CN1783335A - 磁阻结构、磁阻元件、与存储单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁阻结构、磁阻元件、与存储单元，具体涉及一种非平面的磁阻结构，包括一个以上的弯曲部分，介于第一部分与第二部分之间，其中第一部分稍微与基底呈垂直，而第二部分稍微与基底呈水平。上述结构可用于存储元件，如：MRAM存储元件，在不减少表面积的情况下，与先前平面磁阻结构相比，其存储密度增加。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体元件，特别是有关于一种磁性随机存取存储(magnetic random access memory；MRAM)元件。
背景技术
磁性随机存取存储器是一非易失性存储器，利用磁力而非电力来储存数据。图1是显示磁性随机存取存储器阵列的某部分10的概要图，包括多个存储单元12-19。每一存储单元12-19包括磁阻(magnetoresistive；MR)堆叠(stack)20-27及晶体管30-37。晶体管30-33通过字线(word line)(WL1)40互相耦接，而晶体管34-37则通过字线(WL2)41互相耦接，其中字线40及41形成晶体管30-37的栅极。晶体管30-33亦通过编程线(programline)(PL1)42互相耦接，而晶体管34-37则通过编程线(PL2)43互相耦接，其中编程线42及43是虚拟地线(virtual ground line)。同样地，磁阻堆叠20及24通过位线(bit line)(BL1)45互相耦接、磁阻堆叠21及25通过位线(BL2)46互相耦接、磁阻堆叠22及26通过位线(BL3)47互相耦接、而磁阻堆叠23及27则通过位线(BL4)48互相耦接。位线45-48通常与字线40、41及编程线42、43稍微垂直。
每一磁阻堆叠20-27包括多个层磁阻结构，诸如：磁性穿隧接面(magnetic tunnel junction；MTJ)或巨磁阻(giantmagnetoresistive；GMR)结构。图2是显示典型的MTJ结构50。该MTJ结构50是平面结构，包括四个基本层：自由层(freelayer)52、间隔层(spacer)54(是用作穿隧能障(tunnel barrier))、被固定层(pinned layer)56、以及施固定层(pinning layer)58。自由层52及被固定层56由铁磁性(ferroma gnetic)材料构成，如：钴铁合金或镍钴铁合金。施固定层58由反铁磁性(antiferromagnetic)材料构成，如：铂锰合金。介于被固定层56及施固定层58间的静磁耦合(magnetostatic coupling)导致被固定层56具有一固定磁矩(magnetic moment)。另一方面，自由层52具有一磁矩，通过施加磁场，可在第一方向(与被固定层56的磁矩平行)及第二方向(与被固定层56的磁矩逆平行(antiparallel))之间切换。
间隔层54介于被固定层56与自由层52之间。间隔层54由绝缘材料所组成，如：铝氧化物、镁氧化物、或钽氧化物。当自由层52及被固定层56的磁矩平行时，间隔层54薄地足以让自旋方向一致(spin-aligned)的电子穿隧。另一方面，当自由层52及被固定层56的磁矩逆平行时，电子穿隧通过间隔层54的机率降低。此现象即一般所指的自旋相依穿隧(spin-dependent tunneling；SDT)。
如图3所示，穿过MTJ 50(如：穿过52-58层)的电阻，随自由层及被固定层的磁矩愈近逆平行而增加，而随自由层及被固定层的磁矩愈近平行而减少。在MRAM存储单元中，MTJ 50的电阻因此可在第一电阻值(表示第一逻辑状态)与第二电阻值(表示第二逻辑状态)之间切换。例如：高电阻值可表示逻辑状态“1”，而低电阻值可表示逻辑状态“0”。因此，储存在存储单元的逻辑状态可通过传输通过磁阻堆叠的检测电流并检测其电阻来得知。例如：回到图1，存储单元12的逻辑状态可通过传输通过位线(BL1)45的检测电流、通过字线(WL1)40驱动晶体管30、以及检测通过编程线(PL1)42的电流来得知。
在写入动作期间，电流穿过在目的存储单元12-19交错的编程线42、43、及位线45-48。例如：为写入存储单元13，一电流穿过编程线(PL1)42，而另一电流穿过位线(BL2)46。上述电流量所导致的磁场以不影响到磁阻堆叠20、22、23、及25的存储状态为原则，但是又能使作用于磁阻堆叠21上两磁场的组合，足够切换磁阻堆叠21的存储状态(例如：切换自由层52的磁矩)。
发明内容
本发明是揭露一种非平面的磁阻结构，包括一个以上的弯曲部分，介于第一部分与第二部分之间，其中第一部分稍微与基底(substrate)呈垂直，而第二部分稍微与基底呈水平。上述结构可用于存储元件，如：MRAM存储元件，在不减少表面积的情况下，与先前平面磁阻结构相比，其存储密度增加。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种磁阻结构，所述磁阻结构包括：一第一铁磁层；一第二铁磁层；一间隔层，介于上述第一铁磁层与上述第二铁磁层之间；以及一弯曲部分，位于上述第一铁磁层、间隔层、与第二铁磁层。
本发明所述的磁阻结构，更包括与上述第一及第二铁磁层其中之一相邻的一反铁磁层。
本发明所述的磁阻结构，上述第一铁磁层、第二铁磁层、与间隔层一同延伸至一特定长度，且其中上述弯曲部分介于延伸至一第一长度的一第一部分与延伸至一第二长度的一第二部分之间。
本发明还提供一种磁阻元件，所述磁阻元件包括：一基底；及一磁阻结构，形成于上述基底上，上述磁阻结构包括一第一铁磁层、一第二铁磁层、介于上述第一铁磁层与上述第二铁磁层间的一间隔层、以及位于上述第一铁磁层、间隔层、与第二铁磁层的一弯曲部分。
本发明所述的磁阻元件，更包括与上述第一及第二铁磁层其中之一相邻的一反铁磁层。
本发明所述的磁阻元件，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，而间隔层包括一穿隧能障。
本发明所述的磁阻元件，更包括介于上述基底与上述磁阻结构间的一晶体管，以及耦接至上述磁阻结构与上述晶体管的一电极。
本发明又提供一种存储单元，所述存储单元包括：一基底；多个介电阶状物；一第一导电层，形成于上述介电阶状物之上与之间；一第二导电层，形成于上述介电阶状物之间；一磁阻结构，形成于上述第一及第二导电层之间，以及形成于上述介电阶状物之间，上述磁阻结构包括沿着一个以上的上述介电阶状物的一侧边伸展的一第一部分，以及在上述介电阶状物之间伸展的一第二部分；一电极，耦接至上述磁阻结构；以及一绝缘层，形成于上述电极与上述第一或第二导电层其一之间。
本发明所述的存储单元，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，其中上述磁性穿隧接面包括一第一铁磁层、形成于上述第一铁磁层上的一穿隧能障、以及形成于上述穿隧能障上的一第二铁磁层。
本发明所述的存储单元，上述绝缘层形成于上述电极与上述第一导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
