DE102005046425A1 - Array resistiver Speicherzellen und Verfahren zum Erfassen von Widerstandswerten solcher Zellen - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Array resistiver Speicherzellen mit Folgendem offenbart: DOLLAR A - mehreren ersten Stromleitungen (BL); DOLLAR A - mehreren zweiten Stromleitungen (WWL); DOLLAR A - mehreren dritten Stromleitungen RWL); DOLLAR A - mehreren resistiven Speicherzellen (2), die in einer Speichermatrix zwischen den ersten und den zweiten Stromleitungen angeordnet sind, wobei die ersten Stromleitungen die Spalten derselben bilden, während die zweiten Stromleitungen die Zeilen derselben bilden und wobei jede resistiven Speicherzelle mit einer der ersten Stromleitungen verbunden ist DOLLAR A und DOLLAR A - mehrere Auswähltransistoren (6) mit Gates und Drain-Source-Pfaden, wobei jeder Drain-Source-Pfad mit mehreren resistiven Speicherzellen einer Zeile der Speichermatrix verbunden ist, die Drain-Source-Pfade verschiedener Auswähltransistoren mit einer vierten Stromleitung (SL) verbunden sind und die Gates der Auswähltransistoren einer Zeile der Speichermatrix mit einer der dritten Stromleitungen verbunden sind. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Widerstandswerts einer ausgewählten resistiven Speicherzelle.

Description

  • Die Erfindung betrifft nichtflüchtige Halbleiter-Speicherchips, und spezieller betrifft sie ein Array resistiver Speicherzellen, insbesondere eine MRAM-Konfiguration mit magnetoresistiven Speicherzellen sowie ein Verfahren zum Erfassen der Widerstandswerte, d.h. zum Lesen der logischen Zustände ausgewählter Speicherzellen in einem solchen Array.
  • Ein magnetischer (oder magnetoresistiver) Direktzugriffsspeicher (MRAM) bildet eine Technologie für nichtflüchtige Zugriffsspeicher, die den dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) als Standardspeicher für Computereinrichtungen ersetzen könnte. Insbesondere wird die Verwendung von MRAMs als nichtflüchtigen RAMs schließlich "direkteinschaltende" Systeme ermöglichen, die aktiv werden, sobald ein Computersystem eingeschaltet wird, um so die Zeitspanne einzusparen, die ein herkömmlicher Computer dazu benötigt, während des Hochfahrens des Systems Bootdaten von einem Festplattenlaufwerk in einen flüchtigen DRAM zu übertragen.
  • Eine magnetische Speicherzelle (auch als magnetoresistives Tunnelelement oder TMR-Element bezeichnet) verfügt über eine Struktur mit ferromagnetischen Schichten, die durch eine unmagnetische Schicht (Barriere) getrennt sind und in einem magnetischen Tunnelübergang (MTJ = magnetic tunnel junction) angeordnet sind. Digitale Information wird in einer magnetischen Speicherzelle als Richtungen von Magnetisierungsvektoren in den ferromagnetischen Schichten gespeichert und repräsentiert. Genauer gesagt, wird das magnetische Moment einer ferromagnetischen Schicht magnetisch fixiert oder gepinnt (auch als "Referenzschicht" bezeichnet), während das magnetische Moment der anderen ferromagnetischen Schicht (auch als "freie Schicht" bezeichnet) frei zwischen derselben und der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die fes te Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht geschaltet werden kann. Die Orientierungen des magnetischen Moments der freien Schicht sind auch als "paralleler" und "antiparalleler" Zustand bekannt, wobei der parallele Zustand dieselbe magnetische Ausrichtung der freien und der Referenzschicht bezeichnet, während der antiparallele Zustand entgegengesetzte magnetische Ausrichtungen derselben bezeichnet.
