包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元的制作方法
包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元的制作方法
【專利摘要】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)。
【專利說明】包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元
[0001]分案申請(qǐng)的相關(guān)信息
[0002]本案是分案申請(qǐng)。該分案的母案是申請(qǐng)日為2009年3月9日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980116357.3、發(fā)明名稱為“包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元”的發(fā)明專利申請(qǐng)案。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體來說涉及一種包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元。
【背景技術(shù)】
[0004]一般來說，便攜型計(jì)算裝置及無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，Mg0、Al203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。
[0005]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(⑶)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)。舉例來說，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】
[0006]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。
[0007]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)來存儲(chǔ)。所述裝置還包括耦合到所述MTJ單元的多個(gè)端子。
[0008]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)?？砂ɡ绶磋F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。
[0009]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。舉例來說，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)。
[0010]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。
[0011]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。舉例來說，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。
[0012]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。
[0013]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)的情況下寫入或讀取的多個(gè)獨(dú)立磁疇。
[0014]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:“【專利附圖】
【附圖說明】”、“【具體實(shí)施方式】”及“權(quán)利要求書”。
【專利附圖】
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【附圖說明】
[0015]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)單元的特定說明性實(shí)施例的透視圖；
[0016]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；
[0017]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)器裝置的特定說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0018]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；
[0019]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明性實(shí)施例的橫截面圖；
[0020]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明性實(shí)施例的橫截面圖；
[0021]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)下被寫入；
[0022]圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向；
[0023]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；
[0024]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；[0025]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)下被寫入；
[0026]圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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)器裝置的第四說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0030]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；
[0031]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)器裝置的第五說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0032]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；
[0033]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)器裝置的第六說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0034]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；
[0035]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)器裝置的第七說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0036]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；
[0037]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)下被寫入；
[0038]圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向；
[0039]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；
[0040]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；
[0041]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)下被寫入；
[0042]圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向；
[0043]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；
[0044]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；
[0045]圖31為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ)單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單I ;
[0046]圖32為展示MTJ單元的第二說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0047]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0048]圖34為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；[0049]圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0050]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0051]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0052]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0053]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0054]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明性實(shí)施例的流程圖 '及
[0055]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)施方式】
[0056]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)。舉例來說，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濾MTJ操作的雙自旋過濾層。另外，在一特定實(shí)施例中，層102到106的次序可顛倒。
[0057]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。
[0058]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)穿過自由層106、跨越隧道結(jié)104且穿過固定層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)。
[0059]在一特定說明性實(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一寫入電流獨(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)的方向以表不一數(shù)據(jù)值。確切地說，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),表不數(shù)據(jù)值“O”。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),表不數(shù)據(jù)值“I”。
[0060]在一特定實(shí)施例中，磁疇表不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)固定磁疇及通過一反鐵磁性(AFM)層(未圖示)“卡住”(即，通過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。
[0061]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)方向可表不第一數(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)方向可表不第二數(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)方向可表不第三數(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)方向可表不第四數(shù)據(jù)值。
[0062]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，其可通過在頂部電極206與底部電極202之間施加寫入電流而被編程。MTJ堆疊204還包括隧道結(jié)勢(shì)壘層210及固定磁性層212。
[0063]在一特定實(shí)施例中，通常將固定層212退火以通過一反鐵磁性(AFM)層(未圖示)來卡住固定層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，“I”或“O”數(shù)據(jù)值)。
[0064]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。舉例來說，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^控制MTJ單元200的長(zhǎng)度、寬度及深度尺寸來控制側(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，或離開底壁218向上)。
[0065]圖3為包括襯底302的存儲(chǔ)器裝置300的特定說明性實(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。
[0066]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反鐵磁性層來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，Mg0、Al203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，“I”或“O”數(shù)據(jù)值)。舉例來說，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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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。
[0067]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。
[0068]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) ( S卩，沿著頁面的表面)延伸。一般來說，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)值來確定。舉例來說，“I”值可用朝著底壁402向下延伸的磁場(chǎng)318來表示，而“O”值可用朝著電極327向上延伸的磁場(chǎng)318來表示。
