專利名稱：含有嵌入導體的軟基準層的磁阻器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁阻器件。本發(fā)明也涉及數(shù)據(jù)存儲。
一種典型的MRAM器件包含存儲器單元陣列，沿存儲器單元行延伸的字線，和沿存儲器單元列延伸的位線。每個存儲器單元都位于字線和位線的交叉點上。
存儲器單元可以基于隧道磁阻(TMR)器件如自旋相關(guān)隧道(SDT)結(jié)。一種典型的SDT結(jié)包含釘軋層，靈敏層和夾在釘軋層和靈敏層之間的絕緣隧道勢壘層。釘軋層有一固定的磁化取向使之在所關(guān)心的范圍內(nèi)存在外加磁場時不旋轉(zhuǎn)。靈敏層含有能沿任意兩個方向之一取向的磁化與釘軋層磁化方向相同或與釘軋層磁化方向相反。如果釘軋層和靈敏層沿同一方向磁化，那么SDT結(jié)的取向就是所謂的“平行”。如果釘軋層和靈敏層沿相反方向磁化，那么SDT結(jié)的取向就是所謂的“反平行”。這兩個穩(wěn)定的取向，平行和反平行，對應(yīng)于‘0’和‘1’的邏輯值。
釘軋層磁化的取向可以通過其下的反鐵磁(AF)釘軋層來固定。該AF釘軋層提供大的交換場，此場將釘軋層的磁化保持在一個方向。其下的AF層通常是第一和第二籽晶層。該第一籽晶層允許該第二籽晶層以(111)晶體結(jié)構(gòu)取向生長。該第二籽晶層為AF釘軋層建立(111)晶體結(jié)構(gòu)取向。
由下面的詳細描述并結(jié)合附圖，通過舉例的方式說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得明顯。
圖2是

圖1所示的磁存儲器件的數(shù)據(jù)和基準層的磁滯回路的說明。
圖3是圖1所示的磁存儲器件執(zhí)行讀出操作的第一種方法的說明。
圖4a和4b是對應(yīng)第一種方法的器件磁化取向的說明。
圖5是圖1所示的磁存儲器件執(zhí)行讀出操作的第二種方法的說明。
圖6a-6e和圖7a-7e進一步說明第二種方法。
圖8是實施第二種方法的一種電路的說明。
圖9a和9b是示于圖8的電路的時序圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的MRAM器件的說明。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一種MRAM器件的說明。
圖12是在讀出操作期間另一種MRAM器件的說明。
圖13a，13b和圖14-17是根據(jù)本發(fā)明的MRAM器件的不同包覆導體的說明。
圖18-21是根據(jù)本發(fā)明的制造包覆導體的說明。
如果數(shù)據(jù)層12和基準層14的磁化向量(M1和M2)指向相同方向，則磁隧道結(jié)11的取向就是所謂“平行”。如果數(shù)據(jù)層12和基準層14的磁化向量(M1和M2)指向相反方向，則磁隧道結(jié)11的取向就是所謂“反平行”。這兩個穩(wěn)定的取向，平行和反平行，對應(yīng)于‘0’和‘1’的邏輯值。
絕緣隧道勢壘層16允許在數(shù)據(jù)層12和基準層14之間發(fā)生量子力學隧道效應(yīng)。這種隧道現(xiàn)象與電子自旋相關(guān)，它使磁隧道結(jié)11的電阻成為數(shù)據(jù)層12和基準層14的磁化向量(M1和M2)相對取向的函數(shù)。例如，如果磁隧道結(jié)11的磁化取向是平行的，磁隧道結(jié)11的電阻為第一值(R)，并且如果磁化取向是反平行的，則為第二值(R+ΔR)。絕緣隧道勢壘層16可以由氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氮化硅(SiN4)、氮化鋁(AlNX)、或氧化鎂(MgO)制成。其他電介質(zhì)和某些半導體材料可以用于絕緣隧道勢壘層16。絕緣隧道勢壘層16的厚度范圍從大約0.5納米到大約3納米。
