(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差領域を形成する第１および第２の交差導線と、
前記交差領域に配置され、それに沿って２通りの磁気方向を課すことができる磁化容易軸を備えた可変性磁気領域を含む磁気メモリ・セルであって、それにより、前記第１および第２の交差導線により前記磁化容易軸に平行に印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記可変性磁気領域が前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形される磁気メモリ・セルとを含む、磁気メモリ。
【請求項２】
前記磁気メモリ・セルの前記可変性磁気領域が、その隅に非直角の角度を備え、前記磁化容易軸の周りの実質的に平面の平行四辺形として成形される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記磁化容易軸が前記第１および第２の交差導線の一方に対して平行になるように前記磁気メモリ・セルが前記交差領域内に配置される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
前記可変性磁気領域が、内部磁気異方性により前記磁化容易軸の周りに磁気的に非対称に成形される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
バイアスをかけて前記磁化容易軸の周りに磁気的に非対称の形状をもたらすために前記可変性磁気領域に最も近い磁気バイアス領域をさらに含む、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
前記可変性磁気領域が正方形の第１の対の対向する隅同士の間に位置合わせされた前記磁化容易軸を有する正方形として実質的に成形され、前記バイアスが前記正方形の第２の対の対向する隅に沿って位置合わせされ、前記バイアスが前記正方形の４つのすべての隅で共通の磁化方向を維持し、それにより、前記磁化容易軸の周りに前記可変性磁気領域の磁気非対称をもたらし、前記正方形の可変性領域の内部部分で２通りの磁化方向が課される、請求項５に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記第１および第２の交差導線を含み、前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線と、
前記磁気メモリ・セルを含み、それぞれが前記複数の交差領域のそれぞれ１つに配置され、各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供するようにそれぞれがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形される複数の磁気メモリ・セルとをさらに含む、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
前記磁化容易軸に沿った２通りの磁化方向が互いに正反対である、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
前記磁気メモリ・セルが少なくとも１つの磁気トンネル接合から形成される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
磁気メモリを作成するための方法であって、
それにより交差領域を形成する第１および第２の交差導線を設けるステップと、
それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁化容易軸を備えた可変性磁気領域を含み、それにより、前記第１および第２の交差導線により前記磁化容易軸に平行に印加された磁気刺激に応じてセルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記可変性磁気領域が前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に形成される磁気メモリ・セルを前記交差領域に形成するステップとを含む方法。
【請求項１１】
前記磁気メモリ・セルの前記可変性磁気領域が、その隅に非直角の角度を備え、前記磁化容易軸の周りの実質的に平面の平行四辺形として成形されるように形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記磁化容易軸が前記第１および第２の交差導線の一方に対して平行になるように前記磁気メモリ・セルが前記交差領域内に形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記可変性磁気領域が、内部磁気異方性により前記磁化容易軸の周りに磁気的に非対称に成形されるように形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
バイアスをかけて前記磁化容易軸の周りに磁気的に非対称の形状をもたらすために前記可変性磁気領域に最も近い磁気バイアス領域を設けるステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記可変性磁気領域が正方形の第１の対の対向する隅同士の間に位置合わせされた前記磁化容易軸を有する正方形として実質的に成形され、前記バイアスが前記正方形の第２の対の対向する隅に沿って位置合わせされ、前記バイアスが前記正方形の４つのすべての隅で共通の磁化方向を維持し、それにより、前記磁化容易軸の周りに前記可変性磁気領域の磁気非対称をもたらし、前記正方形の可変性領域の内部部分で２通りの磁化方向が課される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１および第２の交差導線を含み、それにより前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線を設けるステップと、
