包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元制造技术

本发明专利技术揭示一种包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元。所述ＭＴＪ单元包括多个垂直侧壁。所述多个垂直侧壁中的每一者界定一独特垂直磁畴。所述独特垂直磁畴中的每一者适于存储一数字值。在一实施例中，所述ＭＴＪ单元包含位于电极层（１１０、１１２、１１４、１１６）与中心电极（１０８）之间的固定磁性层（１０２）、隧道结层（１０４）及自由磁性层（１０６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体来说涉及一种包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元。
技术介绍
一般来说，便携型计算装置及无线通信装置的普遍采用增加了对高密度且低功 率的非易失性存储器的需求。由于加工技术已得到改善，所以有可能制造基于磁性隧道 结(MTJ)装置的磁阻式随机存取存储器(MRAM)。传统的自旋力矩隧道(STT)结装置通 常形成为扁平堆叠结构。所述装置通常具有具单个磁畴的二维磁性隧道结(MTJ)单元。 MTJ单元通常包括固定磁性层、势垒层(即，隧穿氧化物势垒层，MgO、Al2O3等)及自 由磁性层，其中由在自由磁性层及反铁磁性薄膜(AF)层中引发的磁场来表示位值。通 常，MTJ装置还可包括额外层。自由层的磁场相对于固定磁性层所载运的固定磁场的方 向的方向确定位值。常规上，为了使用MTJ装置改善数据密度，一种技术包括减小MTJ装置的大小 以将更多MTJ装置放入较小面积中。然而，MTJ装置的大小受制造技术的临界尺寸(CD) 限制。另一技术包括在单个MTJ装置中形成多个MTJ结构。举例来说，在一例子中， 形成包括第一固定层、第一隧道势垒及第一自由层的第一 MTJ结构。在所述第一 MTJ 结构上形成电介质材料层，且在所述电介质材料层之上形成第二 MTJ结构。此结构增加 X-Y方向上的存储密度，同时增加Z方向上的存储器阵列的大小。遗憾的是，所述结构 每单元仅存储一个位，因此X-Y方向上的数据密度是以Z方向上的面积为代价而增加， 且可能会使MTJ制造成本倍增。此外，所述结构增加了线迹布线复杂性。因此，需要 一种经改善的存储器装置，其具有较大存储密度但不增加MTJ单元中的每一者的电路面 积且可随着加工技术缩放。
技术实现思路
在一实施例中，揭示一种磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括MTJ单 元。所述MTJ单元包括多个垂直侧壁。所述多个垂直侧壁中的每一者界定一独特垂直 磁畴。所述独特垂直磁畴中的每一者适于存储一数字值。在另一实施例中，揭示一种装置，其包括适于存储多个数字值的单个磁性隧道 结(MTJ)单元。所述多个数字值中的至少一者是使用垂直磁场来存储。所述装置还包 括耦合到所述MTJ单元的多个端子。在另一实施例中，揭示一种制造一装置的方法。所述方法包括执行深沟槽光刻 及蚀刻工艺以在例如氧化物层间电介质衬底的衬底中产生深沟槽。所述方法包括将底部 电极沉积到所述深沟槽中。所述方法包括沉积层以形成包括固定层、隧道势垒及自由层 的磁性隧道结(MTJ)结构。可包括例如反铁磁性薄膜(AF)层的额外层。所述MTJ结构 的至少第一部分耦合到底部电极。所述方法还包括将顶部电极沉积到所述MTJ结构的至 少第二部分上。所述方法进一步包括在水平方向上及在垂直方向上对所述MTJ结构执行磁性退火工艺。所述水平方向大体上平行于所述衬底的平面，且所述垂直方向大体上垂 直于所述衬底的所述平面。所述自由层的第一部分具有在所述垂直方向上的第一磁畴， 且所述自由层的第二部分具有在所述水平方向上的第二磁畴。提供由包括多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)装置的实施例提供的一个特定优 点，其在于多个数字值可存储于单个MTJ单元处。举例来说，单个MTJ单元可经配置以 存储多达四个或四个以上位。具有四个位的MTJ可在每一 MTJ单元中存储多达十六个逻 辑状态。提供另一特定优点，其在于多位MTJ单元可随着工艺技术缩放，从而甚至在 MTJ单元大小减小时也允许每一 MTJ单元存储多个位。提供又一特定优点，其在于MTJ单元可包括多个独立磁畴以存储数字值。在一 特定实施例中，MTJ单元可包括多个侧壁(从衬底的平坦表面垂直地延伸)，其中所述多 个侧壁中的每一者载运一独特垂直磁畴以存储一数据位。另外，MTJ单元可包括底壁， 其包括水平磁畴以存储另一数据位。举例来说，在各种实施例中，MTJ单元可包括在各 种定向上的三个侧壁、在面对面定向上或相结合的两个侧壁或单个侧壁。提供再一特定优点，其在于垂直磁畴实现在装置占据面积减小的同时MTJ单元 密度增加。提供再一特定优点，其在于MTJ单元可包括可以在不改变存储于MTJ单元内的 其它磁畴处的数据的情况下写入或读取的多个独立磁畴。本专利技术的其它方面、优点及特征将在查看包括以下部分的整个申请案之后变得 显而易见“附图说明”、“具体实施方式”及“权利要求书”。