與該底邊之間的交 又點係位於該第三象限或該第四象限（在所示範例中，係 該第四象限）中。 在此情況下，該實變函數F(X)在該間隔Xs<x<Xl中的每 一點處具有一連續微分係數，而該實變函數F(x)在該間隔 (XXUi中具有兩個回折點（b3、D。 更明確5之，在該間隔XS<X^XB3(XB3 :該回折點之X 座標）中，藉由具有一半徑rs之一圓來表示該實變函數 F(x)。此外，在該間隔XBgXaBdXB4:該回折點匕之又座 標）中，藉由具有一半徑rSR之一圓來表示該實變函數 F(x)。此外，在該間隔Xb4<XsXl中，藉由具有一半徑以之 一圓來表示該實變函數F(X)。 在該間隔Xs<X<〇中，該實變函數F(x)之一階微分係數 為一正值；在X=〇，該實變函數F(x)之一階微分係數為〇 ; 而在該間隔〇<X<Xl中，該實變函數F(x)之一階微分係數 從一負值變化為0並進一步變化為一正值。在χ=Χι，該實 良函數F(X)之％微分係數為0 ;而當X超過Xi時，該實變 函數F(X)之一階微分係數為一負值。 在該間隔xs<x<xA^xB3)中，該實變函數F(x)之二階 微分係數為一負值；在x=Xa3(4Xb3)，該實變函數f(々之 二階微分係數為〇;在間隔Xa3(或Xb3)<x<Xa4(或Μ中， 該實變函數F(X)之二階微分係、數為—正值，在χ=χ以（或 ΧΒ4)，該實變函數F(X)之二階微分係數為〇;而在間隔 136025.doc -79- 1380488 x<x“或XB〇中，該實變函數F(x)之二階微分係數為一負 值。 假定以該虛擬等腰三角形之假想底邊汨為該作而以該 假想底邊⑶之垂直平分線為該y轴之一高斯座標系統，當 該斜線SK與該斜線SR2係由該實變函數代幻來共同表達 時，該實變函數f⑴在該間隔a<x<b+的每一點處具有一連 續微分係數（其中a係在該實變函數f(x)中χ的最小可允許 值，而b係在該實變函數^“中乂的最大可允許值）。在χ=〇 時該實變函數f⑴之-階微分係數為^㈣時該實變 函數f(x)之一階微分係數為①。 在圖15之記錄層53中，該平面形狀相對於該虛擬等腰三 角形之底邊之垂直平分線實質上係線對稱。 在該第七平面形狀中，如圖16之記錄層53之一示意性平 面圖中所卜該記錄層53之平面形狀包括一第一形狀 53A(由圖Μ中之一實線指示）以及自該第一形狀μα投射之 ―投射部分53B_16t之—實線指示）。該投射部分MB 係位於該投射部分轴（在圖16中，由一單點鏈線指示）上。 該投射部分轴穿過該第—形狀53a之中心〇,巾該投射部 分轴係與穿過該第-形狀53A的中心〇之第-形狀轴（在圖 中由單點鏈線指示）正交。該記錄層53之易磁化軸 ()實質上係平仃於該第一形狀轴而該記錄層Μ之難磁 ^轴（HA)實質上係平行於該投射部分轴。此外，滿足關係 L>LS:纟中沿該第-形狀轴之該第-形狀53A的長度係 L而該奴射部分輪自該投射部分53B之-前端至該第 136025.doc 一形狀53A之中心0的距離係Ls。該第-形狀53A的輪廊與 該投射部分53B的輪廓交又之部分包括朝該第一形狀似 的中心Ο彎曲之-平滑曲線（在圖16中，由一虛線指示）。 該第一形狀53八係一平坦扁圓，即從兩個半圓（半徑：rL) 與兩個線段之—組合獲得之-圖形。該投射部分53B係由 一圓之一部分（半徑：rs)形成。 該記錄層53之平㈣狀相對於該投射部分軸實質上係線 對稱。 在該第八平面形狀中，如圖17之記錄層53之一示意性平 面圖所示，該記錄層53之平面形狀係一疊置形狀，其中一 第一形狀53D與一第二形狀53E係彼此疊置而使得該第二 形狀53E係在一位置自該第一形狀53D投射。該第二形狀 53E係位於該第二形狀轴上，而該第二形狀軸穿過該第一 形狀53D之中心〇 ’而且與穿過該第一形狀53〇的中心〇之 第一形狀軸正交。該記錄層53之易磁化軸（EA)實質上係平 行於該第一形狀軸，而該記錄層53之難磁化轴（HA)實質上 係平行於該第二形狀軸。此外，滿足關係式Ll>Ls，其中 沿該第一形狀軸之該第一形狀53D的長度係2U，而沿該第 形狀軸自該第二形狀53E之一前端至該第一形狀53d之 中〇的距離係Ls。該第一形狀53D的輪廓與該第二形狀 53£的輪廓交又之部分包括朝該第一形狀5 3D的中心〇彎曲 之一平滑曲線（在圖丨7中，由一虛線指示）。 k第一形狀53D係一平坦扁圓，即從兩個半圓（半徑·· rL) 與兩個線段之一組合獲得之一圖形。