多位磁性穿隧接面存儲器和形成其的方法
2023-07-25 00:51:41
多位磁性穿隧接面存儲器和形成其的方法
【專利摘要】一種自旋力矩轉移STT磁性穿隧接面MTJ存儲器包含：單式固定磁性層；所述單式固定磁性層上的磁性勢壘層；所述磁性勢壘層上的具有多個自由磁性島狀物的自由磁性層；以及上覆於所述自由磁性層的頂蓋層。還揭示一種形成STT-MTJ存儲器的方法。
【專利說明】多位磁性穿隧接面存儲器和形成其的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多位磁性穿隧接面存儲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聯的多個自由磁性元件的多位磁性穿隧接面存儲器 和一種形成其的方法。
【背景技術】
[0002] 自旋力矩轉移（STT)磁性穿隧接面（MTJ)元件包括磁性狀態固定的固定磁性層， 和磁性狀態為選擇性可逆的自由磁性層。固定層與自由層由磁性勢壘或接面層分離。通過 使電寫入電流穿過STT-MTJ元件的層，STT-MTJ元件可在兩個互反的穩定磁化狀態-"平 行"（P)與"反平行"（AP)之間切換。如果寫入電流高於給定臨界點，那麼STT-MTJ將切換 到由寫入電流的方向誘發的P或AP狀態。常規STT-MTJ存儲器單元存儲一個位，其中P和 AP狀態中的一者被指派成表示第一二進位值（例如，"0"），且另一者被指派成表示第二二 進位值（例如，"1"）。可讀取經存儲二進位值，這是因為STT-MTJ元件在P狀態下具有比 在AP狀態下的電阻低的電阻。
[0003] 常規STT-MTJ存儲器使用寫入電路，寫入電路經設計以注入具有足夠高量值和足 夠長持續時間的寫入電流以確保其將STT-MTJ元件切換到所要P/AP狀態。因此，STT-MTJ 存儲器的常規設計原則為限於常規存儲器（例如，SRAM)的設計範式的"確定性"寫入，其中 存儲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於多少STT-MTJ單元處於平行狀態 和多少STT-MTJ單元處於反平行狀態而採取多個不同狀態中的一者的存儲器元件。具有N 個STT-MTJ單元的群集可採取2"個不同狀態中的任一者，且因此向測量電路呈現2n個不同 電阻中的一者。此測量僅需要存取整個STT-MTJ群集的輸入和輸出，而不需要存取或知曉 個別STT-MTJ單元中的任一者的狀態。
[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包括串聯地連接的N個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處經由 啟用開關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包括並聯地連接且經由啟用開關154而連接到SL 線 108 的 N 個 STT-MTJ 元件 152-1、152-2...... 152-N。應理解，BL 線 104 和 SL 線 108 可延 伸和耦合到多個額外STT-MTJ群集（未圖示）中的每一者。BL線104和SL線108根據常 規nxm陣列可為STT-MTJ存儲器位線和源極線。同樣地，啟用開關106根據常規nxm陣列 可為STT-MTJ存儲器字啟用開關。也應理解，BL線104、SL線108和啟用開關可分別不同 於常規位線、源極線和字電晶體。
[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電平電壓檢測器114可具有經由讀取啟用開關116耦合到 BL線104的讀出輸入114A，和耦合到則立到N+1電平轉換器118的讀出輸入114B。Μ位數 據到N+1電平轉換器118可將Μ位數據轉換成N+1電平的目標電阻電壓信號。N+1電平轉 換器118可將比較信號提供到PPG控制器112。應理解，N+1電平電壓檢測器114可包含讀 取電流源（未被明確地展示）以經由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 106經激活以將此電流施加到N元件STT-MTJ群集單元102。電流電平和持續時間經選擇 成使得在每一次施加電流時，存在基於電流的方向將N個STT-MTJ元件102-1到102-N中 的一者的狀態自第一狀態切換到第二狀態的預定機會。在施加電流之後，N+1電平電壓檢測 器114測量N元件STT-MTJ群集單元102的電阻以確定多少STT-MTJ單元處於所要狀態， 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多個數據位。
[0008] 如上文所論述的STT-MTJ單元群集適用於在給定區域中提供多位存儲。需要在維 持前述功能性的同時增加 STT-MTJ群集中的STT-MTJ元件的密度。
【發明內容】
[0009] 示範性實施例包含一種自旋力矩轉移（STT)磁性穿隧接面（MTJ)存儲器，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壘層；所述第一磁性勢壘 層上的包括第一多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及上覆於所述第一自由磁性層 的頂蓋層。
[0010] 另一實施例包括一種形成STT-MTJ存儲器的方法，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壘層；在所述第一磁性勢壘層 上形成包括多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及提供上覆於所述第一自由磁性層 的頂蓋層。
