專利名稱：使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置。
背景技術(shù)：
近年來，人們期望有一種能夠以高速、不限次數(shù)寫入的非易失性計算機存儲裝置。
而且，使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置作為具有上述功能的存儲裝置，引起了我們的注意。
這樣的鐵磁隧道結(jié)器件是通過將一對鐵磁薄膜層壓在絕緣薄膜的上面和背面上構(gòu)成的。由于鐵磁薄膜的一面總是在固定方向上磁化，因此稱這一面為固定磁化層。另一方面，由于隨鐵磁隧道結(jié)器件的存儲狀態(tài)而定，鐵磁薄膜的另一面在與固定磁化層的磁化方向相同的方向(平行方向)磁化，或者翻轉(zhuǎn)過來在相反方向(反平行方向)磁化，因此稱這另一面為自由磁化層。而且，由于當(dāng)電壓加在固定磁化層和自由磁化層之間時，所述絕緣層將引起隧道電流，因此把所述絕緣層稱作隧道勢壘層。
而且，鐵磁隧道結(jié)器件具有能夠穩(wěn)定保持具有不同磁化方向的兩種狀態(tài)(即，自由磁化層在與固定磁化層磁化相同的方向上磁化的狀態(tài)或通過固定磁化層的磁力作用，自由磁化層在與固定磁化層相反的方向上磁化的狀態(tài))的結(jié)構(gòu)，從而保存兩種不同磁化方向的狀態(tài)。通過將兩種不同狀態(tài)的磁化方向定義為兩種不同存儲狀態(tài)，即“0”和“1”，就能保存兩種不同的存儲狀態(tài)。
因此，通過使自由磁化層在與固定磁化層磁化方向相同的磁化方向或相反的磁化方向磁化，鐵磁隧道結(jié)器件就能夠在外部寫入兩種不同的存儲狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)指出，寫入鐵磁隧道結(jié)器件的存儲狀態(tài)可以使用巨磁阻效應(yīng)讀出，在巨磁阻效應(yīng)中，隧道勢壘層中的電導(dǎo)率隨自由磁化層的磁化方向的不同而不同。
而且，應(yīng)用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置是利用半導(dǎo)體基片上在鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層的磁化方向上的多條第一布線和半導(dǎo)體基片上在與鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層的磁化方向垂直的方向上的多條第二布線構(gòu)成的。鐵磁隧道結(jié)器件布置在第一布線和第二布線的交叉點上，形成網(wǎng)狀圖案。這與通常的存儲裝置，例如DRAM、SRAM等等一致，第一布線稱作字線，第二布線稱作位線。
在如上構(gòu)成的使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置中，為了實現(xiàn)在鐵磁隧道結(jié)器件中的存儲操作，使電流這樣流過字線，以便在與電流方向垂直的方向上產(chǎn)生字線磁力，同樣，使電流這樣流過位線，以便在與電流方向垂直的方向上產(chǎn)生位線磁力。結(jié)果，字線磁力和位線磁力的組合磁力作用于自由磁化層，于是，自由磁化層在與固定磁化層磁化方向相同的方向上或在與固定磁化層磁化方向相反的方向上被磁化。用這種方法，在自由磁化層中產(chǎn)生兩種磁化方向狀態(tài)中的任一種。通過固定磁化層的磁力的作用來穩(wěn)定地保持磁化方向的這種狀態(tài)，從而在鐵磁隧道結(jié)器件中實現(xiàn)存儲操作。
按常規(guī)，在將所需的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件的情況下，流過字線的電流總是被保持在固定方向上，以便總是在固定方向產(chǎn)生字線磁力，并且在這種條件下，僅僅通過反轉(zhuǎn)流過位線的電流方向來反轉(zhuǎn)位線磁力，從而改變字線磁力和位線磁力的組合磁力的磁化方向。通過將組合磁力作用于自由磁化層，來反轉(zhuǎn)自由磁化層的磁化方向，從而將所需的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件。
然而，在上述傳統(tǒng)的使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置中，在將所需的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件時，流過位線的電流的方向被反轉(zhuǎn)，而流過字線的電流方向總是保持在固定方向，使得在寫入鐵磁隧道結(jié)器件時，流過字線的電流總是在固定方向上，因此，在字線和半導(dǎo)體基片的周邊區(qū)域之間總是產(chǎn)生恒定的電位差。
