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    • 专利摘要:
    Eine exemplarische magnetische Speicherzelle weist eine Datenschicht, eine Weichreferenzschicht, die eine niedrigere magnetische Energie als die Datenschicht aufweist, und eine Abstandsschicht zwischen der Datenschicht und der Weichreferenzschicht auf.
    公开号:DE102004030589A1
    申请号:DE102004030589
    申请日:2004-06-24
    公开日:2005-06-02
    发明作者:Thomas C. Sunnyvale Anthony；Manoj K. Cupertino Bhattacharyya；Manish Mountain View Sharma
    申请人:Hewlett Packard Development Co LP；
    IPC主号:H01L27-105
    专利说明:
    [0001] DiesesPatent ist eine Teilfortführungder ebenfalls anhängigenU.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/351,013 und beanspruchtdie Prioritätderselben, die eine Teilanmeldung der U.S.-Patentanmeldung mit derSeriennummer 09/963,171 ist, die jetzt als U.S.-Patent Nr. 6,576,969B2 ausgegeben ist.
    [0002] EinSpeicherchip weist im allgemeinen eine Mehrzahl von Speicherzellenauf, die auf einen Siliziumwafer aufgebracht und über einArray von Spaltenleitungsleitungen (Bitleitungen) und Zeilenleitungsleitungen(Wortleitungen) adressierbar sind. Üblicherweise befindet sicheine Speicherzelle an dem Schnittpunkt einer Bitleitung und einerWortleitung. Die Speicherzellen werden durch spezialisierte Schaltungengesteuert, die Funktionen durchführen, wiez. B. ein Identifizieren von Zeilen und Spalten, aus denen Datengelesen und an die Daten geschrieben werden. Üblicherweise speichert jedeSpeicherzelle Daten in der Form einer „1" oder „0", was ein Bit an Daten darstellt.
    [0003] EinArray magnetischer Speicherzellen kann als ein magnetischer Direktzugriffsspeicheroder MRAM bezeichnet werden. Ein MRAM ist im allgemeinen ein nichtflüchtigerSpeicher (d. h. ein Festkörperchip,der Daten beibehält,wenn eine Leistung abgeschaltet wird). Zumindest ein Typ einer magnetischenSpeicherzelle umfasst eine Datenschicht und eine Referenzschicht,die voneinander durch zumindest eine Zwischenschicht getrennt sind.Die Datenschicht kann auch als eine Bitschicht, eine Speicherungsschichtoder eine Leseschicht bezeichnet werden. In einer magnetischen Speicherzellekann ein Bit an Daten (z. B. eine „1" oder „0") durch ein „Schreiben" in die Datenschicht über eineoder mehrere leitende Anschlussleitungen (z. B. eine Bitleitung undeine Wortleitung) gespeichert werden. Eine typische Datenschichtkann aus einem oder mehreren ferromagnetischen Materialien hergestelltsein. Die Schreiboperation wird üblicherweise über einenoder mehrere Schreibströmeerzielt, die die Ausrichtung des magnetischen Moments in der Datenschichtin eine vorbestimmte Richtung setzen (im folgenden „magnetischeAusrichtung").
    [0004] Sobaldes geschrieben ist, kann das gespeicherte Bit an Daten durch einBereitstellen eines Lesestroms durch eine oder mehrere leitendeAnschlussleitungen (z. B. eine Leseleitung) an die magnetische Speicherzellegelesen werden. Fürjede Speicherzelle sind die magnetischen Ausrichtungen der Datenschichtund der Referenzschicht entweder parallel (in der gleichen Richtung)oder antiparallel (in unterschiedlichen Richtungen) zueinander.Der Grad an Parallelitätbeeinflusst den Widerstandswert der Zelle und dieser Widerstandswertkann durch ein Lesen (z. B. übereinen Leseverstärker)eines Ausgangsstroms oder einer -spannung, der/die durch die Speicherzelleansprechend auf den Lesestrom erzeugt wird, bestimmt werden.
    [0005] Insbesondereweist der basierend auf dem Ausgangsstrom bestimmte Widerstandswert,wenn die magnetischen Ausrichtungen parallel sind, einen erstenrelativen Wert (z. B. relativ niedrig) auf. Wenn die magnetischenAusrichtungen antiparallel sind, weist der bestimmte Widerstandswerteinen zweiten relativen Wert (z. B. relativ hoch) auf. Die relativen Werteder beiden Zustände(d. h, parallel und antiparallel) unterscheiden sich üblicherweiseausreichend, um als unterschiedlich erfasst zu werden. Eine „1" oder eine „0" kann den jeweiligenrelativen Widerstandswerten abhängigvon einer Entwurfsspezifizierung zugewiesen sein.
    [0006] DieZwischenschicht, die auch als eine Abstandsschicht bezeichnet werdenkann, kann ein isolierendes Material (z. B. Dielektrikum), ein nicht-magnetischesleitendes Material und/oder weitere bekannte Materialien aufweisen.Die verschiedenen leitenden Anschlussleitungen, die verwendet werden, umdie Speicherzellen zu adressieren (z. B. Bitleitungen, Wortleitungenund Leseleitungen), und um Strömezur Leitung durch die Daten- und die Referenzschicht bereitzustellen,um Daten von den Speicherzellen zu lesen oder Daten in dieselbenzu schreiben, werden durch eine oder mehrere zusätzliche Schichten, die leitendeSchicht(en) bezeichnet werden, bereitgestellt.
    [0007] Dieoben beschriebenen Schichten und ihre jeweiligen Charakteristikasind typisch fürmagnetische Speicherzellen, die auf Tunneleffektmagnetowiderstands-(TMR-) Effekten basieren, die in der Technik bekannt sind. WeitereKombinationen von Schichten und Charakteristika können ebensoverwendet werden, um magnetische Speicherzellen basierend auf TMR-Effektenherzustellen.
    [0008] Wiederumandere Konfigurationen magnetischer Speicherzellen basieren aufweiteren bekannten physischen Effekten (z. B. dem Effekt eines Riesen-Magnetowiderstands(GMR), eines anisotropen Magnetowiderstands (AMR), eines Kolossal-Magnetowiderstands(CMR) und/oder weiteren physischen Effekten).
    [0009] Indieser gesamten Anmeldung werden verschiedene exemplarische Ausführungsbeispielein Bezug auf die TMR-Speicherzellen beschrieben, wie diese erstoben beschrieben wurden. Fachleute auf diesem Gebiet werden ohneweiteres erkennen, dass die exemplarischen Ausführungsbeispiele gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung auch mit weiteren Typen magnetischerSpeicherzellen implementiert sein können, die in der Technik bekanntsind (z. B. weiteren Typen von TMR-Speicherzellen, GMR-Speicherzellen, AMR-Speicherzellen,CMR-Speicherzellen, usw.).
    [0010] Derrelative Widerstandswert zwischen einer Referenzschicht und einerDatenschicht einer magnetischen Speicherzelle kann wirksamer unddefinitiver ermittelt werden, wenn die magnetische Ausrichtung derReferenzschicht „ohneAufwand festgelegt" (pinned-on-the-fly)werden kann (d. h. durch ein Anlegen eines Stroms, um die Referenzschichtin eine bekannte magnetische Ausrichtung festzulegen, wenn ein Bitgelesen werden soll). Verschiedene exemplarische Ausführungsbeispieleohne Aufwand festgelegter Referenzschichten sind detaillierter in demU.S.-Patent Nr. 6,404,674, übertragenan Anthony u. a., das der Anmelderin der vorliegenden Erfindungzugewiesen ist, beschrieben. Dieses Patent ist hierin zu allen Zweckendurch Bezugnahme aufgenommen. Eine Art und Weise zur Herstellungmagnetischer Speicherzellen mit Referenzschichten, die ohne Aufwandfestgelegt werden können,besteht darin, die Referenzschichten magnetisch weich zu machen(d. h. Schichten, deren magnetische Ausrichtung leicht umzuschaltenist).
