磁存储装置制造方法及图纸

实施方式提供能够进行准确的读出动作的磁存储装置。实施方式磁存储装置具备：第1布线，其在第1方向上延伸；第2布线，其在与所述第1方向交叉的第2方向上延伸；以及第1存储单元，其连接在所述第1布线与所述第2布线之间，串联连接有具有低电阻状态和高电阻状态的第1磁阻效应元件、第1开关元件以及第1电阻元件，存储与所述第1磁阻效应元件的电阻状态相应的数据，所述第1电阻元件具有在被施加了正向的电压的情况下和被施加了反向的电压的情况下为非对称的电流

【技术实现步骤摘要】
磁存储装置
[0001]本申请享受以日本特许申请2021
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151512号(申请日：2021年9月16日)和美国特许申请17/692785(申请日：2022年3月11日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。


[0002]本专利技术的实施方式涉及磁存储装置。

技术介绍

[0003]提出了在半导体基板上将磁阻效应元件(magnetoresistance effect element)和选择器(开关元件)集成化而得到的磁存储装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的课题在于，提供能够进行准确的读出动作的磁存储装置。
[0005]实施方式的磁存储装置具备：第1布线，其在第1方向上延伸；第2布线，其在与所述第1方向交叉的第2方向上延伸；以及第1存储单元，其连接在所述第1布线与所述第2布线之间，串联连接有具有低电阻状态和高电阻状态的第1磁阻效应元件、第1开关元件以及第1电阻元件，存储与所述第1磁阻效应元件的电阻状态相应的数据，所述第1电阻元件具有在被施加了正向的电压的情况下和被施加了反向的电压的情况下为非对称的电流
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电压特性，从所述第1存储单元读出与所述第1磁阻效应元件的电阻状态相应的数据时，在所述第1电阻元件施加所述反向的第1电压，被施加了所述反向的第1电压时的所述第1电阻元件的电阻值比被施加了具有与所述第1电压的绝对值相同的绝对值的所述正向的第2电压时的所述第1电阻元件的电阻值大。
附图说明
[0006]图1是示意地表示第1实施方式涉及的磁存储装置的结构的立体图。
[0007]图2是示意地表示第1实施方式涉及的第1布线、第2布线以及存储单元的结构的剖视图。
[0008]图3是示意地表示第1实施方式涉及的磁阻效应元件的结构的剖视图。
[0009]图4A是示意地表示第1实施方式涉及的选择器的结构的剖视图。
[0010]图4B是示意地表示第1实施方式涉及的选择器的特性的图。
[0011]图5是示意地表示第1实施方式涉及的选择器的电流
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电压特性的图。
[0012]图6是示意地表示第1实施方式涉及的电阻元件的结构的剖视图。
[0013]图7是示意地表示第1实施方式涉及的电阻元件的电流
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电压特性的图。
[0014]图8是示意地表示第1实施方式涉及的存储单元的电流
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电压特性的图。
[0015]图9是示意地表示第1实施方式涉及的对存储单元进行读出和写入时被施加于电阻元件的电压和在电阻元件中流动的电流的图。
[0016]图10A、图10B以及图10C是示意地表示第1实施方式涉及的磁存储装置的制造方法的剖视图。
[0017]图11是示意地表示第1实施方式的第1变形例涉及的第1布线、第2布线以及存储单元的结构的剖视图。
[0018]图12是示意地表示第1实施方式的第2变形例涉及的第1布线、第2布线以及存储单元的结构的剖视图。
[0019]图13是示意地表示第2实施方式涉及的第1布线、第2布线以及存储单元的结构的剖视图。
[0020]图14是示意地表示第2实施方式涉及的隧道势垒元件的电流
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电压特性的图。
[0021]图15是示意地表示第2实施方式的变形例涉及的第1布线、第2布线以及存储单元的结构的剖视图。
[0022]图16A、图16B、图16C以及图16D是示意地表示第2实施方式涉及的磁存储装置的制造方法的剖视图。
[0023]图17是示意地表示第3实施方式涉及的磁存储装置的结构的剖视图。
[0024]图18是示意地表示第3实施方式的变形例涉及的磁存储装置的结构的剖视图。
[0025]标号说明
[0026]10第1布线、20第2布线、30存储单元、31磁阻效应元件、32选择器(开关元件)、33电阻元件、34上部电极、35隧道势垒元件、40层间绝缘层、50第3布线、60存储单元、61磁阻效应元件、62选择器(开关元件)、63电阻元件、64上部电极、65隧道势垒元件、100半导体基板。
具体实施方式
