專利名稱：具有外部磁場產(chǎn)生器的存儲器件及其操作和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲器件，且更具體而言，涉及一種具有外部磁場產(chǎn)生器的存儲器件及其操作和制造方法。
背景技術(shù)：
磁性存儲器件與鐵電隨機存取存儲器(FRAM)器件、參數(shù)隨機存取存儲器(PRAM)器件、以及冗余隨機存取存儲器(RRAM)器件一起被認(rèn)為是下一代的非易失存儲器件。磁性存儲單元包括磁隧穿結(jié)(MTJ)單元以及作為轉(zhuǎn)換單元的場效應(yīng)晶體管(FET)。這樣的磁性存儲器件的特征為MTJ單元。MTJ單元包括磁化方向固定的下磁性層、磁化方向可以通過外部磁場改變的上磁性層(自由磁性層)以及夾置于下、上磁性層之間的隧穿層。
在磁性存儲器件的常規(guī)的MTJ單元中，由易磁化軸方向上的位線產(chǎn)生的磁場和由難磁化軸方向上的數(shù)字線產(chǎn)生的磁場的矢量組合決定了自由磁性層的磁化方向，其中位線和數(shù)字線彼此垂直。因為自由磁化層具有剩余磁化，所以在決定了自由磁性層的磁化方向之后，即使當(dāng)磁性存儲器件電源關(guān)閉時自由磁性層也可以保持其磁化方向。即，因為自由磁性層的磁化方向意味著存儲的數(shù)據(jù)，所以即使當(dāng)沒有電源時也可以保持MTJ單元中的數(shù)據(jù)。
磁性存儲器件具有比如好的非易失特性和適于存儲集成的簡單的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。然而，磁性存儲器件的MTJ單元應(yīng)具有大的磁阻比(MR比)以保證足夠的傳感容限。而且，應(yīng)減小下磁性層和自由磁性層之間的磁耦合。具體而言，隨著存儲器件的集成水平增加，可以減小單元的選擇性。即，因為隨著集成水平增加，磁性存儲器件的MTJ單元之間的距離變得更小，所以圍繞被選擇的MTJ單元的非選擇的MTJ單元可以受到位線的磁性場的影響。因此，非選擇的MTJ單元中的數(shù)據(jù)可能被覆蓋、刪除或破壞。
為了避免該問題，引入了利用局部場的磁性存儲器件。這種類型的磁性存儲器件能夠?qū)⒕植繄黾性诒贿x擇的MTJ單元上以防止非選擇的MTJ單元受到該局部磁場的影響，由此增加單元的選擇性。
然而，局部磁場型磁性存儲器件具有的缺點在于當(dāng)隨著磁性存儲器的集成水平增加而MTJ單元之間的距離減小時，MTJ的矯頑性顯著增加。即，需要更大的電流對被選擇的MTJ單元寫數(shù)據(jù)或從被選擇的MTJ單元刪除數(shù)據(jù)。同時，隨著磁性存儲器件的集成水平增加而晶體管的尺寸減小，由此晶體管的電流限度也減小。因此，MTJ單元的寫電流不可避免地限于晶體管的電流限度。
另外，當(dāng)MTJ單元大于0.4μm(當(dāng)局部磁場型磁性存儲器件的集成水平低于4MB)時，顯著減小了局部場的效果。因此，在該情形還需要大的電流。
如上所述，因為在當(dāng)集成水平高和低的兩個情形時，局部場磁性存儲器件均需要大電流，所以需要附加的數(shù)字線來降低電流。
然而，需要許多工藝來將該數(shù)字線加到磁性存儲器件，因此減小了其制造產(chǎn)率。而且，因為必須將電流施加到位線和數(shù)字線，所以增加了磁性存儲器件的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種存儲器件，其減小了功耗且防止當(dāng)器件的集成度高時矯頑性增加和當(dāng)器件的集成度低時轉(zhuǎn)換電流增加。
而且，本發(fā)明提供了一種操作該存儲器件的方法。
另外，本發(fā)明提供了一種制造該存儲器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，存儲器件包括包括MTJ(磁性隧穿結(jié))單元、晶體管和位線的磁性存儲器；以及設(shè)置于磁性存儲器之外以在平行于位線的方向產(chǎn)生朝向磁性存儲器的全局磁場的磁場產(chǎn)生器。
磁性存儲器可以包括具有多個磁性存儲單元的單元陣列，所述多個存儲單元由位線連接，每個磁性存儲單元包括MTJ單元和晶體管。
