多位磁性穿隧接面存儲(chǔ)器和形成其的方法
【專利摘要】一種自旋力矩轉(zhuǎn)移STT磁性穿隧接面MTJ存儲(chǔ)器包含：?jiǎn)问焦潭ù判詫樱凰鰡问焦潭ù判詫由系拇判詣?shì)壘層；所述磁性勢(shì)壘層上的具有多個(gè)自由磁性島狀物的自由磁性層；以及上覆于所述自由磁性層的頂蓋層。還揭示一種形成STT-MTJ存儲(chǔ)器的方法。
【專利說明】多位磁性穿隧接面存儲(chǔ)器和形成其的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多位磁性穿隧接面存儲(chǔ)器和一種形成其的方法，且更明確地說， 涉及一種具有與單式固定磁性層相關(guān)聯(lián)的多個(gè)自由磁性元件的多位磁性穿隧接面存儲(chǔ)器 和一種形成其的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 自旋力矩轉(zhuǎn)移（STT)磁性穿隧接面（MTJ)元件包括磁性狀態(tài)固定的固定磁性層， 和磁性狀態(tài)為選擇性可逆的自由磁性層。固定層與自由層由磁性勢(shì)壘或接面層分離。通過 使電寫入電流穿過STT-MTJ元件的層，STT-MTJ元件可在兩個(gè)互反的穩(wěn)定磁化狀態(tài)-"平 行"（P)與"反平行"（AP)之間切換。如果寫入電流高于給定臨界點(diǎn)，那么STT-MTJ將切換 到由寫入電流的方向誘發(fā)的P或AP狀態(tài)。常規(guī)STT-MTJ存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)一個(gè)位，其中P和 AP狀態(tài)中的一者被指派成表示第一二進(jìn)位值（例如，"0"），且另一者被指派成表示第二二 進(jìn)位值（例如，"1"）?？勺x取經(jīng)存儲(chǔ)二進(jìn)位值，這是因?yàn)镾TT-MTJ元件在P狀態(tài)下具有比 在AP狀態(tài)下的電阻低的電阻。
[0003] 常規(guī)STT-MTJ存儲(chǔ)器使用寫入電路，寫入電路經(jīng)設(shè)計(jì)以注入具有足夠高量值和足 夠長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的寫入電流以確保其將STT-MTJ元件切換到所要P/AP狀態(tài)。因此，STT-MTJ 存儲(chǔ)器的常規(guī)設(shè)計(jì)原則為限于常規(guī)存儲(chǔ)器（例如，SRAM)的設(shè)計(jì)范式的"確定性"寫入，其中 存儲(chǔ)器元件的切換是確定性的。
[0004] 也已知提供STT-MTJ單元的群集以形成可取決于多少STT-MTJ單元處于平行狀態(tài) 和多少STT-MTJ單元處于反平行狀態(tài)而采取多個(gè)不同狀態(tài)中的一者的存儲(chǔ)器元件。具有N 個(gè)STT-MTJ單元的群集可采取2"個(gè)不同狀態(tài)中的任一者，且因此向測(cè)量電路呈現(xiàn)2n個(gè)不同 電阻中的一者。此測(cè)量?jī)H需要存取整個(gè)STT-MTJ群集的輸入和輸出，而不需要存取或知曉 個(gè)別STT-MTJ單元中的任一者的狀態(tài)。
[0005] 圖1展示包含N元件STT-MTJ群集單元102的電路100, N元件STT-MTJ群集單元 102包括串聯(lián)地連接的N個(gè)STT-MTJ元件102-1、102-2...... 102-N。N元件STT-MTJ群集單 元102在一末端102A處耦合到讀取/寫入電流（BL)線104且在其另一末端102B處經(jīng)由 啟用開關(guān)106而耦合到另一讀取/寫入電流（SL)線108。圖1也包含N元件STT-MTJ群集 單元150, N元件STT-MTJ群集單元150包括并聯(lián)地連接且經(jīng)由啟用開關(guān)154而連接到SL 線 108 的 N 個(gè) STT-MTJ 元件 152-1、152-2...... 152-N。應(yīng)理解，BL 線 104 和 SL 線 108 可延 伸和耦合到多個(gè)額外STT-MTJ群集（未圖示）中的每一者。BL線104和SL線108根據(jù)常 規(guī)nxm陣列可為STT-MTJ存儲(chǔ)器位線和源極線。同樣地，啟用開關(guān)106根據(jù)常規(guī)nxm陣列 可為STT-MTJ存儲(chǔ)器字啟用開關(guān)。也應(yīng)理解，BL線104、SL線108和啟用開關(guān)可分別不同 于常規(guī)位線、源極線和字晶體管。
[0006] 受到概率性編程（PPG)控制器單元112控制的概率性編程電流（PGC)源110耦合 到BL線104和SL線108。N+1電平電壓檢測(cè)器114可具有經(jīng)由讀取啟用開關(guān)116耦合到 BL線104的讀出輸入114A，和耦合到則立到N+1電平轉(zhuǎn)換器118的讀出輸入114B。Μ位數(shù) 據(jù)到N+1電平轉(zhuǎn)換器118可將Μ位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N+1電平的目標(biāo)電阻電壓信號(hào)。N+1電平轉(zhuǎn) 換器118可將比較信號(hào)提供到PPG控制器112。應(yīng)理解，N+1電平電壓檢測(cè)器114可包含讀 取電流源（未被明確地展示）以經(jīng)由BL線104將讀取電流注入通過N元件STT-MTJ群集 單元102。
