Ячейка магнитного туннельного перехода, содержащая множество магнитных доменов
Изобретение относится к вычислительной техники, а именно к ячейкам магнитного туннельного перехода. Техническим результатом является создание памяти с большой плотностью без увеличения контурной области каждой из ячеек MTJ. Магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM) содержит: матрицу ячеек магнитного туннельного перехода (MTJ), причем каждая из ячеек MTJ содержит множество боковых стенок, причем каждая из множества боковых стенок содержит свободный слой для проведения соответствующего независимого магнитного домена, выполненного с возможностью хранения цифрового значения; и нижнюю стенку, соединенную с каждой из множества боковых стенок, причем данная нижняя стенка проходит по существу параллельно к поверхности подложки, причем данная нижняя стенка содержит свободный слой. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 31 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее раскрываемое изобретение в общем относится к ячейке магнитного туннельного перехода, содержащей множество магнитных доменов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В общем широко распространенное внедрение переносных вычислительных устройств и устройств беспроводной связи увеличило спрос на энергонезависимую память высокой плотности и малой мощности. По мере улучшения технологических процессов стало возможным формировать устройства магниторезистивной оперативной памяти с произвольным доступом (MRAM), основанные на принципе магнитного туннельного перехода (MTJ). Традиционные устройства туннельного перехода с переносом спинового момента (STT) обычно формируются как плоские стековые структуры. Такие устройства обычно обладают двухмерными ячейками магнитного туннельного перехода (MTJ) с одиночным магнитным доменом. Ячейка MTJ обычно содержит закрепленный магнитный слой, барьерный слой (то есть туннельный оксидный слой) и свободный магнитный слой, причем значение бита представлено посредством магнитного поля, наведенного в данном свободном магнитном слое и антиферромагнитном слое. Направление магнитного поля свободного слоя относительно направления закрепленного магнитного поля, проводимого закрепленным магнитным слоем, определяет битовое значение.
[0003] Обычно, для улучшения плотности данных посредством использования устройств MTJ, один метод содержит уменьшение размера устройств MTJ с целью помещения большего количества устройств MTJ в меньшей области. Однако размер устройств MTJ ограничен критическим (минимальным) размером (CD) согласно технологии формирования. Другой метод содержит формирование множества структур MTJ в одиночном устройстве MTJ. Например, в одном случае, формируется первая структура MTJ, содержащая первый закрепленный слой, первый туннельный барьер, и первый свободный слой. Слой диэлектрического материала формируется на первой структуре MTJ, а вторая структура MTJ формируется на верху слоя диэлектрического материала. Такие структуры увеличивают плотность памяти в направлении X-Y, одновременно увеличивая размер матрицы памяти в направлении Z. К сожалению, такие структуры хранят только один бит на ячейку, поэтому плотность данных в направлении X-Y увеличивается за счет области в направлении Z и увеличения производственных затрат. Дополнительно, такие структуры увеличивают сложность трассировки проводника. Следовательно, существует потребность в улучшенных устройствах памяти с большей плотностью памяти без увеличения контурной области каждой из ячеек MTJ, которые могут соответствовать уровню технологического процесса.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В конкретном варианте осуществления раскрывается структура магнитного туннельного перехода (MTJ), содержащая ячейку MTJ, обладающую множеством боковых стенок, проходящих по существу под прямым углом к поверхности подложки. Каждая из множества боковых стенок содержит свободный слой для проведения уникального магнитного домена. Каждый из уникальных магнитных доменов выполнен с возможностью представления сохраненного цифрового значения.
[0005] В другом конкретном варианте осуществления раскрывается структура магнитного туннельного перехода (MTJ), содержащая ячейку MTJ, обладающую множеством боковых стенок. Данное множество боковых стенок содержит первую боковую стенку, обладающую первым свободным слоем для проведения первого магнитного домена с целью хранения первого бита данных, и содержит вторую боковую стенку, обладающую вторым свободным слоем для проведения второго магнитного домена с целью хранения второго бита данных.
[0006] Еще в одном конкретном варианте осуществления магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM) содержит матрицу ячеек магнитного туннельного перехода (MTJ). Каждая из ячеек MTJ содержит множество боковых стенок. Каждая из множества боковых стенок содержит свободный слой для проведения соответствующего независимого магнитного домена, выполненного с возможностью хранения цифрового значения.
[0007] Одно конкретное преимущество, обеспечиваемое вариантами осуществления устройства магнитного туннельного перехода (MTJ), обеспечивается тем, что множество битов данных может сохраняться в одной единственной ячейке MTJ. Например, одна единственная ячейка MTJ может быть сконфигурирована с возможностью сохранять до четырех битов данных, что может быть использовано для представления до шестнадцати логических состояний в каждой ячейке MTJ.
[0008] Другое конкретное преимущество обеспечивается тем, что многобитовая ячейка MTJ может соответствовать уровню технологического процесса, обеспечивающего возможность множества битов на ячейку MTJ даже по мере того, как размер ячейки MTJ уменьшается.
[0009] Еще одно другое преимущество обеспечивается тем, что ячейка MTJ может содержать множество независимых магнитных доменов для хранения битов данных. В конкретном варианте осуществления ячейка MTJ может содержать одну или более боковых стенок (проходящих вертикально от плоской поверхности подложки), причем каждая из одной или более боковых стенок проводит уникальный латеральный магнитный домен для хранения бита данных. Дополнительно, ячейка MTJ может содержать нижнюю стенку, содержащую горизонтальный магнитный домен для хранения еще одного другого бита данных. В общем ячейка MTJ может содержать одну, две или три боковых стенки. В конкретном примере ячейка MTJ может содержать четыре боковых стенки и одну нижнюю стенку. В примере с одной боковой стенкой данная боковая стенка может быть расположена на любой стороне без ограничения. В примере с двумя боковыми стенками данные боковые стенки могут быть расположены на противоположных или смежных сторонах.
[0010] Еще одно конкретное преимущество обеспечивается тем, что ячейка MTJ может содержать множество независимых магнитных доменов, которые могут быть записаны на и считаны с нее без изменения данных, сохраненных на других магнитных доменах внутри ячейки MTJ.
[0011] Другие аспекты, преимущества и признаки по настоящему изобретению станут очевидны после анализа всей заявки, содержащей разделы: «Краткое описание чертежей», «Подробное описание вариантов осуществления», и «Формула изобретения».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе конкретного иллюстративного варианта осуществления ячейки магнитного туннельного перехода (MTJ), которая может быть использована для хранения множества битов данных;
[0013] фиг.2 представляет собой вид в поперечном разрезе ячейки магнитного туннельного перехода, выполненной с возможностью хранения множества битов данных;
[0014] фиг.3 представляет собой вид сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти, содержащего ячейку магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненную с возможностью хранения множества битов данных;
[0015] фиг.4 представляет собой вид устройства памяти согласно фиг.3 в поперечном разрезе, взятом по линии 4-4 на фиг.3;
[0016] фиг.5 представляет собой вид устройства памяти согласно фиг.3 в поперечном разрезе, взятом по линии 5-5 на фиг.3
[0017] фиг.6 представляет собой вид сверху второго конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти, содержащего ячейку магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненную с возможностью хранения множества битов данных;
[0018] фиг.7 представляет собой вид второго варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.6 в поперечном разрезе, взятом по линии 7-7 на фиг.6;
[0019] фиг.8 представляет собой вид второго варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.6 в поперечном разрезе, взятом по линии 8-8 на фиг.6;
[0020] фиг.9 представляет собой вид сверху третьего конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти, содержащего ячейку магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненную с возможностью хранения множества битов данных;
[0021] фиг.10 представляет собой вид третьего варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.9 в поперечном разрезе, взятом по линии 10-10 на фиг.9;
[0022] фиг.11 представляет собой вид третьего варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.9 в поперечном разрезе, взятом по линии 11-11 на фиг.9;
[0023] фиг.12 представляет собой вид сверху четвертого конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти, содержащего ячейку магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненную с возможностью хранения множества битов данных;
[0024] фиг.13 представляет собой вид четвертого варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.12 в поперечном разрезе, взятом по линии 13-13 на фиг.12;
[0025] фиг.14 представляет собой вид четвертого варианта осуществления устройства памяти согласно фиг.12 в поперечном разрезе, взятом по линии 14-14 на фиг.12;
[0026] фиг.15 представляет собой вид сверху свободного слоя стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненного с возможностью хранения множества битов данных, где ячейка MTJ находится в нулевом состоянии бита;
[0027] фиг.16 представляет собой диаграмму конкретного иллюстративного варианта осуществления слоев стека магнитного туннельного перехода (MTJ), иллюстрирующую направление течения нулевого тока записи;
[0028] фиг.17 представляет собой вид свободного слоя согласно фиг.15 в поперечном разрезе, взятом по линии 17-17 на фиг.15;
[0029] фиг.18 представляет собой вид свободного слоя согласно фиг.15 в поперечном разрезе, взятом по линии 18-18 на фиг.15;
[0030] фиг.19 представляет собой вид сверху свободного слоя стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненного с возможностью хранения множества битов данных, где стек MTJ находится в единичном состоянии бита;
[0031] фиг.20 представляет собой диаграмму конкретного иллюстративного варианта осуществления слоев структуры магнитного туннельного перехода (MTJ), иллюстрирующую направление течения единичного тока записи;
[0032] фиг.21 представляет собой вид стека MTJ согласно фиг.19 в поперечном разрезе, взятом по линии 21-21 на фиг.19;
[0033] фиг.22 представляет собой вид стека MTJ согласно фиг.19 в поперечном разрезе, взятом по линии 22-22 на фиг.19;
[0034] фиг.23 представляет собой диаграмму, демонстрирующую вид в поперечном разрезе одного варианта осуществления ячейки MTJ, соединенной с двунаправленным переключателем для считывания данных с и записи данных в ячейку MTJ;
[0035] фиг.24 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления ячейки MTJ, соединенной с двунаправленным переключателем для считывания данных с и записи данных в ячейку MTJ;
[0036] фиг.25 представляет собой диаграмму, демонстрирующую вид в поперечном разрезе третьего варианта осуществления ячейки MTJ, выполненной с возможностью хранения множества битов данных и соединенной с множеством переключателей для считывания данных с и записи данных в ячейку MTJ;
[0037] фиг.26 представляет собой диаграмму, демонстрирующую вид в поперечном разрезе четвертого варианта осуществления ячейки MTJ, выполненной с возможностью хранения множества битов данных и соединенной с множеством переключателей для считывания данных с и записи данных в ячейку MTJ;
[0038] фиг.27 представляет собой диаграмму, демонстрирующую вид в поперечном разрезе пятого варианта осуществления ячейки MTJ, выполненной с возможностью хранения множества битов данных и соединенной с множеством переключателей для считывания данных с и записи данных в ячейку MTJ;
[0039] фиг.28-29 иллюстрируют блок-схему последовательности операций конкретного варианта осуществления способа формирования устройства магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненного с возможностью хранения множества битов данных;
[0040] фиг.30 представляет собой блок-схему последовательности операций конкретного иллюстративного варианта осуществления способа управления устройством MTJ, выполненным с возможностью хранения множества битов данных; и
[0041] фиг.31 представляет собой структурную диаграмму устройства беспроводной связи, содержащего устройство памяти, содержащее множество ячеек магнитного туннельного перехода (MTJ).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0042] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе конкретного иллюстративного варианта осуществления ячейки 100 магнитного туннельного перехода (MTJ), которая может быть использована для хранения множества битов данных. Данная ячейка 100 MTJ содержит стек магнитного туннельного перехода (MTJ), обладающий закрепленным магнитным слоем 102, слоем 104 туннельного перехода и свободным магнитным слоем 106, выполненный в по существу прямоугольной форме. Электродный слой, обладающий участком первой боковой стенки 110, участком второй боковой стенки 112, участком третьей боковой стенки 114 и участком нижней стенки 116, является электрически и физически соединенным с закрепленным магнитным слоем 102 через антиферромагнитный (AF) слой (не показан). Центральный электрод 108 является электрически и физически соединенным со свободным слоем 106. В конкретном варианте осуществления напряжение может быть приложено к центральному электроду 108, и электрический ток может протекать от центрального электрода 108 через свободный слой 106, через туннельный переход 104, и через закрепленный слой 102. Данный электрический ток может протекать, как обозначено стрелками 120, 130, 140 и 150.
