專利名稱：包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及一種包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，便攜型計(jì)算裝置及無(wú)線通信裝置的普遍采用增加了對(duì)高密度且低功 率的非易失性存儲(chǔ)器的需求。由于加工技術(shù)已得到改善，所以有可能制造基于磁性隧道 結(jié)(MTJ)裝置的磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。傳統(tǒng)的自旋力矩隧道(STT)結(jié)裝置通 常形成為扁平堆疊結(jié)構(gòu)。所述裝置通常具有具單個(gè)磁疇的二維磁性隧道結(jié)(MTJ)單元。 MTJ單元通常包括固定磁性層、勢(shì)壘層(即，隧穿氧化物勢(shì)壘層，MgO、Al2O3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(fā)的磁場(chǎng)來(lái)表示位值。通 常，MTJ裝置還可包括額外層。自由層的磁場(chǎng)相對(duì)于固定磁性層所載運(yùn)的固定磁場(chǎng)的方 向的方向確定位值。常規(guī)上，為了使用MTJ裝置改善數(shù)據(jù)密度，一種技術(shù)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(shù)的臨界尺寸(CD) 限制。另一技術(shù)包括在單個(gè)MTJ裝置中形成多個(gè)MTJ結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，在一例子中， 形成包括第一固定層、第一隧道勢(shì)壘及第一自由層的第一 MTJ結(jié)構(gòu)。在所述第一 MTJ 結(jié)構(gòu)上形成電介質(zhì)材料層，且在所述電介質(zhì)材料層之上形成第二 MTJ結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)增加 X-Y方向上的存儲(chǔ)密度，同時(shí)增加Z方向上的存儲(chǔ)器陣列的大小。遺憾的是，所述結(jié)構(gòu) 每單元僅存儲(chǔ)一個(gè)位，因此X-Y方向上的數(shù)據(jù)密度是以Z方向上的面積為代價(jià)而增加， 且可能會(huì)使MTJ制造成本倍增。此外，所述結(jié)構(gòu)增加了線跡布線復(fù)雜性。因此，需要 一種經(jīng)改善的存儲(chǔ)器裝置，其具有較大存儲(chǔ)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(shù)縮放。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)施例中，揭示一種磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)。所述MTJ結(jié)構(gòu)包括MTJ單 元。所述MTJ單元包括多個(gè)垂直側(cè)壁。所述多個(gè)垂直側(cè)壁中的每一者界定一獨(dú)特垂直 磁疇。所述獨(dú)特垂直磁疇中的每一者適于存儲(chǔ)一數(shù)字值。在另一實(shí)施例中，揭示一種裝置，其包括適于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值的單個(gè)磁性隧道 結(jié)(MTJ)單元。所述多個(gè)數(shù)字值中的至少一者是使用垂直磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)。所述裝置還包 括耦合到所述MTJ單元的多個(gè)端子。在另一實(shí)施例中，揭示一種制造一裝置的方法。所述方法包括執(zhí)行深溝槽光刻 及蝕刻工藝以在例如氧化物層間電介質(zhì)襯底的襯底中產(chǎn)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(shì)壘及自由層 的磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)。可包括例如反鐵磁性薄膜(AF)層的額外層。所述MTJ結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)的至 少第二部分上。所述方法進(jìn)一步包括在水平方向上及在垂直方向上對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)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(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的實(shí)施例提供的一個(gè)特定優(yōu) 點(diǎn)，其在于多個(gè)數(shù)字值可存儲(chǔ)于單個(gè)MTJ單元處。舉例來(lái)說(shuō)，單個(gè)MTJ單元可經(jīng)配置以 存儲(chǔ)多達(dá)四個(gè)或四個(gè)以上位。具有四個(gè)位的MTJ可在每一 MTJ單元中存儲(chǔ)多達(dá)十六個(gè)邏 輯狀態(tài)。提供另一特定優(yōu)點(diǎn)，其在于多位MTJ單元可隨著工藝技術(shù)縮放，從而甚至在 MTJ單元大小減小時(shí)也允許每一 MTJ單元存儲(chǔ)多個(gè)位。提供又一特定優(yōu)點(diǎn)，其在于MTJ單元可包括多個(gè)獨(dú)立磁疇以存儲(chǔ)數(shù)字值。在一 特定實(shí)施例中，MTJ單元可包括多個(gè)側(cè)壁(從襯底的平坦表面垂直地延伸)，其中所述多 個(gè)側(cè)壁中的每一者載運(yùn)一獨(dú)特垂直磁疇以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)位。另外，MTJ單元可包括底壁， 其包括水平磁疇以存儲(chǔ)另一數(shù)據(jù)位。舉例來(lái)說(shuō)，在各種實(shí)施例中，MTJ單元可包括在各 種定向上的三個(gè)側(cè)壁、在面對(duì)面定向上或相結(jié)合的兩個(gè)側(cè)壁或單個(gè)側(cè)壁。提供再一特定優(yōu)點(diǎn)，其在于垂直磁疇實(shí)現(xiàn)在裝置占據(jù)面積減小的同時(shí)MTJ單元 密度增加。提供再一特定優(yōu)點(diǎn)，其在于MTJ單元可包括可以在不改變存儲(chǔ)于MTJ單元內(nèi)的 其它磁疇處的數(shù)據(jù)的情況下寫(xiě)入或讀取的多個(gè)獨(dú)立磁疇。本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點(diǎn)及特征將在查看包括以下部分的整個(gè)申請(qǐng)案之后變得 顯而易見(jiàn)“


”、“具體實(shí)施方式
”及“權(quán)利要求書(shū)”。

圖1為可用以存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字位的包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的 特定說(shuō)明性實(shí)施例的透視圖；圖2為適于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字位的包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元的橫截面 圖；圖3為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的特定說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖；圖4為沿著圖3中的線4-4截取的圖3的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖；圖5為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第二特 定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖；圖6為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第三特 定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖；圖7為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的特定說(shuō)明性實(shí)施例的俯視 圖，其中MTJ單元是在位零狀態(tài)下被寫(xiě)入；圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的特定說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入零電 流流向；圖9為沿著圖7中的線9-9截取的圖7的MTJ堆疊的橫截面圖；圖10為沿著圖7中的線10-10截取的圖7的MTJ堆疊的橫截面圖11為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的俯視圖，其中MTJ堆疊是 在位一狀態(tài)下被寫(xiě)入；圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入一電 流流向；圖13為沿著圖11中的線13-13截取的圖11的MTJ堆疊的橫截面圖；圖14為沿著圖11中的線14-14截取的圖11的MTJ堆疊的橫截面圖；圖15為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第四說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖；圖16為沿著圖15中的線16-16截取的圖15的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖；圖17為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第五說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖；圖18為沿著圖17中的線18-18截取的圖17的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖；圖19為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第六說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖；圖20為沿著圖19中的線20-20截取的圖19的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖；圖21為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第七說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖；圖22為沿著圖21中的線22-22截取的圖21的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖；圖23為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的第二說(shuō)明性實(shí)施例的俯視 圖，其中MTJ單元是在位零狀態(tài)下被寫(xiě)入；圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的第二說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入零電 流流向；圖25為沿著圖23中的線25_25截取的圖23的MTJ堆疊的橫截面圖；
圖26為沿著圖23中的線26_26截取的圖23的MTJ堆疊的橫截面圖；圖27為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的第二說(shuō)明性實(shí)施例的俯視 圖，其中MTJ堆疊是在位一狀態(tài)下被寫(xiě)入；圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的第二說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入一電 流流向；圖29為沿著圖27中的線29-29截取的圖27的MTJ堆疊的橫截面圖；圖30為沿著圖27中的線30-30截取的圖27的MTJ堆疊的橫截面圖；圖31為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述 磁性隧道結(jié)(MTJ)單元耦合到雙向開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單 元；圖32為展示MTJ單元的第二說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦合 到雙向開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元；圖33為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ) 單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到兩個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單 元；圖34為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ)單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到三個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將 數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元；圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述 磁性隧道結(jié)(MTJ)單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到三個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將 數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元；圖36為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ) 單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到四個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單 元；圖37為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的特定說(shuō)明性實(shí) 施例的流程圖；圖38為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的第二特定說(shuō)明 性實(shí)施例的流程圖；圖39為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的第三特定說(shuō)明 性實(shí)施例的流程圖；圖40為操作具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的特定說(shuō)明性實(shí) 施例的流程圖；及圖41為包括存儲(chǔ)器裝置的通信裝置的框圖，所述存儲(chǔ)器裝置包括磁性隧道結(jié) (MTJ)單元。
