形成磁隧道结装置的方法 【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。
提供再一特定优点， 所述优点在于所述 MTJ 单元可包括多个独立磁畴。可写入或 读取所述多个独立磁畴中的每一者而不改变存储于所述 MTJ 单元内的其它磁畴处的数据。
在查看包括以下部分的整个申请案之后将明白本发明的其它方面、 优点和特征 ： “附图说明” 、 “具体实施方式” 和 “权利要求书” 。
附图说明
图 1 为包括横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 堆叠的特定说明性实施例的横截面图 ； 图 2 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的特定说明性实施例的俯视图； 图 3 为沿着图 2 中的线 3-3 取得的图 2 的电路装置的横截面图 ；
图 4 为沿着图 2 中的线 4-4 取得的图 2 的电路装置的横截面图 ；
图 5 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第二特定说明性实施例的 俯视图 ；
图 6 为沿着图 5 中的线 6-6 取得的图 5 的电路装置的横截面图 ；
图 7 为沿着图 5 中的线 7-7 取得的图 5 的电路装置的横截面图 ；
图 8 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第三特定说明性实施例的 俯视图 ；
图 9 为沿着图 8 中的线 9-9 取得的图 8 的电路装置的横截面图 ；
图 10 为沿着图 8 中的线 10-10 取得的图 8 的电路装置的横截面图 ；
图 11 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第四特定说明性实施例 的俯视图 ；
图 12 为沿着图 11 中的线 12-12 取得的图 11 的电路装置的横截面图 ；
图 13 为沿着图 11 中的线 13-13 取得的图 11 的电路装置的横截面图 ；
图 14 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第五特定说明性实施例 的俯视图 ；
图 15 为沿着图 14 中的线 15-15 取得的图 14 的电路装置的横截面图 ；
图 16 为沿着图 14 中的线 16-16 取得的图 14 的电路装置的横截面图 ；
图 17 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第六特定说明性实施例 的俯视图 ；
图 18 为沿着图 17 中的线 18-18 取得的图 17 的电路装置的横截面图 ；
图 19 为沿着图 17 中的线 19-19 取得的图 17 的电路装置的横截面图 ；
图 20 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第七特定说明性实施例 的俯视图 ；
图 21 为沿着图 20 中的线 21-21 取得的图 20 的电路装置的横截面图 ； 图 22 为沿着图 20 中的线 22-22 取得的图 20 的电路装置的横截面图 ；
图 23 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置的第八特定说明性实施例 的俯视图 ；
图 24 为沿着图 23 中的线 24-24 取得的图 23 的电路装置的横截面图 ；
图 25 为沿着图 23 中的线 25-25 取得的图 23 的电路装置的横截面图 ；
图 26 为在零值状态下配置的具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的自由层的俯视图 ；
图 27 为包括图 26 的自由层的 MTJ 单元的横截面图， 其说明用以配置自由层的磁 畴以表示零值的写入电流 ；
图 28 为沿着图 26 中的线 28-28 取得的图 26 的自由层的横截面图 ；
图 29 为沿着图 26 中的线 29-29 取得的图 26 的自由层的横截面图 ；
图 30 为在 1 值状态下配置的具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的自由层的俯视图 ；
图 31 为包括图 30 的自由层的 MTJ 单元的横截面图， 其说明用以配置自由层的磁 畴以表示 1 值的写入电流 ；
图 32 为沿着图 30 中的线 32-32 取得的图 30 的自由层的横截面图 ；
图 33 为沿着图 30 中的线 33-33 取得的图 30 的自由层的横截面图 ；
图 34 为 MTJ 单元的特定实施例的横截面图 ；
图 35 为提供增加的电阻的 MTJ 单元的另一特定实施例的横截面图 ；
图 36 为具有单一开关装置以存取单一存储值的 MTJ 单元的横截面图 ；
图 37 为具有两个开关装置以存取两个存储值的 MTJ 单元的横截面图 ；
图 38 为具有三个开关装置以存取三个存储值的 MTJ 单元的横截面图 ；
图 39 到图 40 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的特定说明 性实施例的流程图 ；
图 41 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的第二特定说明性 实施例的流程图 ；
图 42 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的第三特定说明性 实施例的流程图 ； 以及
图 43 为包括包含 MTJ 单元的存储器电路的无线通信装置的框图。 具体实施方式
图 1 为包括横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 单元 100 的特定说明性实施例的横截面 图。MTJ 单元 100 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 104， 其具有 MTJ 堆叠 106、 中心电极 108、 第一 横向电极 110 和第二横向电极 112。MTJ 堆叠 106 包括携载具有固定磁定向的磁畴的固定 磁层 114、 隧道势垒层 116 和具有可配置磁定向的自由磁层 118。MTJ 堆叠 106 还可包括钉 扎固定磁层 114 的反铁磁 (AF) 层 ( 未图示 )。MTJ 堆叠 106 还可包括额外层 ( 未图示 )。 固定磁层 114 经由所述 AF 层在第一横向界面 120 处耦合到第一横向电极 110 且在第二横 向界面 122 处接触第二横向电极 112。应理解， 固定磁层 114 和自由磁层 118 可切换， 以使 得自由磁层 118 分别在第一横向界面 120 和第二横向界面 122 处接触第一横向电极 110 和 第二横向电极 112。一般来说， 自由磁层 118 具有邻近于第一横向电极 110 的携载第一磁 畴 124( 在图 26 中说明于 2612 处 ) 的第一部分且具有邻近于第二横向电极 112 的携载第 二磁畴 126( 在图 26 中说明于 2616 处 ) 的第二部分。 在一特定实施例中， MTJ 单元 100 的尺寸 ( 即， 长度、 宽度和深度 ) 确定磁畴在自 由层 118 内的定向。具体来说， 沿着特定壁的磁畴在对应于所述特定壁的最长尺寸的方向 上对准。如果所述壁具有大于其长度的深度， 则磁畴定向于深度的方向上。相比而言， 如果 所述壁具有大于深度的长度， 则磁畴定向于长度的方向上。与自由层 118 的磁畴相关联的 磁场相对于与固定层 114 的磁畴相关联的磁场的固定方向的特定方向表示一数据位值。
在另一特定实施例中， 固定磁层 114 和自由磁层 118 由铁磁材料形成。隧道势垒 层 116 可由例如氧化镁 (MgO) 等金属材料的氧化物形成。可经由中心电极 108 和横向电极 110 和 112 施加读取电流以读取由第一磁畴 124 和第二磁畴 126 表示的数据位值。在一特 定实例中， 第一磁畴 124 和第二磁畴 126 可适于表示唯一数据位值。
图 2 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 200 的特定说明性实施例的 俯视图。电路装置 200 包括衬底 202。衬底 202 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 204， 其具有 MTJ 堆叠 206、 中心电极 208、 第一横向电极 210 和第二横向电极 212。MTJ 堆叠 206 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 202 包括耦合到第一横向电极 210 的第 一通孔 214、 耦合到中心电极 208 的中心通孔 216 和耦合到第二横向电极 212 的第二通孔 218。衬底 202 还包括耦合到第一通孔 214 的第一迹线 220、 耦合到第二通孔 218 的第二迹 线 222 和耦合到中心通孔 216 的第三迹线 224。衬底 202 还包括处理开口 226。在一特定 实施例中， MTJ 结构 204 适于将例如第一位值的第一数据值和例如第二位值的第二数据值 存储于 MTJ 堆叠 206 的邻近于第一横向电极 210 和第二横向电极 212 的自由层内。
图 3 为沿着图 2 中的线 3-3 取得的图 2 的电路装置 200 的横截面图 300。图 300 说明衬底 202， 其包括第一层间电介质层 332、 第一罩盖层 334、 第二层间电介质层 336、 第二 罩盖层 338、 第三罩盖层 340、 第三层间电介质层 342 和第四层间电介质层 344。衬底 202 包 括第一表面 360 和第二表面 370。衬底 202 还包括包括 MTJ 堆叠 206 的 MTJ 结构 204。第 一横向电极 210、 第二横向电极 212 和 MTJ 堆叠 206 安置于衬底 202 中的沟槽内。所述沟槽
具有深度 (d)。衬底 202 包括沉积于第一表面 360 处且在第一表面 360 处经图案化的第一 迹线 220、 第二迹线 222 和第三迹线 224。第一迹线 220 耦合到从第一迹线 220 延伸到第一 横向电极 210 的第一通孔 214。第二迹线 222 耦合到从第二迹线 222 延伸到第二横向电极 212 的第二通孔 218。第三迹线 224 耦合到从第三迹线 224 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 208 的中心通孔 216。中心电极 208 耦合到 MTJ 堆叠 206。
一般来说， MTJ 堆叠 206 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 206 的自由层的邻 近于第一横向电极 210 的第一部分内。MTJ 堆叠 206 还适于将第二数据位值存储于 MTJ 堆 叠 206 的自由层的邻近于第二横向电极 212 的第二部分内。可通过在第三迹线 224 与第一 迹线 220 或第二迹线 222 之间施加电压并通过将第一迹线 220 和 / 或第二迹线 222 处的电 流与参考电流进行比较而从 MTJ 堆叠 206 读取数据位值。或者， 可通过在第一迹线 220 与 第三迹线 224 之间或在第二迹线 222 与第三迹线 224 之间施加写入电流而将数据位值写入 到 MTJ 堆叠 206。在一特定实施例中， 图 2 中所说明的 MTJ 堆叠 206 的宽度 (b) 大于深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 206 内的邻近于横向电极 210 和 212 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 206 的宽度 (b) 的方向上大体上平行于衬底 202 的表面 360 的方向上延伸 ( 即， 进入 图 3 的页面视图或从页面视图向外 )。如果 MTJ 堆叠 206 的宽度 (b) 小于深度 (d)， 则 MTJ 堆叠 206 内的邻近于横向电极 210 和 212 的自由层的相应磁场可为垂直的， 即， 沿着所述沟 槽深度方向。通常， 可通过反向沟槽光蚀刻工艺和 MTJ 化学机械研磨 (CMP) 工艺来图案化 图 2 到图 13 中所说明的 MTJ 结构以控制沟槽尺寸且因此控制 MTJ 尺寸。
