磁性存储器及其驱动方法与制造方法

专利名称：磁性存储器及其驱动方法与制造方法
技术领域：
本发明涉及一种存储器、及其驱动方法与制造方法，且特别涉及一种磁性存储器、
及其驱动方法与制造方法。
背景技术：
图1绘示已知一种磁性存储器的局部示意图，其披露于美国专利公告号 US6834005号专利案中。请参照图l，磁性存储器100包括基板110、磁性金属轨道120、读 取元件130以及写入元件140。磁性金属轨道120包括多个彼此相连的磁性存储单元122， 而每个磁性存储单元122包括记忆部122M以及凹刻部122W(Notch)。 一般而言，磁性存储 器100具有周期性排列的凹刻部122W，用以定义各记忆部122M的位置及大小。
基于上述结构以及磁性金属轨道120本身的物理特性，磁性金属轨道120可用来 记录位元数据，其中记忆部122M是用来记录0或1的位元数据，而凹刻部122W是用来区隔 其相邻两记忆部122M的位元数据。如图1所示，记忆部122M利用其所在区域内的磁矩方 向D来定义0或l，其中记忆部122M的所在区域一般称为磁区(magnetic domain)。另一 方面，由于凹刻部122W所在区域中的磁矩方向(未绘示)会不同于其相邻两记忆部122M 所在区域中的磁矩方向D，因此，凹刻部122W可用以区隔相邻两磁区所记录的位元数据，其 中凹刻部122W的所在区域一般称为磁壁(domain wall)。由图1可知，每个磁性存储单元 122中的记忆部122M(磁区)与凹刻部122W(磁壁)彼此紧邻。 然而，对工艺而言，形成凹刻部122W的技术极为困难，且其工艺余裕度(process window)又低，使得制作周期性排列的凹刻部122W的良率始终无法提升。
传统上，利用读取元件130可读取磁性存储单元122中的位元数据，而利用写入元 件140可写入新的位元数据至磁性存储单元122。在此需要说明的是，上述提及的「写入」， 并非表示磁性存储单元122在其被写入新的位元数据之后会纪录两个位元数据，而是指磁 性存储单元122中原有的位元数据会被「更新」。 写入元件140是利用其漏磁场141来改变其上方的记忆部122M的磁矩方向D。因 此，记忆部122M中的位元数据必须位在写入元件140上方，写入元件140才能进行写入的 动作，其中位元数据可以依据磁性金属轨道120所接收的高电流脉冲HP而移出或移入记忆 部122M。具体而言，在位移期间，磁性金属轨道120会被施以高电流脉冲HP，此时，高电流 脉冲HP将所有位元数据移出其所在的记忆部122M并移入邻近的记忆部122M中。也就是 说，每个记忆部122M中的位元数据在位移期间内会被高电流脉冲HP推至下一个或前一个 记忆部122M中，而位元数据的移动方向则是由高电流脉冲HP来决定。待位移期间结束后， 则进入读写期间，此时每个位元数据会停留在记忆部122M中，则写入元件140便可对其上 方的记忆部122M写入新的位元数据。同样地，在读写期间，读取元件130也可读取其上方 的记忆部122M中的位元数据，而其操作细节便不多加描述。 —般需利用约为107 108安培/平方厘米(Amp/cm2)甚至更高的高电流脉冲HP 的电流峰值才能使位元数据移出或移入记忆部122M，而这样的电性参数使磁性存储器100在使用上发生相当耗电的情形。

发明内容
本发明提供一种磁性存储器，其在使用上具有省电的优点。 本发明又提供一种磁性存储器的驱动方法，其可利用较低的电流脉冲以驱动上述 的磁性存储器。 本发明另提供一种磁性存储器的制造方法，其可降低磁性存储器的工艺的复杂度 及困难度。 本发明再提供一种磁性存储器的制造方法，其具有较高的工艺良率。
为具体描述本发明的内容，在此提出一种磁性存储器，此磁性存储器包括多条导 线结构、多个第一磁性金属结构、第二磁性金属结构以及绝缘层。导线结构配置于基板上， 其中导线结构彼此不相交。第一磁性金属结构配置于基板上，且每一第一磁性金属结构分 别配置于两相邻的导线结构之间。第二磁性金属结构配置于基板上，其中第二磁性金属结 构覆盖导线结构以及第一磁性金属结构，且跨越导线结构。此外，第一磁性金属结构以及第 二磁性金属结构所构成的结构包括多个彼此相连的磁性存储单元。每一磁性存储单元具有 磁区(Magnetic Domain)以及紧邻磁区的磁壁(Domain Wall)，其中磁区适于储存位元数 据。绝缘层配置于导线结构与第一磁性金属结构之间，且配置于导线结构与第二磁性金属 结构之间。 为具体描述本发明的内容，在此又提出一种前述的磁性存储器的驱动方法。此磁 性存储器的驱动方法包括在位移期间，提供交流信号至导线结构。在此位移期间，提供 低电流脉冲至第二磁性金属结构，以使每一磁性存储单元中的位元数据得以移出或移入磁 区。 为具体描述本发明的内容，在此另提出一种磁性存储器的制造方法，此磁性存储 器的制造方法包括首先，在基板上形成多条导线结构，其中导线结构彼此不相交。再者，在 基板上形成绝缘层，其中绝缘层覆盖导线结构。然后，在绝缘层上形成多个第一磁性金属结 构，其中第一磁性金属结构分别配置于两相邻的导线结构之间。之后，对第一磁性金属结构 施行退火磁化步骤，以使第一磁性金属结构产生磁耦合力方向。而后，在绝缘层上形成第二 磁性金属结构，其中第二磁性金属结构覆盖第一磁性金属结构，且跨越导线结构。此外，第 二磁性金属结构的延伸方向不同于磁耦合力方向。此外，第一磁性金属结构以及第二磁性 金属结构所构成的结构通过导线结构的配置而被划分为多个彼此相连的磁性存储单元，其 中每一磁性存储单元具有磁区以及紧邻磁区的磁壁。 为具体描述本发明的内容，在此再提出一种磁性存储器的制造方法。此磁性存储 器的制造方法包括首先，在基板上形成多条导线结构，其中导线结构彼此不相交。然后，在 基板上形成绝缘层，其中绝缘层覆盖导线结构。之后，在绝缘层上形成磁性金属结构，其中 磁性金属结构跨越导线结构。此外，磁性金属结构通过导线结构的配置而被划分为多个彼 此相连的磁性存储单元，其中每一磁性存储单元具有磁区以及紧邻磁区的磁壁。
