磁阻随机存储器制造技术

本发明专利技术涉及了一种磁阻随机存储器(MRAM)单元，包括了磁隧道结(MTJ)、设置在MTJ上方的顶电极、设置在MTJ下方的底电极，以及设置在MTJ上方或下方的感应线。感应线被配置成在MTJ处产生磁场。

【技术实现步骤摘要】

本公开大体上涉及的是集成电路，而更具体地涉及的是磁阻随机存储器(MRAM)。
技术介绍
磁阻随机存储器(MRAM)将数据存储在磁阻存储器，例如，磁性隧道结(MTJ)中。通过测量MRAM单元的电阻来读取MRAM，该电阻根据MRAM单元中的MTJ的磁场极性进行变化。通过使用电流(阈值/临界电流)存储MTJ中的磁场极性来将数据写入到MRAM单元中。该阈值电流影响MRAM的功耗。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种磁阻随机存储器(MARM)单元，包括:磁隧道结(MTJ);顶电极，设置在所述MTJ上方；底电极，设置在所述MTJ下方；以及感应线，设置在所述MTJ上方或下方，其中，所述感应线被配置为在所述MTJ处产生磁场。在该MRAM单元中，所述感应线设置在所述MTJ正上方或正下方。在该MRAM单元中，所述感应线包括用于在所述MTJ处产生所述磁场的拱形部分。在该MRAM单元中，所述感应线被设置在所述MTJ的一侧。在该MRAM单元中，进 一步包括:第二感应线，所述第二感应线被配置为在所述MTJ处产生磁场。在该MRAM单元中，如果所述感应线设置在所述MTJ上方,那么所述感应线形成在不同于所述顶电极的层中，如果所述感应线设置在所述MTJ下方，那么所述感应线形成在不同于所述底电极的层中。在该MRAM单元中，所述MTJ包括自由层、固定层、以及设置在所述自由层和所述固定层之间的绝缘体，所述固定层具有固定的磁极，所述自由层具有可变的磁极。在该MRAM单元中，所述MTJ具有卵形或椭圆形形状。 在该MRAM单元中，所述MRAM单元是自旋转矩(STT) MRAM单元。根据本专利技术的另一方面，提供了一种MRAM单元阵列写入电路，包括:多个MRAM单元，布置在行和列所组成的阵列中，每个MRAM单元均包括磁隧道结(MTJ)，设置在所述MTJ上方的顶电极、设置在所述MTJ下方的底电极；至少一条感应线，相对于两列MRAM单元中的每列设置，每条感应线均被配置为在相对每条所述感应线设置的所述MTJ处产生磁场；以及至少一个电流源，用于向所述至少一条感应线提供电流。在该MRAM单元阵列写入电路中，所述至少一条感应线包括感应线对，所述感应线对设置在所述MTJ的每个单个列的所述MTJ的相对侧上。在该MRAM单元阵列写入电路中，在写入操作期间，电流从至少一个电流源以相反方向流经所述感应线对。在该MRAM单元阵列写入电路中，在写入操作期间，电流从至少一个电流源以相同方向流经所述感应线对。在该MRAM单元阵列写入电路中，对于每两列MARM单元,所述至少一条感应线包括仅一条感应线，每列MRAM单元具有仅一条与其相连接设置的感应线。在该MRAM单元阵列写入电路中，所述至少一个电流源包括为多条感应线提供电流的电流源以及选择性地将所述电流源与所述多条感应线相连接的多个开关。在该MRAM单元阵列写入电路中，所述至少一个电流源包括与多条对应的感应线相连接的多个电流源。根据本专利技术的又一方面，提供了一种磁阻随机存储器(MRAM)单元，包括:磁隧道结(MTJ)，具有卵形形状或具有短(X)轴和长(Y)轴的椭圆形形状；顶电极，设置在所述MTJ上方；底电极，设置在所述MTJ下方；以及感应线，设置在所述MTJ上方或下方；其中，所述感应线被配置成在所述MTJ处产生磁场。在该MRAM单元中，所述感应线设置在所述MTJ的一侧并且大体上平行于所述MTJ的所述长(Y)轴，以在所述MTJ处产生垂直磁场。在该MRAM单 元中，所述感应线设置在所述MTJ的一侧并且大体上平行于所述MTJ的所述短(X)轴，以在所述MTJ处产生平行磁场。在该MRAM单元中，所述感应线包括拱形部分，所述拱形部分被设置为在所述MTJ处产生垂直于所述MTJ的所述短(X)轴和长(Y)轴的磁场。在该MRAM单元中，至少一部分所述感应线设置在所述MTJ正上方或正下方，并且大体上平行于所述MTJ的所述长(Y)轴，以在所述MTJ处产生垂直磁场。在该MRAM单元中，至少一部分所述感应线设置在所述MTJ正上方或正下方，并且大体上平行于所述MTJ的所述短(X)轴，以在所述MTJ处产生平行磁场。附图说明附图示出了本专利技术的实施例以及与本公开相关的其他信息，其中:图1至图1C是根据一些实施例的示例性MRAM单元的立体图；以及图2至图2D是根据一些实施例的示例性MRAM单元阵列写入电路的示意图。