专利名称：磁存储器件和磁存储器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及具备包含磁化方向随外部磁场变化的感磁层的磁阻效应元件、同时利用感磁层的磁化方向的变化来进行信息的记录、读出的磁存储器件及其的制造方法。
背景技术：
迄今为止，作为在计算机或通信装置等的信息处理装置中使用的通用存储器，使用了DRAM(动态随机存取存储器)或SRAM(静态RAM)等的易失性存储器。在这些易失性存储器中，为了保持所存储的信息，必须不断地供给电流来进行刷新。此外，由于若切断电源就会丧失全部的信息，故除了这些易失性存储器外，必须设置非易失性的存储器作为记录信息用的手段，例如使用闪速(flash)EEPROM或磁硬盘装置等。
在这些非易失性存储器中，伴随信息处理的高速化，存取的高速化成为重要的课题。再者，伴随便携式信息装置的快速的普及和高性能化，目标是实现能在任何时候任何地方进行信息处理的所谓的普适计算的信息装置的开发正在快速地取得进展。作为这样的信息装置开发的中心的关键器件，强烈地要求与高速处理对应的非易失性存储器的开发。
作为在非易失性存储器的高速化方面有效的技术，利用沿强磁性层的易磁化轴的磁化方向来存储信息的磁存储元件已知有排列成矩阵状了的磁随机存取存储器(以下称为MRAMMagnetic Random AccessMemory)。在MRAM中，利用2个强磁性体中的磁化方向的组合来存储信息。另一方面，通过依据磁化方向相对于某个成为基准的方向为平行的情况或为反平行的情况检测所产生的电阻变化(即电流或电压的变化)来进行存储信息的读出。因为用这样的原理来工作，故在MRAM中为了进行稳定的写入和读出，尽可能增加电阻变化率是重要的。
现在已实现了实用化的MRAM利用了巨磁阻(GMRGiantMagneto-Resistive)效应。所谓GMR效应，指的是在将2个磁性层配置成各层的易磁化轴方向互相平行时在该各层的磁化方向沿易磁化轴为平行的情况下电阻值为最小、为反平行的情况下电阻值为最大值的现象。作为利用了可得到这样的GMR效应的GMR元件的MRAM(以下记为GMR-MRAM)，已知有例如在专利文献1中公开了的技术。
最近，以存储速度或存取速度等的进一步的提高为目标，提出了具有利用隧道磁阻效应(TMRTunneling Magneto-Resistive)的TMR元件的MRAM(以下记为TMR-MRAM)来代替GMR-MRAM。TMR效应是利用夹住极薄的绝缘层(隧道阻挡层)的2个强磁性层间的磁化方向的相对角度使通过绝缘层流动的隧道电流变化的效应。2个强磁性层中的磁化方向在互相平行的情况下电阻值为最小，在互相反平行的情况下电阻值为最大。在TMR-MRAM中，在TMR元件例如为「CoFe/氧化铝/CoFe」这样的结构的情况下，电阻变化率高达约40％，此外，由于电阻值也大，故容易取得与MOSFET等的半导体器件组合了的情况的匹配。因此，与GMR-MRAM相比，容易地得到更高的输出，能预期存储容量或存取速度的提高。在TMR-MRAM中，通过在作为TMR元件的附近配置的写入线的导线中流过电流而发生电流磁场，利用该磁场使TMR元件的磁性层的磁化方向在规定的方向上变化，从而存储信息。作为读出存储信息的方法，已知有在与隧道阻挡层垂直的方向上流过电流并检测TMR元件的电阻变化的方法。关于这样的TMR-MRAM的技术，已知有在专利文献2或专利文献3中公开了的技术。
此外，最近，对作为磁存储器件的进一步的高密度化的要求越来越高，伴随于此，也必须实现TMR元件的微细化。随着TMR元件的微细化的进展，由于其两端部的磁极的反磁场的影响的缘故，为了使存储信息的磁性层(自由层)中的磁化方向在一定的方向上达到一致就必须有大的磁场，在信息的写入时所必要的写入电流存在增大的趋势。相对于该问题，提出了具有在TMR元件附近的导线(写入线)的周围与自由层一起形成闭合磁路的结构的磁存储单元(例如，参照专利文献4)。按照专利文献4，由于与记录有关的自由层构成闭合磁路，故可避免因反磁场引起的不良影响，可实现集成度高的磁存储器件。再者，此时，由于2条写入线这两者都通过闭合磁路的内侧，故可高效地进行磁化的反转。
专利文献1美国专利第5343422号说明书
专利文献2美国专利第5629922号说明书专利文献3特开平9-91949号公报专利文献4特开2001-273759号公报发明内容但是，具备具有在上述专利文献4中公开了的那样的闭合磁路结构的磁存储单元的磁存储器件的结构与没有闭合磁路结构的磁存储单元的磁存储器件的结构相比是复杂的。因此，由于在制造时必须有更多的工序数，故希望削减工序数。
本发明是鉴于这样的问题而进行的，其目的在于提供能高效地利用由流过导线的电流所形成的磁场以稳定地进行信息的写入、同时能更简便地制造的磁存储器件及其制造方法。
本发明的第1方面的磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及磁阻效应元件，该磁阻效应元件在第1和第2写入线交叉的区域中具有以包围第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的磁轭和包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层并与磁轭以磁的方式连结了的层叠体，第1和第2写入线在被磁轭包围的区域中被排列成在第1层内互相邻接。在此，所谓「包围」，其主旨是，除了以构成完全地封闭的环状来包围的情况外，还包含在一部分呈开放的状态下不完全地包围的情况。所谓不完全地包围，其主旨是包含构成棒状或板状的情况。此外，所谓「周围方向」，意味着绕导线的周围的方向。此外，所谓「外部磁场」，意味着由流过导线的电流产生的磁场或在磁轭中产生的返流磁场。此外，所谓「互相邻接地排列」，不限定于第1写入线中的下面和上面与第2写入线中的下面和上面互相分别一致的情况，其主旨是包含第1写入线中的下面和上面与第2写入线中的下面和上面互相处于不同的平面上的情况。但是，第1和第2写入线(在被磁轭包围的区域中)具有层叠方向上的互相重叠的部分的情况被除外。
本发明的第2方面的磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及磁存储单元，磁存储单元包含一对磁阻效应元件而被构成，一对磁阻效应元件在第1和第2写入线交叉的区域中分别具有以包围第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的磁轭和包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层并与磁轭以磁的方式连结了的层叠体，同时互相共有磁轭的一部分，第1和第2写入线在被磁轭包围的区域中被排列成在第1层内互相邻接。
在本发明的第1和第2方面的磁存储器件中，由于在被磁轭包围的区域中在第1层内互相邻接地排列第1和第2写入线，故在制造时在被磁轭包围的区域中可同时形成第1和第2写入线。
在本发明的第2方面的磁存储器件中，可构成为在被一对磁轭包围的区域中的一对第1写入线或一对第2写入线中的某一方在被一对磁轭包围的区域以外的区域中经在与第1层内不同的第2层内设置的连结导线互相连结。此时，希望在第2层内设置了一对磁轭的一部分。
