具有外部磁场产生器的存储器件及其操作和制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有磁场产生器的存储器件及其操作和制造方法。在所述器件和方法中，磁性存储器包括磁性隧穿结单元、晶体管和位线，且磁场产生器设置于所述磁性存储器之外以在平行于所述位线的方向产生朝向所述磁性存储器的全局磁场。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器件，且更具体而言，涉及一种。
技术介绍
磁性存储器件与铁电随机存取存储器(FRAM)器件、参数随机存取存储器(PRAM)器件、以及冗余随机存取存储器(RRAM)器件一起被认为是下一代的非易失存储器件。磁性存储单元包括磁隧穿结(MTJ)单元以及作为转换单元的场效应晶体管(FET)。这样的磁性存储器件的特征为MTJ单元。MTJ单元包括磁化方向固定的下磁性层、磁化方向可以通过外部磁场改变的上磁性层(自由磁性层)以及夹置于下、上磁性层之间的隧穿层。在磁性存储器件的常规的MTJ单元中，由易磁化轴方向上的位线产生的磁场和由难磁化轴方向上的数字线产生的磁场的矢量组合决定了自由磁性层的磁化方向，其中位线和数字线彼此垂直。因为自由磁化层具有剩余磁化，所以在决定了自由磁性层的磁化方向之后，即使当磁性存储器件电源关闭时自由磁性层也可以保持其磁化方向。即，因为自由磁性层的磁化方向意味着存储的数据，所以即使当没有电源时也可以保持MTJ单元中的数据。磁性存储器件具有比如好的非易失特性和适于存储集成的简单的结构的优点。然而，磁性存储器件的MTJ单元应具有大的磁阻比(MR比)以保证足够的传感容限。而且，应减小下磁性层和自由磁性层之间的磁耦合。具体而言，随着存储器件的集成水平增加，可以减小单元的选择性。即，因为随着集成水平增加，磁性存储器件的MTJ单元之间的距离变得更小，所以围绕被选择的MTJ单元的非选择的MTJ单元可以受到位线的磁性场的影响。因此，非选择的MTJ单元中的数据可能被覆盖、删除或破坏。为了避免该问题，引入了利用局部场的磁性存储器件。这种类型的磁性存储器件能够将局部场集中在被选择的MTJ单元上以防止非选择的MTJ单元受到该局部磁场的影响，由此增加单元的选择性。然而，局部磁场型磁性存储器件具有的缺点在于当随着磁性存储器的集成水平增加而MTJ单元之间的距离减小时，MTJ的矫顽性显著增加。即，需要更大的电流对被选择的MTJ单元写数据或从被选择的MTJ单元删除数据。同时，随着磁性存储器件的集成水平增加而晶体管的尺寸减小，由此晶体管的电流限度也减小。因此，MTJ单元的写电流不可避免地限于晶体管的电流限度。另外，当MTJ单元大于0.4μm(当局部磁场型磁性存储器件的集成水平低于4MB)时，显著减小了局部场的效果。因此，在该情形还需要大的电流。如上所述，因为在当集成水平高和低的两个情形时，局部场磁性存储器件均需要大电流，所以需要附加的数字线来降低电流。然而，需要许多工艺来将该数字线加到磁性存储器件，因此减小了其制造产率。而且，因为必须将电流施加到位线和数字线，所以增加了磁性存储器件的功耗。
技术实现思路