前記磁気メモリ・セルを含み、各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供するようにそれぞれがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形されるように形成され、前記複数の交差領域のそれぞれ１つに複数の磁気メモリ・セルのそれぞれを形成するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記磁化容易軸に沿った２通りの磁化方向が互いに正反対である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁気メモリ・セルが少なくとも１つの磁気トンネル接合から形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
交差領域を形成する第１および第２の交差導線と、
前記交差領域に配置され、それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁化容易軸を備えた可変性磁気領域を含む磁気メモリ・セルであって、前記第１の交差導線により印加された磁気刺激に応じて変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記磁気刺激が前記磁気容易軸と所定の角度を形成するよう前記第２の交差導線と非平行になるように配置された、磁気メモリ・セルとを備え、
前記可変性磁気領域が、前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に形成されることを特徴とする、磁気メモリ。
【請求項２０】
前記磁気刺激が前記磁気容易軸と形成する所定の角度が５度より大きくなるように、前記第２の交差導線に対して前記磁気メモリ・セルが位置決めされる請求項１９に記載の磁気メモリ。
【請求項２１】
磁気メモリを作成するための方法であって、
それにより交差領域を形成する第１および第２の交差導線を設けるステップと、
前記交差領域に磁気メモリ・セルを位置決めするステップであって、前記磁気メモリ・セルがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁化容易軸を備えた可変性磁気領域を有し、前記第１の交差導線により印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記磁気刺激が前記磁気容易軸と所定の角度を形成するよう前記第２の交差導線と非平行になるように配置された磁気メモリを作成するための方法であって、
前記可変性磁気領域が、前記磁化容易軸の周りに実質的に磁気的に非対称に形成されることを特徴とする、方法。
【請求項２２】
前記磁気刺激が前記磁気容易軸と形成する所定の角度が５度より大きくなるように、前記第２の交差導線に対して前記磁気メモリ・セルが位置決めされる請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）内の磁気メモリ・セルの作成およびアクセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２件の米国特許第５，６４０，３４３号および第５，６５０，９５８号に開示され、本出願の図１および図２に示すタイプの磁気ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）アレイは、ワード線１、２、３とビット線４、５、６との交点に位置決めされた磁気メモリ・セル（たとえば、セル９）のアレイを含む。各セルは、磁気トンネル接合（「ＭＴＪ」）デバイス８になるように配置された磁気的に可変性または「自由」領域２４と最も近い磁気基準領域２０とを含む。このようなセルでのデータの格納の基礎となる原理は、自由領域の磁化容易軸（「ＥＡ」）に沿って磁化方向を変更することにより、自由および基準領域の磁化の相対配向を変更できることと、その後、この相対配向の差を読みとれることである。（基準領域という用語は、自由または可変性領域と協力して、全体としてデバイスを検出可能状態にするような、いかなるタイプの領域も示すように、ここでは広い意味で使用する。）
【０００３】
より具体的には、ＭＲＡＭセルは、それぞれのビット線とワード線を介して印加された双方向電気刺激およびその結果の磁気刺激を使用して自由領域の磁化を反転することによって書込みが行われ、その後、ビット線とワード線との間の結果的なトンネル抵抗を測定することによって読取りが行われ、これは基準領域に対する自由領域の磁化の相対配向によって決まる２つの値の一方をとる。自由に回転できるがその磁化容易軸に沿っていずれかの方向（＋ＥＡまたは−ＥＡ）に整列する傾向が強い磁化方向を有する単純単体磁石として自由領域がモデル化されている場合、ならびに基準領域がたとえば、同様の要素磁石であるが＋ＥＡ方向に固定された磁化方向を有する場合、そのセルについては、整列（＋ＥＡ／＋ＥＡ）および逆整列（−ＥＡ／＋ＥＡ）という２通りの状態（したがって、２通りの可能なトンネル抵抗値）が定義される。
【０００４】
印加されたＥＡ磁界に対するトンネル接合抵抗の特性を示す理想的なヒステリシス・ループを図３に示す。トンネル接合の抵抗は、領域５０で刺激が一切加えられていない、すなわち、領域５０における磁化容易軸フリップ磁界強度＋／−Ｈｃ以下の印加された磁界に対する抵抗の感度が欠落している状態で、２つの別個の値の一方を呈することができる。印加された磁化容易軸磁界が＋／−Ｈｃを超える場合、そのセルは強制的にそれぞれの高抵抗状態または低抵抗状態になる。
【０００５】
トンネル接合を形成する２つの領域の磁化パターンが単純であっても、書込み中に自由領域の磁化方向を反転すると、実際には一方または両方の領域に思いがけない影響を及ぼす可能性がある。たとえば、書込み中に自由領域を反転すると、欠陥またはエッジ粗さによって固定された磁気性渦または複合磁区壁を含む可能性がある。接合抵抗は接合領域について平均化したドット積ｍｆｒｅｅｍｒｅｆｅｒｅｎｃｅによって決まるので、磁化パターン内にこのような複合微小磁性構造を含むと、読取り中に測定したトンネル接合抵抗を実質的に崩壊する可能性がある。
【０００６】
たとえば、その磁化容易軸ＥＡの周りに左右対称に形成されたＭＲＡＭセルの自由磁気領域１２４内の磁化パターンを図４に示すが、その領域では本来受け入れられる磁化パターン領域１３０と１３４との間に複雑な壁構造１３２がはっきり見える状態になっている。この磁化パターン全体は、名目上均一に磁化されたサンプルから得られたものであり（上下の層はどちらも元々は右を指し示している）、それに関する磁化容易軸バイアスは＋７００Ｏｅから−７００Ｏｅへ掃引され、＋７００Ｏｅに戻されている。磁界として複雑な構造１３２に発達した磁化の反転は、＋７００Ｏｅから約−６００Ｏｅまで掃引された。図５は、この崩壊サンプル用の印加された磁化容易軸磁界に対する相対磁化方向を示すヒステリシス・ループである。領域１５０は正方形ではないので、磁化容易軸印加磁界を除去したときにセルが予想通りその２通りの状態のうちのいずれか一方を呈しなくなるが、これはセル内でこのような複合微小磁性構造が発達したためである。