此外，在本发明的第2方面的磁存储器件中，一对磁轭可分别具有包含既夹住第1和第2写入线而互相对置又在与层叠体的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭和连结该一对柱状磁轭的各一端相互间的一个梁状磁轭而构成的、其一部分被开放了的剖面形状，一对磁阻效应元件至少互相共有一对柱状磁轭中的一方。此时，希望在第2层内设置了一个梁状磁轭。或者，一对磁轭也可分别具有包含既夹住第1和第2写入线而互相对置又在与层叠体的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭和连结一对柱状磁轭的各一端相互间的一对梁状磁轭而构成的、封闭了的剖面形状，一对磁阻效应元件至少互相共有一对柱状磁轭中的一方。此时，希望在第2层内设置了一对梁状磁轭中的某一方。特别是，希望在第2层内设置了一对梁状磁轭中的离层叠体远的一侧的一方。此外，磁轭中的与层叠体的连结部分也可兼作感磁层。
本发明的第1方面的磁存储器件的制造方法是制造下述的磁存储器件用的方法，该磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及具有包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层的层叠体和磁轭的磁阻效应元件，该方法包含下述工序在设置了整流元件的基体上形成层叠体的第1工序；形成下部磁轭使其至少覆盖层叠体的第2工序；在下部磁轭上一并地形成第1和第2写入线使其经第1绝缘膜在第1层内互相邻接地排列的第3工序；以及通过在第1和第2写入线的各自的周围经第2绝缘膜设置上部磁轭来形成以与下部磁轭一起分别包围第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的磁轭的第4工序。
本发明的第2方面的磁存储器件的制造方法是制造下述的磁存储器件用的方法，该磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及分别具有包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层的层叠体和磁轭的一对磁阻效应元件，该方法包含下述工序在设置了一对整流元件的基体上形成一对层叠体的第1工序；形成下部磁轭使其至少覆盖一对层叠体的第2工序；在下部磁轭上一并地形成一对第1和第2写入线使其经第1绝缘膜在第1层内互相邻接地排列的第3工序；以及通过在一对第1和第2写入线的各自的周围经第2绝缘膜设置上部磁轭来形成以与下部磁轭一起分别包围一对第1和第2写入线的方式沿周围方向配置并且互相共有一部分的一对磁轭的第4工序。
在本发明的第1和第2方面的磁存储器件的制造方法中，由于包含一并地形成一对第1写入线和第2写入线使其在第1层内互相邻接地排列的工序，故与独立地形成第1写入线和第2写入线的情况相比，减少了工序数。
在本发明的第2方面的磁存储器件的制造方法中，还可包含在被磁轭包围的区域以外的区域中的与第1层内不同的第2层内形成互相连结在第3工序中形成的一对第1写入线相互间的连结导线的第5工序。此时，希望同时进行第4工序中的上部磁轭的形成和第5工序中的连结导线的形成。
按照本发明的第1和第2方面的磁存储器件，由于在被磁轭包围的区域中在第1层内互相邻接地排列第1和第2写入线，故在制造时可作成能用更少的工序数形成的结构。
按照本发明的磁存储器件的制造方法，由于包含在下部磁轭上一并地形成一对第1和第2写入线使其经第1绝缘膜在第1层内互相邻接地排列的第3工序，故在被磁轭包围的区域中可同时形成全部的第1和第2写入线，可谋求制造工序的简化。
图1是示出与本发明的一个实施形态有关的磁存储器件的整体结构的框图。
图2是示出图1中示出的磁存储器件的写入线的结构的平面图。
图3是示出图1中示出的磁存储器件的存储单元组的主要部分的结构的局部平面图。
图4是示出图1中示出的磁存储器件的存储单元组的主要部分的斜视结构的斜视图。
图5是示出图3中示出的磁存储单元的沿V-V线的剖面的向视方向的结构的剖面图。
图6是将图5中示出的磁存储单元概念性地分解为2个TMR元件而示出的剖面图。
图7是示出图1中示出的磁存储器件的存储单元组的主要部分的结构的另一局部平面图。
图8是示出图7中示出的存储单元的沿VIII-VIII线的剖面的结构的剖面图。
图9是示出图1中示出的磁存储器件的电路结构的电路图。
图10(A)是表示图5中示出的磁存储单元的的剖面结构中的写入电流方向与返流磁场方向(磁化方向)的关系的第1说明图。
图10(B)是表示图5中示出的磁存储单元的的剖面结构中的写入电流方向与返流磁场方向(磁化方向)的关系的第2说明图。
图11(A)是图9中示出的电路结构中的第1部分放大图。
图11(B)是图9中示出的电路结构中的第2部分放大图。
图12是表示图1中示出的磁存储器件的制造方法中的一个工序的放大剖面图。
图13是表示紧接着图12之后的一个工序的放大剖面图。
图14是表示紧接着图13之后的一个工序的放大剖面图。
图15是表示紧接着图14之后的一个工序的放大剖面图。
图16是表示紧接着图15之后的一个工序的放大剖面图。
图17是表示紧接着图16之后的一个工序的放大剖面图。
图18是表示紧接着图17之后的一个工序的放大剖面图。
图19是表示紧接着图18之后的一个工序的放大剖面图。
图20是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第1变例的主要部分的斜视结构的斜视图。
图21是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第2变例的主要部分的剖面结构的剖面图。
图22是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第3变例的主要部分的剖面结构的剖面图。
图23是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第4变例的主要部分的剖面结构的剖面图。
图24是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第5变例的主要部分的剖面结构的剖面图。
图25是表示作为图1中示出的磁存储器件中的第6变例的主要部分的剖面结构的剖面图。
具体实施例方式
以下参照附图详细地说明本发明的实施形态。
首先，参照图1～图9说明与本发明的一个实施形态有关的磁存储器件的结构。图1是表示本实施形态的磁存储器件的整体结构的概念图。本实施形态的磁存储器件具备地址缓冲器51；数据缓冲器52；控制逻辑部53；存储单元组54；第1驱动控制电路部56；第2驱动控制电路部58；外部地址输入端子A0～A20；以及外部数据端子D0～D7。
存储单元组54具有在互相正交的字线方向(X方向)和位线方向(Y方向)上排列了多个具备一对隧道磁阻效应元件(以下称为TMR元件)的存储单元1的矩阵结构。存储单元1是在磁存储器件中存储数据的最小单位，是与本发明中的「磁存储单元」对应的一个具体例。后面详细地叙述存储单元1。
