改進(jìn)的高容量低成本多態(tài)磁存儲(chǔ)器本申請(qǐng)是發(fā)明名稱(chēng)為“改進(jìn)的高容量低成本多態(tài)磁存儲(chǔ)器”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200880011854.2的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及非易失磁存儲(chǔ)器，尤其涉及多態(tài)磁存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)地使用諸如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（HDD）的旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)用于數(shù)據(jù)貯存。雖然廣泛使用和普遍接受，這些介質(zhì)遭受多種缺陷，諸如存取等待時(shí)間、高功率損耗、大的物理大小以及無(wú)法承受任何物理沖擊。因此需要沒(méi)有這些缺點(diǎn)的新型貯存設(shè)備。其他主要存儲(chǔ)設(shè)備是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和靜態(tài)RAM（SRAM），它們易失而且非常昂貴但具有快速的隨機(jī)讀/寫(xiě)存取時(shí)間。固態(tài)存儲(chǔ)器，諸如具有由基于NOR/NAND的閃速存儲(chǔ)器構(gòu)成的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、提供快速存取時(shí)間的固態(tài)非易失存儲(chǔ)器（SSNVM）設(shè)備，提高了輸入/輸出（IOP）速度，降低了功率耗散和物理大小并提高了可靠性，但是其具有趨向于一般是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（HDD）的多倍的更高成本。雖然基于NAND的閃速存儲(chǔ)器比HDD更昂貴，但其在諸如數(shù)字相機(jī)、MP3播放機(jī)、蜂窩電話(huà)以及手持多媒體設(shè)備的許多應(yīng)用中已經(jīng)取代磁硬驅(qū)動(dòng)器，至少部分歸因于其甚至在電源斷開(kāi)時(shí)能夠保留數(shù)據(jù)的特征?？墒牵S著存儲(chǔ)器尺寸需求正要求減少的大小，可伸縮性正在變成問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)基于NAND的閃速存儲(chǔ)器和DRAM存儲(chǔ)器縮小到更小的尺寸的設(shè)計(jì)正變得困難。例如，基于NAND的閃速存儲(chǔ)器具有涉及因降低的讀－寫(xiě)耐久性而導(dǎo)致的降低的可靠性、電容耦合、很少的電子/位、差的故障率性能的問(wèn)題。讀－寫(xiě)耐久性是指在主要由于程序、清除循環(huán)需要的高電壓造成存儲(chǔ)器開(kāi)始在性能上下降之前的清除循環(huán)和寫(xiě)、讀的數(shù)目。人們相信，NAND閃速，特別是它的多位設(shè)計(jì)，縮小到45納米以下將非常困難。同樣地，DRAM具有涉及溝道電容器縮放的問(wèn)題，該問(wèn)題導(dǎo)致使制造正變得日益困難以及帶來(lái)高成本的極復(fù)雜設(shè)計(jì)。當(dāng)前，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用普遍采用EEPROM/NOR、NAND、HDD和DRAM的組合作為存儲(chǔ)器的一部分。產(chǎn)品中不同存儲(chǔ)器技術(shù)的設(shè)計(jì)增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度、上市時(shí)間并增加了成本。例如，在結(jié)合了諸如NAND閃速、DRAM和EEPROM/NOR閃速存儲(chǔ)器的各種存儲(chǔ)器技術(shù)的手持多媒體應(yīng)用中增加了制造成本和上市時(shí)間以及設(shè)計(jì)復(fù)雜度。另一個(gè)缺點(diǎn)是增加了其中結(jié)合所有類(lèi)型存儲(chǔ)器的設(shè)備的大小。