而且，在磁存儲裝置中，由于需要通過產(chǎn)生流過字線的電流產(chǎn)生磁力，因此，有大到幾十毫安(mA)的電流必須流過字線。
因此，由于以固定方向流過字線的電流和在字線和它的周邊區(qū)域之間產(chǎn)生的電位差的緣故，將發(fā)生電遷移，并分離出構(gòu)成字線的金屬或多種金屬，從而在字線之間引起短路，并損壞字線本身，等等。因此，在所述磁存儲裝置中可能會出現(xiàn)麻煩。
防止出現(xiàn)這種電遷移的可能解決辦法是通過增加字線寬度、改善字線的電遷移的電阻，然而，這種解決辦法又帶來了另一個問題由于增加字線寬度的緣故而增大了磁存儲裝置的尺寸。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一種磁存儲裝置，所述裝置在不增加字線寬度條件下改善了字線的電遷移電阻。
本發(fā)明慨述為此目的，在本發(fā)明中，通過以下方法構(gòu)成利用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置采用經(jīng)由隧道勢壘層把固定磁化層和自由磁化層層壓在一起來形成所述鐵磁隧道結(jié)器件；將字線布置在鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層的磁化方向上；以及把位線布置在鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層磁化方向的垂直方向上，于是，通過反轉(zhuǎn)流過位線的電流來將兩種不同的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件中，其中，在寫入鐵磁隧道結(jié)器件時，按照與固定磁化層的磁化方向相同的方向或者相反的方向來反轉(zhuǎn)流過字線的電流的方向。
在每次寫入鐵磁隧道結(jié)器件時進(jìn)行流過字線的電流的反轉(zhuǎn)。
通過在寫入鐵磁隧道結(jié)器件時不僅反轉(zhuǎn)流過位線的電流的方向而且也反轉(zhuǎn)流過字線的電流的方向，流過字線的電流的方向不僅總是固定而且也是隨時間反轉(zhuǎn)的，從而，將流過字線的電流改變成準(zhǔn)交流的。
通過改變流過字線的電流，在字線和外圍半導(dǎo)體基片之間產(chǎn)生的電位差將隨時間反轉(zhuǎn)，從而防止出現(xiàn)由總是恒定的電位差引起的電遷移，在不增加字線寬度，即不增加磁存儲裝置尺寸的條件下，改善了電遷移的電阻，并通過防止了磁存儲裝置的故障延長了裝置的使用壽命。
特別是，在每次寫入鐵磁隧道結(jié)器件時都反轉(zhuǎn)流過字線電流方向的情況下，有可能將在字線和外圍半導(dǎo)體基片之間產(chǎn)生恒定電位差的時間減至最小，從而更有效地防止電遷移的出現(xiàn)，進(jìn)一步改善了電遷移的電阻。
附圖的簡要說明圖1是說明鐵磁隧道結(jié)器件的例圖。
圖2是說明使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置的例圖。
圖3是說明鐵磁隧道結(jié)器件的存儲狀態(tài)的例圖。
圖4是存儲狀態(tài)的圖解說明(在組合磁力指向右上角情況下)。
圖5是存儲狀態(tài)的圖解說明(在組合磁力指向左上角情況下)。
圖6是存儲狀態(tài)的圖解說明(在組合磁力指向右下角情況下)。
圖7是存儲狀態(tài)的圖解說明(在組合磁力指向左下角情況下)。
圖8是用于反轉(zhuǎn)流過位線或字線的電流方向的電路原理圖。
圖9是控制電路的電路簡圖。
圖10是寫入鐵磁隧道結(jié)器件時的流程圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式下面，將參照


本發(fā)明的具體實施例。
根據(jù)本發(fā)明，磁存儲裝置1使用鐵磁隧道結(jié)器件2作為存儲元件，所有存儲元件都存放兩種不同存儲狀態(tài)，例如或者是“0”或者是“1”。
首先，如圖1所示，說明鐵磁隧道結(jié)器件2的結(jié)構(gòu)，鐵磁隧道結(jié)器件2由層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在鐵磁隧道結(jié)器件2中，固定磁化層薄膜3和自由磁化層薄膜4被壓制在隧道勢壘層5的上面和背面。
