包括单字线晶体管的磁性存储元件的系统及其读取和编程方法技术方案

一种包括有磁性金属层以及邻近于此磁性金属层的磁感测设备的ＭＲＡＭ单元。此磁性金属层的一端连接至字线晶体管，且其中包括一个二极管并用于使此磁感测设备连接至位线。此磁性金属层可用于编程并读取此单元，而排除此单元中对第二电流线的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及作为计算机主储存器的存储元件，并特别涉及使用磁性存储元件作为单独存储单元的存储阵列。
技术介绍
作为计算机主存储器的存储单元的理想特征为高速、低耗电、非易失性、以及低成本。低成本以简单制造过程与小表面积而实现。动态随机存取存储单元(Dynamic random access memory)非常快速并消耗少量能源，但每秒必须更新许多次，且需要复杂的结构以在每一存储单元中加入电容。闪速电可擦除/编程只读存储器(EEPROM)存储单元为非易失性、具有低感测能量、且可建构为单一设备，但需要数微秒以写入以及数毫秒以擦除，使其由于速度太慢而无法应用于许多领域，特别是做为计算机主存储器。传统的半导体存储单元如动态随机存取内存(DRAM)、只读存储器(ROM)、以及电可擦除/编程只读存储器(EEPROM)等，于其存储单元的水平平面形成有电流，因此其所占用的总面积为基本存储单元区域加上作为电接触区域的面积总和，因此无法达到理论最小存储单元区域。与动态随机存取内存(DRAM)不同的是，利用铁磁性区域的磁化方向以储存信息的磁性存储单元，可以长时间保存所储存信息，因此为非易失性的。数种利用磁性状态以改变其铁磁性区域附近的材料的电阻值的存储单元，总称为磁阻性(MR)存储单元。由多个磁性存储单元所组成的阵列通常称为磁性随机存取内存(RAM)或是MRAM。为了商业的实用性，MRAM必须有下列性质与目前内存技术相当的存储密度、可因应未来时代的微缩化、在低电压下操作、低耗能、以及具竞争性的读/写速度。对于MRAM装置而言，非易失存储状态的稳定性、读/写循环的可重复性、以及在存储元素与元素间切换场(switching field)的均一性，为其设计特征中最重要的三个方面。在MRAM中的存储状态并非以电力维持，而是以磁矩(magnetic moment)向量的方向来维持。其通过施加磁场并致使在MRAM设备中的磁性材料被磁化为二种可能的存储状态的一种，而得以储存数据。其通过感测此MRAM设备在此二种存储状态的电阻值差异，而得以读取数据。通过将一电流通过此磁性结构外部的带线(strip line)、或通过这些磁性结构本身，而产生用以写入数据的磁场。随着MRAM设备的横向尺寸逐渐缩小，产生了三个问题。第一，此切换场随着给定形状以及薄膜厚度而增加，因而需要较大的磁场以对其进行切换。第二，总切换体积降低，使得逆操作的能障降低。此能障指将磁矩向量从一个存储状态切换至另一状态所需要的总能量。此能障将决定在MRAM设备中数据的保存情况以及错误率，并且若此能障太小，可能因为热波动(或超顺磁性)而发生非预期的逆操作。当能障太小时可能发生的一个主要问题在于，欲在阵列中选择性地切换MRAM设备将变得极度困难。选择性可允许切换一个设备而不至于不慎切换其它MRAM设备。最后，由于切换场由形状所产生，因此随着MRAM设备尺寸的缩小，切换场亦变得对于形状变化更为敏感。由于微影排列在小尺寸日形困难，MRAM设备欲维持精准的切换分布也将有困难。与公知MRAM设备有关的上述问题会造成其它问题。例如，为了改变此磁感测设备的状态以编程公知MRAM设备，而需要更高的电流。该高电流产生了数个问题，包括高耗能使得MRAM不适用于许多移动装置的应用。此外，由此电流所产生的磁场通常难以控制，使得串扰(cross talk)问题在横向尺寸日益缩小的MRAM中特别容易发生。
技术实现思路
一种包括磁性金属层以及邻近此磁性金属层的磁感测设备的MRAM单元。此磁性金属层的一端连接至字线晶体管，其另一端则连接至第一位线。此感测设备可经由二极管而连接至第二位线。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明部分的目的并非在于限定本专利技术。本专利技术由权利要求所限定。举本专利技术的实施例、特征、观点及优点等将可通过下列说明权利要求及附图获得充分了解。附图说明图1A示出根据本专利技术实施例所制造的示例MRAM单元结构；图1B示出等价于图1A的MRAM单元的示意图；图2示出公知的MRAM设备的电流线以及磁感测设备；图3示出另一公知的MRAM设备的电流线以及磁感测设备；图4示出又一MRAM设备的电流线以及磁感测设备；图5示出实施例中包括有例如图1A中的MRAM单元的MRAM单元的MRAM设备；图6示出如图5中的MRAM设备中所包括的MRAM单元的示例写入电流；图7示出由图6的电流所产生的磁场；图8示出当图6的电流逆向流动时所产生的磁场；图9示出用以读取图1A中的MRAM单元的示范方法； 图10示出根据一实施例而用以将图IA中的MRAM单元编程至一状态的示例方法；图11示是根据实施例而用以将图1A中的MRAM单元编程至另一状态的示例方法；图12示出公知MRAM单元的读取与写入示意图；图13示出根据实施例的示例MRAM单元结构，其包括单一字线晶体管以及二极管；图14示出等价于图13的MRAM单元的等效电路图；图15示出图13中的MRAM单元的部分三维示意图；图16示出根据实施例用以读取图13的MRAM单元的示例方法；图17示出根据另一实施例用以读取图13中的MRAM单元的示例方法；图18示出根据实施例中用以将图13的MRAM单元编程至一状态示的例方法；以及图19示出根据实施例而将图13中的MRAM单元编程至第二状态的示例方法。主要设备符号说明100，200，300，400，1300MRAM单元102，1302 磁性金属层104，206，306，406，1304磁感测设备106，1306 邻近导体层108 字线晶体管110 感测放大器112 参考电流202，204，302，310，402，410电流线304，308磁性材料602 写入电流702，704磁场1002，1102 写入电流 1200 公知MRAM单元1206 字线晶体管1208 电流1210 磁感测设备1212 感测放大器1216，1218，1220，1222各层1308 二极管1310，1312，1314 位线1312 源极连接器1316 晶体管1318 漏极1320 源极1322 衬底1324 漏极接触1326 栅极层1328，1330连接层1332 感测放大器1334 参考电流1336 读取电流1340，1342写入电流具体实施方式图1A为一示意图，其示出实施例，其可包括于MRAM设备的MRAM单元100，其根据本专利技术实施例的系统与方法配置。很明显地，其并非将MRAM单元100或包括有MRAM单元100的MRAM设备中的所有层、结构、及/或电路示出于图1A中。方便起见，其仅示出有关MRAM单元100的部分特定元素、层、及/或视图。用以制造包括MRAM单元100的MRAM设备的方法，在共同审查中的专利申请号11/255,606中进行了阐述。此申请案详细描述了包括有MRAM设备的各层结构以及用以制造此结构与其它电路的方法，此MRAM设备包括MRAM单元100。虽然与MRAM单元100有关的所有层、元素、以及电路并非示出在图1中，但其不应被视为对MRAM单元100形成特别的限制、或排除其它可能的层、元素、及/或电路。此外，虽然在图1A中所示的各层以二维方式示出，但应注意的是各层实际上均为三维结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储单元，包括：字线晶体管，其包括栅极、源极、以及漏极；磁性金属层，其中该磁性金属层的一端连接至该字线晶体管；磁感测设备，其以一邻近导体而与该磁性金属层分隔；第一位线；二极管，其用以连接该 磁感测设备至该第一位线；第二位线，其连接至该磁性金属层的另一端。

