ЯЧЕЙКА ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ТУННЕЛЬНОГО ПЕРЕХОДА (MTJ) ЯЧЕЙКИ ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2012 года по МПК H01L43/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие сущности, в общем, относится к ячейке запоминающего устройства, а более конкретно, к стеку магнитного туннельного перехода ячейки запоминающего устройства.

Уровень техники

Оперативное запоминающее устройство (RAM) является повсеместным компонентом современных цифровых архитектур. RAM может быть автономным устройством либо может быть интегрировано или встроено в устройства, которые используют RAM, такие как микропроцессоры, микроконтроллеры, специализированные интегральные схемы (ASIC), системы на одном кристалле (SoC) и другие аналогичные устройства, как должны принимать во внимание специалисты в данной области техники. RAM может быть энергозависимым или энергонезависимым. Энергозависимое RAM теряет свою сохраненную информацию каждый раз, когда питание отключается. Энергонезависимое RAM может сохранять свое содержимое запоминающего устройства, даже когда питание запоминающего устройства отключается.

В отличие от традиционных технологий RAM, которые сохраняют данные как электрические заряды или электрические токи, магниторезистивное оперативное запоминающее устройство (MRAM) использует магнитные элементы, интегрированные с комплементарной структурой металл-оксид-полупроводник (CMOS). В общем, атрибуты технологии MRAM включают в себя энергонезависимость и неограниченную долговечность по чтению и записи. MRAM предоставляет потенциал для высокоскоростного твердотельного запоминающего устройства с пониженным рабочим напряжением и высокой плотностью. Применения MRAM могут включать в себя ячейки запоминающего устройства для автомобилей, мобильных телефонов, смарт-карт, радиационностойкие применения в военных целях, хранилищ баз данных, устройств радиочастотной идентификации (RFID) и MRAM-элементов в программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA). Эти потенциальные применения MRAM могут включать в себя как автономные, так и встроенные применения запоминающего устройства. В общем, битовая архитектура основана на активном транзисторе минимального размера, который служит в качестве изолирующего устройства вместе с элементом или стеком магнитного туннельного перехода (MTJ), чтобы задавать MRAM-бит.

MRAM имеет несколько желательных характеристик, которые делают его подходящим для универсального запоминающего устройства, таких как высокая скорость, высокая плотность (т.е. небольшой размер битовой ячейки), низкое потребление мощности и отсутствие деградации со временем. Тем не менее, MRAM имеет проблемы масштабируемости. В частности, по мере того как битовые ячейки уменьшаются, магнитные поля, используемые для переключения состояния запоминающего устройства, возрастают. Соответственно, плотность тока и потребляемая мощность увеличиваются, чтобы предоставлять более высокие магнитные поля, тем самым ограничивая масштабируемость MRAM.

Технология записи с переносом спинового момента (STT) - это технология, при которой данные могут быть записаны посредством совмещения направления спинов электронов, протекающих через туннельный магниторезистивный элемент (TMR). В общем, запись данных выполняется посредством использования спин-поляризованного тока с электронами, имеющими одинаковое направление спинов. RAM с переносом спинового момента, в общем, имеет преимущество требования меньшей мощности и может предоставлять лучшую масштабируемость по сравнению с традиционным MRAM. В отличие от традиционного MRAM, магниторезистивное оперативное запоминающее устройство с переносом спинового момента (STT-MRAM) использует электроны, которые становятся спин-поляризованными по мере того, как электроны проходят через тонкую пленку (спиновый фильтр). STT-MRAM также известно как RAM с переносом спинового момента (STT-RAM), RAM с переключением намагничивания с переносом спинового момента (Spin-RAM) и с передачей спин-момента (SMT-RAM).

Ссылаясь на фиг.1, проиллюстрирована схема STT-MRAM-ячейки 101. STT-MRAM-ячейка 101 включает в себя, например, MTJ 105, транзистор 110, битовую (разрядную) линию 120, словарную линию (числовую шину) 130, линию 140 истока, усилитель 150 считывания, схему 160 считывания/записи и эталон битовой линии 170. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что работа и структура ячейки 101 запоминающего устройства известны в данной области техники. Дополнительные подробности предоставляются, например, в работе авторов M. Hosomi и др., A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM, proceedings of IEDM conference (2005), которая полностью содержится в данном документе по ссылке.