具體實(shí)施例方式圖1為可用以存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值的包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元100 的特定說(shuō)明性實(shí)施例的透視圖。MTJ單元100包括一磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊，其具有布 置成大體上矩形形狀的固定磁性層102、隧道結(jié)層104及自由磁性層106。一具有第一側(cè) 壁部分110、第二側(cè)壁部分112、第三側(cè)壁部分114及底壁部分116的電極層電且物理地 耦合到固定磁性層102。中心電極108電且物理地耦合到自由層106。第一端子結(jié)構(gòu)160 耦合到中心電極108。第二端子結(jié)構(gòu)162耦合到第一側(cè)壁110。第三端子結(jié)構(gòu)164耦合到 第二側(cè)壁112。第四端子結(jié)構(gòu)166耦合到第三側(cè)壁114。第五端子結(jié)構(gòu)168耦合到底壁 116。MTJ單元100還可包括在頂部電極與底部電極之間的一個(gè)或一個(gè)以上額外層(未圖 示)。舉例來(lái)說(shuō)，MTJ單元100可包括反鐵磁性(AFM)層(未圖示)以卡住固定層102 的磁場(chǎng)方向。作為另一實(shí)例，MTJ單元100還可包括一個(gè)或一個(gè)以上合成固定層或合成 自由層(未圖示)以增強(qiáng)MTJ單元性能，或包括額外反鐵磁性(AFM)層(未圖示)以卡 住用于雙自旋過(guò)濾MTJ操作的雙自旋過(guò)濾層。另外，在一特定實(shí)施例中，層102到106 的次序可顛倒。側(cè)壁110、112及114中的每一者為大體上矩形的且經(jīng)布置而使得在自上往下看 時(shí)MTJ單元100具有U形配置。在一替代實(shí)施例中，MTJ單元100可包括耦合到第六 端子結(jié)構(gòu)(未圖示)的第四側(cè)壁(未圖示)且在自上往下看時(shí)可具有矩形配置。在一特定實(shí)施例中，可將電壓施加到中心電極108且電流可從中心電極108流動(dòng) 穿過(guò)自由層106、跨越隧道結(jié)104且穿過(guò)固定層102。電流可如箭頭120、130、140及 150所指示地流動(dòng)。在一包括第四側(cè)壁(未圖示)的實(shí)施例中，電流也可如箭頭160所指示地流動(dòng)。在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，自由層106可載運(yùn)多個(gè)獨(dú)立磁疇，所述磁疇中的每一者可通過(guò)一寫(xiě)入電流獨(dú)立配置以相對(duì)于與固定層102相關(guān)聯(lián)的固定磁場(chǎng)定向自由層106 內(nèi)的磁場(chǎng)的方向以表示一數(shù)據(jù)值。確切地說(shuō)，當(dāng)固定層102的磁場(chǎng)的方向(定向)與自 由層106的磁場(chǎng)的方向?qū)?zhǔn)時(shí)，表示數(shù)據(jù)值“0”。與之相反，當(dāng)自由層106的磁場(chǎng)的方 向(定向)與固定層102的磁場(chǎng)的方向相反時(shí)，表示數(shù)據(jù)值“1”。在一特定實(shí)施例中，磁疇表示磁性材料的一物理區(qū)域，其載運(yùn)具有在很大程度 上均質(zhì)或各向同性的定向的磁場(chǎng)。兩個(gè)磁疇之間的界面可稱為疇壁。固定層102可具有 多個(gè)固定磁疇及通過(guò)一反鐵磁性(AFM)層(未圖示)“卡住”(即，通過(guò)在磁性退火期 間施加外部磁場(chǎng)而在制造期間固定)的相關(guān)聯(lián)疇壁。在一特定實(shí)施例中，自由層106的大體上平行于側(cè)壁的垂直部分中的每一者包 括一獨(dú)特的垂直磁疇。每一垂直磁疇包括一獨(dú)立磁場(chǎng)，其定向在大體上平行于側(cè)壁或大 體上垂直于底壁的垂直方向上，且具有朝著底壁116(即，向下，在箭頭150的方向上) 或離開(kāi)底壁116(即，向上，與箭頭150的方向相反)的場(chǎng)方向。與自由層106相關(guān)聯(lián)的 鄰近于側(cè)壁110的垂直磁疇的磁場(chǎng)方向可表示第一數(shù)據(jù)值。與自由層106相關(guān)聯(lián)的鄰近 于側(cè)壁112的垂直磁疇的磁場(chǎng)方向可表示第二數(shù)據(jù)值。與自由層106相關(guān)聯(lián)的鄰近于側(cè) 壁114的垂直磁疇的磁場(chǎng)方向可表示第三數(shù)據(jù)值。另外，與自由層106相關(guān)聯(lián)的鄰近于 底壁116的水平磁疇的磁場(chǎng)方向可表示第四數(shù)據(jù)值。圖2為適于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值的包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元200的 橫截面圖。MTJ單元200包括底部電極層202、磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊204及頂部電極 層206。MTJ堆疊204包括載運(yùn)磁場(chǎng)的自由磁性層208，其可通過(guò)在頂部電極206與底部 電極202之間施加寫(xiě)入電流而被編程。MTJ堆疊204還包括隧道結(jié)勢(shì)壘層210及固定磁 性層212。在一特定實(shí)施例中，通常將固定層212退火以通過(guò)一反鐵磁性(AFM)層(未圖 示)來(lái)卡住固定層212以固定由固定層212載運(yùn)的磁場(chǎng)的方向。隧道勢(shì)壘210可為氧化 物勢(shì)壘層(例如，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性層，其適于在固定層212與自由層208 之間提供一隧道結(jié)或勢(shì)壘。自由層208是由載運(yùn)可編程(可寫(xiě)入)磁疇的鐵磁性材料形 成，可更改所述磁疇以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值(即，“1”或“0”數(shù)據(jù)值)。在一特定實(shí)施例中，MTJ堆疊204的自由層208可適于載運(yùn)多個(gè)獨(dú)立磁疇。舉 例來(lái)說(shuō)，第一側(cè)壁214處的自由層208可包括與第一數(shù)據(jù)值相關(guān)聯(lián)的第一垂直磁疇。第 二側(cè)壁216處的自由層208可包括與第二數(shù)據(jù)值相關(guān)聯(lián)的第二垂直磁疇。底壁218處的 自由層208可包括與第三數(shù)據(jù)值相關(guān)聯(lián)的水平磁疇?？刹糠值赝ㄟ^(guò)控制MTJ單元200的 長(zhǎng)度、寬度及深度尺寸來(lái)控制側(cè)壁214及216處及底壁218處的自由層內(nèi)的磁場(chǎng)的特定定 向。在一特定實(shí)施例中，垂直磁疇中的磁場(chǎng)(例如，沿著側(cè)壁214或216處于自由層208 處)沿著MTJ單元200的壁的長(zhǎng)度定向于垂直方向上(即，朝著底壁218向下，或離開(kāi) 底壁218向上)。圖3為包括襯底302的存儲(chǔ)器裝置300的特定說(shuō)明性實(shí)施例的俯視圖，所述襯底 具有一具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元304。MTJ單元304包括布置成大體 上矩形形狀的第一側(cè)壁306、第二側(cè)壁308、第三側(cè)壁310及第四側(cè)壁312。裝置300還包括電端子(例如第一端子328及第二端子332)以存取MTJ單元304。裝置300還包括 一用以耦合到MTJ單元304的電極327的第三端子322。
側(cè)壁306、308、310及312中的每一者可包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層及反鐵 磁性(AFM)層。在一特定實(shí)施例中，側(cè)壁306、308、310及312中的每一者可包括額 外層。通常將所述固定層退火以通過(guò)反鐵磁性層來(lái)卡住所述固定層以固定所述固定層所 載運(yùn)的磁疇的方向。隧道勢(shì)壘可為氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性 層，其適于在固定層與自由層之間提供隧道結(jié)或勢(shì)壘。自由層是由一載運(yùn)可編程(可寫(xiě) 入)磁疇的鐵磁性材料形成，可更改所述磁疇以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值(即，“1”或“0”數(shù)據(jù) 值)。舉例來(lái)說(shuō)，側(cè)壁310載運(yùn)第一垂直磁疇318。側(cè)壁312載運(yùn)第二垂直磁疇320。 場(chǎng)方向符號(hào)C)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開(kāi)頁(yè)面及進(jìn)入頁(yè)面)。在 一特定實(shí)施例中，第一側(cè)壁306及第二側(cè)壁308還包括垂直磁疇。端子322耦合到電極 327，所述電極327包括一接近于側(cè)壁306、308、310及312中的每一者延伸的中心組件 326 (于圖4中描繪)。中心組件326與鄰近于側(cè)壁306、308、310及312中的每一者的 第二電極321近似相等地分隔。圖4為沿著圖3的線4-4截取的圖3的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。橫截面圖400 展示包括磁性隧道結(jié)(MTJ)單元304的襯底302。在此視圖中，橫截面是穿過(guò)MTJ單元 304沿著長(zhǎng)度方向截取。端子322從襯底302的頂部表面401 (即，平坦表面)延伸到電 極327。端子328及332從襯底302的頂部表面401延伸到第二電極321。電極327包 括中心組件326，其接近于側(cè)壁310及312中的每一者且沿著側(cè)壁310及312及底壁402 中的每一者與底部電極321近似相等地分隔。MTJ單元304包括磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊 406及頂蓋層408及410。MTJ堆疊406包括適于載運(yùn)表示所存儲(chǔ)的數(shù)字值的獨(dú)特垂直磁 疇的側(cè)壁310及312。MTJ堆疊406位于具有深度(d)的溝槽中。電極321沿著MTJ單元304的底壁402延伸且還沿著側(cè)壁310及312延伸。MTJ 堆疊406載運(yùn)多個(gè)獨(dú)特垂直磁疇。MTJ堆疊406的側(cè)壁部分310載運(yùn)一包括磁場(chǎng)318的 磁疇，所述磁場(chǎng)318沿著側(cè)壁310及312的高度(a)(即，沿著頁(yè)面的表面)延伸。一般 來(lái)說(shuō)，如果側(cè)壁310或312的高度(a)大于側(cè)壁的寬度(C)，則MTJ堆疊406的側(cè)壁310 或312載運(yùn)的磁場(chǎng)318或320沿著相應(yīng)側(cè)壁垂直地定向。因此，在橫截面圖400中，磁 場(chǎng)318在對(duì)應(yīng)于側(cè)壁310的高度(a)的方向上沿著頁(yè)面的表面延伸。磁場(chǎng)318的方向由 所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值來(lái)確定。舉例來(lái)說(shuō)，“1”值可用朝著底壁402向下延伸的磁場(chǎng)318來(lái) 表示，而“0”值可用朝著電極327向上延伸的磁場(chǎng)318來(lái)表示。接近于底壁402的MTJ堆疊406載運(yùn)另一獨(dú)特磁疇404，所述磁疇沿著MTJ單 元304的底壁402在縱向方向上延伸(即，沿著圖3中的方向(c)且垂直于圖4中的頁(yè) 面)。由于底壁402的長(zhǎng)度(c)大于底壁402的寬度(b)，所以磁疇404定向于長(zhǎng)度(C) 的方向上。在一特定實(shí)施例中，MTJ單元304包括小于側(cè)壁高度(a)的寬度(b)及(C)， 側(cè)壁高度(a)近似等于深度(d)。底壁402具有大于寬度(b)的長(zhǎng)度(c)。因此，沿著 MTJ單元304的底壁402的磁疇404沿著長(zhǎng)度(C)定向，且側(cè)壁310及312處的磁疇318 及320沿著側(cè)壁310及312的長(zhǎng)度定向于垂直方向上(即，定向于一平行于圖4中所說(shuō)明 的維度箭頭(a)的方向上)。
參看圖5，描繪了包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝 置的第二特定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖且大體以500指示所述視圖。視圖500包括一具 有MTJ單元504的襯底502。端子532及528耦合到底部電極513。端子522從襯底 502的頂部表面501延伸且耦合到一包括中心組件526的電極527。中心組件526接近于 MTJ堆疊506的側(cè)壁510及512而延伸。中心組件526與側(cè)壁510及512及與底壁515 近似相等地分開(kāi)。MTJ單元504還包括頂蓋層517及519及MTJ堆疊506。MTJ堆疊 506包括至少固定層、隧道勢(shì)壘及載運(yùn)多個(gè)獨(dú)特磁疇的自由層。在一特定實(shí)施例中，頂部 電極527與底部電極513之間還可包括額外層(AFM層或其它層)。舉例來(lái)說(shuō)，MTJ堆疊506于側(cè)壁510處載運(yùn)第一獨(dú)特垂直磁疇，其包括磁場(chǎng) 518。MTJ堆疊506還于側(cè)壁512處載運(yùn)第二獨(dú)特垂直磁疇，其包括磁場(chǎng)520。MTJ堆 疊506還于底壁515處載運(yùn)水平磁疇，其包括磁場(chǎng)524。所述多個(gè)獨(dú)特垂直磁疇通過(guò)側(cè)壁 的相對(duì)尺寸賦能，其中側(cè)壁寬度(例如(b))小于近似等于溝槽深度(d)的側(cè)壁高度(a)。 磁場(chǎng)518、520及524中的每一者可經(jīng)編程以具有針對(duì)相應(yīng)場(chǎng)指示的兩個(gè)相應(yīng)方向中的一 者。舉例來(lái)說(shuō)，垂直場(chǎng)518及520可經(jīng)獨(dú)立編程而具有由上部箭頭指示的方向或由底部 箭頭指示的方向。類似地，水平場(chǎng)524可經(jīng)編程而具有進(jìn)入頁(yè)面(由“*”指示)或離 開(kāi)頁(yè)面(由“.”指示)的方向。參看圖6，描繪了包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝 置的第三特定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖且通常以600指示所述視圖。視圖600包括一具 有MTJ單元604的襯底602。端子632及628耦合到底部電極613且從頂部表面601延 伸。端子623耦合到底部電極613且從底部電極613向下延伸。端子622從襯底602的 頂部表面601延伸且耦合到一包括中心組件626的電極627。中心組件626接近于MTJ 堆疊606的側(cè)壁610及612延伸。中心組件626與側(cè)壁610及612及與底壁615近似相 等地隔開(kāi)。MTJ單元604還包括頂蓋層617及619及MTJ堆疊606。MTJ堆疊606包括 固定層、隧道勢(shì)壘及載運(yùn)多個(gè)獨(dú)特磁疇的自由層。MTJ堆疊606還可包括反鐵磁性層、 其它層或其任何組合。舉例來(lái)說(shuō)，MTJ堆疊606于側(cè)壁610處載運(yùn)第一獨(dú)特垂直磁疇，其包括磁場(chǎng) 618。MTJ堆疊606還于側(cè)壁612處載運(yùn)第二獨(dú)特垂直磁疇，其包括磁場(chǎng)620。所述MTJ 堆疊還于底壁615處載運(yùn)水平磁疇，其包括磁場(chǎng)624。所述多個(gè)獨(dú)特垂直磁疇通過(guò)側(cè)壁 的相對(duì)尺寸賦能，其中側(cè)壁寬度(例如(b))小于近似等于溝槽深度(d)的側(cè)壁高度(a)。 磁場(chǎng)618、620及624中的每一者可經(jīng)編程以具有針對(duì)相應(yīng)場(chǎng)指示的兩個(gè)相應(yīng)方向中的一 者。舉例來(lái)說(shuō)，垂直場(chǎng)618及620可經(jīng)獨(dú)立編程以具有由上部箭頭指示的方向或由底部 箭頭指示的方向。類似地，水平場(chǎng)624可經(jīng)編程而具有進(jìn)入頁(yè)面(由“*”指示)或離 開(kāi)頁(yè)面(由“.”指示)的方向。在一特定實(shí)施例中，耦合到底部電極613的端子628、632及623中的一者或一 者以上可用以確定經(jīng)由側(cè)壁610及612以及底壁615中的每一者處的磁疇所存儲(chǔ)的值。舉 例來(lái)說(shuō)，從端子622流到端子628的電流主要響應(yīng)于磁場(chǎng)618相對(duì)于與側(cè)壁610相關(guān)聯(lián)的 固定場(chǎng)的方向。同樣，從端子622流到端子632的電流主要響應(yīng)于磁場(chǎng)620相對(duì)于與側(cè) 壁612相關(guān)聯(lián)的固定場(chǎng)的 方向。從端子622流到端子623的電流主要響應(yīng)于磁場(chǎng)624相 對(duì)于與底壁615相關(guān)聯(lián)的固定場(chǎng)的方向。
圖7為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的特定說(shuō)明性實(shí)施例的俯視 圖，其中MTJ單元是在位零狀態(tài)下被寫(xiě)入。在此實(shí)例中，說(shuō)明處于位零狀態(tài)下的MTJ堆 疊700，其中所述位中的每一者表示零值。MTJ堆疊700包括第一側(cè)壁702、第二側(cè)壁 704、第三側(cè)壁706、第四側(cè)壁708及底壁710。側(cè)壁702、704、706及708及底壁710 中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。側(cè)壁702、704、706及708中的每一者的 自由層載運(yùn)獨(dú)特垂直磁疇，且底壁710的自由層載運(yùn)經(jīng)配置以表示一數(shù)據(jù)值(例如“1” 或“0”值)的獨(dú)特磁疇。第一側(cè)壁702包括一載運(yùn)垂直第一磁疇712的自由層。第二 側(cè)壁704包括一載運(yùn)垂直第二磁疇714的自由層。第三側(cè)壁706包括一載運(yùn)垂直第三磁 疇716的自由層。第四側(cè)壁708包括一載運(yùn)垂直第四磁疇718的自由層。底壁710包括 一載運(yùn)水平第五磁疇720的自由層。
