專利名稱：包含偏移導(dǎo)體的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。更具體地說，本發(fā)明涉及磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。
一種典型的MRAM器件包存儲(chǔ)器單元陣列，沿存儲(chǔ)器單元行延伸的字線，和沿存儲(chǔ)器單元列延伸的位線。各個(gè)存儲(chǔ)器單元位于一根字線和一根位線的交叉點(diǎn)。
存儲(chǔ)器單元可以是基于磁阻器件如隧道效應(yīng)磁阻器件(TMR)或巨磁阻(GMR)器件。一種典型的TMR器件包括釘軋層、檢測(cè)層以及夾在釘軋層和檢測(cè)層之間的絕緣隧道阻擋層。釘軋層有一個(gè)磁化取向，在有效范圍內(nèi)存在外加磁場(chǎng)下它才能固定不轉(zhuǎn)。檢測(cè)層具有磁化，它可以沿兩個(gè)方向中任一方向取向與釘軋層磁化相同方向或同釘軋層磁化的相反方向。如果釘軋層的磁化和檢測(cè)層的磁化處于同一方向，那么TMR器件的方向稱為“平行”。如果釘軋層的磁化和檢測(cè)層的磁化處于相反方向，那么TMR器件的取向稱為“反平行”。這兩個(gè)穩(wěn)定的方向，平行和反平行，可以相應(yīng)于‘0’和‘1’的邏輯值。
除了數(shù)據(jù)層和基準(zhǔn)層被一導(dǎo)電的非磁金屬層代替絕緣的隧道阻擋層隔開之外，GMR器件有像TMR器件一樣的基本結(jié)構(gòu)。檢測(cè)層和釘軋層的相對(duì)的磁化方向影響以面內(nèi)電流(CIP)幾何運(yùn)行的GMR器件的共面電阻，并同樣地影響以垂直于平面(CPP)電流幾何運(yùn)行的GMR器件的垂直平面的電阻。
存儲(chǔ)器單元的密度受限于線之間的面內(nèi)距離。通過該線能驅(qū)動(dòng)的最大電流受限于該線的電流密度。這兩個(gè)參數(shù)——線間距和電流密度——限制了可以被施加到磁阻器件檢測(cè)層的最大開關(guān)場(chǎng)。
人們期望提高施加到磁阻器件的最大開關(guān)場(chǎng)，而不降低存儲(chǔ)器密度。提高此最大磁場(chǎng)能使存儲(chǔ)器單元的矯頑力得到提高。反過來，提高了矯頑力能提高向存儲(chǔ)器單元寫入數(shù)據(jù)的完整性，并能降低所不需要的對(duì)未選擇位消磁的副作用。此外，校正這樣的消磁能提高關(guān)于錯(cuò)誤代碼校正的負(fù)擔(dān)。
由下面的詳細(xì)描述，通過實(shí)例并結(jié)合


本發(fā)明的原理本，發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得明顯。
圖3是給第一MRAM器件寫入的方法的說明。
圖4和圖5根據(jù)本發(fā)明的第二MRAM器件的說明。
圖6至8是根據(jù)本發(fā)明的第三、第四和第五MRAM器件的說明。
用作位線16的軌跡在陣列12的一側(cè)沿Y方向延伸。陣列12的每一列都可以有一個(gè)位線16。
用作字線18的軌跡在陣列12的相反一側(cè)的平面內(nèi)沿X方向延伸。在常規(guī)的MRAM器件中(未示出)，各個(gè)存儲(chǔ)器單元都位于字線和位線的交叉點(diǎn)。相反，在圖1的MRAM器件10中，字線18在Y方向卻偏移了存儲(chǔ)器單元14。這種偏移是以字母Off表示。各個(gè)存儲(chǔ)器單元14位于兩個(gè)相鄰的字線18之間，并且重疊。各個(gè)存儲(chǔ)器單元14也同位線16和相鄰的字線18之一保持電接觸。存儲(chǔ)器單元14和字線18之間通過通孔19形成電接觸。
