СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА НА МАГНИТНЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДАХ
METHOD OF FORMING MAGNETIC TUNNEL JUNCTION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие сущности, в общем, связано со способом формирования ячейки магнитного туннельного перехода, включающей в себя несколько поперечных магнитных доменов.
Уровень техники
В общем, широкое применение портативных вычислительных устройств и устройств беспроводной связи повышает потребность в маломощном энергонезависимом запоминающем устройстве с высокой плотностью. По мере того как технологии процесса изготовления совершенствуются, стало возможным изготовлять магниторезистивное оперативное запоминающее устройство (MRAM) на основе устройств на магнитных туннельных переходах (MTJ). Традиционные устройства на туннельных переходах с переносом спинового момента (STT) типично формируются как плоские секционные структуры. Такие устройства типично имеют двумерные ячейки на магнитных туннельных переходах (MTJ) с одним магнитным доменом. MTJ-ячейка типично включает в себя антиферромагнитный слой (AF), фиксированный магнитный слой, барьерный слой (т.е. оксидный слой для туннелирования) и свободный магнитный слой, в котором битовое значение представляется посредством магнитного поля, наводимого в свободном магнитном слое. Направление магнитного поля свободного слоя относительно направления фиксированного магнитного поля, переносимого посредством фиксированного магнитного слоя, определяет битовое значение.
Традиционно, для того чтобы повышать плотность записи данных с использованием MTJ-устройств, одна технология включает в себя уменьшение размера MTJ-устройств, чтобы размещать большее число MTJ-устройств в меньшей области. Тем не менее, размер MTJ-устройств ограничен ввиду существующей технологии процесса изготовления. Другая технология подразумевает формирование нескольких MTJ-структур в одном MTJ-устройстве. Например, в одном случае, формируется первая MTJ-структура, которая включает в себя первый фиксированный слой, первый туннельный барьер и первый свободный слой. Слой из диэлектрического материала формируется на первой MTJ-структуре, и вторая MTJ-структура формируется поверх слоя из диэлектрического материала. Такие структуры увеличивают плотность хранения в направлении по осям X-Y при одновременном увеличении размера матрицы запоминающего устройства в направлении по оси Z. К сожалению, такие структуры сохраняют только один бит в расчете на ячейку, так что плотность записи данных в направлении по осям X-Y увеличивается за счет площади в направлении по оси Z и затрат изготовления. Дополнительно, такие структуры увеличивают сложность трассировки проводов. Следовательно, имеется потребность в усовершенствованных запоминающих устройствах с большей плотностью информации в запоминающем устройстве без увеличения площади схемы каждой из MTJ-ячеек, которые могут масштабироваться вместе с технологией процесса изготовления.
Раскрытие изобретения
В конкретном варианте осуществления ячейка на магнитных туннельных переходах (MTJ) включает в себя подложку, имеющую канавку, имеющую первую боковую стенку и вторую боковую стенку. MTJ-ячейка дополнительно включает в себя первый боковой электрод, расположенный внутри канавки, смежной с первой боковой стенкой, и второй боковой электрод, расположенный внутри канавки, смежной со второй боковой стенкой. MTJ-ячейка дополнительно включает в себя структуру на магнитных туннельных переходах (MTJ), расположенную внутри канавки. MTJ-структура включает в себя фиксированный магнитный слой, имеющий магнитное поле с фиксированной магнитной ориентацией, слой туннельного перехода и свободный магнитный слой, имеющий магнитное поле с конфигурируемой магнитной ориентацией. MTJ-структура также может включать в себя антиферромагнитный слой. MTJ-структура контактирует с первым боковым электродом в первой поперечной поверхности раздела и контактирует со вторым боковым электродом во второй поперечной поверхности раздела. Свободный магнитный слой, который является смежным с первым боковым электродом, выполнен с возможностью переносить первый магнитный домен, чтобы сохранять первое цифровое значение. Свободный магнитный слой, который является смежным со вторым боковым электродом, выполнен с возможностью переносить второй магнитный домен, чтобы сохранять второе цифровое значение.
В другом конкретном варианте осуществления раскрыт способ изготовления структуры на магнитных туннельных переходах, который включает в себя этапы формирования канавки в подложке, осаждения проводящего контактного вывода внутри канавки и осаждения структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ) внутри канавки. MTJ-структура включает в себя фиксированный магнитный слой, имеющий фиксированную магнитную ориентацию, слой туннельного перехода и свободный магнитный слой, имеющий конфигурируемую магнитную ориентацию. MTJ-структура также может включать в себя антиферромагнитный слой. Фиксированный магнитный слой контактирует с проводящим контактным выводом вдоль поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки. Свободный магнитный слой, который является смежным с проводящим контактным выводом, переносит магнитный домен, выполненный с возможностью сохранять цифровое значение.
В еще одном другом конкретном варианте осуществления раскрыт способ структуры формирования магнитного туннельного перехода, который включает в себя этапы формирования канавки в подложке, при этом канавка включает в себя первую боковую стенку, вторую боковую стенку, третью боковую стенку, четвертую боковую стенку и нижнюю стенку. Способ включает в себя этапы осаждения первого проводящего контактного вывода внутри канавки рядом с первой боковой стенкой и осаждения второго проводящего контактного вывода внутри канавки. Способ дополнительно включает в себя этап осаждение структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ) внутри канавки. MTJ-структура может включать в себя антиферромагнитный слой, фиксированный магнитный слой, имеющий магнитное поле с фиксированной магнитной ориентацией, слой туннельного перехода и свободный магнитный слой, имеющий магнитное поле с конфигурируемой магнитной ориентацией. Фиксированный магнитный слой контактирует с первой, второй, третьей и четвертой боковыми стенками на соответствующих первой, второй, третьей и четвертой поперечных поверхностях раздела и контактирует с нижней стенкой на нижней поверхности раздела. Свободный магнитный слой, который является смежным с первым проводящим контактным выводом, выполнен с возможностью переносить первый магнитный домен, чтобы сохранять первое цифровое значение, а свободный магнитный слой, который является смежным со вторым проводящим контактным выводом, выполнен с возможностью переносить второй магнитный домен, чтобы сохранять второе цифровое значение.
Одно конкретное преимущество, предоставленное посредством вариантов осуществления устройства на магнитных туннельных переходах (MTJ), предоставляется в том, что несколько битов данных могут сохраняться в одной MTJ-ячейке. В этом случае плотность хранения данных однобитовой MTJ-ячейки может быть удвоена, утроена или учетверена, в зависимости от конкретной реализации.
Другое конкретное преимущество предоставляется в том, что боковые электроды предоставляют меньшее расстояние контакта, повышая эффективность и уменьшая паразитные сопротивления и емкости вследствие межсоединений.
Еще одно другое преимущество состоит в том, что многобитовая MTJ-ячейка может масштабироваться вместе с технологией процесса изготовления, предоставляя возможность многобитовых MTJ-ячеек даже при том, что размер MTJ-ячейки снижается.
Еще одно другое конкретное преимущество предоставляется в том, что MTJ-ячейка может включать в себя несколько независимых магнитных доменов, чтобы сохранять несколько битов данных. В конкретном варианте осуществления MTJ-ячейка может включать в себя несколько боковых стенок (идущих вертикально от плоской поверхности подложки), причем каждая из нескольких боковых стенок переносит уникальный поперечный магнитный домен, чтобы сохранять бит данных. Дополнительно, MTJ-ячейка может включать в себя нижнюю стенку, включающую в себя горизонтальный магнитный домен, чтобы сохранять другой бит данных.
Еще одно конкретное преимущество предоставляется в том, что MTJ-ячейка может включать в себя несколько независимых магнитных доменов. В каждый из нескольких независимых магнитных доменов может выполняться запись или считывание без изменения данных, сохраненных в других магнитных доменах в рамках MTJ-ячейки.
Другие аспекты, преимущества и признаки настоящего изобретения должны стать очевидными из прочтения всей заявки, включающей в себя следующие разделы: "Краткое описание чертежей", "Подробное описание изобретения" и "Формула изобретения".
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является схемой поперечного сечения конкретного иллюстративного варианта осуществления комплекта на магнитных туннельных переходах (MTJ), включающего в себя поперечные магнитные домены;
Фиг. 2 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 3 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 2 вдоль линии 3-3 на Фиг. 2;
Фиг. 4 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 2 вдоль линии 4-4 на Фиг. 2;
Фиг. 5 является видом сверху второго конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 6 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 5 вдоль линии 6-6 на Фиг. 5;
Фиг. 7 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 5 вдоль линии 7-7 на Фиг. 5;
Фиг. 8 является видом сверху третьего конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 9 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 8 вдоль линии 9-9 на Фиг. 8;
Фиг. 10 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 8 вдоль линии 10-10 на Фиг. 8;
Фиг. 11 является видом сверху четвертого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 12 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 11 вдоль линии 12-12 на Фиг. 11;
Фиг. 13 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 11 вдоль линии 13-13 на Фиг. 11;
Фиг. 14 является видом сверху пятого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 15 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 14 вдоль линии 15-15 на Фиг. 14;
Фиг. 16 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 14 вдоль линии 16-16 на Фиг. 14;
Фиг. 17 является видом сверху шестого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 18 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 17 вдоль линии 18-18 на Фиг. 17;
Фиг. 19 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 17 вдоль линии 19-19 на Фиг. 17;
Фиг. 20 является видом сверху седьмого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 21 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 20 вдоль линии 21-21 на Фиг. 20;
Фиг. 22 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 20 вдоль линии 22-22 на Фиг. 20;
Фиг. 23 является видом сверху восьмого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 24 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 23 вдоль линии 24-24 на Фиг. 23;
Фиг. 25 является схемой в поперечном разрезе схемного устройства по Фиг. 23 вдоль линии 25-25 на Фиг. 23;
Фиг. 26 является видом сверху свободного слоя MTJ-ячейки, имеющей несколько поперечных магнитных доменов, сконфигурированных в состоянии нулевого значения;
Фиг. 27 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки, включающей в себя свободный слой по Фиг. 26, иллюстрирующим ток записи, чтобы конфигурировать магнитные домены свободного слоя так, чтобы представлять нулевое значение;
Фиг. 28 является видом в поперечном разрезе свободного слоя по Фиг. 26 вдоль линии 28-28 на Фиг. 26;
Фиг. 29 является видом в поперечном разрезе свободного слоя по Фиг. 26 вдоль линии 29-29 на Фиг. 26;
Фиг. 30 является видом сверху свободного слоя MTJ-ячейки, имеющей несколько поперечных магнитных доменов, сконфигурированных в состоянии единичного значения;
Фиг. 31 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки, включающей в себя свободный слой по Фиг. 30, иллюстрирующим ток записи, чтобы конфигурировать магнитные домены свободного слоя так, чтобы представлять единичное значение;
Фиг. 32 является видом в поперечном разрезе свободного слоя по Фиг. 30 вдоль линии 32-32 на Фиг. 30;
Фиг. 33 является видом в поперечном разрезе свободного слоя по Фиг. 30 вдоль линии 33-33 на Фиг. 30;
Фиг. 34 является видом в поперечном разрезе конкретного варианта осуществления MTJ-ячейки;
Фиг. 35 является видом в поперечном разрезе другого конкретного варианта осуществления MTJ-ячейки, которая предоставляет увеличенное сопротивление;
Фиг. 36 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки, имеющей одно переключающее устройство, чтобы осуществлять доступ к одному сохраненному значению;
Фиг. 37 является схемой в поперечном разрезе MTJ-ячейки, имеющей два переключающих устройства, чтобы осуществлять доступ к двум сохраненным значениям;
Фиг. 38 является схемой в поперечном разрезе MTJ-ячейки, имеющей три переключающих устройства, чтобы осуществлять доступ к трем сохраненным значениям;
Фиг. 39-40 являются блок-схемами последовательности операций конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 41 является блок-схемой последовательности операций второго конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов;
Фиг. 42 является блок-схемой последовательности операций третьего конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов; и
Фиг. 43 является блок-схемой устройства беспроводной связи, включающего в себя запоминающие схемы, содержащие MTJ-ячейки.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 является иллюстрацией поперечного сечения конкретного иллюстративного варианта осуществления ячейки 100 на магнитных туннельных переходах (MTJ), включающего в себя поперечные магнитные домены. MTJ-ячейка 100 включает в себя структуру 104 на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющую MTJ-набор 106, центральный электрод 108, первый боковой электрод 110 и второй боковой электрод 112. MTJ-набор 106 включает в себя фиксированный магнитный слой 114, который переносит магнитный домен, имеющий фиксированную магнитную ориентацию, туннельный барьерный слой 116 и свободный магнитный слой 118, имеющий конфигурируемую магнитную ориентацию. MTJ-набор 106 также может включать в себя антиферромагнитный (AF) слой (не показан), который закрепляет фиксированный магнитный слой 114. MTJ-набор 106 также может включать в себя дополнительные слои (не показаны). Фиксированный магнитный слой 114 соединен с первым боковым электродом 110 через AF-слой в первой поперечной поверхности 120 раздела и контактирует со вторым боковым электродом 112 во второй поперечной поверхности 122 раздела. Следует понимать, что фиксированный магнитный слой 114 и свободный магнитный слой 118 могут переключаться таким образом, что свободный магнитный слой 118 контактирует с первым и вторым боковыми электродами 110 и 112 в первой и второй поперечных поверхностях 120 и 122 раздела соответственно. В общем, свободный магнитный слой 118 имеет первую часть, которая переносит первый магнитный домен 124 (проиллюстрированный в 2612 на Фиг. 26), смежный с первым боковым электродом 110, и имеет вторую часть, которая переносит второй магнитный домен 126 (проиллюстрированный в 2616 на Фиг. 26), смежный со вторым боковым электродом 112.
