DE102019121676A1 - Speicherzelle mit einpoligen selektoren - Google Patents

Speicherzelle mit einpoligen selektoren Download PDF

Info

Publication number
DE102019121676A1
DE102019121676A1 DE102019121676.1A DE102019121676A DE102019121676A1 DE 102019121676 A1 DE102019121676 A1 DE 102019121676A1 DE 102019121676 A DE102019121676 A DE 102019121676A DE 102019121676 A1 DE102019121676 A1 DE 102019121676A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
unipolar selector
mtj
electrode
unipolar
mtj device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019121676.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Katherine H. Chiang
Chung-Te Lin
Mauricio Manfrini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of DE102019121676A1 publication Critical patent/DE102019121676A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1653—Address circuits or decoders
    • G11C11/1657—Word-line or row circuits
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1659—Cell access
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/003—Cell access
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/10—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having two electrodes, e.g. diodes or MIM elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

In einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung weist eine Magnettunnelübergangs- (MTJ) Vorrichtung auf, die innerhalb einer dielektrischen Struktur über einem Substrat angeordnet ist. Die MTJ-Vorrichtung weist einen MTJ auf, der zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist. Ein erster unipolarer Selektor ist innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet und ist mit der ersten Elektrode verbunden. Der erste unipolare Selektor ist dazu eingerichtet, zu erlauben, dass Strom entlang einer ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt. Ein zweiter unipolarer Selektor ist innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet und ist mit der ersten Elektrode verbunden. Der zweite unipolare Selektor ist dazu eingerichtet, zu erlauben, dass Strom entlang einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Viele moderne elektronische Bauelemente bzw. Vorrichtungen enthalten einen elektronischen Speicher, der dazu eingerichtet ist, Daten zu speichern. Der elektronische Speicher kann ein flüchtiger Speicher oder ein nichtflüchtiger Speicher sein. Ein flüchtiger Speicher speichert Daten, wenn er mit Strom versorgt wird, während ein nichtflüchtiger Speicher in der Lage ist, Daten zu speichern, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist. Magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (MRAM) ist ein vielversprechender Kandidat für eine nichtflüchtige Speichertechnologie der nächsten Generation.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass, gemäß der Standardpraxis in der Industrie, verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können zur Klarheit der Diskussion die Abmessungen der verschiedenen Merkmale beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einiger Ausführungsformen einer Speicherschaltung mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Zugriff auf ein Magnettunnelübergangs-(MTJ) Bauelement bereitzustellen.
    • Die 2A-2C veranschaulichen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen von integrierten Schaltungen mit einer Speicherzelle, die eine Zugriffsvorrichtung aufweist, die mehrere unipolare Selektoren umfasst.
    • Die 3A-3C veranschaulichen schematische Diagramme einiger Ausführungsformen von Lese- und Schreiboperationen einer offenbarten Speicherzelle von 2A.
    • 4A veranschaulicht ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen einer Speicherschaltung, die ein Speicherarray mit mehreren MRAM-Zellen umfasst, die jeweils eine Zugriffsvorrichtung mit mehreren unipolaren Selektoren aufweisen.
    • 4B veranschaulicht eine Tabelle, die einige Ausführungsformen beispielhafter Betriebsbedingungen des Speicherarrays von 4A zeigt.
    • Die 5A-5C veranschaulichen einige zusätzliche Ausführungsformen einer Speicherschaltung mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren, die Dioden aufweisen, umfasst.
    • Die 6A-6B veranschaulichen einige zusätzliche Ausführungsformen einer Speicherschaltung mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren, die Dioden aufweisen, umfasst.
    • Die 7-15 veranschaulichen einige Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bildung eines integrierten Chips mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, selektiv einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen.
    • 16 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bildung eines integrierten Chips mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, selektiv einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren unterschiedlicher Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Spezifische Beispiele für Komponenten und Anordnungen werden im Folgenden beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Beispielsweise kann die Ausbildung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen aufweisen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen aufweisen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element gebildet sein können, so dass das erste und zweite Element möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen diskutierten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Ferner können räumliche relative Ausdrücke, wie „darunter“, „unter“, „unten“, „über“, „oben“ und dergleichen, hierin zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder einem anderen Merkmal (anderen Merkmalen), wie in den Figuren veranschaulicht, zu vereinfachen. Die räumlichen relativen Ausdrücke sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Bauelements einschließen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Orientierungen), und die hier verwendeten räumlichen relativen Deskriptoren können ebenfalls entsprechend interpretiert werden.
  • Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelemente bzw. Vorrichtungen umfassen einen MTJ, der vertikal zwischen leitenden Elektroden angeordnet ist. Der MTJ umfasst eine gepinnte Schicht, die durch eine Tunnelbarriereschicht von einer freien Schicht separiert ist. Die magnetische Ausrichtung der gepinnten Schicht ist statisch (d. h. fest), während die magnetische Ausrichtung der freien Schicht in Bezug auf die der gepinnten Schicht fähig ist, zwischen einer parallelen Konfiguration und einer antiparallelen Konfiguration umzuschalten. Die parallele Konfiguration sieht einen niederohmigen Zustand vor, in dem Daten als ein erster Datenzustand (z. B. eine logische „1“) digital gespeichert werden. Die antiparallele Konfiguration sieht einen Zustand mit hohem Widerstand vor, in dem Daten als ein zweiter Datenzustand (z. B. eine logische „o“) digital gespeichert werden.
  • Typischerweise sind MTJ-Bauelemente innerhalb eines Speicherarrays in Zeilen und Spalten angeordnet. Eine Lese- oder Schreiboperation wird an einem MTJ-Bauelement innerhalb des Speicherarrays durchgeführt durch Aktivieren von Wortleitungen und Bitleitungen, um eine Zugriffsvorrichtung zu betreiben, die selektiv eine Spannung und/oder einen Strom an das MTJ-Bauelement bereitstellt. Um unterschiedliche Datenzustände zu erreichen, ist die Zugriffsvorrichtung typischerweise ein bipolarer Selektor, der es erlaubt, dass Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt. Dies liegt daran, dass ein MTJ-Bauelement in Abhängigkeit von der Richtung eines angelegten Stroms zwischen einem hohen und einem niedrigen Widerstandszustand umschaltet. Beispielsweise kann ein Strom, der von einer Bodenelektrode bzw. unteren Elektrode zu einer oberen Elektrode fließt, einem MTJ-Bauelement einen hohen Widerstandszustand verleihen, während ein Strom, der von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode fließt, dem MTJ-Bauelement einen niedrigen Widerstandszustand verleihen kann.
  • Ein Typ eines Bipolar-Selektors, der häufig als Zugriffsvorrichtung für MTJ-Bauelemente verwendet wird, ist ein MOSFET-Transistor. Während ein MOSFET-Transistor eine gute Leistungsfähigkeit bietet, kann die relativ hohe Spannung und/oder der relativ hohe Strom, der während der Schreibvorgänge eines MTJ-Bauelements verwendet wird, dazu führen, dass der MOSFET-Transistor im Vergleich zu MTJ-Bauelementen relativ groß ist. Die große Größe des MOSFET-Transistors stellt eine Begrenzung dar, wie weit kleine Speicherzellen innerhalb eines Speicherarrays verkleinert werden können. Andere Typen von bipolaren Selektoren (z. B. Stapelschichtselektoren) können alternativ als Zugriffsvorrichtung für MTJ-Bauelemente verwendet werden. Während andere Typen von bipolaren Selektoren kleiner ausgelegt werden können, können solche bipolaren Selektoren jedoch darin versagen, die Geschwindigkeits- und/oder Ausdauervorteile, die MTJ-Bauelemente gegenüber anderen Speichertypen (z. B. DRAM und/oder SRAM) bieten, aufrechtzuerhalten.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft in einigen Ausführungsformen einen integrierten Chip, der eine Speicherzelle mit einem Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelement und einer Zugriffsvorrichtung umfasst, die mehrere unipolare Selektoren (d. h. Bauelemente, die während des normalen Betriebs Strom jeweils entlang einer einzelnen Richtung leiten) umfasst. Weil die Zugriffsvorrichtung mehrere unipolare Selektoren umfasst, ist sie in der Lage, Strom durch das MTJ-Bauelement in entgegengesetzten Richtungen zu leiten, wodurch das Schreiben und Lesen von Daten aus dem MTJ-Bauelement ermöglicht wird. Darüber hinaus sind die unipolaren Selektoren in der Lage, mit einer geringeren Größe als ein Zugriffstransistor und mit einer höheren Qualität als andere Typen von bipolaren Selektoren gebildet zu werden. Dementsprechend ist die resultierende Speicherzelle in der Lage, eine relativ kleine Größe (z. B. zwischen dem 1- bis 5-fachen einer Fläche eines MTJ) und eine gute Leistungsfähigkeit (z. B. hohe Lebensdauer und niedrige Zugriffsgeschwindigkeit) aufzuweisen.
  • 1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einiger Ausführungsformen einer Speicherzelle 100 mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolare Selektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Zugriff auf ein Magnettunnelübergangs-(MTJ) Bauelement bereitzustellen.
  • Die Speicherzelle 100 umfasst ein MTJ-Bauelement 102 mit einer Datenspeicherschicht 103b, die zwischen einer ersten Elektrode 103a und einer zweiten Elektrode 103c angeordnet ist. Die erste Elektrode 103a ist mit einer Bitleitung BL verbunden, und die zweite Elektrode 103c ist mit einer Zugriffsvorrichtung 104 verbunden, die dazu eingerichtet ist, dem MTJ-Bauelement 102 selektiv Zugriff (z. B. Lesezugriff und/oder Schreibzugriff) zu gewähren. Die Zugriffsvorrichtung 104 ist ferner mit einer ersten Wortleitung WL1 und einer zweiten Wortleitung WL2 verbunden. Das MTJ-Bauelement 102 ist dazu eingerichtet, Daten basierend auf seinem Widerstand zu speichern. Beispielsweise ist das MTJ-Bauelement 102 dazu eingerichtet, entweder einen ersten Datenzustand (z. B. eine logische „1“), falls sich das MTJ-Bauelement 102 in einem niederohmigen Zustand befindet, oder einen zweiten Datenzustand (z. B. eine logische „o“), falls sich das MTJ-Bauelement 102 in einem Zustand mit hohem Widerstand befindet, der einen höheren Widerstandswert als der Zustand mit niedrigem Widerstand aufweist, zu speichern.
