磁性隧道结存储器制造技术

本发明专利技术提供了一种磁性隧道结存储器，包括：纵向堆叠对顶设置的写控制晶体管和读控制晶体管，所述写控制晶体管与读控制晶体管的源极相背设置；所述写控制晶体管的漏极通过一磁性隧道结的第一端电学连接；所述读控制晶体管的漏极通过位线与所述磁性隧道结的第二端电学连接。学连接。学连接。

【技术实现步骤摘要】
磁性隧道结存储器


[0001]本专利技术涉及半导体存储器领域，尤其涉及一种磁性隧道结存储器。

技术介绍

[0002]近年来，采用磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的MRAM被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。
[0003]专利US10008662 B2和US 2017/0117027 A1公布不同逻辑制作磁性随机存储器的方法，但限于现有控制电流的三极管架构，MRAM单位面积预估大于40F2。F是指此存储单元的光刻工艺的最小特征尺寸。专利US 9583615B2公布一种垂直晶体管以及互联架构制作方法，但限于其架构连接及制做方法，此类晶体管架构并不是逻辑或非NAND记忆体(包括RRAM、MRAM、以及PCM等)的线路制作的最佳选择。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种磁性隧道结存储器，能够降低存储器面积，提高集成度。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种磁性隧道结存储器，包括：纵向堆叠对顶设置的写控制晶体管和读控制晶体管，所述写控制晶体管与读控制晶体管的源极相背设置；所述写控制晶体管的漏极通过一磁性隧道结的第一端电学连接；所述读控制晶体管的漏极通过位线与所述磁性隧道结的第二端电学连接。
[0006]本专利技术对两个晶体管做出堆叠式优化，将两个晶体管做堆叠式涉及，降低了电路的整体面积，可以将存储器每个数位的面积降低至4F2左右。F是指此存储单元的光刻工艺的最小特征尺寸。
附图说明
[0007]附图1所示是本具体实施方式所述的一种磁性隧道结存储器结构示意图。
具体实施方式
[0008]下面结合附图对本专利技术提供的磁性隧道结存储器的具体实施方式做详细说明。
[0009]附图1所示是本具体实施方式所述的一种磁性隧道结存储器结构示意图。每个单元包括纵向堆叠对顶设置的写控制晶体管T1和读控制晶体管T2，所述写控制晶体管T1在上部且源极向上并，所述读控制晶体管T2在下部且源极向下。
[0010]所述写控制晶体管和读控制晶体管均包括源极S+/-、漏极D+/-，以及源极和漏极之间的垂直沟道，栅极G+/-环绕所述垂直沟道设置。所述写控制晶体管的漏极通过一磁性隧道结MTJ的第一端电学连接；所述读控制晶体管的漏极通过位线BL与所述磁性隧道结MTJ的第二端电学连接。所述磁性隧道结的第一端包括第一铁磁片01，所述第二端包括第二铁磁片02。所述磁性隧道结MTJ还包括第一铁磁片01和第二铁磁片02之间的绝缘夹层03。所述
绝缘夹层03的厚度约为0.1nm～2.0nm。
[0011]上述磁性隧道结MTJ的电阻特性时在特定的外部电信号刺激下，电阻由于自身材料的特性而产生电阻值变化，从而起到存储信息的作用。随着磁性记忆层的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，这种写方法可同时实现器件微型化和降低电流。现有技术中目前在写入电流(～50μA)、功耗、写入速度(～10ns)、单元面积(～50F2)等特性皆与理想的数字还有些差距。究其基本原因，是STT(自旋转移矩，Spin Transfer Torque)翻转机制中携带自旋流的载子为电子，而电子的质量很轻，只有质子的1/1840。而学过最基础物理的都知道，力或者转矩都与质量成正比，因此既使电流可以携带自旋流而对磁矩产生转矩，效率不会太高。因为翻转效率低，所以写入速度慢，电流要大、功耗也大。又因为要提供较大电流，需要较大的CMOS，比MTJ还大，成为微缩瓶颈。在量子力学中，自旋与原子轨域的角动量可以交互作用，但这力或转矩的根源是原子核。而原子序愈大的原子，自旋轨道交互作用愈大；在有些特殊的物质，譬如拓朴绝缘体(topological insulator)，其表面也有异常大的自旋轨道交互作用。利用自旋轨道转矩(SOT，Spin Orbit Torque)效应来翻转MTJ中自由层的磁矩，这就是上述的SOT MRAM。对SOT结构而言存在两个问题，第一个是SOT MRAM是3端组件，主要原因是SOT MRAM读自读、写自写，因此需要额外的端点。这在设计上是个麻烦，而且增加单元面积。第二个问题是自旋轨道转矩的翻转机制只能将自由层的磁矩翻转至其垂直于原来方向，最后稳定的方向还得有方法调整、指定。最想当然的方式是外加磁场，但这是设计组件的人最不愿意看到的事。基本上要能够在组件结构上创造不对称，让磁矩翻转后倒向的方向可以控制。上述技术方案利用垂直结构来解决第一问题，并在组件结构上创造不对称，让磁矩翻转后倒向的方向可以控制，解决第二问题。
[0012]在上述磁性隧道结存储器工作时，通过软件选通写控制晶体管T1或读控制晶体管T2进入工作状态。在写控制晶体管T1进入工作状态时，可以通过外加电平操作磁性隧道结MTJ的翻转状态，从而达到存储数据的目的；反之，在读控制晶体管T2进入工作状态时，字线BL能够根据磁性隧道结MTJ的翻转状态输出高电平或低电平，从而达到读取数据的目的。
[0013]上述技术方案对两个晶体管做出堆叠式优化，将两个晶体管做堆叠式涉及，降低了电路的整体面积，可以将存储器每个数位的面积降低至4F2左右。F是指此存储单元的光刻工艺的最小特征尺寸。
[0014]以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结存储器，其特征在于，包括：纵向堆叠对顶设置的写控制晶体管和读控制晶体管，所述写控制晶体管与读控制晶体管的源极相背设置；所述写控制晶体管的漏极与一磁性隧道结的第一端电学连接；所述读控制晶体管的漏极通过位线与所述磁性隧道结的第二端电学连接。2.根据权利要求1所述的磁性隧道结存储器，其特征在于，所述磁性隧道结的第一端包括第一铁磁片，所述第二端包括第二铁磁片。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔繁生，周华，
申请(专利权)人：光华临港工程应用技术研发上海有限公司，
类型：发明
国别省市：