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Dies ist eine Teilfortsetzungsanmeldung ("continuation-in-part application")
der am 18. Dezember 1997 angemeldeten US-Patentveröffentlichung mit der Serien-Nr.
08/993,009 und dem Titel "Self-Aligned Wordline Keeper and Method
of Manufacture Therefor".
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Querverweis
auf parallel anhängige
Veröffentlichungen
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Die vorliegende Anmeldung bezieht
sich auf die am 18. Dezember 1997 angemeldete US-Patentanmeldung
mit der Serien-Nr. 08/993,005 und dem Titel "High Density Magnetic
Memory Device and Method of Manufacture Therefor", welche auf den Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung übertragen
worden ist und hier durch Referenz mit aufgenommen wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen ferromagnetische dünnschichtige Speichervorrichtungen
und Sensoren, und insbesondere eine Abschirmung solcher dünnschichtiger
ferromagnetischer Speichervorrichtungen und Sensoren.
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Digitale Speicher verschiedener Art
werden besonders in Computern und Computer-Systemkomponenten, digitalen
Prozessorsystemen und ähnlichem
eingesetzt. Solche Speicher können
mit beachtlichem Vorteil basierend auf der Speicherung von digitalen
Bits als alternative Zustände
einer Magnetisierung von magnetischen Materialien in jeder Speicherzelle,
typischerweise dünnschichtigen
Materialien, ausgebildet sein. Diese Schichten können dünne ferromagnetische Schichten
sein, wobei die dort abgespeicherte Information auf der Richtung
der in solchen Schichten auftretenden Magnetisierung basiert. Die Information
wird typischerweise entweder durch induktives Erfassen zur Bestimmung
des magnetischen Zustandes oder durch magnetoresistives Erfassen
jedes Zustandes erhalten.
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Solche ferromagnetischen dünnschichtigen Speicher
können
geeignet auf der Oberfläche
einer monolithischen integrierten Schaltung bereitgestellt werden,
um dabei einfach eine elektrische Verbindung zwischen den Speicherzellen
und dem Speicherschaltungskomplex auf der monolithischen integrierten
Schaltung bereitzustellen. Wenn es derart bereitgestellt ist, ist
es wünschenswert,
die Größe zu reduzieren
und die Packungsdichte der ferromagnetischen dünnschichtigen Speicherzellen
zu erhöhen, um
eine signifikante Dichte der gespeicherten digitalen Bits zu erzielen.
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Typischerweise besitzt ein dünnschichtiger Magnetspeicher
eine Anzahl von Lesedrähten,
die von einer Anzahl von Wortleitungen geschnitten werden. An jedem
Schnittpunkt ist eine dünne
Schicht eines magnetisch gezwungenen Materials ("coercive material")
bereitgestellt. Das magnetische Material bildet eine Magnetspeicherzelle,
in welcher ein Informationsbit gespeichert ist. Eine Anzahl von
digitalen Leitungen kann auch bereitgestellt sein. Die digitalen Leitungen
erstrecken sich typischerweise parallel zu den Lesedrähten und
werden eingesetzt, um anfangs den Magnetfeldvektor der Speicherzellen
während
z. B. einer Schreiboperation rotieren zu helfen. Diese anfängliche
Rotation des Magnetfeldvektors vergrößert das Drehmoment, das durch
das Wortleitungsfeld während
einer Schreiboperation aufgebracht werden kann. Typischerweise müssen sich
sowohl die digitale Leitung als auch die Wortleitung durchsetzen,
um ein entsprechendes Magnetbit in den Speicher zu schreiben. Deshalb
kann die digitale Leitung eingesetzt werden, um auszuwählen, ob
eine Lese- oder einer Schreiboperation ausgeführt wird. Zum Beispiel wenn
sich nur die Wortleitung durchsetzt, wird eine Leseoperation ausgeführt. Wenn
sich sowohl die Wortleitung als auch die digitale Leitung durchsetzt,
wird eine Schreiboperation ausgeführt.
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Eine Anzahl von konkurrierenden Faktoren beeinflusst
die Packungsdichte, die in einem typischen Speicher erzielt werden
kann. Ein Faktor ist die Breite und Dicke der Wortleitungen und
gegebenenfalls der digitalen Leitungen. Die Abmessungen der Wortleitungen
und digitalen Leitungen muss typischerweise mit zunehmender Packungsdichte
verringert werden. Ein Reduzieren der Abmessungen der Wortleitungen
und digitalen Leitungen neigt jedoch dazu, den Strom, der dadurch
aufgenommen werden kann, und damit das Magnetfeld, das an den entsprechenden
Magnetbitbereichen erzeugt werden kann, zu verringern.
