專利名稱：具有磁性內(nèi)存的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，且特別涉及一種具有磁性內(nèi)存的集成電路。
技術(shù)背景存儲組件大量應(yīng)用于日常生活中，也因此存儲組件成為相當(dāng)重要的消費性電子零件。計算機、移動電話及MP3播放器全都使用存儲組件。 一般的存儲 組件利用半導(dǎo)體晶體管實施，然而半導(dǎo)體晶體管的制造及設(shè)計必需耗費昂貴的 制程及設(shè)備。巨磁電阻效應(yīng)(giantmagnetoresistance effect; GMR)為一種量子力學(xué)效應(yīng)， 其于薄磁性區(qū)與薄非磁性區(qū)交替的結(jié)構(gòu)中所觀察到。根據(jù)施加的外場，巨磁電 阻效應(yīng)呈現(xiàn)出從零場高電阻態(tài)(zero-field high resistance state)到高場低電阻態(tài) (high-field low resistance state)的重大變化。因此，巨磁電阻效應(yīng)可用于設(shè)計磁性晶體管。此外，磁性晶體管更可用于 整合磁性內(nèi)存，又無須耗費昂貴的制程及設(shè)備?？衫幂^短的制程時間及高密 度來設(shè)計并制造磁性內(nèi)存。再者，磁性晶體管可疊置于現(xiàn)有集成電路上，以擴充其儲存容量并節(jié)省集 成電路空間?；谏鲜隼碛桑叫杼岢稣洗判跃w管的磁性內(nèi)存。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有磁性內(nèi)存的集成電路。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實施例，具有磁性內(nèi)存的集成電路具有一硅 晶體管層、至少一磁性內(nèi)存層、以及一金屬路由層。硅晶體管層安排成產(chǎn)生數(shù) 個邏輯運算功能。磁性內(nèi)存層安排成儲存邏輯運算功能所需的數(shù)據(jù)。金屬路由 層具有數(shù)個導(dǎo)線，以傳輸硅晶體管層與磁性內(nèi)存層之間的數(shù)據(jù)?？梢岳斫獾氖牵e例而言，前述的一般性敘述與以下的詳細(xì)敘述以例示而 進一步解釋所主張的發(fā)明。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1為本發(fā)明一實施例一種具有磁性內(nèi)存的集成電路的示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞的示意圖；圖3A為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于一儲存態(tài)的示意圖；圖3B為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于另一儲存態(tài)的示意圖；圖3C為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于允許讀取態(tài)的示意圖；圖3D為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于寫入態(tài)的示意圖；以及圖4為本發(fā)明另一實施例繪示一種磁性記憶胞的示意圖。其中，附圖標(biāo)記110:硅晶體管層120/160:磁性內(nèi)存層130:金屬路由層140:第一絕緣層141/142:介層窗150:第二絕緣層151/152:介層窗170:絕緣層200:第一磁性晶體管21 la/21 lb/21 lc/21]d:箭頭 212/217:金屬組件213:第一扇區(qū) 216:第二扇區(qū)218a/218b/218c/218d:箭頭220:高壓端230:第二磁性晶體管231a/231b/231c/231d:箭頭 232/237:金屬組件233:第三扇區(qū) 236:第四扇區(qū)238a/238b/238c/238d:箭頭 240:低壓端260:第三磁性晶體管26la/261b/261c/261d:箭頭 262/267:金屬組件 263:第五扇區(qū) 266:第六扇區(qū) 268a/268b/268c/268d:箭頭 270:輸入/輸出端 360:開關(guān)具體實施方式
請參考本發(fā)明以下數(shù)個較佳實施例或范例，并配合所

。若有可能， 附圖及說明書中會使用相同的圖號指稱相同或相似的組件。所有附圖僅為易于解釋本發(fā)明的基本教示內(nèi)容；在閱讀并了解以下說明書 內(nèi)容后，將可闡明用來形成實施例的各組件的圖號、位置、關(guān)系及尺寸的附圖 及其延伸內(nèi)容，換言之，上述內(nèi)容亦于本技術(shù)范圍中。圖1為本發(fā)明一實施例一種具有磁性內(nèi)存的集成電路的示意圖。具有磁性 內(nèi)存的集成電路具有一硅晶體管層110、至少一磁性內(nèi)存層120、以及一金屬 路由層130。硅晶體管層110安排成產(chǎn)生數(shù)個邏輯運算功能。磁性內(nèi)存層120 安排成儲存邏輯運算功能所需的數(shù)據(jù)。金屬路由層130具有數(shù)個導(dǎo)線(圖未繪 示)，以傳輸硅晶體管層IIO與磁性內(nèi)存層120之間的數(shù)據(jù)。