存储器器件及其操作方法技术

公开了一种存储器器件，包括多个磁阻随机存取存储器单元，该等磁阻随机存取存储器单元包括第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元。第一一次性可编程选择晶体管连接至第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元。该第一一次性可编程选择晶体管被配置为选择性地向第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元施加击穿电流以将第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元写入成击穿状态。本发明专利技术的实施例还公开了一种操作存储器器件的方法。公开了一种操作存储器器件的方法。公开了一种操作存储器器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
存储器器件及其操作方法


[0001]本专利技术的实施例涉及存储器器件及其操作方法。

技术介绍

[0002]非易失性存储器是在没有电源的情况下保留数据的存储器。磁阻随机存取存储器(MRAM)是使用磁存储元件存储数据的非易失性随机存取存储器(RAM)技术。MRAM器件包括MRAM单元的阵列，每个MRAM单元被实现为单位单元以存储二进制数据值。每个MRAM单元包括由薄绝缘层分离的铁磁层形成的一对磁隧道结(“MTJ”或“MTJ元件”)。这两个层包括在固定磁场对准方向上永久磁化的磁性层(该层称为固定层)和可变磁化的磁性层(该层称为自由层)。
[0003]可变磁化的磁性层可相对于永久磁化层在两个取向中的一个中磁化。这两个取向的特征在于穿过MTJ叠加层的串联电阻明显不同。可变层的磁场取向可与永磁体层的磁场取向相同(平行)地对准，或可变层的磁场可与永磁体层的磁场正相反(反平行)地对准。平行对准状态具有相对较低的电阻，即较低的逻辑状态为“0”。反平行对准状态具有较高的电阻，即较高的逻辑状态为“1”。从它们的相对较高或较低电阻感测到的这两个状态表示存储器中位的不同二进制逻辑值。
[0004]非易失性存储器包括一次性可编程(OTP)存储器。OTP存储器是只能编程一次的只读存储器。一旦编程，内容将无法更改，并且在断电后内容仍会保留。
附图说明
[0005]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。另外，附图是说明性的，作为本专利技术的实施例的实例，而无意于进行限制。
[0006]图1是示出根据一些实施例的MRAM OTP存储器器件的实例的框图。
[0007]图2是示出根据一些实施例的图1的实例MRAM OTP存储器器件的其他方面的框图。
[0008]图3是示出根据一些实施例的OTP方法的实例的流程图。
[0009]图4是示出根据一些实施例的图1的实例MRAM OTP存储器器件的其他方面的框图。
[0010]图5是示出根据一些实施例的图1的实例MRAM OTP存储器器件的其他方面的框图。
[0011]图6是示出根据一些实施例的用于MRAM OTP存储器器件的实例的读电流的分布的图解。
[0012]图7是示出根据一些实施例的每比特一单元(1CPB)OTP方法的实例的流程图。
[0013]图8是示出根据一些实施例的1CPB OTP方法的另一实例的流程图。
[0014]图9是示出根据一些实施例的图1的实例MRAM OTP存储器器件的其他方面的框图。
[0015]图10是示出根据一些实施例的用于MRAM OTP存储器器件的另一实例的读电流的分布的图。
[0016]图11是示出根据一些实施例的每比特两单元(2CPB)OTP方法的实例的流程图。
[0017]图12是示出根据一些实施例的2CPB OTP方法的另一实例的流程图。
具体实施方式
[0018]以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0019]而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
[0020]磁阻随机存取存储器(MRAM)是使用磁存储元件存储数据的非易失性随机存取存储器技术。MRAM器件包括MRAM单元的阵列，每个MRAM单元被实现为单位单元以存储二进制数据值。每个MRAM单元包括由薄绝缘层分离的铁磁层形成的一对磁隧道结(“MTJ”或“MTJ元件”)。这两个层包括在固定磁场对准方向上永久磁化的磁性层(该层称为固定层)和可变磁化的磁性层(该层称为自由层)。
[0021]可变磁化的磁性层可相对于永久磁化层在两个取向中的一个中磁化。这两个取向的特征在于穿过MTJ叠加层的串联电阻明显不同。可变层的磁场取向可与永磁体层的磁场取向相同(平行)地对准，或可变层的磁场可与永磁体层的磁场正相反(反平行)地对准。平行对准状态具有相对较低的电阻，并且反平行对准状态具有较高的电阻。从它们的相对较高或较低电阻感测到的这两个状态表示存储器中位的不同二进制逻辑值。
