專利名稱：磁隨機(jī)存取存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁電阻隨機(jī)存取存儲器(Magnetoresistive RandomAccess Memory)，簡稱MRAM，也稱磁性隨機(jī)存取存儲器(Magnetic RandomAccess Memory)，其中MRAM的存儲單元由磁性薄膜構(gòu)成，MRAM的驅(qū)動邏輯裝置等半導(dǎo)體部件集成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
背景技術(shù)：
作為MRAM的存儲單元，磁性薄膜中至少包含這樣的一個(gè)薄膜結(jié)構(gòu)[F1/NF/F2]。其中F1和F2表示兩個(gè)磁性材料層，NF表示非磁性材料層，NF層介于F1層和F2層之間。F1和F2中有且僅有一層的磁化方向被外界某層或數(shù)層的材料所固定(稱為被釘扎層)，因而不能在小的外磁場作用下隨意變化；而另外一層為軟磁層，其磁化方向可在小的外磁場作用下發(fā)生變化(稱為自由層)。非磁性材料層的厚度很小，典型的厚度在0.5nm與3.0nm之間。以這樣的磁性薄膜作為存儲單元，當(dāng)F1、F2的磁化方向相同時(shí)，磁性薄膜存儲單元表現(xiàn)出低的電阻狀態(tài)；而當(dāng)F1、F2的磁化方向相反時(shí)，磁性薄膜存儲單元則表現(xiàn)出高的電阻狀態(tài)。
因此，磁性薄膜存儲單元存在著兩個(gè)穩(wěn)定的電阻狀態(tài)，通過改變磁性薄膜存儲單元中自由層相對于被釘扎層的磁化方向，即可使之記錄信息；而通過檢測磁性薄膜存儲單元的電阻狀態(tài)，即可獲取其保存的信息。
目前通常采用的磁性薄膜存儲單元的結(jié)構(gòu)如

圖1所示。
該MRAM結(jié)構(gòu)配置在半導(dǎo)體襯底上，共需要三個(gè)金屬布線層M1、M2、M2和一個(gè)過渡金屬層TM。除了讀字線RWL，其地線GND、寫字線WWL和位線BL分別處于不同的金屬布線層中。磁性薄膜存儲單元通過過渡金屬層TM金屬布線層M2、M1以及相關(guān)接觸孔與晶體管ATR的漏區(qū)相連接，而晶體管ATR的源區(qū)則和地線GND連接，晶體管ATR的柵極即為讀字線RWL。
磁性薄膜存儲單元中信息的寫入由位線BL和寫字線WWL來協(xié)同完成。當(dāng)位線BL和寫字線WWL以一定的時(shí)序關(guān)系通過寫入工作電流時(shí)，兩者的電流所產(chǎn)生的磁場的合成磁場將使磁性薄膜存儲單元中自由層的磁化方向翻轉(zhuǎn)到特定的方向，該磁化方向在撤銷位線BL、寫字線WWL的電流之后能夠穩(wěn)定在其兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)中被期望的一個(gè)狀態(tài)。由此即實(shí)現(xiàn)了磁性薄膜存儲單元中信息的寫入并保存。
讀取磁性薄膜存儲單元中的信息則由讀字線RWL來控制。在允許讀取時(shí)，控制讀字線RWL在一個(gè)合適的電平上，使得晶體管ATR導(dǎo)通。此時(shí)存在一個(gè)由位線BL(金屬布線層M3)經(jīng)磁性薄膜存儲單元、過渡金屬層TM、接觸孔、金屬布線層M2、接觸孔、金屬布線層M1、接觸孔、晶體管ATR漏區(qū)、晶體管ATR源區(qū)而至地線GND的電氣通路。因此，由位線BL給一個(gè)合適的讀電流，即可提取磁性薄膜存儲單元當(dāng)前的電阻狀態(tài)。由此即實(shí)現(xiàn)了磁性薄膜存儲單元中信息的讀出。
如上所述，該種結(jié)構(gòu)的MRAM需要多達(dá)三個(gè)的金屬布線層以及一個(gè)過渡金屬層來形成其電氣連接，使得MRAM的制造工藝復(fù)雜、成本高。另外，在制造磁性薄膜存儲單元之前，襯底上已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)次的沉積、布線、打孔、絕緣介質(zhì)填埋等工藝操作，使得磁性薄膜存儲單元制造面的表面平整性較差，必須進(jìn)行特殊的表面拋平工藝處理(比如化學(xué)機(jī)械拋光CMP，Chemical-MechanicalPolishing)才能滿足磁性薄膜存儲薄膜對其襯底表面平整性的特殊要求，這也是一個(gè)增加工藝難度和制造成本的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，在具有磁性薄膜存儲存儲單元的MRAM中，減少金屬布線層的數(shù)目，以降低工藝復(fù)雜性和制造成本。