本发明另提供一种存储单元，所述存储单元包括：一介电层；一第一导电层，形成于上述介电层之上；一第二导电层，形成于上述第一导电层之上；一磁阻结构，形成于上述第一及第二导电层之间，上述磁阻结构包括沿着上述第一导电层的一侧边伸展的一第一部分，以及延伸越过上述第一导电层上方的一第二部分；一电极，耦接至上述磁阻结构；以及一绝缘层，形成于上述电极与上述第一或第二导电层其一之间。
本发明所述的存储单元，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，其中上述磁性穿隧接面包括一第一铁磁层、形成于上述第一铁磁层上的一穿隧能障、以及形成于上述穿隧能障上的一第二铁磁层。
本发明所述的存储单元，上述绝缘层形成于上述电极与上述第一导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
本发明所述的存储单元，上述绝缘层形成于上述电极与上述第二导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
本发明所述的存储单元，上述第一导电层的侧边从上方沿着一第一方向伸展，而其中上述磁阻结构包括一层以上具有一第二方向的一磁化方向，且其中上述第二方向大体上与上述第一方向垂直。
附图说明
图1是显示MRAM阵列某一部分的概要图；
图2是显示典型MTJ结构的块状概要图；
图3是显示图2中MTJ结构的自由层及被固定层的电阻与相关磁化方向之间的关系；
图4A至图4H是显示弯曲磁阻结构的若干实施例；
图5A至图5D是显示从图4A至图4H弯曲磁阻结构中各层的实例；
图6A是显示具有弯曲磁阻结构的存储单元的第一实施例的透视图；
图6B是显示图6A中弯曲磁阻结构中各层的实例；
图7是显示具有1M1MTJ架构的MRAM阵列某一部分的概要图；
图8A是具有弯曲磁阻结构的存储单元的第二实施例的透视图；
图8B是显示图8A中弯曲磁阻结构中各层的实例；
图9A是具有弯曲磁阻结构的存储单元的第三实施例的透视图；
图9B是显示图9A中弯曲磁阻结构中各层的实例；
图10A是具有弯曲磁阻结构的存储单元的第四实施例的透视图；
图10B是显示图10A中弯曲磁阻结构中各层的实例；
图11A至图11F是显示具有弯曲磁阻结构的存储单元的第一
实施例的制程；
图12A至图12F是显示具有弯曲磁阻结构的存储单元的第二
实施例的制程；
图13A至图13E是显示具有弯曲磁阻结构的存储单元的第三
实施例的制程；
图14A至图14E是显示具有弯曲磁阻结构的存储单元的第四
实施例的制程；
图15是显示初始化一弯曲磁阻结构的透视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举若干较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图4A至图4H是显示适于不同应用(例如：磁检测或储存元件)的弯曲磁阻结构的若干实施例。其中储存元件的一应用是MRAM元件。在MRAM元件中，磁阻结构可为磁性穿隧接面，包括如：一对由非磁性间隔层所隔离的铁磁层。通过合并一弯曲部分于磁阻结构中，如本发明所揭露及在后述实施例中所说明，可在不减少MTJ表面积的情况下，降低MRAM存储单元所需面积。因此，本发明所揭露的弯曲磁阻结构可增加MRAM阵列的密度。
图4A是显示第一实施例的侧边剖面图，包括弯曲磁阻结构60，沿着基底61侧边及上方表面而形成。更明确地说，磁阻结构60包括沿着基底61侧边延伸长Y的第一部分60A及布于基底61上方延伸长X的第二部分60B。第一部分60A及第二部分60B被磁阻结构60的弯曲部分60C所隔离。
图4B是显示第二实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构63，沿着基底64侧边及中上方表面而形成。更明确地说，磁阻结构63包括沿着基底64侧边延伸长Y的第一部分63A及布于基底64中上方延伸长X的第二部分63B。第一部分63A及第二部分63B被磁阻结构63的弯曲部分63C所隔离。
图4C是显示第三实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构67，沿着基底66侧边及下方表面而形成。更明确地说，磁阻结构67包括沿着基底66侧边延伸长Y的第一部分67A及布于基底66下方延伸长X的第二部分67B。第一部分67A及第二部分67B被磁阻结构67的弯曲部分67C所隔离。
图4D是显示第四实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构70，沿着基底69侧边及中下方表面而形成。更明确地说，磁阻结构70包括沿着基底69侧边延伸长Y的第一部分70A及布于基底69中下方延伸长X的第二部分70B。第一部分70A及第二部分70B被磁阻结构70的弯曲部分70C所隔离。
图4E是显示第五实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构72，沿着基底73侧边及上方表面而形成。更明确地说，磁阻结构72包括沿着基底73侧边延伸长Y的第一部分72A及布于基底73上方延伸长X的第二部分72B。第一部分72A及第二部分72B被磁阻结构72的弯曲部分72C所隔离。
图4F是显示第六实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构75，沿着基底76侧边及中上方表面而形成。更明确地说，磁阻结构75包括沿着基底76侧边延伸长Y的第一部分75A及布于基底76中上方延伸长X的第二部分75B。第一部分75A及第二部分75B被磁阻结构75的弯曲部分75C所隔离。
图4G是显示第七实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构78，沿着基底79侧边及下方表面而形成。更明确地说，磁阻结构78包括沿着基底79侧边延伸长Y的第一部分78A及布于基底79下方延伸长X的第二部分78B。第一部分78A及第二部分78B被磁阻结构78的弯曲部分78C所隔离。
图4H是显示第八实施例的侧边剖面图，包括磁阻结构81，沿着基底82侧边及中下方表面而形成。更明确地说，磁阻结构81包括沿着基底82侧边延伸长Y的第一部分81A及布于基底82中下方延伸长X的第二部分81B。第一部分81A及第二部分81B被磁阻结构81的弯曲部分81C所隔离。
在上述实施例中，距离X与距离Y不一定要相等。距离X可为任何大于10的距离，例如：10至500、10至100、以及100至500。距离Y可为任何大于10的距离，例如：10至500、10至100、100至500、以及大于500。
在上述实施例中，弯曲部分是方形弯角(例如：图4A至图4D)或圆弧弯角(例如：图4E至图4H)。不过其他型态的弯曲亦可。例如：折弯(bend)、扭曲(twist)、交叠(fold)、弧线(curve)、折返(turn)、或其他任何非平面结构的形状。额外的实施例可包括单一连续弯曲(诸如：圆顶状)，或多重连续弯曲(诸如：正弦波形结构)。虽然本发明揭露的弯曲磁阻结构为单一弯曲，但另外的实施例可具有任何数目的弯曲。再者，虽然上述图解的弯曲部分大体上为直角，但任何角度的弯曲亦可。此外，虽然上述实施例包括一弯曲部分，介于与基底呈水平及垂直的两部分，但额外的实施例可包括一个以上的弯曲部分，介于与基底呈任何角度的两部分，其两部分与基底皆位于同一角度，或皆位于不同角度，例如：一弯曲部分介于皆与基底呈垂直的两部分，或一弯曲部分介于皆与基底呈水平的两部分。
