(57)【要約】      （修正有）【課題】MRAMメモリセルの磁気的な安定性を提供するための装置および方法の提供。【解決手段】メモリセル612の磁気的な安定性を提供する方法を含む。メモリセル612は、一般に導線614に近接して配置され、かつメモリセル612の磁気的な状態を設定することができる書込み機構に近接して配置される。本方法は、書込み機構から利用可能な最大の磁界強度の表現を受け取ることを含む。書込み機構がメモリセル612の磁気的な状態を変更できるようにしながら、メモリセル612の安定性を提供するために、導線に対するメモリセル612の所望の位置を生成することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリセル（６１２）の磁気的な安定性を提供する方法であって、そのメモリセル（６１２）が導線（６１４）に近接して配置され、かつ前記メモリセル（６１２）の磁気的な状態を設定することができる書込み機構に近接して配置されており、その方法が、
前記書込み機構から利用可能な最大の磁界強度の表現を受け取ることと、
前記書込み機構が前記メモリセル（６１２）の前記磁気的な状態を変更できるようにしながら、前記メモリセル（６１２）の安定性を提供するために、前記導線（６１４）に対する前記メモリセル（６１２）の所望の位置を生成することとを含む、方法。
【請求項２】
前記書込み機構が書込み線である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記書込み線がクラッディング（６１０）される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記クラッディングされた書込み線が、ｕ字形である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記書込み線が、クラッディングされない側面を除く全ての側面をクラッディングされ、そのクラッディングされない側面が前記メモリセル（６１２）の方向に向けられる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の導線が書込み線である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記導線が書込み線ではない、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導線に対する前記メモリセルの所望の位置を生成することが、前記メモリセル（６１２）と前記書込み線との間の所望の距離を求めることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記書込み線に対する前記メモリセル（６１２）の所望の位置を生成することが、前記メモリセル（６１２）と前記書込み線（６１４）との間の所望の重なりを求めることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記メモリセル（６１２）の所望の形状を求めることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電子メモリに関する。より詳細には、本発明は、磁気メモリセルの安定性を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性メモリは、メモリに接続された電源がオフされたときでも、その内容（データ）を保持するメモリである。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、１つのタイプの不揮発性メモリである。ＭＲＡＭは、ＭＲＡＭ内のＭＲＡＭセルの磁界の向きを設定することにより、論理状態、すなわちビットを格納することを含む。磁界の向きは、ＭＲＡＭセルへの電源がオフされた場合でも、そのままである。
【０００３】
図１は、ＭＲＡＭセル１００を示す。ＭＲＡＭメモリセル１００は、軟磁性領域１２０と、誘電体領域１３０と、硬磁性領域１１０とを含む。軟磁性領域１２０内の磁化の向きは固定されず、矢印Ｍ１によって示されるような２つの安定した向きを呈することができる。硬磁性領域１１０（ピン留めされた磁性領域とも呼ばれる）は、矢印Ｍ２によって示されるような固定された磁気的な向きを有する。誘電体領域１３０は一般的に、軟磁性領域１２０と硬磁性領域１１０との間に電気的な絶縁を提供する。
【０００４】