Фиг.2A, 2B и 2C являются иллюстрациями в поперечном разрезе традиционной STT-MRAM-ячейки. Процесс формирования традиционной STT-MRAM-ячейки имеет несколько недостатков. Первоначально, три дополнительные маски необходимы, чтобы формировать рисунок на нижнем электроде, туннельных переходах и верхнем электроде. Дополнительно, трудно управлять остановками травления на нижнем электроде традиционной STT-MRAM-ячейки. В общем, тонкий нижний электрод тем самым способствует сопротивлению линии и может ограничивать электрический ток через ячейку. Поскольку MTJ 130 состоит из различных слоев очень тонких пленок (порядка 50-100 нм), трудно получать эффективный процесс травления. Таким образом, необходимо завершать травление точно на поверхности раздела. Соответственно, в традиционном процессе требуется литографическое оборудование высокого разрешения, чтобы формировать рисунок вплоть до субразмеров в 100 нм на тонких металлических пленках с высокой степенью отражения.

Кроме того, после формирования рисунка на пленках, чтобы формировать MTJ (который в примере имеет площадь поверхности приблизительно 50×100 нм), имеется, в общем, слабая адгезия между MRAM-ячейками и определенными пассивирующими материалами. Например, после формирования рисунка MTJ необходимо осаждать другой изолятор поверх и пассивировать слой изолятора. Если поверхность не обрабатывается надлежащим образом, это затрудняет управление поверхностью раздела между MTJ и электродом, и тем самым это приводит к слабой адгезии между слоями металлических тонких пленок MTJ и диэлектриком (изолятором). Таким образом, поверхность раздела является слабой точкой, поскольку пассивирующий слой теряется при последующей обработке. Дополнительно, при традиционных технологиях литографии, различные пленки требуют различных химических травлений и рисунков. Например, может быть один набор условий химических травлений и рисунков, чтобы удалять один слой, при этом полностью другое химическое травление и процесс должны использоваться для того, чтобы удалять другой слой MTJ, который должен формироваться как часть ячейки запоминающего устройства.

Сущность изобретения

Примерные варианты осуществления изобретения направлены на ячейку запоминающего устройства и способ для формирования магнитного туннельного перехода ячейки запоминающего устройства.

Соответственно, вариант осуществления изобретения может включать в себя запоминающее устройство, содержащее подложку в первой плоскости; первое металлическое соединение, тянущееся во второй плоскости, при этом вторая плоскость является по существу перпендикулярной первой плоскости; и первый магнитный туннельный переход (MTJ), имеющий первый слой, соединенный с металлическим соединением таким образом, что первый слой MTJ ориентирован вдоль второй плоскости.

Другой вариант осуществления может включать в себя способ формирования магнитного туннельного перехода (MTJ) в ячейке запоминающего устройства, при этом способ содержит предоставление подложки в первой плоскости; формирование металлического соединения, тянущегося во второй плоскости, при этом вторая плоскость является по существу перпендикулярной первой плоскости; вытравливание канавки в оксидном слое, чтобы открыть, по меньшей мере, первую часть металлического соединения, при этом первая часть металлического соединения ориентирована вдоль второй плоскости; осаждение множества слоев MTJ в канавке таким образом, что множество слоев MTJ ориентировано вдоль второй плоскости, и таким образом, что первый слой MTJ соединяется с первой частью металлического соединения.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи представлены для того, чтобы помочь в описании вариантов осуществления изобретения, и предоставлены исключительно для иллюстрации вариантов осуществления, а не их ограничения.

Фиг.1 является блок-схемой традиционной ячейки магниторезистивного оперативного запоминающего устройства с переносом спинового момента (STT-MRAM).

Фиг.2A, 2B и 2C являются иллюстрациями в поперечном разрезе традиционной STT-MRAM-ячейки.

Фиг.3A иллюстрирует вид в поперечном разрезе магнитного туннельного перехода (MTJ) и элементов битовой ячейки.