數(shù)據(jù)層12的矯頑力(HC1)大大高于基準層14的矯頑力(HC2)(參見圖2，分別示出數(shù)據(jù)層12和基準層14的磁滯回路L1和L2)。數(shù)據(jù)層12的矯頑力(HC1)可以比基準層14的矯頑力至少大2-5倍。例如，數(shù)據(jù)層12的矯頑力(HC1)可能大約是25Oe，而基準層14的矯頑力(HC2)可能大約是5Oe。最好使基準層14的矯頑力(HC2)盡可能低(例如，使基準層14盡可能薄)。這樣，基準層14被認為比數(shù)據(jù)層12“軟”，因為其磁化向量(M2)非常容易翻轉(zhuǎn)。
通過對層12和層14兩層使用不同位形、不同幾何、不同組成、不同厚度等，此兩層12和14可以獲得不同的矯頑力?？赡艿蔫F磁層材料包含鎳鐵(NiFe)、鎳鐵鈷(NiFeCo)、鐵鈷(CoFe)、NiFe和Co的其他軟磁合金、摻雜的非晶鐵磁合金、和坡莫合金(PERMALLOYTM)。例如，數(shù)據(jù)層12可以由材料如NiFeCo或CoFe制成，并且基準層14可以由材料如NiFe制成。
沿X-軸延伸的第一導體18同數(shù)據(jù)層12保持接觸。沿Y-軸延伸的第二導體20同基準層14保持接觸。展示的第一導體18和第二導體20是正交的。在第二導體20之上是第三導體22，它也沿Y-軸延伸。電絕緣體24(例如，介電材料層)將第二導體20和第三導體22分隔開。導體18、20和22由導電材料如鋁、銅、金或銀制成。
通過給第一導體18和第二導體20提供寫入電流可以向磁隧道結(jié)11寫入數(shù)據(jù)。給第一導體18提供的電流在第一導體18的周圍生成磁場，以及向第二導體20提供的電流在第二導體20的周圍生成磁場。這兩個磁場，當合成起來時，就超過數(shù)據(jù)層12的矯頑力(HC1)，并因此使數(shù)據(jù)層12的磁化向量(M1)按需要的取向建立(該取向?qū)⒁蕾囉谔峁┙o第一導體18和第二導體20的電流的方向)。磁化沿二個取向中的一個建立，即對應(yīng)于邏輯‘1’的取向或?qū)?yīng)于邏輯‘0’的取向。由于基準層14的矯頑力(HC2)小于數(shù)據(jù)層12的矯頑力，合成的磁場使基準層14的磁化(M2)采取數(shù)據(jù)層12磁化(M1)的相同取向。
在取消導體18和20的寫入電流之后，數(shù)據(jù)層12的磁化向量(M1)仍保留其取向?；鶞蕦?4的磁化向量(M2)的取向可以保留或不保留。如果基準層14是“極軟”的，當取消導體18和20的寫入電流時它將失去其磁化取向。
第三導體22可用于幫助寫入操作。在寫入操作期間，通過給第三導體22提供電流，在第三導體22周圍產(chǎn)生的磁場同其他兩個磁場合成以促進數(shù)據(jù)層12的磁化向量(M1)按所需的取向建立。
圖3說明讀出磁存儲器件10的第一種方法。給第三導體22提供電流，并且產(chǎn)生的磁場使基準層14的磁化向量(M2)采取特殊的取向(方框110)。所產(chǎn)生的磁場不影響數(shù)據(jù)層12的磁化向量(M1)。因為基準層14的矯頑力(HC2)低，所以第三導體電流的幅度可以低。
當給第三導體22提供電流，電壓就加在磁隧道結(jié)11的兩端(方框110)。第一導體18和第二導體20可以用于將電壓加在磁隧道結(jié)11的兩端。該電壓使檢測電流流經(jīng)磁隧道結(jié)11。
磁隧道結(jié)11的電阻是通過檢測流經(jīng)磁隧道結(jié)11的電流來測量的(方框112)。檢測的電流反比于磁隧道結(jié)11的電阻。于是IS＝V/R或IS＝V/(R+ΔR)，這里V是施加的電壓，IS是檢測的電流，R是器件10的標稱電阻，以及ΔR是從平行磁化取向變到反平行磁化取向所引起的電阻的改變。