  • Die Zugriffsvorrichtung 104 umfasst einen ersten unipolaren Selektor 106 und einen zweiten unipolaren Selektor 108. Der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 umfassen jeweils einen Anodenanschluss (eine Elektrode, in die positiver Strom fließt) und einen Kathodenanschluss (eine Elektrode, aus der positiver Strom fließt). In einigen Ausführungsformen sind eine erste Kathode C1 des ersten unipolaren Selektors 106 und eine zweite Anode A2 des zweiten unipolaren Selektors 108 mit der zweiten Elektrode 103c des MTJ-Bauelements 102 verbunden. In solchen Ausführungsformen ist eine erste Anode A1 des ersten unipolaren Selektors 106 ferner mit der ersten Wortleitung WL1 verbunden, und eine zweite Kathode C2 des zweiten unipolaren Selektors 108 ist ferner mit der zweiten Wortleitung WL2 verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen können der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 Dioden umfassen (z. B. PN-Dioden, PiN-Dioden, Schottky-Dioden, Oxidhalbleiteroxiddioden, oder dergleichen). In solchen Ausführungsformen ist ein angelegtes Signal, das zum Zugreifen (z. B. Lesen und/oder Schreiben) auf das MTJ-Bauelement 102 verwendet wird, größer als ein Schwellenwert der Dioden. In anderen Ausführungsformen können der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 filamentbasierte Selektoren, Gleichrichter, Selektoren vom Varistortyp, Ovonic-Schwellenschalter (OTS), Selektoren auf Basis von dotiertem Chalkogenid, Selektoren auf Basis von Mott-Effekten, Selektoren auf Basis von gemischt-ionisch-elektronischer Leitfähigkeit (MIEC), Selektoren mit feldunterstützter Superliner-Schwelle (FAST) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen können der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 ein unipolarer Selektor gleichen Typs sein. In anderen Ausführungsformen können der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 unterschiedliche Typen von unipolaren Selektoren sein. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der erste unipolare Selektor 106 eine Diode sein, und der zweite unipolare Selektor kann ein filamentbasierter Selektor sein.
  • Während des Betriebs sind der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 jeweils dazu eingerichtet, zu erlauben, während des normalen Betriebs (z. B. außerhalb eines Durchschlags) Strom entlang einer einzelnen Richtung zu leiten. Beispielsweise ist der erste unipolare Selektor 106 dazu eingerichtet, zu erlauben, Strom entlang der ersten Richtung 110 (z. B. von der ersten Wortleitung WL1 zu der Bitleitung BL) durch das MTJ-Bauelement 102 zu leiten, und der zweite unipolare Selektor 108 ist dazu eingerichtet, zu erlauben, Strom entlang einer zweiten Richtung 112, die der ersten Richtung 110 entgegengesetzt ist (z. B. von der Bitleitung BL zu der zweiten Wortleitung WL2) durch das MTJ-Bauelement 102 zu leiten. Wenn Strom entlang der ersten Richtung 110 durch das MTJ-Bauelement 102 geleitet wird, kann ein erster Datenzustand (z. B. eine logische „o“) in das MTJ-Bauelement 102 geschrieben werden. Wenn Strom der zweiten Richtung 112 durch das MTJ-Bauelement 102 entlang fließt, kann ein zweiter Datenzustand (z. B. eine logische „1“) in das MTJ-Bauelement 102 geschrieben werden.
  • Daher kann, indem die Zugriffsvorrichtung 104 den ersten unipolaren Selektor 106 und den zweiten unipolaren Selektor 108 verwendet, um gemeinsam den Zugriff auf das MTJ-Bauelement 102 zu steuern, ein Stromfluss durch das MTJ-Bauelement 102 selektiv entlang der ersten Richtung 110 und die zweite Richtung 112 gesteuert werden. Darüber hinaus bietet die Verwendung von unipolaren Selektoren innerhalb einer Zugriffsvorrichtung eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Typen von Zugriffsvorrichtungen. Weil beispielsweise der erste unipolare Selektor 106 und der zweite unipolare Selektor 108 eine relativ kleine Größe haben können (z. B. ungefähr gleich dem 1- bis 5-fachen der Größe des MTJ), kann eine Größe einer Speicherzelle 100 relativ klein (z. B. weniger als 50 nm) gemacht werden. Darüber hinaus erlaubt die große Vielfalt verfügbarer unipolarer Selektoren und die Fähigkeit, unterschiedliche unipolare Selektoren zu verwenden, dass die Zugriffsvorrichtung 104 mit einer hohen Entwurfsflexibilität und einem guten Widerstand gegen Spannungsänderungen (z. B. aufgrund hoher Schwellenspannungen in Sperrrichtung) gebildet wird, sowie eine gute Lebensdauer, Betriebsspannung, Stromdichte und Geschwindigkeit. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung von unipolaren Selektoren, dass ein Vorspannungsschema eines Speicherarrays auf eine einzige Polarität von Vorspannungen begrenzt wird, wodurch eine Vereinfachung der das Speicherarray bedienenden Stromschienen erlaubt wird (z. B. kann ein Speicherarray durch Stromschienen mit positiven Spannungen und ohne Stromschienen mit negativen Spannungen bedient werden).
  • Die 2A-2C veranschaulichen Querschnittsansichten 200, 214 und 216 einiger Ausführungsformen von integrierten Chips mit einer Speicherzelle, die eine Zugriffsvorrichtung aufweisen, die mehrere unipolare Selektoren umfasst.
  • 2A veranschaulicht eine Querschnittsansicht 200 einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips, der eine dielektrische Struktur 204 umfasst, die über einem Substrat 202 angeordnet ist. Die dielektrische Struktur 204 umfasst mehrere gestapelte dielektrische Zwischenebenen- (ILD) Schichten und umgibt eine erste Speicherzelle 205a und 205 eine zweite Speicherzelle 205b, die lateral an die erste Speicherzelle 205a angrenzt. Die erste Speicherzelle 205a umfasst ein erstes Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelement 102a, das dazu eingerichtet ist, einen ersten Datenzustand zu speichern. Die zweite Speicherzelle 205b umfasst ein zweites MTJ-Bauelement 102b, das dazu eingerichtet ist, einen zweiten Datenzustand zu speichern. Das erste MTJ-Bauelement 102a und das zweite MTJ-Bauelement 102b umfassen jeweils einen MTJ 210, der zwischen einer unteren Elektrode 208 und einer oberen Elektrode 212 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der MTJ 210 eine gepinnte Schicht 210a, die durch eine dielektrische Tunnelbarriere 210b von einer freien Schicht 210c separiert ist. Die gepinnte Schicht 210a hat eine Magnetisierung, die fest ist, während die freie Schicht 210c eine Magnetisierung hat, die während des Betriebs (durch den Tunnelmagnetowiderstands- (TMR) Effekt) geändert werden kann, um entweder parallel (d. h. ein „P“ -Zustand) oder antiparallel (d. h. ein „AP“-Zustand) in Bezug auf die Magnetisierung der gepinnten Schicht 210a zu sein. Eine Beziehung zwischen den Magnetisierungen der gepinnten Schicht 210a und der freien Schicht 210c definiert einen Widerstandszustand des MTJ 210, und ermöglicht dadurch dem MTJ 210, einen Datenzustand zu speichern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die gepinnte Schicht 210a Kobalt (Co), Eisen (Fe), Bor (B), Nickel (Ni), Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Platin (Pt) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Tunnelbarriere 210b Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (Al2O3) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die freie Schicht 210c Kobalt (Co), Eisen (Fe), Bor (B) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen können die untere Elektrode 208 und die obere Elektrode 212 eines oder mehreres von Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid, Tantalnitrid oder dergleichen umfassen.
  • Die dielektrische Struktur 204 umgibt ferner mehrere leitende Verbindungsschichten 206. Die mehreren leitenden Verbindungsschichten 206 sind dazu eingerichtet, das erste MTJ-Bauelement 102a mit einer ersten Zugriffsvorrichtung 104a und das zweite MTJ-Bauelement 102b mit einer zweiten Zugriffsvorrichtung 104b zu verbinden. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren leitenden Verbindungsschichten 206 leitende Verbindungsdrähte und leitende Verbindungs-Durchkontaktierungen umfassen. Die leitenden Verbindungsdrähte und die leitenden Verbindungs-Durchkontaktierungen umfassen ein leitendes Material (z. B. Kupfer, Aluminium, Wolfram oder dergleichen). In einigen Ausführungsformen können die leitenden Verbindungsdrähte und die leitenden Verbindungs-Durchkontaktierungen ferner eine Diffusionsbarriereschicht und/oder eine Klebstoffschicht umfassen, die das leitende Material umgeben.
  • Die erste Zugriffsvorrichtung 104a weist ein erstes Paar von unipolaren Selektoren 106a und 108a auf, und die zweite Zugriffsvorrichtung 104b weist ein zweites Paar von unipolaren Selektoren 106b und 108b auf. Das erste Paar von unipolaren Selektoren 106a und 108a ist dazu eingerichtet, zu erlauben, dass ein Strom jeweils in einer einzelnen Richtung fließt, und gemeinsam zu erlauben, dass ein Strom in entgegengesetzten Richtungen durch das erste MTJ-Bauelement 102a fließt. Beispielsweise ist ein erster unipolarer Selektor 106a dazu eingerichtet, zu erlauben, Strom entlang einer ersten Richtung 110 (aber nicht entlang einer zweiten Richtung 112 während des normalen Betriebs) durch das erste MTJ-Bauelement 102a zu leiten, während ein zweiter unipolarer Selektor 108a dazu eingerichtet ist, zu erlauben, Strom entlang der zweiten Richtung 112 (jedoch nicht entlang der ersten Richtung 110 während des normalen Betriebs) durch das erste MTJ-Bauelement 102a zu leiten. Das zweite Paar von unipolaren Selektoren 106b und 108b ist ebenfalls jeweils dazu eingerichtet, zu erlauben, dass Strom in einer einzelnen Richtung fließt, und gemeinsam zu erlauben, dass Strom in entgegengesetzten Richtungen durch das zweite MTJ-Bauelement 102b fließt.
  • Es versteht sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen die unipolaren Selektoren einer Zugriffsvorrichtung an verschiedenen Positionen innerhalb der dielektrischen Struktur 204 angeordnet sein können (z. B. auf verschiedenen Metallebenen). Beispielsweise veranschaulichen die 2A-2C verschiedene Ausführungsformen einer ersten Zugriffsvorrichtung 104a, die einen ersten unipolaren Selektor 106a und einen zweiten unipolaren Selektor 106b umfasst, die an verschiedenen Positionen innerhalb der dielektrischen Struktur 204 angeordnet sind. Diese Ausführungsformen sind nicht einschränkend, sondern sind lediglich Beispiele möglicher Positionen von unipolaren Selektoren innerhalb einer offenbarten Zugriffsvorrichtung.