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Ein anderer Faktor ist die Entfernung
zwischen den Wortleitungen und gegebenenfalls den digitalen Leitungen
und damit die Entfernung zwischen einer Wortleitung und/oder einer
digitalen Leitung und einer benachbarten Speicherzelle. Typischerweise
muss die Entfernung zwischen den Wortleitungen und den digitalen
Leitungen mit zunehmender Packungsdichte abnehmen. Dies erhöht jedoch
die Wahrscheinlichkeit, dass das durch eine Wortleitung und eine
digitale Leitung erzeugte Magnetfeld die in einer Nachbarzelle gespeicherte
Information ungünstig
beeinflusst. Diese ungünstige
Wechselwirkung wird häufig
Nebensprechen genannt.
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Da ein Magnetspeicher mit intern
von Wortleitungen, Lesedrähten
und digitalen Leitungen erzeugten Magnetfeldern arbeitet, ist es
wünschenswert,
ihn von extern erzeugten niederfrequenten Magnetfeldern wie auch
von EMI abzuschirmen. Ein Weg, die Effekte von extern erzeugten
Feldern auf die dünnschichtigen
Magnetspeichern zu reduzieren, ist, für eine Abschirmung in der Baueinheit,
in der der Speicher untergebracht ist, zu sorgen. Abgeschirmte Baueinheiten
haben typischerweise eine Aushöhlung zum
Aufnehmen des dünnschichtigen
Magnetspeichers. Eine untere schützende
Schicht wird unter der Aushöhlung
bereitgestellt, und eine obere schützende Schicht wird über der
Aushöhlung
bereitgestellt, wie z. B. in oder auf dem Deckel der Baueinheit.
Die oberen und unteren abschirmenden Schickten werden oft aus Mumetal
oder ähnlichem
gebildet. In dieser Konfiguration können die unteren und oberen
abschirmenden Schichten unterstützen,
die extern erzeugten Felder abzuleiten, wobei deren Einfluss auf den
dünnschichtigen
Magnetspeicher begrenzt wird.
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Eine Einschränkung beim Einsatz von abgeschirmten
Baueinheiten ist, dass die abschirmenden Schichten die Magnetbits
nicht vor intern erzeugten Feldern, z. B. von benachbarten Wortleitungen
oder digitalen Leitungen oder ähnlichen
erzeugten, schützen
können.
Stattdessen können
die oberen und unteren abschirmenden Schichten der Baueinheit tatsächlich die
intern auf den Magnetbits erzeugten Felder in tatsächlich derselben
Weise verstärken
oder konzentrieren, wie eine Wortleitungsabschirmung ("word line
keeper") das durch eine Wortleitung auf dem Magnetbit erzeugte Magnetfeld
verstärkt
oder konzentriert.
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US-Patent Nr. 5,039,655 von Pisharody
offenbart einen Ansatz zum Verringern intern erzeugten Rauschens
und spezieller zum Verringern von Nebensprechen zwischen Wortleitungen
und be nachbarten Magnetbits. Bei Pisharody wird eine aus einem supraleitenden
Material gebildete Magnetfeldabschirmung ("magnetic field keeper")
um zumindest drei Seiten von jeder Wortleitung bereitgestellt. Pisharody
gibt an, dass das supraleitende Material die von den benachbarten
Wortleitungen erzeugten Magnetfelder ableitet, wodurch die Effekte
auf die benachbarten Speicherzellen vermindert werden.
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Eine Einschränkung von Pisharody ist, dass nur
eine Seite jeder Speicherzelle eine supraleitende Magnetfeldabschirmung
besitzt. Deshalb wird die andere Seite jeder Speicherzelle vollständig ungeschützt gegen
Streufelder gelassen. Dadurch werden Magnetfelder, die von der Nicht-Wortleitungsseite
in den Speicher eindringen, nicht durch die supraleitende Schicht
unterdrückt.
Selten kann die supraleitende Schicht tatsächlich die Felder auf den Magnetbitbereichen
in genau derselben Weise verstärken
oder konzentrieren, wie eine Wortleitungsabschirmung das durch eine
Wortleitung auf dem Magnetbit erzeugte Magnetfeld verstärkt oder
konzentriert.
