專利名稱：使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置。
背景技術(shù)：
近年來，人們期望一種可高速寫入、具有無寫入次數(shù)限制的非易失性的計算機存儲介質(zhì)，而作為具有這些性質(zhì)的存儲介質(zhì)，通過將被固定的磁化層(fixed magnetization layer)和自由磁化層(free magnetization layer)通過隧道勢壘層(tunnel barrier layer)疊在一起形成的鐵磁隧道結(jié)元件(ferromagnetictunnel junction element)引起了關(guān)注。
上面提到的鐵磁隧道結(jié)元件有一個性質(zhì)，即，當(dāng)自由磁化層在與被固定的磁化層的磁化方向相同的方向(平行方向)磁化時，隧道勢壘層中的電阻值變得比預(yù)定電阻值小(這稱為低電阻狀態(tài)(low resistance state))；而當(dāng)自由磁化層在被固定的磁化層的磁化方向的相反方向(反平行方向)磁化時，隧道勢壘層中的電阻值變得比預(yù)定電阻值大(這稱為高電阻狀態(tài))。
利用上述性質(zhì)，即隧道勢壘層中的電阻值隨著自由磁化層中的磁化方向而變化，鐵磁隧道結(jié)元件形成兩種不同磁化方向的狀態(tài)，其取決于自由磁化層在與被固定的磁化層的磁化方向相同的方向上磁化或者自由磁化層在被固定的磁化層的磁化方向的相反方向上磁化。通過使上述兩種不同磁化方向的狀態(tài)對應(yīng)于“0”或“1”，數(shù)據(jù)存儲在鐵磁隧道結(jié)元件中。
使用上述鐵磁隧道結(jié)元件作為存儲器件的磁存儲裝置判定兩種數(shù)據(jù)中哪種數(shù)據(jù)存儲在鐵磁隧道結(jié)元件中，從而從鐵磁隧道結(jié)元件中讀出數(shù)據(jù)。為此，需要判定鐵磁隧道結(jié)元件是處于高電阻狀態(tài)還是處于低電阻狀態(tài)。
作為這種能夠使之以簡單的結(jié)構(gòu)來判定鐵磁隧道結(jié)元件的電阻狀態(tài)是高電阻狀態(tài)還是低電阻狀態(tài)的磁存儲裝置，已知有一種互補型磁存儲裝置，其中彼此相反的存儲數(shù)據(jù)存儲在第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件中，比較第一鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值和第二鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值從而判斷第一鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值是處于高電阻狀態(tài)還是處于低電阻狀態(tài)。
上述互補磁存儲裝置中，為了存儲一塊數(shù)據(jù)，包括第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的一對(兩個)鐵磁隧道結(jié)元件彼此鄰近地形成在相同半導(dǎo)體基板上，并且在寫數(shù)據(jù)時，存儲數(shù)據(jù)寫入在第一鐵磁隧道結(jié)元件中，同時，與第一鐵磁隧道結(jié)中存儲數(shù)據(jù)相反的存儲數(shù)據(jù)存儲在第二鐵磁隧道結(jié)元件中，然后，在讀時，比較兩鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值。當(dāng)?shù)谝昏F磁隧道結(jié)元件的電阻值比第二鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值高時，判定第一鐵磁隧道結(jié)元件處于高電阻狀態(tài)，而當(dāng)?shù)谝昏F磁隧道結(jié)元件的電阻值比第二鐵磁隧道結(jié)元件的電阻值低時，測定第一鐵磁隧道結(jié)元件處于低電阻狀態(tài)(例如，參考美國專利No.6191989的說明)。
但是，上述傳統(tǒng)互補型磁存儲裝置中，為了存儲一塊數(shù)據(jù)，要在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件中存儲彼此相反的數(shù)據(jù)，這樣導(dǎo)致為了存儲一塊存儲數(shù)據(jù)要在兩鐵磁隧道結(jié)元件中進行存儲，使得用于改變第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件磁化方向的寫入電流加倍，這不利地增加了磁存儲裝置的能量消耗。
另一方面，在使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置中，已知的一種具有其中寫入線象線圈一樣繞著鐵磁隧道結(jié)元件的結(jié)構(gòu)，從而減少寫入中的能量消耗(例如，參考美國專利No.5732016的說明)。
上述磁存儲裝置中，因為寫入線(writing line)形成為線圈狀，較小的寫入電流即可有效產(chǎn)生寫入磁力，因此減小了寫入中的能量消耗。