應(yīng)當(dāng)指出，固定磁化層3由鐵磁材料(例如，CoFe)制成，并總是在固定方向磁化。另一方面，自由磁化層4由鐵磁材料(例如，NiFe)制成，并在與固定磁化層3的磁化方向相同的方向(平行方向)或相反的方向(反平行方向)磁化。而且，隧道勢壘層5由絕緣材料(例如，Al2O3)制成。
接著，說明使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置2。如圖2所示，在磁存儲裝置1中，在半導(dǎo)體基片6上在鐵磁隧道結(jié)器件2的固定磁化層3的磁化方向上形成多條字線7，而在半導(dǎo)體基片6上在與鐵磁隧道結(jié)器件2的固定磁化層3的磁化方向垂直的方向上形成多條位線8，然后，多個鐵磁隧道結(jié)器件2布置在字線和位線的交叉點上，形成網(wǎng)狀圖案。應(yīng)當(dāng)指出，在本說明書中僅僅描述將存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件2中所必要的磁存儲裝置1的結(jié)構(gòu)，而省略用于將寫入鐵磁隧道結(jié)器件2中的存儲狀態(tài)讀出的結(jié)構(gòu)。
下面，將說明在有上述結(jié)構(gòu)的磁存儲裝置1中，將兩種不同的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件2中的原理。說明將基于這樣的假設(shè)，鐵磁隧道結(jié)器件2的自由磁化層4在與固定磁化層3的磁化方向相同方向上磁化則對應(yīng)為“0”，而自由磁化層4在與固定磁化層3的磁化方向相反方向上磁化則對應(yīng)為“1”。然而應(yīng)當(dāng)指出，自由磁化層4的磁化方向和存儲狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系可能是與上述情況相反的。
換句話說，在鐵磁隧道結(jié)器件2中寫入“0”或者寫入“1”的存儲狀態(tài)表示自由磁化層4在與固定磁化層3的磁化方向相同的方向磁化，或者與固定磁化層3的磁化方向相反的方向磁化。
而且，鐵磁隧道結(jié)器件2的自由磁化層4的磁化是通過組合磁力11實現(xiàn)的，組合磁力11是通過將電流加到字線7產(chǎn)生的字線磁力9和將電流加到位線8產(chǎn)生的位線磁力10組合而成的，并使其作用于自由磁化層4。
通過使電流流過字線7，例如，從右流向左，在與鐵磁隧道結(jié)器件2的字線7垂直的方向上，圖中是從近邊到遠(yuǎn)邊方向上就產(chǎn)生字線磁力9。另一方面，通過使電流從近邊到遠(yuǎn)邊方向流過位線8，就產(chǎn)生從左至右方向的位線磁力10，從左至右方向就是與流過位線8的電流方向垂直的方向。因此，如圖3所示，組合磁力11為指向右遠(yuǎn)邊的對角線，它由字線磁力9和位線磁力10合成，作用于自由磁化層4。這樣的組合磁力11以磁力13的形式被穩(wěn)定地保持在自由磁化層4中，磁力13處于與由固定磁化層3中的磁力12在固定磁化層3中產(chǎn)生的磁化方向相同的方向。并且，如上所述，在自由磁化層4中的磁化方向與固定磁化層3的磁化方向相同方向的情況下，鐵磁隧道結(jié)器件2被認(rèn)為保存存儲狀態(tài)“0”。
這將通過參考說明存儲狀態(tài)的圖4來說明。存儲狀態(tài)的說明指明存儲狀態(tài)將是“0”還是“1”，這兩種狀態(tài)取決于字線磁力9和位線磁力10的組合磁力11的方向。在存儲狀態(tài)的說明中，水平軸代表字線磁力9的幅度，從右至左流過字線7的左向電流定義為正方向。另一方面，垂直軸代表位線磁力10的幅度，把從遠(yuǎn)邊至近邊流過位線8的輸入電流定義為正方向。應(yīng)該指出，如果組合磁力11相對于水平軸指向上方，則存儲狀態(tài)為“0”，而如果組合磁力11相對于水平軸指向下方，則存儲狀態(tài)位為“1”。應(yīng)當(dāng)指出，在說明存儲狀態(tài)的圖中，由4條弧線圍成的有點象寶石形狀的、靠近中心部分的區(qū)域是非反轉(zhuǎn)區(qū)。如果組合磁力11處于非反轉(zhuǎn)區(qū)，則組合磁力11就太弱，以致于不能對自由磁化層4進(jìn)行有效磁化。
如圖4所示，當(dāng)產(chǎn)生的電流從右向左流過字線7時，字線磁力9的磁化方向為正。另一方面，當(dāng)產(chǎn)生的電流從遠(yuǎn)邊向近邊流過位線8時，位線磁力10的磁化方向為正。由于正的字線磁力9和正的位線磁力10決定組合磁力11朝上指向，那么鐵磁隧道結(jié)器件2中的存儲狀態(tài)為“0”。