[0007] 在操作中，PPG控制器112使PGC電流源110將電流施加到SL線108,且啟用開關(guān) 106經(jīng)激活以將此電流施加到N元件STT-MTJ群集單元102。電流電平和持續(xù)時(shí)間經(jīng)選擇 成使得在每一次施加電流時(shí)，存在基于電流的方向?qū)個(gè)STT-MTJ元件102-1到102-N中 的一者的狀態(tài)自第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)的預(yù)定機(jī)會(huì)。在施加電流之后，N+1電平電壓檢測(cè) 器114測(cè)量N元件STT-MTJ群集單元102的電阻以確定多少STT-MTJ單元處于所要狀態(tài)， 且在所需方向上施加電流直到獲得所述N元件STT-MTJ群集單元102的所要電阻電平。以 此方式，N元件STT-MTJ群集單元102可表示2 n個(gè)信息位。N元件STT-MTJ群集單元150可 以類似方式受到控制且用以存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)位。
[0008] 如上文所論述的STT-MTJ單元群集適用于在給定區(qū)域中提供多位存儲(chǔ)。需要在維 持前述功能性的同時(shí)增加 STT-MTJ群集中的STT-MTJ元件的密度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 示范性實(shí)施例包含一種自旋力矩轉(zhuǎn)移（STT)磁性穿隧接面（MTJ)存儲(chǔ)器，其具有： 第一單式固定磁性層；所述第一單式固定磁性層上的第一磁性勢(shì)壘層；所述第一磁性勢(shì)壘 層上的包括第一多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及上覆于所述第一自由磁性層 的頂蓋層。
[0010] 另一實(shí)施例包括一種形成STT-MTJ存儲(chǔ)器的方法，所述方法包含：提供第一單式 固定磁性層；在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢(shì)壘層；在所述第一磁性勢(shì)壘層 上形成包括多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及提供上覆于所述第一自由磁性層 的頂蓋層。
[0011] 另外實(shí)施例包含一種STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含：第一單式固定磁性層；所述第一單 式固定磁性層上的第一磁性勢(shì)壘層布置；所述第一磁性勢(shì)壘層布置上的包括第一多個(gè)自由 磁性島狀物的第一自由磁性層布置；以及上覆于所述第一自由磁性層布置的頂蓋層布置。
[0012] 另一實(shí)施例包括一種形成STT-MTJ存儲(chǔ)器的方法，所述方法包含：用于提供第一 單式固定磁性層的步驟；用于在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢(shì)壘層的步驟； 用于在所述第一磁性勢(shì)壘層上形成包括多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層的步驟；以 及用于提供上覆于所述第一自由磁性層的頂蓋層的步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 呈現(xiàn)隨附圖式以輔助描述本發(fā)明的實(shí)施例，且提供隨附圖式僅僅用于說明所述實(shí) 施例且不欲對(duì)其進(jìn)行限制。
[0014] 圖1為說明概率性編程電路中的第一和第二常規(guī)STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器布置的 電路圖。
[0015] 圖2為根據(jù)第一實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0016] 圖3為根據(jù)第二實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0017] 圖4為根據(jù)第三實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0018] 圖5為根據(jù)第四實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0019] 圖6為根據(jù)第五實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0020] 圖7為根據(jù)第六實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器的示意性圖解說明。
[0021] 圖8為說明根據(jù)實(shí)施例的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明的方面揭示于以下描述以及針對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例的相關(guān)圖式中?？稍?不脫離本發(fā)明的范圍的情況下設(shè)計(jì)替代實(shí)施例。另外，將不詳細(xì)描述本發(fā)明的眾所周知元 件或?qū)⑹÷员景l(fā)明的眾所周知元件以免混淆本發(fā)明的相關(guān)細(xì)節(jié)。
[0023] 詞語(yǔ)"示范性"在本文用以意謂"充當(dāng)實(shí)例、例子或圖解說明"。本文被描述為"示 范性"的任何實(shí)施例未必被解釋為比其它實(shí)施例較佳或有利。同樣地，術(shù)語(yǔ)"本發(fā)明的實(shí)施 例"不要求本發(fā)明的所有實(shí)施例皆包含所論述特征、優(yōu)點(diǎn)或操作模式。
[0024] 本文所使用的術(shù)語(yǔ)是僅出于描述特定實(shí)施例的目的，且不希望限制本發(fā)明的實(shí)施 例。如本文所使用，單數(shù)形式"一個(gè)"和"所述"希望也包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確 指示。應(yīng)進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"包含"在于本文中使用時(shí)指定所陳述特征、整數(shù)、 步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、 組件和/或其群組的存在或添加。
