メモリセルであって、複数の磁気ドメインを有する強磁性自由層を含む磁気トンネル接合MTJを備え、前記複数の磁気ドメインの各々は、前記MTJの論理状態として読出される予め定められた磁化に独立してプログラム可能である、メモリセル。前記自由層の第1の領域に第1のドメインが存在し、前記第1の領域は、第2のドメインが存在する第2の領域よりも幅広である、請求項1に記載のメモリセル。前記第1および第2の領域は、形状異方性のために独立した磁気ドメインを保持する、請求項2に記載のメモリセル。前記第1の領域は、直角の切り込み部で前記第2の領域の第2の幅に移行する第1の幅を有する、請求項2に記載のメモリセル。前記第1の領域は、連続的な曲線側壁で前記第2の領域の第2の幅に移行する第1の幅を有する、請求項2に記載のメモリセル。前記MTJは、前記自由層の領域と同じ幅を有する固定層およびトンネル接合を有する、請求項1に記載のメモリセル。前記第1の領域は、前記第2の領域よりも低い磁気保磁力を有する、請求項2に記載のメモリセル。予め定められた異なる磁化が、異なるプログラミング電流で前記ドメインにプログラムされる、請求項1に記載のメモリセル。前記第1および第2の領域は横方向に隣接し、各々がトンネル接合層に接触する、請求項2に記載のメモリセル。前記磁気ドメインは並列抵抗として読出される、請求項1に記載のメモリセル。前記第1および第2の領域は連続的な曲線側壁を有する、請求項2に記載のメモリセル。複数の磁気ドメインを有する強磁性自由層を含む磁気トンネル接合MTJを提供するステップと、独立してプログラム可能な前記ドメインの予め定められた磁化を前記MTJの論理状態として読出すステップとを備える、方法。第1および第2のMTJに非接触で隣接するワード線を流れる電流によって磁束が発生する、請求項12に記載の方法。磁束は、予め定められた閾値よりも小さい、請求項12に記載の方法。予め定められた閾値よりも大きい第2の磁束が、前記ドメインを共通の磁化にプログラムする、請求項12に記載の方法。第1の磁束は第1の方向に流れ、前記第2の磁束は反対の第2の方向に流れる、請求項15に記載の方法。前記磁気ドメインは、前記第2の磁束、およびその後の前記第1の磁束の連続的な通過によって、反対の磁化にプログラムされる、請求項15に記載の方法。前記MTJは、前記MTJの同時読出を選択的に可能にする選択装置に結合される、請求項12に記載の方法。メモリセルであって、形状異方性のために異なる磁気保磁力を有する横方向に隣接した第1および第2の領域に対応する複数の磁気ドメインを有する強磁性自由層を含む磁気トンネル接合MTJを備え、磁気ドメインの各々は、前記MTJの論理状態として読出される予め定められた磁化に独立してプログラム可能である、メモリセル。前記第1および第2の領域の各々はトンネル接合に接触し、かつそれぞれの第1および第2の幅を有し、前記第1の幅は、前記トンネル接合および前記MTJの固定層の共通の幅と一致する、請求項19に記載のメモリセル。さまざまな実施形態に従って、磁気トンネル接合MTJは、予め定められた磁化に各々が独立してプログラム可能な複数の磁気ドメインを有する強磁性自由層を含む。そして、これらの磁化は、MTJの異なる論理状態として読出され得る。本発明のさまざまな実施形態を特徴付けるこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を考慮して理解され得る。詳細な説明本開示内容は概して、マルチビット不揮発性磁気メモリセルに関する。ソリッドステート不揮発性メモリは、フォームファクタが低下し続ける中で信頼性のあるデータ記憶およびより速いデータ転送速度を提供することを目的とした開発中の技術である。しかし、そのようなソリッドステートメモリは、セル密度が低くプログラミング要求事項が多数あるために実際の応用は限られ得る。データ記憶装置のサイズが小さくなるにつれ、多数のプログラミング要求事項によって隣接セルの揮発性が高まり得、これはメモリセルの読出可能性および書込可能性の低下に相当する。したがって、予め定められた磁化に各々が独立してプログラム可能な複数の磁気ドメインを有する強磁性自由層を含む第1の磁気トンネル接合MTJを有するメモリセルは、プログラミング要求事項を減少させつつセルの高密度化をもたらす。