专利名称：磁记录元件、磁存储器、磁记录方法、用于制作磁记录元件的方法以及用于制作磁存磁存 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁记录元件和优选地用于随机存取存储器(RAM)的磁存储器，以及利用该磁记录元件和磁存储器的磁记录方法以及用于制作该磁记录介质和磁存储器的方法。
因此，在半导体RAM，如动态随机存取存储器(DRAM)中要求一种附加处理，如指定流过的电流来保存数据并因此实现稳定操作的刷新操作。在另一种半导体RAM中不需要这样一种附加处理，存取时间被延长。
在这种观点中，近来注意到使用磁记录元件的磁随机存取存储器(MRAM)。在该MRAM中，记录了与磁化方向一致的信号“0”或“1”。由于只有在外部磁场应用到该MRAM的情况下才改变该磁化方向，在MRAM中存储的数据非常稳定的被保存。
如具有GMR(巨磁阻)膜或TMR(隧道式磁阻)膜的磁记录元件被用于该MRAM。读出数据“0”和“1”的磁性如MR比率，实际上没有实现可用的MRAM。
本发明的另一目的是提供使用该磁记录介质和磁存储器的的磁记录方法，以及用于制作该磁记录元件和磁存储器的方法。
第一磁膜，用于通过外部磁场生成旋转涡流，以及第二磁膜，在第一磁膜上，具有在其中央实质上垂直于其表面的磁化。
发明人已经认真地研究以便开发实际上可用于MRAM的一种新的磁记录介质。因此，他们发现能获得这样一种磁记录介质，只要将通过外部磁场来生成旋转涡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层叠。
图1和2是根据本发明，表示一种磁记录介质的结构示意图。如图1和2所示的磁记录介质10，包括通过外部磁场来生成旋转涡流的第一磁膜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。在这里，第二磁膜2的磁化从在其中央的垂直磁化变化到其外围的纵向磁化，在此未示出。另外，绝缘层3形成在第一磁膜1和第二磁膜之间以控制(抑制)通过磁记录介质10的电流。
当外部磁场被正向施加到第一磁膜1时，在A方向生成一旋转涡流，在旋转涡流的中央在B方向生成指定的垂直磁化。另一方面，当外部磁场被反向应用到第一磁膜1时，在D方向生成一旋转涡流，在与B方向相反的方向E生成指定磁化。
在图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，在图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，满足如图1所示的磁化状态的情况下比满足如图2所示的磁化状态下有更多电流流过。
因此，如果数据“0”和“1”根据第一磁膜1的磁化方向被记录，磁化状态能被读出作为通过该磁记录介质的电流总量。
即，在本发明的磁记录元件中，磁记录在第一磁膜的旋转涡流的磁化方向被执行，且磁读出在通过该磁记录元件的电流总量上被执行，与传统的MRAM因此，根据本发明，从该磁记录元件能获得一种新的结构的MRAM。根据本发明，一种磁存储器被构造，以便根据本发明多个磁记录元件被配置在指定基片上。根据本发明，实际上MRAM是由这样一种磁存储器构成的。
在此，术语“旋转涡流”指在薄膜中垂直生成的磁化状态。磁记录元件和磁存储器的几个首选实施例将在此后描述。而且，利用该磁记录介质和磁存储器的磁记录方法，以及用于制作该磁记录元件和磁存储器的方法将在此后描述。
制作第一磁膜的材料的种类没有限制，只要通过外部磁场能在第一磁膜1中形成旋转涡流。最好，第一磁膜1是由软磁材料，如坡莫合金、超透磁合金或铁，且特别是由坡莫合金组成。在这种情形，旋转涡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的矫顽力被设置为小于第二磁膜的矫顽力。
第一磁膜1的直径最好被设置为0.05-50μm以便通过外部磁场在其中有效和容易地生成旋转涡流。如果第一磁膜1如上所述是由软磁材料组成，即使第一磁膜1的直径被设置成小于0.1μm，也能生成大的旋转涡流。
第一磁膜1的厚度被设置成1μm或更低以便如上所述通过外部磁场在其中有效和容易地生成旋转涡流。如果如上所述第一磁膜1是由软磁材料组成，即使第一磁膜1的厚度被减少到1nm，也能生成大的旋转涡流。
第二磁膜的外形没有限制，因为不在其中生成旋转涡流。然而，根据本发明的磁记录元件的制作方法，第二磁膜2的外形与第一磁膜1相似，因为通过一抗蚀图，它们是同时被制作的。因此，如果第一磁膜1的形状被设置为圆盘，第二磁膜2的形状也会是圆盘。
制作第二磁膜2的材料种类并没有限制，只要磁化垂直于其表面。考虑到大的饱和磁化和在第二磁膜2表面上垂直形成的易磁化轴，要求第二磁膜2由Co或基于Co的合金组成。特别是，第二磁膜2最好由Co组成，因为Co容易得到。
