專利名稱：具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是以磁性接面組件為存儲核心的單元，提出在磁性存儲單元(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的兩側(cè)放置能流通電流的金屬柱，而組成的磁性隨機存取內(nèi)存(Magnetic RandomAccess Memory，MRAM)的改良型結(jié)構(gòu)。
目前現(xiàn)有技術(shù)MRAM開發(fā)的重點之一即在如何讓寫入線所感應(yīng)的磁力線能有效聚集在單元之上。如圖2現(xiàn)有技術(shù)的磁性隨機存取內(nèi)存電路剖面示意圖(US patent5940319)所示，其中利用沉積法形成的介電層21覆蓋住磁性存儲單元15，之后再利用蝕刻法，向上產(chǎn)生栓塞信道第一導(dǎo)線25a連接至字節(jié)線13，向下產(chǎn)生第二導(dǎo)線25b連接至電流控制組件23，之后在字節(jié)線13與寫入線11外側(cè)包覆一層高透磁率(permeability)材料200，以避免漏磁的產(chǎn)生，其主要目的是希望磁性存儲單元15上的磁場增強，相對就可以輸入較低的寫入電流，以達到到省電的目的。除上述的方法以外，利用縮小寫入線11與磁性存儲單元15的距離也有一定的功效。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是設(shè)計能夠組合成磁性隨機存取內(nèi)存數(shù)組(MRAM Array)的磁性接面組件(MTJ)，提出在磁性接面組件兩側(cè)放置能流通電流的金屬柱，其金屬柱產(chǎn)生累加的磁場強度能降低寫入磁性接面組件的電流，以降低磁性隨機存取存儲體操作時的耗損功率。其中所放置的金屬柱是利用光罩布局的修改，使之在制造時伴隨信道(Via)蝕刻步驟開孔并填入金屬而形成栓塞(Plug)，再利用金屬柱的連接，以達到流通電流的目的。另外，利用此概念，將至少一圈的導(dǎo)電金屬纏繞在磁性接面組件單元鄰近，利用這附近或纏繞的金屬柱感應(yīng)所增加的總磁場，使磁性接面組件單元處的磁場強度有明顯增強，以達到本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存的目的與功效，進而使磁性隨機存取內(nèi)存功率消耗降低。
具體地講，本發(fā)明公開了一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是由多個磁性存儲單元組合而成，所述磁性存儲單元包括一寫入線，提供所述磁性存儲單元寫入電流信道；一字節(jié)線(bit line)，提供所述磁性存儲單元讀出及寫入電流信道；一磁性存儲單元，是所述磁性隨機存取內(nèi)存中的磁性材料，可通過改變磁化方向以更改所述磁性存儲單元數(shù)據(jù)狀態(tài)；一中間金屬柱，連接所述磁性存儲單元與所述字節(jié)線；多個側(cè)邊金屬柱，連接所述寫入線，可利用通過電流增加所述磁性存儲單元所感應(yīng)的磁場。
所述磁性存儲單元利用連接一電流控制組件達到讀出信號的目的。
所述磁性存儲單元為一種子層與一磁性接面組件所組成，所述磁性接面組件為其存儲核心。
所述中間金屬柱與所述側(cè)邊金屬柱是利用雙鑲嵌制作過程，填入金屬栓塞而形成的。
所述中間金屬柱與所述側(cè)邊金屬柱與所述字節(jié)線與所述磁性接面組件接觸的制作過程同時產(chǎn)生。
所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，通過多條寫入線和與之垂直的多條字節(jié)線交互連結(jié)組合多個所述磁性存儲單元而形成所述磁性隨機存取內(nèi)存。
所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，通過增加光罩與制作過程方式，增加所述磁性存儲單元附近所述多個側(cè)邊金屬柱的數(shù)量。
所述寫入線包括一上層寫入線與一下層寫入線。
所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，環(huán)繞所述磁性存儲單元的多條寫入線、所述多條上層寫入線與所述多個側(cè)邊金屬柱連接，借此增加環(huán)繞所述磁性存儲單元的電流，更增加其感應(yīng)磁場強度。
本發(fā)明還公開了一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是由一磁性存儲單元組成，所述磁性存儲單元包括多個側(cè)邊金屬柱，提供所述磁性存儲單元電流信道；一磁性存儲單元，為所述磁性隨機存取內(nèi)存中的磁性材料，可通過改變磁化方向以更改所述磁性存儲單元數(shù)據(jù)狀態(tài)。
所述磁性存儲單元包括有一種子層與一磁性接面組件，所述磁性接面組件為其存儲核心。
有關(guān)本發(fā)明的詳細內(nèi)容及技術(shù)，配合


如下。
