專利名稱：磁存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及一種將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁阻效應(yīng)元件上的磁存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
近年來，MRAM(Magnetic Random Access Memory)作為使用于計(jì)算機(jī)或通信機(jī)器等信息處理裝置上的存儲(chǔ)裝置倍受注目。MRAM通過磁力存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以沒有像揮發(fā)性存儲(chǔ)器DRAM(Dynamic RandomAccess Memory)或SRAM(Static RAM)那樣因切斷電源丟失信息的不良情況。再者，與現(xiàn)有的像閃光EEPROM或硬磁盤裝置之類不揮性存儲(chǔ)單元相比，存取速度、信賴性、消費(fèi)電力等方面是非常優(yōu)異的。因此，MRAM有可能全部代替DRAM或SRAM等揮發(fā)性存儲(chǔ)器的功能、以及閃光EEPROM或硬磁盤裝置等不揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的功能的可能性?，F(xiàn)在，人們正快速開發(fā)一種以隨時(shí)隨地都能進(jìn)行信息處理的所謂的以隨意計(jì)算(ubiquitous computing)為目標(biāo)的信息機(jī)器，而期待MRAM發(fā)揮如此信息機(jī)器中的關(guān)鍵裝置的作用。
圖21A是表示現(xiàn)有的MRAM中的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域100的構(gòu)造例的側(cè)面截面圖?，F(xiàn)有的MRAM分別具有多條沿一個(gè)方向的配線102和沿與配線102相交的方向的配線104。然后，在配線102與104相交的每個(gè)區(qū)域內(nèi)構(gòu)成存儲(chǔ)區(qū)域100。存儲(chǔ)區(qū)域100分別具有利用隧道磁阻效應(yīng)(TMRTunneling Magneto-Resistive)的隧道磁阻效應(yīng)元件(以下稱為TMR元件)101。如圖21B所示，TMR元件101包括通過外部磁場(chǎng)變化磁化方向A的第一磁性層(感磁層)101a、通過反強(qiáng)磁性層101d固定磁化方向B的第二磁性層101c、夾在第一磁性層101a與第二磁性層101c之間的非磁性絕緣層101b。然后，第一磁性層101a的磁化方向A，相對(duì)于基于來自配線102和104的合成磁場(chǎng)的磁化方向B，進(jìn)行平行或反平行控制，將0或1所謂二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入TMR元件101。再者，TMR元件101的厚度方向的阻值根據(jù)第一磁性層101a的磁化方向A與第二磁性層101c的磁化方向B是平行還是反平行而不同。因此，當(dāng)從TMR元件101中讀出二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)，晶體管105為導(dǎo)通狀態(tài)，電流從連接在第一磁性層101a上的配線102流到連接在第二磁性層101c上的配線103上。然后，基于此時(shí)的電流值或第一磁性層101a與第二磁性層101c之間的電位差，判斷是否記錄了二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的任一值。
但是，圖21A、圖21B所示的MRAM構(gòu)成有下面的問題點(diǎn)。即，在該MRAM中，只在由配線102和104雙方賦予磁場(chǎng)的TMR元件101中，期望第一磁性層101a的磁化方向A反轉(zhuǎn)。但是，配線102和104沿著各自的延伸方向?qū)ε渲玫乃蠺MR元件101提供磁場(chǎng)。因此，即使在寫入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的TMR元件101以外的TMR元件101中，因來自配線102或104的磁場(chǎng)，有可能弄錯(cuò)且有可能使第一磁性層101a的磁化方向A反轉(zhuǎn)。
就用于防止這種誤寫入的技術(shù)而言，例如有公開在專利文獻(xiàn)1的磁存儲(chǔ)器。該磁存儲(chǔ)器在各存儲(chǔ)區(qū)域(存儲(chǔ)單元)具有TMR元件、向TMR元件流入寫入電流的配線(單元位線)和連接在單元位線上的晶體管。然后，通過利用晶體管控制用于將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入TMR元件的寫入電流，只對(duì)打算寫入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的TMR元件賦予磁場(chǎng)。
特開2004-153182號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，專利文獻(xiàn)1所公開的構(gòu)成有以下課題。即，當(dāng)流入TMR元件中的寫入電流大時(shí)，各存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)中所具有的晶體管的尺寸也不得不變大，磁存儲(chǔ)器全體需要大型化而變得不實(shí)用。另一方面，當(dāng)為了使磁存儲(chǔ)器小型化而使TMR元件變小時(shí)，通過減小第一磁性層的長(zhǎng)度L和厚T的比率(L/T)而增大反磁場(chǎng)，為了使第一磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)，需要增加外部磁場(chǎng)強(qiáng)度，需要更大的寫入電流。這樣，當(dāng)TMR元件和晶體管的一方變小時(shí)，不得不使另一方變大，成為阻礙磁存儲(chǔ)器小型化的一個(gè)原因。另外，在專利文獻(xiàn)1的磁存儲(chǔ)器中，在與設(shè)置TMR元件的側(cè)相反的側(cè)的單元位線上形成磁軛，但就用于使寫入電流變小的構(gòu)成而言并不充分。
本發(fā)明就是鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種可防止誤寫入且可使寫入電流變小的磁存儲(chǔ)器。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一磁存儲(chǔ)器，其特征在于，具有多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)具有含有磁化方向因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件；通過寫入電流向感磁層提供外部磁場(chǎng)的寫入配線；和，由具有介入規(guī)定長(zhǎng)度的空隙且對(duì)向的至少一對(duì)開放端部的約環(huán)狀體制成的、在寫入配線的延長(zhǎng)方向的一部分上以包圍該寫入配線外圍的方式配置的磁軛；和，控制寫入配線中寫入電流的導(dǎo)通的寫入開關(guān)單元，磁阻效應(yīng)元件以該磁阻效應(yīng)元件的一對(duì)側(cè)面分別與磁軛的一對(duì)開放端部對(duì)向或接合的方式配置。
