基于電阻的具有多條源線的存儲(chǔ)器單元的制作方法
【專利說明】基于電阻的具有多條源線的存儲(chǔ)器單元
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求共同擁有的于2013年9月30日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.14/041，868的優(yōu)先權(quán)，該非臨時(shí)專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過援引全部明確納入于此。
[0003]領(lǐng)域
[0004]本公開一般涉及基于電阻的存儲(chǔ)器設(shè)備。
[0005]相關(guān)技術(shù)描述
[0006]基于電阻的存儲(chǔ)器(諸如磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM))可被用作非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。MRAM設(shè)備可使用被稱為磁性隧道結(jié)(MTJ)元件的磁性(磁阻式)存儲(chǔ)元件來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。MTJ元件是從由絕緣層分開的兩個(gè)鐵磁層形成的。這兩個(gè)層中的一個(gè)層可被磁化到固定極性，而另一層可通過在常規(guī)MRAM配置中經(jīng)由寫入線向該層施加磁場(chǎng)或者通過在自旋轉(zhuǎn)移矩MRAM(STT-MRAM)配置中向MTJ施加寫入電流來使其磁極化改變。每個(gè)MTJ元件及其相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)(例如，存取晶體管)可形成存儲(chǔ)一位信息的MRAM單元。
[0007]數(shù)據(jù)可基于MRAM單元的電阻來從MRAM單元讀取。特定的MRAM單元可通過偏置相關(guān)聯(lián)的存取晶體管來選擇，該存取晶體管使電流能夠從源線流過該單元的MTJ ^RAM單元的電阻取決于這兩個(gè)磁性層中的場(chǎng)的取向。通過測(cè)量經(jīng)過MTJ的讀取電流(例如，通過將讀取電流與參考電流進(jìn)行比較)，MTJ可在這兩個(gè)磁性層具有相同極性并且該單元呈現(xiàn)較低電阻的情況下被確定為處于平行狀態(tài)(例如，邏輯I)或者在這兩個(gè)磁性層具有相反極性并且MTJ呈現(xiàn)較高電阻時(shí)被確定為處于反平行狀態(tài)(例如，邏輯O)。
[0008]概述
[0009]公開了通過使用基于電阻的存儲(chǔ)器單元的耦合配置編碼值來編碼數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法?；陔娮璧拇鎯?chǔ)器單元可具有多個(gè)存取晶體管。該多個(gè)存取晶體管至多條源線的耦合配置編碼數(shù)據(jù)值。例如，當(dāng)該多個(gè)存取晶體管中的第一存取晶體管耦合至第一源線并且該多個(gè)存取晶體管中的第二存取晶體管耦合至第二源線時(shí)，該耦合配置對(duì)應(yīng)于第一數(shù)據(jù)值。當(dāng)?shù)谝淮嫒【w管耦合至第二源線并且第二存取晶體管耦合至第一源線時(shí)，該耦合配置對(duì)應(yīng)于第二數(shù)據(jù)值。
[0010]在另一特定實(shí)施例中，一種用于讀取數(shù)據(jù)的方法包括:在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處相對(duì)于位線偏置第一源線或第二源線中的至少一者。該方法還包括在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處激活基于電阻的存儲(chǔ)器單元的第一存取晶體管。該基于電阻的存儲(chǔ)器單元耦合至第一源線、第二源線、以及位線。該方法進(jìn)一步包括在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處基于第一存取晶體管是否使讀取電流能夠流過該基于電阻的存儲(chǔ)器單元來檢測(cè)數(shù)據(jù)值。
[0011]在另一特定實(shí)施例中，一種設(shè)備包括:用于在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處相對(duì)于位線偏置第一源線或第二源線中的至少一者的裝置。該設(shè)備還包括用于在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處激活該基于電阻的存儲(chǔ)器單元的第一存取晶體管的裝置。該基于電阻的存儲(chǔ)器單元耦合至第一源線、第二源線、以及位線。該設(shè)備進(jìn)一步包括用于在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處基于第一存取晶體管是否使讀取電流能夠流過該基于電阻的存儲(chǔ)器單元來檢測(cè)數(shù)據(jù)值的