    [0011] Sobesteht ein Markt fürmagnetische Speicherzellen, die Referenzschichten aufweisen, deren magnetischeAusrichtung leicht umzuschalten ist.
    [0012] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Speicherzelle,ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle oderein nichtflüchtigesSpeicherarray mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
    [0013] DieseAufgabe wird durch eine magnetische Speicherzelle gemäß Anspruch1, ein Verfahren gemäß Anspruch17 oder ein nichtflüchtigesSpeicherarray gemäß Anspruch29 gelöst.
    [0014] Eineexemplarische magnetische Speicherzelle weist eine Datenschicht,eine Weichreferenzschicht, die eine geringere magnetische Energieals die Datenschicht aufweist, und eine Abstandsschicht zwischender Datenschicht und der Weichreferenzschicht auf.
    [0015] Einexemplarisches Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle,die eine Weichreferenzschicht aufweist, weist ein Bilden einer Datenschicht,ein Bilden einer Weichreferenzschicht, die eine geringere magnetischeEnergie als die Datenschicht aufweist, und ein Bilden einer Abstandsschichtzwischen der Datenschicht und der Weichreferenzschicht auf.
    [0016] WeitereAusführungsbeispieleund Implementierungen sind unten auch beschrieben.
    [0017] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0018] 1 eineerste exemplarische magnetische Speicherzelle, die eine Weichreferenzschicht aufweist;
    [0019] 2 einezweite exemplarische magnetische Speicherzelle, die eine Weichreferenzschicht aufweist;
    [0020] 3 einedritte exemplarische magnetische Speicherzelle, die eine Weichreferenzschicht aufweist;
    [0021] 4A bis 4C einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen magnetischenSpeicherzelle aus 1;
    [0022] 5A bis 5F einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen magnetischenSpeicherzelle aus 2; und
    [0023] 6A bis 6F einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen magnetischenSpeicherzelle aus 3.
    [0024] Exemplarischemagnetische Speicherzellen, die eine Weichreferenzschicht aufweisen,und Fertigungsverfahren zum Her stellen der magnetischen Speicherzellensind hierin beschrieben.
    [0025] AbschnittII beschreibt im allgemeinen die Verwendung von Weichreferenzschichtenin magnetischen Speicherzellen.
    [0026] AbschnittIII beschreibt eine erste exemplarische magnetische Speicherzelle.
    [0027] AbschnittIV beschreibt eine zweite exemplarische magnetische Speicherzelle.
    [0028] AbschnittV beschreibt eine dritte exemplarische magnetische Speicherzelle.
    [0029] AbschnittVI beschreibt ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der erstenexemplarischen verbesserten magnetischen Speicherzelle.
    [0030] AbschnittVII beschreibt ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der erstenexemplarischen verbesserten magnetischen Speicherzelle.
    [0031] AbschnittVIII beschreibt ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen derersten exemplarischen verbesserten magnetischen Speicherzelle.
    [0032] AbschnittIX beschreibt verschiedene weitere Betrachtungen, die magnetischenSpeicherzellen zugeordnet sind.
    [0033] Manspricht davon, dass eine Schicht eines magnetischen Materials ein „weiches" magnetischen Verhaltenzeigt, wenn ihre magnetische Ausrichtung durch ein kleines Magnetfeldumkehrbar umgeschaltet werden kann. Eine Schicht eines magnetischen Materialskann als ein Ergebnis ihrer chemischen Zusammensetzung, Größe, Formoder selbst der Temperatur des Materials während einer Messung weich sein.
    [0034] Einsuperparamagnetisches Material ist ein Beispiel eines magnetischenMaterials, das „ultraweich" sein kann. Ein ultraweichesMaterial weist im allgemeinen keine gesetzte magnetische Ausrichtungauf, wenn gerade kein Magnetfeld angelegt wird. Das ultraweicheMaterial weist eine extrem niedrige Koerzivität auf und erfordert unter Umständen nureine sehr kleine Menge eines Magnetfelds, um seine magnetische Ausrichtungauf die eine oder andere Weise umzuschalten.
    [0035] Weich-magnetischeMaterialien sind in magnetischen Speicherzellen nützlich,um Umschaltcharakteristika der Speicherzellen zu verbessern. Eine weicheDatenschicht z. B. benötigtim allgemeinen währendeiner Schreiboperation einen niedrigeren Umschaltstrom als eineharte Datenschicht. Die Datenschicht sollte jedoch nicht zu weichsein. Es ist wünschenswert,die Datenschicht ausreichend hart herzustellen, um die in die Schicht „geschriebene" magnetische Ausrichtungzu behalten. Viele Verwendungen der weich-magnetischen Materialienin magnetischen Speicherzellen sind in den U.S.-Patenten mit denNummern 6,404,674 (übertragenan Anthony u. a.) und 6,538,917 (übertragen an Tran u. a.), die hierinzu allen Zwecken durch Bezugnahme aufgenommen sind, offenbart.
    [0036] Ineiner magnetischen Speicherzelle, die eine Weichreferenzschicht(im Gegensatz zu einer festgelegten oder Hart-Referenzschicht) implementiert, istdie Koerzivitätder Referenzschicht üblicherweiseviel geringer als die Koerzivitätder Datenschicht. In vielen exemplarischen magnetischen Speicherzellenz. B. kann die Koerzivitätder Datenschicht zwei- bis fünfmalgrößer alsdie Koerzivität derReferenzschicht sein. Wenn eine Weichreferenzschicht in einer magnetischenSpeicherzelle implementiert wird, kann die Referenzschicht mit kleinen Magnetfeldern,die durch Strömeerzeugt werden, die durch Leiter benachbart zu der magnetischenSpeicherzelle bereitgestellt werden, in eine bekannte magnetischeAusrichtung gesetzt sein. Derartige Ströme sind kleiner als der Umschaltstrom,der zum Schreiben eines Bits in die Datenschicht benötigt wird.Ein geringerer Stromverbrauch kann zu einer reduzierten Betriebsleistungführen.
    [0037] Ineiner magnetisch weichen Schicht kann ein sehr kleines Magnetfeld(oder ein Strom) bewirken, dass die magnetische Ausrichtung in derSchicht ihre Richtung ändert.Falls dies geeignet verwendet wird, kann dieses Attribut in derReferenzschicht wünschenswertsein. Im allgemeinen wird ein magnetisches Material durch ein Reduzierenseiner magnetischen Energie „weich" gemacht, die proportional zuK, der Summe aller Anisotropien der magnetischen Schicht ist (üblicherweiseumfasst Anisotropie ohne Einschränkungeine Formanisotropie, eine Magnetokristall-Anisotropie und einemagnetoelastische Anisotropie). Wenn magnetische Elemente auf Submikrometerabmessungenstrukturiert sind, dominiert oft eine Formanisotropie, so dass einSteuern der Formanisotropie beim Erzeugen eines weichen strukturiertenmagnetischen Elements wichtig ist.