[0069]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。
[0070]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中所說明的維度箭頭(a)的方向上)。
[0071]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。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)。
[0072]舉例來說，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。舉例來說，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)入頁面(由指示)或離開頁面(由“.”指示)的方向。
[0073]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。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。
[0074]舉例來說，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。舉例來說，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)入頁面(由指示)或離開頁面(由“.”指示)的方向。
[0075]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。舉例來說，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。
[0076]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位零狀態(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“I”或“O”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。
[0077]第一側(cè)壁702的第一磁疇712通過第一磁疇勢(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通過第四磁疇勢(shì)壘738而與第一側(cè)壁702的第一磁疇712分離。
[0078]一般來說，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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0079]可使用第一寫入電流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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?26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?？墒褂玫谒膶懭腚娏?28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?？墒褂玫谖鍖懭腚娏?30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。
[0080]一般來說，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所說明)。因此，寫入電流722、724、726、728及730可表示寫入“O”電流，從而使MTJ堆疊700處于復(fù)位或“O”狀態(tài)下。
[0081]圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊800的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向。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。一般來說，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AF層來卡住，以使固定層808內(nèi)的磁場(chǎng)816的方向固定。自由層804為一可通過寫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?？墒褂盟鰧懭腚娏鞲淖冏杂蓪?04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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0082]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“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?12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，所述寫入電流表示一從頂部電極802流動(dòng)穿過自由層804、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘806、穿過固定層808且穿過底部電極810的與入O電流。
[0083]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。
[0084]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。
[0085]在圖9中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0086]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。
[0087]在一特定說明性實(shí)施例中，圖7中所說明的磁疇勢(shì)壘732、734、736及738、圖9中所說明的磁疇勢(shì)壘936及940及圖10中所說明的磁疇勢(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，圖7中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)712、714、716、718及720來表示。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)。
[0088]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“I”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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0089]第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112通過第一磁疇勢(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通過第四磁疇勢(shì)壘1138而與第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112分離。
[0090]可使用寫入電流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?？墒褂脤懭腚娏?126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?？墒褂脤懭腚娏?128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?？墒褂脤懭腚娏?130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。
[0091]一般來說，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。寫入電流1122、1124、1126及1128中的每一者可表示寫入“I”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“I”的值。另外，寫入電流1130可表示寫入“I”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)。
[0092]圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向。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。一般來說，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，例如將通過反鐵磁性層來卡住，以使固定層1208內(nèi)的磁場(chǎng)1216的方向固定。自由層1204還為一可通過寫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(B卩，Mg0、Al203等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂脤懭腚娏?212改變自由層1204內(nèi)的磁場(chǎng)1214的方向。
[0093]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的方向指不存儲(chǔ)于特定MTJ堆疊1200中的數(shù)據(jù)位是“I”的位值還是“O”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,此表不“I”的數(shù)據(jù)值。可使用寫入電流1212改變自由層1204中的磁場(chǎng)1214的方向。如圖所示，所述寫入電流表示從底部電極1210流動(dòng)穿過固定層1208、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘1206、穿過自由層1204且穿過頂部電極1202的寫入“I”電流。
[0094]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沿著頁面且在朝著底壁1110的方向上延伸。
[0095]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。
[0096]在圖13中所說明的實(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來表示。在一特定實(shí)例中，可分別經(jīng)由寫入電流1122、1126及1130將一具有“I”值或邏輯高值的數(shù)據(jù)位寫入到垂直側(cè)壁1102及1106的磁疇及水平底壁1110的磁疇。可施加寫入電流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。
[0097]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。
[0098]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。
[0099]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?？砂ɡ绶磋F磁性(AF)層的額外層。通常將所述固定層退火，(例如)以通過AF層來卡住，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，“I”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0100]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。
[0101]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(d)。
[0102]一般來說，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。
[0103]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。
[0104]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。
[0105]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反鐵磁性薄膜層(未圖示)來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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0106]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。
[0107]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(d)。
[0108]一般來說，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。
[0109]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。
[0110]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。
[0111]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)通過一反鐵磁性薄膜層來卡住，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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0112]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。
[0113]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(d)。
[0114]一般來說，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。[0115]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。
[0116]可獨(dú)立存取MTJ裝置1904的每一磁疇。舉例來說，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來存取。水平磁疇2074還可經(jīng)由底部端子2090來存取。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)值寫入到磁疇1918、1920、1954及2074中的每一者。
[0117]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。
[0118]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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0119]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。
