專利名稱：磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法與編程電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁阻式隨機(jī)存取存儲器電路，特別涉及一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法與編程電路，利用升高磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的溫度以降低編程時(shí)所需的磁場。
背景技術(shù)：
磁阻式隨機(jī)存取存儲器(Magnetic Random Access Memory，以下簡稱為MRAM)是一種金屬磁性材料，其抗輻射性比半導(dǎo)體材料要高出許多，屬于非揮發(fā)性存儲器(Non-volatile Random Access Memory)，與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)或者靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)材料不同，當(dāng)電腦斷電、關(guān)機(jī)的時(shí)候，仍然可以保持記憶性。
MRAM屬于非揮發(fā)性存儲器，是以磁電阻特性儲存已錄信息，具有低耗能、非揮發(fā)、永久特性。其運(yùn)作的基本原理與在硬盤上存儲數(shù)據(jù)一樣，數(shù)據(jù)以磁性的方向?yàn)橐罁?jù)，存儲為0或1，所儲存的數(shù)據(jù)具有永久性，直到被外界的磁場影響之后，才會(huì)改變這個(gè)磁性數(shù)據(jù)。
圖1是顯示傳統(tǒng)MRAM陣列的架構(gòu)圖。MRAM單元10A及10B的頂部耦接于位元線Bn，而其底部耦接于數(shù)據(jù)線12。晶體管14的柵極耦接于字元線(Wm，Wm+1)，源極接地，而其漏極分別耦接于對應(yīng)的數(shù)據(jù)線12。用以寫入數(shù)據(jù)的編程線(16A、16B)與數(shù)據(jù)線12之間具有一絕緣層13，用以隔離編程線16A、16B與數(shù)據(jù)線12。
圖2A及圖2B顯示MRAM單元10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。電流可垂直由一電磁層102通過絕緣層104流過(或穿過)另一電磁層106。電磁層102的磁軸方向可受其他磁場的影響而變化，而電磁層106的磁軸方向固定，其磁軸方向分別如圖2A及圖2B的標(biāo)號108A及108B所示。當(dāng)電磁層102與電磁層106的磁軸方向?yàn)橥环较驎r(shí)(如圖2A所示)，MRAM單元會(huì)有低電阻的情況，而當(dāng)電磁層102與電磁層106為不同方向時(shí)，則MRAM單元便會(huì)有具有高電阻的特質(zhì)。參閱圖1，電磁層104的磁軸方向是利用編程線10A、16B所產(chǎn)生的磁場、并結(jié)合位元線產(chǎn)生的磁場而改變。
各MRAM單元的自旋反轉(zhuǎn)磁場是由流經(jīng)位元線Bn與編程線的電流磁場所共同合成的。經(jīng)由此動(dòng)作則只有被選擇的MRAM單元的磁軸會(huì)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，而得以順利進(jìn)行記錄的動(dòng)作。至于未被選擇的存儲單元部分，則只有位元線或是編程線的其中之一者會(huì)被施加電流磁場，因此無法形成足夠的反轉(zhuǎn)磁場，所以無法進(jìn)行信息寫入動(dòng)作。
上述位元線與編程線的電流所產(chǎn)生的總磁場強(qiáng)度必須夠大才能夠使得MRAM陣列正常執(zhí)行編程動(dòng)作。參見圖3，圖3是顯示位元線與編程線所提供的磁場與MRAM切換條件的關(guān)系圖。橫向磁場Ht是由位元線的電流所提供，而縱向磁場H1是由編程線的電流所提供，而在沒有橫向，磁場Ht的情況下，縱向磁場H1為H0時(shí)，將導(dǎo)致MRAM單元切換其導(dǎo)通程度。若有橫向磁場Ht的存在，此時(shí)使MRAM單元切換的臨界值將降低，因此，施加較H0小的縱向磁場H1即可使MRAM單元切換其導(dǎo)通狀態(tài)。
在虛線所形成的區(qū)域A中，MRAM單元呈第一導(dǎo)通狀態(tài)(以高阻抗為例)，而在區(qū)域A以外的部分，MRAM單元將受到磁場的影響而切換為另一導(dǎo)通狀態(tài)(以低阻抗為例)。
在讀取MRAM數(shù)據(jù)時(shí)，以MRAM單元10A為例，此時(shí)字元線Wm導(dǎo)通晶體管14，而根據(jù)MRAM單元10A的導(dǎo)通狀態(tài)，即可決定位元線所提供的電流是否能夠經(jīng)由MRAM單元10A、晶體管14而流至接地點(diǎn)，從而讀取MRAM單元10A所儲存的數(shù)據(jù)。