本實(shí)用新型所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是，在磁性薄膜制造之前，盡可能地實(shí)現(xiàn)無需表面拋平工藝處理即可滿足磁性薄膜制造對其襯底表面平整性的要求，以降低工藝復(fù)雜性和制造成本。
本實(shí)用新型所要解決的再一個(gè)技術(shù)問題是，在MRAM結(jié)構(gòu)中提出一種新的晶體管ATR單元設(shè)計(jì)方案，每相鄰的兩個(gè)晶體管ATR單元具有共用的源區(qū)，由此可以改善制備晶體管ATR單元過程中的源區(qū)的熱平衡，并使得晶體管ATR單元允許通過更大的讀出電流，以提高磁性薄膜存儲單元讀出信號的信噪比，并且在一定程度上提高M(jìn)RAM存儲單元的集成密度。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括由晶體管ATR單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；由磁性薄膜存儲單元構(gòu)成的存儲單元陣列；接觸孔，所述磁性薄膜存儲單元經(jīng)由該接觸孔和所述晶體管ATR單元相連接；以及寫字線WWL和位線BL，所述寫字線WWL和所述位線BL布置在所述磁性薄膜存儲單元的同側(cè)，并且所述寫字線WWL與所述磁性薄膜存儲單元直接相連。
本實(shí)用新型還提供一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括由晶體管ATR單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；由磁性薄膜存儲單元構(gòu)成的存儲單元陣列；接觸孔；過渡金屬層，所述磁性薄膜存儲單元經(jīng)由該過渡金屬層和所述接觸孔與所述晶體管ATR單元相連接，使得磁性薄膜存儲單元位于所述晶體管ATR單元的加工區(qū)域之外；以及寫字線WWL和位線BL，所述寫字線WWL和所述位線BL布置在所述磁性薄膜存儲單元的同側(cè)，并且所述寫字線WWL與所述磁性薄膜存儲單元直接相連。
本實(shí)用新型又提供一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括由晶體管ATR單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中，且每相鄰的兩個(gè)晶體管ATR單元具有共用的源區(qū)；由磁性薄膜存儲單元構(gòu)成的存儲單元陣列；接觸孔；以及寫字線WWL和位線BL，所述寫字線WWL和所述位線BL布置在所述磁性薄膜存儲單元的同側(cè)，并且所述寫字線WWL與所述磁性薄膜存儲單元直接相連；此方案也可采用過渡金屬層，所述磁性薄膜存儲單元經(jīng)由該過渡金屬層和所述接觸孔與所述晶體管ATR單元相連接，使得磁性薄膜存儲單元位于所述晶體管ATR單元的加工區(qū)域之外。
本實(shí)用新型提供一種MRAM結(jié)構(gòu)，它具有包括磁性薄膜存儲單元的存儲單元陣列；具有實(shí)現(xiàn)MRAM信息讀寫的多條位線BL、多條寫字線WWL、多條讀字線RWL和多條地線GND；以及具有控制對MRAM單元進(jìn)行讀或?qū)懖僮鞯木w管ATR單元，該晶體管ATR單元被集成在半導(dǎo)體襯底中。
所述磁性薄膜存儲單元的基本結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料層以及介于兩磁層之間的非磁性材料層構(gòu)成，存儲信息由其中一個(gè)磁性材料層的磁化狀態(tài)來表示并保存。