這時，應(yīng)當(dāng)指出，為了保存存儲狀態(tài)“0”，不應(yīng)該限于上述情況，在這種情況下，由正方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右上方向的組合磁力11(如圖4所示)，但是也存在這樣的情況，在這種情況下，由負(fù)方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左上方向的組合磁力11，如圖5所示。類似地，為了在鐵磁隧道結(jié)器件2保存存儲狀態(tài)“1”，由正方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右下方向的組合磁力11，如圖6所示，或者，在這樣的情況下，由負(fù)方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左下方向的組合磁力11，如圖7所示。
按照傳統(tǒng)的方法，在將存儲狀態(tài)“0”或“1”寫入鐵磁隧道結(jié)器件2的情況下，流過字線7的電流總是保持在固定的正方向上，以便產(chǎn)生總是在固定方向的字線磁力9，而在這種條件下，只有將流過位線8的電流在正方向或負(fù)方向上反轉(zhuǎn)，以便將位線磁力10反轉(zhuǎn)，從而改變字線磁力9和位線磁力10的組合磁力11的磁化方向。
就是說，在用傳統(tǒng)的技術(shù)將存儲狀態(tài)“0”保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右上方向的組合磁力11，如圖4所示，而在將存儲狀態(tài)“1”保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右下方向的組合磁力11，如圖6所示。
為此，在傳統(tǒng)的技術(shù)中，在寫入鐵磁隧道結(jié)器件2中時，大到幾十毫安的電流總是連續(xù)流過正方向的字線7，從而，在字線7和其外圍的半導(dǎo)體基片6之間產(chǎn)生恒定的電位差。結(jié)果，由于所述電位差的緣故，往往會在字線7中出現(xiàn)電遷移，并使相鄰的字線7之間短路，損壞字線7等，也將導(dǎo)致在磁存儲裝置1中出現(xiàn)故障的可能性。
因此，在本發(fā)明中，在向鐵磁隧道結(jié)器件2寫入期間，流過字線7的電流的方向可以在與固定磁化層3的磁化方向相同的方向或相反的方向反轉(zhuǎn)。
就是說，在將存儲狀態(tài)“0”保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右上方向的組合磁力11，如圖4所示。另一方面，在將存儲狀態(tài)“1”保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由負(fù)方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左下方向的組合磁力11，如圖7所示。
在向鐵磁隧道結(jié)器件2寫入期間，在與固定磁化層3的磁化方向相同的方向或相反的方向，對流過字線7的電流方向的反轉(zhuǎn)方式不會局限于上述組合(圖4和圖7所示的條件組合)。為了在鐵磁隧道結(jié)器件2中保存存儲狀態(tài)“0”，可能由負(fù)方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左上方向的組合磁力11，如圖5所示，另一方面，為了在鐵磁隧道結(jié)器件2保存存儲狀態(tài)“1”，可以由正方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右下方向的組合磁力11，如圖6所示。
同樣，在上述兩種對流過字線7的電流方向反轉(zhuǎn)的方式中，雖然是根據(jù)鐵磁隧道結(jié)器件2中的存儲狀態(tài)是“0”還是“1”對流過字線7的電流方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)，但是，本發(fā)明不局限于這些例子，而有可能在每一次寫入鐵磁隧道結(jié)器件2時反轉(zhuǎn)流過字線7的電流方向。