再者，本發(fā)明的第二磁存儲(chǔ)器，其特征在于，具有多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)具有含有磁化方向因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件；通過寫入電流向感磁層提供外部磁場(chǎng)的寫入配線；和，由約環(huán)狀體制成、在寫入配線的延長(zhǎng)方向的一部分上以連續(xù)包圍該寫入配線外圍的方式配置的磁軛；和，控制寫入配線中寫入電流的導(dǎo)通的寫入開關(guān)單元，磁阻效應(yīng)元件的感磁層由磁軛的一部分構(gòu)成。
在第一和第二磁存儲(chǔ)器中，磁軛由約環(huán)狀體制成，在寫入配線的延長(zhǎng)方向的一部分以包圍該寫入配線外圍的方式配置。這樣，通過磁軛包圍寫入配線，可降低磁場(chǎng)向偏離磁阻效應(yīng)元件的方向放出。再者，在第一磁存儲(chǔ)器中，磁軛通過具有分別與磁阻效應(yīng)元件的一對(duì)側(cè)面對(duì)向或接合的一對(duì)開放端部，可將在寫入配線的外圍方向上構(gòu)成封閉回路的磁軛內(nèi)部的磁場(chǎng)(從磁阻效應(yīng)元件的角度看時(shí)的外部磁場(chǎng))有效地提供給磁阻效應(yīng)元件的感磁層。再者，在第二磁存儲(chǔ)器中，磁阻效應(yīng)元件的感磁層由包圍寫入配線的外圍的磁軛的一部分構(gòu)成，所以可將外部磁場(chǎng)有效地提供給磁阻效應(yīng)元件的感磁層。這樣，只要利用上述的磁存儲(chǔ)器，就可將基于寫入電流的外部磁場(chǎng)有效地提供給磁阻效應(yīng)元件，所以即使用小的寫入電流，也可使磁阻效應(yīng)元件的感磁層的磁化方向反轉(zhuǎn)。
再者，只要利用上述的磁存儲(chǔ)器，即使用小的寫入電流也可使感磁層的磁化方向反轉(zhuǎn)，所以可使控制寫入電流導(dǎo)通的寫入開關(guān)單元小型化，可在各存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)內(nèi)配置寫入開關(guān)單元。因此，實(shí)質(zhì)上只對(duì)打算寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域的磁阻效應(yīng)元件提供外部磁場(chǎng)成為可能，就可防止誤寫入其它存儲(chǔ)區(qū)域。
再者，第一磁存儲(chǔ)器，其特征在于，與磁軛的一周方向垂直的截面的面積在一對(duì)開放端部中為最小。由此，可將因?qū)懭腚娏鞫a(chǎn)生的外部磁場(chǎng)更有效地提供給磁阻效應(yīng)元件的感磁層。
再者，第一磁存儲(chǔ)器優(yōu)選磁軛的易磁化軸方向沿感磁層的易磁化軸方向。
再者，第一和第二磁存儲(chǔ)器，其特征在于，多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域排列成由m行n列(m、n是2以上的整數(shù))構(gòu)成的二次元狀，還包括第一配線，與多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各列對(duì)應(yīng)設(shè)置、連接到所對(duì)應(yīng)的列的各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域分別具有的寫入配線上；和第二配線，與多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各行對(duì)應(yīng)設(shè)置、電連接到所對(duì)應(yīng)的行的各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域分別具有的寫入開關(guān)單元的控制端子上。
例如，使寫入電流流到與含打算寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域的第i列(1≤i≤n)對(duì)應(yīng)的第一配線的同時(shí)，使連接在與含有該存儲(chǔ)區(qū)域的第j行(1≤j≤m)對(duì)應(yīng)的第二配線上的寫入開關(guān)單元全部導(dǎo)通，這時(shí)，寫入電流只在相當(dāng)于第j行第i列的存儲(chǔ)區(qū)域的寫入配線中流通，賦予磁阻效應(yīng)元件基于該寫入電流的外部磁場(chǎng)。這樣，只要利用上述的磁存儲(chǔ)器，就可通過簡(jiǎn)易的構(gòu)成和動(dòng)作選擇打算寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域。
再者，第一和第二磁存儲(chǔ)器，其特征在于，還具有將正和負(fù)的寫入電流提供給寫入配線的寫入電流生成單元。只要利用該磁存儲(chǔ)器，寫入電流生成單元根據(jù)需要將正和負(fù)的寫入電流的任一方提供給寫入配線，可適當(dāng)?shù)厥勾抛栊?yīng)元件的感磁層中的磁化方向反轉(zhuǎn)。
再者，第一和第二磁存儲(chǔ)器，其特征在于，多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)還優(yōu)選具有電連接到磁阻效應(yīng)元件上且使讀出電流流通到磁阻效應(yīng)元件的讀出配線；和，控制讀出配線中讀出電流的導(dǎo)通的讀出開關(guān)單元。
只要利用本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器就可防止誤寫入且使寫入電流變小。


圖1是表示一實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器的所有構(gòu)成的概念圖。
圖2是表示沿行方向切斷存儲(chǔ)部時(shí)的截面構(gòu)成的放大截面圖。
圖3是用圖2中的I-I線切斷存儲(chǔ)部時(shí)的放大截面圖。
圖4是用圖2中的II-II線切斷存儲(chǔ)部時(shí)的放大截面圖。
圖5是沿存儲(chǔ)區(qū)域行方向的TMR元件及其周邊構(gòu)造的截面圖。
圖6是沿存儲(chǔ)區(qū)域列方向的TMR元件及其周邊構(gòu)造的截面圖。
圖7A是表示存儲(chǔ)區(qū)域中的TMR元件周邊的動(dòng)作的圖，圖7B是表示存儲(chǔ)區(qū)域中的TMR元件周邊的動(dòng)作的圖。
圖8A是表示存儲(chǔ)區(qū)域中的TMR元件周邊的動(dòng)作的圖，圖8B是表示存儲(chǔ)區(qū)域中的TMR元件周邊的動(dòng)作的圖。
