DE60004215T2 - Lokale abschirmung für speicherzellen - Google Patents

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Description

  • 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".
  • Querverweis auf parallel anhängige Veröffentlichungen
  • 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.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ferromagnetische dünnschichtige Speichervorrichtungen und Sensoren, und insbesondere eine Abschirmung solcher dünnschichtiger ferromagnetischer Speichervorrichtungen und Sensoren.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung ist definiert durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 10.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 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:
  • 1 ist ein Querschnitt eines monolithisch ausgebildeten Speicherelementes mit einer oberen Abschirmung und einer unteren Abschirmung;
  • 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;
  • 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;
  • Die 4-18 stellen ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung eines monolithischen Speicherelementes mit oberen und unteren abschirmenden Elementen dar.
  • 4 ist ein Querschnitt einer Isolierschicht, vorzugsweise auf Unterschichten einer herkömmlichen integrierten Schaltung bereitgestellt;
  • 5 ist ein Querschnitt der Isolierschicht aus 4, versehen mit einem gestalteten Fotolack auf dessen oberer Oberfläche;
  • 6 ist ein Querschnitt der Isolierschicht aus 5, nachdem eine Aushöhlung darin geätzt ist und nachdem der gestaltete Fotolack entfernt ist;
  • 7 ist ein Querschnitt der Isolierschicht und der Aushöhlung aus 6 mit einer auf der Bodenoberfläche der Aushöhlung aufgetragenen weichmagnetischen Materialschicht;
  • 8 ist ein Querschnitt der Isolierschicht und der weichmagnetischen Materialschicht aus 7 mit der darauf aufgetragenen leitfähigen Materialschicht;
  • 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;
  • 10 ist ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht und der leitfähigen Materialschicht aus 9 mit einer darauf aufgetragenen dünnen Isolierschicht;
  • 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;
  • 12 ist ein Querschnitt der Isolierschicht und der Aushöhlung aus 6 mit der auf die Boden- und Seiten-Oberflächen der Aushöhlung aufgetragenen weichmagnetischen Materialschicht;
  • 13 ist ein Querschnitt der Isolierschicht und der weichmagnetischen Materialschicht aus 12 mit der darauf aufgetragenen leitfähigen Materialschicht;
  • 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;
  • 15 ist ein Querschnitt der Isolierschicht, der weichmagnetischen Materialschicht und der leitfähigen Materialschicht aus 14 mit einer darauf aufgetragenen dünnen Isolierschicht;
  • 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;
  • 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;
  • 18 ist ein Querschnitt der Ausführungsform von 17 entlang der Linie 18-18;
  • 19 ist eine schematische Darstellung, die ein von einer Wortleitung oder einer digitalen Leitung mit keiner Magnetfeldabschirmung erzeugtes veranschaulichendes Magnetfeld zeigt;
  • 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;
  • 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.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (19)

