磁随机存取存储器及其读出方法、制造方法技术

一种磁随机存取存储器，包括： 利用磁阻效应存储数据的多段重叠的存储器单元； 与所述存储器单元的每一个的一端共同连接的读出选择开关；以及 与所述存储器单元相对应设置的在第一方向上延伸的位线； 其中：所述存储器单元的每一个的另一端都独立地与所述位线中的一个相连接，而所述位线在读出模式中互相电绝缘。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用磁阻效应存储“1”、“0”数据的磁随机存取存储器(MRAM)。
技术介绍
近年来，提出多种利用新原理存储数据的存储器，其中有一个是利用隧道磁阻(下面称其为TMR)效应存储数据的磁随机存取存储器。作为磁随机存取存储器的提案，比如，在Roy Scheuerlein等人的ISSCC2000 Technical Digest，第128页，“A 10ns Read and WriteNon-Voltaile Memory Array Using a magnetic Tunnel Junction andFET Switch in Each Cell”中已经有报道。磁随机存取存储器，利用TMR元件，存储“1”、“0”数据。TMR元件的基本构造是由2个磁性层(强磁性层)中间夹持一层绝缘层(隧道阻挡层)的构造。存储于TMR元件中的数据根据2个磁性层的磁化状态是平行的还是反平行的而判断。此处，所谓平行是指2个磁性层的磁化方向相同的意思，而所谓反平行是指2个磁性层的磁化方向相反的意思。通常，2个磁性层中的1个(固定层)上附加一个反强磁性层。反强磁性层是用来将固定层的磁化方向固定的构件。于是，实际上，是由2个磁性层中的另一个(自由层)的磁化方向决定存储于TMR元件中的数据(“1”或“0”)。元件的磁化状态平行的场合，构成该TMR元件的夹持在2个磁性层之间的绝缘层(隧道阻挡层)的隧道电阻最低。比如，以这一状态为“1”。另外，在TMR元件的磁化状态反平行的场合，构成该TMR元件的夹持在2个磁性层之间的绝缘层(隧道阻挡层)的隧道电阻最高。比如，以这一状态为“0”。下面，就磁随机存取存储器的单元阵列的构造，从存储器容量的大容量化、写/读操作的稳定化的观点对各种构造予以研究。比如，现在，公知的是由1个MOS晶体管和1个TMR元件(或MTJ(磁隧道结)元件)构成1个存储器单元的单元阵列构造。另外，为了实现读操作的稳定化，公知的还有在具有这种单元阵列构造的同时，利用2个存储器单元阵列存储1个位数据的磁随机存取存储器。不过，就这些磁随机存取存储器而言，难以获得存储器容量的增加。其原因在于在这些单元阵列构造中是1个TMR元件与1个MOS晶体管相对应。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种磁随机存取存储器，包括利用磁阻效应存储数据的多段重叠的多个存储器单元；与上述多个存储器单元的一端共同连接的读出选择开关；以及与上述多个存储器单元相对应设置的在第一方向上延伸的多个位线；上述多个存储器单元的每一个的另一端都独立地与上述多个位线中的一个相连接。根据本专利技术的一个方面，提供一种磁随机存取存储器的读出方法，上述磁随机存取存储器具有由利用磁阻效应存储数据的多个存储器单元组成的读块以及与上述多个存储器单元相对应设置的多个读出放大器该方法包括下列步骤使读出电流同时并且独立地流入上述多个存储器单元；利用上述多个读出放大器根据上述读出电流检测出上述多个存储器单元的数据；以及同时输出上述多个读出放大器的数据。根据本专利技术的一个方面，提供一种磁随机存取存储器的制造方法，包括下列步骤在半导体基板的表面区域上形成读出选择开关；在上述读出选择开关上形成在第一方向上延伸的第一写入字线；在上述第一写入字线的正上方形成第一MTJ元件；在上述第一MTJ元件的正上方形成与上述第一MTJ元件接触并在和上述第一方向交叉的第二方向上延伸的第一读出/写入位线；在上述第一写入字线的正上方形成在上述第一方向上延伸的第二写入字线；在上述第二写入字线的正上方形成第二MTJ元件；以及在上述第二MTJ元件的正上方形成与上述第二MTJ元件接触并在上述第二方向上延伸的第二读出/写入位线。附图说明图1为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例1的电路图。图2为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例1的电路图。图3为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例1的变形例的电路图。图4为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例1的剖面图。图5为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例1的剖面图。图6为示出构造例1的TMR元件及其附近的布局的平面图。图7为示出TMR元件的构造例的示图。图8为示出TMR元件的构造例的示图。图9为示出TMR元件的构造例的示图。图10为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例2的电路图。图11为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例2的剖面图。图12为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例2的剖面图。