專利名稱：磁記錄元件、磁存儲(chǔ)器、磁記錄方法、用于制作磁記錄元件的方法以及用于制作磁存磁存 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁記錄元件和優(yōu)選地用于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的磁存儲(chǔ)器，以及利用該磁記錄元件和磁存儲(chǔ)器的磁記錄方法以及用于制作該磁記錄介質(zhì)和磁存儲(chǔ)器的方法。
因此，在半導(dǎo)體RAM，如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)中要求一種附加處理，如指定流過(guò)的電流來(lái)保存數(shù)據(jù)并因此實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作的刷新操作。在另一種半導(dǎo)體RAM中不需要這樣一種附加處理，存取時(shí)間被延長(zhǎng)。
在這種觀點(diǎn)中，近來(lái)注意到使用磁記錄元件的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。在該MRAM中，記錄了與磁化方向一致的信號(hào)“0”或“1”。由于只有在外部磁場(chǎng)應(yīng)用到該MRAM的情況下才改變?cè)摯呕较颍贛RAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定的被保存。
如具有GMR(巨磁阻)膜或TMR(隧道式磁阻)膜的磁記錄元件被用于該MRAM。讀出數(shù)據(jù)“0”和“1”的磁性如MR比率，實(shí)際上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)可用的MRAM。
本發(fā)明的另一目的是提供使用該磁記錄介質(zhì)和磁存儲(chǔ)器的的磁記錄方法，以及用于制作該磁記錄元件和磁存儲(chǔ)器的方法。
第一磁膜，用于通過(guò)外部磁場(chǎng)生成旋轉(zhuǎn)渦流，以及第二磁膜，在第一磁膜上，具有在其中央實(shí)質(zhì)上垂直于其表面的磁化。
發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)真地研究以便開(kāi)發(fā)實(shí)際上可用于MRAM的一種新的磁記錄介質(zhì)。因此，他們發(fā)現(xiàn)能獲得這樣一種磁記錄介質(zhì)，只要將通過(guò)外部磁場(chǎng)來(lái)生成旋轉(zhuǎn)渦流的第一磁膜以及具有在其中央垂直到其表面的磁化的第二磁膜層疊。


圖1和2是根據(jù)本發(fā)明，表示一種磁記錄介質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和2所示的磁記錄介質(zhì)10，包括通過(guò)外部磁場(chǎng)來(lái)生成旋轉(zhuǎn)渦流的第一磁膜1以及在第一磁膜1上形成的，具有垂直于其表面的磁化C的第二磁膜2。在這里，第二磁膜2的磁化從在其中央的垂直磁化變化到其外圍的縱向磁化，在此未示出。另外，絕緣層3形成在第一磁膜1和第二磁膜之間以控制(抑制)通過(guò)磁記錄介質(zhì)10的電流。
當(dāng)外部磁場(chǎng)被正向施加到第一磁膜1時(shí)，在A方向生成一旋轉(zhuǎn)渦流，在旋轉(zhuǎn)渦流的中央在B方向生成指定的垂直磁化。另一方面，當(dāng)外部磁場(chǎng)被反向應(yīng)用到第一磁膜1時(shí)，在D方向生成一旋轉(zhuǎn)渦流，在與B方向相反的方向E生成指定磁化。
在圖1中，第一磁膜1的磁化B和第二磁膜2的磁化C是平行的，在圖2中，第一磁膜1的磁化B和第二磁膜的磁化E是逆平行的。因此，滿足如圖1所示的磁化狀態(tài)的情況下比滿足如圖2所示的磁化狀態(tài)下有更多電流流過(guò)。