ＭＲＡＭメモリセルは一般的に、ワード線（ＷＬ）とビット線（ＢＬ）との交点に近接して配置される。ワード線およびビット線は、メモリセルの磁気的な状態を設定するために、またはメモリセルの現在の磁気的な状態を検出するために使用され得る。また、図１は、ＭＲＡＭメモリセル１００の磁気的な状態を設定するためにも使用され得る隣接したワード線も含む。矢印１５０によって示されるような磁界が、隣接したワード線を介して流れる電流Ｉによって誘導され得る。誘導された磁界は、ＭＲＡＭメモリセル１００の磁気的な状態を設定することができる。
【０００５】
前述されたように、軟磁性領域１２０の磁化の向きは、２つの安定した向きを呈することができる。これら２つの向きは、硬磁性領域１１０の磁気的な向きに対して平行か、または反平行かのいずれかであり、ＭＲＡＭメモリセル１００の論理状態を決定する。
【０００６】
ＭＲＡＭメモリセルの磁気的な向きは、ワード線およびビット線を介して流れる電流を制御することによって、それゆえ、それらの電流によって誘導される対応する磁界によって設定（書き込まれる）され得る。ワード線およびビット線は、選択されたメモリセルの磁化の向きを切り替える（すなわち、メモリセルに書込みを行う）ように協働して動作するので、ワード線およびビット線はまとめて書込み線と呼ぶことができる。さらに、書込み線を用いて、メモリセルに格納された論理値を読み出すこともできる。ビット線およびワード線に加えられる電流は、ビット線およびワード線を介して流れる電流の方向に応じて、それゆえビット線およびワード線を介して流れる電流によって生成される、誘導された磁界の方向に応じて、軟磁性層の磁化の向きを設定する。
【０００７】
ＭＲＡＭメモリセルは、ＭＲＡＭメモリセルの両端の抵抗を検出することにより読み出される。その抵抗は、ワード線およびビット線を通じて検出される。一般的に、磁気メモリセルの論理状態（たとえば、「０」または「１」）は、データ層および基準層の磁化の相対的な向きに依存する。たとえば、トンネル磁気抵抗メモリセル（トンネル接合メモリセル）では、データ層および基準層にわたって電位によるバイアスがかけられるとき、中間層（一般にトンネル障壁層と呼ばれる薄い誘電体層）を通ってデータ層と基準層との間で電子が移動する。障壁層を介した電子の移動を生じさせる現象は、量子力学的トンネル現象またはスピントンネル現象と呼ばれる場合もある。メモリセルの抵抗を測定することにより、論理状態を判定することができる。たとえば、そのデータ記憶層の磁化の全体的な向きが、基準層の磁化のピン留めされた向きに対して平行である場合には、磁気メモリセルは低抵抗の状態にある。逆に、そのデータ記憶層の磁化の全体的な向きが、基準層の磁化のピン留めされた向きに対して反平行である場合には、トンネル接合メモリセルは高抵抗の状態である。前述のように、磁気メモリセルに格納されたビットの論理状態は、データ層の磁化の全体的な向きを変更する外部磁界をかけることにより書き込まれる。外部磁界は、磁気メモリセルを高抵抗状態と低抵抗状態との間で切り替える切替え磁界と呼ばれる場合もある。
【０００８】
データ層の磁気的な安定性は重要である。すなわち、一旦、外部からかけられる磁界によってデータ層の状態が設定されたなら、外部磁界がもう一度かけられるまで、データ層の磁気的な状態は同じままであることが望ましい。
【０００９】
種々の要因がＭＲＡＭメモリセルの安定性に影響を及ぼす可能性がある。たとえば、ある特定の形状のメモリセルは他の形状よりも安定している。さらに、メモリセルに近接する導線がメモリセルの安定性に影響を及ぼす可能性がある。
【００１０】
ＭＲＡＭメモリセルの安定性を維持することは重要ではあるが、書込み線およびビット線がＭＲＡＭメモリセルの論理状態を変更することができることも重要である。すなわち、外部からかけられる書込み磁界によって、ＭＲＡＭメモリセルへの書込みを良好に行うことができないほど、安定しすぎてはならない。
【００１１】
図２は、ＭＲＡＭメモリセルのアレイ２１０を示す。ＭＲＡＭメモリセルのそれぞれの論理状態は、ビット線（ＢＬ）およびワード線（ＷＬ）を通じて外部から磁界をかけることにより、磁気的に設定され得る。一般的に、ビット線およびワード線の選択は、行デコーダ２２０および列デコーダ２３０を通じて行われる。メモリセルの論理状態は、センス増幅器２４０によって判定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＲＡＭメモリセルのそれぞれの安定性は、概ね同じであることが望ましい。すなわち、メモリセルのそれぞれに書込みを行うために必要な磁界強度（より正確には、メモリセルの磁気的な状態を変化させるために必要な磁界）は、メモリセル間で一致していることが望ましい。
【００１３】