在寫入步驟中，與電流截面中心的距離以及電流量決定了磁場的強(qiáng)度，位于MRAM單元的磁場強(qiáng)度是否足夠，將影響整個(gè)MRAM陣列編程的正確性。然而，在集成電路的尺寸縮小以及操作電流降低的趨勢下，要在較小尺寸的MRAM單元以較低編程電流來寫入數(shù)據(jù)時(shí)，顯得相當(dāng)?shù)睦щy，再者，較小線寬的導(dǎo)線將限制其傳導(dǎo)的電流量，使得所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度不夠，顯示傳統(tǒng)的MRAM架構(gòu)需要改進(jìn)以增加編程電流所產(chǎn)生磁場的編程效能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法與電路，能夠有效提高編程電流于MRAM單元處所產(chǎn)生的磁場。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法與電路，當(dāng)執(zhí)行編程程序時(shí)，通過用以產(chǎn)生磁場的編程電流流經(jīng)編程線時(shí)所產(chǎn)生的熱能加熱磁阻式隨機(jī)存取存儲單元，借以降低切換磁阻式隨機(jī)存取存儲單元導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)所需的外加磁場。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提出一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法，首先提供具有一第一阻抗區(qū)以及一第二阻抗區(qū)的編程線，第二阻抗區(qū)的阻抗值小于第一阻抗區(qū)，且磁阻式隨機(jī)存取存儲單元與第一阻抗區(qū)的距離小于第二阻抗區(qū)。接著，提供編程電流流經(jīng)編程線以產(chǎn)生磁場，并于第一阻抗區(qū)產(chǎn)生熱量以加熱磁阻式隨機(jī)存取存儲單元而降低磁阻式隨機(jī)存取存儲單元轉(zhuǎn)換導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)所需的磁場。最后，利用磁場改變磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)。
再者，本發(fā)明提出一種磁阻式隨機(jī)存取存儲器電路，包括以下元件。磁阻式存儲單元具有固定磁軸層、自由磁軸層，以及設(shè)置于固定磁軸層以及自由磁軸層之間的絕緣層。位元線是以一既定方向配置并耦接于自由磁軸層，用以產(chǎn)生第一磁場。數(shù)據(jù)線是耦接于固定磁軸層。開關(guān)裝置是耦接于數(shù)據(jù)線以及接地點(diǎn)之間，并具有控制柵。編程線是用以產(chǎn)生第二磁場，具有第一阻抗區(qū)以及第二阻抗區(qū)，第二阻抗區(qū)的阻抗值小于第一阻抗區(qū)，且第一阻抗區(qū)與磁阻式存儲單元的距離小于第二阻抗區(qū)。第二絕緣層是設(shè)置于賈料線以及編程線之間。字元線是耦接于控制柵，用以提供信號以導(dǎo)通開關(guān)裝置，使得第一磁場以及第二磁場改變自由磁軸層的磁軸方向，致使磁阻式存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)改變。
再者，本發(fā)明提出一種磁阻式隨機(jī)存取存儲器電路，包括以下元件。磁阻式存儲單元具有固定磁軸層、自由磁軸層，以及設(shè)置于固定磁軸層以及自由磁軸層之間的絕緣層。位元線是耦接自由磁軸層。數(shù)據(jù)線是耦接于同定磁軸層，具有第一端點(diǎn)、第二端點(diǎn)、第一阻抗區(qū)以及第二阻抗區(qū)，第二阻抗區(qū)的阻抗值小于第一阻抗區(qū)，且第一阻抗區(qū)與磁阻式存儲單元的距離小于第二阻抗區(qū)。開關(guān)裝置是耦接于第一端點(diǎn)以及一接地點(diǎn)之間，并具有控制柵。字元線是耦接于控制柵，用以提供信號以導(dǎo)通開關(guān)裝置。編程線是耦接于第二端點(diǎn)，用以提供編程電流。當(dāng)開關(guān)裝置導(dǎo)通時(shí)，編程電流流經(jīng)數(shù)據(jù)線，并經(jīng)由開關(guān)裝置而流至接地點(diǎn)，而編程電流流經(jīng)上述數(shù)據(jù)線時(shí)所產(chǎn)生的磁場改變自由磁軸層的磁軸方向，使得磁阻式存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)由第一導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)榈诙?dǎo)通狀態(tài)。