已經(jīng)進(jìn)行巨大努力發(fā)展替代技術(shù)，諸如OvanicRAM（或相變存儲(chǔ)器）、鐵磁RAM（FeRAM）、磁RAM（MRAM）、基于探測(cè)的貯存器如來(lái)自于加州SanJose的國(guó)際商用機(jī)器公司的Millipede或Nanochip，以及其他的以代替當(dāng)前設(shè)計(jì)中使用的存儲(chǔ)器，諸如以一種形式或其他形式的DRAM、SRAM、EEPROM/NOR閃速、NAND閃速和HDD。雖然這些不同存儲(chǔ)器/貯存器（memory/storage）技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生許多挑戰(zhàn)，但近年來(lái)在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了進(jìn)展。MRAM依據(jù)其在過(guò)去數(shù)年作為通用存儲(chǔ)器解決方案而替代系統(tǒng)中所有類(lèi)型存儲(chǔ)器的進(jìn)展看來(lái)在引路。現(xiàn)有技術(shù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的問(wèn)題之一是電流和功率要求太高以致于無(wú)法制作功能存儲(chǔ)器設(shè)備或單元。這也引起關(guān)于這樣的設(shè)備的可靠性的重要關(guān)注，其歸因于隧道勢(shì)壘層的可能電解質(zhì)崩潰并因此使其無(wú)功能。其他現(xiàn)有技術(shù)的挑戰(zhàn)是切換電流太大以致于因存儲(chǔ)器的高功率消耗而無(wú)法允許用于存儲(chǔ)器應(yīng)用的功能設(shè)備的制作。幾個(gè)新近出版物，諸如下面引用為參考文獻(xiàn)5和6（5，6）的，顯示可通過(guò)由兩個(gè)反鐵磁（AF）耦合層針扎的（pinned）存儲(chǔ)器元件來(lái)減少切換電流，導(dǎo)致自旋振蕩或“泵浦”（pumping）并因此減少切換電流。又一個(gè)已知問(wèn)題是使用磁存儲(chǔ)器存儲(chǔ)兩個(gè)以上的狀態(tài)于其中。為此，用于存儲(chǔ)多于一位信息的多級(jí)或多態(tài)磁存儲(chǔ)器單元或元件并不存在。需要的是用于存儲(chǔ)一位以上數(shù)字信息的磁存儲(chǔ)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的局限性，以及克服閱讀和理解本文后明白的其他局限性，本發(fā)明公開(kāi)了用于磁貯存存儲(chǔ)器設(shè)備的方法和相應(yīng)結(jié)構(gòu)，其基于減少了磁存儲(chǔ)器中切換電流的電流感應(yīng)磁化切換。簡(jiǎn)要地，本發(fā)明的實(shí)施例包括多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器單元，其包括兩個(gè)或更多磁隧道效應(yīng)結(jié)（MTJ：magnetictunnelingjunction）的疊層，每個(gè)MTJ具有自由層并由在隔離層上形成的播種層（seedinglayer，種子層）與疊層中的其他MTJ分開(kāi)，該疊層用于存儲(chǔ)一位以上的信息，其中施加到存儲(chǔ)器元件的不同電流電平使得切換到不同的狀態(tài)。在閱讀附圖中幾幅圖示出的優(yōu)選實(shí)施例的下面詳細(xì)描述后，本發(fā)明的這些或其他目的和優(yōu)點(diǎn)無(wú)疑將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。附圖說(shuō)明圖1顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件100的相關(guān)層；圖2顯示存儲(chǔ)器元件100的多種狀態(tài)；圖3顯示層118、114、110和106（顯示在y軸中）的每一個(gè)的電阻的級(jí)別對(duì)存儲(chǔ)器元件100的狀態(tài)的曲線(xiàn)圖；圖4顯示在y軸中顯示的隧道效應(yīng)磁致電阻（TMR）對(duì)電阻面積（RA）的曲線(xiàn)圖250；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件600的相關(guān)層；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