专利名称：磁存储器的导体结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁存储器的导体结构。更具体地说，本发明涉及磁存储器的导体结构，其中，导体截面积可以减小、以提高导体中的电流密度，或者，其中，所述截面积可以增加以减小导体中电子流动的阻力，并且所述导体被部分地包覆以增加磁场、使得向磁存储器写入比特数据所需的电流可以减小。
在
图1a中，先有技术的MRAM存储元件101包括数据层102和基准层104，它们被薄的阻挡层106所分隔。通常，阻挡层106的厚度小于约2.0纳米。存储元件101的宽度为W，高度为H，宽W与高H的比率定义了宽高比(即宽高比＝W/H)。在隧道效应磁致电阻(TMR)结构中，阻挡层106为不导电的介质材料，例如二氧化铝(Al2O3)。而在巨型磁致电阻(GMR)结构中，阻挡层106为导电材料的薄层，例如铜(Cu)。基准层104具有固定磁化取向108，也就是说，固定磁化取向108固定在预定的方向，不随外部磁场而旋转。相反，数据层102具有可变磁化取向103，它可以随外部磁场而在两个方向之间旋转。
在图1b中，当固定磁化取向108和可变磁化取向103指向同一个方向(即它们互相平行)时，数据层102存储二进制的1(“1”)。另一方面，当固定磁化取向108和可变磁化取向103指向相反方向(即它们互相逆平行)时，数据层102存储二进制的0(“0”)。
在图2中，先有技术存储元件101通常位于两个正交导体105和107的交点处。例如，导体105可以是字线，导体107可以是位线。通过产生两个磁场HX和HY，可以向存储元件101写入数据位，这两个磁场则分别由流经导体107和105中的电流IY和IX所产生。磁场HX和HY共同作用于数据层102，将可变磁化取向103从其当前的定向转到新的取向。因此，若当前的取向与固定磁化取向108平行(即在x轴的正x方向)、使得在数据层102中存储二进制的″1″，那么，磁场HX和HY将使可变磁化取向103转至逆平行方向(即在x轴的负x方向)、使得在数据层102中存储二进制的″0″。
在图3中，先有技术的存储元件101被设置在相似的存储元件101的大阵列201中，这些元件也被设置在按行和列排列的多个导体107和105的交叉点。为方便说明，图3中的导体107为位线，导体105为字线。导体(105，107)不能与存储元件101直接接触。通常有一层或多层材料将导体(105，107)与数据层102和基准层104分隔开。
通过使电流IY和IX流经字线和位线，就将数据位写入位于字线和位线交叉点的所选存储元件101。在正常的写操作中，仅当复合磁场HX和HY有足够的磁力来转换(即旋转)存储元件101的可变磁化取向时，才能写入所选存储元件101。
先有技术存储元件101的一个缺点是导体107和105具有的标称厚度(表示为tN，)和分别大体上等于存储元件101的宽度W和高度H的宽度WB和WW。在图4中，存储元件101沿纵轴Y的截面图说明导体107具有基本上等于存储元件101宽度W的宽度WB。同样地，存储元件101沿横轴X的截面图说明导体105具有基本上等于存储元件101的高度H的宽度WW。
上述厚度tN和宽度(WB和WW)的结果是，产生复合磁场HX和HY所需的电流IX和IY量很高。高电流具有几个缺点。首先，提供那些电流来源的晶体管驱动电路根据所需电流量而加大。因此，较高的电流需要较大的驱动电路。当存储元件101的尺寸缩小以增加区域密度时，有必要也缩小驱动电路的尺寸、使得阵列201所占的面积最小。
其次，在便携式电子应用中，电源通常是电池，高电流需求导致电池的寿命减小，需要更大和更重的电池。有必要减小重量、尺寸，并为获得更长的工作时间而增加电池寿命。
最后，在低功率应用中，由微电子器件产生的废热与所提供的电流量成正比。因此，较高的电流需求将增加废热的产生。过多地产生废热会使器件的温度提高，通常具有害影响。
美国专利6,236,590(Bhattacharyya等)公开了一种导体布局结构，其中，通过这样减小导体的宽度、使得导体的边缘在所述导体与存储元件交叉方向上处在存储元件宽度或长度范围内来减小转换数据层所需的电流量。但是，当磁存储元件的尺寸继续缩小时，需要进一步减小电流。因此，进一步减小MRAM器件在写操作期间的电流消耗尚有空间。
因此，有必要提供一种用于磁存储单元的导体结构，它能最佳地使用电流来转换存储单元的数据层。还有必要提供另一种用于磁存储单元的导体结构，它比先有技术导体结构能更有效地使用可用电流。有必要提供一种用于磁存储单元的导体结构，它能减小对高电流驱动电路的需要。最后，还有必要提供一种用于磁存储单元的导体结构，在对存储单元的写入操作中，它能进一步减小电流消耗。
发明内容
本发明使用一种导体结构来解决上述需要，所述导体的宽度和厚度得到减小，以增加导体中电流的密度，使得流经导体中的减小后电流量能产生足够的磁场强度，来转换存储单元数据层的可变磁化取向。本质上，当导体的宽度和厚度减小时，也将减小对转换电流的需求。导体宽度和厚度的减小可以相对于标称宽度和标称厚度。此外，可以在对写数据到存储单元的数据层起作用的一个或多个导体上减小导体的宽度和厚度。