該第二形狀係從 136025.doc -8】· 1380488 一半圓（半徑：rs)與兩個線段之一組合獲得之一圖形β 該記錄層53之平面形狀相對於該第二形狀轴實質上係線 對稱。 JP-A-2005-353788(日本專利申請案第 2004-172122號）t 揭示該第一形狀至該第八平面形狀之細節。 熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計要求及其他因素 進行各種修改、組合、次組合及變更，只要其係在隨附申 請專利範圍或其等效内容的範疇内即可。 【圖式簡單說明】 圖1A與1B分別係依據範例1之一非揮發性磁性記憶體裝 置之一示意性部分剖面圖與一第二佈線及類似者之一示意 性佈局圖。 圖2A與2B分別係施加自旋注入磁化反向之一自旋注入 型磁阻效應元件的一概念圖與一磁化反向層的一示意性平 面圖’圖2C係顯示在該自旋注入型磁阻效應元件中藉由至 一反鐵磁性材料層的交換耦合來釘住一磁化參考層的磁化 方向之一狀態的一示意圖，而圖2D係具有一雙重自旋濾波 器結構之一自旋注入型磁阻效應元件的一概念圖。 圖3 A與3B分別係顯示在依據一範例之一樣本與依據一 比較範例之一樣本中的一所施加磁場及一 TMR效應之測量 結果的曲線圖。 圖4A與4B分別係依據範例2之一非揮發性磁性記憶體裝 置之一示意性部分剖面圖與一第二佈線及類似者之一示意 性佈局圖。 136025.doc -82- 圖5 A與5B係在依據範例5之一非揮發性磁性記憶體裝置 中之一第二佈線及類似者的示意性佈局圖。 圖6A、6B及6C分別係在依據範例6、7及1〇之一非揮發 性磁性記憶體裝置中之一第二佈線及類似者的示意性佈局 圖。 圖7係依據範例1 (使用一 TMR效應之一穿隧磁阻效應元 件）之非揮發性磁性記憶體裝置之一修改例之一示意性部 分剖面圖。 圖8係具有一第一平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖9係具有一第二平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖10係具有一第三平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖π係具有一第四平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖12係具有該等第一至第四平面形狀的記錄層之一修改 例的一示意性平面圖。 圖13係具有該等第一至第四平面形狀的記錄層之另一修 改例的一示意性平面圖。 圖14係具有_第五平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖15係具有一第六平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖0 136025.doc • 83 - 1380488 圖16係具有第七平面形狀之一記錄層的一示意性平面 圖。 圖17係具有一第八平面形狀之一記錄層的^一不意性平面 圖〇 圖18係一習知的TMR型非揮發性磁性記憶體裝置之一示 意性部分剖面圖。 圖19係顯示一記憶體單元大小與一寫入電流之間的關係 之一曲線圖。 【主要元件符號說明】

10 矽半導體基板 11 元件隔離區域 12 閘極電極 13 閘極絕緣膜/閘極氧化物膜 14A 源極/汲極區域 14B 源極/汲極區域 15 鎢插塞 16 感測線 21 第一下部絕緣層 22 接觸孔/連接孔 23 著陸墊部分 24 第二下部絕緣層 25 接觸孔 26 層間絕緣層 27 子L 136025.doc -84- 1380488

28 上部絕緣層 30 磁阻效應元件 41 第一佈線 42 第二佈線（位元線） 43 延伸部分 50 分層式結構 51 磁化參考層 51A、51B 磁化參考層 52 非磁性材料膜（穿隧絕緣膜） 52A ' 52B 非磁性材料膜 53 記錄層 54 反鐵磁性材料層 53A 第一形狀 53B > 53C 投射部分 53D 第一形狀 53E 第二形狀 54A、54B 反鐵磁性材料層 61 覆蓋層 62 連接部分 71 低楊氏模數區域 72 高楊氏模數區域 227 溝槽 228 上部絕緣層 229 延伸部分 136025.doc .85- 1380488 230 磁阻效應元件 242 第二佈線（位元線） 271 低楊氏模數區域 571 低楊氏模數區域 571A 部分 572 高楊氏模數區域 642 第二佈線 643 延伸部分 671 低楊氏模數區域 672 高楊氏模數區域 672A 部分 728 上部絕緣層 729 延伸部分 742 第二佈線 772 高楊氏模數區域 1071 低楊氏模數區域 1072 高楊氏模數區域 2041 第一佈線 2051 第一鐵磁性材料層 2051A 反鐵磁性材料層 2051B 磁化釘住層 2052 穿隧絕緣膜 2053 記錄層 2061 覆蓋層 -86- 136025.doc 1380488 BL 位元線 TR 選擇電晶體 WWL 寫入字線