【０００７】
このような望ましくない磁気構造によって、最善の場合は動作パラメータ窓が低減されるか、または最悪の場合は記憶に必要な正方形のヒステリシス・ループが完全に崩壊する。さらに、このような構造の存在は、自由領域を反転または実質的に反転するために必要な切替え線のサイズまたはパワーあるいはその両方の増大を引き起こすものと予想することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、必要なものは、ＭＲＡＭアレイ内の磁気メモリ・セルの状態を変更する際にこのような複合微小磁性構造を除去するための技法である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の磁気メモリ・セルの欠点を克服するため、本発明の一態様は、交差領域を形成する第１および第２の交差導線を有する磁気メモリに関する。磁気メモリ・セルは、交差領域に位置決めされ、それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を備えた可変性磁気領域を含み、それにより、セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供する。このセルは、第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて２通りのそれぞれの状態に変化可能である。可変性磁気領域は、その磁気軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形されるように形成され、したがって、前述の複合微小磁性構造を形成せずに、磁化パターンが書込み中に適切に発展することができる。
【００１０】
セルの可変性磁気領域は、その隅に非直角の角度を備え、その磁気軸の周りの実質的に平面の平行四辺形として成形することができる。あるいは、またはそれと組み合わせて、可変性磁気領域は、おそらく最も近いバイアス領域を使用して、内部磁気異方性によりその磁気軸の周りに磁気的に非対称に成形することができる。
【００１１】
他の態様では、本発明は、交差領域を形成する第１および第２の交差導線を有する磁気メモリに関する。上記のように、磁気メモリ・セルは、交差領域に位置決めされ、それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を有し、それにより、第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じてセルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供する。このセルは、その磁気軸が第１または第２の交差導線のいずれかに対して非平行になるように交差領域内に位置決めされる。一実施形態では、磁気軸は、第１または第２の交差導線のいずれかに対して約５度より大きい角度を形成する。
【００１２】
メモリ・セルの磁気軸の周りに意図的な非対称を物理的に課すための前述の技法に加え、本発明は、それぞれの各導線によって印加される磁界の相対規模またはタイミングあるいはその両方に応じて磁気刺激がそれに非対称的に印加されるように第１および第２の導線からセルに印加された磁気刺激を配置することにも関する。
【００１３】
一実施形態では、ワード線を使用してバイアス磁界が印加され、バイアス値が印加されている間にビット線が低い値から高い値に掃引される。他の実施形態では、両方の線がそれぞれの低い値からそれぞれの高い値に同時に掃引されるが、規模は異なり、たとえば、ワード線はビット線の値の１０％になる。このように印加された刺激非対称により、磁化パターンが書込み中に適切に発達することも分かっている。
【００１４】
前述の技法、すなわち、物理的非対称または刺激非対称あるいはその両方を使用すると、磁気メモリ・セルの自由領域内の磁化パターンは、望ましくない複合微小磁性構造を形成せずにある状態から他の状態に反転するものと予想することができる。セルのトンネル抵抗は、印加された書込み磁界を除去したときに予測通り２つの値の一方を呈することになるので、セルの全体的なパフォーマンスが改善される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ＭＲＡＭセル内の磁化反転に関連する前述の問題を克服するための技法をここに開示する。この技法は、ＭＲＡＭセルの書込み刺激、物理的設計、またはその両方の内部非対称を含み、実質的に磁化反転プロセスを改善する。この非対称は、非対称磁気書込み刺激（たとえば、掃引された磁化容易軸磁界とともに印加された一定ハード軸磁界を使用して「軸外れ」で、または同時に掃引された磁化容易軸磁界およびハード軸磁界を使用して磁化容易軸に対して所定の角度で印加されたもの）を含む、様々なやり方で達成することができる。また、パターン形成した薄膜形状非対称、関連のビット線またはワード線とのセルの非位置合わせ、あるいはその軸の周りで接合形状または磁化対称性を破断する接合領域内の内部異方性を使用する、物理的接合非対称も開示する。
【００１６】
内部非対称に関する本発明の原理については、図７ないし図１７に関連して以下に述べる。しかし、背景として、米国特許第５６４０３４３号および第５６５０９５８号により、まず図１〜図２に示す磁気メモリ・アレイの形成および動作の基礎となる一般原理について簡単に説明する。
【００１７】