現(xiàn)在參看圖4a和4b。設(shè)磁隧道結(jié)11有1兆歐的標稱電阻(R)，和30％的隧道磁阻。讀出電流(IR)被描述為流進第三導體22的電流。讀出電流(IR)使基準層14的磁化向量(M2)朝向左方。如果測得的電阻R＝1兆歐，數(shù)據(jù)層12存儲第一邏輯值(圖4a)。如果測得的電阻R＝1.3兆歐，則數(shù)據(jù)層12存儲第二邏輯值(圖4b)。于是，通過朝已知的取向建立基準層14的磁化和測量器件10的電阻(R或R+ΔR)，就確定了存儲在磁存儲器件10中的邏輯值。
圖5說明讀出磁存儲器件10的第二種方法。將雙極性脈沖加到第三導體22上(方框210)，并檢查結(jié)電阻的變化(212)。變化的方向(即，從高變到低，或從低變到高)表示數(shù)據(jù)層12的磁化取向，并因此邏輯值存儲在磁存儲器件10中。
圖6a-6e進一步說明同存儲邏輯‘0’的數(shù)據(jù)層12有關(guān)的第二種方法。將雙極性脈沖250加到第三導體22上(圖6a)。雙極性脈沖250具有緊跟著負極性254(對應(yīng)于邏輯‘1’)的正極性252(對應(yīng)于邏輯‘0’)。正極性252將基準層14的磁化沿著與數(shù)據(jù)層12磁化相同方向定向(圖6b)，由此器件10的磁化取向是平行的并且它的電阻值是Rp。其次負極性254將基準層14的磁化向量(M2)沿著相反的方向定向(圖6c)，由此器件10的磁化取向是反平行的并且它的電阻值是R+ΔR或Rap于是器件10的電阻從低變到高(圖6d)。該從低到高的變化表示存儲在存儲器件10中的是邏輯‘0’。對應(yīng)的檢測電流(IS)示于圖6e。
圖7a-7e說明同存儲邏輯‘1’的數(shù)據(jù)層12有關(guān)的第二種方法。同樣的雙極性脈沖250加到第三導體22上(圖7a)。磁存儲器件從反平行磁化取向(圖7b)轉(zhuǎn)變到平行磁化取向(圖7c)，由此磁器件10的電阻從高變到低(圖7d)。于是此從高到低的變化表示存儲在磁存儲器件10中的是邏輯‘1’。對應(yīng)的檢測電流(IS)示于圖7e。
此雙極讀出操作參考其本身。因此，此動態(tài)方法對跨接不同器件的電阻變化是不靈敏的。
該雙極性脈沖不局限于單個的正極性后緊跟單個的負極性，而且也不局限于正極性對應(yīng)于邏輯‘0’和負極性對應(yīng)于邏輯‘1’。例如，正極性很可能正好對應(yīng)于邏輯‘1’，雙極性脈沖可能以負極性開始并變化到正極性，等。
一種簡單的用于探測電阻變化的檢測放大器310示于圖8。流經(jīng)磁隧道結(jié)11的檢測電流被加到檢測放大器312上。檢測放大器312的第一和第二輸出提供正比于檢測電流幅度的電壓(VSEBSE)。該第一輸出被提供給比較器316的第一輸入(IN+)。檢測放大器312的第二輸出被提供給延遲元件314，此元件有幾納秒的延遲。延遲元件314的輸出被提供給比較器316的第二輸入(IN-)。比較器316將比較器第一輸入(IN+)上的檢測電壓(VSENSE)和比較器第二輸入(IN-)上延遲的檢測電壓進行比較。比較器316的輸出(VOUT)表示存儲在磁存儲器件10中的邏輯狀態(tài)。
圖9a和9b是圖8電路的時序圖。圖9a對應(yīng)于圖6a-6e，以及圖9b對應(yīng)于圖7a-7e。
磁存儲器件10比常規(guī)SDT結(jié)的結(jié)構(gòu)更為簡單。因為不需要籽晶層和AF釘軋層所以磁存儲器件10比SDT結(jié)更容易制造。仍要進行數(shù)據(jù)層的退火以建立磁易化軸，但可以在較低溫度下進行而且不太苛刻。另外，大大降低了沉積過程的復雜性。另一個優(yōu)點是數(shù)據(jù)層12在金屬導體的頂部，結(jié)果形成更均勻的數(shù)據(jù)膜，并因此有更好的磁響應(yīng)和生產(chǎn)能力(整個晶片上更加均勻)。
現(xiàn)在參看圖10，它說明含有磁隧道結(jié)11之陣列12的MRAM器件410。該磁隧道結(jié)11按行和列布置，行沿X-方向延伸和列沿Y-方向延伸。為了簡化MRAM器件410的說明，只展示了較少數(shù)的磁隧道結(jié)11。實際上，可以使用任何規(guī)模的陣列。