本专利技术提供了一种存储器件，其减小了功耗且防止当器件的集成度高时矫顽性增加和当器件的集成度低时转换电流增加。而且，本专利技术提供了一种操作该存储器件的方法。另外，本专利技术提供了一种制造该存储器件的方法。根据本专利技术的一方面，存储器件包括包括MTJ(磁性隧穿结)单元、晶体管和位线的磁性存储器；以及设置于磁性存储器之外以在平行于位线的方向产生朝向磁性存储器的全局磁场的磁场产生器。磁性存储器可以包括具有多个磁性存储单元的单元阵列，所述多个存储单元由位线连接，每个磁性存储单元包括MTJ单元和晶体管。每个磁性存储单元还可以包括将MTJ单元与晶体管连接的下电极；以及从在上的位置面对下电极且将MTJ单元与位线连接的上电极，其中MTJ单元可以设置于下、上电极之间，且连接到位线的上电极可以从位线分开，使得由位线产生、朝向MTJ单元的磁场可以忽略。磁场产生器可以垂直于位线且包括具有面对磁性存储器的N极的第一磁体；以及具有面对磁性存储器的S极的第二磁体，且其中第二磁体面对第一磁体，磁性存储器在其之间。第一和第二磁体可以是永久磁体。根据本专利技术的另一方面，提供有一种操作存储器件的方法，存储器件包括磁性存储器和磁场产生器，磁性存储器包括MTJ单元、晶体管和位线，磁场产生器设置于磁性存储器的外部以在平行于位线的方向产生朝向磁性存储器的磁场，所述方法包括当磁性存储器处于由磁场产生器产生的磁场中时，通过将写电流施加到位线而在磁性存储器中写数据。晶体管可以被保持在关状态。磁性存储器可以包括如上所述的多个磁性存储单元的单元阵列。每个磁性存储单元可以还包括与上述相同的元件，且在该情形，晶体管可以被保持在开状态。磁场产生器可以与上述的相同。根据本专利技术的另一方面，提供有一种操作存储器件的方法，存储器件包括磁性存储器和磁场产生器，磁性存储器包括MTJ单元、晶体管和位线，磁场产生器设置于磁性存储器的外部以在平行于位线的方向产生朝向磁性存储器的磁场，所述方法包括开启晶体管；且将读电流施加到位线以从磁性存储器读数据，读电流小于位线的写电流。磁性存储器可以包括如上所述的多个磁性存储单元的单元阵列，并且每个磁性存储单元可以还包括与上述相同的元件。磁场产生器可以与上述的相同。根据本专利技术的又一方面，提供了一种制造存储器件的方法，所述方法包括在衬底上形成晶体管；在晶体管的上方形成与晶体管连接的MTJ单元；在MTJ的上方形成与MTJ连接的位线；在MTJ单元的每一侧设置磁场产生器以在平行于位线的方向产生透过MTJ单元的全局磁场。在该方法中，磁场产生器可以设置于具有多个存储单元的单元阵列的每一侧，且每个存储单元可以包括通过以上的操作形成的晶体管、MTJ单元和位线。所述方法可以还包括形成下电极以将晶体管与MTJ单元连接且产生用于MTJ单元的局部磁场。而且，该方法可以还包括形成上电极以将位线与MTJ单元连接且产生用于MTJ单元的局部磁场。磁场产生器可以垂直于位线且包括具有面对磁性存储器的N极的第一磁体；以及具有面对磁性存储器的S极的第二磁体，且其中第二磁体面对第一磁体，磁性存储器在它们之间。第一和第二磁体可以是永久磁体。附图说明通过参考附图的其示范性实施例的详细描述，本专利技术的以上和其他特征和优点将变得更加显见，在附图中图1是根据本专利技术的实施例的具有磁场产生器的存储器件的横截面图；图2是根据本专利技术的实施例的具有磁场产生器的存储器件的平面图；图3和4是显示图1所示的存储器件的磁性存储单元的结构的视图；图5是显示通过仅将局部场施加到图4所示的具有磁性存储单元的存储器件而获得的测试结果的电阻-偏压曲线；图6到8是显示通过将局部场和数字线磁场施加到图4所示的具有磁性存储单元的存储器件而获得的测试结果的电阻-偏压曲线；图9和10是显示通过将局部场和全局磁场施加到图4所示的具有磁性存储单元的存储器件而获得的测试结果的电阻-偏压曲线；图11是显示图3所示的具有磁性存储单元的存储器件的操作的截面图；图12是显示图4所示的具有磁性存储单元的存储器件的操作的截面图；以及图13到18是显示图4所示的具有磁性存储单元的存储器件的制造方法的截面图。具体实施例方式现将参考其中显示本专利技术的实施例的附图更加全面地描述本专利技术。在附图中，为了清晰夸大了层和区域的厚度。