  • Abhängig vom Magnetisierungszustand der freien Schicht (d.h. paralleler oder antiparalleler Zustand) zeigt die magnetische Speicherzelle zwei verschiedene Widerstandswerte, wenn eine Spannung an die Barriere des magnetischen Tunnelübergangs angelegt wird. So spiegelt der spezielle Widerstand des TMR-Elements den Magnetisierungszustand der freien Schicht wider, wobei der Widerstand "niedrig" ist, wenn die Magnetisierung parallel ist, und er "hoch" ist, wenn die Magnetisierung antiparallel ist. Demgemäß ermöglicht es ein Erfassen von Änderungen des Widerstands eines MRAM-Elements im magnetischen Speicherelement gespeicherte Information zu erfassen, d.h. Information aus dem magnetischen Speicherelement ausgelesen wird. Außerdem wird typischerweise durch Anlegen eines bidirektionalen Stroms in einer speziellen Richtung in ein magnetisches Speicherelement geschrieben, um die freie Schicht in einem parallelen oder einem antiparallelen Zustand magnetisch auszurichten.
  • In einer MRAM-Konfiguration ist eine Anzahl magnetischer Speicherzellen und anderer Schaltkreise integriert, wie eine Steuerschaltung für magnetische Speicherelemente, Komparatoren zum Erfassen von Zuständen in einem magnetischen Speicherelement, Eingangs/Ausgangs-Schaltungen sowie verschiedene Unterstützungsschaltungen. Die magnetischen Speicherzellen sind typischerweise so konzipiert, dass sie folgend auf die CMOS-Bearbeitung am Anfang der Fertigungslinie (FEOL = front-end-of-line) in die Hinterende-Leiterbahnstruktur bei der CMOS-Bearbeitung am Hinterende der Fertigungslinie (BEOL = back-end-of-line) integriert werden.
  • Um in aktuellen elektronischen Einrichtungen von Nutzen zu sein, werden in magnetischen Direktzugriffsspeichern Arrays sehr hoher Dichte magnetischer Speicherzellen verwendet. In diesen Arrays hoher Dichte sind die magnetischen Zellen im Allgemeinen in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei einzelne Zellen für Lese- und Schreiboperationen durch die Auswahl der geeigneten Zeile und Spalte, die die gewünschte Zelle enthalten, adressierbar ist. Auch sind herkömmlicherweise orthogonale Stromleitungen vorhanden, eine für jede Zeile und eine für jede Spalte, so dass in eine ausgewählte Zelle dadurch geschrieben wird, dass ein Strom an die geeignete Zeilen-Stromleitung und die geeignete Spalten-Stromleitung geliefert wird.
  • In jüngerer Zeit hat, insbesondere angesichts moderner tragbarer Einrichtungen, wie tragbarer Computer, digitaler Stehbildkameras und dergleichen, die Nachfrage nach billigen Massenspeichern besonders hoher Dichte drastisch zugenommen. Daher besteht einer der wichtigsten Punkte hinsichtlich billiger MRAMs hoher Dichte in einer Verkleinerung der MRAM-Zelle.
  • Bei der einfachsten Ausführungsform benötigt eine MRAM-Konfiguration mit Speicherzellen in einer Speichermatrix zwischen Bit- und Wortleitungen im Idealfall nur eine Fläche von 4F2 pro Informationsinhalt oder Bit, wobei F die minimale Merkmalsgröße bei der verwendeten Technologie bezeichnet. Eine derartige Konfiguration leidet jedoch unter beträchtlichen parasitären Strömen, die während des Auslesen durch benachbarte Speicherzellen fließen, da geringfügige Differenzen der Widerstandswerte der Speicherzellen vorliegen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden bereits ausgeklügel tere Konfigurationen in Betracht gezogen, bei denen jede einzelne Speicherzelle über einen MTJ und einen Auswähltransistor verfügt. Bei dieser Konfiguration ist es jedoch von Nachteil, dass der Vorteil einer Konfiguration hoher Dichte verloren gegangen ist. Genauer gesagt, müssen, da die untere Elektrode jedes MTJ über eine Abfolge von Durchführungen, Kontakten und Metall-Auftreffkontaktflecken mit dem entsprechenden Auswähltransistor verbunden werden muss, diese Auftreffkontaktflecke bei der praktischen Realisierung eine große Kontaktfläche im Vergleich zur minimalen Merkmalsgröße aufweisen, so dass es nicht möglich ist, eine Speicherzellengröße mit einer Fläche unter 20-25F2 zu erzielen.
