專利名稱：用于場(chǎng)復(fù)位自旋力矩mram的結(jié)構(gòu)和方法
用于場(chǎng)復(fù)位自旋力矩MRAM的結(jié)構(gòu)和方法技術(shù)領(lǐng)域
這里描述的示例性實(shí)施例一般涉及磁致電阻存儲(chǔ)器，特別涉及對(duì)具有場(chǎng)復(fù)位 (field-reset)能力的自旋力矩磁致電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)進(jìn)行讀取和編程的結(jié)構(gòu) 和方法。
背景技術(shù)：
磁電子器件、自旋電子(spin electronic)器件以及自旋電子學(xué)(spintronic)器 件是同義詞，表示利用主要由電子自旋引起的效應(yīng)的器件。在許多信息設(shè)備中使用磁電子 學(xué)來提供非易失的、可靠的、防輻射的高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和取回。所述許多磁電子信息設(shè)備包 括，但不限于，磁致電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、磁傳感器以及用于盤驅(qū)動(dòng)器的讀/寫頭。
典型地，MRAM包括磁致電阻存儲(chǔ)元件陣列。每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件典型地具有 下述結(jié)構(gòu)，即，該結(jié)構(gòu)包括通過各種非磁性層分開的多個(gè)磁性層，例如磁隧道結(jié)(MTJ)，并且 展現(xiàn)出取決于該器件的磁性狀態(tài)的電阻。信息存儲(chǔ)為磁性層中的磁化矢量的方向。一個(gè)磁 性層中的磁化矢量被磁性固定或釘扎，而另一個(gè)磁性層的磁化方向可以自由地在相同方向 或相反方向(分別稱為“平行”狀態(tài)和“反平行”狀態(tài))之間切換(switching)。對(duì)應(yīng)于平 行和反平行磁性狀態(tài)，該磁性存儲(chǔ)元件分別具有低電阻狀態(tài)和高電阻狀態(tài)。相應(yīng)地，對(duì)該電 阻的檢測(cè)使得諸如MTJ器件的磁致電阻存儲(chǔ)元件能夠提供該磁性存儲(chǔ)元件中存儲(chǔ)的信息。 有兩種完全不同的方法用于對(duì)自由層進(jìn)行編程場(chǎng)切換和自旋力矩切換。在場(chǎng)切換MRAM 中，使用鄰近MTJ位的載流線來產(chǎn)生對(duì)自由層起作用的磁場(chǎng)。在自旋力矩MRAM中，用通過 該MTJ自身的電流脈沖來實(shí)現(xiàn)切換。自旋極化隧道效應(yīng)電流所攜帶的角動(dòng)量導(dǎo)致自由層翻 轉(zhuǎn)，而最終狀態(tài)(平行或反平行)是由電流脈沖的極性確定的。已知在被形成圖案或者以 其它方式布置以使得電流基本上垂直于界面流動(dòng)的MTJ器件和巨磁致電阻器件中，以及在 電流基本上垂直于疇壁流動(dòng)的簡(jiǎn)單線狀結(jié)構(gòu)中，發(fā)生自旋力矩轉(zhuǎn)移。任何這樣展現(xiàn)磁致電 阻的結(jié)構(gòu)都有可能成為自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)元件。
自旋力矩MRAM(ST-MRAM)，也稱為“自旋力矩轉(zhuǎn)移RAM(STT-RAM) ”，是一種新興的 存儲(chǔ)技術(shù)，其可能具有無限持久的非易失性以及在遠(yuǎn)高于場(chǎng)切換MRAM的密度下的快速的 寫入速度。由于ST-MRAM切換電流需求隨著MTJ尺寸減小而降低，ST-MRAM有可能在甚至更 高級(jí)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)也能令人滿意地按比例縮放。然而，MTJ電阻增加的可變性和在兩個(gè)電流方 向下都保持相對(duì)高的切換電流通過位單元選擇器件可能限制ST-MRAM的按比例縮放能力。 一個(gè)方向的寫入電流通常比另一個(gè)方向的高，因此選擇器件必須能夠通過兩個(gè)電流中較大 的一個(gè)。另外，隨著寫入電流脈沖持續(xù)時(shí)間縮短，ST-MRAM切換電流要求提高。因此，最小 的ST-MRAM位單元方案可能需要相對(duì)長(zhǎng)的切換時(shí)間。
一種管理隨著ST-MRAM按比例縮放而增加的MTJ電阻可變性的方案是使用自參考 讀取操作來確定位的狀態(tài)。一種這樣的自參考讀取操作會(huì)將一個(gè)位偏置到期望的電壓，并 保持反射所需要的電流的參考電壓，然后將該位切換的已知狀態(tài)?？梢酝ㄟ^比較將該位偏 置在新的狀態(tài)所需要的電流和偏置在原始狀態(tài)所需要的電流來確定該位的原始狀態(tài)。電流沒有改變將表示原始狀態(tài)與切換后的狀態(tài)相匹配，而電流在期望的方向上的改變將表示原 始狀態(tài)與切換后的狀態(tài)相反。
自參考讀取操作可以克服MTJ電阻變化的影響，它也會(huì)增加讀取時(shí)間要求。自參 考讀取操作所需要的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，連同相對(duì)長(zhǎng)的ST-MRAM寫入時(shí)間(例如與靜態(tài)隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(SRAM)相比)，使得高順序帶寬讀寫方案(如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)中所使 用的)變得更加值得期待。在DRAM所使用的方案中，同時(shí)讀取一個(gè)大頁面的位(幾千個(gè))， 將每一個(gè)的值分別存儲(chǔ)在鎖存器中，然后以高得多的速度將這一頁面的位的子集從這一部 分中讀出。為了寫入DRAM，類似地將數(shù)據(jù)寫入頁面的子集，然后是完成寫入過程而需要的時(shí) 間。諸如同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)和雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)DRAM的DRAM接口被設(shè) 計(jì)為使順序帶寬最大化，同時(shí)允許DRAM技術(shù)自然地慢的隨機(jī)循環(huán)時(shí)間。ST-MRAM可以受益 于類似的方案；然而，一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)將是管理以高帶寬讀寫大頁面的位所需要的功率。
因此，希望提供這樣的ST-MRAM結(jié)構(gòu)和方法，其縮短自參考讀取操作，降低當(dāng)對(duì)多 個(gè)位執(zhí)行自參考讀取操作時(shí)的功率要求，或者使得存儲(chǔ)器能夠通過僅需要在具有較低關(guān)鍵 電流要求的那一個(gè)方向上施加電流通過MTJ的ST-MRAM切換而運(yùn)行。另外，從接下來的詳 細(xì)描述和所附權(quán)利要求書，結(jié)合說明書附圖以及前面的技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)部分，示例性 實(shí)施例的其它希望的特征和特性將變得明顯。發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于對(duì)自旋力矩磁致電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器進(jìn)行編程和讀取的方法和 設(shè)備。
