WO2000031809A1 - Magnetoresistive element and utilisation thereof as a storage element in a storage cell array - Google Patents

Magnetoresistive element and utilisation thereof as a storage element in a storage cell array Download PDF

Info

Publication number
WO2000031809A1
WO2000031809A1 PCT/DE1999/003696 DE9903696W WO0031809A1 WO 2000031809 A1 WO2000031809 A1 WO 2000031809A1 DE 9903696 W DE9903696 W DE 9903696W WO 0031809 A1 WO0031809 A1 WO 0031809A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ferromagnetic layer
layer
connection
ferromagnetic
magnetoresistive
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/003696
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Schwarzl
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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 Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Publication of WO2000031809A1 publication Critical patent/WO2000031809A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices

Definitions

  • Magnetoresistive element and its use as a memory element in a memory cell arrangement.
  • Magnetoresistive elements also called magnetoresistive elements, are increasingly used as sensor elements or as memory elements for memory cell arrangements, so-called MRAMs (see S. Mengel, Technology Analysis Magnetism Volume 2, XMR Technologies, publisher VDI Technology Center Physical Technologies, August 1997).
  • MRAMs Magnetoresistive elements
  • a magnetoresistive element is understood to be a structure which has at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic layer arranged between them.
  • GMR element magnetic resonance measurement resistive
  • TMR element Tunneling Magnetoresistive elements
  • GMR element is used in the technical field for layer structures which have at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic, conductive layer arranged between them and which show the so-called GMR (giant magnetoresistance) effect.
  • GMR effect is understood to mean the fact that the electrical resistance of the GMR element is dependent on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or antiparallel.
  • the GMR effect is large compared to the so-called AMR (anisotropic magnetoresistance) effect.
  • AMR effect is understood to mean the fact that the resistance in magnetized conductors is different in parallel and perpendicular to the direction of magnetization.
  • the AMR effect is a volume effect that occurs in ferromagnetic single layers.
  • TMR element is used in the technical field for tunneling magnetoresistance layer structures which have at least two ferromagnetic layers and an insulating, non-magnetic layer arranged between them.
  • the insulating layer is so thin that there is a tunnel current between the two ferromagnetic layers.
  • These layer structures also show a magnetoresistive effect, which is brought about by a spin-polarized tunnel current through the insulating, non-magnetic layer arranged between the two ferromagnetic layers.
  • the electrical resistance of the TMR element depends on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or anti-parallel. The relative change in resistance is about 6 percent to about 40 percent.
  • GMR elements As memory elements in a memory cell array.
  • the memory elements are connected in series via read lines.
  • Word lines run at right angles to this and are insulated both from the read lines and from the memory elements. Due to the current flowing in the word line, signals applied to the word lines cause a magnetic field which, with sufficient strength, influences the memory elements located thereunder.
  • X / Y lines which cross at the memory cell to be written are used for writing in information. They are subjected to signals that cause a magnetic field sufficient for the magnetic reversal at the crossing point. The direction of magnetization in one of the two ferromagnetic layers is switched.
  • the direction of magnetization in the other of the two ferromagnetic layers remains unchanged.
  • the party- The direction of magnetization in the last-mentioned ferromagnetic layer is maintained by an adjacent anti-ferromagnetic layer, which holds the direction of magnetization, or by the switching threshold for this ferromagnetic layer being changed by another material or dimensioning, for example layer thickness in comparison to the first called ferromagnetic layer is enlarged.
  • a storage element comprises a stack which has at least two ring-shaped ferromagnetic layer elements and a non-magnetic conductive layer element which is arranged between them and which is connected between two lines.
  • the ferromagnetic layer elements differ in their material composition.
  • One of the ferromagnetic layer elements is magnetically hard, the other magnetically softer.
  • the magnetization direction in the magnetically softer layer element is switched over, while the magnetization direction is retained in the magnetically harder layer element.
  • magnetoresistive elements for example as an integrated magnetoresistive memory cell arrangement (so-called MRAM) or as an integrated sensor arrangement
  • MRAM magnetoresistive memory cell arrangement
  • the integration of magnetoresistive elements in a semiconductor process technology is required.
  • temperatures up to at least about 450 ° C. occur in particular in the completion of the semiconductor arrangements in the so-called back-end process at the wafer level, also called BEOL (back end of line) (see, for example, D. Widmann et al, Integrated Technology Heidelberg, Springer Verlag 1996, p. 58), to which the magnetoresistive elements and the associated lines are also exposed.
  • BEOL back end of line
  • Diffusion lengths of 600 nm to 27 ⁇ m are expected for one hour at a temperature load of 450 ° C for the diffusion of Co, Fe and Ni into connections or conductor tracks that contain AI.
  • diffusion lengths of 10 to 50 nm are expected for one hour at a temperature load of 450 °.
  • a thermal load of one hour at 450 ° diffusion lengths of about 1 nm is expected.
  • the diffusion lengths can be increased and accelerated by grain boundaries, phase boundaries and crystal defects (vacancies and dislocations), by electrical fields and mechanical stress.
  • the invention is based on the problem of specifying a magnetoresistive element which can be produced in the context of a semiconductor process technology.
  • the magnetoresistive element has a first ferromagnetic layer element, a non-magnetic layer element and a second ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element being arranged between the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element.
  • the first ferromagnetic layer element is electrically connected to a first connection and the second ferromagnetic layer element is electrically connected to a second connection.
  • a first barrier layer is arranged between the first ferromagnetic layer element and the first connection, and a second barrier layer is arranged between the second ferromagnetic layer element and the second connection. The first barrier layer suppresses diffusion between the first connection and the first ferromagnetic layer element, the second barrier layer suppresses diffusion between the second connection and the second ferromagnetic layer element.
  • first barrier layer and the second barrier layer ensures that the magnetoresistive element, even if it is produced as part of a semiconductor process technology, is functional and that, in particular, changes in the electrical and magnetic properties Shafts due to diffusion-induced material migration at the interfaces of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element can be avoided.
  • the first connection and the second connection are suitable for contacting the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element, respectively.
  • the first connection and the second connection are designed as contacts, lines or the like.
  • the first barrier layer and the second barrier layer are preferably formed from a material which acts as a diffusion barrier at least in the temperature range between 20 ° C. and 450 ° C.
  • the magnetoresistive element is a stack of flat layer elements.
  • the first ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element and the second ferromagnetic layer element are designed as flat layer elements which are arranged one above the other as a stack. It is within the scope of the invention that the dimensions of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element are between 50 nm x 80 nm and 250 nm x 400 nm and the thickness of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element is between 2 nm and 20 nm.
  • the thickness of the non-magnetic layer element is between 1 and 4 n.
  • the cross section of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element is preferably essentially rectangular. It can also be round, oval, polygonal or ring-shaped.
  • the ferromagnetic layer elements preferably each contain at least one of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, or Dy.
  • the non-magnetic layer element can be both conductive and non-conductive. If the non-magnetic layer element is made of a conductive material, for example Cu, Au or Al, it preferably has a dimension perpendicular to the interface with the ferromagnetic layer elements of 2 nm to 4 nm. In this case, the magnetoresistive element is a GMR element.
  • the non-magnetic layer element is made of a non-conductive material, for example Al 2 O 3, NiO, HfO 2, iO 2, NbO and / or SiO 2, then it preferably has a thickness of between 1 and 4 nm.
  • the magnetoresistive element is a TMR element which, compared to a GMR element, has a high electrical resistance perpendicular to the tunnel layer.
  • the first barrier layer and the second barrier layer preferably contain Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si.
  • the barrier layers are effective for ferromagnetic layer elements which contain Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd and / or Dy and connections which are made of Al, Al / Cu, Cu, Al / Si or Cu with alloy additives consist of Ti, Hf, Zr, Mg and / or Al.
  • first barrier layer and the second barrier layer which act as a diffusion barrier between the first and second connection and the first and second ferromagnetic layer element, respectively, a diffusion of Co, Fe and Ni into the first connection and the second connection is thereby prevents the diffusion lengths of the barrier layer from being less than 1 nm at 450 ° C. when subjected to temperature loads of one hour.
  • the thickness of the barrier layers is preferably 10 to 100 nm, so that this diffusion is effectively suppressed.
  • the magnetoresistive element can, among other things, advantageously be used as a memory element in a memory cell arrangement.
  • the first connection and the second connection are connected to lines or part of lines via which the magnetoresistive element is driven.
  • the magnetoresistive element can be used as a sensor element.
  • FIG. 1 shows a magnetoresistive element which is connected between a first connection and a second connection.
  • FIG. 2 shows a section of a memory cell arrangement which has magnetoresistive elements as memory elements.
  • a first ferromagnetic layer element 1, a non-magnetic layer element 2 and a second ferromagnetic layer element 3 are arranged one above the other as a stack (see FIG. 1). They have an essentially rectangular cross section with dimensions of 130 nm x 250 nm.
  • the first ferromagnetic layer element 1 and the second ferromagnetic layer element 2 have a thickness of 10 nm.
  • the non-magnetic layer element 2 has a thickness of 2 nm.
  • the first ferromagnetic layer element 1 contains Co.
  • the non-magnetic layer element contains Al2O 3 .
  • the second ferromagnetic layer element 3 contains NiFe.
  • the first ferromagnetic layer element 1 is electrically connected to a first terminal 5 via a first barrier layer 4.
  • the first barrier layer 4 likewise has a rectangular cross section corresponding to the dimensions of the most ferromagnetic layer element 1.
  • the thickness of the first barrier layer 4 is 10 to 100 nm.
  • the first barrier layer 4 consists of Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si.
  • the first connection 5 consists of AlSi, AlCu, Cu or Cu with alloy additions of Ti, Hf, Zr, Mg and / or Al.
  • the second ferromagnetic layer element 3 is connected to a second connection 7 via a second barrier layer 6.
  • the second barrier layer 6 likewise has an essentially rectangular cross section with dimensions corresponding to the second ferromagnetic layer element 3 and a thickness of 10 to 100 nm.
  • the second barrier layer 6 contains Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si.
  • the second connection 7 contains AlSi,
  • the first connection 5 and the second connection 7 can each be part of lines via which the magnetoresistive element 1, 2, 3 can be controlled.
  • each storage element S is connected between a first line L1 and a second line L2.
  • the first connection of each of the memory elements S is connected to the first line L 1 or is part of the first line L 1 and the second connection is connected to the second line L 2 or is part of the second line L 2.
  • the first lines L1 run parallel to one another and cross the second lines L2, which also run parallel to one another (see FIG. 2).
  • a sufficient magnetic field is created to switch the direction of magnetization of one of the ferromagnetic layer elements.
  • the magnetic field effective at the respective crossing point is a superposition of the magnetic field induced by the current flow in the first line L1 and the magnetic field induced by the current flow in the second line L2.
  • the resistance value of the magnetoresistive elements which corresponds to the parallel orientation of the magnetization direction in the first ferromagnetic layer element to that in the second ferromagnetic layer element, becomes a first logical value
  • the resistance value, which corresponds to the antiparallel orientation of the magnetization direction in the first ferromagnetic layer element Layer element corresponds to that of the second ferromagnetic layer element, assigned a second logical value.