第二磁膜2的厚度被设置为1μm或更低，以便创建垂直于其表面的易磁化轴。如果如上所述第二磁膜2是由磁性材料，如Co组成，第二磁膜2的饱和磁化能变大，即使第二磁膜2的厚度被减小到0.05μm。
因此，如上所述，如果第一磁膜1由软磁材料，如坡莫合金组成且第二磁膜2由磁性材料，如Co组成，磁记录元件10能被充分小型化。然后，如果这种小型磁记录元件配置在一指定基片上，根据本发明，高密度磁存储器能被获得。如果第一磁膜1和第二磁膜2的尺寸适当变大，磁记录元件10的尺寸能扩大到几个10μm。
如上所述，就从磁记录元件10读取所记录的数据来说，指定的电场被垂直施加到磁记录元件10，然后，在通过磁记录元件10的电流总量上，数据“0”和“1”被读出。然而，如果第二磁膜2直接形成在第一磁膜1上，通过磁记录元件10的电流绝对值变得更大，且因此，电流总量不可能被精确地确定。
在这种情况下，要求如图1和2所示在第一磁膜1和第二磁膜2之间形成一绝缘层3。当指定的电场被垂直施加到磁记录元件10时，只有指定的隧道电流流过绝缘层3，因此流过磁记录元件10的电流的绝对值能被适当地降低。
绝缘层3的厚度最好设置在1-10nm中。绝缘层3最好由绝缘材料，如铝、硅、氧化镁或氧化锶-钛(STO)组成。
图3是根据本发明，表示一磁存储器的示意图。在如图3所示的磁存储器20中，磁记录元件10-1至10-9以矩阵方式配置在一指定基片上(未示出)。然后，配置导线11-1至11-3以及12-1至12-3以便环绕磁记录元件10-1至10-9。
当指定外部磁场被分别施加到磁记录元件10-1至10-9时，如图1和2所示执行每一元件的写操作。根据本发明，参考如图3所示的磁存储器20，下面将描述一种磁记录方法。
例如，用于磁记录元件10-1的写入是通过在导线12-1和12-2沿环绕元件10-1的方向F流过一电流来执行的。在这种情形下，在由导线12-1和12-2环绕的区域内生成向上的磁场，与电流的方向F一致。因此，通过向上的磁场在第一磁膜1中生成一旋转涡流并且因此，在其中生成磁化B，如图1所示。因此，与磁化B的方向一致的数据“0”或“1”被记录在磁记录介质10-1中。
当在导线12-1和12-2中沿环绕磁记录元件10-1的方向G流过一电流时，在由导线12-1和12-2环绕的区域内生成向下的磁场，与电流G的方向一致。因此，通过向下的磁场在第一磁膜1中生成一旋转涡流，并因此，在第一磁膜1中生成向下的磁化E，如图2所示。因此，数据“0”或“1”被重新写成数据“1”或“0”。
如图1和2所解释的，第二磁膜2在垂直于其表面的方向C中被磁化。因此，当指定电磁被垂直施加到磁记录元件10-1时，依赖第一磁记录元件10-1的磁化状态，通过磁记录元件10-1的电流被改变。即，在磁化B的磁化状态中通过磁记录元件10-1流过的电流比在磁化E的磁化状态中多。因此，通过测量通过磁记录元件10的电流总量，数据“0”或“1”能被读出。
如果流过的电流绝对值被调整(增加)，即使在环绕磁记录元件的所有导线中没有电流流过，旋转涡流也能在磁记录元件中产生。例如，由于磁记录元件10-1、10-4及10-7被配置在导线11-1的附近，如果在导线11-1中在方向H中流过大的电流，只要通过由该大电流生成的磁场，在元件10-1、10-4及10-7中就能生成旋转涡流。
同样，由于磁记录元件10-1至10-3被配置在导线12-1的附近，只要在一个方向上，例如，由箭头I所示的导线12-1的方向上，流过的电流，在磁记录元件10-1至10-3中就能分别生成旋转涡流。
此外，例如在磁记录元件10-1中，如果在导线11-1和12-1在相同的方向H和I中分别流过大电流，在磁记录元件10-1中能有效地生成一旋转涡流。
接着，根据本发明，磁记录元件的一种制作方法将在下文中描述。图4-7是表示本发明的制作方法的步骤的横截面图。如图4所示，首先，通过一旋转式涂层机，在指定基片31上涂以0.1-5μm厚的电阻膜32。然后，电阻膜被暴露和扩展以形成具有孔33A的抗蚀图，在孔33A处，基片31的主表面31A被暴露，如图5所示。
然后，如图6所示，依次通过喷涂或真空沉积，第一磁膜、第二磁膜以及如果必要的话，以及绝缘层，经抗蚀图33形成在基片31上，作为一掩模以便在孔33A内制作该磁记录元件10。然后，如图7所示，抗蚀图33被搬走以便在基片31上制作磁记录元件10。
本发明的磁存储器能如与以上所述的相同的方式来制作。即，在如图5所示的步骤中，具有多个孔的抗蚀图被制作在相同的基片上。然后，在图6所示的步骤中，多个磁记录元件通过抗蚀图被分别制作在孔内。
磁记录元件可能如下制作。即，多层结构被制作，其中第一磁膜、第二磁膜以及如果必要的话，以及绝缘层被同样地形成和层叠。然后，经指定掩模，通过使用Ar离子的离子磨削，该多层结构被部分腐蚀直到该基片被部分暴露以制作该磁记录元件。在这种情况下，磁存储器可能通过使用一抗蚀图，用作为一掩模的多个孔来制作。