图 4 为沿着图 2 中的线 4-4 取得的图 2 的电路装置 200 的横截面图 400。图 400 包括衬底 202， 所述衬底 202 具有第一层间电介质层 332、 第一罩盖层 334、 第二层间电介质 层 336、 第二罩盖层 338、 第三罩盖层 340、 第三层间电介质层 342 和第四层间电介质层 344。 衬底 202 包括 MTJ 堆叠 206、 顶部电极 208 和从第三迹线 224 延伸到顶部电极 208 的中心通 孔 216。衬底 202 还包括处理开口 226， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 204 的一部分且通 过在处理开口 226 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 204 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。MTJ 结构 204 可包括与相应侧壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 210 和第二 横向电极 212) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极。另外， MTJ 结构 204 适于存储多达 四个唯一数据位。
图 5 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 500 的特定说明性实施例的 俯视图。电路装置 500 包括衬底 502。衬底 502 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 504， 其具有 MTJ 堆叠 506、 中心电极 508、 第一横向电极 510 和第二横向电极 512。MTJ 堆叠 506 具有长度 (a) 和宽度 (b)。衬底 502 包括耦合到第一横向电极 510 的第一通孔 514、 耦合到中心电极 508 的中心通孔 516 和耦合到第二横向电极 512 的第二通孔 518。衬底 502 还包括耦合到 第一通孔 514 的第一迹线 520、 耦合到第二通孔 518 的第二迹线 522 和耦合到中心通孔 516 的第三迹线 524。衬底 502 还包括处理开口 526。在一特定实施例中， MTJ 结构 504 适于将 第一数据位值和第二数据位值存储于 MTJ 堆叠 506 的邻近于第一横向电极 510 和第二横向 电极 512 的自由层内。
图 6 为沿着图 5 中的线 6-6 取得的图 5 的电路装置 500 的横截面图 600。图 600 说明衬底 502， 衬底 502 包括第一层间电介质层 630、 第二层间电介质层 632、 第一罩盖层634、 第三层间电介质层 636、 第二罩盖层 638、 第三罩盖层 640、 第四层间电介质层 642 和第 五层间电介质层 644。衬底 502 包括第一表面 660 和第二表面 670。衬底 502 还包括包括 MTJ 堆叠 506 的 MTJ 结构 504。第一横向电极 510、 第二横向电极 512 和 MTJ 堆叠 506 安置 于衬底 502 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。衬底 502 包括沉积于第一表面 660 处且 在第一表面 660 处经图案化的第三迹线 524， 且包括沉积于第二表面 670 处且在第二表面 670 处经图案化的第一迹线 520 和第二迹线 522。第一迹线 520 耦合到从第一迹线 520 延 伸到第一横向电极 510 的第一通孔 514。第二迹线 522 耦合到从第二迹线 522 延伸到第二 横向电极 512 的第二通孔 518。第三迹线 524 耦合到从第三迹线 524 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 508 的中心通孔 516。中心电极 508 耦合到 MTJ 堆叠 506。
一般来说， MTJ 堆叠 506 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 506 的邻近于第一横 向电极 510 的自由层内。MTJ 堆叠 506 还适于将第二数据位值存储于 MTJ 堆叠 506 的邻近 于第二横向电极 512 的自由层内。可通过在第三迹线 524 与第一迹线 520 或第二迹线 522 之间施加电压并通过将第一迹线 520 和 / 或第二迹线 522 处的电流与参考电流进行比较而 从 MTJ 堆叠 506 读取数据位值。或者， 可通过在第一迹线 520 与第三迹线 524 之间或在第 二迹线 522 与第三迹线 524 之间施加写入电流而将数据位值写入到 MTJ 堆叠 506。在一特 定实施例中， 图 5 中所说明的 MTJ 堆叠 506 的宽度 (b) 大于深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 506 内的 邻近于横向电极 510 和 512 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 506 的宽度 (b) 的方 向上大体上平行于衬底 502 的表面 660 的方向上延伸 ( 即， 进入图 6 的页面视图或从页面 视图向外 )。如果 MTJ 堆叠 506 的宽度 (b) 小于深度 (d)， 则 MTJ 堆叠 506 内的邻近于横向 电极 510 和 512 的自由层的相应磁场可为沿着所述沟槽深度方向垂直的。
图 7 为沿着图 5 中的线 7-7 取得的图 5 的电路装置 500 的横截面图 700。图 700 包括衬底 502， 其具有第二层间电介质层 632、 第一罩盖层 634、 第三层间电介质层 636、 第二 罩盖层 638、 第三罩盖层 640、 第四层间电介质层 642 和第五层间电介质层 644。衬底 502 包 括 MTJ 堆叠 506、 顶部电极 508 和从第三迹线 524 延伸到顶部电极 508 的中心通孔 516。衬 底 502 还包括处理开口 526， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 504 的一部分且通过在处理开 口 526 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 504 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。MTJ 结构 504 可包括与相应侧壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 510 和第二 横向电极 512) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极。另外， MTJ 结构 504 适于存储多达 四个唯一数据位。
图 8 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 800 的第三特定说明性实施 例的俯视图。电路装置 800 包括衬底 802。衬底 802 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 804， 其具有 MTJ 堆叠 806、 中心电极 808、 第一横向电极 810、 第二横向电极 812 和第三横向电极 1050。 MTJ 堆叠 806 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 802 包括耦合到 第一横向电极 810 的第一通孔 814、 耦合到中心电极 808 的中心通孔 816、 耦合到第二横向 电极 812 的第二通孔 818 和耦合到第三横向电极 1050 的第三通孔 827。衬底 802 还包括耦 合到第一通孔 814 的第一迹线 820、 耦合到第二通孔 818 的第二迹线 822 和耦合到中心通 孔 816 的第三迹线 824。衬底 802 还包括处理开口 826。衬底 802 还包括耦合到第三通孔 827 的第四迹线 828。在一特定实施例中， MTJ 结构 804 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 806 的自由层的邻近于第一横向电极 810 的第一部分内、 将第二数据位值存储于自由层 的邻近于第二横向电极 812 的第二部分内且将第三数据位值存储于自由层的邻近于第三 横向电极 1050 的第三部分内。
图 9 为沿着图 8 中的线 9-9 取得的图 8 的电路装置 800 的横截面图 900。 图 900 说 明衬底 802， 衬底 802 包括第一层间电介质层 930、 第二层间电介质层 932、 第一罩盖层 934、 第三层间电介质层 936、 第二罩盖层 938、 第三罩盖层 940、 第四层间电介质层 942 和第五层 间电介质层 944。衬底 802 包括第一表面 960 和第二表面 970。衬底 802 还包括包括 MTJ 堆叠 806 的 MTJ 结构 804。第一横向电极极 810、 第二横向电极 812 和 MTJ 堆叠 806 安置于 衬底 802 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。衬底 802 包括沉积于第一表面 960 处且在 第一表面 960 处经图案化的第三迹线 824， 且包括沉积于第二表面 970 处且在第二表面 970 处经图案化的第一迹线 820 和第二迹线 822。第一迹线 820 耦合到从第一迹线 820 延伸到 第一横向电极 810 的第一通孔 814。第二迹线 822 耦合到从第二迹线 822 延伸到第二横向 电极 812 的第二通孔 818。第三迹线 824 耦合到从第三迹线 824 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 808 的中心通孔 816。中心电极 808 耦合到 MTJ 堆叠 806。
一般来说， MTJ 堆叠 806 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 806 的自由层的邻 近于第一横向电极 810 的第一部分内。MTJ 堆叠 806 还适于将第二数据位值存储于 MTJ 堆 叠 806 的自由层的邻近于第二横向电极 812 的第二部分内。MTJ 堆叠 806 还适于将第三数 据位值存储于 MTJ 堆叠 806 的自由层的邻近于第三横向电极 1050 的第三部分内。可通过 在第三迹线 824 与第一迹线 820、 第二迹线 822 或第四迹线 828 之间施加电压并通过将第 三迹线 824 处或第一迹线 820、 第二迹线 822 或第四迹线 828 处的电流与参考电流进行比 较而从 MTJ 堆叠 806 读取数据值。或者， 可通过在第一迹线 820 或第二迹线 822 或第四迹 线 828 与第三迹线 824 之间施加写入电流而将数据值写入到 MTJ 堆叠 806。在一特定实施 例中， 图 8 中所说明的 MTJ 堆叠 806 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 806 内的邻近于横向电极 810、 812 和 1050 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 806 的宽 度 (b) 或长度 (a) 的方向上大体上平行于衬底 802 的表面 960 的方向上延伸 ( 即， 进入图 9 的页面视图或从页面视图向外 )。如果 MTJ 堆叠 806 的长度 (a) 和宽度 (b) 小于深度 (d)， 则 MTJ 堆叠 806 内的邻近于横向电极 810、 812 和 1050 的自由层的相应磁场可为沿着所述 沟槽深度方向垂直的。