該設(shè)備包括多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件，通常是具有兩個(gè)穩(wěn)定磁性狀態(tài)的MTJ位；金 屬復(fù)位線，靠近該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件定位，并且被配置 為通過在預(yù)定大小和方向的電流流過該金屬復(fù)位線時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ) 元件設(shè)置到已知狀態(tài)；位線，耦接到該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件；以及耦接到位線并被配置 為經(jīng)位線向該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中所選擇的磁致電阻存儲(chǔ)元件施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電 流的電路。附加的相關(guān)電路存儲(chǔ)從該磁致電阻存儲(chǔ)元件陣列讀取以及向該磁致電阻存儲(chǔ)元 件陣列寫入的數(shù)據(jù)，并且使得能夠經(jīng)接口訪問所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
一種示例性方法實(shí)施例包括通過經(jīng)金屬復(fù)位線施加電流以向該多個(gè)磁致電阻存 儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件施加磁場(chǎng)，來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置為第一 狀態(tài)；以及通過從該電路經(jīng)該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件向位線施 加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流，將所選磁致電阻存儲(chǔ)元件編程為第二狀態(tài)。
另一種示例性方法實(shí)施例包括感測(cè)該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電 阻存儲(chǔ)元件的電阻；通過經(jīng)金屬復(fù)位線施加電流以向該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè) 磁致電阻存儲(chǔ)元件施加磁場(chǎng)，來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置為第一狀態(tài)；感測(cè)該多個(gè) 磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的電阻；以及通過從該電路經(jīng)選定的磁致 電阻存儲(chǔ)元件向位線施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流，對(duì)被確定已發(fā)生改變的磁致電阻存儲(chǔ)元件進(jìn) 行編程以返回第二狀態(tài)。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，感測(cè)該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存 儲(chǔ)元件的電阻；通過經(jīng)金屬復(fù)位線施加電流以向該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件施加磁場(chǎng)，來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置為第一狀態(tài)；感測(cè)該多個(gè)磁致 電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的電阻；識(shí)別并存儲(chǔ)由設(shè)置步驟之后的電阻改 變確定的代表每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；改變一個(gè)或多個(gè)所存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)；以及響應(yīng)于所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中所選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件 編程為第二狀態(tài)。


下面將結(jié)合后面的附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件，并且
圖1是典型的場(chǎng)切換MRAM存儲(chǔ)元件陣列；
圖2圖解了在典型的場(chǎng)切換MRAM存儲(chǔ)元件陣列的存儲(chǔ)元件處產(chǎn)生的磁場(chǎng)；
圖3是典型的自旋力矩存儲(chǔ)單元；
圖4是MRAM集成陣列的兩個(gè)單元的示例性實(shí)施例；
圖5是MRAM集成陣列的兩個(gè)單元的另一個(gè)示例性實(shí)施例；
圖6是MRAM集成陣列的兩個(gè)單元的另一個(gè)示例性實(shí)施例；
圖7是用于對(duì)圖4、5、6的MRAM集成陣列進(jìn)行編程的操作方法的流程圖8是用于對(duì)圖4、5、6的MRAM集成陣列進(jìn)行讀取的操作方法的流程圖9是用于對(duì)圖4、5、6的MRAM集成陣列進(jìn)行讀取和編程的操作方法的流程圖10是包括讀出放大器和寫入電路的示例性實(shí)施例的方框圖。
圖11是包括NMOS晶體管以在圖4和6的MRAM集成陣列中提供單向讀取電流和 自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的示例性實(shí)施例的示意圖12是包括二極管以在圖4和6的MRAM集成陣列中提供單向讀取電流和自旋力 矩轉(zhuǎn)移電流的示例性實(shí)施例的示意圖；以及
圖13是包括雙極晶體管以在圖4和6的MRAM集成陣列中提供單向讀取電流和自 旋力矩轉(zhuǎn)移電流的示例性實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面的詳細(xì)描述本質(zhì)上只是描述性的，而不是意圖限制該主題的實(shí)施例或者這些 實(shí)施例的應(yīng)用和使用。這里作為示例描述的任何實(shí)現(xiàn)方式都并非必然地解釋為比其它實(shí)現(xiàn) 方式優(yōu)選或有利。另外，不希望受前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下面的詳細(xì)描述 中給出的明示或暗示的理論的約束。
磁致電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)陣列包括位于多個(gè)磁致電阻位中的每一個(gè)磁致 電阻位附近的金屬復(fù)位線。寫入操作，或者說編程操作，在將電流施加到金屬復(fù)位線以產(chǎn)生 磁場(chǎng)來將該多個(gè)位設(shè)置到復(fù)位狀態(tài)時(shí)開始。然后將自旋力矩轉(zhuǎn)移(STT)電流施加到多個(gè)磁 致電阻位中所選擇的那些磁致電阻位，以將所選擇的位切換到相反的編程狀態(tài)。在讀取操 作中，在利用編程線產(chǎn)生復(fù)位磁場(chǎng)之前，感測(cè)該多個(gè)位中的每一個(gè)位的電阻。在產(chǎn)生磁場(chǎng)改 變位的狀態(tài)使其處于相反編程狀態(tài)之后再次感測(cè)該電阻，由此使得能夠確定所有位的初始 狀態(tài)。然后向那些電阻與施加磁場(chǎng)之前不同的磁致電阻位施加STT電流，使其返回到其原 始狀態(tài)。一些實(shí)施例需要在僅一個(gè)方向上施加STT電流，并且允許使用雙極技術(shù)來提供STT 電流。