В конкретном варианте осуществления размеры MTJ-ячейки 100 (т.е. длина, ширина и глубина) определяют ориентацию магнитного домена в рамках свободного слоя 118. В частности, магнитный домен вдоль конкретной стенки совмещается в направлении, соответствующем самому длинному размеру конкретной стенки. Если стенка имеет глубину, которая превышает ее длину, магнитный домен ориентирован в направлении глубины. Напротив, если стенка имеет длину, которая превышает глубину, магнитный домен ориентирован в направлении длины. Конкретное направление магнитного поля, ассоциированного с магнитным доменом свободного слоя 118, относительно фиксированного направления магнитного поля, ассоциированного с магнитным доменом фиксированного слоя 114, представляет значение бита данных.
В другом конкретном варианте осуществления фиксированный магнитный слой 114 и свободный магнитный слой 118 сформированы из ферромагнитного материала. Туннельный барьерный слой 116 может быть сформирован из оксидирования материала из металла, такого как оксид магния (MgO). Ток считывания может прикладываться через центральный электрод 108 и боковые электроды 110 и 112, чтобы считывать битовые значения данных, представленные посредством первого магнитного домена 124 и второго магнитного домена 126. В конкретном примере первый магнитный домен 124 и второй магнитный домен 126 могут быть выполнены с возможностью представлять уникальные значения битов данных.
Фиг. 2 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 200, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 200 включает в себя подложку 202. Подложка 202 включает в себя структуру 204 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 206, центральный электрод 208, первый боковой электрод 210 и второй боковой электрод 212. MTJ-набор 206 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 202 включает в себя первый межслойный переход 214, соединенный с первым боковым электродом 210, центральный межслойный переход 216, соединенный с центральным электродом 208, и второй межслойный переход 218, соединенный со вторым боковым электродом 212. Подложка 202 также включает в себя первую проводную трассу 220, соединенную с первым межслойным переходом 214, вторую проводную трассу 222, соединенную со вторым межслойным переходом 218, и третью проводную трассу 224, соединенную с центральным межслойным переходом 216. Подложка 202 также включает в себя технологическое отверстие 226. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 204 выполнена с возможностью сохранять первое значение данных, такое как значение первого бита, и второе значение данных, такое как значение второго бита, в рамках свободного слоя MTJ-набора 206, который является смежным с первым и вторым боковыми электродами 210 и 212.
Фиг. 3 является схемой в поперечном разрезе 300 схемного устройства 200 по Фиг. 2 вдоль линии 3-3 на Фиг. 2. Схема 300 иллюстрирует подложку 202, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 332, первый покрывающий слой 334, второй межслойный диэлектрический слой 336, второй покрывающий слой 338, третий покрывающий слой 340, третий межслойный диэлектрический слой 342 и четвертый межслойный диэлектрический слой 344. Подложка 202 включает в себя первую поверхность 360 и вторую поверхность 370. Подложка 202 также включает в себя MTJ-структуру 204, включающую в себя MTJ-набор 206. Первый боковой электрод 210, второй боковой электрод 212 и MTJ-набор 206 расположены внутри канавки в подложке 202. Канавка имеет глубину (d). Подложка 202 включает в себя первую, вторую и третью проводные трассы 220, 222 и 224, осажденные и со сформированным рисунком на первой поверхности 360. Первая проводная трасса 220 соединена с первым межслойным переходом 214, который идет от первой проводной трассы 220 к первому боковому электроду 210. Вторая проводная трасса 222 соединена со вторым межслойным переходом 218, который идет от второй проводной трассы 222 ко второму боковому электроду 212. Третья проводная трасса 224 соединена с центральным межслойным переходом 216, который идет от третьей проводной трассы 224 к центральному (верхнему) электроду 208. Центральный электрод 208 соединен с MTJ-набором 206.
В общем, MTJ-набор 206 выполнен с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 206, который является смежным с первым боковым электродом 210. MTJ-набор 206 также выполнен с возможностью сохранять второе значение бита данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 206, который является смежным со вторым боковым электродом 212. Значение бита данных может считываться из MTJ-набора 206 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 224 и первой проводной трассой 220 или второй проводной трассой 222 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 220 и/или второй проводной трассе 222 с опорным током. Альтернативно, значение бита данных может быть записано в MTJ-набор 206 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 220 и третьей проводной трассой 224 или между второй проводной трассой 222 и третьей проводной трассой 224. В конкретном варианте осуществления ширина (b) MTJ-набора 206, проиллюстрированного на Фиг. 2, превышает глубину (d) и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 206, смежного с боковыми электродами 210 и 212, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 360 подложки 202 в направлении ширины (b) MTJ-набора 206 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 3). Если ширина (b) MTJ-набора 206 меньше глубины (d), соответствующие магнитные поля свободного слоя в рамках MTJ-набора 206, смежного с боковыми электродами 210 и 212, могут быть вертикальными, т.е. вдоль направления глубины канавки. В общем, MTJ-структуры, проиллюстрированные на Фиг. 2-13, могут формировать рисунок посредством процессов обратного фототравления канавок и процессов химико-механического полирования (CMP) MTJ, чтобы управлять размерами канавок и, следовательно, управлять размерами MTJ.
Фиг. 4 является схемой в поперечном разрезе 400 схемного устройства 200 по Фиг. 2 вдоль линии 4-4 на Фиг. 2. Схема 400 включает в себя подложку 202, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 332, первый покрывающий слой 334, второй межслойный диэлектрический слой 336, второй покрывающий слой 338, третий покрывающий слой 340, третий межслойный диэлектрический слой 342 и четвертый межслойный диэлектрический слой 344. Подложка 202 включает в себя MTJ-набор 206, верхний электрод 208 и центральный межслойный переход 216, который идет от третьей проводной трассы 224 к верхнему электроду 208. Подложка 202 также включает в себя технологическое отверстие 226, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 204 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 226.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 204 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. MTJ-структура 204 может включать в себя боковые электроды, такие как первый и второй боковые электроды 210 и 212, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод, который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 204 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 5 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 500, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 500 включает в себя подложку 502. Подложка 502 включает в себя структуру 504 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 506, центральный электрод 508, первый боковой электрод 510 и второй боковой электрод 512. MTJ-набор 506 имеет длину (a) и ширину (b). Подложка 502 включает в себя первый межслойный переход 514, соединенный с первым боковым электродом 510, центральный межслойный переход 516, соединенный с центральным электродом 508, и второй межслойный переход 518, соединенный со вторым боковым электродом 512. Подложка 502 также включает в себя первую проводную трассу 520, соединенную с первым межслойным переходом 514, вторую проводную трассу 522, соединенную со вторым межслойным переходом 518, и третью проводную трассу 524, соединенную с центральным межслойным переходом 516. Подложка 502 также включает в себя технологическое отверстие 526. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 504 выполнена с возможностью сохранять первое значение бита и второе значение бита данных, в рамках свободного слоя MTJ-набора 506, который является смежным с первым и вторым боковыми электродами 510 и 512.
Фиг. 6 является схемой в поперечном разрезе 600 схемного устройства 500 по Фиг. 5 вдоль линии 6-6 на Фиг. 5. Схема 600 иллюстрирует подложку 502, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 630, второй межслойный диэлектрический слой 632, первый покрывающий слой 634, третий межслойный диэлектрический слой 636, второй покрывающий слой 638, третий покрывающий слой 640, четвертый межслойный диэлектрический слой 642 и пятый межслойный диэлектрический слой 644. Подложка 502 включает в себя первую поверхность 660 и вторую поверхность 670. Подложка 502 также включает в себя MTJ-структуру 504, включающую в себя MTJ-набор 506. Первый боковой электрод 510, второй боковой электрод 512 и MTJ-набор 506 расположены внутри канавки в подложке 502. Канавка имеет глубину (d). Подложка 502 включает в себя третью проводную трассу 524, осажденную и со сформированным рисунком на первой поверхности 660, и включает в себя первую и вторую проводные трассы 520 и 522, осажденные и со сформированным рисунком на второй поверхности 670. Первая проводная трасса 520 соединена с первым межслойным переходом 514, который идет от первой проводной трассы 520 к первому боковому электроду 510. Вторая проводная трасса 522 соединена со вторым межслойным переходом 518, который идет от второй проводной трассы 522 ко второму боковому электроду 512. Третья проводная трасса 524 соединена с центральным межслойным переходом 516, который идет от третьей проводной трассы 524 к центральному (верхнему) электроду 508. Центральный электрод 508 соединен с MTJ-набором 506.
В общем, MTJ-набор 506 выполнен с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках свободного слоя MTJ-набора 506, который является смежным с первым боковым электродом 510. MTJ-набор 506 также выполнен с возможностью сохранять второе значение бита данных в рамках свободного слоя MTJ-набора 506, который является смежным со вторым боковым электродом 512. Значение бита данных может считываться из MTJ-набора 506 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 524 и первой проводной трассой 520 или второй проводной трассой 522 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 520 и/или второй проводной трассе 522 с опорным током. Альтернативно, значение бита данных может быть записано в MTJ-набор 506 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 520 и третьей проводной трассой 524 или между второй проводной трассой 522 и третьей проводной трассой 524. В конкретном варианте осуществления ширина (b) MTJ-набора 506, проиллюстрированного на Фиг. 5, превышает глубину (d), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 506, смежного с боковыми электродами 510 и 512, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 660 подложки 502 в направлении ширины (b) MTJ-набора 506 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 6). Если ширина (b) MTJ-набора 506 меньше глубины (d), соответствующие магнитные поля свободного слоя в рамках MTJ-набора 506, смежного с боковыми электродами 510 и 512, могут быть вертикальными вдоль направления глубины канавки.
Фиг. 7 является схемой в поперечном разрезе 700 схемного устройства 500 по Фиг. 5 вдоль линии 7-7 на Фиг. 5. Схема 700 включает в себя подложку 502, имеющую второй межслойный диэлектрический слой 632, первый покрывающий слой 634, третий межслойный диэлектрический слой 636, второй покрывающий слой 638, третий покрывающий слой 640, четвертый межслойный диэлектрический слой 642 и пятый межслойный диэлектрический слой 644. Подложка 502 включает в себя MTJ-набор 506, верхний электрод 508 и центральный межслойный переход 516, который идет от третьей проводной трассы 524 к верхнему электроду 508. Подложка 502 также включает в себя технологическое отверстие 526, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 504 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 526.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 504 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. MTJ-структура 504 может включать в себя боковые электроды, такие как первый и второй боковые электроды 510 и 512, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод, который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 504 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 8 является видом сверху третьего конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 800, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 800 включает в себя подложку 802. Подложка 802 включает в себя структуру 804 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 806, центральный электрод 808, первый боковой электрод 810, второй боковой электрод 812 и третий боковой электрод 1050. MTJ-набор 806 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 802 включает в себя первый межслойный переход 814, соединенный с первым боковым электродом 810, центральный межслойный переход 816, соединенный с центральным электродом 808, второй межслойный переход 818, соединенный со вторым боковым электродом 812, и третий межслойный переход 827, соединенный с третьим боковым электродом 1050. Подложка 802 также включает в себя первую проводную трассу 820, соединенную с первым межслойным переходом 814, вторую проводную трассу 822, соединенную со вторым межслойным переходом 818, и третью проводную трассу 824, соединенную с центральным межслойным переходом 816. Подложка 802 также включает в себя технологическое отверстие 826. Подложка 802 также включает в себя четвертую проводную трассу 828, соединенную с третьим межслойным переходом 827. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 804 выполнена с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 806, который является смежным с первым боковым электродом 810, второе значение бита данных в рамках второй части свободного слоя, который является смежным со вторым боковым электродом 812, и третье значение бита данных в рамках третьей части свободного слоя, который является смежным с третьим боковым электродом 1050.
