磁阻式存储单元结构及磁阻式随机存取存储器电路制造技术

一种磁阻式随机存取存储器电路，包括以下组件：磁阻式存储单元具有一固定磁轴层、一自由磁轴层，以及设置于固定磁轴层以及自由磁轴层之间的第一绝缘层，自由磁轴层具有最大截面以及易轴，且易轴方向大体与上述最大截面的方向垂直。位线是耦接自由磁轴层，数据线是耦接于固定磁轴层，具有一第一端点以及一第二端点。开关装置耦接于第一端点以及一接地点之间，并具有控制闸，字符线耦接于控制闸，用以提供信号以导通开关装置。编程线耦接于第二端点，用以提供编程电流，当开关装置导通时，编程电流流经数据线时所产生的磁场改变自由磁轴层的磁轴方向以改变磁阻式存储单元的导通状态。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是有关于一种磁阻式随机存取存储器，特别是有关于一种磁阻式存储单元结构及磁阻式随机存取存储器的编程电路。
技术介绍
磁阻式随机存取存储器(Magnetic Random Acces s Memory，以下简称为MRAM)是一种金属磁性材料，其抗辐射性比半导体材料要高出许多，属于非挥发性存储器(Non-volatile Random Access Memory)，和动态随机存取存储器(DRAM)或者静态随机存取存储器(SRAM)材料不同，当计算机断电、关机的时候，仍然可以保持存储性。MRAM属于非挥发性存储器，是以磁电阻特性储存记录信息，具有低耗能、非挥发、永久特性。其运作的基本原理与在硬盘上存储数据一样，数据以磁性的方向为依据，存储为0或1，所储存的数据具有永久性，直到被外界的磁场影响之后，才会改变这个磁性数据。图1A及图1B是显示MRAM单元的结构示意图。电流可垂直由一电磁层102透过绝缘层(tunnel junction)104流过(或穿过)另一电磁层106。自由磁轴层(free layer)102的磁轴方向是受到外部施加磁场的影响而变化，而固定磁轴层(pinned layer)106的磁轴方向固定，其磁轴方向分别如图1A及图1B的标号108A及108B所示。当自由磁轴层102与固定磁轴层106的磁轴方向为同一方向时(如图1A所示)，MRAM单元会有低电阻的情况，而当自由磁轴层102与固定磁轴层106为不同方向时，则MRAM单元便会有具有高电阻的特质。图2是显示外部磁场与MRAM单元切换条件的关系图。纵向磁场H1的方向约略与自由磁轴层102的磁轴方向平行，而横向磁场Ht的方向约略与自由磁轴层102的磁轴方向正交。在没有横向磁场Ht的情况下，而纵向磁场H1为H0时，将导致自由磁轴层102的磁轴方向切换。若有横向磁场Ht的存在，此时使自由磁轴层102的磁轴方向切换的临界值将降低，因此，施加较H0小的纵向磁场H1即可使MRAM单元切换其导通状态。如上所述，自由磁轴层102的磁轴方向决定了MRAM单元的导通状态(高电阻与低电阻)。在虚线所形成的区域A中，MRAM单元呈第一导通状态(以高阻抗为例)，而在区域A以外的部分，MRAM单元将受到磁场的影响而切换为另一导通状态(以低阻抗为例)。图3是显示自由磁轴层102的磁场方向示意图。当要将自由磁轴层102的磁轴向量M切换至另一方向时，受到以下的因素所影响。若外加磁场Hext超过一临界磁场时，将导致自由磁轴层102的磁轴向量M偏转。首先分析磁轴向量M于X方向与Y方向的分量。磁轴向量M于X方向的分量为HDx＝Mxt/L＝Mt/Lcosθ磁轴向量M于Y方向的分量为HDy＝Myt/W＝Mt/Wcosθ其中t为自由磁轴层102的厚度，L为自由磁轴层102较长边的长度，W为自由磁轴层102较短边的长度，θ为磁轴向量M与自由磁轴层102较长边的夹角。决定上述临界磁场大小的因素除了偏转自由磁轴层102的磁轴向量M所需的磁场外，尚包括磁轴M于自由磁轴层102两端所感应出的感应磁场(以“+”，“-”符号表示)，上述感应磁场是发生于自由磁轴层102的两端，其抑制磁轴M偏转，意即使得磁轴向量M产生抵抗受外加磁场Hext偏转的力量。自由磁轴层102于纵轴(X)方向所产生的感应电场为Mt/W，而于横轴(Y)方向所产生的感应电场为Mt/L。另外，临界磁场的大小还受到由磁轴层102本身材料的易轴(easy axis)方向所影响，易轴向量为HK，其形成原因是于半导体制程中受到外界环境的磁场感应而产生。在供应相同外加磁场Hext的情况下，当易轴方向的方向为Y方向时，此时磁轴向量M与自由磁轴层102较长边的夹角为θ，而当易轴方向的方向为X方向时，此时磁轴向量M与自由磁轴层102较长边的夹角为θβ。tanθ-(Hext+HK+Mt/L)/(Mt/W)tanθβ-(Hext+Mt/L)/(Mt/w+HK)由上可知，在相同外加磁场Hext的情况下，tanθ＞tanθβ。可见当易轴向量HK为平行自由磁轴层102较短边的方向时，磁轴向量M较容易偏转。亦即，能够被较小的外加磁场改变方向。在对MRAM单元写入数据时，各MRAM单元的自旋反转磁场是由外部电流所产生的，经由此动作则只有被选择的MRAM单元的磁轴会进行反转，而得以顺利进行记录的动作。