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Claims (1)

1. 七、申請專利範圍： 1 · 一種非揮發性磁性記憶體裝置，其包含： 一磁阻效應元件，其包括 (A) —分層式結構’其具有一記錄層； (B) —第一佈線，其係電連接至該分層式結構之—下部 部分； ° (C) 一第二佈線，其係電連接至該分層式結構之一上部 部分；以及 (D) —層間絕緣層，其包圍該分層式結構， 其中該磁阻效應元件進一步包括一具有與形成該層間 絕緣層之一材料的一楊氏模數相比更低之該揚氏模數的 低楊氏模數區域， 該記錄層具有一易磁化軸及與該易磁化軸正交之一難 磁化軸， 當形成該記錄層之一材料的磁致伸縮常數；^係一正值 時，該低揚氏模數區域係佈置於該記錄層的該易磁化軸 之一延伸區域中，以及 當形成該記錄層之一材料的該磁致伸縮常數λ係一負 值時，該低楊氏模數區域係佈置於該記錄層的該難磁化 軸之一延伸區域中。 2.如請求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該低楊氏模數區域係藉由該第二佈線之一延伸部 分來形成。 3 ·如請求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 136025.doc 1380488 其中該低楊氏模數區域係藉由包圍該第二佈線之一上 部絕緣層之一延伸部分來形成。 4，如請求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該磁阻效應元件包括一自旋注入型磁阻效應元 件。 5. 如請求項4之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中藉由一場效電晶體形成之一選擇電晶體係進一步 提供於該分層式結構之下，以及 該第二佈線之一延伸方向係平行於構成一場效電晶體 之一閘極電極之一延伸方向。 6. 如請求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 中連接部分係提供於該分層式結構之該上部部分 與該第二佈線之間，以及 形成該連接部分之一材料的該楊氏模數係高於形成該 層間絕緣層之一材料的該楊氏模數。 7·如明求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中形成該第一佈線之一材料的該楊氏模數係高於形 成該層間絕緣層之一材料的該楊氏模數。 8’如π求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中一連接部分係提供於該分層式結構之該上部部分 與該第二佈線之間， 形成該連接部分之一材料的該楊氏模數係高於形成該 層間絕緣層> ,, «之一材料的該楊氏模數，以及 形成該第— 佈線之一材料的該楊氏模數係高於形成該 136025.doc •2- 層間絕緣層之一材料的該揚氏模數。 9‘ 一種非揮發性磁性記憶體裝置，其包含： —磁阻效應元件，其包括 (A) —分層式結構，其具有一記錄層； (B) —第一佈線，其係電連接至該分層式結構之—下部 部分； ° (C) 一第二佈線，其係電連接至該分層式結構之一上部 部分；以及 (D) —層間絕緣層，其包圍該分層式結構， 其中該磁阻效應元件進一步包括一具有與形成該層間 絕緣層之一材料的一揚氏模數相比更高之該楊氏模數的 高楊氏模數區域， 該記錄層具有一易磁化軸及與該易磁化軸正交之一 難磁化轴， 當形成該記錄層之一材料的該磁致伸縮常數1係一正 值時，該高楊氏模數區域係佈置於該記錄層的該難磁化 轴之一延伸區域中，以及 虽形成該s己錄層之該材料的該磁致伸縮常數λ係一負 值時，該尚楊氏模數區域係佈置於該記錄層的該易磁化 之一·延仲區域中。 1 〇.如請求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該同杨氏模數區域係藉由該第二佈線之一延伸部 分來形成。 