Фиг. 9 является схемой в поперечном разрезе 900 схемного устройства 800 по Фиг. 8 вдоль линии 9-9 на Фиг. 8. Схема 900 иллюстрирует подложку 802, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 930, второй межслойный диэлектрический слой 932, первый покрывающий слой 934, третий межслойный диэлектрический слой 936, второй покрывающий слой 938, третий покрывающий слой 940, четвертый межслойный диэлектрический слой 942 и пятый межслойный диэлектрический слой 944. Подложка 802 включает в себя первую поверхность 960 и вторую поверхность 970. Подложка 802 также включает в себя MTJ-структуру 804, включающую в себя MTJ-набор 806. Первый боковой электрод 810, второй боковой электрод 812 и MTJ-набор 806 расположены внутри канавки в подложке 802. Канавка имеет глубину (d). Подложка 802 включает в себя третью проводную трассу 824, осажденную и со сформированным рисунком на первой поверхности 960, и включает в себя первую и вторую проводные трассы 820 и 822, осажденные и со сформированным рисунком на второй поверхности 970. Первая проводная трасса 820 соединена с первым межслойным переходом 814, который идет от первой проводной трассы 820 к первому боковому электроду 810. Вторая проводная трасса 822 соединена со вторым межслойным переходом 818, который идет от второй проводной трассы 822 ко второму боковому электроду 812. Третья проводная трасса 824 соединена с центральным межслойным переходом 816, который идет от третьей проводной трассы 824 к центральному (верхнему) электроду 808. Центральный электрод 808 соединен с MTJ-набором 806.
В общем, MTJ-набор 806 выполнен с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 806, который является смежным с первым боковым электродом 810. MTJ-набор 806 также выполнен с возможностью сохранять второе значение бита данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 806, который является смежным со вторым боковым электродом 812. MTJ-набор 806 также выполнен с возможностью сохранять третье значение бита данных в рамках третьей части свободного слоя MTJ-набора 806, который является смежным с третьим боковым электродом 1050. Значение данных может считываться из MTJ-набора 806 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 824 и первой проводной трассой 820, второй проводной трассой 822 или четвертой проводной трассой 828 и посредством сравнения тока в третьей проводной трассе 824 или в первой проводной трассе 820, второй проводной трассе 822 или четвертой проводной трассе 828 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 806 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 820 или второй проводной трассой 822 или четвертой проводной трассой 828 и третьей проводной трассой 824. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 806, проиллюстрированного на Фиг. 8, превышает глубину (d), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 806, смежного с боковыми электродами 810 и 812 и 1050, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 960 подложки 802 в направлении ширины (b) или длины (a) MTJ-набора 806 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 9). Если длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 806 меньше глубины (d), соответствующие магнитные поля свободного слоя в рамках MTJ-набора 806, смежного с боковыми электродами 810 и 812 и 1050, могут быть вертикальными вдоль направления глубины канавки.
Фиг. 10 является схемой в поперечном разрезе 1000 схемного устройства 800 по Фиг. 8 вдоль линии 10-10 на Фиг. 8. Схема 1000 включает в себя подложку 802, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 930, второй межслойный диэлектрический слой 932, первый покрывающий слой 934, третий межслойный диэлектрический слой 936, второй покрывающий слой 938, третий покрывающий слой 940, четвертый межслойный диэлектрический слой 942 и пятый межслойный диэлектрический слой 944. Подложка 802 включает в себя MTJ-набор 806, верхний электрод 808 и центральный межслойный переход 816, который идет от третьей проводной трассы 824 к верхнему электроду 808. Подложка 802 также включает в себя технологическое отверстие 826, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 804 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 826. Подложка 802 также включает в себя четвертую проводную трассу 828, соединенную с третьим межслойным переходом 827, который идет от четвертой проводной трассы 828 к третьему боковому электроду 1050, который соединен с MTJ-набором 806.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 804 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. В виде в поперечном разрезе по Фиг. 10 MTJ-набор 806 является L-образной структурой. MTJ-структура 804 может включать в себя боковые электроды, такие как первый, второй и третий боковые электроды 810, 812 и 1050, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод (не показан), который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 804 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 11 является видом сверху четвертого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 1100, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 1100 включает в себя подложку 1102. Подложка 1102 включает в себя структуру 1104 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 1106, центральный электрод 1108, первый боковой электрод 1110 и второй боковой электрод 1112. MTJ-набор 1106 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 1102 включает в себя первый межслойный переход 1114, соединенный с первым боковым электродом 1110, центральный межслойный переход 1116, соединенный с центральным электродом 1108, второй межслойный переход 1118, соединенный со вторым боковым электродом 1112, и третий межслойный переход 1127, соединенный с третьим боковым электродом 1350. Подложка 1102 также включает в себя первую проводную трассу 1120, соединенную с первым межслойным переходом 1114, вторую проводную трассу 1122, соединенную со вторым межслойным переходом 1118, и третью проводную трассу 1124, соединенную с центральным межслойным переходом 1116. Подложка 1102 также включает в себя технологическое отверстие 1126. Подложка 1102 включает в себя третий межслойный переход 1127 и четвертую проводную трассу 1128. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 1104 выполнена с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 1106, который является смежным с первым боковым электродом 1110, второе значение бита данных в рамках второй части свободного слоя, который является смежным со вторым боковым электродом 1112, и третье значение бита данных в рамках третьей части свободного слоя, который является смежным с третьим боковым электродом 1350.
Фиг. 12 является схемой в поперечном разрезе 1200 схемного устройства 1100 по Фиг. 11 вдоль линии 12-12 на Фиг. 11. Схема 1200 иллюстрирует подложку 1102, включающую в себя второй межслойный диэлектрический слой 1232, первый покрывающий слой 1234, третий межслойный диэлектрический слой 1236, второй покрывающий слой 1238, третий покрывающий слой 1240, четвертый межслойный диэлектрический слой 1242 и пятый межслойный диэлектрический слой 1244. Подложка 1102 включает в себя первую поверхность 1260 и вторую поверхность 1270. Подложка 1102 также включает в себя MTJ-структуру 1104, включающую в себя MTJ-набор 1106. Первый боковой электрод 1110, второй боковой электрод 1112 и MTJ-набор 1106 расположены внутри канавки в подложке 1102. Канавка имеет глубину (d). Подложка 1102 включает в себя первую, вторую и третью проводные трассы 1120, 1122 и 1124, осажденные и со сформированным рисунком на первой поверхности 1260. Четвертая проводная трасса 1128 осаждается, и на ней формируется рисунок на второй поверхности 1270, как проиллюстрировано на Фиг. 13. Первая проводная трасса 1120 соединена с первым межслойным переходом 1114, который идет от первой проводной трассы 1120 к первому боковому электроду 1110. Вторая проводная трасса 1122 соединена со вторым межслойным переходом 1118, который идет от второй проводной трассы 1122 ко второму боковому электроду 1112. Третья проводная трасса 1124 соединена с центральным межслойным переходом 1116, который идет от третьей проводной трассы 1124 к центральному (верхнему) электроду 1108. Центральный электрод 1108 соединен с MTJ-набором 1106.
В общем, MTJ-набор 1106 выполнен с возможностью сохранять первое значение бита данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 1106, который является смежным с первым боковым электродом 1110. MTJ-набор 1106 также выполнен с возможностью сохранять второе значение бита данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 1106, который является смежным со вторым боковым электродом 1112. MTJ-набор 1106 дополнительно выполнен с возможностью сохранять третье значение бита данных в рамках третьей части свободного слоя MTJ-набора 1106, который является смежным с третьим боковым электродом 1350. Значение бита данных может считываться из MTJ-набора 1106 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 1124 и первой проводной трассой 1120, второй проводной трассой 1122 или четвертой проводной трассой 1128 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 1120, второй проводной трассе 1122 или четвертой проводной трассе 1128 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 1106 посредством приложения тока записи между первой, второй или четвертой проводными трассами 1120, 1122 или 1128 и третьей проводной трассой 1124. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 1106, проиллюстрированного на Фиг. 11, превышает глубину (d), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 1106, смежного с боковыми электродами 1110, 1112 или 1350, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 1260 подложки 1102 в направлении ширины (b) или длины (a) MTJ-набора 1106 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 12). Если длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 1106 меньше глубины (d), соответствующие магнитные поля свободного слоя в рамках MTJ-набора 1106, смежного с боковыми электродами 1110 и 1112 и 1350, могут быть вертикальными вдоль направления глубины канавки.
Фиг. 13 является схемой в поперечном разрезе 1300 схемного устройства 1100 по Фиг. 11 вдоль линии 13-13 на Фиг. 11. Схема 1300 включает в себя подложку 1102, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 1230, второй межслойный диэлектрический слой 1232, первый покрывающий слой 1234, третий межслойный диэлектрический слой 1236, второй покрывающий слой 1238, третий покрывающий слой 1240, четвертый межслойный диэлектрический слой 1242 и пятый межслойный диэлектрический слой 1244. Подложка 1102 включает в себя MTJ-набор 1106, верхний электрод 1108 и центральный межслойный переход 1116, который идет от третьей проводной трассы 1124 к верхнему электроду 1108. Подложка 1102 также включает в себя технологическое отверстие 1126, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 1104 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 1126. Подложка 1102 также включает в себя четвертую проводную трассу 1128, соединенную с третьим межслойным переходом 1127, который идет от четвертой проводной трассы 1128 к третьему боковому электроду 1350, который соединен с MTJ-набором 1106.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления, MTJ-структура 1104 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. В виде в поперечном разрезе по Фиг. 13, MTJ-набор 1106 является L-образной структурой. MTJ-структура 1104 может включать в себя боковые электроды, такие как первый, второй и третий боковые электроды 1110, 1112 и 1350, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод (не показан), который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 1104 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 14 является видом сверху пятого конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 1400, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 1400 включает в себя подложку 1402. Подложка 1402 включает в себя структуру 1404 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 1406, центральный электрод 1408, первый боковой электрод 1410 и второй боковой электрод 1412. MTJ-набор 1406 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 1402 включает в себя первый межслойный переход 1414, соединенный с первым боковым электродом 1410, центральный межслойный переход 1416, соединенный с центральным электродом 1408, и второй межслойный переход 1418, соединенный со вторым боковым электродом 1412. Подложка 1402 также включает в себя первую проводную трассу 1420, соединенную с первым межслойным переходом 1414, вторую проводную трассу 1422, соединенную со вторым межслойным переходом 1418, и третью проводную трассу 1424, соединенную с центральным межслойным переходом 1416. Подложка 1402 также включает в себя технологическое отверстие 1426. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 1404 выполнена с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части и второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 1406, который является смежным с первым и вторым боковыми электродами 1410 и 1412 соответственно.
Фиг. 15 является схемой в поперечном разрезе 1500 схемного устройства 1400 по Фиг. 14 вдоль линии 15-15 на Фиг. 14. Схема 1500 иллюстрирует подложку 1402, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 1532, первый покрывающий слой 1534, второй межслойный диэлектрический слой 1536, второй покрывающий слой 1538, третий покрывающий слой 1540, третий межслойный диэлектрический слой 1542 и четвертый межслойный диэлектрический слой 1544. Подложка 1402 включает в себя первую поверхность 1560 и вторую поверхность 1570. Подложка 1402 также включает в себя MTJ-структуру 1404, включающую в себя MTJ-набор 1406. Первый боковой электрод 1410, второй боковой электрод 1412 и MTJ-набор 1406 расположены внутри канавки в подложке 1402. Канавка имеет глубину (d). В этом варианте осуществления MTJ-набор 1406 может быть сформирован с помощью процесса осаждения и фототравления, чтобы выборочно удалять части MTJ-набора 1406. В общем, процесс фототравления может быть использован для того, чтобы удалять лишнюю MTJ-пленку и задавать MTJ-рисунок в иллюстративных вариантах осуществления, показанных на Фиг. 14-25.
Подложка 1402 включает в себя первую, вторую и третью проводные трассы 1420, 1422 и 1424, осажденные и со сформированным рисунком на первой поверхности 1560. Первая проводная трасса 1420 соединена с первым межслойным переходом 1414, который идет от первой проводной трассы 1420 к первому боковому электроду 1410. Вторая проводная трасса 1422 соединена со вторым межслойным переходом 1418, который идет от второй проводной трассы 1422 ко второму боковому электроду 1412. Третья проводная трасса 1424 соединена с центральным межслойным переходом 1416, который идет от третьей проводной трассы 1424 к центральному (верхнему) электроду 1408. Центральный электрод 1408 соединен с MTJ-набором 1406.
В общем, MTJ-набор 1406 выполнен с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 1406, который является смежным с первым боковым электродом 1410. MTJ-набор 1406 также выполнен с возможностью сохранять второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 1406, который является смежным со вторым боковым электродом 1412. Значение данных может считываться из MTJ-набора 1406 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 1424 и первой проводной трассой 1420 или второй проводной трассой 1422 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 1420 или второй проводной трассе 1422 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 1406 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 1420 или второй проводной трассой 1422 и третьей проводной трассой 1424. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 1406, проиллюстрированного на Фиг. 14, превышает высоту MTJ-набора и глубину (d), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 1406, смежного с боковыми электродами 1410 и 1412, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности подложки 1560 в направлении ширины (b) MTJ-набора 1406 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 15).
В конкретном варианте осуществления MTJ-набор 1406 имеет высоту (h), которая превышает длину (a) или ширину (b). В этом случае соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 1406, смежного с боковыми электродами 1410 и 1412, идут в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности 1560 подложки 1402 в направлении глубины (d) MTJ-набора 1406.
