Célula de unión túnel magnética que incluye múltiples dominios magnéticos.

Una estructura (100) de unión túnel magnética, (MTJ), que comprende:

una célula MTJ que comprende múltiples paredes laterales (110, 112, 114) que se extienden sustancialmente en perpendicular a una superficie de un sustrato (490), incluyendo cada una de las múltiple paredes laterales (110, 112, 114) una capa (106) libre para acarrear un dominio magnético único, estando cada uno de los dominios magnéticos únicos adaptado para almacenar un bit de datos, estando la célula MTJ caracterizada por comprender también,

una pared de fondo acoplada a cada una de las múltiples paredes laterales (110, 112, 114), extendiéndose la pared (116) de fondo sustancialmente en paralelo con la superficie del sustrato (490), incluyendo la pared (116) de fondo una capa (106) libre para acarrear un único dominio magnético, estando cada dominio magnético único adaptado para almacenar otro bit de datos.

Célula de unión túnel magnética para que incluye múltiples dominios magnéticos

I. Campo

La presente divulgación se refiere, en general, a una célula de unión túnel magnética que incluye múltiples dominios magnéticos.

II. Descripción c/e la técnica relacionada

En general, la adopción generalizada de dispositivos informáticos portátiles y de dispositivos de comunicación inalámbricos ha incrementado la demanda de memorias no volátiles de baja potencia y alta densidad. A medida que las técnicas de procesamiento han mejorado, ha resultado posible fabricar una memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva (MRAM) en base a dispositivos de unión túnel magnéticas (MTJ). Los dispositivos de unión túnel de par de torsión (STT) tradicionales están típicamente formados como estructuras de pilas planas. Dichos dispositivos presentan unas células de unión túnel magnética (MTJ) de dos dimensiones con un solo dominio magnético. Una MTJ típicamente incluye una capa magnética fija, una capa barrera (esto es una capa de óxido de tunelización), y una capa magnética libre, donde un valor de bit está representado por un campo magnético inducido en la capa magnética libre y una capa antiferromagnética. Una dirección del campo magnético de la capa libre con respecto a una dirección del campo magnético fijo conducido por la capa magnética fija determina el valor de bit.

Tradicionalmente, para mejorar la densidad de datos utilizando dispositivos MTJ, una técnica incluye la reducción del tamaño de los dispositivos MTJ para colocar más dispositivos MTJ en un área más pequeña. Sin embargo, el tamaño de los dispositivos MTJ está limitado por la dimensión crucial (CD) de la técnica de fabricación. Otra técnica implica la formación de múltiples estructuras MTJ en un solo dispositivo MTJ. Por ejemplo, en un supuesto, se forma una primera estructura MTJ que incluye una primera capa fija, una primera barrera túnel y una primera capa libre. Una capa de material dieléctrico se forma sobre la primera estructura MTT y una segunda estructura MTJ se forma sobre la parte superior de la capa de material dieléctrico. Dichas estructuras incrementan la densidad de almacenamiento en una dirección X - Y incrementando al tiempo un tamaño de la matriz de memoria en una dirección Z. Por desgracia, dichas estructuras almacenan solo un bit por célula, de forma que la densidad de datos en la dirección X - Y se incrementa a expensas del área en una dirección Z y del incremento de los costes de fabricación. Así mismo, dichas estructuras incrementan la complejidad de encaminamiento de las trazas de hilo. Por tanto, se necesitan unos dispositivos de memoria mejorados con una mayor densidad de almacenamiento sin incrementar un área de circuito de cada una de las células MTJ y que pueda disponerse en correspondencia con la técnica de procesamiento.

El documento US 26/33133 describe una memoria magnética con una célula MT3 que incorpora dos orientadas en perpendicular con las paredes laterales del sustrato.

III. Sumario

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Una ventaja específica proporcionada por las formas de realización del dispositivo de túnel magnético (MTJ) es que múltiples bits de datos pueden ser almacenados en una sola célula MTJ. Por ejemplo una única célula MTJ puede ser configurada para almacenar hasta cuatro bits de datos, los cuales pueden ser utilizados para representar hasta dieciséis estados lógicos en cada célula.

