專利名稱：磁阻存儲器用電流驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于由在字線與位線相交處的大量存儲單元的一個存儲單元區(qū)，并由分配給字線和位線的、各自在字線或位線的一端上提供的、驅動器構成的MRAM(磁阻存儲器)的電流驅動裝置。
背景技術：
在MRAM眾所周知各個存儲單元的磁可變電阻用于存儲效應。這種存儲單元，正如圖2所示，由在這里用作為上導線LTO的字線WL與通過下導線LTU形成的位線BL的交叉構成，其中在這兩導線LTO和LTU之間的交叉處存在兩導線LTO和LTU之間確定的多層系統(tǒng)。該多層系統(tǒng)由其間存在隧道氧化物膜TL的硬磁材料層HML和軟磁材料層WML構成。換句話說，在下導線LTU上依次疊層硬磁材料層HML，隧道氧化物膜TL和軟磁材料層WML，其中軟磁材料層WML在其上側被上導線LTO復蓋。
軟磁材料層WML和硬磁材料層HML的安排在需要時也可以交換，所以硬磁材料HWL安排在“上”，而軟磁材料層WML處在下導線LTU上。上導線LTO用于位線BL，下導線LTU用于字線WL也是可能的。
只有隧道氧化物膜TL處于軟磁材料層WML和硬磁材料層HML之間才是重要的，其中這兩層WML或HML各自分配給上導線LTO或下導線LTU。也可以用另一材料代替氧化物用于隧道氧化物膜。
隧道氧化物膜TL的厚度dTL(參照圖3)主要處于0.5到5nm的范圍。軟磁材料層WML的厚度dWML和硬磁材料層HML的厚度dHML約處于1到5nm的范圍。但是原則上與此偏離的厚度也是允許的。
按照這種方式，由軟磁材料層WML，隧道氧化物膜TL和硬磁材料層HML組成的多層系統(tǒng)，在上導線LTO和下導線LTU之間形成具有電阻R的存儲單元，因此有圖4圖示的裝置。
多層系統(tǒng)的電阻值，即處于導線LTO和LTU之間或字線WL和位線BL之間存儲單元的電阻值，現(xiàn)在與在兩材料層WML和HML內磁化方向彼此是平行或反平行取向有關。如果在兩材料層WML和HML內的磁化方向彼此平行取向，則有電阻R較低的電阻值，而在這些材料層的磁化方向反平行取向時，取得電阻R高的電阻值。因為這時硬磁材料層HML具有固定的磁化，通過軟磁材料層上加相應的磁場方式，存儲單元的寫入通過軟磁材料層的接通實現(xiàn)。該磁場通過兩磁場的疊加產(chǎn)生，這兩磁場通過在上導線LTO內的電流IO和下導線LTU內的電流IU形成。換言之，用通過導線LTO和LTU在一定方向傳遞相應電流IO或IU的方式，可以轉換在軟磁材料層WML內的磁化方向，因此，它對硬磁材料HML的磁化方向平行或反平行取向。在圖3的例子中采納兩材料層WML和HML的反平行取向的磁化，它通過相應的箭頭表示，因此在這里給出電阻R高的電阻值。
軟磁材料層WML在對硬磁材料層HML反平行和平行取向的磁化方向之間轉換時和相反應當注意，層WML的軟磁材料具有磁滯特性。為了觸發(fā)開關過程，由在上導線LTO或下導線LTU內的電流IO和IU產(chǎn)生的磁場的壘加是必要的。對于開關過程，電流IO或電流IU的原來的電流方向必須反轉。
在傳統(tǒng)的DRAM，字線各自與開關晶體管的柵極接頭相連，所以這些字線也附加上通過柵極接頭形成的電容。這意味著必須各自由驅動器準備電壓用于對每一字線的電容快速再充電。DRAM的驅動器由n和p溝道場效應晶體管構成，因此可以無損耗接通高和低電壓。但是為了對p溝道場效應晶體管得到如對n溝道場效應晶體管一樣的驅動功率，由于在p溝道場效應晶體管內較低的載流子遷移率，與n溝道場效應晶體管相比，對其安排了約2.5倍溝道寬。
圖5示出用于具有一只p溝道場效應晶體管P1和一只n溝道場效應晶體管N0的DRAM或FeRAM字線的傳統(tǒng)驅動器，這些晶體管串聯(lián)在驅動電壓DRV和地之間，并以其柵極接頭連接在讀出接頭RDOUTn上。字線WL處在這兩晶體管P1和N0之間的連接點上。p溝道場效應晶體管P1的溝道寬wp為n溝道場效應晶體管N0的溝道寬wn的2.5倍。
在MRAM中與DRAM相反，為了寫入必須2.5到3mA的較高電流，然而為了避免隧道氧化物膜的擊穿在各存儲單元上的電壓應盡可能小。如果例如采用等于和小于2nm的隧道氧化物層厚度dTL，則在隧道氧化物膜上的電壓不應當超過0.5V，以便可以維持10年的壽命。
發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是提供一只電流驅動裝置，它在較低的占地面積時能提供具有較高電流的低電壓。
在本文開始所述類型的電流驅動裝置情況下，根據(jù)本發(fā)明，本任務通過各由一只n溝道場效應晶體管和一只與其串聯(lián)的電流源構成的驅動器解決。
用本發(fā)明的電流驅動裝置，可以把具有高電流的所希望的低電壓，正如它在MRAM寫和讀時必須的那樣，用n溝道場效應晶體管以標準電平?jīng)]有損耗地連接到MRAM的字線和位線上。在相同驅動功率情況下，該n溝道場效應晶體管與p溝道場效應晶體管相比，需要顯著較小的面積。因此達到的面積減小約為2.5倍，這歸因于已經(jīng)描述過的較小的溝道寬。當為了控制n溝道場效應晶體管采用提高驅動功率的提高或升壓的電壓時，進一步的面積減小是可能的。