Фиг.3B иллюстрирует более подробный вид MTJ, соединенного с металлическим соединением.

Фиг.4 иллюстрирует схематично битовую ячейку, показывая взаимоотношения с элементами по фиг.3A.

Фиг.5 иллюстрирует вид в поперечном разрезе частично изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.6 иллюстрирует вид в поперечном разрезе частично изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.7 иллюстрирует вид в поперечном разрезе частично изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.8 иллюстрирует вид в поперечном разрезе частично изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.9 иллюстрирует вид в поперечном разрезе частично изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.10 иллюстрирует вид в поперечном разрезе изготовленной ячейки запоминающего устройства.

Фиг.11 иллюстрирует вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления ячейки запоминающего устройства.

Подробное описание изобретения

Примерные аспекты изобретения раскрываются в последующем описании и связанных чертежах, направленных на конкретные варианты осуществления изобретения. Альтернативные варианты осуществления могут быть разработаны без отступления от объема изобретения. Дополнительно, хорошо известные элементы изобретения не описываются подробно или опускаются с тем, чтобы не отвлекать от важных подробностей изобретения.

Слово "примерный" используется в данном документе для того, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, описанный в данном документе как "примерный", не обязательно должен быть истолкован как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления. Аналогично, термин "варианты осуществления изобретения" не требует того, чтобы все варианты осуществления изобретения включали в себя обсуждаемый признак, преимущество или режим работы.

Термины, используемые в данном документе, служат только для цели описания конкретных вариантов осуществления и не имеют намерение ограничивать варианты осуществления настоящего изобретения. При использовании в данном документе формы единственного числа "a", "an" и "the" служат для того, чтобы включать в себя также множественные формы до тех пор, пока контекст явно не указывает иное. Следует дополнительно понимать, что термины "содержит", "содержащий", "включает в себя" и/или "включающий в себя" при использовании в данном документе задают наличие изложенных признаков, целых этапов, операций, элементов и/или компонентов, однако не препятствуют наличию или добавлению одного или более других признаков, целых этапов, операций, элементов, компонентов или их групп.

В общем, примерные варианты осуществления направлены на архитектуру ячейки запоминающего устройства и процесс формирования части магнитного туннельного перехода (MTJ) ячейки магниторезистивного оперативного запоминающего устройства (MRAM), чтобы уменьшать полную стоимость изготовления и повышать надежность устройства. В отличие от традиционных MRAM-ячеек с переносом спинового момента (STT), только одна или альтернативно две фотомаски необходимо использовать вместо трех масок, необходимых в стандартной технологии. В одном примере, слои MTJ осаждаются в канавке, которая вытравлена в оксидном слое, чтобы формировать вертикальный переход MTJ в прямом контакте с металлическим соединением ячейки или устройства. В отличие от использования средств управления литографией, которые требуют предельной точности в 2 измерениях, один из размеров слоев, формирующих MTJ, может контролироваться посредством глубины травления, требуемой для создания канавки для отложения слоев MTJ. Дополнительно, размеры (например, критические размеры ячейки) слоев, формирующих MTJ, могут контролироваться посредством веса металлических слоев, осажденных, чтобы формировать MTJ. Соответственно, как подробнее поясняется ниже, процесс травления может быть использован, чтобы формировать полость или канавку, и физические характеристики осаждения в формировании слоев MTJ могут быть использованы для того, чтобы соединять MTJ с металлическим соединением.

Примерная ячейка запоминающего устройства и процесс формирования ячейки запоминающего устройства включительно MTJ теперь описываются со ссылкой на фиг.3-11. Примерные процессы описываются в базовой процедуре формирования MTJ для целей ясности и понимания.

