降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器（STT-MRAM）中的源极负载效应制造技术

本发明专利技术涉及降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)中的源极负载效应。本发明专利技术揭示降低STT-MRAM中的源极负载效应的系统及方法。在特定实施例中，一种方法包括确定磁性隧道结(MTJ)结构的切换电流比率，所述切换电流比率使得存储器单元能够稳定操作。所述存储器单元包括串联耦合到存取晶体管的所述MTJ结构。所述方法还包括修改易发生于所述MTJ结构的自由层的偏移磁场。所述经修改的偏移磁场致使所述MTJ结构展现所述切换电流比率。

【技术实现步骤摘要】
降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器（STT-MRAM）中的源极负载效应分案申请的相关信息本申请是申请号为PCT/US2010/025834，申请日为2010年3月2日，优先权日为2009年3月2日，专利技术名称为“降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)中的源极负载效应”的PCT申请进入国家阶段后申请号为201080009766.6的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术大体上是针对降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)中的源极负载效应。
技术介绍
非易失性存储器技术的进步包括基于电阻的存储器技术，例如磁阻性随机存取存储器(MRAM)。MRAM技术是使用基于铁磁的磁性隧道结(MTJ)作为基本存储器元件的新兴非易失性存储器技术。MRAM的常用阵列架构为一个晶体管一个MTJ(1T1MTJ)架构。顾名思义，此架构中的每一位单元(bitcell)是由MTJ与n沟道金属氧化物半导体(NMOS)存取晶体管串联连接而组成。为了充分利用与按比例缩小NMOS技术相关联的密度增大及面积减小的优点，需要将较小晶体管及较低操作电压用于MRAM位单元。然而，尽管按比例缩小NMOS技术已进入深亚微米领域，因此产生面积及密度优势，但在设计具有稳定操作的1T1MTJ架构时仍可能存在困难，尤其是在源极负载效应方面。
技术实现思路
在特定实施例中，揭示一种方法，其包括确定磁性隧道结(MTJ)结构的切换电流比率，所述切换电流比率使存储器单元能够稳定操作。所述存储器单元包括耦合到存取晶体管的MTJ结构。所述方法还包括修改易发生于MTJ结构的自由层的偏移磁场。所述经修改的偏移磁场致使MTJ结构展现切换电流比率。所述偏移磁场可因自由层与其在MTJ结构中的邻近层之间的静磁耦合而产生。所述偏移场的极性可视连接类型而定。在特定实施例中，可将存储器单元从使存取晶体管电耦合到MTJ结构的经钉扎层的第一配置调整为使存取晶体管电耦合到MTJ结构的自由层的第二配置，以降低存储器单元处的源极负载效应。在一个实施例中，揭示一种存储器单元，其具有MTJ结构的经钉扎层的经调整的厚度。在另一实施例中，揭示一种设备，其包括自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)，所述STT-MRAM包括根据所揭示的方法而设计的存储器单元。在另一实施例中，揭示一种设备，其包括存储器单元，所述存储器单元包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括耦合到位线的自由层且还包括经钉扎层。所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述经钉扎层具有物理尺寸以产生偏移磁场，所述偏移磁场在第一电压从所述位线施加到耦合到存取晶体管的源极线时对应于所述MTJ结构的使得能够在所述第一状态与所述第二状态之间切换的第一切换电流，且在所述第一电压从所述源极线施加到所述位线时对应于使得能够在所述第二状态与所述第一状态之间切换的第二切换电流。在另一实施例中，揭示一种存储器单元，其包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构包括自由层，且还包括耦合到位线的经钉扎层。所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述存储器单元还包括存取晶体管，所述存取晶体管使源极端子耦合到源极线，且使漏极端子经由导电路径耦合到所述MTJ结构的所述自由层。所述自由层与所述存取晶体管的所述漏极端子之间的第一距离大于所述经钉扎层与所述漏极端子之间的第二距离。在另一实施例中，揭示一种设备，其包括存储器装置，所述存储器装置包括多个存储器单元。所述多个存储器单元中的至少一个存储器单元包括磁性隧道结(MTJ)结构。所述MTJ结构的自由层的磁矩在第一状态中与所述MTJ结构的经钉扎层的磁矩大体上平行，且在第二状态中与所述经钉扎层的所述磁矩大体上反平行。所述存储器单元还包括耦合到所述MTJ结构的存取晶体管。用以将所述MTJ结构从所述第一状态切换到所述第二状态的第一切换电流的量值的比率小于将所述MTJ结构从所述第二状态切换到所述第一状态的第二切换电流的一半。