[0011] 另外實施例包含一種STT-MTJ存儲器，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壘層布置；所述第一磁性勢壘層布置上的包括第一多個自由 磁性島狀物的第一自由磁性層布置；以及上覆於所述第一自由磁性層布置的頂蓋層布置。
[0012] 另一實施例包括一種形成STT-MTJ存儲器的方法，所述方法包含：用於提供第一 單式固定磁性層的步驟；用於在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢壘層的步驟； 用於在所述第一磁性勢壘層上形成包括多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層的步驟；以 及用於提供上覆於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] 呈現隨附圖式以輔助描述本發明的實施例，且提供隨附圖式僅僅用於說明所述實 施例且不欲對其進行限制。
[0014] 圖1為說明概率性編程電路中的第一和第二常規STT-MTJ群集單元存儲器布置的 電路圖。
[0015] 圖2為根據第一實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0016] 圖3為根據第二實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0017] 圖4為根據第三實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0018] 圖5為根據第四實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0019] 圖6為根據第五實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0020] 圖7為根據第六實施例的STT-MTJ群集單元存儲器的示意性圖解說明。
[0021] 圖8為說明根據實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發明的方面揭示於以下描述以及針對本發明的特定實施例的相關圖式中。可在 不脫離本發明的範圍的情況下設計替代實施例。另外，將不詳細描述本發明的眾所周知元 件或將省略本發明的眾所周知元件以免混淆本發明的相關細節。
[0023] 詞語"示範性"在本文用以意謂"充當實例、例子或圖解說明"。本文被描述為"示 範性"的任何實施例未必被解釋為比其它實施例較佳或有利。同樣地，術語"本發明的實施 例"不要求本發明的所有實施例皆包含所論述特徵、優點或操作模式。
[0024] 本文所使用的術語是僅出於描述特定實施例的目的，且不希望限制本發明的實施 例。如本文所使用，單數形式"一個"和"所述"希望也包含複數形式，除非上下文另有明確 指示。應進一步理解，術語"包括"和/或"包含"在於本文中使用時指定所陳述特徵、整數、 步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一或多個其它特徵、整數、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）計算裝置的元件執行的動作序列描述了許多實施例。應認 識到，可通過特定電路（例如，專用集成電路（ASIC))、通過正由一或多個處理器執行的程 序指令或通過兩者的組合來執行本文所描述的各種動作。另外，可認為本文所描述的這些 動作序列完全體現於任何形式的計算機可讀存儲媒體內，所述計算機可讀存儲媒體中存儲 有在執行時將使關聯處理器執行本文所描述的功能性的對應計算機指令集。因此，本發明 的各種方面可以若干不同形式來體現，已預期所有所述形式皆在所主張標的物的範圍內。 另外，對於本文所描述的實施例中的每一者，任何這些實施例的對應形式可在本文被描述 為例如"經配置以執行所描述動作的邏輯"。
[0026] 現在參看圖2,其說明STT-MTJ群集單元存儲器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形成於第一 反鐵磁性層204上。如本文所使用，"單式"意謂著一個層（例如第一單式固定磁性層202) 實質上和/或在拓撲上是連續的，且經配置以如下文所論述由多個個別自由磁性區共享。 第一單式固定磁性層202的磁性方向固定於由箭頭205指不的第一方向上或固定向右，如 圖2中所示。
[0027] 有時被稱作"接面層"的包括單式材料層的第一磁性勢壘層206形成於第一單式 固定磁性層202上，且第一自由磁性層208形成於第一磁性勢壘層206上。第一自由磁性 層208包括第一多個個別自由磁性島狀物210,第一多個個別自由磁性島狀物210中的每 一者與第一磁性勢壘層206接觸，但彼此被第一電磁絕緣材料區212分離。第一磁性勢壘 層206是實質上均質的，且其性質在第一自由磁性島狀物210之下的區中和在第一多個電 磁絕緣材料區212下方的區中實質上類似。
[0028] 第一多個自由磁性島狀物210中的每一者在第一單式固定磁性層202上方具有佔 據面積，且與第一磁性勢壘層206的在第一多個自由磁性島狀物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；第一多個自由磁性島狀物210中的剩餘自 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)，和共同磁性勢壘層（即， 第一磁性勢壘層206)。頂蓋層214形成於第一自由磁性層208上方，其與第一多個自由磁 性島狀物210和第一多個電磁絕緣材料區212直接接觸。