MRAM器件10包括行驅(qū)動(dòng)器20和列驅(qū)動(dòng)器22，在寫入操作期間給選定的位和字線16和18提供寫入電流IY，IX1和IX2。這些寫入電流IY，IX1和IX2在選定的位和字線16和18周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)HX，HY1和HY2。因?yàn)檫x定的存儲(chǔ)器單元14位于兩個(gè)選定的相鄰的字線18之間并位于選定的位線16之上，它“看見”三條線的磁場(chǎng)HX，HY1和HY2。當(dāng)結(jié)合起來時(shí)，這些磁場(chǎng)HX，HY1和HY2強(qiáng)度高到足以改變選定的存儲(chǔ)器單元14的磁化方向。
半選的單元(即，存儲(chǔ)器單元14沿著選定的位線16或只沿著一條選定的字線)將只看見三個(gè)磁場(chǎng)HX，HY1和HY2之一；因此，半選單元的磁化取向應(yīng)不會(huì)受到影響。同樣地，既沿著選定的位線16又沿著單條選定的字線18的存儲(chǔ)器單元14將只看到三個(gè)磁場(chǎng)HX，HY1和HY2中的兩個(gè)磁場(chǎng)；因此，它們的磁化取向應(yīng)不受影響。對(duì)所要求的磁場(chǎng)，兩條相鄰的字線18可能均分寫入電流。在寫入操作期間，兩條相鄰線18可以以小于最大額定電流功率來驅(qū)動(dòng)。而且，可以供給線16和18不同的寫入電流。
因?yàn)樽志€18是偏移的，所以它們比常規(guī)的MRAM器件中的字線更遠(yuǎn)離存儲(chǔ)器單元14。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩條偏移存儲(chǔ)器單元14的相鄰的字線18，比不偏移存儲(chǔ)器單元的單條字線提供更強(qiáng)的磁場(chǎng)。
MRAM器件10進(jìn)一步包括連接到列驅(qū)動(dòng)器22上的檢測(cè)放大器24。該檢測(cè)放大器24的輸出耦合到數(shù)據(jù)寄存器26，并且數(shù)據(jù)寄存器26的輸出耦合到MRAM器件10的I/O連接區(qū)(pad)28。在讀出操作期間，檢測(cè)放大器24顯示選定的存儲(chǔ)器單元14的電阻狀態(tài)。簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法可以通過在選定的存儲(chǔ)器單元14兩端加上電壓來實(shí)現(xiàn)，并檢測(cè)電流通過選定的存儲(chǔ)器單元14的流動(dòng)。
存儲(chǔ)器單元14通過多個(gè)并聯(lián)的通路連接到一起。在一個(gè)連接點(diǎn)看到的電阻等于存儲(chǔ)器單元14在那連接點(diǎn)同在其他行和列的存儲(chǔ)器單元14的電阻相并聯(lián)的電阻。于是存儲(chǔ)器單元14的陣列12可以表征為交叉點(diǎn)電阻網(wǎng)。
因?yàn)榇鎯?chǔ)器單元14連接成交叉點(diǎn)電阻網(wǎng)，寄生的或潛路電流可能干擾選定的存儲(chǔ)器單元14上的讀出操作。阻擋器件如二極管和三極管可以連接到存儲(chǔ)器單元14上。這些阻擋器件可以阻斷寄生電流。
在另一種方案中，寄生電流可以用在受讓人的美國(guó)專利號(hào)6259644中公開的“等勢(shì)”方法來處理。作為該等勢(shì)方法的一種實(shí)例，列驅(qū)動(dòng)器22可以給未選的位16像選定的位16那樣提供同樣的電位，或行驅(qū)動(dòng)器20可以給未選的字線16像選定的字線16那樣提供同樣的電位。
現(xiàn)在參看圖3，它展示寫入選定的存儲(chǔ)器單元的一種方法。寫入電流供給最接近選定的存儲(chǔ)器單元(方框110)的兩條字線，并且寫入電流供給跨接存儲(chǔ)器單元的位線(方框112)。這三條線組合的磁場(chǎng)引起選定的存儲(chǔ)器單元沿假設(shè)所需方向。該磁化取向的方向?qū)⑷Q于寫入電流的方向。