圖9是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖10是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖11是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖12是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖13是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖14是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖15是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖16是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖17是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖18是表示TMR元件的周邊構(gòu)造的制造過程圖。
圖19是表示變形例的磁軛的形狀圖。
圖20是表示變形例的磁軛的形狀圖。
圖21A是表示現(xiàn)有的MRAM的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的構(gòu)造例的側(cè)面截面圖，圖21B是表示TMR元件的構(gòu)成的截面圖。
符號(hào)說明1…磁存儲(chǔ)器、2…存儲(chǔ)部、3…存儲(chǔ)區(qū)域、4a…側(cè)面、4…TMR元件、5…磁軛、5a…端面、5b…對(duì)向軛、5c…柱狀軛、5d…束狀軛、6…半導(dǎo)體層、7…配線層、8…磁性材料層、11…位選擇電路、12…字選擇電路、13a，13b…位配線、14…字配線、15…接地配線、21…半導(dǎo)體基板、22～24…絕緣區(qū)域、31…寫入配線、32…寫入晶體管、32a…漏極區(qū)域、32b…柵極電極、32c…源極區(qū)域、33…讀出配線、34…讀出晶體管、34a…漏極區(qū)域、34b…柵極電極、34c…源極區(qū)域、35…電極、41…第一磁性層、42…非磁性絕緣層、43…第二磁性層、44…反強(qiáng)磁性層。
具體實(shí)施例方式
以下，邊參照附圖邊詳細(xì)說明本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器的實(shí)施方式。另外，關(guān)于附圖的說明，對(duì)相同要素標(biāo)記相同符號(hào)并省略重復(fù)的說明。
首先，說明本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器的一實(shí)施方式的構(gòu)成。圖1是表示本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1的全體構(gòu)成的概念圖。磁存儲(chǔ)器1包括存儲(chǔ)部2、位選擇電路11、字選擇電路12、位配線13a以及13b、字配線14和接地配線15。存儲(chǔ)部2由多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3構(gòu)成。多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3排列成由m行n列(m、n為2以上的整數(shù))構(gòu)成的二次元狀。多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3的各個(gè)含有TMR元件4、寫入配線31、寫入晶體管32、讀出配線33、以及讀出晶體管34。
TMR元件4是含有磁化方向因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件。具體地，TMR元件4其構(gòu)成包括感磁層即第一磁性層；固定磁化方向的第二磁性層；被夾在第一磁性層和第二磁性層之間的非磁性絕緣層。TMR元件4以受到通過寫入配線31內(nèi)所流動(dòng)的寫入電流所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)而使第一磁性層的磁化方向發(fā)生變化的方式，沿寫入配線31的一部分配置。然后，當(dāng)利用寫入電流而變化第一磁性層的磁化方向時(shí)，對(duì)應(yīng)第一磁性層的磁化方向與第二磁性層的磁化方向的關(guān)系，第一磁性層與第二磁性層之間的阻值發(fā)生變化。
寫入配線31是用于利用寫入電流將外部磁場(chǎng)提供給TMR元件4的第一磁性層的配線。寫入配線31的一端電連接到位配線13a上。寫入配線31的另一端電連接到寫入晶體管32的源極或漏極上。寫入晶體管32是用于控制寫入配線31中寫入電流的導(dǎo)通的半導(dǎo)體寫入開關(guān)單元。寫入晶體管32是漏極和源極的一方電連接到寫入配線31上而另一方電連接到位配線13b上。寫入晶體管32的柵極電連接到字配線14上。
讀出配線33是用于使讀出電流流通在TMR元件4中的配線。具體地，讀出配線33的一端電連接到位配線13a上，讀出配線33的另一端電連接到TMR元件4的第一磁性層側(cè)上。再者，讀出晶體管34是用于控制讀出配線33中讀出電流的導(dǎo)通的讀出開關(guān)單元。讀出晶體管34是源極和漏極的一方電連接到TMR元件4的第二磁性層側(cè)，源極和漏極的另一方電連接到接地配線15上。再者，讀出晶體管34的柵極電連接到字配線14上。另外，所謂TMR元件4的第一磁性層側(cè)(第二磁性層側(cè))意味著相對(duì)于非磁性絕緣層的第一磁性層的側(cè)或第二磁性層的側(cè)，包括第一磁性層(第二磁性層)上存在其它層的情況。
位配線13a和13b對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)區(qū)域3的各列配置。位配線13a是本實(shí)施方式的第一配線。即，位配線13a電連接到對(duì)應(yīng)列的存儲(chǔ)區(qū)域3分別具有的寫入配線31的一端。而且，本實(shí)施方式的位配線13a也電連接到對(duì)應(yīng)列的存儲(chǔ)區(qū)域3分別具有的讀出配線33的一端。位配線13b電連接到對(duì)應(yīng)列的存儲(chǔ)區(qū)域3分別具有的寫入晶體管32的漏極或源極上。再者，字配線14是本實(shí)施方式的第二配線。即，字配線14對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)區(qū)域3的各行配置，電連接到對(duì)應(yīng)行的存儲(chǔ)區(qū)域3分別具有的寫入晶體管32的控制端子即柵極上。
位選擇電路11是本實(shí)施方式的寫入電流生成單元。即，位選擇電路11具有將正或負(fù)的寫入電流提供給各存儲(chǔ)區(qū)域3的寫入配線31的功能。具體地，位選擇電路11的構(gòu)成包括對(duì)應(yīng)于當(dāng)從磁存儲(chǔ)器1的內(nèi)部或外部寫入數(shù)據(jù)時(shí)被指示的地址，選擇符合該地址的列的地址解碼電路；和，將正或負(fù)的寫入電流供給到對(duì)應(yīng)于選擇的列的位配線13a和13b之間的電流驅(qū)動(dòng)電路。再者，字選擇電路12具有將控制電流提供給字配線14的功能，該字配線14其特征在于對(duì)應(yīng)于從磁存儲(chǔ)器1的內(nèi)部或外部寫入數(shù)據(jù)時(shí)被指示的地址，選擇符合該地址的行，對(duì)應(yīng)于選擇的行。
