多位磁阻随机存取存储器单元的制作方法

本公开总体上涉及存储器，并且更具体地但不排他地涉及一个晶体管一个磁隧道结(1t1j)多位磁阻随机存取存储器(mram)单元。

背景技术：

1、mram是一种磁性存储数据的存储器。这与将数据存储为电荷的半导体存储器不同。mram通常使用磁隧道结(mtj)来进行数据存储。mtj由固定或参考磁性层(或简称“固定层”或“参考层”)、薄隧道势垒(通常是氧化物)和自由磁性层(简称“自由层”)组成。mtj器件的状态通过测量电阻来感测。当自由层的磁矩与固定层的磁矩平行时，mtj具有低电阻，而当自由层的磁矩与固定层的磁矩反平行时，mtj具有高电阻。

技术实现思路

1、以下是与本文中公开的装置和方法相关联的一个或多个方面和/或示例的简化概述。因此，以下概述不应当被视为与所有预期方面和/或示例相关的广泛概述，以下概述也不应当被认为标识与所有预期方面和/或示例相关的关键或基本元素或者界定与任何特定方面和/或示例相关联的范围。因此，以下概述的唯一目的是以简化的形式呈现与一个或多个方面相关的某些概念和/或与本文中公开的装置和方法相关的示例，以在下面呈现的详细描述之前呈现。

2、公开了一种示例性多位磁阻随机存取存储器(mram)单元。多位mram单元可以包括固定层。多位mram单元还可以包括形成在固定层上的n个隧道势垒和n个自由层。n可以是大于或等于2的整数。n个隧道势垒和n个自由层可以以第一隧道势垒堆叠在固定层上开始而交替堆叠在固定层上。多位mram单元还可以包括形成在第n自由层上的隧道帽。固定层可以包括磁矩固定到第一垂直方向和第二垂直方向之一的磁体。第一垂直方向和第二垂直方向可以分别是垂直于由固定层的上表面限定的平面的第一方向和第二方向。每个自由层可以包括在施加该自由层的切换电流时磁矩在第一垂直方向与第二垂直方向之间可切换的磁体。每个自由层的切换电流可以不同于所有其他自由层的切换电流。

3、公开了一种示例性存储器单元。存储器单元可以包括布置成r行和c列的多个多位磁阻随机存取存储器(mram)单元。每个多位mram单元可以包括固定层。每个多位mram单元还可以包括形成在固定层上的n个隧道势垒和n个自由层。n可以是大于或等于2的整数。n个隧道势垒和n个自由层可以以第一隧道势垒堆叠在固定层上开始而交替堆叠在固定层上。每个多位mram单元还可以包括形成在第n自由层上的隧道帽。存储器单元还可以包括多个晶体管，多个晶体管对应地布置成r行和c列，使得针对每个晶体管，该晶体管的第一连接可以电耦合到对应多位mram单元的固定层。第一连接可以是晶体管的源极或漏极中的一项。存储器单元还可以包括多个写入线(wl)，多个wl与r行相对应，使得针对每一行，该行r的写入线wl电耦合到该行的所有晶体管的栅极。存储器单元还可以包括多个位线(bl)，多个bl与c列相对应，使得针对每一列，该列的位线bl电耦合到该列的所有多位mram单元的隧道帽。存储器单元还可以包括多个源极线(sl)，多个sl与c列相对应，使得针对每一列，该列的源极线sl电耦合到该列的所有晶体管的第二连接。第二连接可以是晶体管的源极或漏极中的另一项。针对每个多位mram单元，固定层可以包括磁矩固定到第一垂直方向和第二垂直方向之一的磁体。第一垂直方向和第二垂直方向可以分别是垂直于由固定层的上表面限定的平面的第一方向和第二方向。同样针对每个多位mram单元，每个自由层可以包括在施加该自由层的切换电流时磁矩在第一垂直方向与第二垂直方向之间可切换的磁体。此外，针对每个多位mram单元，每个自由层的切换电流可以不同于所有其他自由层的切换电流。

4、公开了一种制造多位磁阻随机存取存储器(mram)单元的示例方法。该方法可以包括形成固定层。该方法还可以包括在固定层上形成n个隧道势垒和n个自由层。n可以是大于或等于2的整数。n个隧道势垒和n个自由层可以以第一隧道势垒堆叠在固定层上开始而交替堆叠在固定层上。该方法还可以包括在第n自由层上形成隧道帽。固定层可以包括磁矩固定到第一垂直方向和第二垂直方向之一的磁体。第一垂直方向和第二垂直方向可以分别是垂直于由固定层的上表面限定的平面的第一方向和第二方向。每个自由层可以包括在施加该自由层的切换电流时磁矩在第一垂直方向与第二垂直方向之间可切换的磁体。每个自由层的切换电流可以不同于所有其他自由层的切换电流。

