CN105393306B - 用于存储器和逻辑单元的磁性元件 - Google Patents

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Abstract

实施例包括具有非椭圆形自由层的磁性隧道结(MTJ)，该非椭圆形的自由层具有圆角。例如，实施例包括MTJ，该MTJ包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于自由层与固定层之间的隧道势垒；其中，自由磁性层包括顶部表面、底部表面、以及围绕自由磁性层并且使底部表面耦合到顶部表面的侧壁；其中，顶部表面呈具有多个圆角的矩形状。在实施例中，顶部表面的纵横比在4:1与8:1之间(长度比宽度)。这样的实施例提供了制造的容易性，以及可接受的临界切换电流(以颠倒自由层的极性)和稳定性。本文中描述了其它实施例。

Description

用于存储器和逻辑单元的磁性元件
技术领域
本发明的实施例属于半导体器件领域，更具体而言，属于基于磁体的存储器领域。
背景技术
诸如自旋转移扭矩存储器(STTM)之类的某些磁性存储器利用磁性隧道结(MTJ)来切换和检测存储器的磁性状态。图1包括自旋转移扭矩随机存取存储器(STTRAM)(STTM的一种形式)。图1包括由铁磁(FM)层125、铁磁层127以及隧道势垒126(例如，氧化镁(MgO))构成的MTJ。MTJ将位线(BL)105耦合到选择开关120(例如，晶体管)、字线(WL)110、以及读出线(SL)115。通过对FM层125、FM层127的不同的相对磁化强度估测电阻(例如，隧道磁阻(TMR))的变化来“读取”存储器100。
更具体而言，由层125、层127的相对磁化方向来确定MTJ的电阻。当两个层之间的磁化方向反向平行时，MTJ处于高电阻状态。当两个层之间的磁化方向平行时，MTJ处于低电阻状态。层127是“参考层”或“固定层”，因为其磁化方向是固定的。层125是“自由层”，因为其磁化方向是通过使由参考层极化的驱动电流流过来改变的(例如，施加于层127的正电压使层125的磁化方向旋转至与层127的磁化方向相反，并且施加于层127的负电压使层125的磁化方向旋转至层127的相同方向)。
附图说明
根据所附权利要求书、对一个或多个示例实施例的以下详细描述以及相应的附图，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1描绘了传统的磁存储单元。
图2讨论了本发明的实施例中的自由层的切换时间以及曲率半径。
图3讨论了磁性自由层中的C状态和S状态。
图4包括本发明的实施例中的各个磁体的轮廓。
图5讨论了本发明的实施例中的稳定性以及临界电流。
图6讨论了本发明的实施例中的临界电流。
图7描绘了形成本发明的实施例中的MTJ的方法。
图8描绘了用于与本发明的实施例结合使用的系统。
具体实施方式
现在将参照附图，其中，类似的结构可以被提供有类似后缀的附图标记。为了更加清楚地示出各个实施例的结构，本文中所包括的附图是集成电路结构的图解表示。因此，在仍然包含例示的实施例的所请求保护的结构的同时，所制造的集成电路结构的实际外观(例如，在显微照片中)可能看起来不同。此外，附图可能仅示出了有助于理解所例示的实施例的结构。可能未包括本领域中公知的另外的结构来保持附图的清晰。“实施例”、“各个实施例”等表示如此描述的实施例可能包括具体的特征、结构或特性，但不是每个实施例都必须包括该具体的特征、结构或特性。某些实施例可具有对其它实施例所描述的某些特征、全部特征或者不具有这些特征。“第一”、“第二”、“第三”等描述了共同的对象，并且表示指代类似对象的不同实例。这样的形容词并非暗示如此描述的对象必须以给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或者任何其它方式。“连接”可以表示彼此有直接的物理接触或者电气接触的元件，并且“耦合”可以表示协作或者彼此互相作用的元件，但是它们可能有直接的物理接触或者电气接触也可能没有直接的物理接触或者电气接触。此外，尽管相似或相同的附图标记可以用于标识不同附图中相同或相似的部分，但是这样做并不意味着包括相似或相同的附图标记的所有附图构成单个实施例或相同实施例。