具有以上構(gòu)成的磁存儲(chǔ)器1進(jìn)行如以下的動(dòng)作。即，當(dāng)指定從磁存儲(chǔ)器1的內(nèi)部或外部寫入數(shù)據(jù)的地址(i行j列/1≤i≤m、1≤j≤n)時(shí)，位選擇電路11和字選擇電路12分別選擇所符合的j列和i行。在字選擇電路12所選擇的i行所含有的存儲(chǔ)區(qū)域3的寫入晶體管32中，將控制電流供給柵極，寫入電流成為可導(dǎo)通狀態(tài)。再者，在位選擇電路11所選擇的j列所含有的存儲(chǔ)區(qū)域3中，將對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)的正或負(fù)的電壓施加在位配線13a與位配線13b之間。然后，在位選擇電路11所選擇的j列和字選擇電路12所選擇的i行雙方所含有的存儲(chǔ)區(qū)域3中，通過寫入晶體管32，在寫入配線31中產(chǎn)生寫入電流，通過基于該寫入電流的磁場(chǎng)，使TMR元件4的第一磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)。這樣，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入被指示的地址(i行j列)的存儲(chǔ)區(qū)域3。
再者，當(dāng)指定從磁存儲(chǔ)器1的內(nèi)部或外部讀出數(shù)據(jù)的地址(k行l(wèi)列/1≤k≤m、1≤l≤n)時(shí)，位選擇電路11和字選擇電路12分別選擇所符合的l列以及k行。在字選擇電路12所選擇的k行所含有的存儲(chǔ)區(qū)域3的讀出晶體管34中，將控制電流供給柵極，讀出電流成為可導(dǎo)通狀態(tài)。再者，在對(duì)應(yīng)于位選擇電路11所選擇的l列的位配線13a中，由位選擇電路11供給讀出電流。然后，在位選擇電路11所選擇的l列和字選擇電路12所選擇的k行雙方所含有的存儲(chǔ)區(qū)域3中，來自讀出配線33的讀出電流通過TMR元件4和讀出晶體管34流通到接地配線15內(nèi)。然后，例如通過判斷TMR元件4中的電壓下降量，讀出被指示的地址(k行l(wèi)列)的存儲(chǔ)區(qū)域3所存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
這里，詳細(xì)地說明關(guān)于本實(shí)施方式中的存儲(chǔ)部2的具體構(gòu)成。圖2是表示沿行方向切斷存儲(chǔ)部2時(shí)的截面構(gòu)成的放大截面圖。圖3是用圖2中的I-I線切斷存儲(chǔ)部2時(shí)的放大截面圖。圖4是用圖2中的II-II線切斷存儲(chǔ)部2時(shí)的放大截面圖。
參照?qǐng)D2～圖4，存儲(chǔ)部2包括半導(dǎo)體層6、配線層7以及磁性材料層8。半導(dǎo)體層6是含有半導(dǎo)體基板21且在維持所有存儲(chǔ)部2的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)形成晶體管等的半導(dǎo)體裝置的層。磁性材料層8是形成有基于磁性材料的構(gòu)成物和TMR元件4等的層，該磁性材料是指用于有效地賦予TMR元件4磁場(chǎng)的磁軛5。配線7被設(shè)置在半導(dǎo)體層6與磁性材料層8之間。配線層7是形成用于相互電連接磁性體裝置、半導(dǎo)體裝置和配線的配線的層，該磁性體裝置是在磁性材料層8上形成的TMR元件4等，該半導(dǎo)體裝置是在半導(dǎo)體層6上形成的晶體管等，該配線是位配線13a、13b以及字配線14之類貫穿各存儲(chǔ)區(qū)域3的配線。
首先，說明半導(dǎo)體層6。半導(dǎo)體層6具有半導(dǎo)體基板21、絕緣區(qū)域22、寫入晶體管32、讀出晶體管34。半導(dǎo)體基板21例如由Si基板制成，摻雜p型或n型的不純物。絕緣區(qū)域22在半導(dǎo)體基板21上除寫入晶體管32和讀出晶體管34以外的區(qū)域內(nèi)形成，電分離寫入晶體管32和讀出晶體管34。絕緣區(qū)域22例如由SiO2之類的絕緣性材料形成。
參照?qǐng)D3，讀出晶體管34由與半導(dǎo)體基板21相反導(dǎo)電型的漏極區(qū)域34a和源極區(qū)域34c、柵極電極34b以及半導(dǎo)體基板21的一部分構(gòu)成。例如在Si基板的表面附近，摻雜與半導(dǎo)體基板21相反導(dǎo)電型的不純物而形成漏極區(qū)域34a和源極區(qū)域34c。半導(dǎo)體基板21介于漏極區(qū)域34a與源極區(qū)域34c之間，在該半導(dǎo)體基板21上配置柵極電極34b。通過這樣的構(gòu)成，當(dāng)在讀出晶體管34中將電壓施加在柵極電極34b上時(shí)，漏極區(qū)域34a與源極區(qū)域34c相互導(dǎo)通。
參照?qǐng)D4，寫入晶體管32由與半導(dǎo)體基板21相反導(dǎo)電型的漏極區(qū)域32a和源極區(qū)域32c、柵極電極32b以及半導(dǎo)體基板21的一部分構(gòu)成。例如在Si基板的表面附近摻雜與半導(dǎo)體基板21相反導(dǎo)電型的不純物形成漏極區(qū)域32a和源極區(qū)域32c。半導(dǎo)體基板21介于漏極區(qū)域32a與源極區(qū)域32c之間，在該半導(dǎo)體基板21上配置柵極電極32b。通過這樣的構(gòu)成，當(dāng)在寫入晶體管32中將電流供給柵極電極32b上時(shí)，漏極區(qū)域32a與源極區(qū)域32c相互導(dǎo)通。
接著，說明磁性材料層8。磁性材料層8包括TMR元件4、磁軛5、絕緣區(qū)域24、寫入配線31和讀出配線33。另外，在磁性材料層8中，除以下說明的構(gòu)成(TMR元件4、磁軛5、寫入配線31和讀出配線33)以及其它配線以外的區(qū)域，由絕緣區(qū)域24占有。這里，圖5和圖6是TMR元件4及其周邊構(gòu)造的放大圖。圖5是沿存儲(chǔ)區(qū)域3的行方向的截面，圖6是沿存儲(chǔ)區(qū)域3的列方向的截面。參照?qǐng)D5和圖6，TMR元件4依次層積第一磁性層41、非磁性絕緣層42、第二磁性層43以及反強(qiáng)磁性層44。第一磁性層41是本實(shí)施方式的感磁層，因來自寫入配線31的外部磁場(chǎng)而變化磁化方向，可記錄二進(jìn)制數(shù)據(jù)。就第一磁性層41的材料而言，例如可使用Co、CoFe、NiFe、NiFeCo、CoPt等強(qiáng)磁性材料。
再者，在第二磁性層43中，通過反強(qiáng)磁性層44固定磁化方向。即，通過在反強(qiáng)磁性層44與第二磁性層43的接合面中的交換結(jié)合，穩(wěn)定第二磁性層43的磁化方向。第二磁性層43的易磁化軸方向以沿第一磁性層41的易磁化軸方向設(shè)定。就第二磁性層43的材料而言，例如可使用Co、CoFe、NiFe、NiFeCo、CoPt等強(qiáng)磁性材料。再者，就反強(qiáng)磁性層44的材料而言，可使用IrMn、PtMn、FeMn、PtPdMn、NiO或它們中任意組合的材料。
非磁性絕緣層42是由非磁性且絕緣性的材料構(gòu)成的層。通過將非磁性絕緣層42介于第一磁性層41與第二磁性層43之間，在第一磁性層41與第二磁性層43之間產(chǎn)生隧道磁阻效應(yīng)(TMR)。即，在第一磁性層41與第二磁性層43之間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一磁性層41的磁化方向和第二磁性層43的磁化方向的相對(duì)關(guān)系(平行或反平行)的電阻。就非磁性絕緣層42的材料而言，例如優(yōu)選為Al、Zn、Mg之類的金屬氧化物或氮化物。