複数の磁気ドメインによって複数の磁化を記憶することができ、複数の磁化は、MTJの固定層に関して、複数の論理状態として読出され得る。単一のMTJのデータ容量がこのように増加するため、多数のMTJのアレイによってデータ記憶装置におけるさまざまな動作に対する集積密度を高めることができる。図1は、本発明のさまざまな実施形態に従って構成され動作する、データ記憶装置100の機能ブロック図を示す。データ記憶装置は、PCMCIAカードまたはUSB型外部メモリ装置などの、携帯型不揮発性メモリ記憶装置を含むと考えられる。しかし、装置100のこのような特徴化は特定の実施形態を示すために過ぎず、請求項の主題を限定していないことが認識されるであろう。装置100のトップレベル制御は、プログラム可能な、またはハードウェアベースのマイクロコントローラであり得る、好適なコントローラ102によって実行される。コントローラ102は、コントローラインターフェイスI/F回路104およびホストI/F回路106を介してホスト装置と通信する。必要なコマンド、プログラミング、演算データなどの局所的な記憶は、ランダムアクセスメモリRAM108および読出専用メモリROM110を介して提供される。バッファ112は、ホスト装置からの入力書込データ、およびホスト装置に転送するまでのリードバックデータを一時的に記憶するように作用する。メモリ空間が、多数のメモリアレイ116アレイ0~Nとして示すを含むとして114で示されるが、所望に応じて単一アレイを利用してもよいことが認識されるであろう。各アレイ116は、選択された記憶容量の磁気半導体メモリのブロックを含む。コントローラ102とメモリ空間114との間の通信は、メモリMEMI/F118を介して調整される。所望に応じて、オンザフライ誤り検出訂正EDCエンコーディングおよびデコーディング動作が、EDCブロック120によってデータ転送時に実行される。限定されないが、いくつかの実施形態では、図1に示すさまざまな回路は、好適なカプセル化、収納および相互接続フィーチャ分かりやすくするために別個に図示せずを用いて1つ以上の半導体ダイ上に形成される単一チップセットとして構成される。装置を動作させるための入力電力は、好適な電力管理回路122によって処理され、バッテリ、AC電力入力からなどの好適な電源から供給される。電力はさらに、USB型インターフェイスなどを用いることなどによって、ホストから装置100に直接的に供給することもできる。たとえば、ユーザデータの512バイトに加えて、ECC、スペアリング、ヘッダ情報などのためのオーバーヘッドバイトのようなデータが固定サイズブロック内に配置および記憶される論理ブロックアドレッシングLBAなどの、任意の数のデータ記憶および転送プロトコルが利用され得る。ホストコマンドはLBAとして発行され得、装置100は対応するLBA-PBA物理ブロックアドレス変換を実行して、データを記憶および検索すべき関連の場所を識別して処理し得る。図2は、図1のメモリ空間114の選択された局面の概略図を示す。データは、さまざまな行ワードおよび列ビット線によってアクセス可能な、メモリセル124の行列配列として記憶される。セルおよびセルへのアクセス回線の実際の構成は、所与のアプリケーションの要求事項に依存する。しかし、一般に、さまざまな制御線は、個別セルの値のそれぞれの書込および読出を選択的に可能および不能にするイネーブル線を一般に含むことが認識されるであろう。制御論理126は、多重回線バス経路128、130および132に沿ってデータ、アドレス情報および制御/状態値をそれぞれ送受信する。XおよびYデコーディング回路134、136は、適切なセル124にアクセスするための適切な切替および他の機能を提供する。書込回路138は、セル124にデータを書込むための書込動作を実行するように動作する回路要素を表わし、読出回路140は、それに対応してセル124からリードバックデータを得るように動作する。転送データおよび他の値の局所的なバッファリングは、1つ以上の局所レジスタ144を介して提供され得る。この時点で、図2の回路は例示的な性質のものに過ぎず、所与のアプリケーションの要求事項に依存して任意の数の代替的な構成が所望に応じて容易に利用され得ることが認識されるであろう。図3に概略的に示されるように、データはそれぞれのメモリセル124に書込まれる。