磁随机存取存储器制造技术

一种磁随机存取存储器，包括： 由固定自旋方向的第１磁性层、存储数据的第２磁性层、和夹入该第１与第２磁性层之间的绝缘层构成的第１和第２ＭＴＪ元件；以及 配置于该第１和第２ＭＴＪ元件之间，产生作用于该第１和第２ＭＴＪ元件的磁场的第１写入线， 其特征在于： 构成该第１ＭＴＪ元件的第１磁性层、绝缘层和第２磁性层，与构成该第２ＭＴＪ元件的第１磁性层、绝缘层和第２磁性层的位置关系为，相对于该第１写入线对称。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
(相关申请的交叉引用本申请是基于2001年11月30日提出的在先日本专利申请号2001-367755，和2001年11月30日提出的申请号2001-367941，并主张其优先权，在这里作为参考引用其全部内容。)磁随机存取存储器，利用MTJ元件，存储“1”、“0”-信息。MTJ元件具有由两层磁性层(强磁性层)夹着绝缘层(隧道势垒)的构造。存入MTJ元件的信息，由两层磁性层的自旋方向为平行或反平行来判断。这里，所谓平行，是指两层磁性层的自旋方向为相同，所谓反平行(anti-parallel)，是指两层磁性层的自旋方向为相反。一般，构成MTJ元件的两层磁性层中的一层成为固定自旋方向的固定层。把“1”、“0”-信息存入MTJ元件的场合，随写入信息，改变这两层磁性层中另一层(自由层)的自旋方向。本专利技术第二方面的磁随机存取存储器具备具有多层叠置的多个MTJ元件的阵列；配置于该阵列内的第1导电线；以及配置于该阵列内，具有与该第1导电线同样功能，配置在该第1导电线上边的第2导电线，该第1和第2导电线为串联或并联连接。本专利技术第三方面的磁随机存取存储器具备具有多层叠置的多个MTJ元件的阵列；以及沿上述多个MTJ元件叠置的方向延伸，在写入时产生磁场的第1写入线。图2是表示关于布线共用的专利技术参考例的剖面图。图3是表示关于是布线共用的专利技术第1例的剖面图。图4是表示关于是布线共用的专利技术第2例的剖面图。图5是表示关于布线共用的专利技术第3例的剖面图。图6是表示关于串联/并联连接布线的专利技术参考例的平面图。图7是表示关于串联/并联连接布线的专利技术第1例的平面图。图8是图7的X方向的剖面图。图9是图7的Y方向的剖面图。附图说明图10表示关于串联/并联连接布线的专利技术第2例的剖面图。图11是图10的Y方向的剖面图。图12表示关于串联/并联连接布线的专利技术第3例的剖面图。图13表示关于串联/并联连接布线的专利技术第4例的剖面图。图14表示关于串联/并联连接布线的专利技术第5例的剖面图。图15是图14的构造Y方向的剖面图。图16是表示关于串联/并联连接布线的专利技术第6例的剖面图。图17是表示关于三维布线的专利技术参考例的立体图。图18是表示关于三维布线的专利技术参考例的剖面图。图19是表示关于三维布线的专利技术参考例的立体20是表示关于三维布线的专利技术参考例的剖面图。图21是表示关于三维布线的专利技术第1例的立体22是表示关于三维布线的专利技术第2例的立体图。图23是表示关于三维布线的专利技术第3例的立体图。图24是表示关于三维布线的专利技术第4例的立体图。图25是表示关于三维布线的专利技术第5例的立体图。图26是表示写入线与MTJ元件的位置关系的平面图。图27是表示关于三维布线的专利技术第6例的立体图。图28是表示关于三维布线的专利技术第7例的立体图。图29是表示关于三维布线的专利技术第8例的立体图。1.布线的共用化(1)
技术介绍
近年来，提出了各种器件构造或电路构造的MRAM，其中之一，具有将多个MTJ元件连接到1个开关元件(选择晶体管)的器件构造。该构造，有利于达到单元高密度或读出容限的提高。例如，梯形单元构造中，在上部线与下部线之间并联连接多个MTJ元件。如图1所示，该单元构造中，在衬底上边多层(本例中，为4层)叠置多个MTJ元件10。并且，在各层中，将多个MTJ元件10并联连接到上部线11与下部线12之间。上部线11沿X方向延伸，其一端连到选择晶体管14。下部线12也沿X方向延伸，其一端连到读出放大器(S/A)15等外围电路。本例中，读出电流沿着上部线11、MTJ元件10、下部线12的路径，即，沿X方向流动。写入线13与MTJ元件10邻接进行配置，并沿Y方向延伸。图2的单元构造是将图1下部线与写入线一体化的例子。即，下部线12沿Y方向延伸，其一端连到读出放大器(S/A)。写入时下部线12起写入线功能，读出时，下部线12起读出(read)线功能。即，读出电流首先流入上部线(X方向)11，而后，经由MTJ元件10流到下部线(Y方向)12。磁随机存取存储器的基本构造是，每1个MTJ元件对应1个开关元件(选择晶体管)的1单元-1晶体管构造。但是，多层叠置MTJ元件的器件构造中，如果每1个MTJ元件对应1个开关元件的话，开关元件数就不断增加，将不利于单元高密度化。因此，采用多层叠置MTJ元件10的器件构造场合，即使每1个MTJ元件不对应1个开关元件，也采用能进行读出动作或写入动作这样的器件构造。例如，图1和图2中表示的器件构造中，对于MTJ元件10的阵列各层，把多个MTJ元件10连接到上部线11与下部线12之间。而且，例如，将选择晶体管14连接到上部线11的一端，将读出放大器(S/A)15连接到下部线12的一端。