專利名稱：磁阻隨機存取存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由至少兩個存儲器單元區(qū)構(gòu)成的一種MRAM裝置(MRAM＝磁阻RAM或存儲器)，其內(nèi)在字線和位線的交叉處各提供存儲器單元，其中由字線和位線構(gòu)成的至少一種線路類型備有線路驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
眾所周知，MRAM的存儲效應(yīng)以該存儲器各存儲器單元的可變的電阻為基礎(chǔ)。這種MRAM存儲器單元的結(jié)構(gòu)首先應(yīng)依靠附圖2和3說明如下，其中圖3示出在圖2內(nèi)展示的存儲單元的等效電路圖。
MRAM-存儲器單元處在兩導(dǎo)線的交叉處上，即尤其在字線WL和位線BL的交叉處。存儲器單元本身由通過薄介質(zhì)層TL彼此分開的兩磁性層ML組成。
這種MRAM存儲器單元的電阻值現(xiàn)在與磁性層ML的極化有關(guān)。如果兩磁性層ML在同一方向極化，則在存儲器單元內(nèi)有低值Rc↓，而在兩磁性層ML的彼此相反的極化情況下得到高的電阻值Rc↑。換句話說，與磁性層ML的極化有關(guān)，對于由兩磁性層ML和夾于其間的介質(zhì)層TL組成的存儲器單元產(chǎn)生高(↑)或低(↓)的電阻值。
磁性層ML中一層由軟磁材料組成，而另一層由硬磁材料制造。軟磁材料是如此選擇的，它通過在字線WL和位線BL上的寫入電流可以轉(zhuǎn)換極化，而在硬磁材料情況下，這種極化的轉(zhuǎn)換通過寫入電流應(yīng)該是不可能的。
因此，為了由軟磁材料構(gòu)成的磁性層ML可在兩相反方向極化，要求至少通過位線BL的兩編程電流IBL之一或通過字線WL的IWL可以在兩方向流過各自的導(dǎo)線WL或BL。因為只有在字線WL與位線BL的交叉處安排，在交叉處相應(yīng)指向的編程電流IBL和IWL用于由軟磁材料構(gòu)成的磁性層ML內(nèi)極性轉(zhuǎn)換的磁場是足夠強的。
通過存儲器單元流動的電流是通過薄介質(zhì)層TL的隧道電流，因此存在“磁性隧道結(jié)”或“隧道結(jié)”，所以MRAM存儲器單元也稱為MTJ存儲器單元。
圖4示出由字線WLi-1，WLi和WLi+1以及位線BLk+1，BLk和BLk-1以及在這些導(dǎo)線的交叉處具有各電阻Rc的MTJ存儲器單元組成的MRAM存儲器單元區(qū)。
字線WL和位線BL在這樣一種存儲器單元區(qū)情況下，各備有字線驅(qū)動電路和位線驅(qū)動電路，它們在其分配的字線或位線上提供相應(yīng)的編程電流或讀出電流。在圖4示出用于字線WLi或位線BLk的這樣一種字線驅(qū)動器WLTi或位線驅(qū)動器BLTk。這種字線驅(qū)動器或位線驅(qū)動器是為由用于每個字線或每個位線的m條字線和n條位線組成的整個存儲器單元區(qū)配置的。這時至少在兩種線之一上，即或至少在字線上或至少在位線上必須提供兩只驅(qū)動器，即在這種導(dǎo)線每一端上提供各一只驅(qū)動器，以便通過導(dǎo)線控制的電流可以在有關(guān)導(dǎo)線的每一方向驅(qū)動。
在MRAM裝置中，在選擇的字線或位線上出現(xiàn)高的寄生電流，它最后受限于例如選擇的字線WL與其交叉的n個位線的眾多交叉處。因此基于這些高寄生電流，可以建立僅由多個較小存儲器單元區(qū)構(gòu)成的大MRAM裝置，這意味著正是由例如m個字線和n個位線構(gòu)成的每一存儲器單元區(qū)情況下總計2m+n或2n+m線路驅(qū)動電路是必須的。對例如由1個存儲器單元區(qū)組成的MRAM裝置，總計需要1(2m+n)或1(2n+m)個線路驅(qū)動電路。但對于這種線路驅(qū)動電路在包含有MPAM裝置的芯片上需要許多面積，這是極其不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種MRAM裝置，其中通過對線路驅(qū)動電路有效的分配減小其占用面積，因此得到節(jié)省面積的結(jié)構(gòu)。
在本文開始所述類型的MRAM裝置上，根據(jù)本發(fā)明，此任務(wù)通過把線路驅(qū)動電路各自連接在兩個存儲器單元區(qū)之間的連接節(jié)點上，并且各一只開關(guān)晶體管處于連接節(jié)點和兩個存儲器單元區(qū)之間解決。
通過MRAM裝置的這種結(jié)構(gòu)基本上偏離上述疑難點的不難猜想的解決方案，其中從電流源或電流匯點各放在存儲器單元區(qū)的每一端上出發(fā)更確切地，在本發(fā)明的MRAM裝置上，線路驅(qū)動電路如此安排，使得它可以分配給不同的存儲器單元區(qū)，這意味著最終總共需要的線路驅(qū)動電路約為現(xiàn)有技術(shù)的一半。對在線路驅(qū)動電路上電流源的開銷也可以降低，因為在本發(fā)明情況下一個電流源分配給兩個存儲器單元區(qū)。