Otra ventaja específica consiste en que la MTJ de múltiples bits puede situarse en correspondencia con la técnica de procesamiento, haciendo posible múltiples bits por célula MTJ incluso cuando el tamaño de la MJT disminuye.

Otra ventaja concreta adicional consiste en que la célula MTJ puede incluir múltiples dominios magnéticos independientes para almacenar bits de datos. En una forma de realización concreta la célula puede incluir una o más paredes laterales (que se extiendan en vertical desde una superficie planar de un sustrato), en la que cada una de las una o más paredes laterales soporta un único dominio magnético lateral para almacenar un bit de datos. Así mismo, la célula MTJ puede incluir una pared de fondo que incluya un dominio magnético horizontal para almacenar un bit de datos. En general, la célula MTJ incluye uno, dos, o tres paredes laterales. En un ejemplo específico, la célula MTJ puede incluir cuatro paredes laterales y una pared de fondo. En un ejemplo de pared lateral, la pared lateral puede estar situada sobre cualquier lado sin restricciones. En un ejemplo de dos paredes laterales, las paredes laterales pueden estar situadas en lados opuestos o en lados adyacentes.

Otra ventaja concreta adicional consiste en que la célula MTJ puede incluir múltiples dominios magnéticos independientes que puedan escribirse o leerse a partir de ellas sin modificar los datos almacenados en otros dispositivos magnéticos dispuestos dentro de la célula MTJ.

Otros aspectos, ventajas y características de la presente divulgación se pondrán de manifiesto después del análisis de la entera solicitud, incluyendo las secciones siguientes: Breve Descripción de los Dibujos, Descripción Detallada y Reivindicaciones.

IV. Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización ilustrativa concreta de una de unión túnel magnética (MTJ) que puede ser utilizada para almacenar múltiples bits de datos;

la FIG. 2 es una vista en sección transversal de una célula de unión túnel magnética que está adaptada para almacenar múltiples bits de datos;

la FIG. 3 es una vista desde arriba de una forma de realización ilustrativa concreta de un dispositivo de memoria que incluye una célula de unión túnel magnética (MTJ) que está adaptada para almacenar múltiples bits de datos;

la FIG. 4 es una vista en sección transversal del dispositivo de memoria de la FIG. 3 tomada a lo largo de la línea 4 - 4 de la FIG. 3;

la FIG. 5 es una vista en sección transversal del dispositivo de memoria de la FIG. 3 tomada a lo largo de la línea 5 - 5 de la FIG. 3;

la FIG. 6 es una vista desde arriba de una segunda forma de realización ilustrativa concreta de un dispositivo de memoria que incluye una célula de unión túnel magnética que está adaptada para almacenar múltiples bits de datos.

la FIG. 7 es una vista en sección transversal de la segunda forma de realización del dispositivo de memoria

de la FIG. 6 tomada a lo largo de la línea 7 -7 de la FIG. 6;

la FIG. 8 es una vista en sección transversal de la segunda forma de realización del dispositivo de memoria

de la FIG. 6 tomada a lo largo de la línea 8 - 8 de la FIG. 6;

la FIG. 9 es una vista desde arriba de una tercera forma de realización ilustrativa concreta de un dispositivo de memoria que incluye una célula de unión túnel magnética (MTJ) que está adaptada para almacenar múltiples bits;

la FIG. 1 es una vista en sección transversal de la tercera forma de realización del dispositivo de memoria de la FIG. 9 tomada a lo largo de la línea 1 -1 de la FIG. 9;

la FIG. 11 es una vista en sección transversal de la tercera forma de realización del dispositivo de memoria de la FIG. 9 tomada a lo largo de la línea 11 -11 de la FIG. 9;

la FIG. 12 es una vista desde arriba de una cuarta forma de realización Ilustrativa concreta de un dispositivo de memoria que incluye una célula de unión túnel magnética (MTJ) que está adaptada para almacenar

múltiples bits;