基底(如：61、64、66、69、73、76、79、及82)可以硅、氧、氮、或其化合物等绝缘材料形成。例如：基底的材料可为二氧化硅。基底的厚度可为任何大于1000，例如：1000至10000、1000A至5000A、5000A至10000A、以及大于10000A。
基底(如：61、64、66、69、73、76、79、及82)可交替以硅、锗、或任何金属，诸如：铜或铝等导电材料形成。例如：基底的材料可为多晶硅、多晶硅化锗、金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物、或其化合物。
磁阻结构(如：60、63、67、70、72、75、78、及81)可为MTJ结构。如图5A至图5D所示，MTJ结构可用来作为上述实施例的磁阻结构。此外，虽未显示，但是半导体元件及其他层可在基底(如：61、64、66、69、73、76、79、及82)内或其上形成。例如：逻辑晶体管可在基底内以传统方法形成。
图5A是显示MTJ结构可用作如：图4A中磁阻结构60或图4D中磁阻结构70。MTJ结构包括反铁磁性施固定层601、铁磁性被固定层602、非磁性间隔层603、以及铁磁性自由层604。各层顺序可以相反过来，如此MTJ结构便成为铁磁性自由层601、非磁性间隔层602、铁磁性被固定层603、以及反铁磁性施固定层604。
图5B是显示MTJ结构可用作如：图4B中磁阻结构63或图4C中磁阻结构67。MTJ结构包括反铁磁性施固定层631、铁磁性被固定层632、非磁性间隔层633、以及铁磁性自由层634。各层顺序可以相反过来，如此MTJ结构便成为铁磁性自由层631、非磁性间隔层632、铁磁性被固定层633、以及反铁磁性施固定层634。
图5C是显示MTJ结构可用作如：图4E中磁阻结构72或图4H中磁阻结构81。MTJ结构包括反铁磁性施固定层721、铁磁性被固定层722、非磁性间隔层723、以及铁磁性自由层724。各层顺序可以相反过来，如此MTJ结构便成为铁磁性自由层721、非磁性间隔层722、铁磁性被固定层723、以及反铁磁性施固定层724。
图5D是显示MTJ结构可用作如：图4F中磁阻结构75或图4G中磁阻结构78。MTJ结构包括反铁磁性施固定层751、铁磁性被固定层752、非磁性间隔层753、以及铁磁性自由层754。各层顺序可以相反过来，如此MTJ结构便成为铁磁性自由层751、非磁性间隔层752、铁磁性被固定层753、以及反铁磁性施固定层754。
铁磁层(包括铁磁性自由层及铁磁性被固定层)可以铁磁性材料(包括铁、钴、镍、或其化合物)构成。例如：钴铁合金或镍钴铁合金。反铁磁性施固定层可以反铁磁性材料构成，例如：铂锰合金或铁锰合金。间隔层可为绝缘材料形成的穿隧能障(tunnel barrier)，例如：铝氧化物、锰氧化物、或钽氧化物。间隔层的厚度可以小于或等于20(例如：在10至20的范围)，或者当铁磁性自由层及铁磁性被固定层的磁矩互相平行时，间隔层的厚度需薄得足以使自旋方向一致(spin-aligned)的电子转移(穿隧)，而当铁磁性自由层及铁磁性被固定层的磁矩互相逆平行时，则阻碍上述电子穿隧。虽然图5A至图5D的实施例中，所有MTJ各层皆延伸贯穿整个结构，但是其它实施例可以只有部分层数延伸整个结构的某些部分。
接着，图6A将描述具有弯曲磁阻结构的存储单元的实施例。该图是显示MRAM存储单元90的透视图。该MRAM存储单元90适用于1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)阵列结构，如图7所示及后述说明，但是他种阵列结构亦可。
MRAM存储单元90包括基底92。基底92可为包括硅、锗、及(或)碳等材料的半导体基底，例如：硅化锗或砷化镓。基底92亦可为绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator；SOI)的半导体结构。CMOS层93在基底92上形成。CMOS层93可包括半导体元件，例如：根据传统方法形成MRAM阵列的逻辑晶体管。介电层(dielectric layer)94在CMOS层93上形成，且以一连串的介电阶状物(dielectric step)94A及94B的型态呈现。介电阶状物94A及94B的阶高在200nm至1200nm的范围内，其它高度亦可。位线(bit line；BL)95在介电层94上形成。位线95是导线，因此可以导电材料(包括金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
一弯曲MTJ结构96在位线95上形成。明确地说，是在介电阶状物94A与94B之间的沟槽(trench)内形成。上述弯曲MTJ结构96延伸至介电阶状物94A侧边下方、穿越介电阶状物94A与94B之间的介电层94表面上方、然后至介电阶状物94B侧边下方。因此，弯曲MTJ结构96包括两个弯曲部分，第一弯曲部分(图6B的106)在介电阶状物94A侧边与介电层94表面上方之间折弯，第二弯曲部分(图6B的108)则在介电阶状物94B侧边与介电层94表面上方之间折弯。
图6B是弯曲MTJ结构96的一实施例的放大图，可看出组成弯曲MTJ结构96的各层。在图6B所示的实施例中，包括铁磁性自由层100、非磁性间隔层101、铁磁性被固定层102、以及反铁磁性施固定层103。每一层100、101、102、及103沿着第一垂直部分105(大体上与基底92垂直)，先经由第一弯曲部分106，穿过水平部分107(大体上与基底92呈水平)，再经由第二弯曲部分108，然后沿着第二垂直部分109(大体上与基底92垂直)伸展。注意在某些实施例中，垂直部分105及109与水平部分107可呈非直角。另外，在某些实施例中，弯曲部分106及108可呈现如图4E至图4H所示的圆弧形。
回到图6A，电极97在弯曲MTJ结构96上形成。电极97是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。接着，绝缘层98在电极97上形成。绝缘层98可以介电材料形成，例如：硅氧化物。最后，编程线99(为清晰起见以虚线绘示)在绝缘层98上形成，且可稍微与位线95垂直。编程线99是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
如上所述，MRAM存储单元90可适用于图7所示的1T1MTJ(1-transistor，1-magnetictunnel junction)阵列结构。该图是显示1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunneljunction)MRAM阵列某部分110的概要图。实际阵列则可延伸成一连串的列与行(如图1所示)。图7是显示MTJ结构111一端耦接至位线，另一端则经由电极114耦接至晶体管113的漏极(drain)。晶体管113的源极(source)耦接至编程线，而晶体管113的栅极(gate)则耦接至字线。