件700的相關(guān)層；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件800的相關(guān)層；圖8顯示用于編程和/或清除本發(fā)明多種實(shí)施例的存儲(chǔ)器元件的程序/清除電路；圖9顯示用于讀取本發(fā)明多種實(shí)施例的存儲(chǔ)器元件的讀取電路；圖10顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件1100的相關(guān)層；圖11（a）和（b）顯示具有鏡像MTJ的較早的存儲(chǔ)器元件的制造固有的問(wèn)題；圖12（a）和（b）顯示本發(fā)明實(shí)施例的制造方法的制造效益；表1顯示圖1、5和6的實(shí)施例的某些示范特征；表2顯示圖7的實(shí)施例的某些示范特征；表3顯示本發(fā)明實(shí)施例中兩個(gè)MTJ的可能磁狀態(tài)；表4顯示作為磁存儲(chǔ)器元件1100的氧化鎂（MgO）隧道大小的函數(shù)的MTJ電阻值的三個(gè)潛在配置或情況；表5顯示依賴(lài)于表4中存儲(chǔ)器元件1100的狀態(tài)的總電阻值的比較以及表3的不同MgO隧道勢(shì)壘厚度情況。具體實(shí)施方式在下面實(shí)施例的描述中，引用作為其一部分的附圖，通過(guò)說(shuō)明可實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例來(lái)顯示。要理解的是，可利用其他的實(shí)施例，因?yàn)椴黄x本發(fā)明的范圍可做出結(jié)構(gòu)改變。在本發(fā)明實(shí)施例中，公開(kāi)了多態(tài)磁存儲(chǔ)器單元。形成磁隧道結(jié)（MTJ）的疊層，由固定層、勢(shì)壘層和自由層形成該疊層的每個(gè)MTJ。固定層的磁極性是靜態(tài)的或通過(guò)鄰近的“針扎層（pinninglayer）”“固定的”；而自由層的磁極性可通過(guò)傳遞電流經(jīng)過(guò)MTJ在兩種狀態(tài)之間切換。依賴(lài)于相對(duì)于固定層的自由層的磁極性或狀態(tài)，MTJ在“0”狀態(tài)或“1”的狀態(tài)。單獨(dú)的MTJ互相堆疊，并由隔離層與其上或其下的MTJ分開(kāi)。在最頂部的MTJ之上以及在最底部MTJ底部是電極，其用來(lái)經(jīng)過(guò)疊層傳遞電流用于編程、清除和讀取操作。MTJ的每一個(gè)集合按垂直方式定向，稱(chēng)為疊層或存儲(chǔ)器元件。通過(guò)相同流程（即層的逐步添加）的相同步驟創(chuàng)建所有相鄰的疊層，僅在制造流程的刻蝕步驟之后才變成單獨(dú)的疊層，由此以創(chuàng)建疊層結(jié)構(gòu)的精確的隔開(kāi)間隔（spacingintervals）物理上移去每個(gè)層的分段（fractions）。這里公開(kāi)的存儲(chǔ)器元件減少了制造步驟的數(shù)目、制造時(shí)間、并因此減少制造成本，而增加涉及疊層內(nèi)MTJ的一致性和可靠性。在先前的多態(tài)磁存儲(chǔ)元件的實(shí)施例中，底疊層和頂疊層的鏡像層順序需要每個(gè)MTJ經(jīng)歷唯一系列的另外的同樣分層步驟（即步驟1、步驟2、步驟3以形成MTJ1；但步驟3、步驟2和步驟1形成MTJ2）；或并排制造MTJ1和MTJ2，然后開(kāi)始中間制造刻蝕步驟，這樣需要唯一經(jīng)過(guò)刻蝕設(shè)備兩次（見(jiàn)2007年2月23日由Ranjan等人提交、題為“高容量低成本多態(tài)磁存儲(chǔ)器”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/678515以獲得更多詳情）。圖11（a）和（b）中更好地示出該問(wèn)題。現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例顯示多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件100的相關(guān)層。