Ссылаясь на фиг.3A, показан вид в поперечном разрезе ячейки 300 запоминающего устройства. Ячейка 300 запоминающего устройства включает в себя подложку 301, сформированную в первой плоскости, и металлическое соединение 320 (например, медь, вольфрам и т.д.), тянущееся во второй плоскости. Вторая плоскость является практически перпендикулярной первой плоскости. Ячейка 300 запоминающего устройства дополнительно включает в себя магнитный туннельный переход (MTJ) 365, имеющий первый слой, соединенный с металлическим соединением 320 таким образом, что первый слой MTJ 365 ориентирован вдоль второй плоскости. Из проиллюстрированного соединения следует принимать во внимание, что ток, протекающий через MTJ 365, проходит через поверхность раздела, указываемую посредством 380. Подробности, касающиеся MTJ 365, подробнее поясняются относительно фиг.3B.

Ссылаясь на фиг.3B, показана более подробная иллюстрация вертикальной компоновки MTJ 365. MTJ 365 включает в себя множество слоев, таких как фиксированный или закрепленный слой 362, слой 363 туннельного перехода и свободный слой 364. Эти слои могут формироваться из пленок или другими способами, как подробнее поясняется ниже. Дополнительно, следует принимать во внимание, что каждый из этих слоев может содержать один или более слоев материалов, чтобы достигать функциональности слоя, как пояснено выше. Например, один или более слоев материала могут использоваться для того, чтобы формировать закрепленный слой 362, тем не менее, комбинация может упоминаться в данном документе как один функциональный слой для удобства.

Как можно видеть из подробной компоновки по фиг.3B, каждый функциональный слой (362-364) MTJ ориентирован вдоль боковой стенки соединителя 320 в вертикальной плоскости (относительно подложки). Хотя слои (362-364) MTJ 365 также тянутся горизонтально, электрический ток через MTJ 365 протекает практически между электродом 375 и соединителем 320, как выделено посредством пути тока 380. Дополнительная толщина горизонтальных частей слоев 362-364, в частности слоя 363 туннельного перехода, помогает в направлении электрического тока через вертикальную поверхность раздела, как выделено посредством пути тока 380. Дополнительно, наклонная часть 347 MTJ-слоев 362-364 также сохраняет увеличенную толщину слоя, которая препятствует утечке через эти части и концентрирует электрический ток через 380. Следует принимать во внимание, что наклоненный профиль помогает в установлении увеличенной толщины слоя в наклонной части 347 слоев.

Снова ссылаясь на фиг.3A, MTJ 365 соединяется с битовой линией (не показана) посредством проводника 370 и электрода 375. Металлическое соединение 320 и проводник 325 соединяют MTJ 365 с транзистором 305. Транзистор 305 соединяется с соединением 308 словарной линии и соединением линии истока через проводники 310 и 315. Конфигурация ячейки 300 запоминающего устройства проиллюстрирована относительно схематичного представления на фиг.4.

Фиг.4 иллюстрирует схематичное представление ячейки 300 запоминающего устройства и взаимосвязь с элементами, проиллюстрированными относительно фиг.3A и 3B. Чтобы упрощать понимание этой взаимосвязи, ссылочные номера для подобных элементов сохранены. Следует отметить, что для удобства иллюстрации физическая ориентация некоторых из элементов, например, MTJ 365, транзистора 305 и т.д. не сохраняется в схематичном представлении. Битовая линия спаривается с MTJ 365 через элементы 370 и 375. MTJ 365 спаривается с транзистором 305 линии доступа/словарной линии через элементы 320 и 325. Словарная линия соединяется с транзистором 305 через элемент 308, и линия истока соединяется с транзистором 305 через элементы 315 и 310. Оставшиеся функциональные аспекты матрицы запоминающего устройства (например, усилитель считывания и т.д.) не поясняются подробно, но проиллюстрированы, например, на фиг.1, и известны в данной области техники.

Ссылаясь на фиг.5-11, далее описывается примерный способ изготовления магнитного туннельного перехода (MTJ) 365 в ячейке 300 запоминающего устройства согласно вариантам осуществления изобретения. На фиг.5-11, ссылочные номера для связанных элементов сохранены. Аналогично, чтобы избежать избыточности, не все элементы поясняются в описании каждой фигуры.

