包含具有磁隧道结的存储单元的薄膜磁性体存储装置制造方法及图纸

存储器阵列（１０），被划分ｍ行×ｎ列的多个存储单元块（５０）。写入数字线（ＷＤＬ），对各个存储单元块以独立的方式按每个存储单元行进行划分。各写入数字线（ＷＤＬ），根据通过与写入数字线（ＷＤＬ）分级配置并由在行方向相邻的多个子块共用的主字线（ＭＷＬ）及段译码线（ＳＧＤＬ）传送的信息有选择地激活。由于行方向的数据写入电流只流过与选择存储单元块对应的写入数字线（ＷＤＬ），所以能够防止发生对非选择存储单元的数据误写入。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜磁性体存储装置，更为特定地是涉及包含具有磁隧道结(MTJMagnetic Tunnel Junction)的存储单元的随机存取存储器。
技术介绍
作为能以低耗电量进行非易失数据存储的存储装置，MRAM(Magnetic Random Access Memory磁随机存取存储器)装置日益引人注目。MRAM装置，是利用在半导体集成电路上形成的多个薄膜磁性体进行非易失的数据存储并可以对各薄膜磁性体进行随机存取的存储装置。特别是，近年来的报道表明，通过将采用了磁隧道结(MTJMagnetic Tunnel Junction)的薄膜磁性体用作存储单元，使MRAM装置的性能取得了飞跃的改进。在许多技术文献中公开了包含具有磁隧道结的存储单元的MRAM装置，例如，“A10ns Read and WriteNon-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction andFET Switch in each Cell(一种在各单元中采用磁隧道结及FET开关的10ns读写非易失性存储器阵列)”ISSCC Digest of TechnicalPapers TA7.2 Feb.2000.及“Nonvolatile RAM based on MagneticTunnel Junction elements(一种基于磁隧道结元件的非易失性RAM)”ISSCC Digest of Technical Papers TA7.3 Feb.2000.等。图21是表示具有磁隧道结的存储单元(以下，也简称为「MTJ存储单元」)的结构的简图。参照图21，MTJ存储单元MC，包含电阻随以磁性方式写入的存储数据的数据电平而变化的磁隧道结MTJ、及存取晶体管ATR。存取晶体管ATR，在读出位线RBL和写入位线WBL之间，与磁隧道结MTJ串联连接。作为存取晶体管ATR，通常采用场效应型晶体管。对MTJ存储单元，配置当写入数据时用于使数据写入电流流过的写入位线WBL及写入数字线WDL、用于指示数据读出的字线WL、当读出数据时用于读出存储数据的读出位线RBL。图22是在半导体基板上制作的MTJ存储单元的结构图。参照图22，在半导体基板SUB上形成存取晶体管ATR。存取晶体管ATR，具有作为n型区域的源/漏区110和120、及栅极130。源/漏区110，通过在接触孔内形成的金属膜140与读出位线RBL电气连接。写入数字线WDL，在读出位线RBL的上层的金属配线层上形成。磁隧道结MTJ，配置在写入数字线WDL的上层。磁隧道结MTJ，通过在接触孔内形成的金属膜140、金属配线层及势垒金属150与存取晶体管ATR的源/漏区120电气连接。势垒金属150，是为使磁隧道结MTJ与金属配线之间电气连接而设置的缓冲材料。磁隧道结MTJ，包括具有被固定了的磁化方向的磁性体层(以下，也简称为固定磁化层)FL、在与由数据写入电流产生的数据写入磁场对应的方向上磁化的磁性体层(以下，也简称为自由磁化层)VL。在固定磁化层FL及自由磁化层VL之间，配置由绝缘体膜形成的隧道势垒层(隧道膜)TB。自由磁化层VL，根据所写入的存储数据的电平，磁化为与固定磁化层FL相同的方向或相反的方向。磁隧道结MTJ的电阻，随固定磁化层FL与自由磁化层VL之间的磁化方向的相互关系而变化。具体地说，当固定磁化层FL与自由磁化层VL之间的磁化方向一致时，与两者的磁化方向相反时相比，电阻较小。写入位线WBL，与磁隧道结MTJ电气连接，并设在磁隧道结MTJ的上层。如后文所详述的，当写入数据时，必需使写入位线WBL及写入数字线WDL两者都流过数据写入电流。