  • Um den obigen Konflikt zwischen einer verkleinerten Fläche bezogen auf die minimale Merkmalsgröße F einerseits und das Vermeiden parasitärer Ströme andererseits zu lösen, wurde z.B. die gemeinsame Nutzung eines Auswähltransistors für mehrere MTJs vorgeschlagen. Jedoch kann diese Lösung bei MRAMs nicht verwendet werden, da keine Mischung des Speichersignals erfolgen kann. Eine andere Lösung, wie sie vor kurzem vorgeschlagen wurde, zieht tiefe, insbesondere selbst ausgerichtete Durchführungen in Kontakt, die von der unteren Elektrode des MTJ zum Drain des Auswähltransistors verlaufen, was jedoch eine ziemlich teure Technik ist und wahrscheinlich eine ziemlich lange Entwicklungsarbeit erfordert, um Massenherstellbarkeit zu erzielen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Array resistiver Speicherzellen sowie ein Verfahren zum Erfassen von Widerstandswerten derartiger Speicherzellen zu schaffen, die zur Verwendung bei MRAM-Bauelementen geeignet sind.
  • Diese Aufgabe ist durch das Array gemäß dem Anspruch 1 und das Verfahren gemäß dem Anspruch 10 gelöst.
  • Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und sie sind in diese Beschreibung eingeschlossen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der Erfindung, und sie dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der vorgesehenen Vorteile der Erfindung werden leicht erkennbar werden, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise wechselseitig maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen kennzeichnen entsprechende, ähnliche Teile.
  • 1 ist eine schematische, perspektivische Teilansicht zum Veranschaulichen einer MRAM-Konfiguration entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Schicht einer bei der Ausführungsform der 1 dargestellten Speichermatrix von oben nach unten, um insbesondere ein Verfahren zum Erfassen des Widerstandswerts einer jeweils ausgewählten Speicherzelle zu erläutern.
  • 3 ist eine der 2 entsprechende Ansicht, wobei jedoch mit einer Leseleitung keine Auswähltransistoren verbunden sind.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsform dargestellt sind, gemäß denen die Erfindung realisiert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderer", "hinterer" usw., unter Bezugnahme auf die Aus richtung der Figur(en) verwendet. Da Komponenten der Ausführungsformen der Erfindung mit einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet, und sie ist in keiner Weise einschränkend. Es ist zu beachten, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturmäßige oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in beschränkendem Sinn zu verwenden, und der Schutzumfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Durch die Erfindung ist eine Konfiguration resistiver Speicherzellen, insbesondere eine MRAM-Konfiguration geschaffen, mit der die Größe von Speicherzellen gegenüber herkömmlichen 1T/1MTJ-Anordnungen weiter verkleinert werden kann, ohne dass nachteilige Effekte z.B. hinsichtlich parasitärer Ströme auftreten würden.
  • Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Konfiguration resistiver Speicherzellen erzielt, die über Folgendes verfügt: mehrere erste Stromleitungen, die beispielsweise Bitleitungen (BL) sind, mehrere zweite Stromleitungen, die beispielsweise Schreib-Wortleitungen (WWL) sind, mehrere dritte Stromleitungen, die beispielsweise Lese-Wortleitungen (RWL) sind, mehrere resistive Speicherzellen sowie mehrere Auswähltransistoren. In dieser Beschreibung wird der Begriff "resistive Speicherzelle" dazu verwendet, Speicherzellen beliebiger Art zu beschreiben, die in zwei oder mehr Zustände gebracht werden können, in denen sie verschiedene elektrische Widerstandswerte zeigen, wie magnetoresistive Speicherzellen mit magnetischen Tunnelübergängen, wie sie bei herkömmlichen MRAMs verwendet werden, Phasenübergangs-Speicherzellen sowie Speicherzellen mit leitender Überbrückung.