[0043] В конкретном иллюстративном варианте осуществления свободный слой 106 может проводить множество независимых магнитных доменов, каждый из которых может быть независимо сконфигурирован посредством тока записи с целью ориентации направления магнитного поля внутри свободного слоя 106 относительно закрепленного магнитного поля, соединенного с закрепленным слоем 102, с целью представления значения данных, такого как битовое значение. А именно когда направление (ориентация) магнитного поля закрепленного слоя 102 и направление магнитного поля свободного слоя 106 являются выровненными в одном направлении, представляется битовое значение «0». В противоположность, когда направление (ориентация) магнитного поля свободного слоя 106 является противоположным направлению магнитного поля закрепленного слоя 102, представляется битовое значение «1». Битовое состояние «0» и битовое состояние «1» могут демонстрировать различные сопротивления, и битовое состояние может быть считано посредством обнаружения значения сопротивления или значения тока. В конкретном варианте осуществления битовое состояние «0» обладает более низким сопротивлением. Направление магнитного поля, соединенного со свободным слоем 106, смежным с боковой стенкой 110, может представлять первое битовое значение. Направление магнитного поля, соединенного со свободным слоем 106, смежным с боковой стенкой 112, может представлять второе битовое значение. Направление магнитного поля, соединенного со свободным слоем 106, смежным с боковой стенкой 114, может представлять третье битовое значение. Направление магнитного поля, соединенного со свободным слоем 106, смежным с нижней стенкой 116, может представлять четвертое битовое значение.
[0044] В конкретном варианте осуществления магнитный домен представляет собой физическую область магнитного материала, проводящую магнитное поле, обладающее однородной магнитной ориентацией. Интерфейс между двумя магнитными доменами может быть назван доменной стенкой. Закрепленный слой 102 может обладать множеством закрепленных магнитных доменов и соединенных доменных стенок. Магнитные домены закрепленного слоя 102 являются «связанными» посредством антиферромагнитного слоя после магнитного отжига (то есть магнитная ориентация закрепленного слоя закрепляется посредством AF слоя в течение формирования посредством приложения внешнего магнитного поля в течение процесса магнитного отжига). В конкретном варианте осуществления дополнительные слои между центральным электродом 108 и свободным слоем 106 могут увеличивать рабочие характеристики MTJ. В конкретном варианте осуществления стек MTJ может содержать дополнительные слои. Например, синтетический закрепленный слой или структура синтетического свободного (SyF) слоя могут содержать, соответственно, два закрепленных слоя и один разделительный слой или два свободных слоя и один разделительный слой. Структура двойного спинового фильтра (DSP) может содержать два антиферромагнитных слоя и связанных слоя. В альтернативном варианте осуществления последовательность слоев стека пленок MTJ может быть изменена на обратную.
[0045] Фиг.2 представляет собой вид в поперечном разрезе ячейки 200 магнитного туннельного перехода MTJ, выполненной с возможностью хранения множества значений данных, таких как множество битов. Данная ячейка 200 MTJ содержит нижний электродный слой 202, стек 204 магнитного туннельного перехода (MTJ), и верхний электродный слой 206. Данный стек 204 MTJ содержит свободный магнитный слой 208, проводящий магнитное поле, которое может быть программированным посредством приложения тока записи между верхним электродом 206 и нижним электродом 202. Стек 204 MTJ также содержит барьерный слой 210 туннельного перехода и закрепленный магнитный слой 212. Антиферромагнитный (AF) слой (не показан) может быть размещен между нижним электродом 202 и закрепленным слоем 212. В конкретном варианте осуществления структура MTJ может содержать дополнительные слои. Например, синтетический закрепленный слой или структуры синтетического свободного (SyF) слоя могут содержать, соответственно, два закрепленных слоя и один разделительный слой или два свободных слоя и один разделительный слой. Структуры двойного спинового фильтра (DSP) могут содержать два антиферромагнитных слоя и связанных слоя. В дополнение, в альтернативном варианте осуществления, последовательность слоев стека пленок MTJ может быть изменена на обратную.
[0046] Закрепленный слой 212 обычно отжигается и может быть связан с антиферромагнитным (AF) слоем (не показан) с целью закрепления направления магнитного поля, проводимого закрепленным слоем 212. Туннельный барьер 210 может представлять собой оксидный слой (MgO, AL2O3, и так далее) или другой диамагнитный слой, выполненный с возможностью обеспечивать туннельное соединение или барьер между закрепленным слоем 212 и свободным слоем 208. Свободный слой 208 формируется из ферромагнитного материала, проводящего программируемый (записываемый) магнитный домен, который может быть преобразован с целью хранения битового значения (то есть значения бита «1» или «0»).
[0047] В конкретном варианте осуществления свободный слой стека 204 MTJ может быть выполнен с возможностью проведения множества независимых магнитных доменов. Например, свободный слой 208 на первой боковой стенке 214 может хранить первое битовое значение. Свободный слой 208 на второй боковой стенке 216 может хранить второе битовое значение. Свободный слой 208 на нижней стенке 218 может хранить третье битовое значение. Конкретная ориентация магнитного поля внутри свободного слоя на боковых стенках 214 и 216 и на нижней стенке 218 может быть управляемой, частично, посредством управления размерами длины, ширины и глубины ячейки 200 MTJ. В общем магнитное поле ориентируется в продольном направлении по длине стенки ячейки 200 MTJ.
[0048] Фиг.3 представляет собой вид сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти, содержащего подложку 302, обладающую ячейкой 304 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Данная подложка 302 содержит структуру 304 магнитного туннельного перехода (MTJ), обладающую нижним электродом 306, стеком 308 MTJ и центральным электродом 310. В конкретном варианте осуществления данный центральный электрод 310 может проходить между боковыми стенками 224, 336, и 338 стека 308 MTJ, так что толщина центрального электрода 310 представляет приблизительно половину от разницы между меньшим значением ширины (b) или длины (a) канавки минус ширина противоположных боковых стенок стека 308 MTJ, таких как вторая и третья боковые стенки 336 и 338. В конкретном варианте осуществления толщина слоя центрального электрода может быть больше, чем половина расстояния между меньшим показателем ширины и длины минус ширина противоположных боковых стенок. Выбор соответствующей толщины слоя центрального электрода может давать возможность верхней поверхности центрального электрода быть по существу плоской без зазора или шва.
[0049] Структура 304 MTJ обладает длиной (а) и шириной (b), причем длина (а) является большей, чем ширина (b). Подложка 302 содержит первое центральное переходное отверстие 312 и второе центральное переходное отверстие 314, соединенные с центральным электродом 310. Подложка 302 также содержит первое боковое переходное отверстие 316, второе боковое переходное отверстие 318, третье боковое переходное отверстие 320, четвертое боковое переходное отверстие 322 и пятое боковое переходное отверстие 324 для доступа к структуре 304 MTJ. Подложка 302 также содержит первый проводник 326, соединенный с первым боковым переходным отверстием 316, второй проводник 328, соединенный с первым и вторым центральными переходными отверстиями 312 и 314, третий проводник 330, соединенный со вторым и третьим боковыми переходными отверстиями 318 и 320, и четвертый проводник 332, соединенный с четвертым и пятым боковыми переходными отверстиями 322 и 324. Подложка 302 также содержит технологическое отверстие 335 для удаления одной боковой стенки.
[0050] Стек 308 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, который может быть связан антиферромагнитным (AF) слоем (не показан), и который проводит закрепленный магнитный домен, обладающий закрепленной ориентацией, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой, обладающий магнитным доменом, который может изменяться или программироваться посредством тока записи. В конкретном варианте осуществления данный закрепленный магнитный слой стека 308 MTJ может содержать один или более слоев. Стек 308 MTJ содержит первую боковую стенку 334 для проведения первого магнитного домена 344 в первом участке свободного слоя, вторую боковую стенку 336 для проведения второго магнитного домена 346 во втором участке свободного слоя, и третью боковую стенку 338 для проведения третьего магнитного домена 348 в третьем участке свободного слоя. Первый, второй и третий магнитные домены 344, 346, и 348 являются независимыми и выполнены с возможностью представлять значения данных. В конкретном варианте осуществления первый магнитный домен 344 выполнен с возможностью представлять первое битовое значение, второй магнитный домен 346 выполнен с возможностью представлять второе битовое значение, и третий магнитный домен 348 выполнен с возможностью представлять третье битовое значение. В общем ориентация магнитных доменов 344, 346, и 348 определяется посредством сохраненного битового значения. Например, значение «0» является представленным посредством первой ориентации, в то время как значение «1» является представленным посредством второй ориентации. В конкретном варианте осуществления значение «0» и значение «1» могут быть представлены, соответственно, посредством параллельной или встречно-параллельной ориентации с закрепленным слоем.
[0051] Фиг.4 представляет собой вид устройства памяти согласно фиг.3 в поперечном разрезе, взятом по линии 4-4 на фиг.3. Диаграмма 400 иллюстрирует подложку 302, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 452, первый покрывающий слой 454, второй межслойный диэлектрический слой 456, второй покрывающий слой 458, третий покрывающий слой 460, третий межслойный диэлектрический слой 462, и четвертый межслойный диэлектрический слой 464. Подложка 302 обладает первой поверхностью 480 и второй поверхностью 490. Подложка 302 также содержит структуру 304 MTJ, содержащую стек 308 MTJ. Нижний электрод 306 и стек 308 MTJ размещены в пределах канавки в подложке 302. Данная канавка обладает глубиной (d). Подложка 302 содержит первый и второй проводники 326 и 328, размещенные и структурированные на первой поверхности 480. Первый проводник 326 соединен с первым боковым переходным отверстием 316, проходящим от первого проводника 326 до участка нижнего электрода 306. Второй проводник 328 соединен с первым и вторым центральными переходными отверстиями 312 и 314, проходящими от второго проводника 328 до центрального электрода 310. Центральный электрод 310 соединен со стеком 308 MTJ. Подложка 302 также содержит технологическое отверстие 335, которое может быть сформировано посредством удаления участка структуры 304 MTJ и посредством размещения покрывающей пленки и межслойного диэлектрического материала в пределах технологического отверстия 335.
[0052] В конкретном варианте осуществления стек 308 MTJ содержит первую боковую стенку 334, проводящую первый магнитный домен 344 в первом участке свободного слоя. Данный первый магнитный домен 344 выполнен с возможностью представления первого битового значения. Стек 308 MTJ также содержит нижнюю стенку 470, обладающую нижним магнитным доменом 472 в нижнем участке свободного слоя, выполненным с возможностью представления четвертого битового значения. Битовое значение может быть считано со стека 308 MTJ посредством приложения напряжения ко второму проводнику 328 и посредством сравнения тока на первом проводнике 326 с опорным током. В альтернативе значение бита может быть записано на стек 308 MTJ посредством приложения тока записи между первым и вторым проводниками 326 и 328. В конкретном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) стека 308 MTJ, проиллюстрированного на фиг.3, являются большими, чем глубина (d) канавки, и магнитный домен 344, проводимый первой боковой стенкой 334, проходит в направлении, по существу параллельном первой поверхности 480 подложки 302, и в направлении ширины (b), проиллюстрированной на фиг.3. На конкретном виде согласно фиг.4 магнитный домен 344 проходит под прямым углом к плоскости рисунка (в сторону смотрящего, как обозначено острым концом стрелки («•»), или от смотрящего, как обозначено тупым концом стрелки («*»)).