在本发明的另一个实施例中减小了导体的宽度，并增加导体的厚度，这样就减小了导体中电流的电阻。所述导体用软磁材料部分地包覆、使得磁场增大、流经导体中的减小后的电流量能产生足够的磁场强度来转换存储单元数据层的可变磁化取向。导体宽度的减小及导体厚度的增加可以相对于标称宽度和标称厚度。可以在对写数据到存储单元数据层起作用的一个或多个导体上减小导体宽度及增加导体厚度。
在本发明的另一个实施例中，导体被分割为两个或更多分隔开的部分。分隔开的部分也可以被部分地包覆。
从以下结合附图的详细描述以及通过实例对本发明原理的说明，本发明的其他方面及优点将显而易见。
图2是先有技术磁存储元件的写导体布局轮廓图。
图3是先有技术磁存储元件阵列的轮廓图。
图4是描绘先有技术写导体及先有技术磁存储元件之间尺寸关系的截面图。
图5a是根据本发明的对磁场敏感的存储单元的轮廓图。
图5b是描绘根据本发明的存储单元的宽度和长度的顶视图。
图5c和5d是根据本发明相交于磁存储单元的第一导体和第二导体的顶视图。
图5e和图5f是根据本发明的磁存储器的示意图。
图6a和7a是根据本发明的宽度减小及厚度减小的导体的截面图。
图6b和7b是根据本发明、相对于具有标称宽度、标称长度及标称厚度的导体分别描绘图6a和图7a的宽度减小且厚度减小的导体的截面图。
图6c是根据本发明的在长度方向横穿存储单元的第二导体的截面图。
图8a、8b和8c分别是根据本发明的分割为多个分隔部分的导体的顶视图和截面图。
图9a、9b和9c分别是根据本发明的分割为多个分隔部分的一对导体的顶视图和截面图。
图10a和11a是根据本发明的宽度减小而厚度增加的包覆导体的截面图。
图10b和11b是根据本发明、相对于具有标称宽度、标称长度及标称厚度的导体分别描绘图10a和图11a的宽度减小而厚度增加的导体的截面图。
图12a、12b、12c和12d是根据本发明的宽度减小而厚度增加的部分地包覆的导体的截面图，这些导体被分割为多个分隔的包覆部分。
图13a和13b分别是根据本发明的、相对于具有标称宽度、标称长度及标称厚度的导体的、图12a和12c以及图12b和12d的分隔开的并且部分包覆的导体的截面图。
图14是根据本发明的导体周边的磁路的截面图。
图15是根据本发明的部分包覆的导体的截面图。
具体实施例方式
在以下详细说明及几个附图中，相同的元件用相同的标号标识。
如附图所示，为了说明，以磁存储器的导体结构来体现本发明。所述磁存储器包括对磁场敏感的存储单元，所述单元包括宽度、长度；以及用于以可变磁化取向的形式存储数据位的数据层。第一导体在宽度方向与存储单元相交，第二导体在长度方向与存储单元相交。第一和第二导体可响应流经第一导体的第一电流而产生第一磁场，并响应流经第二导体的第二电流而产生第二磁场。第一和第二磁场共同作用于数据层，以旋转可变磁化取向，从而向数据层写入新的数据位。
第一导体包括限定第一截面积的第一宽度和第一厚度；顶面；位于存储单元宽度范围内的两个侧面；以及与存储单元相邻的底面。
第二导体包括限定第二截面积的第二宽度和第二厚度；顶面；两个侧面；以及与存储单元相邻的底面。
第一导体的第一厚度被预选成减小第一截面积，从而增加第一导体中的电流密度。其结果是，用减小后的第一电流量就能产生与第二磁场共同作用足以旋转可变磁化取向的第一磁场强度。因此就可减小功率消耗并减小废热的产生。
通过将第二导体的两个侧面设置在存储单元的长度范围之内并且将第二厚度预选成减小第二截面积从而提高第二导体中的电流密度，来实现进一步减小功率消耗。因此，通过减小的第二电流量产生与第一磁场共同作用足以旋转可变磁化取向的第二磁场强度。
在本发明的另一个实施例中，将第一导体的两个侧面设置在存储单元的宽度范围之内，第一导体的顶面和/或两个侧面被可增加第一磁场的第一包覆层所覆盖。第一厚度被预选成增加第一截面积，使得第一导体的电阻减小，通过减小后的第一电流量来产生与第二磁场共同作用足以旋转可变磁化取向的第一磁场强度。
通过将第二导体的两个侧面设置在存储单元的长度范围之内并用可增加第二磁场的第二包覆层覆盖第二导体的顶面和/或两个侧面，将可进一步减小功率消耗。第二厚度被预选成增加第二截面积、使得第二导体的电阻减小，通过减小的第二电流量来产生与第一磁场共同作用足以旋转可变磁化取向的第二磁场强度。所述第一和第二包覆用铁磁材料制作。
在图5a和5b中，对磁场敏感的存储单元20包括数据层11、基准层13，以及设置在数据层11和基准层13之间的阻挡层15。存储单元20具有宽度W和长度L，它们定义宽长比AR＝W/L。数据层11包括可变磁化取向17，基准层13包括固定磁化取向19。在数据层11中存储数据位。
所述数据位的状态由固定磁化取向19和可变磁化取向17之间的相对方向确定。例如，平行方向可指示二进制″1″的状态，其中固定磁化取向19和可变磁化取向17指向相同方向。相反地，逆平行方向可指示二进制″0″的状态，其中固定磁化取向19和可变磁化取向17指向相反方向。