Фиг. 16 является схемой в поперечном разрезе 1600 схемного устройства 1400 по Фиг. 14 вдоль линии 16-16 на Фиг. 14. Схема 1600 включает в себя подложку 1402, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 1532, первый покрывающий слой 1534, второй межслойный диэлектрический слой 1536, второй покрывающий слой 1538, третий покрывающий слой 1540, третий межслойный диэлектрический слой 1542 и четвертый межслойный диэлектрический слой 1544. Подложка 1402 включает в себя MTJ-набор 1406, верхний электрод 1408 и центральный межслойный переход 1416, который идет от третьей проводной трассы 1424 к верхнему электроду 1408. Подложка 1402 также включает в себя технологическое отверстие 1426, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 1404 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 1426.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 1404 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. MTJ-структура 1404 может включать в себя боковые электроды, такие как первый и второй боковые электроды 1410 и 1412, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод, который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 1404 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 17 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 1700, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 1700 включает в себя подложку 1702. Подложка 1702 включает в себя структуру 1704 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 1706, центральный электрод 1708, первый боковой электрод 1710 и второй боковой электрод 1712. MTJ-набор 1706 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 1702 включает в себя первый межслойный переход 1714, соединенный с первым боковым электродом 1710, центральный межслойный переход 1716, соединенный с центральным электродом 1708, и второй межслойный переход 1718, соединенный со вторым боковым электродом 1712. Подложка 1702 также включает в себя первую проводную трассу 1720, соединенную с первым межслойным переходом 1714, вторую проводную трассу 1722, соединенную со вторым межслойным переходом 1718, и третью проводную трассу 1724, соединенную с центральным межслойным переходом 1716. Подложка 1702 также включает в себя технологическое отверстие 1726. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 1704 выполнена с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части и второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 1706, который является смежным с первым и вторым боковыми электродами 1710 и 1712 соответственно.
Фиг. 18 является схемой в поперечном разрезе 1800 схемного устройства 1700 по Фиг. 17 вдоль линии 18-18 на Фиг. 17. Схема 1800 иллюстрирует подложку 1702, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 1830 и 1832, первый покрывающий слой 1834, второй межслойный диэлектрический слой 1836, второй покрывающий слой 1838, третий покрывающий слой 1840, третий межслойный диэлектрический слой 1842 и четвертый межслойный диэлектрический слой 1844. Подложка 1702 включает в себя первую поверхность 1860 и вторую поверхность 1870. Подложка 1702 также включает в себя MTJ-структуру 1704, включающую в себя MTJ-набор 1706. Первый боковой электрод 1710, второй боковой электрод 1712 и MTJ-набор 1706 расположены внутри канавки в подложке 1702. Канавка имеет глубину (d), а MTJ-набор имеет высоту (h), которая превышает глубину (d) канавки. Подложка 1702 включает в себя первую и вторую проводные трассы 1720 и 1722, осажденные и со сформированным рисунком на второй поверхности 1870 и третью проводную трассу 1724, осажденную и со сформированным рисунком на первой поверхности 1860. Первая проводная трасса 1720 соединена с первым межслойным переходом 1714, который идет от первой проводной трассы 1720 к первому боковому электроду 1710. Вторая проводная трасса 1722 соединена со вторым межслойным переходом 1718, который идет от второй проводной трассы 1722 ко второму боковому электроду 1712. Третья проводная трасса 1724 соединена с центральным межслойным переходом 1716, который идет от третьей проводной трассы 1724 к центральному (верхнему) электроду 1708. Центральный электрод 1708 соединен с MTJ-набором 1706.
В общем, MTJ-набор 1706 выполнен с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 1706, который является смежным с первым боковым электродом 1710. MTJ-набор 1706 также выполнен с возможностью сохранять второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 1706, который является смежным со вторым боковым электродом 1712. Значение данных может считываться из MTJ-набора 1706 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 1724 и первой проводной трассой 1720 или второй проводной трассой 1722 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 1720 или второй проводной трассе 1722 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 1706 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 1720 или второй проводной трассой 1722 и третьей проводной трассой 1724. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 1706 превышают высоту (h) MTJ-набора 1706, и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 1706, смежного с боковыми электродами 1710 и 1712, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 1860 подложки 1702 в направлении ширины (b) MTJ-набора 1706 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 18). В другом конкретном варианте осуществления высота (h) MTJ-набора 1706 может превышать длину (a) или ширину (b), и магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 1706, смежного с боковыми электродами 1710 и 1712, идут в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности 1860 подложки 1702.
Фиг. 19 является схемой в поперечном разрезе 1900 схемного устройства 1700 по Фиг. 17 вдоль линии 19-19 на Фиг. 19. Схема 1900 включает в себя подложку 1702, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 1832, первый покрывающий слой 1834, второй межслойный диэлектрический слой 1836, второй покрывающий слой 1838, третий покрывающий слой 1840, третий межслойный диэлектрический слой 1842 и четвертый межслойный диэлектрический слой 1844. Подложка 1702 включает в себя MTJ-набор 1706, верхний электрод 1708 и центральный межслойный переход 1716, который идет от третьей проводной трассы 1724 к верхнему электроду 1708. Подложка 1702 также включает в себя технологическое отверстие 1726, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 1704 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 1726.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 1704 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. MTJ-структура 1704 может включать в себя боковые электроды, такие как первый и второй боковые электроды 1710 и 1712, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод, который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 1704 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 20 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 2000, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 2000 включает в себя подложку 2002. Подложка 2002 включает в себя структуру 2004 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 2006, центральный электрод 2008, первый боковой электрод 2010 и второй боковой электрод 2012. MTJ-набор 2006 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 2002 включает в себя первый межслойный переход 2014, соединенный с первым боковым электродом 2010, центральный межслойный переход 2016, соединенный с центральным электродом 2008, второй межслойный переход 2018, соединенный со вторым боковым электродом 2012, и третий межслойный переход 2027, соединенный с третьим боковым электродом 2250, проиллюстрированным на Фиг. 22. Подложка 2002 также включает в себя первую проводную трассу 2020, соединенную с первым межслойным переходом 2014, вторую проводную трассу 2022, соединенную со вторым межслойным переходом 2018, и третью проводную трассу 2024, соединенную с центральным межслойным переходом 2016. Подложка 2002 также включает в себя технологическое отверстие 2026. Подложка 2002 включает в себя третий межслойный переход 2027 и четвертую проводную трассу 2028. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 2004 выполнена с возможностью сохранять первое значение данных, второе значение данных и третье значение данных в рамках соответствующих частей свободного слоя MTJ-набора 2006, которые являются смежными с первым, вторым и третьим боковыми электродами 2010, 2012 и 2250.
Фиг. 21 является схемой в поперечном разрезе 2100 схемного устройства 2000 по Фиг. 20 вдоль линии 21-21 на Фиг. 20. Схема 2100 иллюстрирует подложку 2002, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 2130, второй межслойный диэлектрический слой 2132, первый покрывающий слой 2134, третий межслойный диэлектрический слой 2136, второй покрывающий слой 2138, третий покрывающий слой 2140, четвертый межслойный диэлектрический слой 2142 и пятый межслойный диэлектрический слой 2144. Подложка 2002 включает в себя первую поверхность 2160 и вторую поверхность 2170. Подложка 2002 также включает в себя MTJ-структуру 2004, включающую в себя MTJ-набор 2006. Первый боковой электрод 2010, второй боковой электрод 2012 и MTJ-набор 2006 расположены внутри канавки в подложке 2002. Канавка имеет глубину (d). MTJ-набор 2006 имеет высоту (h), которая превышает глубину канавки (d). Подложка 2002 включает в себя первую и вторую проводные трассы 2020 и 2022 на второй поверхности 2170 и третью проводную трассу 2024 на первой поверхности 2160. Четвертая проводная трасса 2028 также осаждается, и на ней формируется рисунок на второй поверхности 2170 (как показано на Фиг. 22). Первая проводная трасса 2020 соединена с первым межслойным переходом 2014, который идет от первой проводной трассы 2020 к первому боковому электроду 2010. Вторая проводная трасса 2022 соединена со вторым межслойным переходом 2018, который идет от второй проводной трассы 2022 ко второму боковому электроду 2012. Третья проводная трасса 2024 соединена с центральным межслойным переходом 2016, который идет от третьей проводной трассы 2024 к центральному (верхнему) электроду 2008. Центральный электрод 2008 соединен с MTJ-набором 2006.
В общем, MTJ-набор 2006 выполнен с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 2006, который является смежным с первым боковым электродом 2010. MTJ-набор 2006 также выполнен с возможностью сохранять второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 2006, который является смежным со вторым боковым электродом 2012. Значение данных может считываться из MTJ-набора 2006 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 2024 и первой проводной трассой 2020, второй проводной трассой 2022 или четвертой проводной трассой 2250 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 2020, второй проводной трассе 2022 или четвертой проводной трассе 2250 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 2006 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 2020, второй 2022 или четвертой проводной трассой 2250 и третьей проводной трассой 2024. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 2006, проиллюстрированного на Фиг. 20, превышает высоту (h), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 2006, смежного с боковыми электродами 2010 и 2012, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 2160 подложки 2002 в направлении ширины (b) MTJ-набора 2006 (т.е. к или от представления страницы по Фиг. 21). В другом конкретном варианте осуществления высота (h) MTJ-набора 2006 может превышать длину (a) или ширину (b), и магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 2006, смежного с боковыми электродами 2110 и 2112, идут в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности 2160 подложки 2002.
Фиг. 22 является схемой в поперечном разрезе 2200 схемного устройства 2000 по Фиг. 20 вдоль линии 22-22 на Фиг. 20. Схема 2200 включает в себя подложку 2002, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 2130, второй межслойный диэлектрический слой 2132, первый покрывающий слой 2134, третий межслойный диэлектрический слой 2136, второй покрывающий слой 2138, третий покрывающий слой 2140, четвертый межслойный диэлектрический слой 2142 и пятый межслойный диэлектрический слой 2144. Подложка 2002 включает в себя MTJ-набор 2006, верхний электрод 2008 и центральный межслойный переход 2016, который идет от третьей проводной трассы 2024 к верхнему электроду 2008. Подложка 2002 также включает в себя технологическое отверстие 2026, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 2004 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 2026. Подложка 2002 также включает в себя четвертую проводную трассу 2028, нанесенную и сформированную на второй поверхности 2170. Четвертая проводная трасса соединена с третьим межслойным переходом 2027, который идет от четвертой проводной трассы 2028 к третьему боковому электроду 2250, который соединен с MTJ-набором 2006.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 2004 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. В виде в поперечном разрезе по Фиг. 22, MTJ-набор 2006 является L-образной структурой. MTJ-структура 2004 может включать в себя боковые электроды, такие как первый, второй и третий боковые электроды 2010, 2012 и 2250, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод (не показан), который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 2004 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 23 является видом сверху конкретного иллюстративного варианта осуществления схемного устройства 2300, включающего в себя MTJ-ячейку, имеющую несколько поперечных магнитных доменов. Схемное устройство 2300 включает в себя подложку 2302. Подложка 2302 включает в себя структуру 2304 на магнитных туннельных переходах (MTJ), которая имеет MTJ-набор 2306, центральный электрод 2308, первый боковой электрод 2310 и второй боковой электрод 2312. MTJ-набор 2306 имеет длину (a) и ширину (b), причем длина (a) превышает ширину (b). Подложка 2302 включает в себя первый межслойный переход 2314, соединенный с первым боковым электродом 2310, центральный межслойный переход 2316, соединенный с центральным электродом 2308, и второй межслойный переход 2318, соединенный со вторым боковым электродом 2312. Подложка 2302 также включает в себя первую проводную трассу 2320, соединенную с первым межслойным переходом 2314, вторую проводную трассу 2322, соединенную со вторым межслойным переходом 2318, и третью проводную трассу 2324, соединенную с центральным межслойным переходом 2316. Подложка 2302 также включает в себя технологическое отверстие 2326. Подложка 2302 включает в себя третий межслойный переход 2327 и четвертую проводную трассу 2328. В конкретном варианте осуществления MTJ-структура 2304 выполнена с возможностью сохранять первое значение данных, второе значение данных и третье значение данных в рамках частей свободного слоя MTJ-набора 2306, которые являются смежными с первым, вторым и третьим боковыми электродами 2310, 2312 и 2550 соответственно.
Фиг. 24 является схемой в поперечном разрезе 2400 схемного устройства 2300 по Фиг. 23 вдоль линии 24-24 на Фиг. 23. Схема 2400 иллюстрирует подложку 2302, включающую в себя первый межслойный диэлектрический слой 2430, второй межслойный диэлектрический слой 2432, первый покрывающий слой 2434, третий межслойный диэлектрический слой 2436, второй покрывающий слой 2438, третий покрывающий слой 2440, четвертый межслойный диэлектрический слой 2442 и пятый межслойный диэлектрический слой 2444. Подложка 2302 включает в себя первую поверхность 2460 и вторую поверхность 2470. Подложка 2302 также включает в себя MTJ-структуру 2304, включающую в себя MTJ-набор 2306. Первый боковой электрод 2310, второй боковой электрод 2312 и MTJ-набор 2306 расположены внутри канавки в подложке 2302. Канавка имеет глубину (d). Подложка 2302 включает в себя первую, вторую и третью проводные трассы 2320, 2322 и 2324, расположенные на первой поверхности 2460. Четвертая проводная трасса 2328 расположена на второй поверхности 2470 (проиллюстрирована на Фиг. 25). Первая проводная трасса 2320 соединена с первым межслойным переходом 2314, который идет от первой проводной трассы 2320 к первому боковому электроду 2310. Вторая проводная трасса 2322 соединена со вторым межслойным переходом 2318, который идет от второй проводной трассы 2322 ко второму боковому электроду 2312. Третья проводная трасса 2324 соединена с центральным межслойным переходом 2316, который идет от третьей проводной трассы 2324 к центральному (верхнему) электроду 2308. Центральный электрод 2308 соединен с MTJ-набором 2306.
