非易失性存储器单元、非易失性存储器单元阵列和非易失性存储器单元阵列的信息写入方法技术

该非易失性存储器单元由变化电阻型的非易失性存储器元件50和选择晶体管TR来构造，其中非易失性存储器元件50的一端连接到选择晶体管TR的一个源极/漏极区域15A并且连接到写入线WR，而选择晶体管TR的另一个源极/漏极区域15B连接到选择线SL。非易失性存储器元件50的另一端连接到位线BL。的另一端连接到位线BL。的另一端连接到位线BL。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非易失性存储器单元、非易失性存储器单元阵列和非易失性存储器单元阵列的信息写入方法


[0001]本公开涉及非易失性存储器单元、包括非易失性存储器单元的非易失性存储器单元阵列以及非易失性存储器单元阵列的信息写入方法。

技术介绍

[0002]具有非易失性并以高速可访问的的特征的当前的写入型磁随机存取存储器(MRAM)元件作为高速缓冲存储器等中的SRAM元件的取代元件越来越重要，特别是在SRAM元件的待机期间泄漏电流成为问题的20nm节点之后的最先进的逻辑电路中。关于存储器元件，可以安装多少存储器元件以及可以增加多少容量也很重要，因此每个单位存储器单元的面积减少也是重要的问题。因此，作为这样的存储器元件，已经研究了磁化反转型的存储器元件，特别是包括施加自旋注入而磁化反转的基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器(STT
‑
MRAM)的非易失性存储器元件引起了关注(例如，参见JP2014
‑
220376A)。
[0003]自旋注入的磁化反转是其中通过磁性体已自旋极化的电子被注入到另一个磁性体中从而导致该另一个磁性体的磁化反转的现象。由于基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器使用通过自旋注入的磁化反转，因此具有即使当存储器小型化时写入电流也不会增加的优点、由于写入电流值与存储器体积成比例地减小而可以缩放的优点、可以减小单元面积的优点以及简化装置结构和单元结构的优点。
[0004]图19示出了传统非易失性存储器单元的等效电路图，该传统非易失性存储器单元包括作为两端子元件的由基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器形成的非易失性存储器元件50以及作为设置有栅极电极和源极/漏极区域的三端子元件的选择晶体管TR。基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器由例如磁隧道结元件(MTJ元件)形成并且包括至少两个磁性层(具体地，存储层、中间层和磁化固定层)。在磁化固定层中，磁化方向被固定。另一方面，在存储层(自由层)中，磁化方向改变，并且取决于磁化方向存储信息“1”或“0”。基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器的一端连接到选择晶体管TR的源极/漏极区域之一，而另一端连接到位线BL。另外，选择晶体管TR的另一个源极/漏极区域连接到选择线SL。因此，导致电流从位线BL流到选择线SL，或者导致电流从选择线SL流到位线BL，以使得存储层的磁化方向根据电流流动的方向通过自旋注入反转，从而存储信息。
[0005]在这种使用通过自旋转移而磁化反转的基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器中，通过选择晶体管TR的驱动能力确定在写入信息时施加到基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器的电压和电流。同时，选择晶体管TR的驱动电流具有不对称性，诸如在电流从一个源极/漏极区域流到另一个源极/漏极区域的情况与电流从另一个源极/漏极区域流到一个源极/漏极区域的情况之间的流动电流值的差异。
[0006]图20A示出了“写入
‑
1”中的等效电路图，其中电流经由选择晶体管TR和基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器从选择线SL流到位线BL。另外，图20B示出了在“写入
‑
0”中的等效电路图，其中电流经由基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器和选择晶体管TR从位线
BL流到选择线SL。注意，在图20A和图20B中，一个源极/漏极区域由“一个S/D区域”代表，而另一个源极/漏极区域由“另一个S/D区域”代表。
[0007]在图20A中所示的示例中，V
dd
被施加到选择线SL，并且位线BL接地。另一方面，在图20B中所示的示例中，V
dd
被施加到位线BL，并且选择线SL接地。因此，在写入的两种情况下，电源电压V
dd
被施加到选择晶体管TR的栅极电极，以使选择晶体管TR进入导通状态，并且电流经由选择晶体管TR流过基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器。此时，电流的方向取决于电源电压V
dd
被施加到选择线SL还是位线BL而改变，以使得可以将期望信息写入基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器中。
[0008]这里，栅极电位被固定为V
dd
。因此，在“写入
‑
1”的情况下，一个源极/漏极区域的电位具有V
dd
和V
GND
之间的值，具体为
△
V，这是因为在基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器中存在电压降(
△
V)。因此，栅极电极与一个源极/漏极区域之间的电位差
△
V0变为(V
dd
‑△
V)。另一方面，在“写入
‑
0”的情况下，另一个源极/漏极区域的电位被固定为V
GND
，并且栅极电极与另一个源极/漏极区域之间的电位差
△
V1变为V
dd
。
[0009]引文列表
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：JP 2014
‑
220376A