就是說，在將存儲狀態(tài)“0”第一次保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右上方向的組合磁力11，如圖4所示。然后，在接著將存儲狀態(tài)“0”保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由負(fù)方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左上方向的組合磁力11，如圖5所示。而且，在接著又將存儲狀態(tài)“0”保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和正方向的位線磁力10再次產(chǎn)生朝右上方向的組合磁力11，如圖4所示。
在連續(xù)將存儲狀態(tài)“1”保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，上述過程相似。具體地說，在將存儲狀態(tài)“1”第一次保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝右下方向的組合磁力11，如圖6所示。然后，在接著將存儲狀態(tài)“1”保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由負(fù)方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10產(chǎn)生朝左下方向的組合磁力11，如圖7所示。而且，在接著又將存儲狀態(tài)“1”保存到鐵磁隧道結(jié)器件2中的情況下，由正方向的字線磁力9和負(fù)方向的位線磁力10再次產(chǎn)生朝右下方向的組合磁力11，如圖6所示。
在向鐵磁隧道結(jié)器件2寫入期間，通過將與固定磁化層3的磁化方向相同的方向或相反方向流過字線7的電流方向反轉(zhuǎn)，流過字線7的電流的方向不總是固定的，而是隨時間反轉(zhuǎn)的，因而，流過字線7的電流變成準(zhǔn)交流電流。因此，在字線7和外圍半導(dǎo)體基片6之間產(chǎn)生的電位差是隨時間變化的，因而，有效地防止了因產(chǎn)生恒定電位差引起的電遷移的產(chǎn)生。這樣，就能在不增加字線7的寬度，也就是不增加磁存儲裝置1的尺寸條件下，提高電遷移的電阻，并且通過防止磁存儲裝置1的故障延長磁存儲裝置1的使用壽命。
具體地說，在每次寫入鐵磁隧道結(jié)器件2時反轉(zhuǎn)流過字線7的電流方向的情況下，有可能把在字線7和外圍半導(dǎo)體基片6之間產(chǎn)生恒定電位差的時間減至最短，從而，有效地防止了電遷移的出現(xiàn)，而且提高了電遷移的電阻。
下面，將說明改變上述字線磁力9和位線磁力10的磁化方向的裝置。為了改變字線磁力9和位線磁力10的磁化方向，應(yīng)改變流過字線7和位線8的電流的方向，圖8中示出了用于此目的的電路。
如圖8所示，字線7的左端連接到P型場效應(yīng)晶體管(FET)14上，P型FET 14連接到電源VDD和N型場效應(yīng)晶體管(FET)15，N型場效應(yīng)晶體管15連接到地GND，而字線7的右端連接到P型FET 16，P型場效應(yīng)晶體管16連接到電源VDD和N型場效應(yīng)晶體管17，場效應(yīng)晶體管17連接到地GND。另一方面，位線8的后端連接到P型場效應(yīng)晶體管18，場效應(yīng)晶體管18連接到電源VDD和N型FET 19，N型FET 19連接到地GND，而位線8的前端連接到P型FET 20，P型場效應(yīng)晶體管20連接到電源VDD和N型場效應(yīng)晶體管21，N型場效應(yīng)晶體管21連接到地GND。這些P型場效應(yīng)晶體管14、16、18、20的器件電極22、24、26、28和這些N型場效應(yīng)晶體管15、17、19、21的器件電極23、25、27、29都與控制電路30連接，使P型場效應(yīng)晶體管14、16、18、20和N型場效應(yīng)晶體管15、17、19、21都作為開關(guān)晶體管。
同樣，控制信號31-38從控制電路30輸入到各個器件電極22-29，用于選擇性地接通或斷開P型場效應(yīng)晶體管14、16、18、20和N型場效應(yīng)晶體管15、17、19、21，從而使流過字線7和位線8的電流的方向反轉(zhuǎn)。