В общем, MTJ-набор 2306 выполнен с возможностью сохранять первое значение данных в рамках первой части свободного слоя MTJ-набора 2306, который является смежным с первым боковым электродом 2310. MTJ-набор 2306 также выполнен с возможностью сохранять второе значение данных в рамках второй части свободного слоя MTJ-набора 2306, который является смежным со вторым боковым электродом 2312. MTJ-набор 2306 также выполнен с возможностью сохранять третье значение данных в рамках третьей части свободного слоя MTJ-набора 2306, который является смежным с третьим боковым электродом 2550. Значение данных может считываться из MTJ-набора 2306 посредством приложения напряжения между третьей проводной трассой 2324 и первой проводной трассой 2320, второй проводной трассой 2322 или четвертой проводной трассой 2328 и посредством сравнения тока в первой проводной трассе 2320, второй проводной трассе 2322 или четвертой проводной трассе 2328 с опорным током. Альтернативно, значение данных может быть записано в MTJ-набор 2306 посредством приложения тока записи между первой проводной трассой 2320, второй проводной трассой 2322 или четвертой проводной трассой 2328 и третьей проводной трассой 2324. В конкретном варианте осуществления длина (a) и ширина (b) MTJ-набора 2306, проиллюстрированного на Фиг. 23, превышает высоту (h), и соответствующие магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 2306, смежного с боковыми электродами 2310 и 2312, идут в направлении, которое является практически параллельным поверхности 2460 подложки 2302 в направлении ширины (b) MTJ-набора 2306 (т.е. к или от представления страницы). В другом конкретном варианте осуществления высота (h) MTJ-набора 2306 может превышать длину (a) или ширину (b), и магнитные домены, переносимые посредством свободного слоя в рамках MTJ-набора 2306, смежного с боковыми электродами 2310 и 2312, идут в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности 2460 подложки 2302.
Фиг. 25 является схемой в поперечном разрезе 2500 схемного устройства 2300 по Фиг. 23 вдоль линии 25-25 на Фиг. 23. Схема 2500 включает в себя подложку 2302, имеющую первый межслойный диэлектрический слой 2430, второй межслойный диэлектрический слой 2432, первый покрывающий слой 2434, третий межслойный диэлектрический слой 2436, второй покрывающий слой 2438, третий покрывающий слой 2440, четвертый межслойный диэлектрический слой 2442 и пятый межслойный диэлектрический слой 2444. Подложка 2302 включает в себя MTJ-набор 2306, верхний электрод 2308 и центральный межслойный переход 2316, который идет от третьей проводной трассы 2324 к верхнему электроду 2308. Подложка 2302 также включает в себя технологическое отверстие 2326, которое может быть сформировано посредством выборочного удаления части MTJ-структуры 2304 и заполнено посредством осаждения межслойного диэлектрического материала внутри технологического отверстия 2326. Подложка 2302 также включает в себя четвертую проводную трассу 2328, соединенную с третьим межслойным переходом 2327, который идет от четвертой проводной трассы 2328 к третьему боковому электроду 2550, который соединен с MTJ-набором 2306.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления MTJ-структура 2304 является практически U-образной структурой, включающей в себя три боковых стенки и нижнюю стенку. В виде в поперечном разрезе по Фиг. 25, MTJ-набор 2306 является L-образной структурой. MTJ-структура 2304 может включать в себя боковые электроды, такие как первый, второй и третий боковые электроды 2310, 2312 и 2550, которые ассоциированы с соответствующими боковыми стенками, и может включать в себя нижний электрод (не показан), который ассоциирован с нижней стенкой. Дополнительно, MTJ-структура 2304 выполнена с возможностью сохранять до четырех уникальных битов данных.
Фиг. 26 является видом сверху свободного слоя 2600 MTJ-ячейки, имеющей несколько поперечных магнитных доменов, сконфигурированных в состоянии нулевого значения. В этом примере свободный слой 2600 иллюстрируется в состоянии нулевого бита, в котором каждый из битов представляет нулевое значение. Свободный слой 2600 включает в себя первую боковую стенку 2602, вторую боковую стенку 2604, третью боковую стенку 2606 и нижнюю стенку 2608. Свободный слой 2600 каждой из боковых стенок 2602, 2604 и 2606 и нижней стенки 2608 переносит уникальные магнитные домены, сконфигурированные представлять значение данных, такое как значение "1" или "0". Первая боковая стенка 2602 переносит первый магнитный домен 2612. Вторая боковая стенка 2604 переносит второй магнитный домен 2614. Третья боковая стенка 2606 переносит третий магнитный домен 2616. Нижняя стенка 2608 переносит четвертый магнитный домен 2618. Магнитные домены 2612, 2614 и 2616 идут от представления страницы, как указано посредством точек (т.е. острия стрелки). В этом конкретном случае глубина каждой из боковых стенок 2602, 2604 и 2606 превышает соответствующую длину или ширину каждой из боковых стенок 2602, 2604 и 2606. Соответственно, магнитные домены 2612, 2614 и 2616 ориентированы в направлении глубины.
Первый магнитный домен 2612 первой боковой стенки 2602 отделяется от второго магнитного домена 2614 второй боковой стенки 2604 посредством первого доменного барьера 2630. Аналогично, второй магнитный домен 2614 второй боковой стенки 2604 отделяется от третьего магнитного домена 2616 третьей боковой стенки 2606 посредством второго доменного барьера 2632.
В общем, первый доменный барьер 2630 и второй доменный барьер 2632 представляют границы домена, которые являются поверхностями раздела, которые отделяют магнитные домены, такие как магнитные домены 2612, 2614 и 2616 соответственно. Первый и второй доменные барьеры 2630 и 2632 представляют переходы между различными магнитными моментами. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 2630 и 2632 могут представлять изменение в магнитном моменте, когда магнитное поле подвергается угловому смещению в 0 или 180 градусов.
Направление магнитного поля, ассоциированного с первым магнитным доменом 2612 (т.е. направление магнитного поля в рамках свободного слоя 2600 на первой боковой стенке 2602), может изменяться с использованием первого тока записи 2622. Аналогично, направление магнитного поля, ассоциированного со вторым магнитным доменом 2614, переносимым посредством свободного слоя 2600 второй боковой стенки 2604, может изменяться с использованием второго тока записи 2624. Направление магнитного поля, ассоциированного с третьим магнитным доменом 2616, который переносится посредством свободного слоя 2600 на третьей боковой стенке 2606, может изменяться с использованием третьего тока записи 2626. Направление магнитного поля, ассоциированного с четвертым магнитным доменом 2618, переносимым посредством свободного слоя 2600 на нижней стенке 2608, может изменяться с использованием четвертого тока записи 2628.
В общем, относительное направление магнитного поля, переносимого посредством свободного слоя 2600 относительно фиксированного магнитного поля в фиксированном слое (такого как свободный слой 2704 относительно фиксированного слоя 2708, проиллюстрированного на Фиг. 27) каждой из боковых стенок 2602, 2604 и 2606 и нижней стенки 2608, определяет битовое значение. В показанном примере, магнитные ориентации фиксированного слоя и свободного слоя 2600 являются параллельными (как проиллюстрировано посредством магнитных полей 2714 и 2716 на Фиг. 27). Соответственно, каждый из токов записи 2622, 2624, 2626 и 2628 может представлять токи записи "0" посредством изменения направления магнитного поля, ассоциированного с соответствующими магнитными доменами 2612, 2614, 2616 и 2618 в рамках свободного слоя 2600, чтобы представлять исходное состояние или состояние "0".
Фиг. 27 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки 2700, включающей в себя свободный слой 2600 боковой стенки 2602 по Фиг. 26, иллюстрирующим ток записи, чтобы конфигурировать магнитные домены свободного слоя так, чтобы представлять нулевое значение. MTJ-ячейка 2700 включает в себя верхний электрод 2702, свободный слой 2704 (т.е. свободный слой 2612 на Фиг. 26), туннельный барьер 2706 для магнитных туннельных переходов, фиксированный слой 2708, антиферромагнитный (AF) слой 2712 и нижний электрод 2710. В общем, верхний электрод 2702 и нижний электрод 2710 являются электрически проводящими слоями, выполненными с возможностью переносить электрический ток. Фиксированный слой 2708 является ферромагнитным слоем, который отожжен, чтобы фиксировать направление магнитного поля 2716 в рамках фиксированного (закрепленного) слоя 2708. Свободный слой 2704 является ферромагнитным слоем, имеющим магнитное поле, которое может изменяться посредством тока записи. Туннельный MTJ-барьер или барьерный слой 2706 могут формироваться из оксида металла. Направление магнитного поля 2714 в рамках свободного слоя 2704 может изменяться с использованием тока записи 2622. Направление магнитного поля 2716 в рамках фиксированного слоя 2708 закрепляется посредством антиферромагнитного (AF) слоя 2712.
Направление магнитных полей в свободном слое 2704 относительно фиксированного магнитного поля фиксированного слоя 2708 указывает то, имеет бит данных, сохраненный в свободном слое 2704 конкретной MTJ-ячейки 2700, битовое значение "1" или битовое значение "0". Магнитное направление магнитного поля в свободном слое 2704, в общем, указываемое в 2714, может изменяться с использованием тока записи 2622. Как показано, ток записи 2622 представляет ток записи 0, который вытекает из верхнего электрода 2702 через свободный слой 2704 по барьеру 2706 для магнитных туннельных переходов через фиксированный слой 2708 и через антиферромагнитный (AF) слой 2712 и через нижний электрод 2710. MTJ-ячейка 2700 также может включать в себя дополнительные слои (не показаны) для целей затравочного слоя, соединений или повышения производительности. В иллюстративном варианте осуществления любые из вариантов осуществления, проиллюстрированных на Фиг. 1-34, могут включать в себя структуру MTJ-набора, практически аналогичную структуре MTJ-набора MTJ-ячейки 2700.
Фиг. 28 является видом в поперечном разрезе свободного слоя по Фиг. 26 вдоль линии 28-28 на Фиг. 26. Фиг. 28 является видом 2800 в поперечном разрезе свободного слоя 2600 вдоль линии 28-28 на Фиг. 26. Свободный слой 2600 включает в себя первую боковую стенку 2602, третью боковую стенку 2606 и нижнюю стенку 2608. В этом примере направление первого магнитного домена, переносимого посредством свободного слоя 2600 на первой боковой стенке 2602, как указано в 2612, идет в направлении глубины (d) первой боковой стенки 2602, которое соответствует стрелке 2612. Направление третьего магнитного домена, переносимого посредством свободного слоя третьей боковой стенки 2606, как указано в 2616, идет в направлении глубины (d) третьей боковой стенки 2606, которое соответствует стрелке 2616. В этом примере первый и третий магнитные домены 2612 и 2616 могут идти в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности подложки. Четвертый магнитный домен 2618, ассоциированный с нижней стенкой 2608, идет в направлении, которое является практически перпендикулярным первому и третьему магнитным доменам 2612 и 2616 и практически параллельным поверхности подложки. Дополнительно четвертый магнитный домен 2618 идет в направлении к представлению страницы, как указано посредством конца стрелки (звездочки).
Свободный слой 2600 включает в себя первый доменный барьер (стенку) 2840 и второй доменный барьер 2842. В конкретном примере первый доменный барьер 2840 может соответствовать структурной поверхности раздела между первой боковой стенкой 2602 и нижней стенкой 2608. Первый доменный барьер 2840 изолирует первый магнитный домен 2612 свободного слоя 2600 на первой боковой стенке 2602 от четвертого магнитного домена 2618 нижней стенки 2608. Второй доменный барьер 2842 может соответствовать структурной поверхности раздела между нижней стенкой 2608 и третьей боковой стенкой 2606. Второй доменный барьер 2842 изолирует магнитный домен 2616 свободного слоя третьей боковой стенки 2606 от магнитного домена 2618 свободного слоя 2600, ассоциированного с нижней стенкой 2608.