  • Bei der obigen Konfiguration sind die resistiven Speicherzellen in einer Speichermatrixform zwischen den ersten und zweiten Stromleitungen so angebracht, dass die ersten Stromleitungen die Spalten der Matrix bilden, während die zweiten Stromleitungen ihre Zeilen bilden. Jede der resistiven Speicherzellen ist mit einer separaten der ersten Stromleitungen verbunden, d.h., jede resistive Speicherzelle ist auf eine eindeutige Weise mit einer ersten Stromleitung verbunden. Ferner verfügen die mehreren Auswähltransistoren bei der obigen Konfiguration über Gates sowie Drain-Source-Pfade, von denen jeder mit mehreren resistiven Speicherzellen einer Teil- oder Gesamtzeile der Speichermatrix verbunden ist. Hierbei bezeichnet der Begriff "mehrere" eine Anzahl größer als eins, vorzugsweise 4 oder 8 resistive Speicherzellen, und es können darunter auch alle resistiven Speicherzellen einer Zeile der Konfiguration verstanden werden.
  • Noch ferner sind bei der obigen Konfiguration die Drain-Source-Pfade verschiedener Auswähltransistoren, von denen jeder mit mehreren resistiven Speicherzellen verbunden ist, wie oben beschrieben, mit einer vierten Stromleitung verbunden, die als "Leseleitung" (SL) bezeichnet werden kann. Hierbei ist der Drain-Source-Pfad jedes Auswähltransistors mit den oben genannten mehreren resistiven Speicherzellen verbunden, bei denen es sich um einen Teil der resistiven Speicherzellen einer Zeile der Speichermatrix, oder alle, handelt, und er ist andererseits mit der vierten Stromleitung verbunden. Genauer gesagt, sind die Drains der Auswähltransistoren mit den mehreren resistiven Speicherzellen verbunden, während ihre Sources mit der vierten Stromleitung verbunden sind, oder alternativ sind die Sources der Auswähltransistoren mit den mehreren resistiven Speicherzellen verbunden, während ihre Drains mit der vierten Stromleitung verbunden sind.
  • Noch ferner sind bei der obigen Konfiguration die Gates der Auswähltransistoren jeweils mit einer der dritten Stromleitungen verbunden, um sie ein- oder auszuschalten, wobei die dritten Stromleitungen beispielsweise die Lese-Wortleitungen (RWL) sind.