第1驱动控制电路部56具有Y方向地址译码电路56A、读出放大电路56B和电流驱动电路56C，第2驱动控制电路部58具有X方向地址译码电路58A、恒定电流电路58B和电流驱动电路58C。
地址译码电路56A、58A选择与已被输入的地址信号对应的后述的字译码线72(后述)和位译码线71(后述)。读出放大电路56B和恒定电流电路58B是在进行读出工作时驱动的电路，电流驱动电路56C、58C是在进行写入工作时驱动的电路。
利用在读出工作时读出电流流过的多条位译码线71连接了读出放大电路56B与存储单元组54。同样，利用在读出工作时读出电流流过的多条字译码线72连接了恒定电流电路58B与存储单元组54。
经在写入工作时成为必要的写入位线5(后述)连接了Y方向电流驱动电路56C与存储单元组54。同样，经在写入工作时成为必要的写入字线6(后述)连接了X方向电流驱动电路58C与存储单元组54。
地址缓冲器51具备外部地址输入端子A0～A20，同时经Y方向地址线57、X方向地址线55连接到第1驱动控制电路部56内的Y方向地址译码电路56A、第2驱动控制电路部58内的X方向地址译码电路58A上。该地址缓冲器51从外部地址输入端子A0～A20取入来自外部的地址信号，利用在内部具备的缓冲放大器(未图示)在Y方向地址译码电路56A、X方向地址译码电路58A中放大到成为必要的电压电平。再者，地址缓冲器51将该已放大的地址信号分成2个信号，起到经Y方向地址线57输出给Y方向地址译码电路56A、同时经X方向地址线55输出给X方向地址译码电路58A的功能。
数据缓冲器52由输入缓冲器52A和输出缓冲器52B构成，在具备外部数据端子D0～D7的同时，与控制逻辑部53连接，利用来自控制逻辑部53的输出控制信号53A来工作。输入缓冲器52A经Y方向和X方向写入用数据总线61、60分别连接到第1驱动控制电路部56内的Y方向电流驱动电路56C、第2驱动控制电路部58内的X方向电流驱动电路58C上，在进行对存储单元组54的写入工作时，取入外部数据端子D0～D7的信号电压，在利用内部缓冲放大器(未图示)放大到成为必要的电压电平后，起到经X方向写入用数据总线60和Y方向写入用数据总线61传递给X方向电流驱动电路58C、Y方向电流驱动电路56C的功能。输出缓冲器52B经Y方向读出用数据总线62连接到读出放大电路56B上，在读出在存储单元组54中已被存储的信息信号时，利用在内部具备的缓冲放大器(未图示)放大了从读出放大电路56B输入的信息信号后，起到以低阻抗输出给外部数据端子D0～D7的功能。
控制逻辑部53具备芯片选择端子CS和写启动端子WE，连接到数据缓冲器52上。该控制逻辑部53取入来自从多个存储单元组54中选择成为读出和写入对象的芯片选择端子CS的信号电压和来自具有输出写入许可信号的功能的写启动端子WE的信号电压，具有向数据缓冲器52输出输出控制信号53A的功能。
其次，说明图1中示出的磁存储器件中与信息的写入工作有关的结构。
图2是表示与存储单元组54中的写入工作有关的主要部分平面结构的概念图。如图2中所示，本实施形态的磁存储器件包含多条写入位线5a、5b和分别与该多条写入位线5a、5b交叉地延伸的多条写入字线6，在写入位线5a、5b与写入字线6交叉的各区域中构成为具有这些写入位线5a、5b和写入字线6互相平行地延伸的平行部分10a、10b。具体地说，如图2中所示，写入字线6以矩形波状沿X方向延伸，另一方面，写入位线5a和写入位线5b交替地排列，以直线状沿Y方向延伸。写入字线6中的矩形波状的上升部分和下降部分与写入位线5a、5b一起形成了多个平行部分10a、10b。在写入位线5a、5b与写入字线6交叉的各区域中设置了存储单元1，以便包含各自的平行部分10a、10b的至少一部分。存储单元1由TMR元件1a和TMR元件1b构成，在写入位线5a与写入字线6交叉的各区域中设置了TMR元件1a，而在写入位线5b与写入字线6交叉的各区域中设置了另一方的TMR元件1b。在此，TMR元件1a和TMR元件1b是与本发明的「一对磁阻效应元件」对应的一个具体例。
在写入位线5a、5b和写入字线6中分别流过来自Y方向电流驱动电路56C、X方向电流驱动电路58C的电流。在此，流过写入位线5a的电流与流过写入位线5b的电流的方向必定是彼此相反的，例如，在图2中用箭头所示，在将写入位线5a的电流方向定为+Y的情况下，写入位线5b的电流方向为-Y。因而，此时，如果将流过写入字线6的电流的方向作为整体为+X方向(纸面上从左至右)，则流过TMR元件1a的内部的写入位线5a和写入字线6的电流方向是互相平行的。关于流过另一方的TMR元件1b的内部的写入位线5b和写入字线6的电流方向，也是互相平行的。再有，以下在没有必要特别区别电流方向的情况下，将写入位线5a、5b单单表示为写入位线5。此外，写入字线6是与本发明的「第1写入线」对应的一个具体例，写入位线5是与本发明的「第2写入线」对应的一个具体例。
图3更具体地表示作为图2中示出的概念图的存储单元组54的主要部分的平面结构。图3中示出的写入位线5a、5b、写入字线6和存储单元1(TMR元件1a、1b)与图2相对应。在写入位线5a、5b与写入字线6的平行部分10a、10b中配置了TMR元件1a、1b。TMR元件1a、1b分别具备包含感磁层的层叠体S20a、S20b和磁轭4a、4b，感磁层的磁化方向随着由流过平行部分10a、10b中的写入位线5a、5b和写入字线6这两者的电流所产生的磁场(即，在磁轭4a、4b中是外部磁场)而变化。写入字线6包含在与写入位线5a、5b为同一层内(后述的第1层内L1)设置的第1层部分6F和在与其不同的第2层内L2(后述)形成的第2层部分6S这2个层部分而被构成。利用由铝(Al)或铜(Cu)等的导电材料构成的连接层6T(在图3中未图示)导电性地连接了第1层部分6F与第2层部分5S。由此，写入字线6沿X方向跨过在Y方向上延伸的写入位线5a、5b，作为整体，具有作为在X方向上延伸的1条导线的功能。此时，在包含同一XY平面的第1层内L1中设置了平行部分10a、10b中的写入位线5a、5b和写入字线6中的第1层部分6F，互相在导电性方面进行了绝缘。在此，第2层部分6S是与本发明的「连结导线」对应的一个具体例。
在各写入位线5的两端分别设置了写入位线引出电极47。各写入位线引出电极47的一方分别连接到Y方向电流驱动电路56C上，另一方连接成最终接地。同样，在各写入字线6的两端分别设置了写入字线引出电极46。各写入字线引出电极46的一方分别连接到X方向电流驱动电路58C上，另一方连接成最终接地。
图4是存储单元1的放大斜视图。图5是表示图3中示出的V-V切断线的向视方向中的存储单元1的概略剖面结构的图。再者，图6是概念性地分解成TMR元件1a和TMR元件1b、图示了图5中示出的存储单元1的图。再有，图5和图6是使细节部分的结构变得明白用的概略图，与图4中示出的存储单元1的尺寸比和形状不一定一致。