Abstract

According to the invention, a magnetoresistive element has a first ferromagnetic layer element (1), a non-magnetic layer element (2) and a second ferromagnetic layer element (3) and is connected between a first connection (5) and a second connection (7). A barrier layer (4, 6) is provided between the first ferromagnetic layer element (1) and the first connection (5) as well as between the second ferromagnetic layer element (2) and the second connection (7). Said barrier layers (4, 6) prevent diffusion between the connections and the ferromagnetic layer elements (1, 3). The magnetoresistive element can be used as a storage element and as well as a sensor element.

Description

Beschreibungdescription
Magnetoresistives Element und dessen Verwendung als Speicherelement in einer Speicherzellenanordnung.Magnetoresistive element and its use as a memory element in a memory cell arrangement.
Magnetoresistive Elemente, auch Magnetowiderstandselemente genannt, werden zunehmend als Sensorelemente oder als Speicherelemente für Speicherzellenanordnungen, sogenannte MRAMs, verwendet (siehe S. Mengel, Technologieanalyse Magnetismus Band 2, XMR-Technologien, Herausgeber VDI Technologiezentrum Physikalische Technologien, August 1997) . Als magnetoresistives Element wird in der Fachwelt eine Struktur verstanden, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeordnete nichtmagnetische Schicht aufweist. Je nach Aufbau der Schichtstruktur wird dabei unterschieden zwischen GMR-Element, TMR-Element und CMR-Ele ent.Magnetoresistive elements, also called magnetoresistive elements, are increasingly used as sensor elements or as memory elements for memory cell arrangements, so-called MRAMs (see S. Mengel, Technology Analysis Magnetism Volume 2, XMR Technologies, publisher VDI Technology Center Physical Technologies, August 1997). In the technical field, a magnetoresistive element is understood to be a structure which has at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic layer arranged between them. Depending on the structure of the layer structure, a distinction is made between GMR element, TMR element and CMR element.
Der Begriff GMR-Element wird in der Fachwelt für Schichtstrukturen verwendet, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeordnete nichtmagnetische, leitende Schicht aufweisen und den sogenannten GMR-(giant ma- gnetoresistance) Effekt zeigen. Unter dem GMR-Effekt wird die Tatsache verstanden, daß der elektrische Widerstand des GMR- Elementes abhängig davon ist, ob die Magnetisierungen in den beiden ferromagnetischen Schichten parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Der GMR-Effekt ist im Vergleich zum sogenannten AMR- (anisotropic magnetoresistance) Effekt groß. Als AMR-Effekt wird die Tatsache verstanden, daß der Widerstand in magnetisierten Leitern parallel und senkrecht zur Magneti- sierungsrichtung verschieden ist. Bei dem AMR-Effekt handelt es sich um einen Volumeneffekt, der in ferromagnetischen Einfachschichten auftritt.The term GMR element is used in the technical field for layer structures which have at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic, conductive layer arranged between them and which show the so-called GMR (giant magnetoresistance) effect. The GMR effect is understood to mean the fact that the electrical resistance of the GMR element is dependent on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or antiparallel. The GMR effect is large compared to the so-called AMR (anisotropic magnetoresistance) effect. The AMR effect is understood to mean the fact that the resistance in magnetized conductors is different in parallel and perpendicular to the direction of magnetization. The AMR effect is a volume effect that occurs in ferromagnetic single layers.
Der Begriff TMR-Element wird in der Fachwelt für Tunneling Magnetoresistance Schichtstrukturen verwendet, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeordnete isolierende, nichtmagnetische Schicht aufweisen. Die isolierende Schicht ist dabei so dünn, daß es zu einem Tunnelstrom zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten kommt. Diese Schichtstrukturen zeigen ebenfalls einen magne- toresistiven Effekt, der durch einen spinpolarisierten Tun- nelstrom durch die zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten angeordnete isolierende, nichtmagnetische Schicht bewirkt wird. Auch in diesem Fall ist der elektrische Widerstand des TMR-Elementes abhängig davon, ob die Magnetisierungen in den beiden ferromagnetischen Schichten parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Die relative Widerstandsänderung beträgt dabei etwa 6 Prozent bis ca. 40 Prozent.The term TMR element is used in the technical field for tunneling magnetoresistance layer structures which have at least two ferromagnetic layers and an insulating, non-magnetic layer arranged between them. The The insulating layer is so thin that there is a tunnel current between the two ferromagnetic layers. These layer structures also show a magnetoresistive effect, which is brought about by a spin-polarized tunnel current through the insulating, non-magnetic layer arranged between the two ferromagnetic layers. In this case too, the electrical resistance of the TMR element depends on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or anti-parallel. The relative change in resistance is about 6 percent to about 40 percent.
Ein weiterer Magnetowiderstandseffekt, der wegen seiner Größe (relative Widerstandsänderung von 100 bis 400 Prozent bei Raumtemperatur) Collosal Magnetoresistance-Effekt (CMR-Another magnetoresistance effect, due to its size (relative change in resistance from 100 to 400 percent at room temperature) Collosal Magnetoresistance Effect (CMR-
Effekt) genannt wird, erfordert wegen seiner hohen Koezitiv- kräfte ein hohes Magnetfeld zum Umschalten zwischen den Magnetisierungszuständen.Effect) is called, because of its high coercive forces requires a high magnetic field to switch between the magnetization states.
Es ist vorgeschlagen worden, (siehe zum Beispiel S. Tehrani et al, IEDM 96-193 und D. D. Tang et al, IEDM 95-997) GMR- Elemente als Speicherelemente in einer Speicherzellenanordnung zu verwenden. Die Speicherelemente werden über Leseleitungen in Reihe verschaltet. Quer dazu verlaufen Wortleitun- gen, die sowohl gegenüber den Leseleitungen als auch gegenüber den Speicherelementen isoliert sind. An die Wortleitungen angelegte Signale verursachen durch den in der Wortleitung fließenden Strom ein Magnetfeld, das bei hinreichender Stärke die darunter befindlichen Speicherelemente beeinflußt. Zum Einschreiben von Information werden X/Y-Leitungen verwendet, die sich an der zu beschreibenden Speicherzelle kreuzen. Sie werden mit Signalen beaufschlagt, die am Kreuzungspunkt ein für die Ummagnetisierung ausreichendes magnetisches Feld verursachen. Dabei wird die Magnetisierungsrichtung in der einen der beiden ferromagnetischen Schichten umgeschaltet.It has been proposed (see, for example, S. Tehrani et al, IEDM 96-193 and D. D. Tang et al, IEDM 95-997) to use GMR elements as memory elements in a memory cell array. The memory elements are connected in series via read lines. Word lines run at right angles to this and are insulated both from the read lines and from the memory elements. Due to the current flowing in the word line, signals applied to the word lines cause a magnetic field which, with sufficient strength, influences the memory elements located thereunder. X / Y lines which cross at the memory cell to be written are used for writing in information. They are subjected to signals that cause a magnetic field sufficient for the magnetic reversal at the crossing point. The direction of magnetization in one of the two ferromagnetic layers is switched.