因此，可考慮采用一種結(jié)構(gòu)，即，其中互補型磁存儲裝置中采用上述傳統(tǒng)寫入線形成為線圈狀的技術(shù)。也就是說，可考慮第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件鄰近地形成，并且第一線圈狀寫入線繞著第一鐵磁隧道結(jié)元件設(shè)置以及第二線圈狀寫入線繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件設(shè)置來組成互補磁存儲裝置。
但是，當(dāng)繞著第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件形成第一和第二線圈狀寫入線時，如果第一寫入線的纏繞方向和第二寫入線的纏繞方向相同，通過第一寫入線通電產(chǎn)生的寫入磁力方向和通過第二寫入線通電產(chǎn)生的寫入磁力方向也相同。
這種情況下，形成在第一寫入線外部的磁力方向和形成在第二寫入線外部的磁力方向相同，從而外部磁力相互干擾，并且寫入磁力的大小和方向被改變，這妨礙存儲數(shù)據(jù)精確地寫入第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件中。
此外，為了解決上述缺陷，可在第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件之間形成磁屏蔽以防止外部磁力相互干擾。但是，這種情況下，需要用于在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件之間形成磁屏蔽的空間，這可使磁存儲裝置變大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，根據(jù)與權(quán)利要求1相關(guān)的本發(fā)明，用于分別在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件中存儲彼此相反的存儲數(shù)據(jù)的互補型磁存儲裝置中，第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件鄰近地形成在半導(dǎo)體基板上；并且第一寫入線象線圈一樣繞在第一鐵磁隧道結(jié)元件周圍，同時第二寫入線象線圈一樣繞在第二鐵磁隧道結(jié)元件周圍，另外，第一寫入線的纏繞方向和第二寫入線的纏繞方向彼此相反。
此外，根據(jù)與權(quán)利要求2相關(guān)的本發(fā)明，在與權(quán)利要求1相關(guān)的本發(fā)明中，第二寫入線的起點端部分連接到第一寫入線的終點端部分來形成寫入線序列。
此外，根據(jù)與權(quán)利要求3相關(guān)的本發(fā)明，在與權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的本發(fā)明中，第一寫入線和第二寫入線形成有平行布線部分，平行布線部分在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方位置處在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向延伸。
此外，根據(jù)與權(quán)利要求4相關(guān)的本發(fā)明，在與權(quán)利要求1或權(quán)利要求2相關(guān)的本發(fā)明中，第一寫入線和第二寫入線具有上部和下部寫入線，它們在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的上方和下方在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的被固定的磁化層的磁化方向的方向延伸，另外，在上部和下部寫入線的至少一種中，設(shè)置有在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方的位置處在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向延伸的平行布線部分。


圖1是示出鐵磁隧道結(jié)元件的說明圖。
圖2是示出根據(jù)第一實施例的磁存儲裝置的透視圖。
圖3是其平面圖。
圖4是示出根據(jù)第二實施例的磁存儲裝置的透視圖。
圖5是其平面圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置是互補型磁存儲裝置，其中第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件在垂直于其被固定的磁化層磁化方向的方向上鄰近并彼此分開地形成在相同半導(dǎo)體基板上，并且彼此相反的存儲數(shù)據(jù)(例如”0”和”1”)分別存儲在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件中。
此外，本發(fā)明中，第一寫入線象線圈一樣繞著第一鐵磁隧道結(jié)元件，同時第二寫入線象線圈一樣繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件。
因此，本發(fā)明中，通過形成象線圈一樣纏繞著第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件的第一和第二寫入線，用較小的寫入電流可有效產(chǎn)生寫入磁力，因而即使是磁存儲裝置構(gòu)造成互補型也能減小寫入中的能量消耗。