如图4～图6中所示，存储单元1具备一对分别具有磁轭4a、4b和层叠体S20a、S20b的TMR元件1a、1b。将写入位线5a、5b和写入字线6(第1层部分6F)排列成在被磁轭4a、4b包围的区域中在与层叠体S20a、S20b的层叠面平行的第1层内L1中互相邻接(图5)。写入字线6(第1层部分6F)、写入位线5a、5b和磁轭4a、4b经绝缘膜7a、7b互相导电性地绝缘。在磁轭4a、4b的外侧表面中在与写入字线6(第1层部分6F)和写入位线5a、5b的排列方向平行的一个面上形成了层叠体S20a、S20b。层叠体S20a、S20b与在Z方向上在与磁轭4a、4b相反一侧形成的导电层36a、36b(后述)导电性地连接。一对导电层36a、36b构成一对肖特基二极管75a、75b(后述)的一部分，该肖特基二极管75a、75b的另一端与在Y方向上延伸的读出位线33a、33b(后述)连接。在基体31(后述)中埋置了肖特基二极管75a、75b。此外，在磁轭4a、4b的与形成了层叠体S20a、S20b的面相反一侧的面上在X方向上延伸地设置了读出字线32。
存储单元1中的TMR元件1a与写入位线5a和写入字线6的交叉的区域(平行部分10a)对应地被配置，具有以包围写入位线5a和第1层部分6F的周围的方式沿周围方向配置的磁轭4a和包含作为磁化方向随外部磁场变化的感磁层的第2磁性层8a并与磁轭4a以磁的方式连结、同时被构成为在与层叠面垂直的方向上流过电流的层叠体S20a，另一方的TMR元件1b与写入位线5b和写入字线6的交叉的区域(平行部分10b)对应地被配置，具有以包围写入位线5b和第1层部分6F的周围的方式沿周围方向配置的磁轭4b和包含作为磁化方向随外部磁场变化的感磁层的第2磁性层8b并与磁轭4b以磁的方式连结、同时被构成为在与层叠面垂直的方向上流过电流的层叠体S20b。该一对TMR元件1a、1b互相共有作为磁轭4a、4b的一部分的共有部分34。
如图5和图6中所示，层叠体S20a、S20b从磁轭4a、4b一侧起依次包含第2磁性层8a、8b、隧道阻挡层3a、3b、和磁化方向被固定了的第1磁性层2a、2b，是被构成为在与层叠面垂直的方向上流过电流的TMR膜。在图5和图6中，为了使层叠体S20a、S20b的结构变得明白，使它们的尺寸与周围相比相对地变大，夸张地表示。作为感磁层(也称为磁自由层)的第2磁性层8a、8b与构成磁轭4a、4b的一部分的连结部分14a、14b互相以磁的方式进行交换耦合。
如果使一对TMR元件1a、1b的磁化方向在彼此反平行的方向上反转，则在共有部分34中由写入位线5a、5b和写入字线6产生的电流磁场为同一方向，磁通密度增大。因此，可更高效地利用电流磁场，可进一步减小为使磁轭4a、4b和第2磁性层8a、8b的磁化反转所必要的电流。此外，由于共有磁轭4的一部分，故可容易地形成一对TMR元件1a、1b，同时可缩小存储单元1的形成面积，可实现存储信息的大容量化。
对于层叠体S20a、S20b来说，如果在第1磁性层2a、2b与第2磁性层8a、8b之间施加与层叠面垂直的方向的电压，则例如第1磁性层2a、2b的电子穿透隧道阻挡层3a、3b移动到第2磁性层8a、8b中而流过隧道电流。该隧道电流根据与隧道阻挡层3的界面部分中的第1磁性层2a、2b的自旋与第2磁性层8a、8b的自旋的相对的角度而变化。即，在第1磁性层2a、2b的自旋与第2磁性层8a、8b的自旋为互相平行的情况下，电阻值为最小，在反平行的情况下，电阻值为最大。使用这些电阻值，磁阻变化率(MR比)如式(1)那样被定义。
(MR比)＝dR/R......(1)在此，「dR」是自旋互相平行的情况与反平行的情况的电阻值之差，「R」是自旋互相平行的情况的电阻值。
对于隧道电流的电阻值(以下，称为隧道电阻Rt)强烈地依赖于隧道阻挡层3的膜厚T。隧道电阻Rt在低电压区域中，如式(2)中所示，相对于隧道阻挡层3的膜厚T以指数函数的方式增加。
Rt∝e×p(2+T)，+＝{8δ2m*(δ·Ef)0.5}/h……(2)在此，「δ」表示阻挡层高度，「m*」表示电子的有效质量，「Ef」表示费密能量，h表示普朗克常数。一般来说，在使用了TMR元件的存储元件中，为了谋求与晶体管等的半导体器件的匹配，使隧道电阻Rt为几十kΩ·(im)2是适当的。但是，为了谋求磁存储器件中的高密度化和工作的高速化，最好使隧道电阻Rt为10kΩ·(im)2以下，更为理想的是1kΩ·(im)2以下。因而，为了实现上述的隧道电阻Rt，希望使隧道阻挡层3的厚度T为2nm以下，更为理想的是1.5nm以下。
通过减薄隧道阻挡层3a、3b的厚度T，可减少隧道电阻Rt，另一方面，由于产生起因于第1磁性层2a、2b与第2磁性层8a、8b的接合界面的凹凸的漏泄电流，故MR比下降了。为了防止这一点，对于隧道阻挡层3a、3b的厚度T来说，必须有不流过漏泄电流的程度的厚度，具体地说，希望是0.3nm以上的厚度。
层叠体S20a、S20b具有矫顽力差分型结构，希望构成为第1磁性层2a、2b的矫顽力比第2磁性层8a、8b的矫顽力大。具体地说，希望第1磁性层的矫顽力比(50/4δ)×103A/m大，特别是希望是(100/4δ)×103A/m以上。这是因为，通过这样做，可防止第1磁性层2a、2b中的磁化方向受到外部干扰磁场等的不需要的磁场的影响。第1磁性层2a、2b例如由5nm厚度的钴铁合金(CoFe)构成。除此以外，也可将单质的钴(Co)、钴铂合金(CoPt)、镍铁钴合金(NiFeCo)等应用于第1磁性层2a、2b。第2磁性层8a、8b由单质的钴(Co)、钴铁合金(CoFe)、钴铂合金(CoPt)、镍铁合金(NiFe)或镍铁钴合金(NiFeCo)等构成。此外，由于第1磁性层2a、2b和第2磁性层8a、8b的易磁化轴在第1磁性层2a、2b和第2磁性层8a、8b的磁化方向为互相平行或反平行的状态下变得稳定，故希望是平行的状态。
磁轭4a、4b以环状包围写入位线5a、5b和写入字线6中的平行部分10a、10b的至少一部分的的方式延伸，被构成为利用流过该平行部分10a、10b的电流在磁轭4a、4b的内部产生返流磁场。更详细地说，如图6中所示，磁轭4a包含既夹住写入位线5a和第1层部分6F而互相对置又在与层叠体S20a的层叠面正交的方向(Z方向)上延伸的一对柱状磁轭42a(421、422)、连结该一对柱状磁轭42a(421、422)的层叠体S20a一侧的各一端相互间的第1梁状磁轭41a和连结一对柱状磁轭42a(421、422)的另一方的各一端相互间的第2梁状磁轭4 3a而被构成，具有封闭的剖面形状。另一方的磁轭4b包含既夹住写入位线5b和第1层部分6F而互相对置又在与层叠体S20b的层叠面正交的方向(Z方向)上延伸的一对柱状磁轭42b(422、423)、连结该一对柱状磁轭42b(422、423)的层叠体S20b一侧的各一端相互间的第1梁状磁轭41b和连结一对柱状磁轭42b(422、423)的另一方的各一端相互间的第2梁状磁轭43b而被构成，仍具有封闭的剖面形状。第1梁状磁轭41a具有固有区域411和共有区域412，另一方的第1梁状磁轭41b具有固有区域413和共有区域412。一对柱状磁轭42a具有固有柱状磁轭421和共有柱状磁轭422，另一方的一对柱状磁轭42b具有固有柱状磁轭423和共有柱状磁轭422。第2梁状磁轭43a具有固有区域431和共有区域432，另一方的第2梁状磁轭43b具有固有区域433和共有区域432。TMR元件1a和TMR元件1b互相共有第1梁状磁轭41a、41b的共有区域412，柱状磁轭42a、42b的共有柱状磁轭422和第2梁状磁轭43a、43b的共有区域432。如图5中所示，形成了共有部分34。在与第2层部分6S相同的第2层内L2中设置了第2梁状磁轭43a、43b。