图13为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的电路图。图14为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的电路图。图15为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的变形例的电路图。图16为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的变形例的电路图。图17为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的剖面图。图18为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例3的剖面图。图19为示出构造例3的TMR元件及其附近的布局的平面图。图20为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例4的电路图。图21为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例4的剖面图。图22为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例4的剖面图。图23为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例4的电路图。图24为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例5的剖面图。图25为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例5的剖面图。图26为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例6的电路图。图27为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例6的剖面图。图28为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例6的剖面图。图29为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例7的电路图。图30为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例7的剖面图。图31为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例8的电路图。图32为关于本专利技术的磁随机存取存储器的构造例8的剖面图。图33为示出写入字线驱动器/消能器的电路例的示图。图34为示出写入位线驱动器/消能器的电路例的示图。图35为示出写入位线驱动器/消能器的电路例的示图。图36为示出读出字线驱动器的电路例的示图。图37为示出读出字线驱动器的电路例的示图。图38为示出列译码器的电路例的示图。图39为示出列译码器的电路例的示图。图40为示出读出电路的电路例的示图。图41为示出读出电路的电路例的示图。图42为示出读出放大器和偏置电路的电路例的示图。图43为示出读出放大器的电路例的示图。图44为示出基准电位生成电路的电路例的示图。图45为示出运算放大器的电路例的示图。图46为示出采用本专利技术的制造方法的器件构造的示图。图47为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图48为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图49为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的平面图。图50为沿着图49的L-L线的剖面图。图51为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图52为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图53为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图54为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图55为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图56为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的剖面图。图57为示出本专利技术的制造方法的一个步骤的平面图。图58为沿着图57的LVIII-LVIII线的剖面图。图59为示出本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁随机存取存储器，包括利用磁阻效应存储数据的多段重叠的存储器单元；与所述存储器单元的每一个的一端共同连接的读出选择开关；以及与所述存储器单元相对应设置的在第一方向上延伸的位线；其中所述存储器单元的每一个的另一端都独立地与所述位线中的一个相连接，而所述位线在读出模式中互相电绝缘。2.如权利要求1的存储器，其中所述读出选择开关配置于所述存储器单元的正下方。3.如权利要求1的存储器，其中还包括接触连接塞，每个接触连接塞都将所述存储器单元中的一个单元的一个端子连接到所述读出选择开关，并且所述接触连接塞互相重叠。