CN1308959C - 包含偏移导体的磁随机存取存储器件 - Google Patents
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Abstract
一种磁随机存取存储器(MRAM)(10)包括单元(14)的阵列(12)；和在该阵列(12)第一侧的多个第一导体。第一导体沿着第一方向延伸并偏移至少若干存储器单元(14)。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储。更具体地说，本发明涉及磁随机存取存储器(MRAM)。
背景技术
磁随机存取存储器(MRAM)是一种非易失的存储器，它正被考虑用于短期和长期数据存储。MRAM比短期存储器如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和闪速存储器功率消耗较低。与常规长期存储装置如硬盘驱动器相比，MRAM能够更快(几个数量级)地执行读和写的操作。另外，MRAM比硬盘驱动器更小巧和消耗更少的功率。MRAM也正被考虑供嵌入应用如极快的处理器和网络设备之用。
一种典型的MRAM器件包存储器单元阵列，沿存储器单元行延伸的字线，和沿存储器单元列延伸的位线。各个存储器单元位于一根字线和一根位线的交叉点。
存储器单元可以是基于磁阻器件如隧道效应磁阻器件(TMR)或巨磁阻(GMR)器件。一种典型的TMR器件包括钉轧层、检测层以及夹在钉轧层和检测层之间的绝缘隧道阻挡层。钉轧层有一个磁化取向，在有效范围内存在外加磁场下它才能固定不转。检测层具有磁化，它可以沿两个方向中任一方向取向：与钉轧层磁化相同方向或同钉轧层磁化的相反方向。如果钉轧层的磁化和检测层的磁化处于同一方向，那么TMR器件的方向称为“平行”。如果钉轧层的磁化和检测层的磁化处于相反方向，那么TMR器件的取向称为“反平行”。这两个稳定的方向，平行和反平行，可以相应于‘0’和‘1’的逻辑值。
除了数据层和基准层被一导电的非磁金属层代替绝缘的隧道阻挡层隔开之外，GMR器件有像TMR器件一样的基本结构。检测层和钉轧层的相对的磁化方向影响以面内电流(CIP)几何运行的GMR器件的共面电阻，并同样地影响以垂直于平面(CPP)电流几何运行的GMR器件的垂直平面的电阻。
存储器单元的密度受限于线之间的面内距离。通过该线能驱动的最大电流受限于该线的电流密度。这两个参数——线间距和电流密度——限制了可以被施加到磁阻器件检测层的最大开关场。
人们期望提高施加到磁阻器件的最大开关场，而不降低存储器密度。提高此最大磁场能使存储器单元的矫顽力得到提高。反过来，提高了矫顽力能提高向存储器单元写入数据的完整性，并能降低所不需要的对未选择位消磁的副作用。此外，校正这样的消磁能提高关于错误代码校正的负担。
发明内容
根据本发明的一个方面，数据存储器包括磁存储器单元阵列；和在存储器单元阵列一侧的多个第一导体。第一导体在第一方向延伸。第一导体在第二方向至少偏移若干存储器单元。第一和第二方向是正交的。
由下面的详细描述，通过实例并结合附图说明本发明的原理本，发明的其他方面和优点将会变得明显。
附图说明
图1和图2是根据本发明的第一MRAM器件的说明。
图3是给第一MRAM器件写入的方法的说明。
图4和图5根据本发明的第二MRAM器件的说明。
图6至8是根据本发明的第三、第四和第五MRAM器件的说明。
具体实施方式
参看图1和图2，此两图说明包括磁存储器单元14的电阻性交叉点阵列12的MRAM器件10。磁存储器单元14可以包括磁阻器件如隧道效应磁阻器件或巨磁阻器件。存储器单元14按行和列排列，行沿X方向延伸并且列沿Y方向延伸。为简化MRAM器件10的说明，只展示了少数存储器单元14。实际上，任何大小的阵列都可以使用。
用作位线16的轨迹在阵列12的一侧沿Y方向延伸。阵列12的每一列都可以有一个位线16。
用作字线18的轨迹在阵列12的相反一侧的平面内沿X方向延伸。在常规的MRAM器件中(未示出)，各个存储器单元都位于字线和位线的交叉点。相反，在图1的MRAM器件10中，字线18在Y方向却偏移了存储器单元14。这种偏移是以字母Off表示。各个存储器单元14位于两个相邻的字线18之间，并且重叠。各个存储器单元14也同位线16和相邻的字线18之一保持电接触。存储器单元14和字线18之间通过通孔19形成电接触。
