操作ＭＲＡＭ半导体存储器排列的方法技术

在一种根据本发明专利技术操作ＭＲＡＭ半导体内存排列之方法，以进行读取所储存信息项目的目的，可逆磁性变更对该ＴＭＲ记忆胞元（ＴＭＲ１、ＴＭＲ２、…）进行及经动量改变做为结果的电流与原始读取信号比较。结果，该ＴＭＲ记忆胞元本身用做参考，即使在该ＴＭＲ记忆胞元中的信息未被破坏，亦即写回不必要被作动。本发明专利技术较佳为被施用于一种ＭＲＡＭ内存排列，其中许多ＴＭＲ记忆胞元（ＴＭＲ１、…、ＴＭＲ４）被平行连接于选择晶体管（ＴＲ１）及其中有未电连接至该记忆胞元的写入线路（ＷＬ１、ＷＬ２）。（*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】
本专利技术系关于操作具多数TMR记忆胞元的MRAM半导体内存排列之方法，在记忆胞元数组中，其在它们的端点的其中一个系连接至位线路及在它们的另一端系连接至字符线路。如已知，MRAM半导体内存排列为基于TMR效应的协助下的铁磁储存位于字符线路及位线路交叉点的是具包括软磁层、穿隧电阻层及硬磁层的层堆栈之TMR记忆胞元。一般，硬磁层的磁化方向被预先决定，然而软磁层的磁化方向由经由字符线路及位线路于特定方向传送电流而被调整。具有这些电流，软磁层可关于硬磁层于平行或反平行方式被磁化。在平行磁化的情况下，层堆栈的电阻较在反平行磁化的情况为低，其可被评估为逻辑状态”0”或”1”，或反之。做为替代方案，信息亦可被储存于硬磁层，软磁层用于读取，然而，在此情况下的缺点为增加的写入电流为必需的以切换硬磁层的磁化。目前为止，基本上彼此不同的两个架构被提出做为MRAM半导体内存排列在一般称的”交叉点”结构，个别TMR记忆胞元被直接排列于相互交叉的中间(其形成位及字符线路)连接间。在此交叉结构的情况下，没有任何半导体组件，及特别是没有任何晶体管是个别记忆胞元所必要的，故许多TMR记忆胞元的层可一个接着一个地被容易地堆栈，因而可达到MRAM的非常高的集成密度。然而，在此种”交叉点”结构的情况下，寄生电流无可避免地经由未被选择的记忆胞元而流动。所以，在大的记忆胞元数组中，个别TMR记忆胞元必须以非常高的电阻完成以使该寄生电流可被保持为低的。读取操作因个别TMR记忆胞元的高电阻而为相当缓慢的。在其它架构的情况下，切换或选择晶体管可额外被指定至每一个具上述层堆栈的个别TMR记忆胞元(在此方面参考M.Durlam”基于磁隧道接点组件的非挥发性RAM”)。相关第1标地及透视地显示自四个TMR记忆胞元TMR1、TMR2、TMR5、TMR6的区段，其被个别地被指定此种选择晶体管TR11、TR12、TR21、TR22。如所提及，每一个TMR记忆胞元包括一种硬磁层11、穿隧电阻层12及软磁层13的层堆栈，位线路BL1及BL2形成软磁层13上的中间连接及系直到连接至后者。信息或数字线路DL1以与位线路BL1、BL2交叉的方向被排列于硬磁层11的下方且连接于该层。选择晶体管TR11、TR12、TR21及TR22，其闸系连接于字符线路WL1及WL2，被耦合至每一个TMR记忆胞元。一种具TMR记忆胞元(其被连接至此种切换晶体管)的MRAM半导体内存排列特征为寄生电流实际上被排除。结果，即使在大的记忆胞元数组，记忆胞元可以较低电阻的TMR组件被提供。而且，读取方法被简化，由此得到较在”交叉点”结构情况下为快的存取。然而，具晶体管/TMR记忆胞元的结构具尺寸较交叉点结构更为相当大的缺点。此外，不可能执行TMR胞元平面的直接堆栈因晶体管及因而硅表面对记忆胞元数组的每一个记忆胞元为必需的。在早期专利申请案，本专利技术提出一种MRAM内存排列，其中”交叉点”结构的优点大大地与晶体管/TMR记忆胞元的优点合并。相关第2标地显示一种MRAM半导体内存排列，其合并交叉点结构及晶体管/TMR记忆胞元结构。在此情况下，包括许多TMR记忆胞元的每一个组被形成。组中的TMR记忆胞元TMR1、TMR2、TMR3及TMR4由它们的端点的其中一个皆共同地连接至位线路BL及由它们的另一端点的共同地连接至选择晶体管TR1，字符线路WL1系连接至该晶体管的闸极。在进一步TMR记忆胞元组中，同样地许多TMR记忆胞元，例如四个TMR记忆胞元TMR5、TMR6、TMR7及TMR8，由它们的端点的其中一个皆共同地连接至位线路BL及由它们的另一端点的共同地连接至第二选择晶体管TR2，第二字符线路WL2系连接至该晶体管的闸极终端。在第2图所示的MRAM半导体内存排列的情况下，晶体管TR1、TR2的空间要求由此仅一个切换或选择晶体管TR1、TR2至许多TMR记忆胞元，例如四个TMR记忆胞元，的指定而被显著减少且结果为此种MRAM半导体内存排列允许在记忆胞元数组的增加的紧密度。