MRAM技術(shù)使用磁性組件來實(shí)現(xiàn)非易失性、高速操作和優(yōu)良的讀/寫耐久性。圖1 圖解了具有一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)元件12的傳統(tǒng)存儲(chǔ)元件陣列10。一種類型的磁致電阻存儲(chǔ)元 件的例子，磁隧道結(jié)(MTJ)兀件,包括磁化方向相對(duì)于外部磁場(chǎng)固定的固定鐵磁層14和磁 化方向隨著外部磁場(chǎng)而自由轉(zhuǎn)動(dòng)的自由鐵磁層16。固定層和自由層由絕緣隧道勢(shì)壘層18 分隔開。存儲(chǔ)元件12的電阻取決于自旋極化電子隧穿通過自由鐵磁層和固定鐵磁層之間 的隧道勢(shì)壘層的現(xiàn)象。隧穿現(xiàn)象與電子自旋有關(guān)，使得MTJ元件的電氣響應(yīng)是相對(duì)磁化取 向和自由鐵磁層與固定鐵磁層之間的傳導(dǎo)電子的自旋極化的函數(shù)。
存儲(chǔ)元件陣列10包括導(dǎo)體20，也稱為“數(shù)字線(digit line) 20”，沿著存儲(chǔ)元件 12的行延伸；導(dǎo)體22，也稱為“位線(bit line) 22”，沿著存儲(chǔ)元件12的列延伸；以及導(dǎo)體 19，也稱為“底部電極19”，與固定層14電接觸。雖然底部電極19接觸固定鐵磁層14，數(shù) 字線20與底部電極19被例如電介質(zhì)材料(未示出)分隔開。存儲(chǔ)元件12位于數(shù)字線20 和位線22的交叉點(diǎn)。通過給底部電極19和位線22施加電流來切換存儲(chǔ)元件12的自由層 16的磁化方向。該電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)將所選擇的存儲(chǔ)元件的磁化取向從平行切換為反 平行，反之亦然。為了在讀取操作中感測(cè)元件12的電阻，使電流從襯底(未示出)中的晶 體管通過連接到底部電極19的導(dǎo)電通路(未示出)流過。
圖2圖解了由傳統(tǒng)的線狀數(shù)字線20和位線22產(chǎn)生的場(chǎng)。為了簡(jiǎn)化對(duì)MRAM器件 10的描述,如圖所示,將參照x-y坐標(biāo)系50來提及所有方向。位電流Ib 30如果沿正X方 向流動(dòng)則被定義為正，而數(shù)字電流Id 34如果沿正y方向流動(dòng)則被定義為正。正的位電流 Ib 30流過位線22導(dǎo)致環(huán)繞位磁場(chǎng)Hb 32，而正的數(shù)字電流Id 34將感生出環(huán)繞數(shù)字磁場(chǎng)Hd 36。磁場(chǎng)Hb 32和Hd 36結(jié)合以切換存儲(chǔ)元件12的磁化取向。
如圖2所示，使用由鄰近存儲(chǔ)元件的載流線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的傳統(tǒng)MRAM切換技術(shù)具有 一些實(shí)際限制，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)要求將位單元縮放到更小的尺寸時(shí)更是如此。例如，減小MTJ 元件的物理尺寸導(dǎo)致針對(duì)由于熱波動(dòng)而產(chǎn)生的不期望的磁化反轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性降低，這是因?yàn)?隨著自由層體積減小，對(duì)于熱反轉(zhuǎn)的能量勢(shì)壘減小?？梢酝ㄟ^增大磁各向異性來增強(qiáng)位的 穩(wěn)定性，而這也導(dǎo)致增大切換場(chǎng)。對(duì)于每毫安培電流Id 34或Ib 30，磁場(chǎng)Hd 36或％ 32的 大小隨著線寬度的減小而增大，這將有助于達(dá)到更高的切換場(chǎng)，但這只是在將線按比例移 動(dòng)為更加靠近MTJ的情況下才如此，而這通常是不可能的。另外，隨著線寬度減小，線電阻 增大，要求較短的線，這導(dǎo)致較低的陣列效率。此外，逐個(gè)位之間切換場(chǎng)的變化隨著位尺寸 的減小而增大，這要求更大的電流來克服該分布，并實(shí)現(xiàn)可靠的切換。
雖然詳細(xì)描述了 ST-MRAM，但是這里描述的一些編程和讀取技術(shù)也可以在場(chǎng)切換 MRAM和相變存儲(chǔ)器中實(shí)施。在場(chǎng)切換MRAM中，將由經(jīng)過產(chǎn)生磁場(chǎng)以切換所選擇的位的兩 條寫入線的電流脈沖來替代STT編程電流。在相變存儲(chǔ)器中，將優(yōu)化復(fù)位線，以產(chǎn)生將多個(gè) 位復(fù)位到第一電阻態(tài)的熱脈沖，而不是產(chǎn)生ST-MRAM實(shí)施例所需要的磁場(chǎng)脈沖。在例如圖 3所示的結(jié)構(gòu)60的ST-MRAM器件中，通過使用隔離晶體管42迫使電流40直接通過構(gòu)成磁 隧道結(jié)12的材料疊層，來對(duì)位進(jìn)行寫入。一般而言，通過流過一個(gè)鐵磁層(14或16)而被 自旋極化的寫入電流40對(duì)隨后的層施加自旋力矩。這一力矩可以用來通過改變寫入電流 極性來使自由層16的磁化在兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間切換。
簡(jiǎn)而言之，在電子經(jīng)過磁體/非磁體/磁體三層結(jié)構(gòu)中的第一磁性層之后，電流變 為自旋極化的，其中第一磁性層被通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的多種方法中的任何一種基本上固定在其磁化取向上。自旋極化的電子穿過非磁性間隔，然后根據(jù)自旋角動(dòng)量守恒，對(duì)第二磁 性層施加自旋力矩，這使得將第二層的磁化取向切換為平行于第一層的磁化取向。如果施 加相反極性的電流，則電子反過來首先流過第二磁性層。在穿過非磁性間隔之后，對(duì)第一磁 性層施加自旋力矩。然而，因?yàn)槠浯呕枪潭ǖ?，所以第一磁性層并不切換。同時(shí)，一部分 電子將隨后從第一磁性層反射，并在與第二磁性層發(fā)生相互作用之前返回穿過非磁性間隔 行進(jìn)。在這種情況下，自旋力矩起作用，從而將第二磁性層的磁化取向切換為反平行于第一 層的磁化取向。自旋力矩切換僅在電流40超過該元件的臨界電流I。時(shí)發(fā)生。該電路所使 用的自旋力矩切換電流被選擇為在一定程度上高于存儲(chǔ)元件的平均I。，從而在施加切換電 流時(shí)，所有元件都將可靠地切換。
參考圖4，示例性磁致電阻存儲(chǔ)器陣列400包括以半導(dǎo)體工業(yè)中已知的方式形成 在襯底402之中和之上的開關(guān)器件404和406。開關(guān)器件404和406被示為CMOS晶體管， 但是作為替換，也可以是下面將詳細(xì)描述的二極管或雙極晶體管。開關(guān)器件404包括電極 412和414、溝道區(qū)416以及柵極418。開關(guān)器件406包括電極412和424、溝道區(qū)426以及 柵極428。操作中，電壓VSS施加到導(dǎo)電區(qū)442。
在電介質(zhì)材料430中形成有通路432、434、436，以將電極412耦接到導(dǎo)電區(qū)442， 將電極414耦接到導(dǎo)電區(qū)444，并將電極424耦接到導(dǎo)電區(qū)446。導(dǎo)電區(qū)442、444、446是在 同一工藝步驟中形成的，并且通過半導(dǎo)體工業(yè)中已知的工藝彼此隔離。導(dǎo)線466被配置為 接收復(fù)位電壓，并且也可以被稱為“復(fù)位線”。電介質(zhì)材料430中形成有通路452和454，以 將導(dǎo)電區(qū)444耦接到導(dǎo)電區(qū)462，將導(dǎo)電區(qū)446耦接到導(dǎo)電區(qū)464。導(dǎo)電復(fù)位線466是在與 形成導(dǎo)電區(qū)462和464的工藝步驟相同的工藝步驟中形成的。復(fù)位線466優(yōu)選地包括沿著 線長(zhǎng)度方向位于線的三個(gè)側(cè)面上的磁透覆蓋材料，以將磁場(chǎng)匯聚到MTJ位所在的第四個(gè)側(cè) 面之上。