在图5b中，存储单元20的宽度方向DW大体上垂直于宽度W尺度，长度方向DL大体垂直于长度L尺度。存储单元20在宽度方向DW具有相对的侧面12s，在长度方向DL具有相对的侧面14s。在MRAM技术领域中都知道，对磁场敏感的存储单元可以包括多层薄膜材料。仅为了说明目的，未显示所有可以包括在磁场敏感存储单元中的层。例如，数据层11、基准层13及阻挡层15都可以由几层材料组成，但每一类仅图示一层。而且，虽然此处描述的第一和第二导体被图示为与数据层11和基准层13接触，但那些导体可以由一层或多层材料与数据层11及基准层13分隔开。
在图5c、6a和6c中，磁存储器的导体结构包括存储单元20；在宽度方向DW横穿存储单元20的第一导体21；以及在长度方向DL横穿存储单元20的第二导体23。
在图6a中，第一导体21包括第一宽度W1和第一厚度t1，它们限定第一截面积A1(即A1＝W1*t1)。第一导体21还包括顶面21t、两个侧面21s以及与存储单元20相邻的底面21b(即底面21b位于面向数据层11的相对位置)。两个侧面21s设置在存储单元20的宽度W范围之内。也就是说，两个侧面21s从存储单元20的相对侧面12s嵌入、使得第一宽度W1小于存储单元20的宽度W(即W1＜W)。第一导体21响应流经第一导体21的第一电流I1(未显示)，产生第一磁场H1。
在图6c中，第二导体23包括第二宽度W2和第二厚度t2，它们限定第二截面积A2(即A2＝W2*t2)。第二导体23还包括顶面23t、两个侧面23s以及与存储单元20相邻的底面23b(即底面23b位于面向基准层13的相对位置)。第二导体23响应流经第二导体23的第二电流I2(未显示)，产生第二磁场H2。第一和第二磁场(H1，H2)合作共同作用于数据层11，以旋转可变磁化取向17。
在图5c、6c和8a中，第二宽度W2大于或等于存储单元20的长度L。两个侧面23s设置在大体上与存储单元20的相对的两侧14s齐平的位置。或者，可以这样设置两个侧面23s、使得它们向外朝相对侧12s延伸，如虚线箭头E所示。随便哪种情况，第二宽度W2大于或大体上等于存储单元20的长度L(即W2＞＝L)。
在图5e中，多个存储单元20按行和列的阵列排列，共同形成磁存储器10。多个第一导体21按列排列，多个第二导体23按行排列。或者，第一导体21可以按行排列，第二导体23可以按列排列。
每个存储单元20设置在第一和第二导体(21，23)的交叉点，并设置在第一和第二导体(21，23)之间的中间层。通过使第一电流I1流过第一导体21并使第二电流I2流过第二导体23、使得由那些电流产生的第一和第二磁场(H1，H2)合作共同作用于存储单元20′的数据层11、以旋转可变磁化取向17，来将数据位写到位于第一和第二导体(21，23)交叉点的所选存储单元(在图5e中表示为20′)。通过减小流经第一导体21中的第一电流I1，可以减小前述写操作的功率消耗。
在电子技术领域都知道，导体中的电流密度J由流经所述导体的电流I和所述导体的截面积A来确定，即，J＝I÷A(单位为A/m2)。磁场H与流经导体中的电流I有关，用安培定律表示I＝∮H·d1。所述表达式可简化为I＝H*P，其中P是导体周围的闭合磁路。因此，若I保持恒定，则H随P的减小而增大。
例如，对于第一导体21，闭合磁路P是第一导体21周围的闭合路径(即第一导体21的周长)；因此，P＝(2*W1+2*t1)。相应地，第一磁场H1≈[I1/(2*W1+2*t1)]。同样，对于第二导体23，第二磁场H2≈[I2/(2*W2+2*t2)]。
在MRAM技术领域都知道，可以通过减小横穿所述数据层的导体的宽度，可以减小足够用来旋转数据层可变磁化取向的电流量。导体的宽度可以减小到使得导体的边缘处在存储单元的边缘之内。如前所述，Bhattacharyya等的美国专利6,236,590公开了一种减小宽度的导体。但是，仅减小导体的宽度并不会产生同样大的电流减小。例如，若导体的宽度按2.0的倍数减小(即50％)，则电流量并不会按2.0的倍数减小。
根据本发明的原理，通过减小导体的厚度以及导体的宽度、使得导体的截面积减小并增加了导体中电流的密度，来进一步减小旋转可变磁化取向所需的电流量。
在图6a中，第一导体21的第一厚度t1和第一宽度W1被预选成减小第一导体21的第一截面积A1并增加电流密度J1。第一导体21中电流密度J1的增加提高了由第一电流I1所产生的第一磁场H1的强度。但是，若减小第一截面的面积A1并保持第一电流I1不变，则第一磁场H1的强度与第二磁场H2合作将足以旋转可变磁化取向17。
因此，由于第一磁场H1的强度超过旋转可变磁化取向17所需的实际强度，所以可以在以下情况下减小第一电流I1的量第一磁场H1以这样的方式减小、使得减小后的第一磁场H1的强度与第二磁场H2合作足以旋转可变磁化取向17。预选的第一宽度W1的值使得第一导体21的两个侧面21s被设置在存储单元20的宽度W的范围之内(即它们从相对侧面12s嵌入)。虽然将第一导体21描述为在相对的侧面12s的中间，但是，第一导体21无需处于相对侧面12s之间的对称位置，而是可以在相对侧面12s内的任何位置。
