其上配置磁阻内存胞元之交叉字符及位线之半导体内存制造技术

在一半导体内存（２）之内存胞元数组中，具有一磁阻效应系藉由一硬磁内存层（１０）以及一软磁感应层（１１），其简单的磁性化轴（３０，３１）相交。硬磁层（１０）之磁化轴与其连接的线平行，例如位线（９），以及磁化轴（３１）平行于连接至其的线路。藉由一ＡＣ电压（５１）或ＡＣ电流来源（５０），一电压或电流讯号系被提供至一分别被选择的线，例如字符线（８）。软磁层（１１）之磁化方向（２１）系因此正弦地从简单磁化轴（３１）偏斜。除了被提供的讯号，内存胞元之磁阻电阻亦因此改变。依赖于硬磁层（１０）之磁化方向（２０），讯号系被调变为同相或反相藉由可变电阻，因此例如一被作记号的ＤＣ电压以及一第一谐波可被侦测作为从结果测量讯号而来的分量。此符号提供内存信息。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术系关于一半导体内存具有彼此交叉的字符以及位线，其上配置磁阻内存胞元以及关于一种方法与一电路安排用以估计内存胞元之信息内容，磁阻内存胞元包含一连串的层包括至少一第一磁性层具有一第一磁化轴，一绝缘层以及一第二磁性层具有一第二磁化轴。具有一磁阻电阻之非挥发性内存胞元-亦称为MRAM内存胞元-经常具有一层序列包含有铁磁材料组合以及一绝缘层分别位于其间。绝缘层亦被参考如一穿隧介电层。在此例中，内存效应属于单个内存胞元或复数内存胞元之磁性可变电阻。铁磁材料每一层具有一磁化轴，该轴彼此平行配置，因此导致每一层磁化方向之两可能的装置。依赖内存胞元之磁化状态，在磁性层中的磁化方向可能被定出一平行或非平行方向的模式。依赖关于彼此相关的定位，内存胞元具有一不同电阻。在此例中，一平行磁化方向导致内存胞元中一较低电阻，而一非平行的磁化方向导致一较高电阻。层系经常以仅有两铁磁层之一在引入磁场的影响之下改变其磁化状态的方式具体化，而其它层具有一时间不变的状态，那就是说其作为胞元之参考磁化方向。绝缘层可能具有例如一厚度1到3奈米。晶由此层系统的电传导系实质上被一穿隧效应经由该绝缘层所决定。在穿隧绝缘体厚度之变化导致传导性的大变化因为绝缘体厚度在穿隧电流上具有一趋近指数的影响。写入此一内存胞元的程序系藉由一电流实现。为此目的，内存胞元系以此一方式构成，其具有两互相交叉的电导体，以下称为字符线以及位线。一层序列包含如上述磁性层以及穿隧介电层系在每一例子中被提供于导体之间的交叉点上。一电流流经两导体，且产生一磁场。这些场之一堆栈所造成的磁场作用于个别磁性层之上。如果磁场强度足够大，暴露于场中的磁性层系易受到磁化逆转。有一复数的可能性被考虑为估计内存胞元内容的读取方法。由于范例，其可能去执行胞元电阻之一直接估计且，如果适当，与一参考电阻例如另一胞元之一随后的比较。然而在此例中，上述变量在穿隧氧化物厚度中甚至相邻的胞元可导致参数波动的问题出现，其可比在磁阻电阻中被测量的差异在数量级为10-20％重要。如一可选择的，其亦可能使用直接开关读取的方法。在此例中，在电流测量以决定内存胞元电阻期间，后者被施以此一高数值使在胞元内容之一磁化反转，即一改编程序，系被执行。在此例中，如果电流强度由于一被改变的电阻而改变，在一胞元已知磁化状态的例子中，则在电流被连接之前的状态系为已知。相同的使用于没有改变呈现之处的例子。然而，高胞元电阻在一低电压的例子中在此例子中引起的缺点是电流中预定的改变位在千分之一的范围中，且系因此难以侦测。然而主要地，此读取方法系无帮助的，即，在电阻中一改变的例子，必须在读取操作之前重新建立内存胞元内容。一另外的可能性系被描述于DE199 47 114 A1。两个电压连续储存在一电容中，其数值依赖于一程序化或开关企图之前以及之后的内存胞元中的电阻。电压可能被专用的额外电阻以例如可使在一差动放大器中一比较为可能所限定。仅当一成功的程序化企图发生时，储存在电容中不同的电压系被获得。