メモリセルの安定性を確保するために、導線に対する所望のメモリセル位置を提供し、かつ所望のメモリセル形状を提供するための方法および装置を有することが望ましい。その方法および装置は、メモリセルの書込み磁界がメモリセルの論理状態を一貫して変更することができるようなメモリセル位置およびメモリセル形状を提供することがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、メモリセルの安定性を確保するために、導線に対する所望のメモリセル位置を提供し、かつ所望のメモリセル形状を提供するための方法および装置を含む。その方法および装置は、メモリセルの書込み磁界がメモリセルの論理状態を一貫して変更することができるようなメモリセル位置およびメモリセル形状を提供する。
【００１５】
本発明の一実施形態は、メモリセルの磁気的な安定性を提供する方法を含む。メモリセルは、一般に導線に近接して配置され、かつメモリセルの磁気的な状態を設定することができる書込み機構に近接して配置される。本方法は、書込み機構から利用可能な最大の磁界強度の表現を受け取ることを含む。書込み機構がメモリセルの磁気的な状態を変更できるようにしながら、メモリセルの安定性を提供するために、導線に対するメモリセルの所望の位置を生成することができる。
【００１６】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を一例として示す、添付図面に関連してなされる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＭＲＡＭメモリセルの磁気的な安定性を提供するための装置および方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
例示のための図面に示されるように、本発明は、メモリセルの磁気的な安定性を提供するための装置および方法において具現化され、そのメモリセルは、メモリセルの磁気的な状態を設定することができる書込み線に近接して配置される。
【００１９】
図３は、ある特定の形状を有するＭＲＡＭメモリセルが状態を変更するために必要とされる、外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。第１の軸はＨｘ軸であり、第２の軸はＨｙ軸である。磁気メモリセルは一般的に、Ｘ軸およびＹ軸によって物理的に表され得る。後に説明されるように、概して、説明されるＭＲＡＭメモリセルのＸ軸は、ＭＲＡＭメモリセルの最も長い断面寸法に対応する。一般的に、ＭＲＡＭメモリセルの最も長い断面寸法は、ＭＲＡＭメモリセルの最も安定した磁気的な向きに対応する。したがって、ＭＲＡＭメモリセルのＸ軸は一般的に、ＭＲＡＭメモリセルの最も安定した磁気的な向きである。結果として、ＭＲＡＭセルの２つの安定した磁気的な向きは一般的に、メモリセルのＸ軸によって定義されるような２つの磁気的な向きを含む。
【００２０】
図３は、磁気メモリセルの磁気的な向きを「反転」または変化させるために必要な磁界強度を示す。たとえば、図３のグラフの第１象限３０５は、種々の値のＨｘ磁界がかけられる場合に、ＭＲＡＭメモリセルが磁気的な状態を変更するために必要なＨｙ磁界を示す。第１の切替え点３１０は、Ｈｙ磁界強度が第１のレベルＨｙ１である場合に、メモリセルの磁気的な状態を変化させるために必要なＨｘ磁界強度が第１のレベルＨｘ１であることを示唆する。第２の切替え点３２０は、Ｈｙ磁界強度が第２のレベルＨｙ２である場合に、メモリセルの磁気的な状態を変化させるために必要なＨｘ磁界強度が第２のレベルＨｘ２であることを示唆する。第２の切替え点３２０の必要なＨｘ２磁界強度は、第１の切替え点３１０の必要なＨｘ１磁界強度よりも大きい。
【００２１】
概して、ＭＲＡＭメモリセルの安定性が高くなると、ＭＲＡＭメモリセルが状態を変更するために必要な磁界強度は大きくなる。図３に対応するＭＲＡＭメモリセルは、ＭＲＡＭメモリセルが状態を変更するために、より大きなＨｘ磁界強度が必要とされるので、Ｈｙ磁界強度Ｈｙ２がかけられる場合に、より安定している。
【００２２】
図３に示される磁界強度切替え曲線の形状は一般的に、楕円形のメモリセル形状に対応する。それぞれの他のメモリセル形状および磁気的な安定性は、後述される。
【００２３】
図４は、種々のレベルの磁気的な安定性を有するメモリセルの実現可能な形状を示す。方位指示子４０５は種々のメモリセル形状の相対的なＸ軸およびＹ軸の向きを示す。一般的に、Ｘ軸はメモリセルの最も長い断面寸法に対応する。メモリセルのそれぞれのＸ軸は一般的に、メモリセルの最も安定した磁気的な向きに対応する。
【００２４】
