具有低写入电流的磁性随机存取内存制造技术

本发明专利技术涉及一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是以磁性接面组件为存储核心的磁性存储单元，在磁性接面组件单元的两侧放置能流通电流的金属柱，所组成的磁性随机存取内存的改良型结构。利用磁性接面组件附近或缠绕的金属柱感应所增加的总磁场，使磁性接面组件单元处的磁场强度有明显增强，以达到本发明专利技术具有低写入电流的磁性随机存取内存的目的与功效，进而使磁性随机存取内存功率消耗降低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具有低写入电流的磁性随机存取内存，是以磁性接面组件为存储核心的单元，提出在磁性存储单元(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的两侧放置能流通电流的金属柱，而组成的磁性随机存取内存(Magnetic RandomAccess Memory，MRAM)的改良型结构。目前现有技术MRAM开发的重点之一即在如何让写入线所感应的磁力线能有效聚集在单元之上。如图2现有技术的磁性随机存取内存电路剖面示意图(US patent5940319)所示，其中利用沉积法形成的介电层21覆盖住磁性存储单元15，之后再利用蚀刻法，向上产生栓塞信道第一导线25a连接至字节线13，向下产生第二导线25b连接至电流控制组件23，之后在字节线13与写入线11外侧包覆一层高透磁率(permeability)材料200，以避免漏磁的产生，其主要目的是希望磁性存储单元15上的磁场增强，相对就可以输入较低的写入电流，以达到到省电的目的。除上述的方法以外，利用缩小写入线11与磁性存储单元15的距离也有一定的功效。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术公开了一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是设计能够组合成磁性随机存取内存数组(MRAM Array)的磁性接面组件(MTJ)，提出在磁性接面组件两侧放置能流通电流的金属柱，其金属柱产生累加的磁场强度能降低写入磁性接面组件的电流，以降低磁性随机存取存储体操作时的耗损功率。其中所放置的金属柱是利用光罩布局的修改，使之在制造时伴随信道(Via)蚀刻步骤开孔并填入金属而形成栓塞(Plug)，再利用金属柱的连接，以达到流通电流的目的。另外，利用此概念，将至少一圈的导电金属缠绕在磁性接面组件单元邻近，利用这附近或缠绕的金属柱感应所增加的总磁场，使磁性接面组件单元处的磁场强度有明显增强，以达到本专利技术具有低写入电流的磁性随机存取内存的目的与功效，进而使磁性随机存取内存功率消耗降低。具体地讲，本专利技术公开了一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是由多个磁性存储单元组合而成，所述磁性存储单元包括一写入线，提供所述磁性存储单元写入电流信道；一字节线(bit line)，提供所述磁性存储单元读出及写入电流信道；一磁性存储单元，是所述磁性随机存取内存中的磁性材料，可通过改变磁化方向以更改所述磁性存储单元数据状态；一中间金属柱，连接所述磁性存储单元与所述字节线；多个侧边金属柱，连接所述写入线，可利用通过电流增加所述磁性存储单元所感应的磁场。所述磁性存储单元利用连接一电流控制组件达到读出信号的目的。所述磁性存储单元为一种子层与一磁性接面组件所组成，所述磁性接面组件为其存储核心。所述中间金属柱与所述侧边金属柱是利用双镶嵌制作过程，填入金属栓塞而形成的。所述中间金属柱与所述侧边金属柱与所述字节线与所述磁性接面组件接触的制作过程同时产生。所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，通过多条写入线和与之垂直的多条字节线交互连结组合多个所述磁性存储单元而形成所述磁性随机存取内存。所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，通过增加光罩与制作过程方式，增加所述磁性存储单元附近所述多个侧边金属柱的数量。所述写入线包括一上层写入线与一下层写入线。所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，环绕所述磁性存储单元的多条写入线、所述多条上层写入线与所述多个侧边金属柱连接，借此增加环绕所述磁性存储单元的电流，更增加其感应磁场强度。本专利技术还公开了一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是由一磁性存储单元组成，所述磁性存储单元包括多个侧边金属柱，提供所述磁性存储单元电流信道；一磁性存储单元，为所述磁性随机存取内存中的磁性材料，可通过改变磁化方向以更改所述磁性存储单元数据状态。所述磁性存储单元包括有一种子层与一磁性接面组件，所述磁性接面组件为其存储核心。有关本专利技术的详细内容及技术，配合附图说明如下。