除了第二MRAM器件210在陣列12同一側(cè)進(jìn)一步包括像位線16那樣的第二字線218層(level)之外，圖4和圖5說明相似于圖1和圖2的MRAM器件10的第二MRAM器件210。第二字線218沿X方向延伸。行驅(qū)動(dòng)器220在寫入操作期間提供寫入電流給第一和第二字線18和218。第二字線218，圖4中用虛線表示位于位線16之下。第二字線218是同位線16和存儲(chǔ)器單元14電絕緣的。然而，當(dāng)給最接近選定存儲(chǔ)器單元14的兩條第二字線218，以及交叉位線16和最接近選定的存儲(chǔ)器單元14的兩條第一字線18提供寫入電流時(shí)，選定的存儲(chǔ)器單元看見五條線的磁場(chǎng)。于是，第二字線218進(jìn)一步提高了開關(guān)場(chǎng)。
因此，與有同樣導(dǎo)體間距、大小和電流密度的常規(guī)器件相比，所公開的MRAM器件10和210能提供更高寫入場(chǎng)的。更高的寫入場(chǎng)能使存儲(chǔ)器單元的矯頑力得到提高，從而提高了給存儲(chǔ)器單元寫入數(shù)據(jù)的完整性和減少了未選的位消磁的頻率。
在另一種方案中，能夠降低字和位線的寫入場(chǎng)和電流的需求。給定場(chǎng)的電流需求的降低有以下直接的利益減少發(fā)熱，且能使檢測(cè)放大器和電子儀器做得更好和更小，以及減少導(dǎo)線中的電遷移問題。對(duì)給定的電流限制，可以增強(qiáng)由位和字線產(chǎn)生的寫入場(chǎng)。
盡管采用多個(gè)通路對(duì)MRAM器件10和218進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不局限于此。代之以，字和位線都可以直接同磁存儲(chǔ)器單元進(jìn)行電接觸。例如，圖6展示一種MRAM器件310，其中字線18相對(duì)于存儲(chǔ)器單元14是偏移的。其在Y方向的偏移(Off)量使得各個(gè)存儲(chǔ)器單元14只同兩條最接近的字線18之一進(jìn)行電連接。在寫入操作期間，流經(jīng)位線16和兩條最接近的字線18的電流大到足以只開關(guān)選定的存儲(chǔ)器單元14。
可以裝配另外的導(dǎo)體水平線(level)。這些另外的層在Z方向(Z方向同X方向和Y方向正交)可以與字和/或位線隔開。例如，圖7展示一種MRAM器件410，其中第二字線418另外的層直接位于第一字線18之上并同它們對(duì)齊。這樣第二字線418在Y方向也偏移(Off)存儲(chǔ)器單元14。例如，圖8展示一種MRAM器件510，其中第二導(dǎo)體518在Y方向偏移(Off)存儲(chǔ)器單元14。然而，第一字線18是不偏移的。而且，第一字線18直接同存儲(chǔ)器單元14接觸并同它們對(duì)齊。
雖然已經(jīng)連同偏移字線一起描述了MRAM器件，但它們并不局限于此。位線可以取代字線被偏移，或，字線和位線都可以被偏移?？梢詢H為字線、僅為位線、或既為字線又為位線增加另外的導(dǎo)體層。
字線和位線可以互換位置。例如，除了位線取代字線被偏移之外，MRAM器件可以有圖2所示的同樣結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明不限于MRAM器件。它可以用于其他器件如磁傳感器陣列。在該陣列中，相鄰的導(dǎo)體能夠增強(qiáng)施加到磁阻元件上的磁場(chǎng)。
雖然已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但本發(fā)明不限于所描述和說明的部分的特定形式或布局。而是，根據(jù)隨后的權(quán)利要求進(jìn)行分析說明。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件(10，210，310，410，510)，該器件包括磁存儲(chǔ)器單元(14)的陣列(12)；和在存儲(chǔ)器單元陣列(12)一側(cè)的多個(gè)第一導(dǎo)體，第一導(dǎo)體沿著第一方向延伸；第一導(dǎo)體在第二方向至少偏移若干存儲(chǔ)器單元(14)，第一和第二方向是正交的。