一般に、書込電源146は、たとえば電力、電圧、磁化などの形態で必要な入力を印加して、メモリセル124を所望の状態に設定する。図3はビット書込動作の代表的な図に過ぎないことが認識され得る。書込電源146、メモリセル124、および基準ノード148の構成は、選択された論理状態を各セルに書込むことができるように好適に操作され得る。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、メモリセル124は変更された磁気およびスピントルクランダムアクセスメモリMRAMおよびSTRAM構成を取り、この場合、書込電源146は、メモリセル124を介して接地などの好適な基準ノード148に接続された電流ドライバとして特徴付けられる。書込電源146は、MRAMセルの近傍を通るワード線を流れる電流を提供する。ワード線からの磁束によって磁場が作り出され、これによってメモリセル124の磁気モーメントの配向が変化する。磁気モーメントの方向に依存して、セル124は、比較的低い抵抗RLまたは比較的高い抵抗RHのいずれか一方を取り得る。限定されないが、例示的なRLの値は約100オームΩの範囲内にあり得るのに対して、例示的なRHの値は約100KΩの範囲内にあり得る。これらの値は、その後の書込動作によって状態が変化するような時まで、それぞれのセルによって保存される。限定されないが、本実施例では、高い抵抗値RHはセル124による論理1の記憶を示し、低い抵抗値RLは論理0の記憶を示すと考えられる。各セル124によって記憶された論理ビット値は、図4に示されるような態様で決定され得る。読出電源150は、適切な入力たとえば選択された読出電圧をメモリセル124に印加する。セル124を流れる読出電流IRの量は、セルの抵抗それぞれRLまたはRHの関数となる。メモリセル両端の電圧降下電圧VMCは、経路152を介して比較器センスアンプ154の正入力によって検知される。好適な基準電圧基準VREFなどが、基準電源156から比較器154の負-入力に供給される。電圧基準VREFは、メモリセル124両端の電圧降下VMCが、セルの抵抗がRLに設定されている場合はVREF値よりも低くなるように、かつセルの抵抗がRHに設定されている場合はVREF値よりも高くなるように、さまざまな実施形態から選択され得る。このようにして、比較器154の出力電圧レベルは、メモリセル124によって記憶された論理ビット値0または1を示す。図5Aおよび図5Bは、本発明のさまざまな実施形態に従った例示的な不揮発性メモリセル160および180を概略的に示す。図5Aでは、メモリセル160は、トンネル接合166によって分離された強磁性自由層162および磁性固定層164を有する。自由層162は、各々が独立磁気ドメインを有する、横方向に隣接した第1および第2の領域168および170を有するように構成される。示されるように、自由層162は、単一ユニットとして、または、領域168および170の各々がトンネル接合166に接触しているため個別にプログラム可能であり読出し可能である独立ドメインを生じさせる連続層として構成され得る、共通材料からなる連続的な層である。自由層162はさらに、複数の安定した独立ドメインの保存に寄与する、予め定められた寸法および特徴を有して構成され得る。第1および第2の領域168および170は、それぞれのドメインを維持する際の形状異方性を利用して異なるサイズおよび形状で構成され得る。同様に、自由層162の領域168および170は、領域168および170の異なる保磁力の設定に寄与する、オレンジピール結合や可変材料などのさまざまな特徴を有し得る。複数の磁気ドメインを用いて自由層162を構成することによって、各磁気ドメインにさらなる独立性を提供し得る領域168と170との間に存在し得る1つ以上のドメイン壁をもたらし得る。認識され得るように、メモリセル160は図5Aに示される配向に限定されない。実際は、所望に応じてさまざまな構成要素の層を移動および変更して、自由層162の二重磁気ドメインに関するさまざまな動作特性を提供することができる。たとえば、トンネル接合166のサイズおよび材料の両方を変更して、磁束およびスピントルク電流などのさまざまなプログラミング技術によってメモリセル160から論理状態を読出し、メモリセル160に論理状態を書込むことができる。