所揭示的实施例所提供的一个特定优点是供不同位单元类型通过调整装置参数以在特定晶体管电流-电压特性内操作而实现STT-MRAM切换的设计方法。在审阅整个申请案之后，本专利技术的其它方面、优点及特征将变得显而易见，整个申请案包括以下部分：附图说明、具体实施方式及权利要求书。附图说明图1为包括具有经编程偏移磁场的存储器单元的存储器装置的特定说明性实施例的框图；图2为具有经编程偏移磁场的存储器单元的特定说明性实施例的图；图3为具有经编程偏移磁场的磁性隧道结(MTJ)结构的第一说明性实施例的图；图4为具有经编程偏移磁场的磁性隧道结(MTJ)结构的第二说明性实施例的图；图5为存储器单元的操作特性的第一实施例的图；图6为存储器单元的操作特性的第二实施例的图；图7为说明切换电流比率与磁场比率之间的可用以确定经编程偏移磁场的关系的模型的图；图8为降低自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)的源极负载效应的方法的流程图；图9为包括具有存储器单元的基于电阻的存储器的无线通信装置的特定说明性实施例的框图，所述存储器单元具有经编程偏移磁场；以及图10为制造包括具有经编程偏移磁场的存储器单元的成品电子装置的制造过程的特定说明性实施例的数据流程图。具体实施方式参看图1，描绘包括具有经编程偏移磁场的存储器单元的存储器装置的特定说明性实施例的图，并大体上将其指定为100。存储器装置100可包括存储器阵列102，例如自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)存储器阵列。存储器阵列102包括具有经编程偏移磁场的存储器单元116。存储器阵列102可通过位线104耦合到位线逻辑电路106。存储器阵列102可通过字线108耦合到字线逻辑电路110。存储器阵列102还可耦合到放大器112。在特定实施例中，具有经编程偏移磁场的存储器单元116包括以1T1MTJ配置耦合到存取晶体管的磁性隧道结(MTJ)结构。如将关于图2到图8论述，存储器单元116可具有经选择以编程MTJ结构的偏移磁场的一个或一个以上物理尺寸。当存取晶体管处于源极负载操作状态中时，偏移磁场经编程以移位MTJ的临界切换点以使得能将数据值写入到存储器单元116。图2为具有经编程偏移磁场的存储器单元的特定说明性实施例的图。存储器单元200包括衬底202，其使存取晶体管204经由导电路径208(例如，一个或一个以上金属或多晶硅导线、触点或通路)耦合到MTJ结构206。在特定实施例中，存储器单元200为图1的存储器单元116。存取晶体管204使源极210耦合到源极触点212(其耦合到源极线)，且使漏极216经由导电路径208耦合到MTJ结构206。施加到字线214的电压调制源极210与漏极216之间的沟道。MTJ结构206包括连接到导电路径208的存取晶体管电极218。MTJ结构206包括存取晶体管电极218上的反铁磁(AF)层220、经钉扎层(pinnedlayer)222、隧道势垒224及自由层226。位线存取电极228耦合到位线(BL)230。自由层226距漏极216第一距离292，且经钉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包含：存储器单元，所述存储器单元包含在位线与源极线之间耦合的磁性隧道结(MTJ)结构，所述MTJ结构包括：耦合到所述位线的自由层；以及经钉扎层，其中所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行且在第二状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上反平行，其中所述经钉扎层具有物理尺寸以产生不平衡的偏移磁场，其中所述物理尺寸与所述MTJ结构的切换电流比率相关联，其中当第一电压被施加到所述位线时所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得所述第一状态向所述第二状态切换的第一切换电流，且其中当所述第一电压被施加到所述源极线时所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得所述第二状态向所述第一状态切换的第二切换电流。

【技术特征摘要】
2009.03.02 US 12/396,2951.一种用于降低存储器中的源极负载效应的设备，其包含：存储器单元，所述存储器单元包含在位线与源极线之间耦合的磁性隧道结(MTJ)结构，所述MTJ结构包括：耦合到所述位线的自由层；以及经钉扎层，其中所述自由层的磁矩在第一状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上平行且在第二状态中与所述经钉扎层的磁矩大体上反平行，其中所述经钉扎层具有物理尺寸以产生不平衡的偏移磁场，其中所述物理尺寸与所述MTJ结构的切换电流比率相关联，其中当第一电压被施加到所述位线时所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得所述第一状态向所述第二状态切换的第一切换电流，且其中当所述第一电压被施加到所述源极线时所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得所述第二状态向所述第一状态切换的第二切换电流。