    [0038] Wenneine Weichreferenzschicht entworfen wird, kommt es in Betracht,eine Schicht mit einer kleinen Formanisotropie herzustellen. Imallgemeinen gilt, dass, je kleiner die Differenz zwischen Haupt-und Nebenachse einer planaren Form ist, desto kleiner die Formanisotropieist. Ein Kreis z. B., dessen Haupt- und Nebenachse gleich seinem Durchmesserd sind, weist keine Formanisotropie auf. Ein Quadrat mit einer Breited weist eine kleinere Formanisotropie als ein Rechteck einer Breited auf. Mit immer kleiner werdenden Abmessungen einer Schicht nimmtdie Formanisotropie (Ks) einer länglichenForm schnell zu. So ist ein Reduzieren der Formanisotropie (z. B.durch Anpassen kreisförmiger Formen)insbesondere fürkleine strukturierte Schichten von Vorteil.
    [0039] DieAuswahl einer ferromagnetischen Legierung kann auch eine wichtigeBetrachtung sein, wenn eine Weichreferenzschicht erzeugt wird. Daszur Sättigungder Magnetisierung entlang einer angelegten Feldachse benötigte Magnetfeldist im allgemeinen proportional zu der magnetischen Anisotropie.Deshalb ermöglichtes ein Implementieren einer geringen Magnetokristall-Anisotropiein einer Weichreferenzschicht unter Umständen, dass die Magnetisierung derWeichreferenzschicht auf geringere Magnetfelder ansprechen kann.Größere Felderwerden benötigt,um eine Magnetisierungsausrichtung in Materialien mit höherer Anisotropiezu verändern.Beispiele von Materialien, die eine geringe Magneto kristall-Anisotropieaufweisen, umfassen NiFe, CoFe und amorphe ferromagnetische Legierungen(z. B. CoFeB, CoZrNb).
    [0040] Wenndas Volumen V einer strukturierten Magnetschicht reduziert wird,nimmt die magnetische Gesamtenergie KV der Schicht ab und nähert sich schließlich derWärmeenergiekBT der Schicht an. Hier ist kB dieBoltzmann-Konstante und T ist die absolute Temperatur. Wenn dasVerhältnisvon magnetischer Energie zur Wärmeenergie(KV/kBT) in einer Schicht eines Materialskleiner als ein Schwellenwert (z. B. etwa 50) ist, wird die Schichtdes Materials unter Umständenweniger wärmestabilund ihre magnetische Ausrichtung kann anfällig für eine Neuausrichtung aufgrundthermischer Fluktuationen werden. Ein Anzeichen für den Einsatzeiner thermischen Instabilitätist eine Reduzierung der Koerzivität, was in einer Weichreferenzschichtvon Vorteil verwendet werden kann. Ferner kann eine Reduzierungdes Volumens einer Schicht (z. B. Reduzieren des Verhältnisses zwischenKV und kBT auf etwa 5) die Schicht in einen superparamagnetischenultraweichen Zustand bringen. Vor einem Erreichen des superparamagnetischenZustands ermöglichtdie Wärmeenergieu. U. ein Umschalten der magnetischen Ausrichtung, was die Schichtweicher macht.
    [0041] Basierendauf dem Vorangegangenen kann ein Reduzieren des Volumens einer Schicht(z. B. durch Reduzieren ihrer Flächeund/oder Dicke) bei dem Entwurf einer Weichreferenzschicht in Betracht kommen.Ein Strukturieren der Weichreferenzschicht in eine dünnere Schicht(insbesondere in Kombination mit einer kleinen kreisförmigen Form)kann die Referenzschicht ultraweich machen.
    [0042] Natürlich kannauch jede Kombination der obigen Techniken verwendet werden, umabhängig vonden spezifischen Anforde rungen einer bestimmten Implementierungeine Weichreferenzschicht zu erzeugen. Die Abschnitte III – V untenstellen exemplarische magnetische Speicherzellen dar, die eine odermehrere der obigen Techniken anwenden, um eine magnetische Energiein der Referenzschicht zu reduzieren und dieselbe magnetisch weichzu machen. Die Abschnitte VI – VIIIunten beschreiben Verfahren zum Herstellen dieser exemplarischenmagnetischen Speicherzellen.
    [0043] DieDatenschicht kann anders als die Referenzschicht strukturiert werden,so dass die Datenschicht ihre magnetische Härte beibehalten kann, indemsie z. B. eine größere Formanisotropieoder ein größeres Volumenaufweist. Dies ist unter Umständenwünschenswert,um sicherzustellen, dass die Datenschicht ihre magnetische Ausrichtungbeibehält,sobald sie beschrieben ist.
    [0044] 1 stellteinen Aufriss einer exemplarischen magnetischen Speicherzelle 100,die eine Weichreferenzschicht aufweist, dar. Im allgemeinen kanneine Speicherzelle als oben festgelegt (wobei die Referenzschicht über derDatenschicht ist) oder unten festgelegt (wobei die Referenzschichtunter der Datenschicht ist) hergestellt sein. Zur Erleichterungeiner Erklärungist nur die oben festgelegte Konfiguration in 1 gezeigtund nur auf diese wird in der Beschreibung verschiedener exemplarischer Ausführungsbeispielehierin Bezug genommen. Diese Konfiguration ist jedoch lediglichdarstellend. So werden Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen,dass weitere Konfigurationen (z. B. unten festgelegt, usw.) auchunter Verwendung der exemplarischen hierin offenbarten Verfahrengemäß einer bestimmtenEntwurfsanforderung implementiert sein können.
    [0045] DieSpeicherzelle 100 umfasst eine Datenschicht 110,eine Abstandsschicht 120 und eine Referenzschicht 130.Die Referenzschicht 130 weist eine niedrigere magnetischeEnergie als die Datenschicht 110 auf. Die Daten- und dieReferenzschicht stellen üblicherweiseeinen Kontakt zu einem Paar jeweiliger Leiter (nicht gezeigt) her,die orthogonal zueinander sind und kollektiv für sowohl Schreib- als auchLeseoperationen verwendet werden. Bei einigen Implementierungenkönneneiner oder mehrere Leiter auch als ein Teil der magnetischen Speicherzelle 100 betrachtetwerden.
    [0046] EinFachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Speicherzellenkonfiguration,wie in 1 dargestellt, lediglich darstellend ist. Weitere Konfigurationen,z. B. Konfigurationen, die zusätzlicheSchichten aufweisen, sind in der Technik ebenso bekannt. Eine weitereMagnetspeicherzellenkonfiguration z. B. kann außerdem eine Keimschicht, eine Schutzabdeckschichtund/oder weitere Schichten umfassen. Die Keimschicht verbessertim allgemeinen eine Kristallausrichtung einer oder mehrerer nahegelegenerferromagnetischer Schichten. Exemplarische Materialien für eine Keimschichtumfassen Ta, Ru, NiFe, Cu oder Kombinationen dieser Materialien. DieSchutzabdeckschicht schütztdie Datenschicht 110 vor der Umgebung (z. B. durch einReduzieren einer Oxidation der Datenschicht 110) und kannunter Verwendung jedes geeigneten Materials, das in der Technikbekannt ist, wie z. B. Ta, TaN, Cr, Al oder Ti, hergestellt sein.Zur Erleichterung einer Erklärung sinddiese zusätzlichenSchichten in den Figuren nicht gezeigt; magnetische Speicherzellen,die eine oder mehrere dieser zusätzlichenSchichten aufweisen, könnenjedoch mit verschiedenen Ausführungsbeispielen,die hierin beschrieben werden, gemäß einer bestimmten Entwurfsauswahlimplementiert sein.