  • Bei einer typischen und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schneiden die zweiten Stromleitungen die ersten Stromleitungen vorzugsweise rechtwinklig, während, ebenfalls typischerweise, die dritten Stromleitungen so konzipiert sind, dass sie parallel zu den zweiten Stromleitungen verlaufen. Gemäß der Erfindung kann es auch von Vorteil sein, wenn die vierte Stromleitung parallel zu den ersten Stromleitungen verläuft.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist das obige Array resistiver Speicherzellen als MRAM-Konfiguration mit magnetoresistiven Speicherzellen realisiert, wobei jede dieser magnetoresistiven Speicherzellen einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) enthält, der typischerweise über eine erste und eine zweite magnetische Schicht aus einem magnetischen Material verfügt, die mit paralleler, übereinander liegender Beziehung aufgeschichtet sind und durch eine Schicht aus unmagnetischem Material getrennt sind. In einem derartigen MTJ ist die zweite magnetische Schicht mit einer magnetisch fixierten Magnetisierung versehen, während die erste magnetische Schicht mit einer freien Magnetisierung versehen ist, die zwischen derselben und der entgegengesetzten Richtung auf die feste Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht frei geschaltet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Widerstandswerts einer jeweils ausgewählten, d.h. adressierten resistiven Speicher zelle im obigen Array resistiver Speicherzellen. Zu einem derartigen Verfahren gehören die folgenden Schritte: die ersten Stromleitungen und die vierte Stromleitung werden auf einen vorbestimmten ersten Potenzialwert (VCM) gebracht, d.h., diese Stromleitungen werden auf dem festen Potenzialwert gehalten; dann wird der Auswähltransistor, der mit der zu lesenden resistiven Speicherzelle verbunden ist, mittels der dritten Stromleitung, die mit seinem Gate verbunden ist, eingeschaltet, um mit der adressierten Speicherzelle verbunden zu werden, während alle restlichen Auswähltransistoren durch ihre jeweils zugehörige dritte Stromleitung im ausgeschalteten Zustand gehalten werden (der obige Auswähltransistor muss ausreichend groß gewählt werden, um dann, wenn er eingeschaltet ist, den lokalen Speicherknoten der zu lesenden Speicherzelle auf dem vorbestimmten ersten Potenzial (VCM) zu halten; dann wird ein vorbestimmtes zweites elektrisches Potenzial (VCM + δV) mit der Potenzialdifferenz δV zum genannten vorbestimmten ersten Potenzial (VCM) an die erste Stromleitung angelegt, die mit der zu lesenden Speicherzelle verbunden ist, während die restlichen ersten Stromleitungen und die vierte Stromleitung auf dem vorbestimmten ersten Potenzial (VCM) gehalten werden; dann erfolgt eine Ermittlung der Stärke des durch die vierte Stromleitung fließenden Stroms, d.h. des Stroms, der aus dem folgenden Pfad besteht: erste Stromleitung, an die das vorbestimmte zweite Potenzial (VCM + δV) angelegt wurde, zu lesende Speicherzelle und Auswähltransistor, der mit dieser und der vierten Stromleitung verbunden ist. Dabei hängt dieser Strom vom vorbestimmten zweiten Potenzial (VCM + δV) und dem Widerstandswert der zu lesenden Speicherzelle ab. Um die vierte Stromleitung und die ersten Stromleitungen vorab auf das vorbestimmte erste Potenzial (VCM) zu bringen, verfügt die obige Konfiguration ferner über eine Einrichtung zu diesem Zweck.
  • Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, erfolgt das "Adressieren" oder "Auswählen" einer einzelnen resistiven Speicherzelle bei der obigen Konfiguration durch die kumulative Wirkung des Anlegens des vorbestimmten zweiten elektrischen Potenzials an die eine erste Stromleitung, die mit der zu lesenden resistiven Speicherzelle verbunden ist, und das Einschalten des Auswähltransistors der mit ihr verbunden ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen des Widerstandswerts einer ausgewählten resistiven Speicherzelle wird die vierte Stromleitung vorab auf ein vorbestimmtes drittes Potenzial (V'CM) gebracht, während die ersten Stromleitungen auf das vorbestimmte erste Potenzial (VCM) gebracht werden, wobei das dritte Potenzial kleiner als das erste gewählt wird, um Ohm'sche Verluste im Auswähltransistor zu kompensieren, der mit der ausgewählten resistiven Speicherzelle