図１を参照すると、ＭＲＡＭアレイの例は、水平平面内の平行なワード線１、２、３として機能する１組の導電線と、他の水平平面内の平行なビット線４、５、６として機能する１組の導電線とを含む。上から見たときに２組の線が交差するように、ビット線は異なる方向に、たとえば、ワード線に対して直角に向けられている。図２に詳細に示す典型的なメモリ・セル９などのメモリ・セルは、線同士の間に垂直に間隔をあけた交差領域内のワード線とビット線との各交差点に位置する。図１には３本のワード線と３本のビット線が示されているが、線の数は通常、これよりかなり多くなるだろう。メモリ・セル９は垂直スタックとして配置され、ダイオード７と磁気トンネル接合（「ＭＴＪ」）８とを含むことができる。アレイの動作中、電流はセル９内を垂直方向に流れる。電流がメモリ・セルを垂直に通ることにより、メモリ・セルが占有する表面積を非常に小さくすることができる。ワード線との接点、ＭＴＪ、ダイオード、ビット線との接点は、いずれも同じ面積を占有する。図１には示されていないが、このアレイは、他の回路が存在するはずのシリコン基板などの基板上に形成することができる。また、公差領域以外のＭＲＡＭの領域では、ビット線とワード線との間に通常、絶縁材料の層が位置する。
【００１８】
図２を参照して、メモリ・セル９の構造について詳細に説明する。メモリ・セル９は、ワード線３（図１）上およびワード線に接触して形成されている。メモリ・セル９は、ダイオード状デバイスの垂直スタック、たとえば、電気的に直列接続になっているシリコン接合ダイオード７とＭＴＪ８とを含む。ダイオード７は、ｎ型シリコン層１０とｐ型シリコン層１１とを含むシリコン接合ダイオードである。ダイオードのｐ型シリコン層１１は、タングステン・スタッド１２を介してＭＴＪ８に接続されている。ダイオードのｎ型シリコン層１０はワード線３に接続されている。
【００１９】
ＭＴＪ８は、交互に積み重ねられた一連の材料層で形成することができる。図２のＭＴＪ８は、Ｐｔなどのテンプレート層１５と、パーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）などの初期強磁性層１６と、Ｍｎ−Ｆｅなどの反強磁性層（ＡＦ）１８と、Ｃｏ、Ｆｅ、パーマロイなどの一定または「固定」型の基準強磁性層（ＦＭＦ）２０と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の薄いトンネル・バリア層２２と、薄いＣｏ−Ｆｅとパーマロイとのサンドイッチなどの柔らかい可変性「自由」強磁性層（ＦＭＳ）２４と、Ｐｔなどの接点層２５とを含む。
【００２０】
自由層は、磁化容易軸（「ＥＡ」）という磁化方向のための好ましい軸を有するように作成されている。この磁化容易軸に沿った自由層の磁化方向として２通りの方向が可能であり、これがメモリ・セルの２通りの状態を定義する。対照的に、基準層は、その単一方向異方性方向という好ましい磁化方向を１つだけ有するように作成することができ、この方向は自由層の磁化容易軸に平行である。自由層の所望の磁化容易軸は、ＭＴＪの固有異方性とひずみ誘導異方性と形状異方性との組合せによって設定される。図示のＭＴＪと自由層は、長さがＬで幅がＷの矩形として作成することができ、ＬはＷより大きい（図２）。自由層の磁気モーメントは、Ｌ方向に沿って整列される傾向がある。
【００２１】
基準層の単一方向異方性方向は、初期強磁性層１６上にＦｅ−Ｍｎ  ＡＦ層１８を成長させることによって設定され、初期強磁性層自体は、ＰｔまたはＣｕまたはＴａなどのテンプレート層１５上で成長する。テンプレート層１５は、初期強磁性層１６内に１１１の結晶学的組織を誘導する。これらの層は、自由層の所望の磁化容易軸に平行に向けられた磁界内に付着され、基準層の所望の固有単一方向異方性方向を作成する。あるいは、ＡＦ層は、ＡＦ材料の耐ブロッキング温度より高い温度まで基板を加熱している間に前記磁化容易軸に平行な十分な大きさの磁界内のテンプレート層上に付着することもできる。この代替実施例では、初期強磁性層１６は不要である。また、付着中の印加磁界方向に沿って磁化を整列する磁気異方性を処理中に発生させるために一定層の磁気ひずみを利用することも可能である。
【００２２】
基準層とＡＦ層との間は交換結合になっているため、基準層の磁化方向は自由層の磁化方向より変更するのが難しい。ビット線とワード線を通る電流によって印加された磁界の範囲内では、この実施例では基準層の磁化方向は一定になるかまたは固定される。基準層の形状異方性は、ＭＴＪの形状異方性に従うものであり、一定層の磁化方向の安定性を追加する。メモリ・セルに書き込むために印加された磁界は、基準層の方向ではなく、自由層の磁化方向を反転させるのに十分な大きさである。したがって、一定層を磁化しても、ＭＲＡＭ内のメモリ・セルの動作中に方向を変更することはない。
【００２３】
アレイ動作中に、十分な大きさの電流がＭＲＡＭの書込み線とビット線の両方を通過すると、書込み線とビット線との交点で結合された電流の自己電磁界は、励起された書込み線とビット線の交点に位置する単一の特定のＭＴＪの自由層の磁化を回転させることになる。電流レベルは、結合された自己電磁界が自由層のスイッチング磁界を超えるように設計されている。この自己電磁界は、基準層の磁化を回転させるために必要な磁界よりかなり小さくなるように設計されている。セル・アレイ・アーキテクチャは、書込み電流がＭＴＪ自体を通過しないように設計されている。メモリ・セルは、ダイオードとＭＴＪを通って基準層からトンネル接合バリアを通り自由層まで（またはその逆）センス電流を垂直に通過させることによって読み取られる。Ａｌ２Ｏ３トンネル・バリアの抵抗はＡｌ２Ｏ３層の厚さに著しく依存し、この層の厚さに応じてほぼ指数関数的に変化するので、これは、電流が主にＡｌ２Ｏ３トンネル・バリアを通って垂直に流れることを意味する。Ａｌ２Ｏ３の厚さを増加するにつれて電荷担体がバリアを通り抜ける確率は著しく低下するので、接合部を通り抜ける唯一の担体は接合層に対して垂直に移動するものになる。メモリ・セルの状態は、書込み電流よりかなり小さいセンス電流がＭＴＪを垂直に通過するときにメモリ・セルの抵抗を測定することによって決まる。このセンス電流または読取り電流の自己電磁界はごくわずかなので、メモリ・セルの磁気状態に影響しない。電荷担体がトンネル・バリアを通り抜ける確率は、自由層と基準層との磁気モーメントの相対整列に依存する。トンネル電流はスピン偏極され、強磁性層の１つ、たとえば、一定層から伝わる電流が主に１つのスピン・タイプ（強磁性層の磁化の配向に応じて、スピン・アップまたはスピン・ダウン）の電子から構成されることを意味する。電流のスピン偏極の程度は、強磁性層とトンネル・バリアとの境界面にある強磁性層を構成する磁性材料の電子バンド構造によって決まる。したがって、第１の強磁性層トンネル・バリアはスピン・フィルタとして動作する。電荷担体が通り抜ける確率は、第２の強磁性層内の電流のスピン偏極と同じスピン偏極の電子状態が得られるかどうかに依存する。通常、第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性層の磁気モーメントに整列されると、第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性層の磁気モーメントに逆整列されたときより多くの電子状態が得られる。したがって、電化担体のトンネル確率は、両方の層の磁気モーメントが整列されたときに最高になり、磁気モーメントが逆整列されたときに最低になる。整列でも逆整列でもなく、モーメントが配置されたときに、トンネル確率は中間値を取る。したがって、セルの電気抵抗は、両方の強磁性層の電流のスピン偏極と電子状態の両方に依存する。その結果、自由層の２通りの磁化方向によって、メモリ・セルの２通りのビット状態（０または１）が明確に定義される。