对于这样的磁轭4a、4b，利用在其内部产生的上述返流磁场使各自的磁化方向反转。此时，主要是第2磁性层8a、8b起到存储信息的存储层的功能。磁轭4a、4b例如由包含镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)中的至少1种金属构成，第2磁性层8a、8b具有比磁轭4a、4b大的矫顽力。因此，在写入位线5a、5b和写入字线6中不流过写入电流的状态(非写入工作状态)下，即使是磁轭4a、4b的磁化方向因不需要的外部磁场而变得不稳定的情况，第2磁性层8a、8b的磁化方向也不受到其影响而稳定地被保持。
此外，希望构成为磁轭4a、4b中的连结部分14a、14b的矫顽力在(100/4δ)×103A/m以下的范围内比第1磁性层2a、2b的矫顽力小。这是因为，在超过(100/4δ)×103A/m那样的矫顽力中，由于起因于写入电流的增大的发热的缘故，存在产生作为TMR膜的层叠体S20a、S20b本身的性能恶化的可能性。再者，如果连结部分14a、14b的矫顽力与第1磁性层2a、2b的矫顽力为同等以上，则写入电流增大，使作为磁化固定层的第1磁性层2a、2b的磁化方向变化，破坏了作为存储元件的层叠体S20a、S20b。此外，为了使由写入位线5a、5b和写入字线6产生的电流磁场集中于磁轭4a、4b，最好使磁轭4a、4b的导磁率更大。具体地说，为2000以上，更为理想的是6000以上。
写入位线5a、5b和第1层部分6F都具有例如依次层叠了10nm厚的钛(Ti)、10nm厚的氮化钛(TiN)和500nm厚的铝(Al)的结构。此外，第2层部分6S和连接层6T由与磁轭4a、4b为相同种类的、例如NiFe构成。写入位线5和写入字线6不限于上述的结构，例如，也可由铝(Al)、铜(Cu)和钨(W)中的至少1种构成。后面详细地叙述对于使用这些写入位线5和写入字线6的存储单元1的写入工作的细节。
如上所述，对于本实施形态的磁存储器件来说，由于在被磁轭4a、4b包围的区域中在与层叠体S20a、S20b的层叠面平行的第1层内L1中互相邻接地排列了写入位线5a、5b和写入字线6，故在层叠方向上成为更简便的结构。
其次，参照图7和图8，说明图1中示出的磁存储器件中的与信息读出工作有关的结构。图7表示与存储单元组54中的读出工作有关的主要部分的平面结构，是与图3对应的图。图8表示图7中示出的XIII-XIII切断线中的向视方向的剖面结构。
如图7中所示，在XY平面中的多条读出字线32与多条读出位线33a、33b的各交叉点上逐一地配置了各存储单元1。在此，处于存储单元1的下表面的层叠体S20a、S20b经一对肖特基二极管75a、75b与一对读出位线33a、33b相接，上表面(与层叠体S20a、S20b相反一侧)与读出字线32相接。读出位线33a、33b对各存储单元1中的一对TMR元件1a、1b分别供给读出电流，另一方的读出字线32使分别流过TMR元件1a、1b的读出电流引导到接地。在各读出位线33的两端分别设置了读出位线引出电极49。另一方面，在各读出字线32的两端分别设置了读出字线引出电极48。
如图8中所示，将本实施形态的磁存储器件构成为在包含存储单元1的区域中在设置了具有整流元件的功能的肖特基二极管75(以下单单成为二极管75)的基体31上依次形成一对层叠体S20a、S20b和磁轭4a、4b。
一对二极管75a、75b从层叠体S20a、S20b一侧起依次具有导电层36a、36b、外延层37和衬底38，在该导电层36a、36b与外延层37之间形成了肖特基势垒。导电层36a、36b在与外延层37相反一侧的面的一部分中与层叠体S20a、S20b相接，除此以外的部分被绝缘层31A和绝缘层17A包围。二极管5a和二极管5b被构成为夹住层叠体S20a、S20b与环状磁性层4连接，除此以外没有导电性的连结部分。衬底38是n型硅晶片。一般来说，在n型硅晶片中进行了磷(P)的杂质扩散，作为衬底38，使用了利用磷的高浓度扩散而成为n++型的衬底。与此不同，对于外延层37来说，以低浓度扩散了磷而成为n-型。通过使作为该n-型的半导体的外延层37与由金属构成的导电层36a、36b接触，产生能带间隙，形成肖特基势垒。再者，一对二极管75a、75b分别经连接层33T与读出位线33a、33b连接。
其次，参照图9，说明与本实施形态的磁存储器件中的读出工作有关的电路结构。
图9是由存储单元组54及其读出电路构成的电路系统的结构图。该读出电路系统是其存储单元1由一对TMR元件1a、1b构成的差分放大型的系统。在此，将分别流过TMR元件1a、1b的读出电流(从读出位线33a、33b分别流入到TMR元件1a、1b并流出到共同的读出字线32的电流)的差分值作为输出来进行各存储单元1的信息的读出。
在图9中，存储单元组54的每个位列的存储单元1和包含读出放大电路56B的读出电路的一部分构成了作为读出电路的重复单位的单位读出电路80(...、80n、80n+1、...)，在位列方向上并列地进行了配置。单位读出电路80n的每一个电路分别经位译码线71(...、71n、71n+1、...)连接到Y方向地址译码电路56A上，经Y方向读出用数据总线62连接到输出缓冲器52B上。
在存储单元组54中利用在X方向上排列的读出字线32(...、32m、32m+1、...)和在Y方向上排列的一对读出位线33a、33b进行了矩阵状的布线。在被一对读出位线33a、33b夹住的区域中的与读出字线32的交叉位置上配置了各存储单元1。各存储单元1中的TMR元件1a、1b的各自的一端经一对二极管75a、75b连接到读出位线33a、33b上，各自的另一端连接到共同的读出字线32上。
各读出字线32的一端分别经读出字线引出电极48与各读出开关83(...、83m、83m+1、...)连接，进而连接到共同的恒定电流电路58B上。各读出开关83分别经字译码线72(...、72m、72m+1、...)与X方向地址译码电路58A连接，被构成为如果输入来自X方向地址译码电路58A的选择信号就导通。恒定电流电路58B具有使流过读出字线32的电流为恒定的功能。
各读出位线33的一端经读出位线引出电极49分别连接到读出放大电路56B上，另一端最终分别接地。对于每个单位读出电路80设置1个读出放大电路56B，具有在各单位读出电路80中取入一对读出位线33a、33b之间的电位差并放大该电位差的功能。各读出放大电路56B分别连接到输出线82(...、82n、82n+1、...)上，最终利用Y方向读出用数据总线62连接到输出缓冲器52B上。
其次，说明本实施形态的磁存储器件中的工作。