用作字線18的軌跡在陣列12的一側(cè)的平面內(nèi)沿X-方向延伸。字線18同磁隧道結(jié)11的數(shù)據(jù)層12保持接觸。用作位線20的軌跡在陣列12的相鄰一側(cè)的平面內(nèi)沿Y-方向延伸。位線20同磁隧道結(jié)11的基準層14保持接觸。陣列12的每一行可以有一條字線18并且陣列12的每一列可以有一條位線20。每個磁存儲隧道結(jié)11都位于字線18和位線20的交叉點上。
用作讀出線22的軌跡也沿Y-方向延伸。讀出線22都在位線20之上，并同它絕緣。(在另一種方案中，讀出線22可以在位線20之下，在字線18之上或之下，沿著行或列，等等)。讀出線22同字線18和位線20無關(guān)。
MRAM器件410也包含第一和第二行解碼器414a和414b，第一和第二列解碼器416a和416b，和讀出/寫入電路418。該讀出/寫入電路418包含檢測放大器420，連地引線422，行電流源424，電壓源426，和列電流源428。
在選取的磁隧道結(jié)11上進行寫入操作期間，第一行解碼器414a將所選字線18的一端連接到行電流源424，第二行解碼器414b將所選字線18的相反一端連接到地，第一列解碼器416a將所選位線20的一端連接到地，第二列解碼器416b將所選位線20的相反一端連接到列電流源428。其結(jié)果，寫入電流就流經(jīng)選取的字線18和位線20。寫入電流生成引起磁隧道結(jié)11轉(zhuǎn)換的磁場。列解碼器416a和416b也可以使寫入電流流經(jīng)跨接選取的磁隧道結(jié)11的讀出線22。此第三寫入電流生成幫助選取的磁隧道結(jié)11進行轉(zhuǎn)換的附加磁場。
在選取的磁隧道結(jié)11上進行讀出操作期間，第一行解碼器414a將電壓源426連接到選取的字線18上，同時第一列解碼器416a將選取的位線20連接到檢測放大器420的有效接地輸入端。結(jié)果，檢測電流通過選取的磁隧道結(jié)11流到檢測放大器420的輸入端。同時，第一和第二列解碼器416a和416b使穩(wěn)定的讀出電流或者使雙極性電流脈沖流經(jīng)跨接選取的磁隧道結(jié)11的讀出線22。如果穩(wěn)定的讀出電流被提供給選取的讀出線22，選取的磁隧道結(jié)11的電阻態(tài)就用檢測放大器420來檢測。如果雙極性脈沖供給選取的讀出線22，此結(jié)電阻的變化就用檢測放大器420來檢查(用于檢查結(jié)電阻變化的檢測放大器420可以有如圖8所示的檢測放大器312一樣的結(jié)構(gòu))。
磁隧道結(jié)11通過許多平行通路連接在一起。在一個交叉點看到的電阻等于那個交叉點處的磁隧道結(jié)11的電阻同其他行和列的磁隧道結(jié)11的電阻相并聯(lián)的的電阻。因此，磁隧道結(jié)11的陣列12可以被表征為交叉點電阻網(wǎng)。
因為磁隧道結(jié)11連接為交叉點電阻網(wǎng)，寄生的或潛路電流可能干擾所選取的磁隧道結(jié)11上的讀出操作?？梢詫⒆钄嗥骷缍O管或三極管連接到磁隧道結(jié)11上。這些阻斷器件能夠阻斷寄生電流。
在另一種方案中，寄生電流可以使用公開于受讓人的美國專利號6,259,644中的“等電位”方法來處理。如果使用等電位方法來配置，讀出/寫入電路418可以給未選的位線2 0提供與給選取的位線20相同的電位，或給未選的字線18提供與給選取的位線20相同的電位。
由于讀出線22同位線20是電絕緣的，它們不增加磁隧道結(jié)11的電阻交叉耦合。因此，不會給讀出線22施加相等的電位。
圖10展示具有三種不同類型軌跡字線18，位線20，和讀出線22的MRAM器件410。然而，本發(fā)明是不局限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種MRAM器件可以只有兩種不同的軌跡字線18和位線20。