    [0047] DieDatenschicht 110 kann eines oder mehrere ferromagnetischeMaterialien aufweisen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Datenschicht 110 geeignetsind, ohne EinschränkungNiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe Legierungen (z. B. CoFeB, CoZrNb) undweitere Materialien. Die Datenschicht kann eine einzelne Schichtaus ferromagnetischem Material sein oder mehrere Schichten, diedurch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0048] Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielist die Abstandsschicht 120 eine Tunnelbarriereschicht(z. B. wenn die Speicherzelle 100 eine TMR-Speicherzelleist). Bei diesem Ausführungsbeispielkann die Abstandsschicht 120 aus SiOx,SiNx, MgO, AlOx,AlNx, TaOx und/oderweiteren isolierenden Materialien hergestellt sein.
    [0049] Beieinem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht 120 eine nicht-magnetischeleitende Schicht (z. B. wenn die Speicherzelle 100 eineGMR-Speicherzelle ist). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Abstandsschicht 120 ausCu, Au, Ag und/oder weiteren nichtmagnetischen leitenden Materialienhergestellt sein.
    [0050] DieReferenzschicht 130 kann eine einzelne Schicht eines Materialsoder mehrere Schichten von Materialien aufweisen. Die Referenzschicht 130 kann z.B. eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen. Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Referenzschicht 130 geeignetsind, NiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe ferromagnetische Legierungen (z.B. CoFeB, CoZrNb) und weitere Materialien. Die Referenzschicht kanneine einzelne Schicht eines ferromagnetischen Materials sein oder mehrereSchichten, die durch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0051] Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Datenschicht 110 dicker(und hat so ein größeres Volumen)als die Referenzschicht 130. Der Magnetisierungszustandeiner derartigen Datenschicht 110 wäre thermisch stabiler als beieiner Referenzschicht 130 mit der gleichen Querschnittsflä che und ausdem gleichen Material. Allgemeiner können die Datenschicht und dieReferenzschicht mit dem gleichen oder unterschiedlichen Materialienund Größen hergestelltsein.
    [0052] Beieiner exemplarischen Implementierung sind die Datenschicht 110,der Abstandshalter 120 und die Referenzschicht 130 ineine kreisförmige Formoder eine ovale, elliptische und/oder weitere gerundete Form mitniedrigem Aspektverhältnis strukturiert,die eine relativ kleinere Formanisotropie für die Referenzschicht 130 unddie Datenschicht 110 liefert. Bei dieser Implementierungkann das Aspektverhältnis,definiert als Längegeteilt durch Breite, kleiner als 2 sein. Wenn das Volumen der Referenzschichtdurch eine Kombination aus kleiner Planaren Fläche und Filmdicke ausreichendklein gemacht wird, kann die Referenzschicht superparamagnetisch werden.In diesem Fall kann die Magnetisierung der Referenzschicht durchein sehr kleines Magnetfeld ausgerichtet werden.
    [0053] Beieiner exemplarischen Implementierung weist die Datenschicht 110 einegrößere Magnetokristall-Anisotropieauf als die Referenzschicht 130, wodurch die Datenschicht 110 magnetischhärtergemacht wird. So kann ein Pegel eines Magnetfelds die Magnetisierungin der Referenzschicht ausrichten und ein weiterer höherer Pegeldes Magnetfelds kann die Magnetisierung der Datenschicht ausrichten.
    [0054] Einexemplarisches Verfahren zur Herstellung der Speicherzelle 100 istunten im Abschnitt VI beschrieben.
    [0055] 2 stellteinen Aufriss einer exemplarischen magnetischen Speicherzelle 200 dar.Die magnetische Speicherzelle 200 umfasst eine Datenschicht 210 mitgrößerem Volumen(z. B. breiter und dicker) relativ zu der Weichreferenzschicht 230.Diese Konfiguration kann eine magnetisch stabilere Datenschicht 210 liefernund kann die Wirkungen reduzieren, dass die Rand-Entmagnetisierungsfelder,die von den Rändernder Datenschicht 210 ausgehen, die magnetischen Umschaltfelderder Referenzschicht 230 beeinflussen. Üblicherweise erhöhen Rand-Entmagnetisierungsfeldervon einer Schicht die erforderlichen Umschaltmagnetfelder einerweiteren Schicht. Ein Versatz an den Rändern zwischen den Schichten(indem z. B. eine Schicht etwas kleiner als die andere gemacht wird)kann den Effekt von Rand-Entmagnetisierungsfeldern von der größeren Schichtauf die kleinere Schicht reduzieren. Zur Erleichterung einer Erläuterungist nur die oben festgelegte Konfiguration in 2 gezeigtund nur auf diese wird in der Beschreibung verschiedener exemplarischerAusführungsbeispielehierin Bezug genommen.
    [0056] EinFachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Speicherzellenkonfiguration,wie in 2 dargestellt, lediglich darstellend ist. Weitere Konfigurationen,wie z. B. Konfigurationen, die einen oder mehrere zusätzlicheLeiter aufweisen, und/oder Konfigurationen, die weitere zusätzlicheSchichten aufweisen, sind in der Technik ebenso bekannt. Zur Erleichterungeiner Erklärungsind zusätzliche Schichtenin der Figur nicht gezeigt; magnetische Speicherzellen jedoch, dieeine oder mehrere zusätzlicheSchichten aufweisen, könnenmit verschiedenen Ausführungsbeispielen,die hierin beschrieben werden, gemäß einer bestimmten Entwurfsauswahl implementiertsein. Ferner wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen,dass die Formen der Schichten 210 – 230 in einer Speicherzellelediglich darstellend sind. Die Form, mit der eine Schicht strukturiertwird, hängtvon dem Maskierungsverfahren ab. So kann während eines bestimmten Maskierungsverfahrensdie Form einer oder mehrerer Schichten in der Speicherzelle andersals bei einer weiteren Schicht der Speicherzelle gemacht werden,indem ein zusätzlicher Ätzschritt(z. B. Plasmaätzen,Nassätzen,usw.) angewendet wird, um eine oder mehrere derartige Schichtenzu ätzen,und/oder ein Heizschritt, um zu bewirken, dass die Maskenschichtihre Form ändert(z. B. durch Bewirken eines „Rückflusses" des Maskenschichtmaterials),bevor ein Ätzeneiner oder mehrerer derartiger Schichten fortgesetzt wird.
    [0057] Zurückkehrendzu 2 umfasst die Speicherzelle 200 eineDatenschicht 210, eine Abstandsschicht 220 undeine Referenzschicht 230. Die Referenzschicht 230 weisteine geringere magnetische Energie auf als die Datenschicht 210 auf.Die Daten- und die Referenzschicht stellen üblicherweise einen Kontaktzu einem Paar jeweiliger Leiter (nicht gezeigt) her, die orthogonalzueinander sind und kollektiv sowohl für Schreib- als auch Leseoperationenverwendet werden.
    [0058] DieDatenschicht 210 kann eines oder mehrere ferromagnetischeMaterialien aufweisen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Datenschicht 210 geeignetsind, ohne EinschränkungNiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe Legierungen (z. B. CoFeB, CoZrNb) undweitere Materialien. Die Datenschicht kann eine einzelne Schichteines ferromagnetischen Materials sein oder mehrere Schichten, diedurch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0059] Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielist die Abstandsschicht 220 eine Tunnelbarriereschicht(z. B. wenn die Speicherzelle 200 eine TMR-Speicherzelleist). Bei diesem Ausführungsbeispielkann die Abstandsschicht 220 aus SiOx,SiNx, MgO, AlOx,AlNx, TaOx und/oderweiteren isolierenden Materialien hergestellt sein.