[0053] Фиг.5 представляет собой вид схемного устройства 300 согласно фиг.3 в поперечном разрезе, взятом по линии 5-5 на фиг.3. Диаграмма 500 содержит подложку 302, обладающую первым межслойным диэлектрическим слоем 452, первым покрывающим слоем 454, вторым межслойным диэлектрическим слоем 456, вторым покрывающим слоем 458, третьим покрывающим слоем 460, третьим межслойным диэлектрическим слоем 462, и четвертым межслойным диэлектрическим слоем 464. Подложка 302 содержит структуру 304 MTJ, обладающую нижним электродом 306, стеком 308 MTJ, и центральным электродом 310. Подложка 302 содержит третий проводник 330, соединенный со вторым боковым переходным отверстием 318, проходящим от третьего проводника 330 до первого участка нижнего электрода 306. Подложка 302 также содержит второй проводник 328, соединенный с центральным переходным отверстием 312, проходящим от второго проводника 328 до центрального электрода 310. Подложка 302 дополнительно содержит четвертый проводник 332, соединенный с четвертым боковым переходным отверстием 322, проходящим от четвертого проводника 332 до второго участка нижнего электрода 306. Стек 308 MTJ содержит вторую боковую стенку 336 для проведения второго магнитного домена 346 во втором участке свободного слоя, третью боковую стенку 338 для проведения третьего магнитного домена 348 в третьем участке свободного слоя, и нижнюю стенку 470 для проведения нижнего магнитного домена 472 в нижнем участке свободного слоя.
[0054] В конкретном варианте осуществления стек 308 MTJ выполнен с возможностью хранения до четырех уникальных значений данных, таких как четыре уникальных битовых значения. Первое битовое значение может быть представлено посредством первого магнитного домена 344, второе битовое значение может быть представлено посредством второго магнитного домена 346, третье битовое значение может быть представлено посредством третьего магнитного домена 348, и четвертое битовое значение может быть представлено посредством нижнего магнитного домена 472. В другом конкретном варианте осуществления может содержаться четвертая боковая стенка с целью проведения четвертого магнитного домена, который может представлять пятое битовое значение.
[0055] Фиг.6 представляет собой вид сверху второго конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти 600, содержащего подложку 602, обладающую ячейкой 604 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Подложка 602 содержит структуру 604 магнитного туннельного перехода (MTJ), обладающую нижним электродом 606, стеком 608 MTJ, и центральным электродом 610. Структура 604 MTJ обладает длиной (а) и шириной (b), причем длина (а) является большей, чем ширина (b). Подложка 602 содержит первое центральное переходное отверстие 612 и второе центральное переходное отверстие 614, соединенные с центральным электродом 610. Подложка 602 также содержит первое боковое переходное отверстие 616, второе боковое переходное отверстие 618, третье боковое переходное отверстие 620, четвертое боковое переходное отверстие 622 и пятое боковое переходное отверстие 624 для доступа к структуре 604 MTJ. Подложка 602 также содержит первый проводник 626, соединенный с первым боковым переходным отверстием 616, второй проводник 628, соединенный с первым и вторым центральными переходными отверстиями 612 и 614, третий проводник 630, соединенный со вторым и третьим боковыми переходными отверстиями 618 и 620, и четвертый проводник 632, соединенный с четвертым и пятым боковыми переходными отверстиями 622 и 624. Подложка 602 также содержит технологическое отверстие 635 для удаления участка боковой стенки MTJ.
[0056] Стек 608 MTJ содержит закрепленный (связанный посредством AF слоя (не показан)) магнитный слой, который проводит закрепленный магнитный домен, обладающий закрепленной ориентацией, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой, обладающий магнитным доменом, который может изменяться или программироваться посредством тока записи. В конкретном варианте осуществления данный закрепленный магнитный слой стека 608 MTJ может содержать один или более слоев, чем изображено на фиг.1 и фиг.2. Стек 608 MTJ содержит первую боковую стенку 634 для проведения первого магнитного домена 644 в первом участке свободного слоя, вторую боковую стенку 636 для проведения второго магнитного домена 646 во втором участке свободного слоя, и третью боковую стенку 638 для проведения третьего магнитного домена 648 в третьем участке свободного слоя. Первый, второй и третий магнитные домены 644, 646, и 648 являются независимыми и выполнены с возможностью хранения значений данных. В конкретном варианте осуществления первый магнитный домен 644 выполнен с возможностью представлять первое битовое значение, второй магнитный домен 646 выполнен с возможностью представлять второе битовое значение, и третий магнитный домен 648 выполнен с возможностью представлять третье битовое значение. В общем ориентация магнитных доменов 644, 646, и 648 определяется посредством сохраненного битового значения. Например, значение «0» является представленным посредством первой ориентации, в то время как значение «1» является представленным посредством второй ориентации. В конкретном варианте осуществления значение «0» и значение «1» могут быть представлены, соответственно, посредством параллельной или встречно-параллельной ориентации с закрепленным слоем.
[0057] Фиг.7 представляет собой диаграмму 700 схемного устройства 600 согласно фиг.6 в поперечном разрезе, взятом по линии 7-7 на фиг.6. Диаграмма 700 содержит подложку 602, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 750, второй межслойный диэлектрический слой 752, первый покрывающий слой 754, третий межслойный диэлектрический слой 756, второй покрывающий слой 758, третий покрывающий слой 760, четвертый межслойный диэлектрический слой 762, и пятый межслойный диэлектрический слой 764. Подложка 602 обладает первой поверхностью 780 и второй поверхностью 790. Подложка 602 также содержит структуру 604 MTJ, содержащую стек 608 MTJ. Нижний электрод 606 и стек 608 MTJ размещены в пределах канавки в подложке 602. Данная канавка обладает глубиной (d).
[0058] Подложка 602 содержит первый проводник 626, размещенный и структурированный на второй поверхности 790. Первый проводник 626 соединен с первым боковым переходным отверстием 616, проходящим от первого проводника 626 до участка нижнего электрода 606. Подложка 602 также содержит второй проводник 628, размещенный и структуриющийся на первой поверхности 780. Второй проводник 628 соединен с первым и вторым центральными переходными отверстиями 612 и 614, проходящими от второго проводника 628 до центрального электрода 610. Центральный электрод 610 соединен со стеком 608 MTJ. Подложка 602 также содержит технологическое отверстие 635, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления участка структуры 604 MTJ и посредством размещения покрывающей пленки и межслойного диэлектрического материала в пределах технологического отверстия 635.
[0059] В конкретном варианте осуществления стек 608 MTJ содержит первую боковую стенку 634, проводящую первый магнитный домен 644 в первом участке свободного слоя. Первый магнитный домен 644 выполнен с возможностью представления первого битового значения. Стек 608 MTJ также содержит нижнюю стенку 770, обладающую нижним магнитным доменом 772 в нижнем участке свободного слоя, выполненным с возможностью представления четвертого битового значения. В конкретном примере битовое значение может быть считано со стека 608 MTJ посредством приложения напряжения ко второму проводнику 628 и посредством сравнения тока на первом проводнике 626 с опорным током. В альтернативе значение бита может быть записано на стек 608 MTJ посредством приложения тока записи между первым и вторым проводниками 626 и 628. В конкретном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) стека 608 MTJ, проиллюстрированного на фиг.6, являются большими, чем глубина (d) канавки, и магнитный домен 644, проводимый первой боковой стенкой 634, проходит в направлении, по существу параллельном первой поверхности 780 подложки 602, и в направлении ширины (b), проиллюстрированной на фиг.6. На конкретном виде согласно фиг.7 магнитный домен 644 проходит под прямым углом к плоскости рисунка (в сторону смотрящего, как обозначено острым концом стрелки («•»), или от смотрящего, как обозначено тупым концом стрелки («*»)).
[0060] Фиг.8 представляет собой диаграмму 800 схемного устройства 600 согласно фиг.6 в поперечном разрезе, взятом по линии 8-8 на фиг.6. Данная диаграмма 800 содержит подложку 602, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 750, второй межслойный диэлектрический слой 752, первый покрывающий слой 754, третий межслойный диэлектрический слой 756, второй покрывающий слой 758, третий покрывающий слой 760, четвертый межслойный диэлектрический слой 762, и пятый межслойный диэлектрический слой 764. Подложка 602 обладает первой поверхностью 780 и второй поверхностью 790. Подложка 602 содержит структуру 604 MTJ, содержащую нижний электрод 606, стек 608 MTJ, и центральный электрод 610. Подложка 602 содержит третий проводник 630, размещенный на второй поверхности 790. Третий проводник 630 соединен со вторым боковым переходным отверстием 618, проходящим от третьего проводника 630 до первого участка нижнего электрода 606. Подложка 602 также содержит второй проводник 628 на первой поверхности 780. Второй проводник 628 соединен с центральным переходным отверстием 612, проходящим от второго проводника 628 до центрального электрода 610. Подложка 602 дополнительно содержит четвертый проводник 632 на второй поверхности 790. Четвертый проводник соединен с четвертым боковым переходным отверстием 622, проходящим от четвертого проводника 632 до второго участка нижнего электрода 606. Стек 608 MTJ содержит вторую боковую стенку 636 для проведения второго магнитного домена 646 во втором участке свободного слоя, третью боковую стенку 638 для проведения третьего магнитного домена 648 в третьем участке свободного слоя, и нижнюю стенку 770 для проведения нижнего магнитного домена 772 в нижнем участке свободного слоя.
[0061] В конкретном варианте осуществления стек 608 MTJ выполнен с возможностью хранения до четырех уникальных значений данных. Первое битовое значение может быть представлено посредством первого магнитного домена 644 в первом участке свободного слоя, второе битовое значение может быть представлено посредством второго магнитного домена 646 во втором участке свободного слоя, третье битовое значение может быть представлено посредством третьего магнитного домена 648 в третьем участке свободного слоя, и четвертое битовое значение может быть представлено посредством нижнего магнитного домена 772 в нижнем участке свободного слоя. В другом конкретном варианте осуществления может содержаться четвертая боковая стенка с целью проведения четвертого магнитного домена, который может представлять пятое битовое значение.
[0062] Фиг.9 представляет собой вид сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти 900, содержащего подложку 902, обладающую ячейкой 904 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Подложка 902 содержит структуру 904 магнитного туннельного перехода (MTJ), обладающую нижним электродом 906, стеком 908 MTJ, и центральным электродом 910. Структура 904 MTJ обладает длиной (а) и шириной (b), причем длина (а) является большей, чем ширина (b). Подложка 902 содержит первое центральное переходное отверстие 912 и второе центральное переходное отверстие 914, соединенные с центральным электродом 910. Подложка 902 также содержит первое боковое переходное отверстие 916, второе боковое переходное отверстие 918, третье боковое переходное отверстие 920, четвертое боковое переходное отверстие 922 и пятое боковое переходное отверстие 924 для доступа к структуре 904 MTJ. Подложка 902 также содержит первый проводник 926, соединенный с первым боковым переходным отверстием 916, второй проводник 928, соединенный с первым и вторым центральными переходными отверстиями 912 и 914, третий проводник 930, соединенный со вторым и третьим боковыми переходными отверстиями 918 и 920, и четвертый проводник 932, соединенный с четвертым и пятым боковыми переходными отверстиями 922 и 924. Подложка 902 также содержит технологическое отверстие 935 для удаления участка боковой стенки MTJ.
[0063] Стек 908 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, который может быть связан антиферромагнитным (AF) слоем (не показан), и который проводит закрепленный магнитный домен, обладающий закрепленной ориентацией, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой, обладающий магнитным доменом, который может изменяться или программироваться посредством тока записи. В конкретном варианте осуществления данный закрепленный магнитный слой стека 908 MTJ может содержать один или более слоев. Стек 908 MTJ содержит первую боковую стенку 934 для проведения первого магнитного домена 944 в первом участке свободного слоя, вторую боковую стенку 936 для проведения второго магнитного домена 946 во втором участке свободного слоя, и третью боковую стенку 938 для проведения третьего магнитного домена 948 в третьем участке свободного слоя. Первый, второй и третий магнитные домены 944, 946 и 948 являются независимыми и выполнены с возможностью хранения значений данных. В конкретном варианте осуществления первый магнитный домен 944 выполнен с возможностью представлять первое битовое значение, второй магнитный домен 946 выполнен с возможностью представлять второе битовое значение, и третий магнитный домен 948 выполнен с возможностью представлять третье битовое значение. В общем ориентация магнитных доменов 944, 946 и 948 определяется посредством сохраненного битового значения. Например, значение «0» является представленным посредством первой ориентации, в то время как значение «1» является представленным посредством второй ориентации. В конкретном варианте осуществления значение «0» и значение «1» могут быть представлены, соответственно, посредством параллельной или встречно-параллельной ориентации с закрепленным слоем.
