[發明專利]包括多個垂直磁疇的磁性隧道結單元

有效

• 申請號: 201310594047.0
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN103594424A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李霞;升·H·康;朱曉春
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8247
• 分類號: H01L21/8247;H01L27/22;G11C11/56;H01L43/08
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 宋獻濤

分案申請的相關信息

本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2009年3月9日、申請號為200980116357.3、發明名稱為“包括多個垂直磁疇的磁性隧道結單元”的發明專利申請案。

技術領域

本發明大體來說涉及一種包括多個垂直磁疇的磁性隧道結單元。

背景技術

一般來說，便攜型計算裝置及無線通信裝置的普遍采用增加了對高密度且低功率的非易失性存儲器的需求。由于加工技術已得到改善，所以有可能制造基于磁性隧道結(MTJ)裝置的磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)。傳統的自旋力矩隧道(STT)結裝置通常形成為扁平堆疊結構。所述裝置通常具有具單個磁疇的二維磁性隧道結(MTJ)單元。MTJ單元通常包括固定磁性層、勢壘層(即，隧穿氧化物勢壘層，MgO、A1₂O₃等)及自由磁性層，其中由在自由磁性層及反鐵磁性薄膜(AF)層中引發的磁場來表示位值。通常，MTJ裝置還可包括額外層。自由層的磁場相對于固定磁性層所載運的固定磁場的方向的方向確定位值。

常規上，為了使用MTJ裝置改善數據密度，一種技術包括減小MTJ裝置的大小以將更多MTJ裝置放入較小面積中。然而，MTJ裝置的大小受制造技術的臨界尺寸(CD)限制。另一技術包括在單個MTJ裝置中形成多個MTJ結構。舉例來說，在一例子中，形成包括第一固定層、第一隧道勢壘及第一自由層的第一MTJ結構。在所述第一MTJ結構上形成電介質材料層，且在所述電介質材料層之上形成第二MTJ結構。此結構增加X-Y方向上的存儲密度，同時增加Z方向上的存儲器陣列的大小。遺憾的是，所述結構每單元僅存儲一個位，因此X-Y方向上的數據密度是以Z方向上的面積為代價而增加，且可能會使MTJ制造成本倍增。此外，所述結構增加了線跡布線復雜性。因此，需要一種經改善的存儲器裝置，其具有較大存儲密度但不增加MTJ單元中的每一者的電路面積且可隨著加工技術縮放。

發明內容

在一實施例中，揭示一種磁性隧道結(MTJ)結構。所述MTJ結構包括MTJ單元。所述MTJ單元包括多個垂直側壁。所述多個垂直側壁中的每一者界定一獨特垂直磁疇。所述獨特垂直磁疇中的每一者適于存儲一數字值。

在另一實施例中，揭示一種裝置，其包括適于存儲多個數字值的單個磁性隧道結(MTJ)單元。所述多個數字值中的至少一者是使用垂直磁場來存儲。所述裝置還包括耦合到所述MTJ單元的多個端子。

在另一實施例中，揭示一種制造一裝置的方法。所述方法包括執行深溝槽光刻及蝕刻工藝以在例如氧化物層間電介質襯底的襯底中產生深溝槽。所述方法包括將底部電極沉積到所述深溝槽中。所述方法包括沉積層以形成包括固定層、隧道勢壘及自由層的磁性隧道結(MTJ)結構。可包括例如反鐵磁性薄膜(AF)層的額外層。所述MTJ結構的至少第一部分耦合到底部電極。所述方法還包括將頂部電極沉積到所述MTJ結構的至少第二部分上。所述方法進一步包括在水平方向上及在垂直方向上對所述MTJ結構執行磁性退火工藝。所述水平方向大體上平行于所述襯底的平面，且所述垂直方向大體上垂直于所述襯底的所述平面。所述自由層的第一部分具有在所述垂直方向上的第一磁疇，且所述自由層的第二部分具有在所述水平方向上的第二磁疇。

提供由包括多個垂直磁疇的磁性隧道結(MTJ)裝置的實施例提供的一個特定優點，其在于多個數字值可存儲于單個MTJ單元處。舉例來說，單個MTJ單元可經配置以存儲多達四個或四個以上位。具有四個位的MTJ可在每一MTJ單元中存儲多達十六個邏輯狀態。

提供另一特定優點，其在于多位MTJ單元可隨著工藝技術縮放，從而甚至在MTJ單元大小減小時也允許每一MTJ單元存儲多個位。

提供又一特定優點，其在于MTJ單元可包括多個獨立磁疇以存儲數字值。在一特定實施例中，MTJ單元可包括多個側壁(從襯底的平坦表面垂直地延伸)，其中所述多個側壁中的每一者載運一獨特垂直磁疇以存儲一數據位。另外，MTJ單元可包括底壁，其包括水平磁疇以存儲另一數據位。舉例來說，在各種實施例中，MTJ單元可包括在各種定向上的三個側壁、在面對面定向上或相結合的兩個側壁或單個側壁。

提供再一特定優點，其在于垂直磁疇實現在裝置占據面積減小的同時MTJ單元密度增加。

提供再一特定優點，其在于MTJ單元可包括可以在不改變存儲于MTJ單元內的其它磁疇處的數據的情況下寫入或讀取的多個獨立磁疇。