第１のメモリセル形状４１０は、メモリセル４１０の各端部にメモリセルの大部分が存在することを含む。メモリセルのＸ軸寸法は、メモリセルのＹ軸寸法よりも著しく大きい。図４に示されるメモリセル形状の中では、メモリセル形状４１０は典型的には最も安定している。
【００２５】
第２のメモリセル形状４２０は楕円形の形状を含む。第１のメモリセル形状４１０の場合のように、このメモリセルのＸ軸寸法はＹ軸寸法よりも著しく大きい。第２のメモリセル形状４２０は、各端部において、第１のメモリセル形状４１０よりも含まれるメモリセル材料が少ない。第２のメモリセル形状４２０は一般的に非常に安定していると考えられるが、第１のメモリセル形状４１０よりも安定性は低い。
【００２６】
第３のメモリセル形状４３０は長方形の形状を含む。第１のメモリセル形状４１０の場合のように、このメモリセルのＸ軸寸法はＹ軸寸法よりも著しく大きい。第３のメモリセル形状４３０は、各端部において、第１のメモリセル形状４１０よりも含まれるメモリセル材料が少ない。第３のメモリセル形状４３０は一般的に非常に安定していると考えられるが、第１のメモリセル形状４１０または第２のメモリセル形状４２０よりも安定性は低い。
【００２７】
第４のメモリセル形状４４０は円形の形状を含む。他のメモリセル形状４１０、４２０、４３０の場合とは異なり、このメモリセルのＹ軸寸法は、Ｘ軸寸法と実質的に同じである。第４のメモリセル形状の磁気的な向きは非常に不安定である。このメモリセル形状は、メモリセルが非常に容易に磁気的な向きを変更するので望ましくない。
【００２８】
前述されたように、メモリセルを反復可能に製造する能力は非常に重要である。前述のように、メモリセルの形状はメモリセルの磁気的な安定性に影響を及ぼす。メモリセルのアレイ内では、各メモリセルの磁気的な切替え特性が概ね同じであることが望ましい。これは、メモリセルの磁気的な状態を反転するために最大磁界強度を利用できるようにしながら、メモリセルができる限り安定しているように構成されるべきであるので望ましい。最大の利用可能な磁界強度は、全てのメモリセル状態を切り替えることができるはずであり、一方、メモリセルはそれぞれできる限り安定しているように構成される。第２のメモリセル形状４２０は一般的に、第１のメモリセル形状４１０または第３のメモリセル形状４３０よりも反復可能に製造するのが容易である。したがって、ある特定の状況において、動作の一貫性に起因して、第２のメモリセル形状４２０が好ましい。
【００２９】
図５は、種々のメモリセル形状について、ＭＲＡＭメモリセルが形状を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【００３０】
第１の曲線５１０は、０．１８μｍのＹ軸寸法および０．３６μｍのＸ軸寸法を有する楕円形のメモリセルに対する磁気切替え曲線を表す。第２の曲線５２０は、０．１８μｍのＹ軸寸法および０．２７μｍのＸ軸寸法を有する楕円形のメモリセルに対する磁気切替え曲線を表す。第３の曲線５３０は、０．１８μｍのＹ軸寸法および０．３６μｍのＸ軸寸法を有する長方形のメモリセルに対する磁気切替え曲線を表す。第４の曲線５４０は、０．１８μｍのＹ軸寸法および０．２７μｍのＸ軸寸法を有する長方形のメモリセルに対する磁気切替え曲線を表す。
【００３１】
磁気メモリセルが状態を切り替えられるようにするために必要な磁界強度は、コンピュータ支援シミュレーションおよびランダウ−リフシッツ方程式によって求められ得る。より厳密には、以下の式が解かれる。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
ただし、Ｍは磁化ベクトルであり、Ｈｅｆｆは異方性項および雑音項を含む実効磁界であり、ｔは時間であり、ｒは３次元空間座標を表し、λは減衰パラメータであり、γは磁気回転定数である。
【００３４】
種々の書込み電流および動作条件に対する磁気メモリセルの応答は、反復法を用いて、３次元形状を離散化してランダウ−リフシッツ方程式を解くコンピュータシミュレーションによって得られる。センス層、基準層、クラッディングおよび導体の厳密な形状、ならびに材料の特性（たとえば、結晶異方性、飽和磁化および交換定数）および熱雑音が含まれる。
【００３５】
図５のシミュレーション条件には、センス層がＮｉＦｅから形成され、導体が銅から形成され、およびクラッディングがＮｉＦｅから形成されることが含まれる。メモリセルと導体との間の間隔は０．１μｍであると想定された。基準層はＩｒＭｎ／ピン留めされたＮｉＦｅ層であると想定された。
【００３６】
これらのグラフは、磁気メモリセル形状のＸ軸寸法が増すと、メモリセルの磁気的な安定性も増すことを明らかに示す。さらに、これらのグラフは、Ｈｘのレベルが低くなると、０．３６μｍのＸ軸寸法を有する楕円形のメモリセルが一般的に最も安定した形状であることを示す。