    [0060] Beieinem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht 220 eine nicht-magnetischeleitende Schicht (z. B. wenn die Speicherzelle 200 eineGMR-Speicherzelle ist). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Abstandsschicht 220 ausCu, Au, Ag und/oder weiteren nichtmagnetischen leitenden Materialienhergestellt sein.
    [0061] DieReferenzschicht 230 kann eine einzelne Schicht eines Materialsoder mehrere Schichten von Materialien aufweisen. Die Referenzschicht 230 kann z.B. eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen. Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Referenzschicht 230 geeignetsind, NiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe ferromagnetische Legierungen (z.B. CoFeB, CoZrNb) und weitere Materialien. Die Referenzschicht kanneine einzelne Schicht eines ferromagnetischen Materials sein oder mehrereSchichten, die durch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0062] Beieiner exemplarischen Implementierung weist die Datenschicht 210 einegrößere planareFlächeauf als die Referenzschicht 230. Der Magnetisierungszustandeiner derartigen Datenschicht 210 wäre thermisch stabiler als beieiner Weichreferenzschicht 230 mit der gleichen Dicke undaus dem gleichen Material. Während 2 anzeigt,dass die Abstandsschicht 220 und die Referenzschicht 230 die gleicheForm aufweisen, ist dies fürden Entwurf der Speicherzelle nicht nötig. Ein Fachmann auf diesem Gebietwird ohne weiteres erkennen, dass die Größe und Form der Abstandsschicht 220 undder Referenzschicht 230 abhängig von einer Entwurfsauswahlvariieren können.
    [0063] Beieiner exemplarischen Implementierung sind die Abstandsschicht 220 unddie Referenzschicht 230 in eine kreisförmige Form oder eine ovale,elliptische und/oder weitere Form mit niedrigem Aspektverhältnis (z.B. kleiner als 2) strukturiert, die eine relativ kleinere Formanisotropiefür dieReferenzschicht 230 liefert. Die Datenschicht 210 istin eine ovale, elliptische, rechteckige und/oder weitere Form strukturiert,die eine größere planareFläche aufweistals die Referenzschicht 230. Wenn das Volumen der Referenzschichtdurch eine Kombination aus kleiner planarer Fläche und Filmdicke ausreichendklein gemacht ist, kann die Referenzschicht superparamagnetischwerden. In diesem Fall kann die Magnetisierung der Referenzschichtdurch ein sehr kleines Magnetfeld ausgerichtet werden.
    [0064] Beieiner exemplarischen Implementierung weist die Datenschicht 210 einegrößere Magnetokristall-Anisotropieauf als die Referenzschicht 230, wodurch die Datenschicht 210 magnetischhärtergemacht wird. So kann ein Pegel eines Magnetfelds die Magnetisierungin der Referenzschicht ausrichten und ein weiterer höherer Pegeleines Magnetfelds kann die Magnetisierung der Datenschicht ausrichten.
    [0065] Einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der Speicherzelle 200 istunten im Abschnitt VII beschrieben.
    [0066] 3 stellteinen Aufriss einer exemplarischen magnetischen Speicherzelle 300 dar.Die magnetische Speicherzelle 300 umfasst eine Datenschicht 310 mitgrößerem Volumen(z. B. größere planareFläche)relativ zu der Weichreferenzschicht 330. Diese Konfigurationkann eine magnetisch stabilere Datenschicht 310 liefernund kann die Wirkungen reduzieren, dass die Rand-Entmagnetisierungsfelder, dievon den Rändernder Datenschicht 310 ausgehen, die Umschaltmagnetfelderder Referenzschicht 330 beeinflussen. Zur Erleichterungeiner Erläuterungist nur die oben festgelegte Konfiguration in 3 gezeigtund nur auf diese wird in der Beschreibung verschiedener exemplarischerAusführungsbeispielehierin Bezug genommen.
    [0067] EinFachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Speicherzellenkonfiguration,wie in 3 dargestellt, lediglich darstellend ist. Weitere Konfigurationen,z. B. Konfigurationen, die einen oder mehrere zusätzlicheLeiter aufweisen, und/oder Konfigurationen, die weitere zusätzlicheSchichten aufweisen, sind in der Technik ebenso bekannt. Zur Erleichterungeiner Erklärungsind zusätzliche Schichtenin der Figur nicht gezeigt; magnetische Speicherzellen, die eineoder mehrere zusätzliche Schichtenaufweisen, könnenjedoch mit verschiedenen Ausführungsbeispielen,die hierin beschrieben werden, gemäß einer bestimmten Entwurfsauswahl implementiertwerden.
    [0068] Bezugnehmend auf 3 umfasst die Speicherzelle 300 eineDatenschicht 310, eine Abstandsschicht 320 undeine Referenzschicht 330. Die Referenzschicht 330 weisteine niedrigere magnetische Energie als die Datenschicht 310 auf.Die Daten- und die Referenzschicht stellen üblicherweise einen Kontaktzu einem Paar jeweiliger Leiter (nicht gezeigt) her, die orthogonalzueinander sind und kollektiv für sowohlSchreib- als auch Leseoperationen verwendet werden.
    [0069] DieDatenschicht 310 kann eines oder mehrere ferromagnetischeMaterialien aufweisen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Datenschicht 310 geeignetsind, ohne EinschränkungNiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe Legierungen (z. B. CoFeB, CoZrNb) undweitere Materialien. Die Datenschicht kann eine einzelne Schichteines ferromagnetischen Materials sein oder mehrere Schichten, diedurch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0070] Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielist die Abstandsschicht 320 eine Tunnelbarriereschicht(z. B. wenn die Speicherzelle 300 eine TMR-Speicherzelleist). Bei diesem Ausführungsbeispielkann die Abstandsschicht 320 aus SiOx,SiNx, MgO, AlOx,AlNx, TaOx und/oderweiteren isolierenden Materialien hergestellt sein.
    [0071] Beieinem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht 320 eine nicht-magnetischeleitende Schicht (z. B. wenn die Speicherzelle 300 eineGMR-Speicherzelle ist). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Abstandsschicht 320 ausCu, Au, Ag und/oder weiteren nichtmagnetischen leitenden Materialienhergestellt sein.
    [0072] JedeReferenzschicht 330 kann eine einzelne Schicht eines Materialsoder mehrere Schichten von Materialien aufweisen. Die Referenzschicht 330 kannz. B. eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen.Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Referenzschicht 330 geeignetsind, NiFe, NiFeCo, CoFe, amorphe ferromagnetische Legierungen (z.B. CoFeB, CoZrNb) und weitere Materialien. Die Referenzschicht kanneine einzelne Schicht eines ferromagnetischen Materials sein oder mehrereSchichten, die durch nicht-magnetische Schichten getrennt sind.
    [0073] Beieiner exemplarischen Implementierung weist die Datenschicht 310 einegrößere planareFlächeauf als die Referenzschicht 330. Der Magnetisierungszustandeiner derartigen Datenschicht 310 wäre thermisch stabiler als beieiner Referenzschicht 330 der gleichen Dicke und aus demgleichen Material. Allgemeiner könnendie Datenschicht und die Referenzschicht mit den gleichen oder unterschiedlichenMaterialien und Größen hergestelltsein. Während 3 anzeigt,dass die Abstandsschicht 320 und die Datenschicht 310 diegleiche Form aufweisen, ist dies für den Entwurf der Speicherzellenicht notwendig. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird ohne weitereserkennen, dass die Größe und Formder Abstandsschicht 320 und der Referenzschicht 330 abhängig voneiner Entwurfsauswahl variieren kann.
    [0074] Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Referenzschicht 330 aufmehrere kleine kreisförmigeFormpunkte oder ovale, elliptische und/oder weitere Formpunkte mitniedrigem Aspektverhältnis (z.B. kleiner als 2) strukturiert, die kleine Inseln auf der Abstandsschicht 320 bilden.Diese kleinen Punkte könnenz. B. verglichen mit den Referenzschichten, die in den 1 und 2 gezeigtsind, eine Formanisotropie aufweisen, die kleiner als bei einer einzelnenSchicht ist. Die Abstandsschicht 320 und die Datenschicht 310 sindin eine ovale, elliptische, rechteckige und/oder weitere Form strukturiert,die der Datenschicht 310 eine größere Formanisotropie verleihtals der Referenzschicht 330. Wenn das Volumen der Referenzschichtausreichend klein gemacht ist (z. B. durch eine Kombination auskleiner planarer Flächeund Filmdicke), kann die Referenzschicht superparamagnetisch werden.In diesem Fall kann die Magnetisierung der Referenzschicht durchein sehr kleines Magnetfeld ausgerichtet werden.
    [0075] Einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der Speicherzelle 300 istunten im Abschnitt VIII beschrieben.
    [0076] Die 4A – 4C stellenein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen magnetischenSpeicherzellen 100 aus 1 dar.
    [0077] In 4A sindeine Datenschicht 110, eine Abstandsschicht 120 undeine Referenzschicht 130 (d. h. die magnetische Speicherzelle 100 aus 1) durcheine Aufbringungs- und/oderweitere Techniken gebildet, die in der Technik bekannt sind (z.B. überZerstäuben,Verdampfung, chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD) und/oderweitere bekannte Techniken). Zusätzlichist eine Maskenschicht 410 auf der Referenzschicht 130 gebildet.Bei einer exemplarischen Implementierung umfasst die Maskenschichtein Photoresistmaterial.
    [0078] In 4B istdie Maskenschicht 410 durch Techniken strukturiert, diein der Technik bekannt sind. Die Datenschicht 110, dieAbstandsschicht 120 und die Referenzschicht 130 sindunter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 410 geätzt. Verfahren,wie z. B. Ionenstrahlätzen,reaktives Ionenätzen, nasschemisches Ätzen und/oderweitere bekannte Verfahren, könnenverwendet werden, um die Schichten der Speicherzelle zu ätzen. Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Maskenschicht 410 ineine kreisförmigeoder eine weitere Form strukturiert, die eine relativ kleinere Formanisotropie liefert.
    [0079] In 4C istdie strukturierte Maskenschicht 410 durch Trocken- oderNassätzenoder weitere in der Technik bekannte Techniken entfernt.
    [0080] Fachleuteauf diesem Gebiet werden ohne weiteres erkennen, dass leitende Schichten(nicht gezeigt) auch gebildet und strukturiert sein können, umeinen oder mehrere Leiter nahe, auf oder unter der magnetischenSpeicherzelle zu bilden. Ein Leiter kann z. B. unter der Datenschicht 110 unterVerwendung eines Elektroplattierungs- oder eines weiteren geeignetenAufbringungsverfahrens gebildet und dann durch ein Planarisierungsverfahren,wie z. B. eine chemisch-mechanischePlanarisierung (CMP), planarisiert werden. Die Leiter stellen einenelektrischen Kontakt zu der magnetischen Speicherzelle, gemäß Konfigurationen,die in der Technik bekannt sind, her, um während Lese- und Schreiboperationen Ströme bereitzustellen.
    [0081] Dieoben dargestellten Fertigungsschritte sind lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Fertigungsschrittegemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung verwendet werden können. Dieverschiedenen Schichten z. B., wie in den 4A – 4C dargestellt,könnengemäß weiterenFertigungssequenzen gebildet sein (z. B. kann die Referenzschicht 130 zuerstin einer unten festgelegten Speicherzelle gebildet sein), eine odermehrere Schichten könnenwährenddes gleichen Verfahrensschritts gebildet werden, eine oder mehrereSchichten aus unterschiedlichen Materialien können kombiniert werden, umeine einzelne Schicht (z. B. eine Datenschicht) zu bilden, usw.
    [0082] Fernerist die oben dargestellte TMR-Speicherzelle lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Typenvon Speicherzellen (z. B. GMR-Speicherzellen,usw.) gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung aufgebaut sein können. DieAbstandsschicht 120 kann eine nicht-magnetische leitende Schichtzum Aufbauen einer GMR-Speicherzelle sein.
    [0083] Die 5A – 5F stellenein exemplarisches Verfahren zum Fertigen der exemplarischen magnetischenSpeicherzelle 200 aus 2 dar.
    [0084] In 5A isteine Datenschicht 210 durch eine Aufbringungs- und/oderweitere Techniken, die in der Technik bekannt sind, aufgebracht(z. B. über Zerstäuben, Verdampfung,chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD) und/oder weitere bekannteTechniken). Zusätzlichist eine Maskenschicht 510 auf der Datenschicht 210 gebildet.Bei einer exemplarischen Implementierung umfasst die Maskenschicht 510 einPhotoresistmaterial.
    [0085] In 5B istdie Maskenschicht 510 durch Techniken strukturiert, diein der Technik bekannt sind, dann ist die Datenschicht 210 unterVerwendung der strukturierten Maskenschicht 510 geätzt. Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Maskenschicht 510 ineine elliptische, rechteckige und/oder weitere Form strukturiert,die in der Planarflächegrößer alsdie Referenzschicht 230 (die unten gebildet wird) ist.
    [0086] In 5C istdie strukturierte Maskenschicht 510 durch Trocken- oderNassätzenoder weitere in der Technik bekannte Techniken entfernt.
    [0087] In 5D sindeine Abstandsschicht 220 und eine Referenzschicht 230 oberhalbder strukturierten Datenschicht 210 durch Aufbringungs- und/oderweitere Techniken gebildet, die in der Technik bekannt sind (z.B. überZerstäuben,Verdampfung, chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD)und/oder weitere bekannte Techniken). Zusätzlich ist eine Maskenschicht 520 aufder Referenzschicht 230 gebildet. Bei einer exemplarischenImplementierung umfasst die Maskenschicht 520 ein Photoresistmaterial.
    [0088] In 5E istdie Maskenschicht 520 durch in der Technik bekannte Technikenauf kleinere Abmessungen als die Datenschicht 210 strukturiert.Als nächstessind die Abstandsschicht 220 und die Referenzschicht 230 unterVerwendung der strukturierten Maskenschicht 520 geätzt. Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Maskenschicht 520 ineine kreisförmigeForm oder eine Form mit niedrigem Aspektverhältnis strukturiert, die einekleinere Formanisotropie liefert.
    [0089] In 5F istdie strukturierte Maskenschicht 520 durch Trocken- oderNassätzenoder weitere in der Technik bekannte Techniken entfernt.
    [0090] Fachleuteauf diesem Gebiet werden ohne weiteres erkennen, dass leitende Schichten(nicht gezeigt) auch gebildet und strukturiert sein können, umeinen oder mehrere Leiter nahe, auf oder unter der magnetischenSpeicherzelle zu bilden. Ein Leiter kann z. B. unter der Datenschicht 210 unterVerwendung eines Elektroplattierungs- oder eines weiteren geeignetenAufbringungsverfahrens gebildet und dann durch ein Planarisierungsverfahren,wie z. B. eine chemisch-mechanischePlanarisierung (CMP), planarisiert sein. Dieser eine oder diesemehreren Leiter stellen einen elektrischen Kontakt zu der magnetischenSpeicherzelle gemäß in derTechnik bekannten Konfigurationen her, um während Lese- und SchreiboperationenStrömebereitzustellen.
