即，在保持存储元件之间相对较大的距离(例如，与常规阵列的10纳米相比，偏移阵列约为35纳米)的同时，可以通过使特征尺寸从4F (例如，图3A-3I中描述的工艺)降低至3F (例如，图4A-4H中描述的工艺)来实现增大的密度。这种方法使密度相对于共面阵列有效地提高了 50%，同时仍能从降低的边缘场中获益。
[0024]就制造方法而言，下文提供了两个示范性例子。在使用严格光刻方法的例子中，图3A-3I示出了根据本发明的实施例的制造垂直STTM器件的阵列的方法中的各个操作的截面图。在使用放宽的光刻方法的例子中，图4A-4H示出了根据本发明的另一个实施例的制造垂直STTM器件的阵列的另一种方法的各个操作的截面图。下文将联系图5描述适用于每一个方法的具体材料。
[0025]在激进的(aggressive)光刻方法中，参考图3A，用于形成磁隧穿结(MTJ)的材料叠置体306包括固定磁性层308、隧穿氧化物层310和自由磁性层312。在形成于底部电极300(其可以形成于未示出的衬底上方；应当理解的是，尽管为简单起见被示出为公共电极，但是应当理解的是，每一个器件耦合至其自身的相对应的晶体管电极，以形成1T-1STTM单元)上方的多个负载线302上方形成材料叠置体306。如图3A所示，可以在负载线302之间包含中间电介质层304。参考图3B，对材料叠置体306进行图案化(例如，通过光刻和蚀刻处理)，以提供单独的MTJ 306A和306B。如图3C所示，在单独的MTJ 306A和306B上形成另外的层间电介质层314。参考图3D，在层间电介质层314中形成过孔扩展部316，以耦合到多个负载线302中的每隔一个负载线。应当理解的是，由于以两个不同图案化操作来形成单独的MTJ 306A和306B之间的最终负载线，因而例如在区域318中可能发生未对准。然后，可以在层间电介质层314中形成另外的过孔320，其与过孔扩展部316交替，并耦合至单独的MTJ 306A和306B。参考图3F，在过孔扩展部316和过孔320上形成用于形成MTJ的第二材料叠置体322。第二材料叠置体322包括固定磁性层324、隧穿氧化物层326和自由磁性层328。参考图3G，对材料叠置体322进行图案化(例如，通过光刻和蚀刻处理)，以提供单独的MTJ 322A和322B。在单独的MTJ 322A和322B上形成另外的层间电介质层324，如图3H所示。参考图31，在层间电介质层324中形成过孔扩展部326，以耦合至单独的MTJ 322A和322B或者过孔318。应当理解的是，由于因而将以两个不同的图案化操作形成单独的MTJ306A和306B上方的最终负载线，因而例如在区域328中可能发生未对准。
[0026]在放宽的(relaxed)光刻方法中，参考图4A，用于形成磁隧穿结(MTJ)的材料叠置体406包括固定磁性层408、隧穿氧化物层410和自由磁性层412。在形成于底部电极400(其可以形成于未示出的衬底上方；应当理解的是，尽管为简单起见被示出为公共电极，但是应当理解的是，每一个器件耦合至其自身的相对应的晶体管电极，以形成1T-1STTM单元)上方的多个负载线402上方形成材料叠置体406。如图4A所示，可以在负载线402之间包括中间电介质层404。参考图4B，对材料叠置体406进行图案化(例如，通过光刻和蚀刻处理)，以提供单独的MTJ 406A和406B。在单独的MTJ 406A和406B上形成另外的层间电介质层414，如图4C所示。参考图4D，在层间电介质层414和404中形成另外负载线416以耦合至底部电极400。参考图4E，在负载线416上形成用于形成MTJ的第二材料叠置体422。第二材料叠置体422包括固定磁性层424、隧穿氧化物层426和自由磁性层428。参考图4F，对材料叠置体422进行图案化(例如，通过光刻和蚀刻处理)，以提供单独的MTJ422A和422B。在单独的MTJ 422A和422B上形成另外的层间电介质层424，如图4G所示。参考图4H，在层间电介质层424内形成过孔426，以耦合至单独的MTJ 422A和422B以及单独的 MTJ406A 和 406B。
[0027]应当理解的是，错位阵列或偏移阵列将与基于多级存储器的一类存储单元区别。在多级存储器中，多于一个器件位于每一个负载线上。在示范性的常规实施方式中，两个不同的垂直布置的磁结充当单条负载线的单个单元，其具有4个电阻等级(0、0-0、1-1、0-1、I)，从而使所述布置成为多级存储器。然而，这种单元无法缓和边缘场，因为它们密集地封装在了一起。最重要的，这种多级存储器将面临对4个电阻层级进行分离的困难(因为单个单元的高与低之间的差不大于2X)。相反，本文描述的实施例在每一个负载线上只包括一个器件，其中，使相邻器件彼此错位