可是，这时，图1的例子中，在MTJ元件10的阵列各层上，需要配置上部线(读出/写入线)11、下部线(读出线)12和写入线13总计3条线，并且，图2的例子中，MTJ元件10的各层上，需要配置上部线(读出/写入线)11和下部线(读出/写入线)12总计2条线。而且，在衬底上边多层叠置的MTJ元件阵列内，配置这种写入线或读出线(电流总线)时，随着MTJ元件的叠置数继续增多，器件构造将复杂化，而且，因制造步骤数的增大而引起工艺成本增加就成了问题。并且，MTJ元件的特性，受其配置的表面(底膜)的平整度影响很大。该平整度因MTJ元件的叠置数越多越恶化，所以随MTJ元件的叠置数增加，MTJ元件特性的恶化变成问题。(2)概要本专利技术例(共用布线)应用于具有多层叠置MTJ元件阵列构造的磁随机存取存储器。本专利技术例的磁随机存取存储器的特征是，在由上下方向邻接的2个MTJ元件共用1个MTJ元件上需要的2条写入线中的1条。并且，2个MTJ元件相对于共用的1条写入线为对称配置。因此，可以减少MTJ元件阵列内配置的导线数，能够达到因制造步骤数削减而降低工艺成本。并且，也能抑制伴随MTJ元件叠置数增加带来的平整度恶化，能够提高MTJ元件的特性。(3)实施例①第1实施例图3表示本专利技术第1实施例的磁随机存取存储器的单元阵列部分。半导体衬底上边，把多个MTJ元件叠置成多层(本例中，为4层)。并且，各层中，MTJ元件10在X-Y平面内构成阵列。图3中，省去了有关沿Y方向的MTJ元件列。写入线13配置在上下方向邻接的2个MTJ元件10之间，并沿Y方向延伸着。而且，本例中，因为由上下方向邻接的2个MTJ元件共用写入线13，所以采用以下这样的单元构造。即，写入线13不是在全部的层之间配置，而是例如，从半导体衬底一侧数起，配置在奇数层的MTJ元件10正上方，但在偶数层的MTJ元件10正下方。本例中，从半导体衬底一侧数起，在第1层MTJ元件与第2层MTJ元件之间和第3层MTJ元件与第4层MTJ元件之间，分别配置写入线13。即，从半导体衬底一侧数起，第2层MTJ元件与第3层MTJ元件之间没有配置写入线13。并且，本例中，相对于写入线13，对称配置其上下存在的2个MTJ元件。即，MTJ元件10是由两层磁性层(强磁性层)和夹于其间的绝缘层(隧道势垒)构成，两层磁性层中固定自旋方向的固定层(或称钉扎层)，被配置在远离写入线13的位置。并且，两层磁性层中能自由改变自旋方向的自由层被配置在靠近写入线13的位置。写入线13位于距该上下存在的2个MTJ元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁随机存取存储器，包括由固定自旋方向的第1磁性层、存储数据的第2磁性层、和夹入该第1与第2磁性层之间的绝缘层构成的第1和第2MTJ元件；以及配置于该第1和第2MTJ元件之间，产生作用于该第1和第2MTJ元件的磁场的第1写入线，其特征在于构成该第1MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层，与构成该第2MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层的位置关系为，相对于该第1写入线对称。2.根据权利要求1所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1和第2MTJ元件是在半导体衬底上叠置起来的。3.根据权利要求1所述的磁随机存取存储器，其特征在于从第1写入线到第1MTJ元件的距离与从第1写入线到第2MTJ元件的距离实质上是相等的。4.根据权利要求1所述的磁随机存取存储器，其特征在于第2磁性层配置在比第1磁性层更靠近第1写入线的位置。5.根据权利要求4所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第1MTJ元件的第1磁性层接触，且产生作用于第1MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件是分离的。6.根据权利要求5所述的磁随机存取存储器，还包括与第1MTJ元件的第2磁性层连接，用于从第1MTJ元件读出数据的第1读出线，且第2写入线还具有用于从该第1MTJ元件读出该数据的第2读出线功能。7.根据权利要求4所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第2MTJ元件的第1磁性层接触，且产生作用于第2MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件是分离的。8.根据权利要求7所述的磁随机存取存储器，还包括与第2MTJ元件的第2磁性层连接，用于从第2MTJ元件读出数据的第1读出线，且第2写入线还具有用于从第2MTJ元件读出数据的第2读出线功能。9.根据权利要求4所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第1MTJ元件的与第1磁性层接触，且产生作用于第1MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件的第2磁性层接触。10.