上面所描述的STTRAM仅仅是“超CMOS”技术(或者“非基于CMOS的”的技术)的一个示例，其涉及不完全使用互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术来实现的器件和工艺。超COMS技术可以依赖于自旋极化(其涉及基本粒子的自旋角动量或内禀角动量与给定方向的对齐程度)，并且更通常来说，依赖于自旋电子学(涉及电子的内禀自旋、其相关联的磁矩以及电子的基本电荷的电子学的分支)。自旋电子器件可以涉及使用通过薄绝缘体的电子的量子力学隧道效应来使铁磁层分隔开的TMR和STT，其中，自旋极化的电子流可以用于控制铁磁电极的磁化方向。
超CMOS器件例如包括在存储器(例如，3终端STTRAM)中所实现的自旋电子器件、自旋逻辑器件(例如，逻辑门)、隧道场效应晶体管(TFET)、碰撞电离MOS(IMOS)器件、纳机电开关(NEMS)、负共栅极FET、共振隧道二极管(RTD)、单电子晶体管(SET)、自旋FET、纳米磁体逻辑单元(NML)、畴壁逻辑单元、畴壁存储器、等等。尽管本文中的各个实施例讨论了存储器，但是其它实施例并不受此限制并可以包括在前述技术中。
因此，磁体在以上所描述的多项技术中发挥了主要作用。然而，磁体在半导体器件中的实际实施方式可能是困难的。例如，有效的掩模设计、光刻以及对用于STTRAM的纳米磁体的图案化尤其有问题。这些困难中的某些困难是基于对纳米磁体磁性元件是椭圆形的形状的(其为磁体状态提供了稳定性，因此椭圆形磁体不会例如由于热噪声而不经意地使其磁性取向翻转/变换成诸如所讨论的C状态和S状态之类的其它磁化状态)所感知的需求。然而，通过基于周期性的平行线阵列的现代光刻难以生产出椭圆(由于其圆边)。
更具体而言，图案化椭圆形的形状需要允许非直角形状的特殊掩模。因而，使用周期的平行线栅格以及节距减半的现代光刻技术不适用于椭圆形的形状。因此，椭圆形的形状不使用节距减半等等，并且因此，并不以微处理器的光刻中可用的临界尺寸(临界尺寸包括最小几何特征的尺寸(例如互连线、触点、沟槽等等的宽度)来形成，其可以在半导体器件/电路制造期间使用诸如45nm光刻之类的给定技术而形成)来形成椭圆形的形状。所以当制造椭圆形纳米磁体时，将该椭圆形纳米磁体生产为大的纳米磁体(并非以临界尺寸形成)，大的纳米磁体需要用于切换磁体的极化(例如，改变自由层磁体的取向)的大电流。这使得基于椭圆形存储器的STTRAM无法与其它类型的存储器竞争。
尽管椭圆形的自由层是有问题的(参见上文)，但是椭圆并非是唯一有问题的形状。例如，具有四个90度角的矩形自由层具有许多问题。第一，具有接近理想“尖角”的这样的自由层可能需要6个或更多个光刻掩模来制造该器件。第二，因为传统规范规定的矩形磁铁不稳定，所以其将无法满足MTJ中自由层的要求。具体而言，认为矩形自由层不能产生沿着矩形的长轴的确定的磁化状态(不像椭圆，其产生沿着其长轴的一个唯一的确定的磁化状态)。传统规范认为矩形的形状遭受了虚假状态。这样的状态具有靠近自由层的边缘弯曲而形成所谓的“C状态”和“S状态”的磁化。图3示出了MTJ的矩形自由层305。“S状态”存在于实例301(其中，一种极性的电荷形成于最左边的箭头的顶部，并且相反极性的电荷聚集在最右边的箭头的顶部而形成“S”形)和实例302(其中，一种极性的电荷形成于最左边的箭头的底部，并且相反极性的电荷聚集在最右边的箭头的底部而形成“S”形)中。“C”状态存在于实例303(其中，一种极性的电荷形成于最左边的箭头的顶部，并且相反极性的电荷聚集在最右边的箭头的底部而形成“C”形)和实例304(其中，一种极性的电荷形成于最左边的箭头的顶部，并且相反极性的电荷聚集在最右边的箭头的底部而形成“C”形)中。这些不稳定的状态将导致数据保真度的丧失(例如，MTJ储存“1”，但是由于不稳定性而导致“翻转”成“0”的情况)。
然而，实施例包括具有非椭圆形的自由层的磁性隧道结(MTJ)，非椭圆形的自由层具有圆角。例如，实施例包括MTJ，该MTJ包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于自由层与固定层之间的隧道势垒；其中，自由磁性层包括顶部表面、底部表面、以及围绕自由磁性层并且使底部表面耦合到顶部表面的侧壁；其中，顶部表面呈具有多个圆角的矩形状。在实施例中，顶部表面的纵横比在4:1与8:1之间(长度比宽度)。这样的实施例提供了制造的容易性以及可接受的临界切换电流(以颠倒自由层的极性)和稳定性。本文中还描述了其它实施例。
