存储装置制造方法及图纸

在一些实施方式中，本公开提供了一种存储装置。存储装置包括磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)电流路径，与磁性隧道结电流路径并联的参考电流路径，以及与磁性隧道结电流路径和参考电流路径并联的偏压电流路径。磁性隧道结电流路径包括磁性隧道结存储单元，配置以在第一数据状态和第二数据状态之间切换。参考电流路径包括参考存储单元。偏压电流路径配置以在读取操作中提供偏压给磁性隧道结电流路径和参考电流路径。

Storage device

【技术实现步骤摘要】
存储装置
本公开系关于一种存储装置，以及关于一种存储装置的读取技术。
技术介绍
许多现代的电子设备包含电子存储(electronicmemory)，例如硬盘驱动器或随机存取存储(randomaccessmemory,RAM)。电子存储可以是挥发性存储或非挥发性存储。非挥发性存储能在没有电源的情况下仍保留其储存的数据，而挥发性存储在断电时会，其数据存储器的内容会消失。磁性隧道结(magnetictunneljunctions,MTJ)可用于硬盘驱动器或随机存取存储，因此是下一代存储非常有希望的解决方案。
技术实现思路
本公开内容的一态样系提供一种存储装置，包括磁性隧道结(MTJ)电流路径、参考电流路径和偏压电流路径。磁性隧道结电流路径包含磁性隧道结存储单元，配置以在第一数据状态和第二数据状态之间切换，第一数据状态具有第一电阻，而第二数据状态具有不同于第一电阻的第二电阻。参考电流路径并联于磁性隧道结电流路径，参考电流路径包含参考存储单元，具有介于第一电阻和第二电阻之间的参考电阻。偏压电流路径并联于磁性隧道结电流路径和参考电流路径，其中偏压电流路径配置以在读取操作中，施加偏压予磁性隧道结电流路径和参考电流路径，因此自磁性隧道结存储单元读取到第一数据状态时，磁性隧道结电流路径和参考电流路径会各自携带一电流准位，自磁性隧道结存储单元读取到第二数据状态时，磁性隧道结电流路径和参考电流路径各自携带此电流准位。附图说明有关本公开内容的各方面，可以从以下详细的描述和附图获得充分的了解。应注意的是，根据该
中的标准实践，各种特征未按照比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。图1A为一磁性隧道结存储单元的一些实施方式的三维视图。图1B-1F为用于磁性隧道结存储单元的固定结构的另外一些实施方式。图2为包括磁性隧道结存储单元数组和相关联的读取电路的存储器装置的一些实施方式的电路示意图。图3为可以在图2的存储器件中使用的数据路径的一些实施方式的电路示意图。图4-5为描述存储装置的读取操作的一些实施方式的时序图。图6为从磁性隧道结存储装置读取的方法的一些实施方式的流程图。图7为包括磁性隧道结存储组件的存储装置的一些实施方式的横截面图。图8为图7的存储器件的俯视图。具体实施方式本公开内容提供了许多不同的实施方式或实施例，用于实现本公开内容的不同技术特征。以下描述组件和安排的具体示例以简化本公开内容。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。例如，在以下的描述中，一第一特征是形成在一第二特征之上或以上的，这可以包括其中该第一和该第二特征是直接接触形成的实施例，并且也能包括可以在该第一和该第二特征之间形成附加特征的实施例，使得第一和第二特征可以不直接接触。另外，本公开内容可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清晰的目的，本身并不决定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，在此使用空间相对用语，例如“下方”，“之下”，“以下”，“上方”，“之上”等，以便于描述如图中所示的一个组件或特征与另一个组件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相对用语的用意在于包含使用中的装置或操作的不同面向。装置可以其他方式转向(旋转90度或在其他方向)，并且同样可以相对应地解释这里使用的空间相对描述符号。磁性隧道结(magnetictunneljunctions,MTJ)包含被穿隧阻隔层所分开的第一铁磁薄膜和第二铁磁薄膜。其中一个铁磁薄膜(通常称为参考层)具有固定的磁化方向，而另外一个铁磁薄膜(通常称为自由层)具有可变的磁化方向。对于具有正隧道磁电阻(tunnelmagnetoresistance,TMR)的磁性隧道结来说，如果参考层和自由层的磁化方向处于平行方向，则电子将很可能穿隧过穿隧阻隔层，使得磁性隧道结处于低电阻状态。