為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下圖1是顯示傳統(tǒng)MRAM陣列的架構(gòu)圖；圖2A及圖2B是顯示MRAM單元10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；圖3是顯示位元線與編程線所提供的磁場與MRAM切換條件的關(guān)系圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)電路的架構(gòu)圖；圖5是顯示編程線46A的平面圖；圖6A是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)沿線段AA’的頂視剖面圖；圖6B是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)沿線段BB’的側(cè)視剖面圖；圖7是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)沿線段AA’的頂視剖面圖；圖8是顯示編程線46A與編程線的高阻抗區(qū)沿線段BB’的側(cè)視剖面圖；圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)電路的架構(gòu)圖；圖10是顯示數(shù)據(jù)線64的平面圖；圖11A是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段CC’的頂視剖面圖；圖11B是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段DD’的側(cè)視圖；圖12是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段CC’的頂視剖面圖；圖13是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段DD’的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲器電路，其增進(jìn)磁場效能的方式是通過用以產(chǎn)生磁場的編程電流流經(jīng)編程線時(shí)所產(chǎn)生的熱能加熱磁阻式隨機(jī)存取存儲單元，從而降低切換磁阻武隨機(jī)存取存儲單元導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)所需的外加磁場。
當(dāng)電流流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱，另外，較高的環(huán)境溫度能夠提高磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的活化能，因此以較小的磁場即可改變其導(dǎo)通狀態(tài)，此為本發(fā)明所運(yùn)用的原理。以下將介紹本發(fā)明將上述原理應(yīng)用于磁阻式隨機(jī)存取存儲器電路的實(shí)際例子。
第一實(shí)施例圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)電路的架構(gòu)圖。磁阻式存儲單元40A及40B(或稱磁性通道接面單元)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2A所示，具有固定磁軸層106、一自由磁軸層102，以及設(shè)置于固定磁軸層106以及自由磁軸層102之間的絕緣層(magnetictunneling junction)104，而磁阻式存儲單元40A及40B的磁阻(magneto-resistance)是由固定磁軸層106以及自由磁軸層102的磁軸方向所決定。當(dāng)自由磁軸層102與固定磁軸層106的磁軸方向?yàn)橥环较驎r(shí)，MRAM單元會(huì)有低電阻的情況，而當(dāng)自由磁軸層102與固定磁軸層106為不同方向時(shí)，則MRAM單元便會(huì)有具有高電阻的特質(zhì)。
MRAM單元40A及40B的自由磁軸層102是電性連接于以一既定方向配置的位元線Bn，而MRAM單元40A及40B的固定磁軸層106是分別電性連接于數(shù)據(jù)線42A及42B。數(shù)據(jù)線42A及42B與MRAM單元40A及40B的固定磁軸層106接觸的區(qū)域?yàn)榭箯?qiáng)磁(anti-ferromagnetic)層，其材質(zhì)可為鉑錳合金(PtMn)或鎳錳合金(NiMn)，用以固定上述固定磁軸層106的磁軸方向。而用以寫入數(shù)據(jù)的編程線(46A、46B)與數(shù)據(jù)線42A及42B之間具有一絕緣層43，利用絕緣層43，可隔離編程線46A、46B與數(shù)據(jù)線42A及42B。晶體管44A及44B的柵極耦接于字元線(Wm，Wm+1)，源極接地，而其漏極分別耦接于對應(yīng)的數(shù)據(jù)線42A及42B。