另外，作為使第二磁性層43的磁化方向穩(wěn)定的層，代替反強(qiáng)磁性層44，也可通過非磁性金屬層或合成AF(反強(qiáng)磁性)層設(shè)置第三磁性層。該第三磁性層通過與第二磁性層43形成反強(qiáng)磁性結(jié)合，可更進(jìn)一步穩(wěn)定第二磁性層43的磁化方向。再者，可防止從第二磁性層43到第一磁性層41的靜磁場(chǎng)的影響，所以可容易地磁化反轉(zhuǎn)第一磁性層41。作為該第三磁性層的材料沒有特別限制，例如優(yōu)選單獨(dú)或組合使用Co、CoFe、NiFe、NiFeCo、CoPt等強(qiáng)磁性材料。再者，作為設(shè)置在第二磁性層43與第三磁性層之間的非磁性金屬層的材料，優(yōu)選為Ru、Rh、Ir、Cu、Ag等。另外，為了在第二磁性層43與第三磁性層之間得到強(qiáng)的反強(qiáng)磁性結(jié)合，非磁性金屬層的厚度優(yōu)選為2nm以下。
TMR元件4的第一磁性層41上設(shè)置有讀出配線33。讀出配線33由導(dǎo)電性的金屬制成，在存儲(chǔ)區(qū)域3的行方向上延伸。讀出配線33的一端電連接到第一磁性層41上。讀出配線33的另一端通過垂直配線16f電連接到電極17b上(參照?qǐng)D2)。再者，TMR元件4的反強(qiáng)磁性層44被設(shè)置在電極35上，與電極35電連接。通過該構(gòu)成，可使讀出電流從讀出配線33中流向TMR元件4。
再者，在讀出配線33上設(shè)置有寫入配線31。讀出配線33與寫入配線31之間有間隙，因用絕緣區(qū)域24的材料填滿而相互絕緣。寫入配線31由導(dǎo)電性金屬制成，在存儲(chǔ)區(qū)域3的行方向上延伸。寫入配線31的一端通過垂直配線16a電連接到電極17a上(參照?qǐng)D2)。再者，寫入配線31的另一端通過垂直配線16h電連接到電極17c上(參照?qǐng)D2)。另外，TMR元件4的第一磁性層41的易磁化軸方向以沿與寫入配線31的較長(zhǎng)方向交差的方向(即，與寫入電流的方向交差的方向)的方式設(shè)定。
磁軛5是覆蓋寫入配線31的周邊且用于將因?qū)懭腚娏鞫a(chǎn)生的磁場(chǎng)有效地提供給TMR元件4的強(qiáng)磁性元件。磁軛5由具有介入規(guī)定長(zhǎng)度的空隙且對(duì)向的至少一對(duì)開放端部的約環(huán)狀體制成，在寫入配線31的延長(zhǎng)方向的一部分上，以包圍寫入配線31的外圍的方式配置。具體地，本實(shí)施方式的磁軛5由一對(duì)對(duì)向軛5b、一對(duì)柱狀軛5c和束狀軛(beam yoke)5d構(gòu)成。其中，一對(duì)對(duì)向軛5b具有作為一對(duì)開放端部的一對(duì)端面5a。該一對(duì)端面5a以沿第一磁性層41的易磁化軸方向且通過規(guī)定長(zhǎng)度的空隙相互對(duì)向的方式設(shè)置。然后，TMR元件4以其一對(duì)側(cè)面4a(參照?qǐng)D6)分別對(duì)向于一對(duì)端面5a的方式且以第一磁性層41的易磁化軸方向沿一對(duì)端面5a的并列方向的方式配置。再者，束狀軛5d沿與寫入配線31中的TMR元件4相反側(cè)的面設(shè)置。一對(duì)柱狀軛5c沿寫入配線31的側(cè)面設(shè)置，連接與一對(duì)對(duì)向軛5b各自的端面5a不同的側(cè)的一端和束狀軛5d的兩端。通過以上的構(gòu)成，對(duì)向軛5b、柱狀軛5c以及束狀軛5d在寫入配線31的延長(zhǎng)方向的一部分(TMR元件4上的部分)中包圍寫入配線31的外圍。
作為構(gòu)成磁軛5的材料，例如優(yōu)選為含有Ni、Fe、Co中至少一種元素的金屬。再者，磁軛5以其易磁化軸方向沿TMR元件4的第一磁性層41的易磁化軸方向的方式形成。再者，在與寫入配線31的一周方向垂直的面上的磁軛5的截面面積在一對(duì)端面5a中最小。具體地，磁軛5的對(duì)向軛5b、柱狀軛5c以及束狀軛5d中，對(duì)向軛5b的截面面積最小。然后，更優(yōu)選為對(duì)向軛5b越接近端面5a變得越細(xì)。
另外，作為絕緣區(qū)域24的材料，與半導(dǎo)體層6的絕緣區(qū)域22一樣，可使用SiO2之類的絕緣性材料。
接著，說明配線層7。配線層7具有絕緣區(qū)域23、位配線13a以及13b、字配線14、接地配線15、多條垂直配線以及水平配線。另外在配線層7中，除各配線以外的區(qū)域全部由絕緣區(qū)域23占有。作為絕緣區(qū)域23的材料，與半導(dǎo)體層6的絕緣區(qū)域22一樣，可使用SiO2之類的絕緣性材料。再者，作為垂直配線的材料，例如可使用W，作為水平配線的材料，例如可使用Al。
參照?qǐng)D2，連接在磁性材料層8的寫入配線31一端的電極17a通過垂直配線16b被電連接到位配線13a上。再者，電連接于TMR元件4的第二磁性層43側(cè)的電極35被電連接到配線層7的垂直配線16c～16e以及水平配線18a、18b上，垂直配線16e與讀出晶體管34的漏極區(qū)域34a(參照?qǐng)D3)被電阻耦合。再者，在磁性材料層8中，通過讀出配線33電連接于TMR元件4的第一磁性層41側(cè)的電極17b通過垂直配線16g被電連接到水平配線18c上。另外，水平配線18c通過沒有圖示的配線被電連接到位配線13a上。
再者，參照?qǐng)D3，接地配線15被電連接到垂直配線16n上，垂直配線16n與讀出晶體管34的源極區(qū)域34c電阻耦合。再者，字配線14的一部分成為讀出晶體管34的柵極電極34b。即，圖3所示的柵極電極34b由在存儲(chǔ)區(qū)域3的行方向上延長(zhǎng)的字配線14的一部分構(gòu)成。通過這樣的構(gòu)成，字配線14被電連接到讀出晶體管34的控制端子(柵極電極34b)上。
再者，參照?qǐng)D4，連接于磁性材料層8的寫入配線31另一端的電極17c被電連接到配線層7的垂直配線16i～16k以及水平配線18d、18e上，垂直配線16k與寫入晶體管32的漏極區(qū)域32a被電阻耦合。再者，水平配線18h被電連接到垂直配線16q上，垂直配線16q與寫入晶體管32的源極區(qū)域32c被電阻耦合。另外，水平配線18h通過沒有圖示的配線被電連接到位配線13b上(參照?qǐng)D2)。再者，字配線14的一部分成為寫入晶體管32的柵極電極32b。即，圖4所示的柵極電極32b由在存儲(chǔ)區(qū)域3的行方向上延長(zhǎng)的字配線14的一部分構(gòu)成。通過這樣的構(gòu)成，字配線14被電連接到寫入晶體管32的控制端子(柵極電極32b)上。
這里，參照?qǐng)D7A、圖7B、圖8A以及圖8B，說明關(guān)于本實(shí)施方式的存儲(chǔ)區(qū)域3中的TMR元件4周邊的動(dòng)作。如圖7A所示，當(dāng)負(fù)的定入電流IW1流入寫入配線31時(shí)，在寫入配線31的周邊并在寫入配線31的一周方向產(chǎn)生磁場(chǎng)φ1。磁場(chǎng)φ1形成經(jīng)由設(shè)置在寫入配線31周邊的磁軛5內(nèi)部以及一對(duì)端面5a間的間隙的封閉回路。另外，在本實(shí)施方式中，磁軛5的對(duì)向軛5b、柱狀軛5c以及束狀軛5d中對(duì)向軛5b的截面面積最小，所以在磁軛5內(nèi)部形成的磁場(chǎng)φ1的磁通密度在對(duì)向軛5b中最大。