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述MTJ结构的所述切换电流比率使所述存储器单元能够稳定操作，其中所述切换电流比率为所述第一切换电流与所述第二切换电流的比率。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一切换电流的量值小于所述第二切换电流的量值。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一切换电流的量值大于所述第二切换电流的量值。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一切换电流的第一量值与所述第二切换电流的第二量值之差小于零。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一切换电流的第一量值与所述第二切换电流的第二量值之差大于零。7.根据权利要求1所述的设备，其中与所述MTJ结构相关联的第一电阻-磁场环(R-H环)定中心于从零偏移。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述物理尺寸包括所述经钉扎层的厚度，且其中所述物理尺寸基于所述切换电流比率来确定。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述自由层定位在距耦合到所述MTJ结构的存取晶体管的漏极端子第一距离处，其中所述经钉扎层定位在距所述漏极端子第二距离处，其中所述第一距离大于所述第二距离，且其中导电路径将所述漏极端子电耦合到所述自由层。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述自由层定位在距耦合到所述MTJ结构的存取晶体管的漏极端子第一距离处，其中所述经钉扎层定位在距所述漏极端子第二距离处，其中所述第二距离大于所述第一距离，且其中导电路径将所述漏极端子电耦合到所述自由层。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述存储器单元集成到至少一个半导体裸片中。12.根据权利要求1所述的设备，进一步包含装置，所述装置包括机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、通信装置、个人数字助理(PDA)、固定位置数据单元、计算机或其结合，所述存储器单元集成到所述装置中。13.根据权利要求1所述的设备，其中基于所述不平衡的偏移磁场，所述第一切换电流处于所述存储器单元的存取晶体管的操作电流范围之内。14.根据权利要求1所述的设备，其中所述存储器装置为自旋力矩转移磁阻性随机存取存储器(STT-MRAM)。15.一种用于降低存储器中的源极负载效应的方法，其包含：在集成到电子装置的处理器处确定修改入射到磁性隧道结(MTJ)结构的自由层的磁场的量，其中存储器单元包括所述MTJ结构，其中所述量基于所述MTJ结构的切换电流比率；以及基于用于产生入射到所述自由层的不平衡的偏移磁场的所述量，在所述存储器单元的设计中修改所述MTJ结构的经钉扎层的物理尺寸，其中当第一电压被施加到位线时，所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得第一状态向第二状态切换的第一切换电流，且其中当所述第一电压被施加到源极线时所述不平衡的偏移磁场对应于穿过所述MTJ结构以使得所述第二状态向所述第一状态切换的第二切换电流。16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含在所述处理器处接收包括所述设计的设计文件，其中用于修改所述磁场的所述量基于所述设计而确定，且其中修改所述物理尺寸包含调整所述设计。17.根据权利要求15所述的方法，其中修改所述物理尺寸修改与所述MTJ结构相关联的至少一个临界切换点、增加所述磁场的量值或其结合。18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括确定使得所述存储器单元能够稳定操作的所述MTJ结构的所述切换电流比率，其中所述切换电流比率为所述第一切换电流与所述第二切换电流的比率。19.根据权利要求18所述的方法，其中修改所述物理尺寸的量是使用所述切换电流比率、所述磁场、切换场强之间的关系的数学模型及经验模型中的至少一者或其结合来确定的。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述切换电流比率为将所述MTJ结构从高阻态切换到低阻态的所述第一切换电流与将所述MTJ结构从所述低阻态切换到所述高阻态的所述第二切换电流的比率。21.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含：在调整所述经钉扎层的厚度之前，在应用经修改的偏移磁场的情况下，将外部磁场施加到所述MTJ结构以估计所述MTJ结构的热稳定性；以及调整所述经...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康浩，升·H·康，朱晓春，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US