此外，本發(fā)明中，第一寫入線的纏繞方向和第二寫入線的纏繞方向彼此相反。
因此，當(dāng)相鄰的第一寫入線和第二寫入線的纏繞方向彼此相反時，彼此相反的存儲數(shù)據(jù)寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件時產(chǎn)生的磁場成為閉合回路，于是用于磁化第一鐵磁隧道結(jié)自由磁化層的磁力和用于磁化第二鐵磁隧道結(jié)自由磁化層的磁力彼此不會干擾，因而存儲數(shù)據(jù)可精確地寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件中，并且提高了磁存儲裝置的可靠性。
特別是，在第二寫入線的起點端部分連接到第一寫入線的終點端部分從而形成寫入線序列的情況下，盡可能減小了寫入線占有面積，從而可實現(xiàn)磁存儲裝置的小型化。
此外，在第一寫入線第二寫入線的結(jié)構(gòu)為這樣的情況下，即，在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的上方和下方提供有在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的上部和小部寫入線，另外，在上部和下部寫入線的至少一種中，在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方位置處提供有在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的平行布線(wiring)部分，那么通過流經(jīng)在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分的寫入電流產(chǎn)生的磁力的作用，作用在自由磁化層上的寫入磁化力的方向朝向被固定的磁化層的磁化方向傾斜，這可產(chǎn)生一種輔助效果(assist effect)。因此，自由磁化層的磁化方向用較小寫入電流即可平滑改變并且可實現(xiàn)磁存儲裝置的較低能量消耗。
特別地，通過在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方和緊下方形成平行布線部分，平行布線部分和鐵磁隧道結(jié)元件之間的距離可盡可能的短，這樣可增加輔助效果。
下面，通過參考

本發(fā)明的具體實施例。
說明根據(jù)本發(fā)明的磁存儲裝置1之前，先說明鐵磁隧道結(jié)元件2的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，鐵磁隧道結(jié)元件2通過經(jīng)由隧道勢壘層5來層疊薄膜狀被固定的磁化層3和薄膜狀自由磁化層4而形成。
這里，被固定的磁化層3由鐵磁體(例如，CoFe)制成，并總是被磁化在一恒定方向。此外，自由磁化層4由鐵磁體(例如，NiFe)制成，并被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向(平行方向)或相反的方向(反平行方向)上。此外，隧道勢壘層5由絕緣體(例如，Al2O3)制成。
上述鐵磁隧道結(jié)元件2具有一種性質(zhì)，即，當(dāng)自由磁化層4被磁化在和被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上時(圖1中點劃線所示情況)，隧道勢壘層5中的電阻值比預(yù)定電阻值低，而當(dāng)自由磁化層4被磁化在和被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上時(圖1中雙點劃線所示情況)，隧道勢壘層5中的電阻值比預(yù)定電阻值高。因此，取決于自由磁化層4被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上或者自由磁化層4被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上，兩種不同磁化方向的狀態(tài)被形成，并且通過使上述兩種不同磁化方向的狀態(tài)對應(yīng)數(shù)據(jù)“0”或“1”，數(shù)據(jù)被存儲在鐵磁隧道結(jié)元件2中。
接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的磁存儲裝置1的結(jié)構(gòu)。
(第一實施例)圖2和3為示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁存儲裝置1的視圖。
磁存儲裝置1是互補型存儲裝置，其中第一鐵磁隧道結(jié)元件7和第二鐵磁隧道結(jié)元件8在垂直于第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8的被固定的磁化層3(參考圖1)的磁化方向(圖2和3中的前后方向)的方向上鄰近并彼此分開地形成在相同半導(dǎo)體基板(semiconductor substrate)6的表面上，彼此相反的存儲數(shù)據(jù)(例如，“0”和“1”)分別存儲在這些第一鐵磁隧道結(jié)元件7和第二鐵磁隧道結(jié)元件8中。