  • Wie in der Querschnittsansicht 200 von 2A gezeigt, umfasst die erste Zugriffsvorrichtung 104a in einigen Ausführungsformen einen ersten unipolaren Selektor 106a und einen zweiten unipolaren Selektor 108a, die vertikal zwischen einem ersten MTJ-Bauelement 102a und dem Substrat 202 angeordnet sind. In einigen derartigen Ausführungsformen können der erste unipolare Selektor 106a und der zweite unipolare Selektor 108a entlang einer horizontalen Ebene angeordnet sein, die parallel zu einer oberen Fläche des Substrats 202 ist. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können der erste unipolare Selektor 106a und der zweite unipolare Selektor 108a vertikal separiert sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht 214 von 2B gezeigt, umfasst in einigen anderen Ausführungsformen die erste Zugriffsvorrichtung 104a einen ersten unipolaren Selektor 106a und einen zweiten unipolaren Selektor 108a, die sich vertikal über dem ersten MTJ-Bauelements 102a befinden. In noch anderen Ausführungsformen, die in der Querschnittsansicht 216 von 2C gezeigt sind, umfasst die erste Zugriffsvorrichtung 104a einen ersten unipolaren Selektor 106a, der vertikal zwischen dem ersten MTJ-Bauelement 102a und dem Substrat 202 angeordnet ist, und einen zweiten unipolaren Selektor 108a, der sich vertikal über dem ersten MTJ-Bauelement 102a befindet.
  • Die 3A-3C veranschaulichen schematische Diagramme einiger Ausführungsformen von Lese- und Schreiboperationen der ersten Speicherzelle von 2A.
  • 3A veranschaulicht ein schematisches Diagramm 300 einer ersten Schreiboperation, die einen ersten Datenzustand in das erste MTJ-Bauelement 102a schreibt. Die erste Schreiboperation wird durchgeführt durch Anlegen einer eine ersten Nicht-Null-Vorspannung V1 (z. B. 6 V) an eine erste Wortleitung WL1 und eine zweite Wortleitung WL2 und einer zweiten Nicht-Null-Vorspannung V2 (z. B. 2 V) an eine Bitleitung BL. Eine Differenz zwischen der ersten Nicht-Null-Vorspannung V1 und der zweiten Nicht-Null-Vorspannung V2 (z. B. 6 V - 2 V) bewirkt, dass ein erster Strom I1 von der ersten Wortleitung WL1 zu der Bitleitung BL und durch den ersten unipolaren Selektor 106a und das erste MTJ-Bauelement 102a fließt. Der zweite unipolare Selektor 108a verhindert, dass Strom von der zweiten Wortleitung WL2 zu der Bitleitung BL fließt. Der erste Strom I1 bewirkt, dass ein Widerstand des ersten MTJ-Bauelements 102a zunimmt, indem bewirkt wird, dass die freie Schicht 210C in Bezug auf die gepinnte Schicht 210a von einer parallelen Konfiguration zu einer antiparallelen Konfiguration umschaltet. Die antiparallele Konfiguration verleiht dem ersten MTJ-Bauelement 102a einen hochohmigen Zustand, der einem ersten Datenzustand (z. B. einer logischen „o“) entspricht.
  • 3B veranschaulicht ein schematisches Diagramm 302 einer zweiten Schreiboperation, die einen zweiten Datenzustand in das erste MTJ-Bauelement 102a schreibt. Die zweite Schreiboperation wird durchgeführt durch Anlegen einer ersten Nicht-Null-Vorspannung V1 (z. B. 2 V) an die erste Wortleitung WL1 und die zweite Wortleitung WL2 und einer zweiten Nicht-Null-Vorspannung V2 (z. B. 6 V) an die Bitleitung BL. Eine Differenz zwischen der ersten Nicht-Null-Vorspannung V1 und der zweiten Nicht-Null-Vorspannung V2 (z. B. 6 V - 2 V) bewirkt, dass ein zweiter Strom I2 von der Bitleitung BL zu der zweiten Wortleitung WL2 und durch den zweiten unipolaren Selektor 108a und das erste MTJ-Bauelement 102a fließt. Der erste unipolare Selektor 106a verhindert, dass Strom von der Bitleitung BL zu der ersten Wortleitung WL1 fließt. Der zweite Strom I2 bewirkt, dass die freie Schicht 210c in Bezug auf die gepinnte Schicht 210a von einer antiparallelen Konfiguration zu einer parallelen Konfiguration umschaltet. Die parallele Konfiguration hat einen niederohmigen Zustand, der einem zweiten Datenzustand (z. B. einer logischen „1“) entspricht.
  • 3C veranschaulicht ein schematisches Diagramm 304 einer Leseoperation, die Daten aus dem ersten MTJ-Bauelement 102a liest. Die Leseoperation wird durchgeführt durch Halten der ersten Wortleitung WL1 und der zweiten Wortleitung WL2 auf Masse (GND) und Anlegen einer Lesespannung Vlesen (z. B. 1,2 V) an die Bitleitung BL. Eine Differenz zwischen der Lesespannung Vlesen und Masse (z. B. 1,2 V - o V) bewirkt, dass ein dritter Strom I3 von der Bitleitung BL zu der zweiten Wortleitung WL2 und durch den zweiten unipolaren Selektor 108a und das erste MTJ-Bauelement 102a fließt. Der dritte Strom I3 wird einen Wert haben, der von einem Widerstand des ersten MTJ-Bauelements 102a abhängt (z. B. aufgrund des ohmschen Gesetzes (V = IR), ein MTJ mit einem hohen Widerstand wird einen niedrigeren Strom ausgeben als ein MTJ mit einem niedrigen Widerstand. Der dritte Strom I3 wird an einen Komparator 306 bereitgestellt, der dazu eingerichtet ist, den dritten Strom I3 mit einem Referenzstrom IREF zu vergleichen, um einen in dem ersten MTJ-Bauelement 102a gespeicherten Datenzustand zu bestimmen.
  • 4A veranschaulicht ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen einer Speicherschaltung 400, die ein Speicherarray mit mehreren MRAM-Zellen umfasst, die jeweils eine Zugriffsvorrichtung mit mehreren unipolaren Selektoren aufweisen.
  • Die Speicherschaltung 400 umfasst ein Speicherarray 402 mit mehreren magnetoresistiven Direktzugriffsspeicher- (MRAM) Zellen 404a,1-404c,4 . Die mehreren MRAM-Zellen 404a,1-404c,4 sind innerhalb des Speicherarrays 402 in Zeilen und/oder Spalten angeordnet. Beispielsweise umfasst eine erste Zeile von MRAM-Zellen die MRAM-Zellen 404a,1-404c,1 , während eine erste Spalte von MRAM-Zellen die MRAM-Zellen 404a,1-404a,4 umfasst. Die mehreren MRAM-Zellen 404a,1-404c,4 umfassen jeweils ein MTJ-Bauelement 102n (n = a-c), das mit einer Zugriffsvorrichtung 104n (n = a-c) mit einem ersten unipolaren Selektor 106n (n = a-c) und einem zweiten unipolaren Selektor 108n (n = a-c) verbunden ist. Die Zugriffsvorrichtung 104 ist dazu eingerichtet, selektiv einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement 102n (n = a-c) innerhalb einer oder mehreren der mehreren MRAM-Zellen 404a,1-404c,4 bereitzustellen durch Steuern eines Stroms, der an ein zugeordnetes MTJ-Bauelement 102n (n = a-c) bereitgestellt wird.
  • Das Speicherarray 402 ist über mehrere Bitleitungen BL1-BL4 und mehrere Wortleitungen WL1-WL6 mit einer Steuerschaltung verbunden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuerschaltung einen Bitleitungsdecoder 406, der mit den mehreren Bitleitungen BL1 - BL4 verbunden ist, und einen Wortleitungsdecoder 408, der mit den mehreren Wortleitungen WL1 - WL6 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung ferner einen Abtast- bzw. Leseverstärker 410 umfassen, der über mehrere Wortleitungen WL1 - WL6 mit dem Speicherarray 402 verbunden ist. Der Leseverstärker 410 ist dazu eingerichtet, Daten aus den mehreren MRAM-Zellen 404a,1-404c,4 zu lesen.
  • Eine Zugriffsvorrichtung 104n (n = a-c) ist zwischen einem MTJ-Bauelement 102n (n = a-c) und einem Paar von Wortleitungen WLx und WLx+1 (x = 1-5) verbunden, während das MTJ-Bauelement 102n (n = a-c) zwischen der Zugriffsvorrichtung 104n (n = a-c) und einer Bitleitung BLy (y = 1-4) verbunden ist. Es versteht sich, dass das Verbinden der verschiedenen unipolaren Selektoren einer Zugriffsvorrichtung mit verschiedenen Wortleitungen eine Leckage in nicht ausgewählten Speicherzellen reduzieren kann.
  • Um auf ein MTJ-Bauelement 102n (n = a-c) zuzugreifen, ist der Bitleitungsdecodierer 406 dazu eingerichtet, selektiv eine erste Spannung an eine oder mehrere der Bitleitungen BL1-BL4 anzulegen, basierend auf einer ersten Adresse SADDR1, die von einer Steuerschaltung empfangen wird, während der Wortleitungsdecodierer 408 dazu eingerichtet ist, selektiv eine zweite Spannung an eine oder mehrere der Wortleitungen WL1-WL6 anzulegen, basierend auf einer zweiten Adresse SADDR2, die von der Steuerschaltung 412 empfangen wird. Die angelegten Spannungen bewirken, dass entweder durch den ersten unipolaren Selektor 106a oder den zweiten unipolaren Selektor 108a ein Strom fließt, der größer oder gleich einer Schwellenspannung des ersten unipolaren Selektors 106a und des zweiten unipolaren Selektors 108a ist.
  • Beispielsweise veranschaulicht 4B eine Tabelle 414, die einige beispielhafte Vorspannungsbedingungen für Lese- und Schreiboperationen an einer ersten MRAM-Zelle 404a,1 des Speicherarrays 402 von 4A veranschaulicht. Die in 4B veranschaulichten Lese- und Schreiboperationen lesen bzw. schreiben einen einzelnen Datenzustand in eine einzelne MRAM-Zelle, um einen mehrstufigen Prozess zu verwenden, um Daten in eine gesamte Zeile des Speicherarrays 402 zu lesen oder zu schreiben.