原则上，不管怎样，在此例中亦发生一缺点，那就是原始的内存内容必须再次写入由于破坏性的读取方法，且其时间以及能量必须扩张由于复杂的重新读入的步骤。再者，此解决方法具有的缺点是，虽然电流经由非选择的字符以及位线可导致寄生效应之一减少，但是胞元数组尺寸系不可避免地被其所限制。将上述先前技艺当作一偏差点，本专利技术的目的系基于提供具有磁阻内存胞元之一半导体内存以及用来操作史上述缺点可被避免的半导体内存的一种方法。特别是，意图使快速，精确且可靠的估计一内存胞元或一内存胞元数组在避免寄生效应时为可能。本专利技术的目的系藉由一半导体内存具有互相交叉的字符以及位线，其上配置磁阻内存胞元而被达成，其在每一例子中至少包含一第一磁性层具有一第一磁化轴，一绝缘层配置在其间，一第二磁性层具有一第二磁化轴，其特征在于第一磁性层系由硬铁磁材料形成，且第二磁性层系由软铁磁材料形成，以及第一以及第二磁化轴互相交叉当他们被投射到一字符以及位线横越的平面，且藉由一种用来操作半导体内存的方法来达成。本专利技术之更细微的分别系说明于附属申请专利范围中。磁阻内存胞元包含TMR组件(穿隧磁阻)或者GMR组件(巨大磁阻)或相似的内存组件，其系建造于内存胞元数组中字符以及位线的交叉点上，在每一例子中介于该线路之间。根据本专利技术，这些组件包含分隔的一硬磁性层以及一软磁性层，例如藉由一薄穿隧氧化物阻绝层作为一绝缘层。硬磁性铁磁层具有特性为具有一残留磁化，所谓的剩磁，当一外部提供的磁场关上时，即一磁的磁滞现象出现。软磁铁磁层系决定于窄磁滞曲线，即藉由仅一低剩磁以及一对应小的高压场强度。因此，根据本专利技术，其并不像是硬磁层作为一内存层，其可藉由提供一磁场例如电流流经字符以及/或位线被改变，而是作为一感应层用以读出储存在硬磁性层中的信息，即在该层中残留磁化的定位。一可能的低残留磁化在软磁性层中没有影响读出结果。因此，在一有利的方法中，因为外部干涉场造成之软磁性层磁化的改变具有实际上不重要性。磁性层具有单轴的非等向性，即在每一例子中简单磁化轴在目前磁化方向点沿着轴在一方向或在完全相反的方向。根据本专利技术，两层之两轴在位与字符线限定的一平面中交叉，那就是说-与传统例子相较-并不彼此平行配置。轴系较佳地互相垂直。软磁性层之磁化轴系以此方式定位使有关的磁化方向可被一电流流过例如字符线中引起之外部磁场影响。影响包含一在软磁层中磁化方向的偏角，即旋转，自稳定组态沿着磁化轴。磁化方向接着形成一角度具有简单或困难的磁化轴，其标出磁化之不稳定的组态。在本专利技术之一有利的变化中，因此，软磁性层之磁化轴系配置实质上平行于被连接的字符线。一斜角的配置系亦可能。仅一实质上磁化轴之垂直的配置关于字符线使其可能去偏转目前的磁化在一关于硬磁化轴的角度方向。逻辑上猜想的是本专利技术亦以一配置来作用，其中上述位线以及字符线系相互交换他们的作用方式。此例子系伴随包含于本专利技术。内存层之单轴非等向性系由在磁场中沉积/加热处理且/或以内存组件的形式来定义。特别是，一非铁磁如一所谓的引线层系不必须。本专利技术的效果系基于在内存组件中读出信息内容的期间一不同电阻之侦测依赖在硬磁层的磁化方向由于一电流强加于例如字符线中结果一磁场改变其直接地影响软磁性层之磁化方向。软磁性层之磁化方向系因此被侦测，为精确的在关于硬磁性层之磁化方向为一平行方向或在一非平行方向。组件的磁阻电阻，其可被藉由一电流或电压测量来决定，依照相关的定位而改变。在另一方面，本专利技术特别有利的变化，经由字符线所强加的电流系随时间变化，较佳地如一AC电流具有一正弦曲线的曲线图。后者产生一间隔的磁场平行于感应层之硬磁化方向。因此，软磁性层之磁化系从简单磁化方向与磁场同相偏转经由一角度其在一平行配置的软磁性层之磁化轴以及字符线中可能为至多90度。因为在硬磁化方向中的磁化改变系为线性且无磁滞现象，软磁性层之磁化与外部磁场系为同相。软磁性层之磁化相同地改变正弦地对于磁场振幅在饱和场强度(强制力，非等向场强度)之下，但是遭遇场振幅之过渡到饱和其超过此力(见第3图)，因此造成一直角的磁化曲线图。