尽管参考上述的例子详细地描述了本发明，本发明并不局限于上述所公开的内容且所做的每种变化和改变并不脱离本发明的范畴。
如上所述，根据本发明，依照通过旋转涡流所生成的磁化的方向，能提供执行写入的一种新结构的磁记录元件，而且包括该磁记录元件的一种磁存储器也能获得。因此，如果该磁记录元件或磁存储器被应用，实际上提供了一种可用的MRAM。
权利要求
1.一种磁记录元件，包括第一磁膜，用于通过外部磁场生成旋转涡流，以及第二磁膜，在所述第一磁膜上，在其中央具有实质上垂直于其表面的磁化。
2.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第一磁膜以圆盘形形成。
3.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第一磁膜由坡莫合金组成。
4.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第一磁膜的直径被设置在0.05-50μm范围内。
5.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第一磁膜的厚度被设置为1μm或以下。
6.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第二磁膜由Co组成。
7.如权利要求1所述的磁记录元件，其中所述第二磁膜的厚度被设置为1μm或以下。
8.如权利要求1所述的磁记录元件，进一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之间的绝缘膜。
9.如权利要求8所述的磁记录元件，其中所述绝缘层的厚度设置在1-10nm范围内。
10.一种磁存储器，包括如权利要求1-9中任何一个所述的多个磁记录元件，所述多个磁记录元件被配置在平面中一指定基片上。
11.如权利要求10所述的磁存储器，进一步包括配置一些导线以便分别环绕所述磁记录元件。
12.一种磁记录方法，包括步骤在平面中在一指定基片上配置多个如权利要求1-9中任何一个所述的磁记录元件，在所述基片上配置许多导线以便分别环绕所述磁记录元件，在正向方流，并因此在至少一个所述磁记录元件中生成一正向磁化，以及在所述正向磁化上可磁化地写入指定数据。
13.如权利要求12所述的磁记录方法，进一步包括步骤在所述至少一根导线中在与所述正向方向相反的反向方向中流过电流，以便生成反向向后的旋转涡流并因此在所述至少一个磁记录元件中生成反向的磁化，该磁化与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写入所述已经写入的数据。
14.一种用于制作磁记录元件的方法，包括步骤在指定基片上均匀地形成电阻膜，暴露并扩展所述电阻膜来制作具有孔的抗蚀图，在该孔处，所述基片的主表面被暴露，以及经所述抗蚀图，依次形成通过外部磁场生成旋转涡流的第一磁膜以及具有垂直于其表面的磁化的第二磁膜，来制作在所述孔内包括所述第一磁膜和所述第二磁膜的磁记录元件。
15.如权利要求14所述的制作方法，进一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之间形成一绝缘层的步骤。
16.一种用于制作磁存储器的方法，包括步骤在指定基片上均匀地形成电阻膜，暴露并扩展所述电阻膜，来制作具有多个孔的抗蚀图，在这些孔处，所述基片的主表面被暴露，以及经所述抗蚀图，依次形成通过外部磁场生成旋转涡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，来分别制作在所述孔内包括所述第一磁膜和所述第二磁膜的多个磁记录元件。
17.如权利要求16所述的制作方法，进一步包括在所述第一磁膜和所述第二磁膜之间形成一绝缘层的步骤。
18.如权利要求16所述的制作方法，进一步包括形成许多导线以便分别环绕所述磁记录元件的步骤。
全文摘要
一种磁记录元件,由通过外部磁场用来生成旋转涡流的第一磁膜和具有垂直其表面的磁化的第二磁膜组成,以及在第一磁膜和第二磁膜间形成的,通过该磁记录元件用来控制(抑制)电流的一绝缘层。指定外部磁场被施加到该磁记录元件以便在第一磁膜上生成旋转涡流并因此在旋转涡流的中央生成垂直磁化。然后,指定数据被写入在该垂直磁化上。
文档编号H01L21/8246GK1387195SQ02120239
公开日2002年12月25日 申请日期2002年5月21日 优先权日2001年5月21日
发明者武笠幸一, 泽村诚, 末岡和久, 廣田榮一, 中根了昌, 中村基训 申请人:北海道大学