[0029] 圖2說明第一多個自由磁性島狀物210中的六個自由磁性島狀物；然而，應理解， 給定STT-MTJ群集單元存儲器中的第一多個自由磁性島狀物210可包括更多或更少數目個 自由磁性島狀物210,而不脫離本發明的範圍。此外，雖然第一多個自由磁性島狀物210被 說明為以單一直線布置，但這些自由磁性島狀物210可覆蓋第一磁性勢壘層206的平面， 且因此在第一磁性勢壘層206的表面上方形成陣列或其它圖案。通常需要將個別自由磁 性島狀物210製作成與現有製造條件所準許的一樣小且使其彼此的間隔與現有製造條件 所準許的一樣近，同時維持適當間距以實質上防止由第一多個自由磁性島狀物210形成的 STT-MTJ彼此幹擾。
[0030] 上文所提到的第一反鐵磁性層204安裝於連接層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224,開關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 接到大體上類似於圖1中所說明的電路的控制電路，且施加於頂蓋層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群集單元存儲器200中的STT-MTJ中 的一或多者的狀態。
[0031] 使用與多個自由磁性島狀物210相關聯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所需的能量小於切換具有面積等於所有第一多個自由磁性島狀物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和第一磁性勢壘層206的 單式材料層也提供了改進的良率且增加了對於這些層中的製造缺陷的容許度。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STT-MTJ中的個別固定磁性材料區 穩定，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群集單元存儲器600，其類似於圖2的STT-MTJ群集單元200存 儲器，但其中第一磁性勢壘層602包括在第一多個自由磁性島狀物210中的每一者下方的 多個個別勢壘層島狀物604,且其中電磁絕緣材料區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群集單元存儲器200的性能相當，但在某些製造條件下，STT-MTJ群集單元存儲器 600可比STT-MTJ群集單元存儲器200更容易製造。
[0033] 圖7說明STT-MTJ存儲器或群集單元700，其類似於圖6的STT-MTJ群集單元存儲 器600,且其包含包括多個磁性勢壘島狀物604的磁性勢壘層602。另外，STT-MTJ群集單 元700包含頂蓋層702,頂蓋層702被劃分成多個頂蓋層島狀物704,頂蓋層島狀物704中 的每一者由開關724連接到源極線/位線226。電磁絕緣材料區708使鄰近的頂蓋層島狀 物706、鄰近的自由磁性島狀物210和鄰近的磁性勢壘島狀物604分離。此STT-MTJ群集單 元存儲器700的性能可類似於STT-MTJ群集單元存儲器200和600的性能，但在一些條件 下可較容易製造。
[0034] 圖3說明根據另一實施例的STT-MTJ群集單元存儲器300,其中使用相同參考數字 來標識與前述實施例共同的元件。STT-MTJ群集單元存儲器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由第二磁性勢壘層304隔 開，也包括單式材料層勢壘。第二反鐵磁性層306存在於第二固定磁性層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）。頂蓋層214由開關324 連接到源極線/位線226。多個自由磁性島狀物210的磁性狀態被以概率方式編程（如上 文所描述），且第二固定磁性層302和第二磁性勢壘層304的存在有助於提供第一多個自由 磁性島狀物210的對稱讀取/寫入特性。此布置也歸因於額外接面而改進了穿隧磁阻且也 改進了狀態密度。
[0035] 圖4說明根據另一實施例的STT-MTJ群集單元存儲器400,其中使用相同參考數字 來識別與前述實施例共同的元件。除了上文結合圖3所描述的層以外，STT-MTJ群集單元存 儲器400也包含在第二磁性勢壘層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408分離的第二多個自由磁性島狀物406。第三磁性 勢壘層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交替，且因 此在此實施例中，第一單式固定磁性層202的磁化方向繼續面向圖4的右側（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。頂蓋層214由開關424連接到 源極線/位線226。此布置提供具有可逆磁性狀態的第二位點層，且進一步改進STT-MTJ群 集單元存儲器400的狀態密度。
[0036] 圖5說明根據另一實施例的另一 STT-MTJ群集單元存儲器500,其中使用相同參考 數字來識別與前述實施例共同的元件。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 由第三多個電磁絕緣材料區508分離的第三多個自由磁性島狀物506。第五磁性勢壘層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524連接到源極線/位線226。此實施例的布置進一步改進了狀態密度。 [0037] 前述實施例的STT-MTJ群集單元可用於各種領域和裝置中，且可（例如）集成 到一或多個半導體裸片中。STT-MTJ群集單元也可用於各種裝置中，所述裝置包含（而 不限於）機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理 (PDA)、固定位置數據單元，或計算機。