[0025] 另外，依照待由（例如）計(jì)算裝置的元件執(zhí)行的動(dòng)作序列描述了許多實(shí)施例。應(yīng)認(rèn) 識(shí)到，可通過特定電路（例如，專用集成電路（ASIC))、通過正由一或多個(gè)處理器執(zhí)行的程 序指令或通過兩者的組合來執(zhí)行本文所描述的各種動(dòng)作。另外，可認(rèn)為本文所描述的這些 動(dòng)作序列完全體現(xiàn)于任何形式的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體內(nèi)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中存儲(chǔ) 有在執(zhí)行時(shí)將使關(guān)聯(lián)處理器執(zhí)行本文所描述的功能性的對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)指令集。因此，本發(fā)明 的各種方面可以若干不同形式來體現(xiàn)，已預(yù)期所有所述形式皆在所主張標(biāo)的物的范圍內(nèi)。 另外，對(duì)于本文所描述的實(shí)施例中的每一者，任何這些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)形式可在本文被描述 為例如"經(jīng)配置以執(zhí)行所描述動(dòng)作的邏輯"。
[0026] 現(xiàn)在參看圖2,其說明STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器200,其包含由單式磁性材料層形 成的第一單式固定磁性層202和第一反鐵磁性層204,第一單式固定磁性層202形成于第一 反鐵磁性層204上。如本文所使用，"單式"意謂著一個(gè)層（例如第一單式固定磁性層202) 實(shí)質(zhì)上和/或在拓?fù)渖鲜沁B續(xù)的，且經(jīng)配置以如下文所論述由多個(gè)個(gè)別自由磁性區(qū)共享。 第一單式固定磁性層202的磁性方向固定于由箭頭205指不的第一方向上或固定向右，如 圖2中所示。
[0027] 有時(shí)被稱作"接面層"的包括單式材料層的第一磁性勢(shì)壘層206形成于第一單式 固定磁性層202上，且第一自由磁性層208形成于第一磁性勢(shì)壘層206上。第一自由磁性 層208包括第一多個(gè)個(gè)別自由磁性島狀物210,第一多個(gè)個(gè)別自由磁性島狀物210中的每 一者與第一磁性勢(shì)壘層206接觸，但彼此被第一電磁絕緣材料區(qū)212分離。第一磁性勢(shì)壘 層206是實(shí)質(zhì)上均質(zhì)的，且其性質(zhì)在第一自由磁性島狀物210之下的區(qū)中和在第一多個(gè)電 磁絕緣材料區(qū)212下方的區(qū)中實(shí)質(zhì)上類似。
[0028] 第一多個(gè)自由磁性島狀物210中的每一者在第一單式固定磁性層202上方具有占 據(jù)面積，且與第一磁性勢(shì)壘層206的在第一多個(gè)自由磁性島狀物210中的每一者與其下方 的第一單式固定磁性層202的部分之間的區(qū)一起形成磁性穿隧接面211。單一磁性穿隧接 面211的大體位置用圖2中的虛線輪廓來說明；第一多個(gè)自由磁性島狀物210中的剩余自 由磁性島狀物中的每一者為類似的磁性穿隧接面211的部分。由這些層形成的磁性穿隧接 面211因此共享共同固定磁性層（即，第一單式固定磁性層202)，和共同磁性勢(shì)壘層（即， 第一磁性勢(shì)壘層206)。頂蓋層214形成于第一自由磁性層208上方，其與第一多個(gè)自由磁 性島狀物210和第一多個(gè)電磁絕緣材料區(qū)212直接接觸。
[0029] 圖2說明第一多個(gè)自由磁性島狀物210中的六個(gè)自由磁性島狀物；然而，應(yīng)理解， 給定STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器中的第一多個(gè)自由磁性島狀物210可包括更多或更少數(shù)目個(gè) 自由磁性島狀物210,而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，雖然第一多個(gè)自由磁性島狀物210被 說明為以單一直線布置，但這些自由磁性島狀物210可覆蓋第一磁性勢(shì)壘層206的平面， 且因此在第一磁性勢(shì)壘層206的表面上方形成陣列或其它圖案。通常需要將個(gè)別自由磁 性島狀物210制作成與現(xiàn)有制造條件所準(zhǔn)許的一樣小且使其彼此的間隔與現(xiàn)有制造條件 所準(zhǔn)許的一樣近，同時(shí)維持適當(dāng)間距以實(shí)質(zhì)上防止由第一多個(gè)自由磁性島狀物210形成的 STT-MTJ彼此干擾。
[0030] 上文所提到的第一反鐵磁性層204安裝于連接層216上，連接層216可（例如） 由鉭形成，且第一線218電連接到連接層216和位線/源極線220。第二線222將頂蓋層 214連接到開關(guān)224,開關(guān)224又可被控制以可選擇性地將頂蓋層214連接到源極線/位線 226。與連接層216-樣，頂蓋層214可由鉭形成，或替代地，可包含鉭和其它材料（例如， 釕或氧化鎂）層，或可由氮化鉭或氮化鈦形成。位線/源極線220和源極線/位線226連 接到大體上類似于圖1中所說明的電路的控制電路，且施加于頂蓋層214與連接層216之 間的電流以上文所描述的方式概率性地改變STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器200中的STT-MTJ中 的一或多者的狀態(tài)。