這里，磁存儲裝置1中，第一鐵磁隧道結(jié)元件7和第二鐵磁隧道結(jié)元件8組成一個比特(bit)的存儲元件9。實際上，磁存儲裝置1中，在相同半導(dǎo)體基板6上，在橫向和縱向彼此分開地形成有多個比特的存儲元件9。但是，為了便于理解，集中說明單個比特的存儲元件9。
如圖2所示的存儲元件9中，繞著第一鐵磁隧道結(jié)元件7形成第一線圈狀寫入線10，同時繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件8形成第二線圈狀寫入線11，另外，第二寫入線11的起點端13通過連接部分14連接到第一寫入線10的終點端12來形成寫入線序列15，此外，第一寫入線10的纏繞方向(圖2中順時針方向)和第二寫入線11的纏繞方向(圖2中逆時針方向)彼此相反。
現(xiàn)在詳細說明寫入線15的結(jié)構(gòu)。如圖2和3所示的第一寫入線10以這樣一種方式構(gòu)造，即，第一鐵磁隧道結(jié)元件7上方在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件7的被固定的磁化層3的磁化方向(圖3中向下方向)的方向上延伸的六條上部寫入線16，以及第一鐵磁隧道結(jié)元件7下方在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件7的被固定的磁化層3的磁化方向(圖3中向下方向)的方向上延伸的六條下部寫入線17，通過通孔18在上部寫入線16和下部寫入線17的右和左端緣部分處連接起來，從而它們象線圈一樣順時針方向地被繞在第一鐵磁隧道結(jié)元件7周圍，如圖2所示。
另外，在第一鐵磁隧道結(jié)元件7的緊下方位置處的下部寫入線17的端部部分或中間部分，第一寫入線10形成有平行布線部分19，該平行布線部分19在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
如圖2和3所示，第二寫入線11以這樣一種方式構(gòu)造，即，第二鐵磁隧道結(jié)元件8上方在基本垂直于第二鐵磁隧道結(jié)元件8的被固定的磁化層3的磁化方向(圖3中向下方向)的方向上延伸的六條上部寫入線20，以及第二鐵磁隧道結(jié)元件8下方在基本垂直于第二鐵磁隧道結(jié)元件8的被固定的磁化層3的磁化方向(圖3中向下方向)的方向上延伸的六條下部寫入線21，通過通孔22在上部寫入線20和下部寫入線22的右和左端緣部分處連接起來，從而它們象線圈一樣逆時針方向地被繞在第二鐵磁隧道結(jié)元件8周圍，如圖2所示。
另外，在第二鐵磁隧道結(jié)元件8的緊下方位置處的下部寫入線21的端部部分或中間部分，第二寫入線11形成有平行布線部分23，該平行布線部分23在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
上部寫入線16的右側(cè)的端部部分，即第一寫入線10的終點端(terminal-end)部分12，通過連接部分14連接到上部寫入線20的右側(cè)的端部部分-即第二寫入線11的起點端(start-end)部分13。圖中，附圖標記24、25是連接到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8的自由磁化層4的讀布線。
磁存儲裝置1如上所述來構(gòu)造。通過給寫入線15通電，在第一和第二線圈狀寫入線10、11中產(chǎn)生方向彼此相反的磁力(magnetic force)，并且這些磁力作用在第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8的自由磁化層4上，從而在彼此相反的方向上磁化第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4和第二鐵磁隧道結(jié)元件8的自由磁化層4，因此彼此相反的數(shù)據(jù)可分別存儲在第一鐵磁隧道結(jié)元件7和第二鐵磁隧道結(jié)元件8中。
更明確地，當(dāng)給寫入線15從起點端26向終點端27通電時，第一寫入線10中，通電是從起點端部分26朝向終點端部分12進行，因此產(chǎn)生關(guān)于第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4的從前到后的磁力(即，在與第一鐵磁隧道結(jié)元件7的被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上的磁力)，從而第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4可被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上。另一方面，第二寫入線11中，通電是從起點端部分13朝向終點端部分27進行，因此產(chǎn)生關(guān)于第二鐵磁隧道結(jié)元件8的自由磁化層4的從后到前的磁力(即，在與第二鐵磁隧道結(jié)元件8的被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上的磁力)，從而第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上。