阵列某部分110运作如下。对读取动作而言，字线被驱动(例如：WL＝VDD)以打开(turn on)晶体管113，读取电流IR经由位线穿过MTJ结构111，且编程线耦接至信号接地。MTJ结构111的电阻(例如：从铁磁性自由层至铁磁性被固定层或至反铁磁性施固定层)视铁磁性自由层及铁磁性被固定层的相对磁性方向而定(例如：参见图3)，约略等于两电阻值之一。因此，MTJ结构111的状态可通过检测穿过MTJ结构111通过编程线的电流量，或通过检测从位线穿过MTJ结构111通过编程线的电压降而获得。
对写入动作而言，第一写入电流IW1经由编程线、第二写入电流IW2经由位线、而字线则接地以关掉(turn off)晶体管113。注意MTJ结构111位于编程线与位线两正交线的交叉处(如图6A所示)。电流IW1及IW2产生磁场以改变MTJ结构111中铁磁性自由层的磁性方向。电流IW1及IW2的准位以两者皆无法单独产生强到足以改变铁磁性自由层的磁性方向的磁场，但是当两者结合时，则可以改变铁磁性自由层的磁性方向而择定。经由位线的电流方向是依据被写入“1”或“0”而择定的。例如：在图7中，电流向下流，也许用来写入“0”，而电流向上流则用来写入“1”。
图6A及图6B中的组成元件可用以成为图7中1T1MTJ阵列某部分110的组成元件如下：MTJ结构96可用作MTJ结构111，电极97可用作电极114，位线95可用作位线BL，编程线99可用作编程线PL，而字线WL及晶体管113可在CMOS层93形成。穿孔(via)或其它导电结构(未在图6A显示)可在CMOS层93被用来耦接电极97至一晶体管。
接着参见图8A，将说明另一具有弯曲磁阻结构的存储单元的实施例。该图是显示MRAM存储单元115的透视图。虽然该MRAM存储单元115适用于如图7所示1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)的阵列结构，但是他种阵列结构亦可。
MRAM存储单元115包括基底117。基底117可为包括硅、锗、及(或)碳等材料的半导体基底，例如：硅化锗或砷化镓。基底117亦可为绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator；SOI)的半导体结构。CMOS层118在基底117上形成。CMOS层118可包括半导体元件，例如：根据传统方法形成MRAM阵列的逻辑晶体管。介电层(dielectric layer)119在CMOS层118上形成，且以一连串的介电阶状物(dielectric step)119A及119B的型态呈现。介电阶状物119A及119B的阶高在200nm至1200nm的范围内，其它高度亦可。
编程线(program line；PL)120在介电层119上形成。其延伸方向稍微与介电阶状物119A及119B垂直。编程线120是导线，因此可以导电材料(包括金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
接着，一绝缘层122在编程线120上形成。更明确地说，绝缘层122沿着介电阶状物119A与119B侧边以及介电阶状物119A与119B之间的介电层119的编程线某部分上形成。绝缘层122可以介电材料形成，例如：硅氧化物。电极123在绝缘层122上形成，且是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
一弯曲MTJ结构124在电极123上形成。明确地说，是在介电阶状物119A与119B之间的沟槽(trench)内形成。上述弯曲MTJ结构124延伸至介电阶状物119A侧边下方、穿越介电阶状物119A与119B之间的介电层119表面上方、然后至介电阶状物119B侧边下方。因此，弯曲MTJ结构124包括两个弯曲部分，第一弯曲部分(图8B的134)在介电阶状物119A侧边与介电层119表面上方之间折弯，第二弯曲部分(图8B的136)则在介电阶状物119B侧边与介电层119表面上方之间折弯。
图8B是弯曲MTJ结构124的一实施例的放大图，可看出组成弯曲MTJ结构124的各层。在图8B所示的实施例中，包括铁磁性自由层128、非磁性间隔层129、铁磁性被固定层130、以及反铁磁性施固定层131。每一层128、129、130、及131沿着第一垂直部分133(大体上与基底117垂直)，先经由第一弯曲部分134，穿过水平部分135(大体上与基底117呈水平)，再经由第二弯曲部分136，然后沿着第二垂直部分137(大体上与基底117垂直)伸展。注意在某些实施例中，垂直部分133及137与水平部分135可呈非直角。另外，在某些实施例中，弯曲部分134及136可呈现如图4E至图4H所示的圆弧形。
回到图8A，位线126(为清晰起见以虚线所绘)在MTJ结构124上形成，且可稍微与编程线120垂直。位线126是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
如上所述，MRAM存储单元115可适用于图7所示的1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)阵列结构。图8A及图8B中的组成元件可用以成为图7中1T1MTJ阵列某部分110的组成元件如下：MTJ结构124可用作MTJ结构111，电极123可用作电极114，位线126可用作位线BL，编程线120可用作编程线PL，而字线WL及晶体管113可在CMOS层118形成。穿孔(via)或其它导电结构(未在图8A显示)可在CMOS层118被用来耦接电极123至一晶体管。
接着参见图9A，将说明另一具有弯曲磁阻结构的存储单元的实施例。该图是显示MRAM存储单元140的透视图。虽然该MRAM存储单元140适用于如图7所示1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)的阵列结构，但是他种阵列结构亦可。
MRAM存储单元140包括基底142。基底142可为包括硅、锗、及(或)碳等材料的半导体基底，例如：硅化锗或砷化镓。基底142亦可为绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator；SOI)的半导体结构。CMOS层144在基底142上形成。CMOS层144可包括半导体元件，例如：根据传统方法形成MRAM阵列的逻辑晶体管。介电层(diele ctric layer)146在CMOS层144上形成。
位线(bit line；BL)148在介电层146上形成，且以纵向延伸形成一阶状物。该阶状物的阶高可在200nm至1200nm的范围内，其它高度亦可。位线148是导线，因此可以导电材料(包括金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
一弯曲MTJ结构150在位线148上形成。明确地说，是跨越位线148所形成阶状物上的弯曲MTJ结构。上述弯曲MTJ结构150沿位线148的第一侧边向上延伸、穿越位线148表面上方、然后沿位线148的第二侧边向下延伸。因此，弯曲MTJ结构150包括两个弯曲部分，第一弯曲部分(图9B的161)在位线148的第一侧边与表面上方之间折弯，第二弯曲部分(图9B的163)则位线148的第二侧边与表面上方之间折弯。