la FIG. 13 es una vista en sección transversal de la cuarta forma de realización del dispositivo de memoria

de la FIG. 12 tomada a lo largo de la línea 13 -13 de la FIG. 12;

la FIG. 14 es una vista en sección transversal de la cuarta forma de realización del dispositivo de memoria

de la FIG. 12 tomada a lo largo de la línea 14 -14 de la FIG. 12;

la FIG. 15 es una vista desde arriba de una capa libre de una pila de unión túnel magnética (MTJ) adaptada para almacenar múltiples bits de datos, en la que la célula MTJ está en un estado de cero bits;

la FIG. 16 es un diagrama de una forma de realización ilustrativa concreta de capas de una pila de unión túnel magnética (MTJ) que ilustra una dirección del flujo de la corriente de escritura cero;

la FIG. 17 es una vista en sección transversal de la capa libre de la FIG. 15 tomada a lo largo de la línea 17 -17 de la FIG. 15;

la FIG. 18 es una vista en sección transversal de la capa libre de la FIG. 15 tomada a lo largo de la línea 18 -18 de la FIG. 15;

la FIG. 19 es una vista desde arriba de la capa libre de una... [Seguir leyendo]

I.- Una estructura (1) de unión túnel magnética, (MTJ), que comprende:

una célula MTJ que comprende múltiples paredes laterales (11, 112, 114) que se extienden sustancialmente en perpendicular a una superficie de un sustrato (49), incluyendo cada una de las múltiple paredes laterales (11, 112, 114) una capa (16) libre para acarrear un dominio magnético único, estando cada uno de los dominios magnéticos únicos adaptado para almacenar un bit de datos, estando la célula MTJ caracterizada por comprender también,

una pared de fondo acoplada a cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114), extendiéndose la pared (116) de fondo sustancialmente en paralelo con la superficie del sustrato (49), incluyendo la pared (116) de fondo una capa (16) libre para acarrear un único dominio magnético, estando cada dominio magnético único adaptado para almacenar otro bit de datos.

2 - La estructura (1) MTJ de la reivindicación 1, en la que una pared de dominio magnético está formada dentro de la capa (16) libre entre cada una de las múltiple paredes laterales (11, 112, 114), y en la que una pared de dominio magnético está formada dentro de la capa (16) libre entre cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) y la pared (116) de fondo, estando las paredes de dominio magnético adaptadas para aislar los dominios

magnéticos únicos.

3 - La estructura (1) MTJ de la reivindicación 1, en la que una profundidad de al menos una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) desde un borde de la pared lateral hasta el borde opuesto es inferior a una distancia entre al menos dos de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114).

4 - La estructura (1) MTJ de la reivindicación 1, en la que una profundidad de cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) desde un borde de la pared lateral hasta el borde opuesto es inferior a una longitud a lo largo de la cual se orienta el campo magnético de cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114).

5.- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 1, en la que la célula MTJ comprende una primera pared lateral (11) que incorpora un primer dominio magnético (344), una segunda pared lateral (112) que incorpora un segundo dominio magnético (346) y una tercera pared lateral (114) que incorpora un tercer dominio magnético (348), y una pared de fondo acoplada a las primera, segunda, y tercera paredes laterales, incluyendo la pared (116) de fondo una capa (16) libre para acarrear un cuarto dominio (472) magnético.

6 - La estructura (1) MTJ de la reivindicación 5, que comprende además una primera estructura terminal acoplada a la primera pared lateral (11), una segunda estructura terminal acoplada a la segunda pared lateral (112) y una tercera estructura terminal acoplada a la tercera pared lateral (114), y una cuarta estructura terminal acoplada a la

pared (116) de fondo.

7 - Una estructura (1) de unión túnel magnética, MTJ, de acuerdo con la reivindicación 1, incluyendo las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) una primera pared lateral (11), que incluye una primera capa libre para acarrear un primer dominio (344) magnético, para representar un primer bit de datos, una segunda pared lateral (112) que incluye una segunda capa libre para acarrear un segundo dominio (346) magnético para representar un segundo bit de datos, una tercera pared lateral (114) que incluye una tercera capa libre para acarrear un tercer dominio (348) magnético para representar un tercer bit de datos; incluyendo la pared (116) de fondo acoplada a cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) una cuarta capa libre para acarrear un cuarto dominio (472) magnético para representar un cuarto bit de datos.