另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，位元線Bn包括一高阻抗區(qū)50，其阻抗高于位元線Bn其他部分的阻抗，因此電流流經(jīng)此區(qū)域時(shí)將產(chǎn)生較高的熱能。再者，編程線46A、46B同樣具有一高阻抗區(qū)52，其阻抗高于編程線其他部分的阻抗，因此電流流經(jīng)此區(qū)域時(shí)將產(chǎn)生較高的熱能。高阻抗區(qū)50與高阻抗區(qū)52分別位于位元線Bn，與編程線46A、46B最接近MRAM單元的處附近，約為投影位置。
圖5是顯示編程線46A的平面圖。在此以編程線46A為例，而位元線Bn與編程線46B的高阻抗區(qū)結(jié)構(gòu)可同理通用上述圖示所公開的結(jié)構(gòu)。以下分別以圖6A至圖6B、圖7以及圖8顯示上述高阻抗區(qū)的結(jié)構(gòu)，其中圖6A至圖6B是利用特定的材質(zhì)形成上述高阻抗區(qū)；圖7與第8圖是利用改變上述高阻抗區(qū)的形狀以產(chǎn)生高阻抗的效果。
第一例圖6A是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)沿線段AA’的頂視剖面圖。如圖6A所示，高阻抗區(qū)50的材料采阻抗相對于位元線BN其他部位較高的材料，例如鉑錳合金(PtMn)、銥錳合金(IrMn)、鎢(W)、氮化鉭(TaN)或鈦等。標(biāo)號54所標(biāo)示的區(qū)域?yàn)椴涣紝?dǎo)熱層，其材質(zhì)可為氧化鋁(AlOx)，硅氣化物(SiOx)，氮硅化物(SiNx)或聚合物等。在此設(shè)置不良導(dǎo)熱層54的目的在于防止電流所產(chǎn)生的熱能經(jīng)由導(dǎo)線的兩側(cè)散逸而降低加熱MRAM單元的效果。
圖6B是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)50沿線段BB’的側(cè)視剖面圖。同樣的，不良導(dǎo)熱層54是設(shè)置于高阻抗區(qū)50的頂部，而高阻抗區(qū)50未設(shè)置不良導(dǎo)熱層54的面是朝向MRAM單元。因此，大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)。因此提高加熱的效果。
第二例圖7是顯示編程線46A的高阻抗區(qū)沿線段AA’的頂視剖面圖。如圖7所示，編程線46A于高阻抗區(qū)5，內(nèi)的線寬明顯變小，并于其兩側(cè)填滿不良導(dǎo)熱層54。由于導(dǎo)線的阻抗與其截面積成反比，因此編程線46A于高阻抗區(qū)50內(nèi)的阻抗明顯增加。
另外，于高阻抗區(qū)50的頂合同樣設(shè)置不良導(dǎo)熱層54，而高阻抗區(qū)50未設(shè)置不良導(dǎo)熱層54的面是朝向MRAM單元。
因此，大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)。因此提高加熱的效果。
第三例圖8是顯示編程線46A與編程線的高阻抗區(qū)沿線段BB’的側(cè)視剖面圖。如圖8所示，導(dǎo)線46A于高阻抗區(qū)50內(nèi)的厚度明顯變小，并于因?yàn)楹穸茸冃∷a(chǎn)生的空間填滿不良導(dǎo)熱層54。由于導(dǎo)線阻抗與截面積成反比，因此導(dǎo)線46A于高阻抗區(qū)50內(nèi)的阻抗明顯增加。高阻抗區(qū)50未設(shè)置不良導(dǎo)熱層54的面是朝向MRAM單元。因此，大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)。因此提高加熱的效果。
上述第一例至第三例所公開的提高電阻方法可依實(shí)際需求而合并使用，使得高阻抗區(qū)50阻抗增加的效果更為明顯，例如于高阻抗區(qū)50的導(dǎo)線采高阻抗的材質(zhì)，并設(shè)計(jì)成較薄且較窄的導(dǎo)線。而不良導(dǎo)熱層54配置的原則為環(huán)繞于高阻抗區(qū)5。未朝向MRAM單元之處，使得導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱能僅能朝MRAM單元傳導(dǎo)或?qū)α鳌?br> 參閱圖4，當(dāng)要于MRAM單元40A寫入數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí)存儲陣列的周邊電路選取位元線Bn以及編程線46A。由于此時(shí)流經(jīng)位元線Bn以及編程線46A的電流所產(chǎn)生的熱將加熱MRAM單元40A，使其活化能提高，因此于MRAM單元40A所產(chǎn)生的總磁場較容易導(dǎo)致MRAM單元40A的自由磁軸層102反轉(zhuǎn)，使得此時(shí)MRAM單元40A的導(dǎo)通狀態(tài)由高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，或由低阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，而不同的阻抗?fàn)顟B(tài)將影響磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的讀取結(jié)果，達(dá)到寫入數(shù)據(jù)的目的。