[0038] 根據實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壘層的塊802、在第一磁性勢壘層上形成包括多個自由磁性島狀物的 第一自由磁性層的塊804,和提供上覆於第一自由磁性層的頂蓋層的塊806。
[0039] 所屬領域的技術人員應了解，可使用多種不同的技術和技藝中的任一者來表示信 息和信號。舉例來說，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光學場或光學粒子或其任何 組合來表示可貫穿以上描述而提到的數據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。
[0040] 另外，所屬領域的技術人員應了解，結合本文所揭示的實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實施為電子硬體、計算機軟體或兩者的組合。為了清 楚地說明硬體與軟體的此可互換性，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。此功能性是實施為硬體或是軟體端視特定應用和強加於整個系統上 的設計約束而定。所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以變化的方式來實施所描述的 功能性，但這些實施決策不應被解釋為造成脫離本發明的範圍。
[0041] 結合本文所揭示的實施例而描述的方法、序列和/或算法可直接體現於硬體、由 處理器執行的軟體模塊或兩者的組合中。軟體模塊可駐存於RAM存儲器、快閃記憶體、ROM 存儲器、EPROM存儲器、EEPR0M存儲器、暫存器、硬碟、抽取式碟片、CD-ROM，或此項技術中已 知的任何其它形式的存儲媒體中。示範性存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可自存儲媒 體讀取信息和將信息寫入到存儲媒體。在替代例中，存儲媒體可與處理器成一體。
[〇〇42] 雖然前述揭示內容展示本發明的說明性實施例，但應注意，可在不脫離如由附加 權利要求書界定的本發明的範圍的情況下在本文中進行各種改變和修改。無需以任何特定 次序執行根據本文中所描述的本發明的實施例的方法請求項的功能、步驟和/或動作。此 夕卜，儘管本發明的元件可以單數形式來描述或主張，但除非明確陳述了限於單數形式，否則 也預期複數形式。
【權利要求】
1. 一種自旋力矩轉移STT磁性穿隧接面MTJ存儲器，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壘層； 所述第一磁性勢壘層上的包括第一多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及 上覆於所述第一自由磁性層的頂蓋層。
2. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其中所述頂蓋層直接連接到所述第一多個 自由磁性島狀物。
3. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其中所述頂蓋層包括與所述第一自由磁性 層的所述第一多個自由磁性島狀物相關聯的多個個別頂蓋層島狀物。
4. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第一磁性勢壘層是均質的。
5. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第一磁性勢壘層包括第一多個個 別磁性勢壘島狀物，所述第一多個個別磁性勢壘島狀物中的每一者與所述第一多個自由磁 性島狀物中的至少一者相關聯。
6. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第一磁性勢壘層包括由電磁絕緣 體材料分離的第一多個個別磁性勢壘島狀物，且其中所述第一多個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佔據面積，且其中所述第一多個個別磁性勢壘島 狀物中的每一者具有實質上所述佔據面積且位於所述第一多個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. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其包含在所述第一單式固定磁性層的與所 述第一磁性勢壘層相對的側上的鄰近於所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層。
8. 根據權利要求7所述的STT-MTJ存儲器，其包含鄰近於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存儲器包含電連接到所述頂蓋層的第二線。
9. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，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 的第二磁性勢壘層。
10. 根據權利要求9所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第二磁性勢壘層在所述第一多個 自由磁性島狀物的與所述第一磁性勢壘層相對的側上連接到所述第一多個自由磁性島狀 物。
11. 根據權利要求9所述的STT-MTJ存儲器，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. 根據權利要求9所述的STT-MTJ存儲器，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額外單式固定磁性層，和包括至少額外多個自由磁性 島狀物的至少一個額外自由磁性層。
13. 根據權利要求9所述的STT-MTJ存儲器，其包含在所述第二磁性勢壘層與所述第一 自由磁性層之間的包括第二多個自由磁性島狀物的第二自由磁性層。
14. 根據權利要求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 性勢壘層。
15. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其集成到至少一個半導體裸片中。
16. 根據權利要求1所述的STT-MTJ存儲器，其集成到裝置中，所述裝置選自由機頂盒、 音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理PDA、固定位置數據 單元和計算機組成的群組。
17. -種形成自旋力矩轉移STT磁性穿隧接面MTJ存儲器的方法，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壘層； 在所述第一磁性勢壘層上形成包括多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層；以及 提供上覆於所述第一自由磁性層的頂蓋層。
18. 根據權利要求17所述的方法，其包含將所述頂蓋層直接連接到所述多個自由磁性 島狀物。
19. 根據權利要求17所述的方法，其中提供頂蓋層包括在所述多個自由磁性島狀物中 的每一者上提供頂蓋層島狀物。
20. 根據權利要求17所述的方法，其包含在所述第一磁性勢壘層中形成多個磁性勢壘 島狀物，且將電磁絕緣體材料提供於所述多個磁性勢壘島狀物之間的所述第一磁性勢壘層 中。
21. 根據權利要求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 性勢壘層相對的側上提供鄰近於所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層。
22. 根據權利要求21所述的方法，其包含提供鄰近於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. 根據權利要求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 二磁性勢壘層。
24. 根據權利要求23所述的方法，其包含在所述第一多個自由磁性島狀物的與所述第 一磁性勢壘層相對的側上將所述第二磁性勢壘層直接連接到所述第一多個自由磁性島狀 物。
25. 根據權利要求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. 根據權利要求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額外單式固定磁性層，和提供包括至少額外多個自由磁性島 狀物的至少一個額外自由磁性層。
27. 根據權利要求23所述的方法，其包含在所述第二磁性勢壘層與所述第一自由磁性 層之間提供包括第二多個自由磁性島狀物的第二自由磁性層。
28. 根據權利要求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 磁性勢壘層。
29. 根據權利要求17所述的方法，其包含將所述STT-MTJ存儲器集成到至少一個半導 體裸片中。
30. 根據權利要求17所述的方法，其包含將所述STT-MTJ存儲器集成到裝置中，所述裝 置選自由機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理 PDA、固定位置數據單元和計算機組成的群組。
31. -種自旋力矩轉移STT磁性穿隧接面MTJ存儲器，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壘層裝置； 所述第一磁性勢壘層裝置上的包括第一多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層裝置； 以及 上覆於所述第一自由磁性層裝置的頂蓋層裝置。
32. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其中所述頂蓋層裝置直接連接到所述第 一多個自由磁性島狀物。
33. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，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自由磁性島狀物相關聯的多個個別頂蓋層島狀物。
34. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第一磁性勢壘層裝置包括第一 多個個別磁性勢壘島狀物，所述第一多個個別磁性勢壘島狀物中的每一者與所述第一多個 自由磁性島狀物中的至少一者相關聯。
35. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第一磁性勢壘層裝置包括由電 磁絕緣體材料分離的第一多個個別磁性勢壘島狀物，且其中所述第一多個自由磁性島狀物 中的每一者在所述第一單式固定磁性層上方具有佔據面積，且其中所述第一多個個別磁性 勢壘島狀物中的每一者具有實質上所述佔據面積且位於所述第一多個自由磁性島狀物中 的一者與所述第一單式固定磁性層之間。
36. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其包含在所述第一單式固定磁性層的與 所述第一磁性勢壘層裝置相對的側上的鄰近於所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性 層。
37. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，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壘層裝置。
38. 根據權利要求37所述的STT-MTJ存儲器，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額外單式固定磁性層，和包括至少額外多個自 由磁性島狀物的至少一個額外自由磁性層裝置。
39. 根據權利要求37所述的STT-MTJ存儲器，其中所述第二磁性勢壘層裝置在所述第 一多個自由磁性島狀物的與所述第一磁性勢壘層裝置相對的側上連接到所述第一多個自 由磁性島狀物。
40. 根據權利要求39所述的STT-MTJ存儲器，其包含在所述第二磁性勢壘層裝置與所 述第一自由磁性層裝置之間的包括第二多個自由磁性島狀物的第二自由磁性層裝置。
41. 根據權利要求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壘層裝置。
42. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其集成到至少一個半導體裸片中。
43. 根據權利要求31所述的STT-MTJ存儲器，其集成到裝置中，所述裝置選自由機頂 盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理PDA、固定位置 數據單元和計算機組成的群組。
44. 一種形成自旋力矩轉移STT磁性穿隧接面MTJ存儲器的方法，其包括： 用於提供一第一單式固定磁性層的步驟； 用於在所述第一單式固定磁性層上形成第一磁性勢壘層的步驟； 用於在所述第一磁性勢壘層上形成包括多個自由磁性島狀物的第一自由磁性層的步 驟；以及 用於提供上覆於所述第一自由磁性層的頂蓋層的步驟。
45. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於將所述頂蓋層直接連接到所述第一多個 自由磁性島狀物的步驟。
46. 根據權利要求44所述的方法，其中所述用於提供頂蓋層的步驟包括用於在所述第 一多個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. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於在所述第一磁性勢壘層中形成多個磁性 勢壘島狀物和將電磁絕緣體材料提供於所述多個磁性勢壘島狀物之間的所述第一磁性勢 壘層中的步驟。
48. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於在所述第一單式固定磁性層的與所述第 一磁性勢壘層相對的側上提供鄰近於所述第一單式固定磁性層的第一反鐵磁性層的步驟。
49. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於提供鄰近於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. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於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，和用於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壘層的步驟。
51. 根據權利要求50所述的方法，其包含用於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額外單式固定磁性層的步驟，和用於提供包括至少額外 多個自由磁性島狀物的至少一個額外自由磁性層的步驟。
52. 根據權利要求50所述的方法，其包含用於在所述第一多個自由磁性島狀物的與所 述第一磁性勢壘層相對的側上將所述第二磁性勢壘層直接連接到所述第一多個自由磁性 島狀物的步驟。
53. 根據權利要求50所述的方法，其包含用於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. 根據權利要求50所述的方法，其包含用於在所述第二磁性勢壘層與所述第一自由 磁性層之間提供包括第二多個自由磁性島狀物的第二自由磁性層的步驟。
55. 根據權利要求54所述的方法，其包含用於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、用於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壘層的步驟，和用於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壘層的步驟。
56. 根據權利要求44所述的方法，其包含用於將所述STT-MTJ存儲器集成到至少一個 半導體裸片中的步驟。
57.根據權利要求44所述的方法，其包含用於將所述STT-MTJ存儲器集成到選自由機 頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理PDA、固定位 置數據單元和計算機組成的群組的裝置中的步驟。
【文檔編號】H01L43/08GK104067344SQ201380006133
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2012年1月23日
【發明者】文清·吳, 李瀋, 朱曉春, 拉古·薩加爾·瑪達拉, 升·H·康, 肯德裡克·H·元 申請人:高通股份有限公司