若自旋反转所需的外加磁场越小，则可减少电流量，继而达到节省电力的效果。然而，由于自由电磁层(free layer)内部磁场的缘故，其易轴方是通常是平行于较长之处而增加切换磁轴方向的困难。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本技术主要目的在于提供一种磁阻式存储单元结构及磁阻式随机存取存储器电路，磁阻式存储单元的自由电磁层(free layer)的易轴方向是沿着较窄截面的方向延伸，若自由电磁层为矩形，则自由电磁层的易轴方向是与较短边平行。如此一来，即可降低切换自由电磁层整体磁轴方向所需的外加磁场，并减少编程时所需的编程电流。为获致上述的目的，本技术提出一种磁阻式存储单元结构，包括第一电磁层、第二电磁层以及绝缘层。第一电磁层具有固定方向的第一电磁轴，第二电磁层具有可改变方向的第二电磁轴、最大截面以及易轴，而易轴方向大体与最大截面的方向垂直，绝缘层是设置于第一电磁层以及第二电磁层之间。再者，本技术提出一种磁阻式随机存取存储器电路，包括以下组件。磁阻式存储单元且有一固定磁轴层、一自由磁轴层，以及设置于固定磁轴层以及自由磁轴层之间的第一绝缘层，自由磁轴层具有最大截面以及易轴，且易轴方向大体与上述最大截面的方向垂直。位线是耦接自由磁轴层。数据电极是耦接于固定磁轴层。编程线用以提供编程电流。第二绝缘层是设置于数据电极以及编程线之间，编程电流以及流经位线的电流所产生的磁场改变自由磁轴层的磁轴方向，使得磁阻式存储单元的导通状态改变。再者，本技术提出一种磁阻式随机存取存储器电路，包括以下组件。磁阻式存储单元具有一固定磁轴层、一自由磁轴层，以及设置于固定磁轴层以及自由磁轴层之间的第一绝缘层，自由磁轴层具有最大截面以及易轴，且易轴方向大体与上述最大截面的方向垂直。位线是耦接自由磁轴层，数据线是耦接于固定磁轴层，具有一第一端点以及一第二端点。开关装置耦接于第一端点以及一接地点之间，并具有控制闸，字符线耦接于控制闸，用以提供信号以导通开关装置。编程线耦接于第二端点，用以提供编程电流，当开关装置导通时，编程电流流经数据线时所产生的磁场改变自由磁轴层的磁轴方向以改变磁阻式存储单元的导通状态。附图说明为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下 图1A及图1B是显示磁阻式存储单元的详细结构图。图2是显示外部磁场与磁阻式存储单元切换条件的关系图。图3是显示自由磁轴层102的磁场方向示意图。图4是显示晶片及其组件的俯视示意图。图5是显示根据本技术第一实施例所述的磁阻式随机存取存储器电路的架构图。图6是显示根据本技术第二实施例所述的磁阻式随机存取存储器(MRAM)电路的架构图。符号说明102～自由磁轴层、电磁层104～绝缘层106～固定磁轴层、电磁层108A、108B～标号40～晶片42～箭号43A、43本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻式存储单元结构，其特征在于包括：　　　　一第一电磁层，具有固定方向的第一电磁轴；　　　　一第二电磁层，具有可改变方向的第二电磁轴、一最大截面以及一易轴，其中上述易轴方向与上述最大截面的方向垂直；以及　　　　一绝缘层，设置于上述第一电磁层以及第二电磁层之间。

【技术特征摘要】
1.一种磁阻式存储单元结构，其特征在于包括一第一电磁层，具有固定方向的第一电磁轴；一第二电磁层，具有可改变方向的第二电磁轴、一最大截面以及一易轴，其中上述易轴方向与上述最大截面的方向垂直；以及一绝缘层，设置于上述第一电磁层以及第二电磁层之间。2.一种磁阻式随机存取存储器电路，其特征在于包括一磁阻式存储单元，具有一固定磁轴层、一自由磁轴层以及设置于上述固定磁轴层以及自由磁轴层之间的第一绝缘层，其中上述自由磁轴层具有一最大截面以及一易轴，且上述易轴方向与上述最大截面的方向垂直；一位线，以一既定方向配置，用以耦接上述自由磁轴层；一数据电极，耦接于上述固定磁轴层；一编程线，用以提供一编程电流；以及一第二绝缘层，设置于上述数据电极以及编程线之间，其中，上述编程电流以及流经上述位线的电流所产生的磁场改变上述自由磁轴层的磁轴方向，使得上述磁阻式存储单元的导通状态改变。3.根据权利要求2所述的磁阻式随机存取存储器电路，其特征在于上述磁阻式存储单元为矩形。4.根据权利要求3所述的磁阻式随机存取存储器电路，其特征在于上述易轴方向平行于上述矩形的较短边。5.一种磁阻式随机存取存储器电路，其特征在于包括一磁阻式存储单元，具有一固定磁轴层、一自由磁轴层，以及设置于上述固定磁轴层以及自由磁轴层之间的绝缘层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓端理，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]