MRAM器件10包括行驱动器20和列驱动器22，在写入操作期间给选定的位和字线16和18提供写入电流IY、IX1和IX2。这些写入电流IY，IX1和IX2在选定的位和字线16和18周围产生磁场HX，HY1和HY2。因为选定的存储器单元14位于两个选定的相邻的字线18之间并位于选定的位线16之上，它“看见”三条线的磁场HX，HY1和HY2。当结合起来时，这些磁场HX，HY1和HY2强度高到足以改变选定的存储器单元14的磁化方向。
半选的单元(即，存储器单元14沿着选定的位线16或只沿着一条选定的字线)将只看见三个磁场HX，HY1和HY2之一；因此，半选单元的磁化取向应不会受到影响。同样地，既沿着选定的位线16又沿着单条选定的字线18的存储器单元14将只看到三个磁场HX，HY1和HY2中的两个磁场；因此，它们的磁化取向应不受影响。对所要求的磁场，两条相邻的字线18可能均分写入电流。在写入操作期间，两条相邻线18可以以小于最大额定电流功率来驱动。而且，可以供给线16和18不同的写入电流。
因为字线18是偏移的，所以它们比常规的MRAM器件中的字线更远离存储器单元14。然而，已经发现两条偏移存储器单元14的相邻的字线18，比不偏移存储器单元的单条字线提供更强的磁场。
MRAM器件10进一步包括连接到列驱动器22上的检测放大器24。该检测放大器24的输出耦合到数据寄存器26，并且数据寄存器26的输出耦合到MRAM器件10的I/O连接区(pad)28。在读出操作期间，检测放大器24显示选定的存储器单元14的电阻状态。简单的检测方法可以通过在选定的存储器单元14两端加上电压来实现，并检测电流通过选定的存储器单元14的流动。
存储器单元14通过多个并联的通路连接到一起。在一个连接点看到的电阻等于存储器单元14在那连接点同在其他行和列的存储器单元14的电阻相并联的电阻。于是存储器单元14的阵列12可以表征为交叉点电阻网。
因为存储器单元14连接成交叉点电阻网，寄生的或潜路电流可能干扰选定的存储器单元14上的读出操作。阻挡器件如二极管和三极管可以连接到存储器单元14上。这些阻挡器件可以阻断寄生电流。
在另一种方案中，寄生电流可以用在受让人的美国专利号6259644中公开的“等势”方法来处理。作为该等势方法的一种实例，列驱动器22可以给未选的位16像选定的位16那样提供同样的电位，或行驱动器20可以给未选的字线16像选定的字线16那样提供同样的电位。
现在参看图3，它展示写入选定的存储器单元的一种方法。写入电流供给最接近选定的存储器单元(方框110)的两条字线，并且写入电流供给跨接存储器单元的位线(方框112)。这三条线组合的磁场引起选定的存储器单元沿假设所需方向。该磁化取向的方向将取决于写入电流的方向。
除了第二MRAM器件210在阵列12同一侧进一步包括像位线16那样的第二字线218层(level)之外，图4和图5说明相似于图1和图2的MRAM器件10的第二MRAM器件210。第二字线218沿X方向延伸。行驱动器220在写入操作期间提供写入电流给第一和第二字线18和218。第二字线218，图4中用虚线表示位于位线16之下。第二字线218是同位线16和存储器单元14电绝缘的。然而，当给最接近选定存储器单元14的两条第二字线218，以及交叉位线16和最接近选定的存储器单元14的两条第一字线18提供写入电流时，选定的存储器单元看见五条线的磁场。于是，第二字线218进一步提高了开关场。
因此，与有同样导体间距、大小和电流密度的常规器件相比，所公开的MRAM器件10和210能提供更高写入场的。更高的写入场能使存储器单元的矫顽力得到提高，从而提高了给存储器单元写入数据的完整性和减少了未选的位消磁的频率。
在另一种方案中，能够降低字和位线的写入场和电流的需求。给定场的电流需求的降低有以下直接的利益：减少发热，且能使检测放大器和电子仪器做得更好和更小，以及减少导线中的电迁移问题。对给定的电流限制，可以增强由位和字线产生的写入场。