图9B是弯曲MTJ结构150的一实施例的放大图，可看出组成弯曲MTJ结构150的各层。在图9B所示的实施例中，包括反铁磁性施固定层155、铁磁性被固定层156、非磁性间隔层157、以及铁磁性自由层158。每一层155、156、157、及158沿着第一垂直部分160(大体上与基底142垂直)，先经由第一弯曲部分161，穿过水平部分162(大体上与基底142呈水平)，再经由第二弯曲部分163，然后沿着第二垂直部分164(大体上与基底142垂直)伸展。注意在某些实施例中，垂直部分160及164与水平部分162可呈非直角。另外，在某些实施例中，弯曲部分161及163可呈现如图4E至图4H所示的圆弧形。
回到图9A，电极151在弯曲MTJ结构150上形成。电极151是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。接着，绝缘层152在电极151上形成。绝缘层152可以介电材料形成，例如：硅氧化物。最后，编程线153在绝缘层152上形成，且可稍微与位线148垂直。编程线153是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
如上所述，MRAM存储单元140可适用于图7所示的1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)阵列结构。图9A及图9B中的组成元件可用以成为图7中1T1MTJ阵列某部分110的组成元件如下：MTJ结构150可用作MTJ结构111，电极151可用作电极114，位线148可用作位线BL，编程线153可用作编程线PL，而字线WL及晶体管113可在CMOS层144形成。穿孔(via)或其它导电结构(未在图9A显示)可在CMOS层144被用来耦接电极151至一晶体管。
接着参见图10A，将说明另一具有弯曲磁阻结构的存储单元的实施例。该图是显示MRAM存储单元170的透视图。该MRAM存储单元170适用于如图7所示1T1MTJ(1-transistor，1-magnetic tunnel junction)的阵列结构，但是他种阵列结构亦可。
MRAM存储单元170包括基底172。基底172可为包括硅、锗、及(或)碳等材料的半导体基底，例如：硅化锗或砷化镓。基底172亦可为绝缘上覆硅(silicon-on-insulator；SOI)的半导体结构。CMOS层173在基底172上形成。CMOS层173可包括半导体元件，例如：根据传统方法形成MRAM阵列的逻辑晶体管。介电层(dielectric layer)174在CMOS层173上形成。
编程线(program line；PL)176在介电层174上形成，且以纵向延伸形成一阶状物。该阶状物的阶高可在200nm至1200nm的范围内，其它高度亦可。编程线176是导线，因此可以导电材料(包括金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
接着，形成一绝缘层178在编程线176上。更明确地说，是跨越编程线176所形成阶状物之上。上述绝缘层178沿编程线176的第一侧边向上延伸、穿越编程线176表面上方、然后沿编程线176的第二侧边向下延伸。绝缘层178可以介电材料形成，例如：硅氧化物。电极179在绝缘层178上形成，且是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
一弯曲MTJ结构180在电极179上形成。明确地说，大体上顺着与绝缘层178相同的路径，沿编程线176的第一侧边向上延伸、穿越编程线176表面上方、然后沿编程线176的第二侧边向下延伸。因此，弯曲MTJ结构180包括两个弯曲部分，第一弯曲部分(图10B的189)在编程线176的第一侧边与表面上方之间折弯，第二弯曲部分(图10B的191)则编程线176的第二侧边与表面上方之间折弯。
图10B是弯曲MTJ结构180的一实施例的放大图，可看出组成弯曲MTJ结构180的各层。在图10B所示的实施例中，包括反铁磁性施固定层183、铁磁性被固定层184、非磁性间隔层185、以及铁磁性自由层186。每一层183、184、185、及186沿着第一垂直部分188(大体上与基底172垂直)，先经由第一弯曲部分189，穿过水平部分190(大体上与基底172呈水平)，再经由第二弯曲部分191，然后沿着第二垂直部分192(大体上与基底172垂直)伸展。注意在某些实施例中，垂直部分188及192与水平部分190可呈非直角。另外，在某些实施例中，弯曲部分189及191可呈现如图4E至图4H所示的圆弧形。
回到图10A，位线181在MTJ结构180上形成，且可稍微与编程线176垂直。位线181是一导线，因此可由导电材料(诸如金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物)形成，例如：铜或铝。
如上所述，MRAM存储单元170可适用于图7所示的1T1MTJ阵列结构。图10A及图10B中的组成元件可用以成为图7中1T1MTJ阵列某部分110的组成元件如下：MTJ结构180可用作MTJ结构111，电极179可用作电极114，位线181可用作位线BL，编程线176可用作编程线PL，而字线WL及晶体管113可在CMOS层173形成。穿孔(via)或其它导电结构(未在图10A显示)可在CMOS层173被用来耦接电极179至一晶体管。
形成包括弯曲磁阻结构的存储单元的过程，将配合图11A至图14E说明如下。
图11A是显示MRAM元件200在基底202上形成的剖面图。(虽未显示)半导体元件及其它各层可在基底202内或其上方形成。例如：逻辑晶体管可在基底202内以传统方法形成。第一介电层204在基底202上方(例如：通过化学气相沉积(chemical vapordeposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、热成长(thermal growth)、或其组合方法)形成。
如图11B所示，第一介电层204通过诸如：微影技术(photolithography)及蚀刻(etching)来定义图案，以形成开口(opening)206。接着，如图11C所示，第一金属层208可通过薄膜沉积技术(thin-film deposition technique)(例如：电镀(electroplating)及溅镀(sputtering))，沿着开口206的边壁及第一介电层204上暴露面沉积。第一金属层208是MRAM元件200的导线(例如：位线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。第一金属层208多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口210。
如图11D所示，MTJ结构212各层在第一金属层208上沉积而成。更明确地说，是沿着开口210的边壁沉积而成。其各层包括由薄膜沉积而成的第一铁磁层、由任何氧化技术在第一铁磁层上以非磁性材料而形成的间隔层、以及由薄膜沉积在非磁性层上而形成的第二铁磁层。MTJ结构212亦可包括在第二铁磁层上形成的反铁磁层，用以固定第二铁磁层的磁化方向。在形成MTJ结构212的每一层后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。接着，电极214可通过诸如：薄膜沉积技术在MTJ结构212之上沉积而成。穿孔(via)或其它导电结构(未显示)可通过已知技术在基底202内或上方被用来耦接电极214至一半导体元件。在形成电极214之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口216。