首先，参照图2、图10(A)和图10(B)，说明在存储单元1中的信息的写入工作。图10(A)、图10(B)是表示图5中示出的存储单元1的剖面结构中的写入电流方向与返流磁场方向(磁化方向)的关系的图。在图10(A)、图10(B)中在各磁性层中示出的箭头表示该磁性层中的磁化方向。但是，也一并示出对于磁轭4a、4b来说在内部形成的磁路的磁场方向。在此，第1磁性层2a、2b在-X方向上固定了磁化。图10(A)、图10(B)示出在通过存储单元1的互相平行的写入位线5和第1层部分6F中在互相为同一的方向上流过写入电流的情况。图10(A)与图2中示出的写入电流方向相对应。图10(A)示出了在TMR元件1a中在与纸面垂直的方向上从跟前向深处(朝向+Y方向)流过写入电流并在包围写入位线5a和第1层部分6F的磁轭4a的内部在顺时针方向上发生返流磁场16a、同时在TMR元件1b中在与纸面垂直的方向上从深处向跟前(朝向-Y方向)流过写入电流并在包围写入位线5b和第1层部分6F的部分的磁轭4b的内部在反时针方向上发生返流磁场16b的情况。此时，连结部分14a和第2磁性层8a的磁化方向为-X方向，连结部分14b和第2磁性层8b的磁化方向为+X方向。另一方面，图10(B)与流过写入位线5和第1层部分6F的电流方向为与图10(A)示出的状态完全相反的电流方向的情况相对应。即，图10(B)示出了在TMR元件1a中在与纸面垂直的方向上从深处向跟前(朝向-Y方向)流过写入电流并在包围写入位线5a和第1层部分6F的部分的磁轭4a的内部在反时针方向上发生返流磁场16a、同时在TMR元件1b中在与纸面垂直的方向上从跟前向深处(朝向+Y方向)流过写入电流并在包围写入位线5b和第1层部分6F的部分的磁轭4b的内部在顺时针方向上发生返流磁场16b的情况。此时，连结部分14a和第2磁性层8a的磁化方向为+X方向，连结部分14b和第2磁性层8b的磁化方向为-X方向。
在图10(A)、图10(B)的情况下，由于贯通TMR元件1a的写入位线5a和第1层部分6F的电流方向与贯通TMR元件1b的写入位线5b和第1层部分6F的电流方向互相为相反方向，故可使流过与磁轭4a、4b的共有部分34相当的柱状磁轭422(参照图6)的返流磁场16a、16b的方向为同一方向(在图10(A)中为-Z方向，在图10(B)中为+Z方向)。
从图10(A)、图10(B)可知，由于按照由流过贯通磁轭4a、4b的写入位线5和写入字线6这两者的电流产生的返流磁场16a、16b的方向，连结部分14a和第2磁性层8a的磁化方向与连结部分14b和第2磁性层8b的磁化方向互为相反的方向，故通过利用这一点可在存储单元1中存储信息。
即，如果在写入位线5和写入字线6中在同一方向上流过电流，则伴随磁轭4a、4b的磁化方向反转，第2磁性层8a、8b的磁化方向变化，可存储「0」或「1」的2值信息。例如，在对于图10(A)的状态，即，连结部分14a和第2磁性层8a在-X方向上磁化、另一方的连结部分14b和第2磁性层8b在+X方向上磁化的状态使之与「0」相对应的情况下，在对于图10(B)的状态，即连结部分14b和第2磁性层8b在+X方向上磁化、另一方的连结部分14b和第2磁性层8b在-X方向上磁化的状态使之与「1」相对应，从而可进行存储。
此时，在TMR元件1a、1b中，如果第1磁性层2a、2b与第2磁性层8a、8b的磁化方向为平行，则成为流过大的隧道电流的低电阻状态，如果是反平行，则成为只流过小的隧道电流的高电阻状态。即，构成一对的TMR元件1a和TMR元件1b必定一方为低电阻、另一方为高电阻，从而存储信息。再有，在写入位线5a、5b和写入字线6中在互相相反的方向上流过写入电流的情况下，或在只是在某一方中流过写入电流的情况下，第2磁性层8a、8b的磁化方向不反转，不能进行数据的改写。
如上所述，按照构成上述的结构的本实施形态的磁存储器件中的存储单元1，通过在写入位线5a、5b和写入字线6这两者中流过同一方向的电流，由写入位线5a、5b产生的电流磁场和由写入字线6产生的电流磁场在磁轭4a、4b的内部为同一方向，可形成合成磁场。因此，由于与不设置磁轭4a、4b的情况或写入位线5a、5b与写入字线6为正交的情况相比，可得到大的磁通密度，故可更高效地利用电流磁场，可进一步减小为使第2磁性层8a、8b的磁化反转所必要的电流。
再者，通过在隧道阻挡层3a、3b与磁轭4a、4b的连结部分14a、14b之间设置第2磁性层8a、8b，可得到以下那样的优点。即，可形成连结部分14a、14b与第2磁性层8a、8b的交换耦合，第2磁性层8a、8b中的磁化方向更良好地达到一致，更稳定的写入成为可能。再者，由于可将连结部分14a、14b的矫顽力抑制得更小，故通过减少写入工作时的电流值，可减少发热量，可充分地发挥作为磁存储器件的功能。
如上所述，本实施形态的磁存储器件由于可通过在写入位线5a、5b和写入字线6这两者中流过电流来形成封闭的磁路，故可高效地进行TMR元件1a、1b的磁轭4a、4b中的磁化反转，同时对于与成为写入对象的存储单元1邻接的存储单元可减少磁的影响。再者，因磁轭4a、4b导致的屏蔽效果，能以更窄地配置在衬底上邻接的存储单元相互间的间隔，对作为磁存储器件的高集成化、高密度化是有利的。
其次，参照图1、图9、图11(A)和图11(B)，说明本实施形态的磁存储器件中的读出工作。
首先，利用第1驱动控制电路部56中的地址译码电路56A选择多条位译码线71中的1条，将控制信号传递给对应的读出放大电路56B。其结果是，在读出位线33a、33b中流过读出电流，在TMR元件1a、1b中的层叠体S20a、S20b一侧供给正的电位。同样，利用第2驱动控制电路部58中的X方向地址译码电路58A选择多条字译码线72中的1条，驱动对应的部位的读出开关83。已被选择的读出开关83成为通电状态，在对应的读出字线32中流过读出电流，在与层叠体S20a、S20b相反的一侧供给负的电位。因而，对于由Y方向地址译码电路56A和X方向地址译码电路58A选择的1个存储单元1，可流过在读出中所必要的读出电流。根据该读出电流来检测一对第2磁性层8a、8b的磁化方向，可读出已被存储的信息。
图11(A)、图11(B)表示存储单元1的周边部的电路图。用白箭头示出层叠体S20a、S20b的各自的第1磁性层2a、2b的磁化方向，用黑箭头示出第2磁性层8a、8b的磁化方向。将第1磁性层2a、2b的磁化方向都固定在左方向。在图11(A)中，在层叠体S20a中，第1磁性层2a与第2磁性层8a成为平行的磁化方向，在另一方的层叠体S20b中，第1磁性层2b与第2磁性层8b成为反平行的磁化方向。此时，层叠体S20a成为低电阻状态，层叠体S20b成为高电阻状态，例如，与「0」相对应。在另一方的图11(B)的情况下，与图11(A)的情况相反，层叠体S20a成为高电阻状态，层叠体S20b成为低电阻状态，例如，与「1」相对应。这样的2值信息利用层叠体S20a和层叠体S20b的电阻值的大小，通过检测分别流过上述的层叠体S20a和层叠体S20b的电流值的差分，可进行上述的2值信息的检测。
其次，说明具有上述那样的结构的本实施形态的磁存储器件的制造方法。