尽管采用多个通路对MRAM器件10和218进行描述，但本发明并不局限于此。代之以，字和位线都可以直接同磁存储器单元进行电接触。例如，图6展示一种MRAM器件310，其中字线18相对于存储器单元14是偏移的。其在Y方向的偏移(Off)量使得各个存储器单元14只同两条最接近的字线18之一进行电连接。在写入操作期间，流经位线16和两条最接近的字线18的电流大到足以只开关选定的存储器单元14。
可以装配另外的导体水平线(level)。这些另外的层在Z方向(Z方向同X方向和Y方向正交)可以与字和/或位线隔开。例如，图7展示一种MRAM器件410，其中第二字线418另外的层直接位于第一字线18之上并同它们对齐。这样第二字线418在Y方向也偏移(Off)存储器单元14。例如，图8展示一种MRAM器件510，其中第二导体518在Y方向偏移(Off)存储器单元14。然而，第一字线18是不偏移的。而且，第一字线18直接同存储器单元14接触并同它们对齐。
虽然已经连同偏移字线一起描述了MRAM器件，但它们并不局限于此。位线可以取代字线被偏移，或，字线和位线都可以被偏移。可以仅为字线、仅为位线、或既为字线又为位线增加另外的导体层。
字线和位线可以互换位置。例如，除了位线取代字线被偏移之外，MRAM器件可以有图2所示的同样结构。
本发明不限于MRAM器件。它可以用于其他器件如磁传感器阵列。在该阵列中，相邻的导体能够增强施加到磁阻元件上的磁场。
虽然已经描述和说明了本发明的具体实施方案，但本发明不限于所描述和说明的部分的特定形式或布局。而是，根据随后的权利要求进行分析说明。
Claims (12)
1.一种数据存储器件(10，210，310，410，510)，该器件包括磁存储器单元(14)的阵列(12)；和
在存储器单元阵列(12)一侧的多个第一导体(18)，第一导体(18)沿着第一方向延伸；
所述第一导体在第二方向偏移至少一个存储器单元(14)，第一和第二方向是正交的。
2.权利要求1的器件(10，210，310，410，510)，其中至少一个磁存储器单元(14)位于两个相邻的第一导体(18)之间。
3.权利要求1的器件(10，210，310，410，510)，其中当写入电流被提供给两个相邻的第一导体时，至少一个磁存储器单元(14)安装在受到两个相邻的第一导体磁场作用的位置。
4.权利要求1的器件(10)，该器件在存储器单元阵列(12)的另外一侧还包括多个第二导体(16)，第二导体(16)沿着第二方向延伸并且同存储器单元(14)直接接触。
5.权利要求1的器件(210)，在存储器单元阵列(12)的另外一侧进一步包括多个第二导体(218)，第二导体(218)沿着第一方向延伸并且在第三方向与存储器单元(14)间隔开，此第三方向同第一和第二方向正交。
6.权利要求1的器件(10，210)，该器件还包括多个通孔(19)；其中第一导体(18)在第三方向与存储器单元(14)间隔开；以及其中每个通孔(19)将一个第一导体(18)只同一个磁存储器单元(14)进行电连接，第三方向同第一和第二方向正交。
7。权利要求6的器件(410)，该器件进一步包括同第一导体(18)电绝缘的第二导体(418)层，该第二导体(418)位于所述第一导体(18)和存储器单元(14)之间。
8。权利要求7的器件(410)，其中第二导体(418)在第二方向上偏移与第一导体(18)同样的数目。
9.权利要求1的器件(510)，该器件进一步包括多个第二导体(518)，所述第一导体(18)位于该第二导体(518)和存储器单元(14)之间；其中每个磁存储器单元(14)只同第一导体(18)之一直接进行电连接。
10.权利要求9的器件，其中第一导体(18)同存储器单元(14)对齐。
11.权利要求1的器件(510)，其中每个存储器单元(14)只同第一导体(18)之一直接物理接触。
12.权利要求1的器件(410，510)，该器件进一步包括同第一导体(18)电绝缘的第二导体(418，518)的层，该第一导体(18)位于第二导体(418，518)和存储器单元(14)之间。
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