[0027]以下，参照附图对实施方式进行说明。
[0028](第1实施方式)
[0029]图1是示意地表示第1实施方式涉及的磁存储装置的结构的立体图。
[0030]如图1所示，磁存储装置包括在X方向(第1方向)上延伸的第1布线10、在Y方向(第2方向)上延伸的第2布线20以及连接在第1布线10与第2布线20之间的存储单元30。第1布线10和第2布线20中的一方与字线对应，另一方与位线对应。此外，X方向、Y方向以及Z方向为相互交叉的方向。具体而言，X方向、Y方向以及Z方向为相互正交的方向。
[0031]图2是示意地表示第1布线10、第2布线20以及存储单元30的结构的剖视图。
[0032]如图2所示，第1布线10、第2布线20以及存储单元30设置在半导体基板100的上方。
[0033]存储单元30连接在第1布线10与第2布线20之间，包括磁阻效应元件31、选择器(开关元件)32、电阻元件33以及上部电极(top electrode)34，存储与磁阻效应元件31的电阻状态相应的数据。如根据图2可知那样，磁阻效应元件31、选择器32以及电阻元件33串联连接。在图2所示的例子中，选择器32和电阻元件33相互相邻，选择器32设置在磁阻效应元件31与电阻元件33之间。
[0034]图3是示意地表示磁阻效应元件31的结构的剖视图。
[0035]磁阻效应元件31为MTJ(Magnetic Tunnel Junction，磁隧道结)元件，包括存储层(storage layer)(第1磁性层)31a、参考层(reference layer)(第2磁性层)31b以及隧道势垒层(非磁性层(nonmagnetic layer))31c。
characteristic)的图。
[0049]电阻元件33为pn结二极管，具有在被施加了正向(forward direction)的电压的情况和被施加了反向(reverse direction)的电压的情况下为非对称的电流
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电压特性。但是，本实施方式的电阻元件(pn结二极管)33使用多晶硅来形成，与理想的pn结二极管相比没有良好的反向特性。即，本实施方式的pn结二极管的反向上的电阻值比理想的pn结二极管低。
[0050]另外，从存储单元30读出数据时，对电阻元件(pn结二极管)33施加反向电压，在电阻元件33中流动反向电流。
[0051]如上所述，本实施方式的存储单元30具有磁阻效应元件31、选择器32以及电阻元件33串联连接了的结构。通过这样的结构，在本实施方式中，能够得到能抑制读干扰以及降低功耗且能进行准确的读出动作的磁存储装置。以下加以说明。
[0052]图8是示意地表示存储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁存储装置，具备：第1布线，其在第1方向上延伸；第2布线，其在与所述第1方向交叉的第2方向上延伸；以及第1存储单元，其连接在所述第1布线与所述第2布线之间，串联连接有能够具有低电阻状态或者高电阻状态的第1磁阻效应元件、第1开关元件以及第1电阻元件，存储与所述第1磁阻效应元件的电阻状态相应的数据，所述第1电阻元件具有在被施加了正向的电压的情况下和被施加了反向的电压的情况下为非对称的电流
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电压特性，从所述第1存储单元读出与所述第1磁阻效应元件的电阻状态相应的数据时，在所述第1电阻元件施加所述反向的第1电压，被施加了所述反向的第1电压时的所述第1电阻元件的电阻值比被施加了具有与所述第1电压的绝对值相同的绝对值的所述正向的第2电压时的所述第1电阻元件的电阻值大。2.根据权利要求1所述的磁存储装置，被施加了所述第1电压时的所述第1电阻元件的电阻值比所述第1磁阻效应元件的低电阻状态的电阻值低。3.根据权利要求1所述的磁存储装置，被施加了所述第1电压时的所述第1电阻元件的电阻值比所述第1开关元件的导通状态的电阻值高、且比截止状态的电阻值低。4.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第1电阻元件为二极管。5.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第1开关元件具有如下特性：当在电流扫描时被施加于其端子间的电压增加而达到阈值电压时，从截止状态转变为导通状态，当被施加于其端子间的电压减少而达到比所述阈值电压低的保持电压时，从导通状态转变为截止状态。6.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第1存储单元还包括第1隧道势垒元件，所述第1隧道势垒元件与所述第1磁阻效应元件、所述第1开关元件以及所述第1电阻元件串联连接，具有非线性的电流
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电压特性。7.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩山昌由，
申请(专利权)人：铠侠股份有限公司，
类型：发明
国别省市：