200--高透磁率材料；41--绝缘层；42a--中间金属柱；42b--侧边金属柱；43a--下层写入线；43b--上层写入线；45--种子层；47--磁性接面组件；400--磁性存储单元；81a--第一上层写入线；81b--第二上层写入线；81c--第三上层写入线；83a--第一下层写入线；83b--第二下层写入线；85a--第一侧边金属柱；85b--第二侧边金属柱；85c--第三侧边金属柱；85d--第四侧边金属柱。请参阅图5本专利技术实施例磁性存储单元剖面示意图。此示意图可对照图3现有技术的磁性存储单元剖面示意图，一写入电流写入线11由左至右通过；又如图5本专利技术实施例所示，则一写入电流由上层写入线43b经过，由上至下通过侧边金属柱42b，再由左至右经过下层写入线43a，再由下至上通过侧边金属柱42b到达上层写入线43b，如此环绕一磁性存储单元15，依照必欧沙法定律(Biot-Savart Law)，并以右手定则判断感应磁场方向，环绕中间的磁性存储单元15的三个方向的电流可造成此三个同方向感应磁场，也因为借此感应磁场改变了磁性存储单元15的磁性状态，进而改变其中资料型态，达到其存储功能，并借此加大磁场效应达到低写入电流的目的，也是本专利技术具有低写入电流的磁性随机存取内存的重要目的。依照必欧沙法定律，如图5磁性存储单元剖面图所示，本专利技术可进一步通过缩短侧边金属柱42b与磁性存储单元15的间距，而达到增强磁场的目的，如此也使磁性随机存取内存(MRAM)整体缩小。请参阅图6本专利技术实施例的磁性存储单元组合示意图。将上述图4所示的磁性存储单元400加以组合，利用上层写入线43b与另一磁性存储单元400的上层写入线43b相连接，另一侧方向为字节线13与另一磁性存储单元400的字节线13交互连接，如此即可为一扩充性的磁性内存(MRAM)。本图显示为四个磁性存储单元400所组成，实际应用上不以此为限。本专利技术另一实施例请参照图7金属柱与磁性存储单元示意图，在一由种子层45与磁性接面组件47所组成的磁性存储单元15侧边，设置一侧边金属柱42b，而当此侧边金属柱42b通过一写入电流，如图中所示的向下垂直虚线，依照必欧沙法定律，在此磁性存储单元15上产生一感应磁场，其磁力线为图中所示环绕此侧边金属柱42b的虚线，因为此感应磁场造成此磁性存储单元15的磁性状态改变，因而改变其数据状态，此为本专利技术磁性存储单元实施例。本专利技术又一实施例请参照图8磁性存储单元导线多重环绕示意图。将上述图4所示的磁性存储单元400加以扩张，通过其流通电流的金属导线与多加光罩形成的金属柱以不失结构的方式环绕磁性存储单元15形成另一磁性存储单元。其中的一电流流向详述如下，实际操作并不以此为限请依附图中的虚线方向所示，一电流由第一上层写入线81a一端到另一端接着第一侧边金属柱85a，其另一端再沿第一下层写入线83a至第二侧边金属柱85b，再走第二上层写入线81b向下经第三侧边金属柱85c到第二下层写入线83b，在接着第四侧边金属柱85d的一端，沿第四侧边金属柱85d到第三上层写入线81c。如此由多个写入线与金属柱环绕于磁性存储单元15，能有效增加此磁性存储单元15所受的感应磁场，并借此降低所需的写入电流。以达到本专利技术具有低写入电流的磁性随机存取内存目的与功效。以上为本专利技术具有低写入电流的磁性随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是由多个磁性存储单元组合而成，其特征在于，所述磁性存储单元包括： 一写入线，提供所述磁性存储单元写入电流信道； 一字节线，提供所述磁性存储单元读出及写入电流信道； 一磁性存储单元，是所述磁性随机存取内存中的磁性材料，可通过改变磁化方向以更改所述磁性存储单元数据状态； 一中间金属柱，连接所述磁性存储单元与所述字节线； 多个侧边金属柱，连接所述写入线，可利用通过电流增加所述磁性存储单元所感应的磁场。

【技术特征摘要】
1.一种具有低写入电流的磁性随机存取内存，是由多个磁性存储单元组合而成，其特征在于，所述磁性存储单元包括一写入线，提供所述磁性存储单元写入电流信道；一字节线，提供所述磁性存储单元读出及写入电流信道；一磁性存储单元，是所述磁性随机存取内存中的磁性材料，可通过改变磁化方向以更改所述磁性存储单元数据状态；一中间金属柱，连接所述磁性存储单元与所述字节线；多个侧边金属柱，连接所述写入线，可利用通过电流增加所述磁性存储单元所感应的磁场。所述磁性存储单元利用连接一电流控制组件达到读出信号的目的。2.如权利要求1所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，其特征在于，所述磁性存储单元为一种子层与一磁性接面组件所组成，所述磁性接面组件为其存储核心。3.如权利要求1所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，其特征在于，所述中间金属柱与所述侧边金属柱是利用双镶嵌制作过程，填入金属栓塞而形成。4.如权利要求3所述的具有低写入电流的磁性随机存取内存，其特征在于，所述中间金属柱与所述侧边金属柱与所述字节线与所述磁性接面组件接触的制作过程同时产生。5.如权利要求1所述的具有低写入电流的磁性随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪建中，高明哲，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]