第一側(cè)壁702的第一磁疇712通過(guò)第一磁疇勢(shì)壘732而與第二側(cè)壁704的第二磁 疇714分離。類似地，第二側(cè)壁704的第二磁疇714通過(guò)第二磁疇勢(shì)壘734而與第三側(cè) 壁706的第三磁疇716分離。第三側(cè)壁706的第三磁疇716還通過(guò)第三磁疇勢(shì)壘736而 與第四側(cè)壁708的第四磁疇718分離。第四側(cè)壁708的第四磁疇718通過(guò)第四磁疇勢(shì)壘 738而與第一側(cè)壁702的第一磁疇712分離。一般來(lái)說(shuō)，第一磁疇勢(shì)壘732、第二磁疇勢(shì)壘734、第三磁疇勢(shì)壘736及第四磁 疇勢(shì)壘738分別表示疇壁，其為分離磁疇(例如磁疇712、714、716及718)的界面。所 述磁疇勢(shì)壘732、734、736及738表示不同磁矩之間的轉(zhuǎn)變。在一特定實(shí)施例中，磁疇勢(shì) 壘732、734、736及738可表示在磁場(chǎng)經(jīng)受0或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。可使用第一寫(xiě)入電流722更改與第一側(cè)壁702中的第一磁疇712相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的 方向(即，自由層內(nèi)的磁場(chǎng)的方向)。類似地，可使用第二寫(xiě)入電流724更改與由側(cè)壁 704的自由層載運(yùn)的第二磁疇714相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向。可使用第三寫(xiě)入電流726更改與 由第三側(cè)壁706中的自由層載運(yùn)的第三磁疇716相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？墒褂玫谒膶?xiě)入 電流728更改與由第四側(cè)壁708的自由層載運(yùn)的第四磁疇718相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？?使用第五寫(xiě)入電流730更改與由底壁710的自由層載運(yùn)的第五磁疇720相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方 向。一般來(lái)說(shuō)，由自由層載運(yùn)的磁場(chǎng)相對(duì)于側(cè)壁702、704、706及708中的每一者的 固定層中的固定磁場(chǎng)的相對(duì)方向確定由所述特定側(cè)壁存儲(chǔ)的位值。在所展示的實(shí)例中， 固定層及自由層磁方向是平行的(如圖8中的磁場(chǎng)814及816所說(shuō)明)。因此，寫(xiě)入電 流722、724、726、728及730可表示寫(xiě)入“0”電流，從而使MTJ堆疊700處于復(fù)位或“0”狀態(tài)下。圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊800的層的特定說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入零 電流流向。MTJ結(jié)構(gòu)800包括頂部電極802、自由層804、磁性隧道結(jié)隧道勢(shì)壘806、固 定層808及底部電極810。一反鐵磁性(AF)層可位于固定層808與底部電極810之間。 一般來(lái)說(shuō)，頂部電極802及底部電極810為適于載運(yùn)電流的導(dǎo)電層。固定層808為鐵磁 性層，其已退火以例如通過(guò)AF層來(lái)卡住，以使固定層808內(nèi)的磁場(chǎng)816的方向固定。自 由層804為一可通過(guò)寫(xiě)入電流編程的鐵磁性層。MTJ隧道勢(shì)壘或勢(shì)壘層806可由氧化物 勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂盟鰧?xiě)入電流改變自由 層804內(nèi)的磁場(chǎng)814的方向。MTJ堆疊800還可包括合成固定層結(jié)構(gòu)、合成自由層(SyF)結(jié)構(gòu)、雙自旋過(guò)濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。自由層804中的磁場(chǎng)相對(duì)于固定層808的固定磁場(chǎng)的方向指示存儲(chǔ)于特定MTJ 單元800的自由層804處的數(shù)據(jù)位是“1”的位值還是“0”的位值。可使用寫(xiě)入電流 812改變自由層804中的磁場(chǎng)的磁方向(大體指示于814處)。如圖所示，所述寫(xiě)入電流 表示一從頂部電極802流動(dòng)穿過(guò)自由層804、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘806、穿過(guò)固定層808 且穿過(guò)底部電極810的寫(xiě)入0電流。圖9為沿著圖7中的線9-9截取的圖7的MTJ堆疊的橫截面圖900。所述MTJ 堆疊包括第一側(cè)壁702、第三側(cè)壁706及底壁710。在此實(shí)例中，第一側(cè)壁702中的自由 層所載運(yùn)的第一磁場(chǎng)的方向(如712處所指示)沿著第一側(cè)壁702垂直地延伸且在對(duì)應(yīng)于 箭頭712的方向上延伸。第三側(cè)壁706的自由層所載運(yùn)的第三磁場(chǎng)的方向(如716處所 指示)沿著第三側(cè)壁706垂直地延伸且在對(duì)應(yīng)于箭頭716的方向上延伸。所述MTJ堆疊包括第一磁疇勢(shì)壘(壁)934及第二磁疇勢(shì)壘936。在一特定實(shí)例 中，第二磁疇勢(shì)壘936可對(duì)應(yīng)于在側(cè)壁702與底壁710之間的結(jié)構(gòu)性界面。第二磁疇勢(shì) 壘936將第一側(cè)壁702的自由層的第一磁疇712與底壁710處的第五磁疇720隔離。所 述MTJ堆疊還包括第三磁疇勢(shì)壘938及第四磁疇勢(shì)壘940。第四磁疇勢(shì)壘940可對(duì)應(yīng)于 在底壁710與側(cè)壁706之間的結(jié)構(gòu)性界面。第四磁疇勢(shì)壘940將側(cè)壁706的自由層的磁 場(chǎng)716與關(guān)聯(lián)于底壁710的自由層的磁場(chǎng)720隔離。在圖9中所說(shuō)明的實(shí)施例中，所述MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)至少三個(gè)數(shù)據(jù)位。第一 數(shù)據(jù)位可用第一側(cè)壁702的自由層所載運(yùn)的第一磁場(chǎng)712來(lái)表示。第二數(shù)據(jù)位可用底壁 710的自由層所載運(yùn)的第五磁場(chǎng)720來(lái)表示。第三數(shù)據(jù)位可用第三側(cè)壁706的自由層所載 運(yùn)的第三磁場(chǎng)716來(lái)表示。舉例來(lái)說(shuō)，可施加寫(xiě)入電流722、726及730以選擇性地更改 選定側(cè)壁的磁場(chǎng)的定向，而不更改與另一側(cè)壁相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)或底壁710的磁場(chǎng)的定向。圖10為沿著圖7中的線10-10截取的圖7的MTJ堆疊的橫截面圖1000。所述 MTJ堆疊說(shuō)明所述MTJ堆疊的側(cè)壁704及708。在此特定實(shí)例中，所述MTJ堆疊包括磁 疇勢(shì)壘1004及1006。磁疇勢(shì)壘(或壁)1006將側(cè)壁708的自由層所載運(yùn)的磁疇718與 底壁710的自由層所載運(yùn)的磁疇720隔離。另外，所述MTJ堆疊包括磁疇勢(shì)壘1008及 1010。磁疇勢(shì)壘1010可對(duì)應(yīng)于在側(cè)壁704與底壁710之間的結(jié)構(gòu)性界面。磁疇勢(shì)壘1010 可將側(cè)壁704的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)714與底壁710的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)720隔離。在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，圖7中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘732、734、736及738、圖 9中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘936及940及圖10中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘1006及1010使所述MTJ 堆疊能夠存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值。確切地說(shuō)，圖7中所說(shuō)明的MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)多達(dá)五個(gè)數(shù) 字值，所述數(shù)字值可用圖7、圖9及圖10中所說(shuō)明的磁場(chǎng)712、714、716、718及720來(lái) 表示。磁場(chǎng)712、714、716、718及720所表示的數(shù)字值可表示多達(dá)三十二個(gè)邏輯狀態(tài)。圖11為具有多個(gè)垂直磁疇的 磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊1100的俯視圖，其中所述 MTJ堆疊是在位一狀態(tài)下被寫(xiě)入，其中MTJ堆疊1100處所存儲(chǔ)的位中的每一者具有邏輯 高或“1”值。MTJ堆疊1100包括側(cè)壁1102、1104、1106、1108及底壁1110。側(cè)壁 1102、1104、1106及1108及底壁1110中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。側(cè) 壁1102、1104、1106及1108及底壁1110中的每一者載運(yùn)一獨(dú)特磁疇。第一側(cè)壁1102包 括一載運(yùn)垂直第一磁疇1112的自由層。第二側(cè)壁1104包括一載運(yùn)垂直第二磁疇1114的自由層。第三側(cè)壁1106包括一載運(yùn)垂直第三磁疇1116的自由層。第四側(cè)壁1108包括一 載運(yùn)垂直第四磁疇1118的自由層。底壁1110包括一載運(yùn)水平第五磁疇1120的自由層。 MTJ堆疊1100還可包括合成固定層結(jié)構(gòu)、合成自由層(SyF)結(jié)構(gòu)、雙自旋過(guò)濾(DSF)結(jié) 構(gòu)或其任何組合。第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112通過(guò)第一磁疇勢(shì)壘1132而與第二側(cè)壁1104的第 二磁疇1114分離。類似地，第二側(cè)壁1104的第二磁疇1114通過(guò)第二磁疇勢(shì)壘1134而 與第三側(cè)壁1106的第三磁疇1116分離。第三側(cè)壁1106的第三磁疇1116通過(guò)第三磁疇勢(shì)壘1136而與第四側(cè)壁1108的第四磁疇1118分離。第四側(cè)壁1108的第四磁疇1118通 過(guò)第四磁疇勢(shì)壘1138而與第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112分離?？墒褂脤?xiě)入電流1122更改與第一側(cè)壁1102的自由層處的第一磁疇1112相關(guān)聯(lián) 的磁場(chǎng)的定向的方向。類似地，可使用寫(xiě)入電流1124更改與第二側(cè)壁1104中的第二磁 疇1114相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的定向的方向。可使用寫(xiě)入電流1126更改與由第三側(cè)壁1106中的 自由層載運(yùn)的第三磁疇1116相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的定向的方向?？墒褂脤?xiě)入電流1128更改與 第四側(cè)壁1108中的第四磁疇1118相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的定向的方向?？墒褂脤?xiě)入電流1130更 改與底壁1110中的第五磁疇1120相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向。一般來(lái)說(shuō)，由自由層載運(yùn)的第一磁疇1112的磁場(chǎng)相對(duì)于側(cè)壁1102、1104、1106 及1108中的每一者的固定層中的固定磁場(chǎng)的定向的方向的相對(duì)方向確定由所述特定側(cè)壁 存儲(chǔ)的位值。在所展示的實(shí)例中，固定層磁方向及自由層磁方向?yàn)榉聪蚱叫械年P(guān)系。寫(xiě) 入電流1122、1124、1126及1128中的每一者可表示寫(xiě)入“1”電流，其可用以選擇性 地定向垂直磁疇1112、1114、1116、1118的磁場(chǎng)的方向，以分別表示側(cè)壁1102、1104、 1106及1108中的每一者處的“1”的值。另外，寫(xiě)入電流1130可表示寫(xiě)入“1”電流， 其可用以選擇性地定向底壁1110處的水平第五磁疇1120的磁場(chǎng)。圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入一電 流流向。MTJ堆疊1200包括頂部電極1202、自由層1204、磁性隧道結(jié)隧道勢(shì)壘1206、 固定層1208及底部電極1210。反鐵磁性(AF)層(未圖示)可位于固定層1208與底部 電極1210之間。一般來(lái)說(shuō)，頂部電極1202及底部電極1210為適于載運(yùn)電流的導(dǎo)電層。 固定層1208為鐵磁性層，其已退火，例如將通過(guò)反鐵磁性層來(lái)卡住，以使固定層1208內(nèi) 的磁場(chǎng)1216的方向固定。自由層1204還為一可通過(guò)寫(xiě)入電流編程的鐵磁性層。MTJ隧 道勢(shì)壘或勢(shì)壘層1206可由氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性材料形成。 可使用寫(xiě)入電流1212改變自由層1204內(nèi)的磁場(chǎng)1214的方向。自由層1204所載運(yùn)的磁場(chǎng)1214相對(duì)于固定層1208的固定磁場(chǎng)1216的方向指示 存儲(chǔ)于特定MTJ堆疊1200中的數(shù)據(jù)位是“1”的位值還是“0”的位值。在此實(shí)例中， 自由層1204內(nèi)的磁場(chǎng)1214定向于一與固定層1208內(nèi)的磁場(chǎng)1216的方向相反的方向上， 此表示“1”的數(shù)據(jù)值?？墒褂脤?xiě)入電流1212改變自由層1204中的磁場(chǎng)1214的方向。 如圖所示，所述寫(xiě)入電流表示從底部電極1210流動(dòng)穿過(guò)固定層1208、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì) 壘1206、穿過(guò)自由層1204且穿過(guò)頂部電極1202的寫(xiě)入“1”電流。圖13為沿著圖11中的線13-13截取的圖11的MTJ堆疊1100的橫截面圖1300。 MTJ堆疊1100包括側(cè)壁1102及1106及底壁1110。在此實(shí)例中，第一側(cè)壁1102中的自 由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)的方向(如1112處所指示)如圖13中所說(shuō)明的箭頭1112所指示地延伸。在圖13的特定橫截面圖中，磁場(chǎng)1112沿著頁(yè)面且在朝著底壁1110的方向上延伸。第三側(cè)壁1106的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1116沿著頁(yè)面且在朝著底壁1110的方向上延伸。MTJ堆疊1100包括第一磁疇勢(shì)壘1334及第二磁疇勢(shì)壘1336。在一特定實(shí)例 中，第二磁疇勢(shì)壘1336可對(duì)應(yīng)于在第一側(cè)壁1102與底壁1110之間的結(jié)構(gòu)性界面。第二 磁疇勢(shì)壘1336將第一側(cè)壁1102的自由層的第一磁疇1112與底壁1110的第五磁疇1120 隔離。MTJ堆疊1100還包括磁疇勢(shì)壘1338及磁疇勢(shì)壘1340。磁疇勢(shì)壘1340可對(duì)應(yīng)于 在底壁1110與第三側(cè)壁1106之間的結(jié)構(gòu)性界面。磁疇勢(shì)壘1340將側(cè)壁1106的自由層 的磁場(chǎng)1116與關(guān)聯(lián)于底壁1110的自由層的磁場(chǎng)1120隔離。在圖13中所說(shuō)明的實(shí)施例中，MTJ堆疊1100可經(jīng)配置以存儲(chǔ)至少三個(gè)數(shù)字值。 第一數(shù)字值(例如一數(shù)據(jù)位)可用側(cè)壁1102的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1112來(lái)表示。第二 數(shù)字值可用底壁1110的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1120來(lái)表示。