Die Magnetisierungsrichtung in der anderen der beiden ferromagnetischen Schichten bleibt dagegen unverändert. Das Fest- halten der Magnetisierungsrichtung in der zuletzt genannten ferromagnetischen Schicht erfolgt durch eine benachbarte an- tiferromagnetische Schicht, die die Magnetisierungsrichtung festhält, oder dadurch, daß die Schaltschwelle für diese fer- romagnetische Schicht durch anderes Material oder andere Dimensionierung, zum Beispiel Schichtdicke im Vergleich zu der zuerst genannten ferromagnetischen Schicht vergrößert wird.The direction of magnetization in the other of the two ferromagnetic layers, however, remains unchanged. The party- The direction of magnetization in the last-mentioned ferromagnetic layer is maintained by an adjacent anti-ferromagnetic layer, which holds the direction of magnetization, or by the switching threshold for this ferromagnetic layer being changed by another material or dimensioning, for example layer thickness in comparison to the first called ferromagnetic layer is enlarged.
In US 5 541 868 sind ringförmige Speicherelemente vorgeschla- gen worden, die auf dem GMR-Effekt beruhen. Ein Speicherelement umfaßt einen Stapel, der mindestens zwei ringförmige ferromagnetische Schichtelemente und ein nichtmagnetisches leitendes Schichtelement, das dazwischen angeordnet ist, aufweist und der zwischen zwei Leitungen geschaltet ist. Die ferromagnetischen Schichtelemente unterscheiden sich in ihrer Materialzusammensetzung. Eines der ferromagnetischen Schichtelemente ist magnetisch hart, das andere magnetisch weicher. Zum Einschreiben der Information wird die Magnetisierungsrichtung in dem magnetisch weicheren Schichtelement umge- schaltet, während die Magnetisierungsrichtung in dem magnetisch härteren Schichtelement erhalten bleibt.In US 5 541 868 annular storage elements have been proposed which are based on the GMR effect. A storage element comprises a stack which has at least two ring-shaped ferromagnetic layer elements and a non-magnetic conductive layer element which is arranged between them and which is connected between two lines. The ferromagnetic layer elements differ in their material composition. One of the ferromagnetic layer elements is magnetically hard, the other magnetically softer. To write the information, the magnetization direction in the magnetically softer layer element is switched over, while the magnetization direction is retained in the magnetically harder layer element.
Im Hinblick auf einen großtechnischen Einsatz von magnetore- sistiven Elementen zum Beispiel als integrierte magnetoresi- stive Speicherzellenanordnung (sogenanntes MRAM) oder als integrierte Sensoranordnung ist die Integration magnetoresisti- ver Elemente in eine Halbleiterprozeßtechnologie erfoderlich. In der Halbleiterprozeßtechnologie treten insbesondere bei der Fertigstellung der Halbleiteranordnungen im sogenannten Backend-Prozeß auf Scheibenebene, auch BEOL (Back end of li- ne) genannt, Temperaturen bis mindestens etwa 450°C auf (siehe zum Beispiel D. Widmann et al, Technologie integrierter Schaltungen, Springer Verlag 1996, S. 58) , denen die ma- gnetoresistiven Elemente und damit verbundene Leitungen eben- falls ausgesetzt werden. In diesem Temperaturbereich ist aufgrund der Diffusionsbeweglichkeit der in magnetoresistiven Schichtsystemen enthaltene Elemente, insbesondere Fe, Co, Ni, Cu etc., mit einer Diffusion zwischen den ferromagnetischen Schichten und den Leitungen zu rechnen, die die Eigenschaften der ferromagnetischen Schichtelemente so verändert, daß die magnetoresistiven Elemente nicht mehr funktionsfähig sind.With regard to the large-scale use of magnetoresistive elements, for example as an integrated magnetoresistive memory cell arrangement (so-called MRAM) or as an integrated sensor arrangement, the integration of magnetoresistive elements in a semiconductor process technology is required. In semiconductor process technology, temperatures up to at least about 450 ° C. occur in particular in the completion of the semiconductor arrangements in the so-called back-end process at the wafer level, also called BEOL (back end of line) (see, for example, D. Widmann et al, Integrated Technology Schaltungen, Springer Verlag 1996, p. 58), to which the magnetoresistive elements and the associated lines are also exposed. In this temperature range, due to the diffusion mobility of the elements contained in magnetoresistive layer systems, in particular Fe, Co, Ni, Cu etc., to expect a diffusion between the ferromagnetic layers and the lines, which changes the properties of the ferromagnetic layer elements so that the magnetoresistive elements are no longer functional.
Für die Diffusion von Co, Fe und Ni in Anschlüsse oder Leiterbahnen, die AI enthalten werden bei einer Temperaturbela- stung von 450 °C für eine Stunde Diffusionslängen von 600 nm bis 27 μm erwartet. Für die Diffusion von Co, Fe und Ni in Anschlüsse bzw. Leiterbahnen, die Cu enthalten werden bei einer Temperaturbelastung von 450° für eine Stunde Diffusionslängen von 10 bis 50 nm erwartet. Für die Diffusion von Cu in Co, Fe oder Ni werden bei einer thermischen Belastung von einer Stunde bei 450° Diffusionslängen von etwa 1 nm erwartet. Die Diffusionslängen können durch Korngrenzen, Phasengrenzen und Kristalldefekte (Leerstellen und Versetzungen) , durch elektrische Felder und mechanischen Streß um Größenordnungen verstärkt und beschleunigt werden.Diffusion lengths of 600 nm to 27 μm are expected for one hour at a temperature load of 450 ° C for the diffusion of Co, Fe and Ni into connections or conductor tracks that contain AI. For the diffusion of Co, Fe and Ni in connections or conductor tracks containing Cu, diffusion lengths of 10 to 50 nm are expected for one hour at a temperature load of 450 °. For the diffusion of Cu in Co, Fe or Ni, a thermal load of one hour at 450 ° diffusion lengths of about 1 nm is expected. The diffusion lengths can be increased and accelerated by grain boundaries, phase boundaries and crystal defects (vacancies and dislocations), by electrical fields and mechanical stress.