因此，如果數(shù)據(jù)“0”和“1”根據(jù)第一磁膜1的磁化方向被記錄，磁化狀態(tài)能被讀出作為通過(guò)該磁記錄介質(zhì)的電流總量。
即，在本發(fā)明的磁記錄元件中，磁記錄在第一磁膜的旋轉(zhuǎn)渦流的磁化方向被執(zhí)行，且磁讀出在通過(guò)該磁記錄元件的電流總量上被執(zhí)行，與傳統(tǒng)的MRAM因此，根據(jù)本發(fā)明，從該磁記錄元件能獲得一種新的結(jié)構(gòu)的MRAM。根據(jù)本發(fā)明，一種磁存儲(chǔ)器被構(gòu)造，以便根據(jù)本發(fā)明多個(gè)磁記錄元件被配置在指定基片上。根據(jù)本發(fā)明，實(shí)際上MRAM是由這樣一種磁存儲(chǔ)器構(gòu)成的。
在此，術(shù)語(yǔ)“旋轉(zhuǎn)渦流”指在薄膜中垂直生成的磁化狀態(tài)。磁記錄元件和磁存儲(chǔ)器的幾個(gè)首選實(shí)施例將在此后描述。而且，利用該磁記錄介質(zhì)和磁存儲(chǔ)器的磁記錄方法，以及用于制作該磁記錄元件和磁存儲(chǔ)器的方法將在此后描述。
制作第一磁膜的材料的種類沒(méi)有限制，只要通過(guò)外部磁場(chǎng)能在第一磁膜1中形成旋轉(zhuǎn)渦流。最好，第一磁膜1是由軟磁材料，如坡莫合金、超透磁合金或鐵，且特別是由坡莫合金組成。在這種情形，旋轉(zhuǎn)渦流能容易形成在第一磁膜1中。要求可控制第一磁膜1的厚度和成份以便第一磁膜1的矯頑力被設(shè)置為小于第二磁膜的矯頑力。
第一磁膜1的直徑最好被設(shè)置為0.05-50μm以便通過(guò)外部磁場(chǎng)在其中有效和容易地生成旋轉(zhuǎn)渦流。如果第一磁膜1如上所述是由軟磁材料組成，即使第一磁膜1的直徑被設(shè)置成小于0.1μm，也能生成大的旋轉(zhuǎn)渦流。
第一磁膜1的厚度被設(shè)置成1μm或更低以便如上所述通過(guò)外部磁場(chǎng)在其中有效和容易地生成旋轉(zhuǎn)渦流。如果如上所述第一磁膜1是由軟磁材料組成，即使第一磁膜1的厚度被減少到1nm，也能生成大的旋轉(zhuǎn)渦流。
第二磁膜的外形沒(méi)有限制，因?yàn)椴辉谄渲猩尚D(zhuǎn)渦流。然而，根據(jù)本發(fā)明的磁記錄元件的制作方法，第二磁膜2的外形與第一磁膜1相似，因?yàn)橥ㄟ^(guò)一抗蝕圖，它們是同時(shí)被制作的。因此，如果第一磁膜1的形狀被設(shè)置為圓盤(pán)，第二磁膜2的形狀也會(huì)是圓盤(pán)。
制作第二磁膜2的材料種類并沒(méi)有限制，只要磁化垂直于其表面?？紤]到大的飽和磁化和在第二磁膜2表面上垂直形成的易磁化軸，要求第二磁膜2由Co或基于Co的合金組成。特別是，第二磁膜2最好由Co組成，因?yàn)镃o容易得到。
第二磁膜2的厚度被設(shè)置為1μm或更低，以便創(chuàng)建垂直于其表面的易磁化軸。如果如上所述第二磁膜2是由磁性材料，如Co組成，第二磁膜2的飽和磁化能變大，即使第二磁膜2的厚度被減小到0.05μm。
因此，如上所述，如果第一磁膜1由軟磁材料，如坡莫合金組成且第二磁膜2由磁性材料，如Co組成，磁記錄元件10能被充分小型化。然后，如果這種小型磁記錄元件配置在一指定基片上，根據(jù)本發(fā)明，高密度磁存儲(chǔ)器能被獲得。如果第一磁膜1和第二磁膜2的尺寸適當(dāng)變大，磁記錄元件10的尺寸能擴(kuò)大到幾個(gè)10μm。
如上所述，就從磁記錄元件10讀取所記錄的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，指定的電場(chǎng)被垂直施加到磁記錄元件10，然后，在通過(guò)磁記錄元件10的電流總量上，數(shù)據(jù)“0”和“1”被讀出。然而，如果第二磁膜2直接形成在第一磁膜1上，通過(guò)磁記錄元件10的電流絕對(duì)值變得更大，且因此，電流總量不可能被精確地確定。