[0120]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(d)。
[0121]一般來說，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。
[0122]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。
[0123]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位零狀態(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，“I”或“O”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。
[0124]第一側(cè)壁2302的第一磁疇2312通過第一磁疇勢(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。一般來說，磁疇勢(shì)壘2336及2338表示疇壁，其為分開例如磁疇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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0125]可使用第一寫入電流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)?？墒褂玫诙懭腚娏?326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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?328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。可使用第四寫入電流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。
[0126]一般來說，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所說明)。因此，寫入電流2322、2326、2328及2330可表示寫入“O”電流，從而使MTJ堆疊2300處于復(fù)位或“O”狀態(tài)下。
[0127]圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2400的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向。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)。一般來說，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)通過反鐵磁性(AF)層來卡住，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(S卩，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂脤懭腚娏鞲淖冏杂蓪?404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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0128]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“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?412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，所述寫入電流表示從頂部電極2402流動(dòng)穿過自由層2404、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2406、穿過固定層2408且穿過底部電極2410的寫入O電流。
[0129]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。
[0130]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。
[0131]在圖25中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0132]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。
[0133]在一特定說明性實(shí)施例中，圖23中所說明的磁疇勢(shì)壘2336及2338、圖25中所說明的磁疇勢(shì)壘2550及2552及圖26中所說明的磁疇勢(shì)壘2662允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值。確切地說，圖23中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)2312、2316、2318及2320來表示。所述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。
[0134]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位一狀態(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，“I”或“O”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。
[0135]第一側(cè)壁2702的第一磁疇2712通過第一磁疇勢(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。一般來說，磁疇勢(shì)壘2736及2738表示疇壁，其為分開例如磁疇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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0136]可使用第一寫入電流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)?？墒褂玫诙懭腚娏?726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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?728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?？墒褂玫谒膶懭腚娏?730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。
[0137]—般來說，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所說明)。因此，寫入電流2722、2726、2728及2730可表示寫入“I”電流，從而使MTJ堆疊2700處于“I”狀態(tài)下。
[0138]圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2800的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向。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)。一般來說，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)通過反鐵磁性層來卡住，以固定所述固定層2808內(nèi)的磁場(chǎng)2816的方向。自由層2804為可通過寫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?？墒褂脤懭腚娏鞲淖冏杂蓪?804內(nèi)的磁場(chǎng)2814的方向。
[0139]自由層2804中的磁場(chǎng)相對(duì)于固定層2808的固定磁場(chǎng)的方向指不存儲(chǔ)于特定MTJ單元2800的自由層2804處的數(shù)據(jù)位是“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?812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，所述寫入電流表示一從底部電極2810流動(dòng)穿過自由固定層2808、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2806、穿過自由層2804且穿過頂部電極2802的寫入“I”電流。
[0140]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。
[0141]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。
[0142]在圖29中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0143]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。
[0144]在一特定說明性實(shí)施例中，圖27中所說明的磁疇勢(shì)壘2736及2738、圖29中所說明的磁疇勢(shì)壘2950及2952及圖30中所說明的磁疇勢(shì)壘3062允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值。確切地說，圖27中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)2712、2716、2718及2720來表示。所述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。
[0145]圖31為展示耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元的MTJ單元的特定說明性實(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將寫入電流施加到MTJ單元3100來更改。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耦合到開關(guān)3116的控制端子，所述開關(guān)3116經(jīng)由一通過線3112說明的端子結(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。
[0146]在一特定實(shí)施例中，開關(guān)3116可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、晶體管或其它開關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開關(guān)3116可為一雙向開關(guān)以允許電流流進(jìn)及流出MTJ單元3100。開關(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。
[0147]在一特定說明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3108及字線3110以啟動(dòng)開關(guān)3116。在啟動(dòng)開關(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)。舉例來說，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)開關(guān)3116。可基于一(例如)在位線3108處或在源極線3118處測(cè)量的電流來確定存儲(chǔ)于MTJ堆疊3104的自由層處的位值。因?yàn)殚_關(guān)3116耦合到接近于底壁3134的底部電極3106，所以可主要通過流經(jīng)底壁3134的電流來確定讀取電流。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(Niay)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。
[0148]圖32為展示MTJ單元的第二說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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將寫入電流施加到MTJ單元3200來更改。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耦合到開關(guān)3216的控制端子，所述開關(guān)3216經(jīng)由通過線3212及3214說明的兩個(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
入
口 ο
[0149]在一特定實(shí)施例中，開關(guān)3216可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、晶體管或其它開關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開關(guān)3216可為雙向開關(guān)以允許電流流進(jìn)及流出MTJ單元3200。開關(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。
[0150]在一特定說明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3208及字線3210以啟動(dòng)開關(guān)3216。在啟動(dòng)開關(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)。舉例來說，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)開關(guān)3216?？苫?例如)在位線3208處或在源極線處測(cè)量的電流來確定存儲(chǔ)于MTJ堆疊3204的自由層處的位值。因?yàn)殚_關(guān)3216耦合到接近于側(cè)壁3230及3232的底部電極3206，所以可主要通過流經(jīng)側(cè)壁3230及3232的電流來確定讀取電流。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。
[0151]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0152]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。
[0153]在一特定實(shí)例中，晶體管3314可通過字線3310啟動(dòng)以提供從位線3308穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，經(jīng)由線3318穿過晶體管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)。
