[发明专利]先进的磁性随机存取记忆体设计

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求的优先权系于2007年2月6日所提出申请的美国临时专利申请第60/888490号申请案，并且根据其参考文献的全部合并于本发明中。本申请亦同样关系于随后一般指定的美国专利申请案，其所有的申请系根据参考文献的所有目的合并于此：

“写入与读取磁性记忆体装置用的磁性随机存取记忆体与方法”申请案编号11/115,422，于2005年4月27日提出申请，发明人为Wen Chin Lin。

“多感应层磁性随机存取记忆体结构”申请案编号10/685,824，于2003年10月13日提出申请，发明人为Wen Chin Lin与Denny D.Tang。

“具有不同磁性电阻比的多感应层磁性随机存取记忆体结构”申请案编号10/678,699，于2003年10月3日提出申请，发明人为Wen Chin Lin与Denny D.Tang。

“在磁性随机存取记忆体中的非正交写入线结构”申请案编号(T.B.D.)，律师文件编号24061.90，发明人为Wen Chin Lin、DennyD.Tang与Li Shyue Lai。

“具有管状自由层的磁性随机存取记忆体胞与其制造方法”，律师文件编号24061.88，发明人为Wen Chin Lin、Denny D.Tang与Li Shyue Lai。

“具有减少写入电流的磁性随机存取记忆体胞”律师文件编号24061.89，发明人为Wen Chin Lin、Denny D.Tang与Li Shyue Lai。

技术领域

本发明所揭露的实施例一般涉及一种磁性随机存取记忆体装置(MRAM)，特别是关于磁性随机存取记忆体阵列，利用改善的磁穿隧接面(MTJ)材料、制程与电路提供最佳速度与最小面积。

背景技术

磁穿隧接面记忆体装置包含三个基础层，分别为自由铁磁层、绝缘穿隧阻障物与固定铁磁层。在外部磁场之下，自由铁磁层的磁动量能自由转动。固定铁磁层包含铁磁层及/或反铁磁层，为固定铁磁层中的磁动量。因此，固定的铁磁层的磁动量固定在固定方向。在固定的铁磁层与自由的铁磁层之间非常薄的绝缘层形成穿隧阻障物。

在电性上，磁穿隧接面记忆体装置可作为一电阻。该电阻的大小取决于自由铁磁层与固定铁磁层的磁性方向。诚如本领域技术人员所知，当磁向量没有被安排为同方向(指向相反方向)时，磁穿隧接面记忆体装置具有相当高的电阻，而当磁向量被安排为同方向时，则具有相当低电阻。也就是说，磁穿隧接面记忆体装置依照自由铁磁层与固定铁磁层的相对磁方向来储存一位(bit)的信息。换句话说，在任何一已知时间上的每一磁穿隧接面记忆体装置的磁性假定为两个稳定方向的其中一个。这两个稳定方向，称为“平行”与“非平行”磁方向，例如代表逻辑值“0”与“1”。

为了写入或改变在基础磁穿隧接面记忆体装置中的状态，可额外施加足以完全切换自由铁磁层的稳定磁方向的磁场。为了确保在磁穿隧接面记忆体装置中的状态，可经由磁穿隧接面记忆体装置来施加读取电流。由于磁阻会根据储存在磁穿隧接面记忆体装置中的状态来改变，所以磁穿隧接面记忆体装置的逻辑状态则可通过得到整个磁穿隧接面记忆体装置的电压差而感应。磁性随机存取记忆体阵列包含多个磁穿隧接面记忆体装置，且整个磁性随机存取记忆体阵列的二位逻辑数据基本上是通过施加垂直流经被选出磁穿隧接面记忆体装置的感应电流所读取。切换器，基本上是像已知金氧半场效晶体管的晶体管，以阻障杂散读取电流路径。此外，该切换器亦可被使用来避免写入干扰。