一种磁阻器件包含磁阻单元，每个单元包含自由磁性层和固定磁性层。该器件进一步包含用于每列磁阻单元的位线以及数字线。每条数字线被多个磁阻单元所共用并沿与位线垂直的方向放置。磁性层置于位线和数字线之间，但是与根据现有技术的通常布局颠倒，即，数字线置成与固定磁性层的距离小于与自由磁性层的距离。这使得可以降低总写入电流，其中靠近磁性层的线内的写入电流可以小于距离更远的线内的电流。因为被激活的位线的数目大于数字线，位线电流和数字线电流的总和可以降低。降低的总写入电流对于使用移动电池供电的应用是有用的，以最大化电池寿命。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁阻器件，具有这种器件的集成电路，以及这种器件的制造方法、读和/或写方法。
技术介绍
磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种已知类型的非易失性存储器件。MRAM器件包含利用了磁阻效应的多个磁性存储单元，该磁阻效应出现在具有交替堆叠的磁性层和非磁性层的多层膜内。磁性存储单元上的磁阻根据磁性层内的磁矢量是指向相同的方向还是指向相反的方向而分别指示最小值或最大值。两个磁性层内磁矢量的相同方向和相反方向分别称为“平行”和“反平行”状态。当磁性材料被用于存储器件时，平行和反平行方向例如分别被逻辑定义为“0”和“1”状态。图1通过透视图示出了已知MRAM的一部分的示例，其显示了集成存储单元阵列。该结构及其制造是公知的，无需在此再次详细描述。概括而言，这种MRAM包含具有磁性隧道结(MTJ)的单元。MTJ主要包含自由磁性层100、绝缘层(隧道阻挡层(tunnel barrier))102、钉扎磁性层104、以及反铁磁AF层106，AF层106用于将钉扎层的磁化强度“钉扎”到固定方向。该图所示示例中还存在底层108。为了简化，在图1所示的磁性隧道结(MTJ)叠层中仅示出了四个有源层。实践中可存在更多的层，这与工作原理无关。MRAM单元将信息(1/0)存储在自由磁性层内磁化方向上，该磁化方向可以相对自由地在两个相反方向之间旋转。如果该自由层的方向平行于钉扎层则该MTJ的阻抗小，如果这两个方向相反则该MTJ的阻抗大。为了读取特定单元上的信息，将小电压(垂直地)施加到该选定单元的MTJ叠层上。测得的流过该MTJ的电流(与该阻抗正比例)反映了该单元的信息。通过发送写入电流流过字线WL1-3和位线BL1-3，在写操作期间可以改变单元上的信息，其中这些字线和位线可被图案化于存储单元的底部及顶部上。这些电流将在存储单元内产生磁场(易磁化轴场和难磁化轴场)。这些场被编程，使其大得足以将选定单元(位于字线和位线的交叉处)的自由层的磁化强度转换成由该位线内电流方向确定的方向。这些位线平行于这些单元的难磁化轴，其产生沿易磁化轴的磁场，而数字线或字线产生沿难磁化轴的磁场。位线和字线被示成相互垂直，而磁性隧道结置于交点位置。插图示出了难磁化轴场(由字线产生)和易磁化轴场(由位线内的电流方向产生)。合成的场指向与易磁化轴成45°角的方向，如果需要，该合成场可以旋转选定单元的自由层的磁化强度，而未选定的单元不受影响。这些单元的底部电极通过通路连接到选择晶体管，在读取时这些选择晶体管用于单元选择。由于合成场与该单元的自由层的易磁化轴成45°角，该自由层的切换场最小，因此可以使用最小的电流完成写入。在交点处的合成磁场的大小为(|HHA|+|HEA|)/-√2，其中HHA和HEA分别是在难磁化轴和易磁化轴上产生的场。这两个场通常大小相同。关于这种MRAM的更多信息，读者可以参考例如P.K.Naji，M.Durlam，S Tehrani，J.Calder和M.F.DeHerrera的″A 256kb 3.0V 1 TIMTJ nonvolatilemagnetoresistive RAM″(IEEE Int.Solid-State CircuitsConference 2001，section 7.6)以及R.Scheuerlein，W.Gallagher，S.Parkin，A.Lee，S.Ray，R.Robertazzi，W.Reohr的″A 10nsRead and Write nonvolatile memofy array using a magnetictunnel junction and FET switch in each cell″(IEEE Int.Solid-State Circuits Conference 2000，section TA 7.2)。另一种已知的MTJ单元如图2所示。这种情况下，写位线10布置于平行的局部互连线20上。该单元的磁性层位于这些线的下方。自由磁性层30位于AlOx阻挡层40的上方，后者位于固定磁性层50上。在这些层下方还有Ru层60，随后是钉扎层70和AF层80。接着为基底电极90以及位于衬底(未示出)顶部上的数字线95。该基底电极通过隔离晶体管接地。为了简化而未示出存储器芯片的其他部分，例如其他存储单元、寻址和定时电路、以及读写电路。类似地，这些器件的读写操作可遵从已知实践，无需在此更详细地描述。US专利5,946,227示出了另一个示例。该专利示出了一种MRAM器件，其具有位于字线和位线交点的磁性存储单元，其中这些字线和位线分别布置成行和列。激活字线和位线使得MRAM器件可以选择用于读或写的存储单元。