【技术特征摘要】
US 2005-11-17 11/281,0271.一种非易失性存储单元，包括字线晶体管，其包括栅极、源极、以及漏极；磁性金属层，其中该磁性金属层的一端连接至该字线晶体管；磁感测设备，其以一邻近导体而与该磁性金属层分隔；第一位线；二极管，其用以连接该磁感测设备至该第一位线；第二位线，其连接至该磁性金属层的另一端。2.如权利要求1所述的非易失性存储单元，还包括第三位线，其中该字线晶体管的该源极与该第三位线连接。3.如权利要求2所述的非易失性存储单元，其中该源极经由源极连接器而与该第三位线连接。4.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁性金属层经由漏极连接器而连接至该字线晶体管。5.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁性金属层包括具有磁导率介于10至108之间的材料。6.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁性金属层包括其具有电阻率介于约4μΩ-cm至约108μΩ-cm之间的材料。7.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁性金属层可包括下列中的至少一个镍、铁、钴、硼、钼、锌、铅、硅、碳以及氧。8.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁性金属层包括具有饱和磁化值介于约10高斯至约2.5特斯拉之间的材料。9.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该邻近导体包括金属、导电化合物、或半导体材料。10.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该邻近导体包括下列中的至少一个铜、氮化钛、氮化钽、硅、钨、银、钌、铱、以及铂。11.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该邻近导体包括一种包括电阻值介于约1至约108μΩ-cm之间的材料。12.如权利要求1所述的非易失性存储单元，其中该磁感测设备包括磁穿隧结设备、巨磁阻设备、超巨磁阻设备、同向异性磁阻设备、磁光设备、或磁盘。13.如权利要求12所述的非易失性存储单元，其中该磁穿隧结设备包括第一铁磁层、绝缘层、以及第二铁磁层。14.如权利要求13所述的非易失性存储单元，其中该磁穿隧结设备还包括邻近该第一或第二铁磁层的反铁磁层。15.如权利要求13所述的非易失性存储单元，其中该磁穿遂结设备的绝缘层...

【专利技术属性】
技术研发人员：何家骅，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]