例如，图4包括本发明的实施例中的各个磁体轮廓。自由层的磁体轮廓401通常是椭圆形的。如本文中所使用的，椭圆形指代由从两个固定点(焦点)中的每个点的距离加起来为相同值的所有的点所构成的闭合曲线(解析几何的圆锥曲线中的一个)。焦点之间的中点是中心。此外，在光刻的背景下来理解“椭圆”以及本文中所讨论的其它形状，其中，“曲线”可以由共同地差不多形成曲线的一系列阶梯状切口或凸出部组成。轮廓401是自由磁性层的“顶视图”，并且轮廓401包括磁体长度408(并且宽度将从限定长度409的那侧延伸到其对面的/相对的侧)。椭圆形轮廓401并非关于其整个圆周完美地平滑(这属于具有在数学或者几何的背景下而并非光刻背景下所理解的传统上的椭圆的情况)。例如，一边或一侧可以包括成直线的(非弯曲的)部分，例如部分409或者限定距离410的部分。尽管这种形状可以产生对于自由层的可接受的临界电流和稳定性，但是如上面所描述的，制造这种有形状的层是有问题的。
轮廓402呈纯矩形状(即，所有的角都是直角并且具有长度不相等的邻边的平行四边形)，并且由于稳定性(C状态和S状态)以及制造(超过其制造所需的掩模的数量)两者而导致是有问题的。
然而，轮廓403包括可以使用少至2个掩模来制造并且还提供了可接受的稳定性和切换电流的轮廓。轮廓403是自由磁性层的“顶视图”，并且包括磁体长度405和磁体宽度404。轮廓403(“具有圆角的矩形状”)包括具有诸如部分406、部分407之类的成直线的(非弯曲的)部分的侧或边。部分405:部分404的纵横比(长度:宽度)在6:1与7:1之间。然而，其它实施例并不受此限制，并且可以包括2:1、3:1、4:1、5:1、8:1、9:1等等的纵横比。因此，具有圆角(为了制造的容易性和可接受的临界电流)的矩形自由层与某个纵横比(以促进磁性状态的稳定性)的组合提供了具有超过传统MTJ的优点的实施例。
此外，角或弯曲部411使“长边”(例如，由长度406所定义的边)耦合到“短边”(例如，由距离407所定义的边)。弯曲部可以包括固定的曲率半径(即，曲线上某点处的该曲线的曲率半径R是对最近似于那点处的曲线的圆弧的半径的度量值)或者变化的曲率半径。角度414对应于拐角411的一个点处的曲率半径。(请注意并非按比例绘制区域411内的元素。)角度414位于水平边/线与非水平线之间，并直接连接到水平边/线和非水平线，非水平线连接到弯曲的虚线499。弯曲的虚线499是应当计算其曲率半径的角或者曲线(即，虚线499的曲率半径是对最近似于虚线499的圆弧的半径的度量值—图4中未例示出实际的半径)。实施例可以具有包括诸如3nm、6nm、9nm、12nm、15nm、18nm、21nm等之类的曲率半径的角。
图2示出了对于穿过自由层的给定的电流，用于切换由层的极性的自切换速度(其中，切换速度随着其在图2的Y轴上上升而加快)对于6nm、9nm、以及18nm的曲率半径是如何相对地一致的。因此，实施例可以包括不是呈椭圆形的但也不是呈矩形的圆角。这样的实施例提供了可接受的稳定性(即，沿着磁体的长轴412(与磁体的短轴413正交)的确定的磁化状态)和切换电流(类似于椭圆)以及仅使用两个掩模(相比于包括90度角的“纯”矩形所需的6个掩模的组，其得到了掩模组上的显著的成本节约)的可制造性(例如，类似于矩形)。
通过避免了需要用于非正交形状的特殊掩模的椭圆，可以使用例如采用周期性的平行线栅格和节距减半的现代光刻技术。因此，可以以器件或者包括器件的封装体的临界尺寸来形成轮廓403的尺寸(例如，宽度404)。例如，可以形成宽度与宽度404的宽度相等的诸如图1中的字线之类的互连件(即，两者都以临界尺寸来形成)。作为另一个示例，图1中的选择开关120可以被形成为具有宽度与宽度404相等的鳍状物的“finFET”(即，两者都以临界尺寸来形成)。
finFET被形成为围绕半导体材料的薄带(被称为“鳍状物”)。鳍状物可以由衬底构成。晶体管包括FET节点：栅极、栅极电介质、以及源极区和漏极区。finFET的导电通道位于鳍状物在栅极电介质下方的外侧上。电流沿着鳍状物的两个“侧壁”流动，并沿着鳍状物的顶侧流动。由于导电通道实质上位于沿着鳍状物的三个不同的外部的、平面的区域，因此通常图1中的具体finFET被称为“三栅极”finFET。存在其它类型的finFET(例如，“双栅极”finFET，其包括在其它实施例中，并且其中，导电通道主要仅位于沿着鳍状物的两个侧壁而未沿着鳍状物的顶侧。)
了解了关于finFET的总体背景，本发明的实施例可以包括在存储单元中的finFET，该存储单元包括具有如本文中所描述的自由层的MTJ。例如，图1中的开关120可以是耦合到如本文中讨论的各个实施例中所描述的来进行图案化的自由层(类似于层127)的finFET。不同于可以包括椭圆形自由层(其是大的并具有大的切换电流)的传统存储单元，实施例包括具有宽度404的自由层，以与用于存储单元的finFET切换器件中的鳍状物的宽度相等的宽度来形成宽度404。可以基于半节距技术、双重图案化技术、和/或自对准间隔体技术来形成等于鳍状物宽度和宽度404的该“临界尺寸”，自对准间隔体技术提供了小的管芯面积(real estate)、低切换电流的实施例。