2.權(quán)利要求1的器件(10，210，310，410，510)，其中至少某些磁存儲(chǔ)器單元(14)位于兩個(gè)相鄰的第一導(dǎo)體(18)之間。
3.權(quán)利要求1的器件(10，210，310，410，510)，其中當(dāng)寫入電流被提供給兩個(gè)相鄰的第一導(dǎo)體時(shí)，至少若干磁存儲(chǔ)器單元(14)安裝在受到兩個(gè)相鄰的第一導(dǎo)體磁場(chǎng)作用的位置。
4.權(quán)利要求1的器件(10)，該器件在存儲(chǔ)器單元陣列(12)的第二側(cè)還包括多個(gè)第二導(dǎo)體(16)，第二導(dǎo)體(16)沿著第二方向延伸并且同存儲(chǔ)器單元(14)直接接觸。
5.權(quán)利要求1的器件(210)，在存儲(chǔ)器單元陣列(12)的第二側(cè)進(jìn)一步包括多個(gè)第二導(dǎo)體(218)，第二導(dǎo)體(218)沿著第一方向延伸并且在第三方向與存儲(chǔ)器單元(14)間隔開，此第三方向同第一和第二方向正交。
6.權(quán)利要求1的器件(10，210)，該器件還包括多個(gè)通孔(19)；其中第一導(dǎo)體(18)在第三方向與存儲(chǔ)器單元(14)間隔開；以及其中每個(gè)通孔(19)將一個(gè)第一導(dǎo)體(18)只同一個(gè)磁存儲(chǔ)器單元(14)進(jìn)行電連接，第三方向同第一和第二方向正交。
7.權(quán)利要求6的器件(410)，該器件進(jìn)一步包括同第一導(dǎo)體電絕緣的第二導(dǎo)體(18)層，該第一導(dǎo)體(418)位于第二導(dǎo)體(18)和存儲(chǔ)器單元(14)之間。
8.權(quán)利要求7的器件(410)，其中第一導(dǎo)體(418)在第二方向上偏移與第二導(dǎo)體(18)同樣的數(shù)目。
9.權(quán)利要求1的器件(510)，該器件進(jìn)一步包括位于第一導(dǎo)體(518)和存儲(chǔ)器單元(14)之間的多個(gè)第二導(dǎo)體(18)；其中每個(gè)磁存儲(chǔ)器單元(14)只同第二導(dǎo)體(18)之一直接進(jìn)行電連接。
10.權(quán)利要求9的器件，其中第二導(dǎo)體(18)同存儲(chǔ)器單元(14)對(duì)齊。
11.權(quán)利要求1的器件(510)，其中每個(gè)存儲(chǔ)器單元(14)只同第一導(dǎo)體(18)之一直接物理接觸。
12.權(quán)利要求1的器件(410，510)，該器件進(jìn)一步包括同第一導(dǎo)體(18)電絕緣的第二導(dǎo)體(418，518)的層，該第一導(dǎo)體(18)位于第二導(dǎo)體(418，518)和存儲(chǔ)器單元(14)之間。
全文摘要
一種磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)(10)包括單元(14)的陣列(12)；和在該陣列(12)第一側(cè)的多個(gè)第一導(dǎo)體。第一導(dǎo)體沿著第一方向延伸并偏移至少若干存儲(chǔ)器單元(14)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1400607SQ0212757
公開日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月1日
發(fā)明者M·沙梅, M·布哈塔查爾亞 申請(qǐng)人:惠普公司