另一方面，当读出数据时，通过将字线WL激活为高电压状态，使存取晶体管ATR导通，并将磁隧道结MTJ以电气方式连接在读出位线RBL与写入位线WBL之间。用于使数据写入电流流过的写入位线WBL和写入数字线WDL及用于使读出电流(数据读出电流)流过的读出位线RBL，由金属配线层形成。另一方面，字线WL，是为控制存取晶体管ATR的栅极电压而设置的，因而不需要通过激活而流过电流。因此，从提高集成度的观点考虑，字线WL，可以用多晶硅层或ホリサイド层等与栅极130在同一配线层上形成，而无需设置新的独立的金属配线层。图23是说明对MTJ存储单元的数据写入动作的概念图。参照图23，当写入数据时，使字线WL变为非激活状态，并使存取晶体管ATR截止。在这种状态下，用于使自由磁化层VL磁化为与写入数据的电平对应的方向的数据写入电流，分别流过写入位线WBL及写入数字线WDL。自由磁化层VL的磁化方向，由分别流过写入位线WBL及写入数字线WDL的数据写入电流的方向决定。图24是说明数据写入电流的方向与自由磁化层的磁化方向的关系的概念图。参照图24，用横轴示出的磁场Hx，表示由流过写入数字线WDL的数据写入电流产生的磁场H(WDL)。另一方面，由纵轴示出的磁场Hy，表示由流过写入位线WBL的数据写入电流产生的磁场H(WBL)。自由磁化层VL的磁化方向，仅当所施加的磁场H(WDL)与H(WBL)之和到达图中示出的星形特性线的外侧区域时才能更新。即，为执行数据写入，必须使写入数字线WDL及写入位线WBL双方都流过足以产生超过规定强度的磁场的数据写入电流。另一方面，在施加了相当于星形特性线的内侧区域的磁场的情况下，自由磁化层VL的磁化方向不变。即，仅在写入数字线WDL及写入位线WBL中的一方流过规定的数据写入电流时，不执行数据写入。一旦写入MTJ存储单元后的磁化方向、即存储数据电平，在执行新的数据写入之前的时间里以非易失的方式保持。图25是说明对MTJ存储单元的读出动作的概念图。参照图25，当读出数据时，存取晶体管ATR，响应字线WL的激活而导通。因此，磁隧道结MTJ，将写入位线WBL与读出位线RBL之间电气连接。进一步，通过使读出电流Is流过包含磁隧道结MTJ及读出位线RBL的电流路径，可以在读出位线RBL上产生与磁隧道结MTJ的电阻对应的、即与MTJ存储单元的存储数据电平对应的电压变化。因此，例如，如将读出位线RBL预先充电到规定电压后再开始将字线WL激活，则通过检测读出位线RBL的电压即可读出MTJ存储单元的存储数据。另外，当进行数据读出动作时，虽然也使磁隧道结MTJ流过读出电流Is，但一般将读出电流Is设定为比上述数据写入电流的位数小1～2位左右。因此，读出数据时由读出电流Is的影响而错误地改写MTJ存储单元的存储数据的可能性很小。一般地说，在将多个MTJ存储单元按行列状配置的MRAM装置中，与存储单元行对应地配置写入数字线WDL及字线WL，与存储单元列对应地配置写入位线WBL及读出位线RBL。因此，必需与各存储单元行对应地配置写入数据时使用的写入数字线WDL及读出数据时使用的字线WL的两种配线。按照这种结构，将使与行选择动作有关的电路的面积增大。另外，如上所述，对于作为数据写入对象的选择存储单元，必须使写入位线WBL及写入数字线WDL双方都流过数据写入电流。因此，对属于与选择存储单元相同的存储单元行或存储单元列的非选择存储单元，在写入数字线WDL及写入位线WBL的任何一方，都要流过数据写入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜磁性体存储装置，备有：存储器阵列，包含按行列状配置的多个存储单元，各上述存储单元，具有根据由第１和第２数据写入电流以磁性方式写入的存储数据改变的电阻；多条写入数字线，分别与存储单元行对应设置，并在激活时分别用于使上述第１数据写入电流沿行方向流过；多条写入位线，分别与存储单元列对应设置，并在激活时用于使上述第２数据写入电流沿列方向流过；多条字线，分别与存储单元行对应设置，并用于将包含被选定为数据读出对象的选择存储单元的选择行激活；行选择部，用于执行上述存储器阵列中的行选择，上述行选择部，包含用于对行地址进行译码的行译码电路、与各字线对应设置并当读出数据时用于根据对应的存储单元行的译码结果将对应的字线激活的字线选择电路、与各上述写入数字线对应设置并当写入数据时用于根据上述对应的存储单元行的上述译码结果将对应的写入数字线激活的写入数字线选择电路。