第三數(shù)字值可用側(cè)壁1106的 自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1116來(lái)表示。在一特定實(shí)例中，可分別經(jīng)由寫(xiě)入電流1122、1126 及1130將一具有“1”值或邏輯高值的數(shù)據(jù)位寫(xiě)入到垂直側(cè)壁1102及1106的磁疇及水 平底壁1110的磁疇?？墒┘訉?xiě)入電流1122、1126及1130以選擇性地更改選定側(cè)壁(例 如，第一側(cè)壁1102)的磁場(chǎng)(例如，磁場(chǎng)1112)的定向，而不更改與另一側(cè)壁(例如， 側(cè)壁1106)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)(例如，磁場(chǎng)1116)的定向且不更改底壁1110的磁場(chǎng)1120的定 向。類似地，可獨(dú)立更改磁場(chǎng)1120及1116的定向。圖14為沿著圖11中的線14-14截取的圖11的MTJ堆疊1100的橫截面圖。MTJ 堆疊1100包括側(cè)壁1108及1104。在此特定實(shí)例中，MTJ堆疊1100包括磁疇勢(shì)壘1404 及1406。磁疇勢(shì)壘(或壁)1406將側(cè)壁1108的自由層所載運(yùn)的磁疇1118與底壁1110的 自由層所載運(yùn)的磁疇1120隔離。另外，MTJ堆疊1100包括磁疇勢(shì)壘1408及1410。磁 疇勢(shì)壘1410可對(duì)應(yīng)于在側(cè)壁1104與底壁1110之間的結(jié)構(gòu)性界面。磁疇勢(shì)壘1410將側(cè) 壁1104的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1114與底壁1110的自由層所載運(yùn)的磁場(chǎng)1120隔離。寫(xiě) 入電流1128、1130及1124可分別用以更改磁場(chǎng)1118、1120及1114的定向。在一特定 實(shí)施例中，可獨(dú)立施加寫(xiě)入電流1128、1130及1124以選擇性地更改與選定側(cè)壁相關(guān)聯(lián)的 磁場(chǎng)(例如，側(cè)壁1108的磁場(chǎng)1118)的磁定向，而不更改與側(cè)壁1104或底壁1110的磁 場(chǎng)(即，分別為磁場(chǎng)1114及1120)相關(guān)聯(lián)的磁定向。圖15為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第四說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖。存儲(chǔ)器裝置1500包括襯底1502，其具有一具有多個(gè)垂直磁疇的磁 性隧道結(jié)(MTJ)單元1504。已將在掩模區(qū)域1550之下的側(cè)壁材料移除以移除MTJ單元 1504的第一側(cè)壁1506。MTJ單元1504包括布置成大體上U形形狀的第二側(cè)壁1508、第 三側(cè)壁1510及第四側(cè)壁1512。裝置1500還包括電端子(例如，第一端子1528、第二端 子1532及第三端子1552)以存取MTJ單元1504。第四端子1522耦合到MTJ單元1504 的電極 1527。端子 1528、1532、1552 及 1522 分別耦合到線 1560、1562、1564 及 1566。側(cè)壁1508、1510及1512中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。可包括例 如反鐵磁性(AF)層的額外層。通常將所述固定層退火，(例如)以通過(guò)AF層來(lái)卡住， 以固定所述固定層所載運(yùn)的磁疇的方向。所述隧道勢(shì)壘可為氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、 Al2O3等)或其它抗磁性層，其適于在所述固定層與所述自由層之間提供隧道結(jié)或勢(shì)壘。 所述自由層是由載運(yùn)可編程(可寫(xiě)入)磁疇的鐵磁性材料形成，所述磁疇可更改以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值(即，“1”或“O”數(shù)據(jù)值)。側(cè)壁1508載運(yùn)經(jīng)由端子1552可存取的垂直磁疇 1554。側(cè)壁1510載運(yùn)經(jīng)由端子1528可存取的垂直磁疇1518。側(cè)壁1512載運(yùn)經(jīng)由端子 1532可存取的垂直磁疇1520。場(chǎng)方向符號(hào)C)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分 別為離開(kāi)頁(yè)面及進(jìn)入頁(yè)面)。端子1522耦合到電極1527，所述電極1527包括接近于側(cè) 壁1508、1510及1512中的每一者而延伸的中心組件1526 (于圖16中描繪)。圖16為沿著圖15中的線16-16截取的圖15的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。橫截面 圖1600展示包括磁性隧道結(jié)(MTJ)單元1504的襯底1502。在此視圖中，橫截面是穿過(guò) MTJ單元1504沿著長(zhǎng)度方向截取。電極1527包括中心組件1526，所述中心組件1526接 近于側(cè)壁1510及1512中的每一者且沿著側(cè)壁1510及1512及底壁1672中的每一者與底 部電極1670近似相等地分隔。MTJ單元1504包括磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊1680及頂蓋 層1682、1684及1686。MTJ堆疊1680包括側(cè)壁1510及1512，所述側(cè)壁適于載運(yùn)表示 所存儲(chǔ)的數(shù)字值的獨(dú)特垂直磁疇。MTJ堆疊1680位于具有深度(d)的溝槽中。底部電極1670沿著MTJ單元1504的底壁1672延伸且還沿著側(cè)壁1510及1512 延伸。MTJ堆疊1680載運(yùn)分別沿著側(cè)壁1510、1512及1508的垂直高度(a)的多個(gè)獨(dú) 特垂直磁疇1518、1520及1554。在一特定實(shí)施例中，MTJ單元1504包括小于側(cè)壁高度 (a)的橫向尺寸(b)及(c)，側(cè)壁高度(a)近似等于溝槽深度⑷。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)側(cè)壁1508、1510或1512的高度(a)大于側(cè)壁的寬度(b)或(C)時(shí)， 側(cè)壁內(nèi)的磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)于一沿著高度(a)垂直定向的縱向側(cè)壁方向。在一特定實(shí)施例中，通 過(guò)移除第一側(cè)壁1506，MTJ裝置1500，其中垂直側(cè)壁中的磁場(chǎng)垂直地定向。接近于底壁1672的MTJ堆疊1680載運(yùn)另一獨(dú)特磁疇1674，所述磁疇在一縱向 方向上延伸(即，沿著圖15中的方向(C)且垂直于圖16中的頁(yè)面)。因?yàn)榈妆?672的 長(zhǎng)度(C)大于底壁1672的寬度(b)，所以磁疇1674定向于長(zhǎng)度(C)的方向上。圖17為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第五說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖。存儲(chǔ)器裝置1700包括襯底1702，其具有一具有多個(gè)垂直磁疇的磁 性隧道結(jié)(MTJ)單元1704。已將在掩模區(qū)域1750之下的側(cè)壁材料移除以移除所述MTJ 單元的第一側(cè)壁1706。MTJ單元1704包括布置成大體上U形形狀的第二側(cè)壁1708、第 三側(cè)壁1710及第四側(cè)壁1712。裝置1700還包括電端子(例如，第一端子1728、第二 端子1732及第三端子1752)以存取MTJ單元1704。裝置1700還包括第四端子1722以 耦合到MTJ單元1704的電極1727。端子1728、1732及1752分別耦合到底部線1760、 1762及1764，且端子1722耦合到頂部線1766。側(cè)壁1708、1710及1712中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。通常將 所述固定層退火以通過(guò)反鐵磁性薄膜層(未圖示)來(lái)卡住以固定所述固定層所載運(yùn)的磁疇 的方向。所述隧道勢(shì)壘可為氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性層，其 適于在所述固定層與所述自由層之間提供隧道結(jié)或勢(shì)壘。所述自由層是由一載運(yùn)可編程 (可寫(xiě)入)磁疇的鐵磁性材料形成，所述磁疇可更改以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值(即，“1”或“0” 數(shù)據(jù)值)。側(cè)壁1708載運(yùn)一經(jīng)由端子1752可存取的垂直磁疇1754。側(cè)壁1710載運(yùn)一 經(jīng)由端子1728可存取的垂直磁疇1718。側(cè)壁1712載運(yùn)一經(jīng)由端子1732可存取的垂直磁 疇1720。場(chǎng)方向符號(hào)C)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開(kāi)頁(yè)面及進(jìn)入 頁(yè)面)。端子1722耦合到電極1727，所述電極包括一接近于側(cè)壁1708、1710及1712中的每一者而延伸的中心組件1726 (于圖18中描繪)。 圖18為沿著圖17中的線18-18截取的圖17的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。橫截面 圖1800展示包括磁性隧道結(jié)(MTJ)單元1704的襯底1702。在此視圖中，橫截面是穿過(guò) MTJ單元1704沿著長(zhǎng)度方向截取。電極1727包括中心組件1726，其接近于側(cè)壁1710及 1712中的每一者且沿著側(cè)壁1710及1712及底壁1872中的每一者與一底部電極1870近似 相等地分隔。MTJ單元1704包括磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊1880及頂蓋層1882、1884及 1886。MTJ堆疊1880包括適于載運(yùn)表示所存儲(chǔ)的數(shù)字值的獨(dú)特垂直磁疇的側(cè)壁1710及 1712。MTJ堆疊1880位于一具有深度(d)的溝槽中。底部電極1870沿著MTJ單元1704的底壁1872延伸且還沿著側(cè)壁1710及1712 延伸。MTJ堆疊1880載運(yùn)分別沿著側(cè)壁1710、1712及1708的垂直高度(a)的多個(gè)獨(dú) 特垂直磁疇1718、1720及1754。在一特定實(shí)施例中，MTJ單元1704包括小于側(cè)壁高度 (a)的橫向尺寸(b)及(c)，側(cè)壁高度(a)近似等于溝槽深度⑷。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)側(cè)壁1708、1710或1712的高度(a)大于側(cè)壁的寬度(b)或(C)時(shí)， 側(cè)壁內(nèi)的磁場(chǎng)沿著高度(a)垂直地定向。在一特定實(shí)施例中，通過(guò)移除第一側(cè)壁1706， MTJ裝置1700，其中垂直側(cè)壁中的磁場(chǎng)垂直地定向。接近于底壁1872的MTJ堆疊1880載運(yùn)另一獨(dú)特磁疇1874，所述磁疇在縱向方 向上延伸(即，沿著圖17中的方向(c)且垂直于圖18中的頁(yè)面)。因?yàn)榈妆?872的長(zhǎng) 度(C)大于底壁1872的寬度(b)，所以磁疇1874定向于長(zhǎng)度(C)的方向上。圖19為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第六說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖。存儲(chǔ)器裝置1900包括一襯底1902，其具有一具有多個(gè)垂直磁疇及 一水平磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元1904。已將在掩模區(qū)域1950之下的側(cè)壁材料移除以 移除所述MTJ單元的第一側(cè)壁1906。MTJ單元1904包括布置成一大體上U形形狀的第 二側(cè)壁1908、第三側(cè)壁1910及第四側(cè)壁1912。裝置1900還包括電端子(例如，第一端 子1928、第二端子1932、第三端子1952及第四端子2090 (于圖20中描繪))以存取MTJ 單元1904。裝置1900還包括第五端子1922以耦合到MTJ單元1904的電極1927。端 子1928、1932、1952及1922分別耦合到頂部線1960、1962、1964及1966，且端子2090 耦合到底部線2092。側(cè)壁1908、1910及1912中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。通常將 所述固定層退火以(例如)通過(guò)一反鐵磁性薄膜層來(lái)卡住，以固定所述固定層所載運(yùn)的磁 疇的方向。所述隧道勢(shì)壘可為氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性層，其 適于在所述固定層與所述自由層之間提供隧道結(jié)或勢(shì)壘。所述自由層是由一載運(yùn)可編程 (可寫(xiě)入)磁疇的鐵磁性材料形成，所述磁疇可更改以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值(即，“1”或“0” 數(shù)據(jù)值)。側(cè)壁1908載運(yùn)一經(jīng)由端子1952可存取的垂直磁疇1954。側(cè)壁1910載運(yùn)一 經(jīng)由端子1928可存取的垂直磁疇1918。側(cè)壁1912載運(yùn)一經(jīng)由端子1932可存取的垂直磁 疇1920。場(chǎng)方向符號(hào)C)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開(kāi)頁(yè)面及進(jìn)入 頁(yè)面)。端子1922耦合到電極1927，所述電極包括一接近于側(cè)壁1908、1910及1912中 的每一者而延伸的中心組件1926 (于圖20中描繪)。圖20為沿著圖19中的線20-20截取的圖19的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。橫截面 圖2000展示包括磁性隧道結(jié)(MTJ)單元1904的襯底1902。在此視圖中，橫截面是穿過(guò)MTJ單元1904沿著長(zhǎng)度方向截取。電極1927包括中心組件1926，其接近于側(cè)壁1910及 1912中的每一者且沿著側(cè)壁1910及1912及底壁2072中的每一者與一底部電極2070近似 相等地分隔。MTJ單元1904包括磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2080及頂蓋層2082、2084及 2086。MTJ堆疊2080包括側(cè)壁1910及1912，所述側(cè)壁適于載運(yùn)表示所存儲(chǔ)的數(shù)字值的 獨(dú)特垂直磁疇。MTJ堆疊2080位于一具有深度(d)的溝槽中。底部電極2070沿著MTJ單元1904的底壁2072延伸且還沿著側(cè)壁1910及1912 延伸。MTJ堆疊2080載運(yùn)分別沿著側(cè)壁1910、1912及1908的垂直高度(a)的多個(gè)獨(dú) 特垂直磁疇1918、1920及1954。在一特定實(shí)施例中，MTJ單元1904包括小于側(cè)壁高度 (a)的橫向尺寸(b)及(C)，側(cè)壁高度(a)近似等于溝槽深度⑷?！銇?lái)說(shuō)，當(dāng)側(cè)壁1908、1910或1912的高度(a)大于側(cè)壁的寬度(b)或(C) 時(shí)，側(cè)壁內(nèi)的磁場(chǎng)沿著高度(a)垂直地定向。在一特定實(shí)施例中，由于第一側(cè)壁1906被 移除，MTJ裝置1900的垂直側(cè)壁中的磁場(chǎng)垂直地定向。接近于底壁2072的MTJ堆疊2080載運(yùn)另一獨(dú)特磁疇2074，所述磁疇在一縱向 方向上延伸(即，沿著圖19中的方向(C)且垂直于圖20中的頁(yè)面)。因?yàn)榈妆?072的 長(zhǎng)度(C)大于底壁2072的寬度(b)，所以磁疇2074定向于長(zhǎng)度(c)的方向上?？瑟?dú)立存取MTJ裝置1904的每一磁疇。舉例來(lái)說(shuō)，垂直磁疇1918、1920及 1954中的每一者分別可經(jīng)由對(duì)應(yīng)端子1928、1932及1952來(lái)存取。水平磁疇2074還可經(jīng) 由底部端子2090來(lái)存取。因此，可獨(dú)立地從磁疇1918、1920、1954及2074中的每一者 讀取數(shù)據(jù)值或?qū)?shù)據(jù)值寫(xiě)入到磁疇1918、1920、1954及2074中的每一者。圖21為包括具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的存儲(chǔ)器裝置的第七說(shuō) 明性實(shí)施例的俯視圖。