5、基于附图和详细描述，与本文中公开的装置和方法相关联的其他特征和优点对本领域技术人员来说将是很清楚的。

技术特征：

1.一种多位磁阻随机存取存储器(mram)单元，包括：

2.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中所述固定层、交替的所述n个隧道势垒和所述n个自由层、以及所述隧道帽按顺序形成串联连接。

3.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中所述多位mram单元被配置为处于2n个电阻状态中的任何一个电阻状态，每个电阻状态的电阻不同于所有其他电阻状态的电阻。

4.根据权利要求3所述的多位mram单元，其中每个自由层的电阻基于该自由层的磁矩，使得所述多位mram单元的电阻状态基于所述n个自由层的磁矩的组合。

5.根据权利要求1所述的多位mram单元，

6.根据权利要求5所述的多位mram单元，其中至少一个隧道势垒由晶体氧化物形成，其中所述晶体氧化物的晶格被定向为使得满足对应磁体势垒界面的所述pma条件。

7.根据权利要求6所述的多位mram单元，其中所述至少一个隧道势垒由氧化镁(mgo)形成。

8.根据权利要求5所述的多位mram单元，其中至少一个隧道势垒被形成为具有使得满足对应磁体势垒界面的所述pma条件的厚度。

9.根据权利要求8所述的多位mram单元，其中至少两个隧道势垒的厚度不同。

10.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中至少一个自由层是由以下项中的至少一项形成的铁磁体：钴(co)、铁(fe)、钯(pd)、铂(pt)、钆(gd)、铽(tb)、镍(ni)和硼(b)。

11.根据权利要求10所述的多位mram单元，其中针对由cofeb形成的至少两个自由层，co、fe和b的相对组成不同。

12.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中针对至少一个自由层，在施加所述至少一个自由层的所述切换电流时，所述至少一个自由层的所述磁矩能够独立于其他自由层的磁矩被设置。

13.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中n＝2，使得所述n个隧道势垒包括第一隧道势垒和第二隧道势垒，并且所述n个自由层包括第一自由层和第二自由层，其中

14.根据权利要求13所述的多位mram单元，

15.根据权利要求13所述的多位mram单元，其中所述第一自由层和所述第二自由层由晶体氧化镁(mgo)形成，使得

16.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中n＝3，使得所述n个隧道势垒包括第一隧道势垒、第二隧道势垒和第三隧道势垒，并且所述n个自由层包括第一自由层、第二自由层和第三自由层，其中

17.根据权利要求16所述的多位mram单元，

18.根据权利要求16所述的多位mram单元，其中所述第一自由层、所述第二自由层和所述第三自由层由晶体氧化镁(mgo)形成，使得

19.根据权利要求1所述的多位mram单元，其中所述多位mram单元被并入到装置中，所述装置选自由以下项组成的组：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机、计算机、可穿戴设备、物联网(iot)设备、膝上型计算机、服务器、以及机动交通工具中的设备。

20.一种存储器单元阵列，包括：

21.根据权利要求20所述的存储器单元阵列，其中每个多位mram单元被配置为使得：在施加该多位mram单元的至少一个自由层的所述切换电流时，所述至少一个自由层的所述磁矩能够独立于其他自由层的磁矩被设置。

22.根据权利要求20所述的存储器单元阵列，还包括：

23.一种制造多位磁阻随机存取存储器(mram)单元的方法，所述方法包括：

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述多位mram单元被制造为使得所述固定层、交替的所述n个隧道势垒和所述n个自由层、以及所述隧道帽按顺序形成串联连接。

25.根据权利要求23所述的方法，

26.根据权利要求25所述的方法，其中至少一个隧道势垒由晶体氧化物形成，其中所述晶体氧化物的晶格被定向为使得满足对应磁体势垒界面的所述pma条件。

27.根据权利要求25所述的方法，其中至少一个隧道势垒被形成为具有使得满足对应磁体势垒界面的所述pma条件的厚度。

28.根据权利要求23所述的方法，其中至少一个自由层被形成为使得：在施加所述至少一个自由层的所述切换电流时，所述至少一个自由层的所述磁矩能够独立于其他自由层的磁矩被设置。

技术总结公开了多位磁阻随机存取存储器(MRAM)单元的示例。多位MRAM单元可以包括固定层、交替堆叠的N个隧道势垒和N个自由层、以及隧道帽。可以表示MRAM单元的位数的N可以大于或等于2。固定层的磁矩可以固定在一个垂直方向上。在施加切换电流时，自由层的磁矩可以从一个垂直方向可切换到其他垂直方向。切换电流对于不同层可以不同。当切换电流被单独施加时，自由层的磁矩可以单独地或以其他方式独立于其他自由层进行切换。技术研发人员：李夏,杨斌受保护的技术使用者：高通股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15