本发明的磁性存储器设置导线结构，此举不仅能减少磁性存储器在使用上所需的 耗能，还能降低制造磁性存储器的工艺复杂度与困难度。换言之，本发明的磁性存储器的驱 动方法在驱动本发明的磁性存储器时较为省电，且本发明的磁性存储器的制造方法能有效
为让本发明的之上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附 图，作详细说明如下。


图1绘示已知一种磁性存储器的局部示意图。 图2绘示本发明的实施例的一种磁性存储器的局部示意图。 图3为根据图2中沿L1-L1'剖面线的剖面示意图。 图4A及图4B分别绘示本发明的实施例的磁性存储单元的两种驱动波形图。 图5绘示本发明的实施例的磁性存储器的驱动方法流程图。 图6A 图6E绘示本发明的第一实施例的磁性存储器的制造流程立体剖面图。 图6B'绘示本发明的第一实施例的基板、导线结构与绝缘层三者的局部立体剖面图。 图7绘示本发明的第二实施例的磁性存储器的局部剖面示意图。 图8A 图8C绘示本发明的第二实施例的磁性存储器的制造流程立体剖面图。 图8B'绘示本发明的第二实施例的基板、导线结构与绝缘层三者的局部立体剖面图。 附图标记说明 100、200、700 :磁性存储器 110、210、710 :基板 120:磁性金属轨道 122、260、760 :磁性存储单元 122M :记忆部 122W:凹刻部 130、370、770 :读取元件 140 :写入元件 141 :漏磁场 220、720 :导线结构 230 :第一磁性金属结构 240 :第二磁性金属结构 250、750:绝缘层 260M、760M:磁区 260W、760W:磁壁 735 :磁性金属结构 AC :交流信号 D、D2:磁矩方向 Dl :磁耦合力方向 D3:磁场方向 H :厚度
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HP :高电流脉冲 J22。、J溯波形 L1-L1，剖面线 LP:低电流脉冲 S501、S503:步骤 Tl :位移期间 T2 :读写期间 W1、W2:宽度
具体实施方式

第一实施例 图2绘示本发明的实施例的一种磁性存储器的局部示意图。图3为根据图2中沿 L1-L1'剖面线的剖面示意图。请同时参照图2与图3，本实施例的磁性存储器200包括配 置于基板210上的多条导线结构220、多个第一磁性金属结构230、第二磁性金属结构240 以及绝缘层250。前述基板210的材料可以是玻璃、陶瓷、半导体等材料。
前述多条导线结构220彼此不相交，而每一第一磁性金属结构230分别配置于两 相邻的导线结构220之间，且第一磁性金属结构230例如呈直线排列。第二磁性金属结构 240会覆盖导线结构220、绝缘层250与第一磁性金属结构230，并跨越导线结构220。绝缘 层250配置于导线结构220与第一磁性金属结构230之间，以使导线结构220与第一磁性 金属结构230电性绝缘；且绝缘层250配置于导线结构220与第二磁性金属结构240之间， 以使导线结构220与第二磁性金属结构240电性绝缘。 在本实施例中，第一磁性金属结构230以及第二磁性金属结构240属于不同膜层， 其中第一磁性金属结构230的材料例如是反铁磁性材料(antiferromagnetic material), 而第二磁性金属结构240的材料例如是铁磁性材料(ferromagnetic material)。于本实施 例中，每一个第一磁性金属结构230均事先进行退火磁化(magnetization)步骤而具有「入 射纸面」(以「圆圈内加X」符号表示)的磁耦合力方向D1。在此第一磁性金属结构230 相当于磁性固定层(magnetic pinned layer)。由于第一磁性金属结构230具有磁耦合力 方向为Dl的特定磁耦合力，因此第一磁性金属结构230上方的部份第二磁性金属结构240 会受到此特定磁耦合力的作用。如此一来，这些具有特定耦合力的第一磁性金属结构230 以及其上方的部份第二磁性金属结构240会形成多个固定场(Pinning Field)。在本实施 例中，这些具有固定场的第一磁性金属结构230与部分第二磁性金属结构240形成不同磁 性存储单元260之间的磁壁(Domain Wall)260W。 另一方面，导线结构220上方的部分第二磁性金属结构240也可通过流经导线结 构220的数据脉冲的电流方向而产生相对应的磁矩方向D2。