電介質(zhì)材料430中形成有可縮放磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474。當(dāng)使用MTJ器件時(shí)， 每一個(gè)MTJ器件包括底部電極484之上、并且被隧道勢(shì)壘486分隔開的自由層482和固定 區(qū)485。在此圖示中，為了描述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)的簡(jiǎn)潔性，僅示出了兩個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件 472、474，但是應(yīng)當(dāng)明白，MRAM陣列可以包括許多磁致電阻存儲(chǔ)元件。自由層482耦接到第 一導(dǎo)線408、可縮放磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474的固定區(qū)485分別通過電極484和通路492、 494耦接到導(dǎo)電區(qū)域462、464。
固定磁性區(qū)485為本領(lǐng)域所公知，并且通常包括釘扎的合成反鐵磁體，其包括鐵 磁固定層、耦合間隔層、被釘扎的鐵磁層以及可選的反鐵磁釘扎層。固定的鐵磁層被定位為 與隧道勢(shì)壘相接觸。耦合間隔層位于固定的鐵磁層和被釘扎的鐵磁層之間。反鐵磁釘扎層 在被釘扎的鐵磁層之下并與被釘扎的鐵磁層接觸。鐵磁固定層和釘扎層分別具有通常被耦 合間隔層保持為反平行的磁矩矢量和通常被反鐵磁釘扎層保持在固定方向上的磁矩矢量。 因此，固定磁性區(qū)485的磁矩矢量不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并被用作參考。耦合間隔層由在鄰近其兩 個(gè)相反表面并與其兩個(gè)相反表面接觸的兩個(gè)鐵磁層之間產(chǎn)生反平行耦合的任何合適的非 磁性材料制成。典型地，耦合層是展現(xiàn)振蕩耦合現(xiàn)象的層，例如，元素Ru、Os、Re、Cr、Rh、Cu 中的至少一種或者其組合，其厚度被選擇以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)反平行耦合?？蛇x的釘扎層可以包括諸 如PtMn、IrMn、FeMn> PdMn、或其組合的反鐵磁材料。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，固定 磁性區(qū)484可以具有任何適于提供與隧道勢(shì)壘相接觸以提供固定磁性參考方向的固定磁性部分的結(jié)構(gòu)。
自由層482具有響應(yīng)于所施加的場(chǎng)或STT電流(下文中討論)而自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁矩 矢量。在沒有STT電流的情況下，磁矩矢量的取向沿著自由層的各向異性易磁化軸。
自由層482的易磁化軸的取向?yàn)榕c復(fù)位線466產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向成大約30度到 大約60度范圍內(nèi)的角度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，自由層482的易磁化軸的取向與復(fù)位 線466產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向成大約45度角?？梢匀菀椎厥境觯瑢?duì)于具有類似斯通納-沃法爾 斯(Stoner-Wohlfarth)的切換星形線的典型自由層,如果以與該位的易磁化軸成45度的 角度施加切換場(chǎng)，那么切換場(chǎng)被減小一半。因此，將該位復(fù)位所需的電流也被減小一半，這 使得復(fù)位需要較少的功率。在存在所施加的場(chǎng)或STT電流的情況下，自由層482的磁矢量 自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在存在所施加的場(chǎng)或STT電流的情況下，固定層485的磁矢量不自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并被 用作參考層。
自由層482、固定層、以及釘扎層可以由任何合適的鐵磁材料以及所謂的半金屬鐵 磁物質(zhì)制成，鐵磁材料有例如N1、Fe、Co中的至少一種或其合金以及其中混入了諸如B、Ta、 V、Si和C的其它元素的其它有用合金，半金屬鐵磁物質(zhì)有例如NiMnSb、PtMnSb, Fe3O4或 Cr02。隧道勢(shì)壘486可以由諸如A10x、Mg0x、Ru0x、Hf0x、Zr0x、Ti0x、或這些元素的氮化物、 氧氮化物構(gòu)成。
在制造MRAM陣列體系架構(gòu)400的過程中，每一個(gè)后繼的層都是按順序沉積或以其 它方式形成的，并且每一個(gè)MTJ器件400都可以使用半導(dǎo)體工業(yè)中任何已知的技術(shù)，通過選 擇性沉積、光刻工藝、蝕刻等來限定。典型地，MTJ的各層是通過諸如物理氣相沉積的薄膜 沉積技術(shù)形成的，物理氣相沉積包括磁控濺射、離子束沉積或熱蒸鍍。在沉積MTJ的至少一 部分的過程中，提供磁場(chǎng)，以在(已誘發(fā)內(nèi)在各向異性的)材料中設(shè)置首選各向異性易磁化 軸。另外，典型地，在將MTJ疊層暴露于方向沿著首選各向異性易磁化軸的磁場(chǎng)的同時(shí)，以 提高的溫度對(duì)MTJ疊層進(jìn)行退火，以進(jìn)一步設(shè)置內(nèi)在各向異性方向，并且在使用反鐵磁釘 扎層時(shí)設(shè)置釘扎方向。所提供的磁場(chǎng)為鐵磁材料中的磁矩矢量創(chuàng)建首選易磁化軸。除了內(nèi) 在各向異性，被形成圖案為其形狀具有大于一的高寬比的存儲(chǔ)元件將具有形狀各向異性， 這一形狀和內(nèi)在各向異性的結(jié)合限定了易磁化軸，易磁化軸優(yōu)選平行于存儲(chǔ)元件的長(zhǎng)軸。 在一些情況下，使用具有強(qiáng)的垂直磁各向異性(PMA)的自由層材料，使得自由層的易磁化 軸垂直于膜平面，并且兩個(gè)穩(wěn)定磁性狀態(tài)具有磁化矢量的方向大體上指向或離開隧道勢(shì)壘 的特征，將是有利的。本領(lǐng)域已知的這種PMA材料包括一些有序LlO合金，例如FePt、FePd、 CoPt, FeNiPt ；以及一些人造多層結(jié)構(gòu)，例如 Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Ru、Co/Au、Ni/Cu。 如果自由層的易磁化軸垂直于膜平面，那么磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474將不被設(shè)置為相對(duì) 于復(fù)位線466位于中間位置，而是朝復(fù)位線466的一個(gè)邊緣偏移，以使得其經(jīng)受由復(fù)位線 466產(chǎn)生的場(chǎng)的顯著垂直分量。
在MRAM陣列體系架構(gòu)400中，電介質(zhì)材料430可以是氧化硅、氮化硅(SiN)、氧氮 化硅(SiON)、聚酰亞胺或其組合。導(dǎo)線408和通路432、434、436、452、454、492、494優(yōu)選是 銅，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們可以是其它材料，例如鉭、氮化鉭、銀、金、鋁、鉬或其它合適的導(dǎo)電 材料。