Как проиллюстрировано на фиг.5, вариант осуществления изобретения может включать в себя две ячейки запоминающего устройства, имеющие совместно используемое соединение 310 линии истока. Дополнительные элементы второй ячейки, такие как соединение 309 словарной линии, проводящие элементы 326 и 321, служат аналогичным целям и, соответственно, не поясняются подробно. Как пояснено выше, подложка 301 может формироваться в первой плоскости, и металлическое соединение 320 может формироваться так, чтобы проходить во второй плоскости, которая является по существу перпендикулярной (например, вертикальной) первой плоскости. Металлическое соединение 320 обертывается в непроводящем слое 350 (например, оксидном слое). Металлическое соединение 320 и другие проводящие элементы могут быть изготовлены из подходящего металлического материала, имеющего хорошие электропроводящие свойства, такого как медь, вольфрам, алюминий и т.п., как известно в данной области техники.

Ссылаясь на фиг.6 и 7, после того как частичная структура ячейки 300 предоставлена, канавка 340 может быть вытравлена в оксидном слое 350, чтобы открывать, по меньшей мере, первую часть металлического соединения 320, при этом первая часть металлического соединения 320 ориентирована вдоль второй плоскости.

Как проиллюстрировано на фиг.6, слой 330 фоторезиста, имеющий рисунок отверстий 331, может предоставляться на верхней поверхности ячеек. Отверстия 331 могут размещаться таким образом, что они покрывают часть 332 металлического соединения 320, чтобы обеспечивать, что первая часть металлического соединения 320 откроется. Химический травитель затем может использоваться для того, чтобы вытравливать канавку или полость 340 в частях оксидного слоя 350, открытых рисунком отверстий 331, как показано на фиг.7. В ходе этого первого этапа травления рисунок и/или открытая часть металлического соединения 320 могут контролироваться рядом способов. Например, параметры процесса, такие как время, когда применяется травитель, и/или химия травителя, могут контролироваться. Дополнительно, различные рисунки могут использоваться для того, чтобы вытравливать канавку 340 в части оксидного слоя 350, которая обертывает металлическое соединение 320.

Обращаясь снова к фиг.6 и 7, оксидный слой 350 может быть вытравлен на требуемую глубину, чтобы открыть, по меньшей мере, первую часть 322 металлического соединения 320, которая ориентирована вдоль второй плоскости. Дополнительно, канавка или полость 340 могут формироваться так, что одна сторона канавки 340 наклонна, как видно посредством части 345. Эта наклонная часть 345 оксидного слоя 350, или "профиль наклона", может управляться как функция от любого одного или более из параметров процесса для травителя, как известно в данной области техники. В других вариантах осуществления параметрами можно манипулировать так, чтобы достигать более тонкого металлического соединения 320 по сравнению со сформированными полостями 340 или рисунка, в котором металлическое соединение 320 является более толстым или более широким по сравнению со сформированной канавкой 340, в которой слои MTJ должны осаждаться. Дополнительно, наклонная часть 345 упрощает сохранение более толстых слоев в наклонной части 345 MTJ в отличие от вертикальной части 322, как пояснено выше относительно фиг.3B.

Затем, как показано на фиг.8, тонкопленочные слои 360 (например, 362-364) MTJ 365 могут быть осаждены в канавке 340 таким образом, что часть первого слоя (например, 362) MTJ 365 ориентирована вдоль второй плоскости, и таким образом, что первый слой MTJ 365 соединяется с первой частью 322 металлического соединения 320. Тонкопленочные слои 360, которые должны формировать MTJ 365, могут быть осаждены поверх ячеек и в пределах канавки 340. Эти тонкопленочные слои 360 могут осуществляться как тонкие ферромагнитные пленки, включающие в себя, например, закрепленный слой 362 (например, Ta/PtMn/CoFe/Ru/CoFeB), слой 363 туннельного перехода (например, AlOx или MgO) и свободный слой 364 (например, CoFeB/Ta). Один или более слоев MTJ 365 могут быть более тонкими вдоль первой части металлического соединения 320 (т.е. открытой боковой стенки 322 металлического соединения 320), чем вдоль частей канавки 340, которые параллельны подложке 301 или наклонены относительно подложки 301. После осаждения каждого из тонкопленочных слоев 360, которые должны формировать MTJ 365, металлический слой 375 может формироваться над тонкопленочными слоями 360.