每個磁性存儲單元還可以包括將MTJ單元與晶體管連接的下電極；以及從在上的位置面對下電極且將MTJ單元與位線連接的上電極，其中MTJ單元可以設(shè)置于下、上電極之間，且連接到位線的上電極可以從位線分開，使得由位線產(chǎn)生、朝向MTJ單元的磁場可以忽略。
磁場產(chǎn)生器可以垂直于位線且包括具有面對磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中第二磁體面對第一磁體，磁性存儲器在其之間。
第一和第二磁體可以是永久磁體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種操作存儲器件的方法，存儲器件包括磁性存儲器和磁場產(chǎn)生器，磁性存儲器包括MTJ單元、晶體管和位線，磁場產(chǎn)生器設(shè)置于磁性存儲器的外部以在平行于位線的方向產(chǎn)生朝向磁性存儲器的磁場，所述方法包括當(dāng)磁性存儲器處于由磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生的磁場中時，通過將寫電流施加到位線而在磁性存儲器中寫數(shù)據(jù)。
晶體管可以被保持在關(guān)狀態(tài)。
磁性存儲器可以包括如上所述的多個磁性存儲單元的單元陣列。
每個磁性存儲單元可以還包括與上述相同的元件，且在該情形，晶體管可以被保持在開狀態(tài)。
磁場產(chǎn)生器可以與上述的相同。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種操作存儲器件的方法，存儲器件包括磁性存儲器和磁場產(chǎn)生器，磁性存儲器包括MTJ單元、晶體管和位線，磁場產(chǎn)生器設(shè)置于磁性存儲器的外部以在平行于位線的方向產(chǎn)生朝向磁性存儲器的磁場，所述方法包括開啟晶體管；且將讀電流施加到位線以從磁性存儲器讀數(shù)據(jù)，讀電流小于位線的寫電流。
磁性存儲器可以包括如上所述的多個磁性存儲單元的單元陣列，并且每個磁性存儲單元可以還包括與上述相同的元件。
磁場產(chǎn)生器可以與上述的相同。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造存儲器件的方法，所述方法包括在襯底上形成晶體管；在晶體管的上方形成與晶體管連接的MTJ單元；在MTJ的上方形成與MTJ連接的位線；在MTJ單元的每一側(cè)設(shè)置磁場產(chǎn)生器以在平行于位線的方向產(chǎn)生透過MTJ單元的全局磁場。
在該方法中，磁場產(chǎn)生器可以設(shè)置于具有多個存儲單元的單元陣列的每一側(cè)，且每個存儲單元可以包括通過以上的操作形成的晶體管、MTJ單元和位線。
所述方法可以還包括形成下電極以將晶體管與MTJ單元連接且產(chǎn)生用于MTJ單元的局部磁場。而且，該方法可以還包括形成上電極以將位線與MTJ單元連接且產(chǎn)生用于MTJ單元的局部磁場。
磁場產(chǎn)生器可以垂直于位線且包括具有面對磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中第二磁體面對第一磁體，磁性存儲器在它們之間。
第一和第二磁體可以是永久磁體。


通過參考附圖的其示范性實施例的詳細描述，本發(fā)明的以上和其他特征和優(yōu)點將變得更加顯見，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有磁場產(chǎn)生器的存儲器件的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有磁場產(chǎn)生器的存儲器件的平面圖；圖3和4是顯示圖1所示的存儲器件的磁性存儲單元的結(jié)構(gòu)的視圖；圖5是顯示通過僅將局部場施加到圖4所示的具有磁性存儲單元的存儲器件而獲得的測試結(jié)果的電阻-偏壓曲線；圖6到8是顯示通過將局部場和數(shù)字線磁場施加到圖4所示的具有磁性存儲單元的存儲器件而獲得的測試結(jié)果的電阻-偏壓曲線；圖9和10是顯示通過將局部場和全局磁場施加到圖4所示的具有磁性存儲單元的存儲器件而獲得的測試結(jié)果的電阻-偏壓曲線；圖11是顯示圖3所示的具有磁性存儲單元的存儲器件的操作的截面圖；圖12是顯示圖4所示的具有磁性存儲單元的存儲器件的操作的截面圖；以及圖13到18是顯示圖4所示的具有磁性存儲單元的存儲器件的制造方法的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考其中顯示本發(fā)明的實施例的附圖更加全面地描述本發(fā)明。在附圖中，為了清晰夸大了層和區(qū)域的厚度。