相反地，如果参考层和自由层的磁化方向处于反平行方向(anti-parallelorientation)，则电子较不可能穿隧过穿隧阻隔层，而使得磁性隧道结处于高电阻状态。因此，磁性隧道结可在两种电阻状态之间切换，具有低电阻的第一状态(RP：参考层和自由层的磁化方向是平行的)和具有高电阻的第二状态(RAP：参考层和自由层的磁化方向是反平行的)。应注意的是，磁性隧道结也可具有负隧道磁电阻，例如反平行方向的磁化方向是低电阻，而平行方向的磁化方向是高电阻，虽然以下的说明是描述磁性隧道结具有正的隧道磁电阻的情况下，但是应当能理解，该公开内容也适用于隧道磁电阻为负的磁性隧道结。由于它们的二元特性，磁性隧道结用在存储单元中以储存数字数据，其中低电阻状态RP对应到第一数据状态(例如，逻辑“0”)，而高电阻状态RAP对应到第二数据状态(例如，逻辑“1”)。为了从这样的磁性隧道结存储单元读取数据，可以将磁性隧道结的电阻RMTJ(其在RP和RAP之间变化，取决于储存的数据状态)与参考单元的电阻RRef进行比较(例如，RRef被设计在RP和RAP之间，例如平均值)。在一些技术中，一个给定的读取电压VRead被施加到磁性隧道结存储单元和参考单元。该读取电压会造成一个读取电流流过磁性隧道结(IMTJ)，和一个参考电流流过参考单元(IRef)。如果该磁性隧道结处于平行状态，则读取电流IMTJ会有一个大于IRef的第一值IMTJ-P；但如果该磁性隧道结处于反平行状态，则读取电流为IMTJ会有一个小于IRef的第二个值IMTJ-AP。因此，在读取操作中，如果IMTJ大于IRef，则从磁性隧道结单元会读取到一个第一数字值(例如“0”)。另一方面，如果IMTJ小于IRef，则从磁性隧道结单元会读取到一个第二数字值(例如“1”)。然而，在此架构下，对于平行状态和反平行状态的读取操作，IRef和IMTJ之间几乎没有电流差异，即IRef，IMTJ-P和IMTJ-AP几乎是相同的。实际上，设计者应该使它们完全相同，仅有一些微小的差异，系来自于电阻的负载效应或是像晶体管中的短通道效应或gm差异所造成的非理想性。虽然大的读取电流将在RP和RAP之间提供良好的信号区别，但是大的读取电流可能无意中覆写了磁性隧道结中的自由层。相反地，小的读取电流不太可能覆写自由层，但是小的读取电流在RP和RAP之间造成的信号区别较差。此外，随着磁性隧道结的尺寸愈来愈小，磁性隧道结的电阻随之增加并且加重了这些读取操作的问题。本公开内容提供了用于读取磁性隧道结存储单元的技术，这些磁性隧道结存储单元会随着连续几个制程世代中磁性隧道结的尺寸减小而缩小，而该技术能保持侦测信号的读取能力。相反地，对于先前的技术，侦测到的信号随着连续的制程世代而变差。这是因为，对于一给定的RA乘积(RA乘积是指电阻和面积的乘积，Resistance-Areaproduct，系固定的技术参数，通常保持不变，因此设计师因应其变化而改变相对应的电路设计)，当磁性隧道结的尺寸缩小时，磁性隧道结的面积也随之减小。这导致磁性隧道结的电阻RMTJ增加。因此参考电阻器的电阻R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储装置，其特征在于，包括：/n一磁性隧道结(MTJ)电流路径，包含一磁性隧道结存储单元，配置以在一第一数据状态和一第二数据状态之间切换，该第一数据状态具有一第一电阻，该第二数据状态具有不同于该第一电阻的一第二电阻；/n一参考电流路径，并联该磁性隧道结电流路径，该参考电流路径包含一参考存储单元，具有介于该第一电阻和该第二电阻之间的一参考电阻；以及/n一偏压电流路径，并联该磁性隧道结电流路径和该参考电流路径，其中该偏压电流路径配置以在读取操作中，施加偏压于该磁性隧道结电流路径和该参考电流路径，自该磁性隧道结存储单元读取到该第一数据状态时，该磁性隧道结电流路径和该参考电流路径各自携带一电流准位，且自该磁性隧道结存储单元读取到该第二数据状态时，该磁性隧道结电流路径和该参考电流路径各自携带该电流准位。/n

【技术特征摘要】
20180927 US 62/737,229;20181024 US 16/169,1951.一种存储装置，其特征在于，包括：
一磁性隧道结(MTJ)电流路径，包含一磁性隧道结存储单元，配置以在一第一数据状态和一第二数据状态之间切换，该第一数据状态具有一第一电阻，该第二数据状态具有不同于该第一电阻的一第二电阻；
一参考电流路径，并联该磁性隧道结电...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛雷维·古帕塔亚，林仲德，姜慧如，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71