相反，當(dāng)給寫入線15從終點端部分27向起點端部分26通電時，第一寫入線10中，通電是從終點端部分12朝向起點端部分26進行，因此產(chǎn)生關(guān)于第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4的從后到前的磁力(即，在與第一鐵磁隧道結(jié)元件7的被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上的磁力)，從而第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相同的方向上。另一方面，第二寫入線11中，通電是從終點端部分27朝向起點端部分13進行，因此產(chǎn)生關(guān)于第一鐵磁隧道結(jié)元件8的自由磁化層4的從前到后的磁力(也就是，與第二鐵磁隧道結(jié)元件8的被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上的磁力)，從而第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4被磁化在與被固定的磁化層3的磁化方向相反的方向上。
如上所述，本實施例中，由于第一和第二寫入線10、11形成為線圈狀，采用較小寫入電流即可有效產(chǎn)生寫入磁力，因此減小了寫入中的能量消耗。
另外，本實施例中，由于第一寫入線10的纏繞方向和第二寫入線11的纏繞方向彼此相反，當(dāng)彼此相反的存儲數(shù)據(jù)寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8中時，作用在第一鐵磁隧道結(jié)元件7上的磁力和作用在第二鐵磁隧道結(jié)元件8上的磁力彼此相反，并且磁場形成為閉合回路，從而用于磁化第一鐵磁隧道結(jié)元件7的自由磁化層4的磁力和用于磁化第二鐵磁隧道結(jié)元件8的自由磁化層4的磁力之間不產(chǎn)生干涉。這使存儲數(shù)據(jù)可以精確地寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8中，因此可提高磁存儲裝置1的可靠性。
此外，當(dāng)存儲數(shù)據(jù)寫入到預(yù)定的存儲元件9中時，寫入磁力形成閉合回路，從而預(yù)定的存儲元件9中的寫入磁力不影響附近其他存儲元件9，因此不改變其他存儲元件9的存儲狀態(tài)，這也可以提高磁存儲裝置1的可靠性。
此外，本實施例中，由于第二寫入線11的起點端部分13連接到第一寫入線10的終點端部分12來形成寫入線序列15，只要從起點端部分26朝終點端部分27給寫入線15通電，或從終點端部分27朝起點端部分26給寫入線15通電，彼此相反的存儲數(shù)據(jù)即可存儲在第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件7、8中。因此，寫入線11結(jié)構(gòu)簡單且容易制造，并且可實現(xiàn)磁存儲裝置1的制造成本的降低，同時半導(dǎo)體基板6中寫入線15的占用面積可以盡可能減小，從而可實現(xiàn)磁存儲裝置1的小型化。
此外，本實施例中，由于第一寫入線10和第二寫入線11的下部寫入線17、21在第一鐵磁隧道結(jié)元件7和第二鐵磁隧道結(jié)元件8的緊下方位置處設(shè)置有在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分19、23，所以流經(jīng)在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分19、23的寫入電流產(chǎn)生的磁力的作用產(chǎn)生一輔助效果，即，使作用在自由磁化層4上的寫入磁力的方向朝向被固定的磁化層3的磁化方向傾斜，于是即使采用較小的寫入電流亦可平滑改變自由磁化層4的磁化方向，從而可實現(xiàn)磁存儲裝置1的更低能量消耗。
(第二實施例)雖然在上述第一實施例中，僅下部寫入線17、21設(shè)置有基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上的平行布線部分19、23，本發(fā)明并不局限于這一結(jié)構(gòu)，但是平行布線部分僅需要形成在第一寫入線或第二寫入線的上部寫入線和下部寫入線中的至少任意一個，而平行布線部分可形成在第一寫入線和第二寫入線的上部寫入線和下部寫入線中。
更明確的，圖4和5所示的磁存儲裝置31中，和磁存儲裝置1相似，第一鐵磁隧道結(jié)元件37和第二鐵磁隧道結(jié)元件38在垂直于第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件37、38的被固定的磁化層3(參考圖1)的磁化方向(圖4、5中前后方向)的方向上鄰近并彼此分開地形成在相同半導(dǎo)體基板36的表面上。磁存儲裝置31中，第一鐵磁隧道結(jié)元件37和第二鐵磁隧道結(jié)元件38組成一個比特的存儲元件39，并且在相同半導(dǎo)體基板36上，在橫向和縱向彼此分開地形成多個比特的存儲元件39。但是，為了便于理解，這里集中說明單個比特的存儲元件39。
