数据写入方法技术

本发明专利技术是揭露一种数据写入方法，适用于设置于磁性随机存取存储器ＭＲＡＭ阵列中的ＭＲＡＭ存储单元的３－参数切换技术。本发明专利技术所揭露的技术是改变ＭＲＡＭ阵列的干扰边界与写入边界之间的关系，以透过增加原写入边界或是增加原干扰边界而降低阵列的整体干扰。不论是透过增加原写入边界或是增加原干扰边界，本发明专利技术所揭露的３－参数切换技术皆可成功的降低意外写入未选取位的几率。本发明专利技术所述的数据写入方法，所揭露的３－参数转换技术可改善传统ＭＲＡＭ阵列所产生的总干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种磁性随机存取存储器(magnetic randomaccess memory，MRAM)装置，特别是有关于一种具有3-参数写入操作并且以阵列方式设置的磁性随机存取存储器装置，其中一个参数为非磁性参数，用以选取将要被写入的磁性随机存取存储器装置。
技术介绍
在MRAM单元(或位)中，存储单元的操作原理是为改变磁场(磁阻(magneto-resistance))中某些材料的电阻性(resistively)。透过具有自旋阀(spin valve)结构的装置可有效的增加磁阻。当电子自旋所产生的磁化向量(magnetization vectors)平行(相对于反平行(anti-parallel))于环境中磁化作用(magnetization)的方向时，磁化固态物(magnetized solid)中的电子明显比较不会受晶格散射(scattering by lattice)的影响而造成磁阻增加(巨磁阻(giantmagneto-resistance，GMR))。自旋阀结构主要的元件是为低抗磁(coercivity)(自由)铁磁层(ferromagnetic layer)、非磁性间隔层(non-magnetic spacerlayer)以及高抗磁铁磁层。高抗磁铁磁层是为将软铁磁层透过反铁磁层(anti-ferromagnetic layer)执行磁性固定而形成。当自由铁磁层暴露于外部磁场时，其磁化作用的方向可根据外部磁场的方向而自由的旋转。当移除外部磁场后，自由铁磁层的磁化会保持在一受到最小能量状态支配的方向，上述方向是取决于结晶(crystalline)与外型的非等向性(anisotropy)、耦合场以及去磁场(demagnetization field)。当固定铁磁层的磁化作用方向平行于自由铁磁层的磁化作用方向时，电子可于自由层与固定层之间传递而产生较少的散射。因此，当电流沿着薄膜平面(film plane)流动时，具有较低的电阻。然而，当固定铁磁层的磁化作用方向与自由层反平行时，电子从其中一层传递至另一层将会产生较多的散射，使得结构中的电阻增加。自旋阀结构通常可改变8％～15％的电阻。这样简单的三明治架构(铁磁层-薄膜导体-铁磁层)可以作为存储器元件。此架构并不具有反铁磁层，因此两个铁磁层都不是固定铁磁层。这样的存储单元叫做伪自旋阀(pseudo-spinvalve)存储单元。因此架构中的两个铁磁层皆可透过外部磁场而改变磁化作用的方向，其中一个铁磁层较另一个铁磁层厚。必须注意的是，较厚的铁磁层需要较大的外部磁场才可以改变其磁化作用方向。然而，在此处所揭露的磁性穿隧接面(magnetic tunnelingjunction，MTJ)中是透过非磁性绝缘层(例如氧化铝(alumina)或是二氧化硅(silica))来隔离自由层与铁磁层。非磁性绝缘层的厚度必须满足传递穿隧电流的需求。MRAM阵列中MTJ单元的操作原理是为改变介于两个铁磁层之间穿隧接面的电阻。当两个铁磁层的磁化作用方向为反方向时，穿隧电阻会因为穿隧机率的降低而增加。透过氧化铝穿隧接面可改变40％的穿隧电阻，而透过氧化镁(MgO)可改变200％的穿隧电阻，远大于GMR装置可改变穿隧电阻的幅度。磁性穿隧接面装置是由三基础层所制成。上铁磁(FM)层、穿隧氧化绝缘层以及下铁磁层。上铁磁层的磁化作用可自由的改变状态，而下铁磁层的电子传导通常是透过反铁磁材料(例如序化合金PtMn或NiMn)而固定。这些设置于穿隧接面下方的层通常又叫做基层(base layer)。基层是根据这些层设置的顺序而可以为种子层(seed layer)上的反铁磁层上的铁磁层或者可以为单一铁磁层。一般来说，基层可导电且其厚度小于500埃。透过施加外部磁场改变自由层的磁化作用方向便可编程单元的状态。设置于单元下方的编程线的电流会产生编程场。关于字线与位线的传导追踪(conductive trace)是横跨存储单元阵列。字线是沿着存储单元的列延伸，而位线是沿着存储单元的行延伸。存储单元是将一位的磁化作用方向信息储存于每个字线与位线交叉处的感测层(sense layer)中。在感测层中磁化作用的方向是沿着感测层的轴线(又叫做易轴(easy axis))对齐。磁化作用的方向并不容易沿着正交于易轴的轴线(又叫做难轴(hard axis))而对齐。沿着易轴对感测层中的磁化作用方向施加一磁场而将磁化作用方向改变为平行或反平行于参考层中磁化作用的方向。通过存储单元的电阻会根据磁化作用方向为平行或反平行而有所不同，当磁化作用方向为反平行时具有较高的电阻(即一种逻辑状态)，而当磁化作用方向为平行时具有较低的电阻(即另一种逻辑状态)。编程MRAM装置所产生的问题是为其所需要的电流强度(约为6毫安培-10毫安培(mA))是大于用以编程其他存储装置(例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM))的好几倍。再者，MRAM单元尺寸并不符合光刻技术的比例。