Aufgrund der befürchteten Diffusion kommt es zu einer Veränderung der Materialzusammensetzung in den Grenzflächenzonen, die den spinabhängigen Elektronentransport, auf dem die Magnetowiderstandseffekte in diesen Elementen beruhen, beeinträchtigt. Es muß daher erwartet werden, daß bereits geringe diffusionsbedingte Materialwanderungen mit einer Reichweite im Bereich von 1 bis 5 nm über diese Grenzflächen hinweg zu erheblichen Veränderungen der magnetischen und elektrischen Eigenschaften führen. Bereits Diffusionslängen von einigen Nanometern können völlig veränderte Grenzflächeneigenschaften verursachen, die zu Eigenschaftsdriften oder sogar zum Totalausfall der magnetoresistiven Elemente führen (siehe I. Kaur, W. Gust, λFundamentals of Grain an Interphase Boundary Diffusion', Ziegler Press, Stuttgart (1989), Seiten 16 bis 26, 287, 316 bis 318 und I. Kaur, W. Gust, L. Kozma, Handbook of Grain and Interphase Boundary Data, Volume 1 and 2, Ziegler Press, Stuttgart (1989), Seiten 8 bis 13,220 bis 224, 403, 515, 528, 530, 776, 952 bis 953, 966 bis 998) . Das Problem, magnetoresistive Elemente in eine Halbleiterprozeßtechnik zu integrieren und die dabei möglicherweise auftretende Schwierigkeiten sind in der Literatur bisher nicht behandelt worden.Due to the feared diffusion, there is a change in the material composition in the interface zones, which impairs the spin-dependent electron transport on which the magnetoresistance effects in these elements are based. It must therefore be expected that even slight diffusion-induced material migration with a range in the range of 1 to 5 nm across these interfaces leads to considerable changes in the magnetic and electrical properties. Diffusion lengths of just a few nanometers can cause completely changed interface properties, which lead to property drifts or even total failure of the magnetoresistive elements (see I. Kaur, W. Gust, λ Fundamentals of Grain an Interphase Boundary Diffusion ', Ziegler Press, Stuttgart (1989), Pages 16 to 26, 287, 316 to 318 and I. Kaur, W. Gust, L. Kozma, Handbook of Grain and Interphase Boundary Data, Volume 1 and 2, Ziegler Press, Stuttgart (1989), Pages 8 to 13,220 to 224 , 403, 515, 528, 530, 776, 952 to 953, 966 to 998). The problem of integrating magnetoresistive elements in a semiconductor process technology and the difficulties that may arise have not yet been dealt with in the literature.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein magnetoresisti- ves Element anzugeben, das im Rahmen einer Halbleiterprozeßtechnik herstellbar ist.The invention is based on the problem of specifying a magnetoresistive element which can be produced in the context of a semiconductor process technology.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein magneto- resistives Element gemäß Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.According to the invention, this problem is solved by a magnetoresistive element according to claim 1. Further developments of the invention emerge from the remaining claims.
Das magnetoresistive Element weist ein erstes ferromagnetisches Schichtelement, ein nichtmagnetisches Schichtelement und ein zweites ferromagnetisches Schichtelement auf, wobei das nichtmagnetische Schichtelement zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement und dem zweiten ferromagneti- sehen Schichtelement angeordnet ist. Das erste ferromagnetische Schichtelement ist mit einem ersten Anschluß und das zweite ferromagnetische Schichtelement mit einem zweiten Anschluß elektrisch verbunden. Zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement und dem ersten Anschluß ist eine erste Barriereschicht angeordnet, zwischen dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement und dem zweiten Anschluß ist eine zweite Barriereschicht angeordnet. Die erste Barriereschicht unterdrückt eine Diffusion zwischen dem ersten Anschluß und dem ersten ferromagnetischen Schichtelement, die zweite Bar- riereschicht unterdrückt eine Diffusion zwischen dem zweiten Anschluß und dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement.The magnetoresistive element has a first ferromagnetic layer element, a non-magnetic layer element and a second ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element being arranged between the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element. The first ferromagnetic layer element is electrically connected to a first connection and the second ferromagnetic layer element is electrically connected to a second connection. A first barrier layer is arranged between the first ferromagnetic layer element and the first connection, and a second barrier layer is arranged between the second ferromagnetic layer element and the second connection. The first barrier layer suppresses diffusion between the first connection and the first ferromagnetic layer element, the second barrier layer suppresses diffusion between the second connection and the second ferromagnetic layer element.
Das Vorsehen der ersten Barriereschicht und der zweiten Barriereschicht stellt sicher, daß das magnetoresistive Element, auch wenn es im Rahmen einer Halbleiterprozeßtechnik integriert hergestellt wird, funktionsfähig ist und daß insbesondere Veränderungen der elektrischen und magnetischen Eigen- Schäften aufgrund von diffusionsbedingten Materialwanderungen an den Grenzflächen des ersten ferromagnetischen Schichtelementes und des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes vermieden werden.The provision of the first barrier layer and the second barrier layer ensures that the magnetoresistive element, even if it is produced as part of a semiconductor process technology, is functional and that, in particular, changes in the electrical and magnetic properties Shafts due to diffusion-induced material migration at the interfaces of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element can be avoided.
Der erste Anschluß und der zweite Anschluß sind zur Kontak- tierung des ersten ferromagnetischen Schichtelementes bzw. zweiten ferromagnetischen Schichtelementes geeignet. Insbesondere sind der erste Anschluß und der zweite Anschluß als Kontakt, Leitung oder dergleichen ausgebildet.The first connection and the second connection are suitable for contacting the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element, respectively. In particular, the first connection and the second connection are designed as contacts, lines or the like.
Um die Herstellung des magnetoresistiven Elementes in üblichen Siliziumprozeßtechniken zu ermöglichen, sind die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht vorzugsweise aus einem Material gebildet, das mindestens im Temperaturbereich zwischen 20°C und 450°C als Diffusionsbarriere wirkt.In order to enable the manufacture of the magnetoresistive element in conventional silicon process techniques, the first barrier layer and the second barrier layer are preferably formed from a material which acts as a diffusion barrier at least in the temperature range between 20 ° C. and 450 ° C.