自对准间隔体技术考虑了间隔体，该间隔体是形成在经预先图案化的特征的侧壁上的膜层。通过在先前的图案上沉积膜或者使膜在先前的图案上反应，随后通过蚀刻去除水平表面上的膜材料而仅留下侧壁上的材料来形成间隔体。通过去除最初的经图案化的特征，仅留下间隔体。然而，由于每条线存在两个间隔体，所以线的密度加倍。这允许例如以初始光刻节距的一半来形成诸如鳍状物和宽度404之类的特征。
实施例包括具有圆角以及128nm的长度405、18nm的宽度404、和2.5nm的厚度的矩形纳米磁体。当然，其它实施例并不受此限制，并且可以包括100nm、110nm、120nm、130nm、140nm等等的长度，和5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm等等的宽度以及1nm、2nm、3nm、4nm、5nm等等的厚度。例如可以由图5来指导这些尺寸的确切组合，图5讨论了本发明的实施例中的稳定性以及临界电流。线502示出了线502右边的可接受的稳定性(例如，大于或等于48kT，其中T＝温度并且k＝Boltzmann常数)与线502左边的不可接受的稳定性之间的界限。线501示出了线501上方的可接受的临界电流(切换自由层的极性所需要的)与线501下方的不可接受的临界电流之间的界限。因此，具有曲率半径在6nm与18nm之间的角的128×18×2.5的实施例明显地落入图5中右上部部分内，这表明该实施例适当地平衡了性能(即，可接受的切换电流和稳定性)和可制造性。
图6讨论了本发明的实施例中的临界电流。更具体而言，图6例示了对于椭圆形纳米磁体和矩形纳米磁体，切换速度对所施加的电流的依赖性。空圆圈表示每种情况下的临界电流。例如，对于椭圆，临界切换电流＝110μA，并且对于具有圆角的矩形，临界切换电流＝130μA。随着增大电流来产生较快的切换速度(切换速度随着其在图6中的Y轴上上升而加快)，椭圆形自由层与具有圆角的矩形自由层之间的在切换速度上的差别相当一致，并且表明了对于具有圆角的矩形自由层的可接受的操作。
图7描绘了形成本发明的实施例中的存储器的方法701。框705包括利用第一掩模来形成大体上平行于包括长边的MTJ的长轴的自由磁性层的两条成直线的长边。在实施例中，可以在两个间隔体之间形成边。在实施例中，两条边之间的宽度(例如，宽度404)可以等于用于形成边的光刻技术的临界尺寸。在实施例中，两条成直线的长边直接接触两个间隔体。由于使用间隔体或者其它亚节距技术，因此比起用于光刻方法的最小节距，两条成直线的长边可以更靠近彼此。
框710包括使用第二掩模来形成大体上平行于MTJ的短轴的自由磁性层的两条成直线的短边。该第二掩模可以是用于在工艺中修整两条成直线的长边并形成短边的“切割掩模”。框715包括使用第一掩模和第二掩模来形成使长边和短边相互耦合的自由磁性层的多个圆角。取决于这些掩模的分辨率，这可能作为使用第一掩模和第二掩模的结果而出现(即，当使用切割掩模来切割长边时，可能基于正使用的光刻方法的分辨率而产生圆角)。换言之，该方法可以包括使用第一掩模和第二掩模并且未使用其它掩模来形成多个圆角。然而，在其它实施例中，可以使用第三掩模(或者另外的掩模)来形成圆角(尽管这样做仍然是“基于”使用第三掩模之前的第一掩模和第二掩模)。框720包括建立MTJ的剩余部分，包括隧道势垒和固定层。
尽管若干实施例包括包含有CoFe的固定层和自由层，但是其它实施例可以包括CoFeB、Ta、NiFe、等等。此外，实施例可以包括具有除了MgO之外的某物(例如，其它氧化物)的隧道势垒。
可以在许多不同类型的系统中使用实施例。例如，在一个实施例中，可以将通信设备(例如，蜂窝电话、移动计算节点、智能手机、上网本、笔记本电脑、个人计算机、手表、以及照相机)设置为包括本文所描述的各个实施例。现在参考图8，所示出的是根据本发明的实施例的系统的框图。多处理器系统700是点对点的互连系统，并且包括经由点对点的互连750来耦合的第一处理器770和第二处理器780。处理器770和处理器780中的每个处理器都可以是例如包括利用本文中所描述的磁体和基于自旋的存储器的嵌入式非易失性存储器的多核处理器。第一处理器770可以包括存储控制器中心(MCH)和点对点(P-P)接口。类似地，第二处理器780可以包括MCH和P-P接口。