verbunden ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird nun eine Ausführungsform einer MRAM-Konfiguration 1 gemäß der Erfindung mit magnetoresistiven Speicherzellen 2 in einer Speichermatrix beschrieben, in der erste Stromleitungen die Spalten und zweite Stromleitungen die Zeilen bilden. Die MRAM-Konfiguration ist so dargestellt, dass die ersten Stromleitungen Bitleitungen (BL0, BL1, BL2, BL3) sind, während die zweiten Stromleitungen Schreib-Wortleitungen (WWL) sind, wobei von den letzteren nur eine dargestellt ist. Jede magnetische Speicherzelle 2 dieser MRAM-Konfiguration verfügt über einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) mit einer freien Schicht 3 und einer Referenzschicht 4 aus jeweils einem magnetischen Material, die parallel übereinander geschichtet sind und durch eine Schicht 5 aus unmagnetischem Material getrennt sind. Die Magnetisierung der freien Schicht ist magnetisch mit einer Bitleitung über dem entsprechenden MTJ und einer Schreib-Wortleitung unter diesem gekoppelt, um diesen in einen parallelen oder antiparallelen Zustand in Bezug auf die Magnetisierung der Referenzschicht zu schalten. Die Bitleitungen und die Schreib-Wortleitungen schneiden einander rechtwinklig, und an jeder ihrer Schnittstellen ist ein MTJ positioniert. Die Bitleitungen erzeugen ein erstes Magnetfeld, wenn ein Strom durch sie geschickt wird. Die Schreib-Wortleitungen erzeugen ein zweites Magnetfeld, wenn ein Strom durch sie geschickt wird. Beide Magnetfelder wirken an der Schnittstelle der Bitleitung und der Schreib-Wortleitung auf die Achse leichter Magnetisierung des dort positionierten MTJ ein, um ihn zu schalten.
  • Bei der Konfiguration gemäß den 1 und 2 ist jede der magnetoresistiven Speicherzellen 2 elektrisch mit einer separaten Bitleitung verbunden, und mehrere, nämlich vier Speicherzellen einer Zeile der Speichermatrix, die mit verschiedenen Bitleitungen verbunden sind, sind elektrisch mit dem Source-Drain-Pfad nur eines einzelnen Auswähltransistors 6 verbunden. Der Source-Drain-Pfad dieses Auswähltransistors 6 ist auch mit einer Leseleitung (SL) zum Erfassen, der Widerstandswerte ausgewählter magnetoresistiver Speicherzellen der mehreren damit verbundenen Speicherzellen verbunden. Das Gate des Auswähltransistors 6 ist elektrisch mit einer Lese-Wortleitung (RWL0) verbunden, um den Auswähltransistor ein- oder auszuschalten. Wie es aus der 2 erkennbar ist, verläuft jede der Lese-Wortleitungen (RWL0, RWL1, RWL2) in einer parallelen Beziehung zu den Schreib-Wortleitungen (WWL), während die Leseleitung (SL) in einer parallelen Beziehung zu den Bitleitungen (BL0, BL1, BL2, BL3) verläuft, wobei jeder der mehreren Auswähltransistoren 6, der jeweils mit mehreren Speicherzellen verbunden ist, mit der Leseleitung (SL) verbunden ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird nun ein Verfahren zum Erfassen des Widerstandswerts einer ausgewählten Speicherzelle erläutert.
  • Während in eine ausgewählte magnetoresistive Speicherzelle geschrieben wird, d.h., während digitale Information eingespeichert wird, werden jeweilige Ströme durch die Bitleitung und die Schreib-Wortleitung geschickt, an deren Schnittstelle sich die betreffende Speicherzelle befindet. Um ein Auslesen zu erzielen, d.h., um den Widerstandswert der ausgewählten Speicherzelle 7 zu erfassen, werden alle Bitleitungen und die Leseleitung zunächst auf ein erstes Potenzial (VCM) gebracht (vorab geladen), während sich alle Auswähltransistoren 6 in ihrem AUS-Zustand befinden. Der Zugriff (Auswählen oder Adressieren) startet durch Einschalten des Auswähltransistors, der mit der zu lesenden Speicherzelle 7 verbunden ist, d.h., der Auswähltransistor wird von seinem AUS- in seinen EIN-Zustand gebracht. Wenn der Auswähltransistor perfekt wäre (EIN-Widerstand = 0), würde der lokale Speicherknoten 10 an der zu lesenden Speicherzelle 7 auf dem vorbestimmten ersten Potenzial (VCM) bleiben, wenn der Auswähltransistor eingeschaltet wird, und es bestünde kein Leckpfad (parasitäre Ströme) durch die nicht ausgewählten Speicherzellen 2 am selben Speicherknoten 10, d.h. durch alle Speicherzellen, die mit diesem Auswähltransistor zusätzlich zur zu lesenden Speicherzelle verbunden sind, da an diese Speicherzellen 2 keine Spannungsdifferenz angelegt wird.