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Was wünschenswert wäre, ist
deshalb ein monolithisch ausgebildeter dünnschichtiger Magnetspeicher,
der eine lokale Abschirmung auf beiden Seiten eines Magnetbits besitzt,
um zu unterstützen, dass
das Magnetbit vor externem EMI, intern erzeugten Nebensprechen und
anderem intern und extern erzeugtem Rauschen geschützt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung ist definiert durch
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch
10.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden leicht einsichtig, wenn dasselbe besser mit Bezug auf die
folgende detaillierte Beschreibung verständlich wird, wenn es in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen betrachtet wird, in welchen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile überall in
den Figuren davon bezeichnen und worin:
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1 ist
ein Querschnitt eines monolithisch ausgebildeten Speicherelementes
mit einer oberen Abschirmung und einer unteren Abschirmung;
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2 ist
ein Querschnitt eines monolithisch ausgeformten Speicherelementes
mit einer oberen Abschirmung und einer unteren Abschirmung, mit
einer zwischen dem Speicherelement und der unteren Abschirmung befindlichen
Wortleitung;
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3 ist
ein Querschnitt eines monolithisch ausgebildeten Speicherelementes
mit einer oberen Abschirmung und einer unteren Abschirmung, mit
einer zwischen dem Speicherelement und der unteren Abschirmung befindlichen
Wortleitung und einer zwischen dem Speicherelement und der unteren
Abschirmung befindlichen digitalen Leitung;
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Die 4-18 stellen ein bevorzugtes
Verfahren zur Bildung eines monolithischen Speicherelementes mit
oberen und unteren abschirmenden Elementen dar.
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4 ist
ein Querschnitt einer Isolierschicht, vorzugsweise auf Unterschichten
einer herkömmlichen
integrierten Schaltung bereitgestellt;
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5 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht aus 4, versehen mit einem gestalteten Fotolack auf
dessen oberer Oberfläche;
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6 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht aus 5, nachdem eine Aushöhlung darin geätzt ist und
nachdem der gestaltete Fotolack entfernt ist;
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7 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht und der Aushöhlung aus 6 mit einer auf der Bodenoberfläche der
Aushöhlung
aufgetragenen weichmagnetischen Materialschicht;
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8 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht und der weichmagnetischen Materialschicht
aus 7 mit der darauf
aufgetragenen leitfähigen
Materialschicht;
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9 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht
und der leitfähigen
Materialschicht aus 7,
wobei diejenigen Abschnitte, die auf der oberen Oberfläche der
Isolierschicht sind, entfernt sind;
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10 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht
und der leitfähigen
Materialschicht aus 9 mit
einer darauf aufgetragenen dünnen
Isolierschicht;
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11 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht,
der leitfähigen
Materialschicht und der dünnen
Isolierschicht aus 10,
nachdem das magnetische Material darauf aufgetragen und gestaltet
ist;
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12 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht und der Aushöhlung aus 6 mit
der auf die Boden- und Seiten-Oberflächen der
Aushöhlung
aufgetragenen weichmagnetischen Materialschicht;
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13 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht und der weichmagnetischen Materialschicht
aus 12 mit der darauf
aufgetragenen leitfähigen
Materialschicht;
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14 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht
und der leitfähigen
Materialschicht aus 13, wobei diejenigen Abschnitte,
die auf der oberen Oberfläche
der Isolierschicht sind, entfernt sind;
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15 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht
und der leitfähigen
Materialschicht aus 14 mit
einer darauf aufgetragenen dünnen
Isolierschicht;
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16 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht,
der leitfähigen
Materialschicht und der dünnen
Isolierschicht aus 15,
nachdem der Magnetbitbereich darauf aufgetragenen und gestaltet
ist;
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17 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht,
der leitfähigen
Materialschicht, der dünnen
Isolierschicht und des Magnetbitbereiches aus 16, mit einer darauf aufgetragenen anderen
leitfä higen
Materialschicht und anderen weichmagnetischen Materialschicht;
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18 ist
ein Querschnitt der Ausführungsform
von 17 entlang der Linie 18-18;
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19 ist
eine schematische Darstellung, die ein von einer Wortleitung oder
einer digitalen Leitung mit keiner Magnetfeldabschirmung erzeugtes veranschaulichendes
Magnetfeld zeigt;
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20 ist
eine schematische Darstellung, die ein von einer Wortleitung oder
digitalen Leitung mit einer sich entlang einer Seite davon erstreckenden
Magnetfeldabschirmung erzeugtes veranschaulichendes Magnetfeld zeigt;
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21 ist
eine schematische Darstellung, die ein von einer Wortleitung oder
digitalen, Leitung mit einer sich entlang der Unterseite und Seitenwänden davon
erstreckenden Magnetfeldabschirmung erzeugtes veranschaulichendes
Magnetfeld zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein Querschnitt eines monolithischen Speicherelementes, das eine
obere Abschirmung und eine untere Abschirmung besitzt. Die obere
Abschirmung 10 ist über
dem Speicherelement 14 bereitgestellt, und die untere Abschirmung 12 ist
unter dem Speicherelement 14 bereitgestellt. Es ist in Erwägung zu
ziehen, dass jeder Typ eines magnetischen Speicherelementes l4 eingesetzt
werden kann.