图 10 为沿着图 8 中的线 10-10 取得的图 8 的电路装置 800 的横截面图 1000。图 1000 包括衬底 802， 衬底 802 具有第一层间电介质层 930、 第二层间电介质层 932、 第一罩 盖层 934、 第三层间电介质层 936、 第二罩盖层 938、 第三罩盖层 940、 第四层间电介质层 942 和第五层间电介质层 944。衬底 802 包括 MTJ 堆叠 806、 顶部电极 808 和从第三迹线 824 延 伸到顶部电极 808 的中心通孔 816。衬底 802 还包括处理开口 826， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 804 的一部分且通过在处理开口 826 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。衬 底 802 还包括耦合到从第四迹线 828 延伸到第三横向电极 1050 的第三通孔 827 的第四迹 线 828， 第三横向电极 1050 耦合到 MTJ 堆叠 806。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 804 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。在图 10 的横截面图中， MTJ 堆叠 806 为 L 形结构。MTJ 结构 804 可包括与相应侧壁 相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 810、 第二横向电极 812 和第三横向电极 1050) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极 ( 未图示 )。另外， MTJ 结构 804 适于存储多达四个唯一 数据位。
图 11 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 1100 的第四特定说明性实 施例的俯视图。电路装置 1100 包括衬底 1102。衬底 1102 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 1104， 其具有 MTJ 堆叠 1106、 中心电极 1108、 第一横向电极 1110 和第二横向电极 1112。MTJ 堆叠 1106 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 1102 包括耦合到第一横 向电极 1110 的第一通孔 1114、 耦合到中心电极 1108 的中心通孔 1116、 耦合到第二横向电 极 1112 的第二通孔 1118 和耦合到第三横向电极 1350 的第三通孔 1127。衬底 1102 还包括 耦合到第一通孔 1114 的第一迹线 1120、 耦合到第二通孔 1118 的第二迹线 1122 和耦合到中 心通孔 1116 的第三迹线 1124。衬底 1102 还包括处理开口 1126。衬底 1102 包括第三通孔 1127 和第四迹线 1128。在一特定实施例中， MTJ 结构 1104 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 1106 的自由层的邻近于第一横向电极 1110 的第一部分内、 将第二数据位值存储于自 由层的邻近于第二横向电极 1112 的第二部分内且将第三数据位值存储于自由层的邻近于 第三横向电极 1350 的第三部分内。
图 12 为沿着图 11 中的线 12-12 取得的图 11 的电路装置 1100 的横截面图 1200。 图 1200 说明衬底 1102， 其包括第二层间电介质层 1232、 第一罩盖层 1234、 第三层间电介质 层 1236、 第二罩盖层 1238、 第三罩盖层 1240、 第四层间电介质层 1242 和第五层间电介质层 1244。衬底 1102 包括第一表面 1260 和第二表面 1270。衬底 1102 还包括包括 MTJ 堆叠 1106 的 MTJ 结构 1104。第一横向电极 1110、 第二横向电极 1112 和 MTJ 堆叠 1106 安置于 衬底 1102 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。衬底 1102 包括沉积于第一表面 1260 处 且在第一表面 1260 处经图案化的第一迹线 1120、 第二迹线 1122 和第三迹线 1124。第四迹 线 1128 沉积于第二表面 1270 处且在第二表面 1270 处经图案化， 如图 13 中所说明。第一 迹线 1120 耦合到从第一迹线 1120 延伸到第一横向电极 1110 的第一通孔 1114。第二迹线 1122 耦合到从第二迹线 1122 延伸到第二横向电极 1112 的第二通孔 1118。第三迹线 1124 耦合到从第三迹线 1124 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 1108 的中心通孔 1116。中心电极 1108 耦合到 MTJ 堆叠 1106。
一般来说， MTJ 堆叠 1106 适于将第一数据位值存储于 MTJ 堆叠 1106 的自由层的邻 近于第一横向电极 1110 的第一部分内。MTJ 堆叠 1106 还适于将第二数据位值存储于 MTJ 堆叠 1106 的自由层的邻近于第二横向电极 1112 的第二部分内。MTJ 堆叠 1106 进一步适 于将第三数据位值存储于 MTJ 堆叠 1106 的自由层的邻近于第三横向电极 1350 的第三部分 内。可通过在第三迹线 1124 与第一迹线 1120、 第二迹线 1122 或第四迹线 1128 之间施加电 压和并通过将第一迹线 1120、 第二迹线 1122 或第四迹线 1128 处的电流与参考电流进行比 较而从 MTJ 堆叠 1106 读取数据位值。或者， 可通过在第一迹线 1120、 第二迹线 1122 或第四 迹线 1128 与第三迹线 1124 之间施加写入电流而将数据位值写入到 MTJ 堆叠 1106。在一特 定实施例中， 图 11 中所说明的 MTJ 堆叠 1106 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 1106 内的邻近于横向电极 1110、 1112 或 1350 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆 叠 1106 的宽度 (b) 或长度 (a) 的方向上大体上平行于衬底 1102 的表面 1260 的方向上延 伸 ( 即， 进入图 12 的页面视图或从页面视图向外 )。如果 MTJ 堆叠 1106 的长度 (a) 和宽度 (b) 小于深度 (d)， 则 MTJ 堆叠 1106 内的邻近于横向电极 1110、 1112 和 1350 的自由层的相应磁场可为沿着所述沟槽深度方向垂直的。
图 13 为沿着图 11 中的线 13-13 取得的图 11 的电路装置 1100 的横截面图 1300。 图 1300 包括衬底 1102， 衬底 1102 具有第一层间电介质层 1230、 第二层间电介质层 1232、 第 一罩盖层 1234、 第三层间电介质层 1236、 第二罩盖层 1238、 第三罩盖层 1240、 第四层间电介 质层 1242 和第五层间电介质层 1244。衬底 1102 包括 MTJ 堆叠 1106、 顶部电极 1108 和从 第三迹线 1124 延伸到顶部电极 1108 的中心通孔 1116。衬底 1102 还包括处理开口 1126， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 1104 的一部分且通过在处理开口 1126 内沉积层间电介质 材料进行填充而形成。 衬底 1102 还包括耦合到从第四迹线 1128 延伸到第三横向电极 1350 的第三通孔 1127 的第四迹线 1128， 第三横向电极 1350 耦合到 MTJ 堆叠 1106。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 1104 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。在图 13 的横截面图中， MTJ 堆叠 1106 为 L 形结构。MTJ 结构 1104 可包括与相应侧壁 相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 1110、 第二横向电极 1112 和第三横向电极 1350)， 且可包括与所述底壁相关联的底部电极 ( 未图示 )。另外， MTJ 结构 1104 适于存储多达四 个唯一数据位。
图 14 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 1400 的第五特定说明性实 施例的俯视图。电路装置 1400 包括衬底 1402。衬底 1402 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 1404， 其具有 MTJ 堆叠 1406、 中心电极 1408、 第一横向电极 1410 和第二横向电极 1412。MTJ 堆叠 1406 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 1402 包括耦合到第一横 向电极 1410 的第一通孔 1414、 耦合到中心电极 1408 的中心通孔 1416 和耦合到第二横向 电极 1412 的第二通孔 1418。衬底 1402 还包括耦合到第一通孔 1414 的第一迹线 1420、 耦 合到第二通孔 1418 的第二迹线 1422 和耦合到中心通孔 1416 的第三迹线 1424。衬底 1402 还包括处理开口 1426。在一特定实施例中， MTJ 结构 1404 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆 叠 1406 的自由层的第一部分内且将第二数据值存储于 MTJ 堆叠 1406 的自由层的第二部分 内， 所述第一部分和所述第二部分分别邻近于第一横向电极 1410 和第二横向电极 1412。
图 15 为沿着图 14 中的线 15-15 取得的图 14 的电路装置 1400 的横截面图 1500。 图 1500 说明衬底 1402， 衬底 1402 包括第一层间电介质层 1532、 第一罩盖层 1534、 第二层间 电介质层 1536、 第二罩盖层 1538、 第三罩盖层 1540、 第三层间电介质层 1542 和第四层间电 介质层 1544。衬底 1402 包括第一表面 1560 和第二表面 1570。衬底 1402 还包括包括 MTJ 堆叠 1406 的 MTJ 结构 1404。第一横向电极 1410、 第二横向电极 1412 和 MTJ 堆叠 1406 安 置于衬底 1402 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。在此实施例中， 可使用沉积和光蚀刻 工艺形成 MTJ 堆叠 1406 以选择性地移除 MTJ 堆叠 1406 的若干部分。一般来说， 光蚀刻工 艺可用以在图 14 到 25 中所描绘的说明性实施例中移除额外 MTJ 薄膜且界定 MTJ 图案。
衬底 1402 包括沉积于第一表面 1560 处且在第一表面 1560 处经图案化的第一迹 线 1420、 第二迹线 1422 和第三迹线 1424。第一迹线 1420 耦合到从第一迹线 1420 延伸到 第一横向电极 1410 的第一通孔 1414。第二迹线 1422 耦合到从第二迹线 1422 延伸到第二 横向电极 1412 的第二通孔 1418。第三迹线 1424 耦合到从第三迹线 1424 延伸到中心 ( 顶 部 ) 电极 1408 的中心通孔 1416。中心电极 1408 耦合到 MTJ 堆叠 1406。
