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CN1347120A - 磁致电阻随机存储装置 - Google Patents

磁致电阻随机存储装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及MRAM装置,其中,字线或栅极线(WL)与编程线(PRL)低欧姆连接,选择晶体管(T)的源极(S)可处于栅极(G)或编程线(PRL)的电位上。

Description

磁致电阻随机存储装置
                  技术领域
本发明涉及一种具有由许多存储单元组成的存储单元区的MRAM装置(MRAM＝磁致电阻随机存储器)，这些存储单元分别处在一方面字线或栅极线和编程线和另一方面位线的交叉处，并且分别由一只MTJ单元(MTJ＝磁致隧道结)和一只选择晶体管组成。
                   背景技术
大家知道在MTJ单元内一硬磁层，一隧道壁垒层和一软磁层彼此叠层。MTJ单元处在编程线与位线的交叉处。MTJ单元的存储内容由其电阻值决定：如果硬磁层和软磁层是在同一方向彼此平行磁化的，则MTJ单元的电阻值低于反平行磁化方向的。通过分配给MTJ单元的编程线和位线在相应方向传送的电流，在软磁层内的磁化方向可以倒转。这里至少在导线之一中-通常在编程线内-电流方向必须是可倒转的。随后，可以给信息内容“1”或“0”分配MTJ单元的低和高电阻值或相反。
现在通过以下方式实现存储单元编程或写入，即：在非导通的选择晶体管通过属于该存储单元的位线和编程线以这样的强度和方向传送电流，使得由该电流产生的磁场使MTJ单元处于低欧姆状态(软磁性层和硬磁性层内有平行磁化方向)或高欧姆状态(软磁性层和硬磁性层内有反平行磁化方向)。
为了存储单元的读出，编程线是不必要的。不如说，在这里导通连接选择晶体管，并把一定电位加到位线上，使得一定电流通过MTJ单元，其电流的大小与单元的电阻值，即与信息内容有关。通过该电流的估值可以读出存储内容。
如上所述，在MRAM装置的存储单元编程时，选择晶体管的所有栅极必须接地，以便使其不导通连接。这里假设：选择晶体管是n沟道MOS晶体管。因为只在关断的选择晶体管情况下可以阻止使MTJ单元的编程失真或甚至是不可能的额外电流通过MTJ单元。为了实现快速接通选择晶体管，连接栅极的栅极线或字线必须是低欧姆连接的。
图2示出满足栅极线低欧姆连接要求的现行装置的线路图：
存储单元分别由一只MTJ单元MTJ和一只选择晶体管T组成。具有软磁性层WML，隧道壁垒层TB和硬磁性层HML的MTJ单元处于编程线PRL(编程线在X方向)和位线BL(位线在Y方向)的交叉处。
由例如多晶硅构成的栅极线WL将单元的选择晶体管T的栅极彼此连接。为了低欧姆连接该栅极线WL，至少在少数几只选择晶体管后与栅极线WL低欧姆连接的附加的金属线ML与其平行走向。
按照这种方式，选择晶体管T的栅极可以可靠和快速接地，以便通过分配给该MTJ单元的位线BL，和同样分配的编程线PRL传送相应的电流的方式，可以关断选择晶体管T，并且可以对选择的MTJ单元编程。
虽然这样一种附加的金属线ML保证了低欧姆的栅极线WL的连接。但是它要求相当大的面积，并且增加必要的单元区域，所谓的单元面积，约50％这是极其不希望的。
                  发明内容
因此，本发明的任务是创立一种MRAM装置，其中在编程或写入时，选择晶体管可以可靠地关断，而其中应当不需要有面积用于栅极线低欧姆连接的附加金属线。
本任务在本案开始所述类型的MRAM装置中，根据本发明通过编程线低欧姆与字线或栅极线连接，以及通过在存储单元编程时背离MTJ单元的选择晶体管源极及漏极是可处于阻塞选择晶体管的电位，最好可处于编程线电位来解决。
因此，在本发明的MRAM装置中本来存在的编程线用于使选择晶体管的栅极处于这样的电位，使得它不导通。但是因为现在编程线在MTJ单元编程时处于约1V的电位，所以在栅极线与编程线连接时，选择晶体管可能导通，为了避免所述额外电流这不应当是这种情况。但现在这额外的电流是借此避免的，即通过背离MTJ单元并实际接地的选择晶体管电极，通常其源极也处于1伏。
换言之，在本发明的MRAM装置，在编程时，选择晶体管的栅极与编程线相连，源极被置于栅极或编程线电位，由此，中断通过选择晶体管的不希望的电流。为达到此目的，选择晶体管的源极连接一起，并且与处于编程线电位的公共的源线相连。
当选择晶体管的源极连接到MTJ单元上时，有时也可以用选择晶体管的漏极代替源极彼此连接，并处于栅极线或编程线的电位。
                附图说明
本发明依靠附图详细说明如下，即：
图1示出本发明的MRAM装置的线路图，和
图2现行的MRAM装置的线路图。
图2已经在上面说明过。
在图1内，对于如图2彼此相当的元件应用相同的参考符号。
               具体实施方式
如图2所看到的那样，在本发明的MRAM装置，选择晶体管T的形成字线WL的多晶栅极低欧姆与编程线PRL连接。于是为了在MTJ单元MTJ编程时仍然关断所属的选择晶体管T，尽管其栅极是与处于约1V电位的编程线PRL连接的，该选择晶体管T的源极处于如其栅极一样的电位，即处于编程线PRL的电位。为此，一行存储单元的选择晶体管T的源极S彼此相连，并且连接到源线SL上。在存储单元区中选择的一行存储单元的选择晶体管T的源极S可以经此源极线SL被置于分配给该行的编程线PRL的电位上。也可以选择阻塞选择晶体管T的其它的电位来取代编程线PRL的电位。因此选择晶体管的栅极G和源极S处于同一电位，所以可靠地避免了额外的电流。
对本发明的MRAM装置重要的是，在存储单元区的每行上不需要额外引出金属线，这意味着可观的面积节省。确切地说，在存储单元区的边缘上通过附加的源极线创造了足够的可能性，如此连接存储单元区的所有选择晶体管T，使得在这种情况下该栅极G和源极S处于同一电位。
在MRAM装置编程时只有存储单元区的一个被选择的行的编程线PRL被置于约1V的电位，而存储单元区的其余行的编程线仍保持在0V。未选择的行的源电压提高到约1V并不有害，所以选择晶体管的所有源极可以与源极线SL连接。
参考符号表BL   位线MTJ  MTJ单元PRL  编程线ML   金属线WL   字线或栅极线T    选择晶体管SL   源线G    栅极S    源极D    漏极