  • Eine erste Zeile 416 der Tabelle 414 veranschaulicht einige beispielhafte Vorspannungsbedingungen einer ersten Schreiboperation, die einen ersten Datenzustand in die erste MRAM-Zelle 404a,1 schreibt durch Ändern des ersten MTJ-Bauelements 102a auf einen hochohmigen Zustand (d. h. eine antiparallele Konfiguration). Die erste Schreiboperation hält die erste Bitleitung BL1 auf Masse (GND), die erste Wortleitung WL1 auf VDD, und die zweite Wortleitung WL2 auf VDD. Eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Wortleitung WL1 und der ersten Bitleitung BL1 (z. B. VDD-GND) bewirkt, dass ein Strom durch den ersten unipolaren Selektor 106a und durch das erste MTJ-Bauelement 102a entlang einer Richtung fließt, die sich von der ersten Wortleitung WL1 zu der ersten Bitleitung BL1 erstreckt. Eine Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Wortleitung WL2 und der ersten Bitleitung BL1 bewirkt, dass kein Strom durch das erste MTJ-Bauelement 102a fließt, da der zweite unipolare Selektor 108a den Stromfluss entlang einer Richtung, die sich von der zweiten Wortleitung WL2 zu der ersten Bitleitung BL1 erstreckt, verhindert.
  • Während des ersten Schreibvorgangs wird die zweite Bitleitung BL2 auf VDD-ΔV, die dritte Bitleitung BL3 auf VDD-ΔV, eine dritte Wortleitung WL3 auf einem Schwebespannungs- („floating voltage“) Zustand („Float“), und eine vierte Wortleitung WL4 auf VDD-2Δ gehalten. Eine Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Bitleitung BL2 und der ersten Wortleitung WL1 (z. B. VDD-(VDD-ΔV)) ist zu klein, um Daten in die zweite MRAM-Zelle 404a,2 zu schreiben, während der zweite unipolare Selektor 108b den Stromfluss entlang einer Richtung, die sich von der dritten Wortleitung WL3 zu der zweiten Bitleitung BL2 erstreckt, verhindert. Eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Bitleitung BL1 und der dritten Wortleitung WL3 (z. B. GND-Float) ist zu klein, um Daten in die zweite MRAM-Zelle 404a,2 zu schreiben, während der zweite unipolare Selektor 108c den Stromfluss entlang einer Richtung, die sich von der vierten Wortleitung WL4 zu der ersten Bitleitung BL1 erstreckt, verhindert.
  • Eine zweite Zeile 418 der Tabelle 414 veranschaulicht einige beispielhafte Vorspannungsbedingungen einer zweiten Schreiboperation, die einen zweiten Datenzustand in die erste MRAM-Zelle 404a,1 schreibt durch Ändern des ersten MTJ-Bauelements 102a auf einen Zustand mit niedrigem Widerstand (d. h. eine parallele Konfiguration). Eine dritte Zeile 420 der Tabelle 414 zeigt einige beispielhafte Vorspannungsbedingungen einer Leseoperation, die einen Datenzustand aus der ersten MRAM-Zelle 404a,1 liest. In einigen Ausführungsformen kann eine Lesespannung Vlesen, die während der Leseoperation verwendet wird, ungefähr gleich VDD/5 sein. In einigen Ausführungsformen kann ΔV ungefähr gleich oder kleiner als Vlesen sein.
  • Die 5A-5C veranschaulichen einige zusätzliche Ausführungsformen einer Speicherschaltung mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere Dioden umfasst, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen. Obwohl die Speicherschaltungen der 5A-6B in Bezug auf unipolare Selektoren mit Dioden beschrieben sind, können die Speicherschaltungen auch auf andere Typen von unipolaren Selektoren (z. B. filamentbasierte unipolare Selektoren, Gleichrichter, Varistor-Selektoren oder dergleichen) angewendet werden.
  • 5A veranschaulicht ein schematisches Diagramm 500 einer Speicherzelle mit einer Zugriffsvorrichtung, die Dioden umfasst, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen.
  • Die Speicherzelle umfasst ein MTJ-Bauelement 102, das zwischen einer Bitleitung BL und einer Zugriffsvorrichtung 104 mit einer ersten Diode 502 und einer zweiten Diode 504 verbunden ist. Die erste Diode 502 weist einen ersten Anodenanschluss A1,,der mit einer ersten Wortleitung WL1 verbunden ist, und einen ersten Kathodenanschluss Ci, der mit dem MTJ-Bauelement 102 verbunden ist, auf. Die zweite Diode 504 weist einen zweiten Kathodenanschluss C2, der mit einer zweiten Wortleitung WL2 verbunden ist, und einen zweiten Anodenanschluss A2, der mit dem MTJ-Bauelement 102 verbunden ist, auf.
  • 5B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips 506 entsprechend dem schematischen Diagramm 500 von 5A.
  • Der integrierte Chip 506 umfasst ein Substrat 202 mit einem eingebetteten Speicherbereich 508 und einem Logikbereich 510. Eine dielektrische Struktur 204 ist über dem Substrat 202 angeordnet. Die dielektrische Struktur 204 umfasst mehrere gestapelte dielektrische Zwischenebenen- (ILD) Schichten 512a-512f, die vertikal durch Ätzstoppschichten 513a-513e separiert sind. In einigen Ausführungsformen können die mehreren gestapelten ILD-Schichten 512a-512f eines oder mehrere von Siliziumdioxid, SiCOH, einem Fluorsilikatglas, einem Phosphatglas (z. B. Borophosphatsilikatglas usw.) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Ätzstoppschichten 513a-513e ein Nitrid (z. B. Siliziumnitrid), ein Carbid (z. B. Siliziumcarbid) oder dergleichen umfassen.
  • Innerhalb des eingebetteten Speicherbereichs 508 ist eine Zugriffsvorrichtung 104 mit einem MTJ-Bauelement 102 verbunden. Die Zugriffsvorrichtung 104 umfasst eine erste Diode 502 und eine zweite Diode 504. Die erste Diode 502 ist zwischen einem ersten Verbindungsdraht 514a und einem zweiten Verbindungsdraht 514b angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die erste Diode 502 eine Breite aufweisen, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat 202 abnimmt, während der zweite Verbindungsdraht 514b eine Breite aufweisen kann, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat 202 zunimmt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Verbindungsdraht 514b vertikal in einen Abstand d unterhalb einer Oberseite der ersten Diode 502. In solchen Ausführungsformen ist der zweite Verbindungsdraht 514b entlang Teilen von Seitenwänden der ersten Diode 502 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Diode 502 eine Schottky-Diode mit einer ersten Metallschicht 516a und einer ersten Halbleiterschicht 518a, die eine Oberseite der ersten Metallschicht 516a kontaktiert.
  • Die erste Metallschicht 516a arbeitet als Anodenanschluss, und die erste Halbleiterschicht 518a arbeitet als Kathodenanschluss. In einigen Ausführungsformen ist die erste Halbleiterschicht 518a entlang eines ersten leitenden Pfades zwischen der ersten Metallschicht 516a und dem MTJ-Bauelement 102 angeordnet, so dass die erste Diode 502 dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom von dem ersten Verbindungsdraht 514a zu dem zweiten Verbindungsdraht 514b (d. h. entlang einer ersten Richtung durch das MTJ-Bauelement 102) fließt. In einigen Ausführungsformen kann die erste Metallschicht 516a Platin, Palladium, Iridium, Ruthenium oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht 518a Silizium (z. B. n-dotiertes Silizium), Germanium, einen III-V-Halbleiter, ein Halbleiteroxid, Indiumgalliumzinkoxid (IGZO) oder dergleichen umfassen.
  • Der zweite Verbindungsdraht 514b ist ferner mit dem MTJ-Bauelement 102 verbunden, das über dem zweiten Verbindungsdraht 514b angeordnet ist. Das MTJ-Bauelement 102 weist einen MTJ 210 auf, der zwischen einer unteren Elektrode 208 und einer oberen Elektrode 212 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen sind Seitenwandabstandshalter 530 entlang gegenüberliegender Seiten des MTJ 210 angeordnet. Die Seitenwandabstandshalter 530 können gekrümmte äußerste Seitenwände aufweisen, die von dem MTJ 210 abgewandt sind. In verschiedenen Ausführungsformen können die Seitenwandabstandshalter 530 Siliziumnitrid, Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumoxynitrid (z. B. SiON) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann eine Deckschicht 532 über dem MTJ 210 und den Seitenwandabstandshaltern 530 angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Deckschicht 532 Siliziumnitrid, ein Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumoxynitrid (z. B. SiON), Siliciumcarbid oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen befindet sich eine Einkapselungsschicht 534 über den Seitenwandabstandshaltern 530 und der Deckschicht 532. In einigen Ausführungsformen kann die Einkapselungsschicht 534 ein Oxid (z. B. siliziumreiches Oxid), ein Nitrid (z. B. Siliciumnitrid), Carbid (z. B. Siliciumcarbid) oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich eine obere Elektroden-Durchkontaktierung 536 durch die Einkapselungsschicht 534 und die Deckschicht 532, um die obere Elektrode 212 zu kontaktieren. Die obere Elektroden-Durchkontaktierung 536 koppelt die obere Elektrode 212 mit einem dritten Verbindungsdraht 514c. In einigen Ausführungsformen kann die obere Elektroden-Durchkontaktierung 536 Aluminium, Kupfer, Wolfram oder dergleichen umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine untere Isolationsstruktur 520 zwischen dem zweiten Verbindungsdraht 514b und dem MTJ-Bauelement 102 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die untere Isolationsstruktur 520 durch einen vierten Ätzstoppschicht 513d von einer vierten ILD-Schicht 512d separiert sein. Die untere Isolationsstruktur 520 umfasst Seitenwände, die eine Öffnung zwischen der unteren Elektrode 208 und dem zweiten Verbindungsdraht 514b definieren Eine untere Elektroden-Durchkontaktierung 524 erstreckt sich durch die Öffnung in der unteren Isolierstruktur 520. In einigen Ausführungsformen kann die untere Elektroden-Durchkontaktierung 524 eine Diffusionsbarriereschicht 524a und ein darüberliegendes Metall 524b umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die untere Isolationsstruktur 520 eine erste dielektrische Schicht 522, eine zweite dielektrische Schicht 526 über der ersten dielektrischen Schicht 522, und eine dritte dielektrische Schicht 528 über der ersten dielektrischen Schicht 522 und lateral angrenzend an die zweite dielektrische Schicht. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die erste dielektrische Schicht 522 zu einer Oberseite einer Bodenelektroden- bzw. unteren Elektroden-Durchkontaktierung 524. In solchen Ausführungsformen kann sich eine Bodenelektrode bzw. untere Elektrode 208 auf einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht 522 befinden. In einigen Ausführungsformen befindet sich die dritte dielektrische Schicht 528 vollständig über der unteren Elektroden-Durchkontaktierung 524 und umgibt die Bodenelektrode 208 lateral.