接着，如图11E所示，第二介电层(例如：绝缘层)218可通过任何氧化技术在电极214上形成。在形成第二介电层218之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口220。
接着，如图11F所示，第二金属层222可通过薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)在开口220沉积。第二金属层222是MRAM元件200的导线(例如：编程线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。MRAM元件200可通过回蚀(etchback)或化学机械抛光法(chemical mechanical polishing；CMP)来夷平，特别是去除那些不在开口220内的第二金属层222。
图12A是显示MRAM元件250在基底252上形成的剖面图。(虽未显示)半导体元件及其它各层可在基底252内或其上方形成。例如：逻辑晶体管可在基底252内以传统方法形成。第一介电层254在基底252上方，通过化学气相沉积、物理气相沉积、热成长、或其组合方法来形成。
如图12B所示，第一介电层254通过诸如：微影技术及蚀刻来定义图案，以形成开口256。接着，如图12C所示，第一金属层258可通过薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)，沿着开口256的边壁及第一介电层254上暴露面沉积。第一金属层258是MRAM元件250的导线(例如：编程线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。第一金属层258多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口260。
如图12D所示，第二介电层(例如：绝缘层)262可通过任何氧化技术在开口260的边壁及第一金属层258上暴露面形成。在形成第二介电层262之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口266。
接着，如图12E所示，电极264可通过诸如：薄膜沉积技术，沿着开口266的边壁及第二介电层262上暴露面沉积。穿孔(via)或其它导电结构(未显示)可通过已知技术在基底252内或上方被用来耦接电极264至一半导体元件。在形成电极264之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。接着，MTJ结构268各层在电极264上沉积而成。其各层包括由薄膜沉积而成的第一铁磁层、由任何氧化技术在第一铁磁层上以非磁性材料而形成的间隔层、以及由薄膜沉积在非磁性层上而形成的第二铁磁层。MTJ结构268亦可包括在电极264与第一铁磁层之间形成的反铁磁层，用以固定第一铁磁层的磁化方向。在形成MTJ结构268的每一层后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除，以形成开口270。
接着，如图12F所示，第二金属层272可通过薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)在开口270沉积。第二金属层272是MRAM元件250的导线(例如：位线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。MRAM元件250可通过回蚀(etchback)或化学机械抛光法(chemical mechanical polishing；CMP)来夷平，特别是去除那些不在开口270内的第二金属层272。
图13A是显示MRAM元件300在基底302上形成的剖面图。(虽未显示)半导体元件及其它各层可在基底302内或其上方形成。例如：逻辑晶体管可在基底302内以传统方法形成。第一介电层304在基底302上方，通过化学气相沉积、物理气相沉积、热成长、或其组合方法来形成。
如图13B所示，第一金属层308可通过任何薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)，在第一介电层304的上方表面沉积而成。第一金属层308通过诸如：微影技术及蚀刻来定义图案，以形成贯穿该页面的结构。第一金属层308是MRAM元件300的导线(例如：位线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。
接着，如图13C所示，MTJ结构312各层在第一金属层308表面及第一介电层304上暴露面沉积而成。其各层可包括由薄膜沉积而成的第一铁磁层、由任何氧化技术在第一铁磁层上以非磁性材料而形成的间隔层、以及由薄膜沉积在非磁性层上而形成的第二铁磁层。MTJ结构312亦可包括在第二铁磁层上形成的反铁磁层，用以固定第二铁磁层的磁化方向。在形成MTJ结构312的每一层后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。接着，电极314可通过诸如：任何薄膜沉积技术，在MTJ结构312上方表面沉积而成。穿孔(via)或其它导电结构(未显示)可通过已知技术在基底302内或上方被用来耦接电极314至一半导体元件。在形成电极314之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
接着，如图13D所示，第二介电层(例如：绝缘层)318可通过任何氧化技术在电极314的上方表面形成。在形成第二介电层318之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
接着，如图13E所示，第二金属层322可通过任何薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)在第二介电层318上沉积。第二金属层322是MRAM元件300的导线(例如：编程线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。在形成第二金属层322之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
图14A是显示MRAM元件350在基底352上形成的剖面图。半导体元件及其它各层可在基底352内或其上方形成(未显示)。例如：逻辑晶体管可在基底352内以传统方法形成。第一介电层354是于基底352上方，通过化学气相沉积、物理气相沉积、热成长、或其组合方法来形成。
如图14B所示，第一金属层358可通过任何薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)，在第一介电层354的上方表面沉积而成。第一金属层358通过诸如：微影技术及蚀刻来定义图案，以形成贯穿该页面的结构。第一金属层358是MRAM元件350的导线(例如：编程线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。