附图说明图1为可用以存储多个数字位的包括多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的 特定说明性实施例的透视图；图2为适于存储多个数字位的包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元的横截面 图；图3为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的特定说 明性实施例的俯视图；图4为沿着图3中的线4-4截取的图3的存储器装置的横截面图；图5为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第二特 定说明性实施例的横截面图；图6为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第三特 定说明性实施例的横截面图；图7为具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)堆叠的特定说明性实施例的俯视 图，其中MTJ单元是在位零状态下被写入；图8为磁性隧道结(MTJ)堆叠的层的特定说明性实施例的图，其说明写入零电 流流向；图9为沿着图7中的线9-9截取的图7的MTJ堆叠的横截面图；图10为沿着图7中的线10-10截取的图7的MTJ堆叠的横截面图11为具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)堆叠的俯视图，其中MTJ堆叠是 在位一状态下被写入；图12为磁性隧道结(MTJ)结构的层的特定说明性实施例的图，其说明写入一电 流流向；图13为沿着图11中的线13-13截取的图11的MTJ堆叠的横截面图；图14为沿着图11中的线14-14截取的图11的MTJ堆叠的横截面图；图15为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第四说 明性实施例的俯视图；图16为沿着图15中的线16-16截取的图15的存储器装置的横截面图；图17为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第五说 明性实施例的俯视图；图18为沿着图17中的线18-18截取的图17的存储器装置的横截面图；图19为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第六说 明性实施例的俯视图；图20为沿着图19中的线20-20截取的图19的存储器装置的横截面图；图21为包括具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)单元的存储器装置的第七说 明性实施例的俯视图；图22为沿着图21中的线22-22截取的图21的存储器装置的横截面图；图23为具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)堆叠的第二说明性实施例的俯视 图，其中MTJ单元是在位零状态下被写入；图24为磁性隧道结(MTJ)堆叠的层的第二说明性实施例的图，其说明写入零电 流流向；图25为沿着图23中的线25_25截取的图23的MTJ堆叠的横截面图； 图26为沿着图23中的线26_26截取的图23的MTJ堆叠的横截面图；图27为具有多个垂直磁畴的磁性隧道结(MTJ)堆叠的第二说明性实施例的俯视 图，其中MTJ堆叠是在位一状态下被写入；图28为磁性隧道结(MTJ)结构的层的第二说明性实施例的图，其说明写入一电 流流向；图29为沿着图27中的线29-29截取的图27的MT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性隧道结（ＭＴＪ）结构，其包含：　　包含多个垂直侧壁的ＭＴＪ单元，所述多个垂直侧壁中的每一者界定一独特垂直磁畴，所述独特垂直磁畴中的每一者适于存储一数字值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-3-25 12/054,5361.一种磁性隧道结(MTJ)结构，其包含包含多个垂直侧壁的MTJ单元，所述多个垂直侧壁中的每一者界定一独特垂直磁 畴，所述独特垂直磁畴中的每一者适于存储一数字值。2.根据权利要求1所述的MTJ结构，其中所述垂直侧壁中的第一垂直侧壁与所述垂 直侧壁中的第二垂直侧壁分离小于所述第一垂直侧壁的高度的距离。3.根据权利要求1所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元进一步包含在所述多个垂直 侧壁之间垂直地延伸的中心电极。4.根据权利要求3所述的MTJ结构，其中所述中心电极的厚度近似为所述MTJ单元 的宽度减去所述多个垂直侧壁的两个相对侧壁的宽度所得的差的一半。5.根据权利要求1所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元包含具有第一磁畴的第一垂 直侧壁、具有第二磁畴的第二垂直侧壁及具有第三磁畴的第三垂直侧壁。6.根据权利要求5所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元进一步包含耦合到所述多个 垂直侧壁的底壁，所述底壁具有第四磁畴。7.根据权利要求6所述的MTJ结构，其进一步包含四个端子结构，其中所述四个端 子结构中的三个端子结构耦合到所述垂直侧壁，且所述四个端子结构中的第四端子结构 耦合到所述底壁。8.根据权利要求1所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元为U形的。9.根据权利要求1所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元包含呈大体上矩形形状的四 个垂直侧壁。10.根据权利要求9所述的MTJ结构，其中所述MTJ单元进一步包含耦合到所述四个垂直侧壁的底壁。11.根据权利要求10所述的MTJ结构，其中所述MTJ结构进一步包含六个端子结构。12.—种装置，其包含适于存储多个数字值的单个磁性隧道结(MTJ)单元，其中所述多个数字值中的至少 一者是使用垂直磁场来存储；以及多个端子，其耦合到所述MTJ单元。13.根据权利要求12所述的装置，其进一步包含耦合到所述多个端子中的第一端子的 晶体管，所述晶体管还耦合到数据写入线且耦合到第一源极线。14.根据权利要求13所述的装置，其进一步包含耦合到所述多个端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，升H康，朱晓春，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US