[发明专利]形成磁隧道结装置的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种形成包括多个横向磁畴的磁隧道结单元的方法。

背景技术

一般来说，便携式计算装置和无线通信装置的普遍采用增加了对高密度和低功率的非易失性存储器的需求。由于处理技术已得到改进，所以有可能制造基于磁隧道结(MTJ)装置的磁阻式随机存取存储器(MRAM)。传统的旋转扭矩隧道(STT)结装置通常形成为平坦堆叠结构。这些装置通常具有具单一磁畴的二维磁隧道结(MTJ)单元。MTJ单元通常包括反铁磁层(AF)、固定磁层、势垒层(即，隧穿氧化物层)和自由磁层，其中位值由在自由磁层中诱发的磁场来表示。自由层的磁场相对于由固定磁层携载的固定磁场的方向的方向确定位值。

常规上，为使用MTJ装置改进数据密度，一种技术包括减小MTJ装置的大小以将更多MTJ装置放入较小面积中。然而，MTJ装置的大小受制造工艺技术限制。另一技术包括在单一MTJ装置中形成多个MTJ结构。举例来说，在一个例子中，形成包括第一固定层、第一隧道势垒和第一自由层的第一MTJ结构。在所述第一MTJ结构上形成电介质材料层，且在所述电介质材料层的顶部上形成第二MTJ结构。此结构增加X-Y方向上的存储密度，同时增加z方向上的存储器阵列的大小。遗憾的是，此结构每单元仅存储一个位，因此X-Y方向上的数据密度以Z方向上的面积和制造成本为代价而增加。此外，这些结构增加迹线布线复杂性。因此，需要一种经改进的存储器装置，其具有较大存储密度但不增加MTJ单元中的每一者的电路面积且可随着工艺技术缩放。

发明内容

在一特定实施例中，磁隧道结(MTJ)单元包括衬底，所述衬底具有具有第一侧壁和第二侧壁的沟槽。所述MTJ单元进一步包括邻近于所述第一侧壁而安置于所述沟槽内的第一横向电极和邻近于所述第二侧壁而安置于所述沟槽内的第二横向电极。所述MTJ单元进一步包括安置于所述沟槽内的磁隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括具有具固定磁定向的磁场的固定磁层、隧道结层和具有具可配置磁定向的磁场的自由磁层。所述MTJ结构还可包括反铁磁层。所述MTJ结构在第一横向界面处接触所述第一横向电极且在第二横向界面处接触所述第二横向电极。邻近于所述第一横向电极的所述自由磁层适于携载第一磁畴以存储第一数字值。邻近于所述第二横向电极的所述自由磁层适于携载第二磁畴以存储第二数字值。

在另一特定实施例中，揭示一种制造磁隧道结结构的方法，其包括在衬底中形成沟槽、在所述沟槽内沉积导电端子和在所述沟槽内沉积磁隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括具有固定磁定向的固定磁层、隧道结层和具有可配置磁定向的自由磁层。所述MTJ结构还可包括反铁磁层。所述固定磁层沿着大体上垂直于所述衬底的表面延伸的界面而接触所述导电端子。邻近于所述导电端子的所述自由磁层携载适于存储数字值的磁畴。

在又一特定实施例中，揭示一种形成磁隧道结结构的方法，所述方法包括在衬底中形成沟槽，其中所述沟槽包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁和底壁。所述方法包括在所述沟槽内接近于所述第一侧壁沉积第一导电端子且在所述沟槽内沉积第二导电端子。所述方法进一步包括在所述沟槽内沉积磁隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构可包括反铁磁层、具有具固定磁定向的磁场的固定磁层、隧道结层和具有具可配置磁定向的磁场的自由磁层。所述固定磁层在相应第一横向界面、第二横向界面、第三横向界面和第四横向界面处接触所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁和所述第四侧壁且在底部界面处接触所述底壁。邻近于所述第一导电端子的所述自由磁层适于携载第一磁畴以存储第一数字值，且邻近于所述第二导电端子的所述自由磁层适于携载第二磁畴以存储第二数字值。

提供由磁隧道结(MTJ)装置的实施例提供的一个特定优点，所述优点在于多个数据位可存储于单一MTJ单元处。在此例子中，视特定实施而定，单一位MTJ单元的数据存储密度可加倍、增到三倍或增到四倍。

提供另一特定优点，所述优点在于横向电极提供较短接触距离，从而增强效率且减小归因于布线的寄生电阻和电容。

又一优点在于多位MTJ单元可随着工艺技术而缩放，从而甚至当MTJ单元大小减小时也允许多位MTJ单元。

提供又一特定优点，所述优点在于MTJ单元可包括多个独立磁畴以存储多个数据位。在一特定实施例中，所述MTJ单元可包括多个侧壁(从衬底的平面表面垂直地延伸)，其中所述多个侧壁中的每一者携载唯一横向磁畴以存储一数据位。另外，所述MTJ单元可包括底壁，所述底壁包括水平磁畴以存储另一数据位。