圖5示出了另一種示例性MRAM陣列體系架構(gòu)500，其中用相同的附圖標(biāo)記來表示 相似的結(jié)構(gòu)。對(duì)于襯底402 ;開關(guān)器件404、406 ;通路432、434、436、452、454 ;導(dǎo)電區(qū)域442、444、446、466 ;以及磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474，制作工藝和材料成分與圖4中的相似，不再 重復(fù)描述。圖5的磁致電阻存儲(chǔ)器500和圖4的磁致電阻存儲(chǔ)器400之間的差異包括導(dǎo)電 區(qū)466 (編程或復(fù)位線)位于磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474的上方，以及導(dǎo)電區(qū)442用作位線。 MRAM陣列體系架構(gòu)500提供一種小位單元，其對(duì)于通過復(fù)位線466的給定電流具有增大的 場(chǎng)發(fā)生能力，這是因?yàn)閺?fù)位線466的位置可以更接近磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474。
圖6不出了另一種不例性MRAM陣列體系架構(gòu)600,其中用相同的附圖標(biāo)記來表不 相似的結(jié)構(gòu)。對(duì)于襯底402 ;開關(guān)器件404、406 ;通路432、434、436、452、454 ;導(dǎo)電區(qū)域442、 444、446、466 ;導(dǎo)電位線408 ;以及磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474，制作工藝和材料成分與圖4 中的相似，不再重復(fù)描述。導(dǎo)電區(qū)442被配置為接收電壓VSS，而導(dǎo)電層408用作位線。圖 6的磁致電阻存儲(chǔ)器600和圖4的磁致電阻存儲(chǔ)器400之間的差異包括復(fù)位線466位于磁 致電阻存儲(chǔ)元件472、474上方并與其分隔開。磁致電阻存儲(chǔ)器600的結(jié)構(gòu)提供與500類似 的小位單元，但是，通過使復(fù)位線466與磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474電隔離(與存儲(chǔ)器400 相似)，消除了電壓下拉復(fù)位線466對(duì)感測(cè)操作的任何負(fù)面影響和STT電流的施加。如果自 由層的易磁化軸垂直于膜平面，那么磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474將不被設(shè)置為相對(duì)于復(fù)位 線466位于中間位置，而是朝復(fù)位線466的一個(gè)邊緣偏移，使得其經(jīng)受由復(fù)位線466產(chǎn)生的 場(chǎng)的顯著垂直分量。
對(duì)于上面討論的磁致電阻存儲(chǔ)器400、500、600，通過位置鄰近多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ) 元件472、474中的每一個(gè)的復(fù)位線466施加電流來創(chuàng)建磁場(chǎng)，并將磁場(chǎng)施加給多個(gè)磁致電 阻存儲(chǔ)元件472、474，并將磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474中的每一個(gè)設(shè)置為第一狀態(tài)。然后 將STT電流施加給多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件，以將所選的磁致電 阻存儲(chǔ)元件472、474的狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)。更具體地，參考圖7的流程圖，提供了一種 對(duì)ST-MRAM進(jìn)行編程的方法，包括通過經(jīng)復(fù)位線466施加電流以向多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件 472,474中的每一個(gè)施加磁場(chǎng)，來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474設(shè)置702為第一狀 態(tài)；以及通過從電路404、406經(jīng)位線408 (圖4、6)和442 (圖5)向該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元 件中選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474施加STT電流，將所選磁致電阻存儲(chǔ)元件編程704 為第二狀態(tài)。
在可替換實(shí)施例中，在存儲(chǔ)元件復(fù)位期間，除了經(jīng)復(fù)位線466施加的電流之外，還 有電流流過存儲(chǔ)元件。流過存儲(chǔ)元件的這一電流可以足夠大，以導(dǎo)致對(duì)自由層的磁力加熱， 從而減小自由層的磁化和存儲(chǔ)元件的相應(yīng)切換場(chǎng)。在切換場(chǎng)減小的情況下，復(fù)位場(chǎng)和復(fù)位 電流也減小，這對(duì)于更低的功率和電路設(shè)計(jì)的靈活性而言都是所希望的。加熱電流的大小 可以類似于ST切換所需要的電流，并且極性也可以相同。盡管針對(duì)自由層的ST與該磁場(chǎng) 產(chǎn)生的切換力矩相反，但是該場(chǎng)力矩占主導(dǎo)，從而存儲(chǔ)元件被復(fù)位到正確的狀態(tài)。在該可替 換實(shí)施例的優(yōu)選方法中，在場(chǎng)復(fù)位電流減小到O之前，關(guān)閉加熱電流。
一種從ST-MRAM讀取數(shù)據(jù)的方法包括第一感測(cè)每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474 的電阻，然后施加電流經(jīng)過鄰近多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474中的每一個(gè)設(shè)置的復(fù)位線 466,以創(chuàng)建磁場(chǎng)，并將該磁場(chǎng)施加到該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)兀件472、474，并將每一個(gè)磁致電 阻存儲(chǔ)元件472、474設(shè)置到第一狀態(tài)。然后執(zhí)行第二感測(cè)，以感測(cè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、 474的電阻。從第一感測(cè)到第二感測(cè)、電阻對(duì)應(yīng)于磁性狀態(tài)改變而發(fā)生改變的磁致電阻存 儲(chǔ)元件472、474被識(shí)別出。對(duì)應(yīng)于磁性狀態(tài)改變電阻發(fā)生或未發(fā)生改變的存儲(chǔ)元件的順序表示該磁致電阻存儲(chǔ)元件中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。然后向所識(shí)別出的磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474施 加STT電流，以將所識(shí)別出的磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474的狀態(tài)改變到第二狀態(tài)。