存儲(chǔ)器裝置2100包括襯底2102，其具有一具有多個(gè)垂直磁疇及 一水平磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)單元2104。已將在掩模區(qū)域2150之下的材料移除以移 除MTJ單元2104的第一側(cè)壁2106。MTJ單元2104包括布置成大體上U形形狀的第二 側(cè)壁2108、第三側(cè)壁2110及第四側(cè)壁2112。裝置2100包括第一端子2290 (于圖22中 描繪)以存取MTJ單元2104。裝置2100還包括第二端子2122以耦合到MTJ單元2104 的電極2127。端子2122耦合到頂部線2166，且端子2290耦合到底部線2292。側(cè)壁2108、2110及2112中的每一者包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由層。通常將 所述固定層退火以固定所述固定層所載運(yùn)的磁疇的方向。所述隧道勢(shì)壘可為氧化物勢(shì)壘 層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性層，其適于在所述固定層與所述自由層之間提供 隧道結(jié)或勢(shì)壘。所述自由層是由載運(yùn)可編程(可寫(xiě)入)磁疇的鐵磁性材料形成，所述磁 疇可被更改以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值(即，“1”或“0”數(shù)據(jù)值)。側(cè)壁2108、2110及2112分 別載運(yùn)垂直磁疇2154、2118及2120。場(chǎng)方向符號(hào)C)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方 向(分別為離開(kāi)頁(yè)面及進(jìn)入頁(yè)面)。端子2122耦合到電極2127，所述電極包括一接近于 側(cè)壁2108、2110及2112中的每一者而延伸的中心組件2126 (于圖22中描繪)。圖22為沿著圖21中的線22-22截取的圖21的存儲(chǔ)器裝置的橫截面圖。橫截面 圖2200展示包括磁性隧道結(jié)(MTJ)單元2104的襯底2102。在此視圖中，橫截面是穿過(guò) MTJ單 元2104沿著長(zhǎng)度方向截取。電極2127包括中心組件2126，其接近于側(cè)壁2110及 2112中的每一者且沿著側(cè)壁2110及2112及底壁2272中的每一者與底部電極2270近似 相等地分隔。MTJ單元2104包括磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2280及頂蓋層2282、2284及2286。MTJ堆疊2280位于一具有深度(d)的溝槽中。底部電極2270沿著MTJ單元2104的底壁2272延伸且還沿著側(cè)壁2110及2112 延伸。MTJ堆疊2280載運(yùn)分別沿著側(cè)壁2110、2112及2108的垂直高度(a)的多個(gè)獨(dú) 特垂直磁疇2118、2120及2154。在一特定實(shí)施例中，MTJ單元2104包括小于側(cè)壁高度 (a)的橫向尺寸(b)及(C)，側(cè)壁高度(a)近似等于溝槽深度⑷?！銇?lái)說(shuō)，當(dāng)側(cè)壁2108、2110或2112的高度(a)大于側(cè)壁的寬度(b)或(C)時(shí)， 側(cè)壁內(nèi)的磁場(chǎng)已沿著高度(a)垂直地定向。在一特定實(shí)施例中，由于第一側(cè)壁2106被移 除，MTJ裝置2100的垂直側(cè)壁中的磁場(chǎng)垂直地定向。接近于底壁2272的MTJ堆疊2280載運(yùn)另一獨(dú)特磁疇2274，所述磁疇在縱向方 向上延伸(即，沿著圖21中的方向(c)且垂直于圖22中的頁(yè)面)。因?yàn)榈妆?272的長(zhǎng) 度(C)大于底壁2272的寬度(b)，所以磁疇2274定向于長(zhǎng)度(c)的方向上。圖23為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的第二說(shuō)明性實(shí)施例的俯視 圖，其中MTJ單元是在位零狀態(tài)下被寫(xiě)入。在此實(shí)例中，說(shuō)明處于位零狀態(tài)下的MTJ堆 疊2300，其中所述位中的每一者表示零值。MTJ堆疊2300包括第一側(cè)壁2302、第二側(cè) 壁2306、第三側(cè)壁2308及底壁2558 (于圖25中描繪)。已將與第三側(cè)壁2308相對(duì)的側(cè) 壁移除以形成一 U形結(jié)構(gòu)。除了一個(gè)或一個(gè)以上額外層以外，側(cè)壁2302、2306及2308 及底壁2558中的每一者可包括固定層、隧道勢(shì)壘、自由層及反鐵磁性薄膜(AF)層。側(cè) 壁2302、2306及2308中的每一者的自由層載運(yùn)獨(dú)特垂直磁疇，且底壁2558的自由層載 運(yùn)一經(jīng)配置以表示一數(shù)據(jù)值(例如，“1”或“0”值)的獨(dú)特磁疇。第一側(cè)壁2302包 括一載運(yùn)垂直第一磁疇2312的自由層。第二側(cè)壁2306包括一載運(yùn)垂直第二磁疇2316的 自由層。第三側(cè)壁2308包括一載運(yùn)垂直第三磁疇2318的自由層。底壁2558包括一載 運(yùn)水平第四磁疇2320的自由層。第一側(cè)壁2302的第一磁疇2312通過(guò)第一磁疇勢(shì)壘2338而與第三側(cè)壁2308的第 三磁疇2318分離。第二側(cè)壁2306的第二磁疇2316也通過(guò)第二磁疇勢(shì)壘2326而與第三 側(cè)壁2308的第三磁疇2318分離。一般來(lái)說(shuō)，磁疇勢(shì)壘2336及2338表示疇壁，其為分 開(kāi)例如磁疇2312、2316及2318的磁疇的界面。所述磁疇勢(shì)壘2336及2338表示不同磁 矩之間的轉(zhuǎn)變。在一特定實(shí)施例中，磁疇勢(shì)壘2336及2338可表示在磁場(chǎng)經(jīng)受0或180 度的角位移的情況下的磁矩的變化?？墒褂玫谝粚?xiě)入電流2322更改與第一側(cè)壁2302中的第一磁疇2312相關(guān)聯(lián)的磁 場(chǎng)的方向(即，自由層內(nèi)的磁場(chǎng)的方向)?？墒褂玫诙?xiě)入電流2326更改與由第二側(cè)壁 2306中的自由層載運(yùn)的第二磁疇2316相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？墒褂玫谌龑?xiě)入電流2328 更改與由第三側(cè)壁2308的自由層載運(yùn)的第三磁疇2318相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？墒褂玫谒?寫(xiě)入電流2330更改與由底壁2558的自由層載運(yùn)的第四磁疇2320相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向。一般來(lái)說(shuō)，由自由層載運(yùn) 的磁場(chǎng)相對(duì)于側(cè)壁2302、2306、2308及底壁2558 (于 圖25中描繪)中的每一者的固定層中的固定磁場(chǎng)的相對(duì)方向確定由所述特定側(cè)壁存儲(chǔ)的 位值。在所展示的實(shí)例中，所述固定層及自由層磁方向是平行的(如圖24中的磁場(chǎng)2414 及2416所說(shuō)明)。因此，寫(xiě)入電流2322、2326、2328及2330可表示寫(xiě)入“0”電流， 從而使MTJ堆疊2300處于復(fù)位或“0”狀態(tài)下。圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2400的層的第二說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě)入零電流流向。MTJ結(jié)構(gòu)2400包括頂部電極2402、自由層2404、磁性隧道結(jié)隧道勢(shì)壘 2406、固定層2408及底部電極2410。MTJ堆疊2400還可包括在固定層2408與底部電 極2410之間的反鐵磁性(AF)層(未圖示)。一般來(lái)說(shuō)，頂部電極2402及底部電極2410 為適于載運(yùn)電流的導(dǎo)電層。固定層2408為鐵磁性層，其已退火以(例如)通過(guò)反鐵磁性 (AF)層來(lái)卡住，以固定所述固定層2408內(nèi)的磁場(chǎng)2416的方向。自由層2404為可經(jīng)由 寫(xiě)入電流編程的鐵磁性層。MTJ隧道勢(shì)壘或勢(shì)壘層2406可由氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、 Al2O3等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂脤?xiě)入電流改變自由層2404內(nèi)的磁場(chǎng)2414的方 向。在一特定實(shí)施例中，MTJ堆疊2400還可包括合成固定層結(jié)構(gòu)、合成自由層(SyF)結(jié) 構(gòu)、雙自旋過(guò)濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
自由層2404中的磁場(chǎng)相對(duì)于固定層2408的固定磁場(chǎng)的方向指示了存儲(chǔ)于特定 MTJ結(jié)構(gòu)2400的自由層2404處的數(shù)據(jù)位是“1”的位值還是“0”的位值?？墒褂脤?xiě) 入電流2412改變自由層2404中的磁場(chǎng)的磁方向(大體指示于2414處)。如圖所示，所 述寫(xiě)入電流表示從頂部電極2402流動(dòng)穿過(guò)自由層2404、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2406、穿過(guò) 固定層2408且穿過(guò)底部電極2410的寫(xiě)入0電流。圖25為沿著圖23中的線25-25截取的圖23的MTJ堆疊的橫截面圖2500。所述 MTJ堆疊包括第一側(cè)壁2302、第二側(cè)壁2306及底壁2558。在此實(shí)例中，第一側(cè)壁2302 中的自由層所載運(yùn)的第一磁場(chǎng)的方向(如2312處所指示)沿著第一側(cè)壁2302垂直地延伸 且在對(duì)應(yīng)于箭頭2312的方向上延伸。第二側(cè)壁2306的自由層所載運(yùn)的第二磁場(chǎng)的方向 (如2316處所指示)沿著第二側(cè)壁2306垂直地延伸且在對(duì)應(yīng)于箭頭2316的方向上延伸。所述MTJ堆疊包括第一磁疇勢(shì)壘(壁)2554及第二磁疇勢(shì)壘2550。在一特定實(shí) 例中，第二磁疇勢(shì)壘2550可對(duì)應(yīng)于在側(cè)壁2302與底壁2558之間的結(jié)構(gòu)性界面。第二磁 疇勢(shì)壘2550將第一側(cè)壁2302的自由層的第一磁疇2312與底壁2558處的第四磁疇2320 隔離。所述MTJ堆疊還包括第三磁疇勢(shì)壘2556及第四磁疇勢(shì)壘2552。第四磁疇勢(shì)壘 2552可對(duì)應(yīng)于在底壁2558與側(cè)壁2306之間的結(jié)構(gòu)性界面。第四磁疇勢(shì)壘2552將側(cè)壁 2306的自由層的磁場(chǎng)2316與關(guān)聯(lián)于底壁2558的自由層的磁場(chǎng)2320隔離。在圖25中所說(shuō)明的實(shí)施例中，所述MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)至少三個(gè)數(shù)據(jù)位。第 一數(shù)據(jù)位可用第一側(cè)壁2302的自由層所載運(yùn)的第一磁場(chǎng)2312來(lái)表示。第二數(shù)據(jù)位可用 底壁2558的自由層所載運(yùn)的第四磁場(chǎng)2320來(lái)表示。第三數(shù)據(jù)位可用第二側(cè)壁2306的自 由層所載運(yùn)的第二磁場(chǎng)2316來(lái)表示。舉例來(lái)說(shuō)，可施加寫(xiě)入電流2322、2326及2330以 選擇性地更改選定側(cè)壁的磁場(chǎng)的定向，而不更改與另一側(cè)壁相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)或底壁2558的 磁場(chǎng)的定向。圖26為沿著圖23中的線26-26截取的圖23的MTJ堆疊的橫截面圖2600。在 此特定實(shí)例中，所述MTJ堆疊包括磁疇勢(shì)壘2660及2662。磁疇勢(shì)壘(或壁)2662將側(cè) 壁2308的自由層所載運(yùn)的磁疇2318與底壁2558的自由層所載運(yùn)的磁疇2320隔離。在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，圖23中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘2336及2338、圖25中所 說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘2550及2552及圖26中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘2662允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ) 多個(gè)數(shù)字值。確切地說(shuō)，圖23中所說(shuō)明的MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)多達(dá)四個(gè)數(shù)字值，所述 數(shù)字值可用圖23、圖25及圖26中所說(shuō)明的磁場(chǎng)2312、2316、2318及2320來(lái)表示。所 述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。
圖27為具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的第二說(shuō)明性實(shí)施例的俯視圖，其中MTJ單元是在位一狀態(tài)下被寫(xiě)入。在此實(shí)例中，說(shuō)明處于位一狀態(tài)下的MTJ堆 疊2700，其中所述位中的每一者表示邏輯一值。MTJ堆疊2700包括第一側(cè)壁2702、第 二側(cè)壁2706、第三側(cè)壁2708及底壁2958 (于圖29中描繪)。已將與第三側(cè)壁2708相對(duì) 的側(cè)壁移除以形成U形結(jié)構(gòu)。側(cè)壁2702、2706及2708及底壁2958中的每一者包括固定 層、隧道勢(shì)壘及自由層。側(cè)壁2702、2706及2708中的每一者的自由層載運(yùn)獨(dú)特垂直磁 疇，且底壁2958的自由層載運(yùn)一經(jīng)配置以表示一數(shù)據(jù)值(例如，“1”或“0”值)的 獨(dú)特磁疇。第一側(cè)壁2702包括一載運(yùn)垂直第一磁疇2712的自由層。第二側(cè)壁2706包 括一載運(yùn)垂直第二磁疇2716的自由層。第三側(cè)壁2708包括一載運(yùn)垂直第三磁疇2718的 自由層。底壁2958包括一載運(yùn)水平第四磁疇2720的自由層。第一側(cè)壁2702的第一磁疇2712通過(guò)第一磁疇勢(shì)壘2738而與第三側(cè)壁2708的第 三磁疇2718分離。第二側(cè)壁2706的第二磁疇2716也通過(guò)第二磁疇勢(shì)壘2736而與第三 側(cè)壁2708的第三磁疇2718分離。一般來(lái)說(shuō)，磁疇勢(shì)壘2736及2738表示疇壁，其為分 開(kāi)例如磁疇2712、2716及2718的磁疇的界面。所述磁疇勢(shì)壘2736及2738表示不同磁 矩之間的轉(zhuǎn)變。在一特定實(shí)施例中，磁疇勢(shì)壘2736及2738可表示在磁場(chǎng)經(jīng)受0或180 度的角位移的情況下的磁矩的變化?？墒褂玫谝粚?xiě)入電流2722更改與第一側(cè)壁2702中的第一磁疇2712相關(guān)聯(lián)的磁 場(chǎng)的方向(即，自由層內(nèi)的磁場(chǎng)的方向)?？墒褂玫诙?xiě)入電流2726更改與由第二側(cè)壁 2706中的自由層載運(yùn)的第二磁疇2716相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？墒褂玫谌龑?xiě)入電流2728 更改與由第三側(cè)壁2708的自由層載運(yùn)的第三磁疇2718相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向?？墒褂玫谒?寫(xiě)入電流2730更改與由底壁2958的自由層載運(yùn)的第四磁疇2720相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的方向。一般來(lái)說(shuō)，由自由層載運(yùn)的磁場(chǎng)相對(duì)于側(cè)壁2702、2706及2708中的每一者的 固定層中的固定磁場(chǎng)的相對(duì)方向確定由所述特定側(cè)壁存儲(chǔ)的位值。在所展示的實(shí)例中， 固定層及自由層磁方向是反向平行的(如圖28中的磁場(chǎng)2814及2816所說(shuō)明)。因此， 寫(xiě)入電流2722、2726、2728及2730可表示寫(xiě)入“1”電流，從而使MTJ堆疊2700處于