寫字線WWL和位線BL被布置在磁性薄膜存儲單元的同一側(cè)，并且寫字線WWL和地線GND被布置在同一個(gè)金屬布線層中。位線BL和寫字線WWL相互正交，磁性薄膜存儲單元的至少一個(gè)磁性材料層的易磁化方向沿位線BL或?qū)懽志€WWL的縱向方向。寫字線WWL布置在磁性薄膜存儲單元的正上方，并且磁性薄膜存儲單元和寫字線WWL直接相連接。位線BL布置在寫字線WWL的上方，即磁性薄膜存儲單元的正上方，并且位線BL與寫字線WWL由絕緣掩埋介質(zhì)隔離。
磁性薄膜存儲單元的下方通過一過渡金屬層以及一接觸孔或者直接經(jīng)由一接觸孔與晶體管ATR的漏區(qū)相連接。
內(nèi)部金屬布線層總共為兩層，即位線BL所在層和寫字線WWL與地線GND所在層。
存儲信息的讀出由讀字線RWL控制晶體管ATR單元的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)，讀字線RWL同時(shí)作為晶體管ATR單元的柵極。在讀出信息的過程中，晶體管ATR導(dǎo)通，讀出電流由寫字線WWL引入來獲取磁性薄膜存儲單元中存儲的信息。內(nèi)部金屬布線層總共為兩層，即位線BL所在層和寫字線WWL與地線GND所在層。
本實(shí)用新型簡化了MRAM的單元結(jié)構(gòu)，減少了其中的金屬布線層數(shù)目至兩層。另一方面，本實(shí)用新型允許將磁性薄膜存儲單元布置在晶體管ATR的側(cè)上方(垂直投影中磁性薄膜存儲單元區(qū)域處于ATR加工區(qū)域之外)，使得磁性薄膜沉積面避開晶體管表面平整性較差的區(qū)域，從而有可能不經(jīng)特殊的表面拋平處理即可直接生長磁性薄膜存儲薄膜并制造磁性薄膜存儲單元，降低MRAM制造工藝的復(fù)雜性。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的磁隨機(jī)存取存儲器MRAM單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖；圖2是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例1的MRAM單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖；圖3是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例1的MRAM單元結(jié)構(gòu)的第一剖視圖；圖4是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例2的MRAM單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖；圖5是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例2的MRAM單元結(jié)構(gòu)的第一剖視圖；圖6是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例3的MRAM單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖；圖7是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例3的MRAM單元結(jié)構(gòu)的第一剖視圖；圖8是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例4的MRAM單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖；圖9是本實(shí)用新型磁隨機(jī)存取存儲器實(shí)施例4的MRAM單元結(jié)構(gòu)的第一剖視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖2所示，MRAM存儲器中的磁性薄膜存儲單元陣列由大量的MRAM單元1組合而成，在一個(gè)MRAM單元1中，包括一個(gè)磁性薄膜存儲單元2、晶體管ATR 4和一組布線，即位線BL 3a、寫字線WWL 3b、地線GND 3c、讀字線RWL 3d以及用于層間連接的接觸孔3e、3f。其中，在布局上將位線BL 3a與寫字線WWL 3b布置在磁性薄膜存儲單元2的上方，在垂直投影中位線BL 3a與寫字線WWL 3b相互成直角關(guān)系。
