使用串联磁性隧道结的多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器STT‑MRAM制造技术

一种设备包括具有第一读取余裕的第一磁性隧道结(MTJ)元件以及具有第二读取余裕的第二MTJ元件。第一读取余裕大于第二读取余裕的两倍。该设备还包括耦合在第一MTJ元件与第二MTJ元件之间的存取晶体管。存取晶体管的栅极耦合至字线。第一MTJ元件、第二MTJ元件和存取晶体管可形成多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT‑MRAM)存储器单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用串联磁性隧道结的多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器STT-MRAMI.优先权要求本申请要求共同拥有的于2015年3月11日提交的美国非临时专利申请No.14/645,213的优先权，该非临时专利申请的内容通过援引全部明确纳入于此。II.领域本公开一般涉及具有子阵列的多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)。III.相关技术描述技术进步已产生越来越小且越来越强大的计算设备。例如，各种各样的便携式个人计算设备(包括无线电话，诸如移动和智能电话、平板以及膝上型计算机)较小、轻量且易于由用户携带。这些设备可在无线网络上传达语音和数据分组。另外，许多此类设备纳入附加功能性，诸如数码相机、数码摄像机、数字记录器以及音频文件播放器。同样，此类设备可以处理可执行指令，包括可被用于访问因特网的软件应用，诸如web浏览器应用。如此，这些设备可包括显著的计算能力。电子设备(诸如，移动电话)可包括各自具有不同使用的单独类型的存储器阵列。例如，移动电话可具有操作为用于快速短期数据存储的高速缓存存储器(例如，静态随机存取存储器(SRAM))的单独存储器阵列、和操作为用于长期数据存储的主存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))的另一单独存储器阵列、和/或操作为片外非瞬态存储器(NVM)的其他单独存储器阵列。维持具有不同类型的存储器使用的单独存储器阵列可要求添加的芯片面积和功率使用。IV.概述一种多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)可被配置成用于电子设备(例如，移动电话)上的多个存储器应用(例如，高速缓存、主存储器或NVM)。例如，多位STT-MRAM单元的磁性隧道结(MTJ)元件可被配置成具有不同的读取余裕以及被调整成适应特定存储器使用的其他区分性操作参数。例如，多位STT-MRAM单元的存储器阵列可包括MTJ元件的子阵列，每个子阵列被配置成用于特定存储器使用。在特定方面，一种设备包括具有第一读取余裕的第一MTJ元件。该设备还包括具有第二读取余裕的第二MTJ元件。第一读取余裕大于第二读取余裕的两倍。该设备还包括耦合在第一MTJ元件与第二MTJ元件之间的存取晶体管。存取晶体管具有耦合至字线的栅极。第一MTJ元件、第二MTJ元件和存取晶体管形成多位STT-MRAM存储器单元。在另一特定方面，一种操作包括存取晶体管、第一MTJ元件和第二MTJ元件的设备的方法包括激活存取晶体管。第一MTJ元件与第二MTJ元件响应于存取晶体管。第一MTJ元件具有第一大小，并且第二MTJ元件具有大于第一大小的两倍的第二大小。该方法还包括通过执行感测出的值与第一参考值的第一比较和执行感测出的值与第二参考值的第二比较来确定第二MTJ元件的电阻状态。第二参考值基于第一比较的结果。在另一特定方面，一种装备包括用于存储第一磁状态的第一装置。用于存储的第一装置具有第一大小。该装备还包括用于存储第二磁状态的第二装置。用于存储的第二装置具有大于第一大小的两倍的第二大小。该装备还包括用于将用于存储的第一装置和用于存储的第二装置耦合的装置。该用于耦合的装置耦合至字线。用于存储的第一装置、用于存储的第二装置、和所述用于耦合的装置形成多位STT-MRAM存储器单元。在另一特定方面，一种装置包括由存储器阵列的多个第一MTJ元件形成的第一MTJ子阵列。该装置还包括由所述存储器阵列的多个第二MTJ元件形成的第二MTJ子阵列。第一MTJ子阵列被配置成基于用于第一存储器使用的第一参数集操作，并且第二MTJ子阵列被配置成基于用于不同于第一存储器使用的第二存储器使用的第二参数集操作。由至少一个所公开的方面提供的一个特定优点在于与将单独的存储器阵列用于单独的存储器使用相比，减小了芯片大小和功耗。多位STT-MRAM存储器单元可包括具有被调整以适应特定存储器使用的区分性操作参数的子阵列。存储器单元阵列可包括该阵列内的子阵列，这些子阵列各自具有特定存储器使用。具有特定存储器使用下的存储器子阵列的单个存储器阵列的使用可比多个单独的存储器设备的使用消耗较小芯片面积并利用较少功率来用于数据存取和存储操作。本公开的其他方面、优点和特征将在阅读了整个申请后变得明了，整个申请包括以下章节：附图简述、详细描述、以及权利要求书。V.附图简述图1是解说设备的特定方面的框图；图2是描绘存储器阵列的一部分的框图；图3A是解说具有存储器子阵列的系统的框图；图3B是解说具有子阵列的存储器阵列的框图；以及图4是解说操作设备的方法的特定方面的流程图；图5A是解说逻辑状态到设备的平行和反平行状态的特定映射的图表；图5B是解说读取设备(诸如，参照图5A描述的设备)的方法的示图；图5C是解说逻辑状态到设备的平行和反平行状态的另一映射的图表；图5D是解说读取设备(诸如，参照图5C描述的设备)的方法的示图；以及图6是解说无线通信设备的特定方面的框图。VI.详细描述参照图1，示出了设备100的特定解说性方面。设备100可以是多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)存储器单元。设备100可被集成在管芯(例如，半导体管芯)内。设备100包括第一磁性隧道结(MTJ)元件102、第二MTJ元件104、字线(WL)108、位线(BL)110、源线(SL)112、以及存取晶体管106。第一MTJ元件102耦合至位线110，并且第二MTJ元件102耦合至源线112。第一MTJ元件102可具有第一读取余裕(ΔR)，其大于第二MTJ元件104的第二读取余裕的两倍。例如，第一和第二MTJ元件102、104的大小可与特定读取余裕相关联。基于MTJ元件102、104的大小之差，MTJ元件102、104可具有彼此不同的操作参数或特性(例如，读取余裕、读/写速度、数据保持力)。