“1”狀態(tài)下。圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2800的層的第二說(shuō)明性實(shí)施例的圖，其說(shuō)明寫(xiě) 入一電流流向。MTJ結(jié)構(gòu)2800包括頂部電極2802、自由層2804、磁性隧道結(jié)隧道勢(shì)壘 2806、固定層2808及底部電極2810。MTJ堆疊2800還可包括一反鐵磁性(AF)層(未 圖示)。一般來(lái)說(shuō)，頂部電極2802及底部電極2810為適于載運(yùn)一電流的導(dǎo)電層。固定 層2808為一鐵磁性層，其已退火，(例如)通過(guò)反鐵磁性層來(lái)卡住，以固定所述固定層 2808內(nèi)的磁場(chǎng)2816的方向。自由層2804為可通過(guò)寫(xiě)入電流編程的鐵磁性層。MTJ隧道 勢(shì)壘或勢(shì)壘層2806可由氧化物勢(shì)壘層(即，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性材料形成。 可使用寫(xiě)入電流改變自由層2804內(nèi)的磁場(chǎng)2814的方向。自由層2804中的磁場(chǎng)相對(duì)于固定層2808的固定磁場(chǎng)的方向指示存儲(chǔ)于特定MTJ 單元2800的自由層2804處的數(shù)據(jù)位是“1”的位值還是“0”的位值。可使用寫(xiě)入電 流2812改變自由層2804中的磁場(chǎng)的磁方向(大體指示于2814處)。如圖所示，所述寫(xiě) 入電流表示一從底部電極2810流動(dòng)穿過(guò)自由固定層2808、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2806、穿 過(guò)自由層2804且穿過(guò)頂部電極2802的寫(xiě)入“1”電流。
圖29為沿著圖27中的線29-29截取的圖27的MTJ堆疊的橫截面圖2900。所述 MTJ堆疊包括第一側(cè)壁2702、第二側(cè)壁2706及底壁2958。在此實(shí)例中，第一側(cè)壁2702 中的自由層所載運(yùn)的第一磁場(chǎng)的方向(如2712處所指示)沿著第一側(cè)壁2702垂直地延伸 且在對(duì)應(yīng)于箭頭2712的方向上延伸。第二側(cè)壁2706的自由層所載運(yùn)的第二磁場(chǎng)的方向 (如2716處所指示)沿著第二側(cè)壁2706垂直地延伸且在對(duì)應(yīng)于箭頭2716的方向上延伸。所述MTJ堆疊包括第一磁疇勢(shì)壘(壁)2954及第二磁疇勢(shì)壘2950。在一特定實(shí) 例中，第二磁疇勢(shì)壘2950可對(duì)應(yīng)于在側(cè)壁2702與底壁2958之間的結(jié)構(gòu)性界面。第二磁 疇勢(shì)壘2950將第一側(cè)壁2702的自由層的第一磁疇2712與底壁2958處的第四磁疇2720 隔離。所述MTJ堆疊還包括第三磁疇勢(shì)壘2956及第四磁疇勢(shì)壘2952。第四磁疇勢(shì)壘 2952可對(duì)應(yīng)于在底壁2958與側(cè)壁2706之間的結(jié)構(gòu)性界面。第四磁疇勢(shì)壘2952將側(cè)壁 2706的自由層的磁場(chǎng)2716與關(guān)聯(lián)于底壁2958的自由層的磁場(chǎng)2720隔離。在圖29中所說(shuō)明的實(shí)施例中，所述MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)至少三個(gè)數(shù)據(jù)位，所述數(shù)據(jù)位可表示多達(dá)八個(gè)邏輯狀態(tài)。第一數(shù)據(jù)位可用第一側(cè)壁2702的自由層所載運(yùn)的第一 磁場(chǎng)2712來(lái)表示。第二數(shù)據(jù)位可用底壁2958的自由層所載運(yùn)的第四磁場(chǎng)2720來(lái)表示。 第三數(shù)據(jù)位可用第二側(cè)壁2706的自由層所載運(yùn)的第二磁場(chǎng)2716來(lái)表示。舉例來(lái)說(shuō)，可 施加寫(xiě)入電流2722、2726及2730以選擇性地更改選定側(cè)壁的磁場(chǎng)的定向，而不更改與另 一側(cè)壁相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)或底壁2958的磁場(chǎng)的定向。圖30為沿著圖27中的線30-30截取的圖27的MTJ堆疊的橫截面圖3000。在 此特定實(shí)例中，所述MTJ堆疊包括磁疇勢(shì)壘3060及3062。磁疇勢(shì)壘(或壁)3062將側(cè) 壁2708的自由層所載運(yùn)的磁疇2718與底壁2958的自由層所載運(yùn)的磁疇2720隔離。在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，圖27中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘2736及2738、圖29中所 說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘2950及2952及圖30中所說(shuō)明的磁疇勢(shì)壘3062允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ) 多個(gè)數(shù)字值。確切地說(shuō)，圖27中所說(shuō)明的MTJ堆疊可適于存儲(chǔ)多達(dá)四個(gè)數(shù)字值，所述 數(shù)字值可用圖27、圖29及圖30中所說(shuō)明的磁場(chǎng)2712、2716、2718及2720來(lái)表示。所 述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。圖31為展示耦合到雙向開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元的 MTJ單元的特定說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖。MTJ單元3100可用于一包括位線(例 如位線3108)及字線(例如字線3110)的存儲(chǔ)器陣列中。MTJ單元3100包括中心電極 3102、磁性隧道結(jié)堆疊3104及底部電極3106。MTJ堆疊3104包括固定層、磁性隧道勢(shì) 壘及載運(yùn)可編程磁疇的自由層，所述可編程磁疇的定向可通過(guò)將寫(xiě)入電流施加到MTJ單 元3100來(lái)更改。還可包括例如反鐵磁性層的額外層。MTJ堆疊3104包括至少一個(gè)垂直 側(cè)壁3130或3132及一水平底壁3134。位線3108耦合到中心電極3102。字線3110耦合 到開(kāi)關(guān)3116的控制端子，所述開(kāi)關(guān)3116經(jīng)由一通過(guò)線3112說(shuō)明的端子結(jié)構(gòu)耦合到底部 電極3106，所述線3112耦合到接近于底壁3134的底部電極3106。在一特定實(shí)施例中， 所述端子結(jié)構(gòu)可包括通孔、觸點(diǎn)、接合襯墊、耦合到MTJ裝置3100的一個(gè)或一個(gè)以上其 它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或其任何組合。在一特定實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)3116可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、 晶體管或其它開(kāi)關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)3116可為一雙向開(kāi)關(guān)以允許電流流 進(jìn)及流出MTJ單元3100。開(kāi)關(guān)3116包括耦合到線3112的第一端子、耦合到字線3110的控制端子及耦合到一可耦合到電源的源極線(SL)的第二端子。 在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3108及字線3110以啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 3116。在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)3116之后，可基于一流經(jīng)MTJ單元3100的電流從MTJ單元3100讀 取數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，可將一固定電壓施加到位線3108，且可將一電壓施加到字線3110以 啟動(dòng)開(kāi)關(guān)3116?？苫谝?例如)在位線3108處或在源極線3118處測(cè)量的電流來(lái)確定 存儲(chǔ)于MTJ堆疊3104的自由層處的位值。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)3116耦合到接近于底壁3134的底 部電極3106，所以可主要通過(guò)流經(jīng)底壁3134的電流來(lái)確定讀取電流。在此特定例子中， MTJ單元3100可存儲(chǔ)單個(gè)位值。MTJ單元3100可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的一存儲(chǔ)器單元，所 述存儲(chǔ)器陣列例如是磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路(N-way)高速緩存、非易失 性存儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何組合。圖32為展示MTJ單元的第二說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦 合到雙向開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元。MTJ單元3200可用于 包括位線(例如位線3208)及字線(例如字線3210)的存儲(chǔ)器陣列中。MTJ單元3200包 括中心電極3202、磁性隧道結(jié)堆疊3204及底部電極3206。MTJ堆疊3204包括固定層、 磁性隧道勢(shì)壘及載運(yùn)可編程磁疇的自由層，所述可編程磁疇的定向可通過(guò)將寫(xiě)入電流施 加到MTJ單元3200來(lái)更改。還可包括額外層。MTJ堆疊3204包括至少兩個(gè)垂直側(cè)壁 3230及3232及一水平底壁3234。位線3208耦合到中心電極3202。字線3210耦合到開(kāi) 關(guān)3216的控制端子，所述開(kāi)關(guān)3216經(jīng)由通過(guò)線3212及3214說(shuō)明的兩個(gè)端子結(jié)構(gòu)耦合到 底部電極3206，所述線耦合到接近于垂直側(cè)壁3230及3232的底部電極3206。在一特定 實(shí)施例中，每一端子結(jié)構(gòu)可包括通孔、觸點(diǎn)、接合襯墊、耦合到MTJ裝置3200的一個(gè)或 一個(gè)以上其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或其任何組合。在一特定實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)3216可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、 晶體管或其它開(kāi)關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)3216可為雙向開(kāi)關(guān)以允許電流流進(jìn) 及流出MTJ單元3200。開(kāi)關(guān)3216包括耦合到線3212及3214的第一端子、耦合到字線 3210的控制端子及耦合到一可耦合到電源的源極線(SL)的第二端子。在一特定說(shuō)明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3208及字線3210以啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 3216。在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)3216之后，可基于一流經(jīng)MTJ單元3200的電流從MTJ單元3200讀 取數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，可將一固定電壓施加到位線3208且可將一電壓施加到字線3210以 啟動(dòng)開(kāi)關(guān)3216?？苫?例如)在位線3208處或在源極線處測(cè)量的電流來(lái)確定存儲(chǔ)于 MTJ堆疊3204的自由層處的位值。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)3216耦合到接近于側(cè)壁3230及3232的底 部電極3206，所以可主要通過(guò)流經(jīng)側(cè)壁3230及3232的電流來(lái)確定讀取電流。在此特定 例子中，MTJ單元3200可存儲(chǔ)單個(gè)位值。MTJ單元3200可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的一存儲(chǔ)器 單元，所述存儲(chǔ)器陣列例如是磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路高速緩存、非易失 性存儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何組合。圖33為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ) 單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到兩個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單 元。MTJ單元3300包括中心電極3302、MTJ結(jié)構(gòu)3304及底部電極3306。MTJ結(jié)構(gòu) 3304包括固定磁性層、磁性隧道結(jié)勢(shì)壘層及自由磁性層。還可包括額外層。所述自由磁 性層載運(yùn)一可使用寫(xiě)入電流改變以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值的磁場(chǎng)。MTJ單元3300可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的一存儲(chǔ)器單元，例如磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路高速緩存、非易失性存 儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何組合。 位線3308可耦合到中心電極3302。字線3310可耦合到第一晶體管3314及第二 晶體管3320的控制端子。第一晶體管3314包括一經(jīng)由如線3312所描繪的第一端子結(jié)構(gòu) 耦合到底部電極3306的第一端子，及一耦合到一可耦合到第一電源的第一源極線(SLl) 的第二端子3316。第二晶體管3320包括一經(jīng)由如線3318所描繪的第二端子結(jié)構(gòu)耦合到 底部電極3306的第一端子，且包括一耦合到一可耦合到第二電源的第二源極線(SL2)的 第二端子3322。在一特定實(shí)例中，晶體管3314可通過(guò)字線3310啟動(dòng)以提供從位線3308穿過(guò)中 心電極3302、MTJ結(jié)構(gòu)3304、底部電極3306、線3312及晶體管3314到第二端子3316 的電流路徑3324。流經(jīng)電流路徑3324的電流指示存儲(chǔ)于與側(cè)壁3330相關(guān)聯(lián)的磁疇處的