  1. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement, umfassend: ein magnetisches Speichermittel (170) mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, und eine Wortleitung 0150) mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter umfasst: eine digitale Leitung (186) mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche der digitalen Leitung (186) von der inneren Oberfläche der Wortleitung beabstandet ist, wobei sich das magnetische Speichermittel (170) dort dazwischen befindet; ein erstes. abschirmendes Mittel (180) mit einem über der oberen Oberfläche des magnetischen Speichermittels befindlichen und neben der äußeren Oberfläche der Wortleitung befindlichen weichmagnetischen Material; und ein zweites abschirmendes Mittel (188) mit einem unter der unteren Oberfläche des magnetischen Speichermittels befindlichen und neben der äußeren Oberfläche der digitalen Leitung befindlichen weichmagnetischen Material; und ein zwischen dem ersten abschirmenden Mittel (180) und der äußeren Oberfläche der Wortleitung (150) befindliches erstes Sperrmittel (138).
  2. Monolithisch ausgebildetes magnetoresistives Speicherelement nach Anspruch 1, wobei sich die Wortleitung (150) unter dem magnetischen Speichermittel (170) befindet, und wobei sich die digitale Leitung (186) über dem magnetischen Speichermittel (170) befindet.
  3. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, weiter ein zwischen dem zweiten abschirmenden Mittel (188) und der äußeren Oberfläche der digitalen Leitung (186) befindliches zweites Sperrmittel (17, nicht bezeichnet) umfassend.
  4. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter ein zwischen dem magnetischen Speichermittel (170) und der inneren Oberfläche der Wortleitung (150) befindliches erstes Isolierungsmittel (160) umfassend.
  5. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter ein zwischen dem magnetischen Speichermittel (170) und der inneren Oberfläche der digitalen Leitung (186) befindliches zweites Isolierungsmittel (184) umfassend.
  6. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wortleitung (150) zwei zwischen der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche davon erstreckende gegenüberliegende Seitenoberflächen besitzt, wobei sich das erste abschirmende Mittel (18D) auch neben den zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Wortleitung (150) erstreckt.
  7. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach Anspruch 6, wobei die digitale Leitung (186) zwei zwischen der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche davon befindliche gegenüberliegende Seitenoberflächen besitzt, wobei sich das zweite abschirmende Mit tel (188) auch neben den zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen der digitalen Leitung (186) erstreckt.
  8. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter eine unter dem magnetischen Speichermittel (170) befindliche untere Isolierschicht (110) umfassend, wobei die untere Isolierschicht (110) eine darin ausgebildete Aushöhlung (120) besitzt, wobei die Aushöhlung (120) eine Bodenoberfläche (122) und zwei beabstandete Seitenoberflächen (124a, 124b) besitzt, wobei die erste abschirmende Schicht (180) eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche besitzt, wobei die äußere Oberfläche der ersten abschirmenden Schicht (180) benachbart zu der rückseitigen Oberfläche der Aushöhlung ist, und wobei sich die äußere Oberfläche der Wortleitung (150) neben der inneren Oberfläche der ersten abschirmenden Schicht (180) befindet.
  9. Monolithisch ausgebildetes ferromagnetisches dünnschichtiges Speicherelement nach Anspruch 8, wobei die innere Oberfläche der Wortleitung (150) im Wesentlichen in der durch die obere Oberfläche der unteren Isolierschicht (110) gebildeten Ebene liegt.
  10. Verfahren zur monolithischen Bildung eines ferromagnetischen dünnschichtigen Speicherelementes, umfassend: Bilden einer unteren abschirmenden Schicht (130, 180), wobei ein weichmagnetisches Material eingesetzt wird; Bilden eines magnetischen Speichermittels (170) über der unteren abschirmenden Schicht (130, 180); Bilden einer oberen abschirmenden Schicht (188), wobei ein weichmagnetisches Material über dem magnetischen Speichermittel (170) eingesetzt wird; und wobei das untere abschirmende Mittel (130, 180), das obere abschirmende Mittel (188) und das magnetische Speichermittel (170) alle monolithisch auf einem gemeinsamen Substrat (112) ausgebildet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter den Bildungsschritt einer ersten leitfähigen Schicht (150) zwischen der unteren abschirmenden Schicht (130, 180) und dem magnetischen Speichermittel (170) umfassend.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter den Bildungsschritt einer zweiten leitfähigen Schicht (186) zwischen der oberen abschirmenden Schicht (188) und dem magnetischen Speichermittel (170) umfassend.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter den Bildungsschritt einer ersten Sperrschicht (138) zwischen der unteren abschirmenden Schicht (130, 180) und der ersten leitfähigen Schicht (150) umfassend.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, weiter den Bildungsschritt einer zweiten Sperrschicht (17, nicht bezeichnet) zwischen der oberen abschirmenden Schicht (188) und der zweiten leitfähigen Schicht (186) umfassend.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste leitfähige Schicht (150) als eine Wortleitung fungiert.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die zweite leitfähige Schicht (186) als eine digitale Leitung fungiert.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, die Schritte umfassend: Bereitstellen einer Isolierschicht (110); Bilden einer Aushöhlung (120) in der Isolierschicht (110), wobei die Aushöhlung (120) eine Bodenoberfläche (122) und zwei beabstandete Seitenoberflächen (124a, 124b) besitzt; wobei die untere abschirmende Schicht (130, 180) ausgebildet wird, indem eine erste weichmagnetische Materialschicht (130) über der Bodenoberfläche (122) der Aushöhlung (120) bereitgestellt wird, wobei die Aushöhlung (120) teilweise gefüllt wird; wobei die erste leitfähige Schicht (150) ausgebildet wird, indem eine erste leitfähige Schicht (150) in der Aushöhlung (120) und über der ersten weichmagnetischen Materialschicht (130) bereitgestellt wird, um zumindest im Wesentlichen die Aushöhlung (120) zu füllen; Bereitstellen einer ersten Isolierschicht (160) über der ersten leitfähigen Materialschicht (150); wobei das magnetische Speichermittel (170) ausgebildet wird, indem ein magnetoresistiver Bitbereich (170) über der ersten Isolierschicht (160) ausgebildet wird; Bereitstellen einer zweiten Isolierschicht (184) über dem magnetoresistiven Bitbereich (170); wobei die zweite leitfähige Schicht (186) ausgebildet wird, indem eine zweite leitfähige Materialschicht (186) über der zweiten Isolierschicht (184) bereitgestellt wird; und wobei die obere abschirmende Schicht (188) ausgebildet wird, indem eine zweite weichmagnetische Materialschicht (188) über der oberen Oberfläche der zweiten leitfähigen Materialschicht (186) bereitgestellt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste weichmagnetische Materialschicht (130, 180) sowohl auf der Bodenoberfläche (122) als auch zumindest auf einem Teil der Seitenoberflächen der Aushöhlung (120) bereitgestellt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die zweite leitfähige Materialschicht (186) eine obere Oberfläche, eine unter Oberfläche und zwei beabstandete Seitenoberflächen besitzt, wobei die zweite weichmagnetische Materialschicht (188) im Wesentlichen die obere Oberfläche und die zwei beabstandeten Seitenoberflächen der zweiten leitfähigen Materialschicht (186) bedeckt.
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