[0064] Фиг.10 представляет собой диаграмму 1000 схемного устройства 900 согласно фиг.9 в поперечном разрезе, взятом по линии 10-10 на фиг.9. Данная диаграмма 1000 иллюстрирует подложку 902, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 1050, второй межслойный диэлектрический слой 1052, первый покрывающий слой 1054, третий межслойный диэлектрический слой 1056, второй покрывающий слой 1058, третий покрывающий слой 1060, четвертый межслойный диэлектрический слой 1062 и пятый межслойный диэлектрический слой 1064. Подложка 902 обладает первой поверхностью 1080 и второй поверхностью 1090. Подложка 902 также содержит структуру 904 MTJ, содержащую стек 908 MTJ. Нижний электрод 906 и стек 908 MTJ размещены в пределах канавки в подложке 902. Данная канавка обладает глубиной (d).
[0065] Подложка 902 содержит первый проводник 926, размещенный и структурированный на второй поверхности 1090. Первый проводник 926 соединен с первым боковым переходным отверстием 916, проходящим от первого проводника 926 до участка нижнего электрода 906. Подложка 902 также содержит второй проводник 928, размещенный и структурированный на первой поверхности 1080. Второй проводник 928 соединен с первым и вторым центральными переходными отверстиями 912 и 914, проходящими от второго проводника 928 до центрального электрода 910. Центральный электрод 910 соединен со стеком 908 MTJ. Подложка 902 также содержит пятый проводник 931 на второй поверхности 1090. Пятый проводник 931 соединен с нижними переходными отверстиями 1066 и 1068, проходящими от пятого проводника 931 к нижнему электроду 906, смежному с нижней стенкой 1070. Подложка 902 также содержит технологическое отверстие 935, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления участка структуры 904 MTJ и посредством размещения покрывающего слоя и межслойного диэлектрического материала в пределах технологического отверстия 935.
[0066] В конкретном варианте осуществления стек 908 MTJ содержит первую боковую стенку 934, проводящую первый магнитный домен 944 в первом участке свободного слоя. Первый магнитный домен 944 выполнен с возможностью представления первого битового значения. Стек 908 MTJ также содержит нижнюю стенку 1070, обладающую нижним магнитным доменом 1072 в нижнем участке свободного слоя, выполненным с возможностью представления четвертого битового значения. В конкретном примере битовое значение может быть считано со стека 908 MTJ посредством приложения напряжения ко второму проводнику 928 и посредством сравнения тока на первом проводнике 926 и/или пятом проводнике 931 с опорным током. В альтернативе значение бита может быть записано на стек 908 MTJ посредством приложения тока записи между первым, вторым и пятым проводниками 926, 928 и 931. В конкретном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) стека 908 MTJ, проиллюстрированного на фиг.9, являются большими, чем глубина (d) канавки, и магнитный домен 944, проводимый первой боковой стенкой 934, проходит в направлении, по существу параллельном первой поверхности 1080 подложки 902, и в направлении ширины (b), проиллюстрированной на фиг.9. На конкретном виде согласно фиг.10 магнитный домен 944 проходит под прямым углом до плоскости рисунка (в сторону смотрящего, как обозначено острым концом стрелки («•»), или от смотрящего, как обозначено тупым концом стрелки («*»)).
[0067] Фиг.11 представляет собой диаграмму 1100 схемного устройства 900 согласно фиг.9 в поперечном разрезе, взятом по линии 11-11 на фиг.9. Диаграмма 1100 иллюстрирует подложку 902, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 1050, второй межслойный диэлектрический слой 1052, первый покрывающий слой 1054, третий межслойный диэлектрический слой 1056, второй покрывающий слой 1058, третий покрывающий слой 1060, четвертый межслойный диэлектрический слой 1062 и пятый межслойный диэлектрический слой 1064. Подложка 902 обладает первой поверхностью 1080 и второй поверхностью 1090. Подложка 902 содержит структуру 904 MTJ, содержащую нижний электрод 906, стек 908 MTJ, и центральный электрод 910. Подложка 902 содержит третий проводник 930, второй проводник 928, и четвертый проводник 932 на первой поверхности 1080. Третий проводник 930 соединен со вторым боковым переходным отверстием 918, проходящим от третьего проводника 930 до первого участка нижнего электрода 906. Второй проводник 928 соединен с центральным переходным отверстием 912, проходящим от второго проводника 928 до центрального электрода 910. Четвертый проводник соединен с четвертым боковым переходным отверстием 922, проходящим от четвертого проводника 932 до второго участка нижнего электрода 906. Подложка 902 содержит пятый проводник 931 на второй поверхности 1090. Пятый проводник 931 соединен с нижним переходным отверстием 1066, проходящим от пятого проводника 931 до участка нижнего электрода 906, смежного с нижней стенкой 1070. Стек 908 MTJ содержит вторую боковую стенку 936 для проведения второго магнитного домена 946 во втором участке свободного слоя, третью боковую стенку 938 для проведения третьего магнитного домена 948 в третьем участке свободного слоя, и нижнюю стенку 1070 для проведения нижнего магнитного домена 1072 в нижнем участке свободного слоя.
[0068] В конкретном варианте осуществления стек 908 MTJ выполнен с возможностью хранения до четырех уникальных значений данных. Первое битовое значение может быть представлено посредством первого магнитного домена 944 в первом участке свободного слоя, второе битовое значение может быть представлено посредством второго магнитного домена 946 во втором участке свободного слоя, третье битовое значение может быть представлено посредством третьего магнитного домена 948 в третьем участке свободного слоя, и четвертое битовое значение может быть представлено посредством нижнего магнитного домена 1072 в нижнем участке свободного слоя. В другом конкретном варианте осуществления может содержаться четвертая боковая стенка с целью проведения четвертого магнитного домена, который может представлять пятое битовое значение.
[0069] Фиг.12 представляет собой вид сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления устройства памяти 1200, содержащего подложку 1202, обладающую ячейкой 1204 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Подложка 1202 содержит структуру 1204 магнитного туннельного перехода (MTJ), обладающую нижним электродом 1206, стеком 1208 MTJ, и центральным электродом 1210. Структура 1204 MTJ обладает длиной (а) и шириной (b), причем длина (а) является большей, чем ширина (b). Подложка 1202 содержит первое центральное переходное отверстие 1212 и второе центральное переходное отверстие 1214, соединенные с центральным электродом 1210. Подложка 1202 также содержит первый проводник 1226 и второй проводник 1228. Второй проводник 1228 соединен с первым и вторым центральными переходными отверстиями 1212 и 1214. Подложка 1202 также содержит технологическое отверстие 1235 для удаления участка боковой стенки MTJ.
[0070] Стек 1208 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, который может быть закреплен антиферромагнитным (AF) слоем (не показан), и который проводит закрепленный магнитный домен, обладающий закрепленной ориентацией, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой, обладающий магнитным доменом, который может изменяться или программироваться посредством тока записи. В конкретном варианте осуществления данный закрепленный магнитный слой стека 1208 MTJ может содержать один или более слоев. Стек 1208 MTJ содержит первую боковую стенку 1234 для проведения первого магнитного домена 1244 в первом участке свободного слоя, вторую боковую стенку 1236 для проведения второго магнитного домена 1246 во втором участке свободного слоя, и третью боковую стенку 1238 для проведения третьего магнитного домена 1248 в третьем участке свободного слоя. Первый, второй и третий магнитные домены 1244, 1246, и 1248 являются независимыми и выполнены с возможностью представлять значения данных. В конкретном варианте осуществления первый магнитный домен 1244 выполнен с возможностью представлять первое битовое значение, второй магнитный домен 1246 выполнен с возможностью представлять второе битовое значение, и третий магнитный домен 1248 выполнен с возможностью представлять третье битовое значение.
[0071] Фиг.13 представляет собой диаграмму 1300 схемного устройства 1200 согласно фиг.12 в поперечном разрезе, взятом по линии 13-13 на фиг.12. Данная диаграмма 1300 содержит подложку 1202, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 1350, второй межслойный диэлектрический слой 1352, первый покрывающий слой 1354, третий межслойный диэлектрический слой 1356, второй покрывающий слой 1358, третий покрывающий слой 1360, четвертый межслойный диэлектрический слой 1362 и пятый межслойный диэлектрический слой 1364. Подложка 1202 обладает первой поверхностью 1380 и второй поверхностью 1390. Подложка 1202 также содержит структуру 1204 MTJ, содержащую стек 1208 MTJ. Нижний электрод 1206 и стек 1208 MTJ размещены в пределах канавки в подложке 1202. Данная канавка обладает глубиной (d). Стек 1208 MTJ содержит первую боковую стенку 1234 для проведения первого магнитного домена 1244 в первом участке свободного слоя, и нижнюю стенку 1370 для проведения нижнего магнитного домена 1372 в нижнем участке свободного слоя.
[0072] Подложка 1202 содержит первый проводник 1226, размещенный на второй поверхности 1390. Первый проводник 1226 соединен с нижними переходными отверстиями 1366 и 1368, проходящими от первого проводника 1226 до участка нижнего электрода 1206, смежного с нижней стенкой 1370. Подложка 1202 также содержит второй проводник 1228 на первой поверхности 1380. Второй проводник 1228 соединен с первым и вторым центральными переходными отверстиями 1212 и 1214, проходящими от второго проводника 1228 до центрального электрода 1210. Центральный электрод 1210 соединен со стеком 1208 MTJ. Подложка 1202 также содержит технологическое отверстие 1235, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления участка структуры 1204 MTJ и посредством размещения покрывающего слоя и межслойного диэлектрического материала в пределах технологического отверстия 1235.
[0073] В конкретном варианте осуществления стек 1208 MTJ содержит первую боковую стенку 1234, проводящую первый магнитный домен 1244 в первом участке свободного слоя. Первый магнитный домен 1244 выполнен с возможностью представления первого битового значения. Стек 1208 MTJ также содержит нижнюю стенку 1370, обладающую нижним магнитным доменом 1372 в нижнем участке свободного слоя, выполненным с возможностью представления четвертого битового значения. В конкретном примере битовое значение может быть считано со стека 1208 MTJ посредством приложения напряжения ко второму проводнику 1228 и посредством сравнения тока на первом проводнике 1226 с опорным током. В альтернативе значение бита может быть записано на стек 1208 MTJ посредством приложения тока записи между первым и вторым проводниками 1226 и 1228. В конкретном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) стека 1208 MTJ, проиллюстрированного на фиг.12, являются большими, чем глубина (d) канавки, и магнитный домен 1244, проводимый первой боковой стенкой 1234, проходит в направлении, по существу параллельном первой поверхности 1380 подложки 1202, и в направлении ширины (b), проиллюстрированной на фиг.12. На конкретном виде согласно фиг.13 магнитный домен 1244 проходит под прямым углом к плоскости рисунка (в сторону смотрящего, как обозначено острым концом стрелки («•»), или от смотрящего, как обозначено тупым концом стрелки («*»)).