在這種情況下，要求如圖1和2所示在第一磁膜1和第二磁膜2之間形成一絕緣層3。當(dāng)指定的電場(chǎng)被垂直施加到磁記錄元件10時(shí)，只有指定的隧道電流流過(guò)絕緣層3，因此流過(guò)磁記錄元件10的電流的絕對(duì)值能被適當(dāng)?shù)亟档汀?br> 絕緣層3的厚度最好設(shè)置在1-10nm中。絕緣層3最好由絕緣材料，如鋁、硅、氧化鎂或氧化鍶-鈦(STO)組成。
圖3是根據(jù)本發(fā)明，表示一磁存儲(chǔ)器的示意圖。在如圖3所示的磁存儲(chǔ)器20中，磁記錄元件10-1至10-9以矩陣方式配置在一指定基片上(未示出)。然后，配置導(dǎo)線11-1至11-3以及12-1至12-3以便環(huán)繞磁記錄元件10-1至10-9。
當(dāng)指定外部磁場(chǎng)被分別施加到磁記錄元件10-1至10-9時(shí)，如圖1和2所示執(zhí)行每一元件的寫(xiě)操作。根據(jù)本發(fā)明，參考如圖3所示的磁存儲(chǔ)器20，下面將描述一種磁記錄方法。
例如，用于磁記錄元件10-1的寫(xiě)入是通過(guò)在導(dǎo)線12-1和12-2沿環(huán)繞元件10-1的方向F流過(guò)一電流來(lái)執(zhí)行的。在這種情形下，在由導(dǎo)線12-1和12-2環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)生成向上的磁場(chǎng)，與電流的方向F一致。因此，通過(guò)向上的磁場(chǎng)在第一磁膜1中生成一旋轉(zhuǎn)渦流并且因此，在其中生成磁化B，如圖1所示。因此，與磁化B的方向一致的數(shù)據(jù)“0”或“1”被記錄在磁記錄介質(zhì)10-1中。
當(dāng)在導(dǎo)線12-1和12-2中沿環(huán)繞磁記錄元件10-1的方向G流過(guò)一電流時(shí)，在由導(dǎo)線12-1和12-2環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)生成向下的磁場(chǎng)，與電流G的方向一致。因此，通過(guò)向下的磁場(chǎng)在第一磁膜1中生成一旋轉(zhuǎn)渦流，并因此，在第一磁膜1中生成向下的磁化E，如圖2所示。因此，數(shù)據(jù)“0”或“1”被重新寫(xiě)成數(shù)據(jù)“1”或“0”。
如圖1和2所解釋的，第二磁膜2在垂直于其表面的方向C中被磁化。因此，當(dāng)指定電磁被垂直施加到磁記錄元件10-1時(shí)，依賴第一磁記錄元件10-1的磁化狀態(tài)，通過(guò)磁記錄元件10-1的電流被改變。即，在磁化B的磁化狀態(tài)中通過(guò)磁記錄元件10-1流過(guò)的電流比在磁化E的磁化狀態(tài)中多。因此，通過(guò)測(cè)量通過(guò)磁記錄元件10的電流總量，數(shù)據(jù)“0”或“1”能被讀出。
如果流過(guò)的電流絕對(duì)值被調(diào)整(增加)，即使在環(huán)繞磁記錄元件的所有導(dǎo)線中沒(méi)有電流流過(guò)，旋轉(zhuǎn)渦流也能在磁記錄元件中產(chǎn)生。例如，由于磁記錄元件10-1、10-4及10-7被配置在導(dǎo)線11-1的附近，如果在導(dǎo)線11-1中在方向H中流過(guò)大的電流，只要通過(guò)由該大電流生成的磁場(chǎng)，在元件10-1、10-4及10-7中就能生成旋轉(zhuǎn)渦流。
同樣，由于磁記錄元件10-1至10-3被配置在導(dǎo)線12-1的附近，只要在一個(gè)方向上，例如，由箭頭I所示的導(dǎo)線12-1的方向上，流過(guò)的電流，在磁記錄元件10-1至10-3中就能分別生成旋轉(zhuǎn)渦流。
此外，例如在磁記錄元件10-1中，如果在導(dǎo)線11-1和12-1在相同的方向H和I中分別流過(guò)大電流，在磁記錄元件10-1中能有效地生成一旋轉(zhuǎn)渦流。
