磁阻随机存取存储器（ＭＲＡＭ）位单元的阵列结构设计制造技术

本发明专利技术揭示自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）位单元。所述位单元包括形成于第一平面中的源极线和形成于第二平面中的位线。所述位线具有与所述源极线的纵轴平行的纵轴，且所述源极线与所述位线的至少一部分重叠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的示范性实施例针对于磁阻随机存取存储器(MRAM)位单元的阵 列结构设计。更特定来说，本专利技术的实施例涉及自旋转移力矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM)的阵列结构设计。
技术介绍
磁阻随机存取存储器(MRAM)为一种使用磁性元件的非易失性存储器技术。举 例来说，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用在电子穿过薄膜(自旋过 滤器)时变得自旋极化的电子。STT-MRAM还被称为自旋转移力矩RAM (STT-RAM)、 自旋力矩转移磁化切换RAM (自旋RAM)和自旋动量转移RAM(SMT-RAM)。参看图1，说明常规STT-MRAM单元100的图。STT-MRAM位单元100包括 磁性隧道结(MTJ)存储元件105、晶体管110、位线120和字线130。举例来说，MTJ 存储元件由钉扎层和自由层形成，所述钉扎层和所述自由层中的每一者可保持磁场，所 述钉扎层和所述自由层由绝缘(隧道障壁)层分离(如图1中所说明)。STT-MRAM位 单元100还包括源极线140、读出放大器150、读取/写入电路160和位线参考170。所 属领域的技术人员将了解，存储器单元100的操作和构造在此项技术中为已知的。举例 来说，在IEDM会议录(2005)的M.Hosomi等人的“具有自旋转移力矩磁阻磁化切换的 新颖非易失性存储器自旋 RAM (A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching Spin-RAM)” 中提供额外细节，所述会议录以 全文引用的方式并入本文中。参看图2，在常规设计中，磁性隧道结(MTJ)位单元阵列的源极线(SL)布置成 与位线(BL)或字线平行。然而，在常规设计中，归因于通孔与金属间距规则，在源极线 (SL)与位线(BL)之间不存在直接且平行的重叠。因此，由于金属与通孔间距规则，不 可减小或最小化常规设计的最小位单元大小。图3为具有布置成与位线(BL)平行的源极线(SL)的常规磁性隧道结(MTJ)位 单元阵列的俯视网图。如图3中所展示，源极线(SL)并不与位线(BL)重叠，且因此位 单元大小由源极线(SL)与位线(BL)之间的间距规则限制。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例涉及磁阻随机存取存储器(MRAM)位单元的阵列结构设 计。更特定来说，本专利技术的实施例涉及自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM) 的阵列结构设计。因此，本专利技术的示范性实施例可包括自旋转移力矩磁阻随机存取存储 器(STT-MRAM)位单元，所述自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元 包括源极线，其形成于第一平面中；以及位线，其形成于第二平面中且具有与所述源 极线的纵轴平行的纵轴，其中所述源极线与所述位线的至少一部分重叠。本专利技术的另一示范性实施例可包括自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元，所述STT-MRAM位单元包括第一金属层，其在第一平面中形 成具有纵轴的位线；以及第二金属层，其在第二平面中形成具有纵轴的源极线，其中所 述第一金属层的纵轴与所述第二金属层的纵轴平行，且其中所述第一金属层与所述第二 金属层的至少一部分重叠。本专利技术的另一示范性实施例可包括自旋转移力矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM)位单元阵列，所述STT-MRAM位单元阵列包括多个位单元。每一位单元 可包括源极线，其形成于第一平面中；以及位线，其形成于第二平面中且具有与所述 源极线的纵轴平行的纵轴，其中所述源极线与所述位线的至少一部分重叠。附图说明呈现附图以辅助描述本专利技术的实施例，且提供所述附图仅用于说明所述实施例 而不限制所述实施例。图1说明常规自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)单元。图2为常规MRAM位单元阵列的说明。图3为常规MRAM位单元阵列的俯视网图。图4为MRAM位单元阵列的实施例的示意图。图5为MRAM位单元阵列的实施例的俯视说明。图6为MRAM位单元阵列的实施例的俯视网图。图7为MRAM位单元阵列的实施例的另一俯视网图。图8为沿A8-A8的图5的MRAM位单元阵列的实施例的横截面说明。图9为沿A9-A9的图5的MRAM位单元阵列的实施例的横截面说明。图10为MRAM位单元阵列的实施例的透视说明。具体实施例方式本专利技术的方面揭示于针对于本专利技术的特定实施例的以下描述和相关图式中。可 在不脱离本专利技术的范围的情况下设计出替代实施例。此外，本专利技术的众所周知的元件将 不会详细描述或将被省略以免混淆本专利技术的相关细节。词“示范性”在本文中用以指“充当一实例、例子或说明”。本文中被描述为 “示范性”的任何实施例没有必要理解为比其它实施例优选或有利。