[0022]可从其相对较高或较低的电阻(RH和RL)感测MRAM单元的两个状态，这两个电阻代表存储在存储器中的位的不同二进制逻辑值。例如，RL(或高单元电流)可被指定为逻辑“0”(“Data
‑
0”)；RH(或低单元电流)可指定为逻辑“1”(“Data
‑
1”)。可通过将流经存储器单元的电流与流经另一存储器单元的另一电流进行比较来确定存储在MRAM存储器单元中的数据位(逻辑“0”或“1”值)。
[0023]更具体地，MRAM在具有由固定层和自由层形成的、由薄绝缘层分离的MTJ元件的存储器单元处存储数据。可相对于永久磁化层以两个方向中的一个磁化自由层。这两个取向的特征在于穿过MTJ叠加层的串联电阻明显不同。可变层的磁场取向可与永磁体层的磁场取向相同(平行或“Rp”)，或与永磁体层的磁场取向相反(反平行或“Rap”)地对准。平行对准状态Rp具有相对较低的电阻，并且反平行对准状态Rap具有较高的电阻。
[0024]一次性可编程(OTP)存储器是只能编程一次的只读存储器。一旦编程，内容将无法更改，并且在断电后内容仍会保留。如上所述，MRAM是一种非易失性存储器。如此，它在没有电源的情况下保留数据。然而，某些条件事件可能会导致MRAM存储器丢失存储在其中的数
据。例如，某些高温事件，诸如回流焊或晶圆级芯片规模封装(WLCSP)，会导致MRAM数据丢失。如此，常规MRAM器件通常不适用于OTP应用，并且通常提供另一OTP存储器，其中，每个数据位的设置由熔丝或反熔丝或其他写锁定电路锁定。提供这种单独OTP存储器会占用附加的芯片空间并增加制造复杂性。
[0025]本申请的各种实施例针对使用MRAM存储器单元的OTP存储器实现方式，其提供诸如减小的面积要求、较低的成本和减小的处理复杂度等优点。图1示出根据本专利技术的方面的M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储器器件，包括：多个磁阻随机存取存储器单元，包括第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元；第一一次性可编程选择晶体管，连接至所述第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元，所述第一一次性可编程选择晶体管被配置为选择性地向所述第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元施加击穿电流以将所述第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元写入成击穿状态。2.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个磁阻随机存取存储器单元中的每个包括磁隧道结元件。3.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述第一一次性可编程选择晶体管包括并联连接的多个一次性可编程选择晶体管。4.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个磁阻随机存取存储器单元包括第一磁阻随机存取存储器位单元，所述存储器器件还包括：第一存储器单元选择晶体管，连接至所述第一磁阻随机存取存储器位单元，所述第一存储器单元选择晶体管被配置为选择性地向所述第一磁阻随机存取存储器位单元施加写电流，以将所述第一磁阻随机存取存储器位单元写入成平行状态或反平行状态，其中，所述击穿电流大于所述写电流。5.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个磁阻随机存取存储器单元包括参考磁阻随机存取存储器单元，所述存储器器件还包括：参考选择晶体管，连接至所述参考磁阻随机存取存储器单元，所述参考选择晶体管被配置为施加写电流以将所述参考磁阻随机存取存储器单元写入成平行状态。6.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个磁阻随机存取存储器单元布置在第一阵列和第二阵列中，其中，所述第一一次性可编程磁阻随机存取存储器单元处于所述第一存储器阵列中，所述存储器器件还包括：第二一次性可编程磁阻随机存取存储器单元，处于所述第二阵列中；第二一次性可编程选择晶体管，连接至所述第二一次性可编程磁阻随机存取存储器单元，所述第二一次性可编程选择晶体管被配置为选择性地向所述第二一次性可编程磁阻随机存取存储器单元施加击穿电流，所述第二一次性可编程选择晶体管配置为选择性地向所述第二一次性可编程磁阻随机存取存储器单元施加所述击穿电流以将所述第二一次性可编程磁阻随机存取存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伯浩，李嘉富，史毅骏，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：