第二實(shí)施例圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)電路的架構(gòu)圖，磁阻式存儲單元60的內(nèi)部，具有固定磁軸層106、自由磁軸層102，以及設(shè)置于固定磁軸層106與自由磁軸層102之間的絕緣層104。其動(dòng)作及特性與第一實(shí)施例相同，在此不予贅述。固定磁軸層106設(shè)置于抗強(qiáng)磁層(anti-ferromagnetic)62上，利用固定磁軸層106與抗強(qiáng)磁層62接觸面的作用，使得上述固定磁軸層106的磁軸方向得以固定。
MRAM單元60的自由磁軸層102電性連接于以一既定方向配置的位元線Bn。MRAM單元60的固定磁軸層106是電性連接于抗強(qiáng)磁層62，而抗強(qiáng)磁層62是設(shè)置于數(shù)據(jù)線64的導(dǎo)電基板642上，用以固定上述固定磁軸層106的磁軸方向。導(dǎo)電基板642是設(shè)置于抗強(qiáng)磁層62以及高導(dǎo)磁元件66之間以避免導(dǎo)磁元件66的磁軸被抗強(qiáng)磁層62所固定，導(dǎo)電基板642的材料可為鋁、銅或鎳鐵鉻合金。
再者，數(shù)據(jù)線64可為MRAM單元的一部分，例如與抗強(qiáng)磁層62一體成型，或者是位于固定磁軸層、抗強(qiáng)磁層或其他金屬材料之下。數(shù)據(jù)線64的尺寸相較于磁阻式隨機(jī)存取存儲單元最寬的部分米說，并不會(huì)太大。當(dāng)電流流經(jīng)數(shù)據(jù)線64時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場。由于自由磁軸層102與數(shù)據(jù)線64的距離僅為幾個(gè)埃(angstrom)，因此能夠接收到很大的磁場。
再者，數(shù)據(jù)線64包括一高阻抗區(qū)66，其阻抗高于數(shù)據(jù)線64其他部分的阻抗，因此電流流經(jīng)此區(qū)域時(shí)將產(chǎn)生較高的熱能。高阻抗區(qū)66是位于數(shù)據(jù)線64最接近MRAM單元的處附近，約為投影位置。
圖10是顯示數(shù)據(jù)線64的平面圖。以下分別以圖11A至圖11B、圖12以及圖13顯示上述高阻抗區(qū)的結(jié)構(gòu)，其中圖11A至圖11B是利用特定的材質(zhì)形成上述高阻抗區(qū)；圖12與圖13是利用改變上述高阻抗區(qū)的形狀以產(chǎn)生高阻抗的效果。
第一例圖11A是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段CC’的頂視剖面圖。如圖11A所示，高阻抗區(qū)66的材料采阻抗相對于數(shù)據(jù)線64其他部位較高的材料，例如鉑錳合金(PtMn)、銥錳合金(IrMn)、鎢(W)、氮化鉭(TaN)或鈦等。標(biāo)號68所標(biāo)示的區(qū)域?yàn)椴涣紝?dǎo)熱層，其材質(zhì)可為氧化鋁(AlOx)，硅氧化物(SiOx)，氮硅化物(SiNx)或聚合物等。在此設(shè)置不良導(dǎo)熱層68的目的在于防止所產(chǎn)生的熱能由導(dǎo)線的兩側(cè)散逸而降低加熱MRAM單元的效果。
圖11B是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段DD’的側(cè)視剖面圖。同樣的，不良導(dǎo)熱層68是設(shè)置于高阻抗區(qū)66的頂部，而高阻抗區(qū)66未設(shè)置不良導(dǎo)熱層68的面是朝向MRAM單元。因此，大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)，以提高加熱的效果。
第二例圖12是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)66沿線段CC’的頂視剖面圖。如圖12所示，數(shù)據(jù)線64于高阻抗區(qū)66內(nèi)的線寬明顯變小，并于其兩側(cè)填滿不良導(dǎo)熱層68。由于導(dǎo)線阻抗與截面積成反比，固此數(shù)據(jù)線64于高阻抗區(qū)66內(nèi)的阻抗明顯增加。