一般来说， MTJ 堆叠 1406 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆叠 1406 的自由层的邻 近于第一横向电极 1410 的第一部分内。MTJ 堆叠 1406 还适于将第二数据值存储于 MTJ 堆叠 1406 的自由层的邻近于第二横向电极 1412 的第二部分内。可通过在第三迹线 1424 与 第一迹线 1420 或第二迹线 1422 之间施加电压并通过将第一迹线 1420 或第二迹线 1422 处 的电流与参考电流进行比较而从 MTJ 堆叠 1406 读取数据值。 或者， 可通过在第一迹线 1420 或第二迹线 1422 与第三迹线 1424 之间施加写入电流而将数据值写入到 MTJ 堆叠 1406。在 一特定实施例中， 图 14 中所说明的 MTJ 堆叠 1406 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于所述 MTJ 堆 叠的高度和深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 1406 内的邻近于横向电极 1410 和 1412 的自由层所携载 的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 1406 的宽度 (b) 的方向上大体上平行于衬底 1560 的表面的方向 上延伸 ( 即， 进入图 15 的页面视图或从页面视图向外 )。
在一特定实施例中， MTJ 堆叠 1406 具有大于长度 (a) 或宽度 (b) 的高度 (h)。在 此例子中， MTJ 堆叠 1406 内的邻近于横向电极 1410 和 1412 的自由层所携载的相应磁畴在 于 MTJ 堆叠 1406 的深度 (d) 的方向上大体上垂直于衬底 1402 的表面 1560 的方向上延伸。
图 16 为沿着图 14 中的线 16-16 取得的图 14 的电路装置 1400 的横截面图 1600。 图 1600 包括衬底 1402， 衬底 1402 具有第一层间电介质层 1532、 第一罩盖层 1534、 第二层 间电介质层 1536、 第二罩盖层 1538、 第三罩盖层 1540、 第三层间电介质层 1542 和第四层间 电介质层 1544。衬底 1402 包括 MTJ 堆叠 1406、 顶部电极 1408 和从第三迹线 1424 延伸到 顶部电极 1408 的中心通孔 1416。衬底 1402 还包括处理开口 1426， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 1404 的一部分且通过在处理开口 1426 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 1404 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。MTJ 结构 1404 可包括与相应侧壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 1410 和第 二横向电极 1412) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极。另外， MTJ 结构 1404 适于存储 多达四个唯一数据位。
图 17 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 1700 的第六特定说明性实 施例的俯视图。电路装置 1700 包括衬底 1702。衬底 1702 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 1704， 其具有 MTJ 堆叠 1706、 中心电极 1708、 第一横向电极 1710 和第二横向电极 1712。MTJ 堆叠 1706 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 1702 包括耦合到第一横 向电极 1710 的第一通孔 1714、 耦合到中心电极 1708 的中心通孔 1716 和耦合到第二横向 电极 1712 的第二通孔 1718。衬底 1702 还包括耦合到第一通孔 1714 的第一迹线 1720、 耦 合到第二通孔 1718 的第二迹线 1722 和耦合到中心通孔 1716 的第三迹线 1724。衬底 1702 还包括处理开口 1726。在一特定实施例中， MTJ 结构 1704 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆 叠 1706 的自由层的第一部分内且将第二数据值存储于 MTJ 堆叠 1706 的自由层的第二部分 内， 所述第一部分和所述第二部分分别邻近于第一横向电极 1710 和第二横向电极 1712。
图 18 为沿着图 17 中的线 18-18 取得的图 17 的电路装置 1700 的横截面图 1800。 图 1800 说明衬底 1702， 衬底 1702 包括第一层间电介质层 1830 和 1832、 第一罩盖层 1834、 第二层间电介质层 1836、 第二罩盖层 1838、 第三罩盖层 1840、 第三层间电介质层 1842 和第 四层间电介质层 1844。衬底 1702 包括第一表面 1860 和第二表面 1870。衬底 1702 还包括 包括 MTJ 堆叠 1706 的 MTJ 结构 1704。第一横向电极 1710、 第二横向电极 1712 和 MTJ 堆叠 1706 安置于衬底 1702 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)， 且 MTJ 堆叠 1706 具有大于沟 槽深度 (d) 的高度 (h)。衬底 1702 包括沉积于第二表面 1870 处且在第二表面 1870 处经 图案化的第一迹线 1720 和第二迹线 1722 和沉积于第一表面 1860 处且在第一表面 1860 处经图案化的第三迹线 1724。第一迹线 1720 耦合到从第一迹线 1720 延伸到第一横向电极 1710 的第一通孔 1714。第二迹线 1722 耦合到从第二迹线 1722 延伸到第二横向电极 1712 的第二通孔 1718。第三迹线 1724 耦合到从第三迹线 1724 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 1708 的中心通孔 1716。中心电极 1708 耦合到 MTJ 堆叠 1706。
一般来说， MTJ 堆叠 1706 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆叠 1706 的自由层的邻 近于第一横向电极 1710 的第一部分内。MTJ 堆叠 1706 还适于将第二数据值存储于 MTJ 堆 叠 1706 的自由层的邻近于第二横向电极 1712 的第二部分内。可通过在第三迹线 1724 与 第一迹线 1720 或第二迹线 1722 之间施加电压并通过将第一迹线 1720 或第二迹线 1722 处 的电流与参考电流进行比较而从 MTJ 堆叠 1706 读取数据值。 或者， 可通过在第一迹线 1720 或第二迹线 1722 与第三迹线 1724 之间施加写入电流而将数据值写入到 MTJ 堆叠 1706。在 一特定实施例中， MTJ 堆叠 1706 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于 MTJ 堆叠 1706 的高度 (h)， 且 MTJ 堆叠 1706 内的邻近于横向电极 1710 和 1712 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆 叠 1706 的宽度 (b) 的方向上大体上平行于衬底 1702 的表面 1860 的方向上延伸 ( 即， 进入 或从图 18 的页面视图离开 )。在另一特定实施例中， MTJ 堆叠 1706 的高度 (h) 可大于长度 (a) 或宽度 (b)， 且 MTJ 堆叠 1706 内的邻近于横向电极 1710 和 1712 的自由层所携载的磁 畴在大体上垂直于衬底 1702 的表面 1860 的方向上延伸。 图 19 为沿着图 17 中的线 19-19 截取的图 17 的电路装置 1700 的横截面图 1900。 图 1900 包括衬底 1702， 衬底 1702 具有第一层间电介质层 1832、 第一罩盖层 1834、 第二层 间电介质层 1836、 第二罩盖层 1838、 第三罩盖层 1840、 第三层间电介质层 1842 和第四层间 电介质层 1844。衬底 1702 包括 MTJ 堆叠 1706、 顶部电极 1708 和从第三迹线 1724 延伸到 顶部电极 1708 的中心通孔 1716。衬底 1702 还包括处理开口 1726， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 1704 的一部分且通过在处理开口 1726 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 1704 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。MTJ 结构 1704 可包括与相应侧壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 1710 和第 二横向电极 1712) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极。另外， MTJ 结构 1704 适于存储 多达四个唯一数据位。
图 20 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 2000 的第七特定说明性实 施例的俯视图。电路装置 2000 包括衬底 2002。衬底 2002 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 2004， 其具有 MTJ 堆叠 2006、 中心电极 2008、 第一横向电极 2010 和第二横向电极 2012。MTJ 堆叠 2006 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 2002 包括耦合到第一横 向电极 2010 的第一通孔 2014、 耦合到中心电极 2008 的中心通孔 2016、 耦合到第二横向电 极 2012 的第二通孔 2018 和耦合到图 22 中所描绘的第三横向电极 2250 的第三通孔 2027。 衬底 2002 还包括耦合到第一通孔 2014 的第一迹线 2020、 耦合到第二通孔 2018 的第二迹 线 2022 和耦合到中心通孔 2016 的第三迹线 2024。衬底 2002 还包括处理开口 2026。衬底 2002 包括第三通孔 2027 和第四迹线 2028。在一特定实施例中， MTJ 结构 2004 适于将第一 数据值、 第二数据值和第三数据值存储于 MTJ 堆叠 2006 的自由层的邻近于第一横向电极 2010、 第二横向电极 2012 和第三横向电极 2250 的相应部分内。
图 21 为沿着图 20 中的线 21-21 取得的图 20 的电路装置 2000 的横截面图 2100。 图 2100 说明衬底 2002， 其包括第一层间电介质层 2130、 第二层间电介质层 2132、 第一罩盖