200--高透磁率材料；41--絕緣層；42a--中間金屬柱；42b--側(cè)邊金屬柱；43a--下層寫入線；43b--上層寫入線；45--種子層；47--磁性接面組件；400--磁性存儲單元；81a--第一上層寫入線；81b--第二上層寫入線；81c--第三上層寫入線；83a--第一下層寫入線；83b--第二下層寫入線；85a--第一側(cè)邊金屬柱；85b--第二側(cè)邊金屬柱；85c--第三側(cè)邊金屬柱；85d--第四側(cè)邊金屬柱。
請參閱圖5本發(fā)明實施例磁性存儲單元剖面示意圖。此示意圖可對照圖3現(xiàn)有技術(shù)的磁性存儲單元剖面示意圖，一寫入電流寫入線11由左至右通過；又如圖5本發(fā)明實施例所示，則一寫入電流由上層寫入線43b經(jīng)過，由上至下通過側(cè)邊金屬柱42b，再由左至右經(jīng)過下層寫入線43a，再由下至上通過側(cè)邊金屬柱42b到達上層寫入線43b，如此環(huán)繞一磁性存儲單元15，依照必歐沙法定律(Biot-Savart Law)，并以右手定則判斷感應(yīng)磁場方向，環(huán)繞中間的磁性存儲單元15的三個方向的電流可造成此三個同方向感應(yīng)磁場，也因為借此感應(yīng)磁場改變了磁性存儲單元15的磁性狀態(tài)，進而改變其中資料型態(tài)，達到其存儲功能，并借此加大磁場效應(yīng)達到低寫入電流的目的，也是本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存的重要目的。
依照必歐沙法定律，如圖5磁性存儲單元剖面圖所示，本發(fā)明可進一步通過縮短側(cè)邊金屬柱42b與磁性存儲單元15的間距，而達到增強磁場的目的，如此也使磁性隨機存取內(nèi)存(MRAM)整體縮小。
請參閱圖6本發(fā)明實施例的磁性存儲單元組合示意圖。將上述圖4所示的磁性存儲單元400加以組合，利用上層寫入線43b與另一磁性存儲單元400的上層寫入線43b相連接，另一側(cè)方向為字節(jié)線13與另一磁性存儲單元400的字節(jié)線13交互連接，如此即可為一擴充性的磁性內(nèi)存(MRAM)。本圖顯示為四個磁性存儲單元400所組成，實際應(yīng)用上不以此為限。
本發(fā)明另一實施例請參照圖7金屬柱與磁性存儲單元示意圖，在一由種子層45與磁性接面組件47所組成的磁性存儲單元15側(cè)邊，設(shè)置一側(cè)邊金屬柱42b，而當此側(cè)邊金屬柱42b通過一寫入電流，如圖中所示的向下垂直虛線，依照必歐沙法定律，在此磁性存儲單元15上產(chǎn)生一感應(yīng)磁場，其磁力線為圖中所示環(huán)繞此側(cè)邊金屬柱42b的虛線，因為此感應(yīng)磁場造成此磁性存儲單元15的磁性狀態(tài)改變，因而改變其數(shù)據(jù)狀態(tài)，此為本發(fā)明磁性存儲單元實施例。
本發(fā)明又一實施例請參照圖8磁性存儲單元導(dǎo)線多重環(huán)繞示意圖。將上述圖4所示的磁性存儲單元400加以擴張，通過其流通電流的金屬導(dǎo)線與多加光罩形成的金屬柱以不失結(jié)構(gòu)的方式環(huán)繞磁性存儲單元15形成另一磁性存儲單元。其中的一電流流向詳述如下，實際操作并不以此為限請依附圖中的虛線方向所示，一電流由第一上層寫入線81a一端到另一端接著第一側(cè)邊金屬柱85a，其另一端再沿第一下層寫入線83a至第二側(cè)邊金屬柱85b，再走第二上層寫入線81b向下經(jīng)第三側(cè)邊金屬柱85c到第二下層寫入線83b，在接著第四側(cè)邊金屬柱85d的一端，沿第四側(cè)邊金屬柱85d到第三上層寫入線81c。如此由多個寫入線與金屬柱環(huán)繞于磁性存儲單元15，能有效增加此磁性存儲單元15所受的感應(yīng)磁場，并借此降低所需的寫入電流。以達到本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存目的與功效。
以上為本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存實施例的詳細說明，利用本發(fā)明側(cè)邊金屬柱的設(shè)置，可提供磁性存儲單元較大的感應(yīng)磁場，借此降低所需的寫入電流。而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，利用必歐沙法定律及安培定律(Ampere’sLaw)結(jié)果顯示，利用寫入線的幾何結(jié)構(gòu)修改，所感應(yīng)的磁場強度是現(xiàn)有技術(shù)的2.41倍，也就是所需送入寫入線的電流有40％的降低；而利用本發(fā)明的另一衍生結(jié)構(gòu)，在不增加組件的集成度之下，增加信道及金屬兩道光罩與制作過程，環(huán)繞兩圈的結(jié)構(gòu)能夠使磁性存儲單元15所感應(yīng)的磁場為原先的4.83倍，也就是有20％的寫入電流降低，達到本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存更進一步的目的與功效。