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Das Speicherelement 14 ist
vorzugsweise unter den Unterschichten einer herkömmlichen integrierten Schaltung
ausgebildet. Dies hilft, einfach eine elektrische Verbindung zwischen
den Speicherzellen und der den Speicher betreibenden Schaltung auf
der monolithischen integrierten Schaltung bereitzustellen. Die abschirmenden
Elemente 10 und 12 sind vorzugsweise auch monolithisch
mit der integrierten Schaltung und dem Speicherelement 14 ausgebildet.
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Die Punkte bei 16b und 16c deuten
an, dass zwischen dem Speicherelement 14 und den oberen bzw.
unteren Abschirmelementen 10 und 12 eine oder
mehrere Schichten dazwischen gelegt sein können. Die zusätzlichen
Schichten beinhalten eine Wortleitung, eine digitale Leitung und
ein erstes Sperrmittel zwischen der Wortleitung und dem ersten abschirmenden
Mittel. Bei der dargestellten Ausführungsform ist nur wichtig,
dass zumindest zwei Seiten, wie z. B. die oberen und unteren Seiten
des Speicherelementes 14, mit zwei abschirmenden Elementen 10 und 12 kaschiert
sind. Die Punkte 16a deuten an, dass eine oder mehrere
Schichten über dem
oberen Abschirmelement 10 bereitgestellt sein können, und
die Punkte 16d deuten an, dass eine oder mehrere Schichten
unter der unteren Abschirmung 12 bereitgestellt sein können.
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Um einen Auswahlmechanismus für den Speicher
bereitzustellen, kann eine Wortleitung benachbart zu jedem Speicherelement
bereitgestellt sein. Zum Beispiel zeigt 2 einen Querschnitt eines Speicherelementes 18 mit
kaschierenden oberen und unteren abschirmenden Elementen 20 und 22,
mit einer zwischen dem Speicherelement 18 und der unteren
Abschirmung 22 befindlichen Wortleitung 24. Es
ist anzumerken, dass sich die Wortleitung 24, falls erwünscht, zwischen
dem Speicherelement
18 und der oberen Abschirmung 20 befinden
kann. Die untere Abschirmung 22 befindet sich vorzugsweise neben
der Wortleitung 24 entlang der Seite 26 der Wortleitung 24,
die entfernt von dem Speicherelement 18 ist.
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Die Punkte bei 30b deuten
an, dass zwischen dem Speicherelement 18 und dem oberen
Abschirmelement 20 eine oder mehrere Schichten dazwischen
gelegt sein können.
Die Punkte 30c deuten ebenfalls an, dass zwischen die Wortleitung 24 und das
untere Abschirmelement 22 eine oder mehrere Schichten dazwischen
gelegt sein können.
Die Punkte 30a deuten an, dass eine oder mehrere Schichten über dem
oberen Abschirmelement 20 bereitgestellt sein können, und
die Punkte 30d deuten an, dass eine oder mehrere Schichten
unter der unteren Abschirmung 22 bereitgestellt sein können. Die
Punkte 30e deuten schließlich an, dass eine oder mehrere Schichten
zwischen der Wortleitung 24 und dem Speicherelement 18 bereitgestellt
sein können.
Die zusätzlichen
Schichten beinhalten ein erstes Sperrmittel zwischen der Wortleitung
und dem ersten abschirmenden Mittel.
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Wie oben angedeutet, besitzen einige
Speicher eine Anzahl von digitalen Leitungen, die sich im Allgemeinen
parallel zu den Lesedrähten
und im Allgemeinen senkrecht zu der Anzahl von Wortleitungen erstrecken.