Ссылаясь на фиг.9, посторонние тонкопленочные слои 360 MTJ 365 и металлический слой 375 могут удаляться посредством полировки, такой как химико-механическая полировка (CMP), травление (например, плазменное травление), или других известных технологий. Как показано на фиг.9, тонкопленочные слои 360 и металлический слой 375 полируются или вытравливаются, чтобы практически соответствовать верхней поверхности металлического соединения 320. Верхняя поверхность металлического соединения 320 может быть параллельной плоскости подложки 301. Посредством удаления тонкопленочных слоев 360 и металлического слоя 375, накладывающегося на верхнюю поверхность, оставшиеся слои формируют MTJ 365 и электрод 375 и заполняют канавку 340.

Ссылаясь на фиг.10, соединение 370 битовой линии может формироваться посредством проводящего элемента (например, через) на электроде 375, чтобы электрически соединять электрод 375 и, следовательно, MTJ 365 с битовой линией (не показана). Проводящий элемент 370 может быть встроен в непроводящий слой, который также может накладываться поверх электрического соединителя 320.

Ссылаясь на фиг.11, далее описывается примерная компоновка магнитных туннельных переходов (MTJ) в матрице запоминающего устройства согласно другому варианту осуществления изобретения. Как показано на фиг.11, пара битовых ячеек 300 и 400 может формироваться как зеркальные изображения друг друга. Например, канавки могут быть вытравлены в оксидном слое, чтобы открывать смежные первые части каждого из множества из металлических соединений, которые находятся во второй плоскости. MTJ-слои могут быть осаждены в канавках, сформированных в области между смежными парами металлических соединений. Следует принимать во внимание, что процесс формирования ячеек 300 и 400 согласно фиг.11 является аналогичным процессам, проиллюстрированным на фиг.5-10, и, следовательно, его подробное пояснение не предусмотрено в данном документе. Дополнительно, следует принимать во внимание, что процесс для сдвоенных битовых ячеек может применяться к отдельным битовым ячейкам, к примеру, как проиллюстрировано на фиг.3A, или может применяться к более чем двум битовым ячейкам за раз. Соответственно, варианты осуществления изобретения не ограничены проиллюстрированными примерами, предусмотренными в данном документе.

Габаритные размеры (например, ширина и/или длина) области перехода MTJ 365 могут регулироваться в зависимости от требуемого применения ячейки 300 запоминающего устройства. Другими словами, требуемый рисунок может формироваться в зависимости от специфики конкретной ячейки 300 запоминающего устройства. В любом случае, размеры MTJ 365 и, следовательно, ячейки 300 запоминающего устройства могут быть функцией от глубины канавки 340, которая вытравлена в оксидном слое 350 ячейки 300 запоминающего устройства, чтобы формировать MTJ 365, а также от толщины тонкопленочных слоев 360, которые должны применяться в формировании MTJ 365 в ходе вышеописанного процесса осаждения.

Как изложено выше, частично вследствие физической природы осаждения этого процесса, толщина туннельного перехода в MTJ 365 может быть самой тонкой около открытой первой части 322 металлического соединения 320 (например, как показано на фиг.7) и более толстой в другом месте в канавке 340. Соответственно, туннельный ток может главным образом проходить между металлическим соединением 320 (таким как медь или вольфрам) и электродом 375 через вертикальную часть MTJ 365 рядом с 322.

