專利名稱：大信道寬度的磁性隨機存取內(nèi)存排列選擇晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列，其具有復(fù)數(shù)磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元，其系以矩陣方式提供于一內(nèi)存胞元數(shù)組中、并在各情況中放置于位線路，其系沿著該內(nèi)存胞元數(shù)組之一第一方向進行，及電路板線路之間，具有數(shù)字線路，其系排列于遠離該等磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元之一距離、并逐列對齊于后者及沿著該內(nèi)存胞元數(shù)組之一第二方向延伸，其中，該第二方向系大致垂直該第一方向，且具有選擇或隔離晶體管，其系連接至該等電路板線路，其閘極端系連接至字符線路、并使其源極-汲極路徑放置于該等電路板線路及參考地點電位(地點)之間。
第3圖系表示一個磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1，其系放置于一位線路BL及一電路板線路PL之間、并包括一軟磁性層WML、一信道阻層TB、及一硬磁性層HML。該軟磁性層WML之磁化方向系可供調(diào)整、且該硬磁化層HML之磁化方向系固定的，其系分別利用第3圖之一雙箭頭2表示該軟磁性層WML、并利用一向左箭頭3表示該硬磁性層HML。
一數(shù)字線路D系位于該磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1下方、并利用某種方式與后者及與該電路板線路PL電性隔離，藉以傳送產(chǎn)生一磁場之一程序電流Ih。該程序電流Ih系與一程序電流Io互動，其系可以流經(jīng)該位線路BL、并產(chǎn)生一磁場Ho。該兩程序電流Ih及Io之至少一電流方向必須可逆轉(zhuǎn)。
該電路板線路PL系，經(jīng)由一連接線路C，連接至一選擇或隔離晶體管T，其閘極系連接至一字符線路WL、并使其源極-汲極路徑放置于該連接線路C及參考地點電位(地點)之間。
在該位線路BL及該電路板線路PL之間，該磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1在該軟磁性層WML及該硬磁性層HML具有平行磁化方向時之電阻系低于該等磁性層具有非平行方向時之電阻。因此，具有平行磁化方向之狀態(tài)系評定為數(shù)值”1”，舉例來說，倘若具有非平行磁化方向之狀態(tài)系指定為數(shù)值”0”。不言可喻，該等狀態(tài)之相反評定亦是可能的。
為寫入該磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1，程序電流Io及Ih系沿著某個方向傳送經(jīng)過該位線路BL及該數(shù)字線路D，藉以使該等磁場Ho及Hh能夠?qū)⒃撥洿判詫覹ML之磁化方向設(shè)定為與該硬磁性層HML之磁化方向平行或非平行。在寫入操作期間，該選擇晶體管T系關(guān)閉，藉以在，舉例來說，一加強模式之N信道金氧半晶體管之情況中，施加一電位”0”至其閘極，亦即該字符線路WL。
第4圖系表示第3圖之該磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1系如何進行讀取。為達此目的，該選擇晶體管T系開啟、且一感應(yīng)電流Is系傳送經(jīng)過該位線路BL、該電路板線路PL、該連接線路C、及該晶體管T。根據(jù)該電流Is之振幅，其系確定于該位線路BL之輸入，該內(nèi)存內(nèi)容系評定為”1”或”0”。
第5圖系表示一內(nèi)存胞元數(shù)組，其具有磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1于位線路B1、B2及數(shù)字線路D1、D2、D3之間，其中，各磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1系指派一選擇晶體管T、且該等選擇晶體管之閘極系利用字符線路W1、W2、W3逐列彼此連接。
第6圖系表示一內(nèi)存胞元數(shù)組之平面圖，其具有第5圖所示類型之數(shù)字線路D1至D4、位線路B1至B3、及字符線路W1至W4，其中，該圖式僅在各情況中表示一額外數(shù)字線路D4、一額外位線路B3、及一額外字符線路W4。倘若利用各種技術(shù)可以達到之最小特征大小系表示為F2，則由第6圖可知覆蓋兩位之一單位胞元系具有一面積要求12F2，藉以使各內(nèi)存胞元具有一胞元大小6F2。在這種情況中，各選擇晶體管之信道寬度系表示為F，如該連接線路C，其導(dǎo)致個別字符線路W1至W4之一地點擴散區(qū)域(GD)，之指派可知。汲極區(qū)域及源極區(qū)域系分別加入該地點擴散區(qū)域(GD)、該個別連接線路C下方及相對該個別連接線路C之對應(yīng)字符線路側(cè)邊之區(qū)域。
一磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列應(yīng)該能夠盡可能快速地寫入及讀取，也就是說，具有一小內(nèi)部電阻。
有鑒于此，本發(fā)明之主要目的便是提供一種磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列，其中，該內(nèi)部電阻系配合一內(nèi)存胞元之最少可能面積要求(也就是說，利用最多6F2之一面積要求)加以縮小。
在上述類型之一磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列之例子中，本發(fā)明之上述及其它目的系基于下列原理達成，亦即在各種情況中，指派一選擇晶體管至復(fù)數(shù)磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元，藉以使其信道寬度能夠利用設(shè)置之磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元數(shù)目決定。在這種情況中，一選擇晶體管亦可以設(shè)置于復(fù)數(shù)內(nèi)存胞元。
在根據(jù)本發(fā)明之磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列中，一地點擴散區(qū)域最好能夠指派至一個別選擇晶體管。在這種情況中，該地點擴散區(qū)域可以利用指狀方式、延伸于個別電路板線路下方、或大致上全部呈現(xiàn)矩形。
最后，在根據(jù)本發(fā)明之磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列中，該等電路板線路、及該等個別電路板線路及關(guān)連選擇晶體管間之該等連接線路最好能夠利用復(fù)晶硅組成。不言可喻，然而，這些線路亦可以利用其它材料組成。這些位線路最好能夠利用銅組成。另外，這些磁性信道接面(MTJ)胞元則可以利用習知方式構(gòu)成。
在根據(jù)本發(fā)明之磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列中，該選擇晶體管之信道寬度系可以相當程度地增加。這表示該內(nèi)部電阻可以減少，藉以降低功率損耗、并確保快速地寫入及讀取。根據(jù)本發(fā)明之磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列，空間損耗將不會發(fā)生。
本發(fā)明之基本概念系，復(fù)數(shù)磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元僅指派單一選擇晶體管，藉此，該選擇晶體管之信道寬度便可以減少，且該內(nèi)部電阻亦可以降低。本發(fā)明系參考所附圖
式，配合較佳實施例詳細說明如下，其中第1圖系表示根據(jù)本發(fā)明之較佳實施例、該磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列之立體示意圖；第2圖系表示根據(jù)本發(fā)明之較佳實施例、該磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列之平面圖；第3圖系表示在一寫入操作期間、具有一選擇晶體管之磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元；第4圖系表示在一讀取操作期間、第3圖之磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元；第5圖系表示具有磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元之內(nèi)存胞元數(shù)組；以及第6圖系表示對應(yīng)第5圖、既有磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列之平面圖。第3至6圖已詳細說明如上。
在這些圖式中，在各種情況中之相互對應(yīng)結(jié)構(gòu)組件系具有相同之圖式符號。