現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲器件(之后，本發(fā)明的存儲器件)。
圖1和2分別是根據(jù)本發(fā)明具有磁場產(chǎn)生器的存儲器件的截面圖和平面圖。圖1是沿線1-1’所取的截面；其中為了清晰省略了圖2所示的柵線。
參考圖1和2，具有多個存儲單元D1的單元陣列100形成于半導(dǎo)體襯底40上。參考標(biāo)號42指示包括于存儲單元D1中的磁隧穿結(jié)(MTJ)單元。存儲單元D1的MTJ單元42由位線44連接。在單元陣列100的外部，第一磁體M1和第二磁體M2在單元陣列100的兩側(cè)彼此面對。第一和第二磁體M1和M2在平行于位線44方向產(chǎn)生全局磁場(B)?？梢詫⑷执艌?B)平行于MTJ單元42的難磁化軸施加。第一磁體M1和第二磁體M2可以是永磁體。根據(jù)第一和第二磁體M1和M2的相對表面的極性，可以反轉(zhuǎn)全局磁場(B)的方向。即，第一磁體M1可以在面對單元陣列100的其一側(cè)具有N極，而第二磁體M2可以在面對單元陣列100的其一側(cè)具有S極，反之亦然。
雖然第一和第二磁體M1和M2被提供用于圖2中的多條位線，但是第一和第二磁體M1和M2還可以提供用于每條位線44。在該情形，磁體對的數(shù)量可以與位線44的數(shù)量相同。
存儲單元D1包括MTJ單元42和場效應(yīng)晶體管(FET)。存儲單元D1的其它元件可以如圖3和4所示而被改變。
參考圖3，存儲單元D1包括形成于襯底40上的FET(T)。FET(T)包括第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a、第二雜質(zhì)摻雜區(qū)40b以及柵線GL。第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a和第二雜質(zhì)摻雜區(qū)40b可以分別為源極區(qū)和漏極區(qū)。層間絕緣層50形成于襯底40上以覆蓋FET(T)。層間絕緣層50界定了接觸孔h1來暴露第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a。接觸孔h1填充有導(dǎo)電插塞52。導(dǎo)電焊盤54形成于與導(dǎo)電插塞52連接的層間絕緣層50上。導(dǎo)電焊盤54延伸到柵線GL上方。MTJ單元42位于導(dǎo)電焊盤54的特定的位置上且與柵線GL對準(zhǔn)。絕緣層56形成于層間絕緣層50上以覆蓋導(dǎo)電焊盤54和MTJ單元42。絕緣層56界定了過孔h2以暴露MTJ單元42。位線44形成于絕緣層56上，且其通過過孔h2與MTJ單元42連接。
參考圖4，存儲單元D1可以包括在層間絕緣層50上的下電極60。下電極60可以延伸到柵線GL的上方。MTJ單元42形成于下電極60的部分上。MTJ單元42從導(dǎo)電插塞52分開。當(dāng)電流流過下電極60時，圍繞下電極60產(chǎn)生了局部磁場以影響MTJ單元42。第一絕緣層62形成于層間絕緣層50上以覆蓋下電極62且包圍MTJ單元42。上電極64形成于第一絕緣層62上以接觸MTJ單元42的頂部。上電極64可以面對下電極60。當(dāng)電流流過上電極64時，圍繞上電極64產(chǎn)生了局部磁場以影響MTJ單元42。這些局部磁場垂直于由第一和第二磁體M1和M2產(chǎn)生的全局磁場(B)，且MTJ單元42的磁化方向由局部磁場和全局磁場的組合磁場來決定。第二絕緣層66形成于第一絕緣層62上以覆蓋上電極64。第二絕緣層66可以由與第一絕緣層62相同的材料制成。第二絕緣層66界定了過孔h2以暴露上電極64。過孔h2從MTJ單元42分開。位線44形成于第二絕緣層66上且通過過孔h2與上電極64連接。將上電極64和位線44之間的距離(t)調(diào)整以防止由位線44產(chǎn)生的磁場影響MTJ單元42。