【技术特征摘要】
JP 2001-9-4 267778/011.一种薄膜磁性体存储装置，备有存储器阵列，包含按行列状配置的多个存储单元，各上述存储单元，具有根据由第1和第2数据写入电流以磁性方式写入的存储数据改变的电阻；多条写入数字线，分别与存储单元行对应设置，并在激活时分别用于使上述第1数据写入电流沿行方向流过；多条写入位线，分别与存储单元列对应设置，并在激活时用于使上述第2数据写入电流沿列方向流过；多条字线，分别与存储单元行对应设置，并用于将包含被选定为数据读出对象的选择存储单元的选择行激活；行选择部，用于执行上述存储器阵列中的行选择，上述行选择部，包含用于对行地址进行译码的行译码电路、与各字线对应设置并当读出数据时用于根据对应的存储单元行的译码结果将对应的字线激活的字线选择电路、与各上述写入数字线对应设置并当写入数据时用于根据上述对应的存储单元行的上述译码结果将对应的写入数字线激活的写入数字线选择电路。2.根据权利要求1所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于对各上述存储单元行，各上述字线选择电路及各上述写入数字线选择电路，按每1行交替地配置在与各上述字线及各上述写入数字线的一端对应的第1区域或与各上述字线及各上述写入数字线的另一端对应的第2区域。3.根据权利要求1所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于还备有按每L个(L2以上的自然数)存储单元行配置并有选择地根据上述行地址激活的主字线、传送用于根据上述行地址选择与1条上述主字线相对应的L个存储单元行中的1行的信号的选择线、按对应的每1条字线及写入数字线设置并用于根据对应的主字线和上述选择线向对应的字线及写入数字线传送上述译码结果的子字驱动器。4.一种薄膜磁性体存储装置，备有存储器阵列，包含各自具有根据由第1和第2数据写入电流以磁性方式写入的存储数据改变的电阻且按行列状配置的多个存储单元，并沿行方向划分为多个存储块；多条写入数字线，分别与存储单元行对应设置，并在激活时分别用于使上述第1数据写入电流流过包含被选定为数据读出对象的选择存储单元的选择行；主写入位线，按每L个(L2以上的自然数)存储单元行配置并在激活时用于使上述第2数据写入电流流过；多条副写入位线，在各上述存储块中分别与存储单元列对应设置，各上述副写入位线，配置在离对应的存储单元比对应的主写入位线更近的位置；连接控制部，在各上述存储块中分别与上述主写入位线对应设置，并用于控制对应的主写入位线与L条副写入位线之间的连接，上述连接控制部，在包含着上述选择存储单元的存储块中，将与上述选择存储单元对应的选择副写入位线与对应的上述主写入位线连接，同时将其他的各副写入位线与对应的主写入位线电气切断。5.根据权利要求4所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于还备有分别与各上述主写入位线的一端及另一端对应设置的第1和第2写入位线驱动器，上述第1和第2写入位线驱动器，当对应的主写入位线与上述选择存储单元对应时，根据写入数据的电平将上述一端及上述另一端各与第1和第2电压中的一方连接。6.根据权利要求5所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于上述第1写入位线驱动器，具有设置在上述第1电压与上述对应的主写入位线的一端之间的第1激励晶体管、设置在上述第2电压与上述一端之间的第2激励晶体管、根据用于选择上述对应的主写入位线的信号及上述输入数据控制上述第1和第2激励晶体管的栅极电压的第1逻辑门，上述第2激励晶体管，具有设置在上述第1电压与上述主写入位线的另一端之间的第3激励晶体管、设置在上述第2电压与上述另一端之间的第4激励晶体管、根据用于选择上述对应的主写入位线的信号及上述输入数据的反相信号控制上述第3和第4激励晶体管的栅极电压的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石司，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]