在本發(fā)明的擴展中規(guī)定在對一端對置的字線或位線的另一端上，另一只n溝道場效應晶體管與電壓源串聯(lián)的電路處在此另一端和地(機殼)之間。這里電壓源可以由一只電阻、一只晶體管二極管或一復合電路組成。
本發(fā)明依靠附圖詳細說明如下。這些附圖是圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于MRAM的電流驅動裝置的簡略電路圖，圖2示出MRAM的存儲單元的透視圖，圖3示出圖2的存儲單元的側視圖，圖4示出用于圖2和圖3的存儲單元的簡略等效電路圖，圖5示出用于DRAM的現(xiàn)有的驅動器。
圖2到圖5在本文一開始已經(jīng)作了說明。
在圖中彼此相對應的構件具有相同的參考符號。
具體實施例方式
圖1示出由用于位線BL的驅動器T1和用于字線WL的驅動器T2組成的電流驅動裝置。驅動器T1由電流源J3和溝道寬wn的n溝道場效應晶體管N6組成，驅動器T2以類似方式包含一電流源J0和具有溝道寬wn的n溝道場效應晶體管N0。電流源J3和場效應晶體管N6串聯(lián)在供電電壓源V_SupplyBL和位線BL之間，電流源J0以及場效應晶體管N0以類似方式串聯(lián)在用于字線WL的供電電壓源V_SupplyWL和字線WL之間。兩晶體管N6和N0的柵極接頭各通過信號W是可控制的。
形成電阻R(參閱圖4)的存儲單元Z處于字線WL和位線BL的相交處。
由n溝道場效應晶體管N7和參考電壓源V_RefBL(E0)構成的串聯(lián)電路處在對驅動器T1對置的位線端BL上。這里該電壓源E0的負極接地。場效應晶體管N7在其柵極上通過信號W控制，并如場效應晶體管N0和N6一樣具有溝道寬wn。
此外，在與驅動器T2對置的字線WL的一端上提供由n溝道場效應管N5和參考電壓源V_RefWL(E1)構成的串聯(lián)電路。該電壓源E1的負極接地。場效應晶體管N5在其柵極上受信號W控制，并具有溝道寬wn。
為了能夠轉換在導線內的電流方向，在通常的情況下，在字線WL或位線BL的兩端上可以安排電流驅動器。為此，電流源J0通過電壓源(例如E1)，電壓源E1通過電流源(例如J0)進行電路技術上的例如簡單的補充。同樣也可以用于位線BL上。
在寫入時，在字線WL和位線BL的寫入路徑通過信號W開啟。隨后在字線WL內由電流源J0出發(fā)流動的電流可以經(jīng)場效應晶體管N0和N5以及參考電壓E1流向地。同樣在位線BL內的電流由電流源J3出發(fā)經(jīng)場效應管N6和N7以及參考電壓源E0流向地。在存儲單元Z內通過這些電流產(chǎn)生一磁場，該磁場使軟磁層WML內的磁化轉換方向。
在位線BL一端或字線WL一端上的電壓源E0和E1用于產(chǎn)生可調整的參考電壓。這些電壓源可以通過一個電阻、一只晶體管二極管或一復合電路實現(xiàn)，并使位線BL或字線WL維持在一定電位上，由此阻止在存儲元Z上的擊穿。為了控制場效應晶體管N0或N6可以用升壓的電壓，這可以允許在相同的驅動功率下減小占地面積。
參考符號表Z存儲單元J0，J3 電流源N0，N5，N6，N7 n溝道場效應晶體管wn n溝道場效應晶體管的溝道寬P1 p溝道場效應晶體管W信號BL 位線WL 字線E0，E1 參考電壓源V_RefWL 用于字線的參考電壓源V_RefBL 用于位線的參考電壓源V_SupplyBL 用于位線供電電壓V_SupplyWL 用于字線的供電電壓DRV 控制信號wp p溝道場效應晶體管P1的溝道寬RDOUTn 讀輸出LTO 上導線LTU 下導線WML 軟磁層HML 硬磁層TL 隧道氧化物膜R電阻dWML軟磁層厚度dTL隧道氧化物膜厚dHML硬磁層厚度IO在上層LT0內的電流IU在下層LTU內的電流
權利要求
1.用于由在字線(WL)與位線(BL)相交處的大量存儲單元(Z)的一個存儲單元區(qū)，并由分配給字線(WL)和位線(BL)的、各自在字線(WL)或位線(BL)的一端上提供的、驅動器(T1，T2)構成的MRAM的電流驅動裝置，其特征為-驅動器(T1，T2)各由一只n溝道場效應晶體管(N0，N6)和與其串聯(lián)的一只電流源(J0，J3)組成，和-在對一端對置的字線(WL)和位線(BL)的另一端上，另一只n溝道場效應晶體管(N5，N7)與電壓源(E1，E0)串聯(lián)的電路處在此另一端和地之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的電流驅動裝置，其特征為電壓源(E1，E0)由一只電阻、一只晶體管二極管或一復合電路組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電流驅動裝置，其特征為驅動器(T1，T2)的n溝道場效應晶體管(N6，N0)通過升壓的電壓控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于MRAM的電流驅動裝置,其中字線和位線驅動器(T2,T1)由n溝道場效應晶體管(N0,N6)與一電流源(J0,J3)串聯(lián)組成。
文檔編號H01L27/10GK1337708SQ0112214
公開日2002年2月27日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權日2000年7月3日
發(fā)明者T·貝姆, D·戈格爾, G·米勒, T·雷爾 申請人:因芬尼昂技術股份公司