В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 28, свободный слой 2600 может быть выполнен с возможностью сохранять, по меньшей мере, три бита данных. Первый бит данных может представляться посредством направления первого магнитного домена 2612, переносимого посредством свободного слоя 2600 на первой боковой стенке 2602. Второй бит данных может представляться посредством четвертого магнитного домена 2618, переносимого посредством свободного слоя 2600 на нижней стенке 2608. Третий бит данных может представляться посредством третьего магнитного домена 2616, переносимого посредством свободного слоя 2600 на третьей боковой стенке 2606. Токи 2622, 2626 и 2628 записи могут прикладываться так, чтобы выборочно изменять ориентацию соответствующего магнитного домена 2612, 2616 и/или 2618 выбранной боковой стенки без изменения ориентации магнитного домена, ассоциированного, например, с другой боковой стенкой, или нижней стенки 2608.
Фиг. 29 является схемой вида 2900 в поперечном разрезе свободного слоя 2600, проиллюстрированного на Фиг. 26, вдоль линий 29-29. Свободный слой 2600 включает в себя боковую стенку 2604 и нижнюю стенку 2608. В этом конкретном примере свободный слой 2600 включает в себя магнитный доменный барьер 2950. Магнитный доменный барьер (или стенка) 2950 изолирует магнитный домен 2618, переносимый посредством свободного слоя 2600 на нижней стенке 2608, от магнитного домена 2614, переносимого посредством свободного слоя 2600 на второй боковой стенке 2604. Доменный барьер 2950 может соответствовать структурной поверхности раздела между боковой стенкой 2604 и нижней стенкой 2608. Второй магнитный домен 2614 идет в направлении, которое соответствует глубине (d) боковой стенки 2604 (т.е. в направлении, которое является практически нормальным к поверхности подложки). Четвертый магнитный домен 2618 идет в направлении, которое является практически перпендикулярным второму магнитному домену 2614 и глубине (d), и в направлении, которое является параллельным ширине (b) MTJ-ячейки. Глубина (d) (как проиллюстрировано на Фиг. 2-13) или высота (h) (как проиллюстрировано на Фиг. 14-25) может представлять глубину канавки или может представлять высоту боковой стенки.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления доменные барьеры 2630 и 2632, проиллюстрированные на Фиг. 26, доменные барьеры 2840 и 2842, проиллюстрированные на Фиг. 28, и доменный барьер 2950, проиллюстрированный на Фиг. 29, дают возможность свободному слою 2600 сохранять несколько битов данных. В частности, свободный слой 2600, проиллюстрированный на Фиг. 26, может быть выполнен с возможностью сохранять до четырех битов данных, которые могут представляться посредством магнитных доменов 2612, 2614, 2616 и 2618, проиллюстрированных на Фиг. 26, 28 и 29.
Фиг. 30 является видом сверху свободного слоя 3000 MTJ-ячейки, имеющей несколько поперечных магнитных доменов, сконфигурированных в состоянии единичного значения. В этом примере свободный слой 3000 иллюстрируется в состоянии единичного бита, в котором каждый из битов представляет единичное значение (т.е. логическое значение "1"). Свободный слой 3000 включает в себя первую боковую стенку 3002, вторую боковую стенку 3004, третью боковую стенку 3006 и нижнюю стенку 3008. Свободный слой 3000 каждой из боковых стенок 3002, 3004 и 3006 и нижней стенки 3008 переносит уникальные магнитные домены, выполненные с возможностью представлять значение данных, такое как значение "1" или "0". Первая боковая стенка 3002 переносит первый магнитный домен 3012. Вторая боковая стенка 3004 переносит второй магнитный домен 3014. Третья боковая стенка 3006 переносит третий магнитный домен 3016. Нижняя стенка 3008 переносит четвертый магнитный домен 3018. Магнитные домены 3012, 3014 и 3016 идут к представлению страницы, как указано посредством звездочек (т.е. конца стрелки). В этом конкретном случае глубина каждой из боковых стенок 3002, 3004 и 3006 превышает соответствующую длину или ширину каждой из боковых стенок 3002, 3004 и 3006. Соответственно, магнитные домены 3012, 3014 и 3016 ориентированы в длину в направлении глубины.
Первый магнитный домен 3012 первой боковой стенки 3002 отделяется от второго магнитного домена 3014 второй боковой стенки 3004 посредством первого доменного барьера 3030. Аналогично, второй магнитный домен 3014 второй боковой стенки 3004 отделяется от третьего магнитного домена 3016 третьей боковой стенки 3006 посредством второго доменного барьера 3032.
В общем, первый доменный барьер 3030 и второй доменный барьер 3032 представляют границы домена, которые являются поверхностями раздела, которые отделяют магнитные домены, такие как магнитные домены 3012, 3014 и 3016 соответственно. Первый и второй доменные барьеры 3030 и 3032 представляют переходы между различными магнитными моментами. В конкретном варианте осуществления первый и второй доменные барьеры 3030 и 3032 могут представлять изменение в магнитном моменте, когда магнитное поле подвергается угловому смещению в 0 или 180 градусов.
Направление магнитного поля, ассоциированного с первым магнитным доменом 3012 (т.е. направление магнитного поля в рамках свободного слоя 3000 на первой боковой стенке 3002), может изменяться с использованием первого тока записи 3022. Аналогично, направление магнитного поля, ассоциированного со вторым магнитным доменом 3014, переносимым посредством свободного слоя 3000 второй боковой стенки 3004, может изменяться с использованием второго тока записи 3024. Направление магнитного поля, ассоциированного с третьим магнитным доменом 3016, который переносится посредством свободного слоя 3000 на третьей боковой стенке 3006, может изменяться с использованием третьего тока записи 3026. Направление магнитного поля, ассоциированного с четвертым магнитным доменом 3018, переносимым посредством свободного слоя 3000 на нижней стенке 3008, может изменяться с использованием четвертого тока записи 3028.
В общем, относительное направление магнитного поля, переносимого посредством свободного слоя 3000 относительно фиксированного магнитного поля в фиксированном слое (такого как свободный слой 3104 относительно фиксированного слоя 3108, проиллюстрированного на Фиг. 31) каждой из боковых стенок 3002, 3004 и 3006 и нижней стенки 3008 определяет битовое значение. В показанном примере магнитные ориентации фиксированного слоя и свободного слоя 3000 являются антипараллельными (как проиллюстрировано посредством магнитных полей 3114 и 3116 на Фиг. 31). Соответственно, каждый из токов записи 3022, 3024, 3026 и 3028 может представлять токи записи "1" посредством изменения направления магнитного поля, ассоциированного с соответствующими магнитными доменами 3012, 3014, 3016 и 3018 в рамках свободного слоя 3000, чтобы представлять исходное состояние или состояние "1".
Фиг. 31 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки 3100, включающей в себя свободный слой 3000 боковой стенки 3002 по Фиг. 30, иллюстрирующим ток записи, чтобы конфигурировать магнитные домены свободного слоя так, чтобы представлять единичное значение. MTJ-ячейка 3100 включает в себя верхний электрод 3102, свободный слой 3104 (т.е. свободный слой 3012 на Фиг. 30), туннельный барьер 3106 для магнитных туннельных переходов, фиксированный слой 3108, антиферромагнитный (AF) слой 3112 и нижний электрод 3110. В общем, верхний электрод 3102 и нижний электрод 3110 являются электрически проводящими слоями, выполненными с возможностью переносить электрический ток. Фиксированный слой 3108 является ферромагнитным слоем, который отожжен, чтобы фиксировать направление магнитного поля 3116 в рамках фиксированного (закрепленного) слоя 3108. Свободный слой 3104 является ферромагнитным слоем, который может программироваться. Туннельный MTJ-барьер или барьерный слой 3106 могут формироваться из оксида материала из металла. Направление магнитного поля 3114 в рамках свободного слоя 3104 может изменяться с использованием тока записи 3022. Магнитное поле 3116 фиксированного слоя 3108 закрепляется посредством антиферромагнитного (AF) слоя 3112.
Направление магнитных полей в свободном слое 3104 относительно фиксированного магнитного поля фиксированного слоя 3108 указывает то, имеет бит данных, сохраненный в свободном слое 3104 конкретной MTJ-ячейки 3100, битовое значение "1" или битовое значение "0". Магнитное направление магнитного поля в свободном слое 3104, в общем, указываемое в 3114, может изменяться с использованием тока записи 3022. Как показано, ток записи 3022 представляет ток записи "1", который вытекает из нижнего электрода 3110 через AF-слой 3112 через фиксированный слой 3108 по барьеру 3106 для магнитных туннельных переходов через свободный слой 3104 и через верхний электрод 3102. MTJ-ячейка 3100 может включать в себя дополнительные слои (не показаны) для целей затравочного слоя, соединений или повышения производительности. В иллюстративном варианте осуществления любой MTJ-набор, проиллюстрированный на Фиг. 1-34, может включать в себя структуру, практически аналогичную MTJ-ячейке 3100.
Фиг. 32 является видом 3200 в поперечном разрезе свободного слоя 3000 вдоль линии 32-32 на Фиг. 30. Свободный слой 3000 включает в себя первую боковую стенку 3002, третью боковую стенку 3006 и нижнюю стенку 3008. В этом примере направление первого магнитного домена, переносимого посредством свободного слоя 3000 на первой боковой стенке 3002, как указано в 3012, идет в направлении глубины (d) первой боковой стенки 3002, которое соответствует стрелке 3012. Направление третьего магнитного домена, переносимого посредством свободного слоя третьей боковой стенки 3006, как указано в 3016, идет в направлении глубины (d) третьей боковой стенки 3006, которое соответствует стрелке 3016. В этом примере первый и третий магнитные домены 3012 и 3016 могут идти в направлении, которое является практически перпендикулярным поверхности подложки. Четвертый магнитный домен 3018, ассоциированный с нижней стенкой 3008, идет в направлении, которое является практически перпендикулярным первому и третьему магнитным доменам 3012 и 3016 и практически параллельным поверхности подложки. Дополнительно четвертый магнитный домен 3018 идет в направлении от представления страницы, как указано посредством стрелки заголовок (точки).
Свободный слой 3000 включает в себя первый доменный барьер (стенку) 3240 и второй доменный барьер 3242. В конкретном примере первый доменный барьер 3240 может соответствовать структурной поверхности раздела между первой боковой стенкой 3002 и нижней стенкой 3008. Первый доменный барьер 3240 изолирует первый магнитный домен 3012 свободного слоя 3000 на первой боковой стенке 3002 от четвертого магнитного домена 3018 нижней стенки 3008. Второй доменный барьер 3242 может соответствовать структурной поверхности раздела между нижней стенкой 3008 и третьей боковой стенкой 3006. Второй доменный барьер 3242 изолирует магнитный домен 3016 свободного слоя третьей боковой стенки 3006 от магнитного домена 3018 свободного слоя 3000, ассоциированного с нижней стенкой 3008.
В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 32, свободный слой 3000 может быть выполнен с возможностью сохранять по меньшей мере три бита данных. Первый бит данных может представляться посредством направления первого магнитного домена 3012, переносимого посредством свободного слоя 3000 на первой боковой стенке 3002. Второй бит данных может представляться посредством четвертого магнитного домена 3018, переносимого посредством свободного слоя 3000 на нижней стенке 3008. Третий бит данных может представляться посредством третьего магнитного домена 3016, переносимого посредством свободного слоя 3000 на третьей боковой стенке 3006. Токи 3022, 3026 и 3028 записи могут прикладываться так, чтобы выборочно изменять ориентацию соответствующего магнитного домена 3012, 3016 и/или 3018 выбранной боковой стенки без изменения ориентации магнитного домена, ассоциированного, например, с другой боковой стенкой, или нижней стенки 3008.
Фиг. 33 является схемой вида 3300 в поперечном разрезе свободного слоя 3000, проиллюстрированного на Фиг. 30, вдоль линии 33-33. Свободный слой 3000 включает в себя боковую стенку 3004 и нижнюю стенку 3008. В этом конкретном примере свободный слой 3000 включает в себя магнитный доменный барьер 3350. Магнитный доменный барьер (или стенка) 3350 изолирует магнитный домен 3018, переносимый посредством свободного слоя 3000 на нижней стенке 3008, от магнитного домена 3014, переносимого посредством свободного слоя 3000 на второй боковой стенке 3004. Доменный барьер 3350 может соответствовать структурной поверхности раздела между боковой стенкой 3004 и нижней стенкой 3008. Второй магнитный домен 3014 идет в направлении, которое соответствует глубине (d) боковой стенки 3004 (т.е. в направлении, которое является практически нормальным к поверхности подложки). Четвертый магнитный домен 3018 идет в направлении, которое является практически перпендикулярным второму магнитному домену 3014 и глубине (d), и в направлении, которое является параллельным ширине (b) MTJ-ячейки. Глубина (d) или высота (h) может представлять глубину канавки или может представлять высоту боковой стенки.
В конкретном иллюстративном варианте осуществления доменные барьеры 3030 и 3032, проиллюстрированные на Фиг. 30, доменные барьеры 3240 и 3242, проиллюстрированные на Фиг. 32, и доменный барьер 3350, проиллюстрированный на Фиг. 33, дают возможность свободному слою 3000 сохранять несколько битов данных. В частности, свободный слой 3000, проиллюстрированный на Фиг. 30, может быть выполнен с возможностью сохранять до четырех битов данных, которые могут представляться посредством магнитных доменов 3012, 3014, 3016 и 3018, проиллюстрированных на Фиг. 30, 32 и 33.