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]如上所述，将“写入
‑
0”的情况与“写入
‑
1”的情况进行比较，|
△
V0|<|
△
V1|，并且在“写入
‑
1”的情况下确定驱动电流的电位差较小，结果，驱动电流减小。也就是说，流过基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器的电流量在“写入
‑
1”中写入信息的情况下比在“写入
‑
0”中写入信息的情况下小，这是不利的。以这种方式，选择晶体管TR的驱动能力取决于传统基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器中在信息写入中要写入的信息而改变。因此，需要增加选择晶体管TR以便即使在不利的情况(也就是说，“写入
‑
1”的情况)下也确保适当的写入电流，从而存在单元面积增加的问题。注意，这种问题不是基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器固有的问题，而是可能在各种类型的电阻变化型非易失性存储器元件中出现的问题。
[0014]因此，本公开的目的是提供非易失性存储器单元、包括非易失性存储器单元的非易失性存储器单元阵列以及非易失性存储器单元阵列的信息写入方法，非易失性存储器单元具有能够通过在选择晶体管中导致电流在单个方向上流动而不导致电流双向地流动来允许信息写入的配置和结构。
[0015]问题的解决方案
[0016]为了解决上述问题，根据本公开的非易失性存储器单元包括电阻变化型非易失性存储器元件和选择晶体管，其中非易失性存储器元件的一端连接到选择晶体管的一个源极/漏极区域并且连接到写入线，选择晶体管的另一个源极/漏极区域连接到选择线，并且非易失性存储器元件的另一端连接到位线。
[0017]为了解决上述问题，根据本公开的非易失性存储器单元阵列包括在第一方向上和与第一方向不同的第二方向上布置为二维矩阵的多个非易失性存储器单元，其中沿着第一
方向布置的多个非易失性存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非易失性存储器单元，包括电阻变化型非易失性存储器元件和选择晶体管，其中所述非易失性存储器元件的一端连接到所述选择晶体管的一个源极/漏极区域并且连接到写入线，所述选择晶体管的另一个源极/漏极区域连接到选择线，以及所述非易失性存储器元件的另一端连接到位线。2.根据权利要求1所述的非易失性存储器单元，其中，所述非易失性存储器元件由垂直磁化类型的基于自旋转移力矩的磁随机存取存储器形成。3.根据权利要求2所述的非易失性存储器单元，其中所述非易失性存储器元件至少包括存储层和磁化固定层，以及所述磁化固定层连接到所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域。4.根据权利要求1所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管和所述写入线设置在由半导体材料制成的基部的第一表面侧，以及所述非易失性存储器元件设置在所述基部的与所述第一表面相对的第二表面侧。5.根据权利要求1所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管和所述非易失性存储器元件设置在由半导体材料制成的基部的第一表面侧，以及所述写入线设置在所述基部的与所述第一表面相对的第二表面侧。6.根据权利要求1所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有整流性质，当所述选择晶体管不导通时，电流经由所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域在所述写入线与所述非易失性存储器元件之间流动，以及当所述选择晶体管导通时，电流经由所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域和所述另一个源极/漏极区域在所述选择线与所述非易失性存储器元件之间流动，而没有电流流到所述写入线。7.根据权利要求6所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有p/n结。8.根据权利要求7所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有由包含第一导电类型的杂质的硅制成的第一层和由包含与所述第一导电类型不同的第二导电类型的杂质的硅制成的第二层的层状结构。9.根据权利要求7所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有由包含第一导电类型的杂质的硅制成的第一层和由包含与所述第一导电类型不同的第二导电类型的杂质的锗或硅锗制成的第二层的层状结构。10.根据权利要求6所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有肖特基结。11.根据权利要求10所述的非易失性存储器单元，其中所述选择晶体管的所述一个源极/漏极区域具有由包含杂质的硅制成的第一层和由金属制成的第二层的层状结构。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山孝司，冈干生，神田泰夫，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：