直角的讯号曲线亦可被藉由本专利技术来估计，但是被测量之电流或电压讯号的振幅不再可被增加超过此力之磁场振幅。必然地，磁阻RMR亦随着AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一半导体内存（２）具有互相交叉的字符（８）以及位线（９），在其上配置有磁阻内存胞元（１），其包含：至少一第一磁性层（１０）具有一第一磁化轴（３０），一绝缘层（１２）配置在其间，一第二磁性层（１１）具有一第二磁化轴（３１），其特征在于 －该第一磁性层（１０）系由硬铁磁材料形成，且－该第二磁性层（１１）系由软铁磁材料形成，以及－该第一（３０）以及该第二磁化轴（３１）互相交叉，如果他们被投射到一字符（８）以及位线（９）横越的平面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2001-10-9 10149737.71.一半导体内存(2)具有互相交叉的字符(8)以及位线(9)，在其上配置有磁阻内存胞元(1)，其包含至少一第一磁性层(10)具有一第一磁化轴(30)，一绝缘层(12)配置在其间，一第二磁性层(11)具有一第二磁化轴(31)，其特征在于-该第一磁性层(10)系由硬铁磁材料形成，且-该第二磁性层(11)系由软铁磁材料形成，以及-该第一(30)以及该第二磁化轴(31)互相交叉，如果他们被投射到一字符(8)以及位线(9)横越的平面。2.根据申请专利范围第1项所述之半导体内存(2)，其特征在于该磁阻阻抗系基于层材料的结合穿隧磁阻-TMR-效应。3.根据申请专利范围第1项所述之半导体内存，其特征在于该磁阻阻抗系基于层材料之结合巨大磁阻效应-GMR效应。4.根据申请专利范围第1项至第3项其中一项所述之半导体内存(2)，其特征在于该第二磁性层(11)之该第二磁化轴(31)系实质上配置为平行于一第一字符(8)或位线(9)。5.根据申请专利范围第4项所述之半导体内存，其特征在于该第一磁性层(10)之该第一磁化轴(30)系实质上配置成垂直于该第二磁化轴(31)。6.根据申请专利范围第1项至第5项其中一项所述之半导体内存(2)，其特征在于用来估算至少一的磁阻内存胞元(1)之信息内容之一电路装置，包含-一AC电源(50)，其系经由一字符线(8)被连接到该内存胞元(1)，-一电压测量装置(60)，用于电压的一测量，其系被连接到该字符线(8)且，经由一位线(9)，被连接到该内存胞元(1)，该内存胞元(1)系以该字符(8)以及该位线(9)之间的一磁阻阻抗被连接。7.根据申请专利范围第6项所述之半导体内存(2)，其特征在于-连接到该AC电源(50)之该字符线(8)系经由一额外的电阻被连接到一接地电位，且-该磁阻内存胞元之阻抗具有至少该额外的电阻之数量。8.根据申请专利范围第7项所述之半导体内存(2)，其特征在于-该字符线(8)具有一互相连接的电阻，-该额外的电阻之数值具有至少该互相连接的电阻的数值。9.根据申请专利范围第6项至第8项其中一项所述之半导体内存(2)，其特征在于该电压测量装置(60)包含一单元用以侦测一DC电压分量。10.根据申请专利范围第9项所述之半导体内存(2)，其特征在于该用来侦测一DC电压分量的单元包含至少一的组件选自一组包含低通过滤器，放大器，比较器，积分单元。11.根据申请专利范围第6项至第10项其中一项所述之半导体内存(2)，其特征在于该电压测量装置(60)包含一单元用于电压谐波之相选择测量。12.根据申请专利范围第1项至第5项其中一项所述之半导体内存(2)，其特征在于一电路配置用以估计至少一该磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：S施瓦尔兹，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]