顯示存儲(chǔ)器元件100包括底部電極（bottomelectrode）122，底部電極122上顯示形成的針扎層（PinningLayer）120，針扎層120上顯示形成的固定層（fixedlayer）118，固定層118上顯示形成的勢(shì)壘層（barrierlayer）116，勢(shì)壘層上形成自由層（freelayer）114，自由層上顯示形成非磁層（non-magneticlayer）112，非磁層上顯示形成的自由層110，自由層110上顯示形成的勢(shì)壘層108，勢(shì)壘層108上顯示形成的固定層106，固定層106上顯示形成的針扎層104，針扎層104上顯示形成的頂部電極102。在示范性實(shí)施例中頂部電極102和底部電極122各由鉭（Ta）制成，盡管其他適合的材料也被考慮。顯示層114、116和118形成通過(guò)層112與MTJ124分開(kāi)的MTJ126，MTJ124由層106、108和110形成。MTJ124和126形成存儲(chǔ)器元件的疊層的相關(guān)部件。實(shí)際上，雖然顯示兩個(gè)MTJ形成圖1的疊層，但可以堆疊其他數(shù)目的MTJ用于存儲(chǔ)附加位的信息。圖1中，MTJ126用于存儲(chǔ)一位信息或兩個(gè)狀態(tài)，“1”和“0”，而MTJ124用于存儲(chǔ)另一位信息，因?yàn)槊恳晃槐硎緝蓚€(gè)二進(jìn)制狀態(tài)，即“1”和“0”，兩位表示4個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)，通常分別表示為“00”、“01”、“10”、“11”或十進(jìn)制法的0、1、2和3。存儲(chǔ)器元件100有利于存儲(chǔ)兩位信息從而降低專(zhuān)用于存儲(chǔ)器的不動(dòng)產(chǎn)（realestate）并進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。這尤其對(duì)于嵌入式存儲(chǔ)器應(yīng)用具有吸引力。另外，使得制造更容易、成本更低并實(shí)現(xiàn)了伸縮性。圖1中，MTJ中的每一個(gè)的勢(shì)壘層，諸如層116，擔(dān)當(dāng)具有不同自旋的電子的過(guò)濾器，對(duì)于具有不同自旋的電子引起不同量的隧道電流，因此對(duì)于自由層的兩個(gè)不同定向?qū)е屡c每個(gè)MTJ關(guān)聯(lián)的兩個(gè)唯一電阻值。在使用附加MTJ的情況下，每個(gè)MTJ類(lèi)似地具有與之關(guān)聯(lián)的唯一電阻值。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，層108和116的厚度使得MTJ124和126具有不同的電阻并因此能夠存儲(chǔ)一個(gè)以上的位。現(xiàn)在將介紹用以形成存儲(chǔ)器元件100的每一層的材料的例子。要指出的是，這些材料僅僅是例子，可使用其他類(lèi)型的材料。層104和122各基本由IrMn或PtMn或NiMn或任何其他包括錳的材料典型形成。層106和120基本由磁性材料典型形成。這樣的磁性材料的例子包括CoFeB或CoFe/Ru/CoFeB。層108和116各基本由非磁材料制成，其例子為氧化鎂（MgO）。層112是基本由例如NiNb、NiP、NiV或CuZr制成的非磁層。層112用來(lái)對(duì)兩個(gè)MTJ124和126進(jìn)行彼此隔離。在使用兩個(gè)以上MTJ的實(shí)施例中，可以在層104之上或?qū)?20的底部形成諸如層112的另一層。層110和114各由包含混雜氧化物的CoFeB制成。層110和114在在淀積狀態(tài)（at-depositedstate）基本是無(wú)定形的。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，頂部電極102和底部電極122各由鉭（Ta）制成；但是，可使用其他類(lèi)型的傳導(dǎo)材料。層120和104為反鐵磁（AF）耦合層。更具體地說(shuō)，例如，層104的磁矩幫助針扎層106的磁矩。類(lèi)似地，層120的磁矩用來(lái)針扎層118的磁矩。層120和104的每一個(gè)的磁矩永久固定。用于層108和166的材料的其他選擇是氧化鋁（Al2O3）和氧化鈦（TiO2）。在勢(shì)壘氧化物層的淀積之前可淀積組成元件中的一個(gè)的薄層。例如，在層108和116的淀積之前可淀積2-5A厚的Mg層。這限制來(lái)自于淀積期間元件混雜的無(wú)磁層的任何損壞。層112是非磁層，其基本為無(wú)定形，由例如鎳鈮（NiNb）、鎳磷（NiP）、鎳礬（NiV）、鎳硼（NiB）或銅鋯（CuZr）制成。