Zur Integration im Rahmen einer planaren Siliziumprozeßtechnik ist es vorteilhaft, das magnetoresistive Element als Sta- pel aus ebenen Schichtelementen vorzusehen. In diesem Fall sind das erste ferromagnetische Schichtelement, das nichtmagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement als ebene Schichtelemente ausgebildet, die als Stapel übereinander angeordnet sind. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Abmessungen des ersten ferromagnetischen Schichtelementes und des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes zwischen 50 nm x 80 nm und 250 nm x 400 nm liegen und die Dicke des ersten ferromagnetischen Schichtelementes und des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes zwischen 2 nm und 20 nm liegt. Die Dicke des nichtmagnetischen Schichtelementes liegt zwischen 1 und 4 n . Der Querschnitt des ersten ferromagnetischen Schichtelementes und des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes ist dabei vorzugsweise im wesentlichen rechteckig. Er kann auch rund, oval, mehreckig oder ringförmig sein. Die ferromagnetischen Schichtelemente enthalten vorzugsweise jeweils mindestens eines der Elemente Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, oder Dy. Das nichtmagnetische Schichtelement kann sowohl leitend als auch nichtleitend sein. Ist das nichtmagnetische Schichtelement aus leitendem Material, zum Beispiel Cu, Au oder AI realisiert, so weist es vorzugsweise eine Abmessung senkrecht zur Grenzfläche zu den ferromagnetischen Schichtelementen von 2 nm bis 4 nm auf. In diesem Fall ist das magnetoresistive Element ein GMR-Element.For integration in the context of a planar silicon process technology, it is advantageous to provide the magnetoresistive element as a stack of flat layer elements. In this case, the first ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element and the second ferromagnetic layer element are designed as flat layer elements which are arranged one above the other as a stack. It is within the scope of the invention that the dimensions of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element are between 50 nm x 80 nm and 250 nm x 400 nm and the thickness of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element is between 2 nm and 20 nm. The thickness of the non-magnetic layer element is between 1 and 4 n. The cross section of the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element is preferably essentially rectangular. It can also be round, oval, polygonal or ring-shaped. The ferromagnetic layer elements preferably each contain at least one of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, or Dy. The non-magnetic layer element can be both conductive and non-conductive. If the non-magnetic layer element is made of a conductive material, for example Cu, Au or Al, it preferably has a dimension perpendicular to the interface with the ferromagnetic layer elements of 2 nm to 4 nm. In this case, the magnetoresistive element is a GMR element.
Ist das nichtmagnetische Schichtelement aus nichtleitendem Material, zum Beispiel AI2O3, NiO, Hfθ2, iθ2, NbO und/oder Siθ2, realisiert, so weist es vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 bis 4 nm auf. In diesem Fall ist das magnetoresistive Element ein TMR-Element, das im Vergleich zu einem GMR- Element einen hohen elektrischen Widerstand senkrecht zur Tunnelschicht aufweist.If the non-magnetic layer element is made of a non-conductive material, for example Al 2 O 3, NiO, HfO 2, iO 2, NbO and / or SiO 2, then it preferably has a thickness of between 1 and 4 nm. In this case, the magnetoresistive element is a TMR element which, compared to a GMR element, has a high electrical resistance perpendicular to the tunnel layer.
Die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht ent- halten vorzugsweise Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN und/oder Pd2Si. In diesem Fall sind die Barriereschichten wirksam für ferromagnetische Schichtelemente, die Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd und/oder Dy enthalten und Anschlüsse, die aus AI, Al/Cu, Cu, Al/Si oder Cu mit Legie- rungszusätzen von Ti, Hf, Zr, Mg und/oder AI bestehen.The first barrier layer and the second barrier layer preferably contain Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si. In this case, the barrier layers are effective for ferromagnetic layer elements which contain Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd and / or Dy and connections which are made of Al, Al / Cu, Cu, Al / Si or Cu with alloy additives consist of Ti, Hf, Zr, Mg and / or Al.
Durch Einführung der ersten Barriereschicht und zweiten Barriereschicht, die als Diffusionsbarriere zwischen dem ersten bzw. zweiten Anschluß und dem ersten bzw. zweiten ferromagne- tischen Schichtelement wirken, wird eine Diffusion von Co, Fe und Ni in den ersten Anschluß bzw. den zweiten Anschluß dadurch verhindert, daß die Diffusionslängen der Barriereschicht bei Temperaturbelastungen von einer Stunde bei 450° unter 1 nm liegen. Die Dicke der Barriereschichten beträgt vorzugsweise 10 bis 100 nm, so daß diese Diffusion wirksam unterdrückt wird. Das magnetoresistive Element ist unter anderem vorteilhaft als Speicherelement in einer Speicherzellenanordnung verwendbar. In diesem Fall sind der erste Anschluß und der zweite Anschluß mit Leitungen verbunden oder Teil von Leitungen, über die das magnetoresistive Element angesteuert wird. Darüber hinaus ist das magnetoresistive Element als Sensorelement einsetzbar.By introducing the first barrier layer and the second barrier layer, which act as a diffusion barrier between the first and second connection and the first and second ferromagnetic layer element, respectively, a diffusion of Co, Fe and Ni into the first connection and the second connection is thereby prevents the diffusion lengths of the barrier layer from being less than 1 nm at 450 ° C. when subjected to temperature loads of one hour. The thickness of the barrier layers is preferably 10 to 100 nm, so that this diffusion is effectively suppressed. The magnetoresistive element can, among other things, advantageously be used as a memory element in a memory cell arrangement. In this case, the first connection and the second connection are connected to lines or part of lines via which the magnetoresistive element is driven. In addition, the magnetoresistive element can be used as a sensor element.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert .The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which are illustrated in the figures.
Figur 1 zeigt ein magnetoresistives Element, das zwischen einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß ge- schaltet ist.FIG. 1 shows a magnetoresistive element which is connected between a first connection and a second connection.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Speicherzellenanordnung, die als Speicherelemente magnetoresistive Elementen aufweist.FIG. 2 shows a section of a memory cell arrangement which has magnetoresistive elements as memory elements.
Ein erstes ferromagnetisches Schichtelement 1, ein nichtmagnetisches Schichtelement 2 und ein zweites ferromagnetisches Schichtelement 3 sind als Stapel übereinander angeordnet (siehe Figur 1). Sie weisen einen im wesentlichen rechtecki- gen Querschnitt mit Abmessungen von 130 nm x 250 nm auf. InA first ferromagnetic layer element 1, a non-magnetic layer element 2 and a second ferromagnetic layer element 3 are arranged one above the other as a stack (see FIG. 1). They have an essentially rectangular cross section with dimensions of 130 nm x 250 nm. In