由于导线结构220的电流方 向可能是入射纸面或出射纸面，因而使第二磁性金属结构240中的相应部可具有向右或向 左的磁矩方向D2。实务上，向左或向右的磁矩方向D2可用以表示0或1的位元数据，因 此，本实施例称这些具有向右或向左的磁矩方向D2的部分第二磁性金属结构240为磁区 (MagneticDomain)260M。每一个磁区260M适于储存一个位元数据。 在本实施例中，每一导线结构220的厚度H实质上介于10纳米(nm)至50纳米之间。此外，每一导线结构220的宽度Wl例如是介于50纳米与500纳米之间，其中导线结构 220的宽度Wl应视工艺技术的发展而定，本发明并不限制。导线结构220例如是以周期性 排列的方式配置于基板210上，而使每一第一磁性金属结构230的宽度W2大致相同。如此 一来，磁性存储器200便具有周期性排列的磁壁260W，其中磁壁260W的宽度大约为数十纳 米至数百纳米。在优选实施例中，磁壁260W的宽度约略等于65纳米。同样地，磁性存储器 200也具有周期性排列的磁区260M，其中磁区260M的宽度大约为数十纳米至数微米(iim)。 举例来说，目前工艺技术可使磁区260M的宽度达1 2iim，而在优选实施例中，磁壁260W 的宽度约略等于65纳米。 传统上，会利用凹刻(Notch)来形成磁壁以区隔两相邻磁区。然而，本实施例设置 导线结构220以自然形成磁区260M与磁壁260W两种结构。此举有助于降低工艺过程中的 复杂度与困难度，进而提升工艺良率。 如图3所示，具有固定的磁耦合力方向D1的磁壁260W位于两相邻的导线结构220 之间。因此，便可通过磁耦合力方向Dl形成磁壁260W而区隔不同的磁区260M，其中磁区 260M适于储存0或l的位元数据。在本实施例中，磁区260M及其紧邻的磁壁260W构成磁 性存储单元260，如此一来，第一磁性金属结构230以及第二磁性金属结构240所构成的结 构便包括多个彼此相连的磁性存储单元260。 在本实施例中，对第二磁性金属结构240施以正向电流脉冲时，每个磁区260M中 的位元数据会被推至下一个磁区260M。反之，对第二磁性金属结构240施以反向电流脉冲 时，每个磁区260M中的位元数据会被推至前一个磁区260M。简言之，位元数据可通过第二 磁性金属结构240所接收到的电流脉冲而移出其所在的磁区260M并移入邻近的磁区260M 中，其中位元数据移出或移入磁区260M的期间称为位移期间。然而，在此位移期间，本实施 例的导线结构220也会接收交流信号，以使第二磁性金属结构240得以接收某特定频率的 磁力脉冲。由于导线结构220的交流信号会对第二磁性金属结构240提供某特定频率的 磁力脉冲，因此可以降低对第二磁性金属结构240施加的电流脉冲的电流量，进而降低耗 能。其相关原理请参考E. Martinez、 L. Lopez-Diaz、 0. Alejos与L. Torres于2008年所 发表论文「Resonantdomain wall d印i皿ing included by oscillating spin-polarized currents in thinferromagnetic strips」(PHYSICAL REVIEW B 77,144417)以及L. Thomas、M. Hayashi、X. Jiang、R. Moriya、C. Rettner与S. S. P. Parkin于2006年所发表论文 「Oscillatory dependence of current-driven magnetic domain wall motion oncurrent pulse length」(Nature,443， pp. 197-200)。接下来，以信号波形图说明本实施例的磁性 存储单元260的驱动方法。 图4A及图4B分别绘示本发明实施例的磁性存储单元的两种驱动波形图，其中J24。 表示第二磁性金属结构240所接收的低电流脉冲波形，而J22。表示导线结构220所接收的信 号波形。请先同时参照图3与图4A，在本实施例中，在位移期间Tl，每一个导线结构220接 收交流信号AC且第二磁性金属结构240接收低电流脉冲LP。由于导线结构220的交流信 号AC对第二磁性金属结构240提供某特定频率的磁力脉冲，因此对第二磁性金属结构240 施加的低电流脉冲LP的电流量可以降低，此时，位元数据得以依据低电流脉冲LP而移出或 移入磁区260M。 在本实施例中，前述交流信号AC的频率实质上介于l(f赫兹(Hz)与109赫兹之间，
