[发明专利]包含多个磁畴的磁性隧道结单元

说明书

技术领域

本发明大体上涉及包含多个磁畴的磁性隧道结单元。

背景技术

一般来说，便携式计算装置和无线通信装置的广泛采用已增加了对高密度和低功率非易失性存储器的需求。随着工艺技术已改进，基于磁性隧道结(MTJ)装置制造磁阻随机存取存储器(MRAM)已变为可能。传统的自旋力矩隧道(STT)结装置通常形成为平坦的堆叠结构。此些装置通常具有具单一磁畴的二维磁性隧道结(MTJ)单元。MTJ单元通常包含固定磁性层、障壁层(即，隧穿氧化物层)和自由磁性层，其中一位值由自由磁性层和反铁磁性层中诱发的磁场表示。相对于由固定磁性层携载的固定磁场的方向的自由层的磁场的方向决定所述位值。

常规上，为了改善使用MTJ装置的数据密度，一种技术包含减小MTJ装置的大小以在较小区域中放置较多MTJ装置。然而，MTJ装置的大小受到制造技术的临界尺寸(CD)限制。另一技术涉及在单一MTJ装置中形成多个MTJ结构。举例来说，在一个实例中，形成第一MTJ结构，其包含第一固定层、第一隧道障壁和第一自由层。在第一MTJ结构上形成电介质材料层，且在电介质材料层的顶部上形成第二MTJ结构。此些结构增加了X-Y方向上的存储密度，同时增加了Z方向上的存储器阵列的大小。遗憾的是，此些结构每单元仅存储一个位，因此X-Y方向上的数据密度增加是以Z方向上的区域以及制造成本增加为代价。此外，此些结构增加了迹线布线复杂性。因此，需要在不增加每一MTJ单元的电路面积的情况下具有较大存储密度且可随着工艺技术而缩放的经改进的存储器装置。

发明内容

在特定实施例中，揭示一种磁性隧道结(MTJ)结构，其包含MTJ单元，所述MTJ单元具有大体上垂直于衬底的表面延伸的多个侧壁。所述多个侧壁中的每一者包含用以携载唯一磁畴的自由层。所述唯一磁畴中的每一者适于表示存储的数字值。

在另一特定实施例中，揭示一种磁性隧道结(MTJ)结构，其包含：MTJ单元，其具有多个侧壁。所述多个侧壁包含第一侧壁，所述第一侧壁具有用以携载第一磁畴以存储第一数据位的第一自由层，且包含第二侧壁，所述第二侧壁具有用以携载第二磁畴以存储第二数据位的第二自由层。

在再一特定实施例中，一种磁性随机存取存储器(MRAM)包含磁性隧道结(MTJ)单元阵列。所述MTJ单元中的每一者包含多个侧壁。所述多个侧壁中的每一者包含用以携载适于存储数字值的相应独立磁畴的自由层。

磁性隧道结(MTJ)装置的实施例提供的一个特定优点在于，多个数据位可存储在单一MTJ单元处。举例来说，单一MTJ单元可经配置以存储多达四个数据位，其可用以在每一MTJ单元中表示多达十六个逻辑状态。

提供的另一特定优点在于，多位MTJ单元可随着工艺技术而缩放，从而即使在MTJ单元大小减小时也允许每MTJ单元多个位。

提供的再一特定优点在于，MTJ单元可包含多个独立磁畴以存储数据位。在特定实施例中，MTJ单元可包含一个或一个以上侧壁(从衬底的平面表面垂直延伸)，其中所述一个或一个以上侧壁中的每一者携载唯一横向磁畴以存储数据位。另外，MTJ单元可包含底部壁，其包含水平磁畴以存储另一数据位。一般来说，MTJ单元可包含一个、两个或三个侧壁。在特定实例中，MTJ单元可包含四个侧壁和一底部壁。在一个侧壁的实例中，侧壁可位于任一侧上而无限制。在两个侧壁的实例中，侧壁可位于相对侧或邻近侧上。

提供的又一特定优点在于，MTJ单元可包含多个独立磁畴，其可在不改变存储在MTJ单元内的其它磁畴处的数据的情况下进行写入或读取。

在审阅整个申请案之后将明白本发明的其它方面、优点和特征，申请案包含以下部分：附图说明、具体实施方式和权利要求书。

附图说明

图1是可用以存储多个数据位的磁性隧道结(MTJ)单元的特定说明性实施例的透视图；

图2是适于存储多个数据位的磁性隧道结单元的横截面图；

图3是包含适于存储多个数据位的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的特定说明性实施例的俯视图；

图4是沿着图3中的线4-4截取的图3的存储器装置的横截面图；

图5是沿着图3中的线5-5截取的图3的存储器装置的横截面图；

图6是包含适于存储多个数据位的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第二特定说明性实施例的俯视图；

图7是沿着图6中的线7-7截取的图6的存储器装置的第二实施例的横截面图；

图8是沿着图6中的线8-8截取的图6的存储器装置的第二实施例的横截面图；