Richtung der Schichtenfolge weisen das erste ferromagnetische Schichtelement 1 und das zweite ferromagnetische Schichtelement 2 eine Dicke von 10 nm auf. Das nichtmagnetische Schichtelement 2 weist eine Dicke von 2 nm auf. Das erste ferroma- gnetische Schichtelement 1 enthält Co. Das nichtmagnetische Schichtelement enthält AI2O3. Das zweite ferromagnetische Schichtelement 3 enthält NiFe.In the direction of the layer sequence, the first ferromagnetic layer element 1 and the second ferromagnetic layer element 2 have a thickness of 10 nm. The non-magnetic layer element 2 has a thickness of 2 nm. The first ferromagnetic layer element 1 contains Co. The non-magnetic layer element contains Al2O 3 . The second ferromagnetic layer element 3 contains NiFe.
Das erste ferromagnetische Schichtelement 1 ist über eine er- ste Barriereschicht 4 mit einem ersten Anschluß 5 elektrisch verbunden. Die erste Barriereschicht 4 weist ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt entsprechend den Abmessungen des er- sten ferromagnetischen Schichtelementes 1 auf. Die Dicke der ersten Barriereschicht 4 beträgt 10 bis 100 nm. Die erste Barriereschicht 4 besteht aus Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN und/oder Pd2Si. Der erste An- schluß 5 besteht aus AlSi, AlCu, Cu oder Cu mit Legierungszusätzen aus Ti, Hf, Zr, Mg und/oder AI.The first ferromagnetic layer element 1 is electrically connected to a first terminal 5 via a first barrier layer 4. The first barrier layer 4 likewise has a rectangular cross section corresponding to the dimensions of the most ferromagnetic layer element 1. The thickness of the first barrier layer 4 is 10 to 100 nm. The first barrier layer 4 consists of Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si. The first connection 5 consists of AlSi, AlCu, Cu or Cu with alloy additions of Ti, Hf, Zr, Mg and / or Al.
Das zweite ferromagnetische Schichtelement 3 ist über eine zweite Barriereschicht 6 mit einem zweiten Anschluß 7 verbun- den. Die zweite Barriereschicht 6 weist ebenfalls einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf mit Abmessungen entsprechend dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement 3 und eine Dicke von 10 bis 100 nm. Die zweite Barriereschicht 6 enthält Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN und/oder Pd2Si. Der zweite Anschluß 7 enthält AlSi,The second ferromagnetic layer element 3 is connected to a second connection 7 via a second barrier layer 6. The second barrier layer 6 likewise has an essentially rectangular cross section with dimensions corresponding to the second ferromagnetic layer element 3 and a thickness of 10 to 100 nm. The second barrier layer 6 contains Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti, TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si. The second connection 7 contains AlSi,
AlCu, Cu oder Cu mit Legierungszusätzen aus Ti, Hf, Zr, Mg oder AI.AlCu, Cu or Cu with alloy additives made of Ti, Hf, Zr, Mg or AI.
Der erste Anschluß 5 und der zweite Anschluß 7 können jeweils Teil von Leitungen sein, über die das magnetoresistive Element 1, 2, 3 ansteuerbar ist.The first connection 5 and the second connection 7 can each be part of lines via which the magnetoresistive element 1, 2, 3 can be controlled.
Zum Aufbau einer Speicherzellenanordnung, die als Speicherzellen S magnetoresistive Elemente aufweist, die wie anhand von Figur 1 geschildert ausgebildet sind, werden die Speicherelemente S rasterförmig angeordnet. Jedes Speicherelement S ist dabei zwischen eine erste Leitung Ll und eine zweite Leitung L2 geschaltet. Dabei ist der erste Anschluß jedes der Speicherelemente S jeweils mit der ersten Leitung Ll verbun- den oder ist Teil der ersten Leitung Ll und der zweite Anschluß mit der zweiten Leitung L2 verbunden oder ist Teil der zweiten Leitung L2. Die ersten Leitungen Ll verlaufen untereinander parallel und kreuzen die zweiten Leitungen L2, die untereinander ebenfalls parallel verlaufen (siehe Figur 2) . Zum Schreiben eines Speicherelementes S fließt über eine zugehörige Leitung Ll und eine zugehörige zweite Leitung L2 jeweils ein solcher Strom, daß am Kreuzungspunkt der ersten Leitung Ll und der zweiten Leitung L2, an dem das Speicherelement angeordnet ist, ein ausreichendes Magnetfeld entsteht, um die Magnetisierungsrichtung eines der ferromagnetischen Schichtelemente umzuschalten. Das am jeweiligen Kreuzungs- punkt wirksame Magnetfeld ist dabei eine Überlagerung aus dem durch den Stromfluß in der ersten Leitung Ll induzierten Magnetfeld und dem durch den Stromfluß in der zweiten Leitung L2 induzierten Magnetfeld.In order to build up a memory cell arrangement which has magnetoresistive elements as memory cells S, which are designed as described with reference to FIG. 1, the memory elements S are arranged in a grid. Each storage element S is connected between a first line L1 and a second line L2. The first connection of each of the memory elements S is connected to the first line L 1 or is part of the first line L 1 and the second connection is connected to the second line L 2 or is part of the second line L 2. The first lines L1 run parallel to one another and cross the second lines L2, which also run parallel to one another (see FIG. 2). In order to write a memory element S, such a current flows via an associated line L1 and an associated second line L2 that the first at the crossing point Line L1 and the second line L2, on which the storage element is arranged, a sufficient magnetic field is created to switch the direction of magnetization of one of the ferromagnetic layer elements. The magnetic field effective at the respective crossing point is a superposition of the magnetic field induced by the current flow in the first line L1 and the magnetic field induced by the current flow in the second line L2.
In der Speicherzellenanordnung wird dem Widerstandswert der magnetoresistiven Elemente, der der parallelen Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung im ersten ferromagnetischen Schichtelement zu der im zweiten ferromagnetischen Schichtelement entspricht, ein erster logischer Wert, dem Wider- standswert, der der antiparallelen Ausrichtung der Magneti- sierungsrichtung in dem ersten ferromagnetischen Schichtelement zu dem des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes entspricht, ein zweiter logischer Wert zugeordnet. In the memory cell arrangement, the resistance value of the magnetoresistive elements, which corresponds to the parallel orientation of the magnetization direction in the first ferromagnetic layer element to that in the second ferromagnetic layer element, becomes a first logical value, the resistance value, which corresponds to the antiparallel orientation of the magnetization direction in the first ferromagnetic layer element Layer element corresponds to that of the second ferromagnetic layer element, assigned a second logical value.