具體地說，控制信號31、34從控制電路30輸入到P型場效應(yīng)晶體管14的器件電極22和N型場效應(yīng)晶體管17的器件電極25，使P型場效應(yīng)晶體管14和N型場效應(yīng)晶體管17導(dǎo)通，而控制信號32、33輸入到N型場效應(yīng)晶體管15的器件電極23和P型場效應(yīng)晶體管16的器件電極24，使N型場效應(yīng)晶體管15和P型場效應(yīng)晶體管16斷開，從而，將字線7的左端與電源VDD連接，將字線7的右端與地GND連接。這就使流過字線7的電流從左端流向右端。另一方面，當(dāng)控制電路30將P型場效應(yīng)晶體管14和N型場效應(yīng)晶體管17斷開而將N型場效應(yīng)晶體管15和P型場效應(yīng)晶體管16接通時，字線7的左端連接到地GND，而字線7的右端連接到電源VDD，從而使流過字線7的電流從右端流向左端。
同樣，控制信號35、38從控制電路30輸入到P型場效應(yīng)晶體管18的器件電極26和N型場效應(yīng)晶體管21的器件電極29，用于接通P型場效應(yīng)晶體管18和N型場效應(yīng)晶體管21，而控制信號36、37輸入到N型場效應(yīng)晶體管19的器件電極27和P型場效應(yīng)晶體管20的器件電極28，用于斷開N型場效應(yīng)晶體管19和P型場效應(yīng)晶體管20，從而，使位線8的上端與電源VDD連接，位線8的下端與地GND連接，因而使電流從上端到下端向下流過位線8。另一方面，當(dāng)控制電路30把P型場效應(yīng)晶體管18和N型場效應(yīng)晶體管21斷開而同時把N型場效應(yīng)晶體管19和P型場效應(yīng)晶體管20接通時，位線8的上端與地GND連接，而位線8的下端與電源VDD連接，從而，使電流從下端到上端向上流過位線8。
下面，圖9示出了控制電路30的一個實例。控制電路30是用于根據(jù)保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的存儲狀態(tài)是“0”還是“1”而將流過位線8和字線7的電流的方向反轉(zhuǎn)的電路。
在圖9中，通過以下方法產(chǎn)生地址譯碼信號43、44由行地址譯碼器41和列地址譯碼器42分別對代表鐵磁隧道結(jié)器件2的存儲地址的行地址信號39和列地址信號40進(jìn)行譯碼。另一方面，利用一對倒相器件46、47從存儲在鐵磁隧道結(jié)器件2中的輸入數(shù)據(jù)45產(chǎn)生代表輸入數(shù)據(jù)45本身的真信號48和作為輸入數(shù)據(jù)45的反轉(zhuǎn)形式的虛信號49。利用“與非”器件50-53和“與”器件54-57，從地址譯碼信號43和44、真信號48以及虛信號49的組合產(chǎn)生控制信號31-38。圖中，58代表的是寫啟動信號。
由行地址信號39和列地址信號40指定特定的鐵磁隧道結(jié)器件2。當(dāng)寫啟動信號58有效(這里稱作為“1”)時，通過行地址譯碼器41和列地址譯碼器42，地址譯碼信號43、44成為有效的(這里稱作為“1”)。
這時，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)45為“0”時，借助于兩個倒相器件46、47，真信號48也為“0”，而借助于倒相器件46，虛信號49為“1”。因此，借助于“與非”器件50，控制信號30為“1”，從而斷開P型場效應(yīng)晶體管14。借助于“-與”器件54，控制信號32為“1”，從而接通N型場效應(yīng)晶體管15，而借助于“與非”器件51，控制信號33為“0”，從而斷開P型場效應(yīng)晶體管16。借助于“與”器件55，控制信號34為“0”，從而斷開N型場效應(yīng)晶體管17，這樣，字線7的左端與地GND連接，而字線7的右端與電源VDD連接，從而，使電流從右端到左端向左流過字線7?？梢杂门c上述相似的方法控制流過位線8的電流。
參照圖9所示的及說明的上述電路的操作示于圖10的時序圖中。圖10中示出向左流過字線7的電流為“0”，向右流過字線7的電流為“1”，向前流過位線8的電流為“0”，向后流過位線8的電流為“1”。
如圖10所示，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)45為“0”時，真信號48為“0”，而虛信號49為“1”。在此條件下，當(dāng)寫啟動信號58有效時(這里稱作為“1”)，電流向左流過鐵磁隧道結(jié)器件2的字線7，并且電流向上流過鐵磁隧道結(jié)器件2的位線8，鐵磁隧道結(jié)器件2由有效的行地址信號39和列地址信號40指定。