Die digitalen Leitungen können
eingesetzt sein, eine Rotation des Magnetfeldvektors des magnetischen
Elements, z. B. während
einer Schreiboperation, initiieren zu helfen. Die anfängliche
Rotation des Magnetfeldvektors erhöht das Drehmoment, das durch
das Wortleitungsfeld während
einer Schreiboperation aufgebracht werden kann.
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3 ist
ein Querschnitt eines Speicherelementes 36 mit kaschierenden
oberen und unteren abschirmenden Elementen 38 und 40,
mit einer zwischen dem Speicherelement 36 und der unteren
Abschirmung 40 befindlichen Wortleitung 42 und
einer zwischen dem Speicherelement 36 und der oberen Abschirmung 38 befindlichen
digitalen Leitung 44. Diese Konfiguration ist nur veranschaulichend,
und es ist in Erwägung
zu ziehen, dass sich die Wortleitung 42 zum Beispiel über dem
Speicherelement 36 befinden kann, obwohl sich ein erstes
Sperrmittel zwischen der Wortleitung und den ersten abschirmenden
Mitteln befindet, und sich die digitale Leitung 44 unter
dem Speicherelement 36 befinden kann.
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In dieser Konfiguration können die
lokalen abschirmenden Elemente 38 und 40 das Speicherelement 36 vor
extern erzeugtem EMI schützen
helfen, und können
weiterhin die von der Wortleitung 42 oder digitalen Leitung 44 zu
dem Speicherelement 36 hin erzeugten Magnetfelder konzentrieren
helfen. Entsprechend können
die abschirmenden Schichten nicht nur unerwünschte Felder vom Beeinflussen
der Magnetbitbereiche vermindern helfen, sondern können auch
die erwünschten
Magnetfelder bei dem Speicherelement 36 verstärken helfen.
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Die 4-18 erläutern ein bevorzugtes Verfahren
zur Bildung eines veranschaulichenden monolithischen Speicherelementes
mit oberer und unterer Abschirmung. 4 ist
ein Querschnitt einer Isolierschicht 110 wie z. B. Siliziumnitrid
oder Siliziumoxid, was vorzugsweise auf Unterschichten 112 einer herkömmlichen
integrierten Schaltung ausgebildet ist. Die Unterschichten 112 können zum
Beispiel alle Schaltungsschichten für einen herkömmlichen CMOS-Wafer
bis zu den Metallschichten enthalten. Die Unterschichten werden
durch eine gestrichelte Linie dargestellt und sind in den nachfolgenden
Figuren zur Übersichtlichkeit
nicht enthalten.
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Um eine Aushöhlung in der Isolierschicht 110 zu
bilden, ist eine Fotolackschicht 114 auf der oberen Oberfläche 116 der
Isolierschicht 110 bereitgestellt. Die Fotolackschicht 114 ist
in einer herkömmlichen. Weise
gestaltet, um selektiv einen Abschnitt 118 der Fotolackschicht 114 zu
entfernen, welcher über
der gewünschten
Aoshöhlung
liegt, wie in 5 dargestellt.
Der belichtete Abschnitt der Isolierschicht 110 wird dann
durch ein herkömmliches Ätzverfahren
geätzt,
um die Aushöhlong 120,
wie in 6 dargestellt,
zu bilden. Die Aushöhlung 120 hat
eine Bodenoberfläche 122 und
zwei beabstandete Seitenoberflächen 124a und 124b.
Der Fotolack wird nachfolgend entfernt.
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7 ist
ein Querschnitt der Isolierschicht 110 und der Aushöhlung 120 von 6, mit einer darauf aufgebrachten weichmagnetischen
Materialschicht 130. In der verdeutlichenden Ausführungsform
tritt das Aufbringen der weichmagnetischen Materialschicht 130 nur
auf den horizontalen Oberflächen
der Isolierschicht 110 einschließlich der unteren Oberfläche 122 der
Aushöhlung 120 und
der verbleibenden oberen Oberfläche 132 der
Isolierschicht 110 auf. Wie man sehen kann, füllt die
weichmagnetische Materialschicht 130 vorzugsweise nur teilweise
die Aushöhlung 120.
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Die weichmagnetische Materialschicht 130 kann
eine erste Sperrschicht 136, eine zweite Sperrschicht 138 und
ein weichmagnetisches Material 130 dazwischen beinhalten.