當(dāng)寫入配線31的周邊產(chǎn)生磁場(chǎng)φ1時(shí)，通過磁軛5的磁場(chǎng)封閉作用，將磁場(chǎng)φ1(外部磁場(chǎng))有效地提供給TMR元件4的第一磁性層41。通過該磁場(chǎng)φ1，第一磁性層41的磁化方向A朝向與磁場(chǎng)φ1相同的方向。這里，第二磁性層43的磁化方向B因與反強(qiáng)磁性層44的交換結(jié)合而預(yù)先朝向與磁場(chǎng)φ1相同的方向時(shí)，第一磁性層41的磁化方向A與第二磁性層43的磁化方向B相互同向，即成為平行狀態(tài)。這樣，二進(jìn)制數(shù)據(jù)的一方(例如0)被寫入TMR元件4。
當(dāng)從TMR元件4讀出被寫入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)，如圖7B所示，在讀出配線33與電極35之間流通著讀出電流Ir，檢測(cè)出該電流值的變化或讀出配線33與電極35之間的電位差的變化。由此，可判斷TMR元件4是否記錄了二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的任一個(gè)(即，第一磁性層41的磁化方向A與第二磁性層43的磁化方向B平行還是反平行)。例如，當(dāng)?shù)谝淮判詫?1的磁化方向A與第二磁性層43的磁化方向B平行時(shí)，因非磁性絕緣層42中的隧道磁阻效應(yīng)(TMR)，第一磁性層41與第二磁性層43之間的阻值變得比較小。因此，例如當(dāng)讀出電流Ir一定時(shí)，讀出配線33與電極35之間的電位差變得比較小，所以可知二進(jìn)制數(shù)據(jù)0被寫入TMR元件4中。
再者，如圖8A所示，當(dāng)正的寫入電流IW2流入到寫入配線31內(nèi)時(shí)，在寫入配線31的周邊產(chǎn)生與磁場(chǎng)φ1相反的磁場(chǎng)φ2。磁場(chǎng)φ2形成經(jīng)由磁軛5內(nèi)部以及一對(duì)端面5a間的間隙的封閉回路。另外，與磁場(chǎng)φ1一樣，在磁軛5內(nèi)部形成的磁場(chǎng)φ2的磁通密度在對(duì)向軛5b中最大。
當(dāng)在寫入配線31的周邊產(chǎn)生磁場(chǎng)φ2時(shí)，通過磁軛5的磁場(chǎng)封閉作用，將磁場(chǎng)φ2(外部磁場(chǎng))有效地提供給TMR元件4的第一磁性層41。通過該磁場(chǎng)φ2，第一磁性層41的磁化方向A朝向與磁場(chǎng)φ2相同的方向。這里，當(dāng)?shù)诙判詫?3的磁化方向B朝向與磁場(chǎng)φ2相反的方向時(shí)，第一磁性層41的磁化方向A與第二磁性層43的磁化方向B相互反向，即成為反平行狀態(tài)。這樣，二進(jìn)制數(shù)據(jù)的另一方(例如1)被寫入TMR元件4。
當(dāng)?shù)谝淮判詫?1的磁化方向A與第二磁性層43的磁化方向B反平行時(shí)，因非磁性絕緣層42中的隧道磁阻效應(yīng)(TMR)，第一磁性層41與第二磁性層43之間的阻值變得比較大。因此，例如如圖8B所示，當(dāng)在讀出配線33和電極35之間流通著一定的讀出電流Ir時(shí)，讀出配線33與電極35之間的電位差比較小，由此可知二進(jìn)制數(shù)據(jù)1被寫入TMR元件4中。
說明關(guān)于以上說明的本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1所具有的效果。在本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1中，磁軛5由約環(huán)狀體制成，關(guān)于寫入配線31的延長(zhǎng)方向的一部分，以包圍寫入配線31外圍的方式配置。這樣，通過磁軛5包圍寫入配線31，可降低向偏離TMR元件4的方向放出的磁場(chǎng)。再者，磁軛5通過具有分別與TMR元件4的一對(duì)側(cè)面4a對(duì)向的一對(duì)端面5a，可有效地將在寫入配線31的外圍方向構(gòu)成封閉回路的磁軛5內(nèi)部的磁場(chǎng)φ1、φ2提供給TMR元件4的第一磁性層41。這樣，只要利用本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1，就可將基于寫入電流IW1、IW2的磁場(chǎng)φ1、φ2有效地提供給TMR元件4，所以即使用小的寫入電流IW1、IW2也可使TMR元件4的第一磁性層41的磁化方向A反轉(zhuǎn)。
再者，只要利用本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1，即使用小的寫入電流IW1、IW2也可使第一磁性層41的磁化反向A反轉(zhuǎn)所以控制寫入電流IW1、IW2導(dǎo)通的寫入晶體管32可小型化，可在各存儲(chǔ)區(qū)域3內(nèi)容易地配置寫入晶體管32。因此，實(shí)質(zhì)上可只對(duì)打算寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域3的TMR元件4提供磁場(chǎng)φ1、φ2，可防止誤寫入其它存儲(chǔ)區(qū)域3中。
再者，在現(xiàn)有的磁存儲(chǔ)器中，如圖21A、21B所示，使用基于相互交差的兩根配線102、104的合成磁場(chǎng)。因此，需要以在基于一根配線102或104的磁場(chǎng)中使感磁層的磁化方向不反轉(zhuǎn)的方式且在基于兩根配線的合成磁場(chǎng)中感磁層的磁化方向一定反轉(zhuǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)寫入電流的大小或感磁層的磁化特性(磁化方向反轉(zhuǎn)時(shí)的磁場(chǎng)的大小等)。但是，因溫度變化或磁噪聲等的影響，感磁層的磁化特性產(chǎn)生偏差，所以在多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)，作成可正確寫入動(dòng)作的磁存儲(chǔ)器是不容易的。相對(duì)于此，在本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1中，各存儲(chǔ)區(qū)域3都具有寫入晶體管32，所以不僅可相對(duì)于各個(gè)TMR元件4提供來自的寫入配線31的磁場(chǎng)φ1、φ2，而且無需使用合成磁場(chǎng)。因此，磁場(chǎng)φ1、φ2的強(qiáng)度只要是使第一磁性層41的磁化方向A反轉(zhuǎn)而充分的強(qiáng)度就可以，即使在因溫度變化或磁噪音等使感磁層的磁化特性有某種程度的偏差的情況下，也可以將數(shù)據(jù)正確地寫入TMR元件4中。
再者，如本實(shí)施方式那樣，多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3優(yōu)選排列成由m行n列(m、n是2以上的整數(shù))構(gòu)成的二次元狀。這時(shí)，對(duì)應(yīng)于多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3的各列而設(shè)置的位配線13a優(yōu)選為連接在對(duì)應(yīng)的列的各存儲(chǔ)區(qū)域3所具有的寫入配線31的一端。再者，這時(shí)，對(duì)應(yīng)于多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3的各行而設(shè)置的字配線14優(yōu)選為連接在對(duì)應(yīng)的行的各存儲(chǔ)區(qū)域3所具有的寫入晶體管32的柵極電極32b上。由此，通過簡(jiǎn)易的構(gòu)成和動(dòng)作可選擇打算寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域3。