[0031] 使用與多個(gè)自由磁性島狀物210相關(guān)聯(lián)的共同或共享固定磁性層有益地降低切 換STT-MTJ所需的能量，且切換由第一多個(gè)自由磁性島狀物210形成的所有磁性穿隧接面 211所需的能量小于切換具有面積等于所有第一多個(gè)自由磁性島狀物210的組合面積的自 由層的STT-MTJ所需的能量。使用例如第一單式固定磁性層202和第一磁性勢(shì)壘層206的 單式材料層也提供了改進(jìn)的良率且增加了對(duì)于這些層中的制造缺陷的容許度。此外，第一 單式固定磁性層202的大面積使得此層在磁性上比常規(guī)STT-MTJ中的個(gè)別固定磁性材料區(qū) 穩(wěn)定，且第一單式固定磁性層202的大小也增加由此層形成的STT-MTJ的穿隧磁阻。
[0032] 圖6說明STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器600，其類似于圖2的STT-MTJ群集單元200存 儲(chǔ)器，但其中第一磁性勢(shì)壘層602包括在第一多個(gè)自由磁性島狀物210中的每一者下方的 多個(gè)個(gè)別勢(shì)壘層島狀物604,且其中電磁絕緣材料區(qū)606從頂蓋層214延伸到第一單式固 定磁性層202。頂蓋層214由開關(guān)624連接到源極線/位線226。群集單元600的性能與 STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器200的性能相當(dāng)，但在某些制造條件下，STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器 600可比STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器200更容易制造。
[0033] 圖7說明STT-MTJ存儲(chǔ)器或群集單元700，其類似于圖6的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ) 器600,且其包含包括多個(gè)磁性勢(shì)壘島狀物604的磁性勢(shì)壘層602。另外，STT-MTJ群集單 元700包含頂蓋層702,頂蓋層702被劃分成多個(gè)頂蓋層島狀物704,頂蓋層島狀物704中 的每一者由開關(guān)724連接到源極線/位線226。電磁絕緣材料區(qū)708使鄰近的頂蓋層島狀 物706、鄰近的自由磁性島狀物210和鄰近的磁性勢(shì)壘島狀物604分離。此STT-MTJ群集單 元存儲(chǔ)器700的性能可類似于STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器200和600的性能，但在一些條件 下可較容易制造。
[0034] 圖3說明根據(jù)另一實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器300,其中使用相同參考數(shù)字 來標(biāo)識(shí)與前述實(shí)施例共同的元件。STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器300包含包括單式材料層的第 二固定磁性層302,第二固定磁性層302與第一自由磁性層208由第二磁性勢(shì)壘層304隔 開，也包括單式材料層勢(shì)壘。第二反鐵磁性層306存在于第二固定磁性層302與頂蓋層214 之間，其幫助將第二固定磁性層302的磁性定向維持在與第一單式固定磁性層202的磁性 定向相反的方向（如由箭頭310所指示）上（指向圖3的左側(cè)）。頂蓋層214由開關(guān)324 連接到源極線/位線226。多個(gè)自由磁性島狀物210的磁性狀態(tài)被以概率方式編程（如上 文所描述），且第二固定磁性層302和第二磁性勢(shì)壘層304的存在有助于提供第一多個(gè)自由 磁性島狀物210的對(duì)稱讀取/寫入特性。此布置也歸因于額外接面而改進(jìn)了穿隧磁阻且也 改進(jìn)了狀態(tài)密度。
[0035] 圖4說明根據(jù)另一實(shí)施例的STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器400,其中使用相同參考數(shù)字 來識(shí)別與前述實(shí)施例共同的元件。除了上文結(jié)合圖3所描述的層以外，STT-MTJ群集單元存 儲(chǔ)器400也包含在第二磁性勢(shì)壘層304與第二固定磁性層302之間的第三固定磁性層402， 和在第二固定磁性層302與第三固定磁性層402之間的第二自由磁性層404。第二自由磁 性層404包含由第二電磁絕緣材料區(qū)408分離的第二多個(gè)自由磁性島狀物406。第三磁性 勢(shì)壘層410在第二固定磁性層302與第二自由磁性層404之間延伸，且第四磁性勢(shì)壘層412 在第二自由磁性層404與第三固定磁性層402之間延伸。固定磁性層的方向應(yīng)交替，且因 此在此實(shí)施例中，第一單式固定磁性層202的磁化方向繼續(xù)面向圖4的右側(cè)（如由箭頭205 所說明），第三固定磁性層402的磁化方向面向相反方向（如由箭頭414所展示），且第二 固定磁性層302的磁化方向在箭頭416的方向上面向右側(cè)。頂蓋層214由開關(guān)424連接到 源極線/位線226。此布置提供具有可逆磁性狀態(tài)的第二位點(diǎn)層，且進(jìn)一步改進(jìn)STT-MTJ群 集單元存儲(chǔ)器400的狀態(tài)密度。