对于如此大的编程电流而言，MRAM单元中编程线的宽度是远大于设计规则(design rule)中所允许的最小线宽。再者，对于1微米(μm)的栅极宽度而言，现今的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFETs)仅可提供0.2毫安培-0.5毫安培的电流。因此，为了切换10毫安培的电流，MOSFET的栅极宽度必须大于20微米，而此过大的尺寸导致无法有效的使用基板。因此，将MRAM阵列中的编程电流降低是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术是揭露一种适用于设置于磁性随机存取存储器(MRAM)阵列中的MRAM存储单元的3-参数切换技术。本专利技术所揭露的技术是改变MRAM阵列的干扰边界与写入边界之间的关系，以透过增加原写入边界或是增加原干扰边界而降低阵列的整体干扰。不论是透过增加原写入边界或是增加原干扰边界，本专利技术所揭露的3-参数切换技术皆可成功的降低意外写入未选取位的机率。本专利技术是提供一种，适用于透过至少三参数将数据写入磁性存储单元阵列，包括提供用以选取多个存储单元的非磁性效应，足以将所选取的存储单元的抗磁性降低至小于预定临界值；提供接近所选取的存储单元的第一磁场；于提供第一磁场期间，提供接近所选取的存储单元的第二磁场；以及改变所选取的存储单元的磁矩为超过所选取的存储单元的临界磁场，所选取的存储单元的抗磁性是降低为第一磁场结合第二磁场。本专利技术所述的，提供上述非磁性效应包括于所选取的上述存储单元中提供一热效应，透过增加所选取的上述存储单元的温度而使所选取的上述存储单元的抗磁性降低至低于上述预定临界值。本专利技术所述的，上述第一磁场是正交于上述第二磁场。本专利技术所述的，提供上述第一磁场与第二磁场更包括于提供上述非磁性效应期间提供接近所选取的上述存储单元的上述第一磁场与第二磁场。本专利技术所述的，提供上述第一磁场更包括于提供上述第二磁场期间，透过提供一电流至接近而并非流经所选取的上述存储单元而提供上述第一磁场。本专利技术所述的，提供上述电流至而并非流经所选取的上述存储单元以提供上述第一磁场，上述第一磁场是透过相同于提供流经所选取的上述存储单元的上述非磁性效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据写入方法，其特征在于，适用于透过至少三参数将一数据写入一磁性的存储单元阵列，其中每个存储单元包括由一自由铁磁层、一固定铁磁层以及设置于上述两者之间的一绝缘穿隧障壁层所形成的一堆叠，包括：提供用以选取多个存储单元的一非磁性效应，上述非磁性效应足以将所选取的上述存储单元的抗磁性降低至小于一预定临界值；提供接近所选取的上述存储单元的一第一磁场；于提供上述第一磁场期间，提供接近所选取的上述存储单元的一第二磁场；以及通过提供超过所选取的上述存储单元的一临界磁场以及结合降低的上述抗磁性以及上述第一磁场与第二磁场而改变所选取的上述存储单元的磁矩。

【技术特征摘要】
US 2006-4-20 11/379,5271.一种数据写入方法，其特征在于，适用于透过至少三参数将一数据写入一磁性的存储单元阵列，其中每个存储单元包括由一自由铁磁层、一固定铁磁层以及设置于上述两者之间的一绝缘穿隧障壁层所形成的一堆叠，包括提供用以选取多个存储单元的一非磁性效应，上述非磁性效应足以将所选取的上述存储单元的抗磁性降低至小于一预定临界值；提供接近所选取的上述存储单元的一第一磁场；于提供上述第一磁场期间，提供接近所选取的上述存储单元的一第二磁场；以及通过提供超过所选取的上述存储单元的一临界磁场以及结合降低的上述抗磁性以及上述第一磁场与第二磁场而改变所选取的上述存储单元的磁矩。2.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，提供上述非磁性效应包括于所选取的上述存储单元中提供一热效应，透过增加所选取的上述存储单元的温度而使所选取的上述存储单元的抗磁性降低至低于上述预定临界值。3.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，上述第一磁场是正交于上述第二磁场。4.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，提供上述第一磁场与第二磁场更包括于提供上述非磁性效应期间提供接近所选取的上述存储单元的上述第一磁场与第二磁场。5.根据权利要求1所述的数据写入方法，其特征在于，提供上述第一磁场更包括于提供上述第二磁场期间，透过提供一电流至接近而并非流经所选取的上述存储单元而提供上述第一磁场。6.根据权利要求5所述的数据写入方法，其特征在于，提供上述电流至而并非流经所选取的上述存储单元以提供上述第一磁场，上述第一磁场是透过相同于提供流经所选取的上述存储单元的上述非磁性效应的导体而产生。7.根据权利要求5所述的数据写入方法，其特征在于，提供上述第二磁场包括提供一第二电流至所选取的上述存储单元。8.根据权利要求7所述的数据写入方法，其特征在于，上述第二电流是大于上述第一电流。9.根据权利要求5所述的数据写入方法，其特征在于，上述第一磁场是正交于上述第二磁场。10.根据权利要求5所述的数据写入方法，其特征在于，更包括启动耦接至对应于所选取的上述存储单元的多个切换装置，以提供上述第一电流流经所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文钦，邓端理，郑旭辰，
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：71[中国|台湾]