另外，于高阻抗區(qū)66的頂部同樣設(shè)置不良導(dǎo)熱層68，而高阻抗區(qū)66未設(shè)置不良導(dǎo)熱層68的面是朝向MRAM單元。大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)，因此提高加熱的效果。
第三例圖13是顯示數(shù)據(jù)線64的高阻抗區(qū)沿線段DD’的側(cè)視剖面圖。如圖13所示，數(shù)據(jù)線64于高阻抗區(qū)66內(nèi)的厚度明顯變小，并于因?yàn)楹穸茸冃∷a(chǎn)生的空間填滿不良導(dǎo)熱層68。由于導(dǎo)線阻抗與截面積成反比，因此數(shù)據(jù)線64于高阻抗區(qū)66內(nèi)的阻抗明顯增加。高阻抗區(qū)66未設(shè)置不良導(dǎo)熱層68的面是朝向MRAM單元。因此，大部分電流所產(chǎn)生的熱能皆朝MRAM單元傳導(dǎo)。所以，提高加熱的效果。
上述第一例至第三例所公開的提高電阻方法可依實(shí)際需求而合并使用，使得高阻抗區(qū)66阻抗增加的效果更為明顯，例如于高阻抗區(qū)66的導(dǎo)線采高阻抗的材質(zhì)，并設(shè)計(jì)成較薄且較窄的導(dǎo)線。而不良導(dǎo)熱層68配置的原則為環(huán)繞于高阻抗區(qū)66未朝向MRAM單元之處，使得導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱能僅能朝MRAM單元傳導(dǎo)或?qū)α鳌?br> 由于電流流經(jīng)貿(mào)料線時(shí)對MRAM單元加熱的效果，相較于常見技術(shù)，在本發(fā)明的架構(gòu)下，僅需少量的編程電流IW即可改變自由磁軸層102的磁軸方向，因此達(dá)到省電的效果。
參閱圖9，晶體管69的柵極是分別耦接于以垂直上述既定方向配置的字元線Wm，源極耦接于接地點(diǎn)。晶體管68的漏極耦接于數(shù)據(jù)線64的一端620。編程線PL耦接于數(shù)據(jù)線62的一端622，用以提供編程電流IW。
當(dāng)要于MRAM單元60寫入數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí)存儲陣列的周邊電路選取編程線PL以及字元線Wm，因此晶體管69導(dǎo)通，編程線PL所提供的編程電流IW流經(jīng)數(shù)據(jù)線64，并經(jīng)由導(dǎo)通的晶體管68而流至接地點(diǎn)。此時(shí)，編程電流IW流經(jīng)數(shù)據(jù)線64時(shí)所產(chǎn)生的磁場改變自由磁軸層102的磁軸方向，使得MRAM單元60的導(dǎo)通狀態(tài)由高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，或由低阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，而不同的阻抗?fàn)顟B(tài)將影響磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的讀取結(jié)果，達(dá)到寫入數(shù)據(jù)的目的。在此，位元線Bn為浮接(floating)，因?yàn)橛删幊叹€PL所提供的編程電流IW在根據(jù)本實(shí)施例所公開的架構(gòu)下，已足夠產(chǎn)生夠大的磁場以改變MRAM單元的導(dǎo)通狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法與編程電路，是利用執(zhí)行編程步驟時(shí)編程電流所產(chǎn)生的熱來加溫磁阻式隨機(jī)存取存儲單元，使其較容易切換導(dǎo)通狀態(tài)，因此可適度減少編程時(shí)所需的編程電流，達(dá)到省電的效果。再者，加熱的效果僅于執(zhí)行編程步驟時(shí)才會(huì)發(fā)生，因此在讀取磁阻式隨機(jī)存取存儲單元所儲存的數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)因?yàn)榇抛枋诫S機(jī)存取存儲單元過熱而導(dǎo)致數(shù)據(jù)流失，巧妙的利用令人頭痛的熱減少于磁阻式隨機(jī)存取存儲單元寫入數(shù)據(jù)時(shí)所需的電流量。