8.- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 7, en la que la primera pared lateral (11) es sustancialmente perpendicular a la segunda pared lateral (112).

9.- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 7, en la que la célula MTJ incluye además un electrodo (18) central cerca de y separado aproximadamente a intervalos regulares de cada una de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114) y de la pared (116) de fondo.

1- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 9, en la que un grosor del electrodo (18) central es aproximadamente la mitad de una diferencia entre un anchura de la célula MTJ menos una anchura de las dos paredes laterales opuestas de las múltiples paredes laterales (11, 112, 114).

II.- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 9, que comprende además:

un primer terminal acoplado al electrodo (18) central, un segundo terminal acoplado a la primera pared lateral (11); un tercer terminal acoplado a la segunda pared lateral (112); un cuarto terminal acoplado a la tercera pared lateral (114); y

un quinto terminal acoplado a la pared (116) de fondo.

12.- La estructura (1) MTJ de la reivindicación 7, que comprende además:

un primer terminal acoplado al primer dominio (344) magnético; un segundo terminal acoplado al segundo dominio (346) magnético; y un tercer terminal acoplado a un electrodo (18) central;

en la que el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal están adaptados para cooperar para selectivamente escribir datos hacia y leer datos desde los primero y segundo dominios (344, 346) magnéticos.

13.- Una memoria de acceso aleatorio magnética, MRAM, que comprende:

una matriz de unas células de unión túnel magnética, MJT, de acuerdo con la reivindicación 1.

14 - La MRAM de la reivindicación 13, en la que cada célula MTJ comprende:

una primera pared lateral (11) que incluye una primera capa libre para acarrear un primer dominio (344) magnético adaptado para almacenar un primer bit;

una segunda pared lateral (112) que incluye una segunda capa libre para acarrear un segundo dominio (346) magnético adaptado para almacenar un segundo bit:

una tercera pared lateral (114) que incluye una tercera capa libre para acarrear un tercer dominio (348) magnético adaptado para almacenar un tercer bit;

una pared (116) de fondo que Incluye una cuarta capa libre para acarrear un cuarto dominio (472) magnético adaptado para almacenar un cuarto bit;

un primer conmutador (2726) acoplado a la primera pared lateral (11);

un segundo conmutador (2738) acoplado a la segunda pared lateral (112);

un tercer conmutador (273) acoplado a la tercera pared lateral (114);

un cuarto conmutador (2734) acoplado a la pared (116) de fondo;

una línea (232) de bit acoplada a un electrodo (18) central próximo a cada una de las paredes laterales

(11, 112, 114); y

una línea (2322) de palabra acoplada a cada uno de los primero, segundo, tercero y cuarto conmutadores (2726, 2738, 273, 2734), estando dispuesta la línea (2322) de palabra para activar selectivamente al menos uno de los primero, segundo, tercero y cuarto conmutadores (2726, 2738, 273, 2734) para leer datos desde y escribir datos hacia la célula MTJ.

15.- La MRAM de la reivindicación 14, que comprende además:

una primera línea fuente (SL1) acoplada al primer conmutador (2726) para aplicar selectivamente una primera corriente a la primera pared lateral (11);

una segunda línea fuente (SL2) acoplada al segundo conmutador (2738) para aplicar selectivamente una segunda corriente a la segunda pared lateral (112);

una tercera línea fuente (SL3) acoplada al tercer conmutador (273) para aplicar selectivamente una tercera corriente a la tercera pared lateral (114);

una cuarta línea fuente (SL4) acoplada al cuarto conmutador (2734) para aplicar selectivamente una cuarta corriente a la pared (116) de fondo;

en la que al menos una de las primera, segunda, tercera y cuarta corrientes es aplicada durante una operación de escritura de datos.