具体实施例方式对于示例性实施例的描述旨在接合附图进行阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。应该理解，在该说明中的相对关系术语，诸如，“下面的”、“上面的”、“水平的”、“垂直的”、“在. 上面”、“在...下面”、“向上的”、“向下的”、“顶部”和“底部”以及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)与随后所描述的或在论述过程中视图所示出的方向相关。这些相对关系术语旨在更容易地描述，并不要求部件按此特定的方向装配或操作。除非另有明确说明，否则这些涉及了连接，耦合等的术语(诸如“连接的”和“互连的”)涉及的是彼此直接固定或连接或通过中间结构间接地固定或连接的结构之间的关系，以及两者可移动或不可移动的连接或关系。另外，除非另有说明，否则关于电连接等的术语(诸如，“接合的”、“连接的”以及“互连的”)涉及的都是相互直接通信或通过中间结构间接通信的结构之间的关系。图1是根据一些实施例的示例性MRAM单元的立体图。该MRAM单元100具有MTJ102，顶电极104、底电极106，以及(磁场)感应线108。MTJ 102包括自由层110、绝缘体(隔离件或沟槽阻挡件)112，以及固定层114。感应线108位于MTJ 102的一侧。在2011年7月15日提交的相关的共同受让的第13/183，968号U.S.专利申请“MagnetoresistiveRandom Access Memory and Medthod of Making the Same”中描述了 MRAM 单兀 100 (包括该MRAM单元的存储器阵列)及其制造方法，该专利申请整体通过引用结合到本文中。自由层100和固定层114形成了两个铁磁板，每个均可以具有磁场，通过薄的绝缘体112将这两个铁磁板分开。固定层114具有固定的磁极性，而自由层110具有可变的磁极，从而配合外磁场来存储数据。由于磁隧道效应，MTJ 102的电阻基于这两个板(即，自由层110和固定层114)中的磁场的方向进行变化。在一些实施例中，如果这两个板具有相同的极性，那么MTJ 102具有较低的阻抗，如果这两个板的极性相反，那么MTJ 102则具有较高的阻抗。可以利用薄膜技术(诸如，磁控溅射沉积、分子束外延附生、脉冲激光沉积、电子束物理汽相沉积，或其他适当的方法)来制造MTJ 102。MTJ102被示出具有卵形或椭圆形形状，而在其他实施例中具有不同的形状。在一些实施例中，自由层110包括磁性材料(例如，CoFeB、NiFe)，厚度约为15-25M A )而固定层114包括磁性材料(例如，CoFeXoFeB)，厚度约为40-60A (厚于自由层110)。绝缘体112包括MgO、Al2O3,或其他适当的材料。顶电极104、底电极106，以及感应线108可以包括导电材料，诸如，铜、铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻随机存储器(MARM)单元，包括：磁隧道结(MTJ)；顶电极，设置在所述MTJ上方；底电极，设置在所述MTJ下方；以及感应线，设置在所述MTJ上方或下方，其中，所述感应线被配置为在所述MTJ处产生磁场。

【技术特征摘要】
2012.01.24 US 13/356,9201.一种磁阻随机存储器(MARM)单元，包括: 磁隧道结(MTJ)； 顶电极，设置在所述MTJ上方； 底电极，设置在所述MTJ下方；以及 感应线，设置在所述MTJ上方或下方， 其中，所述感应线被配置为在所述MTJ处产生磁场。2.根据权利要求1所述的MRAM单元，其中，所述感应线设置在所述MTJ正上方或正下方。3.根据权利要求1所述的MRAM单元，其中，所述感应线包括用于在所述MTJ处产生所述磁场的拱形部分。4.根据权利要求1所述的MRAM单元，其中，所述感应线被设置在所述MTJ的一侧。5.根据权利要求1所述的MRAM单元，进一步包括:第二感应线，所述第二感应线被配置为在所述MTJ处产生磁场。6.根据权利要求1所述的MRAM单元，其中，如果所述感应线设置在所述MTJ上方，那么所述感应线形成在不同于所述顶电极的层中，如果所述感应线设置在所述MTJ下方，那么所述感应线形成在不同于所述底电极的层中。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：江典蔚，林楷竣，高雅真，于鸿昌，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：