目.0
[0012]在另一特定實(shí)施例中，一種存儲(chǔ)能由處理器執(zhí)行以執(zhí)行操作的指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)設(shè)備，這些操作包括在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處相對(duì)于位線偏置第一源線或第二源線中的至少一者。這些操作還包括在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處激活該基于電阻的存儲(chǔ)器單元的第一存取晶體管，其中該基于電阻的存儲(chǔ)器單元耦合至第一源線、第二源線、以及位線。這些操作進(jìn)一步包括在基于電阻的存儲(chǔ)器單元處基于第一存取晶體管是否使讀取電流能夠流過該基于電阻的存儲(chǔ)器單元來檢測(cè)數(shù)據(jù)值。
[0013]由所公開的實(shí)施例中的至少一個(gè)實(shí)施例提供的一個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)是提供基于電阻的存儲(chǔ)器單元的能力，該基于電阻的存儲(chǔ)器單元可被用作基于電阻元件的狀態(tài)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)單元并且也可被用作只讀存儲(chǔ)器(ROM)單元。
[0014]本公開的其他方面、優(yōu)點(diǎn)和特征可在閱讀了整個(gè)申請(qǐng)后變得明了，整個(gè)申請(qǐng)包括下述章節(jié):附圖簡(jiǎn)述、詳細(xì)描述以及權(quán)利要求書。
[0015]附圖簡(jiǎn)述
[0016]圖1是配置成編碼數(shù)據(jù)值的基于電阻的存儲(chǔ)器單元的兩個(gè)特定解說性實(shí)施例的示圖；
[0017]圖2是配置成編碼數(shù)據(jù)值的基于電阻的存儲(chǔ)器單元的特定實(shí)施例的示圖；
[0018]圖3是可包括圖1或2的基于電阻的存儲(chǔ)器單元的基于電阻的存儲(chǔ)器單元陣列的示圖；
[0019]圖4是解說可與圖1或2的基于電阻的存儲(chǔ)器單元聯(lián)用的字線、位線和源線的狀態(tài)的表；
[0020]圖5是解說用于從基于電阻的存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)值的方法的特定實(shí)施例的流程圖；
[0021]圖6是解說用于從基于電阻的存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)值的方法的第二特定實(shí)施例的流程圖；
[0022]圖7是解說用于從基于電阻的存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)值的方法的第三特定實(shí)施例的流程圖；
[0023]圖8是解說用于向基于電阻的存儲(chǔ)器單元寫入數(shù)據(jù)值的方法的特定實(shí)施例的流程圖；
[0024]圖9是包括基于電阻的存儲(chǔ)器單元的通信設(shè)備的示圖；以及
[0025]圖10是用于制造包括基于電阻的存儲(chǔ)器單元的電子設(shè)備的制造過程的特定解說性實(shí)施例的流程圖。
[0026]詳細(xì)描述
[0027]圖1解說了基于電阻的存儲(chǔ)器單元101和基于電阻的存儲(chǔ)器元件103的特定實(shí)施例100。基于電阻的存儲(chǔ)器單元101耦合至字線116和字線118。字線116耦合至第一存取晶體管110的柵極，并且字線118耦合至第二存取晶體管112的柵極。源線104耦合至第二存取晶體管112的第一端子，并且源線106耦合至第一存取晶體管110的第一端子。第一存取晶體管110的第二端子在節(jié)點(diǎn)102處耦合至基于電阻的存儲(chǔ)器元件114(例如，磁性隧道結(jié)(MTJ))。第二存取晶體管112的第二端子也在節(jié)點(diǎn)102處耦合至MTJ元件114 JTJ元件114耦合至位線108以使電流能夠經(jīng)由MTJ元件114在節(jié)點(diǎn)102與位線108之間流動(dòng)?；陔娮璧拇鎯?chǔ)器單元101被配置成基于MTJ元件114的狀態(tài)來存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)數(shù)據(jù)值的數(shù)據(jù)。