[0036] 圖5說明根據(jù)另一實(shí)施例的另一 STT-MTJ群集單元存儲(chǔ)器500,其中使用相同參考 數(shù)字來識(shí)別與前述實(shí)施例共同的元件。群集單元500包含在第二自由磁性層404與第三磁 性勢(shì)壘層410之間的第四固定磁性層502和第三自由磁性層504,第三自由磁性層504包括 由第三多個(gè)電磁絕緣材料區(qū)508分離的第三多個(gè)自由磁性島狀物506。第五磁性勢(shì)壘層510 將第四固定磁性層502與第三自由磁性層504分離，且第六磁性勢(shì)壘層512將第四固定磁 性層502與第二自由磁性層404分離。第一到第四磁化層202、302、402和502的磁化方向 交替，且第一磁化層202的磁化方向由箭頭205說明（在圖5中向右），第三磁化層302的 磁化方向在圖5中向左（如由箭頭514所說明），第四固定磁化層502的磁化方向向右（如 由箭頭516所說明），且第二固定磁化層202的磁化方向向左（如由箭頭518所說明）。頂 蓋層214由開關(guān)524連接到源極線/位線226。此實(shí)施例的布置進(jìn)一步改進(jìn)了狀態(tài)密度。 [0037] 前述實(shí)施例的STT-MTJ群集單元可用于各種領(lǐng)域和裝置中，且可（例如）集成 到一或多個(gè)半導(dǎo)體裸片中。STT-MTJ群集單元也可用于各種裝置中，所述裝置包含（而 不限于）機(jī)頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、通信裝置、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、固定位置數(shù)據(jù)單元，或計(jì)算機(jī)。
[0038] 根據(jù)實(shí)施例的方法包含提供第一單式固定磁性層的塊800、在第一單式固定磁性 層上形成第一磁性勢(shì)壘層的塊802、在第一磁性勢(shì)壘層上形成包括多個(gè)自由磁性島狀物的 第一自由磁性層的塊804,和提供上覆于第一自由磁性層的頂蓋層的塊806。
[0039] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可使用多種不同的技術(shù)和技藝中的任一者來表示信 息和信號(hào)。舉例來說，可由電壓、電流、電磁波、磁場(chǎng)或磁粒子、光學(xué)場(chǎng)或光學(xué)粒子或其任何 組合來表示可貫穿以上描述而提到的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、位、符號(hào)和碼片。
[0040] 另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，結(jié)合本文所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明 性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可經(jīng)實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清 楚地說明硬件與軟件的此可互換性，各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟已在上文大體 按其功能性予以描述。此功能性是實(shí)施為硬件或是軟件端視特定應(yīng)用和強(qiáng)加于整個(gè)系統(tǒng)上 的設(shè)計(jì)約束而定。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對(duì)每一特定應(yīng)用以變化的方式來實(shí)施所描述的 功能性，但這些實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為造成脫離本發(fā)明的范圍。
[0041] 結(jié)合本文所揭示的實(shí)施例而描述的方法、序列和/或算法可直接體現(xiàn)于硬件、由 處理器執(zhí)行的軟件模塊或兩者的組合中。軟件模塊可駐存于RAM存儲(chǔ)器、快閃存儲(chǔ)器、ROM 存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPR0M存儲(chǔ)器、暫存器、硬盤、抽取式碟片、CD-ROM，或此項(xiàng)技術(shù)中已 知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒體中。示范性存儲(chǔ)媒體耦合到處理器，使得處理器可自存儲(chǔ)媒 體讀取信息和將信息寫入到存儲(chǔ)媒體。在替代例中，存儲(chǔ)媒體可與處理器成一體。
[〇〇42] 雖然前述揭示內(nèi)容展示本發(fā)明的說明性實(shí)施例，但應(yīng)注意，可在不脫離如由附加 權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的范圍的情況下在本文中進(jìn)行各種改變和修改。無需以任何特定 次序執(zhí)行根據(jù)本文中所描述的本發(fā)明的實(shí)施例的方法請(qǐng)求項(xiàng)的功能、步驟和/或動(dòng)作。此 夕卜，盡管本發(fā)明的元件可以單數(shù)形式來描述或主張，但除非明確陳述了限于單數(shù)形式，否則 也預(yù)期復(fù)數(shù)形式。
【權(quán)利要求】
1. 一種自旋力矩轉(zhuǎn)移STT磁性穿隧接面MTJ存儲(chǔ)器，其包括： 第一單式固定磁性層； 所述第一單式固定磁性層上的第一磁性勢(shì)壘層； 所述第一磁性勢(shì)壘層上的包括第一多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及 上覆于所述第一自由磁性層的頂蓋層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述頂蓋層直接連接到所述第一多個(gè) 自由磁性島狀物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述頂蓋層包括與所述第一自由磁性 層的所述第一多個(gè)自由磁性島狀物相關(guān)聯(lián)的多個(gè)個(gè)別頂蓋層島狀物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第一磁性勢(shì)壘層是均質(zhì)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第一磁性勢(shì)壘層包括第一多個(gè)個(gè) 