10而低电流脉冲LP的电流密度实质上介于106安培/平方厘米(Amp/cm2)与107安培/平方 厘米之间。相较于传统磁性存储器，本发明无需使用高电流脉冲来移动位元数据，而是以低 电流脉冲LP来使位元数据移出或移入磁区260M。如此，驱动磁性存储单元260时所需的耗 能便大幅降低。 而后，位移期间Tl结束，位元数据便停留在磁区260M中直到下一次位移期间Tl 开始，其中位元数据停留在磁区260M中的期间称为读写期间T2。值得一提的是，在读写期 间T2，磁区260M中的位元数据得以被其所对应的导线结构220所更新。更进一步地说，本 实施例的磁区260M中位元数据是被其正下方的导线结构220所更新。举例来说，当图3中 的磁区260M中位元数据所对应的磁矩方向D2为向左时，可于读写期间T2利用此磁区260M 下方的导线结构220的数据脉冲(电流)产生强磁场，以使磁区260M中位元数据变为向右 的磁矩方向D2。 特别一提的是，在本实施例中，导线结构220所接收的信号波形J22。为图4A所绘 示的双极(bipoloar)信号波形。然而，在其他实施例中，导线结构220所接收的信号波形 J，也可以是图4B所绘示的单极(imipoloar)信号波形。简言之，本发明并不限定信号波 形J22。的状态。 传统上，会在磁性存储器中设置额外的写入元件以更新磁区中的位元数据。然而， 本实施例利用对应至磁区260M的导线结构220来进行位元数据的更新。如此一来，本实施 例便无需增设额外的写入元件，此举可简化磁性存储器200的架构，也降低工艺的复杂度。 在此需要说明的是，在本实施例中，可以从诸多导线结构220中选择性地采用其中一个导 线结构220来进行上述更新位元数据的动作。在其他实施例中，也可以从诸多导线结构220 中选择其中一个导线结构220 (以下称主要写入导线)，并选择所述主要写入导线相邻的2 条或更多条导线结构220作为辅助写入导线。然后在读写期间T2，在所述主要写入导线提 供数据脉冲(数据电流)产生强磁场，同时在所述辅助写入导线提供辅助脉冲(辅助电流) 产生辅助磁场，以使所述主要写入导线所对应的磁区260M中的位元数据被更新。其中，前 述辅助磁场的磁力不足以改变其他磁区的磁矩方向。如此，可以提升位元数据写入的成功 率。 所属技术领域的普通技术人员当可视其需求，任意地从多条导线结构220中选择 其中一条导线作为更新位元数据的导线。在其他实施例中，也可能从多条导线结构220中 选择一部或全部导线，同时地对多个磁性存储单元260更新位元数据。
另一方面，磁区260M中的位元数据也可于读写期间T2内被读取。具体而言，在本 实施例中，磁性存储器200可进一步包括读取元件370，其中读取元件370可配置于第二磁 性金属结构240的上方以便于读取其所对应的磁区260M中的位元数据。
将以上的叙述作整理，本实施例另外提供一种磁性存储器200的驱动方法，例如 图5所绘示的磁性存储器的驱动方法流程图。请同时参照图3、图4与图5，在步骤S501中， 在位移期间Tl，提供交流信号AC至导线结构220。于步骤S503中，在位移期间Tl，提供低 电流脉冲LP至第二磁性金属结构240，以使每一磁性存储单元260中的位元数据得以移出 或移入磁区260M。值得注意的是，本实施例的步骤S501与步骤S503为同时发生。至于磁 性存储器200于位移期间Tl或读写 期间T2内的其他操作细节 可参考前述说明，在此不重 复叙述。
根据上述的磁性存储器200，本实施例还提供一种磁性存储器200的制造方法，如 图6A 图6E所绘示的立体剖面流程图，其中图6A 图6E仅绘示图2中沿L1-L1'剖面线 的局部磁性存储器200。首先，请参照图6A，在基板210上形成多条导线结构220，其中导线 结构220彼此不相交。在本实施例中，导线结构220例如是互相平行地配置于基板210上。
再者，请参照图6B，在基板210上形成绝缘层250，其中绝缘层250覆盖导线结构 220。在本实施例中，绝缘层250例如是全面性地覆盖基板210以及导线结构220。然而，在 其他实施例中，可视实际产品的需求而图案化绝缘层250，以使绝缘层250仅覆盖基板210 的局部或者甚至覆盖导线结构220的局部。举例来说，如图6B'所示，绝缘层250的图案可 以依据导线结构220的图案而形成于基板210，其中绝缘层250例如是全然地覆盖导线结 构220，但不覆盖相邻两导线结构220之间的部分基板210。简言之，绝缘层250的图案主 要是以电性绝缘导线结构220与第一 /第二磁性金属结构230/240为原则，所以本发明不 限定绝缘层250的图案。 本实施例将采用图6B所示的绝缘层250。然后，请参照图6C，在绝缘层250上形 成多个第一磁性金属结构230，其中第一磁性金属结构230例如呈直线排列而分别配置于 两相邻的导线结构220之间。在本实施例中，第一磁性金属结构230的顶面例如是与绝缘 层250的顶面切齐，以使第一磁性金属结构230的顶面与绝缘层250的顶面构成平坦顶面 S。此外，第一磁性金属结构230的材料包括铁磁性材料或反铁磁性材料，其中铁磁性材料 例如是钴铁(CoFe)、镍铁(NiFe)、钴铁硼(CoFeB)...等水平式的铁磁性材料或铁铂合金 (FePt)、钴铂合金(CoPt)...等垂直式的铁磁性合金材料，而反铁磁性材料例如是铂锰合 金(PtMn)、铱锰合金(IrMn).等。 之后，请参照图6D，对第一磁性金属结构230施以退火磁化步骤。前述所施行的退 火磁化步骤足以使第一磁性金属结构230永久具有特定磁耦合力而产生磁耦合力方向Dl。 在本实施例中，磁耦合力方向Dl例如是入射纸面的方向。 而后，请参照图6E，在绝缘层250上形成第二磁性金属结构240，其中第二磁性金 属结构240例如是形成于基板210的平坦顶面S上。第二磁性金属结构240会覆盖第一磁 性金属结构230，并跨越导线结构220。此外，第二磁性金属结构240的延伸方向不同于磁 耦合力方向Dl，其中第二磁性金属结构240的延伸方向例如是垂直于磁耦合力方向Dl。