“1”值或“0”值。類似地，經(jīng)由線3318穿過(guò)晶體管3320提供的電流路徑可用以存取 經(jīng)由一鄰近于MTJ單元3300的側(cè)壁3340的磁疇存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，為了利用多個(gè)磁疇將多個(gè)數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)于單個(gè)MTJ單元(例如MTJ單 元3300)中，可利用開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)3314及3320)來(lái)存取與垂直側(cè)壁3330及3340及水 平底壁3350相關(guān)聯(lián)的獨(dú)特磁疇。MTJ單元3300的一優(yōu)點(diǎn)為可形成多個(gè)垂直磁疇以允許 多個(gè)數(shù)字值存儲(chǔ)于單個(gè)單元內(nèi)，借此增加存儲(chǔ)密度。所述多個(gè)垂直磁疇中的每一者包括 一相應(yīng)磁場(chǎng)定向(方向)，其可通過(guò)更改進(jìn)入或離開(kāi)MTJ單元3300的電流方向來(lái)修改。 在一特定實(shí)例中，可獨(dú)立改變MTJ單元3300的磁場(chǎng)中的每一者，而不改變其它磁疇的磁 定向。在一特定實(shí)施例中，因?yàn)樵礃O線3316及源極線3322被分離，所以可對(duì)側(cè)壁3330 進(jìn)行編程而不改變側(cè)壁3340的磁場(chǎng)?？山Y(jié)合源極線3316及3320來(lái)利用位線3308及字 線3310以分別改變側(cè)壁3330及3340處的磁疇中的一者或兩者的方向以存儲(chǔ)獨(dú)立位值。圖34為展示MTJ單元的橫截面圖的圖，所述MTJ單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合 到三個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元。MTJ單元3400包括中心 電極3402、MTJ結(jié)構(gòu)3404及底部電極3406。MTJ結(jié)構(gòu)3404包括固定磁性層、磁性隧 道結(jié)勢(shì)壘層及自由磁性層。所述自由磁性層載運(yùn)一可使用寫(xiě)入電流改變以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值的 磁場(chǎng)。MTJ單元3400可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的存儲(chǔ)器單元，所述存儲(chǔ)器單元例如是磁阻式隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路高速緩存、非易失性存儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何 組合。位線3408可耦合到中心電極3402。字線3410可耦合到第一晶體管3414、第 二晶體管3420及第三晶體管3460的控制端子。第一晶體管3414包括經(jīng)由如線3412所 描繪的第一端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3406的第一端子，及耦合到一可耦合到第一電源的 第一源極線(SLl)的第二端子3416。第二晶體管3420包括經(jīng)由如線3418所描繪的第二 端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3406的第一端子，及耦合到一可耦合到第二電源的第二源極線 (SL2)的第二端子3422。第三晶體管3460包括經(jīng)由如線3462所描繪的第三端子結(jié)構(gòu)耦 合到底部電極3406的第一端子及耦合到一可耦合到第三電源的第三源極線(SL3)的第二 端子3464。在一特定實(shí)例中，晶體管3414可通過(guò)字線3410啟動(dòng)以提供一從位線3408穿過(guò)中心電極3402、MTJ結(jié)構(gòu)3404、底部電極3406、線3412及晶體管3414到第二端子3416 的電流路徑3424。流經(jīng)電流路徑3424的電流指示存儲(chǔ)于與側(cè)壁3430相關(guān)聯(lián)的垂直磁疇 處的“1”值或“0”值。類似地，一經(jīng)由線3418穿過(guò)晶體管3420提供的電流路徑可 用以存取經(jīng)由一鄰近于MTJ單元3400的側(cè)壁3440的垂直磁疇存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。同樣，經(jīng)由 線3462穿過(guò)晶體管3460提供的電流路徑可用以存取經(jīng)由一鄰近于底壁3450的水平磁疇 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，為了使用多個(gè)磁疇將多個(gè)數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)于單個(gè)MTJ單元(例如MTJ單 元3400)中，可使用開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)3414、3420及3460)來(lái)存取與垂直側(cè)壁3430及3440 及水平底壁3450相關(guān)聯(lián)的獨(dú)特磁疇。MTJ單元3400的一優(yōu)點(diǎn)為可形成多個(gè)垂直磁疇以 允許多個(gè)位存儲(chǔ)于單個(gè)單元內(nèi)，借此增加存儲(chǔ)密度。所述多個(gè)垂直磁疇中的每一者包括 一相應(yīng)磁場(chǎng)定向(方向)，其可通過(guò)更改進(jìn)入或離開(kāi)MTJ單元3400的電流方向來(lái)修改。 在一特定實(shí)例中，可獨(dú)立改變MTJ單元3400的磁場(chǎng)中的每一者，而不改變其它磁疇的磁 定向。圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說(shuō)明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所 述MTJ單元具有多個(gè)垂直磁疇且耦合到三個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 MTJ單元。MTJ單元3500包括中心電極3502、MTJ結(jié)構(gòu)3504及底部電極3506。MTJ 結(jié)構(gòu)3504包括固定磁性層、磁性隧道結(jié)勢(shì)壘層及自由磁性層。所述自由磁性層載運(yùn)一可 使用寫(xiě)入電流改變以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值的磁場(chǎng)。MTJ單元3500可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的一存儲(chǔ)器 單元，所述存儲(chǔ)器陣列例如是磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路高速緩存、非易失 性存儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何組合。位線3508可耦合到中心電極3502。字線3510可耦合到第一晶體管3514、第二 晶體管3520及第三晶體管3560的控制端子。第一晶體管3514包括一經(jīng)由接近于第一側(cè) 壁3530且如線3512所描繪的第一端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3506的第一端子。第一晶體 管3514包括耦合到一可耦合到第一電源的第一源極線(SLl)的第二端子3516。第二晶 體管3520包括一經(jīng)由接近于第二側(cè)壁3540且如線3518所描繪的第二端子結(jié)構(gòu)耦合到底 部電極3506的第一端子。第二晶體管3520包括耦合到一可耦合到第二電源的第二源極 線(SL2)的第二端子3522。第三晶體管3560包括一經(jīng)由接近于第三側(cè)壁3550 (位于中心 電極3502之后且如虛線所指示)且如線3562所描繪的第三端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3506 的第一端子。第三晶體管3560包括耦合到一可耦合到第三電源的第三源極線(SL3)的第 二端子3564。在一特定實(shí)例中，晶體管3514可通過(guò)字線3510啟動(dòng)以提供一從位線3508穿過(guò) 中心電極3502、MTJ結(jié)構(gòu)3504、底部電極3506、線3512及晶體管3514到第二端子3516 的電流路徑。流經(jīng)晶體管3514的電流可指示存儲(chǔ)于與側(cè)壁3530相關(guān)聯(lián)的垂直磁疇處的 “1”值或“0”值。類似地，一經(jīng)由線3518穿過(guò)晶體管3520提供的電流路徑可用以存
取經(jīng)由一鄰近于MTJ單元3500的側(cè)壁3540的垂直磁疇存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。同樣，經(jīng)由線3562 穿過(guò)晶體管3560提供的電流路徑可用以存取經(jīng)由一鄰近于第三側(cè)壁3550的垂直磁疇存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，為了使用 多個(gè)磁疇將多個(gè)數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)于單個(gè)MTJ單元(例如MTJ單 元3500)中，可使用開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)3514、3520及3560)來(lái)存取與垂直側(cè)壁3530、3540及3550相關(guān)聯(lián)的獨(dú)特磁疇。MTJ單元3500的一優(yōu)點(diǎn)為可形成多個(gè)垂直磁疇以允許多個(gè)位存儲(chǔ)于單個(gè)單元內(nèi)，借此增加存儲(chǔ)密度。所述多個(gè)垂直磁疇中的每一者包括一相應(yīng)磁 場(chǎng)定向(方向)，其可通過(guò)更改進(jìn)入或流出MTJ單元3500的電流方向來(lái)修改。在一特定 實(shí)例中，可獨(dú)立改變MTJ單元3500的磁場(chǎng)中的每一者，而不改變其它磁疇的磁定向。圖36為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的橫截面圖的圖，所述MTJ單元具有多個(gè)垂 直磁疇且耦合到四個(gè)開(kāi)關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ單元。MTJ單元 3600包括中心電極3602、MTJ結(jié)構(gòu)3604及底部電極3606。MTJ結(jié)構(gòu)3604包括固定磁 性層、磁性隧道結(jié)勢(shì)壘層及自由磁性層。MTJ結(jié)構(gòu)3604還可包括反鐵磁性(AF)層、其 它額外層或其任何組合。所述自由磁性層載運(yùn)可使用寫(xiě)入電流改變以存儲(chǔ)一數(shù)據(jù)值的磁 場(chǎng)。MTJ單元3600可為存儲(chǔ)器陣列內(nèi)的一存儲(chǔ)器單元，所述存儲(chǔ)器陣列例如是磁阻式隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、N路高速緩存、非易失性存儲(chǔ)裝置、其它存儲(chǔ)器裝置或其任何 組合。位線3608可耦合到中心電極3602。字線3610可耦合到第一晶體管3614、第二 晶體管3620、第三晶體管3660及第四晶體管3692的控制端子。第一晶體管3614包括一 經(jīng)由接近于第一側(cè)壁3630且如線3612所描繪的第一端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3606的第 一端子。第一晶體管3614包括耦合到一可耦合到第一電源的第一源極線(SLl)的第二端 子3616。第二晶體管3620包括一經(jīng)由接近于第二側(cè)壁3640且如線3618所描繪的第二端 子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3606的第一端子。第二晶體管3620包括耦合到一可耦合到第二 電源的第二源極線(SL2)的第二端子3622。第三晶體管3660包括一經(jīng)由接近于第三側(cè) 壁3650 (位于中心電極3602之后且如虛線所指示)且如線3662所描繪的第三端子結(jié)構(gòu)耦 合到底部電極3606的第一端子。第三晶體管3660包括耦合到一可耦合到第三電源的第 三源極線(SL3)的第二端子3664。第四晶體管3692包括一經(jīng)由接近于底壁3690且如線 3694所描繪的第四端子結(jié)構(gòu)耦合到底部電極3606的第一端子。第四晶體管3692包括耦 合到一可耦合到第四電源的第四源極線(SL4)的第二端子3696。在一特定實(shí)例中，晶體管3614可通過(guò)字線3610啟動(dòng)以提供一從位線3608穿過(guò) 中心電極3602、MTJ結(jié)構(gòu)3604、底部電極3606、線3612及晶體管3614到第二端子3616 的電流路徑。流經(jīng)晶體管3614的電流可指示存儲(chǔ)于與側(cè)壁3630相關(guān)聯(lián)的垂直磁疇處的 “1”值或“0”值。類似地，一經(jīng)由線3618穿過(guò)晶體管3620提供的電流路徑可用以
存取經(jīng)由鄰近于MTJ單元3600的側(cè)壁3640的垂直磁疇存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。同樣，經(jīng)由線3662 穿過(guò)晶體管3660提供的電流路徑可用以存取經(jīng)由一鄰近于第三側(cè)壁3650的垂直磁疇存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)。另外，經(jīng)由線3694穿過(guò)晶體管3692提供的電流路徑可用以存取經(jīng)由鄰近于底 壁3690的水平磁疇存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，為了使用多個(gè)磁疇將多個(gè)數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)于單個(gè)MTJ單元(例如MTJ單 元3600)中，可使用開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)3614、3620、3660及3692)來(lái)存取與垂直側(cè)壁3630、 3640及3650及水平底壁3690相關(guān)聯(lián)的獨(dú)特磁疇。MTJ單元3600的一優(yōu)點(diǎn)為可形成多 個(gè)垂直磁疇以允許多個(gè)位存儲(chǔ)于單個(gè)單元內(nèi)，借此增加存儲(chǔ)密度。所述多個(gè)垂直磁疇及 所述水平磁疇中的每一者包括一相應(yīng)磁場(chǎng)定向(方向)，其可通過(guò)更改進(jìn)入或流出MTJ單 元3600的電流方向來(lái)修改。在一特定實(shí)例中，可獨(dú)立改變MTJ單元3600的磁場(chǎng)中的每 一者，而不改變其它磁疇的磁定向。
圖37為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的特定說(shuō)明性實(shí) 施例的流程圖。在一特定實(shí)施例中，可在例如圖4或圖5中所說(shuō)明的MTJ裝置的制造 期間使用所述方法。一般來(lái)說(shuō)，用于形成MTJ結(jié)構(gòu)的溝槽的深度受到嚴(yán)格控制。進(jìn)行 MTJ薄膜沉積且控制頂部電極厚度以形成無(wú)接縫的窄轉(zhuǎn)向間隙。在沿著水平維度及垂直 方向的兩個(gè)維度上應(yīng)用磁性退火工藝以將底部磁疇及垂直磁疇初始化為具有固定磁場(chǎng)方 向。通過(guò)控制單元的形狀及單元的深度以使得深度大于寬度及長(zhǎng)度，可控制MTJ單元內(nèi) 的磁場(chǎng)的方向。在一特定實(shí)例中，深度與寬度及長(zhǎng)度的大縱橫比可使底部MTJ磁疇及側(cè) 壁MTJ磁疇更具各向同性。在一特定實(shí)施例中，MTJ堆疊結(jié)構(gòu)是通過(guò)一深溝槽界定，且 可避免可能苛刻或昂貴的MTJ光刻及蝕刻工藝。所述溝槽光刻及蝕刻工藝可比MTJ光刻 及蝕刻工藝更容易控制，從而使得成本較低且性能得到改善。在3702處，在半導(dǎo)體襯底中形成深溝槽。在一特定實(shí)施例中，溝槽深度大于溝槽長(zhǎng)度及寬度，因此MTJ裝置將具有至少一個(gè)垂直磁疇。移動(dòng)到3704，沉積一頂蓋薄膜 層。繼續(xù)到3706，在所述深溝槽內(nèi)沉積一底部電極。前進(jìn)到3708，沉積多個(gè)包括磁性 薄膜層及隧道勢(shì)壘層的磁性隧道結(jié)(MTJ)薄膜層。進(jìn)行到3710，沉積頂部電極。移動(dòng)到3712，沉積MTJ硬掩模。繼續(xù)到3714， 在水平X方向上且在垂直Y方向上執(zhí)行磁性退火。前進(jìn)到3716，以一深度圖案化且蝕刻 所述襯底以停止于所述底部電極處，且執(zhí)行光致抗蝕劑(PR)剝除及清洗工藝。進(jìn)行到 3718，執(zhí)行底部電極光刻/蝕刻工藝，且執(zhí)行PR剝除工藝。移動(dòng)到3720，沉積頂蓋薄膜層。繼續(xù)到3722，沉積層間電介質(zhì)層。進(jìn)行到3724，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操 作。移動(dòng)到3726，執(zhí)行通孔光刻/蝕刻/填充及拋光操作。圖38為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的第二特定說(shuō)明 性實(shí)施例的流程圖。在一特定實(shí)施例中，可在例如圖6中所說(shuō)明的MTJ裝置的制造期間 使用所述方法。在3802處，沉積頂蓋薄膜層。移動(dòng)到3804，執(zhí)行底部通孔光刻/蝕刻/填充及 化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。繼續(xù)到3806，沉積層間電介質(zhì)(ILD)層且執(zhí)行CMP工藝。在3808處，在半導(dǎo)體襯底中形成一深溝槽。在一特定實(shí)施例中，溝槽深度大于 溝槽長(zhǎng)度及寬度，因此MTJ裝置將具有至少一個(gè)垂直磁疇。繼續(xù)到3810，在所述深溝槽 內(nèi)沉積一底部電極。前進(jìn)到3812，沉積多個(gè)包括磁性薄膜層及隧道勢(shì)壘層的磁性隧道結(jié) (MTJ)薄膜層。進(jìn)行到3814，沉積頂部電極。移動(dòng)到3816，沉積MTJ硬掩模。繼續(xù)到3818， 在水平X方向上且在垂直Y方向上執(zhí)行磁性退火。