別磁性勢(shì)壘島狀物，所述第一多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島狀物中的每一者與所述第一多個(gè)自由磁 性島狀物中的至少一者相關(guān)聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第一磁性勢(shì)壘層包括由電磁絕緣 體材料分離的第一多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島狀物，且其中所述第一多個(gè)自由磁性島狀物中的每 一者在所述第一單式固定磁性層上方具有占據(jù)面積，且其中所述第一多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島 狀物中的每一者具有實(shí)質(zhì)上所述占據(jù)面積且位于所述第一多個(gè)自由磁性島狀物中的一者 與所述第一單式固定磁性層之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第一單式固定磁性層的與所 述第一磁性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上的鄰近于所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含鄰近于所述第一反鐵磁性層且電連 接到第一線的連接層，且所述STT-MTJ存儲(chǔ)器包含電連接到所述頂蓋層的第二線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述頂蓋層與所述第一自由磁性 層之間的第二單式固定磁性層，和在所述第二單式固定磁性層與所述第一自由磁性層之間 的第二磁性勢(shì)壘層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第二磁性勢(shì)壘層在所述第一多個(gè) 自由磁性島狀物的與所述第一磁性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上連接到所述第一多個(gè)自由磁性島狀 物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第二單式固定磁性層與所述 頂蓋層之間的第二反鐵磁性層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第二單式固定磁性層與所述 第一單式固定磁性層之間的至少一個(gè)額外單式固定磁性層，和包括至少額外多個(gè)自由磁性 島狀物的至少一個(gè)額外自由磁性層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第二磁性勢(shì)壘層與所述第一 自由磁性層之間的包括第二多個(gè)自由磁性島狀物的第二自由磁性層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的STT-MTJ，其包含在所述第一自由磁性層與所述第二自由 磁性層之間的第三單式固定磁性層、在所述第三單式固定磁性層與所述第二自由磁性層之 間的第三磁性勢(shì)壘層，和在所述第三單式固定磁性層與所述第一自由磁性層之間的第四磁 性勢(shì)壘層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其集成到至少一個(gè)半導(dǎo)體裸片中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其集成到裝置中，所述裝置選自由機(jī)頂盒、 音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、通信裝置、個(gè)人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù) 單元和計(jì)算機(jī)組成的群組。
17. -種形成自旋力矩轉(zhuǎn)移STT磁性穿隧接面MTJ存儲(chǔ)器的方法，其包括： 提供第一單式固定磁性層； 在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢(shì)壘層； 在所述第一磁性勢(shì)壘層上形成包括多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及 提供上覆于所述第一自由磁性層的頂蓋層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含將所述頂蓋層直接連接到所述多個(gè)自由磁性 島狀物。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中提供頂蓋層包括在所述多個(gè)自由磁性島狀物中 的每一者上提供頂蓋層島狀物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含在所述第一磁性勢(shì)壘層中形成多個(gè)磁性勢(shì)壘 島狀物，且將電磁絕緣體材料提供于所述多個(gè)磁性勢(shì)壘島狀物之間的所述第一磁性勢(shì)壘層 中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含在所述第一單式固定磁性層的與所述第一磁 性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上提供鄰近于所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其包含提供鄰近于所述第一反鐵磁性層的連接層， 將第一線電連接到所述連接層，且將第二線電連接到所述頂蓋層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含在所述頂蓋層與所述第一自由磁性層之間提 供第二單式固定磁性層，和在所述第二單式固定磁性層與所述第一自由磁性層之間提供第 二磁性勢(shì)壘層。