[0074] Фиг.14 представляет собой диаграмму 1400 схемного устройства 1200 согласно фиг.12 в поперечном разрезе, взятом по линии 14-14 на фиг.12. Данная диаграмма 1400 содержит подложку 1202, содержащую первый межслойный диэлектрический слой 1350, второй межслойный диэлектрический слой 1352, первый покрывающий слой 1354, третий межслойный диэлектрический слой 1356, второй покрывающий слой 1358, третий покрывающий слой 1360, четвертый межслойный диэлектрический слой 1362 и пятый межслойный диэлектрический слой 1364. Подложка 1202 обладает первой поверхностью 1380 и второй поверхностью 1390. Подложка 1202 содержит структуру 1204 MTJ, содержащую нижний электрод 1206, стек 1208 MTJ, и центральный электрод 1210. Подложка 1202 содержит второй проводник 1228 на первой поверхности 1380 и содержит первый проводник 1226 на второй поверхности 1390. Первый проводник 1226 соединен с нижним переходным отверстием 1366, проходящим от первого проводника 1226 до участка нижнего электрода 1206, смежного с нижней стенкой 1370. Второй проводник 1228 соединен с центральным переходным отверстием 1212, проходящим от второго проводника 1228 до центрального электрода 1210. Стек 1208 MTJ содержит вторую боковую стенку 1236 для проведения второго магнитного домена 1246 во втором участке свободного слоя, третью боковую стенку 1238 для проведения третьего магнитного домена 1248 в третьем участке свободного слоя, и нижнюю стенку 1370 для проведения нижнего магнитного домена 1372 в нижнем участке свободного слоя.
[0075] В конкретном варианте осуществления стек 1208 MTJ выполнен с возможностью хранения до четырех уникальных значений данных. Первое битовое значение может быть представлено посредством первого магнитного домена 1244 в первом участке свободного слоя, второе битовое значение может быть представлено посредством второго магнитного домена 1246 во втором участке свободного слоя, третье битовое значение может быть представлено посредством третьего магнитного домена 1248 в третьем участке свободного слоя, и четвертое битовое значение может быть представлено посредством нижнего магнитного домена 1372 в нижнем участке свободного слоя. В другом конкретном варианте осуществления может содержаться четвертая боковая стенка с целью проведения четвертого магнитного домена, который может представлять пятое битовое значение. В конкретном варианте осуществления только четвертый бит доступен через проводники 1226 и 1228.
[0076] Фиг.15 представляет собой вид сверху свободного слоя 1500 стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненного с возможностью хранения множества битов данных. В данном примере данный свободный слой 1500 проиллюстрирован в нулевом состоянии бита, где каждый из магнитных доменов ориентирован с целью представления нулевого значения. Свободный слой 1500 содержит первую боковую стенку 1502, вторую боковую стенку 1504, третью боковую стенку 1506, и нижнюю стенку 1508. Каждая из боковых стенок 1502, 1504 и 1506, а также нижней стенки 1508 проводит соответствующий магнитный домен, сконфигурированный с возможностью представления битового значения, такого как значение «1» или «0». Первая боковая стенка 1502 проводит первый магнитный домен 1512. Вторая боковая стенка 1504 проводит второй магнитный домен 1514. Третья боковая стенка 1506 проводит третий магнитный домен 1516. Нижняя стенка 1508 проводит четвертый магнитный домен 1518.
[0077] Первый магнитный домен 1512 первой боковой стенки 1502 является отделенным от второго магнитного домена 1514 второй боковой стенки 1504 посредством первого доменного барьера 1530. Аналогичным образом, первый магнитный домен 1512 первой боковой стенки 1502 является отделенным от третьего магнитного домена 1516 третьей боковой стенки 1506 посредством второго доменного барьера 1532. В общем первый доменный барьер 1530 и второй доменный барьер 1532 представляют стенки доменов, являющиеся интерфейсами, отделяющими магнитные домены 1512, 1514, 1516 и 1518, соответственно. Такие доменные барьеры 1530 и 1532 представляют собой переход между различными магнитными моментами. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 1530 и 1532 могут представлять изменение в магнитном моменте, при котором магнитное поле испытывает угловое смещение в, приблизительно, 90 или 270 градусов.
[0078] Направление магнитного поля, соединенного с первым магнитным доменом 1512 (то есть направление магнитного поля в пределах свободного слоя), на первой боковой стенке 1502 может быть преобразовано посредством использования первого тока записи 1522. Аналогичным образом, направление магнитного поля, соединенного со вторым магнитным доменом 1514, проводимым боковой стенкой 1504, может быть преобразовано посредством использования второго тока записи 1524. Направление магнитного поля, соединенного с третьим магнитным доменом 1514, проводимым третьей боковой стенкой 1506, может быть преобразовано посредством использования третьего тока записи 1526. Направление магнитного поля, соединенного с четвертым магнитным доменом 1518, проводимым нижней стенкой 1508, может быть преобразовано посредством использования четвертого тока записи 1528.
[0079] В общем относительное направление магнитного поля, проводимого свободным слоем 1500 относительно закрепленного магнитного поля, соединенного с закрепленным слоем стека магнитного туннельного перехода (MTJ), определяет битовое значение, сохраненное посредством данной конкретной боковой стенки 1502, 1504 или 1506, или посредством нижней стенки 1508. В продемонстрированном примере магнитная ориентация магнитного домена, соединенного с закрепленным слоем, и ориентации свободного слоя магнитных доменов 1512, 1514, 1516 и 1518 находятся в параллели (как проиллюстрировано посредством магнитных полей 1614 и 1616 на фиг.16). Соответственно, каждый из токов записи 1522, 1524, 1526 и 1528 представляет значение «0» токов записи, устанавливая стек MTJ в состояние бита «0».
[0080] Фиг.16 представляет собой структурную диаграмму структуры 1600 магнитного туннельного перехода. Данная структура 1600 MTJ содержит верхний электрод 1602, свободный слой 1604, туннельный барьер 1606 магнитного туннельного перехода, закрепленный слой 1608, антиферромагнитный (AF) слой (не показан) и нижний электрод 1610. В общем верхний электрод 1602 и нижний электрод 1610 представляют собой токопроводящие слои, выполненные с возможностью проведения электрического тока. Закрепленный слой 1608 представляет собой ферромагнитный слой, который был отожжен с целью быть связанным посредством AF слоя для закрепления направления магнитного поля 1616 в пределах закрепленного слоя 1608. Свободный слой 1604 представляет собой ферромагнитный слой, обладающий магнитным полем с ориентацией, которая может быть изменена посредством тока записи. Туннельный барьер MTJ или барьерный слой 1606 может быть сформирован из оксида (такого, как MgO, Al2O3, в качестве иллюстративных примеров) или другого диамагнитного материала. Направление магнитного поля 1614 в пределах свободного слоя 1604 может быть изменено посредством использования тока записи.
[0081] Направление магнитных полей в свободном слое 1604 относительно закрепленного магнитного поля закрепленного слоя 1608 обозначает, представляет ли собой бит, сохраненный на свободном слое 1604 конкретной ячейки 1600 MTJ, битовое значение «1» или битовое значение «0». Магнитное направление магнитного поля в свободном слое 1604, в общем обозначенное позицией 1614, может быть изменено посредством использования тока записи 1612. Как продемонстрировано, данный ток записи представляет собой ток записи 0, протекающий от верхнего электрода 1602 через свободный слой 1604 через барьер 1606 магнитного туннельного перехода через закрепленный слой 1608 и через нижний электрод 1610.
[0082] Фиг.17 представляет собой вид 1700 свободного слоя 1500 стека MTJ в поперечном разрезе, взятом по линии 17-17 на фиг.15. Свободный слой 1500 содержит первую боковую стенку 1502 и нижнюю стенку 1508. В данном примере направление первого магнитного поля, проводимого магнитным доменом 1512 на первой боковой стенке 1502, проходит под углом, являющимся прямым по отношению к рисунку, и в направлении, соответствующем стрелке 1512, проиллюстрированной на фиг.15. Четвертый магнитный домен 1518, соединенный с нижней стенкой 1508, проходит в направлении, по существу параллельном к поверхности подложки.
[0083] Свободный слой 1500 содержит первый участок 1740, первый доменный барьер (стенку) 1742 и второй доменный барьер 1744. В конкретном примере первый доменный барьер 1742 отделяет первый магнитный домен 1512 от первого участка 1740, а второй доменный барьер 1744 отделяет первый магнитный домен 1512 от четвертого магнитного домена 1518, соединенного с нижней стенкой 1508. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 1742 и 1744 могут соответствовать структурным интерфейсам между первой боковой стенкой 1502 и первым участком 1740 и между первой боковой стенкой 1502 и нижней стенкой 1508, соответственно. Первый магнитный домен 1512 может быть сконфигурирован посредством использования тока записи 1522. Четвертый магнитный домен 1518 может быть сконфигурирован посредством использования тока записи 1528. В конкретном варианте осуществления первый и четвертый магнитные домены 1512 и 1518 могут представлять уникальные битовые значения.
[0084] Фиг.18 представляет собой диаграмму вида 1800 свободного слоя 1500 стека MTJ в поперечном разрезе, взятом по линии 18-18 на фиг.15. Свободный слой 1500 содержит вторую и третью боковые стенки 1504 и 1506, а также нижнюю стенку 1508. В данном конкретном примере свободный слой 1500 содержит второй участок 1850, третий барьер 1852 магнитного домена, четвертый барьер 1854 магнитного домена, пятый барьер 1856 магнитного домена, шестой барьер 1858 магнитного домена, и третий участок 1860. Второй и третий барьеры (или стенки) 1852 и 1854 магнитных доменов изолируют второй магнитный домен 1516, проводимый второй боковой стенкой 1506, от второго участка 1850 и от четвертого магнитного домена 1518, проводимого нижней стенкой 1508, и изолируют третью боковую стенку 1504 от третьего участка 1860 и от четвертого магнитного домена 1518, соединенного с нижней стенкой 1508. В конкретном варианте осуществления второй, четвертый и пятый барьеры 1744, 1854 и 1856 магнитных доменов могут соответствовать соответствующим структурным интерфейсам между боковыми стенками 1502, 1504 и 1506, и нижней стенкой 1508.
[0085] В конкретном иллюстративном варианте осуществления свободный слой 1500, проиллюстрированный на фиг.15, 17 и 18, представляет собой участок стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненный с возможностью хранения до четырех битов, которые могут быть представлены магнитными полями 1512, 1514, 1516 и 1518.
[0086] Фиг.19 представляет собой вид сверху свободного слоя 1900 стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненного с возможностью хранения множества битов. В данном примере свободный слой 1900 проиллюстрирован в состоянии бита «1», где каждый из магнитных доменов является ориентированным для представления логической 1 или значения бита «1». Свободный слой 1900 содержит первую боковую стенку 1902, вторую боковую стенку 1904, третью боковую стенку 1906 и нижнюю стенку 1908. Каждая из боковых стенок 1902, 1904 и 1906, а также нижняя стенка 1908 проводят соответствующий магнитный домен в соответствующих участках свободного слоя, сконфигурированный с возможностью представления битового значения, такого как значение «1» или «0». Первая боковая стенка 1902 проводит первый магнитный домен 1912 в первом участке свободного слоя. Вторая боковая стенка 1904 проводит второй магнитный домен 1914 во втором участке свободного слоя. Третья боковая стенка 1906 проводит третий магнитный домен 1916 в третьем участке свободного слоя. Нижняя стенка 1908 проводит четвертый магнитный домен 1918 в нижнем участке свободного слоя.
[0087] Первый магнитный домен 1912 первой боковой стенки 1902 является отделенным от второго магнитного домена 1914 второй боковой стенки 1904 посредством первого доменного барьера 1930. Аналогичным образом, первый магнитный домен 1912 первой боковой стенки 1902 является отделенным от третьего магнитного домена 1916 третьей боковой стенки 1906 посредством второго доменного барьера 1932. В общем первый доменный барьер 1930 и второй доменный барьер 1932 представляют стенки доменов, являющиеся интерфейсами, отделяющими магнитные домены, такие как магнитные домены 1912, 1914, 1916 и 1918, соответственно. Такие доменные барьеры 1930 и 1932 представляют собой переход между различными магнитными моментами. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 1930 и 1932 могут представлять изменение в магнитном моменте, при котором магнитное поле испытывает угловое смещение в, приблизительно, 90 или 270 градусов.