進行了實驗以檢驗本發(fā)明的磁場器件的轉(zhuǎn)換特性。在多個磁性存儲器樣品上進行該實驗，且為每個樣品提供有數(shù)字線，以比較由第一和第二磁體M1和M2產(chǎn)生的全局磁場(B)(之后，全局場)和由數(shù)字線產(chǎn)生的磁場(之后，數(shù)字線場)。而且，樣品的每個存儲單元具有與圖4所示的相同的結(jié)構(gòu)。即，在存儲單元中包括了產(chǎn)生局部磁場(之后，局部場)的下電極和上電極。存儲單元的MTJ單元具有0.3μm×0.8μm尺寸，且下電極具有1.12μm的相對大的寬度。
在三個不同的條件下進行該實驗局部場條件、局部場和數(shù)字線場條件、以及局部場和全局場條件。
現(xiàn)將描述磁性存儲器樣品的轉(zhuǎn)換特性。
圖5顯示了在第一局部場條件下多個測試樣品的轉(zhuǎn)換特性。參考圖5，存儲單元的電阻沒有相對于偏壓急劇地改變。這意味著MTJ單元42的自由磁性層的磁化方向沒有被局部場改變(轉(zhuǎn)換)。即，當(dāng)下電極的寬度比較大時，自由磁性層的磁化方向沒有僅通過局部場而改變。
圖6到8顯示了在局部場和數(shù)字線場條件下的多個測試樣品的轉(zhuǎn)換特性。
具體而言，圖6顯示了當(dāng)沒有電流施加到數(shù)字線(IDL＝0)時的轉(zhuǎn)換特性，圖7顯示了當(dāng)將7.5mA的電流施加到數(shù)字線時的轉(zhuǎn)換特性，圖8顯示了當(dāng)將10mA的電流施加到數(shù)字線的轉(zhuǎn)換特性。
圖6的曲線顯示了與圖5相同的圖案。因為當(dāng)沒有電流施加到數(shù)字線時僅存在局部場，所以在圖6中顯示了相同的效果。參考圖7和圖8，在四個點P1、P2、PP1和PP2相對于偏壓急劇改變了電阻。因為MTJ單元的自由磁性層的磁化方向被反轉(zhuǎn)，所以在這些點P1、P2、PP1和PP2，MTJ單元的電阻急劇變化。即，當(dāng)同時施加局部場和數(shù)字線場時，可以轉(zhuǎn)換自由磁性層的磁化方向。
當(dāng)將圖7中的點P1和P2與圖8中的點PP1和PP2比較時，點PP1和PP2的偏壓比點P1和P2的偏壓更接近零電壓線，因為圍繞數(shù)字線的磁場強度正比于施加到數(shù)字線的電流增加。參考圖8，顯示了指向同一方向的平行箭頭以指示MTJ單元的下電極具有與MTJ單元的自由磁性層相同的磁化方向(MTJ處于低磁阻狀態(tài))。相反，指向相反方向的上部平行箭頭顯示了下電極和自由磁性層的磁化方向反平行(MTJ處于高磁阻狀態(tài))。
圖9和10示出了在局部場和全局場條件下的多個測試樣品的轉(zhuǎn)換特性。
具體而言，圖9顯示了當(dāng)全局場為30Oe時的轉(zhuǎn)換特性，且圖10顯示了當(dāng)全局場為40Oe時的轉(zhuǎn)換特性。
參考圖9和10，在四個點G1、G2、GG1和GG2急劇改變了電阻。即，在四個點G1、G2、GG1和GG2轉(zhuǎn)換了自由磁性層的磁化方向，且由此在這些點急劇改變了MTJ單元的磁阻。圖9和10所示的測試結(jié)果顯示了全局場具有與數(shù)字線場相同的效果。當(dāng)將圖10中的點GG1和GG2與圖9中的點G1和G2比較時，點GG1和GG2的偏壓比點G1和G2的偏壓更接近零電壓線。即，因為可以通過增加全局場來減小局部場，所以降低了產(chǎn)生局部場的偏壓。
將描述本發(fā)明的存儲器件的操作。
首先，現(xiàn)將描述具有圖1和3所示的結(jié)構(gòu)的存儲器件的操作。
<寫>
參考圖11，將晶體管(T)保持在關(guān)閉狀態(tài)。在由第一和第二磁體M1和M2產(chǎn)生的全局磁場(B)下將寫電流lw施加到位線44以在易磁化軸方向產(chǎn)生圍繞位線44的磁場。MTJ單元42的自由磁性層(未顯示)的磁化方向由位線磁場和全局磁場(B)的組合反轉(zhuǎn)。于是，可以將自由磁場的磁化方向改變以具有相對于MTJ單元42的下電極(未顯示)的固定磁化方向相同或相反的方向。當(dāng)自由磁性層和下電極具有相同的磁化方向時，可以設(shè)定在MTJ單元42中寫入了“1”。相反，當(dāng)它們具有相反的磁化方向時，可以設(shè)定在MTJ單元42中寫入了“0”。
<讀>