在 本实施例中，第二磁性金属结构240的材料例如是水平式的铁磁性材料(如钴铁、镍铁、钴 铁硼...等)或垂直式的铁磁性合金材料(如铁铂合金、钴铂合金...等)等铁磁性材料。 上述至此，本实施例的磁性存储器200已大致制作完成。 承上述，第一磁性金属结构230以及第二磁性金属结构240所构成的结构通过导 线结构220的配置而被划分为多个彼此相连的磁性存储单元260，其中每一磁性存储单元 260具有磁区260M以及紧邻此磁区260M的磁壁260W，而260W磁壁位于两相邻的导线结构 220之间。 由上述的工艺步骤可知，本实施例可以利用一般的光刻蚀刻来完成磁性存储器 200的制作。相较于传统上必需制作凹刻以形成磁壁，本实施例不仅具有简化工艺的优势， 还能有效提高工艺良率。
第二实施例 本实施例欲阐述的精神与第一实施例相类似，相较于第一实施例，本实施例进一步将前述实施例的第一磁性金属结构以及第二磁性金属结构简化为同一膜层(即磁性金 属结构735)。 图7绘示本发明的第二实施例的磁性存储器的局部剖面示意图。请参照图7，本实 施例的磁性存储器700包括配置于基板710上的多条导线结构720、磁性金属结构735以及 绝缘层750。前述基板710的材料可以是玻璃、陶瓷、半导体等材料。 前述多条导线结构720彼此不相交，而磁性金属结构735覆盖导线结构720与绝 缘层750，并跨越导线结构720。其中，磁性金属结构735例如呈直线排列。绝缘层750配 置于导线结构720与磁性金属结构735之间，以使导线结构720与磁性金属结构735电性 绝缘。 承上述，将磁性金属材料沉积于导线结构720上而形成磁性金属结构735，因此可 以视为导线结构720内嵌于磁性金属结构735。通过内嵌于磁性金属结构735中的多条导 线结构720，可以在磁性金属结构735中定义出多个磁性存储单元760。被内嵌多条导线的 磁性金属结构735，其效果相当于图1中具有凹刻部122W的磁性金属轨道120，却省略了传 统上制作凹刻的工艺。此举有助于降低工艺过程中的复杂度与困难度，进而提升工艺良率。
也就是说，通过内嵌导线的特殊结构，位于导线结构720上方的部份磁性金属结 构735可形成不同磁性存储单元760之间的磁壁760W。因此在两两相邻磁壁760W之间(也 就是在相邻两导线结构720之间)形成磁区760M，其中每一个磁区760M适于储存一个位元 数据。 流经相邻两导线结构720的数据脉冲的电流方向可以共同提供向右或向左的磁 场方向D3给此二者之间的磁区760M，以设定/改变此磁区760M的磁矩方向。举例来说，当 图7中的磁区760M中位元数据所对应的磁场方向D3为向右时，可于读写期间T2利用此磁 区760M相邻的二条导线结构720的数据脉冲(流出纸面的电流)共同产生强磁场，以使此 磁区760M中位元数据变为向左的磁场方向D3。 前述向右或向左的磁场方向D3可以被定义为0或1的位元数据。由图7可知，本 实施例的磁区760M位于两相邻的导线结构720之间，且两相邻的磁区760M中的磁场方向 D3 (即位元数据)可通过磁壁760W而被区隔开来。 在本实施例中，每一导线结构720的厚度H实质上介于10纳米至50纳米之间。 此外，每一导线结构720的宽度Wl例如是介于50纳米与500纳米之间，其中导线结构220 的宽度W1应视工艺技术的发展而定，本发明并不限制。导线结构720例如是以周期性排列 的方式配置于基板710上。如此一来，磁性存储器700便具有周期性排列的磁壁760W与磁 区760M，其中磁壁760W与磁区760M的设置为彼此交错。此外，磁壁760W的宽度可小于导 线结构220的宽度Wl，其大约为数十纳米至数百纳米。在优选实施例中，磁壁260W的宽度 约略等于65纳米。磁区760M的宽度可大于磁壁260W的宽度，其大约为数百纳米至数个微 米等级。在优选实施例中，磁壁260W的宽度约略等于65纳米。另外，在本实施例中，磁区 760M及其紧邻的磁壁760W构成磁性存储单元760。换句话说，磁性金属结构735包括多个 彼此相连的磁性存储单元760。 由上述可知，磁性金属结构735通过导线结构720的配置而被划分为多个彼此相 连的磁性存储单元760，其中每一磁性存储单元760具有磁区760M以及紧邻磁区760M的磁 壁760W。换句话说，本实施例是利用导线结构220以自然形成磁区260M与磁壁260W两种
13结构，以克服传统上利用制作凹刻来形成磁壁所造成的工艺困难度。 在本实施例中，磁性存储器700的操作方式也可分为读写期间及位移期间两段期 间。然而，本实施例的磁性存储单元的驱动方法与第一实施例相类似，其详细说明可参考第 一实施例的图4、图5及其图示说明。 特别说明的是，在位移期间Tl，每一个导线结构720接收交流信号AC且磁性金属 结构735接收低电流脉冲LP。由于导线结构720的交流信号AC对磁性金属结构735提供 某特定频率的磁力脉冲，因此对磁性金属结构735施加的低电流脉冲LP的电流量可以降 低。此时，位元数据可通过磁性金属结构735所接收到的低电流脉冲LP而移出其所在的磁 区760M并移入邻近的磁区760M中。另一方面，在读写期间T2，磁区760M中的位元数据可 以被读取或更新。