在本發(fā)明的擴展中規(guī)定在兩存儲器單元區(qū)之間的連接節(jié)點經(jīng)具有可調(diào)整電壓降的一個元件與地電位連接。因此寫電流在穿過存儲器單元區(qū)之后經(jīng)這個存儲器單元區(qū)的輸出端的連接節(jié)點和具有可調(diào)整電壓降的元件直接達到地電位。這個可調(diào)整的電壓降可以例如通過一只可變電阻，一只可變晶體管二極管或一只可調(diào)電壓源產(chǎn)生。由此可調(diào)整的電壓用于可以使通過與選擇的字線或位線連接的存儲器單元的寄生電流降到最小。
以有益的方式由一只寫驅(qū)動器晶體管和一只電流源構(gòu)成的各串聯(lián)電路用于線路驅(qū)動電路。對于這個寫驅(qū)動晶體管例如可以選擇一只n溝道MOS場效應(yīng)晶體管，這種晶體管此外也適用于開關(guān)晶體管和晶體管二極管。


本發(fā)明依靠

如下，即圖1示出用于說明本發(fā)明的MRAM裝置的方框電路圖，圖2示出MTJ存儲器單元的示意圖，圖3示出圖2的MTJ存儲器單元的等效電路圖，以及圖4示出在字線和位線之間的交叉處具有MTJ存儲器單元的MRAM存儲器單元區(qū)。
圖2到圖4已在本文開始說明。
在圖內(nèi)對于彼此相應(yīng)的部件各應(yīng)用相同的參考符號。
具體實施例方式
圖1示出由各自按圖4所示方式構(gòu)成的三個存儲器單元區(qū)1，2，3和由圖2或圖3示出類型、處在字線WL和位線BL的交叉處上的MTJ存儲器單元構(gòu)成的本發(fā)明MRAM裝置的方框線路圖。顯然也可以提供較多數(shù)量的存儲器單元區(qū)來取代三個存儲器單元區(qū)。
此外，圖1示出一只MRAM裝置，其中存儲器單元區(qū)1到3通過共同的字線WL(為了簡化圖示只示出一個字線WL)實現(xiàn)。顯然多個存儲器單元區(qū)也可以備有共同的位線或共同的字線和共同的位線。
在圖1實施例的MRAM裝置，在存儲器單元區(qū)1和2之間或在存儲器單元區(qū)2和3之間的連接節(jié)點4，5各自連接到字線驅(qū)動電路6或7上。該字線驅(qū)動電路6和7由驅(qū)動電流源8或9和寫驅(qū)動晶體管10或11構(gòu)成。這時驅(qū)動電流源8和9能以圖1內(nèi)所示方式按極性接線。例如n溝道MOS晶體管可以用于寫驅(qū)動晶體管10和11。
此外，在本發(fā)明的MRAM裝置，在各個連接節(jié)點4和5以及存儲器單元區(qū)1到3之間各提供開關(guān)晶體管12到17。這時開關(guān)晶體管12和13分配給存儲器單元區(qū)1，而開關(guān)晶體管14和15屬于存儲器單元區(qū)2，開關(guān)晶體管16和17提供給存儲器單元區(qū)3。
最后，連接節(jié)點4和5還各自經(jīng)具有可調(diào)整電壓降的元件18或19與地電位連接。該元件18或19可以由一可變晶體管二極管20或21和可調(diào)整電壓源22或23構(gòu)成。
也可以提供可變電阻來取代可變晶體管二極管。
假設(shè)在圖1的MRAM裝置，為了把“0”寫入與字線WL連接的存儲器單元區(qū)1到3的存儲器單元的電流方向各從左向右走向，而為了把“1”寫入存儲器單元區(qū)1到3的這些存儲器單元電流從右向左是必要的，這正如通過箭頭所表示的。顯然相同的約定應(yīng)當也適合于未詳細示出的該存儲器單元區(qū)的其它字線WL。為了寫入必須流入相應(yīng)的電流到各有關(guān)字線BL內(nèi)。
在圖1的MRAM裝置，在上述假設(shè)下應(yīng)用用于把“1”寫入存儲器單元區(qū)1和用于把“0”寫入存儲器單元區(qū)2的電流源8。按照類似方式電流源9用于把“1”寫入存儲器單元區(qū)2和把“0”寫入存儲器單元區(qū)3。
如果例如應(yīng)把“1”寫入存儲器單元區(qū)2，即寫入與字線WL連接的存儲器單元區(qū)2的存儲器單元，則由電流源2提供為此必需的寫電流。寫驅(qū)動晶體管11被置于導(dǎo)通狀態(tài)，其中它可以經(jīng)連接節(jié)點5把“1”存入存儲器單元區(qū)2和把“0”存入存儲器單元區(qū)3。為了，事實上把“1”寫入存儲器單元區(qū)2而不把“0”寫入存儲器單元區(qū)2，使開關(guān)晶體管15處于導(dǎo)通狀態(tài)，而開關(guān)晶體管16控制在非導(dǎo)通狀態(tài)。
