具有单个磁隧道结叠层的多位自旋动量转移磁阻随机存取存储器制造技术

一种磁阻随机存取存储器系统，包括：第一磁隧道结器件，其耦合到第一位线；第二磁隧道结器件，其耦合到第二位线；选择晶体管，其耦合到所述第一和第二位线；以及字线，其耦合到所述选择晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种磁阻随机存取存储器系统，包括：第一磁隧道结器件，其耦合到第一位线；第二磁隧道结器件，其耦合到第二位线；选择晶体管，其耦合到所述第一和第二位线；以及字线，其耦合到所述选择晶体管。【专利说明】具有单个磁隧道结叠层的多位自旋动量转移磁阻随机存取存储器
技术介绍
本专利技术涉及固态存储器件，更具体地说，涉及包括单个磁隧道结叠层的多位自旋动量转移磁阻随机存取存储器件。固态存储技术的一个属性是给定固态器件(例如，晶体管)的每个位占用的大小或面积，这与每位成本密切相关。固态存储技术的目标是每个存储单元存储多位信息，从而以很少的额外成本有效地增加密度。自旋动量转移(SMT)磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性固态存储器件，其使用自由层中的磁矩方向存储数字信息，并且使用SMT效应更改磁矩方向并写入数字数据。这种类型的MRAM单元的中心处的磁元件是磁隧道结(MTJ)。MTJ具有由超薄绝缘体分隔的两个铁磁元件。通常，SMT-MRAM器件的多位单元设计依赖于垂直层叠两个或更多不同的MTJ器件。这些垂直层叠的MTJ器件必须具有仔细调整的特性，以便串联的两个MTJ的总电阻导致四个完全分隔的级别，并且用于写入每个器件的阈值也完全分隔。因为MTJ的电阻和写入阈值均与隧道势垒面积相关，所以层叠式MTJ器件的侧壁轮廓(profile)是必须被仔细选择的参数。这种敏感性导致小的工艺窗口、较低的产量或较慢的性能。
技术实现思路
不例性实施例包括一种磁阻随机存取存储器系统，其包括:第一磁隧道结器件，其耦合到第一位线；第二磁隧道结器件，其耦合到第二位线；选择晶体管，其耦合到所述第一和第二位线；以及字线，其耦合到所述选择晶体管。其它示例性实施例包括一种自旋动量转移磁阻随机存取存储器系统，其包括多个磁隧道结器件和耦合到所述多个磁隧道结器件的选择晶体管。进一步示例性实施例包括一种用于操作自旋动量转移磁阻随机存取存储器系统的方法，所述方法包括:从第一磁隧道结器件读出电阻值以便从所述第一磁隧道结器件读取数据，所述第一磁隧道结器件具有第一面积；以及从第二磁隧道结器件读出电阻值以便从所述第二磁隧道结器件读取数据，所述第二磁隧道结器件具有第二面积，其中所述第一和第二面积不相等。通过本专利技术的技术实现其它特性和优点。在此详细描述了本专利技术的其它实施例和方面，并且它们被视为要求保护的本专利技术的一部分。为了更好地理解本专利技术以及优点和特性，参考说明书和附图。【专利附图】【附图说明】`在说明书结尾处的权利要求中具体指出并明确要求保护了被视为本专利技术的主题。从下面结合附图的详细描述，本专利技术的上述和其它特性和优点将变得显而易见，这些附图是:图1示意性地示出根据示例性实施例的可以在公共平面上重复的MTJ存储阵列的一部分；图2A示出图1的MTJ存储阵列的所述部分的俯视布局图；图2B示出图1的MTJ存储阵列的所述部分的横截面图；图3示意性地示出示例性MTJ存储阵列的一部分；图4A示出图3的MTJ存储阵列的所述部分的俯视布局图；图4B示出图3的MTJ存储阵列的所述部分的横截面图；图5A示出电阻值的图；图5B示出电流值的图；以及图6示意性地示出在选择晶体管的两侧具有多个MTJ器件的示例性MTJ存储阵列。【具体实施方式】示例性实施例包括SMT MRAM，其包括以电方式与单个控制(选择)晶体管串联的MTJ器件。MTJ器件从同一薄膜叠层制造并且位于公共平面上。制造MTJ器件以便彼此具有不同的面积。如在此进一步描述的，面积差异导致不同的MTJ器件电阻和写入阈值，但同时保留相同的材料特性，因为MTJ器件通过相同的材料制造。可以通过掩模设计和光刻(与现有技术需要的方法相比)实现MTJ器件的相对大小的局部跟踪。因此，在此描述的示例性MTJ器件提高产量并降低成本。此外，在此描述的示例性MTJ器件可以与常规MTJ器件相组合，以便更进一步增加整体SMTMRAM的密度。因为用于SMT MRAM应用的MTJ器件与单元晶体管相比通常大小很小，并且因为双向写入电流需要两个位线导体，所以在同一平面上添加在此描述的额外MTJ不会增加单元大小。图1示意性地示出根据示例性实施例的可以在公共平面上重复的MTJ存储阵列100的一部分。MTJ器件105通过选择晶体管120(S卩，选择晶体管的栅极，如在此进一步描述的)连接在两个位线110、115之间。选择晶体管120耦合到字线125并且由其控制。如所属
公知的，在存储阵列中，位线表示存储阵列的列，字线表示存储阵列的行。数字数据被存储为MTJ器件105的磁状态。MTJ器件105的元件通过由薄绝缘层分隔的两个铁磁板形成。两个板中的一个是设置为特定极性的永久磁铁；另一个板的磁化方向可以变化，以便对数字信息进行编码并且用作存储器的一位。这种配置称为自旋阀并且是MRAM位的最简单结构。从诸如MTJ器件105之类的MTJ器件网格构建整个存储阵列100的存储器件。可以通过读出MTJ器件的电阻值取回数字数据。以下操作可以影响磁状态:使用自旋动量转移(SMT)效应，使足够的电流通过MTJ。SMT效应描述自旋角动量在自旋极化电流与铁磁体之间的转移。角动量从自旋电流转移到铁磁体将针对铁磁体的磁化施加扭矩。SMT扭矩可以用于反转磁化方向或者引起铁磁体磁化的微波振荡。因此，可以应用SMT改变MTJ器件105的自由层的磁化方向。可以通过为选择晶体管120供电来选择MTJ器件105，该晶体管将电流从电源线通过单元切换到地。由于磁隧道效应，MTJ器件105的电阻变化，这是由于两个板中的场方向所致。通过测量产生的电流，可以确定MTJ器件105的电阻。任意地但按照惯例，如果两个板具有相同的极性，则MTJ器件105的状态为“0”，而如果两个板具有相反的极性，则电阻较高，并且MTJ器件105的状态为“ I ”。通过使电流经过位线110、115，将数据写入到MTJ器件105，从而在位线110、115之间限定的区域中感生电流。MTJ器件105然后在MTJ器件105内部的板中获得磁扭矩。图2A示出图1的MTJ存储阵列100的所述部分的示例性俯视布局图，图2B示出图1的MTJ存储阵列100的所述部分的示例性横截面图，从而示出MTJ存储阵列100的进一步细节。选择晶体管120还包括源极121、漏极122和栅极123。可以理解，栅极123对应于字线125。位线110还包括金属过孔111和金属导线112。包括MTJ器件105的位线115也包括金属导线106。金属导线106、112各自分别耦合到触点107、113，触点107,113又分别耦合到漏极122和源极121。在示例性实施例中，修改图1和2A-2B的MTJ存储阵列100以便包括在此描述的第二 MTJ器件。图3示出在现在描述的选择晶体管的两侧具有MTJ器件的示例性MTJ存储阵列300。第一 MTJ器件305耦合到第一位线315，第二 MTJ器件310耦合到第二位线320。第一和第二 MTJ器件305、310均耦合到选择晶体管325。如在此描述的，选择晶体管325由字线330 (即，选择晶体管325的栅极，如在此进一步描述的)控制。数字数据被存储为第一和第二 MTJ器件305、310的磁状态。类似于常规MTJ，第一和第二 MTJ器件305、31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻随机存取存储器（MRAM）系统，包括：第一磁隧道结（MTJ）器件，其耦合到第一位线；第二MTJ器件，其耦合到第二位线；选择晶体管，其耦合到所述第一和第二位线；以及字线，其耦合到所述选择晶体管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国菡，陆宇，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US