层 2134、 第三层间电介质层 2136、 第二罩盖层 2138、 第三罩盖层 2140、 第四层间电介质层 2142 和第五层间电介质层 2144。衬底 2002 包括第一表面 2160 和第二表面 2170。衬底 2002 还包括包括 MTJ 堆叠 2006 的 MTJ 结构 2004。第一横向电极 2010、 第二横向电极 2012 和 MTJ 堆叠 2006 安置于衬底 2002 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。MTJ 堆叠 2006 具 有大于沟槽深度 (d) 的高度 (h)。衬底 2002 包括在第二表面 2170 处的第一迹线 2020 和 第二迹线 2022 和在第一表面 2160 处的第三迹线 2024。第四迹线 2028 也沉积于第二表面 2170 处且在第二表面 2170 处经图案化 ( 如图 22 中所展示 )。 第一迹线 2020 耦合到从第一 迹线 2020 延伸到第一横向电极 2010 的第一通孔 2014。第二迹线 2022 耦合到从第二迹线 2022 延伸到第二横向电极 2012 的第二通孔 2018。第三迹线 2024 耦合到从第三迹线 2024 延伸到中心 ( 顶部 ) 电极 2008 的中心通孔 2016。中心电极 2008 耦合到 MTJ 堆叠 2006。
一般来说， MTJ 堆叠 2006 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆叠 2006 的自由层的邻近 于第一横向电极 2010 的第一部分内。MTJ 堆叠 2006 还适于将第二数据值存储于 MTJ 堆叠 2006 的自由层的邻近于第二横向电极 2012 的第二部分内。可通过在第三迹线 2024 与第 一迹线 2020、 第二迹线 2022 或第四迹线 2250 之间施加电压并通过将第一迹线 2020、 第二 迹线 2022 或第四迹线 2250 处的电流与参考电流进行比较而从 MTJ 堆叠 2006 读取数据值。 或者， 可通过在第一迹线 2020、 第二迹线 2022 或第四迹线 2250 与第三迹线 2024 之间施加 写入电流而将数据值写入到 MTJ 堆叠 2006。在一特定实施例中， 图 20 中所说明的 MTJ 堆叠 2006 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于高度 (h)， 且 MTJ 堆叠 2006 内的邻近于横向电极 2010 和 2012 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 2006 的宽度 (b) 的方向上大体上平行于衬 底 2002 的表面 2160 的方向上延伸 ( 即， 进入图 21 的页面视图或从页面视图向外 )。在另 一特定实施例中， MTJ 堆叠 2006 的高度 (h) 可大于长度 (a) 或宽度 (b)， 且 MTJ 堆叠 2006 内的邻近于横向电极 2110 和 2112 的自由层所携载的磁畴在大体上垂直于衬底 2002 的表 面 2160 的方向上延伸。
图 22 为沿着图 20 中的线 22-22 取得的图 20 的电路装置 2000 的横截面图 2200。 图 2200 包括衬底 2002， 衬底 2002 具有第一层间电介质层 2130、 第二层间电介质层 2132、 第 一罩盖层 2134、 第三层间电介质层 2136、 第二罩盖层 2138、 第三罩盖层 2140、 第四层间电介 质层 2142 和第五层间电介质层 2144。衬底 2002 包括 MTJ 堆叠 2006、 顶部电极 2008 和从 第三迹线 2024 延伸到顶部电极 2008 的中心通孔 2016。衬底 2002 还包括处理开口 2026， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 2004 的一部分且通过在处理开口 2026 内沉积层间电介质 材料进行填充而形成。衬底 2002 还包括在第二表面 2170 处沉积且经图案化的第四迹线 2028。第四迹线 2028 耦合到从第四迹线 2028 延伸到第三横向电极 2250 的第三通孔 2027， 所述第三横向电极 2250 耦合到 MTJ 堆叠 2006。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 2004 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。在图 22 的横截面图中， MTJ 堆叠 2006 为 L 形结构。MTJ 结构 2004 可包括与相应侧 壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 2010、 第二横向电极 2012 和第三横向电极 2250) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极 ( 未图示 )。另外， MTJ 结构 2004 适于存储多达四 个唯一数据位。
图 23 为包括具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的电路装置 2300 的第八特定说明性实 施例的俯视图。电路装置 2300 包括衬底 2302。衬底 2302 包括磁隧道结 (MTJ) 结构 2304，其具有 MTJ 堆叠 2306、 中心电极 2308、 第一横向电极 2310 和第二横向电极 2312。MTJ 堆叠 2306 具有长度 (a) 和宽度 (b)， 其中长度 (a) 大于宽度 (b)。衬底 2302 包括耦合到第一横 向电极 2310 的第一通孔 2314、 耦合到中心电极 2308 的中心通孔 2316 和耦合到第二横向 电极 2312 的第二通孔 2318。衬底 2302 还包括耦合到第一通孔 2314 的第一迹线 2320、 耦 合到第二通孔 2318 的第二迹线 2322 和耦合到中心通孔 2316 的第三迹线 2324。衬底 2302 还包括处理开口 2326。衬底 2302 包括第三通孔 2327 和第四迹线 2328。在一特定实施例 中， MTJ 结构 2304 适于分别将第一数据值、 第二数据值和第三数据值存储于 MTJ 堆叠 2306 的自由层的邻近于第一横向电极 2310、 第二横向电极 2312 和第三横向电极 2550 的部分内。
图 24 为沿着图 23 中的线 24-24 取得的图 23 的电路装置 2300 的横截面图 2400。 图 2400 说明衬底 2302， 衬底 2302 包括第一层间电介质层 2430、 第二层间电介质层 2432、 第一罩盖层 2434、 第三层间电介质层 2436、 第二罩盖层 2438、 第三罩盖层 2440、 第四层间电 介质层 2442 和第五层间电介质层 2444。衬底 2302 包括第一表面 2460 和第二表面 2470。 衬底 2302 还包括包括 MTJ 堆叠 2306 的 MTJ 结构 2304。第一横向电极 2310、 第二横向电极 2312 和 MTJ 堆叠 2306 安置于衬底 2302 中的沟槽内。所述沟槽具有深度 (d)。衬底 2302 包括安置于第一表面 2460 处的第一迹线 2320、 第二迹线 2322 和第三迹线 2324。第四迹线 2328 安置于第二表面 2470 处 ( 在图 25 中描绘 )。第一迹线 2320 耦合到从第一迹线 2320 延伸到第一横向电极 2310 的第一通孔 2314。第二迹线 2322 耦合到从第二迹线 2322 延伸 到第二横向电极 2312 的第二通孔 2318。第三迹线 2324 耦合到从第三迹线 2324 延伸到中 心 ( 顶部 ) 电极 2308 的中心通孔 2316。中心电极 2308 耦合到 MTJ 堆叠 2306。
一般来说， MTJ 堆叠 2306 适于将第一数据值存储于 MTJ 堆叠 2306 的自由层的邻 近于第一横向电极 2310 的第一部分内。MTJ 堆叠 2306 还适于将第二数据值存储于 MTJ 堆 叠 2306 的自由层的邻近于第二横向电极 2312 的第二部分内。MTJ 堆叠 2306 还适于将第三 数据值存储于 MTJ 堆叠 2306 的自由层的邻近于第三横向电极 2550 的第三部分内。可通过 在第三迹线 2324 与第一迹线 2320、 第二迹线 2322 或第四迹线 2328 之间施加电压并通过将 第一迹线 2320、 第二迹线 2322 或第四迹线 2328 处的电流与参考电流进行比较而从 MTJ 堆 叠 2306 读取数据值。或者， 可通过在第一迹线 2320、 第二迹线 2322 或第四迹线 2328 与第 三迹线 2324 之间施加写入电流而将数据值写入到 MTJ 堆叠 2306。在一特定实施例中， 图 23 中所说明的 MTJ 堆叠 2306 的长度 (a) 和宽度 (b) 大于高度 (h)， 且 MTJ 堆叠 2306 内的 邻近于横向电极 2310 和 2312 的自由层所携载的相应磁畴在于 MTJ 堆叠 2306 的宽度 (b) 的方向上大体上平行于衬底 2302 的表面 2460 的方向上延伸 ( 即， 进入页面视图或从页面 视图向外 )。在另一特定实施例中， MTJ 堆叠 2306 的高度 (h) 可大于长度 (a) 或宽度 (b)， 且 MTJ 堆叠 2306 内的邻近于横向电极 2310 和 2312 的自由层所携载的磁畴在大体上垂直 于衬底 2302 的表面 2460 的方向上延伸。
图 25 为沿着图 23 中的线 25-25 取得的图 23 的电路装置 2300 的横截面图 2500。 图 2500 包括衬底 2302， 衬底 2302 具有第一层间电介质层 2430、 第二层间电介质层 2432、 第 一罩盖层 2434、 第三层间电介质层 2436、 第二罩盖层 2438、 第三罩盖层 2440、 第四层间电介 质层 2442 和第五层间电介质层 2444。衬底 2302 包括 MTJ 堆叠 2306、 顶部电极 2308 和从 第三迹线 2324 延伸到顶部电极 2308 的中心通孔 2316。衬底 2302 还包括处理开口 2326， 其可通过选择性地移除 MTJ 结构 2304 的一部分且通过在处理开口 2326 内沉积层间电介质材料进行填充而形成。 衬底 2302 还包括耦合到从第四迹线 2328 延伸到第三横向电极 2550 的第三通孔 2327 的第四迹线 2328， 第三横向电极 2550 耦合到 MTJ 堆叠 2306。
在一特定说明性实施例中， MTJ 结构 2304 为包括三个侧壁和一底壁的大体上 u 形 结构。在图 25 的横截面图中， MTJ 堆叠 2306 为 L 形结构。MTJ 结构 2304 可包括与相应侧 壁相关联的横向电极 ( 例如第一横向电极 2310、 第二横向电极 2312 和第三横向电极 2550) 且可包括与所述底壁相关联的底部电极 ( 未图示 )。另外， MTJ 结构 2304 适于存储多达四 个唯一数据位。
图 26 为在零值状态下配置的具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的自由层 2600 的俯 视图。在此实例中， 说明处于位零状态下的自由层 2600， 其中所述位中的每一者表示零值。 自由层 2600 包括第一侧壁 2602、 第二侧壁 2604、 第三侧壁 2606 和底壁 2608。侧壁 2602、 2604 和 2606 中的每一者和底壁 2608 的自由层 2600 携载经配置以表示数据值 ( 例如， “1” 或 “0” 值 ) 的唯一磁畴。第一侧壁 2602 携载第一磁畴 2612。第二侧壁 2604 携载第二磁畴 2614。第三侧壁 2606 携载第三磁畴 2616。底壁 2608 携载第四磁畴 2618。如点 ( 即， 箭头 头部 ) 所指示， 磁畴 2612、 2614 和 2616 从页面视图延伸出。在此特定例子中， 侧壁 2602、 2604 和 2606 中的每一者的深度大于侧壁 2602、 2604 和 2606 中的每一者的相应长度或宽 度。因此， 磁畴 2612、 2614 和 2616 定向在深度的方向上。
第一侧壁 2602 的第一磁畴 2612 通过第一域势垒 2630 而与第二侧壁 2604 的第二 磁畴 2614 分开。类似地， 第二侧壁 2604 的第二磁畴 2614 通过第二域势垒 2632 而与第三 侧壁 2606 的第三磁畴 2616 分开。
一般来说， 第一域势垒 2630 和第二域势垒 2632 表示域壁， 其为分别分开例如磁畴 2612、 2614 和 2616 等磁畴的界面。第一域势垒 2630 和第二域势垒 2632 表示不同磁矩之间 的转变。在一特定实施例中， 第一域势垒 2630 和第二域势垒 2632 可表示在磁场经受 0 或 180 度的角位移的情况下的磁矩的改变。