參看圖11，它說明包含字線18和位線20，但沒有讀出線22的一種MRAM器件。磁隧道結(jié)11位于字線18和位線20的交叉點。
另外參看圖12，它說明只用字線18和位線20的讀出操作。第一行解碼器514a將電壓源526連接到選取的字線18上，并且第一列解碼器516a將選取的位線20的一端連接到檢測放大器520的有效接地輸入。其結(jié)果檢測電流(IS)經(jīng)過選取的磁隧道結(jié)11流到檢測放大器520。第二列解碼器516b將列電流源528連接到選取的位線20的另一端。結(jié)果讀出電流(IR)經(jīng)過選取的位線20流到檢測放大器520。讀出電流(IR)確立基準層的磁化向量。檢測放大器520檢測檢測電流和讀出電流之和(IS+IR)。由于讀出電流(IR)的大小是已知的，檢測電流(IS)的大小，以及因此就能夠確定磁隧道結(jié)11的電阻和邏輯狀態(tài)。
于是所描述的磁隧道結(jié)11還包含單獨的基準層14，每個基準層14都具有像它的對應(yīng)數(shù)據(jù)層12和隧道勢壘層16一樣的幾何。然而，本發(fā)明不局限于具有像數(shù)據(jù)層和隧道勢壘層一樣幾何的基準層。
而代之以，基準層可以有像字線18和位線20一樣的幾何。這樣的基準層將稱做“基準線”。
現(xiàn)在參看展示基準線610的圖13a，此基準線被多個磁隧道結(jié)611共用。鋪設(shè)在基準線610上面的是位線20和讀出線22。基準線610沿著與位線20和讀出線22相同方向延伸。因此，一列中的每個磁隧道結(jié)11都含有單獨的數(shù)據(jù)層12、單獨的隧道勢壘層16、和共有的基準線610。
本發(fā)明不局限于如圖13a所示的分層于位線20之下的基準線610，而代之以，基準線610可以鋪設(shè)在位線20的上面(見圖13b)；或基準線610可以鋪設(shè)在讀出線22之上或之下(并應(yīng)沿與讀出線22相同方向延伸)，或基準線610可以鋪設(shè)在字線18之上或下面(并應(yīng)沿像字線18同樣的方向延伸)。如果基準線610鋪設(shè)在位線20的上面，并因此，不與隧道勢壘層16接觸，如圖13b所示，然后在隧道勢壘層16、位線20之間生成形成圖形的層14。
本發(fā)明不局限于基準線相對于字線18、位線20或讀出線22的鋪設(shè)。如圖14-17所示，基準線可以同字線、位線和/或讀出線結(jié)合。通過在任何其他線上包覆基準線的鐵磁材料，該基準線可以同任何其他線組合。基準線同其他線相組合的一個好處是消除了額外的互連層。包覆層的另外的好處是能減少功率消耗，因為包覆層能降低讀出和寫入電流的大小。
圖14展示用鐵磁材料(例如，NiFe)包覆的位線20。該包覆層712形成一層軟的或極軟的基準線710。位線20位于讀出線22和絕緣勢壘層16之間。介電層(未示出)可以將讀出線22同基準線710分隔開。
鐵磁包覆層712可以將位線20完全包封起來以形成磁通路徑封閉。在絕緣勢壘層16和位線20之間的那部分包覆層712可以較薄。
在寫入操作期間，施加寫入電流到位線20并且產(chǎn)生的磁場使基準線710飽和。基準線710較薄的部分使磁場朝向數(shù)據(jù)層12。
在讀出操作期間，流經(jīng)讀出線22的讀出電流建立基準線710的磁化取向，而檢測電流和寄生電流流經(jīng)字線和位線。在讀出操作期間，因存在由流經(jīng)讀出線的檢測電流和寄生電流生成的磁場，所以鐵磁包覆層712不應(yīng)飽和。只要它不飽和，任何由檢測電流和寄生電流生成的磁場將不會干擾數(shù)據(jù)層12。
圖15展示以鐵磁材料(例如，NiFe)包覆的讀出線22。此包覆層形成軟的或極軟的基準線810。讀出線22位于字線20和絕緣隧道勢壘層16之間。此鐵磁包覆層可以將讀出線22完全包封起來以形成通量封閉(如圖16所示)，或部分地包圍讀出線22(未示出)。此讀出線22未包覆的部分直接同隧道勢壘層16接觸，以及其余部分被鐵磁材料所包覆。