いくつかの実施形態では、トンネル接合166は、メモリセル160がスピントルク電流または磁束でプログラムされることを可能にするMgO化合物である。図5Bのメモリセル180は、トンネル接合190に接触し、かつ個別にプログラム可能な独立磁気ドメインを提供しつつ、自由層182ならびに領域184および186の形状および寸法がどのように変化し得るかを示す。第1および第2の領域184および186は、図5Aに示される領域168および170から変更されており、領域168および170と同じまたは異なる態様で作られ得る。具体的には、第1の領域184から第2の領域186への移行は、メモリセル160の切り込まれた90度の移行とは異なる、連続的な曲線である。このような曲線移行は自由層182を中心として径方向に延在し得、領域184および186の磁化を分離するように構成され得る。領域184および186の寸法も、第1の領域184と比べて第2の領域186のサイズを大きくすることによって、メモリセル160から変化している。増大した厚みおよび幅は、それぞれの磁気ドメインの独立性の維持に役立つ形状異方性および他の磁化安定装置によるものであり得る。自由層182の寸法の変化によって、領域184および186が、2つの独立した論理状態をセル180にプログラムするのに役立つ異なる保磁力を用いてさらに構成される。すなわち、予め定められた閾値よりも高いプログラミング電流は両領域の磁化を設定するが、当該閾値よりも低い電流は保磁力がより低いため第1の領域184のみを設定する。認識され得るように、メモリセル160および180の各々は、電極、シード層、制御線などの、任意の数の他の層や材料を含み得る完全なメモリセルの磁気トンネル接合MTJ部分を表わす。また、メモリセル160および180のそれぞれの固定層164および188は、磁束の存在下で予め設定された磁化を予め定められた閾値よりも高くまたは低く維持する、反強磁性AFM材料などの単一層、合成反強磁性構造などの積層体、または磁性自由層に結合されたAFMなどの層の組合せであり得る。図6は、シード層194に強磁性自由層192が堆積された例示的なメモリセル190の一部を等角的に示す。シード層194は、自由層192を最適に成長または堆積するための表面に、形状および寸法が異なる第1および第2の領域196および198を提供し得る。示されるように、各領域196および198は、狭窄したスロットル領域200で交わる連続的な曲線周囲を有し、スロットル領域200は、いずれのドメイン壁もスロットル領域200に局所化することによって、各領域の独立磁気ドメイン同士の間の磁気干渉を最小化する。領域196と198との間の磁気干渉はさらに、それぞれの領域のサイズの違いによって抑制される。すなわち、第2の領域198と比べて第1の領域196の方が表面積が小さいため、さまざまなプログラミングおよび読出動作全体にわたって独立性を確保する個別の磁気ドメインが促進される。領域196および198のこのようなサイズ決めは、選択された領域のみをプログラムする際に動作上の利点を提供する、可変抵抗および磁気保磁力に対応し得る。自由層192は、X軸およびY軸に沿って測定される横方向に隣接した領域196および198を有するが、シード層は除去することができ、X軸およびZ軸に沿って測定される垂直方向に隣接した領域196および198を有する、図5Bのセル180のようなメモリセル内に自由層が実現できるため、そのような構成に限定されない。横方向または垂直方向の実行例に関わらず、自由層192の形状およびサイズ特性によって、安定性が向上した二重磁気ドメインが提供される。図7は、セルから論理状態を読出し、セルに論理状態を書込むために用いるさまざまな制御線を含むメモリセル210を概略的に示す。図7の構成は、自由層214の一方または両方のドメインの磁化を設定する磁束に対応するワード線212を流れる電流を提供することに向けられる。しかし、セル210は代替的に、読出線216からソース線218まで自由層214を流れる電流でプログラムされてもよい。いくつかの実施形態では、ワード線からの磁束によってセル210がプログラムされ、読出線216からの電流を用いてプログラムされた論理状態が読出される。動作時、セル210を流れる電流が予め定められた閾値よりも低い場合、自由層214の第1の領域220の第1の磁気ドメインが設定されるが、第2の領域222の第2のドメインは変化しない。