如圖4所示的存儲元件39中，圍繞著第一鐵磁隧道結(jié)元件37形成第一線圈狀寫入線40，同時圍繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件38形成第二線圈狀寫入線41，并且第二寫入線41的起點端部分43通過連接部分44連接到第一寫入線40的終點端部分42來形成寫入線序列45，此外，第一寫入線40的纏繞方向(圖4中順時針方向)和第二寫入線41的纏繞方向(圖4中逆時針方向)彼此相反。
現(xiàn)在詳細說明寫入線45的結(jié)構(gòu)。如圖4和5所示，第一寫入線40以這樣一種方式構(gòu)造，即，第一鐵磁隧道結(jié)元件37上方在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件37的被固定的磁化層3的磁化方向(圖5中向下方向)的方向上延伸的四條上部寫入線46，以及第一鐵磁隧道結(jié)元件37下方在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件37的被固定的磁化層3的磁化方向(圖5中向下方向)的方向上延伸的五條下部寫入線47，通過通孔48在上部寫入線46和下部寫入線47的右側(cè)和左側(cè)的端緣部分處連接起來，從而象線圈一樣被順時針方向地繞在第一鐵磁隧道結(jié)元件37周圍，如圖4所示。
另外，在第一鐵磁隧道結(jié)元件37的緊上方位置處的上部寫入線46的端部部分或中間部分，第一寫入線40形成有平行布線部分49a，該平行布線部分49a在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
另外，在第一鐵磁隧道結(jié)元件37的緊下方位置處的下部寫入線47的端部部分或中間部分，第一寫入線40形成有平行布線部分49b，該平行布線部分49b在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
如圖4和5所示，第二寫入線41以這樣一種方式構(gòu)造，即，第二鐵磁隧道結(jié)元件38上在基本垂直于第二鐵磁隧道結(jié)元件38的被固定的磁化層3的磁化方向(圖5中向下方向)的方向上延伸的四條上部寫入線50，以及第二鐵磁隧道結(jié)元件38下方在基本垂直于第二鐵磁隧道結(jié)元件38的被固定的磁化層3的磁化方向(圖5中向下方向)的方向上延伸的五條下部寫入線51，在上部寫入線50和下部寫入線51的右側(cè)和左側(cè)的端緣部分處通過通孔52連接起來，從而象線圈一樣逆時針方向地繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件38，如圖4所示。
另外，在第二鐵磁隧道結(jié)元件38的緊上方位置處的上部寫入線50的端部部分或中間部分，第二寫入線41形成有平行布線部分53a，該平行布線部分53a在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
另外，在第二鐵磁隧道結(jié)元件38的緊下方位置處的下部寫入線51的端部部分或中間部分，第二寫入線41形成有平行布線部分53b，該平行布線部分53b在基本平行于被固定的磁化層3的磁化方向的方向上延伸。
下部寫入線47的左側(cè)的端部部分，即第一寫入線40的終點端部分42通過連接部分44連接到下部寫入線51的左側(cè)的端部部分-也就是第二寫入線41的起點端部分43。圖中，附圖標記54、55是連接到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件37、38的自由磁化層4的讀布線。
以這種方式，在本實施例中，平行布線部分49a、49b、53a、53b分別形成在第一寫入線40和第二寫入線41的上部寫入線46、50和下部寫入線47、51中。
工業(yè)實用性依照上述實施例實現(xiàn)本發(fā)明，并帶來如下所述的效果。
(1)根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明中，因為第一線圈狀寫入線圍繞著第一鐵磁隧道結(jié)元件形成，同時第二線圈狀寫入線圍繞著第二鐵磁隧道結(jié)元件形成，利用較小寫入電流即可有效產(chǎn)生寫入磁力，因此減小寫入中的能量消耗，從而能實現(xiàn)磁存儲裝置的低能耗。
另外，由于第一寫入線的纏繞方向和第二寫入線的纏繞方向彼此相反，彼此相反的存儲數(shù)據(jù)寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件中時產(chǎn)生的磁場形成閉合回路，從而用于磁化第一鐵磁隧道結(jié)元件自由磁化層的磁力和用于磁化第二鐵磁隧道結(jié)元件自由磁化層的磁力不會相互干擾，于是存儲數(shù)據(jù)可精確地寫入到第一和第二鐵磁隧道結(jié)元件中，并能提高磁存儲裝置的可靠性。
(2)根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明中，由于第二寫入線的起點端部分連接到第一寫入線的終點端部分來形成寫入線序列，盡可能減小了寫入線的占用面積，因此能實現(xiàn)磁存儲裝置的小型化。