另外，除了寫入線電流造成磁場變化之外，能夠改變的參數(shù)還有磁性存儲單元15間絕緣層的厚度，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上再增加一參數(shù)，即為側(cè)邊金屬柱42b與磁性存儲單元15的間距，通過縮小其間距更能達到增強磁場的目的，在未來磁性隨機存取內(nèi)存縮小發(fā)展上顯現(xiàn)其優(yōu)越特性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此限定本發(fā)明所實施的范圍。凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的等效變化與修飾，應(yīng)仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是由多個磁性存儲單元組合而成，其特征在于，所述磁性存儲單元包括一寫入線，提供所述磁性存儲單元寫入電流信道；一字節(jié)線，提供所述磁性存儲單元讀出及寫入電流信道；一磁性存儲單元，是所述磁性隨機存取內(nèi)存中的磁性材料，可通過改變磁化方向以更改所述磁性存儲單元數(shù)據(jù)狀態(tài)；一中間金屬柱，連接所述磁性存儲單元與所述字節(jié)線；多個側(cè)邊金屬柱，連接所述寫入線，可利用通過電流增加所述磁性存儲單元所感應(yīng)的磁場。所述磁性存儲單元利用連接一電流控制組件達到讀出信號的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，所述磁性存儲單元為一種子層與一磁性接面組件所組成，所述磁性接面組件為其存儲核心。
3.如權(quán)利要求1所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，所述中間金屬柱與所述側(cè)邊金屬柱是利用雙鑲嵌制作過程，填入金屬栓塞而形成。
4.如權(quán)利要求3所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，所述中間金屬柱與所述側(cè)邊金屬柱與所述字節(jié)線與所述磁性接面組件接觸的制作過程同時產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求1所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，通過多條寫入線和與之垂直的多條字節(jié)線交互連結(jié)組合多個所述磁性存儲單元而形成所述磁性隨機存取內(nèi)存。
6.如權(quán)利要求1所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，通過增加光罩與制作過程方式，增加所述磁性存儲單元附近所述多個側(cè)邊金屬柱的數(shù)量。
7.如權(quán)利要求l所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，所述寫入線包括一上層寫入線與一下層寫入線。
8.如權(quán)利要求1所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，環(huán)繞所述磁性存儲單元的多條寫入線、所述多條上層寫入線與所述多個側(cè)邊金屬柱連接，借此增加環(huán)繞所述磁性存儲單元的電流，更增加其感應(yīng)磁場強度。
9.一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是由一磁性存儲單元組成，其特征在于，所述磁性存儲單元包括多個側(cè)邊金屬柱，系提供所述磁性存儲單元電流信道；一磁性存儲單元，為所述磁性隨機存取內(nèi)存中的磁性材料，可通過改變磁化方向以更改所述磁性存儲單元數(shù)據(jù)狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，其特征在于，所述磁性存儲單元包括有一種子層與一磁性接面組件，所述磁性接面組件為其存儲核心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存，是以磁性接面組件為存儲核心的磁性存儲單元，在磁性接面組件單元的兩側(cè)放置能流通電流的金屬柱，所組成的磁性隨機存取內(nèi)存的改良型結(jié)構(gòu)。利用磁性接面組件附近或纏繞的金屬柱感應(yīng)所增加的總磁場，使磁性接面組件單元處的磁場強度有明顯增強，以達到本發(fā)明具有低寫入電流的磁性隨機存取內(nèi)存的目的與功效，進而使磁性隨機存取內(nèi)存功率消耗降低。
文檔編號H01L21/8246GK1397953SQ02127098
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者洪建中, 高明哲 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院