根据权利要求9所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线还具有用于从该第1MTJ元件读出数据的第1读出线功能，第2写入线还具有用于从第1MTJ元件读出数据的第2读出线功能。11.根据权利要求4所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第2MTJ元件的第1磁性层接触，且产生作用于第2MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线接触第1和第2MTJ元件的第2磁性层。12.根据权利要求11所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线还具有用于从第2MTJ元件读出数据的第1读出线功能，第2写入线还具有用于从第2MTJ元件读出数据的第2读出线功能。13.根据权利要求1所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1磁性层配置在比第2磁性层更靠近第1写入线的位置。14.根据权利要求13所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第1MTJ元件的第2磁性层接触，且产生作用于第1MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件是分离的。15.根据权利要求14所述的磁随机存取存储器，还包括与第1和第2MTJ元件的第1磁性层连接，用于从第1MTJ元件读出数据的第1读出线，且第2写入线还具有用于从第1MTJ元件读出数据的第2读出线功能。16.根据权利要求13所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第2MTJ元件的第2磁性层接触，且产生作用于第1MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件是分离的。17.根据权利要求16所述的磁随机存取存储器，还包括与第2MTJ元件的第1磁性层接触，用于从第2MTJ元件读出数据的第1读出线，且第2写入线还具有用于从第2MTJ元件读出数据的第2读出线功能。18.根据权利要求13所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第1MTJ元件的第2磁性层接触，且产生作用于第1MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件的第1磁性层接触。19.根据权利要求18所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线还具有用于从第1MTJ元件读出数据的第1读出线功能，第2写入线还具有用于从第1MTJ元件读出该数据的第2读出线功能。20.根据权利要求13所述的磁随机存取存储器，还包括与第1写入线交叉，与第2MTJ元件的第2磁性层接触，且产生作用于第2MTJ元件的磁场的第2写入线，且第1写入线与第1和第2MTJ元件的第1磁性层接触。21.根据权利要求20所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线还具有用于从第2MTJ元件读出数据的第1读出线功能，第2写入线还具有用于从第2MTJ元件读出该数据的第2读出线功能。22.一种磁随机存取存储器，包括由固定自旋方向的第1磁性层、存储数据的第2磁性层、和夹入该第1与第2磁性层之间的绝缘层构成的第1和第2MTJ元件；配置于该第1和第2MTJ元件之间，产生作用于该第1和第2MTJ元件的磁场的第1写入线；以及配置于该第2和第3MTJ元件之间，产生作用于该第2和第3MTJ元件的磁场的第2写入线；其特征在于构成该第1MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层，与构成该第2MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层的位置关系为相对于第1写入线对称，而且构成该第2MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层，与构成该第3MTJ元件的第1磁性层、绝缘层和第2磁性层的位置关系为相对于第2写入线对称。23.根据权利要求22所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1、第2和第3MTJ元件是在半导体衬底上叠置起来的。24.根据权利要求22所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线与第1和第2MTJ元件的第1磁性层接触，第2写入线与第2和第3MTJ元件的第2磁性层接触，第1和第2写入线互相交叉。25.根据权利要求22所述的磁随机存取存储器，其特征在于第1写入线与第1和第2MTJ元件的第2...

【专利技术属性】
技术研发人员：梶山健，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：