圖中安排硅晶體管層IIO、磁性內(nèi)存層120、以及金屬路由層130的相對 位置為了便于說明集成電路，并非用以限制此集成電路的結(jié)構(gòu)。不過，現(xiàn)有集 成電路的金屬路由層130通常位于較上方。因此，為了使磁性內(nèi)存層120符合 目前大多數(shù)集成電路的設(shè)計，金屬路由層130疊置于硅晶體管層110上，而磁 性內(nèi)存層120則疊置于金屬路由層130上。此集成電路在硅晶體管層IIO與金屬路由層130之間更配置有第一絕緣層140，而且此集成電路在第一絕緣層140中更設(shè)有第一群介層窗(例如介層窗 141及介層窗142)，以連接硅晶體管層110與金屬路由層130的數(shù)個導(dǎo)線。此集成電路在金屬路由層130與磁性內(nèi)存層120之間更配置有第二絕緣層 150，而且此集成電路在第二絕緣層150中更設(shè)有第二群介層窗(例如介層窗 151及介層窗152)，以連接金屬路由層130的數(shù)個導(dǎo)線與磁性內(nèi)存層120。當(dāng)設(shè)計者或是使用者想擴充記憶空間時，集成電路可加入更多磁性內(nèi)存 層，例如磁性內(nèi)存層160疊置于磁性內(nèi)存層120上，并于磁性內(nèi)存層120與磁 性內(nèi)存層160之間設(shè)置絕緣層170。磁性內(nèi)存層160可利用標(biāo)準(zhǔn)路由技術(shù)以連接至硅晶體管層110。如此一來， 可減少大晶片上大部分專用于內(nèi)存空間的需求，又可減少單獨設(shè)置內(nèi)存芯片的 需求。磁性內(nèi)存層160所需的信號為硅晶體管層110所產(chǎn)生的控制信號，例如 要儲存的數(shù)據(jù)及地址，連同允許(enable)信號，有必要亦可包括時鐘信號。磁性內(nèi)存層120具有數(shù)個磁性記憶胞。圖2為本發(fā)明一實施例一種磁性記 憶胞的示意圖。磁性記憶胞具有第一磁性晶體管200、第二磁性晶體管230、 及第三磁性晶體管260。第一磁性晶體管200具有第一扇區(qū)213及第二扇區(qū) 216，其中第一扇區(qū)213連接至一高壓端220。第二磁性晶體管230具有第三 扇區(qū)233及第四扇區(qū)236，其中第三扇區(qū)233連接至一低壓端240。第三磁性 晶體管260具有第五扇區(qū)263及第六扇區(qū)266，其中第五扇區(qū)263連接第二扇 區(qū)216與第四扇區(qū)236，而第六扇區(qū)266則連接至一輸入/輸出端270。磁性記憶胞更至少包含于第一扇區(qū)213、第二扇區(qū)216、第三扇區(qū)233、 第四扇區(qū)236、第五扇區(qū)263及第六扇區(qū)266周圍分別設(shè)置數(shù)個金屬組件212、 金屬組件217、金屬組件232、金屬組件237、金屬組件262及金屬組件267， 其中金屬組件212、金屬組件217、金屬組件232、金屬組件237、金屬組件 262及金屬組件267分別控制第一扇區(qū)213、第二扇區(qū)216、第三扇區(qū)233、第 四扇區(qū)236、第五扇區(qū)263及第六扇區(qū)266的偶極(dipole)。舉例而言，第一磁 性晶體管200的金屬組件212及金屬組件217分別設(shè)置于第一扇區(qū)213及第二 扇區(qū)216的周圍。金屬組件212系用來控制第一扇區(qū)213的偶極，而金屬組件 217系用來控制第二扇區(qū)216的偶極。承上述，設(shè)計者可利用金屬組件以控制扇區(qū)的偶極。設(shè)計者更可利用磁性 晶體管二個扇區(qū)的偶極，進而控制此二扇區(qū)彼此間的導(dǎo)通性(conductivity)。舉例而言，當(dāng)?shù)?一扇區(qū)213與第二扇區(qū)216的偶極為相同時，第一扇區(qū) 213與第二扇區(qū)216則P了導(dǎo)通，而第一扇區(qū)213與第二扇區(qū)216的偶極為相異 時，第一扇區(qū)213與第二扇區(qū)216則不可導(dǎo)通。當(dāng)?shù)谌葏^(qū)233與第四扇區(qū)236的偶極為相同時，第三扇區(qū)233與第四扇 區(qū)236則可導(dǎo)通，而第三扇區(qū)233與第四扇區(qū)236的偶極為相異時，第三扇區(qū) 233與第四扇區(qū)236則不可導(dǎo)通。當(dāng)?shù)谖迳葏^(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極為相同時，第五扇區(qū)263與第六扇 區(qū)266則可導(dǎo)通，而第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極為相異時，第五扇區(qū) 263與第六扇區(qū)266則不可導(dǎo)通。圖3A為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于一儲存態(tài)的示意圖。