更具體 地，參考圖8的流程圖，提供了一種方法以讀取ST-MRAM，包括對(duì)于多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件 472,474中的每一個(gè)感測(cè)802電阻；通過經(jīng)復(fù)位線466施加電流以向該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ) 元件472、474中的每一個(gè)施加復(fù)位場(chǎng)，來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474設(shè)置804為 第一狀態(tài)；感測(cè)806所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中磁性狀態(tài)響應(yīng)于復(fù)位場(chǎng)而發(fā)生改變的至 少一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的改變；以及通過從電路404、406經(jīng)位線408 (圖4、6)和442 (圖 5)向所選磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474施加STT電流，將電阻發(fā)生改變的至少一個(gè)磁致電阻 存儲(chǔ)元件472、474編程808為第二狀態(tài)，由此使該多個(gè)MTJ位返回其原始狀態(tài)。
一種ST-MRAM電路的操作方法包括將已經(jīng)從多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474讀 取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相關(guān)電路，例如多個(gè)鎖存器，使得用戶能夠從該電路執(zhí)行讀取操作以及對(duì) 該電路執(zhí)行可以改變所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)的寫入操作；以及將那些所存 儲(chǔ)的狀態(tài)寫入該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474。更具體地，參考圖9的流程圖，提供了一 種對(duì)磁致電阻存儲(chǔ)器進(jìn)行編程的方法，包括對(duì)于多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器結(jié)構(gòu)472、474中的每一 個(gè)感測(cè)902電阻；通過經(jīng)復(fù)位線466施加電流以向每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474施加 復(fù)位場(chǎng)，來將磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474設(shè)置904為第一狀態(tài)；感測(cè)906多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ) 元件472、474中任何一個(gè)的電阻改變；識(shí)別908代表磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474的初始狀 態(tài)的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相關(guān)電路；改變910該相關(guān)電路中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中的一個(gè)或 多個(gè)所存儲(chǔ)的狀態(tài)；以及響應(yīng)于所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，通過從電路404、406經(jīng)位線408(圖4、6)和 442 (圖5)向所選磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474施加STT電流，根據(jù)需要將一些磁致電阻存儲(chǔ) 元件472、474編程912為第二狀態(tài)，以代表所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
圖10是可以在磁致電阻存儲(chǔ)器400、500、600中用來執(zhí)行圖8的方法以通過感測(cè) 每一個(gè)磁致電阻位472、474的電阻來對(duì)磁致電阻存儲(chǔ)元件進(jìn)行編程的典型感測(cè)電路1000 的方框圖。讀出放大器1002和寫入電路1004耦接到圖4和6的位線408和圖5的位線 442。讀出放大器1002感測(cè)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474的電阻，并向外提供數(shù)據(jù)到寫入電 路1004，寫入電路1004用于對(duì)磁致電阻存儲(chǔ)元件472、474進(jìn)行編程。對(duì)于圖9的方法，讀 出放大器包括前置放大器1006和鎖存器1008。由前置放大器1006所感測(cè)的電阻作為數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)在鎖存器1008中。用戶可以在磁致電阻存儲(chǔ)元件位被編程之前改變(步驟910)數(shù) 據(jù)。
圖7、8、9的流程圖是適于與磁致電阻存儲(chǔ)器一起使用的例子。應(yīng)當(dāng)明白，這些方 法可以包括任何數(shù)量的附加的或者另選的任務(wù)，所示出并討論的任務(wù)不需要按所講述的順 序執(zhí)行，并且附加的步驟可以并入具有這里沒有詳細(xì)描述的附加功能的更綜合的過程或工 藝。此外，只要預(yù)期的整體功能保持不變，所示出或描述的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)可以從這些方法 之一中省略。
圖4、5、6中示出的磁致電阻存儲(chǔ)器400、500、600包括NMOS作為開關(guān)器件404、 406，并且在圖11的示意圖中表示。開關(guān)器件404、405耦接在位線BLl和地之間，開關(guān)器件 406、407耦接在位線BLO之間。磁致電阻存儲(chǔ)元件472、473分別耦接在位線BLO和開關(guān)器 件404、405的電極之間。磁致電阻存儲(chǔ)元件474、475分別耦接在位線BLO和開關(guān)器件406、 407的電極之間。開關(guān)器件404、406的柵極耦接到字線WL1，開關(guān)器件405、407的柵極耦接到字線WL0。開關(guān)器件404、405、406、407的這種配置使得單向STT電流能夠?qū)Υ胖码娮璐?儲(chǔ)器400、500、600、700進(jìn)行編程。還示出了施加STT電流或讀取偏置電流經(jīng)過磁致電阻存 儲(chǔ)元件472而不向磁致電阻存儲(chǔ)元件473、474、475施加電流所需要施加給BLO、BLU WL0、 WLl的電壓的示例性條件。向NMOS器件404和406的柵極施加電壓使得電流通路能夠在磁 致電阻存儲(chǔ)元件472、474的底電極接地，而向NMOS器件405和407的柵極施加地電壓將在 磁致電阻存儲(chǔ)元件473和475的底電極處保持開路。另外，向BLl施加正電壓，例如VDD，使 得電流流過磁致電阻存儲(chǔ)元件472，而不流過磁致電阻存儲(chǔ)元件473。向BLO施加地電壓防 止電流流過磁致電阻存儲(chǔ)元件474或475。