现将描述根据本专利技术实施例的存储器件(之后，本专利技术的存储器件)。图1和2分别是根据本专利技术具有磁场产生器的存储器件的截面图和平面图。图1是沿线1-1’所取的截面；其中为了清晰省略了图2所示的栅线。参考图1和2，具有多个存储单元D1的单元阵列100形成于半导体衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，包括：包括磁性隧穿结单元、晶体管和位线的磁性存储器；以及设置于所述磁性存储器之外以在平行于所述位线的方向产生朝向所述磁性存储器的全局磁场的磁场产生器。

【技术特征摘要】
KR 2005-3-2 17217/051.一种存储器件，包括包括磁性隧穿结单元、晶体管和位线的磁性存储器；以及设置于所述磁性存储器之外以在平行于所述位线的方向产生朝向所述磁性存储器的全局磁场的磁场产生器。2.根据权利要求1所述的存储器件，其中所述磁性存储器包括具有多个磁性存储单元的单元阵列，所述多个存储单元由所述位线连接，且每个所述磁性存储单元包括所述磁性隧穿结单元和所述晶体管。3.根据权利要求2所述的存储器件，其中每个所述磁性存储单元还包括连接所述磁性隧穿结单元与所述晶体管的下电极；以及从在上的位置面对所述下电极且连接所述磁性隧穿结单元与所述位线的上电极，其中所述磁性隧穿结单元设置于所述下电极和上电极之间，且连接到所述位线的上电极从所述位线分开，使得由所述位线产生、朝向所述磁性隧穿结单元的磁场是可忽略的。4.根据权利要求1所述的存储器件，其中所述磁场产生器垂直于所述位线且包括具有面对所述磁性存储器的N极的第一磁体；以及具有面对所述磁性存储器的S极的第二磁体，且其中所述第二磁体面对所述第一磁体，所述磁性存储器在它们之间。5.根据权利要求4所述的存储器件，其中所述第一磁体和第二磁体是永磁体。6.一种操作存储器件的方法，所述存储器件包括磁性存储器和磁场产生器，所述磁性存储器包括磁性隧穿结单元、晶体管和位线，所述磁场产生器设置于所述磁性存储器的外部以在平行于所述位线的方向产生朝向所述磁性存储器的磁场，所述方法包括当所述磁性存储器处于由所述磁场产生器产生的磁场中时，通过将写电流施加到所述位线而在磁性存储器中写数据。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述晶体管被保持在关状态。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述磁性存储器包括具有多个磁性存储单元的单元阵列，所述多个磁性存储单元由所述位线连接，每个所述磁性存储单元包括所述磁性隧穿结单元和所述晶体管。9.根据权利要求8所述的方法，其中每个所述磁性存储单元还包括连接所述磁性隧穿结单元与所述晶体管的下电极；以及从在上的位置面对所述下电极且连接所述磁性隧穿结单元与所述位线的上电极，其中所述磁性隧穿结单元设置于所述下电极和上电极之间，且连接到所述位线的上电极从所述位线分开，使得由所述位线产生、朝向所述磁性隧穿结单元的磁场是可忽略的。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述晶体管被保持在开状态。11.根据权利要求6所述的方法，其中所述磁场产生器垂直于所述位线且包括具有面对所述磁性存储器的N极的第一磁体；以及具有面对所述磁性存储器的S极的第二磁体，且其中所述第二磁体面对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰完，黄仁俊，郑元哲，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]