[0154]一般來說，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，可利用開關(guān)(例如開關(guān)3314及3320)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或離開MTJ單元3300的電流方向來修改。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。
[0155]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。
[0156]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)垂直磁疇且稱合到三個(gè)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0157]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。
[0158]在一特定實(shí)例中，晶體管3414可通過字線3410啟動(dòng)以提供一從位線3408穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3418穿過晶體管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)。
[0159]一般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3414、3420及3460)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或離開MTJ單元3400的電流方向來修改。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。
[0160]圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0161]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)稱合到底部電極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。
[0162]在一特定實(shí)例中，晶體管3514可通過字線3510啟動(dòng)以提供一從位線3508穿過中心電極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“ I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3518穿過晶體管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)。
[0163]一般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3514、3520及3560)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或流出MTJ單元3500的電流方向來修改。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。
[0164]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0165]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包括稱合到一可稱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。
[0166]在一特定實(shí)例中，晶體管3614可通過字線3610啟動(dòng)以提供一從位線3608穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3618穿過晶體管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)。
[0167]—般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3614、3620、3660及3692)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或流出MTJ單兀3600的電流方向來修改。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。
[0168]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。一般來說，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。
[0169]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。
[0170]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。
[0171]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。
[0172]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。[0173]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。
[0174]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。
[0175]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。
[0176]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。
[0177]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。
[0178]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、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、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。
[0179]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。
[0180]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/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。
[0181]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，在寫入操作期間，經(jīng)由所述一個(gè)或一個(gè)以上開關(guān)中的每一者來控制一穿過所述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。
[0182]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DSP4110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。
[0183]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(C0DEC)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C0DEC4134。
[0184]圖41還指示，無線控制器4140可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器4110且耦合到無線天線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。此外，在一特定實(shí)施例中，如圖41中所說明，顯示器4128、輸入裝置4130、揚(yáng)聲器4136、麥克風(fēng)4138、無線天線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。
[0185]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。
[0186]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、可裝卸盤、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。
[0187]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)人員來說將容易顯而易見，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)符合與如通過隨附權(quán)利要求書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單元，其包含: 側(cè)壁，其界定適于存儲(chǔ)第一數(shù)字值的第一磁疇；以及 底壁，其耦合到所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第二數(shù)字值的第二磁疇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第二側(cè)壁，所述第二側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第三數(shù)字值的第三磁疇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其中所述側(cè)壁大致平行于所述第二側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MTJ單元，其中側(cè)壁與所述第二側(cè)壁分開一距離，所述距離小于所述側(cè)壁的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其中所述側(cè)壁大致垂直于所述第二側(cè)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第三側(cè)壁，所述第三側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第四數(shù)字值的第四磁疇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第四側(cè)壁，所述第四側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第五數(shù)字值的第五 磁疇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MTJ單元，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單元，其中所述側(cè)壁具有矩形形狀。
10.一種存儲(chǔ)器設(shè)備，其包括磁性隧道結(jié)MTJ單元，所述MTJ單元包括: 側(cè)壁，其界定適于存儲(chǔ)第一數(shù)字值的第一磁疇；以及 底壁，其耦合到所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第二數(shù)字值的第二磁疇。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 第一端子，其耦合到所述MTJ單元；以及 第一晶體管，其耦合到所述第一端子并且耦合到數(shù)據(jù)寫入線和第一源極線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 第二端子，其耦合到所述MTJ單元；以及 第二晶體管，其耦合到所述第二端子并且耦合到所述數(shù)據(jù)寫入線和第二源極線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述第一端子耦合到所述側(cè)壁，并且其中所述第二端子耦合到所述底壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第三端子，所述第三端子耦合到所述MTJ單元和位線。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述MTJ單元進(jìn)一步包括第二側(cè)壁，所述第二側(cè)壁大致平行于所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第三值的第三磁疇。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括在所述側(cè)壁和所述第二側(cè)壁之間延伸的中心電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第三側(cè)壁，所述第三側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第四數(shù)字值的第四磁疇。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第四側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第五數(shù)字值的第五磁疇。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述第四側(cè)壁大致平行于所述第三側(cè)壁。
20.一種方法，其包括:選擇性地激活耦合到磁性隧道結(jié)MTJ結(jié)構(gòu)的中心電極的位線，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括多個(gè)側(cè)壁，所述多個(gè)側(cè)壁中的每一個(gè)包括攜帶獨(dú)特垂直磁疇的自由層；以及
選擇性地激活一個(gè)或更多個(gè)雙向開關(guān)以使電流能夠流經(jīng)所述MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)雙向開關(guān)中的每一個(gè)耦合到所述多個(gè)側(cè)壁中的相應(yīng)側(cè)壁并且耦合到電源。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括:在讀取操作期間，基于與經(jīng)過所述MTJ結(jié)構(gòu)的電流路徑相關(guān)的電阻而確定與所述獨(dú)特垂直磁疇中的每一個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)值。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括:在寫入操作期間，選擇性地控制被選擇磁疇的自由層內(nèi)的磁方向，所述磁方向與數(shù)據(jù)值相關(guān)。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK103594424SQ201310594047
【公開日】2014年2月19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】李霞, 升·H·康, 朱曉春 申請(qǐng)人:高通股份有限公司
【專利摘要】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)。