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作一些等效變化和變動(dòng)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法，其特征在于，上述磁阻式隨機(jī)存取存儲單元具有一固定磁軸層、一自由磁軸層、以及設(shè)置于上述固定磁軸層以及自由磁軸層之間的一第一絕緣層，上述方法包括下列步驟提供一編程線，具有一第一阻抗區(qū)以及一第二阻抗區(qū)，其中上述第二阻抗區(qū)的阻抗值小于上述第一阻抗區(qū)，且上述磁阻式隨機(jī)存取記，隱單元與上述第一阻抗區(qū)的距離小于上述第二阻抗區(qū)；提供一編程電流流經(jīng)上述編程線以產(chǎn)生磁場，并于上述第一阻抗區(qū)產(chǎn)生熱量以加熱上述磁阻式隨機(jī)存取存儲單元而降低上述磁阻式隨機(jī)有取記，隱單元轉(zhuǎn)換導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)所需的磁場；以及利用上述磁場改變上述磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法，其特征在于構(gòu)成上述第一阻抗區(qū)材料的阻抗大于構(gòu)成上述第二阻抗區(qū)材料的阻抗。
3.一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，具特征在于，它包括一磁阻式存儲單元，具有一固定磁軸層、一自由磁軸層，以及設(shè)置于上述固定磁軸層以及自由磁軸層之間的一第一絕緣層，上述磁阻式存儲單元具有一第一導(dǎo)通狀態(tài)；一位元線，以一既定方向配置并耦接于上述自由磁軸層，用以產(chǎn)生一第一磁場；一數(shù)據(jù)線，耦接于上述固定磁軸層；一開關(guān)裝置，耦接于上述數(shù)據(jù)線以及一接地點(diǎn)之間，并具有一控制柵；一編程線，用以產(chǎn)生一第二磁場，上述編程線具有一第一阻抗區(qū)以及一第二阻抗區(qū)，其中上述第二阻抗區(qū)的阻抗值小于上述第一阻抗區(qū)，且上述第一阻抗區(qū)與上述磁阻式存儲單元的距離小于上述第二阻抗區(qū)；一第二絕緣層，設(shè)置于上述數(shù)據(jù)線以及編程線之間；以技一字元線，以垂直上述既定方向配置，并耦接于上述控制柵，用以提供一信號以導(dǎo)通上述開關(guān)裝置，使得上述第一磁場以及第二磁場改變上述自由磁軸層的磁軸方向，致使上述磁阻式存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)由上述第一導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)橐坏诙?dǎo)通狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，其特征在于所述的第一阻抗區(qū)的厚度小于上述第二阻抗區(qū)。
5.如權(quán)利要求3所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，其特征在于所述的第一阻抗區(qū)的寬度小于上述第二阻抗區(qū)。
6.如權(quán)利要求3所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，其特征在于所述的構(gòu)成上述第一阻抗區(qū)材料的阻抗大于構(gòu)成上述第二阻抗區(qū)材料的阻抗。
7.如權(quán)利要求3所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，其特征在于所述的位元線還包括上述第一阻抗區(qū)以及第二阻抗區(qū)，且上述第一阻抗區(qū)與上述磁阻式存儲單元的距離小于上述第二阻抗區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的磁阻式隨機(jī)存取存儲單元編程電路，其特征在于所述的編程線與位元線還包括一非導(dǎo)熱層，設(shè)置于未正對于上述磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的編程方法，首先提供具有一第一阻抗區(qū)以及一第二阻抗區(qū)的編程線，第二阻抗區(qū)的阻抗值小于第一阻抗區(qū)，且磁阻式隨機(jī)存取存儲單元與第一阻抗區(qū)的距離小于第二阻抗區(qū)。接著，提供編程電流流經(jīng)編程線以產(chǎn)生磁場，并于第一阻抗區(qū)產(chǎn)生熱量以加熱磁阻式隨機(jī)存取存儲單元而降低磁阻式隨機(jī)存取存儲單元轉(zhuǎn)換導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)所需的磁場。最后，利用磁場改變磁阻式隨機(jī)存取存儲單元的導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號G11C11/15GK1485853SQ0214289
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者鄧端理 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司