將晶體管(T)保持在開啟狀態(tài)。將讀電壓Vr施加到MTJ單元42的兩端且從MTJ單元42測量所得的電流。將測量的電流與MTJ單元的參考電流值比較以從MTJ單元42讀出數(shù)據(jù)。如果測量的電流低于參考電流值，則可以設(shè)定從MTJ單元42讀出了“0”，且如果測量的電流高于參考電流值，則可以設(shè)定從MTJ單元42讀出了“1”。
接下來，現(xiàn)將描述具有圖1和4所示的結(jié)構(gòu)的存儲器件的操作。
<寫>
參考圖12，當(dāng)由第一和第二磁體M1和M2在難磁化軸方向產(chǎn)生全局磁場(B)時，將晶體管(T)保持在開啟狀態(tài)。將寫電壓Vw施加到位線44和晶體管(T)之間以產(chǎn)生從位線44通過上電極64、MTJ單元42、下電極60和導(dǎo)電插塞52到晶體管(T)的寫電流l’w。寫電流l’w的方向可以與圖12所示的方向相反。寫電流l’w產(chǎn)生了圍繞上電極64和下電極60的局部磁場，且MTJ單元42的自由磁性層的磁化方向沿局部磁場取向。采用這種取向，可以將自由磁場的磁化方向改變以具有相對于MTJ單元42的釘扎層(未顯示)的固定的磁化方向相同或相反的方向。當(dāng)自由磁性層和釘扎層具有相同的磁化方向時，可以設(shè)定在MTJ單元42中寫入了“1”。相反，當(dāng)它們具有相反的磁化方向時，可以設(shè)定在MTJ單元42中寫入了“0”。因此，MTJ單元42可以存儲單個的數(shù)據(jù)位。同時，因為寫電流l’w流過位線44，所以位線44產(chǎn)生圍繞其的位線磁場來影響MTJ單元42的自由磁性層。然而，因為位線44的厚度大且位線44和MTJ單元42之間的距離(t)足夠大，所以該位線磁場可以被忽略。
通過改變寫電流l’w的方向，可以反轉(zhuǎn)局部磁場的方向，從而還可以改變自由磁性層的磁化方向。
<讀>
將晶體管(T)保持在開啟狀態(tài)。將讀電壓Vr施加到上電極64和下電極60之間。讀電壓Vr優(yōu)選地小于施加在上電極64和下電極60之間的寫電壓Vw，以在數(shù)據(jù)讀出操作期間保護MTJ單元免受數(shù)據(jù)改變或數(shù)據(jù)破壞。
在施加讀電壓Vr之后，使用連接到晶體管(T)的第二雜質(zhì)摻雜區(qū)40b的傳感器(未顯示)來測量流過MTJ單元42的電流。將測量的電流與MTJ單元的參考電流值比較以從MTJ單元42讀出數(shù)據(jù)。
現(xiàn)將描述圖4所示的磁性存儲單元的制造方法。
參考圖13，在襯底40上形成柵線GL。襯底40可以為半導(dǎo)體襯底，比如p型硅襯底和n型硅襯底。例如，可以將柵線GL形成如下在襯底40的整個表面上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成導(dǎo)電層以使用該導(dǎo)電層作為柵電極；在導(dǎo)電層上形成鈍化層；在鈍化層上形成掩模來界定柵線GL的區(qū)域；這些順序堆疊的層以相反的順序蝕刻；去除掩模。雖然在柵線GL側(cè)面形成了分隔物，但是在圖13中并未顯示。在形成柵線GL之后，通過離子摻雜工藝在柵線GL的兩側(cè)形成了第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a和第二雜質(zhì)摻雜區(qū)40b。第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a和第二雜質(zhì)摻雜區(qū)40b之一被用作源極區(qū)，而另一個被用作漏極區(qū)。以該方法，形成了場效應(yīng)晶體管(T)。在襯底40上形成了層間絕緣層50以覆蓋晶體管(T)，且將層間絕緣層50的頂表面平坦化。在層間絕緣層50上形成了光致抗蝕劑圖案PR1以整體覆蓋層間絕緣層50，除了其下設(shè)置第一裝置摻雜區(qū)40a的表面之外。使用光致抗蝕劑圖案PR1作為蝕刻掩模，將層間絕緣層50所暴露的表面蝕刻以暴露第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a。在蝕刻之后去除光致抗蝕劑圖案PR1。通過蝕刻，在層間絕緣層50中界定了接觸孔h1以暴露第一雜質(zhì)摻雜區(qū)40a，如圖14所示。接觸孔h1填充有導(dǎo)電插塞52。在填充導(dǎo)電插塞52之后或之前，可以進行歐姆接觸工藝。