【００３７】
コンピュータシミュレーションは、最大の利用可能な書込み磁界強度がメモリセルにかけられるときに、メモリセルが状態を確実に変更できるようにしながら、最大の安定性を提供するメモリセル形状を判定することにより、最適なメモリセル形状を提供することができる。
【００３８】
図６は種々の形状の導線６１４、６２４、６３４に近接して配置されるメモリセル６１２、６２２、６３２を示す。図６の導線６１４、６２４、６３４はそれぞれ、メモリセル６１２、６２２、６３２と相互作用するｕ字形のクラッディング６１０、６２０、６３０を含む。種々の形状の導線６１４、６２４、６３４は、メモリセル６１２、６２２、６３２のｕ字形の開口部に対するメモリセル６１２、６２２、６３２の種々の度合いの重なりを提供する。
【００３９】
ｕ字形という言い方は大まかに用いられている。すなわち、導線は、メモリセル６１２、６２２、６３２に面する、すなわち最も近い側面を除く全ての側面上にクラッディングを含む。導線６１４、６２４、６３４は実際には長方形の形状である。
【００４０】
種々の度合いの重なりは、メモリセル６１２、６２２、６３２とｕ字形のクラッディング６１０、６２０、６３０との間に種々のレベルの結合を与える。重なりは、メモリセルの幅Ｗ１が導線の幅Ｗ２に対して如何に大きいかを定義する。重なりの量を用いて、メモリセル６１２、６２２、６３２の安定性に関する付加的な制御を与えることができる。
【００４１】
クラッディング６１０、６２０、６３０は、典型的には強磁性材料であり、ＮｉＦｅとすることができる。導線６１４、６２４、６３４は、導線６１４、６２４、６３４を介して伝えられる外部から供給された書込み電流に応答して、書込み磁界を生成することができる。書込み磁界は、実質的に強磁性クラッディング内に閉じ込められる。基本的に、強磁性クラッディングは、導線６１４、６２４、６３４の周囲に閉じた磁気経路（磁束閉路）を提供する。導体を介して所定の大きさおよび方向の書込み電流を流すことにより、メモリセルの軟強磁性センス層において既知の方向に磁化の向きを設定するのに十分に強い、結果としての書込み磁界が生成される。強磁性クラッディングは、隣接するメモリセルの強磁性データ層に格納されたデータと干渉するか、またはデータを破損する可能性があるフリンジ磁界を実質的に減衰させる。強磁性クラッディングは一般に、書込み磁界がクラッディング内に実質的に閉じ込められることを保証するように設計された仕様通りの厚みを含む。
【００４２】
クラッディングは２つの機能を提供する。第１に、クラッディングは、導線を介して伝えられる書込み電流によって生成される書込み磁界を集中させる。したがって、メモリセルの磁気的な向きを変更するために必要な電流の大きさは、クラッディングが存在しなかった場合よりも小さくなる。第２に、クラッディングはメモリセルのさらなる安定性を提供する。すなわち、クラッディングの存在は、クラッディングに近接したメモリセルが予期せずに状態を変更する可能性を低減する。
【００４３】
図６の導線の実施形態の場合、クラッディング６１０、６２０、６３０の形状は、メモリセルのＸ軸（図６においてＷ１として示される）に対するクラッディングの開口部（図６にＷ２として示される）のサイズの比（Ｗ２／Ｗ１）によって特徴付けられ得る。第１の実施形態６０５は、Ｗ１に実質的に等しいＷ２を含む。第２の実施形態６１５は、Ｗ１よりも小さいＷ２を含む。第３の実施形態６２５は、Ｗ１よりも大きいＷ２を含む。
【００４４】
図７は、導線に近接して配置されたＭＲＡＭメモリセルが、導線と種々の度合いの重なりを含むために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。そのグラフは、種々のＷ２／Ｗ１比の場合に、メモリセルが状態を切り替えるために必要な磁界の変化を示す。
【００４５】
第１の曲線７１０は導線によって生成される磁界を示しており、第２の曲線７２０は、メモリセルが磁気的な状態を変更するために必要な磁界を示す。最適なＷ２／Ｗ１の比は約０．７５〜１．０である。この比では、２つの曲線７１０、７２０はほぼ等しい。しかしながら、さらに重要な点は、生成される磁界７１０は、メモリセルが磁気的な状態を変更するために必要な磁界７２０よりも大きいことである。導線およびメモリセルの物理的な特性が変化する場合には、最適な比は変更することができる。
【００４６】
やはり、図７において磁気メモリセルが状態を切り替えるために必要な磁界の強度は、コンピュータ支援シミュレーションおよび上述のランダウ−リフシッツ方程式によって求められ得る。
【００４７】