前進(jìn)到3820，以一深度圖案化且蝕刻 所述襯底以停止于所述底部電極處。進(jìn)行到3822，執(zhí)行底部電極光刻/蝕刻工藝。在一 特定實(shí)施例中，例如在圖31中所說(shuō)明的MTJ裝置的制造期間，可組合用于MTJ裝置及底 部電極的光刻及蝕刻工藝。移動(dòng)到3824，沉積頂蓋薄膜層。前進(jìn)到3826，沉積層間電介質(zhì)層。進(jìn)行到 3828，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作。移動(dòng)到3830，執(zhí)行通孔光刻/蝕刻/填充及拋 光操作。圖39為制造具有多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法的第三特定說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖。在一特定實(shí)施例中，可在例如圖15到圖22中所說(shuō)明的MTJ裝置的 制造期間使用所述方法。 在3902處，沉積底部金屬線且執(zhí)行圖案化。如果使用鑲嵌工藝，則可組合底部 金屬及通孔工藝。移動(dòng)到3904，沉積層間電介質(zhì)(IDL)層，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)， 且沉積頂蓋薄膜。進(jìn)行到3906，進(jìn)行MTJ裝置是否包括一例如圖19到圖22中所描繪的 底部通孔連接的確定。繼續(xù)到3908，當(dāng)MTJ裝置包括底部通孔連接時(shí)，打開(kāi)、填充所 述底部通孔，且執(zhí)行通孔CMP。當(dāng)MTJ裝置不包括底部通孔連接時(shí)，所述方法進(jìn)行到 3910，在此處沉積層間電介質(zhì)薄膜且沉積頂蓋薄膜。進(jìn)行到3912，進(jìn)行MTJ裝置是否包 括例如圖17到圖18中所描繪的側(cè)壁底部通孔連接的確定。繼續(xù)到3914，當(dāng)MTJ裝置包 括側(cè)壁底部通孔連接時(shí)，打開(kāi)、填充所述側(cè)壁底部通孔，且執(zhí)行通孔CMP。當(dāng)MTJ裝置 不包括側(cè)壁底部通孔連接時(shí)，所述方法進(jìn)行到3916。移動(dòng)到3916，將所述MTJ溝槽圖案化且蝕刻到所述頂蓋層，進(jìn)行剝除且清洗。 繼續(xù)到3918，沉積底部電極，沉積所述MTJ薄膜，且沉積頂部電極。前進(jìn)到3920，沉積 MTJ硬掩模，執(zhí)行光刻/蝕刻工藝以停止于所述底部電極處，剝除光致抗蝕劑且清洗。 進(jìn)行到3922，執(zhí)行所述底部電極的光刻/蝕刻工藝，且剝除光致抗蝕劑且清洗。移動(dòng)到3924，執(zhí)行MTJ側(cè)壁掩模光刻/蝕刻工藝以移除一個(gè)側(cè)壁，剝除光致抗 蝕劑且清洗。繼續(xù)到3926，沉積頂蓋薄膜層。前進(jìn)到3928，沉積層間電介質(zhì)薄膜且執(zhí) 行CMP。進(jìn)行到3930，執(zhí)行頂部通孔打開(kāi)/蝕刻及清洗工藝，填充所述通孔，且執(zhí)行通 孔CMP。移動(dòng)到3932，沉積并圖案化頂部金屬線。如果存在鑲嵌工藝，則可組合3930 通孔的通孔工藝及3932的金屬工藝。圖40為操作具有多個(gè)垂直磁疇的MTJ裝置的方法的特定說(shuō)明性實(shí)施例的流程 圖。在4002處，所述方法包括選擇性地啟動(dòng)一耦合到包括多個(gè)側(cè)壁的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu) 的中心電極的位線，其中所述多個(gè)側(cè)壁中的每一者包括自由層以載運(yùn)獨(dú)特垂直磁疇。繼 續(xù)到4004，選擇性地啟動(dòng)一個(gè)或一個(gè)以上雙向開(kāi)關(guān)以允許電流流經(jīng)所述MTJ結(jié)構(gòu)，其 中所述一個(gè)或一個(gè)以上雙向開(kāi)關(guān)耦合到多個(gè)側(cè)壁中的相應(yīng)側(cè)壁且耦合到一電源。移動(dòng)到 4006，在讀取操作期間，基于與所述電流路徑相關(guān)聯(lián)的電阻確定與所述獨(dú)特垂直磁疇中 的每一者相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)值。進(jìn)行到4008，在寫(xiě)入操作期間，經(jīng)由所述一個(gè)或一個(gè)以上開(kāi) 關(guān)中的每一者來(lái)控制一穿過(guò)所述MTJ結(jié)構(gòu)的電流方向以選擇性地控制選定磁疇的自由層 內(nèi)的磁校正，其中所述磁方向與數(shù)據(jù)值相關(guān)。所述方法終止于4010處。圖41為包括存儲(chǔ)器裝置的通信裝置4100的框圖，所述存儲(chǔ)器裝置包括多個(gè)磁性 隧道結(jié)(MTJ)單元。通信裝置4100包括MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列4132及MTJ單元的高 速緩沖存儲(chǔ)器4164，所述兩者耦合到例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)4110的處理器。通信裝 置4100還包括一耦合到DSP 4110的磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)裝置4166。在一 特定實(shí)例中，MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列4132、MTJ單元的高速緩沖存儲(chǔ)器4164及MRAM 裝置4166包括多個(gè)MTJ單元，其中每一MTJ單元包括至少一個(gè)垂直磁疇且適于存儲(chǔ)多個(gè) 獨(dú)立數(shù)字值，如關(guān)于圖1到圖21所描述。圖41還展示一耦合到數(shù)字信號(hào)處理器4110且耦合到顯示器4128的顯示器控制 器4126。編碼器/解碼器(CODEC)4134還可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器4110。揚(yáng)聲器4136 及麥克風(fēng)4138可耦合到CODEC 4134。
圖41還指示，無(wú)線控制器4140可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器4110且耦合到無(wú)線天 線4142。在一特定實(shí)施例中，輸入裝置4130及電源4144耦合到芯片上系統(tǒng)4122。此 夕卜，在一特定實(shí)施例中，如圖41中所說(shuō)明，顯示器4128、輸入裝置4130、揚(yáng)聲器4136、 麥克風(fēng)4138、無(wú)線天線4142及電源4144在芯片上系統(tǒng)4122外部。然而，每一者可耦合 到芯片上系統(tǒng)4122的一組件，例如接口或控制器。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例所描述的各種 說(shuō)明性邏輯塊、配置、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的 組合。為清楚地說(shuō)明硬件與軟件的此互換性，已在上文中就功能性對(duì)各種說(shuō)明性組件、 塊、配置、模塊、電路及步驟加以大體描述。此功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定 應(yīng)用及強(qiáng)加于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對(duì)每一特定應(yīng)用以不同方 式實(shí)施所描述的功能性，但所述實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例所描述的方法或算法的步驟可直接實(shí)施于硬件中、 由處理器執(zhí)行的軟件模塊中或兩者的組合中。軟件模塊可駐留于RAM存儲(chǔ)器、MRAM 存儲(chǔ)器、快閃存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器、PROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ) 器、寄存器、硬盤(pán)、可裝卸盤(pán)、CD-ROM或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒體 中。示范性存儲(chǔ)媒體耦合到處理器，以使得處理器可從存儲(chǔ)媒體讀取信息及將信息寫(xiě)入 到存儲(chǔ)媒體。在替代方案中，存儲(chǔ)媒體可與處理器成一體式。處理器及存儲(chǔ)媒體可駐留 于ASIC中。ASIC可駐留于計(jì)算裝置或用戶終端中。在替代方案中，處理器及存儲(chǔ)媒 體可作為離散組件而駐留于計(jì)算裝置或用戶終端中。
提供對(duì)所揭示的實(shí)施例的先前描述以使任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使 用所揭示的實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將容易顯而易 見(jiàn)，且本文中所界定的一般原理可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下應(yīng)用于其它實(shí) 施例。因此，本發(fā)明不希望限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)符合與如通過(guò)隨附權(quán)利 要求書(shū)所界定的原理及新穎特征相一致的可能的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，其包含包含多個(gè)垂直側(cè)壁的MTJ單元，所述多個(gè)垂直側(cè)壁中的每一者界定一獨(dú)特垂直磁 疇，所述獨(dú)特垂直磁疇中的每一者適于存儲(chǔ)一數(shù)字值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述垂直側(cè)壁中的第一垂直側(cè)壁與所述垂 直側(cè)壁中的第二垂直側(cè)壁分離小于所述第一垂直側(cè)壁的高度的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元進(jìn)一步包含在所述多個(gè)垂直 側(cè)壁之間垂直地延伸的中心電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述中心電極的厚度近似為所述MTJ單元 的寬度減去所述多個(gè)垂直側(cè)壁的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁的寬度所得的差的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元包含具有第一磁疇的第一垂 直側(cè)壁、具有第二磁疇的第二垂直側(cè)壁及具有第三磁疇的第三垂直側(cè)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元進(jìn)一步包含耦合到所述多個(gè) 垂直側(cè)壁的底壁，所述底壁具有第四磁疇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含四個(gè)端子結(jié)構(gòu)，其中所述四個(gè)端 子結(jié)構(gòu)中的三個(gè)端子結(jié)構(gòu)耦合到所述垂直側(cè)壁，且所述四個(gè)端子結(jié)構(gòu)中的第四端子結(jié)構(gòu) 耦合到所述底壁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元為U形的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元包含呈大體上矩形形狀的四 個(gè)垂直側(cè)壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ單元進(jìn)一步包含耦合到所述四個(gè)垂直側(cè)壁的底壁。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述MTJ結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含六個(gè)端子結(jié)構(gòu)。
12.—種裝置，其包含適于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值的單個(gè)磁性隧道結(jié)(MTJ)單元，其中所述多個(gè)數(shù)字值中的至少 一者是使用垂直磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)；以及多個(gè)端子，其耦合到所述MTJ單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其進(jìn)一步包含耦合到所述多個(gè)端子中的第一端子的 晶體管，所述晶體管還耦合到數(shù)據(jù)寫(xiě)入線且耦合到第一源極線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其進(jìn)一步包含耦合到所述多個(gè)端子中的第二端子的 第二晶體管，所述第二晶體管耦合到所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入線且耦合到第二源極線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其進(jìn)一步包含耦合到所述多個(gè)端子中的第三端子的 第三晶體管，所述第三晶體管耦合到所述數(shù)據(jù)寫(xiě)入線且耦合到第三源極線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述多個(gè)端子中的所述第一端子耦合到所述 MTJ單元的第一側(cè)壁，所述多個(gè)端子中的所述第二端子耦合到所述MTJ單元的第二側(cè) 壁，且所述多個(gè)端子中的所述第三端子耦合到所述MTJ單元的底壁。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其進(jìn)一步包含所述多個(gè)端子中的耦合到位線的第四 端子。
18.—種制造裝置的方法，所述方法包含執(zhí)行深溝槽光刻及蝕刻工藝以在襯底中產(chǎn)生深溝槽；將底部電極沉積到所述深溝槽中；沉積層以形成磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括固定層、隧道勢(shì)壘及自由 層，所述MTJ結(jié)構(gòu)的至少第一部分耦合到所述底部電極；將頂部電極沉積到所述MTJ結(jié)構(gòu)的至少第二部分上；以及在水平方向及在垂直方向上對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)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；其中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，且其中所述自由層 的第二部分具有在所述水平方向上的第二磁疇。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含執(zhí)行層間電介質(zhì)(ILD)沉積及執(zhí)行化 學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包含對(duì)耦合到所述MTJ的通孔執(zhí)行光致 抗蝕、蝕刻、填充及CMP工藝。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述MTJ結(jié)構(gòu)包括在所述垂直方向上的第一 側(cè)壁及在所述垂直方向上的第二側(cè)壁。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包含沉積頂蓋薄膜層；執(zhí)行一工藝以對(duì)底部通孔進(jìn)行蝕刻、填充及拋光；以及沉積層間電介質(zhì)層。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述MTJ結(jié)構(gòu)具有U形形狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述溝槽具有大于所述MTJ結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的高 度的深度，其中所述側(cè)壁的所述高度大于所述溝槽的長(zhǎng)度且大于所述溝槽的寬度。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元。所述MTJ單元包括多個(gè)垂直側(cè)壁。所述多個(gè)垂直側(cè)壁中的每一者界定一獨(dú)特垂直磁疇。所述獨(dú)特垂直磁疇中的每一者適于存儲(chǔ)一數(shù)字值。在一實(shí)施例中，所述MTJ單元包含位于電極層(110、112、114、116)與中心電極(108)之間的固定磁性層(102)、隧道結(jié)層(104)及自由磁性層(106)。
文檔編號(hào)G11C11/56GK102017128SQ200980116357
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者升·H·康, 朱曉春, 李霞 申請(qǐng)人:高通股份有限公司