Соответственно и в отличие от традиционных технологий обработки, только одна или две фотомаски могут использоваться для того, чтобы формировать архитектуру STT-MRAM-ячейки 300, как примерно показано на фиг.3-10. В предыдущих примерах первый процесс травления используется для того, чтобы формировать канавку или полость 340, и затем после того, как тонкопленочные слои 360 MTJ 365 и металлический слой 375 осаждены, второй процесс травления, или альтернативно, этап полировки выполняется для того, чтобы формировать MTJ 365 и электрод 375. Кроме того, MTJ 365 формируется в вертикальной ориентации (т.е. ориентирован во второй плоскости, которая является перпендикулярной подложке), и его размер может управляться посредством размеров отверстия фотомаски, глубины травления канавки 340 и/или веса тонкопленочных слоев 360, а не посредством использования управления литографией с более строгим допуском. Процессы изготовления, используемые здесь, могут быть совместимыми с процессом нанесения орнамента химико-механической полировки (одиночного или двойного), чтобы уменьшать затраты на изготовление. Вертикальная ориентация может обеспечить улучшенную электропроводность между битовой линией 140 (как показано на фиг.1) и STT-MRAM-ячейками 300 и может обеспечить улучшенную или лучшую адгезию между MTJ 365 и металлическим соединением 320, предоставляя контакт "металл-металл" вместо контакта "изоляция-металл", как в традиционной структуре STT-MRAM-ячейки.

Хотя вышеприведенное описание показывает иллюстративные варианты осуществления изобретения, следует отметить, что различные изменения и модификации могут быть выполнены в них без отступления от объема вариантов осуществления, задаваемого посредством прилагаемой формулы изобретения. Например, функции, этапы и/или действия способов согласно вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе, не обязательно должны выполняться в каком-либо конкретном порядке. Более того, хотя элементы изобретения могут быть описаны или приведены в формуле изобретения в единственном числе, множественное число подразумевается, если ограничение на единственное число не указано в явной форме.

Изобретение может быть использовано в автономных оперативно запоминающех устройствах (RAM) либо может быть интегрировано или встроено в устройства, которые используют RAM, такие как микропроцессоры, микроконтроллеры, специализированные интегральные схемы (ASIC), системы на одном кристалле (SoC) и другие аналогичные устройства. В изобретении раскрыто запоминающее устройство, включающее в себя ячейку запоминающего устройства, и способ для создания ячейки запоминающего устройства. Запоминающее устройство включает в себя подложку в первой плоскости. Предусмотрено первое металлическое соединение, тянущееся во второй плоскости. Вторая плоскость является по существу перпендикулярной первой плоскости. Предусмотрен магнитный туннельный переход (MTJ), имеющий первый слой, соединенный с металлическим соединением таким образом, что первый слой MTJ ориентирован вдоль второй плоскости. Также в изобретении раскрыт еще один вариант запоминающего устройства. Изобретение обеспечивает возможность низкого потребления мощности и хорошую масштабируемость. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Запоминающее устройство, содержащее:
- подложку в первой плоскости;
- первое металлическое соединение, простирающееся во второй плоскости, при этом вторая плоскость является, по существу, перпендикулярной первой плоскости,
- первый магнитный туннельный переход (MTJ), имеющий первый слой, второй слой и третий слой, причем первый слой присоединен к первому металлическому соединению, так что первый слой MTJ ориентирован вдоль второй плоскости, причем второй и третий слои также ориентированы вдоль второй плоскости; и первый металлический проводящий элемент, простирающийся во второй плоскости, сдвинутый от первого металлического соединения и присоединенный к третьему слою первого MTJ, и сконфигурированный с возможностью направлять поток тока в направлении, ориентированном вдоль первой плоскости, между первым металлическим соединением и первым металлическим проводящим элементом через первый, второй и третий слои первого MTJ.

2. Запоминающее устройство по п.1, в котором подложка дополнительно содержит транзистор, сформированный на этой подложке.

3. Запоминающее устройство по п.2, в котором первое металлическое соединение присоединено к транзистору.

4. Запоминающее устройство по п.3, дополнительно содержащее:
- соединение линии истока и соединение словарной линии, причем каждое присоединено к транзистору.

5. Запоминающее устройство по п.4, дополнительно содержащее:
- соединение битовой линии, присоединенное к первому металлическому проводящему элементу первого MTJ.

6. Запоминающее устройство по п.5, в котором ток течет между соединением битовой линии и металлическим соединением через слои первого MTJ во второй плоскости.

7. Запоминающее устройство по п.1, в котором первый слой является закрепленным слоем, второй слой является туннельным барьером, и третий слой является свободным слоем.