11.如請求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 136025.doc 1380488 其中該南楊氏模數區域係藉由包圍該第二佈線之一上 部絕緣層之一延伸部分來形成。 12.如請求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該磁阻效應元件包括一自旋注入型磁阻效應元 件。 13.如凊求項12之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中藉由一場效電晶體形成之一選擇電晶體係進一步 提供於該分層式結構之下，以及 該第二佈線之一延伸方向係平行於構成一場效電晶體 之一閘極電極之一延伸方向。 14.如请求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 八中連接部分係提供於該分層式結構之該上部部分 與該第二佈線之間，以及 形成該連接部分之一材料的該揚氏模數係高於形成該 層間絕緣層之一材料的該揚氏模數。 15, 如請求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中形成該第-佈線之一材料的該楊氏模數係高於形 成該層間絕緣層之—材料的該楊氏模數》 16. 如：求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， ”中連接部分係提供於該分層式結構之該上部部 與該第二佈線之間， 成該連接部分之一材料的該楊氏模數係於 層間絕緣層之a ‘ 战该 材科的該杨氏模數，以及 形成該第一佑., "一材料的該楊氏模數係高於形成該 136025.doc mmm 層間絕緣層之一材料的該揚氏模數。 17. —種非揮發性磁性記憶體裝置，其包含· 一磁阻效應元件，其包括 (A) —分層式結構，其具有一記錄層； (B) —第一佈線，其係電連接至該分層式結構之一下部 部分； (C) 一第二佈線，其係電連接至該分層式結構之一上部 部分；以及 (D) —層間絕緣層，其包圍該分層式結構， 其中該磁阻效應元件進一步包括一高楊氏模數區域與 具有與該尚楊氏模數區域的一楊氏模數相比更低之該 楊氏模數的低楊氏模數區域， 該記錄層具有一易磁化軸及與該易磁化軸正交之一難 磁化轴， 當形成該記錄層之一材料之該磁致伸縮常數λ係一正 值時高楊氏模數區域係佈置於該記錄層之該難磁化 軸之一延伸區域中，而該低揚氏模數區域係佈置於該記 錄層之該易磁化軸之一延伸區域中，以及 當形成該記錄層之該材料之該磁致伸縮常數人係一負 值時，肖高揚氏模數區域係佈置於該記錄層之該易磁化 軸之該延伸區域中，而該低楊氏模數區域係佈置於該記 錄層之該難磁化軸之一延伸區域中。 1 8.如清求項1之非揮發性磁性記憶體裝置， 其t該記錄層之該平面形狀具有一偽菱形形狀， I36025.doc 構成該偽菱形形狀的四個 ^ η ^ 遺之至乂兩個邊各包括一平 中心彎曲， 朝該偽菱形形狀之 該記錄層之該易磁化軸實質 ^ ^ ρ Α 耳質上係+仃於該偽菱形形狀 之較長轴， 該記錄層之該難磁化軸實 之較短轴，以及 質上係乎行於該偽菱形形狀 構成該記錄層的該平面形狀 ❿狀之該等邊係彼此平滑連 接。 如吻求項9之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該記錄層之該平面形狀具有一偽菱形形狀， 構成該偽菱形形狀的四個邊之至少兩個邊各包括一平 '月曲線’該平滑曲線令其—中心、部分朝該偽菱形形狀之 該中心彎曲， 該記錄層之該易磁化軸實質上係平行於該偽菱形形狀 之該較長軸， 該記錄層之該難磁化軸實質上係平行於該偽菱形形狀 之該較短轴，以及 構成該記錄層的該平面形狀之該等邊係彼此平滑連 接。 20.如請求項π之非揮發性磁性記憶體裝置， 其中該記錄層之該平面形狀具有一偽菱形形狀， 構成該偽菱形形狀的四個邊之至少兩個邊各包括一平 滑曲線’該平滑曲線令其一中心部分朝該偽菱形形狀之 136025.doc B8&48-8 該中心彎曲， 該記錄層之該易磁化軸實質上係平行於該偽菱形形狀 之該較長轴， 該記錄層之該難磁化軸實質上係平行於該偽菱形形狀 之該較短轴，以及 構成該記錄層的該平面形狀之該等邊係彼此平滑連 接。

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