本发明专利技术公开了一种用于提供和使用磁存储器的方法和系统。磁存储器包括多个磁存储器单元、多条磁写入线和多个磁偏置结构。所述多条磁写入线具有多个端部区域。所述多个磁偏置结构连接到所述多条磁写入线的多个端部区域。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁存储器，更具体地，涉及一种用于提供磁随机存取存储器(magnetic random access memory，MRAM)的方法和系统，该磁随机存取存储器优选具有高密度、非易失性，并且结合了具有改进的写入效率的、易于制造的和对电迁移具有更好可靠性的写入线(write-lines)。
技术介绍
近来，磁随机存取存储器(MRAM)在非易失性存储器和易失性存储器方面的潜在应用已重新激发了人们对薄膜MRAM的兴趣。图1显示了传统的MRAM 1的一部分。传统的MRAM包括传统的相互垂直的导线10和12、传统的磁存储单元11以及传统的晶体管13。传统的MRAM 1利用传统的磁隧道结(magnetic tunneling junction，MTJ)堆叠11作为存储器单元。使用传统的MTJ堆叠11能够使所设计的MRAM单元具有高集成度、高速度、低读取功率和对软件错误率(soft error rate，SER)的免疫力。使用导线10和12将数据写入到磁存储器件11中。MTJ堆叠11位于10与12之间的交叉点。传统的导线10和12分别被称为传统的字线10和传统的位线12。但是这些名称是可互换的。也可以使用诸如行线、列线、数字线和数据线的其它名称。传统的MTJ堆叠11主要包括具有可变磁矢量(未明确显示)的自由层(free layer)1104、具有固定磁矢量(未明确显示)的固定层(pinnedlayer)1102和在两个磁层1104与1102之间的绝缘体1103。绝缘体1103通常具有足够小的厚度，以允许电荷载流子在磁层1102与1104之间隧穿。层膜1101通常是籽晶层(seed layer)与反铁磁层的组合，该反铁磁层强耦合到(strongly coupled to)固定的磁层。通过对传统的MTJ堆叠11施加磁场而将数据存储到传统的MTJ堆叠11中。选择所施加磁场的方向，以将自由层1104的可变磁矢量移动到所选的方向上。在写入期间，在传统的位线12中流动的电流I1和在传统的字线10中流动的电流I2在自由层1104上产生两个磁场。响应电流I1和I2所产生的磁场，自由层1104中的磁矢量被确定在特定的、稳定的方向上。这个方向取决于I1和I2的方向和幅度以及自由层1104的性能和形状。一般地，写入零(0)要求I1或者I2的方向与写入一(1)时的不同。通常，指定对准的方向(aligned orientation)为逻辑1或0，而未对准的方向(misaligned orientation)则相反，即，分别为逻辑0或1。存储的数据是通过使电流从一个磁层到另一个磁层流过传统的MTJ单元而被读取或感知的。在读取期间，传统的晶体管13被导通，并且小的隧穿电流流过传统的MTJ单元。测量流过传统的MTJ单元11的电流量或跨过传统的MTJ单元11的电压降以确定存储器单元的状态。在某些设计中，传统的晶体管13由二极管所代替或者被完全省略，传统的MTJ单元11与传统的字线10直接接触。尽管上述传统的MTJ单元11可以利用传统的字线10和传统的位线12来写入，但是本领域的普通技术人员会轻易地认识到，I1或者I2的幅度对于大多数设计而言是在几毫安的量级。因此，本领域的普通技术人员也会认识到，对于许多存储器应用而言需要更低的写入电流。图2显示了具有较低写入电流的传统磁存储器1’的一部分。在美国专利No.5,659,499、美国专利No.5,940,319、美国专利No.6,211,090、美国专利No.6,153,443和美国专利申请公布No.2002/0127743中描述了类似的系统。这些参考文献所公开的传统系统和用于制备传统系统的传统方法将位线和字线在不面对MTJ单元11’的三个表面上用软磁覆层(soft magnetic cladding layer)包裹起来。图2中所描述的传统存储器的许多部分与图1中所描述的相似，因此采用相似的标记。图2中所描述的系统包括传统的MTJ单元11’、传统的字线10’和位线12’。传统的字线10’由两部分组成铜芯(copper core)1001和软磁覆层1002。类似地，传统的位线12’由两部分组成铜芯1201和软磁覆层1202。相对于图1中的设计，软磁覆层1002和1202能够将与I1和I2相关的磁通量聚集到MTJ单元11’上，并能够减小不面对MTJ单元11’的表面上的磁场。因此，软磁覆层1002和1202将磁通量聚集到构成MTJ单元11’的MTJ上，使得自由层1104更易于编程。尽管这种方案理论上可行，但本领域的普通技术人员会轻易地认识到，难以控制分别位于传统的线10’和12’的垂直侧壁上的软磁覆层1002和1202部分的磁性能。本领域的普通技术人员还会认识到，制备传统字线10’和传统位线12’的过程是复杂的。