Die ersten und zweiten Sperrschichten sind vorzugsweise aus Ta,
TiW, TiN, TaN, SiN, SiO2 oder einem ähnlichen
Material hergestellt. Das weichmagnetische Material besteht vorzugsweise
aus NiFe, NiFeCo, CoFe oder einem anderem Material mit weich magnetischen
Eigenschaften. Es ist in Erwägung
zu ziehen, dass die erste Sperrschicht 136, die zweite
Sperrschicht 138 und das weichmagnetische Material 130 in
einem einzigen herkömmlichen
Aufdampfungsverfahrensschritt aufgetragen werden kann, wie es Stand
der Technik ist.
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Nachdem die weichmagnetische Materialschicht 130 aufgetragen
ist, wird eine leitfähige
Materialschicht 150 auf der oberen Oberfläche der
weichmagnetischen Feldschicht 130 aufgetragen. Die leitfähige Materialschicht 150 wird
aufgetragen, um zumindest im Wesentlichen die Aushöhlung 120 zu
füllen
und vorzugsweise den gesamten Wafer einschließlich solcher Abschnitte der
weichmagnetischen Materialschicht 130, die außerhalb
der Aushöhlung 120 liegen,
zu bedecken, wie es in 8 dargestellt
ist. Die leitfähige
Materialschicht 150 wird vorzugsweise aus Cu oder AlCu
gebildet. Wie man sehen kann, wird die leitfähige Materialschicht 150 an der
weichmagnetischen Feldschicht 130 selbst ausgerichtet.
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Es ist in Erwägung zu ziehen, dass eine Anzahl
von Kontakten und Durchkontaktierungen zwischen ausgewählten Unterschichten
und/oder Metallleitungen vorhanden sein können, bevor oder nachdem die
leitfähige
Materialschicht 150 aufgetragen wird. In einer Ausführungsform
wird jeder/e Kontakt/Durchkontaktierung mit Wolfram ausgefüllt, um den
sich ergebenden Kontakt-/Durchkontaktierungs-Widerstand zu vermindern.
Es ist bekannt, dass dies relativ hohe Temperaturen während des Verfahrens
erfordern kann. Entsprechend der parallel anhängigen US-Patentanmeldung mit
der Serien-Nr. 08/993,009, welche am 18. Dezember 1997 angemeldet
worden und mit "Self-Aligned Wordline Keeper and Method of Manufacture
Therefor" betitelt ist, kann die Kontakt- und Durchkontaktie rungs-Bearbeitung
ausgeführt
werden, bevor die magnetischen Materialien vorhanden sind, wodurch
die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Materialien beibehalten
werden.
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Wie man sehen kann, können Abschnitte
der weichmagnetischen Materialschicht 130 und der leitfähigen Materialschicht 150 über. der
oberen Oberfläche 132 der
Isolierschicht 110 liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform
können
diese Abschnitte entfernt werden, wobei ein mechanisches oder chemisch-mechanisches Polierverfahren
(CMP) eingesetzt wird. 9 ist
ein Querschnitt, wobei die Isolierschicht 110, die weichmagnetische
Materialschicht 130 und die leitfähige Materialschicht 150 gezeigt sind,
nachdem der Polierschritt vollendet ist.
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Polieren der oberen Oberfläche der
Isolierschicht, um solche Abschnitte der weichmagnetischen Materialschicht 130 und
der leitfähigen
Materialschicht 150 zu entfernen, die über der oberen Oberfläche der
Isolierschicht 110 liegen, sorgt für eine Anzahl von Vorteilen.
Erstens wird für
eine relative ebene obere Oberfläche
gesorgt. Dies erlaubt, das Auftragen einer relativ dünnen Isolierschicht 160,
wie in 10 dargestellt,
welche das durch die leitfähige Materialschicht 150 bei
Bitbereich 170 erzeugte Magnetfeld verstärkt. Zweitens
kann die leitfähige
Materialschicht 150 aus jeder Art von Material hergestellt werden,
da mechanisches und chemisch-mechanisches Polieren typischerweise
nicht selektiv sind. Aufdampfungs-/Fotolack-/Ätz-Verfahren sind typischerweise
bezüglich
der Arten von Metallen, die eingesetzt werden können, beschränkt.
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Nach dem Polieren wird vorzugsweise
eine dünne
Isolierschicht 160 auf der oberen Oberfläche der
Isolierschicht 110 und über
der Aushöhlung 120 bereitgestellt,
wie in 10 dargestellt.