このような選択的なプログラミングは、形状異方性による磁気保磁力の差に起因し、予め定められた閾値よりも高い電流で両方のドメインをプログラムすることができる。したがって、セル210を流れる電流を制御することによって、自由層214の一方または両方のドメインをプログラムすることができる。自由層214のドメインの選択的なプログラミングによって、データの複数のビットを、異なる論理状態としてセル210に記憶することができる。セル210に読出電流を流すと、トンネル接合226によって自由層214から分離された固定層224に関する抵抗が出力される。この読出抵抗は、自由層214の複数のドメインのうちの1つの抵抗である。セル210では、各ドメインの配向に依存して、4つの可能性のある抵抗が読出電流によって出力され得る。認識され得るように、独立ドメインおよび領域の数が増えるにつれ、より多量のデータが記憶され、より多くの抵抗として出力され得る。メモリセル210は図7に示される構成に限定されないが、ワード線212は、いくつかの実施形態では、磁気ドメインの平面に垂直な軸に沿って延在する。したがって、ドメインを図7に示されるような水平面、またはドメインが垂直方向に延在する垂直面のいずれか一方に方向付けると、ワード線212の縦軸に垂直な磁気構成が提供される。さまざまな他の構造上および動作上の変更がセル210になされ得る。1つのそのような例が図8に与えられており、この図は、セル230を流れる電流で書込まれ、かつ読出されるように構成された例示的なメモリセル230を示す。論理状態プログラミングを制御する非接触ワード線212を有する図7のセル210とは異なり、セル230は、MTJ234に接触し、かつ読出電流およびプログラミング電流の両方を提供するように動作する、単一の制御線232を有する。制御線232からの電流は、選択装置236を起動する選択電流とともに動作して、制御線とソース線238との間の回路を完成させ得る。選択装置236を含むことによって、セル230を図2のクロスポイント型アレイのようなアレイを実現することができ、所望に応じてセル230を個別にプログラムしたり読出すことができる。読出時、MTJ234の二重独立磁気ドメインの存在は、並列接続された2つの独立MTJとして動作する。すなわち、MTJ234の自由層の多数の独立磁気ドメインは実質的に、並列接続された別個のMTJとして作用する。したがって、セル230におけるいずれの読出抵抗も評価されて、MTJの直列接続とは対照的な並列接続に関する出力抵抗を分析することによって各独立磁気ドメインのプログラムされた論理状態が決定される。図9Aおよび図9Bは、図5、図7および図8のメモリセルなどのメモリセルの論理状態を読出す例示的なグラフ図を示す。図9Aは、必要な電流および抵抗を基準として表わされるさまざまな論理状態を有する例示的なメモリセルを読出す動作グラフである。自由層の独立磁気ドメインの各々にプログラムされた論理状態に依存して、読出電流によって出力されるセルの抵抗は変化し、各ドメインのプログラムされた磁化を識別する。セルの最低出力抵抗は、自由層240内に示されるように、共通方向に設定された両方のドメインに対応し、この抵抗は、各ドメインの論理状態を決定するために、並列接続されたドメインに関して評価され得る組合せ抵抗として点Aで読出され得る。点Bでは、自由層242によって示される、ドメインについての反対の磁化に対応する、より高い抵抗を経験する。より高い抵抗に続いて、自由層244によって表わされる点Cは、2つのドメインのうちの強い方が自由層の形状異方性によって定まる困難磁気配向に設定される、反対の磁化を有する。点Dは同様に、セルの可能な限り高い読出抵抗に非同時に対応する、自由層246内に示されるような、困難磁気配向に設定された両方のドメインを有する。図9Bは、出力抵抗を評価して各ドメインの磁化を決定することを可能にする、所与の抵抗についての各論理状態の分離を示す。このような抵抗分離がなければ、出力抵抗は各ドメインの特定の磁化に確実に対応しないであろう。さまざまなドメイン磁化は共通の読出電流で決定することができるが、上述のように、磁化をドメインの1つ以上にプログラムするには、予め定められた閾値よりも高い電流および閾値よりも低い電流の双方を用いる必要があり得る。例示的なセル動作ルーチン250のフローチャートを図10に示す。