當(dāng)磁性記 憶胞位于儲存態(tài)時，第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極(箭頭26la及箭頭268a) 為相異，使得第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266不可導(dǎo)通。當(dāng)磁性記憶胞儲存二進 制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)'2'時，第一扇區(qū)213與第二扇區(qū)216的偶極(箭頭211a及箭 頭218a)為相同，而第三扇區(qū)233與第四扇區(qū)236的偶極(箭頭23 la及箭頭238a) 為相異。第一磁性晶體管200與第二磁性晶體管230的功能可視為原始記憶胞的一 個位(bit)。第三磁性晶體管260可視為原始記憶胞的譯碼器或開關(guān)。圖3B為本發(fā)明一實施例一種磁性記憶胞于另一儲存態(tài)的示意圖。當(dāng)磁性 記憶胞儲存二進制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)'0'時，第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極(箭 頭261b及箭頭268b)為相異，第一扇區(qū)213與第二扇區(qū)216的偶極(箭頭21 lb 及箭頭218b)亦相異，而第三扇區(qū)233與第四扇區(qū)236的偶極(箭頭231b及箭 頭238b)則為相同。圖3C為本發(fā)明--實施例一種磁性記憶胞于允許讀取(read enable)態(tài)的示 意圖。當(dāng)磁性記憶胞于讀取態(tài)時，第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極(箭頭 261c及箭頭268c)為相同，以使數(shù)據(jù)從第一磁性晶體管200或第二磁性晶體管 230輸出至輸入/輸出端270。另一方面，當(dāng)磁性記憶胞于禁止讀取(read disable) 態(tài)時，第五扇區(qū)263與第六扇區(qū)266的偶極為相異，以避免數(shù)據(jù)輸出至輸入/ 輸出端270。圖3D為本發(fā)明一實施例繪示的一種磁性記憶胞于寫入態(tài)的示意圖。當(dāng)磁 性記憶胞于寫入態(tài)時，第一扇區(qū)213、第二扇區(qū)216、第三扇區(qū)233與第四扇區(qū)236的偶極則安排成決定何種數(shù)據(jù)應(yīng)寫入磁性記憶胞。舉例而言，當(dāng)?shù)谝簧葏^(qū)213與第二扇區(qū)216的偶極(箭頭2Ud及箭頭218d)相同時，第三扇區(qū)233 與第四扇區(qū)236的偶極(箭頭231d及箭頭238d)則相異，而磁性記憶胞寫入的 數(shù)據(jù)為。圖4為本發(fā)明另一實施例一種磁性記憶胞的示意圖。圖4與圖2的區(qū)別在 于以開關(guān)360取代第三磁性晶體管260。開關(guān)360的一端連接第二扇區(qū)216與 第四扇區(qū)236，另一端則連接至輸入/輸出端270。開關(guān)360可以傳統(tǒng)晶體管實 施。為了使目前的實施例符合原來半導(dǎo)體的集成電路，低電壓端240的電壓約 零伏特，而高壓端220的電壓約2.5伏特、3.3伏特或5伏特。'+ '與'余'標(biāo)記分別表示扇區(qū)的偶極，但并非用以限定磁極方向。 在磁性晶體管電路中，每一磁性晶體管在兩扇區(qū)間具有導(dǎo)通區(qū)?？捎汕笆龆?區(qū)的偶極控制導(dǎo)通區(qū)的導(dǎo)電性。因此，通過上述說明書可實施磁性記憶胞。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，至少包含一硅晶體管層，其安排成產(chǎn)生數(shù)個邏輯運算功能；至少一磁性內(nèi)存層，其安排成儲存該些邏輯運算功能所需的數(shù)據(jù)；以及一金屬路由層，其具有數(shù)個導(dǎo)線以于該硅晶體管層與該磁性內(nèi)存層之間傳輸該數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，該金 屬路由層疊設(shè)于該硅晶體管層上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，該磁 性內(nèi)存層疊設(shè)于該金屬路由層上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至 少包含一第一絕緣層，且該第一絕緣層配置于該硅晶體管層與該金屬路由層之 間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至 少包含一第一群介電窗，且該第一群介電窗位于該第一絕緣層內(nèi)，以連接該硅 晶體管層與該金屬路由層的該些導(dǎo)線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至少包含一第二絕緣層，且該第二絕緣層配置于該金屬路由層與該磁性內(nèi)存層之 間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至 少包含一第二群介電窗，且該第二群介電窗位于該第二絕緣層內(nèi)，以連接該金 屬路由層的該些導(dǎo)線與該第一磁性內(nèi)存層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至 少包含另一磁性內(nèi)存層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，該磁 性內(nèi)存層至少包含數(shù)個磁性記憶胞。