Claims

Patentansprüche claims
1. Magnetoresistives Element,1. magnetoresistive element,
- bei dem ein erstes ferromagnetisches Schichtelement (1), ein nichtmagnetisches Schichtelement (2) und ein zweites ferromagnetisches Schichtelement (3) vorgesehen sind, wobei das nichtmagnetische Schichtelement (2) zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement (1) und dem zweiten ferro- magnetischen Schichtelement (3) angeordnet ist,- In which a first ferromagnetic layer element (1), a non-magnetic layer element (2) and a second ferromagnetic layer element (3) are provided, the non-magnetic layer element (2) between the first ferromagnetic layer element (1) and the second ferromagnetic layer element (3) is arranged
- bei dem das erste ferromagnetische Schichtelement (1) mit einem ersten Anschluß (5) und das zweite ferromagnetische Schichtelement (3) mit einem zweiten Anschluß (7) verbunden ist,- in which the first ferromagnetic layer element (1) is connected to a first connection (5) and the second ferromagnetic layer element (3) is connected to a second connection (7),
- bei dem zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement (1) und dem ersten Anschluß (5) eine erste Barriereschicht (4) und zwischen dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement (3) und dem zweiten Anschluß (7) eine zweite Barriereschicht (6) angeordnet ist, wobei die erste Barriereschicht (4) eine Diffusion zwischen dem ersten Anschluß (5) und dem ersten ferromagnetischen Schichtelement (1) und die zweite Barriereschicht (6) eine Diffusion zwischen dem zweiten Anschluß (7) und dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement (3) unterdrückt.- In which a first barrier layer (4) and between the second ferromagnetic layer element (3) and the second connection (7) a second barrier layer (6) is arranged between the first ferromagnetic layer element (1) and the first connection (5), wherein the first barrier layer (4) suppresses diffusion between the first connection (5) and the first ferromagnetic layer element (1) and the second barrier layer (6) prevents diffusion between the second connection (7) and the second ferromagnetic layer element (3).
2. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1, bei dem die erste Barriereschicht (4) und die zweite Barrie- reschicht (6) mindestens im Temperaturbereich zwischen 20°C und 450°C als Diffusionsbarriere wirken.2. Magnetoresistive element according to claim 1, in which the first barrier layer (4) and the second barrier layer (6) act as a diffusion barrier at least in the temperature range between 20 ° C and 450 ° C.
3. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste ferromagnetische Schichtelement (1), das nichtmagnetische Schichtelement (2) und das zweite ferromagnetische Schichtelement (3) als ebene Schichtelemente ausgebildet sind und als Stapel übereinander angeordnet sind. 3. Magnetoresistive element according to claim 1 or 2, wherein the first ferromagnetic layer element (1), the non-magnetic layer element (2) and the second ferromagnetic layer element (3) are designed as flat layer elements and are arranged as a stack one above the other.
4. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3,4. Magnetoresistive element according to one of claims 1 to 3,
- bei dem der erste Anschluß (5) und/oder der zweite Anschluß (7) AI, Cu und/oder Si mit oder ohne Legierungszusätze aus Ti, Hf, Zr, Mg, AI enthält,in which the first connection (5) and / or the second connection (7) contains Al, Cu and / or Si with or without alloy additions of Ti, Hf, Zr, Mg, Al,
- bei dem die erste Barriereschicht (4) und/oder die zweite Barriereschicht (6) Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti,- in which the first barrier layer (4) and / or the second barrier layer (6) Ta, W, Mo, Nb, TaN, WN, MoN, NbN, Ti,
TiN, TiW, Cr, WSiN und/oder Pd2Si enthalten.TiN, TiW, Cr, WSiN and / or Pd2Si included.
5. Magnetoresistives Element nach Anspruch 4, bei dem die erste Barrierschicht (4) und die zweite Barriere- schicht (6) jeweils eine Dicke zwischen 10 und 100 nm aufweisen.5. Magnetoresistive element according to claim 4, wherein the first barrier layer (4) and the second barrier layer (6) each have a thickness between 10 and 100 nm.
6. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5,6. Magnetoresistive element according to one of claims 1 to 5,
- bei dem das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement (3) Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd und/oder Dy enthalten,in which the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element (3) contain Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd and / or Dy,
- bei dem das nichtmagnetische Element (2) AI2O3, NiO, HfC>2, Tiθ2, NbO, Siθ2, Cu, Au und/oder AI enthält.- In which the non-magnetic element (2) contains Al2O3, NiO, HfC> 2, TiO2, NbO, SiO2, Cu, Au and / or Al.
7. Verwendung eines magnetoresistiven Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Speicherelement in einer Speicher- Zeilenanordnung. 7. Use of a magnetoresistive element according to one of claims 1 to 6 as a memory element in a memory array.
PCT/DE1999/003696 1998-11-19 1999-11-19 Magnetoresistive element and utilisation thereof as a storage element in a storage cell array WO2000031809A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853427.2 1998-11-19
DE19853427 1998-11-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000031809A1 true WO2000031809A1 (en) 2000-06-02

