[发明专利]包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元

说明书

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2009年3月9日、申请号为200980116357.3、发明名称为“包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元”的发明专利申请案。

技术领域

本发明大体来说涉及一种包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元。

背景技术

一般来说，便携型计算装置及无线通信装置的普遍采用增加了对高密度且低功率的非易失性存储器的需求。由于加工技术已得到改善，所以有可能制造基于磁性隧道结(MTJ)装置的磁阻式随机存取存储器(MRAM)。传统的自旋力矩隧道(STT)结装置通常形成为扁平堆叠结构。所述装置通常具有具单个磁畴的二维磁性隧道结(MTJ)单元。MTJ单元通常包括固定磁性层、势垒层(即，隧穿氧化物势垒层，MgO、A1₂O₃等)及自由磁性层，其中由在自由磁性层及反铁磁性薄膜(AF)层中引发的磁场来表示位值。通常，MTJ装置还可包括额外层。自由层的磁场相对于固定磁性层所载运的固定磁场的方向的方向确定位值。

常规上，为了使用MTJ装置改善数据密度，一种技术包括减小MTJ装置的大小以将更多MTJ装置放入较小面积中。然而，MTJ装置的大小受制造技术的临界尺寸(CD)限制。另一技术包括在单个MTJ装置中形成多个MTJ结构。举例来说，在一例子中，形成包括第一固定层、第一隧道势垒及第一自由层的第一MTJ结构。在所述第一MTJ结构上形成电介质材料层，且在所述电介质材料层之上形成第二MTJ结构。此结构增加X-Y方向上的存储密度，同时增加Z方向上的存储器阵列的大小。遗憾的是，所述结构每单元仅存储一个位，因此X-Y方向上的数据密度是以Z方向上的面积为代价而增加，且可能会使MTJ制造成本倍增。此外，所述结构增加了线迹布线复杂性。因此，需要一种经改善的存储器装置，其具有较大存储密度但不增加MTJ单元中的每一者的电路面积且可随着加工技术缩放。

发明内容

在一实施例中，揭示一种磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括MTJ单元。所述MTJ单元包括多个垂直侧壁。所述多个垂直侧壁中的每一者界定一独特垂直磁畴。所述独特垂直磁畴中的每一者适于存储一数字值。

在另一实施例中，揭示一种装置，其包括适于存储多个数字值的单个磁性隧道结(MTJ)单元。所述多个数字值中的至少一者是使用垂直磁场来存储。所述装置还包括耦合到所述MTJ单元的多个端子。

在另一实施例中，揭示一种制造一装置的方法。所述方法包括执行深沟槽光刻及蚀刻工艺以在例如氧化物层间电介质衬底的衬底中产生深沟槽。所述方法包括将底部电极沉积到所述深沟槽中。所述方法包括沉积层以形成包括固定层、隧道势垒及自由层的磁性隧道结(MTJ)结构。可包括例如反铁磁性薄膜(AF)层的额外层。所述MTJ结构的至少第一部分耦合到底部电极。所述方法还包括将顶部电极沉积到所述MTJ结构的至少第二部分上。所述方法进一步包括在水平方向上及在垂直方向上对所述MTJ结构执行磁性退火工艺。所述水平方向大体上平行于所述衬底的平面，且所述垂直方向大体上垂直于所述衬底的所述平面。所述自由层的第一部分具有在所述垂直方向上的第一磁畴，且所述自由层的第二部分具有在所述水平方向上的第二磁畴。

提供由包括多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)装置的实施例提供的一个特定优点，其在于多个数字值可存储于单个MTJ单元处。举例来说，单个MTJ单元可经配置以存储多达四个或四个以上位。具有四个位的MTJ可在每一MTJ单元中存储多达十六个逻辑状态。

提供另一特定优点，其在于多位MTJ单元可随着工艺技术缩放，从而甚至在MTJ单元大小减小时也允许每一MTJ单元存储多个位。

提供又一特定优点，其在于MTJ单元可包括多个独立磁畴以存储数字值。在一特定实施例中，MTJ单元可包括多个侧壁(从衬底的平坦表面垂直地延伸)，其中所述多个侧壁中的每一者载运一独特垂直磁畴以存储一数据位。另外，MTJ单元可包括底壁，其包括水平磁畴以存储另一数据位。举例来说，在各种实施例中，MTJ单元可包括在各种定向上的三个侧壁、在面对面定向上或相结合的两个侧壁或单个侧壁。

提供再一特定优点，其在于垂直磁畴实现在装置占据面积减小的同时MTJ单元密度增加。

提供再一特定优点，其在于MTJ单元可包括可以在不改变存储于MTJ单元内的其它磁畴处的数据的情况下写入或读取的多个独立磁畴。