[0028]此外，所描述的偏移布置内的每一个单独单元的稳定性是对基于STTM的器件以及由其制造的存储器阵列的进行缩放所面对的另一重要问题。随着缩放的持续，需要更小存储器元件来适应缩放单元尺寸已经驱动垂直STTM的方向上的产业，对于小存储元件尺寸而言，垂直STTM具有更高的稳定性。在实施例中，使用界面调谐来制造用在以上所描述的偏移布置中的单独的垂直STTM单元，从包括磁性层的材料叠置体中获得最大量的垂直强度，并且因此获得稳定性。
[0029]作为用于示出通往垂直单元的偏移阵列内的垂直稳定性的方法的基础，图5示出了根据本发明的实施例的垂直自旋转移扭矩存储器(STTM)器件的材料层叠置体的截面图。参考图5，垂直STTM器件的材料层叠置体500包括底部电极502、固定磁性层506、电介质层508、自由磁性层510和顶部电极512。材料层叠置体500的磁性隧穿结(MTJ)部分包括固定磁性层506、电介质层508和自由磁性层510。材料叠置体500是用于制造垂直STTM的基础材料叠置体，并且可以制造成具有更大的复杂性。例如，尽管叠置体500中未示出，但反铁磁性层也可以包括在位置504中，即，底部电极502与固定磁性层506之间。另外，电极502和电极512自身可以包括具有不同属性的材料的多个层。图5中所示的材料叠置体在其最基本形式中可以是垂直系统，其中磁性层506和510的自旋垂直于层自身的平面中，如图5中的520所示。
[0030]在没有进一步加工(engineer)的情况下，图5中的材料叠置体500通常是面内自旋系统。然而，在层或界面加工的情况下，可以制造材料叠置体以提供垂直自旋系统。在第一个例子中，再次参考作为平台的材料叠置体500的特征，从用于面内STTM器件的常规厚度减薄自由磁性层510，例如，由CoFeB构成的自由磁性层。减薄的程度可以充分大，以使得从层510中的与电介质层508中的氧彼此作用(例如，与图5的界面处的氧化镁(MgO)层108彼此作用)的铁(Fe)获得的垂直分量相对于自由CoFeB层510的面内分量占支配地位。此例子提供了基于耦合至自由层的一个界面(即，CoFeB-MgO界面)的单层系统的垂直系统。来自MgO层的氧对CoFeB层中表面铁原子(Fe)的氧化程度为自由层提供了强度(稳定性)，以具有垂直支配的自旋态。在此例子中，电极502和电极512由诸如钽(Ta)的单种金属构成。
[0031]在第二个例子中，再次参考作为平台的材料叠置体500的特征，利用交替的磁性层(例如，钴(Co))和非磁性层(例如，钯(Pd))的多层叠置体电极来替代顶部电极512。这种多层方法提供了每个磁性薄膜层(Co)都具有在自旋方向上垂直的界面。此叠置体中的最后(底部)Co层(例如在自由层510上并且形成界面2的Co层)磁性耦合至下方的CoFeB自由层510。在完整的自由层中(并且可能除界面I之外)，具有交替的磁性层和非磁性层的电极512中的所有界面(从界面2开始)的总和为待是垂直的自由层510的材料提供了稳定性。即，对于此第二个例子，垂直自旋器件的稳定性驱动机制包括前述第一个例子(即，来自界面I)的MgO耦合加上自由层510到上方垂直磁体的另外的耦合界面2的组入口 ο
[0032]在第三例子中，再次参考作为平台的材料叠置体500的特征，提供了与第一个例子类似的结构。然而，如图5所示，向位置530处的叠置体添加了另外的隧穿阻挡过滤层(例如，第二 MgO层)。包括第二 MgO层容许来自这种顶部MgO层的氧与CoFeB自由层510的顶部处中的Fe彼此作用(例如，氧化)，实际上相对于第一个例子使单元的稳定性加倍。然而，如同此方式一样的引人注目的是，在将第二 MgO层添加到叠置体500的情况下可能存在权衡。即，这种第二 MgO层实际上是能够相当大程度增大所得叠置体的电阻的薄的电介质膜。电阻可能会增大到干扰检测“I”状态和“O”状态之间的差异的能力的程度，下文更详细地描述该检测。
[0033]再次参考图5，在实施例中，固定磁性层506由适用于维持固定多数自旋的材料或材料的叠置体构成。因此，固定磁性层506 (或参考层)可以被称为铁磁性层。在一个实施例中，固定磁性层506由单层钴铁硼(CoFeB)构成。然而，在另一个实施例中，固定磁性层506由钴铁硼(CoFeB)层、钌(Ru)层、钴铁硼(CoFeB)层叠置体构成。在具体的这种实施例中，固定磁性层以合成的反铁磁体(SAF)的形式。从上到下的角度，该叠置体为CoFeB/Ru/CoFe叠置体(例如，底部层中没有硼，但在其它实施例中可能有)。应当理解的是，Ru的厚度非常特定，例如8-9埃，以使得CoFeB与CoFe之间的耦合是反铁磁的；它们指向相反方