Family

ID=7888372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/003696 WO2000031809A1 (en) 1998-11-19 1999-11-19 Magnetoresistive element and utilisation thereof as a storage element in a storage cell array

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW446941B (en)
WO (1) WO2000031809A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10043159A1 (en) * 2000-09-01 2002-03-21 Infineon Technologies Ag Memory cell arrangement and method for its production
EP1195820A2 (en) * 2000-09-06 2002-04-10 Infineon Technologies AG Integrated magnetoresistive circuit
WO2003088253A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 Infineon Technologies Ag Material combinations for tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask and tunnel junction stack seed layer in mram processing
WO2003096354A1 (en) * 2002-05-10 2003-11-20 Infineon Technologies Ag Surface-smoothing conductive layer for semiconductor devices with magnetic material layers
WO2005043546A1 (en) * 2003-10-28 2005-05-12 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive memory cell and method for producing the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308394A (en) * 1987-06-10 1988-12-15 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of magnetoresistance effect element
US5524092A (en) * 1995-02-17 1996-06-04 Park; Jea K. Multilayered ferroelectric-semiconductor memory-device
US5777542A (en) * 1995-08-28 1998-07-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect device and manufacturing method thereof
US5792569A (en) * 1996-03-19 1998-08-11 International Business Machines Corporation Magnetic devices and sensors based on perovskite manganese oxide materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308394A (en) * 1987-06-10 1988-12-15 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of magnetoresistance effect element
US5524092A (en) * 1995-02-17 1996-06-04 Park; Jea K. Multilayered ferroelectric-semiconductor memory-device
US5777542A (en) * 1995-08-28 1998-07-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect device and manufacturing method thereof
US5792569A (en) * 1996-03-19 1998-08-11 International Business Machines Corporation Magnetic devices and sensors based on perovskite manganese oxide materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 147 (E - 741) 11 April 1989 (1989-04-11) *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10043159A1 (en) * 2000-09-01 2002-03-21 Infineon Technologies Ag Memory cell arrangement and method for its production
US6943393B2 (en) 2000-09-01 2005-09-13 Infineon Technologies Ag Memory cell arrangement and method of fabricating it
EP1195820A2 (en) * 2000-09-06 2002-04-10 Infineon Technologies AG Integrated magnetoresistive circuit
EP1195820A3 (en) * 2000-09-06 2007-08-15 Infineon Technologies AG Integrated magnetoresistive circuit
WO2003088253A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 Infineon Technologies Ag Material combinations for tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask and tunnel junction stack seed layer in mram processing
JP2005523575A (en) * 2002-04-18 2005-08-04 インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト Combination of materials of tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask, and tunnel junction stack seed film in MRAM processing
KR100727710B1 (en) * 2002-04-18 2007-06-13 인피네온 테크놀로지스 아게 Material combinations for tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask and tunnel junction stack seed layer in mram processing
CN100444280C (en) * 2002-04-18 2008-12-17 因芬尼昂技术股份公司 Material combinations for tunnel junction cap layer, tunnel junction hard mask and tunnel junction stack seed layer in mram processing
WO2003096354A1 (en) * 2002-05-10 2003-11-20 Infineon Technologies Ag Surface-smoothing conductive layer for semiconductor devices with magnetic material layers
US6846683B2 (en) 2002-05-10 2005-01-25 Infineon Technologies Ag Method of forming surface-smoothing layer for semiconductor devices with magnetic material layers
WO2005043546A1 (en) * 2003-10-28 2005-05-12 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive memory cell and method for producing the same
US7566941B2 (en) 2003-10-28 2009-07-28 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive memory cell and process for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
TW446941B (en) 2001-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1019913B1 (en) Memory cell arrangement
DE69735627T2 (en) GIANT MAGNETORESISTICALLY ALL-METAL SOLID BODY ELEMENT
DE112011103750B4 (en) Non-volatile magnetic tunnel junction transistor
DE69735780T2 (en) Ferromagnetic memory of fip-flop type
DE69923244T2 (en) Magnetoresistive memory arrangements
DE60223573T2 (en) MAGNETIC STORAGE ARRANGEMENT DESCRIBED BY SPIN-POLARIZED ELECTRICITY USING AMORPH-FERRIMAGNETIC ALLOYS, AND WRITING PROCEDURES IN THIS STORAGE ARRANGEMENT
DE60222985T2 (en) Magnetic storage device and its manufacturing method
EP1148511B1 (en) MRAM memory
EP1163676B1 (en) Storage cell array and method for the production thereof
DE60313660T2 (en) SYNTHETIC ANTIFERROMAGNETIC STRUCTURE FOR A MAGNETOELECTRONIC DEVICE
DE102010037257A1 (en) Magnetic storage devices
DE102019116096A1 (en) URBAN SOT-MRAM STORAGE CELL USING SPIN SWAPPING-INDUCED SPIN CURRENT
DE102008006543A1 (en) Electronic memory for integrated circuit, has controller applying electrical signal at memory cells for differentiating four different memory states from each other and reading two bits of data from memory cells
EP1157388B1 (en) Storage cell arrangement and method for producing the same
DE60304209T2 (en) MAGNETIC TUNNEL BARRIER MEMORY CELL ARCHITECTURE
EP1105890B1 (en) Magnetoresistive element and the use thereof as storage element in a storage cell array
DE60301294T2 (en) Magnetic storage devices
DE112017001644T5 (en) NON-VOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING NON-VOLATILE MEMORY DEVICE
DE102008039733A1 (en) Integrated circuits, methods of operating an integrated circuit, memory modules
DE60203677T2 (en) Method for changing the switching field properties of magnetic tunnel junctions
DE102006015971A1 (en) Memory element with adiabatic rotation switching and ferromagnetic decoupling layer
DE19942447C2 (en) Memory cell arrangement and method for its operation
WO2000031809A1 (en) Magnetoresistive element and utilisation thereof as a storage element in a storage cell array
EP1112575B1 (en) Magnetoresistive element and use of same as storage element in a storage system
EP1444709B1 (en) Method for homogeneously magnetizing an exchange-coupled layer system of a digital magnetic memory location device

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase