发明名称 磁性记忆体单元及其形成方法
摘要
申请公布号 TWI345238 申请公布日期 2011.07.11
申请号 TW094118615 申请日期 2005.06.06
申请人 万国商业机器公司 发明人 麦克C 盖迪斯;飞利浦L 创乐劳德;席瓦纳达K 卡那卡萨巴帕斯;大卫W 亚伯拉罕
分类号 G11C11/14 主分类号 G11C11/14
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 一种磁性记忆体单元,其包括:一磁性感测元件;一设置于该磁性感测元件上之写入元件,其相关于该磁性感测元件而定向并包括一沿一轴线设置之导体,该导体具有一面向该磁性感测元件之第一侧,一与该第一侧对置之第二侧,及连接该第一侧及第二侧之两个连接侧;及至少一个具有一低于一磁阻临限值之磁阻之磁性集中材料,其毗邻该等连接侧而设置,藉此由该导体内一电流产生之磁场被该至少一个磁性集中材料集中并引导至该磁性感测元件。如请求项1之单元,其中该至少一个磁性集中材料之去能层毗邻该第一侧而设置,并具有一高于该磁阻临限值之磁阻。如请求项2之单元,其中该至少一个磁性集中材料之去能层中已添加至少一种使该至少一个磁性集中材料之磁阻升高至超过该磁阻临限值的材料。如请求项2之单元,其中该至少一个磁性集中材料之该去能层已被破坏,藉此使该至少一个磁性集中材料之磁阻升高至超过该磁阻临限值。如请求项2之单元,其中毗邻该第一侧上之该至少一个磁性集中材料沉积一反铁磁层,藉此针紮该第一侧上之该至少一个磁性集中材料。如请求项1之单元,其中该第一侧上之该至少一个磁性集中材料形成一三层反铁磁,该三层反铁磁包括该至少一个磁性集中材料之一第一层、一耦合层及该至少一个磁性集中材料之一第二层。如请求项6之单元,其中该至少一个磁性集中材料之该第一层及该至少一个磁性集中材料之该第二层系由相同材料形成。如请求项1之单元,其中该至少一个磁性集中材料之该第一层系选自包括具有形成铁磁性之原子成分的CoFe、CoFeB或NiFe合金在内之群组。如请求项1之单元,其中一第一磁性集中材料毗邻该写入元件之该等连接侧设置,及一第二磁性集中材料毗邻于该第二侧设置。一种形成一磁性记忆体单元之方法,其包括如下步骤:形成一磁性感测元件;围绕该磁性感测元件沉积一中间层电介质,并于该中间层电介质中形成一用于一写入元件之孔径,该孔径具有一相对于该磁性感测元件定向并位于该磁性感测元件上之孔径轴线;于该孔径内沉积一第一磁性集中材料之衬垫层,该衬垫层具有一面向该感测元件之底部部分及位于该孔径之垂直侧上之两个连接侧,该第一磁性集中材料具有一低于一磁阻临限值之磁阻;去能该底部部分中之该第一磁性集中材料;及于该孔径内沉积一导体,藉此由该导体内一电流产生之磁场被位于该等连接侧上之该第一磁性集中材料集中并引导至该磁性感测元件。如请求项10之方法,其中该去能步骤使该底部部分上之该第一磁性集中材料之磁阻值升高至超过该磁阻临限值,藉此引导该等连接侧内之磁通量被向下引导至该磁性感测元件。如请求项11之方法,其中该去能步骤系藉由在该第一磁性集中材料之该底部部分内布植一物质而达成。如请求项12之方法,其中该去能步骤系藉由布植来自包括氧、氩、氙、氪、碳、氟、硼、磷、砷、锗、镓、铟及氮之群组的离子而达成。如请求项11之方法,其中该去能步骤系藉由在该第一磁性集中材料之该底部部分布植破坏该第一磁性集中材料之该晶体结构的粒子而达成。如请求项10之方法,其中该去能步骤系藉由沉积针紮该底部部分内之该第一磁性集中材料的一针紮材料层而达成。如请求项15之方法,其中该沉积该针紮材料层之步骤包括以各向异性方式沉积该针紮材料,以使该底部部分上之该固定材料足够厚以针紮该底部部分内之该第一磁性集中材料层,且该等连接侧上之该针紮材料具有一低于一针紮厚度临限值之厚度,藉此不针紮该等连接侧上之该第一磁性集中材料。如请求项15之方法,其中在沉积该第一磁性集中材料之该步骤前实施沉积该针紮材料层之该步骤。如请求项15之方法,其中在沉积该第一磁性集中材料之该步骤后实施沉积该针紮材料层之该步骤。如请求项10之方法,其中该去能步骤系藉由沉积一三层反铁磁而达成,该三层反铁磁包括该第一磁性集中材料、一耦合层及一第二磁性集中材料,藉此该三层反铁磁基本上不响应该写入元件中之电流。如请求项10之方法,其进一步包括于该导体之一顶部表面上且以与该等连接侧磁性接触之方式沉积一第二磁性集中材料之顶层,藉此由该导体内之电流产生的磁通量优先流动于该顶层及该等连接侧中,藉此增大该导体内之该电流施加至该磁性感测元件之磁场。一种积体电路,其包括:一半导体基板,其包含用于引导资料信号之输入/输出电路;及一磁性记忆体单元阵列,其中每一单元包括:一磁性感测元件;一设置于该磁性感测元件上之写入元件,其相对于该磁性感测元件定向并包括一沿一轴线设置之导体,该导体具有一面向该磁性感测元件之第一侧,一与该第一侧对置之第二侧,及连接该第一侧及第二侧之两个连接侧;及至少一种具有一低于一磁阻临限值之磁阻之磁性集中材料,其毗邻该等连接侧设置,藉此由该导体内一电流产生之磁场被该至少一个磁性集中材料集中并引导至该磁性感测元件。如请求项21之积体电路,其进一步包括一连接至该磁性记忆体单元阵列用于执行逻辑作业的逻辑单元。如请求项21之积体电路,其中至少一个单元具有该至少一个磁性集中材料之一去能层,其中该至少一个磁性集中材料之该去能层毗邻该具有一高于该磁阻临限值之磁阻的该第一侧设置。如请求项23之积体电路,其中该至少一个磁性集中材料之该去能层已添加至少一种使该至少一个磁性集中材料之磁阻升高至超过该磁阻临限值的材料。如请求项23之积体电路,其中该至少一个磁性集中材料之该去能层已被破坏,藉此使该至少一个磁性集中材料之磁阻升高至超过该磁阻临限值。如请求项23之积体电路,其中毗邻该第一侧上之该至少一个磁性集中材料沉积一反铁磁层,藉此针紮该第一侧上之该至少一个磁性集中材料。如请求项23之积体电路,其中该第一侧上之该至少一个磁性集中材料形成一三层反铁磁,该三层反铁磁包括该至少一个磁性集中材料之一第一层、一耦合层及该至少一个磁性集中材料之一第二层。如请求项23之积体电路,其中该至少一个磁性集中材料之该第一层及该至少一个磁性集中材料之该第二层由相同材料形成。如请求项21之积体电路,其中该至少一个磁性集中材料之该第一层系选自包括具有导致铁磁性之原子成分的CoFe、CoFeB或NiFe合金在内之群组。如请求项21之积体电路,其中一第一磁性集中材料毗邻于该写入元件之该第等连接侧设置,且一第二磁性集中材料毗邻于该写入元件之该第二侧设置。一种形成一具有一磁性记忆体单元阵列之积体电路之方法,该方法包括如下步骤:准备一半导体基板;藉由于该单元阵列中形成一组磁性感测元件来形成该磁性记忆体单元阵列;围绕该等磁性感测元件沉积一中间层电介质,并于该中间层电介质内形成一组用于一写入元件之孔径,该等孔径具有一相对于该等磁性感测元件定向并位于该等磁性感测元件上之孔径轴线;于该等孔径内沉积一第一磁性集中材料之一衬垫层,该衬垫层具有多个面向该等感测元件之底部部分及位于该等孔径之垂直侧上之两个连接侧,该第一磁性集中材料具有一低于一磁阻临限值之磁阻;去能该底部部分内之该第一磁性集中材料;及于该等孔径内沉积多个导体,藉此由该等导体内之电流产生之磁场被位于该等连接侧上之该第一磁性集中材料集中并引导至该等磁性感测元件。如请求项31之方法,其中该去能步骤使该底部部分上之该第一磁性集中材料之该磁阻值升高至超过该磁阻临限值,藉此该等连接侧内之磁能量被向下引导至该磁性感测元件。如请求项32之方法,其中该去能步骤系藉由在该第一磁性集中材料之该底部部分内布植一物质而达成。如请求项33之方法,其中该去能步骤系藉由布植来自包括氧、氩、氙、氪、碳、氟、硼、磷、砷、锗、镓、铟及氮之群组的离子而达成。如请求项32之方法,其中该去能步骤系藉由在该第一磁性集中材料之该底部部分内布植破坏该第一磁性集中材料之该晶体结构的粒子而达成。如请求项32之方法,其中该去能步骤系藉由沉积针紮该底部部分内该第一磁性集中材料之一针紮材料层而达成。如请求项36之方法,其中沉积该针紮材料层之该步骤包括以各向异性方式沉积该针紮材料,以使该底部部分上之该针紮材料足够厚以针紮该底部部分内之该第一磁性集中材料层,且该等连接侧上之该针紮材料具有一低于一针紮厚度临限值之厚度,藉此不针紮该等连接侧上之该第一磁性集中材料。如请求项36之方法,其中在沉积该第一磁性集中材料之该步骤前实施沉积该针紮材料层之该步骤。如请求项36之方法,其中在沉积该第一磁性集中材料之该步骤后实施沉积该针紮材料层之该步骤。如请求项31之方法,其中该去能步骤系藉由沉积一三层反铁磁而达成,该三层反铁磁包括该第一磁性集中材料、一耦合层及一第二磁性集中材料,藉此该三层反铁磁基本上不响应该写入元件中之电流。如请求项31之方法,其进一步包括于该导体之一顶部表面上且以与该等连接侧磁性接触之方式沉积一第二磁性集中材料之一顶层之步骤,藉此由该导体内之电流产生的磁场优先流动于该顶层及该等连接侧中,藉此增大由该导体内之该电流施加至该磁性感测元件之磁场。
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