【專利說明】包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元
[0001]分案申請(qǐng)的相關(guān)信息
[0002]本案是分案申請(qǐng)。該分案的母案是申請(qǐng)日為2009年3月9日、申請(qǐng)?zhí)枮?00980116357.3、發(fā)明名稱為“包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元”的發(fā)明專利申請(qǐng)案。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體來說涉及一種包括多個(gè)垂直磁疇的磁性隧道結(jié)單元。
【背景技術(shù)】
[0004]一般來說，便攜型計(jì)算裝置及無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，Mg0、Al203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。
[0005]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(⑶)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)。舉例來說，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】
[0006]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。
[0007]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)來存儲(chǔ)。所述裝置還包括耦合到所述MTJ單元的多個(gè)端子。
[0008]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)?？砂ɡ绶磋F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。
[0009]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。舉例來說，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)。
[0010]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。
[0011]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。舉例來說，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。
[0012]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。
[0013]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)的情況下寫入或讀取的多個(gè)獨(dú)立磁疇。
[0014]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:“【專利附圖】
【附圖說明】”、“【具體實(shí)施方式】”及“權(quán)利要求書”。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]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)單元的特定說明性實(shí)施例的透視圖；
[0016]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；
[0017]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)器裝置的特定說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0018]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；
[0019]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明性實(shí)施例的橫截面圖；
[0020]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明性實(shí)施例的橫截面圖；
[0021]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)下被寫入；
[0022]圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向；
[0023]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；
[0024]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；[0025]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)下被寫入；
[0026]圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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)器裝置的第四說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0030]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；
[0031]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)器裝置的第五說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0032]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；
[0033]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)器裝置的第六說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0034]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；
[0035]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)器裝置的第七說明性實(shí)施例的俯視圖；
[0036]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；
[0037]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)下被寫入；
[0038]圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向；
[0039]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；
[0040]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；
[0041]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)下被寫入；
[0042]圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向；
[0043]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；
[0044]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；
[0045]圖31為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述磁性隧道結(jié)(MTJ)單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單I ;
[0046]圖32為展示MTJ單元的第二說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0047]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0048]圖34為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的特定說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；[0049]圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0050]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元；
[0051]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0052]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0053]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明性實(shí)施例的流程圖；
[0054]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明性實(shí)施例的流程圖 '及
[0055]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)施方式】
[0056]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)。舉例來說，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濾MTJ操作的雙自旋過濾層。另外，在一特定實(shí)施例中，層102到106的次序可顛倒。
[0057]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。
[0058]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)穿過自由層106、跨越隧道結(jié)104且穿過固定層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)。
[0059]在一特定說明性實(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一寫入電流獨(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)的方向以表不一數(shù)據(jù)值。確切地說，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),表不數(shù)據(jù)值“O”。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),表不數(shù)據(jù)值“I”。
[0060]在一特定實(shí)施例中，磁疇表不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)固定磁疇及通過一反鐵磁性(AFM)層(未圖示)“卡住”(即，通過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。
[0061]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)方向可表不第一數(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)方向可表不第二數(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)方向可表不第三數(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)方向可表不第四數(shù)據(jù)值。
[0062]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，其可通過在頂部電極206與底部電極202之間施加寫入電流而被編程。MTJ堆疊204還包括隧道結(jié)勢(shì)壘層210及固定磁性層212。
[0063]在一特定實(shí)施例中，通常將固定層212退火以通過一反鐵磁性(AFM)層(未圖示)來卡住固定層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，“I”或“O”數(shù)據(jù)值)。
[0064]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。舉例來說，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^控制MTJ單元200的長(zhǎng)度、寬度及深度尺寸來控制側(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，或離開底壁218向上)。
[0065]圖3為包括襯底302的存儲(chǔ)器裝置300的特定說明性實(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。
[0066]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反鐵磁性層來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，Mg0、Al203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，“I”或“O”數(shù)據(jù)值)。舉例來說，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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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。
[0067]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。
[0068]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) ( S卩，沿著頁面的表面)延伸。一般來說，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)值來確定。舉例來說，“I”值可用朝著底壁402向下延伸的磁場(chǎng)318來表示，而“O”值可用朝著電極327向上延伸的磁場(chǎng)318來表示。
[0069]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。
[0070]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中所說明的維度箭頭(a)的方向上)。
[0071]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。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)。