在本实施例中，磁区760M中的位元数据是通过其所对应的导线结构720 而被更新。更具体地说，磁区760M中的位元数据是被其两相邻的导线结构720所更新。本 实施例可从诸多导线结构720中选择性地采用其中二个相邻导线结构720来进行上述更新 位元数据的动作。此外，磁性存储器700可进一步包括读取元件770，以进行位元数据的读 取动作，其中读取元件770可配置于磁性金属结构735的下方，以便于读取其所对应的磁区 760M中的位元数据。 传统上，会在磁性存储器中设置额外的写入元件以更新磁区中的位元数据。然而， 本实施例利用对应至磁区260M的导线结构220来进行位元数据的更新。如此一来，本实施 例便无需增设额外的写入元件，此举可简化磁性存储器200的架构，也降低工艺的复杂度。
然，所属技术领域的普通技术人员当可视其需求，任意地从多条导线结构720中 选择相邻两条导线作为更新位元数据的导线。或者，利用第一实施例所述的方法，以主要写 入导线与辅助写入导线的概念来对位元数据进行更新，进而提升位元数据写入的成功率。 在其他实施例中，也可能从多条导线结构720中选择多组相邻两条导线，以同时地对多个 磁性存储单元760更新位元数据。 由上述可知，本实施例利用低电流脉冲LP并搭配导线结构720所接收的交流信号 AC可使位元数据进行移出或移入磁区260M的动作，因此，在磁性存储器700在使用上具有 省电的优势。此外，本实施例的导线结构720也可进行位元数据的更新，所以磁性存储器 700也无需增设写入元件。 根据上述的磁性存储器700，本实施例还提供一种磁性存储器700的制造方法，如 图8A 图8E所绘示的立体剖面流程图，其中图8A 图8E仅绘示部份的磁性存储器700。 首先，请参照图8A，在基板710上形成多条导线结构720，其中导线结构720彼此不相交。在 本实施例中，导线结构720例如是互相平行地配置于基板710上。 然后，请参照图8B，在基板710上形成绝缘层750，其中绝缘层750覆盖导线结构 720。在本实施例中，绝缘层750例如是全面性地覆盖基板710以及导线结构720。然而，在 其他实施例中，可视实际产品的需求而图案化绝缘层750，以使绝缘层750仅覆盖基板710 的局部或者甚至覆盖导线结构720的局部。举例来说，如图8B'所示，绝缘层750的图案可 以依据导线结构720的图案而形成于基板710，其中绝缘层750例如是全然地覆盖导线结构 720，但不覆盖相邻两导线结构720之间的部分基板710。简言之，绝缘层750的图案主要是 以电性绝缘导线结构720与磁性金属结构735为原则，所以本发明不限定绝缘层750的图 案。
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本实施例将采用图8B所示的绝缘层250。之后，请参照图8C，在绝缘层750上形成 磁性金属结构735，其中磁性金属结构735例如呈直线排列地跨越导线结构720。在本实施 例中，磁性金属结构735的材料例如是水平式的铁磁性材料(如钴铁、镍铁、钴铁硼...等) 或垂直式的铁磁性合金材料(如铁铂合金、钴铂合金...等)等铁磁性材料。上述至此，本 实施例的磁性存储器700已大致制作完成。 在本实施例中，是利用一般的光刻蚀刻来完成磁性存储器700的制作。相较于传
统上必需制作凹刻以形成磁壁，本实施例具有简化工艺以及良率提升等优点。 综上所述，本发明的磁性存储器设置导线结构，此举不仅能减少磁性存储器在使
用上所需的耗能，还能降低制造磁性存储器的工艺复杂度与困难度。简言的，利用本发明的
磁性存储器的驱动方法来驱动本发明的磁性存储器可具有省电的优点。此外，本发明的磁
性存储器的制造方法能降低工艺的困难度与复杂度，进而有效提升工艺良率。 虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术
领域中具有普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因
此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
1权利要求
一种磁性存储器，包括多条导线结构，配置于基板上，所述导线结构彼此不相交；多个第一磁性金属结构，配置于所述基板上，其中所述第一磁性金属结构分别配置于两相邻的导线结构之间；第二磁性金属结构，配置于所述基板上，覆盖所述导线结构以及所述第一磁性金属结构，并跨越所述导线结构，其中所述第一磁性金属结构以及所述第二磁性金属结构所构成的结构包括多个彼此相连的磁性存储单元，每一磁性存储单元具有磁区以及紧邻所述磁区的磁壁，所述磁区适于储存位元数据；以及绝缘层，配置于所述导线结构与所述第一磁性金属结构之间，且配置于所述导线结构与所述第二磁性金属结构之间。
2. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述导线结构在位移期间接收交流信号。
3. 如权利要求2所述的磁性存储器，其中所述位元数据在所述位移期间得以依据所述 第二磁性金属结构所接收的低电流脉冲而移出或移入所述磁区。
4. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中每一磁性存储单元中的所述磁区与相邻的磁 性存储单元中的所述磁壁彼此相连。
5. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构呈直线排列。
6. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构以及所述第二磁性金 属结构属于同一膜层。
7. 如权利要求6所述的磁性存储器，其中所述磁区位于两相邻的导线结构之间。
8. 如权利要求6所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构以及所述第二磁性金 属结构的材料包括水平式的铁磁性材料以及垂直式的铁磁性合金材料至少其中之一。
9. 如权利要求8所述的磁性存储器，其中所述水平式的铁磁性材料包括钴铁、镍铁或 钴铁硼。
10. 如权利要求8所述的磁性存储器，其中所述垂直式的铁磁性合金材料包括铁铂合 金或钴铂合金。
11. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构以及所述第二磁性 金属结构属于不同膜层。
12. 如权利要求11所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构具有特定磁耦合力。
13. 如权利要求12所述的磁性存储器，其中所述磁壁位于两相邻的导线结构之间，并 具有所述特定磁耦合力而产生的磁耦合力方向。
14. 如权利要求11所述的磁性存储器，其中所述第一磁性金属结构的材料包括反铁磁 性材料以及铁磁性材料的至少其中之一。
15. 如权利要求14所述的磁性存储器，其中所述反铁磁性材料包括铂锰合金或铱锰合金。
16. 如权利要求14所述的磁性存储器，其中所述铁磁性材料包括水平式的铁磁性材料 以及垂直式的铁磁性合金材料的至少其中之一。
17. 如权利要求16所述的磁性存储器，其中所述水平式的铁磁性材料包括钴铁、镍铁 或钴铁硼。
18. 如权利要求16所述的磁性存储器，其中所述垂直式的铁磁性合金材料包括铁铂合 金或钴铂合金。
19. 如权利要求11所述的磁性存储器，其中所述第二磁性金属结构的材料包括铁磁性 材料。
20. 如权利要求19所述的磁性存储器，其中所述铁磁性材料包括水平式的铁磁性材料 以及垂直式的铁磁性合金材料的至少其中之一。
21. 如权利要求20所述的磁性存储器，其中所述水平式的铁磁性材料包括钴铁、镍铁 或钴铁硼。
22. 如权利要求21所述的磁性存储器，其中所述垂直式的铁磁性合金材料包括铁铂合 金或钴铂合金。
23. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中每一导线结构的厚度实质上介于10纳米至 50纳米之间。
24. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中每一导线结构的宽度实质上介于50纳米至 500纳米之间。
25. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述磁区的宽度约略等于65纳米。
26. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中所述磁壁的宽度约略等于65纳米。
27. 如权利要求1所述的磁性存储器，其中在读写期间，其中一个所述磁区中的所述位 元数据得以被其所对应的导线结构所更新。
28. 如权利要求27所述的磁性存储器，其中所述磁区中的所述位元数据是被其两相邻 的导线结构所更新。
29. 如权利要求27所述的磁性存储器，其中所述磁区中的所述位元数据是被其正下方 的导线结构所更新。
30. 如权利要求l所述的磁性存储器，还包括读取元件，配置于所述第一磁性金属结构其中之一的下方，在读写期间得以读取其所 对应的所述磁区中的所述位元数据。
31. 如权利要求l所述的磁性存储器，还包括读取元件，配置于所述第二磁性金属结构的上方，在读写期间得以读取其所对应的所 述磁区中的所述位元数据。
32. —种如权利要求1的磁性存储器的驱动方法，包括 在位移期间，提供交流信号至所述导线结构；以及在所述位移期间，提供低电流脉冲至所述第二磁性金属结构，以使每一磁性存储单元 中的所述位元数据得以移出或移入所述磁区。
33. 如权利要求32所述的磁性存储器的驱动方法，还包括在读写期间，提供数据脉冲至所述导线结构其中之一，使其所对应的所述磁区中的所述位元数据得以被更新。
34. 如权利要求32所述的磁性存储器的驱动方法，还包括在读写期间，提供数据脉冲至所述导线结构其中相邻的二条导线结构，使其所对应的所述磁区中的所述位元数据得以被更新。
35. 如权利要求32所述的磁性存储器的驱动方法，还包括在读写期间，利用读取元件读取其中一个所述磁区中的所述位元数据。
36. 如权利要求32所述的磁性存储器的驱动方法，其中所述交流信号的频率实质上介 于106赫兹与109赫兹之间。
37. 如权利要求32所述的磁性存储器的驱动方法，其中所述低电流脉冲的电流密度实 质上介于106 107安培/平方厘米之间。