MCH可以使处理器耦合到相应的存储器，即存储器732和存储器734，它们可以是本地附接到相应的处理器的主存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)或者如本文中所描述的基于自旋的存储器)中的部分。然而，处理器可以位于与本文中所描述的存储器相同的芯片上。第一存储器770和第二存储器780可以分别经由P-P互连耦合到芯片组790。芯片组790可以包括P-P接口。此外，芯片组790可以经由接口耦合到第一总线799。各个输入/输出(I/O)设备714可以与总线桥718一起耦合到第一总线799，总线桥718使第一总线799耦合到第二总线798。芯片组790还可以包括本文中所描述的磁体以及基于自旋的存储器。各个设备都可以耦合到第二总线798，其例如包括键盘/鼠标722、通信设备797、以及诸如磁盘驱动器或其它大容量储存设备(其可以使用也可以不使用本文中所描述的磁体和基于自旋的存储器)之类的数据储存单元728，在一个实施例中，数据储存单元728可以包括代码730。编码可以包括在一个或多个存储器中，该一个或多个存储器包括存储器728、存储器732、存储器734、经由网络耦合到系统700的存储器、等等。此外，音频I/O 724可以耦合到第二总线798。
如本文中所使用的，处理器或控制器、芯片组、或者存储器可以包括旨在表示本领域所公知的各种各样的控制逻辑单元中的任何控制逻辑单元，并且因此，可以很好地被实现为微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、固件、软件、等等。在某些实施方式中，控制逻辑单元731、控制逻辑单元735、控制逻辑单元736等等旨在表示当执行时使得系统执行方法(例如，访问存储器)的内容。
以下示例涉及其它实施例。
示例包括一个装置，该装置包括：包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于自由层和固定层之间的隧道势垒的磁性隧道结MTJ；其中，自由磁性层包括顶部表面、底部表面、以及围绕自由磁性层并且使底部表面与顶部表面耦合的侧壁；其中，顶部表面呈具有多个圆角的矩形状。
此外，如上面所提及的，根据半导体工艺的背景来解释本文中所使用的“圆角”，其中圆角可能不是完全平滑的。如图4中的411中所指示的，曲率半径可以连接若干凸出部或台阶的顶点(参见示出了其中确定了曲率半径的虚线499)。
在另一个示例中，先前示例的主题可以可选地包括：其中顶部表面包括：长轴和短轴，所述短轴与长轴正交；两条成直线的长边，所述两条成直线的长边大体上平行于长轴；以及两条成直线的短边，所述两条成直线的短边大体上平行于短轴。
“长边”可以是边的部分。例如，如轮廓403中所示出的，存在沿着距离406延伸的成直线的部分，但是其仅仅是可以被认为是由长度405所限定的边的部分。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：宽度，该宽度从两条长边中的一条长边延伸到两条长边中的另一条长边并且平行于短轴；以及长度，该长度从两条短边中的一条短边延伸到两条短边中的另一条短边并且平行于长轴；其中长度与宽度的纵横比在3:1与8:1之间。
另一个示例基于在自由层中使用诸如霍伊斯勒合金之类的材料而使用了诸如2:1(或者在2:1与4:1之间，例如2.3:1或2.7:1等)之类的较低的纵横比。具有“足够的纵横比”(或者足够高的长度与宽度的比率)有助于提高抗热噪声(其可能影响长期的数据储存(例如，1天、1周、1年或更久))的磁性状态稳定性。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，多个圆角中的一个圆角的曲率半径在6nm与18nm之间。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，MTJ使位线耦合到选择开关和字线。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，宽度与用于装置的临界尺寸相等。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：互连线，该互连线具有在线的两个侧壁之间延伸并且与线的两个侧壁正交的线宽，所述线宽等于该宽度。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：鳍状物，该鳍状物耦合到衬底并且具有在鳍状物的两个侧壁之间延伸并且与鳍状物的两个侧壁正交的鳍状物宽度，所述鳍状物宽度等于该宽度。