接着，如图14C所示，第二介电层(例如：绝缘层)362在第一金属层358表面及第一介电层354暴露面上形成。在形成第二介电层362之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
接着，如图14D所示，电极364可通过诸如：任何薄膜沉积技术，在第二介电层362上方表面沉积而成。穿孔(via)或其它导电结构(未显示)可通过已知技术在基底352内或上方被用来耦接电极364至一半导体元件。在形成电极364之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。接着，MTJ结构368各层在电极364上沉积而成。其各层可包括由薄膜沉积而成的第一铁磁层、由任何氧化技术在第一铁磁层上以非磁性材料而形成的间隔层、以及由薄膜沉积在非磁性层上而形成的第二铁磁层。MTJ结构368亦可包括在电极364与第一铁磁层之间形成的反铁磁层，用以固定第一铁磁层的磁化方向。在形成MTJ结构368的每一层后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
接着，如图14E所示，第二金属层372可通过任何薄膜沉积技术(例如：电镀及溅镀)在MTJ结构368上沉积。第二金属层372是MRAM元件350的导线(例如：位线)且将耦接至周边CMOS控制晶体管(调节存储单元的读取与写入)。在形成第二金属层372之后，多余的材料可通过诸如：微影技术及蚀刻来去除。
任何上述实施例所使用的材料可以下列方式选择。基底可为绝缘层上覆硅的基底或包括硅、锗、及(或)碳等材料的任何型态基底。第一及第二介电层(包括那些被作为绝缘层)可包括硅氧化物或硅氮化物，例如：以硅氧烷(tetraethylorthosilane；TEOS)形成的二氧化硅(silicon dioxide)，或任何其他介电材料，诸如：低介电常数材料(也就是介电常数低于二氧化硅的介电材料)。金属层(例如：位线、编程线、电极)可以包括金属、金属硅化物、金属氧化物、多晶硅、多晶硅化锗、或其化合物等导电材料来形成。例如：铜、铝、钨、或金。铁磁层可以包括钴、铁、镍、或其合金等铁磁性材料来形成。例如：Co90Fe10(下标是指所占百分比)合金、CoFeNi合金、Ni80Fe20合金(高导磁合金；高(导)磁镍钢)。间隔层可为以绝缘材料形成的穿隧能障，例如：铝氧化物Al2O3或铝氮化物AlN。反铁磁层可以包括铁(iron；Fe)、铂(platinum；Pt)、铱(iridium；Ir)、铑(rhodium；Rh)、钌(ruthenium；Ru)、钯(palladium；Pd)等与锰(manganese；Mn)合金的反铁磁性材料来形成。例如：FeMn合金、PtMn合金、PtPdMn合金、或IrMn合金。
于此所述的弯曲磁阻结构中可有额外若干层(未显示)。例如：铁磁性被固定层可为多个层结构，包括一合成反铁磁性(syntheticantiferromagnetic；SAF)结构，该合成反铁磁性结构包括一对由钌(ruthenium；Ru)层分隔的铁磁层。要注意的是，此处所指的“层”不应被解释为强加限制于上，特别是有关于如何形成，例如：此处所指的“层”可以一个以上的步骤形成，诸如：使用一个以上的沉积步骤。各层适当厚度总结于如下表1(可适用于本弯曲磁阻结构的任何实施例，包括任何揭露的实施例)。在表1中，“FM FREE”是指任何铁磁性自由层、“FM PINNED”是指任何铁磁性被固定层、“AFM”是指任何反铁磁性施固定层、而“SPACER”则是指任何间隔层或穿隧能障。应注意的是，列出厚度的用意并非要加以限制，仅为提供范例之用。
表1
| 层别 | 示范的厚度范围() | 示范的厚度() |
| FM FREE | 10～50 | 20 |
| FM PINNED | 10～50 | 20 |
| AFM | 100～500 | 200 |
| SPACER | 5～20 | 10 |
在上述磁阻结构(诸如：MTJ)中，可包括一连串的自由层(间隔层；被固定层；施固定层)。在此结构中，自由层的磁化方向受所施加磁场任意改变。被固定层的磁化方向受与反铁磁性施固定层交换耦合(exchange coupling)的影响，而固定在某一方向。反铁磁性施固定层为了具有某交换偏移(exchange bias)以决定所施与的固定方向，或铁磁性被固定层要被设定的磁化方向，可在制造期间将其初始化。
反铁磁性施固定层的交换偏移(exchange bias)可利用后述初始化过程并参见图15来设定。如图15所示的结构380是包括反铁磁性施固定层及铁磁性被固定层的MTJ结构。结构380在基底382上形成，明确地说，是越过基底382上的阶状物384。因此，结构380是一弯曲磁阻结构。为了初始化反铁磁性施固定层的交换偏移及固定铁磁性被固定层的磁化方向，结构380被加热至一阻隔温度(blocking temperature)(例如：等于或大于反铁磁性材料的Néel温度)，接着再冷却至目前磁场环境周围的温度。如图15中所标示“N”与“S”的块状物是为了说明存在一磁场。箭头则是为了说明所施加磁场的磁双极矩的方向。
在初始化期间，施加一方向与欲磁化的方向平行的强力磁场(例如：2000Oersteds)。在目前所施加的磁场，结构380被加热至一阻隔温度，例如：大于200℃，在200℃至300℃的范围内。结构380可被加热一段必要的时间，例如：视材料而定，从15分钟至数小时。接着再冷却以固定铁磁性被固定层的磁化及交换偏移至期望的方向。介于反铁磁性施固定层与铁磁性被固定层间的磁交换耦合(magnetic exchange coupling)会固定铁磁性被固定层的磁化方向，如图15中箭头所示的方向。
图15所示的配置可改变以适用任何形状的弯曲磁阻结构(包括任何上述揭露的实施例)。因此，根据本概念的初始化过程可用于任何磁阻结构(包括此处所揭露)，且该过程可在形成反铁磁性施固定层与铁磁性被固定层之后(例如：形成其他各层之前或之后)执行。
遵循此处所揭露的概念及原理，可另有其他实施例。例如：虽然此处所揭露弯曲磁阻结构的弯曲数目为一或二，但是其他实施例可拥有任何弯曲数目。再者，虽然此处所图解的弯曲部分大体上呈现直角，但是其实可为任何角度的夹角。此外，弯曲部分可包括任何非平面形状，例如：折弯(bend)、扭曲(twist)、交叠(fold)、弧线(curve)、折返(turn)、或其他任何非平面结构的形状。额外的实施例可包括单一连续弯曲(诸如：圆顶状)，或多重连续弯曲(诸如：正弦波形结构)。虽然此处实施例，所有各层皆延伸贯穿整个结构，但是其它实施例可以只有部分层数延伸整个结构的某些部分。虽然上述实施例包括一弯曲部分，介于与基底呈水平及垂直的两部分，但是额外的实施例可包括一个以上的弯曲部分，介于与基底呈任何角度的两部分，其两部分与基底皆位于同一角度，或皆位于不同角度，例如：一弯曲部分介于皆与基底呈垂直的两部分，或一弯曲部分介于皆与基底呈水平的两部分。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
10：磁性随机存取存储器阵列的某部分
12、13、14、15、16、17、18、19：存储单元
20、21、22、23、24、25、26、27：磁阻堆叠