例如，第二MTJ元件104可具有大于第一MTJ元件102的大小的两倍的大小。MTJ元件102、104的大小之差可导致第一MTJ元件102具有大于第二MTJ元件104的第二读取余裕的两倍的第一读取余裕。如本文所使用的，MTJ元件相对于另一MTJ元件的“大小”可指代使得MTJ元件具有比另一MTJ元件的读取余裕大的读取余裕的MTJ元件的一个或多个尺寸。例如，第二MTJ元件104可具有大于第一MTJ元件102的长度的两倍的长度、大于第一MTJ元件102的高度的两倍的高度、大于第一MTJ元件102的宽度的两倍的宽度，或其组合。在以上示例中的每一者中，第二MTJ元件104的大小比第一MTJ元件102的大小大，并且第二MTJ元件104的读取余裕大于第一MTJ元件102的读取余裕的两倍。存取晶体管106可以是在第一MTJ元件102与第二MTJ元件104之间串联耦合的n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。替换地，存取晶体管106可以是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。存取晶体管106可包括耦合到字线108的栅极。存取晶体管106可被来自字线108的被施加到存取晶体管106的栅极的字线信号激活。响应于来自字线108的字线信号，存取晶体管106可被配置成选择性地将第一MTJ元件102耦合至第二MTJ元件104以用于读或写操作。在与第一MTJ元件102相关联的特定读电流(或特定写电流)穿过位线110或源线112时，读(或写)操作可在第一MTJ元件10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：具有第一读取余裕的第一磁性隧道结(MTJ)元件；具有第二读取余裕的第二MTJ元件，所述第一读取余裕大于所述第二读取余裕的两倍；以及耦合在所述第一MTJ元件与所述第二MTJ元件之间的存取晶体管，其中所述存取晶体管的栅极耦合至字线，以及其中所述第一MTJ元件、所述第二MTJ元件和所述存取晶体管形成多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT‑MRAM)存储器单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.11 US 14/645,2131.一种设备，包括：具有第一读取余裕的第一磁性隧道结(MTJ)元件；具有第二读取余裕的第二MTJ元件，所述第一读取余裕大于所述第二读取余裕的两倍；以及耦合在所述第一MTJ元件与所述第二MTJ元件之间的存取晶体管，其中所述存取晶体管的栅极耦合至字线，以及其中所述第一MTJ元件、所述第二MTJ元件和所述存取晶体管形成多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)存储器单元。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括，耦合至所述第一MTJ元件的位线以及耦合至所述第二MTJ元件的源线。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存取晶体管被配置成响应于字线信号而将所述第一MTJ元件耦合至所述第二MTJ元件。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存取晶体管是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存取晶体管是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一MTJ元件具有第一数据保持时间，并且所述第二MTJ元件具有比所述第一数据保持时间长的第二数据保持时间。7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一MTJ元件具有第一大小，并且所述第二MTJ元件具有大于所述第一大小的两倍的第二大小。8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二MTJ元件与两个参考电平相关联，并且所述第一MTJ元件与一个参考电平相关联。9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括其中集成有所述第一MTJ元件、所述第二MTJ元件和所述存取晶体管的装置，所述装置选自移动电话、平板设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理(PDA)、固定位置数据单元、以及计算机。10.一种用于操作包括存取晶体管、第一磁性隧道结(MTJ)元件和第二MTJ元件的设备的方法，所述方法包括：激活所述存取晶体管，其中所述第一MTJ元件和所述第二MTJ元件响应于所述存取晶体管，其中所述第一MTJ元件具有第一大小，并且其中所述第二MTJ元件具有大于第一大小的两倍的第二大小；以及通过以下操作确定所述第二MTJ元件的电阻状态：执行将感测出的值与第一参考值的第一比较；以及执行将感测出的值与第二参考值的第二比较，其中所述第二参考值基于所述第一比较的结果。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括，在耦合至所述第一MTJ元件的位线处施加特定电流，其中所述存取晶体管经由被施加到所述存取晶体管的栅极的字线信号被激活，并且其中施加所述特定电流发生在确定所述电阻状态之前。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一MTJ元件、所述第二MTJ元件和所述存取晶体管形成多位自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)存储器单元。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一MTJ元件的电阻状态和所述第二MTJ元件的电阻状态基于所述第一MTJ元件的平行状态或反平行状态与所述第二MTJ元件的平行状态或反平行状态的一个或多个组合。14.一种装备，包括：用于存储第一磁状态的第一装置，其中所述用于存储的第一装置具有第一大小；用于存储第二磁状态的第二装置，其中所述用于存储的第二装置具有大于所述第一大小的两倍的第二大小；以及用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·陆，X·李，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US