    [0091] Dieoben dargestellten Fertigungsschritte sind lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Fertigungsschrittegemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung verwendet werden können. Dieverschiedenen Schichten z. B., wie in den 5A – 5F dargestellt,könnengemäß weiterenFertigungssequenzen gebildet sein, eine oder mehrere Schichten können während desgleichen Verfahrensschritts gebildet sein, eine oder mehrere Schichten ausunterschiedlichen Materialien könnenkombiniert werden, um eine einzelne Schicht (z. B. eine Datenschicht)zu bilden, usw.
    [0092] Fernerist die oben dargestellte TMR-Speicherzelle lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Typenvon Speicherzellen (z. B. GMR-Speicherzellen,usw.) gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung aufgebaut sein können. DieAbstandsschicht 220 kann z. B. eine nicht-magnetische leitendeSchicht zum Aufbauen einer GMR-Speicherzelle sein.
    [0093] Die 6A – 6F stellenein exemplarisches Verfahren zum Fertigen der exemplarischen magnetischenSpeicherzelle 300 aus 3 dar.
    [0094] In 6A sindeine Datenschicht 310 und eine Abstandsschicht 320 durcheine Aufbringungs- und/oder weitere in der Technik bekannte Techniken gebildet(z. B. überZerstäuben,Verdampfung, chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD)und/oder weitere bekannte Techniken). Zusätzlich ist eine Maskenschicht 610 aufder Abstandsschicht 320 durch in der Technik bekannte Technikengebildet. Bei einer exemplarischen Implementierung umfasst die Maskenschichtein Photoresistmaterial.
    [0095] In 6B istdie Maskenschicht 610 durch in der Technik bekannte Technikenstrukturiert, dann werden die Datenschicht 310 und dieAbstandsschicht 320 unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 610 geätzt. Beieiner exemplarischen Implementierung ist die Maskenschicht 610 ineine Ellipse, ein Rechteck und/oder eine weitere Form strukturiert,die in einer planaren Flächegrößer als dieReferenzschicht 330 (die unten gebildet wird) ist.
    [0096] In 6C istdie strukturierte Maskenschicht 610 durch Nassätzen oderweitere in der Technik bekannte Techniken entfernt.
    [0097] In 6D isteine Referenzschicht 330 auf der strukturierten Abstandsschicht 320 durchAufbringungs- und/oder weitere Techniken gebildet, die in der Technikbekannt sind (z. B. überZerstäuben, Verdampfung,chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD) und/oder weiterebekannte Techniken). Zusätzlichist eine Maskenschicht 620 auf der Referenzschicht 330 durchin der Technik bekannte Techniken gebildet. Bei einer exemplarischen Implementierungumfasst die Maskenschicht 620 ein Resistmaterial, das für eine inder Technik bekannte Elektronenstrahllithographie geeignet ist.
    [0098] In 6E istdie Maskenschicht 620 auf kleine Punkte relativ zu derDatenschicht 310 strukturiert. Als nächstes ist die Referenzschicht 330 unter Verwendungder strukturierten Maskenschicht 620 geätzt. Die Maskenschicht 620 kannin kreisförmige, elliptische,ovale, rechteckige, quadratische, dreieckige, unregelmäßige/amorpheund/oder weitere Formpunkte strukturiert sein. Bei einer exemplarischenImplementierung ist die Maskenschicht 620 durch eine Elektronenstrahllithographiestrukturiert, durch die kleine Punkte durch den Elektronenstrahl aufdie Maskenschicht 620 geschrieben werden. Die strukturierteMaskenschicht 620 kann dann verwendet werden, um die Referenzschicht 330 inkleine Punkte auf der Abstandsschicht 320 zu ätzen.
    [0099] In 6F istdie strukturierte Maskenschicht 620 durch Nassätzen oderweitere in der Technik bekannte Techniken entfernt.
    [0100] Beieiner weiteren exemplarischen Implementierung können die kleinen Punkte durchein Implementieren eines gesteuerten Wachstums der Referenzschichtund einer Nach-Aufbringungsbehandlung erzeugt werden. Das Referenzschichtmaterialin vielen magnetischen Speicherzellen ist polykristallin. Korngrenzenin polykristallinen Materialien sind üblicherweise durcheinanderund könnenandere Eigenschaften als das Volumenkorn aufweisen (was z. B. zueiner unterschiedlichen Ätzrateoder einer unterschiedlichen Reaktionsrate als bei dem Volumenkorn führt). Wenneine polykristalline Referenzschicht einem Ätzmittel oder Reaktanten ausgesetztwird, könnenKorngrenzen entfernt oder magnetisch inaktiv gemacht werden, wobeiso kleine isolierte Referenzschichtpunkte gebildet werden. DieseIsolierungstechnik kann ferner durch ein Aufbringen polykristallinerKörnerermöglichtwerden, die eine gewölbte Formaufweisen (z. B. in der Mitte eines Korns dicker als dem Rand desKorns). In diesem Fall ist die Korngrenze dünner als das Volumen des Korns,wodurch die bevorzugte Entfernung oder Reaktion des Korngrenzmaterialsvereinfacht wird.
    [0101] Fachleuteauf diesem Gebiet werden ohne weiteres erkennen, dass leitende Schichten(nicht gezeigt) gebildet und strukturiert sein können, um einen oder mehrereLeiter nahe, auf oder unter der magnetischen Speicherzelle zu bilden.Ein Leiter kann z. B. unter der Datenschicht 310 unterVerwendung von Elektroplattieren oder einem weiteren geeigneten Aufbringungsverfahrengebildet und dann durch ein Planarisierungsverfahren, wie z. B.eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP), planarisiert werden.Dieser eine oder diese mehreren Leiter stellen einen elektrischenKontakt zu der magnetischen Speicherzelle gemäß in der Technik bekann tenKonfigurationen her, um währendLese- und Schreiboperationen Strömebereitzustellen.
    [0102] Dieoben dargestellten Fertigungsschritte sind lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Fertigungsschrittegemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung verwendet werden können. Dieverschiedenen Schichten, wie in den 6A – 6F dargestellt,könnenz. B. gemäß weiterenFertigungssequenzen gebildet sein, eine oder mehrere Schichten können während desgleichen Verfahrensschritts gebildet sein, eine oder mehrere Schichtenaus unterschiedlichen Materialien können kombiniert werden, umeine einzelne Schicht (z. B. eine Datenschicht) zu bilden, usw.
    [0103] Fernerist die oben dargestellte TMR-Speicherzelle lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Typenvon Speicherzellen (z. B. GMR-Speicherzellen,usw.) gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung aufgebaut sein können. DieAbstandsschicht 320 kann z. B. eine nicht-magnetische leitendeSchicht zum Aufbauen einer GMR-Speicherzelle sein.