  • In einigen Ausführungsformen kann die erste dielektrische Schicht 522 siliziumreiches Oxid oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die erste dielektrische Schicht 522 in dem Logikbereich 510 eine größere (d. h. dickere) Dicke aufweisen als in dem eingebetteten Speicherbereich 508. In einigen Ausführungsformen kann die zweite dielektrische Schicht 526 Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite dielektrische Schicht 526 das gleiche Material wie die Deckschicht 532 über dem MTJ-Bauelement 102 sein. In einigen Ausführungsformen kann die dritte dielektrische Schicht 528 Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder dergleichen umfassen.
  • Der zweite Verbindungsdraht 514b ist ferner über eine Verbindungs-Durchkontaktierung 515 und einen vierten Verbindungsdraht 514d mit der zweiten Diode 504 verbunden. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die erste Diode 502 lateral zwischen einer ersten vertikalen Leitung, die das MTJ-Bauelement 102 kreuzt, und einer zweiten vertikalen Leitung, die die zweite Diode 504 kreuzt. In einigen solchen Ausführungsformen weist die erste Diode 504 eine oberste Fläche auf, die sich kontinuierlich von direkt unterhalb des MTJ-Bauelements 102 bis direkt unterhalb der zweiten Diode 504 erstreckt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Diode 504 eine Schottky-Diode mit einer zweiten Metallschicht 516b und einer zweiten Halbleiterschicht 518b, die eine Oberseite der zweiten Metallschicht 516b kontaktiert. Die zweite Metallschicht 516b arbeitet als Anodenanschluss, und die zweite Halbleiterschicht 518b arbeitet als Kathodenanschluss. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Metallschicht 516b zwischen der ersten Halbleiterschicht 518a und dem MTJ-Bauelement 102 entlang eines zweiten leitenden Pfades angeordnet, so dass die zweite Diode 504 dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom von dem zweiten Verbindungsdraht 514b zu einem fünften Verbindungsdraht 5140 (d. h. entlang einer zweiten Richtung) durch das MTJ-Bauelement 102 fließt. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Metallschicht 516b Platin, Palladium, Iridium, Ruthenium oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Halbleiterschicht 518b Silizium (z. B. n-dotiertes Silizium), Germanium, einen III-V-Halbleiter, ein Halbleiteroxid, Indiumgalliumzinkoxid (IGZO) oder dergleichen umfassen.
  • Innerhalb des Logikbereichs 510 sind eine oder mehrere zusätzliche Verbindungsschichten innerhalb der dielektrischen Struktur 204 angeordnet. Die eine oder mehreren zusätzlichen Verbindungsschichten umfassen einen leitenden Kontakt 540, einen Verbindungsdraht 542 und eine Verbindungs-Durchkontaktierung. 544. Die einen oder mehreren zusätzlichen Verbindungsschichten sind mit einem Logikbauelement 538, das innerhalb des Substrats 202 angeordnet ist, verbunden. In einigen Ausführungsformen kann das Logikbauelement 538 ein Transistorbauelement (z. B. einen MOSFET, einen Bipolar-Junction-Transistor (BJT), einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT)) oder dergleichen umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die erste Diode 502 eine erste Breite w1 aufweisen (z. B. gemessen entlang einer Grenzfläche zwischen der ersten Metallschicht 516a und der ersten Halbleiterschicht 518a), und die zweite Diode 504 kann eine zweite Breite w2 aufweisen (z. B. gemessen entlang einer Grenzfläche zwischen der zweiten Metallschicht 516b und der zweiten Halbleiterschicht 518b). In einigen Ausführungsformen ist die erste Breite w1 im Wesentlichen gleich der zweiten Breite w2. In anderen Ausführungsformen können die erste Breite w1 und die zweite Breite w2 unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen sind die erste Breite w1 und die zweite Breite w2 proportional zu Strömen, die verwendet werden, um Übergänge zwischen Widerstandszuständen des MTJ-Bauelements 102 herzustellen. Indem die erste Breite w1 und die zweite Breite w2 proportional zu Strömen sind, die verwendet werden, um Übergänge zwischen Widerstandszuständen herzustellen, kann in den Zuständen des MTJ-Bauelements 102 eine intrinsische Asymmetrie des Betriebs eines MTJ optimiert werden. Beispielsweise veranschaulicht 5C einige Ausführungsformen eines Graphen 546, der einen beispielhaften Strom gegenüber einem Widerstand für das MTJ-Bauelement 102 zeigt.
  • Wie in Graph 546 gezeigt, ist ein Widerstand (R) auf der y-Achse gezeigt, und ein Strom (I) ist auf der x-Achse gezeigt. Übergänge zwischen einem hochohmigen Zustand RH (d. h. einer antiparallelen Konfiguration) und einem niederohmigen Zustand RL (d. h. einer parallelen Konfiguration) ändern sich gemäß einer Hystereseschleife, die asymmetrisch ist. Befindet sich beispielsweise ein MTJ-Bauelement in dem Hochwiderstandszustand RH, bewirkt ein Strom IAP-P mit einer ersten Größe, dass sich das MTJ-Bauelement entlang des Segments 548 der Hystereseschleife von dem Hochwiderstandszustand auf einen Niedrigwiderstandszustand ändert. Wenn sich das MTJ-Bauelement in einem niederohmigen Zustand befindet, bewirkt ein Strom IAP-P mit einer zweiten Größe, dass das MTJ-Bauelement entlang des Segments 550 der Hystereseschleife von dem niederohmigen Zustand auf den hochohmigen Zustand ändert.
  • Daher verwendet ein Übergang von dem hochohmigen Zustand RH zu dem niederohmigen Zustand RL einen Strom IAP-P mit einer ersten Größe, während ein Übergang von dem niederohmigen Zustand RL zu dem hochohmigen Zustand RH einen Strom IAP-P mit einer zweiten Größe, die größer als die erste Größe ist, verwendet. In solchen Ausführungsformen kann die erste Breite w1 der ersten Diode 502 (d. h. die Diode, die dazu eingerichtet ist, einen Strom durch das MTJ-Bauelement 102 entlang einer ersten Richtung bereitzustellen, die einen Parallel-zu-Antiparallel-Übergang vereinfacht) größer sein als eine zweite Breite w2 der zweiten Diode 504 (d. h. der Diode, die dazu eingerichtet ist, einen Strom durch das MTJ-Bauelement 102 entlang einer zweiten Richtung bereitzustellen, die einen Antiparallel-Parallel-Übergang vereinfacht). Es versteht sich, dass das Ausrichten der ersten Diode 502, um einen größeren Strom durch das MTJ-Bauelement 102 als die zweite Diode 504 bereitzustellen, erlaubt, dass eine Dichte eines Speicherarrays weiter erhöht wird, da die erste Diode 502 sowohl dem MTJ-Bauelement 102 als auch der zweiten Diode 504 unterliegt (und somit größer gemacht werden kann, ohne die Größe einer Speicherzelle zu erhöhen).
  • 6A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger alternativer Ausführungsformen eines integrierten Chips 600, der eine Speicherschaltung mit einer Zugriffsvorrichtung mit mehreren Dioden umfasst, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen.
  • Der integrierte Chip 600 umfasst ein Substrat 202 mit einem eingebetteten Speicherbereich 508 und einem Logikbereich 510. Eine dielektrische Struktur 204 ist über dem Substrat 202 angeordnet ist und umfasst mehrere gestapelte dielektrische Zwischenebenen-(ILD) Schichten 512a-512f, die vertikal durch Ätzstoppschichten 513a-513e separiert sind.
  • Innerhalb des eingebetteten Speicherbereichs 508 ist eine Zugriffsvorrichtung 104 mit einem MTJ-Bauelement 102 verbunden. Die Zugriffsvorrichtung 104 umfasst eine erste Diode 502 und eine zweite Diode 504. Die erste Diode 502 ist über einer ersten Verbindungsleitung 514a angeordnet. Die erste Diode 502 umfasst eine erste Metallschicht 516a und eine erste Halbleiterschicht 518a, die eine Oberseite der ersten Metallschicht 516a kontaktiert.
  • Eine zusätzliche Metallschicht 602 ist auf einer Oberseite der ersten Halbleiterschicht 518a angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die zusätzliche Metallschicht 602 ein Metall umfassen, das einen ohmschen Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 518a bildet. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die zusätzliche Metallschicht 602 Molybdän, Titannitrid, Silber oder dergleichen umfassen. In einigen Ausführungsformen können die erste Diode 502 und die zusätzliche Metallschicht 602 jeweils Breiten aufweisen, die mit zunehmendem Abstand vom Substrat 202 abnehmen. In einigen Ausführungsformen können die Seitenwände der ersten Diode 502 und die Seitenwände der zusätzlichen Metallschicht 602 im Wesentlichen abgeglichen (z. B. entlang einer Leitung) sein.
  • Ein MTJ-Bauelement 102 und eine Verbindungs-Durchkontaktierung 515 sind auf einer oberen Fläche der zusätzlichen Metallschicht 602 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Ätzstoppschicht (nicht gezeigt) zwischen der zusätzlichen Metallschicht 602 und dem MTJ-Bauelement angeordnet sein. Die Verbindungs-Durchkontaktierung 515 ist ferner mit einer zweiten Diode 504 verbunden.
  • Innerhalb des Logikbereichs 510 ist eine Verbindungs-Durchkontaktierung 544 lateral von dem MTJ-Bauelement 102 und der Verbindungs-Durchkontaktierung 515 separiert. Eine Oberseite der zusätzlichen Metallschicht 602 erstreckt sich entlang einer horizontalen Ebene 604, die die Verbindungs-Durchkontaktierung 544 an einer Position zwischen einer oberen Fläche und einer unteren Fläche der Verbindungs-Durchkontaktierung 544 kreuzt.
  • 6B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger alternativer Ausführungsformen einer Diode 606, die in der Zugriffsvorrichtung als erste Diode oder zweite Diode verwendet werden kann.