再者，如本實(shí)施方式那樣，磁存儲(chǔ)器1優(yōu)選為具有位選擇電路11作為寫入電流生成單元，該寫入電流生成單元將正的寫入電流IW2和負(fù)的寫入電流IW1提供給寫入配線31。只要利用該磁存儲(chǔ)器1，位選擇電路11根據(jù)需要將正的寫入電流IW2和負(fù)的寫入電流IW1任一方提供給寫入配線31，可適當(dāng)使TMR元件4的第一磁性層41中的磁化方向A反轉(zhuǎn)。
再者，如本實(shí)施方式那樣，磁軛5的易磁化軸方向優(yōu)選為沿第一磁性層41的易磁化軸方向。再者，與磁軛5的一周方向垂直的截面的面積優(yōu)選為在一對(duì)端面5a中最小的面積。由此，可更有效地將磁軛5內(nèi)部的磁場(chǎng)φ1、φ2賦予TMR元件4的第一磁性層41。
這里，邊參照?qǐng)D9～圖18邊說明關(guān)于本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1的制造方法中TMR元件4的周邊構(gòu)造的制造方法。另外，圖9～圖18均為沿圖2的I-I線的截面，依次表示其制造過程。
首先，形成半導(dǎo)體層6和配線層7(參照?qǐng)D2)。然后，如圖9所示，在配線層7的垂直配線16c上形成電極35后，為了形成TMR元件4，利用高真空(UHV)DC噴鍍裝置，例如依次成膜Ta層底膜、IrMn層、CoFe層以及Al層。然后，利用氧等離子體進(jìn)行Al層的氧化，在形成隧道絕緣層(即，成為圖5和圖6所示的非磁性絕緣層42的層)后，形成CoFe層和Ta保護(hù)層。
接著，如圖10所示，利用石印(lithograph)裝置形成抗蝕劑掩模71后，利用離子研磨形成TMR元件4。然后，使用CVD裝置，例如利用Si(OC2H5)4，在TMR元件4的側(cè)面和電極35的上部形成SiO2絕緣層24a。而且，為了形成一對(duì)對(duì)向軛5b，利用噴鍍裝置成膜例如NiFe膜68后，除去抗蝕劑掩模71。然后，如圖11所示，在NiFe膜68上和TMR元件4上形成對(duì)應(yīng)于對(duì)向軛5b形狀的抗蝕劑掩模72，通過利用離子研磨成形NiFe膜68，形成一對(duì)對(duì)向軛5b。然后，除去抗蝕劑掩模72。
接著，如圖12所示，以與TMR元件4的上面接觸的方式形成讀出配線33。接著，在讀出配線33上、絕緣層24a上以及對(duì)向軛5b上，利用CVD法形成由與絕緣層24a相同材料制成的絕緣層24b。這樣，利用噴鍍?cè)诮^緣層24b上形成例如由Cu等導(dǎo)電性好的材料制成的鍍層底膜31a。
接著，如圖13所示，在鍍層底膜31a上有選擇地形成抗蝕劑掩模73。這里，在TMR元件4上即在比TMR元件4的上面更大的區(qū)域內(nèi)形成具有開口的抗蝕劑掩模73。然后，將全體浸入鍍槽內(nèi)，通過利用鍍層底膜31a作為電極的鍍層處理，形成寫入配線31b。進(jìn)行鍍層處理后，如圖14所示，除去抗蝕劑掩模73，而且，通過研磨等除去鍍層底膜31a中露出的部分。這樣，形成寫入配線31。
接著，如圖15所示，利用CVD法在寫入配線31上和絕緣層24b上形成由與絕緣層24a和24b相同材料制成的絕緣層24c。然后，在絕緣層24c上有選擇地形成抗蝕劑掩模74。這里，在寫入配線31上即在比寫入配線31的上面稍大的區(qū)域內(nèi)形成抗蝕劑掩模74。然后，利用RIE等除去在絕緣層24b和24c中沒有覆蓋抗蝕劑掩模74的部分，使對(duì)向軛5b露出后，除去抗蝕劑掩模74(參照?qǐng)D16)。
接著，如圖17所示，在絕緣層24a上有選擇地形成抗蝕劑掩模75。這時(shí)，以不覆蓋對(duì)向軛5b和寫入配線31的方式形成抗蝕劑掩模75。然后，在沒有設(shè)置抗蝕劑掩模75的區(qū)域內(nèi)，例如利用噴鍍形成一對(duì)柱狀軛5c和束狀軛5d。這樣，形成由一對(duì)對(duì)向軛5b、一對(duì)柱狀軛5c以及束狀軛5d構(gòu)成的磁軛5。最后，如圖18所示，除去抗蝕劑掩模75，利用CVD法在絕緣層24a上和磁軛5上形成由與絕緣層24a相同材料制成的絕緣層24d。這樣，形成絕緣區(qū)域24，完成存儲(chǔ)區(qū)域3(存儲(chǔ)部2)。
(變形例)這里，說明關(guān)于本實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1的變形例。圖19和圖20是分別表示本變形例的磁軛51和52的形狀的截面圖。通過代替上述實(shí)施方式的磁軛5而設(shè)置本變形例的磁軛51或52，可得到與上述實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器1相同或比它更好的效果。
首先，參照?qǐng)D19，磁軛51由一對(duì)對(duì)向軛51b、一對(duì)柱狀軛51c和束狀軛51d構(gòu)成。其中，一對(duì)柱狀軛51c和束狀軛51d的構(gòu)成以及形狀與已經(jīng)敘述過的磁軛5的一對(duì)柱狀軛5c和束狀軛5d的構(gòu)成以及形狀(參照?qǐng)D6)一樣。一對(duì)對(duì)向軛51b的端面51a與TMR元件4的側(cè)面4a中第一磁性層41的側(cè)面連接。磁軛51也可為這樣的形狀，可更有效地將因?qū)懭腚娏鞫诖跑?1內(nèi)部生成的磁場(chǎng)提供給第一磁性層41。另外，在該變形例中，當(dāng)磁軛51具有導(dǎo)電性時(shí)，為了通過非磁性絕緣層42使流通在第一磁性層41與第二磁性層43之間的讀出電流適當(dāng)流出，磁軛51的一對(duì)端面51a優(yōu)選為不連接在非磁性絕緣層42上，但一定不連接在第二磁性層43上。
再者，參照?qǐng)D20，磁軛52其構(gòu)成在于包括第一束狀軛52b、一對(duì)柱狀軛52c和第二束狀軛52d。其中，第一束狀軛52b以兼顧TMR元件4b的第一磁性層的方式配置在讀出配線33與非磁性絕緣層42之間。然后，第一束狀軛52b的一端與一對(duì)柱狀軛52c的一方連接，第一束狀軛52b的另一端與一對(duì)柱狀軛52c的另一方連接。再者，束狀52d沿與在寫入配線31中的TMR元件4相反側(cè)的面設(shè)置。一對(duì)柱狀軛52c沿寫入配線31的側(cè)面設(shè)置，第一束狀軛52b的兩端與第二束狀軛52d的兩端連接。通過以上的構(gòu)成，第一束狀軛52b、一對(duì)柱狀軛52c以及第二柱狀軛52d在寫入配線31的延長(zhǎng)方向的一部分(TMR元件4上的部分)上完全(連續(xù))包圍寫入配線31的外圍。再者，TMR元件4b的第一磁性層由磁軛52的一部分(第一束狀軛52b)構(gòu)成。因此，可更有效地將因?qū)懭腚娏鞫诖跑?2內(nèi)部生成的磁場(chǎng)提供給TMR元件4b的第一磁性層。