这种情况下，位线直接耦合到存储单元且读出电流在磁性层内流动，使得读出电流受到磁性层内磁矢量的影响，且存储单元内读出电流值或者存储单元上的电压降依赖于磁矢量的方向。另一方面，通过施加足够的磁场来转换磁性层内的磁矢量而执行写过程。为了满足磁性要求，转矩(torque)或数字线置成平行于字线以提供数字电流。该数字线、字线、和读出电流共同产生一总磁场并将其施加到存储单元，存储单元根据该总磁场的方向而存储状态。为了克服字线内阻抗增大，如果字线是由多晶硅制成，则制作字线和平行的数字线之间的连接。减小的阻抗可以导致更快速的访问时间。从美国专利申请2002/0131295已知另一种器件。所提及的与当前结构有关的问题包含高的编程电流、衬底上不足的空间、以及在读取和编程周期内存储器周期的有效定时。US 2002/0131295的方法提出了在两个存储单元阵列之间共享单一数字线电流源。这可以节省衬底上的空间。时钟系统的定时信号可防止电流流入正处于被取消选择的过程中的字/数字线。然而，仍旧需要一种具有低功耗的磁阻器件。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供改进的器件、操作方法和制造方法。根据第一方面，本专利技术提供了一种磁阻器件，包含按逻辑布置成行和列的多个磁阻单元，每个单元包含自由磁性层和固定磁性层。该器件进一步包含用于各列磁阻单元的位线以及多个数字线，每个数字线被一行内的多个磁阻单元所共用并置成垂直于位线。数字线和磁阻单元的钉扎或固定磁性层之间的距离称为第一距离，数字线和同一单元内的自由磁性层之间的距离称为第二距离。在本专利技术的器件的一方面，该第一距离小于第二距离。换而言之，磁性层布置成毗邻其各自位线并毗邻数字线，并使得位线比数字线更加靠近自由磁性层。本专利技术中，数字线和位线的称谓是从其功能的角度出发，而与其相对于磁性层的物理位置无关。根据本专利技术的器件的构造与根据现有技术的磁性层的传统相对位置相反。在根据本专利技术的器件中，磁阻元件顶部上的线为数字线，且介于磁阻元件和衬底之间的写入线为位线。本专利技术利用了这样的领悟，即，离磁性层较近的线内的写入电流量可以小于更远的线内的电流量。由于在存储器写入期间，被激活的位线多于数字线，如果可以如前所述布置位线，则用于改变单元的状态的总位线电流和数字线电流可以降低。在此可以通过将两个电流承载线的相对位置颠倒并将磁性层的顺序颠倒，实现这一点。降低总写入电流对于实现将更多的位集成到单一芯片上尤其有利，或者可以实现更高速的器件。在使用移动电池供电的用途中，为了使电池寿命最大化，这尤其有用。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁阻器件，包含逻辑布置成行和列的多个磁阻单元，每个单元都包含自由磁性层（３０）和固定磁性层（５０），该器件进一步包括于每列磁阻单元的位线（９５）以及数字线（１０），每条数字线（１０）被一行内的多个磁阻单元所共用并沿与位线（９５）垂直的方向放置，数字线（１０）和磁阻单元的固定磁性层（５０）之间为第一距离，所述数字线（１０）和同一磁阻单元的自由磁性层（３０）之间为第二距离，该第一距离小于该第二距离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-5-27 04102362.31.一种磁阻器件，包含逻辑布置成行和列的多个磁阻单元，每个单元都包含自由磁性层(30)和固定磁性层(50)，该器件进一步包括于每列磁阻单元的位线(95)以及数字线(10)，每条数字线(10)被一行内的多个磁阻单元所共用并沿与位线(95)垂直的方向放置，数字线(10)和磁阻单元的固定磁性层(50)之间为第一距离，所述数字线(10)和同一磁阻单元的自由磁性层(30)之间为第二距离，该第一距离小于该第二距离。2.根据权利要求1的器件，其中所述磁性层(30、50)布置成毗邻其相应的位线(95)并毗邻数字线(10)，所述位线(95)与自由磁性层(30)之间的距离小于所述数字线(10)与固定磁性层(50)之间的距离。3.根据权利要求1的器件，其中该器件为用于将位存储在磁阻单元内的存储器件，且其中所述位线(95)和所述数字线(10)设置成承载写入电流。4.根据权利要求3的器件，其中该存储器件为MRAM器件。5.根据权利要求1的器件，其中所述自由磁性层(30)和所述固定磁性层置于所述数字线(10)和所述位线(95)之间。6.根据权利要求1的器件，该器件进一步包括局部互连线(20)，其平行并毗邻所述位线(95)中的每一条。7.根据权利要求1的器件，其中所述磁阻单元包括磁性隧道结(MTJ)单元。8.根据权利要求7的器件，其中该MTJ单元进一步包含介于所述数字线(10)和所述固定磁性层(50)之间的钉扎磁性层(70)及反铁磁(AF)层(80)。9.根据权利要求1的器件，其中所述位线(95)位于衬底(98)和基底电极(90)之间，所述基底电极(90)置于该器件的第一侧，所述数字线(10)位于该器件的第二侧，该器件的第一侧和第二侧彼此相对。...
【专利技术属性】
技术研发人员：AMH迪特韦格，R库彭斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]
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