  • Die Diode 606 ist über einem ersten Verbindungsdraht 514a angeordnet und umfasst eine erste Metallschicht 516a und eine erste Halbleiterschicht 518a, die eine Oberseite der ersten Metallschicht 516a kontaktiert. Eine zusätzliche Metallschicht 602 ist auf der Oberseite der ersten Halbleiterschicht 518a angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann eine haftungsverbessernde Schicht 608 (z. B. Titan, Tantal oder dergleichen) zwischen der ersten Metallschicht 516a und dem ersten Verbindungsdraht 514a angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann sich die erste Halbleiterschicht 518a entlang der Seitenwände der Haftverbesserungsschicht 608 und der ersten Metallschicht 516a erstrecken. In einigen derartigen Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht 518a den ersten Verbindungsdraht 514a entlang der äußersten Seitenwände der ersten Metallschicht 516a kontaktieren. In einigen Ausführungsformen kann sich die zusätzliche Metallschicht 602 entlang der Seitenwand und über eine horizontal verlaufende Fläche der ersten Halbleiterschicht 518a erstrecken.
  • Die 7-15 veranschaulichen Querschnittsansichten 700-1500 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bildung eines integrierten Chips mit einer Zugriffsvorrichtung, die mehrere unipolaren Selektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, selektiv einen Zugriff auf ein MTJ-Bauelement bereitzustellen. Obwohl die 7-15 in Bezug auf ein Verfahren beschrieben sind, versteht sich, dass die in den 7-15 offenbarten Strukturen nicht auf ein solches Verfahren beschränkt sind, sondern für sich allein, als von dem Verfahren unabhängige Strukturen, stehen können. Obwohl die 7-15 in Bezug auf unipolare Selektoren mit Dioden beschrieben sind, kann das Verfahren auch auf andere Typen von unipolaren Selektoren angewendet werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 700 von 7 gezeigt, ist ein erster Verbindungsdraht 514a über einem Substrat 202 gebildet. In einigen Ausführungsformen wird der erste Verbindungsdraht 514a innerhalb einer zweiten dielektrischen Zwischenebenen- (ILD) Schicht 512b gebildet, die von dem Substrat 202 durch eine erste ILD-Schicht 512a separiert ist. In einigen Ausführungsformen sind die erste ILD-Schicht 512a und die zweite ILD-Schicht 512b durch eine erste Ätzstoppschicht 513a separiert. Die zweite ILD-Schicht 512b wird strukturiert, um einen Graben 702 zu definieren. In einigen Ausführungsformen kann die zweite ILD-Schicht 512b strukturiert werden durch Bilden einer strukturierten Maskierungsschicht (nicht gezeigt) über der zweiten ILD-Schicht 512b und Durchführen eines Ätzprozesses, um Teile der die zweiten ILD-Schicht 512b, die nicht von der strukturierten Maskierungsschicht bedeckt werden, zu entfernen. Innerhalb des Grabens 702 wird ein leitendes Material gebildet, gefolgt von einem nachfolgenden Planarisierungsprozess (z. B. einem chemisch-mechanischen Planarisierungsprozess), um den ersten Verbindungsdraht 514a zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 202 ein beliebiger Typ eines Halbleiterkörpers (z. B. Silizium, SiGe, SOI usw.) sein, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer und/oder einer oder mehrere Chips auf einem Wafer, sowie ein beliebiger anderer Typ von Halbleiter- und/oder Epitaxieschichten, die diesen zugeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die erste ILD-Schicht 512a und die zweite ILD-Schicht 512b eines oder mehrere dielektrische Materialien umfassen, wie etwa Siliziumdioxid (SiO2), SiCOH, ein Fluorsilikatglas, ein Phosphatglas (z. B. Borophosphatsilikatglas) oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das leitende Material ein Metall (z. B. Aluminium, Kupfer, Wolfram usw.) umfassen, das durch einen Abscheidungsprozess (z. B. CVD, PVD, PE-CVD, ALD usw.) gebildet wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Verbindungsdraht 514a eine erste Verbindungsdrahtschicht, eine zweite Verbindungsschicht, eine dritte Verbindungsdrahtschicht oder eine höhere Metallverbindungsdrahtschicht sein.
  • Die 8A-8C veranschaulichen einige Ausführungsformen von Querschnittsansichten, die die Bildung einer ersten Diode 502 auf dem ersten Verbindungsdraht 514a zeigen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 800 von 8A gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen eine zweite Ätzstoppschicht 513b über der zweiten ILD-Schicht 512b und dem ersten Verbindungsdraht 514a gebildet sein. Die zweite Ätzstoppschicht 513b kann durch einen Abscheidungsprozess gebildet werden. Die zweite Ätzstoppschicht 513b wird anschließend strukturiert, um eine Öffnung 802 über dem ersten Verbindungsdraht 514a zu bilden.
  • Eine erste Schicht aus Diodenmetall 804 wird über der zweiten Ätzstoppschicht 513b und innerhalb der Öffnung 802 gebildet. Die erste Schicht aus Diodenmetall 804 kann durch einen Abscheidungsprozess gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die erste Schicht aus Diodenmetall 804 mit einer Dicke zwischen ungefähr 10 nm und ungefähr 50 nm gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die erste Schicht aus Diodenmetall 804 mit einer Dicke zwischen ungefähr 20 nm und ungefähr 100 nm gebildet werden. Eine erste Schicht aus Halbleitermaterial 806 wird auf der ersten Schicht aus Diodenmetall 804 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die erste Schicht aus Halbleitermaterial 806 mit einer Dicke zwischen ungefähr 50 nm und ungefähr 150 nm gebildet werden. Die erste Schicht aus Halbleitermaterial 806 bildet eine Schottky-Barriere an einer Grenzfläche zwischen der ersten Schicht aus Halbleitermaterial 806 und der ersten Schicht aus Diodenmetall 804.
  • Wie in der Querschnittsansicht 808 von 8B gezeigt, werden die erste Schicht aus Diodenmetall (804 von 8A) und die erste Schicht aus Halbleitermaterial (806 von 8B) selektiv strukturiert, um eine erste Diode 502 über dem ersten Verbindungsdraht 514a zu definieren. Die erste Diode 502 umfasst eine Schottky-Diode mit einer ersten Metallschicht 516a und einer ersten Halbleiterschicht 518a. In einigen Ausführungsformen werden die erste Schicht aus Diodenmetall (804 von 8A) und die erste Schicht aus Halbleitermaterial (806 von 8B) in Bereichen, die nicht von einer ersten Maskierungsschicht 812 bedeckt sind, selektiv einem Ätzmittel 810 ausgesetzt. In einigen Ausführungsformen kann die erste Maskierungsschicht 812 einen Fotolack oder eine Hartmaske (z. B. Titan, Siliziumnitrid oder dergleichen) umfassen. Die erste Maskierungsschicht 812 wird nach dem Strukturieren der ersten Diode 502 entfernt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 814 von 8C gezeigt, wird eine dritte ILD-Schicht 512c über der ersten Diode 502 gebildet. Die dritte ILD-Schicht 5120 wird strukturiert, um einen Graben 816 zu definieren, der über der ersten Diode 502 liegt. Der Graben 816 wird mit einem leitenden Material gefüllt, gefolgt von einem Planarisierungsprozess (entlang der Leitung 818), um leitendes Material über der dritten ILD-Schicht 5120 zu entfernen. Der Planarisierungsprozess definiert einen zweiten Verbindungsdraht 514b, der sich zwischen einer Oberseite der ersten Diode 502 und einer Oberseite der dritten ILD-Schicht 5120 befindet.
  • Die 9A-9C veranschaulichen einige alternative Ausführungsformen von Querschnittsansichten, die die Bildung einer ersten Diode 502 auf dem ersten Verbindungsdraht 514a zeigen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 900 von 9A gezeigt, wird eine zweite Ätzstoppschicht 513b über der zweiten ILD-Schicht 512b und dem ersten Verbindungsdraht 514a gebildet. Die zweite Ätzstoppschicht 513b wird anschließend strukturiert, um eine Öffnung 802 über dem ersten Verbindungsdraht 514a zu bilden. Eine erste Schicht aus Diodenmetall 804 wird über der zweiten Ätzstoppschicht 513b gebildet, und innerhalb der Öffnung 802 wird eine erste Schicht aus Halbleitermaterial 806 auf der ersten Schicht aus Diodenmetall 804 gebildet, und eine Schicht aus zusätzlichem Metall 902 wird darauf gebildet. Die Schicht des zusätzlichen Metalls 902 umfasst ein Metall, das dazu eingerichtet ist, einen ohmschen Kontakt mit der ersten Schicht des Halbleitermaterials 806 zu bilden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 904 von 9B gezeigt, werden die erste Schicht aus Diodenmetall (804 von 9A), die erste Schicht aus Halbleitermaterial (806 von 9A) und die Schicht aus zusätzlichem Metall (902 von 9A) selektiv strukturiert, um eine erste Diode 502 über dem ersten Verbindungsdraht 514a zu definieren. Die erste Diode 502 umfasst eine Schottky-Diode mit einer ersten Metallschicht 516a und einer ersten Halbleiterschicht 518a. Eine zusätzliche Metallschicht 602 wird über der ersten Diode 502 angeordnet. In einigen Ausführungsformen werden die erste Schicht aus Diodenmetall (804 von 9A), die erste Schicht aus Halbleitermaterial (806 von 9A) und die Schicht aus zusätzlichem Metall (902 von 9A) in Bereichen, die nicht von einer zweiten Maskierungsschicht 908 bedeckt sind, selektiv einem Ätzmittel 906 ausgesetzt. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Maskierungsschicht 908 einen Fotolack oder eine Hartmaske (z. B. Titan, Siliziumnitrid, oder dergleichen) umfassen. Die zweite Maskierungsschicht 908 wird nach dem Strukturieren der ersten Diode 502 entfernt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 910 von 9C gezeigt, wird eine dritte ILD-Schicht 512c über der ersten Diode 502 gebildet. Anschließend wird ein Planarisierungsprozess (entlang der Leitung 912) durchgeführt, um einen Teil der dritten ILD-Schicht 5120 zu entfernen und eine Oberseite der zusätzlichen Metallschicht 602 freizulegen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1000 von 10 gezeigt, wird eine untere Isolationsstruktur 520 über der dritten ILD-Schicht 5120 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die untere Isolationsstruktur 520 abgeschieden und dann selektiv strukturiert werden, um eine unteren Elektroden-Durchkontaktierungs-Öffnung 1002 über dem zweiten Verbindungsdraht 514b zu definieren. In einigen Ausführungsformen kann die untere Isolationsstruktur 520 eine vierte Ätzstoppschicht 513d und eine erste dielektrische Schicht 522, die über der vierten Ätzstoppschicht 513d angeordnet ist, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die erste dielektrische Schicht 522 Siliziumkarbid, siliziumreiches Oxid, TEOS (Tetraethylorthosilikat) oder dergleichen umfassen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1100 von 11 gezeigt, wird eine Bodenelektrodenstruktur bzw. untere Elektrodenstruktur 1102 über der unteren Isolationsstruktur 520 und innerhalb der unteren Elektroden-Durchkontaktierungs-Öffnung 1002 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die untere Elektrodenstruktur 1102 eine untere Elektroden-Durchkontaktierungs-Schicht 1104 und eine darüber liegende untere Elektrodenschicht 1106 umfassen. Ein MRAM-Stapel 1108 wird über der. unteren Elektrodenstruktur 1102 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann der MRAM-Stapel 1108 eine gepinnte Schicht 1110, eine dielektrische Barrieretunnelschicht 1112 und eine freie Schicht 1114 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die gepinnte Schicht 1110 zwischen der freien Schicht 1114 und der Bodenelektrodenstruktur 1102 gebildet werden. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann die freie Schicht 1114 zwischen der gepinnten Schicht 1110 und der unteren Elektrodenstruktur 1102 gebildet werden. Eine obere Elektrodenstruktur 1116 wird über dem MRAM-Stapel 1108 gebildet.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1200 von 12 gezeigt, werden die obere Elektrodenstruktur (1116 von 11), der MTJ-Stapel (1108 von 11) und die untere Elektrodenstruktur (1102 von 11) selektiv strukturiert, um ein MTJ-Bauelement 102 mit einer unteren Elektrode 208 zu definieren, die durch einen MTJ 210 von einer oberen Elektrode 212 separiert ist. In einigen Ausführungsformen können die obere Elektrodenstruktur (1116 von 11) und der MTJ-Stapel (1108 von 11) gemäß einer Maskenschicht 1202 (z. B. Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder dergleichen), die über der oberen Elektrodenstruktur gebildet ist, selektiv geätzt werden, um eine obere Elektrode 212 und einen MTJ 210 zu definieren. Anschließend werden Seitenwandabstandshalter 530 entlang von Seiten des MTJ 210 gebildet, und ein zweiter Ätzprozess wird durchgeführt, um die untere Elektrodenstruktur (1102 von 11) selektiv zu ätzen und eine unterer Elektrode 208 und eine untere Elektroden-Durchkontaktierung 524 zu definieren. Nach seiner Bildung kann eine Einkapselungsschicht 534 über dem MTJ-Bauelement 102 gebildet werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1300 von 13 gezeigt, wird eine vierte ILD-Schicht 512d über der Einkapselungsschicht 534 gebildet. Die vierte ILD-Schicht 512d wird strukturiert, um eine erste Öffnung 1302 und eine zweite Öffnung 1304 zu definieren. Die Öffnung 1302 erstreckt sich von einer Oberseite der vierten ILD-Schicht 512d zu der oberen Elektrode 212. Die zweite Öffnung 1304 erstreckt sich von der Oberseite der vierten ILD-Schicht 512d zu dem zweiten Verbindungsdraht 514b. Die erste Öffnung 1302 und die zweite Öffnung 1304 werden anschließend mit einem leitenden Material gefüllt, gefolgt von einem Planarisierungsprozess (entlang der Leitung 1306). Das leitende Material innerhalb der ersten Öffnung 1302 definiert eine obere Elektroden-Durchkontaktierung 536, die die obere Elektrode 212 und einen dritten Verbindungsdraht 5140 über der obere Elektroden-Durchkontaktierung 536 kontaktiert. Das leitende Material innerhalb der zweiten Öffnung 1304 definiert eine Verbindungs-Durchkontaktierung 515 und einen vierten Verbindungsdraht 514d über der Verbindungs-Durchkontaktierung 515.
  • Die 14A-14B veranschaulichen einige alternative Ausführungsformen von Querschnittsansichten, die die Bildung einer zweiten Diode 504 auf dem vierten Verbindungsdraht 514d zeigen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1400 von 14A gezeigt, wird eine vierte Ätzstoppschicht 513d über der vierten ILD-Schicht 512d gebildet. Die vierte Ätzstoppschicht 513d kann durch einen Abscheidungsprozess gebildet werden. Die vierte Ätzstoppschicht 513d wird anschließend strukturiert, um eine zweite Öffnung 1406 über dem vierten Verbindungsdraht 514d zu bilden.
  • Eine zweite Schicht aus Diodenmetall 1402 wird über der vierten Ätzstoppschicht 513d und innerhalb der zweiten Öffnung 1406 gebildet. Die zweite Schicht aus Diodenmetall 1402 kann durch einen Abscheidungsprozess mit einer Dicke zwischen ungefähr 10 nm und ungefähr 100 nm gebildet werden. Eine zweite Schicht aus Halbleitermaterial 1404 wird auf der zweiten Schicht aus Diodenmetall 1402 gebildet. Die zweite Schicht aus Halbleitermaterial 1404 kann durch einen Abscheidungsprozess mit einer Dicke zwischen ungefähr 50 nm und ungefähr 150 nm gebildet werden. Die zweite Schicht aus Halbleitermaterial 1404 bildet eine Schottky-Barriere an einer Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht aus Halbleitermaterial 1404 und der zweiten Schicht aus Diodenmetall 1402.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1408 von 14B gezeigt, werden die zweite Schicht aus Diodenmetall (1402 von 14A) und die zweite Schicht aus Halbleitermaterial (1404 von 14A) selektiv strukturiert, um eine zweite Diode 504 zu definieren, die eine Schottky-Diode mit einer zweiten Metallschicht 516b und einer zweiten Halbleiterschicht 518b über der zweiten Metallschicht 516b umfasst. In einigen Ausführungsformen werden die zweite Schicht aus Diodenmetall (1402 von 14A) und die zweite Schicht aus Halbleitermaterial (1404 von 14A) in Bereichen, die nicht von einer dritten Maskierungsschicht 1412 bedeckt sind, selektiv einem Ätzmittel 1410 ausgesetzt. In einigen Ausführungsformen kann die dritte Maskierungsschicht 1412 einen Fotolack oder eine Hartmaske (z. B. Titan, Siliziumnitrid oder dergleichen) umfassen. Die dritte Maskierungsschicht 1412 wird nach dem Strukturieren der zweiten Diode 504 entfernt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1500 von 15 gezeigt, wird eine fünfte ILD-Schicht 512e über der zweiten Diode 504 gebildet. Die fünfte ILD-Schicht 512e wird strukturiert, um einen über der zweiten Diode 504 liegenden Graben 1502 zu definieren. Der Graben 1502 wird mit einem leitenden Material gefüllt, gefolgt von einem Planarisierungsprozess (z. B. einem chemisch-mechanischen Planarisierungsprozess entlang der Leitung 1504), um leitendes Material über der fünften ILD-Schicht 512e zu entfernen. Der Planarisierungsprozess definiert einen fünften Verbindungsdraht 514e.
  • 16 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 1600 zur Bildung eines integrierten Chips mit einer Speicherschaltung, die Speicherzellen (z. B. MRAM-Zellen) mit einer mehrere unipolare Selektoren umfassenden Zugriffsvorrichtung umfasst.
  • Während das Verfahren 1600 nachfolgend als eine Reihe von Vorgängen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben wird, versteht es sich, dass die veranschaulichte Reihenfolge solcher Vorgängen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinne zu interpretieren ist. Beispielsweise können einige Vorgänge in anderer Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen als den hier veranschaulichten und/oder beschriebenen auftreten. Zusätzlich sind möglicherweise nicht alle hierin veranschaulichten Vorgänge erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren. Ferner können eine oder mehrere der hierin dargestellten Vorgänge in einem oder mehreren separierten Vorgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • Bei 1602 wird ein erster unipolarer Selektor über einem Substrat gebildet. Der erste unipolare Selektor weist eine erste Anode und eine erste Kathode auf. Die 8A-8C veranschaulichen Querschnittsansichten 800, 808 und 814 einiger Ausführungsformen, die dem Vorgang 1604 entsprechen. Die 9A-9C veranschaulichen Querschnittsansichten 900, 906 und 912 einiger alternativer Ausführungsformen, die dem Vorgang 1602 entsprechen.
  • Bei 1604 wird ein zweiter unipolarer Selektor über dem Substrat gebildet. In einigen Ausführungsformen wird der zweite unipolare Selektor separat von dem ersten unipolaren Selektor hergestellt (z. B. an unterschiedlichen Verbindungsschichten). Die separierte Herstellung des ersten und des zweiten unipolaren Selektors erlaubt die Optimierung eines Bereichs einer entsprechenden Speicherzelle und erlaubt auch die einfache Herstellung des ersten unipolaren Selektors und des zweiten unipolaren Selektors als unterschiedliche Typen von unipolaren Selektoren. Die 14A-14B veranschaulichen die Querschnittsansichten 1400 und 1408 einiger Ausführungsformen, die dem Vorgang 1604 entsprechen.
  • Bei 1606 wird ein MTJ-Bauelement über dem Substrat gebildet. Das MTJ-Bauelement weist eine erste Elektrode auf, die dazu eingerichtet ist, mit der ersten Kathode und der zweiten Anode verbunden zu werden, und eine zweite Elektrode, die dazu eingerichtet ist, mit der ersten Anode und der zweiten Kathode verbunden zu werden. Die 11-12 veranschaulichen Querschnittsansichten 1100-1200 einiger Ausführungsformen, die dem Vorgang 1606 entsprechen.
  • Bei 1608 werden mehrere Verbindungsschichten über dem Substrat gebildet. Die mehreren Verbindungsschichten sind dazu eingerichtet, die erste Kathode mit der zweiten Anode und/oder mit der ersten Elektrode zu verbinden. Die mehreren Verbindungsschichten sind ferner dazu eingerichtet, die erste Anode mit einer ersten Wortleitung, die zweite Kathode mit einer zweiten Wortleitung, und die zweite Elektrode mit einer Bitleitung zu verbinden. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Verbindungsschichten vor, nach oder zwischen der Bildung des ersten unipolaren Selektors, des zweiten unipolaren Selektors und des MTJ-Bauelements gebildet werden. Die 7, 10, 13 und 15 veranschaulichen Querschnittsansichten 700, 1000, 1300 und 1500 einiger Ausführungsformen, die dem Vorgang 1608 entsprechen.