减小第一电流I1的量的好处包括减小功率消耗、减小功率耗散(即由于电流流动产生的废热)以及减小提供第一电流I1的驱动电路的尺寸。当减小第二电流I2的量时将会有相同的好处，这将在以下说明。
在图6b中，存储单元20可以有标称的导体21’(用虚线轮廓显示的截面图)，它包括标称宽度Wn、第一标称厚度T1n以及第一标称截面积A1n。那些标称值可以由制造磁存储器的一套设计规则确定。例如，若第一标称厚度为T1n＝0.2μm，标称宽度为Wn＝1.0μm，则第一标称截面积为A1n＝Wn*T1n＝0.2μm2。标称宽度Wn可以大于或等于存储单元20的宽度W。在图6b中，标称宽度Wn等于W。随便哪种情况下，第一宽度W1小于Wn并且小于W。Wn、T1n和A1n的值可以用作基准值来确定W1和t1的预选值。
在图6b中，第一导体21的截面图与标称导体21′的截面图叠加，以说明第一截面积A1(A1＝W1*t1)相对于第一标称截面积A1n(A1n＝Wn*T1n)的减小。
相应地，可以通过预选第一厚度t1为小于第一标称厚度T1n并预选第一宽度W1为小于标称宽度Wn，来达到第一截面积A1的减小。显然，在W＝Wn的情况下，第一宽度W1也可预选成小于W。例如，给定A1n＝Wn*T1n＝0.2μm2，若第一宽度W1＝0.5μm并且第一厚度t1＝0.1μm，则第一截面积A1＝W1*t1＝0.05μm2，因而，第一导体21的第一截面积A1相对于第一标称截面积A1n按4.0的倍数减小。
在本发明的一个实施例中，第一宽度W1相对于标称宽度Wn按大约0.60或更小的倍数缩小，而第一厚度t1相对于第一标称厚度T1n按大约0.50系数或更小的倍数缩小。
在图8a、8b和8c中，第一导体21被分割为多个分隔开的部分22(图中示出两个)。在图8b中，所有部分22都设置在存储单元20的宽度W范围之内。各部分22由距离S1分隔开。如上所述，各部分22具有第一厚度t1。由于各部分22之间的距离S1，所以各部分22的总组合宽度小于第一宽度W1，并小于宽度W或标称宽度Wn。各部分22可以有相同的宽度，或者它们的宽度可以在各部分22中有变化。
在本发明的另一个实施例中，如图8c中所示，各部分22中至少一个部分的一小部分(即底面22b)不位于存储单元20的宽度W范围之内。
在图8a中，第一电流I1在各部分22之间分配、使得各部分22之一有电流I11流过，另一个部分22有电流I12流过。若各部分22具有大体上相等的尺寸(即厚度和宽度)，则电流(I11，I12)将大体上相等。另一方面，若各部分22具有不相等的尺寸，则电流(I11，I12)可以不相等。
各部分22可以通过用将各部分22电气上互相连接的导电材料26互相进行电连接。本质上，导电材料26使各部分22互相短接。驱动电路(未显示)可以向第一导体21提供第一电流I1，第一电流I1将分配给各部分22并流经各部分22。但是，各部分22无需互相电连接，每个部分22可以与专用的驱动电路(未显示)电连接。各部分22最好互相电连接、使得驱动电路的数目最少。
在图8a和8b中，第一截面积A1包括所有部分22组合的截面积。上述由第一截面积A1的减小引起第一电流I1的减小也适用于第一导体21被分割成各部分22的情况。
用与上述对第一导体21相同的方式减小第二导体23的第二截面积A2，可以在本发明的磁存储器10中实现电流消耗的进一步减小。
在图5d、5f、7a和7b中，第二导体23的两个侧面23s被设置在存储单元20的长度L范围之内(即它们从相对侧面14s嵌入)。第二厚度t2和第二宽度W2被预选成减小第二截面积A2，并增加第二导体23内的电流密度J2。因此，减小后的第二电流I2产生与第一磁场H1合作足以旋转可变磁化取向17的第二磁场强度H2。
在图7b中，存储单元20可以有标称的导体23’(用虚线轮廓显示的截面图)，它包括标称长度Ln、第二标称厚度T2n以及第二标称截面积A2n。那些标称值可以由制造磁存储器的一套设计规则确定。例如，若第二标称厚度为T2n＝0.2μm，标称长度为Ln＝0.8μm，则第二标称截面积为A2n＝Ln*T2n＝0.16μm2。标称长度Ln可以大于或等于存储单元20的长度L。在图7b中，标称长度Ln等于L。随便哪种情况下，第二宽度W2小于Ln并且小于L。Ln、T2n和A2n的值可以用作基准值来确定W2和t2的预选值。
在图7b中，第二导体23的截面与标称导体23′的截面图叠加，以说明第二截面积A2(A2＝W2*t2)相对于第二标称截面积A2n(A2n＝Ln*T2n)的减小。
因此，可以通过把第二厚度t2预选成小于第二标称厚度T2n，并把第二宽度W2预选成小于标称长度Ln，来达到第二截面积A2的减小。在L＝Ln的情况下，也可以把第二宽度W2预选成小于L。例如，给定A2n＝Ln*T2n＝0.16μm2，若第二宽度W2＝0.4μm并且第二厚度t2＝0.1μm，则第二截面积A2＝W2*t2＝0.04μm2，因而，第二导体23的第二截面积A2相对于第二标称截面积A2n按4.0的倍数减小。
在本发明的另一个实施例中，第二宽度W2相对于标称长度Ln按约0.60或更小的倍数缩小，而第二厚度t2相对于第二标称厚度T2n按约0.50或更小的倍数缩小。