メモリセルの重なりおよびメモリセルの形状は、非常に相互に依存することは理解されたい。たとえば、メモリセルとクラッディングとの間の重なりの量が大きい正方形のメモリセルは、非常に安定している。長方形のメモリセルの縦横比を大きくしていくときに、重なりを大きくすることにより、同じ結果が効果的に与えられる。基本的には、メモリセルの重なりの表面積が大きくなると、メモリセルの安定性も高くなる。
【００４８】
図８は、ｕ字形の導線から種々の距離に配置されるメモリセルを示す。第１のメモリセル８１０は、クラッディング８１４を含む第１の書込み線８１２から第１の距離Ｄ１に配置される。第２のメモリセル８２０は、クラッディング８２４を含む第２の書込み線８２２から第２の距離Ｄ２に配置される。
【００４９】
一般的に、ＭＲＡＭメモリセルがクラッディング（被覆）された書込み線に近くなると、メモリセルと書込み線との間の結合は大きくなる。それゆえ、メモリセルとクラッディングされた書込み線との間の距離を制御することによっても、メモリセルの安定性を制御することができる。図８では、Ｄ１はＤ２より大きい。したがって、第１のメモリセル８１０は概して、第２のメモリセル８２０よりも安定性が低い。
【００５０】
図９は、図８の導線から種々の距離に配置されるＭＲＡＭメモリセルが、状態を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【００５１】
やはり、図８において磁気メモリセルが状態を切り替えるために必要な磁界強度が、コンピュータ支援シミュレーションおよび上述のランダウ−リフシッツ方程式によって求められ得る。
【００５２】
メモリセルとクラッディングされた書込み線との間の距離が短くなると、書込み線の強磁性クラッディングとメモリセルのデータ薄膜との間の結合が大きくなる。その距離が０である（すなわち、メモリセルおよび書込み線が互いに物理的に接触している）とき、メモリセルと書込み線との間の結合は最大になる。その結合は、メモリセルと書込み線との間の交換相互作用と、メモリセルと書込み線との間の静磁気的な相互作用とに起因する。交換相互作用は、互いに隣接するスピンを保持する、メモリセルと書込み線との間の短距離のスピン相互作用に起因して引き起こされる。静磁気的な相互作用または減磁相互作用は、磁性体間に存在する相互作用である。
【００５３】
メモリセルと導電性の書込み線との間の結合は、メモリセルの縦横比（長さ／幅）を有効に大きくする。すなわち、メモリセルは、結合によってさらに安定する傾向がある。結合が強すぎる場合には、メモリセルは安定しすぎるので、メモリセルの状態を変化させるために利用可能な磁界強度の制約に起因して、メモリセルの磁気的な状態を切り替えることができなくなる可能性がある。
【００５４】
メモリセルと導電性の書込み線との間の距離が０より大きい場合には、メモリセルと書込み線のクラッディングとの間の交換相互作用が除去され、静磁気的な相互作用のみが残される。
【００５５】
メモリセルと導電性書込み線のクラッディングとの間の距離が大きくなると、メモリセルとクラッディングとの間の結合は減少する。したがって、メモリセルの安定性は低くなる。
【００５６】
第１の曲線９１０は導線によって生成される磁界を示しており、第２の曲線９２０は、メモリセルが磁気的な状態を変更するために必要な磁界を示す。この実施形態の最適な距離は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの離隔距離とすることができる。この離隔距離以内で、導線によって生成される書込み磁界は、メモリセルの状態を変更するために必要な書込み磁界に概ね等しい。
【００５７】
メモリセルの形状、メモリセルと書込み機構との間の重なりの量、およびその間の距離の全てを用いて、メモリセルの安定性と、書込み磁界を生成する能力との間の実用的なトレードオフを変更することができる。
【００５８】
図１０は、本発明の一実施形態によるメモリセルの安定性を提供する方法を示す流れ図である。この実施形態は、メモリセルの磁気的な安定性を提供する方法を含む。メモリセルは、メモリセルの磁気的な状態を設定することができる書込み線に近接して配置され得る。
【００５９】
第１のステップ１０１０は、書込み機構から利用可能な最大の磁界強度の表現を受け取ることを含む。利用可能な最大の磁界強度は、ビット線およびワード線を介して流れることができる電流の量の制約に起因して制限される可能性がある。ワード線およびビット線を介して伝えられる電流は、ワード線およびビット線によって生成される熱によって制限される可能性がある。さらに、電流は、エレクトロマイグレーションによって制限される可能性がある。その表現は、多くの異なる形態で到来することができる。たとえば、書込み機構は導線とすることができる。導線の製造には、導線が好ましいサイズからなることが必要とされる。導線のサイズは、導線によって伝えられる電流の量、それゆえ利用可能な最大の磁界強度を制限する可能性がある。導線によって伝えられる電流は、導線によって損失され得る電力の量によって制限される可能性がある。