(3)根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明中，由于第一寫入線和第二寫入線在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方位置處具有在平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分，通過流經(jīng)在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分的寫入電流中產(chǎn)生的磁力的作用，作用在自由磁化層上的寫入磁力的方向朝向被固定的磁化層的磁化方向傾斜，這能產(chǎn)生一輔助效果。因此，采用較小的寫入電流可平滑改變自由磁化層的磁化方向，并且可實現(xiàn)磁存儲裝置的更低能量消耗。
(4)根據(jù)權(quán)利要求4的本發(fā)明中，第一寫入線和第二寫入線的結(jié)構(gòu)為在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件上方和下方，設(shè)置有在基本垂直于第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件的被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的上部和下部寫入線，另外，在上部和下部寫入線的至少一種中，在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件緊上方和緊下方位置處設(shè)置基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上的平行布線部分。因此，通過流經(jīng)在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的平行布線部分的寫入電流產(chǎn)生的磁力的作用，作用在自由磁化層上的寫入磁化力的方向朝向被固定的磁化層的磁化方向傾斜，這能產(chǎn)生輔助效果。因此，采用較小的寫入電流可平滑改變自由磁化層的磁化方向，并且可實現(xiàn)磁存儲裝置的更低能量消耗。
權(quán)利要求
1.一種互補型磁存儲裝置，用于分別在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件中存儲彼此相反的存儲數(shù)據(jù)，其中使用所述鐵磁隧道結(jié)元件的所述磁存儲裝置特征在于所述第一鐵磁隧道結(jié)元件和所述第二鐵磁隧道結(jié)元件鄰近地形成在半導(dǎo)體基板上；第一寫入線象線圈一樣繞在所述第一鐵磁隧道結(jié)元件周圍，并且第二寫入線象線圈一樣繞在所述第二鐵磁隧道結(jié)元件周圍；其中所述第一寫入線的纏繞方向和所述第二寫入線的纏繞方向彼此相反。
2.如權(quán)利要求1的使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置，其特征在于所述第二寫入線的起點端部分連接到所述第一寫入線的終點端部分來成為寫入線序列。
3.如權(quán)利要求1或2的磁存儲裝置，其特征在于所述第一寫入線和所述第二寫入線形成有平行布線部分，該平行布線部分在所述第一鐵磁隧道結(jié)元件和所述第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方位置處在基本平行于被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸。
4.如權(quán)利要求1或2的使用鐵磁隧道結(jié)元件的磁存儲裝置，其特征在于在所述第一鐵磁隧道結(jié)元件和所述第二鐵磁隧道結(jié)元件上方和下方的位置處，所述第一寫入線和所述第二寫入線具有在基本垂直于所述第一鐵磁隧道結(jié)元件和所述第二鐵磁隧道結(jié)元件的所述被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸的上部和下部寫入線；以及另外，在所述上部和下部寫入線的至少一種中，設(shè)置有平行布線部分，其在所述第一鐵磁隧道結(jié)元件和所述第二鐵磁隧道結(jié)元件的緊上方或緊下方位置處在基本平行于所述被固定的磁化層的磁化方向的方向上延伸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種互補型磁存儲裝置，其可以將存儲數(shù)據(jù)精確地寫入到一對鐵磁隧道結(jié)元件中，從而提高了可靠性。互補型磁存儲裝置中，相反的存儲數(shù)據(jù)存儲在第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件中。第一鐵磁隧道結(jié)元件和第二鐵磁隧道結(jié)元件鄰近地形成在半導(dǎo)體基板上。線圈狀第一寫入布線形成在第一鐵磁隧道結(jié)元件周圍，線圈狀第二寫入布線形成在第二鐵磁隧道結(jié)元件周圍，使得第一寫入布線的纏繞方向和第二寫入布線的纏繞方向相反。
文檔編號H01L43/08GK1701443SQ0382537
公開日2005年11月23日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者吉原宏, 森山勝利, 森寬伸, 岡崎信道 申請人:索尼株式會社