鐵磁包覆層812在存在讀出磁場情況下不應(yīng)飽和(即，該磁場是在給讀出線22提供讀出電流時發(fā)生的并且用于給基準線810的磁化向量定向)。只要此包覆層812完全包容讀出磁場，該讀出磁場將不延伸到包覆層812以外，在那兒它可能干擾數(shù)據(jù)層12。
同圖14的結(jié)構(gòu)相比，字線20進一步移置遠離數(shù)據(jù)層12，以降低在寫入操作期間由字線20施加的磁場強度。為補償降低的磁場，在寫入操作期間也給包覆讀出線810提供寫入電流。在寫入操作期間由讀出線22提供的磁場幫助轉(zhuǎn)換。
圖16展示包含鐵磁材料的基準線912，此材料既包覆位線20也包覆讀出線22。該基準線912包含三個部分下面部分912a，上面部分912b，和蓋子部分912c。下面部分912a同其他兩部分912b和912c被介電體914隔開。盡管同其他部分912b和912c電絕緣，但下面部分912a同其他部分912b和912c是磁耦合的。
基準線912的下面部分912a包含讀出線22。包覆層覆蓋讀出線22的底部和側(cè)面。讀出線22的上表面沒有被鐵磁包覆層覆蓋，但被介電體914覆蓋。
基準線912的上面部分912b包含位線20。包覆層覆蓋位線20的頂部和側(cè)面。位線20的底面不用包覆層覆蓋，但被介電體914覆蓋。位線20和讀出線22也被介電體914隔開。
讀出線22比位線20具備較大的截面以補償制造公差。在制造期間，基準線的上面部分912b應(yīng)在下面部分912a之上中心定位。然而，實際上可能發(fā)生安裝不正確。即使發(fā)生安裝不正確，上面部分仍將裝在下面部分912a的上方以避免位線20和讀出線22之間的短路。
蓋子部分912c從上面部分912b向外伸出到下面部分912a的側(cè)壁之上。蓋子部分912c也覆蓋介電體914。蓋子部分912c封閉下面部分912a和上面部分912b之間的磁力線。蓋子部分912c和下面部分912a的側(cè)壁之間的間隙可以用介電體914填充。該間隙防止位線20和讀出線22之間的短路。位線20產(chǎn)生的磁場橫穿此間隙并延伸入蓋子部分912c。
多個絕緣隧道勢壘層16形成在基準線912的上面部分912b之上，并且相應(yīng)的數(shù)據(jù)層12形成在絕緣隧道勢壘層16之上。字線18形成在數(shù)據(jù)層12之上。
對下面部分912a的包覆層厚度的描述進行了夸張。對下面部分912a、上面部分912b和蓋子部分912c來說，該厚度大約可以是1nm到50nm(典型值是5nm)。僅由讀出線22產(chǎn)生的讀出磁場不使基準線912的上面部分912b飽和。僅由位線20產(chǎn)生的寫入磁場能使基準線912的下面部分912a飽和。
在位線20和讀出線22之間的電絕緣體(即，介電體914)使供給位線20和讀出線22的電流分離開。反過來，在讀出和寫入操作期間分開的電流便于進行獨立的磁場控制。通過調(diào)節(jié)供給位線20和讀出線22的電流，能夠調(diào)節(jié)產(chǎn)生的兩個磁場只給下面部分912a的磁化定向，或只給上面部分912b的磁化定向，或既給基準線912的上面部分912b的磁化定向又給基準線912的下面部分912a的磁化定向。
圖17展示一種基準線912‘，其中下面部分912a’的側(cè)壁向上伸出到介電層914‘以上。在蓋子部分912c’的側(cè)面和下面部分912a‘的側(cè)壁之間有一空氣間隙或絕緣體。
可以使用一種銅-鑲嵌方法(Cu-demascene)來生產(chǎn)包覆層導體。一種示范性的銅-鑲嵌方法在圖18-21中作了說明。
