Способ формирования устройства на магнитных туннельных переходах

Способ формирования устройства на магнитных туннельных переходах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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-