30、31、32、33、34、35、36、37：晶体管
40、41、WL、WL1、WL2：字线
42、43、99、120、153、176、PL、PL1、PL2：编程线
45、46、47、48、95、126、148、181、BL、BL1、BL2、BL3、BL4：位线
50：典型MTJ结构
52、100、128、158、186：铁磁性自由层
54、101、129、157、185：非磁性间隔层
56、102、130、156、184：铁磁性被固定层
58、103、131、155、183：反铁磁性施固定层
60、63、67、69、70、72、75、78、81：弯曲磁阻结构
60A、60B、60C：弯曲磁阻结构60的某部分
601、631、721、751：反铁磁性施固定层(铁磁性自由层)
602、632、722、752：铁磁性被固定层(非磁性间隔层)
603、633、723、753：非磁性间隔层(铁磁性被固定层)
604、634、724、754：铁磁性自由层(反铁磁性施固定层)
61、64、66、73、76、79、82、92、117、142、172、202、252、302、352、382：基底
63A、63B、63C：弯曲磁阻结构63的某部分
67A、67B、67C：弯曲磁阻结构67的某部分
70A、70B、70C：弯曲磁阻结构70的某部分
72A、72B、72C：弯曲磁阻结构72的某部分
75A、75B、75C：弯曲磁阻结构75的某部分
78A、78B、78C：弯曲磁阻结构78的某部分
81A、81B、81C：弯曲磁阻结构81的某部分
90、115、140、170：MRAM存储单元
93、118、144、173：CMOS层
94、119、146、174：介电层
94A、94B、119A、119B：介电阶状物
96、124、150、180：弯曲MTJ结构
97、114、123、151、179、214、264、314、364：电极
98、122、152、178：绝缘层
105：弯曲MTJ结构96的第一垂直部分
106：弯曲MTJ结构96的第一弯曲部分
107：弯曲MTJ结构96的水平部分
108：弯曲MTJ结构96的第二弯曲部分
109：弯曲MTJ结构96的第二垂直部分
110：1T1MTJ阵列某部分
111、212、268、312、368、380：MTJ结构
113：晶体管
133：弯曲MTJ结构124的第一垂直部分
134：弯曲MTJ结构124的第一弯曲部分
135：弯曲MTJ结构124的水平部分
136：弯曲MTJ结构124的第二弯曲部分
137：弯曲MTJ结构124的第二垂直部分
160：弯曲MTJ结构150的第一垂直部分
161：弯曲MTJ结构150的第一弯曲部分
162：弯曲MTJ结构150的水平部分
163：弯曲MTJ结构150的第二弯曲部分
164：弯曲MTJ结构150的第二垂直部分
188：弯曲MTJ结构180的第一垂直部分
189：弯曲MTJ结构180的第一弯曲部分
190：弯曲MTJ结构180的水平部分
191：弯曲MTJ结构180的第二弯曲部分
192：弯曲MTJ结构180的第二垂直部分
200、250、300、350：MRAM元件
204、254、304、354：第一介电层
206、210、216、220、256、260、266：开口
208、258、308、358：第一金属层
218、262、318、362：第二介电层
222、272、322、372：第二金属层
384：阶状物
N、S：磁极
X、Y：距离
Claims (15)
1.一种磁阻结构，所述磁阻结构包括：
一第一铁磁层；
一第二铁磁层；
一间隔层，介于上述第一铁磁层与上述第二铁磁层之间；以及
一弯曲部分，位于上述第一铁磁层、间隔层、与第二铁磁层。
2.根据权利要求1所述的磁阻结构，其特征在于，更包括与上述第一及第二铁磁层其中之一相邻的一反铁磁层。
3.根据权利要求1所述的磁阻结构，其特征在于，上述第一铁磁层、第二铁磁层、与间隔层一同延伸至一特定长度，且其中上述弯曲部分介于延伸至一第一长度的一第一部分与延伸至一第二长度的一第二部分之间。
4.一种磁阻元件，所述磁阻元件包括：
一基底；及
一磁阻结构，形成于上述基底上，上述磁阻结构包括一第一铁磁层、一第二铁磁层、介于上述第一铁磁层与上述第二铁磁层间的一间隔层、以及位于上述第一铁磁层、间隔层、与第二铁磁层的一弯曲部分。
5.根据权利要求4所述的磁阻元件，其特征在于，更包括与上述第一及第二铁磁层其中之一相邻的一反铁磁层。
6.根据权利要求4所述的磁阻元件，其特征在于，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，而间隔层包括一穿隧能障。
7.根据权利要求4所述的磁阻元件，其特征在于，更包括介于上述基底与上述磁阻结构间的一晶体管，以及耦接至上述磁阻结构与上述晶体管的一电极。
8.一种存储单元，所述存储单元包括：
一基底；
多个介电阶状物；
一第一导电层，形成于上述介电阶状物之上与之间；
一第二导电层，形成于上述介电阶状物之间；
一磁阻结构，形成于上述第一及第二导电层之间，以及形成于上述介电阶状物之间，上述磁阻结构包括沿着一个以上的上述介电阶状物的一侧边伸展的一第一部分，以及在上述介电阶状物之间伸展的一第二部分；
一电极，耦接至上述磁阻结构；以及
一绝缘层，形成于上述电极与上述第一或第二导电层其一之间。
9.根据权利要求8所述的存储单元，其特征在于，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，其中上述磁性穿隧接面包括一第一铁磁层、形成于上述第一铁磁层上的一穿隧能障、以及形成于上述穿隧能障上的一第二铁磁层。
10.根据权利要求8所述的存储单元，其特征在于，上述绝缘层形成于上述电极与上述第一导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
11.一种存储单元，所述存储单元包括：
一介电层；
一第一导电层，形成于上述介电层之上；
一第二导电层，形成于上述第一导电层之上；
一磁阻结构，形成于上述第一及第二导电层之间，上述磁阻结构包括沿着上述第一导电层的一侧边伸展的一第一部分，以及延伸越过上述第一导电层上方的一第二部分；
一电极，耦接至上述磁阻结构；以及
一绝缘层，形成于上述电极与上述第一或第二导电层其一之间。
12.根据权利要求11所述的存储单元，其特征在于，上述磁阻结构包括一磁性穿隧接面，其中上述磁性穿隧接面包括一第一铁磁层、形成于上述第一铁磁层上的一穿隧能障、以及形成于上述穿隧能障上的一第二铁磁层。
13.根据权利要求11所述的存储单元，其特征在于，上述绝缘层形成于上述电极与上述第一导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
14.根据权利要求11所述的存储单元，其特征在于，上述绝缘层形成于上述电极与上述第二导电层之间，而上述电极则形成于上述磁阻结构与上述绝缘层之间。
15.根据权利要求11所述的存储单元，其特征在于，上述第一导电层的侧边从上方沿着一第一方向伸展，而其中上述磁阻结构包括一层以上具有一第二方向的一磁化方向，且其中上述第二方向与上述第一方向垂直。
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