在图9a、9b和9c中，第二导体23被分割为多个分隔开的部分24(图中示出两个)。在图9b中，所有部分24都设置在存储单元20的长度L的范围之内。各部分24由距离S2分隔开。如上所述，各部分24具有第二厚度t2。由于各部分24之间的距离S2，所以各部分24的总组合宽度将小于第二宽度W2，并小于长度L或标称长度Ln。各部分24可以有相同的宽度，或者它们的宽度可以在各部分24中有变化。
在本发明的另一个实施例中，如图9c中所示，各部分24中至少一个部分的一小部分(即底面24b)不位于存储单元20的长度L之内。
在图9a中，第二电流I2在各部分24之间分配、使得各部分24之一有电流I21流过，而另一个部分24有电流I22流过。若各部分24具有大体上相等的尺寸(即厚度和宽度)，则电流(I21，I22)将大体上相等。另一方面，若各部分24具有不相等的尺寸，则电流(I21，I22)可以不相等。
各部分24可以通过将各部分24彼此电连接的导电材料28互相进行电连接。本质上，导电材料28使各部分24互相短接。驱动电路(未显示)可以向第二导体23提供第二电流I2，第二电流I2分配给各部分24并流经各部分24。但是，各部分24无需互相电连接，每个部分24可以与专用的驱动电路(未显示)电连接。各部分24最好互相电连接、使得驱动电路的数目能够最少。
在图9a和9b中，第二截面积A2包括所有部分24组合的截面积。上述由第二截面积A2的减小引起的第二电流I2的减小也适用于第二导体23被分割成各部分24的情况。
在本发明的又一个实施例中(也在图9a中描述)，第一导体21被分割为多个分隔开的各部分22，这在前面已参照图8a、8b和8c说明过。各部分22由距离S1分隔开。所有部分22可以设置在存储单元20的宽度W的范围之内，或者，各导体22中至少一个导体的一部分不设置在宽度W的范围之内。因此，第一和第二导体(21，23)都被分割为分隔开的各部分(22，24)。
将导体(21，23)分割为部分(22，24)能够将集中的场加到数据层11的多个区域。例如，两个场源可以位于数据层11的任一端。这样的配置将制止转换过程在数据层11的端部区域被初始化。这可产生更可重复的转换过程。
减小第一导体21和/或第二导体23的截面积所带来的一个后果是导体的电阻随截面积(A1，A2)的减小而增加。电子流动阻力Rc和导体的截面积Ac之间的关系是Rc＝ρ*(1/Ac)＝ρ*[1/(Wc*tc)]，其中ρ是单位为Ω-m的电阻率，1是单位为米的长度。
因此，减小电阻Rc的一个方法是增加厚度tc、宽度Wc，或两者同时增加、使得导体的截面积Ac增加。减小导体的宽度Wc的好处前面已经描述过。因此，若导体宽度Wc小于存储单元20的长度L或宽度W(如本文中所述)，则为了增加截面积Ac并减小电阻Rc，必须增加厚度tc。
在图14中，第一导体21在所述导体的周围有总磁路P1，其中P1＝(2*W1)+(2*t1)。由流经第一导体21的第一电流I1所产生的第一磁场H1与第一电流I1除以总磁路P1成正比，这样H1～I1÷P1～I1÷(2*W1+2*t1)虽然未在图14中显示，第二导体23也包括磁路P2＝(2*W2)+(2*t2)，并且由流经第二导体23的第二电流I2所产生的第二磁场H2与第二电流I2除以总磁路P2成正比，这样H2～I2÷P2～I2÷(2*W2+2*t2)在图14中，第一导体21的4个侧面(21t、21s及21b)每个侧面代表第一磁场H1的磁阻R，它类似于电路中串联电阻所引起的电压降。因此，t1的增加将减小第一磁场H1的强度，因为增加t1将增加总磁路P1。
在图15中，可以通过用第一包覆层31覆盖顶面21t、侧面21s或同时覆盖两者(如图所示)来减小第一导体21的总磁路P1。底面21b不用包覆层覆盖(即第一导体21为部分包覆)。第一包覆层31用铁磁材料制作。包覆的表面(21t，21s)的磁阻R大体上为R≈0，未包覆的表面(21b)的磁阻R仍然是R。因此，总磁路P1成为W1，第一磁场H1～I1/W1。通过限制导体的宽度W1为小于位宽度W，磁场H1增加到超过具有相同宽度的位和导体的值。而且，因为有第一包覆层31，可以增加第一厚度t1以增加第一截面积A1因而减小第一导体21中的电子流电阻。
同样地，可以通过用第二包覆层33覆盖顶面23t、侧面23s或同时覆盖两者(参见图11a)来减小第二导体23的总磁路P2。底面23b不用包覆层覆盖(即第二导体23为部分包覆)。第二包覆层33也用铁磁材料制作。因此，总磁路P2变为W2，第二磁场H2～I2÷W2。第二包覆层33允许增加厚度t2，从而增加第二截面积A2并减小第二导体23中电子流的电阻。
减小第一和第二导体(21，23)的导体宽度(W1，W2)的好处包括第一和第二电流(I1，I2)的减小以及尺寸的减小或写驱动电路的减小。减小电阻的好处包括功率消耗和功率耗散的减小以及提供第一和第二电流(I1，I2)的驱动电路电压的减小。此外，增加导体截面积可缓和电迁移问题。
在本发明的一个实施例中，如图10a和10b所示，磁存储器10的导体结构包括前面所述的存储单元20。第一导体21在宽度方向DW横过存储单元20，它响应流经的第一电流I1而产生第一磁场H1。第一导体21包括第一宽度W1和第一厚度t1，它们定义第一截面积A1。第一导体还包括顶面21t、设置在存储单元20宽度W的范围之内的两个侧面21s(即两个侧面21s从相对的侧面12s嵌入)以及与存储单元20相邻的底面21b。
第一导体21包括第一包覆层31。第一包覆层31可以覆盖顶面21t；两个侧面21s；或顶面21t和两个侧面21s。第一包覆层31可减小总磁路P1并增加第一磁场H1，这在前面参照图15已经讲述过。
第二导体23在长度方向DL横过存储单元20，它响应流经的第二电流I2而产生第二磁场H2。第二导体包括第二宽度W2和第二厚度t2，它们限定第二截面积A2，第二导体包括顶面23t、两个侧面23s以及与存储单元20相邻的底面23b。如前面所讨论，第一和第二磁场(H1，H2)共同作用于数据层11，以旋转可变磁化取向17。
在图10a和10b中所说明的实施例中，第一宽度W1小于存储单元20的宽度W，第一厚度t1预选成能增加第一截面积A1。如前面参照图14和15所说明的，增加第一截面积A1将减小第一导体21的电阻。减小后的导体宽度W1确保在减小后的第一电流量I1的条件下，第一磁场H1的强度与第二磁场H2合作足以旋转可变磁化取向17。
在图10b中描绘了具有标称宽度Wn和第一标称厚度T1n的标称导体21′的外形截面图。那些标称值可以由制造磁存储单元20的一套设计规则确定，这在前面已有说明。第一宽度W1小于标称宽度Wn。因为两个侧面22s嵌入相对的侧面12s，所以第一宽度W1也将小于宽度W。Wn和T1n的值可以用作基准值来确定W1和t1的值。
但不同于图6b中所描述的实施例，在图10b中，可以通过将第一厚度t1预选成大于第一标称厚度T1n(即t1＞T1n)来达到第一截面积A1的增加。例如，若第一标称厚度T1n＝0.2μm，则可以预选第一厚度t1为0.4μm。
在本发明的一个实施例中，第一宽度W1相对于标称宽度Wn按约0.60或更小的倍数缩小，而第一厚度t1相对于第一标称厚度T1n按约1.50或更大的倍数增大。
进一步减小功率消耗可以通过本发明的另一个实施例来实现，如图11a和11b所示，其中第二导体23包括第二包覆层33。第二包覆层33可以覆盖顶面23t；两个侧面23s；或顶面23t和两个侧面23s。第二包覆层33可减小总磁路P2并增加第二磁场H2，这在前面参照图15已经讲述过。
如图11a和11b中说明的，两个侧面23s被设置在存储单元20的长度L的范围之内(即它们从相对侧面14s嵌入)。标称长度Ln可以大于或等于存储单元20的长度L。第二宽度W2可小于存储单元20的标称长度Ln。因为两个侧面23s嵌入相对的侧面14s，所以第二宽度W2也将小于长度L。
第二厚度t2被预选成增加第二截面积A2、因而减小第二导体23的电阻。减小的导体宽度W2确保在减小后的第二电流量I2的条件下，第二磁场H2的强度与第一磁场H1合作足以旋转可变磁化取向17。
在图11b中，可以通过将第二厚度t2预选成大于第二标称厚度T2n(即t2＞T2n)来达到第二截面积A2的增加。例如，若第二标称厚度T2n＝0.3μm，则可以预选第二厚度t2为0.7μm。
在本发明的一个实施例中，第二宽度W2相对于标称长度Ln按约0.60或更小的倍数缩小，而第二厚度t2相对于第二标称厚度T2n按约1.50或更大的倍数增大。
在本发明的又一个实施例中，如图12a中所示，第一导体21被分割为多个(显示两个)分隔开和包覆的部分22。与第一导体21的方式相同，每个包覆的部分22都有顶面、两个侧面，以及与存储单元20相邻的底面。包覆的部分22由距离S1分隔开。
包覆层32可以覆盖顶面；两个侧面；或顶面和两个侧面(即包覆部分22是部分包覆)。在图12a中，导体22的所有表面(除底面外)都由包覆层32覆盖。如上所述，包覆层32减小了总磁路P1。每个包覆部分22都有预选成增加第一截面积A1的第一厚度t1，从而减小每个包覆部分22中的电阻。
在本发明的一个实施例中，如图12a中所述，所有包覆部分22都设置在存储单元20的宽度W的范围之内。在本发明的另一个实施例中，如图12b中所示，各包覆部分22中至少一个包覆部分的一小部分(即底面22b)不位于存储单元20的宽度W的范围之内。
同样地，在图12c中，第二导体23被分割为多个(图中示出两个)分隔开和包覆的部分24。与第二导体23的方式相同，每个包覆的部分24都有顶面、两个侧面，以及与存储单元20相邻的底面。各包覆的部分24由距离S2分隔开。
包覆层34可以覆盖顶面；两个侧面；或顶面和两个侧面(即包覆部分24是部分包覆的)。在图12c中，包覆部分24的所有表面(除底面)都由包覆层34覆盖。如上所述，包覆层34减小了总磁路P2。每个包覆部分24都有预选成增加第二截面积A2的第二厚度t2，从而减小每个包覆部分24中的电阻。
在本发明的一个实施例中，如图12c中所述，所有包覆部分24都设置在存储单元20的长度L的范围之内。在本发明的另一个实施例中，如图12d中所示，各包覆部分24中至少一个包覆部分的一小部分(即底面24b)不位于存储单元20的长度范围L之内。
在本发明的一个实施例中，如图9a、12a和12c中所示，第一和第二导体(21、23)都被分割为分隔开和包覆的各部分(22、24)。包覆层32覆盖各包覆部分22，包覆层34覆盖各包覆部分24。
在图13a和13b中，各包覆部分(22，24)的截面图与标称导体(21′，23′)的截面图(以虚线轮廓表示)叠加，以说明与标称导体(21′，23′)的第一和第二标称厚度相关的各包覆部分(22，24)增加的厚度(t1，t2)。如上所述，增加厚度(t1，t2)将增加各包覆部分(22，24)的截面积(A1，A2)，导致各包覆部分(22，24)中电阻的减小。
将导体(21，23)分割为两个或更多包覆部分(22，24)使集中的场能够加到数据层11的多个区域。例如，两个场源可以位于数据层11的任一端。这样的配置将制止转换过程在数据层11的端部部分被初始化。这可产生更可重复的转换过程。
对于本文中所述的实施例，包覆层(31，33，32，34)可以用铁磁材料制成。包覆层(31，33，32，34)最好用高磁导率的软磁材料、包括(但不限于)镍铁合金、镍铁钴合金、钴铁合金以及PERMALLOYTM制成。
导体(21，23，22，24)可以用导电的材料、包括(但不限于)铜、铝、铝铜、钽、金、银及这些导电材料的合金制成。虽然本文所述的导体(21，23，22，24)被描绘为与数据层11或基准层13接触，但那些配置仅作为说明目的，导体(21，23，22，24)可以用一层或几层包括存储单元20结构的材料与数据层11或基准层13分隔。
虽然公开并描述了本发明的几个实施例，但本发明并不局限于这样描述和说明的特定形式或配置。本发明仅受限于权利要求书。
权利要求
1.一种磁存储器的导体结构，所述磁存储器包括对磁场敏感的存储单元，所述单元包括宽度、长度；以及用于以可变磁化取向的形式存储数据位的数据层，所述导体结构包括在宽度方向横过所述存储单元的第一导体，所述第一导体响应流经其中的第一电流而产生第一磁场，所述第一导体包括限定第一截面积的第一宽度和第一厚度；顶面；位于所述存储单元宽度范围内的两个侧面；以及与所述存储单元相邻的底面，在长度方向横过所述存储单元的第二导体，所述第二导体响应流经其中的第二电流而产生第二磁场，所述第二导体包括限定第二截面积的第二宽度和第二厚度；顶面；位于所述存储单元宽度范围内的两个侧面；以及与所述存储单元相邻的底面，其中，所述第二宽度大体上大于或等于所述存储单元的所述长度，所述第一和第二磁场合作作用于所述数据层，以便旋转所述可变磁化取向，其中，所述第一厚度和所述第一宽度被预选成减小所述第一截面积因而增加所述第一导体中的电流密度、使得减小后的第一电流量能产生与所述第二磁场合作足以旋转所述可变磁化取向的第一磁场强度。
2.如权利要求1所述的导体结构，其特征在于所述第一宽度小于标称宽度，而所述第一厚度小于第一标称厚度。
3.如权利要求2所述的导体结构，其特征在于所述第一宽度相对于所述标称宽度按约0.60或更小的倍数缩小，而所述第一厚度相对于所述第一标称厚度按约0.50或更小的倍数缩小。
4.如权利要求1所述的导体结构，其特征在于所述第一导体被分割为多个分隔开的部分，其中，所述各部分相对于所述存储单元的所述宽度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各部分都设置在所述存储单元的所述宽度范围之内；以及所述各部分中至少一个部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述宽度范围之内。
5.如权利要求1所述的导体结构，其特征在于所述第二导体的所述两个侧面位于所述存储单元的所述长度范围之内，所述第二厚度和所述第二宽度被预选成减小所述第二截面积因而增加所述第二导体中电流的密度、使得减小后的第二电流量产生与所述第一磁场合作足以旋转所述可变磁化取向的第二磁场强度。
6.如权利要求5所述的导体结构，其特征在于所述第二宽度小于标称长度，而所述第二厚度小于第二标称厚度。
7.如权利要求6所述的导体结构，其特征在于所述第二宽度相对于所述标称长度按约0.60或更小的倍数缩小，而所述第二厚度相对于所述第二标称厚度按约0.50或更小的倍数缩小。
8.如权利要求5所述的导体结构，其特征在于所述第二导体被分割为多个分隔开的部分，其中，所述各部分相对于所述存储单元的所述宽度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各部分都设置在所述存储单元的所述宽度范围之内；以及所述各部分中至少一个部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述宽度范围之内。
9.如权利要求8所述的导体结构，其特征在于所述第一导体被分割为多个分隔开的部分，其中，所述各部分相对于所述存储单元的所述宽度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各部分都设置在所述存储单元的所述宽度范围之内；以及所述各部分中至少一个部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述宽度范围之内。
10.一种磁存储器的导体结构，所述磁存储器包括对磁场敏感的存储单元，所述单元包括宽度、长度；以及用于以可变磁化取向的形式存储数据位的数据层，所述导体结构包括在宽度方向横过所述存储单元的第一导体，所述第一导体响应流经其中的第一电流而产生第一磁场，所述第一导体包括限定第一截面积的第一宽度和第一厚度；顶面；位于所述存储单元宽度范围内的两个侧面；以及与所述存储单元相邻的底面，覆盖所述第一导体的从一个组中选择的表面的第一包覆层，所述组由以下各表面构成顶面；两个侧面；以及所述顶面和所述两个侧面；在长度方向横过所述存储单元的第二导体，所述第二导体响应流经其中的第二电流而产生第二磁场，所述第二导体包括限定第二截面积的第二宽度和第二厚度；顶面；位于所述存储单元宽度范围内的两个侧面；以及与所述存储单元相邻的底面，其中，所述第二宽度大体上大于或等于所述存储单元的所述长度，所述第一和第二磁场合作作用于所述数据层，以便旋转所述可变磁化取向，其中所述第一厚度被预选成增加所述第一截面积并使所述第一导体的电阻减小，并且其中这样预选所述第一宽度、使得减小后的第一电流量产生与所述第二磁场合作足以旋转所述可变磁化取向的第一磁场强度。
11.如权利要求10所述的导体结构，其特征在于所述第一宽度小于标称宽度，而所述第一厚度大于第一标称厚度。
12.如权利要求11所述的导体结构，其特征在于所述第一宽度相对于所述标称宽度按约0.60或更小的倍数缩小，而所述第一厚度相对于所述第一标称厚度按约1.50或更大的倍数增大。
13.如权利要求10所述的导体结构，其特征在于所述第一导体被分割为多个分隔开并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相对于所述存储单元的所述宽度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各包覆部分都设置在所述存储单元的所述宽度范围之内；以及所述各包覆部分中至少一个包覆部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述宽度范围之内。
14.如权利要求10中所述的导体结构，其特征在于还包括覆盖所述第二导体的从一个组中选择的表面的第二包覆层，所述组由以下各表面构成所述顶面；所述两个侧面；以及所述顶面和所述两个侧面，所述第二包覆层增大所述第二磁场，以及其中，所述第二导体的所述两个侧面被设置在所述存储单元的所述长度范围之内，并且，所述第二厚度被预选成增加所述第二截面积因而使所述第二导体的电阻减小，其中，这样预选所述第二宽度、使得减小后的第二电流量产生与所述第一磁场合作足以旋转所述可变磁化取向的第二磁场强度。
15.如权利要求14所述的导体结构，其特征在于所述第二宽度小于标称长度，而所述第二厚度大于第二标称厚度。
16.如权利要求15所述的导体结构，其特征在于所述第二宽度相对于所述标称长度按约0.60或更小的倍数缩小，而所述第二厚度相对于所述第二标称厚度按约1.50或更大的倍数增大。
17.如权利要求14所述的导体结构，其特征在于所述第二导体被分割为多个分隔开并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相对于所述存储单元的所述长度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各包覆部分都设置在所述存储单元的所述长度范围之内；以及所述各包覆部分中至少一个包覆部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述长度范围之内。
18.如权利要求17所述的导体结构，其特征在于所述第一导体被分割为多个分隔开并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相对于所述存储单元的所述宽度的位置是从由以下各种情况构成的组中选择的所有所述各包覆部分都设置在所述存储单元的所述宽度范围之内；以及所述各包覆部分中至少一个包覆部分的一小部分不是位于所述存储单元的所述宽度范围之内。
全文摘要
本发明公开一种磁存储器的导体结构。所述导体结构包括一个或几个导体，它们的宽度小于导体与存储单元交叉方向上存储单元的尺寸。导体的厚度被预选成可减小导体的截面积因而增加导体中的电流密度。由于电流密度的增加，流经导体中的减小的电流就能产生足以旋转存储单元数据层中可变磁化取向的磁场。或者，可以通过增加导体的厚度以增加其面积以减小其电阻、并将导体部分地包覆以减小导体周围的总磁路从而增强磁场，这样也能减小电流量。
文档编号G11C11/02GK1453791SQ03122470
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月25日 优先权日2002年4月25日
发明者M·巴塔查里亚, T·C·安东尼 申请人:惠普公司