本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器并不限定上述的實(shí)施方式，除此之外，也可為各種各樣的變形。例如，在上述實(shí)施方式中，使用TMR元件作為磁阻效應(yīng)元件，但也可使用利用巨磁阻(GMRGiant magneto-Resistive)效應(yīng)的GMR元件。所謂GMR效應(yīng)是因夾著非磁性層的兩個(gè)強(qiáng)磁性層的磁化方向形成的角度而在與積層方向垂直的方向上強(qiáng)磁性層的阻值變化的現(xiàn)象。即，在GMR元件中，當(dāng)兩個(gè)強(qiáng)磁性層的磁化方向相互平行時(shí)，強(qiáng)磁性層的阻值最小，當(dāng)兩個(gè)強(qiáng)磁性層的磁化方向相互反平行時(shí)，強(qiáng)磁性層的阻值最大。另外，TMR元件或GMR元件有利用兩個(gè)強(qiáng)磁性層的矯頑力的差進(jìn)行寫入/讀出的擬旋轉(zhuǎn)體(spinbulb)型和利用與反強(qiáng)磁性層的交換結(jié)合固定一方的強(qiáng)磁性層的磁化方向的旋轉(zhuǎn)體(spinbulb)型。再者，GMR元件的數(shù)據(jù)讀出是通過檢測(cè)與積層方向垂直的方向上的強(qiáng)磁性層的阻值的變化進(jìn)行的。再者，GMR元件的數(shù)據(jù)寫入是通過利用寫入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)而使一方的強(qiáng)磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)而進(jìn)行的。
再者，上述實(shí)施方式的磁軛是從一方的端面到另一方的端面且在寫入配線的一周方向上一體形成的。就磁軛的形狀而言，除此之外，例如也可以是在一周方向上具有一個(gè)以上的裂縫(間隙)且分割成多個(gè)部分的形狀。再者，在上述實(shí)施方式中，寫入開關(guān)單元和讀入開關(guān)單元具有晶體管，但這些開關(guān)單元可適用于根據(jù)需要具有切斷/導(dǎo)通電流的功能的各種單元。
權(quán)利要求
1.一種磁存儲(chǔ)器，其特征在于，具有多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)具有含有磁化方向因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件；通過寫入電流向所述感磁層提供所述外部磁場(chǎng)的寫入配線；以所述寫入配線被包圍的方式配置，具有開放端部，將所述磁阻效應(yīng)元件位于所述開放端部間的磁軛；和，控制所述寫入配線中所述寫入電流的導(dǎo)通的寫入開關(guān)單元。
2.如權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，與所述磁軛的所述一周方向垂直的截面的面積在所述一對(duì)開放端部中最小。
3.如權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，所述磁軛的易磁化軸方向沿著所述感磁層的易磁化軸方向。
4.如權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，m為2以上的整數(shù)、n為2以上的整數(shù)，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域排列成由m行n列構(gòu)成的二次元狀，各個(gè)所述存儲(chǔ)區(qū)域包括連接在所述寫入配線的第一配線；連接在所述寫入開關(guān)單元的控制端子上的第二配線。
5.如權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，還具有將正的和負(fù)的所述寫入電流提供給所述寫入配線的寫入電流生成單元。
6.如權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)還具有電連接到所述磁阻效應(yīng)元件上，使讀出電流流向所述磁阻效應(yīng)元件的讀出配線；控制所述讀出配線中所述讀出電流的導(dǎo)通的讀出開關(guān)單元。
7.一種磁存儲(chǔ)器，其特征在于，具有多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)具有含有磁化方向因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件；通過寫入電流向所述感磁層提供所述外部磁場(chǎng)的寫入配線；包圍所述寫入配線的磁軛；和，控制所述寫入配線中所述寫入電流的導(dǎo)通的寫入開關(guān)單元，所述磁阻效應(yīng)元件的所述感磁層由所述磁軛的一部分構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，m為2以上的整數(shù)、n為2以上的整數(shù)，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域排列成由m行n列構(gòu)成的二次元狀，各個(gè)所述存儲(chǔ)區(qū)域包括連接在所述寫入配線的第一配線；連接在所述寫入開關(guān)單元的控制端子上的第二配線。
9.如權(quán)利要求7所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，還具有將正的和負(fù)的所述寫入電流提供給所述寫入配線的寫入電流生成單元。
10.如權(quán)利要求7所述的磁存儲(chǔ)器，其特征在于，所述多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的各個(gè)還具有電連接到所述磁阻效應(yīng)元件上，使讀出電流流向所述磁阻效應(yīng)元件的讀出配線；控制所述讀出配線中所述讀出電流的導(dǎo)通的讀出開關(guān)單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可防止誤寫入而且可使寫入電流變小的磁存儲(chǔ)器，磁存儲(chǔ)器1所具有的多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域3各個(gè)具有含有磁化方向A因外部磁場(chǎng)而發(fā)生變化的第一磁性層41的TMR元件4；通過寫入電流向第一磁性層41提供外部磁場(chǎng)的寫入配線31；由具有介入空隙且對(duì)向的一對(duì)端面5a的約環(huán)狀體制成，以包圍寫入配線31外圍的方式配置的磁軛5；和，控制寫入電流的導(dǎo)通的寫入晶體管32。而且，TMR元件4以其一對(duì)側(cè)面4a分別與磁軛5的一對(duì)端面5a對(duì)向的方式配置。只要利用該構(gòu)成，就可有效地將基于寫入電流的磁場(chǎng)提供給TMR元件4，所以即使用小的寫入電流也可使第一磁性層41的磁化方向A反轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H01L43/08GK1770313SQ20051010271
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者古賀啟治, 江崎城一朗 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社