參考圖15，在層間絕緣層50上形成下電極60。下電極60接觸導(dǎo)電插塞52且延伸到柵線GL的上方。在層間絕緣層50上形成電極材料之后，由通過光刻和蝕刻工藝來構(gòu)圖電極材料，可以形成下電極60。優(yōu)選的是下電極60具有薄的厚度。例如，可以將下電極60形成具有小于100nm的厚度。厚度和寬度的減小使得當(dāng)將電流施加到下電極60時下電極60能夠產(chǎn)生更集中朝向MTJ單元的磁場。在下電極60的預(yù)定的表面上形成MTJ單元42。MTJ單元42包括釘扎層、隧穿層和自由磁性層。因為MTJ單元對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是公知的，所以將省略形成MTJ單元的詳細描述?？梢栽谙码姌O60的端部分上形成MTJ單元42，在那里導(dǎo)電插塞52被分隔。
參考圖16，在層間絕緣層50上形成第一絕緣層62來覆蓋下電極60和MTJ單元42。第一絕緣層62可以由與層間絕緣層50相同的材料制成。將第一絕緣層62的頂部拋光直到暴露MTJ單元42。在第一絕緣層62上形成上電極64以接觸MTJ單元42暴露的頂表面。因為上電極64執(zhí)行與下電極60相同的功能，所以上電極64和下電極60可以相對于MTJ單元42對稱。上電極64可以用與下電極60相同的方式形成。
參考圖17，在第一絕緣層62上形成第二絕緣層66以覆蓋上電極64。第二絕緣層66如此形成使得第二絕緣層66的頂表面和上電極64的頂表面之間的距離(t)在完成接下來的蝕刻工藝之后被保持。例如，該距離(t)可以為約300nm。根據(jù)位線(參考圖18中的44)的磁場強度可以改變距離(t)。如果位線的磁場足夠強以影響MTJ單元42的自由磁性層的磁化方向，則該距離(t)可以大于300nm。相反，如果位線的磁場不足夠強，則該距離(t)可以小于300nm。在第二絕緣層66上形成光致抗蝕劑圖案PR2以覆蓋第二絕緣層66，除了其下設(shè)置導(dǎo)電插塞52的表面之外。即，光致抗蝕劑圖案PR2暴露了第二絕緣層66的某些部分。通過使用光致抗蝕劑圖案PR2作為蝕刻掩模，將第二絕緣層66的暴露的表面蝕刻以暴露上電極64。在蝕刻之后去除了光致抗蝕劑圖案PR1。通過蝕刻，在第二絕緣層66中界定了過孔h2以暴露上電極64，如圖18所示。在形成過孔h2之后，在第二絕緣層66上形成位線44以填充過孔h2且與上電極64接觸。第一磁體M1和第二磁體M2設(shè)置于MTJ單元42的兩側(cè)。第一和第二磁體M1和M2彼此面對以在平行于位線44的方向產(chǎn)生全局磁場(B)。即，第一和第二磁體M1和M2垂直于位線44。磁體M1和M2可以為永磁體。
雖然多個存儲單元D1(單元陣列100，參考圖1和2)夾置在第一磁體M1和第二磁體M2之間，但是可以在同一工藝期間同時制造多個存儲單元D1。因此，為了清晰起見，以上的描述僅指的是存儲器件中的僅一個存儲單元D1的制造。在圖13到18中，基于相同的原因，僅顯示了在第一磁體M1和第二磁體M2之間的一個存儲單元D1。
另外，如果省略了上電極64的形成且過孔h2形成來暴露MTJ單元42，則可以將以上的制造方法用于圖3的存儲單元。
雖然已經(jīng)參考其示范性實施例具體顯示和描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出形式和細節(jié)上的不同變化。例如，可以省略上電極和下電極之一。而且，永磁體材料可以圍繞MTJ單元形成。因此，本發(fā)明的范圍不由本發(fā)明的詳細描述所界定而由權(quán)利要求界定。
如上所述，本發(fā)明的存儲器件提供有設(shè)置于存儲器件內(nèi)部以產(chǎn)生內(nèi)部或局部磁場的磁場產(chǎn)生部件和設(shè)置于存儲器件外部以產(chǎn)生朝向存儲器件的全局磁場的另一磁場產(chǎn)生部件。內(nèi)部磁場產(chǎn)生部分可以為形成于MTJ單元上的位線或電極焊盤。外部磁場產(chǎn)生部件可以為能夠產(chǎn)生足夠磁場的永磁體對。
根據(jù)本發(fā)明，可以減小存儲器件和傳感器的功耗。而且，可以防止當(dāng)器件的集成度高時矯頑性增加和當(dāng)器件的集成度低時轉(zhuǎn)換電流增加。
權(quán)利要求