本实施形态的磁存储器件的制造方法包含下述工序在设置了一对二极管75a、75b的基体31上形成一对层叠体S20a、S20b的层叠体形成工序；以覆盖至少一对层叠体S20a、S20b的方式形成下部磁轭4B的下部磁轭形成工序；在下部磁轭4B上经作为第1绝缘膜的绝缘膜7A在包含与层叠体S20a、S20b的层叠面平行的同一平面的第1层内L1中以互相邻接地排列的方式同时形成一对第1层部分6F和写入位线5a、5b的写入线形成工序；以及形成一对磁轭4a、4b的磁轭形成工序，该一对磁轭4a、4b是通过在一对第1层部分6F和写入位线5a、5b的周围经作为第2绝缘膜的绝缘膜7B设置上部磁轭4U，与下部磁轭4B一起以包围一对写入字线6B和写入位线5a、5b的方式沿周围方向被配置，而且互相共有一部分。以下，参照附图详细地说明。
以下，参照图12～图19，具体地说明磁存储器件中的主要是存储单元1的制造方法。再有，图12～图19是沿图3中示出的切断线a-a′-a的向视方向剖面图，依次表示了其制造过程。
在第1工序中，在衬底31上经层叠体S20a、S20b形成下部磁轭4B(即，第1梁状磁轭41a、41b)。在此，首先，如图12中所示，准备在埋置了二极管75a、75b的衬底31上已形成了覆盖层叠体S20a、S20b及其周围的绝缘膜17A的结构。再有，在接着图12之后的以下的图13～图19中，省略关于衬底31的细节的图示。其次，在整个面上例如利用溅射形成了由NiFe构成的金属膜后，如图13中所示，通过以只在与层叠体S20a、S20b对应的区域中留下的方式对该金属膜进行铣削以得到下部磁轭4B。
接着，在第2工序中，形成写入位线5a、5b和第1层部分6F，使其在第1层内L1中互相邻接地排列。在此，首先，如图14中所示，在整个面上依次形成绝缘膜7A和电镀基底膜56S。具体地说，例如在使用CVD装置形成了由氧化铝(Al2O3)等构成的绝缘膜7A后，例如利用溅射形成由铜(Cu)等的导电性良好的材料构成的电镀基底膜56S。其次，如图15中所示，在电镀基底膜56S上有选择地形成抗蚀剂图形30A。在此，以不覆盖形成写入位线5a、5b和第1层部分6F的区域的方式形成抗蚀剂图形30A。在此之后，浸渍于电镀槽中，通过将电镀基底膜56S作为电极来利用的电镀处理，同时形成写入位线5a、5b和第1层部分6F。在进行了电镀处理后，如图16中所示，除去抗蚀剂图形30A，进而利用铣削等除去已露出的电镀基底膜56S。一般来说，将这样的薄膜的构图方法称为框电镀法。
接着，在第3工序中，形成上部磁轭4U(即，一对柱状磁轭42和第2梁状磁轭43)和第2层部分6S。首先，如图17中所示，在整个面上例如利用溅射形成了由Al2O3构成的绝缘膜7B后，在绝缘膜7B上有选择地形成抗蚀剂图形30B。具体地说，以不覆盖形成了下部磁轭4B的区域中形成了写入位线5a、5b和第1层部分6F的区域的两邻和没有形成下部磁轭4B的区域中与第1层部分6F对应的一部分的方式形成抗蚀剂图形30B。其次，将抗蚀剂图形30B作为掩摸来利用，利用反应性离子刻蚀(RIE)等除去非保护区域的绝缘膜7A、7B。由此，如图18中所示，形成通孔7H1、7H2，在被绝缘膜7B覆盖的写入位线5a、5b和第1层部分6F的两邻呈现露出了下部磁轭4B的区域，同时呈现露出了第1层部分6F的一部分的区域。在此之后，如图19中所示，形成规定形状的抗蚀剂图形30C，通过进行以抗蚀剂图形30C作为框使用的电镀处理，可在第2层内L2中同时形成上部磁轭4U和第2层部分6S。根据以上所述，分别结束磁轭4和写入字线6的形成，完成存储单元1。在完成了存储单元1后，形成具有所希望的宽度的读出字线32，使其与上部磁轭4U导电性地连结。
在此之后，在写入字线6的各两端部形成写入字线引出电极46，在写入位线5的各两端部形成写入位线引出电极47，在读出字线32的各两端部形成读出字线引出电极48，进而在读出位线33的的各两端部形成读出位线引出电极49。
根据以上所述，姑且结束包含存储单元1的存储单元组54的形成。
再者，通过经过利用溅射装置或CVD装置等形成氧化硅(SiO2)或Al2O3等的保护层的工序和研磨该保护膜以使各引出电极46～49露出的工序，结束磁存储器件的制造。
如上所述，按照本实施形态的磁存储器件的制造方法，由于包含同时形成写入位线5a、5b和第1层部分6F的工序，故与独立地形成写入位线5a、5b和第1层部分6F的情况相比，可用更少的工序数形成存储单元1。特别是，由于磁轭形成工序包含在由磁轭4a、4b包围的区域以外的区域中与上部磁轭4U同时一并地形成第2层部分6S的工序，故可更简化制造工序。
以上举出实施形态和实施例说明了本发明，但本发明不限定于上述的实施形态，可进行各种各样的变形。例如，在上述的实施形态中，在与离层叠体S20a、S20b远的一侧的梁状磁轭相同的层内设置作为连结导线的第2层部分6S，但不限定于此，也可如图20中示出的第1变例那样，在与接近于层叠体S20a、S20b的一侧的一对梁状磁轭41a、41b相同的层内设置第2层部分6S。
此外，在上述的实施形态中，说明了磁存储单元中的一对磁阻效应元件互相共有以包围第1和第2写入线的周围的全部的方式构成的磁轭的一部分的情况，但不限定于此。具体地说，也可如图21中示出的存储单元120(第2变例)那样，连结2个以包围第1和第2写入线的周围的一部分的方式构成的、构成其剖面在与层叠体相反一侧具有开口部那样的コ字型的磁轭(具有一部分开放的剖面形状的磁轭)。存储单元120具备包含由既互相对置又在与层叠体S20a的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭421、422和连结一对柱状磁轭421、422中的层叠体S20a一侧的各一端相互间的一个梁状磁轭141a构成的磁轭4a的TMR元件120a；以及包含由既互相对置又在与层叠体S20b的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭422、423和连结一对柱状磁轭422、423中的层叠体S20b一侧的各一端相互间的一个梁状磁轭141b构成的磁轭4b的TMR元件120b，该一对TMR元件120a、120b互相共有柱状磁轭422、梁状磁轭141a和梁状磁轭141b的共有区域412。即使是这样的结构的存储单元120，由于将写入位线5a、5b和第1层部分6F排列成在被磁轭4a、4b包围的区域中在包含与层叠体S20a、S20b的层叠面平行的同一平面的第1层内L1中互相邻接，故在制造时在被磁轭4a、4b包围的区域中也可同时形成写入位线5a、5b和第1层部分6F，可削减工序数。此时，特别是如果与梁状磁轭141a、141b同时形成第2层部分6S(在图21中未图示)，则可进一步削减工序数。再者，此时也可不一定设置柱状磁轭421～423。即，也可作成具有去掉了图21中示出的存储单元122中的柱状磁轭421～423的形状的存储单元。