要指出的是，按這樣的方式選擇這些合金的成分使得所得到的合金變成基本無(wú)定形，例如，對(duì)于鎳鈮（NiNb），典型的鈮含量維持在30到70原子百分比之間而對(duì)于鎳磷（NiP）磷含量維持在12和20原子百分比之間。層112用來(lái)使兩個(gè)MTJ124和126彼此隔離。使用兩個(gè)以上MTJ的本發(fā)明實(shí)施例中，在層104之上或?qū)?20的底部將形成諸如層112的另一層。層110和114各由包含混雜氧化物的CoFeB制成。層110和114在原淀積狀態(tài)（as-depositedstate）基本無(wú)定形的。頂部和底部電極典型地由鉭（Ta）制成。層120和104為反鐵磁（AF）耦合層。更具體地說(shuō)，例如，層104的磁矩幫助針扎層106的磁矩。類(lèi)似地，層120的磁矩用來(lái)針扎層118的磁矩。層120和104的每一個(gè)的磁矩永久固定。這典型由接著所有層的淀積的磁退火工藝完成并包括在攝氏350度之上的溫度下、超過(guò)5千奧斯特（oersted）的基本單軸磁場(chǎng)的應(yīng)用下加熱整個(gè)晶片典型2個(gè)小時(shí)。該退火工藝也用來(lái)對(duì)層108和116以及它們各自的鄰近自由層110和114進(jìn)行再結(jié)晶。該工藝對(duì)于制作高性能磁隧道結(jié)是必需的?，F(xiàn)在介紹存儲(chǔ)器元件100的層的每一個(gè)的典型厚度。但是，這些大小僅僅是例子，因?yàn)榭梢灶A(yù)見(jiàn)其他的厚度。頂部電極102和底部電極122的每一個(gè)的典型厚度為30到200nm。雖然優(yōu)選厚度典型為50nm，實(shí)際厚度的選擇可依賴(lài)于來(lái)自于金屬化工藝的需求。層104和120通常為20到100nm厚度，優(yōu)選厚度25－50nm。層108和118典型地由鈷鐵（CoFe）/釕（Ru）/鈷鐵硼（CoFeB）三層制成，CoFe層鄰近于層104和120放置。CoFe層的典型厚度為3至10nm，Ru層是0.6到1.0nm以在CoFe和CoFeB的兩個(gè)鄰近磁層之間創(chuàng)建反鐵磁耦合。CoFeB層典型為2至10nm厚，優(yōu)選范圍2.5至5nm。自由層110和114典型為2至7nm厚，優(yōu)選范圍2－5nm，并可包含1－2nm厚的在該層中互相擴(kuò)散（inter－dispersed）的鈷鐵氧化物層以為了在電流引起的切換期間獲得低切換電流。勢(shì)壘層108和116典型為0.8至3nm。很可能的是兩個(gè)勢(shì)壘層可具有稍微不同的厚度，例如層116可為1.5至2.5nm厚而第二勢(shì)壘層108可為0.8至1.2nm厚，反之亦然。另外，自由層110和114中氧化物的數(shù)量和厚度可不同1.5或更高的因子。無(wú)定形隔離層112典型為2至50nm厚，優(yōu)選范圍是2至10nm。要指出的是，雖然非磁隔離層的最優(yōu)選擇是無(wú)定形非磁合金，晶體非磁合金也可行。在制造期間，按上文描述的方式形成存儲(chǔ)器元件100的層。另外，在有磁場(chǎng)的情況下加熱存儲(chǔ)器元件100來(lái)執(zhí)行熟知的退火工藝，之后在每個(gè)層108和116中形成通道。在退火工藝之后，在特定方向，定向固定層層108和116以及層110和114呈現(xiàn)晶體的特征。在操作期間，在相對(duì)圖1紙張平面的垂直方向，從箭頭128表明的方向或從箭頭130表明的方向施加電流。當(dāng)施加電流時(shí)，依賴(lài)于電流電平，使得層110和114的磁矩各切換到相反方向或不切換。因?yàn)橛貌煌目v橫比（或各向異性）制作MTJ124和126，對(duì)于這兩個(gè)MTJ，切換電流是不同的。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，MTJ124的縱橫比約為1：1.3至1：1.5，而MTJ126的縱橫比約為1：2至1：2.5。因此，前述實(shí)施例中，MTJ126的切換電流是MTJ124切換電流的3－5倍。在高電流電平下兩個(gè)MTJ切換磁方向，而在低電流電平下僅具有更小的縱橫比的MTJ124切換。MTJ的層中每一個(gè)的磁矩狀態(tài)定義了存儲(chǔ)器元件100的狀態(tài)。當(dāng)層104和120各作為AF耦合層時(shí)，它們針扎或切換它們鄰近固定層的磁矩，于是通過(guò)電流的施加，使得鄰近自由層切換或不切換。