1.一種存儲器件，包括包括磁性隧穿結(jié)單元、晶體管和位線的磁性存儲器；以及設(shè)置于所述磁性存儲器之外以在平行于所述位線的方向產(chǎn)生朝向所述磁性存儲器的全局磁場的磁場產(chǎn)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器件，其中所述磁性存儲器包括具有多個磁性存儲單元的單元陣列，所述多個存儲單元由所述位線連接，且每個所述磁性存儲單元包括所述磁性隧穿結(jié)單元和所述晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲器件，其中每個所述磁性存儲單元還包括連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述晶體管的下電極；以及從在上的位置面對所述下電極且連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述位線的上電極，其中所述磁性隧穿結(jié)單元設(shè)置于所述下電極和上電極之間，且連接到所述位線的上電極從所述位線分開，使得由所述位線產(chǎn)生、朝向所述磁性隧穿結(jié)單元的磁場是可忽略的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器件，其中所述磁場產(chǎn)生器垂直于所述位線且包括具有面對所述磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對所述磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中所述第二磁體面對所述第一磁體，所述磁性存儲器在它們之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲器件，其中所述第一磁體和第二磁體是永磁體。
6.一種操作存儲器件的方法，所述存儲器件包括磁性存儲器和磁場產(chǎn)生器，所述磁性存儲器包括磁性隧穿結(jié)單元、晶體管和位線，所述磁場產(chǎn)生器設(shè)置于所述磁性存儲器的外部以在平行于所述位線的方向產(chǎn)生朝向所述磁性存儲器的磁場，所述方法包括當(dāng)所述磁性存儲器處于由所述磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生的磁場中時，通過將寫電流施加到所述位線而在磁性存儲器中寫數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述晶體管被保持在關(guān)狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述磁性存儲器包括具有多個磁性存儲單元的單元陣列，所述多個磁性存儲單元由所述位線連接，每個所述磁性存儲單元包括所述磁性隧穿結(jié)單元和所述晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中每個所述磁性存儲單元還包括連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述晶體管的下電極；以及從在上的位置面對所述下電極且連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述位線的上電極，其中所述磁性隧穿結(jié)單元設(shè)置于所述下電極和上電極之間，且連接到所述位線的上電極從所述位線分開，使得由所述位線產(chǎn)生、朝向所述磁性隧穿結(jié)單元的磁場是可忽略的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述晶體管被保持在開狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述磁場產(chǎn)生器垂直于所述位線且包括具有面對所述磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對所述磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中所述第二磁體面對所述第一磁體，所述磁性存儲器在它們之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一磁體和第二磁體是永磁體。