Claims (7)

1.MRAM装置，它具有由许多存储单元(MTJ，T)组成的一个存储单元区，这些存储单元分别处于，一方面，字线或栅极线(WL)和编程线(PRL)，和另一方面，位线(BL)的交叉点上，并且各自由一个MTJ单元(MTJ)和一只选择晶体管(T)构成，其中编程线(PRL)与字线或栅极线(WL)低欧姆连接，
其特征为，
在存储单元(MTJ，T)编程时，背离MTJ单元(MTJ)的选择晶体管(T)的源极(S)或漏极可处于编程线(PRL)的电位上，使得选择晶体管(T)阻塞。
2.根据权利要求1所述的MRAM装置，
其特征为，
在字线或栅极线(WL)和编程线(PRL)之间低欧姆连接。
3.根据权利要求1或2所述的MRAM装置，
其特征为，
字线或栅极线(WL)由多晶硅构成。
4.根据权利要求1到3之一所述的MRAM装置，
其特征为，
在至少两只存储单元(MTJ，T)之后，在字线或栅极线(WL)和分配的编程线(PRL)之间存在低欧姆连接。
5.根据权利要求1到4之一所述的MRAM装置，
其特征为，
在编程时，编程线(PRL)的电位约为1V。
6.根据权利要求1到5之一所述的MRAM装置，
其特征为，
背离MTJ-单元(MTJ)的选择晶体管(T)的电极(S)彼此连接，并接到公共的导线(SL)上。
7.根据权利要求6所述的MRAM，
其特征为，
选择晶体管(T)的源极(S)连接到公共的源极线(SL)上。
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