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，该长度小于130nm，该宽度小于25nm，并且自由磁性层的厚度小于4nm。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，自由磁性层包括(a)大于70kT的稳定性因数，其中T＝温度，并且k＝玻尔兹曼常数；以及(b)小于150μA的临界切换电流。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括小于150μA的切换电流。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：包含MTJ的自旋扭矩转移存储器(STTM)。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，自由层基于流到自由层的驱动电流的极化来改变沿着长轴的磁化方向。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中(a)圆角直接连接到两条长边中的一条长边以及两条短边中的一条短边，(b)两条成直线的短边中的每条成直线的短边的长度都是从两条长边中的一条长边延伸到两条长边中的另一条长边的宽度的至少25％，以及(c)两条成直线的长边中的每条成直线的长边的长度都是从两条短边中的一条短边延伸到两条短边中的另一条短边的长度的至少50％。
其它实施例提供了两条成直线的短边中的每条成直线的短边的长度都是从两条长边中的一条长边延伸到两条长边中的另一条长边的宽度的至少15％、35％、45％，以及两条成直线的长边中的每条成直线的长边的长度都是从两条短边中的一条短边延伸到两条短边中的另一条短边的长度的至少30％、40％、60％、70％、80％、90％。
另一个示例包括一种光刻方法，该光刻方法包括：在衬底上形成磁性隧道结(MTJ)，该MTJ包括非椭圆形的自由磁性层、固定磁性层、以及位于自由层与固定层之间的隧道势垒层，自由磁性层包括与短轴正交的长轴；使用第一掩模来形成大体上平行于长轴的自由磁性层的两条成直线的长边；使用第二掩模来形成大体上平行于短轴的自由磁性层的两条成直线的短边；以及使用第一掩模和第二掩模来形成自由磁性层的多个圆角，所述多个圆角使长边与短边彼此耦合。
非椭圆形的自由磁性层可以包括具有圆角以及在4:1与8:1之间的纵横比的矩形自由层。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：使用第一掩模和第二掩模并且未使用其它掩模来形成多个圆角。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：在两个间隔体之间形成两条成直线的长边。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，两条成直线的长边直接接触两个间隔体。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，相比于用于光刻方法的最小节距，两条成直线的长边更靠近彼此。
另一个示例包括一种装置，该装置包括：包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于自由层与固定层之间的隧道势垒的磁性隧道结(MTJ)：其中，自由磁性层(a)包括在3:1与9:1之间的长宽比，(b)是非椭圆形的，以及(c)具有顶部表面，该顶部表面具有与该顶部表面的长轴平行的两个相对的直边部。
在3:1与9:1之间的比率可以包括3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1以及在它们之间的点。直边部例如可以是沿着由尺寸405所限定的边所包括的部分406。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：其中，直边部的其中之一连接到圆角，该圆角的曲率半径在6nm与18nm之间。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：宽度，该宽度与两个直边部正交并且从两个直边部中的一个直边部延伸到两个直边部中的另一个直边部；其中，该宽度与用于装置的临界尺寸相等。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：宽度，该宽度与两个直边部正交并且从两个直边部中的一个直边部延伸到两个直边部中的另一个直边部；其中，该宽度不大于包括在装置中的鳍状物的两个侧壁之间的最大宽度。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：宽度，该宽度与两个直边部正交并且从两个直边部中的一个直边部延伸到两个直边部中的另一个直边部；以及长度，该长度与宽度正交，并且从自由磁性层的一个端部延伸到自由磁体层的另一个端部；其中，两个直边部中的每个直边部都与该长度的至少50％一样长。