第1圖系利用方塊圖表示根據(jù)本發(fā)明之磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列，其中，在一內(nèi)存胞元數(shù)組中(其中，位線路B1至B4系利用銅組成，舉例來說，且一數(shù)字線路D1系利用銅或鋁組成，舉例來說)，四個磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元1系指派至單一選擇晶體管T，其閘極系連接至一字符線路W1。該選擇晶體管之”共享選擇(shared select)”架構(gòu)系可以在不增加該等內(nèi)存胞元尺寸之情況下，增加其信道寬度，藉以使該選擇晶體管具有一低內(nèi)部電阻。
該信道寬度之增加可見于第2圖，其系表示根據(jù)本發(fā)明較佳實施例、磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)排列之平面圖。在這種情況中，無可否認地，該等個別電路板線路P1系，經(jīng)由復(fù)數(shù)連接線路C，再度連接至該晶體管T之汲極及源極，其在各種情況中系放置于對應(yīng)位線路B1至B4下方。舉例來說，該等電路板線路PL及該等連接線路C系利用摻雜復(fù)晶硅組成。然而，該晶體管T系具有一信道寬度7F，其系利用該位線路B1及該位線路B4之間區(qū)域下方、該地點擴散(GD)之程度決定。因此，本發(fā)明系具有一有效信道寬度/位(7/4)F。一般而言，在此較佳實施例中，該等選擇晶體管之有效信道寬度/位系[(2n-1)/n]F，倘若n系表示指派至單一選擇晶體管之磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元數(shù)目。
如第2圖可知，八位之胞元大小為8F6F＝48F2。藉以產(chǎn)生單一位之內(nèi)存胞元之胞元大小6F2。換句話說，雖然該選擇晶體管之信道寬度已相當程度地增加，但是其空間需求卻不會隨之增加。
另外，復(fù)數(shù)磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元共享單一選擇晶體管亦不會構(gòu)成寫入操作之問題，因為該選擇晶體管系在這種情況中關(guān)閉，如第3圖及其相關(guān)說明所述。1→磁性信道接面(MTJ)內(nèi)存胞元2→軟磁性層中之磁化方向雙箭頭3→硬磁性層中之磁性方向箭頭Io→位線路中之程序電流Ih→數(shù)字線路中之程序電流Ho→位線路中程序電流Io之磁場Hh→數(shù)字線路中程序電流Ih之磁場BL、BL1 to BL4→位線路PL→電路板線路C→連接線路T→選擇晶體管Is→感應(yīng)電流D、D1 to D4→數(shù)字線路W、W1 to W4→字符線路F→最小特征大小DR→驅(qū)動器DEC→譯碼器GD→地點擴散區(qū)域
權(quán)利要求
1.一種MRAM排列，具有多個設(shè)置在記憶胞元場內(nèi)的矩陣形排列MTJ記憶胞元(1)，這些MTJ記憶胞元(1)均位于朝記憶胞元場的第一個方向延伸的位線(BI-B4)及平板線(PL)之間，具有與MTJ記憶胞元(1)相隔一定距離且逐行對應(yīng)、并在記憶胞元場內(nèi)朝垂直于第一個方向的第二個方向延伸的數(shù)字線(D1-D4)，具有與平板線(PL)連接的選擇晶體管(T)，選擇晶體管(T)的閘極連接線與字線(W1-W4)連接，且其源極--汲極段位于平板線(PL)及參考電位之間，這種MRAM排列的特征為配屬于選擇晶體管(T)的多個MTJ記憶胞元(1)的配屬方式能夠使選擇晶體管(T)可以依據(jù)配屬于它的MTJ記憶胞元(1)的數(shù)量決定其信道寬度。
2.如申請專利范圍第1項的MRAM排列，其特征為一個選擇晶體管(T)配有多個MTJ記憶胞元(1)。
3.如申請專利范圍第1或第2項的MRAM排列，其特征為每一個選擇晶體管(T)均配有一個接地擴散區(qū)(GD)。
4.如申請專利范圍第3項的MRAM排列，其特征為接地擴散區(qū)(GD)在平板線(PL)以手指狀方式向外伸展。
5.如申請專利范圍第3項的MRAM排列，其特征為接地擴散區(qū)(GD)構(gòu)成一四方形的形狀。
6.如申請專利范圍第1--5項中任一項的MRAM排列，其特征為位于平板線(PL)及選擇晶體管(T)之間的平板線(PL)及連接線(C)系由多晶硅構(gòu)成。
7.如申請專利范圍第1--6項中任一項的MRAM排列，其特征為位線(B1-B4)系以銅制成，數(shù)字線(D1)系以銅或鋁制成。
全文摘要
本發(fā)明系關(guān)于一MRAM排列，其包括一選擇晶體管(T)連接至數(shù)MTJ記憶胞元(1)，并具加大之信道寬度。
文檔編號H01L21/70GK1613116SQ01818756
公開日2005年5月4日 申請日期2001年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月13日
發(fā)明者T·貝姆, H·霍恩格施米德, T·羅伊赫 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司