這些開關(guān)器件404、405、406、407可以另選地包括二極管1204、1205、1206、 1207(圖 12)或雙極晶體管 1304、1305、1306、1307(圖 13)。類似于圖 11，BLO、BLU WL0、 WLl上示出的示例性電壓條件展示了選擇性地施加電流經(jīng)過磁致電阻存儲(chǔ)元件472而不向 磁致電阻存儲(chǔ)元件473、474和475施加電流。具體說來，在圖12中，向BLl和WLO施加正電 壓，例如VDD，同時(shí)向BLO和WLl施加地電壓，使得二極管1204被正向偏置，并且傳導(dǎo)電流經(jīng) 過磁致電阻存儲(chǔ)元件472，而二極管1205、1206和1207被反向偏置，并且沒有電流流過磁致 電阻存儲(chǔ)元件473、474和475。在圖13中，與圖12中描述的相同的電壓條件將BJT 1304 的基極-發(fā)射極端子正向偏置，并且使得電流經(jīng)磁致電阻存儲(chǔ)元件472而流到BJT 1304的 集電極再到地，而BJT 1305、1306和1307的基極發(fā)射極端子保持反向偏置，沒有電流流過 磁致電阻存儲(chǔ)元件473、474和475。通過這些例子，可以看到如何可以向包含若干行和若干 列磁致電阻存儲(chǔ)元件的陣列中的一個(gè)或多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件選擇性地施加電流。
可以理解，作為如圖4、5、6中所示，在襯底中形成晶體管404、405、406、407 ;二極 管1204、1205、1206、1207 ;或雙極晶體管1304、1305、1306、1307的替代，可以將其形成在金 屬層之間，從而使得可能形成多個(gè)垂直層的存儲(chǔ)元件。
已經(jīng)示出，磁致電阻存儲(chǔ)器400、500、600結(jié)構(gòu)及其操作方法使得能夠執(zhí)行更快的 自參考讀操作，減小對(duì)多個(gè)位執(zhí)行自參考讀操作時(shí)的功率要求，或者使得存儲(chǔ)器能夠與要 求僅在一個(gè)方向上施加電流經(jīng)過MTJ的ST-MRAM切換一起使用。
盡管前面的詳細(xì)描述中給出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該明白，存在大量 的變種。還應(yīng)當(dāng)明白，示例性實(shí)施例僅是例子，并不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適 用范圍、或配置。相反，前面的詳細(xì)描述將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供方便的路線圖來實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的示例性實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，可以在示例性實(shí)施例中描述的元件的功能和布置方面進(jìn)行 各種改變，而不脫離所附權(quán)利要求書中所闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種操作自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器的方法，所述自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器包括耦接到多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的位線、耦接到所述位線的電路、以及位于所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件附近的金屬復(fù)位線，該方法包括 通過經(jīng)所述金屬復(fù)位線施加復(fù)位電流以向所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件施加磁場(chǎng)，來將所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置為第一狀態(tài)；以及 通過從所述電路經(jīng)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件向所述位線施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流，將所選磁致電阻存儲(chǔ)元件編程為第二狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電路包括雙極晶體管，并且施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的步驟包括經(jīng)所述雙極晶體管向所述位線施加所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電路包括字線和耦接到所述字線的二極管，并且施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的步驟包括經(jīng)所述二極管向所述字線施加所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每一個(gè)所述磁致電阻存儲(chǔ)元件都包括磁隧道結(jié)器件，所述磁隧道結(jié)器件具有被隧道勢(shì)壘分隔開的固定磁性區(qū)和自由磁性區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在經(jīng)所述金屬復(fù)位線施加所述復(fù)位電流時(shí)經(jīng)所述位線施加加熱電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述磁致電阻存儲(chǔ)元件的易磁化軸與所述磁場(chǎng)成30度至60度之間的夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括 在復(fù)位步驟之前，感測(cè)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的電阻；以及 在設(shè)置步驟之后，感測(cè)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的電阻，其中編程步驟僅對(duì)在復(fù)位步驟之后對(duì)應(yīng)于磁性狀態(tài)的改變而電阻發(fā)生改變的磁致電阻存儲(chǔ)元件進(jìn)行編程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述電路包括雙極晶體管，并且施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的步驟包括經(jīng)所述雙極晶體管向所述位線施加所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述電路包括字線和耦接到所述字線的二極管，并且施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的步驟包括經(jīng)所述二極管向所述字線施加所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括 在編程步驟之前，識(shí)別并存儲(chǔ)根據(jù)由設(shè)置步驟導(dǎo)致的電阻改變確定的、代表每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及 使所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠通過附加的接口電路而被讀出。