可使用第一写入电流 2622 更改与第一磁畴 2612 相关联的磁场的方向 ( 即， 第一 侧壁 2602 处的自由层 2600 内的磁场的方向 )。类似地， 可使用第二写入电流 2624 更改与 由第二侧壁 2604 的自由层 2600 携载的第二磁畴 2614 相关联的磁场的方向。可使用第三 写入电流 2626 更改与由第三侧壁 2606 处的自由层 2600 携载的第三磁畴 2616 相关联的磁 场的方向。可使用第四写入电流 2628 更改与由底壁 2608 处的自由层 2600 携载的第四磁 畴 2618 相关联的磁场的方向。
一般来说， 由自由层 2600 携载的磁场相对于侧壁 2602、 2604 和 2606 中的每一者 和底壁 2608 的固定层 ( 例如相对于图 27 中所示的固定层 2708 的自由层 2704) 中的固定磁 场的相对方向确定位值。在所展示的实例中， 固定层和自由层 2600 的磁定向是平行的 ( 如 图 27 中的磁场 2714 和 2716 所说明 )。因此， 写入电流 2622、 2624、 2626 和 2628 中的每一 者可表示写入 “0” 电流， 从而更改与自由层 2600 内的相应磁畴 2612、 2614、 2616 和 2618 相 关联的磁场的方向以表示复位或 “0” 状态。
图 27 为包括图 26 的侧壁 2602 的自由层 2600 的 MTJ 单元 2700 的横截面图， 其说 明用以配置自由层的磁畴以表示零值的写入电流。MTJ 单元 2700 包括顶部电极 2702、 自由 层 2704( 即， 图 26 中的自由层 2612)、 磁隧道结隧道势垒 2706、 固定层 2708、 反铁磁 (AF) 层 2712 和底部电极 2710。一般来说， 顶部电极 2702 和底部电极 2710 为适于携载电流的导电层。固定层 2708 为铁磁层， 其已被退火以固定在固定 ( 钉扎 ) 层 2708 内的磁场 2716 的方 向。自由层 2704 为具有可由写入电流改变的磁场的铁磁层。MTJ 隧道势垒或势垒层 2706 可由金属材料的氧化物形成。可使用写入电流 2622 改变自由层 2704 内的磁场 2714 的方 向。通过反铁磁 (AF) 层 2712 钉扎固定层 2708 内的磁场 2716 的方向。
自由层 2704 中的磁场相对于固定层 2708 的固定磁场的方向指示存储于特定 MTJ 单元 2700 的自由层 2704 处的数据位是位值 “1” 还是位值 “0” 。可使用写入电流 2622 改变 自由层 2704 中的磁场的磁方向 ( 一般指示于 2714 处 )。如所示， 写入电流 2622 表示从顶 部电极 2702 流动穿过自由层 2704、 越过磁隧道结势垒 2706、 穿过固定层 2708 且穿过反铁 磁 (AF) 层 2712 且穿过底部电极 2710 的写入 0 电流。MTJ 单元 2700 还可包括用于种子层、 连接或性能增强目的的额外层 ( 未图示 )。在一说明性实施例中， 图 1 到图 34 中所说明的 实施例中的任一者或全部可包括大体上类似于 MTJ 单元 2700 的 MTJ 堆叠结构的 MTJ 堆叠 结构。
图 28 为沿着图 26 中的线 28-28 取得的图 26 的自由层的横截面图。图 28 为沿着 图 26 中的线 28-28 取得的自由层 2600 的横截面图 2800。 自由层 2600 包括第一侧壁 2602、 第三侧壁 2606 和底壁 2608。在此实例中， 在第一侧壁 2602 处由自由层 2600 携载的第一磁 畴的方向 ( 如 2612 处所指示 ) 在第一侧壁 2602 的深度 (d) 的方向上延伸， 所述深度 (d) 的 方向对应于箭头 2612。在第三侧壁 2606 处由自由层携载的第三磁畴的方向 ( 如 2616 处所 指示 ) 在第三侧壁 2606 的深度 (d) 的方向上延伸， 所述深度 (d) 的方向对应于箭头 2616。 在此实例中， 第一磁畴 2612 和第三磁畴 2616 可在大体上垂直于衬底的表面的方向上延伸。 与底壁 2608 相关联的第四磁畴 2618 在大体上垂直于第一磁畴 2612 和第三磁畴 2616 且大 体上平行于所述衬底的所述表面的方向上延伸。另外， 如箭头尾部 ( 星号 ) 所指示， 第四磁 畴 2618 在进入页面的方向上延伸。
自由层 2600 包括第一域势垒 ( 壁 )2840 和第二域势垒 2842。在一特定实例中， 第一域势垒 2840 可对应于在第一侧壁 2602 与底壁 2608 之间的结构性界面。第一域势垒 2840 隔离第一侧壁 2602 处的自由层 2600 的第一磁畴 2612 与底壁 2608 的第四磁畴 2618。 第二域势垒 2842 可对应于在底壁 2608 与第三侧壁 2606 之间的结构性界面。第二域势垒 2842 隔离第三侧壁 2606 的自由层的磁畴 2616 与和底壁 2608 相关联的自由层 2600 的磁畴 2618。
在图 28 中所说明的实施例中， 自由层 2600 可适于存储至少三个数据位。第一数 据位可由第一侧壁 2602 处的由自由层 2600 携载的第一磁畴 2612 的方向来表示。第二数 据位可由底壁 2608 处的由自由层 2600 携载的第四磁畴 2618 来表示。第三数据位可用第 三侧壁 2606 处的由自由层 2600 携载的第三磁畴 2616 来表示。举例来说， 可施加写入电流 2622、 2626 和 2628 以选择性地更改选定侧壁的对应磁畴 2612、 2616 和 / 或 2618 的定向， 而 不更改与其它侧壁相关联的磁畴或底壁 2608 的磁畴的定向。
图 29 为沿着线 29-29 取得的图 26 中所说明的自由层 2600 的横截面图 2900 的 图。自由层 2600 包括侧壁 2604 和底壁 2608。在此特定实例中， 自由层 2600 包括磁畴势垒 2950。磁畴势垒 ( 或壁 )2950 隔离底壁 2608 处的由自由层 2600 携载的磁畴 2618 与第二 侧壁 2604 处的由自由层 2600 携载的磁畴 2614。域势垒 2950 可对应于在侧壁 2604 与底壁 2608 之间的结构性界面。第二磁畴 2614 在对应于侧壁 2604 的深度 (d) 的方向上 ( 即， 在大体上垂直于衬底的表面的方向上 ) 延伸。第四磁畴 2618 在大体上垂直于第二磁畴 2614 和深度 (d) 的方向上且在平行于 MTJ 单元的宽度 (b) 的方向上延伸。深度 (d)( 如图 2 到 图 13 中所说明 ) 或高度 (h)( 如图 14 到图 25 中所说明 ) 可表示沟槽深度或可表示所述侧 壁的高度。
在一特定说明性实施例中， 图 26 中所说明的域势垒 2630 和 2632、 图 28 中所说明 的域势垒 2840 和 2842 和图 29 中所说明的域势垒 2950 允许自由层 2600 存储多个数据位。 具体来说， 图 26 中所说明的自由层 2600 可适于存储多达四个数据位， 所述数据位可由图 26、 图 28 和图 29 中所说明的磁畴 2612、 2614、 2616 和 2618 来表示。
图 30 为在 1 值状态下配置的具有多个横向磁畴的 MTJ 单元的自由层 3000 的俯 视图。在此实例中， 说明处于位 1 状态下的自由层 3000， 其中所述位中的每一者表示 1 值 ( 即， 逻辑 “1” 值 )。自由层 3000 包括第一侧壁 3002、 第二侧壁 3004、 第三侧壁 3006 和底 壁 3008。侧壁 3002、 3004 和 3006 中的每一者和底壁 3008 的自由层 3000 携载经配置以表 示数据值 ( 例如， “1” 或 “0” 值 ) 的唯一磁畴。第一侧壁 3002 携载第一磁畴 3012。第二侧 壁 3004 携载第二磁畴 3014。第三侧壁 3006 携载第三磁畴 3016。底壁 3008 携载第四磁畴 3018。如星号 ( 即， 箭头尾部 ) 所指示， 磁畴 3012、 3014 和 3016 延伸入页面中。在此特定 例子中， 侧壁 3002、 3004 和 3006 中的每一者的深度大于侧壁 3002、 3004 和 3006 中的每一 者的相应长度或宽度。因此， 磁畴 3012、 3014 和 3016 纵向地定向于深度的方向上。
第一侧壁 3002 的第一磁畴 3012 通过第一域势垒 3030 而与第二侧壁 3004 的第二 磁畴 3014 分开。类似地， 第二侧壁 3004 的第二磁畴 3014 通过第二域势垒 3032 而与第三 侧壁 3006 的第三磁畴 3016 分开。
一般来说， 第一域势垒 3030 和第二域势垒 3032 表示域壁， 其为分别分开例如磁畴 3012、 3014 和 3016 的磁畴的界面。第一域势垒 3030 和第二域势垒 3032 表示不同磁矩之间 的转变。在一特定实施例中， 第一域势垒 3030 和第二域势垒 3032 可表示在磁场经受 0 或 180 度的角位移的情况下的磁矩的改变。
可使用第一写入电流 3022 更改与第一磁畴 3012 相关联的磁场的方向 ( 即， 第一 侧壁 3002 处的自由层 3000 内的磁场的方向 )。类似地， 可使用第二写入电流 3024 更改与 由第二侧壁 3004 的自由层 3000 携载的第二磁畴 3014 相关联的磁场的方向。可使用第三 写入电流 3026 更改与第三侧壁 3006 处的由自由层 3000 携载的第三磁畴 3016 相关联的磁 场的方向。可使用第四写入电流 3028 更改与底壁 3008 处的由自由层 3000 携载的第四磁 畴 3018 相关联的磁场的方向。
一般来说， 由自由层 3000 携载的磁场相对于侧壁 3002、 3004 和 3006 中的每一者 和底壁 3008 的固定层中的固定磁场 ( 例如图 31 中说明的自由层 3104 相对于固定层 3108) 的相对方向确定位值。在所展示的实例中， 固定层和自由层 3000 的磁定向是反平行的 ( 如 图 31 中的磁场 3114 和 3116 所说明 )。因此， 写入电流 3022、 3024、 3026 和 3028 中的每一 者可表示写入 “1” 电流， 从而更改与自由层 3000 内的相应磁畴 3012、 3014、 3016 和 3018 相 关联的磁场的方向以表示复位或 “1” 状态。
图 31 为包括图 30 的侧壁 3002 的自由层 3000 的 MTJ 单元 3100 的横截面图， 其说 明用以配置自由层的磁畴以表示 1 值的写入电流。MTJ 单元 3100 包括顶部电极 3102、 自由 层 3104( 即， 图 30 中的自由层 3012)、 磁隧道结隧道势垒 3106、 固定层 3108、 反铁磁 (AF) 层3112 和底部电极 3110。一般来说， 顶部电极 3102 和底部电极 3110 为适于携载电流的导电 层。固定层 3108 为铁磁层， 其已被退火以固定在固定 ( 钉扎 ) 层 3108 内的磁场 3116 的方 向。自由层 3104 为可编程的铁磁层。MTJ 隧道势垒或势垒层 3106 可由金属材料的氧化物 形成。可使用写入电流 3022 改变自由层 3014 内的磁场 3114 的方向。通过反铁磁 (AF) 层 3112 钉扎固定层 3108 的磁场 3116。
自由层 3104 中的磁场相对于固定层 3108 的固定磁场的方向指示存储于特定 MTJ 单元 3100 的自由层 3104 处的数据位是位值 “1” 还是位值 “0” 。可使用写入电流 3022 改变 自由层 3104 中的磁场的磁方向 ( 一般指示于 3114 处 )。如所示， 写入电流 3022 表示从底 部电极 3110 流动穿过 AF 层 3112、 穿过固定层 3108、 越过磁隧道结势垒 3106、 穿过自由层 3104 且穿过顶部电极 3102 的写入 “1” 电流。MTJ 单元 3100 可包括用于种子层、 连接或性 能增强目的的额外层 ( 未图示 )。在一说明性实施例中， 图 1 到图 34 中所描绘的任何 MTJ 堆叠可包括大体上类似于 MTJ 单元 3100 的结构。