同样，术语“本发 明的实施例”并非要求本专利技术的所有实施例包括所论述的特征、优点或操作模式。本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且无意限制本专利技术的实施 例。如本文中所使用，除非上下文明确地另外指示，否则单数形式“一”和“所述”还 意欲包括复数形式。应进一步理解，术语“包含”和/或“包括”在本文中使用时指 定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或一个以 上其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件，和/或其群组的存在或添加。本专利技术的实施例可提供可减小位单元大小的MRAM位单元阵列。举例来说， STT-MRAM位单元阵列的实施例可通过将源极线(SL)的至少一部分放置于位线(BL) 顶部上以使得其可克服由常规金属与通孔互连间距规则强加的限制来减小平均位单元大5实施例可解决常规MRAM位单元阵列的问题。实施例可通过添加与源极线(SL) 的通孔互连且添加顶部薄金属层(例如，M7)，使得源极线(SL)经配置成直接在位线 (BL)顶部上或上方(例如，与位线(BL)重叠且平行)以克服常规主要金属与通孔设计 规则限制来减小MTJ位单元大小，借此节省硅空间。参看图4到图10，本专利技术的实施例可提供减小或最小化位单元大小的MRAM位 单元阵列。举例来说，图4示意性地说明MRAM位单元阵列的实施例。STT-MRAM位 单元阵列的实施例可通过将源极线(SL)放置成与位线(BL)重叠且平行(例如，在位线上 方)以解决或克服由常规金属与通孔互连间距规则导致的限制来减小平均位单元大小。如图5中所展示，示范性STT-MRAM位单元500包括形成于第一平面中的源极 线(SL)和形成于第二平面中的位线(BL)。位线(BL)具有与源极线(SL)的纵轴平行 的纵轴。根据示范性实施例，源极线(SL)与位线(BL)的宽度的至少一部分重叠，借此 减小位单元大小。在一个实施例中，源极线(SL)可大体上与位线(BL)的宽度重叠，借 此进一步减小位单元大小。作为另一实施例，如图5的示范性实施例中所展示，源极线 (SL)可与位线(BL)完全重叠，借此进一步减小位单元大小。在图5中所说明的示范性实施例中，通过添加顶部薄金属层(M7)以使源极线 (SL)直接形成于位线(BL)顶部上或上方(例如，与位线(BL)重叠且平行)来减小MTJ 位单元大小。金属层M5和M7在与源极线(SL)和位线(BL)的纵轴垂直的方向上且在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）位单元，其包含：　　源极线，其形成于第一平面中；以及　　位线，其形成于第二平面中，且具有与所述源极线的纵轴平行的纵轴，　　其中所述源极线与所述位线的至少一部分重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-4-4 12/098,0171.一种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元，其包含 源极线，其形成于第一平面中；以及位线，其形成于第二平面中，且具有与所述源极线的纵轴平行的纵轴， 其中所述源极线与所述位线的至少一部分重叠。2.根据权利要求1所述的STT-MRAM位单元，其中所述源极线包括第一横向延伸 部，所述第一横向延伸部在所述第一平面中且在与所述源极线的所述纵轴垂直的方向上 延伸，使得所述第一横向延伸部的一部分不与所述位线重叠。3.根据权利要求2所述的STT-MRAM位单元，其中所述源极线为第一金属层，且所 述位线为第二金属层，所述位单元进一步包含第三金属层，其形成于第三平面中，且具有与所述第一金属层的所述纵轴平行的纵轴，其中所述第二金属层介于所述第一金属层与所述第三金属层之间。4.根据权利要求3所述的STT-MRAM位单元，其中所述第一金属层和/或所述第二 金属层与所述第三金属层的至少一部分重叠。5.根据权利要求3所述的STT-MRAM位单元，其中所述第三金属层包括第二横向延 伸部，所述第二横向延伸部在所述第三平面中且在与所述第三金属层的所述纵轴垂直的 方向上延伸，且其中所述第一横向延伸部与所述第二横向延伸部重叠且电连接到所述第二横向延伸部。6 根据权利要求5所述的STT-MRAM位单元，其进一步包含至少一个通孔互连，其将所述第一横向延伸部连接到所述第二横向延伸部。7.根据权利要求5所述的STT-MRAM位单元，其进一步包含 第四金属层，其介于所述第一横向延伸部与所述第二横向延伸部之间； 第一通孔互连，其将所述第一横向延伸部连接到所述第四金属层；以及 第二通孔互连，其将所述第四金属层连接到所述第二横向延伸部。8.根据权利要求7所述的STT-MRAM位单元，其中所述第四金属层形成于所述第二 平面中且与所述第二金属层电隔离。9.根据权利要求1所述的STT-MRAM位单元，其中所述源极线大体上与所述位线重叠。10.根据权利要求1所述的STT-MRAM位单元，其进一步包含字线；存储元件；以及字线晶体管，其耦合到所述存储元件。11.根据权利要求10所述的STT-MRAM位单元，其中所述存储元件为磁性隧道结 (MTJ)，且其中所述字线晶体管与所述MTJ串联耦合。12.—种自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元，其包含 第一金属层，其在第一平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉H夏，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US