該方法以平面化介電層1010開始，其中在互連接金屬沉積之前已經(jīng)蝕刻出溝槽(圖18)。以各向同性的方法沉積一種軟磁材料912a薄層以使側(cè)壁鍍到大約像溝槽底部同樣的厚度(圖19)。該磁材料可滲透到足以充當磁芯，同時它在截面的四周沒有任何破裂和太多的空洞而保持連續(xù)。接著用電鍍或其他適當?shù)姆椒ㄒ糟~填滿該溝槽。然后將此結(jié)構(gòu)平面化。產(chǎn)生的平面化的結(jié)構(gòu)示于圖20。沉積一種軟磁材料912c以封閉磁力線并形成全包覆導體(圖21)。通過蓋子部分的材料912c厚度的制取，此厚度不同于覆蓋溝槽側(cè)壁和底部的材料912a的厚度，磁性質(zhì)可以按需要操控。蓋子部分912c被形成圖形以及然后制造包覆導體的其余部分。
為制造此包覆導體本發(fā)明不限于鑲嵌方法?？梢允褂闷渌圃旆椒?。
本發(fā)明不限于包覆字線。字線和位線可以互換，并且字線可以用鐵磁材料用包覆。
本發(fā)明不限于GMR和TMR器件。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于頂部和底部旋轉(zhuǎn)閥(spin valve)。
盡管已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的幾種具體的實施方案，但本發(fā)明不限于該特定的形式或所描述和說明的部件的配置。而是，根據(jù)下面的權(quán)利要求來解釋本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種磁存儲器件，該器件包含具有能夠沿二個方向中的任何一個方向取向的磁化的數(shù)據(jù)鐵磁層(12)；包含介電層(914)的基準層(912，912‘)，被介電層(914)隔開的第一和第二導體(20，22)，和在第一和第二導體(20，22)上的鐵磁包覆層(912a，912b，912a‘，912b’)；以及在數(shù)據(jù)層和基準層(12和912，912‘)之間的隔離層(16)。
2.權(quán)利要求1的器件，其中基準層(912，912‘)的包覆層(912a，912b，912a’，912b‘)是極軟的。
3.權(quán)利要求1的器件，其中隔離層(16)是絕緣隧道勢壘層。
4.權(quán)利要求1的器件，其中第一導體(20)形成在隔離層(16)和第二導體(22)之間；和其中第二導體(22)比第一導體(20)具有基本上較大的截面積。
5.權(quán)利要求4的器件，其中第二導體(22)是讀出導體；和其中第一導體(20)是讀出/寫入導體。
6.權(quán)利要求4的器件，其中第二導體(22)是讀出/寫入導體；和其中第一導體(20)是讀出導體。
7.權(quán)利要求4的器件，其中包覆層(912a，912b，912a‘，912b‘)包含在第一導體(20)上的第一部分(912a，912a’)；和在第二導體(22)和介電層(914)上的第二部分(912b，912b‘)，在第一部分和第二部分(912a，912b，912a’，912b‘)之間存在間隙。
8.權(quán)利要求7的器件，其中第二部分(912a)包含側(cè)壁；和其中第一部分(912b)包含蓋子(912c)，蓋子(912c)延伸到側(cè)壁的上方，蓋子(912c)和側(cè)壁之間有間隙。
9.權(quán)利要求7的器件，其中第二部分(912a‘)包含側(cè)壁；和其中第一部分(912b‘)包含蓋子(912c’)，蓋子(912c‘)不延伸到側(cè)壁的上方，蓋子(912c’)和側(cè)壁之間有間隙。
全文摘要
一種磁存儲器件包含能沿兩個方向中的任何一個方向取向的磁化的數(shù)據(jù)鐵磁層(12)，基準層(912，912’)，和在數(shù)據(jù)層和基準層(12和912，912’)之間的隔離層(16)。基準層(912，912’)包含介電層(914)，被介電層(914)隔開的第一和第二導體(20和22)，和在第一和第二導體(20，22)上的鐵磁包覆層(912a，912a’，912b，912b’)。
文檔編號H01L27/105GK1409320SQ0213234
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者L·T·特蘭, M·沙馬, M·K·巴塔查里亞 申請人:惠普公司