專利名稱：磁阻存儲器用電流驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(gè)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(qū)動器構(gòu)成的MRAM(磁阻存儲器)的電流驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
在MRAM眾所周知各個(gè)存儲單元的磁可變電阻用于存儲效應(yīng)。這種存儲單元，正如圖2所示，由在這里用作為上導(dǎo)線LTO的字線WL與通過下導(dǎo)線LTU形成的位線BL的交叉構(gòu)成，其中在這兩導(dǎo)線LTO和LTU之間的交叉處存在兩導(dǎo)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(gòu)成。換句話說，在下導(dǎo)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(cè)被上導(dǎo)線LTO復(fù)蓋。
軟磁材料層WML和硬磁材料層HML的安排在需要時(shí)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(dǎo)線LTU上。上導(dǎo)線LTO用于位線BL，下導(dǎo)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(dǎo)線LTO或下導(dǎo)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(dǎo)線LTO和下導(dǎo)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(dǎo)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(nèi)磁化方向彼此是平行或反平行取向有關(guān)。如果在兩材料層WML和HML內(nèi)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(shí)，取得電阻R高的電阻值。因?yàn)檫@時(shí)硬磁材料層HML具有固定的磁化，通過軟磁材料層上加相應(yīng)的磁場方式，存儲單元的寫入通過軟磁材料層的接通實(shí)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(dǎo)線LTO內(nèi)的電流IO和下導(dǎo)線LTU內(nèi)的電流IU形成。換言之，用通過導(dǎo)線LTO和LTU在一定方向傳遞相應(yīng)電流IO或IU的方式，可以轉(zhuǎn)換在軟磁材料層WML內(nèi)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(yīng)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(zhuǎn)換時(shí)和相反應(yīng)當(dāng)注意，層WML的軟磁材料具有磁滯特性。為了觸發(fā)開關(guān)過程，由在上導(dǎo)線LTO或下導(dǎo)線LTU內(nèi)的電流IO和IU產(chǎn)生的磁場的壘加是必要的。對于開關(guān)過程，電流IO或電流IU的原來的電流方向必須反轉(zhuǎn)。
在傳統(tǒng)的DRAM，字線各自與開關(guān)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(qū)動器準(zhǔn)備電壓用于對每一字線的電容快速再充電。DRAM的驅(qū)動器由n和p溝道場效應(yīng)晶體管構(gòu)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(yīng)晶體管得到如對n溝道場效應(yīng)晶體管一樣的驅(qū)動功率，由于在p溝道場效應(yīng)晶體管內(nèi)較低的載流子遷移率，與n溝道場效應(yīng)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(yīng)晶體管P1和一只n溝道場效應(yīng)晶體管N0的DRAM或FeRAM字線的傳統(tǒng)驅(qū)動器，這些晶體管串聯(lián)在驅(qū)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(diǎn)上。p溝道場效應(yīng)晶體管P1的溝道寬wp為n溝道場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)當(dāng)超過0.5V，以便可以維持10年的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一只電流驅(qū)動裝置，它在較低的占地面積時(shí)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(qū)動裝置情況下，根據(jù)本發(fā)明，本任務(wù)通過各由一只n溝道場效應(yīng)晶體管和一只與其串聯(lián)的電流源構(gòu)成的驅(qū)動器解決。
用本發(fā)明的電流驅(qū)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(shí)必須的那樣，用n溝道場效應(yīng)晶體管以標(biāo)準(zhǔn)電平?jīng)]有損耗地連接到MRAM的字線和位線上。在相同驅(qū)動功率情況下，該n溝道場效應(yīng)晶體管與p溝道場效應(yīng)晶體管相比，需要顯著較小的面積。因此達(dá)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(dāng)為了控制n溝道場效應(yīng)晶體管采用提高驅(qū)動功率的提高或升壓的電壓時(shí)，進(jìn)一步的面積減小是可能的。
在本發(fā)明的擴(kuò)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(yīng)晶體管與電壓源串聯(lián)的電路處在此另一端和地(機(jī)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(fù)合電路組成。


本發(fā)明依靠附圖詳細(xì)說明如下。這些附圖是圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于MRAM的電流驅(qū)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(cè)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(qū)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(yīng)的構(gòu)件具有相同的參考符號。
具體實(shí)施例方式
圖1示出由用于位線BL的驅(qū)動器T1和用于字線WL的驅(qū)動器T2組成的電流驅(qū)動裝置。驅(qū)動器T1由電流源J3和溝道寬wn的n溝道場效應(yīng)晶體管N6組成，驅(qū)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(yīng)晶體管N0。電流源J3和場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)晶體管N7和參考電壓源V_RefBL(E0)構(gòu)成的串聯(lián)電路處在對驅(qū)動器T1對置的位線端BL上。這里該電壓源E0的負(fù)極接地。場效應(yīng)晶體管N7在其柵極上通過信號W控制，并如場效應(yīng)晶體管N0和N6一樣具有溝道寬wn。
此外，在與驅(qū)動器T2對置的字線WL的一端上提供由n溝道場效應(yīng)管N5和參考電壓源V_RefWL(E1)構(gòu)成的串聯(lián)電路。該電壓源E1的負(fù)極接地。場效應(yīng)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(zhuǎn)換在導(dǎo)線內(nèi)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(qū)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(jìn)行電路技術(shù)上的例如簡單的補(bǔ)充。同樣也可以用于位線BL上。
在寫入時(shí)，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(nèi)由電流源J0出發(fā)流動的電流可以經(jīng)場效應(yīng)晶體管N0和N5以及參考電壓E1流向地。同樣在位線BL內(nèi)的電流由電流源J3出發(fā)經(jīng)場效應(yīng)管N6和N7以及參考電壓源E0流向地。在存儲單元Z內(nèi)通過這些電流產(chǎn)生一磁場，該磁場使軟磁層WML內(nèi)的磁化轉(zhuǎn)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(diào)整的參考電壓。這些電壓源可以通過一個(gè)電阻、一只晶體管二極管或一復(fù)合電路實(shí)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(yīng)晶體管N0或N6可以用升壓的電壓，這可以允許在相同的驅(qū)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(yīng)晶體管wn n溝道場效應(yīng)晶體管的溝道寬P1 p溝道場效應(yīng)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(yīng)晶體管P1的溝道寬RDOUTn 讀輸出LTO 上導(dǎo)線LTU 下導(dǎo)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(nèi)的電流IU在下層LTU內(nèi)的電流
權(quán)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(gè)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(qū)動器(T1，T2)構(gòu)成的MRAM的電流驅(qū)動裝置，其特征為-驅(qū)動器(T1，T2)各由一只n溝道場效應(yīng)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(yīng)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(quán)利要求1所述的電流驅(qū)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(fù)合電路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流驅(qū)動裝置，其特征為驅(qū)動器(T1，T2)的n溝道場效應(yīng)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(qū)動裝置,其中字線和位線驅(qū)動器(T2,T1)由n溝道場效應(yīng)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(quán)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(shù)股份公司