在另一个示例中，先前的示例的主题可以可选地包括：圆角，该圆角将顶部表面的横边连接到两个相对的直边部中的一个直边部，其中，该圆角具有从该条边到两个相对的直边部中的一个直边部的固定的曲率半径。
因此，在实施例中，对于所有的角，存在单个曲率半径。然而，在其它实施例中，单个角可以具有变化的曲率半径(即，多个曲率半径)。在一个实施例中，单个“角”的多个曲率半径使得器件较为椭圆形。在实施例中，如果将椭圆解释为具有圆角，则任何这样的“圆角”具有靠近尺寸408的中点较大而靠近尺寸410则较小(较尖)的变化的曲率半径。
另一个实施例包括一种装置，该装置包括：包括自由磁性层、固定磁性层以及位于自由层与固定层之间的隧道势垒的磁性隧道结(MTJ)；其中，自由磁性层包括顶部表面、底部表面、以及围绕自由磁性层并且使底部表面耦合到顶部表面的侧壁；其中，顶部表面呈具有多个圆角的矩形状。圆角的其中之一可以具有变化的曲率半径。其它实施例可以提供圆角的其中之一具有遍及角固定的、不变化的曲率半径。
出于例示和描述的目的，已经呈现了对本发明的实施例的上述描述。该描述并非旨在是穷尽的或者将本发明限制为所公开的精确形式。此说明书以及上面的权利要求书包括仅用于描述性目的而并非被解释为是限制性的术语，例如左、右、顶部、底部、上方、下方、上部、下部、第一、第二、等等。例如，标识相对的垂直位置的术语指代衬底或集成电路的器件面(或活性表面)是该衬底的“顶部”表面的情况；实际上，该衬底可以在任意方向，从而，在标准的地球参考系中，衬底的“顶部”侧可以低于“底部”侧，并且仍然落入术语“顶部”的含意内。除非特别申明，如本文中(包括权利要求书中)所使用的术语“上”并非指示第二层“上”的第一层直接位于第二层上并且与第二层直接接触；在第一层与第一层上的第二层之间可以存在第三层或其它结构。可以制造、使用或者在多个位置和方向上应用本文中所描述的器件或物品的实施例。相关领域技术人员可以意识到，根据以上教导，许多修改以及变型是可能的。本领域技术人员将认识到图中所示出的各个部件的各种等效组合以及等效替换。因此，本发明的目的并非在于通过此具体描述来限制本发明的范围，而是通过在此所附的权利要求书来限制本发明的范围。

Claims (22)

1.一种存储器装置，包括：
磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结(MTJ)包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于所述自由磁性层与所述固定磁性层之间的隧道势垒；
其中，所述自由磁性层包括顶部表面、底部表面、以及围绕所述自由磁性层并且使所述底部表面耦合到所述顶部表面的侧壁；
其中，所述顶部表面呈具有多个圆角的矩形状，并且所述顶部表面包括：
长轴和与所述长轴正交的短轴；
大致与所述长轴平行的两条成直线的长边；以及
大致与所述短轴平行的两条成直线的短边；
所述存储器装置还包括：
平行于所述短轴的宽度，并且所述宽度从所述两条成直线的长边中的一条成直线的长边延伸到所述两条成直线的长边中的另一条成直线的长边；以及
耦合到衬底的鳍状物，所述鳍状物的鳍状物宽度等于所述宽度，并且在所述鳍状物的两个侧壁之间延伸并与所述鳍状物的所述两个侧壁正交。
2.根据权利要求1所述的装置，包括：
平行于所述长轴的长度，并且所述长度从所述两条成直线的短边中的一条成直线的短边延伸到所述两条成直线的短边中的另一条成直线的短边；
其中，所述长度与所述宽度的纵横比在3:1与8:1之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个圆角中的一个圆角包括在6nm与18nm之间的曲率半径。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述磁性隧道结(MTJ)使位线耦合到选择开关和字线。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述宽度等于用于所述装置的临界尺寸。