【００６０】
第２のステップ１０２０は、書込み機構がメモリセルの磁気的な状態を変更できるようにしながら、メモリセルの安定性を提供するために、導線に対するメモリセルの所望の位置を生成することを含む。
【００６１】
書込み線に対するメモリセルの所望の位置を生成することは、メモリセルと導線との間の所望の距離を求めることを含むことができる。さらに、導線に対するメモリセルの所望の位置を生成することは、メモリセルと書込み線との間の所望の重なりを求めることを含むことができる。
【００６２】
メモリセルの磁気的な安定性を提供する方法はさらに、メモリセルの所望の形状を求めることを含むことができる。所望の形状は、その形状によって与えられる安定性によって、かつその形状が如何にして繰返し可能に製造され得るかによって影響を受ける可能性がある。
【００６３】
書込み機構は一般的に一対の書込み線を含む。書込み線は一面を除く全ての側面においてクラッディングされ得る。一般的に、クラッディングされない面はメモリセルの方向に向けられる。望ましい磁性クラッディング材料は、ＮｉＦｅを含むことができる。一般的に、磁性クラッディングは軟強磁性材料を含むことができる。
【００６４】
クラッディングされた導線は、基板に形成され得る。基板に形成されたトレンチ内に誘電体が形成され得る。誘電体は化学的機械的工程によって平坦化され得る。トレンチは、クラッディングの一部を形成することになる高透磁率の軟磁性材料を堆積する前に誘電体に形成され得る。クラッディングの一部は、トレンチの側壁がトレンチの底面と概ね同じ厚みまでコーティングされるように、等方性工程を用いて堆積され得る。クラッディングに用いられる材料は、磁気的に軟らかい材料である。すなわち、その材料は、割れまたは多くの空隙を生じることなく、その断面を通して連続している磁気コアとして機能するのに十分な透磁性を有する。別のトレンチが、クラッディングを等方性に堆積する結果として形成される。そのトレンチは、電気めっきまたは他の適当な堆積工程を用いて導線を形成するための銅のような導電性材料で満たされる。その構造全体が、化学的機械的研磨工程を用いて平坦化され得る。
【００６５】
本発明の特定の実施形態が説明および図示されてきたが、本発明は、そのように説明され、図示された特定の形態または部品の配置に限定されるべきではない。本発明は添付の請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来技術のＭＲＡＭメモリセルを示す図である。
【図２】ＭＲＡＭメモリセルのアレイを示す図である。
【図３】ある特定の形状を有するＭＲＡＭメモリセルが、状態を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【図４】種々のレベルの磁気的な安定性を有するメモリセルの実現可能な形状を示す図である。
【図５】図４の形状を有するＭＲＡＭメモリセルが、状態を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【図６】様々な形状のＵ字形の導線に近接して配置されるメモリセルを示す図である。
【図７】図６の導線に近接して配置されるＭＲＡＭメモリセルが、状態を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【図８】Ｕ字形の導線から種々の距離に配置されるメモリセルを示す図である。
【図９】図８のＵ字形の導線から種々の距離に配置されたＭＲＡＭメモリセルが、状態を変更するために必要な外部からかけられる磁界の強度を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態によるメモリセルの安定性を提供する方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００６７】
610、620、630  クラッディング
612、622、632  メモリセル
614、624、634  導線
【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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