此外，关于层叠体的结构，不限定于在上述的实施形态中已说明的图5中示出的层叠体S20a、S20b的结构。例如，像图22中示出的存储单元121(第3变例)的层叠体S21a、S21b那样，作为感磁层的第2磁性层8a、8b也可以是包含第1自由层181a、181b和与其相比矫顽力大的第2自由层182a、182b的2层结构。此外，虽然未图示，但也可在与层叠体S20a、S20b或层叠体S21a、S21b中的第1磁性层2a、2b的隧道阻挡层3a、3b相反一侧设置反强磁性层以谋求第1磁性层2a、2b的磁化的稳定。此外，对于层叠体来说，不限于构成为在与层叠面正交的方向上流过电流，也可构成为在沿层叠面的方向上流过电流。
再者，也可像图23中示出的作为第4变例的磁存储器件中的存储单元122那样，可构成为形成磁轭4a、4b的一部分的连结部分84a、84b兼作层叠体S22a、S22b中的感磁层。即，在TMR元件122a、122b中，构成磁轭4a、4b的一部分的连结部分84a、84b也具有作为层叠体S22a、S22b中的感磁层的功能。因此，可省略在TMR元件1a、1b中设置的第2磁性层8a、8b，可作成比存储单元1的结构更简单的存储单元122。
此外，在上述的实施形态中，说明了具备一对磁阻效应元件的磁存储单元，但不限定于此。例如，也可像图24中示出的作为第5变例的磁存储器件中的TMR元件123那样，将具备1个磁轭4和1个层叠体S20的单体的TMR元件用作磁存储元件。此外，即使在由这样的单体的TMR元件构成的存储单元中，也可像图25中示出的TMR元件124(第6变例)那样，不是被构成为包围第1和第2写入线的周围的全部的磁轭，而是具备具有其一部分开放了的コ字型的剖面形状的磁轭。
权利要求
1.一种磁存储器件，其特征在于具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及磁阻效应元件，上述磁阻效应元件在上述第1和第2写入线交叉的区域中具有以包围上述第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的磁轭和包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层并与上述磁轭以磁的方式连结了的层叠体，上述第1和第2写入线在被上述磁轭包围的区域中被排列成在第1层内互相邻接。
2.一种磁存储器件，其特征在于具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及磁存储单元，上述磁存储单元包含一对磁阻效应元件而被构成，上述一对磁阻效应元件在上述第1和第2写入线交叉的区域中分别具有以包围上述第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的磁轭和包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层并与上述磁轭以磁的方式连结了的层叠体，同时互相共有上述磁轭的一部分，上述第1和第2写入线在被上述磁轭包围的区域中被排列成在第1层内互相邻接。
3.如权利要求2中所述的磁存储器件，其特征在于被一对上述磁轭包围的区域中的一对上述第1写入线或一对上述第2写入线中的某一方在被上述一对上述磁轭包围的区域以外的区域中经在与上述第1层内不同的第2层内设置的连结导线互相连结。
4.如权利要求3中所述的磁存储器件，其特征在于在上述第2层内设置了上述一对磁轭的一部分。
5.如权利要求3中所述的磁存储器件，其特征在于上述一对磁轭分别具有包含既夹住上述第1和第2写入线而互相对置又在与上述层叠体的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭和连结上述一对柱状磁轭的各一端相互间的一个梁状磁轭而构成的、其一部分被开放了的剖面形状，上述一对磁阻效应元件至少互相共有上述一对柱状磁轭中的一方。
6.如权利要求5中所述的磁存储器件，其特征在于在上述第2层内设置了上述一个梁状磁轭。
7.如权利要求3中所述的磁存储器件，其特征在于上述一对磁轭分别具有包含既夹住上述第1和第2写入线而互相对置又在与上述层叠体的层叠面正交的方向上延伸的一对柱状磁轭和连结上述一对柱状磁轭的各一端相互间的一对梁状磁轭而构成的、封闭了的剖面形状，上述一对磁阻效应元件至少互相共有上述一对柱状磁轭中的一方。
8.如权利要求7中所述的磁存储器件，其特征在于在上述第2层内设置了上述一对梁状磁轭中的某一方。
9.如权利要求7中所述的磁存储器件，其特征在于在上述第2层内设置了上述一对梁状磁轭中的离上述层叠体远的一侧的一方。
10.如权利要求1至9的任一项中所述的磁存储器件，其特征在于上述磁轭中的与上述层叠体的连结部分兼作上述感磁层。
11.一种制造磁存储器件用的方法，该磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及具有包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层的层叠体和磁轭的磁阻效应元件，其特征在于，包含下述工序在设置了整流元件的基体上形成上述层叠体的第1工序；形成下部磁轭使其至少覆盖上述层叠体的第2工序；在上述下部磁轭上一并地形成上述第1和第2写入线使其经第1绝缘膜在第1层内互相邻接地排列的第3工序；以及通过在上述第1和第2写入线的备自的周围经第2绝缘膜设置上部磁轭来形成以与上述下部磁轭一起分别包围上述第1和第2写入线的方式沿周围方向配置的上述磁轭的第4工序。
12.一种制造磁存储器件用的方法，该磁存储器件具备第1写入线；以与该第1写入线交叉的方式延伸的第2写入线；以及分别具有包含磁化方向随外部磁场而变化的感磁层的层叠体和磁轭的一对磁阻效应元件，其特征在于，包含下述工序在设置了一对整流元件的基体上形成一对上述层叠体的第1工序；形成下部磁轭使其至少覆盖上述一对层叠体的第2工序；在上述下部磁轭上一并地形成一对上述第1和第2写入线使其经第1绝缘膜在第1层内互相邻接地排列的第3工序；以及通过在一对上述第1和第2写入线的各自的周围经第2绝缘膜设置上部磁轭来形成以与上述下部磁轭一起分别包围上述一对第1和第2写入线的方式沿周围方向配置并且互相共有一部分的一对上述磁轭的第4工序。
13.如权利要求12中所述的磁存储器件的制造方法，其特征在于还包含在被上述磁轭包围的区域以外的区域中的与上述第1层内不同的第2层内形成互相连结在上述第3工序中形成的上述一对第1写入线相互间的连结导线的第5工序。
14.如权利要求13中所述的磁存储器件的制造方法，其特征在于同时进行上述第4工序中的上述上部磁轭的形成和上述第5工序中的上述连结导线的形成。
全文摘要
本发明的课题是提供能高效地利用由流过导线的电流所形成的磁场以稳定地进行信息的写入、同时能更简便地制造的磁存储器件及其制造方法。由于包含在基体31上形成一对层叠体S20a、S20b的层叠体形成工序、以至少覆盖一对层叠体S20a、S20b的方式形成下部磁轭4B的下部磁轭形成工序以及在下部磁轭4B上经作为第1绝缘膜的绝缘膜7A以在第1层内L1互相邻接地排列的方式同时形成一对第1部分6F和写入位线5a、5b的写入线形成工序，故可使制造工序进一步简化。
文档编号G11C11/16GK1604229SQ20041008519
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者上岛聪史 申请人:Tdk株式会社