  • Dann wird ein vorbestimmtes zweites Potenzial (VCM + δV) mit der Potenzialdifferenz (δV) zum vorbestimmten ersten Potenzial (VCM) an die eine Bitleitung (BL3) angelegt, die mit der zu lesenden Speicherzelle 7 verbunden ist, während alle restlichen Bitleitungen (BL0, BL1, BL2) und die Leseleitung (SL) auf dem ersten vorbestimmten Potenzial (VCM) gehalten werden. Alle Speicherzellen entlang der Bitleitung BL3, die ein elektrisches Signal erhalten, zeigen einen parasitären Leckstrom 9, jedoch fließt in der durch den EIN-Zustand des Auswähltransistors 6 ausgewählten Zeile, da der Speicherknoten 10 auf demselben Potenzialwert (d.h. dem vorbestimmten ersten Potenzial (VCM)) wie die nicht ausgewählten Bitleitungen gehalten wird, der gesamte Lesestrom 8, der durch die ausgewählte Speicherzelle 7 fließt, auch durch den Auswähltransistor, d.h. in der Leseleitung (SL). Demgemäß kann der Widerstandswert der ausgewählten Speicherzelle 7 mittels der Leseleitung (SL) dadurch erfolgen, dass die Stärke des durch sie fließenden Lesestroms 8 erfasst wird.
  • Da in der Praxis der Auswähltransistor kein perfekter Schalter ist, sondern er im eingeschalteten Zustand einen gewissen elektrischen Restwiderstand zeigt, der von der Abmessung des Auswähltransistors, genauer gesagt, umgekehrt von seiner Weite, abhängt, sollten derartige Ohm'sche Verluste dadurch kompensiert werden, dass das erste vorbestimmte Potenzial (VCM) tatsächlich auf ein vorbestimmtes drittes Potenzial (V'CM) gebracht wird, das kleiner, typischerweise geringfügig kleiner, als das erste vorbestimmte Potenzial ist.
  • Wie es aus der 3 erkennbar ist, fließen dann, wenn die Auswähltransistoren jeweils mit Masse statt mit einer gemeinsamen Leseleitung verbunden werden, und wenn alle Bitleitungen mit Ausnahme derjenigen, die mit der zu lesenden Speicherzelle verbunden ist und an die ein anderes Potenzial als das Nullpotenzial angelegt wird, mit Masse verbunden sind, fließen parasitäre Leckströme durch die mit dieser Bitleitung verbundenen Speicherzellen, und sie fließen auch durch die nicht ausgewählten Speicherzellen der mehreren mit dem Auswähltransistor verbundenen Speicherzellen. So wird das Erfassen von Widerstandswerten für eine ausgewählte Speicherzelle verhindert.
  • Bei einer Layoutrealisierung ist es möglich, denselben Prozessablauf wie bei der Herstellung bekannter Arrays resistiver Speicherzellen zu verwenden. Anstatt dass jedoch die Speicherzellengröße wegen Einschränkungen beim Auswähltransistor auf 20-25 F2 beschränkt wäre, ist eine minimale Fläche pro Speicherzelle vom kleinen Wert von 9,1 F2 möglich, da mehrere, nämlich 4 oder 8 Speicherzellen mit einem einzelnen Auswähltransistor verbunden werden. In vorteilhafter Weise können parasitäre Ströme durch die nicht ausgewählten Speicherzellen, die mit diesem Auswähltransistor verbunden sind, vermieden werden.