ルーチン250は、セル352によって概略的に示されるように、個別にプログラム可能であり独立した磁気ドメインを強磁性自由層353に提供することによって開始する。なお、セル352の複数のドメインは異なる長さの矢印として表わされており、セル352のシード層は任意であり、メモリセルを構成または動作させるために必須ではない。すなわち、ルーチン250に関連して示される矢印の長さは、形状異方性による複数のドメインの異なる磁化などの、可変磁気強度に対応する。次にステップ254において、セル354内に示されるように、トンネル障壁および固定層355を自由層に堆積する。ステップ254の後、磁場または自由層353を流れる電流のいずれか一方でプログラム可能および読出可能なMTJを形成する。ステップ254の後、決定256によって、自由層のドメインの各々についての所望の磁気配向が決定される。自由層353は3つ以上のドメインを有して構成され得るが、2つのドメインの存在は4つの論理状態の組合せ01、11、10および00に対応する。決定256において論理状態の組合せ11または01が決定されるとステップ258に進み、セル358内に示されるように、予め定められた閾値よりも高い正電流がセルを流れる。このような強い正電流によって、自由層の両方のドメインを論理状態′′1′′にプログラムするのに十分大きな磁束が発生する。決定256から組合せ01が所望された場合、ステップ260において、予め定められた閾値よりも低い負電流が自由層353を流れ、一方のドメインの磁化に影響を与えることなく他方のドメインの磁化を設定する。いくつかの実施形態では、ステップ260でプログラムされたドメインは、セル360によって示されるように、より低い磁気保磁力を有する自由層353のより小さな部分に対応する。認識され得るように、正および負電流の使用は、もっぱらワード線を流れる電流の方向に関し、電流が負の値を有することを要求するものではない。セル358によって示されるように、負電流および対応する負の磁束は、正電流および磁束に対して反対方向に流れるに過ぎない。ルーチン250は異なるメモリセルに進んで再び開始してもよいし、ステップ254で与えられたのと同一のセルが決定256に戻って、ステップ260の後に異なる論理状態の組合せに再プログラムされてもよい。00または10が所望の論理状態の組合せである場合、ルーチン250は決定256からステップ262に進み、セル362内に示されるように、予め定められた閾値よりも高い負電流が発生して、両方のMTJを論理状態0にプログラムする。ステップ364において、予め定められた閾値よりも低い正電流がさらに流れて、自由層353の一方のドメインを論理状態1にプログラムするが、セル364内に示されるように、他方のドメイン領域は変化しない。なお、プログラミングルーチン250は、図10に示されるステップおよび対応する例示的なメモリセルに限定されない。所望に応じて、さまざまなステップを変更および省略したり、新たなステップを追加することができる。たとえば、決定256は、論理状態が連続的にプログラムおよび再プログラムされる際に、同一のメモリセルについて不特定回数繰返され得る。別の例示的な変更例では、負電流が論理状態1を生成し、負の状態が論理状態0をプログラムするように、すべての正および負の電流規定を反対にしてもよい。当業者によって認識され得るように、本明細書中に記載されたさまざまな実施形態は、メモリセルプログラミングおよび読出効率の両方における利点を提供する。メモリセルから2ビットを同時に読出し、メモリセルに2ビットを同時に書込む能力によって、読出電流が少なくて済む。さらに、ビットのうちの1つを選択的にプログラムする能力によって、データ容量を増加させつつプログラミング電流を減少させることができる。しかし、本明細書中に記載されたさまざまな実施形態は多数の潜在的な用途を有し、特定の電子媒体の分野またはデータ記憶装置の種類に限定されないことが認識されるであろう。本発明のさまざまな実施形態の構造および機能の詳細とともに、本発明のさまざまな実施形態の多数の特徴および利点を上記の説明で述べたが、この詳細な説明は例示的なものに過ぎず、添付の請求項が表現されている用語の広範な一般的な意味によって示される範囲の及ぶ限り、本発明の原理内で特に部分の構造および構成において詳細に変更がなされ得ることを理解すべきである。