38. —种磁性存储器的制造方法，包括 于基板上形成多条导线结构，且所述导线结构彼此不相交； 于所述基板上形成绝缘层，并覆盖所述导线结构；于所述绝缘层上形成多个第一磁性金属结构，其中所述第一磁性金属结构分别配置于 两相邻的导线结构之间；对所述第一磁性金属结构施行退火磁化步骤，以使所述第一磁性金属结构产生磁耦合 力方向；以及于所述绝缘层上形成第二磁性金属结构，覆盖所述第一磁性金属结构，并跨越所述导 线结构，且所述第二磁性金属结构的延伸方向不同于所述磁耦合力方向；其中，所述第一磁性金属结构以及所述第二磁性金属结构所构成的结构通过所述导线 结构的配置而被划分为多个彼此相连的磁性存储单元，且每一磁性存储单元具有磁区以及 紧邻所述磁区的磁壁。
39. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中于所述基板上形成所述第一磁 性金属结构的方法包括所述第一磁性金属结构的顶面与所述绝缘层的顶面切齐，以使所述第一磁性金属结构 的顶面与所述绝缘层的顶面构成平坦顶面。
40. 如权利要求39所述的磁性存储器的制造方法，其中于所述基板上形成所述第二磁 性金属结构的方法包括于所述平坦顶面上形成所述第二磁性金属结构。
41. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中所述磁壁位于两相邻的导线结 构之间。
42. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中每一磁性存储单元中的所述磁 区与相邻的磁性存储单元中的所述磁壁彼此相连。
43. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中所述第二磁性金属结构的延伸 方向垂直于所述磁耦合力方向。
44. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中所述第一磁性金属结构呈直线 排列。
45. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中所述第一磁性金属结构的材料 包括反铁磁性材料以及铁磁性材料的至少其中之一。
46. 如权利要求45所述的磁性存储器的制造方法，其中所述反铁磁性材料包括铂锰合 金或铱锰合金。
47. 如权利要求45所述的磁性存储器的制造方法，其中所述铁磁性材料包括水平式的 铁磁性材料以及垂直式的铁磁性合金材料的至少其中之一。
48. 如权利要求47所述的磁性存储器的制造方法，其中所述水平式的铁磁性材料包括钴铁、镍铁或钴铁硼。
49. 如权利要求47所述的磁性存储器的制造方法，其中所述垂直式的铁磁性合金材料 包括铁铂合金或钴铂合金。
50. 如权利要求38所述的磁性存储器的制造方法，其中所述第二磁性金属结构的材料 包括铁磁性材料。
51. 如权利要求50所述的磁性存储器的制造方法，其中所述铁磁性材料包括水平式的 铁磁性材料以及垂直式的铁磁性合金材料的至少其中之一。
52. 如权利要求51所述的磁性存储器的制造方法，其中所述水平式的铁磁性材料包括 钴铁、镍铁或钴铁硼。
53. 如权利要求51所述的磁性存储器的制造方法，其中所述垂直式的铁磁性合金材料 包括铁铂合金或钴铂合金。
54. —种磁性存储器的制造方法，包括 于基板上形成多条导线结构，且所述导线结构彼此不相交； 于所述基板上形成绝缘层，并覆盖所述导线结构；以及 于所述绝缘层上形成磁性金属结构，并跨越所述导线结构，其中，所述磁性金属结构通过所述导线结构的配置而被划分为多个彼此相连的磁性存 储单元，且每一磁性存储单元具有磁区以及紧邻所述磁区的磁壁。
55. 如权利要求54所述的磁性存储器的制造方法，其中所述磁区位于两相邻的导线结 构之间。
56. 如权利要求54所述的磁性存储器的制造方法，其中每一磁性存储单元中的所述磁 区与相邻的磁性存储单元中的所述磁壁彼此相连。
57. 如权利要求54所述的磁性存储器的制造方法，其中所述磁性金属结构呈直线排列。
58. 如权利要求54所述的磁性存储器的制造方法，其中所述磁性金属结构的材料包括 铁磁性材料。
59. 如权利要求54所述的磁性存储器的制造方法，其中所述铁磁性材料包括水平式的 铁磁性材料以及垂直式的铁磁性合金材料的至少其中之一。
60. 如权利要求59所述的磁性存储器的制造方法，其中所述水平式的铁磁性材料包括 钴铁、镍铁或钴铁硼。
61. 如权利要求59所述的磁性存储器的制造方法，其中所述垂直式的铁磁性合金材料 包括铁铂合金或钴铂合金。
全文摘要
一种磁性存储器、磁性存储器的驱动方法及磁性存储器的制造方法。磁性存储器包括多条导线结构、多个第一磁性金属结构、第二磁性金属结构及绝缘层。各个第一磁性金属结构配置于两相邻的导线结构之间，而第二磁性金属结构跨越导线结构。第一磁性金属结构与第二磁性金属结构所构成的结构包括多个彼此相连的磁性存储单元。每一磁性存储单元具有磁区及紧邻磁区的磁壁，其中磁区适于储存位元数据。
文档编号G11C11/02GK101771067SQ20081018470
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者蔡庆祥 申请人:财团法人工业技术研究院