更具體地說(shuō)，層118定義一種狀態(tài)，層114定義另一種狀態(tài)，層110定義再一種狀態(tài)，層106定義又一種狀態(tài)。為了理解，層118、114、110和106中每一個(gè)的狀態(tài)分別是指狀態(tài)1、2、3和4。圖2顯示存儲(chǔ)器元件100的各種狀態(tài)。因?yàn)閮蓚€(gè)MTJ的使用，可存儲(chǔ)四種不同狀態(tài)或兩位，因此顯示狀態(tài)1－4。在每個(gè)狀態(tài)，箭頭的方向表明針扎層和自由層的磁矩的方向。箭頭200的方向顯示施加到存儲(chǔ)器元件100的高電流的方向，以及在該情況下，存儲(chǔ)器元件100的狀態(tài)在全“1”狀態(tài)或在全“0”狀態(tài)。箭頭202的方向顯示當(dāng)在狀態(tài)1時(shí)施加到存儲(chǔ)器元件100的低電流的方向。箭頭204的方向顯示當(dāng)存儲(chǔ)器元件100在狀態(tài)2時(shí)施加到存儲(chǔ)器元件100上的高電流的方向，以及箭頭206的方向顯示當(dāng)在狀態(tài)3時(shí)施加到存儲(chǔ)器元件100上的低電流的方向。圖3顯示層118、114、110和106中每一個(gè)的電阻水平（以y軸顯示）對(duì)存儲(chǔ)器元件100的狀態(tài)的曲線(xiàn)圖。這樣，例如，在208，存儲(chǔ)器元件100已呈現(xiàn)狀態(tài)1（對(duì)應(yīng)于圖2的200），在210，存儲(chǔ)器元件100已呈現(xiàn)狀態(tài)2（對(duì)應(yīng)于圖2的202），在212，存儲(chǔ)器元件100已呈現(xiàn)狀態(tài)3（對(duì)應(yīng)于圖2的206），以及在214，存儲(chǔ)器元件100已呈現(xiàn)狀態(tài)4（對(duì)應(yīng)于圖2的204）。表1中，在標(biāo)注“TotalR（總R）”的列中表明了這些狀態(tài)中每一個(gè)的電阻水平。例如，在狀態(tài)1，表1表明圖3中的R為3千歐姆（K歐姆）。在狀態(tài)2，表明圖3中的R為4千歐姆，等等。用于電阻的值僅用做例子，這樣在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下可使用其他值。有兩個(gè)或多個(gè)具有不同的各向異性的堆疊MTJ的MLC單元表1要指出的是，與不同MTJ124和126關(guān)聯(lián)的不同的縱橫比或各向異性引起MTJ的不同切換，這導(dǎo)致存儲(chǔ)器元件100中存儲(chǔ)兩位。在其他的實(shí)施例中，簡(jiǎn)略介紹和討論了其中的某些，改變MTJ的勢(shì)壘層的大小以實(shí)現(xiàn)不同的電阻。在另外的實(shí)施例，改變MTJ的大小以實(shí)現(xiàn)相同的電阻（thesizeoftheMTJsarechangedtothesame）。圖4顯示在y軸中顯示的隧道效應(yīng)磁致電阻（TMR）對(duì)電阻面積（RA）的曲線(xiàn)圖250，定義TMR為：TMR＝（Rh－Rl）/RlEq.（1）其中Rh為在高狀態(tài)的電阻而Rl為在低狀態(tài)的電阻。圖4的曲線(xiàn)圖250僅用做例子傳達(dá)TMR中的的差別或百分比隨RA增加而增加。例如，在2歐姆平方微米的RA下，TMR為100％；而在RA為10時(shí)TMR為150％，其中MTJ的勢(shì)壘層的厚度在14至24埃之間。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件600的相關(guān)層。顯示存儲(chǔ)器元件600包括底部電極122，底部電極122之上顯示形成針扎層120，針扎層120之上顯示形成固定層118，固定層118之上顯示形成勢(shì)壘層116，勢(shì)壘層116之上形成自由層114，自由層114之上顯示形成非磁層112，如圖1所示的那樣。如前所表明的那樣，相對(duì)于圖1，MTJ126包括層114、116、和118。但是，在圖5的實(shí)施例中，由自由層602、勢(shì)壘層604和固定層606制成的MTJ612在其平面尺寸上小于圖1的MTJ126，這使得MTJ612具有與MTJ126的電阻不同的電阻。圖5中，顯示在層112之上形成自由層602，在層602之上顯示形成層604，在層604之上顯示形成層606，在層606之上顯示形成針扎層608、頂部電極610。