形成分别包括覆层1002和1202的传统字线10’和传统位线12’需要大约9个薄膜沉积步骤，5个光刻步骤，6个蚀刻步骤和1个化学机械抛光(chemical mechanicalpolishing，CMP)步骤。另外，没有一个过程能够与其它的CMOS过程共用。需要严格控制某些过程，诸如CMP过程和少数的薄膜沉积和蚀刻过程，以获得所设计的性能。因为器件制备在其上的晶片表面是不平的，并且要去除的部分在沟槽深处，所以需要将写入线10’和12’布置得还算稀疏以适应光刻过程。结果，如果将软磁覆层1202和1002用于线10’和12’，就会牺牲芯片上存储器件的密度和容量。这种复杂的制备方法对于按比例缩小尺寸以提高密度(scaling to higher densities)提出了重大的挑战。因此，非常期望提供一种可升级的(scalable)、易于制备的并且提供高写入效率的MRAM架构(architecture)。图1和图2中所描述的传统设计的传统写入线10、10’、12和12’的其它方面限制了可缩放性(scalability)。在这些传统的设计中，传统写入线10、10’、12和12’主要由铝或铜制成。铝和铜的电流密度限制是在1×106A/cm2或更小的量级。因为减小线宽以增加存储器密度，所以电迁移电流密度限制对按比例缩小尺寸提出了严重的挑战。其它的传统系统试图提出不同的解决方案，其中每一种方案都有它的缺陷。举例来说，美国专利申请公布No.2002/0080643提出，在写入操作之后，对写入线施加反向电流以阻止电迁移。但这些传统的方法通过减小存储器的速度和增加复杂性而损害了性能。因此，也非常期望有一种由在电迁移方面具有高可靠性的材料制成的写入线，该写入线允许对于高密度存储器阵列具有容易的可缩放性。可用于更小的或更有效率的存储器的传统细位线具有缺点。更细的传统位线具有更高的电阻。这会不利地影响整个存储器阵列的性能。然而，有很多克服这一问题的传统方法。一种普遍的作法是将存储器阵列中的长位线分解成由厚金属制成的全局位线(global bit lines)，并将全局位线连接到由更薄的金属制成的本地位线(local bit lines)，因此具有更高的电阻。在美国专利No.6,335,890和美国专利申请公布No.2002/0034117中公开了这种设计的例子。然而，仍然没有克服上述的其它问题，诸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁存储器，包括：多个磁存储器单元；与所述多个磁存储器单元相连的多条磁写入线，所述多条磁写入线具有多个端部区域；和连接到所述多个端部区域的多个磁偏置结构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-5 60/444,886;US 2003-9-23 10/669,2161.一种磁存储器，包括多个磁存储器单元；与所述多个磁存储器单元相连的多条磁写入线，所述多条磁写入线具有多个端部区域；和连接到所述多个端部区域的多个磁偏置结构。2.如权利要求1所述的磁存储器，其中所述多个磁偏置结构包括连接到所述多个端部区域的多个硬磁偏置结构。3.如权利要求1所述的磁存储器，其中所述多条磁写入线包括多个顶部，其中所述多个磁偏置结构包括与所述多个顶部相接触的并且连接到所述多个端部区域的多个反铁磁偏置结构。4.如权利要求1所述的磁存储器，其中所述多条磁写入线包括多个底部，其中所述多个磁偏置结构包括与所述多个底部相接触的并且连接到所述多个端部区域的多个反铁磁偏置结构。5.如权利要求1所述的磁存储器，其中所述多条磁写入线包括多个顶部，其中所述多个磁偏置结构从所述多个端部区域而形成，所述多个偏置结构的每一个都具有与相应磁写入线的多个顶部的一个顶部成角度的表面，所述角度与直角不同。6.如权利要求1所述的磁存储器，其中所述多条磁写入线包括电连接到所述多个磁存储器单元的多条磁位线。7.如权利要求6所述的磁存储器，其中所述多个磁存储器单元包括多个磁隧道结堆叠，所述多个磁隧道结堆叠的每一个都包括自由层、绝缘层和固定层，所述自由层和固定层是铁磁性的，所述绝缘层位于自由层与固定层之间，并具有允许电荷载流子在自由层与固定层之间隧穿的厚度。8.如权利要求7所述的磁存储器，其中所述多条磁位线与所述自由层的间隔小于或等于三百埃。9.如权利要求8所述的磁存储器，其中所述多个磁隧道结堆叠的每一个都包括在所述自由层与相应磁位线之间的非磁间隔层，所述非磁间隔层是导电的。10.一种用于使用磁存储器的方法，包括以下步骤(a)在写入模式，写入多个存储器单元的第一部分，所述多个存储器单元连接到多条磁写入线，所述多条磁写入线具有多个端部区域，并将用于写入的电流承...
【专利技术属性】
技术研发人员：D曾，
申请(专利权)人：磁旋科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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