4.如权利要求1的存储器，其中还包括在第一方向上延伸并且与所述读出选择开关相连接的源线。5.如权利要求4的存储器，其中还包括电源端子；以及连接到所述源线和所述电源端子中间的列选择开关。6.如权利要求4的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关的控制端子并在垂直于第一方向的第二方向上延伸的读出字线。7.如权利要求6的存储器，其中所述读出选择开关由行地址信号控制。8.如权利要求1的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关并在垂直于第一方向的第二方向上延伸的读出字线。9.如权利要求8的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关的控制端子并在第一方向上延伸的译码器线。10.如权利要求9的存储器，其中所述读出选择开关由列地址信号控制。11.如权利要求1的存储器，其构成包括读出电路；以及连接到所述位线和所述读出电路之间的列选择开关。12.如权利要求11的存储器，其中所述读出选择开关和所述列选择开关执行同样的操作。13.如权利要求11的存储器，其中，所述读出电路的构成包括相应于所述位线配置的读出放大器和相应于所述读出放大器配置的输出缓冲器。14.如权利要求11的存储器，其中，所述读出电路的构成包括相应于所述位线配置的读出放大器；输出所述读出放大器的一个数据的输出缓冲器；以及连接到所述读出放大器和所述输出缓冲器之间的选择器。15.如权利要求1的存储器，其中还包括连接到每一个所述位线的两端以便在相应于写入数据的方向上产生向着所述位线的写入电流的写入位线驱动器/吸收器。16.如权利要求1的存储器，其中所述位线用作读出位线和写入位线。17.如权利要求1的存储器，其中还包括与所述存储器单元相对应设置并在与第一方向垂直的第二方向上延伸的写入字线。18.如权利要求17的存储器，其中所述写入字线的每一个都配置于所述存储器单元的相应的一个存储器单元的一端。19.如权利要求1的存储器，其中还包括每一个都连接在所述储存器的相应的一个的另一端和所述位线的相应的一个之间的块选择开关。20.如权利要求19的存储器，其中所述块选择开关由行地址信号控制。21.如权利要求19的存储器，其中所述读出选择开关和所述块选择开关执行同样的操作。22.如权利要求1的存储器，其中所述存储器单元构成一个读块，并且所述存储器单元的数据同时读出。23.如权利要求1的存储器，其中所述存储器单元中的每一个都是由磁存储器单元形成的，其包含具有固定的磁化方向的钉扎层、磁化方向可根据写入数据改变的存储层、以及配置于所述钉扎层和所述存储层之间的隧道阻挡层。24.如权利要求23的存储器，其中所述磁存储器单元的易磁化轴的方向位于垂直于第一方向的第二方向上。25.如权利要求1的存储器，其中所述读出选择开关由MIS晶体管、MES晶体管、结晶体管、双极晶体管和二极管中的一个组成。26.一种磁随机存取存储器，包括利用磁阻效应存储数据的多段重叠的存储器单元；与所述存储器单元的每一个的一端共同连接的读出选择开关；以及与所述存储器单元相对应设置的在第一方向上延伸的位线；其中所述存储器单元的每一个的另一端都独立地与所述位线中的一个相连接，而所述存储器单元的存储数据是根据在所述位线中的电流的方向决定的。27.如权利要求26的存储器，其中所述读出选择开关配置于所述存储器单元的正下方。28.如权利要求26的存储器，其中还包括接触连接塞，每个接触连接塞都将所述存储器单元中的一个单元的一个端子连接到所述读出选择开关，并且所述接触连接塞互相重叠。29.如权利要求26的存储器，其中还包括在第一方向上延伸并且与所述读出选择开关相连接的源线。30.如权利要求29的存储器，其中还包括电源端子；以及连接到所述源线和所述电源端子中间的列选择开关。31.如权利要求29的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关的控制端子并在垂直于第一方向的第二方向上延伸的读出字线。32.如权利要求31的存储器，其中所述读出选择开关由行地址信号控制。33.如权利要求26的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关并在垂直于第一方向的第二方向上延伸的读出字线。34.如权利要求33的存储器，其中还包括连接到所述读出选择开关的控制端子并在第一方向上延伸的译码器线。35.如权利要求34的存储器，其中所述读出选择开关由列地址信号控制。36.如权利要求26的存储器，其中还包括读出电路；以及连接到所述位线和所述读出电路之间的列选择开关。37.如权利要求36的存储器，其中所述读出选择开关和所述列选择开关执行同样的操作。38.如权利要求36的存储器，其中，所述读出电路的构成包括相应于所述位线配置的读出放大器和相应于所述读出放大器配置的输出缓冲器。39.如权利要求36的存储器，其中，所述读出电路的构成包括相应于所述位线配置的读出放大器；输出所述读出放大器的一个数据的输出缓冲器；以及连接到所述读出放大器和所述输出缓冲器之间的选择器。40.如权利要求26的存储器，其中还包括连接到每一个所述位线的两端以便在相应于写入数据的方向上产生向着所述位线的写入电流的写入位线驱动器/吸收器。41.如权利要求26的...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩田佳久，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：