如圖3所示，整個(gè)MRAM單元1由若干層5a、5b、5c、5d、5e、5f構(gòu)成，這些層中的非功能區(qū)域由絕緣掩埋介質(zhì)填埋。MRAM單元1中金屬布線層僅有兩層5c、5e，即位線BL 3a所在層5e及地線GND 3c與寫字線WWL 3b所在層5c。磁性薄膜存儲單元2布置在位線BL 3a與寫字線WWL 3b交叉區(qū)域的下方，其下部電極通過接觸孔3f與晶體管ATR 4的漏極4c相連接，其上部電極與寫字線WWL 3b直接相連接。磁性薄膜存儲單元2中的自由層的易磁化軸與位線BL 3a或?qū)懽志€WWL 3b的長邊方向重合。寫字線WWL 3b的寬度相當(dāng)于磁性薄膜存儲單元2的寬度。由此，在MRAM的數(shù)據(jù)讀出操作中(讀字線RWL 3d給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于導(dǎo)通狀態(tài))，其讀出電流由寫字線WWL3b經(jīng)磁性薄膜存儲單元2、接觸孔3f、晶體管ATR漏極4c、晶體管ATR源極4a、接觸孔3e而達(dá)地線GND 3c，從而獲取磁性薄膜存儲單元2當(dāng)前的電阻狀態(tài)，即MRAM單元1中所存儲的數(shù)據(jù)。寫字線WWL 3b與位線BL 3a由絕緣掩埋介質(zhì)層5d隔離。因此，在MRAM的數(shù)據(jù)寫入操作中(讀字線RWL 3d給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)允許寫入操作)，由位線BL 3a及寫字線WWL 3b中以一定的時(shí)序關(guān)系存在的工作電流產(chǎn)生的空間磁場，可以使磁性薄膜存儲單元2中的自由層的磁化方向發(fā)生預(yù)期的變化，并且在撤除寫入工作電流之后穩(wěn)定到其兩個(gè)穩(wěn)定方向中被希望的一個(gè)方向上，也即完成了數(shù)據(jù)的寫入。
實(shí)施例2如圖4、圖5所示，是實(shí)施例1的一個(gè)變形，增加了一個(gè)過渡金屬層3g，以使得磁性薄膜存儲單元2可以布置在垂直投影中晶體管ATR 4區(qū)域之外。
MRAM存儲器中的磁性薄膜存儲單元陣列由大量的MRAM單元1組合而成，在一個(gè)MRAM單元1中，包括一個(gè)磁性薄膜存儲單元2、晶體管ATR4和一組布線，即位線BL 3a、寫字線WWL 3b、地線GND 3c、讀字線RWL3d以及用于層間連接的接觸孔3e、3f和過渡金屬層3g。其中，在布局上將位線BL 3a與寫字線WWL 3b布置在磁性薄膜存儲單元2的上方，在垂直投影中位線BL 3a與寫字線WWL 3b相互成直角關(guān)系。
磁性薄膜存儲單元2布置在位線BL 3a與寫字線WWL 3b交叉區(qū)域的下方，其下部電極通過過渡金屬層3g和接觸孔3f與晶體管ATR 4的漏極4c相連接，其上部電極與寫字線WWL 3b直接相連接。磁性薄膜存儲單元2中的自由層的易磁化軸與位線BL 3a或?qū)懽志€WWL 3b的長邊方向重合。寫字線WWL 3b的寬度相當(dāng)于磁性薄膜存儲單元2的寬度。由此，在MRAM的數(shù)據(jù)讀出操作中(讀字線RWL 3d給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于導(dǎo)通狀態(tài))，其讀出電流由寫字線WWL 3b經(jīng)磁性薄膜存儲單元2、過渡金屬層3g、接觸孔3f、晶體管ATR漏極4c、晶體管ATR源極4a、接觸孔3e而達(dá)地線GND 3c，從而獲取磁性薄膜存儲單元2當(dāng)前的電阻狀態(tài)，即MRAM單元1中所存儲的數(shù)據(jù)。寫字線WWL 3b與位線BL 3a由絕緣掩埋介質(zhì)層5d隔離。因此，在MRAM的數(shù)據(jù)寫入操作中(讀字線RWL 3d給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)允許寫入操作)，由位線BL 3a及寫字線WWL 3b中以一定的時(shí)序關(guān)系存在的工作電流產(chǎn)生的空間磁場，可以使磁性薄膜存儲單元2中的自由層的磁化方向發(fā)生預(yù)期的變化，并且在撤除寫入工作電流之后穩(wěn)定到其兩個(gè)穩(wěn)定方向中被希望的一個(gè)方向上，也即完成了數(shù)據(jù)的寫入。
增加了過渡金屬層的目的在于，通過布局使磁性薄膜存儲單元2避開晶體管ATR 4區(qū)域平整性較差的表面，而落于一個(gè)不含有刻蝕或填埋邊緣的表面上。該表面區(qū)域在經(jīng)過前期的工藝操作之后，仍能保持一個(gè)平整性完好的表面。因此，本實(shí)施例將允許在磁性薄膜存儲薄膜生長之前，無需特殊的表面拋平處理，從而進(jìn)一步降低MRAM制造的工藝復(fù)雜性及制造成本。
實(shí)施例3如圖6所示，MRAM存儲器中的磁性薄膜存儲單元陣列由大量的MRAM單元1組合而成，在一個(gè)MRAM單元1中，包括兩個(gè)磁性薄膜存儲單元2a、2b、晶體管ATR 4和一組布線，即位線BL 3a、寫字線WWL 3b、3i、地線GND 3c、讀字線RWL 3d、3j以及用于層間連接的接觸孔3e、3f、3h。其中，在布局上將位線BL 3a與寫字線WWL 3b、3i布置在磁性薄膜存儲單元2a、2b的上方，在垂直投影中位線BL 3a與寫字線WWL 3b、3i相互成直角關(guān)系。
本實(shí)施例的布局使兩個(gè)磁性薄膜存儲單元2a、2b共用一條地線GND 3c，也即相鄰兩個(gè)磁性薄膜存儲單元的晶體管ATR 4單元具有共用的源區(qū)4a。因此每兩個(gè)MRAM單元1可節(jié)省至少一條地線GND的面積；更重要的是，本實(shí)施例的布局可改善制備晶體管ATR 4單元過程中的源區(qū)的熱平衡，并使得晶體管ATR 4單元允許通過更大的讀出電流，因而可提高磁性薄膜存儲單元讀出信號的信噪比。
磁性薄膜存儲單元2a、2b布置在位線BL 3a與寫字線WWL 3b、3i交叉區(qū)域的下方，其下部電極通過接觸孔3f、3h與晶體管ATR 4的漏極4c、4d相連接，其上部電極與寫字線WWL 3b、3i直接相連接。磁性薄膜存儲單元2a、2b中的自由層的易磁化軸與位線BL 3a或?qū)懽志€WWL 3b、3i的長邊方向重合寫字線WWL 3b、3i的寬度相當(dāng)于磁性薄膜存儲單元2a、2b的寬度。由此，在MRAM的數(shù)據(jù)讀出操作中(讀字線RWL 3j(以3j為例)給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于導(dǎo)通狀態(tài))，其讀出電流由寫字線WWL 3i經(jīng)磁性薄膜存儲單元2b、接觸孔3h、晶體管ATR漏極4d、晶體管ATR源極4a、接觸孔3e而達(dá)地線GND 3c，從而獲取磁性薄膜存儲單元2b當(dāng)前的電阻狀態(tài)，即MRAM單元1中磁性薄膜存儲單元2b所存儲的數(shù)據(jù)。寫字線WWL 3b、3i與位線BL 3a由絕緣掩埋介質(zhì)層隔離。因此，在MRAM的數(shù)據(jù)寫入操作中(讀字線RWL 3d、3j給一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖揭允咕w管ATR 4處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)允許寫入操作)，由位線BL 3a及寫字線WWL 3b或3i中以一定的時(shí)序關(guān)系存在的工作電流產(chǎn)生的空間磁場，可以使磁性薄膜存儲單元2a或2b中的自由層的磁化方向發(fā)生預(yù)期的變化，并且在撤除寫入工作電流之后穩(wěn)定到其兩個(gè)穩(wěn)定方向中被希望的一個(gè)方向上，也即完成了數(shù)據(jù)的寫入。
圖7表示圖6的立體結(jié)構(gòu)示意圖的縱向截面示意圖。可見該實(shí)施例的特點(diǎn)是，以地線GND 3c為中心線，其他MRAM單元1組件在其兩側(cè)對稱布置。以圖7所示為例，左側(cè)晶體管ATR的漏區(qū)在左側(cè)，而右側(cè)晶體管ATR的漏區(qū)則在右側(cè)。
實(shí)施例4將圖6、圖7所示本實(shí)用新型的實(shí)施例3與圖4、圖5所示的實(shí)施例2相結(jié)合，還可構(gòu)成本實(shí)用新型的實(shí)施例4，如圖8、圖9所示，使兩個(gè)磁性薄膜存儲單元2a、2b共用一條地線GND 3c，也即相鄰兩個(gè)磁性薄膜存儲單元的晶體管ATR 4單元具有共用的源區(qū)4a，并且增加了兩個(gè)過渡金屬層3g、3k，以使得磁性薄膜存儲單元2a、2b可以布置在垂直投影中晶體管ATR 4區(qū)域之外。其目的在于，通過布局使磁性薄膜存儲單元2避開晶體管ATR 4區(qū)域平整性較差的表面，而落于一個(gè)不含有刻蝕或填埋邊緣的表面上。該表面區(qū)域在經(jīng)過前期的工藝操作之后，仍能保持一個(gè)平整性完好的表面。因此，本實(shí)施例將允許在磁性薄膜存儲薄膜生長之前，無需特殊的表面拋平處理，從而進(jìn)一步降低MRAM制造的工藝復(fù)雜性及制造成本。其特點(diǎn)為既減少了中間金屬布線層的數(shù)目，大大降低了MRAM制造工藝的復(fù)雜性，又可以節(jié)省整個(gè)工藝流程中的拋平工藝，從而降低MRAM的制造成本。
權(quán)利要求1.一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括a)由晶體管ATR(4)單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；b)由磁性薄膜存儲單元(2)構(gòu)成的存儲單元陣列；c)接觸孔，所述磁性薄膜存儲單元(2)經(jīng)由接觸孔和所述晶體管ATR(4)單元相連接；d)寫字線WWL(3b)和位線BL(3a)，其特征在于所述寫字線WWL(3b)和所述位線BL(3a)布置在所述磁性薄膜存儲單元(2)的同側(cè)，并且所述寫字線WWL(3b)與所述磁性薄膜存儲單元(2)直接相連。
2.一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括a)由晶體管ATR(4)單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；b)由磁性薄膜存儲單元(2)構(gòu)成的存儲單元陣列；c)接觸孔；d)寫字線WWL(3b)和位線BL(3a)，其特征在于還包括過渡金屬層(3g)，所述磁性薄膜存儲單元(2)經(jīng)由該過渡金屬層(3g)和所述接觸孔與所述晶體管ATR(4)單元相連接；所述磁性薄膜存儲單元(2)位于所述晶體管ATR(4)單元的加工區(qū)域之外。
3.按照權(quán)利要求2所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述寫字線WWL(3b)和所述位線BL(3a)布置在所述磁性薄膜存儲單元(2)的同側(cè)，并且所述寫字線WWL(3b)與所述磁性薄膜存儲單元(2)直接相連。
4.按照權(quán)利要求1～3任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述磁性薄膜存儲單元(2)的基本結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料層以及介于兩磁層之間的非磁性材料層構(gòu)成，存儲信息由其中一個(gè)磁性材料層的磁化狀態(tài)來表示并保存。
5.按照權(quán)利要求1～4任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述位線BL(3a)和所述寫字線WWL(3b)相互正交，所述磁性薄膜存儲單元(2)的至少一個(gè)磁性材料層的易磁化方向沿所述位線BL(3a)或所述寫字線WWL(3b)的縱向方向。
6.按照權(quán)利要求1～5任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述寫字線WWL(3b)布置在所述磁性薄膜存儲單元(2)的正上方。
7.按照權(quán)利要求1～6任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述位線BL(3a)布置在所述寫字線WWL(3b)的上方，即所述磁性薄膜存儲單元(2)的正上方，并且所述位線BL(3a)與所述寫字線WWL(3b)由絕緣掩埋介質(zhì)隔離。
8.按照權(quán)利要求1～7任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述讀字線RWL(3d)同時(shí)作為所述晶體管ATR(4)單元的柵極。
9.按照權(quán)利要求1～8任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于內(nèi)部金屬布線層總共為兩層，即所述位線BL(3a)所在層(5e)和所述寫字線WWL(3b)與地線GND(3c)所在層(5c)。
10.一種磁隨機(jī)存取存儲器，包括a)由晶體管ATR(4)單元構(gòu)成的存儲器讀寫控制單元陣列，該讀寫控制單元陣列集成在半導(dǎo)體襯底中；b)由磁性薄膜存儲單元(2a、2b)構(gòu)成的存儲單元陣列；c)接觸孔；d)寫字線WWL(3i、3b)和位線BL(3a)，其特征在于每相鄰的兩個(gè)晶體管ATR(4)單元具有共用的源區(qū)。
11.按照權(quán)利要求10所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述磁性薄膜存儲單元(2a、2b)的基本結(jié)構(gòu)由兩層磁性材料層以及介于兩磁層之間的非磁性材料層構(gòu)成，存儲信息由其中一個(gè)磁性材料層的磁化狀態(tài)來表示并保存。
12.按照權(quán)利要求10或11任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述位線BL(3a)和所述寫字線WWL(3i、3b)相互正交，所述磁性薄膜存儲單元(2b、2a)的至少一個(gè)磁性材料層的易磁化方向沿所述位線BL(3a)或所述寫字線WWL(3i、3b)的縱向方向。
13.按照權(quán)利要求10～12任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述寫字線WWL(3i、3b)布置在所述磁性薄膜存儲單元(2a、2a)的正上方。
14.按照權(quán)利要求10～13任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述位線BL(3a)布置在所述寫字線WWL(3i、3b)的上方，即所述磁性薄膜存儲單元(2b、2a)的正上方，并且所述位線BL(3a)與所述寫字線WWL(3i、3b)由絕緣掩埋介質(zhì)隔離。
15.按照權(quán)利要求10～14任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述讀字線RWL(3d、3j)同時(shí)作為所述晶體管ATR(4)單元的柵極。
16.按照權(quán)利要求10～15任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于所述寫字線WWL(3i、3b)和所述位線BL(3a)布置在所述磁性薄膜存儲單元(2b、2a)的同側(cè)，并且所述寫字線WWL(3i、3b)與所述磁性薄膜存儲單元(2b、2a)直接相連。
17.按照權(quán)利要求10～16任何一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于還包括過渡金屬層(3k、3g)，所述磁性薄膜存儲單元(2b、2a)經(jīng)由該過渡金屬層(3k、3g)和所述接觸孔與所述晶體管ATR(4)單元相連接，位于所述晶體管ATR(4)單元的加工區(qū)域之外。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種磁隨機(jī)存取存儲器(MRAM)，MRAM單元中的位線BL和寫字線WWL位于其中磁性薄膜存儲單元的相同一側(cè)，磁性薄膜存儲單元通過接觸孔與晶體管ATR的漏極相連接，并且MRAM單元中的地線GND與寫字線WWL布置在同一個(gè)金屬布線層中。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面減少了金屬布線層以及接觸孔的數(shù)目，降低了工藝難度和制造成本，另一方面也可以提高M(jìn)RAM的整體集成度。
文檔編號H01L29/78GK2805022SQ20032010329
公開日2006年8月9日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者彭子龍, 王偉寧, 韓秀峰, 朱濤, 詹文山 申請人:中國科學(xué)院物理研究所