13.一種操作存儲器件的方法，所述存儲器件包括磁性存儲器和磁場產(chǎn)生器，所述磁性存儲器包括磁性隧穿結(jié)單元、晶體管和位線，所述磁場產(chǎn)生器設(shè)置于所述磁性存儲器的外部以在平行于所述位線的方向產(chǎn)生朝向所述磁性存儲器的磁場，所述方法包括開啟所述晶體管；且將讀電流施加到所述位線以從所述磁性存儲器讀數(shù)據(jù)，所述讀電流小于所述位線的寫電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述磁性存儲器包括具有多個磁性存儲單元的單元陣列，所述多個磁性存儲單元由所述位線連接，每個所述磁性存儲單元包括所述磁性隧穿結(jié)單元和所述晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中每個所述磁性存儲單元還包括連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述晶體管的下電極；以及從在上的位置面對所述下電極且連接所述磁性隧穿結(jié)單元與所述位線的上電極，其中所述磁性隧穿結(jié)單元設(shè)置于所述下電極和上電極之間，且連接到所述位線的上電極從所述位線分開，使得由所述位線產(chǎn)生、朝向所述磁性隧穿結(jié)單元的磁場是可忽略的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述磁場產(chǎn)生器垂直于所述位線且包括具有面對所述磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對所述磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中所述第二磁體面對所述第一磁體，所述磁性存儲器在它們之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一磁體和第二磁體是永磁體。
18.一種制造存儲器件的方法，所述方法包括在襯底上形成晶體管；在所述晶體管的上方形成與所述晶體管連接的磁性隧穿結(jié)單元；在所述磁性隧穿結(jié)的上方形成與所述磁性隧穿結(jié)連接的位線；以及在所述磁性隧穿結(jié)單元的每一側(cè)設(shè)置磁場產(chǎn)生器以在平行于所述位線的方向產(chǎn)生通過所述磁性隧穿結(jié)單元的全局磁場。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括形成下電極以連接所述晶體管與所述磁性隧穿結(jié)單元，且產(chǎn)生用于所述磁性隧穿結(jié)單元的局部磁場。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括形成上電極以連接所述位線與所述磁性隧穿結(jié)單元，且產(chǎn)生用于所述磁性隧穿結(jié)單元的局部磁場。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括形成上電極以連接所述位線與所述磁性隧穿結(jié)單元，且產(chǎn)生用于所述磁性隧穿結(jié)單元的局部磁場。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述磁場產(chǎn)生器垂直于所述位線且包括具有面對所述磁性存儲器的N極的第一磁體；以及具有面對所述磁性存儲器的S極的第二磁體，且其中所述第二磁體面對所述第一磁體，所述磁性存儲器在它們之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一磁體和第二磁體是永磁體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有磁場產(chǎn)生器的存儲器件及其操作和制造方法。在所述器件和方法中，磁性存儲器包括磁性隧穿結(jié)單元、晶體管和位線，且磁場產(chǎn)生器設(shè)置于所述磁性存儲器之外以在平行于所述位線的方向產(chǎn)生朝向所述磁性存儲器的全局磁場。
文檔編號G11C11/02GK1828768SQ20061005148
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者金泰完, 黃仁俊, 鄭元哲 申請人:三星電子株式會社