[0072]舉例來說，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。舉例來說，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)入頁面(由指示)或離開頁面(由“.”指示)的方向。
[0073]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。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。
[0074]舉例來說，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。舉例來說，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)入頁面(由指示)或離開頁面(由“.”指示)的方向。
[0075]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。舉例來說，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。
[0076]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位零狀態(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“I”或“O”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。
[0077]第一側(cè)壁702的第一磁疇712通過第一磁疇勢(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通過第四磁疇勢(shì)壘738而與第一側(cè)壁702的第一磁疇712分離。
[0078]一般來說，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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0079]可使用第一寫入電流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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?26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?？墒褂玫谒膶懭腚娏?28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?？墒褂玫谖鍖懭腚娏?30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。
[0080]一般來說，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所說明)。因此，寫入電流722、724、726、728及730可表示寫入“O”電流，從而使MTJ堆疊700處于復(fù)位或“O”狀態(tài)下。
[0081]圖8為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊800的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向。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。一般來說，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AF層來卡住，以使固定層808內(nèi)的磁場(chǎng)816的方向固定。自由層804為一可通過寫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?？墒褂盟鰧懭腚娏鞲淖冏杂蓪?04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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0082]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“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?12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，所述寫入電流表示一從頂部電極802流動(dòng)穿過自由層804、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘806、穿過固定層808且穿過底部電極810的與入O電流。
[0083]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。
[0084]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。
[0085]在圖9中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0086]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。
[0087]在一特定說明性實(shí)施例中，圖7中所說明的磁疇勢(shì)壘732、734、736及738、圖9中所說明的磁疇勢(shì)壘936及940及圖10中所說明的磁疇勢(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，圖7中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)712、714、716、718及720來表示。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)。
[0088]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“I”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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0089]第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112通過第一磁疇勢(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通過第四磁疇勢(shì)壘1138而與第一側(cè)壁1102的第一磁疇1112分離。
[0090]可使用寫入電流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?？墒褂脤懭腚娏?126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?？墒褂脤懭腚娏?128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?？墒褂脤懭腚娏?130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。
[0091]一般來說，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。寫入電流1122、1124、1126及1128中的每一者可表示寫入“I”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“I”的值。另外，寫入電流1130可表示寫入“I”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)。
[0092]圖12為磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的層的特定說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向。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。一般來說，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，例如將通過反鐵磁性層來卡住，以使固定層1208內(nèi)的磁場(chǎng)1216的方向固定。自由層1204還為一可通過寫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(B卩，Mg0、Al203等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂脤懭腚娏?212改變自由層1204內(nèi)的磁場(chǎng)1214的方向。
[0093]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的方向指不存儲(chǔ)于特定MTJ堆疊1200中的數(shù)據(jù)位是“I”的位值還是“O”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,此表不“I”的數(shù)據(jù)值。可使用寫入電流1212改變自由層1204中的磁場(chǎng)1214的方向。如圖所示，所述寫入電流表示從底部電極1210流動(dòng)穿過固定層1208、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘1206、穿過自由層1204且穿過頂部電極1202的寫入“I”電流。
[0094]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沿著頁面且在朝著底壁1110的方向上延伸。
[0095]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。
[0096]在圖13中所說明的實(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來表示。在一特定實(shí)例中，可分別經(jīng)由寫入電流1122、1126及1130將一具有“I”值或邏輯高值的數(shù)據(jù)位寫入到垂直側(cè)壁1102及1106的磁疇及水平底壁1110的磁疇。可施加寫入電流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。
[0097]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。
[0098]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。
[0099]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?？砂ɡ绶磋F磁性(AF)層的額外層。通常將所述固定層退火，(例如)以通過AF層來卡住，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，“I”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0100]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。
[0101]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(d)。
[0102]一般來說，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。
[0103]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。
[0104]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。
[0105]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反鐵磁性薄膜層(未圖示)來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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0106]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。
[0107]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(d)。
[0108]一般來說，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。
[0109]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。
[0110]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。
[0111]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)通過一反鐵磁性薄膜層來卡住，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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0112]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。
[0113]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(d)。
[0114]一般來說，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。[0115]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。
[0116]可獨(dú)立存取MTJ裝置1904的每一磁疇。舉例來說，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來存取。水平磁疇2074還可經(jīng)由底部端子2090來存取。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)值寫入到磁疇1918、1920、1954及2074中的每一者。
[0117]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。
[0118]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，“I”或“O”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)(.)及(*)指示磁疇中的磁場(chǎng)的可能方向(分別為離開頁面及進(jìn)入頁面)。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)。
[0119]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。
[0120]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(d)。