【００２４】
本発明により、刺激非対称の一形式、すなわち、「軸外れ」磁気バイアスについてまずここで検討する。この点に関して、一定の垂直ハード軸磁界とともに掃引した磁化容易軸磁界を使用して実現した非対称の実験およびシミュレーションの結果は、図６、図７、図９、図１０、図１１に関連して提示する。図６は、この技法を検証するために使用する対称接合形状の平面図である。本発明により、図７のタイミング図を参照すると、磁化容易軸磁界値２１０は傾斜２１５に沿って中立値から正の（保磁）値に掃引され、それにより、磁化を回転させる。ハード軸磁界２２０はこの掃引期間中に一定値２２５に保持される。したがって、磁化を回転させ、その結果、セルにある状態を書き込むために非対称「軸外れ」磁気バイアスが供給される。
【００２５】
図９は、０〜＋／−５０Ｏｅの一定ハード軸バイアスＨｈのそれぞれの値に関して１４個の同様に成形した接合部について測定したヒステリシス・ループのアレイである。各セルは２．７μｍ×１．２μｍの六角形（たとえば、図６）であり、その磁化容易軸はその長いエッジに対して平行に配置されていた。印加された磁化容易軸磁界（Ｈｅ）は下にある基準領域を反転するためには不十分であり、正の磁化容易軸磁界は自由領域と基準領域を反対位置合わせし、その結果、抵抗がより高くなった（ＭＲ％）。
【００２６】
ハード軸バイアスＨｈ＝０Ｏｅ〜＋／−１０Ｏｅの場合、様々なセルのループの類似性の欠落や確認可能なループ領域の欠落（３５８、３５６）を含む、重大な問題を識別することができる。ハード軸バイアスＨｈ＝＋／−２０Ｏｅでは顕著な改善を観測することができ、このハード軸バイアスの場合、妥当なループ領域３５４を識別することができる。ハード軸バイアスをさらに増加すると、よりなめらかでより多くの一定形状ループが得られるが、直角度とループ領域が犠牲になる（３５０、３５２）。
【００２７】
このような測定に加え、図７の一定ハード軸バイアスを使用する刺激非対称に対する本来は対称的な接合部の応答もシミュレートした。２０Ｏｅおよび７０Ｏｅのハード軸バイアスについて、それぞれが厚さ７０オングストロームのパーマロイ層の１×０．５μｍサンプルに関するこのシミュレーション結果を図１０および図１１にそれぞれ示す。各ケースの微小磁性構造を検査すると、外部バイアスがまったくない場合に壁構造が発展したが、２０Ｏｅ以上のバイアスの場合、バイアス磁界を反転したときに発生する磁化の回転が反対称になって有害な微小磁性構造を発生せず、したがって、なめらかなヒステリシス・ループが形成されることが明らかになった。
【００２８】
また、本発明の刺激非対称は、結果的に均一に増大する合計磁界が磁化容易軸に対して所定の角度で印加されるような、掃引した磁化容易軸およびハード軸磁界の両方を使用することにより、動作中に実現することができる。この技法は図８に示すが、同図では、本発明の原理により、磁化容易軸磁界２３０が第１の値から第２の値に掃引される２３５。ハード軸磁界２４０はこの間隔中に同様に掃引される２４５が、値の範囲はより低く、たとえば、磁化容易軸値の１０％になっている。磁界印加の結果的な角度は、磁化の対称が明確に確立される磁界の強さのときにそのパターンの非対称発展を保証するのに十分なハード軸磁界成分が存在するように、十分なものでなければならない。本発明者は、これまでに検討してきたセルの場合、５〜１０度の軸外れ角度が妥当であることが分かった。図８に示す１０％の規模の差は、結果的に磁化容易軸に対して（０．１／１．０）というアークタンジェントの角度または約５．７度になる。
【００２９】
当業者であれば、接合形状などに依存する他の形式の刺激非対称も分かるだろう。一般に、本発明の刺激非対称は、印加された磁化容易軸およびハード軸磁界の規模またはタイミングあるいはその両方の所定の変動によって、セル内で予測可能な磁化パターンの発展が引き起こされることを含む。
【００３０】
前述の刺激非対称の形式、すなわち、印加された磁化容易軸およびハード軸磁界の規模またはタイミングあるいはその両方の変動に加え、非対称を接合部内に物理的に設計することもできる。この技法では、何らかの形式の物理的形状または磁気的非対称あるいはその両方をその中に取り入れるように接合特性を設計する必要がある。
【００３１】
本発明の原理により、しかも図１２の接合部の平面図に示すように、セル形状自体が平行四辺形になるようにゆがみ、非直角の隅を有する、磁化容易軸ＥＡの周りの非対称セル設計を実現することができる。磁化容易軸磁界を掃引する場合とハード軸バイアス磁界がまったくない場合に、このタイプの構造について実行したシミュレーションによると、デバイス形状と一致する非対称磁化が発生する傾向が強く、したがって、対応する明瞭なヒステリシス・ループが得られることが分かっている。
【００３２】
セル・レイアウトに非対称を課すための他の技法を図１３に示す。上記のように、磁気メモリ・セルは通常、ワード線７０１、７０２、７０３と、ビット線７０４、７０５、７０６との交点に配置される。セル７０９はワード線７０１とビット線７０６との交点に配置され、（その細長い形状に沿った）その磁化容易軸がビット線７０６からの印加された可逆磁界と所定の角度（たとえば、５〜１０度）を形成するように、ビット線によって印加される磁界に対して所定の角度に位置決めされる。したがって、このセルはビット線７０６に対して垂直ではなく、たとえば、約５〜１０度の可逆磁気書込み磁界を提供する。
【００３３】
本発明の物理的非対称を課すための他の技法では、磁気接合対称を破断する本来は対称的な接合部内に内部磁気異方性を課すことができ、前述のタイプの非対称と同様のタイプの磁気非対称をもたらすが、セルの実際のレイアウトをゆがめる必要はない。