一般，在MRAM半导体内存排列的问题为TMR记忆胞元的电阻的分布之再现性会被不正确地进行或为不平衡的，因TMR记忆胞元的电阻非常敏感地(指数地)依载体厚度，亦即穿隧层厚度，而定。此使得非常困难完成一种快速的参考以进行读取信号的评估。基本上直到此时两种可能性已被讨论以解决此问题-一种外部参考(参考胞元或参考电流/电压源)被提供，为进行此，TMR摆动必须显著大于电阻波动。此方法对每晶体管具许多平行的TMR记忆胞元的内存排列(如上所述)为不可能的。-破坏读取TMR记忆胞元在于特定方向读取后会进行再写入及由此比较；接着写回必须被作动。在此情况下，记忆胞元本身用做参考，故在记忆胞元的电阻波动为不重要的。然而，此方法为耗时的及若读取方法未100可靠会导致信息变更。因写入必须被更经常性地被作动，可靠性问题会发生。所以，本专利技术目的为起始一种操作具多数TMR记忆胞元的MRAM半导体内存排列之方法，在记忆胞元数组中，其在它们的端点的其中一个系连接至位线路及在它们的另一端系连接至字符线路，以此种方式记忆胞元本身用做参考及在记忆胞元中的信息不会被破坏，亦即写回不必要被作动。此目的系根据申请专利范围达到。在根据本专利技术方法中，可逆磁性变更对TMR记忆胞元进行及一电流信号(其被产生做为结果)被与原始电流信号比较；结果，记忆胞元本身用做参考即使在记忆胞元中的信息未被破坏，亦即写回不必要被作动。根据本专利技术方法较佳为被施用于具写入线路的TMR记忆胞元形式(例如TMR记忆胞元加晶体管)。然而至纯交叉点结构的应用，亦即不具晶体管的TMR记忆胞元，亦为可行的。根据本专利技术方法可被特别有利地施用于上述的MRAM半导体内存排列，其中许多TMR记忆胞元平行地连接至选择晶体管(参考第2图)。本专利技术的两个示例具体实施例以参考图式中的图更详细说明于下文。详细而言，在图式中第1图示意地及透视地显示具指定至TMR胞元的选择晶体管的MRAM半导体内存排列的已叙述结构，及第2图显示具平行地连接至选择晶体管的许多TMR胞元的已叙述MRAM半导体内存排列的示意相当电路图。在根据本专利技术的第一示例具体实施例中，信息被储存于软磁层13(第1图)。在读取期间，对应于储存于TMR记忆胞元的信息之电流信号被初始地记录而无外部施用的磁场。之后，软磁层13由因在未连接的写入线路，如WL2，的电流脉冲所产生的场而经由相对于简易磁轴(easy magnetization axis)(简易磁轴(easy axis))约略45-60°旋转，且被改变做为结果的电流信号与先前记录的电流信号比较。若软磁层13的磁化系关于硬磁层11的磁化为平行的(例如对应于逻辑”0”)，则电阻增加；若软磁层13的磁化系关于硬磁层11的磁化为反平行的(对应于逻辑”1”)，则电阻减少。之后，因为磁性不均向性，磁化在对应于储存信息的原先方向反行。根据本专利技术的示例具体实施例因此使得储存于该胞元的信息可被读取而且此信息不会被破坏，胞元本身用做参考。与破坏读取相较，此方法的缺点为读取信号至多为三分之一大。在根据本专利技术的第二示例具体实施例中，信息被储存于硬磁层11，软磁层13被用做读取。藉由经由未电连接的写入线路(如WL2)的电流脉冲，软磁层被带入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作具多数ＴＭＲ记忆胞元（ＴＭＲ）的ＭＲＡＭ半导体内存排列之方法，在记忆胞元数组中，其在它们的端点的其中一个系连接至位线路（ＢＬ）及在它们的另一端系连接至字符线路（ＷＬ），　其特征在于在信息项目的读取期间，该ＴＭＲ记忆胞元（ＴＭＲ）藉由电流脉冲进行动量可逆磁性变更，该电流信号，其被变更做为结果，而与原始电流信号比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2001-4-11 10118196.51.一种操作具多数TMR记忆胞元(TMR)的MRAM半导体内存排列之方法，在记忆胞元数组中，其在它们的端点的其中一个系连接至位线路(BL)及在它们的另一端系连接至字符线路(WL)，其特征在于在信息项目的读取期间，该TMR记忆胞元(TMR)藉由电流脉冲进行动量可逆磁性变更，该电流信号，其被变更做为结果，而与原始电流信号比较。2.根据申请专利范围第1项的方法，其特征在于信息被储存于该TMR记忆胞元(TMR)的软磁层，在于，在读取期间，在该读取线路(BL)的电流信号被初始地侦测而无外部施用的磁场，在于之后，藉由经由该未电连接的写入线路(WL1、WL2)的电流脉冲，该软磁层(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：D戈格尔，T施洛塞，
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]