接著，根據(jù)本發(fā)明，磁記錄元件的一種制作方法將在下文中描述。圖4-7是表示本發(fā)明的制作方法的步驟的橫截面圖。如圖4所示，首先，通過(guò)一旋轉(zhuǎn)式涂層機(jī)，在指定基片31上涂以0.1-5μm厚的電阻膜32。然后，電阻膜被暴露和擴(kuò)展以形成具有孔33A的抗蝕圖，在孔33A處，基片31的主表面31A被暴露，如圖5所示。
然后，如圖6所示，依次通過(guò)噴涂或真空沉積，第一磁膜、第二磁膜以及如果必要的話，以及絕緣層，經(jīng)抗蝕圖33形成在基片31上，作為一掩模以便在孔33A內(nèi)制作該磁記錄元件10。然后，如圖7所示，抗蝕圖33被搬走以便在基片31上制作磁記錄元件10。
本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器能如與以上所述的相同的方式來(lái)制作。即，在如圖5所示的步驟中，具有多個(gè)孔的抗蝕圖被制作在相同的基片上。然后，在圖6所示的步驟中，多個(gè)磁記錄元件通過(guò)抗蝕圖被分別制作在孔內(nèi)。
磁記錄元件可能如下制作。即，多層結(jié)構(gòu)被制作，其中第一磁膜、第二磁膜以及如果必要的話，以及絕緣層被同樣地形成和層疊。然后，經(jīng)指定掩模，通過(guò)使用Ar離子的離子磨削，該多層結(jié)構(gòu)被部分腐蝕直到該基片被部分暴露以制作該磁記錄元件。在這種情況下，磁存儲(chǔ)器可能通過(guò)使用一抗蝕圖，用作為一掩模的多個(gè)孔來(lái)制作。
盡管參考上述的例子詳細(xì)地描述了本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于上述所公開(kāi)的內(nèi)容且所做的每種變化和改變并不脫離本發(fā)明的范疇。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，依照通過(guò)旋轉(zhuǎn)渦流所生成的磁化的方向，能提供執(zhí)行寫(xiě)入的一種新結(jié)構(gòu)的磁記錄元件，而且包括該磁記錄元件的一種磁存儲(chǔ)器也能獲得。因此，如果該磁記錄元件或磁存儲(chǔ)器被應(yīng)用，實(shí)際上提供了一種可用的MRAM。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄元件，包括第一磁膜，用于通過(guò)外部磁場(chǎng)生成旋轉(zhuǎn)渦流，以及第二磁膜，在所述第一磁膜上，在其中央具有實(shí)質(zhì)上垂直于其表面的磁化。
2.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第一磁膜以圓盤(pán)形形成。
3.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第一磁膜由坡莫合金組成。
4.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第一磁膜的直徑被設(shè)置在0.05-50μm范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第一磁膜的厚度被設(shè)置為1μm或以下。
6.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第二磁膜由Co組成。
7.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，其中所述第二磁膜的厚度被設(shè)置為1μm或以下。
8.如權(quán)利要求1所述的磁記錄元件，進(jìn)一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之間的絕緣膜。
9.如權(quán)利要求8所述的磁記錄元件，其中所述絕緣層的厚度設(shè)置在1-10nm范圍內(nèi)。