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，每一磁性記憶胞更至少包含一第一磁性晶體管，該第一磁性晶體管具有一第一扇區(qū)及一第二扇區(qū)，其\中該第一扇區(qū)連接至一高壓端；一第二磁性晶體管，該第二磁性晶體管具有一第三扇區(qū)及一第四扇區(qū)，其 中該第三扇區(qū)連接至一低壓端，而該第四扇區(qū)連接至該第一磁性晶體管的該第二扇區(qū)；以及一第三磁性晶體管，該第三磁性晶體管具有一第五扇區(qū)及一第六扇區(qū)，其 中該第五扇區(qū)連接該第二磁性晶休管與該第四扇區(qū)，且該第六扇區(qū)連接至一輸 入/輸出端。
11、 根據(jù)權(quán)利要求io所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，更至少包含數(shù)個金屬組件，且該些金屬組件分別設(shè)于該些扇區(qū)周圍，其中該些金 屬組件安排成個別控制該些扇區(qū)的數(shù)個偶極。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該第一扇區(qū)的該些偶極與該第二扇區(qū)的該些偶極相同時，該第一扇區(qū)與該第二 扇區(qū)則為導(dǎo)通，當(dāng)該第一扇區(qū)的該些偶極與該第二扇區(qū)的該些偶極不同時，該 第一扇區(qū)與該第二扇區(qū)則為非導(dǎo)通。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該第三扇區(qū)的該些偶極與該第四扇區(qū)的該些偶極相同時，該第三扇區(qū)與該第四 扇區(qū)則為導(dǎo)通，當(dāng)該第三扇區(qū)的該些偶極與該第四扇區(qū)的該些偶極不同時，該 第三扇區(qū)與該第四扇區(qū)則為非導(dǎo)通。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該第五扇區(qū)的該些偶極與該第六扇區(qū)的該些偶極相同時，該第五扇區(qū)與該第六 扇區(qū)則為導(dǎo)通，當(dāng)該第五扇區(qū)的該些偶極與該第六扇區(qū)的該些偶極不同時，該 第五扇區(qū)與該第六扇區(qū)則為非導(dǎo)通。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該內(nèi)存處于一儲存態(tài)時，該第五扇區(qū)的該些偶極與該第六扇區(qū)的該些偶極不 同。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng)該磁性內(nèi)存儲存二進制系統(tǒng)的數(shù)值'r時，該第一扇區(qū)的該些偶極與該第二扇區(qū)的該些偶極相同，但該第三扇區(qū)的該些偶極與該第四扇區(qū)的該些偶極不同。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該磁性內(nèi)存儲存二進制系統(tǒng)的數(shù)值'O，時，該第一扇區(qū)的該些偶極與該第二扇區(qū)的該些偶極不同，但該第三扇區(qū)的該些偶極與該第四扇區(qū)的該些偶極相同。
18、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該內(nèi)存處于一讀取態(tài)時，該第五扇區(qū)的該些偶極與該第六扇區(qū)的該些偶極相 同，使該第一磁性晶體管或該第二磁性晶體管輸出的數(shù)據(jù)傳輸至該輸入/輸出端c
19、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的具有磁性內(nèi)存的集成電路，其特征在于，當(dāng) 該內(nèi)存處于一寫入態(tài)時，該第一扇區(qū)的該些偶極、該第二扇區(qū)的該些偶極、該 第三扇區(qū)的該些偶極與該第四扇區(qū)的該些偶極安排成篩選該磁性內(nèi)存內(nèi)已寫 入的該數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種具有磁性內(nèi)存的集成電路，其具有一硅晶體管層、至少一磁性內(nèi)存層及一金屬路由層。硅晶體管層安排成產(chǎn)生數(shù)個邏輯運算功能。磁性內(nèi)存層安排成儲存邏輯運算功能所需的數(shù)據(jù)。金屬路由層具有數(shù)個導(dǎo)線，以傳輸硅晶體管層與磁性內(nèi)存層之間的數(shù)據(jù)。
文檔編號H01L27/22GK101236984SQ200710161549
公開日2008年8月6日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者湯姆·艾倫·阿甘, 锜 賴 申請人:北極光股份有限公司