Claims (11)

  1. Array resistiver Speicherzellen mit: – mehreren ersten Stromleitungen (BL); – mehreren zweiten Stromleitungen (WWL); – mehreren dritten Stromleitungen (RWL); – mehreren resistiven Speicherzellen (2), die in einer Speichermatrix zwischen den ersten und den zweiten Stromleitungen angeordnet sind, wobei die ersten Stromleitungen die Spalten derselben bilden, während die zweiten Stromleitungen die Zeilen derselben bilden und wobei jede resistive Speicherzelle mit einer der ersten Stromleitungen verbunden ist; und – mehreren Auswähltransistoren (6) mit Gates und Drain-Source-Pfaden, wobei jeder Drain-Source-Pfad mit mehreren resistiven Speicherzellen einer Zeile der Speichermatrix verbunden ist, die Drain-Source-Pfade verschiedener Auswähltransistoren mit einer vierten Stromleitung (SL) verbunden sind und die Gates der Auswähltransistoren einer Zeile der Speichermatrix mit einer der dritten Stromleitungen verbunden sind.
  2. Array nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Stromleitungen die ersten Stromleitungen rechtwinklig schneiden.
  3. Array nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Stromleitungen parallel zu den zweiten Stromleitungen verlaufen.
  4. Array nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Stromleitung parallel zu den ersten Stromleitungen verläuft.
  5. Array nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren resistiven Speicherzellen vier resistive Speicherzellen sind.
  6. Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren resistiven Speicherzellen acht resistive Speicherzellen sind.
  7. Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren resistiven Speicherzellen alle resistive Speicherzellen einer Zeile der Speichermatrix sind.
  8. Array nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorhanden ist, um die ersten Stromleitungen und die vierte Stromleitung auf ein vorbestimmtes Potenzial (VOM) zu bringen.
  9. Array nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Array eine MRAM-Konfiguration mit magnetoresistiven Speicherzellen bildet, von denen jede einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) mit einer ersten und einer zweiten magnetischen Schicht aus einem jeweiligen magnetischen Material, die parallel übereinander geschichtet sind und durch eine Schicht aus unmagnetischem Material getrennt sind, aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht mit einer magnetisch festen Magnetisierung versehen ist, während die erste magnetische Schicht mit einer freien Magnetisierung versehen ist, die zwischen derselben und der entgegen gesetzten Richtung in Bezug auf die feste Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht frei geschaltet werden kann.
  10. Verfahren zum Erfassen des Widerstandswerts einer ausgewählten resistiven Speicherzelle, die in einem Array resistiver Speicherzellen zu lesen ist, mit den folgenden Schritten: – erste Stromleitungen und eine vierte Stromleitung werden vorab auf ein vorbestimmtes erstes Potenzial gebracht; – ein Auswähltransistor, wie er mit der zu lesenden Speicherzelle verbunden ist, wird eingeschaltet, während alle anderen Auswähltransistoren, die mit den anderen Speicherzellen verbunden sind, ausgeschaltet bleiben; – an die eine erste Stromleitung, die mit der zu lesenden Speicherzelle verbunden ist, wird ein vorbestimmtes zweites elektrisches Potenzial mit einer Potenzialdifferenz zum vorbestimmten ersten Potenzial angelegt, während alle restlichen ersten Stromleitungen und die vierte Stromleitung auf dem vorbestimmten ersten Potenzial gehalten werden; und – es wird die Stärke des durch die vierte Stromleitung fließenden Stroms ermittelt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Stromleitung vorab auf ein vorbestimmtes drittes Potenzial gebracht wird, während die ersten Stromleitungen auf das vorbestimmte erste Potenzial gebracht werden, wobei das zweite Potenzial kleiner als das erste ist, um Ohm'schen Verlust des Auswähltransistors zu kompensieren.
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