[0088] Направление магнитного поля, соединенного с первым магнитным доменом 1912 (то есть направление магнитного поля в пределах свободного слоя), на первой боковой стенке 1902 может быть преобразовано посредством использования первого тока записи 1922. Аналогичным образом, направление магнитного поля, соединенного со вторым магнитным доменом 1914, проводимым боковой стенкой 1904, может быть преобразовано посредством использования второго тока записи 1924. Направление магнитного поля, соединенного с третьим магнитным доменом 1914, проводимым третьей боковой стенкой 1906, может быть преобразовано посредством использования третьего тока записи 1926. Направление магнитного поля, соединенного с четвертым магнитным доменом 1918, проводимым нижней стенкой 1908, может быть преобразовано посредством использования четвертого тока записи 1928.
[0089] В общем относительное направление магнитного поля, проводимого свободным слоем 1900 относительно закрепленного магнитного поля, соединенного с закрепленным слоем стека магнитного туннельного перехода (MTJ), определяет битовое значение, сохраненное посредством данной конкретной боковой стенки 1902, 1904 или 1906, или посредством нижней стенки 1908. В продемонстрированном примере магнитная ориентация магнитного домена, соединенного с закрепленным слоем, и ориентации магнитных доменов 1912, 1914, 1916 и 1918 свободного слоя находятся во встречно-параллельном состоянии (как проиллюстрировано посредством магнитных полей 2014 и 2016 на фиг.20). Соответственно, каждый из токов записи 1922, 1924, 1926 и 1928 представляют значение «1» токов записи, устанавливая стек MTJ в логическую 1 или состояние бита «1».
[0090] Фиг.20 представляет собой структурную диаграмму структуры 2000 магнитного туннельного перехода. Данная структура 2000 MTJ содержит верхний электрод 2002, свободный слой 2004, туннельный барьер 2006 магнитного туннельного перехода, закрепленный слой 2008 и нижний электрод 2010. В общем верхний электрод 2002 и нижний электрод 2010 представляют собой токопроводящие слои, выполненные с возможностью проведения электрического тока. Закрепленный слой 2008 представляет собой ферромагнитный слой, который был отожжен с целью закрепления направления магнитного поля 2016 в пределах закрепленного слоя 2008. Свободный слой 2004 представляет собой ферромагнитный слой, который не был отожжен. Туннельный барьер MTJ или барьерный слой 2006 может быть сформирован из оксида или другого антиферромагнитного материала. Направление магнитного поля 2014 в пределах свободного слоя 2004 может быть изменено посредством использования тока записи.
[0091] Направление магнитных полей в свободном слое 2004 относительно закрепленного магнитного поля закрепленного слоя 2008 обозначает, представляет ли собой бит, сохраненный на свободном слое 2004 конкретной ячейки 2000 MTJ, битовое значение «1» или битовое значение «0». Магнитное направление магнитного поля в свободном слое 2004, в общем обозначенное позицией 2014, может быть изменено посредством использования тока записи 2012. Как продемонстрировано, данный ток записи представляет собой ток записи 1, протекающий от нижнего электрода 2010 через закрепленный слой 2008 через барьер 2006 магнитного туннельного перехода через свободный слой 2004 и через верхний электрод 2002.
[0092] Фиг.21 представляет собой вид 2100 свободного слоя 1900 стека MTJ в поперечном разрезе, взятом по линии 21-21 на фиг.19. Свободный слой 1900 содержит первую боковую стенку 1902 и нижнюю стенку 1908. В данном примере направление первого магнитного поля, проводимого магнитным доменом 1912 на первой боковой стенке 1902, проходит под углом, являющимся прямым по отношению к рисунку, и в направлении, соответствующем стрелке 1912, проиллюстрированной на фиг.19. Четвертый магнитный домен 1918, соединенный с нижней стенкой 1908, проходит в направлении, по существу параллельном к поверхности подложки.
[0093] Свободный слой 1900 содержит первый участок 2140, первый доменный барьер (стенку) 2142 и второй доменный барьер 2144. В конкретном примере первый доменный барьер 2142 отделяет первый магнитный домен 1912 от первого участка 2140, а второй доменный барьер 2144 отделяет первый магнитный домен 1912 от четвертого магнитного домена 1918, соединенного с нижней стенкой 1908. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 2142 и 2144 могут соответствовать структурным интерфейсам между первой боковой стенкой 1902 и первым участком 2140 и между первой боковой стенкой 1902 и нижней стенкой 1908, соответственно. Первый магнитный домен 1912 может быть сконфигурирован посредством использования тока записи 1922. Четвертый магнитный домен 1918 может быть сконфигурирован посредством использования тока записи 1928. В конкретном варианте осуществления первый и четвертый магнитные домены 1912 и 1918 могут представлять уникальные битовые значения.
[0094] Фиг.22 представляет собой диаграмму вида 2200 свободного слоя 1900 стека MTJ в поперечном разрезе, взятом по линии 22-22 на фиг.19. Свободный слой 1900 содержит вторую и третью боковые стенки 1904 и 1906, а также нижнюю стенку 1908. В данном конкретном примере свободный слой 1900 содержит второй участок 2250, третий барьер 2252 магнитного домена, четвертый барьер 2254 магнитного домена, пятый барьер 2256 магнитного домена, шестой барьер 2258 магнитного домена, и третий участок 2260. Второй и третий барьеры (или стенки) 2252 и 2254 магнитных доменов изолируют второй магнитный домен 2216, проводимый второй боковой стенкой 1906, от второго участка 2250 и от четвертого магнитного домена 1918, проводимого нижней стенкой 1908, и изолируют третью боковую стенку 1904 от третьего участка 2260 и от четвертого магнитного домена 1918, соединенного с нижней стенкой 1908. В конкретном варианте осуществления второй, четвертый и пятый барьеры 2144, 2254 и 2256 магнитных доменов могут соответствовать соответствующим структурным интерфейсам между боковыми стенками 1902, 1904 и 1906, и нижней стенкой 1908.
[0095] В конкретном иллюстративном варианте осуществления свободный слой 1900, проиллюстрированный на фиг.19, 21 и 22, представляет собой участок стека магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненный с возможностью хранения до четырех битов, которые могут быть представлены магнитными полями 1912, 1914, 1916 и 1918.
[0096] Фиг.23 представляет собой диаграмму ячейки 2300 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения бита. Данная ячейка 2300 MTJ может быть использована в матрице памяти, содержащей битовые шины, такие как битовая шина 2320, и содержащей числовые шины, такие как числовая шина 2322. Ячейка 2300 MTJ содержит структуру 2304 MTJ, обладающую нижним электродом 2306, стеком 2308 MTJ и центральным электродом 2310. Стек 2308 MTJ содержит закрепленный слой, магнитный туннельный барьер и свободный слой, проводящий программируемый магнитный домен, обладающий ориентацией, которая может быть преобразована посредством приложения тока записи. Закрепленный слой может быть связан посредством антиферромагнитного (AF) слоя (не показан). Битовая шина 2320 является соединенной с центральным электродом 2310. Числовая шина 2322 является соединенной с управляющим выводом переключателя 2326, содержащего первый вывод 2328, соединенный с нижним электродом 2306. В конкретном варианте осуществления переключатель 2326 может представлять собой полевой транзистор на основе перехода металл-оксид-полупроводник (MOSFET), транзистор или другой переключающий схемный компонент. В другом варианте осуществления переключатель 2326 содержит первый вывод 2328, соединенный с нижним электродом 2306, управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2322, и второй вывод 2324, соединенный с линией истока (SL), которая может быть соединена с источником питания.
[0097] В конкретном иллюстративном варианте осуществления сигнал (или напряжение) может быть приложен к битовой шине 2320 и числовой шине 2322 с целью активации переключателя 2326. После активации переключателя 2326 данные могут быть считаны с ячейки 2300 MTJ на основе потока тока через ячейку 2300 MTJ. Например, закрепленное напряжение может быть приложено к битовой шине 2320, и напряжение может быть приложено к числовой шине 2322 с целью активации переключателя 2326. Значение бита, представленное ориентацией нижнего магнитного домена 2316 на нижней стенке 2350 стека 2308 MTJ, может быть определено на основе потока тока, измеренного либо на битовой шине 2320, либо на линии истока, соединенной, например, с выводом 2324. В данном конкретном примере ячейка 2300 MTJ может хранить одиночное битовое значение. Ячейка 2300 MTJ может представлять собой ячейку памяти в пределах матрицы памяти, такой как магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), N-канальная кэш-память, энергонезависимое запоминающее устройство, другие устройства памяти или их комбинация.
[0098] Дополнительно, следует понимать, что с боковой стенкой, такой как боковая стенка 2340, может быть соединен дополнительный вывод с целью доступа к дополнительному магнитному домену, соединенному с боковой стенкой 2340 для сохранения и извлечения дополнительного битового значения. Дополнительно, в конкретном примере, следует понимать, что может быть обеспечена третья боковая стенка с соединенным переключателем для сохранения и извлечения третьего бита.
[0099] Фиг.24 представляет собой диаграмму ячейки 2400 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Данная ячейка 2400 MTJ содержит структуру 2404 MTJ, содержащую нижний электрод 2406, стек 2408 MTJ и центральный электрод 2410. Стек 2408 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, барьерный слой магнитного туннельного перехода и свободный магнитный слой. Закрепленный магнитный слой может быть связан посредством антиферромагнитного (AF) слоя (не показан). Свободный магнитный слой проводит магнитный домен, который может быть изменен посредством использования тока записи для сохранения битового значения. Ячейка 2400 MTJ может представлять собой ячейку памяти в пределах матрицы памяти, такой как магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), N-канальная кэш-память, энергонезависимое запоминающее устройство, другие устройства памяти или их комбинация.
[00100] Стек 2408 MTJ содержит первую боковую стенку 2440, нижнюю стенку 2450 и вторую боковую стенку 2460. Битовая шина 2420 является соединенной с центральным электродом 2410. Числовая шина 2422 является соединенной с управляющим выводом переключателя 2426. Переключатель 2426 содержит первый вывод, соединенный с узлом 2428, который соединен с первой боковой стенкой 2440 и со второй стенкой 2460 посредством шин 2430 и 2432, соответственно. Переключатель также содержит второй вывод 2424, соединенный с линией истока (SL), которая может быть соединена с первым источником питания.
[00101] В конкретном примере переключатель 2426 может быть активирован посредством приложения напряжения или тока к числовой шине 2422. Данные могут быть считаны с ячейки 2400 MTJ посредством активации переключателя 2426 и посредством приложения мощности к битовой шине 2420. Ячейка 2400 MTJ выполнена с возможностью представлять одиночное значение бита через первую и вторую боковые стенки 2440 и 2460. В другом конкретном варианте осуществления с нижней стенкой 2450 может быть соединен дополнительный переключатель с целью доступа к магнитному домену 2416.
[00102] Фиг.25 представляет собой диаграмму ячейки 2500 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Данная ячейка 2500 MTJ содержит структуру 2504 MTJ, содержащую нижний электрод 2506, стек 2508 MTJ и центральный электрод 2510. Стек 2508 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, барьерный слой магнитного туннельного перехода и свободный магнитный слой. Закрепленный магнитный слой может быть связан посредством антиферромагнитного (AF) слоя (не показан). Свободный магнитный слой проводит магнитный домен, который может быть изменен посредством использования тока записи для сохранения битового значения. Ячейка 2500 MTJ может представлять собой ячейку памяти в пределах матрицы памяти, такой как магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), N-канальная кэш-память, энергонезависимое запоминающее устройство, другие устройства памяти или их комбинация.