[0028]當(dāng)基于電阻的存儲(chǔ)器單元101被用作基于電阻的RAM存儲(chǔ)器單元時(shí)，源線104和源線106可按相同的電壓和/或電流(諸如通過將源線104和源線106耦合在一起)來驅(qū)動(dòng)或設(shè)置。流過MT J元件114的讀取電流的量可與參考電流進(jìn)行比較以確定與MTJ元件的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的RAM數(shù)據(jù)值。MT J元件114可具有對(duì)應(yīng)于可與邏輯O狀態(tài)相關(guān)的第一 RAM數(shù)據(jù)值的相對(duì)較高電阻或者對(duì)應(yīng)于可與邏輯I狀態(tài)相關(guān)的第二 RAM數(shù)據(jù)值的相對(duì)較低電阻。源自經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)被激活的存取晶體管跨MTJ單元施加的讀取電壓的流過MT J元件的電流被稱為“讀取電流”。表示MTJ元件的邏輯I狀態(tài)的讀取電流可被標(biāo)識(shí)為在第一電流值范圍中(例如，由于工藝、電壓、和/或溫度變化)并且表示MTJ元件的邏輯O狀態(tài)的讀取電流可被標(biāo)識(shí)為在第二電流值范圍內(nèi)。
[0029]改變MTJ元件114的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于將數(shù)據(jù)值寫入基于電阻的存儲(chǔ)器單元101。為了改變MTJ元件114的狀態(tài)，字線116和字線118被分別用于偏置第一存取晶體管110的柵極和第二存取晶體管112的柵極。被激活的第一存取晶體管110和被激活的第二存取晶體管112允許電流流過MTJ元件114，這可導(dǎo)致MT J元件114的狀態(tài)改變?！皩懭腚娏鳌敝复哂凶阋愿淖僊TJ元件的狀態(tài)的幅值的電流并且大于讀取電流(讀取電流不擾亂MTJ元件的狀態(tài))。
[0030]除了基于MTJ元件114的狀態(tài)的RAM值之外，基于電阻的存儲(chǔ)器單元101還可基于源線104和源線106至基于電阻的存儲(chǔ)器單元101的耦合配置來存儲(chǔ)只讀數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，當(dāng)基于電阻的存儲(chǔ)器單元101被用作ROM單元(S卩，正在ROM操作模式中被讀取)時(shí)，源線104可被設(shè)置成讀取電壓并且源線106和位線108可被設(shè)置成接地。將源線106和位線108設(shè)置成接地(或其他共用電壓)可包括將源線106和位線108耦合在一起。
[0031]在一實(shí)施例中，在從基于電阻的存儲(chǔ)器單元101讀取ROM數(shù)據(jù)值時(shí)，字線116被偏置成停用存取晶體管110并且字線118被偏置成激活存取晶體管112以使電流能夠流過存取晶體管112。如果在位線108處檢測(cè)到電流(例如，具有超過閾值的幅值的電流)，則基于電阻的存儲(chǔ)器單元101可被確定為存儲(chǔ)第一邏輯值(諸如邏輯O)。如果在位線108處沒有檢測(cè)到電流(例如，沒有檢測(cè)到電流或者電流的幅值低于閾值)，則基于電阻的存儲(chǔ)器單元101可被確定為存儲(chǔ)第二邏輯值(諸如邏輯I)。替換地，除了在位線108處檢測(cè)電流之外或者取代在位線108處檢測(cè)電流，還可以在源線106(或源線104)處檢測(cè)電流。
[0032]與不同ROM值相關(guān)的耦合配置(如基于電阻的存儲(chǔ)器單元103中所示)以與基于電阻的存儲(chǔ)器單元101相比不同的次序?qū)⒃淳€104和源線106耦合至存取晶體管。基于電阻的存儲(chǔ)器單元103耦合至字線126和字線128。字線126耦合至第一存取晶體管130的柵極，并且字線128耦合至第二存取晶體管136的柵極。源線120耦合至第一存取晶體管130的第一端子，并且源線122耦合至第二存取晶體管136的第一端子。第一存取晶體管130的第二端子在節(jié)點(diǎn)132處耦合至基于電阻的存儲(chǔ)器元件(例如，MTJ)元件134。第二存取晶體管136的第二端子也親合至節(jié)點(diǎn)132 C3MTJ元件134親合至位線124以使電流能夠經(jīng)由MTJ元件134在節(jié)點(diǎn)132與位線124之間流動(dòng)?；陔娮璧拇鎯?chǔ)器單元103被配置成基于MTJ元件134的狀態(tài)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0033]基于電阻的存儲(chǔ)器單元103的操作可以響應(yīng)于諸如來自處理器或控制器的模式控制信號(hào)，并且基于電阻的存儲(chǔ)器單元103可按與關(guān)于基于電阻的存儲(chǔ)器單元101所描述的方式相似的方式被用作基于電阻的RAM存儲(chǔ)器單元(在RAM操作模式中)以及可被用作基于電阻的ROM存儲(chǔ)器單元(在ROM操作模式中)。然而，因?yàn)榈谝淮嫒【w管130耦合至第一源線120并且第二存取晶體管136耦合至第二源線122，所以從處于ROM操作模式的基于電阻的存儲(chǔ)器單元103讀取的值(例如，邏輯I)不同于從處于ROM操作模式的基于電阻的存儲(chǔ)器單元101讀取的值(例如，邏輯O)。
[0034]源線至基于電阻的存儲(chǔ)器單元的耦合配