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括 在編程步驟之前，識(shí)別并存儲(chǔ)根據(jù)設(shè)置步驟之后的電阻改變確定的、代表每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及 改變一個(gè)或多個(gè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)， 其中編程步驟響應(yīng)于所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中所選擇的磁致電阻存儲(chǔ)元件編程為第二狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中所述電路包括被配置為施加所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的雙極晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中所述電路包括被配置為提供所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，還包括感測(cè)電路，被配置為感測(cè)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的電阻。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中改變一個(gè)或多個(gè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的步驟包括 使用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的至少一部分來檢測(cè)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤；以及 使用附加電路來改變所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以校正所檢測(cè)出的錯(cuò)誤。
16.一種自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，包括 多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件； 金屬復(fù)位線，鄰近所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置，并且被配置為通過在預(yù)定大小和方向的電流流過所述金屬復(fù)位線時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)來將所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置到已知狀態(tài)； 位線，耦接到所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件；以及 耦接到所述位線并被配置為經(jīng)所述位線向所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中所選擇的磁致電阻存儲(chǔ)元件施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中所述電路包括被配置為提供所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的雙極晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中所述電路包括被配置為提供所述自旋力矩轉(zhuǎn)移電流的二極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，還包括感測(cè)電路，被配置為感測(cè)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件與復(fù)位時(shí)磁性狀態(tài)的改變對(duì)應(yīng)的電阻改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，還包括 存儲(chǔ)電路，被配置為存儲(chǔ)由所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件的磁性狀態(tài)所代表的數(shù)據(jù)；以及 接口電路，被配置為使得所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠被訪問以進(jìn)行對(duì)所述存儲(chǔ)器的讀取和寫入操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，還包括 被配置為選擇所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中的至少一個(gè)以便用自旋力矩轉(zhuǎn)移電流來對(duì)其進(jìn)行編程、使所選擇的磁致電阻存儲(chǔ)元件從已知狀態(tài)切換到編程狀態(tài)以表示所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中所述磁致電阻存儲(chǔ)元件被取向?yàn)槭沟闷湟状呕S與由所述復(fù)位線產(chǎn)生的磁場(chǎng)成30度至60度范圍內(nèi)的角。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器，其中在每一個(gè)所述磁致電阻存儲(chǔ)元件中包括磁隧道結(jié)器件，所述磁隧道結(jié)器件具有被隧道勢(shì)壘分隔開的固定磁性區(qū)和自由磁性區(qū)。
24.一種操作電阻型存儲(chǔ)器的方法，該電阻型存儲(chǔ)器包括耦接到多個(gè)電阻型存儲(chǔ)元件中的每一個(gè)電阻型存儲(chǔ)元件的位線、耦接到所述位線的電路、以及位于所述多個(gè)電阻型存儲(chǔ)元件附近的金屬復(fù)位線，該方法包括 通過經(jīng)所述金屬復(fù)位線施加第一電流以施加溫度分布，來將所述多個(gè)電阻型存儲(chǔ)元件設(shè)置為第一狀態(tài)；以及 通過從所述電路經(jīng)所述多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件中選定的磁致電阻存儲(chǔ)元件向所述位線施加電流，將所選磁致電阻存儲(chǔ)元件編程為第二狀態(tài)。
全文摘要
一種對(duì)自旋力矩磁致電阻存儲(chǔ)器陣列進(jìn)行編程的裝置和方法，該磁致電阻存儲(chǔ)器陣列包括位于多個(gè)磁致電阻位中每一個(gè)磁致電阻位附近且被配置為通過在電流經(jīng)其流過時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)來將該多個(gè)磁致電阻存儲(chǔ)元件設(shè)置為已知狀態(tài)的金屬復(fù)位線。然后向這些磁致電阻位中所選擇的磁致電阻位施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流，以將所選擇的位切換到編程狀態(tài)。在另一種操作模式中，在產(chǎn)生磁場(chǎng)之前感測(cè)該多個(gè)位的電阻。在產(chǎn)生磁場(chǎng)之后再次感測(cè)該電阻，根據(jù)電阻改變來確定每個(gè)位的初始狀態(tài)所代表的數(shù)據(jù)。然后僅向那些電阻與施加磁場(chǎng)之前不同的磁致電阻位施加自旋力矩轉(zhuǎn)移電流。
文檔編號(hào)G11C11/16GK103003883SQ201180034784
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者T·安德烈, S·蒂蘭尼, J·斯勞特, N·里佐 申請(qǐng)人:艾沃思賓技術(shù)公司