    [0104] Einemagnetisch weiche Schicht ist dadurch gekennzeichnet, dass ihremagnetische Ausrichtung relativ leicht umgeschaltet werden kann.Die magnetische Ausrichtung einer dünnen und kleinen Weichreferenzschicht,die von weiteren magnetischen Schichten getrennt ist (d. h. freivon Rand-Entmagnetisierungsfeldern von diesen anderen magnetischen Schichten),kann ohne weiteres durch ein Anlegen kleiner Magnetfelder umgeschaltetwerden. In der Praxis erfordert jedoch aufgrund von Gegeneffekten vonEntmagnetisierungsfeldern von weiteren nahegelegenen magnetischenSchichten (z. B. Datenschichten) diese kleine und dünne WeichreferenzschichthöhereMagnetfelder zum Umschalten ihrer magnetischen Aus richtung. So müssen, wennverschiedene Schichten in magnetischen Speicherzellen entworfenwerden, Rand-Entmagnetisierungsfelder, die während eines Betriebs durchnahegelegene magnetische Schichten erzeugt werden, berücksichtigtwerden.
    [0105] Abhängig voneiner Entwurfsauswahl könnendie Rand-Entmagnetisierungsfelder von einer nahegelegenen magnetischenSchicht (z. B. der Datenschicht) reduziert werden durch (1) Bereitstellen nocheiner weiteren nahegelegenen Magnetschicht, um eine Flussführung für die durchdie nahegelegene Magnetschicht erzeugten Magnetfelder zu erzeugen (z.B. eine ferromagnetische Umhüllungum einen Leiter); (2) Versetzen der Weichreferenzschicht von denRändernder nahegelegenen magnetischen Schicht um zumindest einen kleinenSpielraum, wie oben in den 2 und 3 gezeigtist; (3) Herstellen der nahegelegenen magnetischen Schicht als einemehrschichtige magnetische Schicht, die ihre eigenen Rand-Entmagnetisierungsfeldererfassen kann; und/oder (4) Anwenden weiterer bekannter Technikengemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung oder Entwurfsauswahl.
    [0106] Dievorangegangenen Beispiele stellen gewisse exemplarische Ausführungsbeispieledar, aus denen weitere Ausführungsbeispiele,Variationen und Modifizierungen für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlichsind. Die Erfindungen sollten deshalb nicht auf die oben erläutertenbestimmten Ausführungsbeispieleeingeschränktsein, sondern sind vielmehr durch die Ansprüche definiert.
    权利要求:
    Claims (29)
    [1] Magnetische Speicherzelle (100; 200; 300)mit folgenden Merkmalen: einer Datenschicht (110; 210; 310); einerWeichreferenzschicht (130; 230; 330),die eine geringere magnetische Energie als die Datenschicht aufweist;und einer Abstandsschicht (120; 220; 320)zwischen der Datenschicht und der Referenzschicht.
    [2] Magnetische Speicherzelle gemäß Anspruch 1, bei der die Weichreferenzschichteine kleinere Anisotropie als die Datenschicht aufweist.
    [3] Magnetische Speicherzelle gemäß Anspruch 2, bei der die kleinereAnisotropie eine kleinere Formanisotropie umfasst.
    [4] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis3, bei der ein Verhältnisvon magnetischer Energie zu Wärmeenergieder Weichreferenzschicht weniger als 50 beträgt.
    [5] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis4, bei der die Weichreferenzschicht superparamagnetisch ist.
    [6] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis5, bei der die Weichreferenzschicht im wesentlichen eine Form bildet,die ein niedriges Aspektverhältnisaufweist.
    [7] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis6, bei der die Weichreferenzschicht im wesentlichen einen Kreisbildet.
    [8] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis6, bei der die Weichreferenzschicht eine Mehrzahl von Punkten aufweist,wobei jeder derselben kleiner als die Datenschicht ist.
    [9] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis8, bei der die Weichreferenzschicht ein kleineres Volumen als dieDatenschicht aufweist.
    [10] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis9, bei der die Weichreferenzschicht eine kleinere planare Fläche alsdie Datenschicht aufweist.
    [11] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis10, bei der die Weichreferenzschicht dünner als die Datenschicht ist.
    [12] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis11, bei der die Weichreferenzschicht lateral schmaler als die Datenschichtist.
    [13] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis12, bei der die Weichreferenzschicht thermisch instabiler als dieDatenschicht ist.
    [14] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis13, bei der die Datenschicht mehr als eine Schicht von Materialienaufweist.
    [15] Magnetische Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis14, bei der die Datenschicht nahe an einem ferromagnetischen Materialist, das konfiguriert ist, um als eine Flussführung für aus der Datenschicht ausgehendeMagnetfelder zu wirken.
    [16] Magnetische Speicherzelle gemäß Anspruch 15, bei der dasferromagnetische Material eine Umhüllung um einen Leiter ist.
    [17] Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherzelle(100; 200; 300), die eine Weichreferenzschicht(130; 230; 330) aufweist, mit folgendenSchritten: Bilden einer Datenschicht (110; 219; 310); Bildeneiner Weichreferenzschicht (130; 230; 330), dieeine geringere magnetische Energie als die Datenschicht aufweist;und Bilden einer Abstandsschicht (120; 220; 320)zwischen der Datenschicht und der Weichreferenzschicht.
    [18] Verfahren gemäß Anspruch17, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Bilden einer Schichtaufweist, die eine kleinere Anisotropie als die Datenschicht aufweist.
    [19] Verfahren gemäß Anspruch18, bei dem die kleinere Anisotropie eine kleinere Formanisotropie umfasst.
    [20] Verfahren gemäß Anspruch19, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Strukturieren derWeichreferenzschicht aufweist, um im wesentlichen eine Form zu bilden,die ein niedriges Aspektverhältnisaufweist.
    [21] Verfahren gemäß Anspruch19 oder 20, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Strukturierender Weichreferenzschicht, um im wesentlichen einen Kreis zu bilden,aufweist.
    [22] Verfahren gemäß Anspruch19 oder 20, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Bildeneiner Mehr zahl von Punkten aufweist, wobei jeder derselben kleinerals die Datenschicht ist.
    [23] Verfahren gemäß einemder Ansprüche17 bis 22, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Bildeneiner Weichreferenzschicht aufweist, die ein kleineres Volumen alsdie Datenschicht aufweist.
    [24] Verfahren gemäß einemder Ansprüche17 bis 23, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Bildeneiner Weichreferenzschicht aufweist, die eine kleinere planare Fläche alsdie Datenschicht aufweist.
    [25] Verfahren gemäß einemder Ansprüche17 bis 24, bei dem das Bilden einer Weichreferenzschicht ein Bildeneiner lateral schmaleren Weichreferenzschicht als die Datenschichtaufweist.
    [26] Verfahren gemäß einemder Ansprüche17 bis 25, bei dem das Bilden einer Datenschicht ein Bilden vonmehr als einer Schicht von Materialien aufweist.
    [27] Verfahren gemäß einemder Ansprüche17 bis 26, bei dem das Bilden einer Datenschicht ein Bilden einerDatenschicht nahe an einem ferromagnetischen Material aufweist,das konfiguriert ist, um als eine Flussführung für aus der Datenschicht ausgehendeMagnetfelder zu wirken.
    [28] Verfahren gemäß Anspruch27, bei dem das ferromagnetische Material eine Umhüllung umeinen Leiter ist.
    [29] NichtflüchtigesSpeicherarray, das eine Mehrzahl magnetischer Speicherzellen (110; 210; 310) aufweist,wobei jede der magnetischen Speicherzellen durch ein Verfahren hergestelltist, das folgende Schritte aufweist: Bilden einer Datenschicht(110; 210; 310); Bilden einer Weichreferenzschicht,die eine geringere magnetische Energie als die Datenschicht aufweist;und Bilden einer Abstandsschicht (120; 220; 320)zwischen der Datenschicht und der Weichreferenzschicht.
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