[00103] Стек 2508 MTJ содержит первую боковую стенку 2540, нижнюю стенку 2550 и вторую боковую стенку 2560. Каждая из боковых стенок 2540 и 2560, а также нижняя стенка 2550, проводит соответствующий магнитный домен, выполненный с возможностью представлять битовое значение. Стек 2508 MTJ является соединенным с битовой шиной 2520 через верхний электрод 2510. Первая боковая стенка 2540 стека 2508 MTJ является соединенной с первым переключателем 2526 через нижний электрод 2506. Первый переключатель 2526 содержит первый вывод 2525, соединенный с первым участком нижнего электрода 2506, управляющий вывод, соединенный с узлом 2528, и второй вывод 2524, соединенный с первой линией истока (SL1). Числовая шина 2522 соединена с узлом 2528. Вторая боковая стенка 2560 стека 2508 MTJ является соединенной со вторым переключателем 2532 через нижний электрод 2506. Второй переключатель 2532 содержит третий вывод 2531, соединенный со вторым участком нижнего электрода 2506, управляющий вывод, соединенный с узлом 2528, и четвертый вывод 2530, соединенный со второй линией истока (SL2).
[00104] В конкретном примере первый и второй переключатели 2526 и 2532 могут представлять собой транзисторы. Первый переключатель 2526 может быть активирован через числовую шину 2522 с целью обеспечения пути тока от битовой шины 2520 через центральный электрод 2510, структуру 2508 MTJ, нижний электрод 2506, первый вывод 2525 и первый переключатель 2526 ко второму выводу 2524, как обозначено позицией 2561. Поток тока через путь тока 2561 может быть сравнен с опорным током с целью определения значения «1» или значения «0», представленного магнитным доменом первой боковой стенки 2540. Аналогичным образом, путь тока, обеспеченный через вывод 2531 через переключатель 2532, может быть использован для доступа к данным, сохраненным посредством магнитного домена на второй боковой стенке 2560 ячейки 2500 MTJ.
[00105] В конкретном иллюстративном варианте осуществления третий электрод может быть соединен с нижней стенкой 2550 ячейки 2500 MTJ с целью доступа к третьему биту, который может быть представлен посредством магнитного домена, соединенного с нижней стенкой 2550. Дополнительно, ячейка 2500 MTJ может содержать четвертый вывод, соединенный с третьей боковой стенкой (не показана) с целью сохранения и извлечения четвертого бита. Данным образом ячейка 2500 MTJ может быть выполнена с возможностью хранения множества уникальных битовых значений.
[00106] В общем, для использования множества магнитных доменов с целью хранения множества значений данных на боковых стенках 2540 и 2560 и на нижней стенке 2550, могут быть использованы переключатели, такие как первый и второй переключатели 2526 и 2532. Преимущество ячейки 2500 MTJ заключается в том, что может быть сформировано множество латеральных магнитных доменов с целью обеспечения возможности хранения множества битов в пределах одиночной ячейки, увеличивая тем самым плотность памяти.
[00107] Фиг.26 представляет собой диаграмму ячейки 2600 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов данных. Данная ячейка 2600 MTJ содержит структуру 2604 MTJ, содержащую нижний электрод 2606, стек 2608 MTJ и центральный электрод 2610. Стек 2608 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, барьерный слой магнитного туннельного перехода и свободный магнитный слой. Закрепленный магнитный слой может быть связан посредством антиферромагнитного (AF) слоя (не показан). Свободный магнитный слой проводит магнитный домен, который может быть изменен посредством использования тока записи для сохранения битового значения. Ячейка 2600 MTJ может представлять собой ячейку памяти в пределах матрицы памяти, такой как магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), N-канальная кэш-память, энергонезависимое запоминающее устройство, другие устройства памяти или их комбинация.
[00108] Стек 2608 MTJ содержит первую боковую стенку 2640, нижнюю стенку 2650, вторую боковую стенку 2660 и третью боковую стенку 2670 (продемонстрирована в полуразрезе). Каждая из боковых стенок 2640, 2660 и 2670, а также нижняя стенка 2650, проводит соответствующий магнитный домен, выполненный с возможностью представлять битовое значение. Стек 2608 MTJ является соединенным с битовой шиной 2620 через верхний электрод 2610. Первая боковая стенка 2640 стека 2608 MTJ является соединенной с первым переключателем 2626 через нижний электрод 2606. Первый переключатель 2626 содержит первый вывод 2625, соединенный с первым участком нижнего электрода 2606, управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2622, и второй вывод 2624, соединенный с первой линией истока (SL1). Вторая боковая стенка 2660 является соединенной со вторым переключателем 2634 через нижний электрод 2606. Второй переключатель 2634 содержит третий вывод 2633, соединенный со вторым участком нижнего электрода 2606, второй управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2622, и четвертый вывод 2632, соединенный со второй линией истока (SL2). Третья боковая стенка 2670 является соединенной с третьим переключателем 2630 через нижний электрод 2606. Третий переключатель 2630 содержит пятый вывод 2629, соединенный с третьим участком нижнего электрода 2606, смежным с третьей боковой стенкой 2670, третий управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2622, и шестой вывод 2628, соединенный с третьей линией истока (SL3).
[00109] В конкретном варианте осуществления первый, второй и третий переключатели 2626, 2630 и 2634 могут быть активированы с целью считывания и/или записи данных из и в ячейку 2600 MTJ. В другом конкретном варианте осуществления первый, второй и третий переключатели 2626, 2630 и 2634 являются соединенными с соответствующими числовыми шинами, которые могут быть выборочно активированы с целью считывания и/или записи данных из и в ячейку 2600 MTJ.
[00110] Фиг.27 представляет собой диаграмму ячейки 2700 магнитного туннельного перехода (MTJ), выполненной с возможностью хранения множества битов. Данная ячейка 2700 MTJ содержит структуру 2704 MTJ, содержащую нижний электрод 2706, стек 2708 MTJ и центральный электрод 2710. Стек 2708 MTJ содержит закрепленный магнитный слой, барьерный слой магнитного туннельного перехода и свободный магнитный слой. Закрепленный магнитный слой может быть связан посредством антиферромагнитного (AF) слоя (не показан). Свободный магнитный слой проводит магнитный домен, который может быть изменен посредством использования тока записи для сохранения битового значения. Ячейка 2700 MTJ может представлять собой ячейку памяти в пределах матрицы памяти, такой как магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), N-канальная кэш-память, энергонезависимое запоминающее устройство, другие устройства памяти или их комбинация.
[00111] Стек 2708 MTJ содержит первую боковую стенку 2740, нижнюю стенку 2750, вторую боковую стенку 2760 и третью боковую стенку 2770 (продемонстрирована в полуразрезе). Каждая из боковых стенок 2740, 2760 и 2770, а также нижняя стенка 2750, проводит соответствующий магнитный домен, выполненный с возможностью представлять битовое значение. Стек 2708 MTJ является соединенным с битовой шиной 2720 через верхний электрод 2710. Первая боковая стенка 2740 стека 2708 MTJ является соединенной с первым переключателем 2726 через нижний электрод 2706. Первый переключатель 2726 содержит первый вывод 2725, соединенный с первым участком нижнего электрода 2706, управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2722, и второй вывод 2724, соединенный с первой линией истока (SL1). Вторая боковая стенка 2760 является соединенной со вторым переключателем 2738 через нижний электрод 2706. Второй переключатель 2738 содержит третий вывод 2737, соединенный со вторым участком нижнего электрода 2706, второй управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2722, и четвертый вывод 2736, соединенный со второй линией истока (SL2). Третья боковая стенка 2770 является соединенной с третьим переключателем 2730 через нижний электрод 2706. Третий переключатель 2730 содержит пятый вывод 2729, соединенный с третьим участком нижнего электрода 2706, смежным с третьей боковой стенкой 2770, третий управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2722, и шестой вывод 2728, соединенный с третьей линией истока (SL3). Нижняя стенка 2750 является соединенной с четвертым переключателем 2734 через нижний электрод 2706. Четвертый переключатель 2734 содержит седьмой вывод 2733, соединенный с четвертым участком нижнего электрода 2706, смежным с нижней стенкой 2750, четвертый управляющий вывод, соединенный с числовой шиной 2722, и восьмой вывод 2732, соединенный с четвертой линией истока (SL4).
[00112] В конкретном варианте осуществления каждая из линий истока (SL1, SL2, SL3 и SL4) может быть соединена с общим источником мощности. В другом конкретном варианте осуществления каждая из линий истока (SL1, SL2, SL3 и SL4) может быть соединена с различными источниками мощности. В конкретном варианте осуществления первый, второй, третий и четвертый переключатели 2726, 2730, 2734 и 2738 могут быть активированы с целью считывания и/или записи данных из и в ячейку 2700 MTJ. В другом конкретном варианте осуществления первый, второй, третий и четвертый переключатели 2726, 2730, 2734 и 2738 являются соединенными с соответствующими числовыми шинами, которые могут быть выборочно активированы с целью считывания и/или записи данных из и в ячейку 2700 MTJ.
[00113] Фиг.28-29 иллюстрируют блок-схему последовательности операций конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры магнитного туннельного перехода (MTJ) для хранения множества битов. В общем глубина канавки для формирования структуры MTJ является строго управляемой. Производится нанесение пленки MTJ, и происходит управление толщиной верхнего электрода с целью формирования поворотных зазоров без швов. Процесс магнитного отжига прилагается по двум величинам (например, по направлениям (а) и (b) согласно фиг.3, 6, 9 или 12, с целью разметки нижнего и латерального магнитных доменов с закрепленным направлением магнитного поля). Посредством управления формой ячейки и глубиной ячейки таким образом, что длина является большей, чем ширина, и ширина является большей, чем глубина, может быть управляемым направление магнитных полей в пределах ячейки MTJ. В конкретном примере учет аспектного отношения длины к ширине и ширины к глубине по большим показателям может сделать нижние домены MTJ и магнитные MTJ домены боковых стенок более изотропными. В конкретном варианте осуществления структура стека MTJ определяется посредством глубокой канавки, упрощающей фотохимический процесс и травление в течение формирования.
[00114] На этапе 2802 способ содержит размещение и структурирование нижнего металлического проводника. Если используется процесс насечки, структурирование нижнего проводника должно совмещаться с формированием нижнего переходного отверстия. Продолжая на этапе 2804, размещается пленка межслойного диэлектрического слоя (ILD) и выполняется химико-механическая полировка (CMP). Размещается слой покрывающей пленки. Переходя к этапу 2806, если схемное устройство содержит нижнее переходное соединение, способ переходит к этапу 2808, и нижнее переходное отверстие открывается, заполняется и выполняется процесс химико-механической полировки (CPM) отверстия. На этапе 2806, если схемное устройство не содержит нижнего переходного соединения, способ пропускает этап 2808 и переходит к этапу 2810. На этапе 2810 размещаются пленка IDL и слои покрывающей пленки. Переходя к этапу 2812, структурируется и протравливается канавка магнитного туннельного перехода (MTJ), прекращаясь на слое покрывающей пленки, снимается фоторезист (PR), и канавка очищается.
[00115] Продолжаясь на этапе 2814, размещаются нижний электрод, слои пленки MTJ и верхний электрод, а также выполняется магнитный отжиг. Переходя на этап 2816, размещается износоустойчивый фотошаблон MTJ, производится фотохимическая обработка/протравливание MTJ для остановки на нижнем электроде, снимается фоторезист (PR), и MTJ очищается. Переходя к 2820, стек MTJ обрабатывается фотохимически/протравливается для удаления одной или более боковых стенок, зачищается и очищается. Способ переходит на этап 2822.
[00116] Переходя к фиг.29, на этапе 2822, способ переходит к этапу 2924, и размещается покрывающая пленка. Переходя на этап 2926, размещается пленка IDL, и выполняется процесс CMP. Продолжаясь на этапе 2928, верхнее переходное отверстие открывается, очищается и заполняется, выполняется процесс CMP отверстия. Переходя на этап 2930, размещается и структурируется верхний металлический проводник. Если используется процесс насечки, этап 2928 переходного отверстия и этап 2930 процессов с металлом могут быть совмещены. Способ заканчивается на этапе 2932. В конкретном варианте осуществления, после размещения слоев пленки MTJ, может быть выполнен процесс магнитного отжига, такой как в горизонтальном направлении (а) и направлении (b), как обозначено на фиг.3, 6, 9 и 12, с целью конфигурирования закрепленных магнитных доменов закрепленного магнитного слоя.