【００３４】
あるいは、磁気対称を破断するために磁気バイアスを取り入れることができる。
【００３５】
たとえば、図１４ないし図１５を参照すると、その磁化容易軸の周りに本来は対称的に成形されたセル８０９は、その隅で好ましい磁化方向を維持するためにそれに課された内部磁気バイアス８５０を有することができる。このバイアスは、垂直ハード軸に沿ったものにすることができる。
【００３６】
図１５の断面図を参照すると、任意の導電層８２５によって可変性領域８２４、トンネル層８２２、基準領域８２０から分離されたバイアス層８２６を使用して、この内部磁気バイアスを提供することができる。
【００３７】
図１６ないし図１７を参照すると、依然として磁化容易軸（ＥＡ）に沿った２通りのそれぞれの磁化方向を（正反対ではないが、磁化容易軸から約４５度の角度で）課すことができるが、磁気バイアス８５０は正方形のセルの隅８６０を固定し、それにより、セル内の磁化方向の反転を促進する。バイアス８５０は磁化容易軸の周りに磁気非対称をもたらし、この非対称は、セルを形成する有害な微小磁性構造なしで方向反転を促進する。
【００３８】
形状の対称性を維持するが、磁気非対称を課すことにより、アレイ内のセルの密度が悪影響を受けることはない。
【００３９】
前記米国特許に開示されたセルを形成するために使用するのと同じ技法を使用すると、セル・レイアウトをゆがめるかまたは処理中の適切なステップで磁気異方性を組み込むあるいはその両方により、本発明の物理的に非対称のセルを形成することができる。この点に関して、本発明は、前述の物理的に非対称のセルの作成にも関する。
【００４０】
当業者であれば、上記の刺激非対称技法と物理的非対称技法のどのような組合せでも、適切な磁化パターンの発展を保証するために使用できることが分かるだろう。
【００４１】
本発明により提供される非対称の利点の例は、図１８および図１９を検討すると明らかである。完全磁化状態からヒステリシス・ループを開始するときに、通常観察される１つの対称状態と２つの非対称単純状態のエネルギーを計算した。対称接合部のエネルギー計算は図１８に示し、非対称状態１００１、１００２と、対称状態１００３とを有する。非対称状態２００１および２００２と対称状態２００３とを含む、非対称接合部のエネルギーは図１９に示す。これらの状態のエネルギーは、磁化容易軸からの印加磁界角度（度数単位）に対するものとしてグラフ表示されている。印加バイアスがゼロの場合、図１９の非対称接合エネルギー・レベルは、３つのすべての状態のエネルギーが明確に分離しており、特に１つの非対称状態２００２は変化するのに有利な条件になっていることを示している。対照的に、図１８の対称接合では、印加バイアスがゼロの場合、接合部の３通りの可能な状態のいずれについてもエネルギー・レベルの違いはまったくなく、その結果、発展できるようになっている微小磁性状態に関するあいまいさが発生する。したがって、接合形状を非対称的に変更すると、予測可能な磁化パターンの発展を促進することが分かる。
【００４２】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００４３】
（１）交差領域を形成する第１および第２の交差導線と、
前記交差領域に配置され、それに沿って２通りの磁気方向を課すことができる磁気軸を備えた可変性磁気領域を含む磁気メモリ・セルであって、それにより、前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記可変性磁気領域がその磁気軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形される磁気メモリ・セルとを含む、磁気メモリ。
（２）前記磁気メモリ・セルの前記可変性磁気領域が、その隅に非直角の角度を備え、その磁気軸の周りの実質的に平面の平行四辺形として成形される、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（３）その磁気軸が前記第１および第２の交差導線の一方に対して平行になるように前記磁気メモリ・セルが前記交差領域内に配置される、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（４）前記可変性磁気領域が、内部磁気異方性によりその磁気軸の周りに磁気的に非対称に成形される、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（５）バイアスをかけて前記磁気軸の周りに磁気的に非対称の形状をもたらすために前記可変性磁気領域に最も近い磁気バイアス領域をさらに含む、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（６）前記可変性磁気領域が正方形の第１の対の対向する隅同士の間に位置合わせされた磁気軸を有する正方形として実質的に成形され、前記バイアスが前記正方形の第２の対の対向する隅に沿って位置合わせされ、前記バイアスが前記正方形の４つのすべての隅で共通の磁化方向を維持し、それにより、前記磁気軸の周りに前記可変性磁気領域の磁気非対称をもたらし、前記正方形の可変性領域の内部部分で２通りの磁化方向が課される、上記（５）に記載の磁気メモリ。
（７）前記第１および第２の交差導線を含み、前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線と、
前記磁気メモリ・セルを含み、それぞれが前記複数の交差領域のそれぞれ１つに配置され、各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供するようにそれぞれがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形される複数の磁気メモリ・セルとをさらに含む、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（８）前記磁気軸に沿った２通りの磁化方向が互いに正反対である、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（９）前記磁気メモリ・セルが少なくとも１つの磁気トンネル接合から形成される、上記（１）に記載の磁気メモリ。
（１０）磁気メモリを作成するための方法であって、
それにより交差領域を形成する第１および第２の交差導線を設けるステップと、
それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を備えた可変性磁気領域を含み、それにより、前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じてセルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記可変性磁気領域がその磁気軸の周りに実質的に磁気的に非対称に形成される磁気メモリ・セルを前記交差領域に形成するステップとを含む方法。
（１１）前記磁気メモリ・セルの前記可変性磁気領域が、その隅に非直角の角度を備え、その磁気軸の周りの実質的に平面の平行四辺形として成形されるように形成される、上記（１０）に記載の方法。
（１２）その磁気軸が前記第１および第２の交差導線の一方に対して平行になるように前記磁気メモリ・セルが前記交差領域内に形成される、上記（１０）に記載の方法。
（１３）前記可変性磁気領域が、内部磁気異方性によりその磁気軸の周りに磁気的に非対称に成形されるように形成される、上記（１０）に記載の方法。
（１４）バイアスをかけて前記磁気軸の周りに磁気的に非対称の形状をもたらすために前記可変性磁気領域に最も近い磁気バイアス領域を設けるステップをさらに含む、上記（１０）に記載の方法。
（１５）前記可変性磁気領域が正方形の第１の対の対向する隅同士の間に位置合わせされた磁気軸を有する正方形として実質的に成形され、前記バイアスが前記正方形の第２の対の対向する隅に沿って位置合わせされ、前記バイアスが前記正方形の４つのすべての隅で共通の磁化方向を維持し、それにより、前記磁気軸の周りに前記可変性磁気領域の磁気非対称をもたらし、前記正方形の可変性領域の内部部分で２通りの磁化方向が課される、上記（１４）に記載の方法。
（１６）前記第１および第２の交差導線を含み、それにより前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線を設けるステップと、
前記磁気メモリ・セルを含み、各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供するようにそれぞれがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸の周りに実質的に磁気的に非対称に成形されるように形成され、前記複数の交差領域のそれぞれ１つに複数の磁気メモリ・セルのそれぞれを形成するステップとをさらに含む、上記（１０）に記載の方法。
（１７）前記磁気軸に沿った２通りの磁化方向が互いに正反対である、上記（１０）に記載の方法。
（１８）前記磁気メモリ・セルが少なくとも１つの磁気トンネル接合から形成される、上記（１０）に記載の方法。
（１９）交差領域を形成する第１および第２の交差導線と、
前記交差領域に配置され、それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を有する磁気メモリ・セルであって、それにより、前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記磁気軸が前記第１または第２の交差導線のいずれかに対して非平行になるように前記セルが前記交差領域内に配置された磁気メモリ・セルとを含む、磁気メモリ。
（２０）前記第１および第２の交差導線を含み、前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線と、
前記磁気メモリ・セルを含み、それぞれが前記複数の交差領域のそれぞれ１つに配置され、それぞれがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を有し、それにより、それぞれの交差領域を形成するそれぞれの前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、その磁気軸がそのそれぞれの第１またはそのそれぞれの第２の交差導線のいずれかに対して非平行になるように各それぞれのセルがそのそれぞれの交差領域内に配置された複数の磁気メモリ・セルとをさらに含む、上記（１９）に記載の磁気メモリ。
（２１）前記磁気軸が前記第１または第２の交差導線のいずれかと約５度より大きい角度を形成する、上記（１９）に記載の磁気メモリ。
（２２）磁気メモリを作成するための方法であって、
それにより交差領域を形成する第１および第２の交差導線を設けるステップと、
前記交差領域に磁気メモリ・セルを位置決めするステップであって、前記磁気メモリ・セルがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を有し、それにより、前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、前記磁気軸が前記第１または第２の交差導線のいずれかに対して非平行になるように前記セルが前記交差領域内に位置決めされるステップとを含む方法。
（２３）前記第１および第２の交差導線を含み、それにより前記交差領域を含む複数の交差領域を形成する第１および第２の複数の交差導線を設けるステップと、
前記磁気メモリ・セルを含み、前記複数の交差領域のそれぞれ１つに複数の磁気メモリ・セルのそれぞれを位置決めするステップであって、各磁気メモリ・セルがそれに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を有し、それにより、それぞれの交差領域を形成するそれぞれの前記第１および第２の交差導線によりそれに印加された磁気刺激に応じて各セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供し、その磁気軸がそのそれぞれの第１またはそのそれぞれの第２の交差導線のいずれかに対して非平行になるように各それぞれのセルがそのそれぞれの交差領域内に位置決めされるステップとをさらに含む、上記（２２）に記載の方法。
（２４）その磁気軸が前記第１または第２の交差導線のいずれかと約５度より大きい角度を形成するように前記磁気メモリ・セルが位置決めされる、上記（２２）に記載の方法。
（２５）それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を備えた可変性磁気領域を含む磁気メモリ・セルをその中に有し、それにより、それに印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供する磁気メモリにおいて、前記２通りの磁化方向間で前記可変性磁気領域を変化させるための方法であって、