图 32 为沿着图 30 中的线 32-32 取得的自由层 3000 的横截面图 3200。自由层 3000 包括第一侧壁 3002、 第三侧壁 3006 和底壁 3008。在此实例中， 在第一侧壁 3002 处由 自由层 3000 携载的第一磁畴的方向 ( 如 3012 处所指示 ) 在第一侧壁 3002 的深度 (d) 的 方向上延伸， 所述深度 (d) 的方向对应于箭头 3012。第三侧壁 3006 的自由层所携载的第 三磁畴的方向 ( 如 3016 处所指示 ) 在第三侧壁 3006 的深度 (d) 的方向上延伸， 所述深度 (d) 的方向对应于箭头 3016。在此实例中， 第一磁畴 3012 和第三磁畴 3016 可在大体上垂 直于衬底的表面的方向上延伸。与底壁 3008 相关联的第四磁畴 3018 在大体上垂直于第一 磁畴 3012 和第三磁畴 3016 且大体上平行于所述衬底的所述表面的方向上延伸。另外， 如 箭头头部 ( 点 ) 所指示， 第四磁畴 3018 在从页面视图向外的方向上延伸。
自由层 3000 包括第一域势垒 ( 壁 )3240 和第二域势垒 3242。在一特定实例中， 第一域势垒 3240 可对应于在第一侧壁 3002 与底壁 3008 之间的结构性界面。第一域势垒 3240 隔离第一侧壁 3002 处的自由层 3000 的第一磁畴 3012 与底壁 3008 的第四磁畴 3018。 第二域势垒 3242 可对应于在底壁 3008 与第三侧壁 3006 之间的结构性界面。第二域势垒 3242 隔离第三侧壁 3006 的自由层的磁畴 3016 与和底壁 3008 相关联的自由层 3000 的磁畴 3018。
在图 32 中所说明的实施例中， 自由层 3000 可适于存储至少三个数据位。第一数 据位可由第一侧壁 3002 处的由自由层 3000 携载的第一磁畴 3012 的方向来表示。第二数 据位可由底壁 3008 处的由自由层 3000 携载的第四磁畴 3018 来表示。第三数据位可由第 三侧壁 3006 处的由自由层 3000 携载的第三磁畴 3016 来表示。举例来说， 可施加写入电流 3022、 3026 和 3028 以选择性地更改选定侧壁的对应磁畴 3012、 3016 和 / 或 3018 的定向， 而 不更改与其它侧壁相关联的磁畴或底壁 3008 的磁畴的定向。
图 33 为沿着线 33-33 取得的图 30 中所说明的自由层 3000 的横截面图 3300 的 图。自由层 3000 包括侧壁 3004 和底壁 3008。在此特定实例中， 自由层 3000 包括磁畴势垒 3350。磁畴势垒 ( 或壁 )3350 隔离底壁 3008 处的由自由层 3000 携载的磁畴 3018 与第二 侧壁 3004 处的由自由层 3000 携载的磁畴 3014。域势垒 3350 可对应于在侧壁 3004 与底壁 3008 之间的结构性界面。第二磁畴 3014 在对应于侧壁 3004 的深度 (d) 的方向上 ( 即， 在 大体上垂直于衬底的表面的方向上 ) 延伸。第四磁畴 3018 在大体上垂直于第二磁畴 3014和深度 (d) 的方向上且在平行于 MTJ 单元的宽度 (b) 的方向上延伸。深度 (d) 和高度 (h) 可表示沟槽深度或可表示侧壁的高度。
在一特定说明性实施例中， 图 30 中所说明的域势垒 3030 和 3032、 图 32 中所说明 的域势垒 3240 和 3242 以及图 33 中所说明的域势垒 3350 允许自由层 3000 存储多个数据 位。具体来说， 图 30 中所说明的自由层 3000 可适于存储多达四个数据位， 所述数据位可由 图 30、 图 32 和图 33 中所说明的磁畴 3012、 3014、 3016 和 3018 来表示。
图 34 为磁隧道结 (MTJ) 单元 3400 的特定实施例的横截面图。MTJ 单元 3400 包括 MTJ 堆叠 3402， 其具有自由层 3404、 隧道势垒层 3406、 固定 ( 钉扎 ) 层 3408 和反铁磁 (AF) 层 3426。MTJ 堆叠 3402 耦合到位线 3410。此外， MTJ 堆叠 3402 经由底部电极 3416 和开关 3418 耦合到源极线 3414。 字线 3412 耦合到开关 3418 的控制端子以选择性地激活开关 3418 以便允许写入电流 3424 从位线 3410 流到源极线 3414。在所展示的实施例中， 固定层 3408 包括具有固定定向的磁畴 3422。自由层 3404 包括可经由写入电流 3424 编程的磁畴 3420。 如所示， 写入电流 3410 适于将自由层 3404 处的磁畴 3420 的定向编程到零状态 ( 即， 磁畴 3420 和 3422 定向于相同方向上 )。为了将 1 值写入到 MTJ 单元 3400， 使写入电流 3424 反 向， 从而使自由层 3404 处的磁畴 3420 的定向翻转方向， 以使得磁畴 3420 在与磁畴 3422 的 方向相反的方向上延伸。在一说明性实施例中， 图 2 到图 33 中所描绘的实施例中的任一者 可包括大体上类似于 MTJ 堆叠 3402 的 MTJ 堆叠。 图 35 为 MTJ 单元 3500 的另一特定实施例的横截面图， 所述 MTJ 单元 3500 提供 更多固定层值和增加的电阻。具体来说， MTJ 单元 3500 包括 MTJ 堆叠 3502， 其包括自由层 3504、 隧道势垒层 3506 和固定层 3508。MTJ 堆叠的自由层 3504 经由缓冲层 3530 耦合到顶 部电极 3510。在此实例中， MTJ 堆叠 3502 的固定层 3508 经由反铁磁层 3538 耦合到底部电 极 3516。另外， 固定层 3508 包括第一钉扎 ( 固定 ) 层 3532、 缓冲层 3534 和第二钉扎 ( 固 定 ) 层 3536。第一钉扎层 3532 和第二钉扎层 3536 具有在相反方向上定向的相应磁畴， 借 此增加 MTJ 堆叠 3502 的固定层值和总电阻。在一特定实施例中， 此增加的固定层值可增强 与 MTJ 堆叠 3502 相关联的读取裕度。
图 36 为具有单一开关装置以存取单一存储值的 MTJ 单元 3600 的横截面图。MTJ 单元 3600 包括底部电极， 底部电极包括第一侧壁 3606、 底壁 3604 和第二侧壁 3608。MTJ 单 元 3600 还包括中心电极 3610 和 MTJ 堆叠 3612。MTJ 堆叠 3612 分开中心电极 3610 与所述 底部电极的第一侧壁 3606、 第二侧壁 3608 和底壁 3604。在此实施例中， MTJ 堆叠 3612 包 括第一磁畴 3614 和第二磁畴 3616。中心电极 3610 耦合到位线 3618。第一侧壁 3606 和第 二侧壁 3608 经由线 3620 和 3622 耦合到节点 3624。MTJ 单元 3600 还包括开关 3626， 开关 3626 具有耦合到节点 3624 的第一端子、 耦合到源极线的第二端子 3630 和耦合到字线 3628 的控制端子。
图 37 为具有两个开关装置以存取两个存储值的 MTJ 单元 3700 的横截面图。MTJ 单元 3700 包括底部电极， 底部电极包括第一侧壁 3706、 底壁 3704 和第二侧壁 3708。MTJ 单 元 3700 还包括中心电极 3710 和 MTJ 堆叠 3712。MTJ 堆叠 3712 分开中心电极 3710 与所述 底部电极的第一侧壁 3706、 第二侧壁 3708 和底壁 3704。在此实施例中， MTJ 堆叠 3712 包 括第一磁畴 3714 和第二磁畴 3716。中心电极 3710 耦合到位线 3718。MTJ 单元 3700 包括 第一开关 3722， 第一开关 3722 包括耦合到第一侧壁 3706 的第一端子、 耦合到节点 3724 的
控制端子和耦合到第一源极线 3728 的第二端子。MTJ 单元 3700 还包括耦合到节点 3724 的 字线 3726。MTJ 单元 3700 进一步包括第二开关 3732， 第二开关 3732 具有耦合到第二侧壁 3708 的第三端子 3730、 耦合到节点 3724 的控制端子和耦合到第二源极线 3734 的第四端 子。 虽然描绘为具有共享字线 3726 和单独源极线 3728 和 3734， 但在其它实施例中， 可替代 地使用单独字线和共享源极线。
在一特定实施例中， 可选择性地激活第一源极线 3728 和第二源极线 3734 以从第 一磁畴 3714 和第二磁畴 3716 读取数据且 / 或将数据写入到第一磁畴 3714 和第二磁畴 3716。在一特定实施例中， 可将电流或电压施加到位线 3718 和字线 3726 以激活第一开关 3722 和第二开关 3732。可激活与第二源极线 3734 分开且独立于第二源极线 3734 的第一 源极线 3728 以读取由第一磁畴 3714 表示的数据。在另一特定实施例中， 可激活第一源极 线 3728 和第二源极线 3734 以读取由第一磁畴 3714 和第二磁畴 3716 表示的数据。
图 38 为具有三个开关装置以存取三个存储值的 MTJ 单元 3800 的横截面图。MTJ 单元 3800 包括底部电极， 底部电极包括第一侧壁 3806、 底壁 3804 和第二侧壁 3808。MTJ 单 元 3800 还包括中心电极 3810 和 MTJ 堆叠 3812。MTJ 堆叠 3812 分开中心电极 3810 与所述 底部电极的第一侧壁 3806、 第二侧壁 3808 和底壁 3804。在此实施例中， MTJ 堆叠 3812 包 括第一磁畴 3814、 第二磁畴 3816 和第三磁畴 3817。中心电极 3810 耦合到位线 3818。MTJ 单元 3800 包括第一开关 3822， 第一开关 3822 包括耦合到第一侧壁 3806 的第一端子 3820、 耦合到节点 3824 的控制端子和耦合到第一源极线 3828 的第二端子。MTJ 单元 3800 还包 括耦合到节点 3824 的字线 3826。MTJ 单元 3800 进一步包括第二开关 3832， 第二开关 3832 具有耦合到底壁 3804 的第三端子 3830、 耦合到节点 3824 的控制端子和耦合到第二源极线 3834 的第四端子。MTJ 单元 3800 还包括第三开关 3838， 第三开关 3838 具有耦合到第二侧 壁 3816 的第五端子 3836、 耦合到节点 3824 的控制端子和耦合到第三源极线 3840 的第六端 子。
在一特定实施例中， 可选择性地激活第一源极线 3828、 第二源极线 3834 和第三源 极线 3840 以从第一磁畴 3814、 第三磁畴 3817 和第二磁畴 3816 读取数据且 / 或将数据写入 到第一磁畴 3814、 第三磁畴 3817 和第二磁畴 3816。在一特定实施例中， 可将电流或电压施 加到位线 3818 和字线 3826 以激活第一开关 3822、 第二开关 3832 和第三开关 3838。第一 源极线 3828、 第二源极线 3832 或第三源极线 3840 可彼此分开并独立且可经激活以读取由 第一磁畴 3814、 第二磁畴 3816 或第三磁畴 3817 表示的数据。在另一特定实施例中， 可激 活第一源极线 3828、 第二源极线 3832 和第三源极线 3840 以读取由第一磁畴 3814、 第三磁 畴 3817 和第二磁畴 3816 表示的数据。在一替代实施例中， 第三横向电极 ( 未图示 ) 接近 于包括第四磁畴的第三侧壁 ( 未图示 )， 且端子 3830 耦合到所述第三横向电极且不耦合到 所述底壁， 以使得能够使用三个横向电极连接来操作 MTJ 单元 3800。
图 39 到图 40 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的特定说明 性实施例的流程图。在 3902 处， 沉积罩盖薄膜层。继续到 3904， 如果存在底部通孔， 则所述 方法前进到 3906 且应用光蚀刻和光致抗蚀剂剥离、 通孔填充和化学机械研磨工艺来界定 底部通孔。所述方法进行到 3908 且沉积层间电介质层 (IDL) 和罩盖薄膜层。