Фиг. 34 является видом в поперечном разрезе конкретного варианта осуществления ячейки 3400 на магнитных туннельных переходах (MTJ). MTJ-ячейка 3400 включает в себя MTJ-набор 3402, имеющий свободный слой 3404, туннельный барьерный слой 3406, фиксированный (закрепленный) слой 3408 и антиферромагнитный (AF) слой 3426. MTJ-набор 3402 соединен с битовой линией 3410. Дополнительно, MTJ-набор 3402 соединен с линией 3414 истока через нижний электрод 3416 и переключатель 3418. Словарная линия 3412 соединена с управляющим контактным выводом переключателя 3418, чтобы выборочно активировать переключатель 3418, чтобы давать возможность току 3424 записи вытекать из битовой линии 3410 в линию 3414 истока. В показанном варианте осуществления фиксированный слой 3408 включает в себя магнитный домен 3422, который имеет фиксированную ориентацию. Свободный слой 3404 включает в себя магнитный домен 3420, который является программируемым через ток 3424 записи. Как показано, ток 3410 записи выполнен с возможностью программировать ориентацию магнитного домена 3420 в свободном слое 3404 к нулевому состоянию (т.е. магнитные домены 3420 и 3422 ориентированы в одном направлении). Чтобы записывать единичное значение MTJ-ячейке 3400, ток 3424 записи меняет полярность, инструктируя ориентации магнитного домена 3420 в свободном слое 3404 перебрасывать направления таким образом, что магнитный домен 3420 идет в направлении, противоположном направлению магнитного домена 3422. В иллюстративном варианте осуществления любые из вариантов осуществления, проиллюстрированных на Фиг. 2-33, могут включать в себя MTJ-набор, практически аналогичный MTJ-набору 3402.
Фиг. 35 является видом в поперечном разрезе другого конкретного варианта осуществления MTJ-ячейки 3500, который предоставляет большее значение фиксированного слоя и увеличенное сопротивление. В частности, MTJ-ячейка 3500 включает в себя MTJ-набор 3502, включающий в себя свободный слой 3504, туннельный барьерный слой 3506 и фиксированный слой 3508. Свободный слой 3504 MTJ-набора соединен с верхним электродом 3510 через буферный слой 3530. В этом примере фиксированный слой 3508 MTJ-набора 3502 соединен с нижним электродом 3516 через антиферромагнитный слой 3538. Дополнительно, фиксированный слой 3508 включает в себя первый закрепленный (фиксированный) слой 3532, буферный слой 3534 и второй закрепленный (фиксированный) слой 3536. Первый и второй закрепленные слои 3532 и 3536 имеют соответствующие магнитные домены, которые ориентированы в противоположных направлениях, тем самым увеличивая значение фиксированного слоя и полное сопротивление MTJ-набора 3502. В конкретном варианте осуществления такое увеличенное значение фиксированного слоя может повышать допустимый запас считывания, ассоциированный с MTJ-набором 3502.
Фиг. 36 является видом в поперечном разрезе MTJ-ячейки 3600, имеющей одно переключающее устройство, чтобы осуществлять доступ к одному сохраненному значению. MTJ-ячейка 3600 включает в себя нижний электрод, включающий в себя первую боковую стенку 3606, нижнюю стенку 3604 и вторую боковую стенку 3608. MTJ-ячейка 3600 также включает в себя центральный электрод 3610 и MTJ-набор 3612. MTJ-набор 3612 отделяет центральный электрод 3610 от первой боковой стенки 3606, второй боковой стенки 3608 и нижней стенки 3604 нижнего электрода. В этом варианте осуществления MTJ-набор 3612 включает в себя первый магнитный домен 3614 и второй магнитный домен 3616. Центральный электрод 3610 соединен с битовой линией 3618. Первая боковая стенка 3606 и вторая боковая стенка 3608 соединены с узлом 3624 через линии 3620 и 3622. MTJ-ячейка 3600 также включает в себя переключатель 3626, имеющий первый контактный вывод, соединенный с узлом 3624, второй контактный вывод 3630, соединенный с линией истока, и управляющий контактный вывод, соединенный со словарной линией 3628.
Фиг. 37 является схемой в поперечном разрезе MTJ-ячейки 3700, имеющей два переключающих устройства, чтобы осуществлять доступ к двум сохраненным значениям. MTJ-ячейка 3700 включает в себя нижний электрод, включающий в себя первую боковую стенку 3706, нижнюю стенку 3704 и вторую боковую стенку 3708. MTJ-ячейка 3700 также включает в себя центральный электрод 3710 и MTJ-набор 3712. MTJ-набор 3712 отделяет центральный электрод 3710 от первой боковой стенки 3706, второй боковой стенки 3708 и нижней стенки 3704 нижнего электрода. В этом варианте осуществления MTJ-набор 3712 включает в себя первый магнитный домен 3714 и второй магнитный домен 3716. Центральный электрод 3710 соединен с битовой линией 3718. MTJ-ячейка 3700 включает в себя первый переключатель 3722, включающий в себя первый контактный вывод 3720, который соединен с первой боковой стенкой 3706, управляющий контактный вывод, соединенный с узлом 3724, и второй контактный вывод, соединенный с первой линией 3728 истока. MTJ-ячейка 3700 также включает в себя словарную линию 3726, которая соединена с узлом 3724. MTJ-ячейка 3700 дополнительно включает в себя второй переключатель 3732, который имеет третий контактный вывод 3730, соединенный со второй боковой стенкой 3708, управляющий контактный вывод, соединенный с узлом 3724, и четвертый контактный вывод, соединенный со второй линией 3734 истока. Хотя проиллюстрирован как имеющий совместно используемую словарную линию 3726 и отдельные линии 3728 и 3734 истока, в других вариантах осуществления вместо этого могут использоваться отдельные словарные линии и совместно используемая линия истока.
В конкретном варианте осуществления первая линия 3728 истока и вторая линия 3734 истока могут быть выборочно активированы, чтобы считывать и/или записывать данные из и в первый и второй магнитные домены 3714 и 3716. В конкретном варианте осуществления ток или напряжение прикладываются к битовой линии 3718 и прикладываются к словарной линии 3726, чтобы активировать первый и второй переключатели 3722 и 3732. Первая линия 3728 истока, отдельно и независимо от второй линии 3734 истока, может быть активирована, чтобы считывать данные, представленные посредством первого магнитного домена 3714. В другом конкретном варианте осуществления первая линия 3728 истока и вторая линия 3734 истока могут быть активированы, чтобы считывать данные, представленные посредством первого и второго магнитных доменов 3714 и 3716.
Фиг. 38 является схемой в поперечном разрезе MTJ-ячейки 3800, имеющей два переключающих устройства, чтобы осуществлять доступ к двум сохраненным значениям. MTJ-ячейка 3800 включает в себя нижний электрод, включающий в себя первую боковую стенку 3806, нижнюю стенку 3804 и вторую боковую стенку 3808. MTJ-ячейка 3800 также включает в себя центральный электрод 3810 и MTJ-набор 3812. MTJ-набор 3812 отделяет центральный электрод 3810 от первой боковой стенки 3806, второй боковой стенки 3808 и нижней стенки 3804 нижнего электрода. В этом варианте осуществления MTJ-набор 3812 включает в себя первый магнитный домен 3814, второй магнитный домен 3816 и третий магнитный домен 3817. Центральный электрод 3810 соединен с битовой линией 3818. MTJ-ячейка 3800 включает в себя первый переключатель 3822, включающий в себя первый контактный вывод 3820, который соединен с первой боковой стенкой 3806, управляющий контактный вывод, соединенный с узлом 3824, и второй контактный вывод, соединенный с первой линией 3828 истока. MTJ-ячейка 3800 также включает в себя словарную линию 3826, которая соединена с узлом 3824. MTJ-ячейка 3800 дополнительно включает в себя второй переключатель 3832, который имеет третий контактный вывод 3830, соединенный с нижней стенкой 3804, управляющий контактный вывод, соединенный с узлом 3824, и четвертый контактный вывод, соединенный со второй линией 3834 истока. MTJ-ячейка 3800 также включает в себя третий переключатель 3838, имеющий пятый контактный вывод 3836, соединенный со второй боковой стенкой 3816, управляющий контактный вывод, соединенный с узлом 3824, и шестой контактный вывод, соединенный с третьей линией 3840 истока.
В конкретном варианте осуществления первая линия 3828 истока, вторая линия 3834 истока и третья линия 3840 истока могут быть выборочно активированы, чтобы считывать и/или записывать данные из и на первый, третий и второй магнитные домены 3814, 3817 и 3816. В конкретном варианте осуществления ток или напряжение прикладываются к битовой линии 3818 и прикладываются к словарной линии 3826, чтобы активировать первый, второй и третий переключатели 3822, 3832 и 3838. Первая линия 3828 истока, вторая линия 3834 истока или третья линия 3840 истока могут быть отдельными и независимыми друг от друга и могут быть активированы, чтобы считывать данные, представленные посредством первого, второго или третьего магнитного домена 3814, 3816 или 3817. В другом конкретном варианте осуществления первая линия 3828 истока, вторая линия 3834 истока и третья линия 3840 истока могут быть активированы, чтобы считывать данные, представленные посредством первого, третьего и второго магнитных доменов 3814, 3817 и 3816. В альтернативном варианте осуществления третий боковой электрод (не показан) рядом с третьей боковой стенкой, которая включает в себя четвертый магнитный домен (не показан), и контактный вывод 3830 соединен с третьим боковым электродом, а не с нижней стенкой, чтобы предоставлять возможность работы MTJ-ячейки 3800 с помощью трех соединений с боковыми электродами.
Фиг. 39-40 являются блок-схемами последовательности операций конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов. На этапе 3902 осаждается покрывающий пленочный слой. Переходя к этапу 3904, если имеется нижний межслойный переход, способ переходит к этапу 3906, и процессы фототравления и удаления фоторезиста, заполнения межслойных переходов и химико-механического полирования применяются, чтобы задавать нижний межслойный переход. Способ переходит к этапу 3908, и межслойный диэлектрический слой (IDL) и покрывающий пленочный слой осаждаются.
Возвращаясь к этапу 3904, если нет нижнего межслойного перехода, способ переходит к этапу 3908, и межслойный диэлектрический слой (IDL) и покрывающий пленочный слой осаждаются. Переходя к этапу 3910, канавка бокового электрода формируется с использованием процесса фототравления с прекращением в нижнем покрывающем пленочном слое. Переходя к этапу 3912, боковой электрод осаждается, и процесс обратного фототравления и удаления фоторезиста и химико-механического полирования выполняется с прекращением в покрывающем пленочном слое. Переходя к этапу 3914, если MTJ-фототравление должно выполняться, способ переходит к этапу 3916, и покрывающий пленочный слой осаждается для процесса MTJ-травления. Переходя к этапу 3918, процесс фототравления и удаления фоторезиста выполняется для того, чтобы задавать MTJ-канавку.
Возвращаясь к этапу 3914, если процесс MTJ-фототравления не должен выполняться, способ переходит к этапу 3918, и процесс фототравления и удаления фоторезиста выполняется для того, чтобы задавать MTJ-канавку. Переходя к этапу 3920, осаждаются несколько MTJ-пленок, в том числе первый магнитный пленочный слой, туннельный барьер и второй магнитный пленочный слой. Переходя к этапу 3922, верхний электрод осаждается на втором магнитном пленочном слое. Способ переходит к этапу 3924 и продолжается на Фиг. 40.
На Фиг. 40, в 3924, способ переходит к этапу 4026, и жесткая маска MTJ осаждается, процесс MTJ-фототравления или обратного фототравления канавок выполняется с прекращением в покрывающей пленке, и фоторезистивный слой удаляется. Переходя к этапу 4028, если процесс обратного фототравления выполнен, способ переходит к этапу 4030, и операция химико-механического полирования выполняется для MTJ-структуры и прекращается в покрывающем слое. Переходя к этапу 4032, операция фототравления боковой стенки и удаления фоторезиста выполняется для того, чтобы удалять боковую стенку MTJ-набора.
Возвращаясь к этапу 4028, если обратное фототравление канавок не выполняется, способ переходит к этапу 4032, и операция фототравления боковой стенки и удаления фоторезиста выполняется для того, чтобы удалять боковую стенку MTJ-набора. Переходя к этапу 4034, если обратное фототравление канавок выполняется, способ перемещается к этапу 4036, и покрывающий пленочный слой осаждается на MTJ-набор. Переходя к этапу 4038, межслойный диэлектрический слой осаждается, и выполняется процесс химико-механического полирования. Возвращаясь к этапу 4034, если обратное фототравление канавок не выполняется, способ переходит к этапу 4038, и межслойный диэлектрический слой осаждается, и выполняется процесс химико-механического полирования. На этапе 4040 выполняется процесс трехмерного магнитного отжига. В конкретном примере, в котором MTJ-структура формируется в рамках неглубокой канавки, магнитный отжиг может выполняться в горизонтальном направлении по осям X-Y, чтобы устанавливать горизонтальную магнитную ориентацию. В другом конкретном примере, в котором MTJ-структура формируется в рамках более глубокой канавки, магнитный отжиг может выполняться в горизонтальном направлении по оси Х и вертикальном направлении по оси Z. Переходя к этапу 4042, выполняется процесс фототравления межслойных переходов, удаления фоторезиста, заполнения и химико-механического полирования (CMP). Переходя к этапу 4044, рисунок металлизации задается посредством процессов формирования канавок, фототравления, металлизации и химико-механической обработки или посредством процесса осаждения и фототравления. Способ завершается на этапе 4046.