[0121]一般來說，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。
[0122]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。
[0123]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位零狀態(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，“I”或“O”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。
[0124]第一側(cè)壁2302的第一磁疇2312通過第一磁疇勢(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。一般來說，磁疇勢(shì)壘2336及2338表示疇壁，其為分開例如磁疇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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0125]可使用第一寫入電流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)?？墒褂玫诙懭腚娏?326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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?328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。可使用第四寫入電流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。
[0126]一般來說，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所說明)。因此，寫入電流2322、2326、2328及2330可表示寫入“O”電流，從而使MTJ堆疊2300處于復(fù)位或“O”狀態(tài)下。
[0127]圖24為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2400的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入零電流流向。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)。一般來說，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)通過反鐵磁性(AF)層來卡住，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(S卩，MgO、Al2O3等)或其它抗磁性材料形成?？墒褂脤懭腚娏鞲淖冏杂蓪?404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)、雙自旋過濾(DSF)結(jié)構(gòu)或其任何組合。
[0128]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“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?412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，所述寫入電流表示從頂部電極2402流動(dòng)穿過自由層2404、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2406、穿過固定層2408且穿過底部電極2410的寫入O電流。
[0129]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。
[0130]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。
[0131]在圖25中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0132]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。
[0133]在一特定說明性實(shí)施例中，圖23中所說明的磁疇勢(shì)壘2336及2338、圖25中所說明的磁疇勢(shì)壘2550及2552及圖26中所說明的磁疇勢(shì)壘2662允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值。確切地說，圖23中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)2312、2316、2318及2320來表示。所述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。
[0134]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)下被寫入。在此實(shí)例中，說明處于位一狀態(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，“I”或“O”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。
[0135]第一側(cè)壁2702的第一磁疇2712通過第一磁疇勢(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。一般來說，磁疇勢(shì)壘2736及2738表示疇壁，其為分開例如磁疇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O或180度的角位移的情況下的磁矩的變化。
[0136]可使用第一寫入電流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)?？墒褂玫诙懭腚娏?726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?？墒褂玫谌龑懭腚娏?728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?？墒褂玫谒膶懭腚娏?730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。
[0137]—般來說，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所說明)。因此，寫入電流2722、2726、2728及2730可表示寫入“I”電流，從而使MTJ堆疊2700處于“I”狀態(tài)下。
[0138]圖28為磁性隧道結(jié)(MTJ)堆疊2800的層的第二說明性實(shí)施例的圖，其說明寫入一電流流向。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)。一般來說，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)通過反鐵磁性層來卡住，以固定所述固定層2808內(nèi)的磁場(chǎng)2816的方向。自由層2804為可通過寫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?？墒褂脤懭腚娏鞲淖冏杂蓪?804內(nèi)的磁場(chǎng)2814的方向。
[0139]自由層2804中的磁場(chǎng)相對(duì)于固定層2808的固定磁場(chǎng)的方向指不存儲(chǔ)于特定MTJ單元2800的自由層2804處的數(shù)據(jù)位是“I”的位值還是“O”的位值?？墒褂脤懭腚娏?812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，所述寫入電流表示一從底部電極2810流動(dòng)穿過自由固定層2808、跨越磁性隧道結(jié)勢(shì)壘2806、穿過自由層2804且穿過頂部電極2802的寫入“I”電流。
[0140]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。
[0141]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。
[0142]在圖29中所說明的實(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來表示。舉例來說，可施加寫入電流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。
[0143]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。
[0144]在一特定說明性實(shí)施例中，圖27中所說明的磁疇勢(shì)壘2736及2738、圖29中所說明的磁疇勢(shì)壘2950及2952及圖30中所說明的磁疇勢(shì)壘3062允許所述MTJ堆疊存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字值。確切地說，圖27中所說明的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中所說明的磁場(chǎng)2712、2716、2718及2720來表示。所述四個(gè)數(shù)字值可表示多達(dá)十六個(gè)邏輯狀態(tài)。
[0145]圖31為展示耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到MTJ單元的MTJ單元的特定說明性實(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將寫入電流施加到MTJ單元3100來更改。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耦合到開關(guān)3116的控制端子，所述開關(guān)3116經(jīng)由一通過線3112說明的端子結(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。
[0146]在一特定實(shí)施例中，開關(guān)3116可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、晶體管或其它開關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開關(guān)3116可為一雙向開關(guān)以允許電流流進(jìn)及流出MTJ單元3100。開關(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。
[0147]在一特定說明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3108及字線3110以啟動(dòng)開關(guān)3116。在啟動(dòng)開關(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)。舉例來說，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)開關(guān)3116。可基于一(例如)在位線3108處或在源極線3118處測(cè)量的電流來確定存儲(chǔ)于MTJ堆疊3104的自由層處的位值。因?yàn)殚_關(guān)3116耦合到接近于底壁3134的底部電極3106，所以可主要通過流經(jīng)底壁3134的電流來確定讀取電流。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(Niay)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。
[0148]圖32為展示MTJ單元的第二說明性實(shí)施例的橫截面圖的圖，所述MTJ單元耦合到雙向開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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將寫入電流施加到MTJ單元3200來更改。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耦合到開關(guān)3216的控制端子，所述開關(guān)3216經(jīng)由通過線3212及3214說明的兩個(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
入
口 ο
[0149]在一特定實(shí)施例中，開關(guān)3216可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、晶體管或其它開關(guān)電路組件。在另一實(shí)施例中，開關(guān)3216可為雙向開關(guān)以允許電流流進(jìn)及流出MTJ單元3200。開關(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。
[0150]在一特定說明性實(shí)施例中，可將一信號(hào)施加到位線3208及字線3210以啟動(dòng)開關(guān)3216。在啟動(dòng)開關(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)。舉例來說，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)開關(guān)3216?？苫?例如)在位線3208處或在源極線處測(cè)量的電流來確定存儲(chǔ)于MTJ堆疊3204的自由層處的位值。因?yàn)殚_關(guān)3216耦合到接近于側(cè)壁3230及3232的底部電極3206，所以可主要通過流經(jīng)側(cè)壁3230及3232的電流來確定讀取電流。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。
[0151]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0152]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。
[0153]在一特定實(shí)例中，晶體管3314可通過字線3310啟動(dòng)以提供從位線3308穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，經(jīng)由線3318穿過晶體管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)。
[0154]一般來說，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，可利用開關(guān)(例如開關(guān)3314及3320)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或離開MTJ單元3300的電流方向來修改。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。
[0155]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。