Ein Magnetbitbereich 170 kann dann auf der dünnen Isolierschicht 160 aufgetragen
und gestaltet werden, wie in 11 dargestellt.
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Der Bitbereich 170 kann
eine Struktur sein, ähnlich
wie diejenige, die im gemeinhin Daughton et al. zugeordneten US-Patent Nr. 4,780,848
offenbart ist, welches hier durch Referenz eingearbeitet ist. Wie
weiter bei Daughton et al. beschrieben wird, kann der Bitbereich 170 eine
Siliziumnitrid-Diffusionssperrschicht
von ungefähr
300 Ångström besitzen.
Eine erste Schicht von 65% Ni, 15% Fe und 20% Co Permalloy von 150 Ångström oder weniger
wird dann aufgetragen. Als nächstes
wird eine nicht magnetische Zwischenschicht, wie z. B. TaN oder
Cu, mit einer Dicke von 50 Ångström oder weniger
aufgetragen. Dann wird eine zweite Schicht von Permalloy mit einer
Dicke von 150 Ångström oder weniger
aufgetragen. Dies wird vom Auftragen einer zweiten nicht magnetoresistiven
Schicht von Tantalnitrid oder Tantal mit einer Dicke von 50– 1000 Ångström gefolgt. Έine Abdeckungs-
oder Ätzstopp-Schicht
aus Chrom-Silikon (CrSi) wird dann mit einer Dicke im Bereich von 100
bis 1500 Ångström aufgetragen.
All die Auftragungen des Bitbereiches 170 werden vorzugsweise an
Ort und Stelle ausgeführt.
Die Auftragung der Schichten wird in Anwesenheit eines vorgepolten Magnetfeldes
ausgeführt.
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12 zeigt
eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform,
wo die weichmagnetische Materialschicht 180 auf dem Boden 122 und
den Seitenoberflächen 124a und 124b der
Aushöhlung
120 aufgetragen wird. Dies kann durch den Einsatz eines Aufdampfungsverfahrens
bewerkstelligen werden, dass sowohl horizontale als auch vertikale
Oberflächen
der Isolierschicht 110 bedeckt, wie es Stand der Technik
ist. Die verbleibenden in den 13-16 dargestellten Herstellungsschritte
sind ähnlich
zu denjenigen oben mit Referenz auf die jeweiligen 8-11 beschriebenen.
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Die bevorzugte Ausführungsform
besitzt vorzugsweise eine Anzahl von sich im Allgemeinen senkrecht
zu den Wortleitungen erstreckenden digitalen Leitungen. Die digitalen
Leitungen werden eingesetzt, eine Rotation des Magnetfeldvektors
des Magnetbitbereiches während
z. B. einer Schreiboperation initiieren zu helfen. Diese anfängliche
Rotation des Magnetfeldvektors erhöht das Drehmoment, das durch
das Wortleitungsfeld während
der Schreiboperation aufgebracht werden kann.
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Um die digitale Leitung auszubilden,
wird zuerst eine Isolierschicht 184 über dem Speicherelement 170 bereitgestellt,
wie in 17 dargestellt. Eine
leitfähige
Materialschicht 186 wird dann auf der Isolierschicht 184 bereitgestellt,
welche dann durch den Einsatz herkömmlicher Gestaltungstechniken gestaltet
wird. Ein abschirmendes Element 188 wird dann über der
leitfähigen
Materialschicht 186 bereitgestellt. Es ist in Erwägung zu
ziehen, dass das abschirmende Element 188 eine oder mehrere
Sperrschichten beinhalten kann, wie oben beschrieben.
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Vorzugsweise erstreckt sich das abschirmende
Element 188 entlang der oberen und seitlichen Wände der
digitalen Leitung 186, wie es anschaulicher in 18 dargestellt ist. Indem
das abschirmende Element 188 die seitlichen Wände, wie dargestellt,
einbezieht, kann der Einfluss der von den benachbar ten digitalen
Leitungen erzeugten Magnetfelder auf die benachbarten Speicherelemente
vermindert werden. Wenn keine digitale Leitung erwünscht ist,
kann das abschirmende Element 188 direkt auf der unteren
Isolierschicht 184 aufgebracht werden.
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19 ist
eine schematische Darstellung, wobei ein von einer Wortleitung oder
digitalen Leitung 200 ohne Abschirmung erzeugtes veranschaulichendes
Magnetfeld dargestellt ist. Die Wortleitung oder digitale Leitung 200 führt einen
in die Seite hinein führenden
Strom, um ein Magnetfeld 202 zu erzeugen. Das Magnetfeld 202 ist
dargestellt, wobei es sich symmetrisch um die Wortleitung oder digitale Leitung 200 erstreckt
und wobei es einen Bitbereich 204 schneidet.
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20 ist
eine schematische Darstellung, wobei ein von einer Wortleitung oder
digitalen Leitung 210 mit einer zu der unteren Oberfläche 214 davon
benachbarten Abschirmung 212 erzeugtes veranschaulichendes
Magnetfeld dargestellt ist. Nach Aufbringung eines Stromes in die
Wortleitung oder digitale Leitung 210 richtet sich das
weichmagnetische Material in der Abschirmung 212 wie dargestellt
aus und hilft, das Magnetfeld 218 über der Wortleitung oder digitalen
Leitung 210 zu konzentrieren. Dies hilft, das Magnetfeld 218 auf
einem Bitbereich 216 zu verstärken.
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21 ist
eine schematische Darstellung, wobei ein von einer Wortleitung oder
digitalen Leitung 220 mit einer zu der Bodenoberfläche 224 und den
Seitenwänden 226a und 226b davon
benachbarten Magnetfeldabschirmung 222 erzeugtes verdeutlichendes
Magnetfeld dargestellt ist. Nach Aufbringung eines Stromes in die
Wortleitung oder digitale Leitung 220 richtet sich das
weichmagnetische Material in der Abschirmung 222 wie dargestellt
aus. Durch Bereitstellen eines abschirmenden Elementes auf den Seitenwänden 226a und 226b wird
das Magnetfeld 230 noch effektiver benachbart zu der Wortleitung
oder digitalen Leitung 220 konzentriert, wodurch das Magnetfeld 230 auf
einem Bitbereich 232 weiter verstärkt wird.
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Zusätzlich zum die Felder der Wortleitung und
digitalen Leitung konzentrieren Helfen, können die abschirmenden Elemente
helfen, beliebige extern erzeugte Felder vom Erreichen des dünnschichtigen Magnetspeichers
abzuleiten. Dies kann die Empfindlichkeit der Speicherelemente bezüglich externer
Felder vermindern, was die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöhen kann.
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Es ist in Erwägung zu ziehen, dass die erfindungsgemäßen oberen
und unteren Abschirmungen auch in Zusammenhang mit Magnetfeldsensorvorrichtungen
eingesetzt werden können.
Magnetfeldsensorvorrichtungen besitzen oft ein magnetoresistives
Material in dem Sensorelement. Im Allgemeinen kann durch Messen
der Widerstandsänderung des
magnetoresistiven Materials die Größe des einfallenden Magnetfeldes
bestimmt werden. Die erfindungsgemäßen abschirmenden Elemente
können das
Leistungsverhalten dieser Sensorvorrichtungen verbessern.
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In den meisten Fällen besitzt das magnetoresistive
Material Randbereiche, die in einer bestimmten Richtung magnetisiert
sind, unabhängig
davon, ob das einfallenden Magnetfeld angelegt ist. Unter einigen
Umständen
kann die Richtung des magnetisierten Feldes in einem oder mehreren
Randbereichen umgekehrt werden. Dies kann zum Beispiel auftreten,
wenn das einfallende Magnetfeld einen maximalen Schwellenwert überschrei tet.
Unter diesen Umständen
müssen
die Randbereiche typischerweise zurückgesetz werden, bevor der
Magnetfeldsensor die normale Arbeit wiederaufnehmen kann. Die Randbereiche
werden typischerweise durch Einsetzen einer Rücksetzleitung, die benachbart
zu dem Magnetfeldsensor platziert ist, zurückgesetzt. Entsprechend ist
es in Erwägung
zu ziehen, dass eine Rücksetzleitung
einer Magnetfeldsensorvorrichtung oben beschriebene magnetisch abschirmende
Elemente auf jeder Seite davon besitzen kann, um das von der Rücksetzleitung
in dem magnetischen Material der Sensorvorrichtung erzeugte Magnetfeld
zu verstärken
und um die Einflüsse
der extern erzeugten Felder zu verringern.
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Somit sind die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
beschrieben worden, wobei die Fachleute leicht verstehen, dass das
hierin gefundene Gelernte auch für
noch andere Ausführungsformen
im Bereich der hierzu angefügten
Ansprüche
angewendet werden kann.