10.一種磁存儲(chǔ)器，包括如權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)所述的多個(gè)磁記錄元件，所述多個(gè)磁記錄元件被配置在平面中一指定基片上。
11.如權(quán)利要求10所述的磁存儲(chǔ)器，進(jìn)一步包括配置一些導(dǎo)線以便分別環(huán)繞所述磁記錄元件。
12.一種磁記錄方法，包括步驟在平面中在一指定基片上配置多個(gè)如權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)所述的磁記錄元件，在所述基片上配置許多導(dǎo)線以便分別環(huán)繞所述磁記錄元件，在正向方流，并因此在至少一個(gè)所述磁記錄元件中生成一正向磁化，以及在所述正向磁化上可磁化地寫(xiě)入指定數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的磁記錄方法，進(jìn)一步包括步驟在所述至少一根導(dǎo)線中在與所述正向方向相反的反向方向中流過(guò)電流，以便生成反向向后的旋轉(zhuǎn)渦流并因此在所述至少一個(gè)磁記錄元件中生成反向的磁化，該磁化與所述正向的磁化相反，以及在所述反向磁化上可磁化地重新寫(xiě)入所述已經(jīng)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。
14.一種用于制作磁記錄元件的方法，包括步驟在指定基片上均勻地形成電阻膜，暴露并擴(kuò)展所述電阻膜來(lái)制作具有孔的抗蝕圖，在該孔處，所述基片的主表面被暴露，以及經(jīng)所述抗蝕圖，依次形成通過(guò)外部磁場(chǎng)生成旋轉(zhuǎn)渦流的第一磁膜以及具有垂直于其表面的磁化的第二磁膜，來(lái)制作在所述孔內(nèi)包括所述第一磁膜和所述第二磁膜的磁記錄元件。
15.如權(quán)利要求14所述的制作方法，進(jìn)一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之間形成一絕緣層的步驟。
16.一種用于制作磁存儲(chǔ)器的方法，包括步驟在指定基片上均勻地形成電阻膜，暴露并擴(kuò)展所述電阻膜，來(lái)制作具有多個(gè)孔的抗蝕圖，在這些孔處，所述基片的主表面被暴露，以及經(jīng)所述抗蝕圖，依次形成通過(guò)外部磁場(chǎng)生成旋轉(zhuǎn)渦流的第一磁膜以及具有在其中央垂直于其表面的磁化的第二磁膜，來(lái)分別制作在所述孔內(nèi)包括所述第一磁膜和所述第二磁膜的多個(gè)磁記錄元件。
17.如權(quán)利要求16所述的制作方法，進(jìn)一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之間形成一絕緣層的步驟。
18.如權(quán)利要求16所述的制作方法，進(jìn)一步包括形成許多導(dǎo)線以便分別環(huán)繞所述磁記錄元件的步驟。
全文摘要
一種磁記錄元件,由通過(guò)外部磁場(chǎng)用來(lái)生成旋轉(zhuǎn)渦流的第一磁膜和具有垂直其表面的磁化的第二磁膜組成,以及在第一磁膜和第二磁膜間形成的,通過(guò)該磁記錄元件用來(lái)控制(抑制)電流的一絕緣層。指定外部磁場(chǎng)被施加到該磁記錄元件以便在第一磁膜上生成旋轉(zhuǎn)渦流并因此在旋轉(zhuǎn)渦流的中央生成垂直磁化。然后,指定數(shù)據(jù)被寫(xiě)入在該垂直磁化上。
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1387195SQ02120239
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月21日
發(fā)明者武笠幸一, 澤村誠(chéng), 末岡和久, 廣田榮一, 中根了昌, 中村基訓(xùn) 申請(qǐng)人:北海道大學(xué)