返回到 3904， 如果不存在底部通孔， 则所述方法进行到 3908 且沉积层间电介质层 (IDL) 和罩盖薄膜层。移动到 3910， 使用光蚀刻工艺形成横向电极沟槽， 在底部罩盖薄膜层处停止。 继续到 3912， 沉积横向电极， 且执行反向光蚀刻 - 光致抗蚀剂剥离和化学机械研磨 工艺， 在罩盖薄膜层处停止。进行到 3914， 如果将执行 MTJ 光蚀刻， 则所述方法前进到 3916 且针对 MTJ 蚀刻工艺沉积罩盖薄膜层。继续到 3918， 执行光蚀刻和光致抗蚀剂剥离工艺以 界定 MTJ 沟槽。
返回到 3914， 如果不执行 MTJ 光蚀刻工艺， 则所述方法进行到 3918 且执行光蚀刻 和光致抗蚀剂剥离工艺以界定 MTJ 沟槽。 继续到 3920， 沉积包括第一磁薄膜层、 隧道势垒和 第二磁薄膜层的多个 MTJ 薄膜。移动到 3922， 在所述第二磁薄膜层上沉积顶部电极。所述 方法前进到 3924 且在图 40 中继续。
在图 40 中， 在 3924 处， 所述方法继续到 4026， 且沉积 MTJ 硬掩模， 执行 MTJ 光蚀刻 或反向沟槽光蚀刻工艺， 在所述罩盖薄膜处停止， 且剥离光致抗蚀剂层。移动到 4028， 如果 执行反向光蚀刻工艺， 则所述方法继续到 4030， 且对所述 MTJ 结构执行化学机械研磨操作 且操作在所述罩盖层处停止。进行到 4032， 执行侧壁光蚀刻和光致抗蚀剂剥离操作以移除 所述 MTJ 堆叠的侧壁。
返回到 4028， 如果不执行反向沟槽光蚀刻， 则所述方法前进到 4032， 且执行侧壁 光蚀刻和光致抗蚀剂剥离操作以移除所述 MTJ 堆叠的侧壁。继续到 4034， 如果执行反向沟 槽光蚀刻， 则所述方法移动到 4036 且在所述 MTJ 堆叠上方沉积罩盖薄膜层。进行到 4038， 沉积层间电介质层且执行化学机械研磨工艺。 返回到 4034， 如果不执行反向沟槽光蚀刻， 则 所述方法继续到 4038， 且沉积层间电介质层， 且执行化学机械研磨工艺。 在 4040 处， 执行三 维磁退火工艺。在 MTJ 结构形成于浅沟槽内的特定实例中， 可在水平 X-Y 方向上执行磁退 火， 以建立水平磁定向。在 MTJ 结构形成于较深沟槽内的另一特定实例中， 可在水平 X 方向 和垂直 z 方向上执行磁退火。移动到 4042， 执行通孔光蚀刻、 光致抗蚀剂剥离、 填充和化学 机械研磨 (CMP) 工艺。前进到 4044， 通过开沟槽、 光蚀刻、 镀敷和化学机械处理工艺或通过 沉积和光蚀刻工艺来界定金属图案。所述方法终止于 4046 处。
在一特定实施例中， 图 39 和图 40 所说明的方法说明用于图 2 到图 13 的 MTJ 结构 的处理流程， 可使用 MTJ 化学机械研磨工艺形成所述 MTJ 结构。或者， 图 39 和图 40 所说明 的方法说明用于图 14 到图 25 的 MTJ 结构的处理流程， 可通过 MTJ 蚀刻工艺形成所述 MTJ 结构。在一特定说明性实施例中， 可严格控制沟槽深度和横向电极形状。在一特定实例中， 隧道势垒可由氧化镁 (MgO) 或氧化铝 (Al2O3) 形成。在一特定实例中， 可控制顶部电极厚度 以无接缝地填充变窄间隙。罩盖薄膜层可由氮化硅 (SiN)、 碳化硅 (SiC) 或其它材料形成， 且 MTJ 化学机械研磨 (CMP) 工艺在所述罩盖薄膜层处停止。在一特定实例中， 在三个维度 上应用磁退火工艺以初始化退火场方向上的所有水平磁畴和垂直磁畴。
图 41 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的第二特定说明性 实施例的流程图。在 4102 处， 在衬底中形成沟槽。在一特定实施例中， 所述衬底的表面为 大体上平面的。继续到 4104， 在所述沟槽内沉积导电端子。在一特定实施例中， 沉积所述 导电端子包括在所述沟槽内形成第一导电端子以形成第一横向电极和在所述沟槽内形成 第二导电端子以形成第二横向电极。所述第一导电端子与所述第二导电端子电隔离。进行 到 4106， 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耦合到所述导电端子。 所述自由磁层邻近于所述导电端子且携载适于存储数字值的磁畴。所述方法终止于 4108 处。应清楚理解， 可执行额外制造过程， 且 可使用现在已知或稍后可开发的技术来执行所述方法的每一要素。举例来说， 在一说明性 实施例中， 可在形成所述沟槽之前在所述衬底上沉积罩盖层， 可在沉积所述导电端子之前 形成所述沟槽， 可于在所述沟槽中沉积所述导电端子之后执行化学机械研磨 (CMP) 工艺， 可通过沉积导电薄膜且接着分开所述横向电极来形成所述第一横向电极和第二横向电极， 可于在所述沟槽内沉积所述 MTJ 结构之后执行反向沟槽光蚀刻工艺和 CMP 或 MTJ 光蚀刻工 艺， 可执行三维磁退火工艺， 或可执行其它处理技术， 或其任何组合。
在一特定实施例中， 所述 MTJ 结构包括邻近于所述固定磁层的反铁磁 (AF) 层， 且 所述固定磁层经由所述 AF 层耦合到所述导电端子。所述固定磁层可包括沿着大体上垂直 于所述衬底的表面延伸的第一界面而耦合到所述第一导电端子的第一部分， 且包括沿着大 体上垂直于所述衬底的所述表面延伸的第二界面而耦合到所述第二导电端子的第二部分。 举例来说， 所述第一部分可经由所述 AF 层耦合到所述第一横向电极， 且所述第二部分可经 由所述 AF 层耦合到所述第二横向电极。在另一特定实施例中， 所述固定磁层进一步包括大 体上平行于所述衬底的所述表面延伸的底部部分。
在一特定实施例中， 还可执行光蚀刻工艺以根据图案移除所述层间电介质层的一 部分以形成空腔， 且沉积所述导电端子包括在所述空腔内沉积所述导电端子。 举例来说， 可 在此空腔中形成横向电极。在一特定实施例中， 所述方法还包括沉积所述 MTJ 结构的第二 导电端子。作为一说明性实例， 所述第二导电端子可包括顶部电极。所述第二导电端子可 与所述第一导电端子电隔离。
在另一特定实施例中， 所述隧道结势垒包括沿着大体上垂直于所述衬底的所述表 面延伸的第三界面而接触所述固定磁层的所述第一部分的第一结部分。 所述隧道结势垒进 一步包括沿着大体上垂直于所述衬底的所述表面延伸的第四界面而接触所述固定磁层的 所述第二部分的第二结部分。在一特定实施例中， 在所述沟槽内沉积自由磁层。所述自由 磁层包括沿着大体上垂直于所述衬底的所述表面延伸的第五界面而接触所述第一结部分 的第一自由部分， 且包括沿着大体上垂直于所述衬底的所述表面延伸的第六界面而接触所 述第二结部分的第二自由部分。
图 42 为形成具有多个横向磁畴的磁隧道结 (MTJ) 结构的方法的第三特定说明性 实施例的流程图。在 4202 处， 在衬底中形成沟槽。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。继续到 4204， 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。进行到 4206， 在所述沟槽内沉积磁隧道结 (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 和第四横向界面处邻近于所述第一侧壁、 所述第二侧壁、 所述第三侧壁和所述第四侧壁且 在底部界面处邻近于所述底壁。 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。
在一特定实施例中， 所述第一横向界面、 第二横向界面、 第三横向界面和第四横向 界面大致垂直于所述衬底的表面而延伸。在另一特定实施例中， 接近于所述沟槽的所述第 三侧壁而形成第三导电端子。在一特定实施例中， 选择性地移除所述 MTJ 结构的邻近于所述第四侧壁的一部分以产生开口， 以使得所述 MTJ 结构为大体上 u 形的。可将层间电介质 材料沉积到所述开口中。在一特定实施例中， 可通过执行光蚀刻工艺以在所述 MTJ 结构上 界定图案并根据所述图案移除所述 MTJ 结构的所述部分而选择性地移除所述 MTJ 结构的所 述部分。 应清楚理解， 可执行额外制造工艺， 且可使用现在已知或稍后可开发的技术来执行 所述方法的每一要素。 举例来说， 在一说明性实施例中， 可在形成所述沟槽之前在所述衬底 上沉积一罩盖层， 可在沉积所述第一导电端子之前形成所述沟槽， 可于在所述沟槽中沉积 所述第一导电端子和第二导电端子之后执行化学机械研磨 (CMP) 工艺， 于在所述沟槽内沉 积所述 MTJ 结构之后， 可执行反向沟槽光蚀刻工艺和 CMP 或 MTJ 光蚀刻工艺， 可执行三维磁 退火工艺， 可执行其它处理技术， 或其任何组合。
图 43 为无线通信装置 4300 的框图。无线通信装置 4300 包括具有 MTJ 单元的阵 列的存储器 4332 和包括 MTJ 单元的阵列的磁阻式随机存取存储器 (MRAM)4362， 所述存储器 耦合到处理器， 例如数字信号处理器 (DSP)4310。通信装置 4300 还包括 MTJ 单元的高速缓 冲存储器装置 4364， 其耦合到 DSP 4310。MTJ 单元的高速缓冲存储器装置 4364、 MTJ 单元 的存储器阵列 4332 和包括多个 MTJ 单元的 MRAM 装置 4362 可包括根据一工艺形成的 MTJ 单元， 如相对于图 2 到图 42 所描述。在一特定实施例中， MTJ 单元的高速缓冲存储器 4364、 MTJ 单元的存储器阵列 4332 和包括多个 MTJ 单元的 MRAM 装置 4362 相对于常规存储器装置 提供较高的数据存储密度。
图 43 还展示耦合到数字信号处理器 4310 和显示器 4328 的显示器控制器 4326。 编 码器 / 解码器 (CODEC)4334 也可耦合到数字信号处理器 4310。扬声器 4336 和麦克风 4338 可耦合到 CODEC 4334。
图 43 还指示， 无线控制器 4340 可耦合到数字信号处理器 4310 和无线天线 4342。 在一特定实施例中， 输入装置 4330 和电源 4344 耦合到芯片上系统 4322。 此外， 在一特定实 施例中， 如图 43 中所说明， 显示器 4328、 输入装置 4330、 扬声器 4336、 麦克风 4338、 无线天 线 4342 和电源 4344 在芯片上系统 4322 外部。然而， 每一者可耦合到芯片上系统 4322 的 组件， 例如接口或控制器。
所属领域的技术人员将进一步了解， 可将结合本文中所揭示的实施例而描述的各 种说明性逻辑块、 配置、 模块、 电路和算法步骤实施为电子硬件、 计算机软件或两者的组合。 为清楚地说明硬件和软件的此互换性， 上文已就其功能性大体上描述了各种说明性组件、 块、 配置、 模块、 电路和步骤。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整 个系统的设计约束。对于每一特定应用， 熟练的技术人员可以不同的方式实施所描述的功 能性， 但不应将此些实施决策解释为导致脱离本发明的范围。
结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、 以由处理 器执行的软件模块或以两者的组合来体现。软件模块可驻留于 RAM 存储器、 快闪存储器、 ROM 存储器、 PROM 存储器、 EPROM 存储器、 EEPROM 存储器、 寄存器、 硬盘、 可装卸盘、 CD-ROM 或 此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器， 以使得处 理器可从存储媒体读取信息并将信息写入到存储媒体。在替代方案中， 可使存储媒体与处 理器成一体。处理器和存储媒体可驻留于 ASIC 中。ASIC 可驻留于计算装置或用户终端中。 在替代方案中， 处理器和存储媒体可作为离散组件驻留于计算装置或用户终端中。
提供所揭示实施例的先前描述以使所属领域的任何技术人员能够制作或使用所揭示的实施例。所属领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改， 且在不脱离本 发明的精神或范围的情况下， 本文中所界定的一般原理可应用于其它实施例。 因此， 不希望 本发明限于本文中所展示的实施例， 而是将赋予本发明与由所附权利要求书界定的原理和 新颖特征可能一致的最广范围。