顯示由層112將MTJ126和612分開(kāi)。MTJ126和612形成存儲(chǔ)器元件的疊層的相關(guān)部件。實(shí)際上，雖然顯示兩個(gè)MTJ形成圖5的疊層，但可堆疊其他數(shù)目的MTJ用于存儲(chǔ)附加位的信息。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，MTJ612與MTJ126的平面尺寸的差約為1至10，典型為1至3。存儲(chǔ)器元件600的層中的每一個(gè)的材料可與存儲(chǔ)器元件100對(duì)應(yīng)層的材料相同。例如，層602由與層110材料相同的材料制成，以及層604由與層108材料相同的材料制成，層606由與層106材料相同的材料制成，層608由與層104材料相同的材料制成。頂部電極610和102由相同的材料制成。在另一個(gè)實(shí)施例中，MTJ612在大小上可以比MTJ126更大、平面尺寸相同。圖5的實(shí)施例的實(shí)施例的操作與圖1的相同。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件700的相關(guān)層。存儲(chǔ)器元件700包括底部電極122，底部電極122之上顯示形成針扎層120，針扎層120顯示形成固定層118，固定層118之上顯示形成勢(shì)壘層116，勢(shì)壘層116之上形成自由層114，自由層114之上顯示形成非磁層112，如圖1和圖6所示的那樣。如前面所表明的那樣，相對(duì)于圖1和圖6，MTJ126包括層114、116和118。但是，圖6的實(shí)施例中，顯示包括自由層706、勢(shì)壘層708和固定層710的MTJ714其平面尺寸小于MTJ126的平面尺寸，這使得MTJ710具有與MTJ126的電阻不同的電阻。顯示由層702和704將MTJ126和714分開(kāi)。雖然層704用來(lái)針扎層706，但層702用來(lái)隔離MTJ126并僅對(duì)層114為無(wú)定形。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，層702由兩個(gè)非磁層制成，諸如Ta和/或無(wú)定形合金，與鎳鈮（NiNb）或鎳磷（NiP）相同。MTJ126和612形成存儲(chǔ)器元件的疊層的相關(guān)部件。實(shí)際上，雖然顯示兩個(gè)MTJ形成圖5的疊層，但可堆疊其他數(shù)目的MTJ用于存儲(chǔ)附加位的信息。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，MTJ714與MTJ126的平面尺寸的差為1至10，典型為1至3。存儲(chǔ)器元件700的層中每一個(gè)的材料可與存儲(chǔ)器元件100或存儲(chǔ)器元件600的對(duì)應(yīng)層的材料相同。例如，層710由與層110材料相同的材料制成，以及層708由與層108材料相同的材料制成，層706由與層106材料相同的材料制成，層704由與層104材料相同的材料制成。頂部電極712和102由相同的材料制成。在另一個(gè)實(shí)施例中，MTJ714在大小上可以比MTJ126更大、平面尺寸相同。圖7顯示根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器元件800。圖7中，顯示存儲(chǔ)器元件800包括底部電極802，底部電極802之上顯示形成針扎層804，針扎層804之上顯示在其兩側(cè)形成兩個(gè)固定層。就是說(shuō)，顯示在層804的一側(cè)形成固定層806以及在層804的相反一側(cè)形成固定層808。圖7中，顯示在層804的兩側(cè)或上面形成兩個(gè)MTJ。也就是，顯示在層804的一側(cè)形成MTJ820而在層804的相反一側(cè)形成MTJ822。MTJ820包括在層804之上形成的固定層806、顯示在層806上形成的勢(shì)壘層810以及顯示在層810上形成的自由層812。顯示MTJ822包括在層704之上形成的固定層808、顯示在層808上形成的勢(shì)壘層814以及顯示在層814上形成的自由層816。顯示在MTJ820和822之上或更具體而言在層812和816之上形成頂部電極818。頂部電極818典型地由諸如Ta和傳導(dǎo)非磁材料的兩層制成。形成存儲(chǔ)器元件800中，在底部電極之上形成層804，在層804之上形成MTJ822和820的層，以及在MTJ820和822之上形成頂部電極818。