8. Запоминающее устройство по п.7, дополнительно содержащее:
канавку, сформированную в изоляторе, причем закрепленный слой, слой туннельного барьера и свободный слой первого MTJ сформированы в канавке,
причем канавка имеет нижнюю часть, параллельную первой плоскости, и наклонную часть, наклоненную по отношению ко второй плоскости, и причем, по меньшей мере, слой туннельного барьера является более толстым в нижней части и наклонной части, чем часть, ориентированная вдоль второй плоскости.

9. Запоминающее устройство по п.1, дополнительно содержащее:
- второе металлическое соединение, простирающееся во второй плоскости; и
- второй магнитный туннельный переход (MTJ), имеющий первый слой, присоединенный ко второму металлическому соединению таким образом, что первый слой второго MTJ ориентирован вдоль второй плоскости.

10. Запоминающее устройство по п.9, в котором каждая пара MTJ совместно использует одну линию истока.

11. Запоминающее устройство по п.10, дополнительно содержащее:
- первую словарную линию для первого MTJ; и
- вторую словарную линию для второго MTJ.

12. Запоминающее устройство по п.11, в котором первая словарная линия размещена между первым металлическим соединением и соединением линии истока, и в котором вторая словарная линия размещена между вторым металлическим соединением и соединением линии истока.

13. Запоминающее устройство по п.10, в котором первый MTJ расположен на первой стороне первого металлического соединения, и в котором второй MTJ расположен на стороне второго металлического соединения, которая является смежной с первой стороной первого металлического соединения.

14. Запоминающее устройство по п.1, в котором запоминающее устройство является памятью с произвольным доступом с переносом спинового момента.

15. Запоминающее устройство по п.1, дополнительно содержащее:
третье средство для проведения, простирающееся в вертикальной плоскости; и
второе средство хранения, имеющее первый слой, присоединенное к третьему средству для проведения, так что первый слой второго средства хранения расположен на вертикальной поверхности третьего средства для проведения.

16. Запоминающее устройство по п.15, дополнительно содержащее:
первую словарную линию для первого средства хранения; и
вторую словарную линию для второго средства хранения, причем одно соединение линии истока совместно используется каждой парой средств хранения.

17. Запоминающее устройство, содержащее:
- подложку в горизонтальной плоскости;
- первое средство для проведения, простирающееся вертикально от горизонтальной плоскости в вертикальной плоскости, которая, по существу, перпендикулярна к горизонтальной плоскости;
- первое средство хранения, имеющее первый слой, второй слой и третий слой, причем первый слой расположен на вертикальной поверхности первого средства для проведения на вертикальном интерфейсе, причем первое средство хранения является магнитным туннельным переходом (MTJ); и
- второе средство для проведения, простирающееся вертикально, сдвинутое от первого средства для проведения и присоединенное к третьему слою первого средства хранения, которое расположено в вертикальной плоскости; и
причем первый, второй и третий слои и первое и второе средство для проведения сконфигурированы с возможностью направлять поток тока в направлении, ориентированном вдоль горизонтальной плоскости через первый, второй и третий слои первого средства хранения.

18. Запоминающее устройство по п.17, в котором средство для управления электрическим током сформировано на подложке.

19. Запоминающее устройство по п.18, дополнительно содержащее:
- соединение линии истока и соединение словарной линии, причем каждая присоединена к средству для управления электрическим током, и причем первое средство для проведения присоединено к средству для управления электрическим током.

20. Запоминающее устройство по п.17, в котором первый слой является закрепленным слоем, второй слой является слоем туннельного барьера, и третий слой является свободным слоем.

21. Запоминающее устройство по п.18, дополнительно содержащее:
канавку, сформированную в изоляторе, причем закрепленный слой, слой туннельного перехода и свободный слой первого средства хранения сформированы в канавке,
причем канавка имеет нижнюю часть, параллельную горизонтальной плоскости, и наклонную часть, наклоненную по отношению к горизонтальной плоскости, и
причем, по меньшей мере, слой туннельного барьера является более толстым в нижней части и наклонной части, чем расположенная вертикально часть в вертикальной плоскости.

22. Запоминающее устройство по п.17, в котором запоминающее устройство является памятью с произвольным доступом с переносом спинового момента.