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其包含在所述第一多個(gè)自由磁性島狀物的與所述第 一磁性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上將所述第二磁性勢(shì)壘層直接連接到所述第一多個(gè)自由磁性島狀 物。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其包含在所述第二單式固定磁性層與所述頂蓋層之 間提供第二反鐵磁性層。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其包含在所述第二單式固定磁性層與所述第一單式 固定磁性層之間提供至少一個(gè)額外單式固定磁性層，和提供包括至少額外多個(gè)自由磁性島 狀物的至少一個(gè)額外自由磁性層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其包含在所述第二磁性勢(shì)壘層與所述第一自由磁性 層之間提供包括第二多個(gè)自由磁性島狀物的第二自由磁性層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其包含在所述第一自由磁性層與所述第二自由磁性 層之間提供第三單式固定磁性層，在所述第三單式固定磁性層與所述第二自由磁性層之間 提供第三磁性勢(shì)壘層，和在所述第三單式固定磁性層與所述第一自由磁性層之間提供第四 磁性勢(shì)壘層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含將所述STT-MTJ存儲(chǔ)器集成到至少一個(gè)半導(dǎo) 體裸片中。
30. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含將所述STT-MTJ存儲(chǔ)器集成到裝置中，所述裝 置選自由機(jī)頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、通信裝置、個(gè)人數(shù)字助理 PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元和計(jì)算機(jī)組成的群組。
31. -種自旋力矩轉(zhuǎn)移STT磁性穿隧接面MTJ存儲(chǔ)器，其包括： 第一單式固定磁性層； 所述第一單式固定磁性層上的第一磁性勢(shì)壘層裝置； 所述第一磁性勢(shì)壘層裝置上的包括第一多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層裝置； 以及 上覆于所述第一自由磁性層裝置的頂蓋層裝置。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述頂蓋層裝置直接連接到所述第 一多個(gè)自由磁性島狀物。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述頂蓋層裝置包括與所述第一自 由磁性層裝置的所述第一多個(gè)自由磁性島狀物相關(guān)聯(lián)的多個(gè)個(gè)別頂蓋層島狀物。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第一磁性勢(shì)壘層裝置包括第一 多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島狀物，所述第一多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島狀物中的每一者與所述第一多個(gè) 自由磁性島狀物中的至少一者相關(guān)聯(lián)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第一磁性勢(shì)壘層裝置包括由電 磁絕緣體材料分離的第一多個(gè)個(gè)別磁性勢(shì)壘島狀物，且其中所述第一多個(gè)自由磁性島狀物 中的每一者在所述第一單式固定磁性層上方具有占據(jù)面積，且其中所述第一多個(gè)個(gè)別磁性 勢(shì)壘島狀物中的每一者具有實(shí)質(zhì)上所述占據(jù)面積且位于所述第一多個(gè)自由磁性島狀物中 的一者與所述第一單式固定磁性層之間。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第一單式固定磁性層的與 所述第一磁性勢(shì)壘層裝置相對(duì)的側(cè)上的鄰近于所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性 層。
37. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述頂蓋層裝置與所述第一自 由磁性層裝置之間的第二單式固定磁性層裝置，和在所述第二單式固定磁性層與所述第一 自由磁性層裝置之間的第二磁性勢(shì)壘層裝置。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第二單式固定磁性層裝置 與所述第一單式固定磁性層之間的至少一個(gè)額外單式固定磁性層，和包括至少額外多個(gè)自 由磁性島狀物的至少一個(gè)額外自由磁性層裝置。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其中所述第二磁性勢(shì)壘層裝置在所述第 一多個(gè)自由磁性島狀物的與所述第一磁性勢(shì)壘層裝置相對(duì)的側(cè)上連接到所述第一多個(gè)自 由磁性島狀物。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其包含在所述第二磁性勢(shì)壘層裝置與所 述第一自由磁性層裝置之間的包括第二多個(gè)自由磁性島狀物的第二自由磁性層裝置。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的STT-MTJ，其包含在所述第一自由磁性層裝置與所述第二 自由磁性層裝置之間的第三單式固定磁性層、在所述第三單式固定磁性層與所述第二自由 磁性層裝置之間的第三磁性勢(shì)壘層裝置，和在所述第三單式固定磁性層與所述第一自由磁 性層裝置之間的第四磁性勢(shì)壘層裝置。
42. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其集成到至少一個(gè)半導(dǎo)體裸片中。
43. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的STT-MTJ存儲(chǔ)器，其集成到裝置中，所述裝置選自由機(jī)頂 盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、通信裝置、個(gè)人數(shù)字助理PDA、固定位置 數(shù)據(jù)單元和計(jì)算機(jī)組成的群組。
44. 一種形成自旋力矩轉(zhuǎn)移STT磁性穿隧接面MTJ存儲(chǔ)器的方法，其包括： 用于提供一第一單式固定磁性層的步驟； 用于在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢(shì)壘層的步驟； 用于在所述第一磁性勢(shì)壘層上形成包括多個(gè)自由磁性島狀物的第一自由磁性層的步 驟；以及 用于提供上覆于所述第一自由磁性層的頂蓋層的步驟。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于將所述頂蓋層直接連接到所述第一多個(gè) 自由磁性島狀物的步驟。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述用于提供頂蓋層的步驟包括用于在所述第 一多個(gè)自由磁性島狀物中的每一者上提供頂蓋層島狀物的步驟。
47. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于在所述第一磁性勢(shì)壘層中形成多個(gè)磁性 勢(shì)壘島狀物和將電磁絕緣體材料提供于所述多個(gè)磁性勢(shì)壘島狀物之間的所述第一磁性勢(shì) 壘層中的步驟。
48. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于在所述第一單式固定磁性層的與所述第 一磁性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上提供鄰近于所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層的步驟。
49. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于提供鄰近于所述第一反鐵磁性層的連接 層、將第一線電連接到所述連接層且將第二線電連接到所述頂蓋層的步驟。
50. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于在所述頂蓋層與所述第一自由磁性層之 間提供第二單式固定磁性層的步驟，和用于在所述第二單式固定磁性層與所述第一自由磁 性層之間提供第二磁性勢(shì)壘層的步驟。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其包含用于在所述第二單式固定磁性層與所述第一 單式固定磁性層之間提供至少一個(gè)額外單式固定磁性層的步驟，和用于提供包括至少額外 多個(gè)自由磁性島狀物的至少一個(gè)額外自由磁性層的步驟。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其包含用于在所述第一多個(gè)自由磁性島狀物的與所 述第一磁性勢(shì)壘層相對(duì)的側(cè)上將所述第二磁性勢(shì)壘層直接連接到所述第一多個(gè)自由磁性 島狀物的步驟。
53. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其包含用于在所述第二單式固定磁性層與所述頂蓋 層之間提供第二反鐵磁性層的步驟。
54. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其包含用于在所述第二磁性勢(shì)壘層與所述第一自由 磁性層之間提供包括第二多個(gè)自由磁性島狀物的第二自由磁性層的步驟。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其包含用于在所述第一自由磁性層與所述第二自由 磁性層之間提供第三單式固定磁性層的步驟、用于在所述第三單式固定磁性層與所述第二 自由磁性層之間提供第三磁性勢(shì)壘層的步驟，和用于在所述第三單式固定磁性層與所述第 一自由磁性層之間提供第四磁性勢(shì)壘層的步驟。
56. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于將所述STT-MTJ存儲(chǔ)器集成到至少一個(gè) 半導(dǎo)體裸片中的步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其包含用于將所述STT-MTJ存儲(chǔ)器集成到選自由機(jī) 頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航裝置、通信裝置、個(gè)人數(shù)字助理PDA、固定位 置數(shù)據(jù)單元和計(jì)算機(jī)組成的群組的裝置中的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L43/08GK104067344SQ201380006133
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月23日
【發(fā)明者】文清·吳, 李瀋, 朱曉春, 拉古·薩加爾·瑪達(dá)拉, 升·H·康, 肯德里克·H·元 申請(qǐng)人:高通股份有限公司