6.根据权利要求2所述的装置，包括互连线，所述互连线的线宽等于所述宽度，并且所述线宽在所述线的两个侧壁之间延伸并与所述线的所述两个侧壁正交。
7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述长度小于130nm，所述宽度小于25nm，并且所述自由磁性层的厚度小于4nm。
8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述自由磁性层包括：(a)大于70kT的稳定性因数，其中，T＝温度，并且k＝玻尔兹曼常数；以及(b)小于150μA的临界切换电流。
9.根据权利要求8所述的装置，包括小于150μA的切换电流。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，(a)圆角直接连接到所述两条成直线的长边中的一条成直线的长边以及所述两条成直线的短边中的一条成直线的短边，(b)所述两条成直线的短边每个都是所述宽度的至少25％，以及(c)所述两条成直线的长边每个都是从所述两条成直线的短边中的一条成直线的短边延伸到所述两条成直线的短边中的另一条成直线的短边的长度的至少50％。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述自由磁性层基于流到所述自由磁性层的驱动电流的极化来改变沿着所述长轴的磁化方向。
12.根据权利要求1所述的装置，包括自旋扭矩转移存储器(STTM)，所述自旋扭矩转移存储器(STTM)包含所述磁性隧道结(MTJ)。
13.一种光刻方法，包括：
在衬底上形成磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结(MTJ)包括非椭圆形的自由磁性层、固定磁性层、以及位于所述自由磁性层与所述固定磁性层之间的隧道势垒层，所述自由磁性层包括与短轴正交的长轴；
使用第一掩模来形成所述自由磁性层的大致平行于所述长轴的两条成直线的长边；
使用第二掩模来形成所述自由磁性层的大致平行于所述短轴的两条成直线的短边；以及
使用所述第一掩模和所述第二掩模来形成所述自由磁性层的多个圆角，所述自由磁性层的所述多个圆角使所述长边与所述短边彼此耦合。
14.根据权利要求13所述的光刻方法，包括：使用所述第一掩模和所述第二掩模且没有使用其它掩模来形成所述多个圆角。
15.根据权利要求13所述的光刻方法，包括：在两个间隔体之间形成所述两条成直线的长边。
16.根据权利要求15所述的光刻方法，其中，所述两条成直线的长边直接接触所述两个间隔体。
17.根据权利要求15所述的光刻方法，其中，相比于用于所述光刻方法的最小节距，所述两条成直线的长边彼此更靠近。
18.一种存储器装置，包括：
磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结包括自由磁性层、固定磁性层、以及位于所述自由磁性层与所述固定磁性层之间的隧道势垒；以及
鳍状物；
其中，所述自由磁性层(a)包括在3:1与9:1之间的长宽比，(b)是非椭圆形的，以及(c)具有顶部表面，所述顶部表面具有与所述顶部表面的长轴平行的两个相对的直边部；
其中，所述自由磁性层包括与所述两个直边部正交的宽度，并且所述宽度从所述两个直边部中的一个直边部延伸到所述两个直边部中的另一个直边部；
其中，所述宽度不大于包括所述鳍状物的两个侧壁之间的最大宽度。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述两个直边部中的一个直边部连接到圆角，所述圆角包括在6nm与18nm之间的曲率半径。
20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述宽度等于用于所述装置的临界尺寸。
21.根据权利要求18所述的装置，包括：
与所述宽度正交的长度，所述长度从所述自由磁性层的一个端部延伸到所述自由磁性层的另一个端部；
其中，所述两个直边部每个都与所述长度的至少50％一样长。
22.根据权利要求18所述的装置，包括圆角，所述圆角将所述顶部表面的横边连接到所述两个相对的直边部中的一个直边部，其中，所述圆角从所述横边到所述两个相对的直边部中的所述一个直边部具有固定的曲率半径。
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