[0156]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)垂直磁疇且稱合到三個(gè)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0157]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。
[0158]在一特定實(shí)例中，晶體管3414可通過字線3410啟動(dòng)以提供一從位線3408穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3418穿過晶體管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)。
[0159]一般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3414、3420及3460)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或離開MTJ單元3400的電流方向來修改。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。
[0160]圖35為展示磁性隧道結(jié)(MTJ)單元的第二說明性實(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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0161]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)稱合到底部電極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。
[0162]在一特定實(shí)例中，晶體管3514可通過字線3510啟動(dòng)以提供一從位線3508穿過中心電極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“ I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3518穿過晶體管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)。
[0163]一般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3514、3520及3560)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或流出MTJ單元3500的電流方向來修改。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。
[0164]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)開關(guān)以從MTJ單元讀取數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)寫入到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。
[0165]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包括稱合到一可稱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。
[0166]在一特定實(shí)例中，晶體管3614可通過字線3610啟動(dòng)以提供一從位線3608穿過中心電極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“I”值或“O”值。類似地，一經(jīng)由線3618穿過晶體管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)。
[0167]—般來說，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，可使用開關(guān)(例如開關(guān)3614、3620、3660及3692)來存取與垂直側(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)，其可通過更改進(jìn)入或流出MTJ單兀3600的電流方向來修改。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。
[0168]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。一般來說，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。
[0169]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。
[0170]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。
[0171]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。
[0172]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。[0173]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。
[0174]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。
[0175]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。
[0176]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。
[0177]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中所說明的MTJ裝置的制造期間使用所述方法。
[0178]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、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、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。
[0179]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。
[0180]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/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。
[0181]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，在寫入操作期間，經(jīng)由所述一個(gè)或一個(gè)以上開關(guān)中的每一者來控制一穿過所述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。
[0182]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DSP4110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。
[0183]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(C0DEC)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C0DEC4134。
[0184]圖41還指示，無線控制器4140可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器4110且耦合到無線天線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。此外，在一特定實(shí)施例中，如圖41中所說明，顯示器4128、輸入裝置4130、揚(yáng)聲器4136、麥克風(fēng)4138、無線天線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。
[0185]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。
[0186]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、可裝卸盤、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。
[0187]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)人員來說將容易顯而易見，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)符合與如通過隨附權(quán)利要求書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單元，其包含: 側(cè)壁，其界定適于存儲(chǔ)第一數(shù)字值的第一磁疇；以及 底壁，其耦合到所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第二數(shù)字值的第二磁疇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第二側(cè)壁，所述第二側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第三數(shù)字值的第三磁疇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其中所述側(cè)壁大致平行于所述第二側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MTJ單元，其中側(cè)壁與所述第二側(cè)壁分開一距離，所述距離小于所述側(cè)壁的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其中所述側(cè)壁大致垂直于所述第二側(cè)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第三側(cè)壁，所述第三側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第四數(shù)字值的第四磁疇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括第四側(cè)壁，所述第四側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第五數(shù)字值的第五 磁疇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MTJ單元，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單元，其中所述側(cè)壁具有矩形形狀。
10.一種存儲(chǔ)器設(shè)備，其包括磁性隧道結(jié)MTJ單元，所述MTJ單元包括: 側(cè)壁，其界定適于存儲(chǔ)第一數(shù)字值的第一磁疇；以及 底壁，其耦合到所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第二數(shù)字值的第二磁疇。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 第一端子，其耦合到所述MTJ單元；以及 第一晶體管，其耦合到所述第一端子并且耦合到數(shù)據(jù)寫入線和第一源極線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 第二端子，其耦合到所述MTJ單元；以及 第二晶體管，其耦合到所述第二端子并且耦合到所述數(shù)據(jù)寫入線和第二源極線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述第一端子耦合到所述側(cè)壁，并且其中所述第二端子耦合到所述底壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第三端子，所述第三端子耦合到所述MTJ單元和位線。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述MTJ單元進(jìn)一步包括第二側(cè)壁，所述第二側(cè)壁大致平行于所述側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第三值的第三磁疇。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括在所述側(cè)壁和所述第二側(cè)壁之間延伸的中心電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第三側(cè)壁，所述第三側(cè)壁界定適于存儲(chǔ)第四數(shù)字值的第四磁疇。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其進(jìn)一步包括第四側(cè)壁并且界定適于存儲(chǔ)第五數(shù)字值的第五磁疇。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述第四側(cè)壁大致平行于所述第三側(cè)壁。
20.一種方法，其包括:選擇性地激活耦合到磁性隧道結(jié)MTJ結(jié)構(gòu)的中心電極的位線，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括多個(gè)側(cè)壁，所述多個(gè)側(cè)壁中的每一個(gè)包括攜帶獨(dú)特垂直磁疇的自由層；以及
選擇性地激活一個(gè)或更多個(gè)雙向開關(guān)以使電流能夠流經(jīng)所述MTJ結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)雙向開關(guān)中的每一個(gè)耦合到所述多個(gè)側(cè)壁中的相應(yīng)側(cè)壁并且耦合到電源。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括:在讀取操作期間，基于與經(jīng)過所述MTJ結(jié)構(gòu)的電流路徑相關(guān)的電阻而確定與所述獨(dú)特垂直磁疇中的每一個(gè)相關(guān)的數(shù)據(jù)值。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括:在寫入操作期間，選擇性地控制被選擇磁疇的自由層內(nèi)的磁方向，所述磁方向與數(shù)據(jù)值相關(guān)。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK103594424SQ201310594047
【公開日】2014年2月19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】李霞, 升·H·康, 朱曉春 申請(qǐng)人:高通股份有限公司
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