在溝道824和層804之上均勻并連續(xù)地形成MTJ822和820的層，溝道824基本上是空白空間或在淀積頂部電極818之前通過(guò)蝕刻穿過(guò)MTJ820和822的層而形成的孔。照這樣，蝕刻之前MTJ820和822的固定層是相同層，蝕刻之前MTJ820和822的勢(shì)壘層是相同層，以及蝕刻之前MTJ820和822的自由層是相同層。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用諸如二氧化硅（SiO2）或氮化硅（SiNx）的電介質(zhì)材料填充溝道824以增強(qiáng)穩(wěn)定性。蝕刻之后，在MTJ820和822之上淀積或形成頂部電極818。圖7的實(shí)施例，如圖6、5和1的實(shí)施例的那樣，存儲(chǔ)兩位信息，每個(gè)MTJ中一位。這樣，MTJ820用于存儲(chǔ)一位而MTJ822用于存儲(chǔ)另一位信息。然而，可通過(guò)增加MTJ存儲(chǔ)更多的位。圖7中，可在層804或MTJ820和822之上添加附加的MTJ。隨著MTJ的添加，在MTJ之間形成附加的槽口或空間，超過(guò)圖7中所顯示的那個(gè)，諸如空間或槽口824。表2顯示圖7實(shí)施例的某些示范特征。要指出的是，類(lèi)似地，表1顯示圖1、5和6的實(shí)施例的某些示范特征。有兩個(gè)或多個(gè)具有不同的各向異性的并排MTJ的MLC單元表2例如，表2中，在列“總R”（“TotalR”）下，顯示有存儲(chǔ)器800的諸如狀態(tài)1、狀態(tài)2、狀態(tài)3以及狀態(tài)4的每一狀態(tài)的電阻。如前面注解的那樣，每個(gè)狀態(tài)表示某二進(jìn)制值以致于存儲(chǔ)由兩位表示的4種狀態(tài)。表2的最后列在標(biāo)記“編程電流”（在“ProgI”下）表明以微安為單位的編程電流，即對(duì)存儲(chǔ)器元件800編程到給定狀態(tài)所需要的電流。本發(fā)明的備選實(shí)施例中，諸如在2007年2月12日提交的、題為“基于非均勻切換的非易失磁基存儲(chǔ)器”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/674，124中所公開(kāi)的基于非均勻切換的非易失磁存儲(chǔ)器元件的基于非均勻切換的非易失磁存儲(chǔ)器元件100，可用于替代這里顯示和討論的各種實(shí)施例的MTJ。例如，可用基于非均勻切換的非易失磁存儲(chǔ)器元件替代MTJ124或MTJ126。也可用基于非均勻切換的非易失磁存儲(chǔ)器元件替代這里討論的其他MTJ。這進(jìn)一步有利地減少了必需的切換電流以增強(qiáng)系統(tǒng)性能。圖8顯示用于編程和/或清除本發(fā)明的各種實(shí)施例的存儲(chǔ)器元件的編程/清除電路。圖8中，顯示電流源902耦合到電流鏡像電路904，顯示該電路耦合到開(kāi)關(guān)906，顯示該開(kāi)關(guān)906又耦合到開(kāi)關(guān)908，顯示該開(kāi)關(guān)耦合到多態(tài)電流切換磁存儲(chǔ)器單元914，顯示該單元914耦合到開(kāi)關(guān)916。圖8中還顯示電流源918耦合到電流鏡像電路920以及還顯示耦合到在到其相反端的Vcc。還顯示電路920耦合到開(kāi)關(guān)910。顯示電路904包括P型晶體管922、P型晶體管924和P型晶體管926。顯示晶體管922、924和926中每一個(gè)的源極耦合到Vcc。Vcc在高于地的預(yù)定電壓電平。顯示晶體管922的柵極耦合到電流源902而顯示電流源902的相反一側(cè)耦合到地。顯示晶體管922的漏極耦合到其柵極又耦合到晶體管924的柵極和晶體管926的柵極。顯示晶體管924和926的漏極耦合到開(kāi)關(guān)906。顯示存儲(chǔ)器單元914包括MTJ910、MTJ912以及存取晶體管940。顯示MTJ912串聯(lián)耦合到MTJ912，顯示MTJ912耦合到晶體管940的漏極。顯示晶體管940的柵極耦合到字線(xiàn)942。字線(xiàn)942選擇存儲(chǔ)器單元。顯示晶體管940的源極耦合到開(kāi)關(guān)916。顯示電路920包括N型晶體管928、N型晶體管930和N型晶體管932。顯示晶體管928、930和932的漏極耦合到地。顯示...