[發(fā)明專利]存儲單元裝置及其制法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00804343.4
• 申請日: 2000-02-01
• 公開（公告）號: CN1341281A
• 公開（公告）日: 2002-03-20
• 發(fā)明（設計）人: S·施瓦茨
• 申請（專利權(quán)）人: 因芬尼昂技術(shù)股份公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;G11C11/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 馬鐵良,張志醒

本發(fā)明涉及具有至少一只磁致電阻元件的存儲單元裝置及其制法。

作為也稱為磁電阻元件的磁致電阻元件在學術(shù)界理解為至少具有兩鐵磁層和其間安排的非磁性層的結(jié)構(gòu)。這里各按層結(jié)構(gòu)的建立，區(qū)分GMR元件、TMR元件和CMR元件(參閱S.Mengel，“工藝分析磁學”，卷2，XMR-工藝，出版者VDI技術(shù)中心物理工藝，1997年8月)。

GMR元件的概念用于具有至少兩鐵磁層和其間安排的非磁導電層并顯示所謂GMR(大磁致電阻)效應的層結(jié)構(gòu)。GMR效應理解為這樣的事實，即GMR元件的電阻取決于在兩鐵磁層內(nèi)磁化平行或反平行取向。GMR效應比所謂的AMR(各向異性磁致電阻)效應大。AMR效應理解為這樣的事實，即在磁化導線內(nèi)的電阻在平行或垂直磁化方向是不同的。在AMR效應中涉及在鐵磁單層內(nèi)出現(xiàn)的體積效應。

TMR元件的概念在學術(shù)界用于具有至少兩鐵磁層和其間安排的絕緣、非磁性層的隧道磁致電阻層結(jié)構(gòu)。這里絕緣層是如此之薄，以致可引起在兩鐵磁層之間的隧道電流。該層結(jié)構(gòu)也顯示磁致電阻效應，該效應是由安排在兩鐵磁層之間的絕緣、非磁性層的自旋極化隧道電流引起的。即使在這種情況下，TMR元件的電阻也取決于在兩鐵磁層內(nèi)磁化方向平行或反平行取向。這時相對電阻變化在室溫時約為6～40％。

由于其量很大(在室溫相對電阻變化為100～400％)稱為CMR(巨大磁致電阻)效應的另一磁致電阻效應，由于其高的矯頑力要求使用高磁場用于在磁化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

已經(jīng)建議：(參閱例如D.D.Tang等，IEDM?95，第997~999頁，固體薄膜，卷216(1992)，第一62~168頁，Z.Wang等，(磁學及磁性材料雜志?Journal?of?Magnetism?and?Magnetic?Materials)，卷155(1996)，第一61~163頁)GMR元件作為存儲單元裝置內(nèi)的存儲元件。該存儲元件經(jīng)讀線串聯(lián)。既與讀線也與存儲元件絕緣的字線與讀線交叉延伸。加在字線上的信號通過在每條字線內(nèi)流過的電流引起磁場，該磁場在足夠強度時影響處于其下的存儲單元。為了寫入信息，應用處在應寫入的存儲單元上交叉的X/Y線。在它上面加上信號，該信號在交叉點上產(chǎn)生足夠改變磁化用的磁場。這時在兩鐵磁層之一層內(nèi)的磁化方向轉(zhuǎn)換。相反在兩鐵電層的另一層內(nèi)磁化方向保持不變。在最后所述的鐵磁層內(nèi)維持磁化方向，通過保持磁化方向的相鄰反鐵磁層實現(xiàn)，或者通過以下方式實現(xiàn)，即對該鐵磁層的開關(guān)閾或通過其它材料或其它尺寸，例如層厚，比開始所述的鐵磁層增加。

在US5541868和US5477482中提出基于GMR效應的環(huán)形存儲元件。存儲元件包含一疊層，它具有至少兩環(huán)形鐵磁層元件和安排其間的非磁導電層，并且連接在兩導線之間。鐵磁層元件在其材料組成有差異，鐵磁層元件之一是硬磁的而另一是較軟的。為了寫入信息，在較軟磁性層元件內(nèi)轉(zhuǎn)換磁化方向，而在較硬磁性層元件內(nèi)保持磁化方向。

基于GMR效應的、具有環(huán)形存儲元件的另一存儲單元裝置在WO96/25740內(nèi)提出。它具有由兩磁性材料構(gòu)成的層元件，其中之一具有高矯頑力，而另一具有低矯頑力。為了控制磁致電阻元件提供兩驅(qū)動線，兩者通過環(huán)形GMR元件中央延伸。借助磁場實現(xiàn)磁化方向的轉(zhuǎn)換，該磁場是通過在兩驅(qū)動線內(nèi)的電流感應的。

為了轉(zhuǎn)換磁化方向，其間連接GMR元件的兩導線之間流過電流，該電流也經(jīng)存儲單元流過。由該電流感應的磁場用于改變磁化方向。

因為兩驅(qū)動線通過環(huán)形GMR元件中央延伸，并彼此必須絕緣，所以在該裝置中可達到的組裝密度受到限制。

本發(fā)明的課題是：提供具有至少一只磁致電阻元件的存儲單元裝置，它對外界干擾磁場不敏感，這種裝置無論對具有TMR效應或?qū)哂蠫MR效應的磁致電阻元件是能工作的，并且具有比當前技術(shù)提高的組裝密度是可以制造的。此外，應當提供這種存儲單元裝置的制法。

該課題通過權(quán)利要求1的存儲單元裝置以及根據(jù)權(quán)利要求11的其制法解決。本發(fā)明的其它擴展源于從屬權(quán)利要求。

存儲單元裝置具有至少一只磁致電阻元件，該元件具有在層平面內(nèi)的環(huán)形截面。磁致電阻元件具有垂直層平面彼此疊置的層元件。通過應用具有環(huán)形截面的磁致電阻元件達到對外干擾磁場提高的不敏感性，因為外界干擾磁場在環(huán)形元件范圍極均勻并因此是極其無效。可以屏棄附加的屏蔽措施，例如在應用μ金屬情況下。