[00117] Фиг.30 представляет собой блок-схему последовательности операций конкретного иллюстративного варианта осуществления способа доступа к данным, сохраненным на уникальных магнитных доменах многобитовой ячейки MTJ. На этапе 3002 данный способ содержит выборочную активацию битовой шины, соединенной с центральным электродом структуры магнитного туннельного перехода, содержащей множество боковых стенок, причем каждая из данного множества боковых стенок содержит свободный слой с целью проведения уникального магнитного домена. Продолжаясь на этапе 3004, способ содержит выборочную активацию данных одного или более двунаправленных переключателей с целью обеспечения возможности протекания тока к структуре MTJ, причем данные один или более двунаправленных переключателей являются соединенными с соответствующими боковыми стенками из множества боковых стенок и соединенными с источником мощности. В конкретном варианте осуществления двунаправленный переключатель может также быть соединен с нижней стенкой. В конкретном варианте осуществления данный двунаправленный переключатель может быть соединен с множеством источников мощности. Переходя к этапу 3006, в течение операции чтения, способ содержит определение значения данных, соединенного с каждым из уникальных магнитных доменов на основе сопротивления, соединенного с путем тока. Переходя к этапу 3008, в течение операции записи, способ содержит управление направлением тока через структуру MTJ посредством каждого из одного или более переключателей с целью выборочного управления магнитной коррекцией в пределах свободного слоя выборочных магнитных доменов, причем данное магнитное направление является связанным с битовым значением. Способ заканчивается на этапе 3010.
[00118] Фиг.31 представляет собой структурную диаграмму иллюстративного устройства связи 3100, содержащего матрицу памяти ячеек MTJ 3132 и кэш-память ячеек MTJ 3164, соединенных с процессором, таким как цифровой сигнальный процессор (DSP) 3110. Данное устройство связи 3100 также содержит устройство магниторезистивной оперативной памяти с произвольным доступом (MRAM) 3166, соединенное с процессором DSP 3110. В конкретном примере матрица памяти ячеек MTJ 3132, кэш-память ячеек MTJ 3164 и устройство MRAM 3166 содержат множество ячеек MTJ, причем каждая ячейка MTJ выполнена с возможностью хранения множества независимых битовых значений, как описано со ссылкой на фиг.1-30.
[00119] Фиг.31 также демонстрирует контроллер дисплея 3126, соединенный с цифровым сигнальным процессором 3110 и дисплеем 3128. Кодер/декодер (CODEC) 3134 также может быть соединен с цифровым сигнальным процессором 3110. Динамик 3136 и микрофон 3138 могут быть соединены с кодером/декодером 3134.
[00120] Фиг.31 также показывает, что беспроводной контроллер 3140 может быть соединен с цифровым сигнальным процессором 3110 и с беспроводной антенной 3142. В конкретном варианте осуществления устройство ввода 3130 и источник питания 3144 соединены с системой на кристалле 3122. Более того, в конкретном варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг.31, дисплей 3128, устройство ввода 3130, динамик 3136, микрофон 3138, беспроводная антенна 3142 и источник питания 3144 являются внешними относительно системы на кристалле 3122. Однако каждое из устройств может быть соединено с компонентом системы на кристалле 3122, таким как интерфейс или контроллер.
[00121] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные иллюстративные логические блоки, конфигурации, модули, схемы и алгоритмические этапы, описанные в связи с вариантами осуществления настоящего изобретения, могут быть выполнены в виде электронного аппаратного оборудования, компьютерного программного обеспечения или комбинации того и другого. Для ясной иллюстрации этой взаимозаменяемости аппаратного оборудования и программного обеспечения выше были в общих чертах описаны различные иллюстративные компоненты, блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы с точки зрения их функциональности. Будет ли такая функциональность выполнена в виде аппаратного оборудования или программного обеспечения, зависит от конкретного варианта осуществления и ограничений по конструкции, накладываемых на всю систему. Специалисты могут выполнить описанную функциональность различными способами для каждого конкретного варианта осуществления, но такие решения по реализации не должны рассматриваться как выходящие за рамки описываемого изобретения.
[00122] Приведенное описание раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения призвано обеспечить специалисту в области техники возможность выполнения или использования раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения. Различные модификации данных вариантов осуществления будут явно очевидны для специалистов, и основные принципы, описанные в настоящем изобретении, могут быть применены к другим вариантам осуществления, без изменения объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не предназначено быть ограниченным описанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в нижеследующей формуле изобретения.
1. Структура магнитного туннельного перехода (MTJ), содержащая: ячейку MTJ, содержащую множество боковых стенок, проходящих, по существу, под прямым углом к поверхности подложки, причем каждая из множества боковых стенок содержит свободный слой для проведения уникального магнитного домена, причем каждый из уникальных магнитных доменов выполнен с возможностью хранения цифрового значения; и нижнюю стенку, соединенную с каждой из множества боковых стенок, причем данная нижняя стенка проходит, по существу, параллельно к поверхности подложки, причем данная нижняя стенка содержит свободный слой.
2. Структура MTJ по п.1, в которой стенка магнитного домена формируется в пределах свободного слоя между каждой из множества боковых стенок, и в которой стенка магнитного домена формируется в пределах свободного слоя между каждой из множества боковых стенок и нижней стенкой, причем данные стенки магнитных доменов выполнены с возможностью изолировать уникальные магнитные домены.
3. Структура MTJ по п.1, в которой глубина по меньшей мере одной из множества боковых стенок от одного края боковой стенки до противоположного края является меньшей, чем расстояние между по меньшей мере двумя из множества боковых стенок.
4. Структура MTJ по п.1, дополнительно содержащая электрод, соединенный с ячейкой MTJ, причем данный электрод выполнен с возможностью приложения электрического тока с целью считывания данных с или записи данных на ячейку MTJ.
5. Структура MTJ по п.1, в которой глубина каждой из множества боковых стенок от одного края боковой стенки до противоположного края является меньшей, чем длина каждой из множества боковых стенок.
6. Структура MTJ по п.1, в которой ячейка MTJ содержит первую боковую стенку, обладающую первым магнитным доменом, вторую боковую стенку, обладающую вторым магнитным доменом, и третью боковую стенку, обладающую третьим магнитным доменом.
7. Структура MTJ по п.6, в которой нижняя стенка, соединена с первой, второй и третьей боковыми стенками, свободный слой нижней стенки для проведения четвертого магнитного домена.
8. Структура MTJ по п.7, дополнительно содержащая первую структуру вывода, соединенную с первой боковой стенкой, вторую структуру вывода, соединенную со второй боковой стенкой, третью структуру вывода, соединенную с третьей боковой стенкой, и четвертую структуру вывода, соединенную с нижней стенкой.
9. Структура MTJ по п.1, в которой ячейка MTJ является, по существу, U-образной.
10. Структура магнитного туннельного перехода (MTJ), содержащая: ячейку MTJ, содержащую множество боковых стенок, причем данные множество боковых стенок содержат первую боковую стенку, содержащую первый свободный слой для проведения первого магнитного домена с целью представления первого бита данных, и содержат вторую боковую стенку, содержащую второй свободный слой для проведения второго магнитного домена с целью представления второго бита данных; и нижнюю стенку, соединенную с каждой из множества боковых стенок, причем нижняя стенка содержит третий свободный слой для проведения третьего магнитного домена с целью представления четвертого бита данных.
11. Структура MTJ по п.10, в которой первая боковая стенка является, по существу, перпендикулярной второй боковой стенке.
12. Структура MTJ по п.10, в которой первый магнитный домен проходит в первом направлении, являющемся, по существу, параллельном к поверхности подложки, и в которой второй магнитный домен проходит во втором направлении, являющемся, по существу, параллельном к поверхности подложки.
13. Структура MTJ по п.10, в которой первый магнитный домен проходит в направлении, являющемся, по существу, параллельном к плоской поверхности подложки, и в которой второй магнитный домен проходит в направлении, являющемся, по существу, перпендикулярном к плоской поверхности подложки.
14. Структура MTJ по п.11, в которой множество боковых стенок дополнительно содержат:
третью боковую стенку, содержащую четвертый свободный слой для проведения четвертого магнитного домена с целью представления третьего бита данных.
15. Структура MTJ по п.14, в которой ячейка MTJ дополнительно содержит центральный электрод, непосредственно приближенный к и расположенный на приблизительно равном расстоянии от каждой из множества боковых стенок и нижней стенки.
16. Структура MTJ по п.15, в которой толщина центрального электрода представляет приблизительно половину от разницы между шириной ячейки MTJ минус ширина двух противоположных боковых стенок из множества боковых стенок.
17. Структура MTJ по п.15, дополнительно содержащая: первый вывод, соединенный с центральным электродом; второй вывод, соединенный с первой боковой стенкой; третий вывод, соединенный со второй боковой стенкой; четвертый вывод, соединенный с третьей боковой стенкой; и пятый вывод, соединенный с нижней стенкой.
18. Структура MTJ по п.10, дополнительно содержащая: первый вывод, соединенный с первым магнитным доменом; второй вывод, соединенный со вторым магнитным доменом; и третий вывод, соединенный с центральным электродом; причем данный первый вывод, данный второй вывод и данный третий вывод выполнены с возможностью обмена данными с целью выборочной записи данных на и считывания данных с первого и второго магнитных доменов.
19. Магниторезистивная оперативная память с произвольным доступом (MRAM), содержащая: матрицу ячеек магнитного туннельного перехода (MTJ), причем каждая из ячеек MTJ содержит множество боковых стенок, причем каждая из множества боковых стенок содержит свободный слой для проведения соответствующего независимого магнитного домена, выполненного с возможностью хранения цифрового значения; и нижнюю стенку, соединенную с каждой из множества боковых стенок, причем данная нижняя стенка проходит, по существу, параллельно к поверхности подложки, причем данная нижняя стенка содержит свободный слой.
20. Память MRAM по п.19, в которой каждая из ячеек MTJ содержит четыре независимых магнитных домена.
21. Память MRAM по п.19, в которой каждая ячейка MTJ содержит: первую боковую стенку, содержащую первый свободный слой для проведения первого магнитного домена, выполненного с возможностью хранения первого бита; вторую боковую стенку, содержащую второй свободный слой для проведения второго магнитного домена, выполненного с возможностью хранения второго бита; третью боковую стенку, содержащую третий свободный слой для проведения третьего магнитного домена, выполненного с возможностью хранения третьего бита; и при этом, нижняя стенка каждой ячейки MTJ, включает в себя четвертый свободный слой для проведения четвертого магнитного домена, выполненного с возможностью хранения четвертого бита.
22. Память MRAM по п.21, дополнительно содержащая: первый переключатель, соединенный с первой боковой стенкой; второй переключатель, соединенный со второй боковой стенкой; третий переключатель, соединенный с третьей боковой стенкой; четвертый переключатель, соединенный с нижней стенкой; битовую шину, соединенную с центральным электродом, ближайшим к каждой из боковых стенок; и числовую шину, соединенную с каждым из первого, второго, третьего и четвертого переключателей, причем числовая шина предназначена выборочно активировать по меньшей мере один из первого, второго, третьего и четвертого переключателей с целью считывания данных из и записи данных в ячейку MTJ.
23. Память MRAM по п.22, дополнительно содержащая: первую линию истока, соединенную с первым переключателем с целью выборочного приложения первого тока к первой боковой стенке; вторую линию истока, соединенную со вторым переключателем с целью выборочного приложения второго тока ко второй боковой стенке; третью линию истока, соединенную с третьим переключателем с целью выборочного приложения третьего тока к третьей боковой стенке; и четвертую линию истока, соединенную с четвертым переключателем с целью выборочного приложения четвертого тока к нижней стенке; причем по меньшей мере один из первого, второго, третьего и четвертого токов являются приложенными в течение операции записи данных.
24. Память MRAM по п.19, в которой форма каждой из ячеек MTJ является, по существу, U-образной.