前記軸に対して非平行の方向に前記可変性領域に前記磁気刺激を印加するステップを含む方法。
（２６）前記印加ステップが、結果的な磁気刺激が前記磁気軸に対して非平行の方向に前記可変性領域に印加されるように前記磁気軸に対して配置された線を使用することを含む、上記（２５）に記載の方法。
（２７）前記磁気軸が前記線に対して垂直にならないように前記線および前記可変性磁気領域が配置される、上記（２６）に記載の方法。
（２８）前記磁気軸が約５度より大きい角度だけ前記線に対して垂直にならないように前記線および前記可変性磁気領域が配置される、上記（２７）に記載の方法。
（２９）前記印加ステップが、
前記セルの最も近くで交差するそれぞれの第１および第２の線からの第１および第２の磁気刺激を使用し、前記磁気刺激の前記方向が前記第１および第２の磁気刺激のそれぞれの規模またはタイミングあるいはその両方に応じて達成されることを含む、上記（２５）に記載の方法。
（３０）前記第１および第２の磁気刺激を使用することが、
前記第２の磁気刺激の介在値が前記第１の磁気刺激のそれぞれの介在値のうちの一定の割合を含み、それにより、結果的に前記磁気刺激に対して非平行の前記方向に前記磁気刺激が印加されるように、それぞれの第１の値からそれぞれの第２の値に前記第１および第２の両方の磁気刺激を同時に掃引することを含む、上記（２９）に記載の方法。
（３１）前記磁気軸に対して非平行の前記方向が約５度になるように前記一定の割合が約１０％である、上記（３０）に記載の方法。
（３２）前記第１および第２の磁気刺激が互いに垂直に印加され、前記線の一方が前記磁気軸に対して平行になるように、前記第１および第２の線が前記セルの最も近くで互いに垂直に交差する、上記（３０）に記載の方法。
（３３）それに沿って２通りの磁化方向を課すことができる磁気軸を備えた可変性磁気領域を含む磁気メモリ・セルをその中に有し、それにより、それに印加された磁気刺激に応じて前記セルが変化可能な２通りのそれぞれの状態を提供する磁気メモリにおいて、前記２通りの磁化方向間で前記可変性磁気領域を変化させるための方法であって、
前記可変性領域に前記磁気刺激を印加するステップであって、前記セルの最も近くで交差するそれぞれの第１および第２の線からの第１および第２の磁気刺激を使用し、前記磁気刺激の前記方向が前記第１および第２の磁気刺激のそれぞれの規模またはタイミングあるいはその両方に応じて達成されることを含むステップを含む方法。
（３４）前記第１および第２の磁気刺激を使用することが、
前記第２の磁気刺激を一定値に保持しながら第１の値から第２の値に前記第１の磁気刺激を掃引することを含む、上記（３３）に記載の方法。
（３５）前記第１および第２の磁気刺激が互いに垂直に印加され、前記線の一方が前記磁気軸に対して平行になるように、前記第１および第２の線が前記セルの最も近くで互いに垂直に交差する、上記（３４）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】交差するビット線とワード線との交点にある複数の磁気メモリ・セルと、個々の磁気トンネル接合メモリ・セルとを有するＭＲＡＭアレイを示す図である。
【図２】交差するビット線とワード線との交点にある複数の磁気メモリ・セルと、個々の磁気トンネル接合メモリ・セルとを有するＭＲＡＭアレイを示す図である。
【図３】理想的な磁気トンネル接合メモリ・セルの印加された磁化容易軸磁界に対する測定抵抗を示す理想的なヒステリシス・ループを示す図である。
【図４】その中に複合微小磁性構造を有し、左右対称に形成された磁気メモリ・セル・サンプルの磁化パターンを示す図である。
【図５】図４の磁気メモリ・セル・サンプル領域の計算ヒステリシス・ループを示す図である。
【図６】本発明の刺激非対称技法を妥当性検査するために使用する、その磁化容易軸の周りで対称的なサンプル磁気メモリ・セルの平面形状の平面図である。
【図７】本発明の刺激非対称の代替実施形態により磁気メモリ・セルの書込み中に印加される磁化容易軸およびハード軸磁界のそれぞれのタイミング図である。
【図８】本発明の刺激非対称の代替実施形態により磁気メモリ・セルの書込み中に印加される磁化容易軸およびハード軸磁界のそれぞれのタイミング図である。
【図９】図６のサンプルに図７の一定ハード軸バイアス磁界の異なるそれぞれの値を使用して測定したヒステリシス・ループのアレイである。
【図１０】２０Ｏｅの一定ハード軸バイアスについてシミュレートしたヒステリシス・ループである。
【図１１】７０Ｏｅの一定ハード軸バイアスについてシミュレートしたヒステリシス・ループである。
【図１２】その磁化容易軸の周りに非対称形状を有し、本発明の物理的非対称原理により形成された磁気メモリ・セルの平面図である。
【図１３】セルがビット線とワード線との交点に形成され、各セルがビット線またはワード線のいずれかに対して非平行のその磁化容易軸を有し、本発明の物理的非対称原理により形成された磁気メモリ・アレイの平面図である。
【図１４】本来は対称的に成形されたセル内の磁気非対称を破断するために内部磁気バイアスを使用する、本発明の物理的非対称原理により形成された磁気メモリ・セルの平面図である。
【図１５】本来は対称的に成形されたセル内の磁気非対称を破断するために内部磁気バイアスを使用する、本発明の物理的非対称原理により形成された磁気メモリ・セルの断面図である。
【図１６】図１４ないし図１５のバイアスをかけた磁気的に非対称のセルの２通りの磁化方向を示す図である。
【図１７】図１４ないし図１５のバイアスをかけた磁気的に非対称のセルの２通りの磁化方向を示す図である。
【図１８】印加された磁化容易軸磁界を除去したときに交差する磁気メモリ・セルの３通りの状態のエネルギー図であり、磁気メモリ・セルの予測不能状態を示す図である。
【図１９】磁化容易軸磁界を除去したときに予測可能状態を保持する、本発明の原理により形成された磁気メモリ・セルのエネルギー図である。
【符号の説明】
６２４  磁気メモリ・セル
ＥＡ  磁化容易軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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