然后，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)從“0”反轉(zhuǎn)為“1”時，真信號48為“1”，虛信號49為“0”。在這種條件下，當(dāng)寫啟動信號58有效時(這里稱作為“1”)，流過特定鐵磁隧道結(jié)器件2的字線7的電流從向左方向反轉(zhuǎn)為向右方向，而流過特定鐵磁隧道結(jié)器件2的位線8的電流從向上方向反轉(zhuǎn)為向下方向，所述特定鐵磁隧道結(jié)器件2由有效的行地址信號39和列地址信號40指定。
如上所述，不僅流過字線7的電流，而且流過位線8的電流的方向都根據(jù)保存在鐵磁隧道結(jié)器件2中的存儲狀態(tài)是“0”還是“1”進(jìn)行反轉(zhuǎn)。
應(yīng)當(dāng)指出，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計控制電路30，可以在每次對鐵磁隧道結(jié)器件2寫入時反轉(zhuǎn)流過字線7的電流的方向，可以在多次連續(xù)寫入之后反轉(zhuǎn)流過字線7的電流的方向，能夠可以在每個指定的時間反轉(zhuǎn)流過字線7的電流的方向，或者甚至可以在單次寫入時反轉(zhuǎn)流過字線7的電流的方向。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明可以用上述實施例實施，并提供下面將要說明的優(yōu)點。
就是說，在本發(fā)明中，由于可以在向鐵磁隧道結(jié)器件寫入時以與固定磁化層的磁化方向相同的方向或者相反的方向反轉(zhuǎn)流過字線的電流方向，因此，流過字線的電流的方向并不總是固定的，而是隨時間反轉(zhuǎn)，從而，使得流過字線的電流變成準(zhǔn)交流，并使字線和外圍半導(dǎo)體基片之間產(chǎn)生的電位差隨時間反轉(zhuǎn)。因此，避免了由恒定電位差引起的電遷移，因而，在不增加字線寬度和不增大磁存儲裝置尺寸的情況下就可以提高電遷移的電阻，因而通過防止故障延長了磁存儲裝置的使用壽命。
更詳細(xì)地說，如果在每次寫入鐵磁隧道結(jié)器件時反轉(zhuǎn)流過字線的電流方向，那么就可以把在字線和外圍半導(dǎo)體基片之間產(chǎn)生電位差的可能性減至最小，從而更有效地防止電遷移的出現(xiàn)，因而進(jìn)一步提高電遷移的電阻。
權(quán)利要求
1.一種使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置，它包括鐵磁隧道結(jié)器件，它是由固定磁化層、自由磁化層和布置在所述固定磁化層和所述自由磁化層之間的隧道勢壘層構(gòu)成的；字線，它沿著所述鐵磁隧道結(jié)器件的所述固定磁化層的磁化方向布線；位線，它沿著與所述鐵磁隧道結(jié)器件的所述固定磁化層的所述磁化方向垂直的方向布線；寫入裝置，用于通過反轉(zhuǎn)流過所述位線的電流的方向來將兩種不同的存儲狀態(tài)寫入所述鐵磁隧道結(jié)器件中；以及反轉(zhuǎn)裝置，用于在寫入所述鐵磁隧道結(jié)器件時，把流過所述字線的電流的方向反轉(zhuǎn)到與所述固定磁化層的所述磁化方向相同的方向或相反的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置，其特征在于用于反轉(zhuǎn)流過所述字線的電流的所述方向的所述反轉(zhuǎn)裝置在每次寫入所述鐵磁隧道結(jié)器件時反轉(zhuǎn)流過所述字線的電流的所述方向。
全文摘要
通過提高使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置的電遷移的電阻來防止磁存儲裝置出現(xiàn)故障。使用鐵磁隧道結(jié)器件的磁存儲裝置通過在隧道勢壘層的上面和背面分別層疊固定磁化層和自由磁化層來形成由鐵磁隧道結(jié)器件，并且使字線在鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層的磁化方向上延伸以及使位線在與鐵磁隧道結(jié)器件的固定磁化層的磁化方向垂直方向上延伸，以便允許通過反轉(zhuǎn)流過位線的電流的方向來把兩種不同的存儲狀態(tài)寫入鐵磁隧道結(jié)器件中，其中，在寫入鐵磁隧道結(jié)器件時，把流過字線的電流的方向反轉(zhuǎn)到與固定磁化層的磁化方向相同的方向或相反的方向。
文檔編號H01L43/08GK1714402SQ03807918
公開日2005年12月28日 申請日期2003年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者森山勝利, 森寬伸, 岡崎信道 申請人:索尼株式會社