隨后寫電流通過存儲器單元區(qū)2，其中它使處于字線WL和也受控制的位線的交叉處上的存儲器單元轉(zhuǎn)換極化，在阻塞的晶體管10和13的情況下經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)晶體管14和經(jīng)具有可調(diào)整電壓降的元件18到地。
當“1”寫入存儲器單元區(qū)2或“0”寫入存儲器單元區(qū)1時，晶體管20是處于導(dǎo)通狀態(tài)。通過在可變電壓源22上相應(yīng)的電壓降的調(diào)整可以實現(xiàn)使通過選擇的字線WL的存儲器單元的寄生電流降到最小。
在MRAM裝置通過由開關(guān)晶體管12到17形成的開關(guān)的相應(yīng)調(diào)整選擇一個存儲器單元區(qū)1到3。這時所選擇的存儲器單元區(qū)的所有未被選擇的字線和位線在真正的寫入過程之前置于一定電位是重要的，以便寄生電流降到最小或消除。
因為在本發(fā)明的MRAM裝置上線路驅(qū)動電路6和7共同用于各兩個存儲器單元區(qū)1和2或2和3，所以可以顯著減小必要的芯片面積。當各自用的升壓的開關(guān)來取代圖1實施例內(nèi)示出的n溝道MOS晶體管時可以達到芯片面積的進一步減小。
參考符號表1，2，3 存儲器單元區(qū)4，5連接節(jié)點6，7線路驅(qū)動電路8，9電流源10，11 寫驅(qū)動晶體管12，13，14，15，16，17開關(guān)晶體管18，19 具有可調(diào)整電壓降的元件20，21 晶體管22，23 可調(diào)整的電壓源WL 字線BL 位線IBL位線電流IWL字線電流ML 磁性層TL 介質(zhì)層RC存儲器單元電阻BLT 位線驅(qū)動器WLT 字線驅(qū)動器
權(quán)利要求
1. 由至少兩個存儲器單元區(qū)(1，2，3)構(gòu)成的MRAM裝置，其內(nèi)在字線(WL)和位線(BL)的交叉處各提供存儲器單元，其中由字線(WL)和位線(BL)構(gòu)成的至少一種線路類型備有線路驅(qū)動電路(6，7)，其特征為線路驅(qū)動電路(6，7)各自接到在兩存儲器單元區(qū)(1，2或2，3)之間的連接節(jié)點(4，5)上，并且各一只開關(guān)晶體管(13，14或15，16)處在連接節(jié)點(4或5)和兩存儲器單元區(qū)(1，2或2，3)之間，因此線路驅(qū)動電路(6，7)各自分配給不同的存儲器單元區(qū)(1，2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRAM裝置，其特征為連接節(jié)點(4，5)經(jīng)具有可調(diào)整電壓降的元件(18，19)與地電位連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MRAM裝置，其特征為具有可調(diào)整電壓降的元件(18，19)具有一只晶體管(20，21)和一只可變電阻，一只可變晶體管二極管或一個可調(diào)整的電壓源(22，23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的MRAM裝置，其特征為線路驅(qū)動電路(6，7)各自由一只電流源(8，9)與一只寫驅(qū)動晶體管(10，11)的串聯(lián)電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的MRAM裝置，其特征為開關(guān)晶體管(12到17)，晶體管(20，21)和寫驅(qū)動晶體管(10，11)至少部分地是n溝道MOS場效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的MRAM裝置，其特征為在一個線路驅(qū)動電路(6，7)內(nèi)提供的一個電流源(8，9)分配給兩個存儲器單元區(qū)(1，2或2，3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MRAM裝置,其中線路驅(qū)動電路(6,7)經(jīng)連接節(jié)點(4,5)各自分配給兩存儲器單元區(qū)(1,2或2,3),因此用于驅(qū)動電路的面積實際上可以減半。
文檔編號G11C11/02GK1337716SQ01122148
公開日2002年2月27日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月3日
發(fā)明者T·貝姆, H·坎多夫, S·拉默斯 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司