[发明专利]通过施加P-衬底偏压和调节阈值电压提高磁性隧道结的编程电流

说明书

本申请要求于2009年4月16日提交的名为“Raising ProgrammingCurrent of Magnetic Tunnel Junctions by Applying P-Sub Bias and AdjustingThreshold Voltage”的美国临时申请No.61/170,074的优先权，该申请结合于此作为参考。

技术领域

本发明整体涉及存储器件，尤其涉及磁阻性随机存取存储器(MRAM)器件的写入(编程)。

背景技术

半导体存储器件在用于电子应用的集成电路中被使用，其包括无线电设备、电视、手机和个人计算装置。通常已知的存储器件包括电荷存储器件，诸如动态随机存取存储器(DRAM)和闪存。

存储器件的最新发展涉及自旋电子学，其结合半导体技术和磁性材料。电子的自旋极化而不是电子的电荷被用于表示“1”或“0”的状态。一种这样的自旋电子器件为自旋扭矩传递(STT)磁性隧道结(MTJ)器件10，如图1所示。

MTJ器件10包括自由层12、隧道层14、以及固定层16。自由层12的磁化方向可以通过施加通过隧道层14的电流而被反转，这导致自由层12内注入的极化电子对自由层12的磁化施加自旋扭矩。固定层16具有固定的磁化方向。当电流I1在从自由层12到固定层16的方向上流动时，电子在反方向上流动，即，从固定层16至自由层12。在通过固定层16，流过隧道层14，然后进入并累积在自由层12中之后，电子被极化成与固定层16相同的磁化方向。最后，自由层12的磁化平行于固定层16的磁化，并且MTJ器件10将处于低阻抗状态。由电流I1导致的电子注入被称为主要注入。

当施加从固定层16至自由层12的电流I2时，电子在从自由层12至固定层16的方向上流动。具有与固定层16的磁化方向相同的极化的电子能够流过隧道层14并且进入固定层16。相反地，具有与固定层16的磁化不同的极化的电子将通过固定层16被反射(阻挡)，并且将累积在自由层12中。最终，自由层12的磁化变为与固定层16的磁化反向平行，并且MTJ器件10将处于高阻抗状态。由电流I2引起的相应电子注入被称为次要注入。

为了消除MRAM单元的寄生负荷，当MRAM单元被集成在MRAM阵列中时，字线选择器被用于使未选择的MRAM单元(在其上不执行操作)与源极线电隔离。例如，图2示出了包括连接至字线选择器20的MTJ器件10的MRAM单元，其由字线22控制。当MTJ器件10被选择用于写入或读取时，字线22被设置为逻辑高，使得写入/读取电流I可以通过MTJ器件10。对于未选择的行，字线22被施加有逻辑低电压。然而，字线选择器20的增加限制了可以流过MTJ器件10的电流。MTJ器件10的写入电流I被字线选择器20的电流提供能力限制。为了有效地和可靠地对MTJ器件10进行编程，写入电流I需要非常高。然而，这要求字线选择器20很大。字线选择器20的尺寸的增大导致MRAM单元所要求的芯片面积使用的增加。增加字线选择器20的尺寸的要求与增加MRAM阵列的密度的要求冲突。从而需要一种解决方案。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种操作磁阻性随机存取存储器(MRAM)单元的方法包括：设置MRAM单元，该MRAM单元包括磁性隧道结(MTJ)器件和具有串联至MTJ器件的源-漏路径的字线选择器。负偏压被连接至字线选择器的主体，以增加字线选择器的驱动电流。

根据本发明的另一方面，一种操作MRAM单元的方法包括：设置MRAM单元，该MRAM单元包括MTJ器件和具有串联至MTJ器件的源-漏路径的字线选择器。该方法进一步包括：将负偏压连接至字线选择器的主体；接通字线选择器；以及在施加负偏压的一段时间内，施加流过字线选择器的源-漏路径的写入电流。

根据本发明还有的又一方面，一种集成电路包括MRAM单元，该MRAM单元包括MTJ器件和具有串联至MTJ器件的源-漏路径的字线选择器。电源连接至字线选择器的主体并且被配置成提供负偏压给字线选择器的主体。

根据本发明还有的又一方面，一种集成电路包括MRAM单元，该MRAM单元包括MTJ器件和具有串联至MTJ器件的源-漏路径的字线选择器。字线选择器具有小于约0.2V的阈值电压。

本发明的有利特征包括在不要求增加字线选择器的尺寸的情况下，增加字线选择器的驱动能力。

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：

图1示出了磁性隧道结(MTJ)单元的截面图；