2
3
В конкретном варианте осуществления способ, проиллюстрированный Фиг. 39 и 40, иллюстрирует последовательность операций обработки для MTJ-структур Фиг. 2-13, которые могут быть сформированы с использованием процесса химико-механического полирования MTJ. Альтернативно, способ, проиллюстрированный Фиг. 39 и 40, иллюстрирует последовательность операций обработки для MTJ-структур Фиг. 14-25, которые могут быть сформированы посредством процесса MTJ-травления. В конкретном иллюстративном варианте осуществления глубина канавки и форма бокового электрода могут жестко управляться. В конкретном примере туннельный барьер может быть сформирован из оксида магния (MgO) или оксида алюминия (AlO). В конкретном примере толщина верхнего электрода может управляться так, чтобы заполнять узкий направляющий зазор без шва. Покрывающий пленочный слой может быть сформирован из нитрида кремния (SiN), карбида кремния (SiC) или другого материала, и процесс химико-механического полирования (CMP) MTJ прекращается в покрывающем пленочном слое. В конкретном примере процесс магнитного отжига применяется в трех измерениях, чтобы инициализировать все горизонтальные и вертикальные магнитные домены в направлении поля отжига.
Фиг. 41 является блок-схемой последовательности операций второго конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов. На этапе 4102 канавка формируется в подложке. В конкретном варианте осуществления поверхность подложки является практически плоской. Переходя к этапу 4104, проводящий контактный вывод осаждается внутри канавки. В конкретном варианте осуществления осаждение проводящего контактного вывода включает в себя формирование первого проводящего контактного вывода внутри канавки, чтобы формировать первый боковой электрод, и формирование второго проводящего контактного вывода внутри канавки, чтобы формировать второй боковой электрод. Первый проводящий контактный вывод электрически изолирован от второго проводящего контактного вывода. Переходя к этапу 4106, структура на магнитных туннельных переходах (MTJ) осаждается внутри канавки. MTJ-структура включает в себя фиксированный магнитный слой, имеющий фиксированную магнитную ориентацию, слой туннельного перехода и свободный магнитный слой, имеющий конфигурируемую магнитную ориентацию. Фиксированный магнитный слой соединен с проводящим контактным выводом вдоль поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки. Свободный магнитный слой является смежным с проводящим контактным выводом и переносит магнитный домен, выполненный с возможностью сохранять цифровое значение. Способ завершается на этапе 4108. Следует четко понимать, что дополнительные процессы изготовления могут выполняться и что каждый элемент способа может выполняться с использованием технологий, которые известны сегодня или которые могут быть разработаны впоследствии. Например, в иллюстративном варианте осуществления покрывающий слой может быть осажден на подложке до формирования канавки, канавка может быть сформирована до осаждения проводящего контактного вывода, процесс химико-механического полирования (CMP) может выполняться после осаждения проводящего контактного вывода в канавке, первый и второй боковой электрод может быть сформирован посредством осаждения проводящей пленки и последующего разделения поперечных электродов, процесс обратного фототравления канавок и процесс CMP или MTJ-фототравления может выполняться после осаждения MTJ-структуры внутри канавки, процесс трехмерного магнитного отжига может выполняться, другие технологии обработки могут выполняться, либо любая комбинация вышеозначенного.
В конкретном варианте осуществления MTJ-структура включает в себя антиферромагнитный (AF) слой, смежный с фиксированным магнитным слоем, и фиксированный магнитный слой соединен с проводящим контактным выводом через AF-слой. Фиксированный магнитный слой может включать в себя первую часть, соединенную с первым проводящим контактным выводом вдоль первой поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки, и включает в себя вторую часть, соединенную со вторым проводящим контактным выводом вдоль второй поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки. Например, первая часть может быть соединена с первым боковым электродом через AF-слой, а вторая часть может быть соединена со вторым боковым электродом через AF-слой. В другом конкретном варианте осуществления фиксированный магнитный слой дополнительно включает в себя нижнюю часть, которая идет практически параллельно поверхности подложки.
В конкретном варианте осуществления процесс фототравления также может выполняться для того, чтобы удалять часть межслойного диэлектрического слоя согласно рисунку, чтобы формировать полость, и осаждение проводящего контактного вывода включает в себя осаждение проводящего контактного вывода внутри полости. Например, боковой электрод может быть сформирован в рамках такой полости. В конкретном варианте осуществления способ также включает в себя осаждение второго проводящего контактного вывода MTJ-структуры. В качестве иллюстративного примера второй проводящий контактный вывод может включать в себя верхний электрод. Второй проводящий контактный вывод может быть электрически изолирован от первого проводящего контактного вывода.
В другом конкретном варианте осуществления барьер для туннельных переходов включает в себя первую часть перехода, которая контактирует с первой частью фиксированного магнитного слоя вдоль третьей поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки. Барьер для туннельных переходов дополнительно включает в себя вторую часть перехода, которая контактирует со второй частью фиксированного магнитного слоя вдоль четвертой поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки. В конкретном варианте осуществления свободный магнитный слой осаждается внутри канавки. Свободный магнитный слой включает в себя первую свободную часть, которая контактирует с первой частью перехода вдоль пятой поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки, и включает в себя вторую свободную часть, которая контактирует со второй частью перехода вдоль шестой поверхности раздела, которая идет практически по нормали к поверхности подложки.
Фиг. 42 является блок-схемой последовательности операций третьего конкретного иллюстративного варианта осуществления способа формирования структуры на магнитных туннельных переходах (MTJ), имеющей несколько поперечных магнитных доменов. На этапе 4202 канавка формируется в подложке. Канавка включает в себя первую боковую стенку, вторую боковую стенку, третью боковую стенку, четвертую боковую стенку и нижнюю стенку. Переходя к этапу 4204, первый проводящий контактный вывод осаждается внутри канавки, рядом с первой боковой стенкой, а второй проводящий контактный вывод осаждается внутри канавки. Переходя к этапу 4206, структура на магнитных туннельных переходах (MTJ) осаждается внутри канавки. MTJ-структура включает в себя фиксированный магнитный слой, имеющий магнитное поле с фиксированной магнитной ориентацией, слой туннельного перехода и свободный магнитный слой, имеющий магнитное поле с конфигурируемой магнитной ориентацией. MTJ-структура является смежной с первой, второй, третьей и четвертой боковыми стенками на соответствующих первой, второй, третьей и четвертой поперечных поверхностях раздела и смежной с нижней стенкой на нижней поверхности раздела. Свободный магнитный слой, смежный с первым проводящим контактным выводом, выполнен с возможностью переносить первый магнитный домен, чтобы сохранять первое цифровое значение, а свободный магнитный слой, смежный со вторым проводящим контактным выводом, выполнен с возможностью переносить второй магнитный домен, чтобы сохранять второе цифровое значение.
В конкретном варианте осуществления первая, вторая, третья и четвертая поперечные поверхности раздела идут приблизительно перпендикулярно поверхности подложки. В другом конкретном варианте осуществления третий проводящий контактный вывод формируется рядом с третьей боковой стенкой канавки. В конкретном варианте осуществления часть MTJ-структуры, которая является смежной с четвертой боковой стенкой, выборочно удаляется, чтобы создавать отверстие таким образом, что MTJ-структура является практически U-образной. Межслойный диэлектрический материал может быть осажден в отверстие. В конкретном варианте осуществления часть MTJ-структуры может выборочно удаляться посредством выполнения процесса фототравления, чтобы задавать рисунок в MTJ-структуре, и посредством удаления части MTJ-структуры согласно рисунку. Следует четко понимать, что дополнительные процессы изготовления могут выполняться и что каждый элемент способа может выполняться с использованием технологий, которые известны сегодня или которые могут быть разработаны впоследствии. Например, в иллюстративном варианте осуществления покрывающий слой может быть осажден на подложке до формирования канавки, канавка может быть сформирована до осаждения первого проводящего контактного вывода, процесс химико-механического полирования (CMP) может выполняться после осаждения первого и второго проводящего контактного вывода в канавке, процесс обратного фототравления канавок и процесс CMP или MTJ-фототравления могут выполняться после осаждения MTJ-структуры внутри канавки, может выполняться процесс трехмерного магнитного отжига, могут выполняться другие технологии обработки либо любая комбинация вышеозначенного.
Фиг. 43 является блок-схемой устройства 4300 беспроводной связи. Устройство 4300 беспроводной связи включает в себя запоминающее устройство, имеющее матрицу MTJ-ячеек 4332, и магниторезистивное постоянное запоминающее устройство (MRAM), включающее в себя матрицу MTJ-ячеек 4362, которые соединены с процессором, таким как процессор 4310 цифровых сигналов (DSP). Устройство 4300 связи также включает в себя устройство кэш-памяти MTJ-ячеек 4364, которое соединено с DSP 4310. Устройство кэш-памяти MTJ-ячеек 4364, матрица запоминающего устройства MTJ-ячеек 4332 и MRAM-устройство, включающее в себя несколько MTJ-ячеек 4362, могут включать в себя MTJ-ячейки, сформированные согласно процессу, как описано относительно Фиг. 2-42. В конкретном варианте осуществления кэш-память MTJ-ячейки 4364, матрица запоминающего устройства MTJ-ячеек 4332 и MRAM-устройство, включающее в себя несколько MTJ-ячеек 4362, предоставляют высокую плотность хранения данных относительно традиционных запоминающих устройств.
Фиг. 43 также показывает контроллер 4326 дисплея, который соединен с процессором 4310 цифровых сигналов и с дисплеем 4328. Кодер/декодер (кодек) 4334 также может соединяться с процессором 4310 цифровых сигналов. Динамик 4336 и микрофон 4338 могут соединяться с кодеком 4334.
Фиг. 43 также указывает, что беспроводной контроллер 4340 может соединяться с процессором 4310 цифровых сигналов и беспроводной антенной 4342. В конкретном варианте осуществления устройство 4330 ввода и источник 4344 питания соединяются с системой 4322 на микросхеме. Кроме того, в конкретном варианте осуществления, как проиллюстрировано на Фиг. 43, дисплей 4328, устройство 4330 ввода, динамик 4336, микрофон 4338, беспроводная антенна 4342 и источник 4344 питания являются внешними для системы 4322 на микросхеме. Тем не менее, каждый из них может соединяться с компонентом системы 4322 на микросхеме, таким как интерфейс или контроллер.
Специалисты в данной области техники дополнительно должны принимать во внимание, что различные иллюстративные логические блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы алгоритма, описанные в связи с раскрытыми в данном документе вариантами осуществления, могут быть реализованы как электронные аппаратные средства, вычислительное программное обеспечение либо комбинации вышеозначенного. Чтобы понятно проиллюстрировать эту взаимозаменяемость аппаратных средств и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы описаны выше, в общем, на основе их функциональности. Реализована ли эта функциональность в качестве аппаратных средств или программного обеспечения, зависит от конкретного варианта применения и проектных ограничений, накладываемых на систему в целом. Специалисты в данной области техники могут реализовывать описанную функциональность различными способами для каждого конкретного варианта применения, но такие решения по реализации не должны быть интерпретированы как отступление от объема настоящего раскрытия сущности.
Этапы способа или алгоритма, описанные в связи с раскрытыми в данном документе вариантами осуществления, могут быть реализованы непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, приводимом в исполнение посредством процессора, или в их комбинации. Программный модуль может постоянно размещаться в памяти типа RAM, флэш-памяти, памяти типа ROM, памяти типа PROM, памяти типа EPROM, памяти типа EEPROM, в регистрах, на жестком диске, сменном диске, компакт-диске или любой другой форме носителя хранения данных, известной в данной области техники. Типичный носитель хранения данных соединен с процессором так, что процессор может считывать информацию и записывать информацию на носитель хранения данных. В альтернативном варианте носитель хранения данных может быть встроен в процессор. Процессор и носитель хранения данных могут постоянно размещаться в ASIC. ASIC может постоянно размещаться в вычислительном устройстве или пользовательском терминале. В альтернативном варианте процессор и носитель хранения данных могут постоянно размещаться как дискретные компоненты в вычислительном устройстве или пользовательском терминале.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы давать возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать раскрытые варианты осуществления. Различные модификации в этих вариантах осуществления должны быть очевидными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от сущности и объема раскрытия сущности. Таким образом, настоящее раскрытие сущности не имеет намерение быть ограниченным показанными в данном документе вариантами осуществления, а должно удовлетворять самому широкому возможному объему, согласованному с принципами и новыми признаками, задаваемыми посредством прилагаемой формулы изобретения.