  • Dementsprechend betrifft die vorliegende Offenbarung in einigen Ausführungsformen einen integrierten Chip, der eine Speicherzelle mit einem Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelement und eine Zugriffsvorrichtung mit mehreren unipolaren Selektoren (d. h. Bauelemente, die während des normalen Betriebs jeweils Strom entlang einer einzelnen Richtung leiten) umfasst.
  • In einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung einen integrierten Chip. Der integrierte Chip weist auf: ein Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelement, das innerhalb einer dielektrischen Struktur über einem Substrat angeordnet ist, wobei das MTJ-Bauelement einen MTJ aufweist, der zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist; einen ersten unipolaren Selektor, der innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet ist und mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom entlang einer ersten Richtung durch das MTJ-Bauelement fließt; und einen zweiten unipolaren Selektor, der innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet ist und mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei der zweite unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom entlang einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch das MTJ-Bauelement fließt. In einigen Ausführungsformen ist der erste unipolare Selektor eine erste Diode und ist der zweite unipolare Selektor eine zweite Diode. In einigen Ausführungsformen ist der erste unipolare Selektor zwischen einer ersten Wortleitung und der ersten Elektrode des MTJ-Bauelements verbunden; ist der zweite unipolare Selektor zwischen einer zweiten Wortleitung und der ersten Elektrode des MTJ-Bauelements verbunden; und ist die zweite Elektrode des MTJ-Bauelements mit einer Bitleitung verbunden. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste unipolare Selektor lateral zwischen einer ersten vertikalen Leitung, die das MTJ-Bauelement und das Substrat kreuzt, und einer zweiten vertikalen Leitung, die den zweiten unipolaren Selektor und das Substrat kreuzt. In einigen Ausführungsformen ist der erste unipolare Selektor vertikal unterhalb des MTJ-Bauelements angeordnet, und ist der zweite unipolare Selektor vertikal oberhalb des MTJ-Bauelements angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist der erste unipolare Selektor eine erste Metallschicht und eine erste Halbleiterschicht auf, wobei die erste Halbleiterschicht entlang eines ersten leitenden Pfades zwischen der ersten Metallschicht und dem MTJ-Bauelement angeordnet ist; und weist der zweite unipolare Selektor eine zweite Halbleiterschicht und eine zweite Metallschicht auf, wobei die zweite Metallschicht entlang eines zweiten leitenden Pfades zwischen der zweiten Halbleiterschicht und dem MTJ-Bauelement angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner eine zusätzliche Metallschicht auf, die zwischen einer Oberseite des ersten unipolaren Selektors und einer Unterseite des MTJ-Bauelements angeordnet ist, wobei die zusätzliche Metallschicht eine erste Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat abnimmt, und der erste unipolare Selektor eine zweite Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat abnimmt. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner eine Verbindungs-Durchkontaktierung auf, die innerhalb des Substrats an einer Position angeordnet ist, die lateral von der zusätzlichen Metallschicht separiert ist, wobei eine horizontale Ebene parallel zu einer oberen Fläche des Substrats verläuft, die sich entlang einer oberen Fläche der zusätzlichen Metallschicht und durch eine Seitenwand der Verbindungs-Durchkontaktierung hindurch erstreckt. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner eine Verbindungs-Durchkontaktierung auf, die lateral von dem MTJ-Bauelement separiert ist und die eine Unterseite, die eine Oberseite der zusätzlichen Metallschicht kontaktiert, und eine Oberseite, die mit dem zweiten unipolaren Selektor verbunden ist, aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner einen Verbindungsdraht auf, der zwischen einer Oberseite des ersten unipolaren Selektors und einer Unterseite dem MTJ-Bauelement angeordnet ist, wobei sich der Verbindungsdraht entlang der Seitenwände des ersten unipolaren Selektors erstreckt. In einigen Ausführungsformen weist der erste unipolare Selektor eine erste Breite auf und weist der zweite unipolare Selektor eine zweite Breite, die geringer als die erste Breite ist, auf. In einigen Ausführungsformen ist der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet, Strom durch das MTJ-Bauelement entlang einer Richtung zu leiten, die einen Parallel-zu-Antiparallel-Übergang erleichtert. In einigen Ausführungsformen weist der erste unipolare Selektor eine oberste Fläche auf, die sich kontinuierlich von direkt unterhalb des MTJ-Bauelements bis direkt unterhalb des zweiten unipolaren Selektors erstreckt.
  • In anderen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung eine integrierte Schaltung. Der integrierte Chip weist auf ein Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelement mit einer ersten Elektrode, die mit einer Bitleitung verbunden ist, und einer zweiten Elektrode; und eine Zugriffsvorrichtung, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist und mehrere unipolare Selektoren aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, Strom durch das MTJ-Bauelement entlang einer einzelnen Richtung zu leiten, wobei die mehreren unipolaren Selektoren gemeinsam dazu eingerichtet sind, Ströme entlang entgegengesetzter Richtungen durch das MTJ-Bauelement zu leiten. In einigen Ausführungsformen weist die Zugriffsvorrichtung einen ersten unipolaren Selektor, der zwischen einer ersten Wortleitung und der ersten Elektrode des MTJ-Bauelements verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor, der zwischen einer zweiten Wortleitung und der ersten Elektrode des MTJ-Bauelements verbunden ist, auf. In einigen Ausführungsformen weist die Zugriffsvorrichtung einen ersten unipolaren Selektor mit einem ersten Kathodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor mit einem zweiten Anodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist, auf. In einigen Ausführungsformen weist die Zugriffsvorrichtung auf einen ersten unipolaren Selektor mit einem ersten Kathodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einem ersten Anodenanschluss, der mit einer ersten Wortleitung verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor mit einem zweiten Anodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einem zweiten Kathodenanschluss, der mit einer zweiten Wortleitung verbunden ist. In einigen Ausführungsformen weist der integrierte Chip ferner eine Steuerschaltung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Wortleitungsdecodierer zu betreiben, um eine erste Nicht-Null-Vorspannung gleichzeitig an mehrere Wortleitungen anzulegen, die während einer Schreiboperation, in die ein Datenzustand geschrieben wird, mit der Zugriffsvorrichtung des MTJ-Bauelements verbunden sind.
  • In noch anderen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bildung eines integrierten Chips. Das Verfahren weist auf Bilden eines Magnettunnelübergangs- (MTJ) Bauelements über einem Halbleitersubstrat, wobei das MTJ-Bauelement einen MTJ aufweist, der zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist; Bilden eines ersten unipolaren Selektors über dem Halbleitersubstrat, wobei der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, mit der ersten Elektrode verbunden zu werden und zu erlauben, dass Strom entlang einer ersten Richtung durch das MTJ-Bauelement fließt; und Bilden eines zweiten unipolaren Selektors über dem Halbleitersubstrat, wobei der zweite unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, mit der ersten Elektrode verbunden zu werden und zu erlauben, dass Strom entlang einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch das MTJ-Bauelement fließt. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner Bilden des MTJ-Bauelements direkt über oder direkt unter einem ersten Verbindungsdraht auf, wobei der erste unipolare Selektor so gebildet wird, dass er einen ersten Anodenanschluss aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Verbindungsdraht verbunden zu werden, und der zweite unipolare Selektor so gebildet wird, dass er einen zweiten Kathodenanschluss aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Verbindungsdraht verbunden zu werden.
  • Das Vorstehende skizziert Merkmale mehrerer Ausführungsformen, so dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Fachleute sollten erkennen, dass die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen verwendet werden kann. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Integrierter Chip, umfassend: eine Magnettunnelübergangs- (MTJ) Vorrichtung, die innerhalb einer dielektrischen Struktur über einem Substrat angeordnet ist, wobei die MTJ-Vorrichtung einen MTJ aufweist, der zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist; einen ersten unipolaren Selektor, der innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet ist und mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom entlang einer ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt; und einen zweiten unipolaren Selektor, der innerhalb der dielektrischen Struktur angeordnet ist und mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei der zweite unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass Strom entlang einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt.
  2. Integrierter Chip nach Anspruch 1, wobei der erste unipolare Selektor eine erste Diode ist und der zweite unipolare Selektor eine zweite Diode ist.
  3. Integrierter Chip nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste unipolare Selektor zwischen einer ersten Wortleitung und der ersten Elektrode der MTJ-Vorrichtung verbunden ist; wobei der zweite unipolare Selektor zwischen einer zweiten Wortleitung und der ersten Elektrode der MTJ-Vorrichtung verbunden ist; und wobei die zweite Elektrode der MTJ-Vorrichtung mit einer Bitleitung verbunden ist.
  4. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste unipolare Selektor lateral zwischen einer ersten vertikalen Leitung, die die MTJ-Vorrichtung und das Substrat kreuzt, und einer zweiten vertikalen Leitung, die den zweiten unipolaren Selektor und das Substrat kreuzt, erstreckt.
  5. Integrierter Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste unipolare Selektor vertikal unterhalb der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist und der zweite unipolare Selektor vertikal oberhalb der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist.
  6. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste unipolare Selektor eine erste Metallschicht und eine erste Halbleiterschicht umfasst, wobei die erste Halbleiterschicht entlang eines ersten leitfähigen Pfades zwischen der ersten Metallschicht und der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist; und wobei der zweite unipolare Selektor eine zweite Halbleiterschicht und eine zweite Metallschicht umfasst, wobei die zweite Metallschicht entlang eines zweiten leitfähigen Pfades zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist.
  7. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine zusätzliche Metallschicht, die zwischen einer Oberseite des ersten unipolaren Selektors und einer Unterseite der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die zusätzliche Metallschicht eine erste Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat abnimmt, und wobei der erste unipolare Selektor eine zweite Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand zu dem Substrat abnimmt.
  8. Integrierter Chip nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Verbindungs-Durchkontaktierung, die innerhalb des Substrats an einer Position angeordnet ist, die lateral von der zusätzlichen Metallschicht separiert ist, wobei sich eine horizontale Ebene, die parallel zu einer oberen Fläche des Substrats ist, entlang einer oberen Fläche der zusätzlichen Metallschicht und durch eine Seitenwand der Verbindungs-Durchkontaktierung erstreckt.
  9. Integrierter Chip nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Verbindungs-Durchkontaktierung, die lateral von der MTJ-Vorrichtung separiert ist und eine Unterseite aufweist, die eine obere Fläche der zusätzlichen Metallschicht kontaktiert, und eine Oberseite, die mit dem zweiten unipolaren Selektor verbunden ist.
  10. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Verbindungsdraht, der zwischen einer Oberseite des ersten unipolaren Selektors und einer Unterseite der MTJ-Vorrichtung angeordnet ist, wobei sich der Verbindungsdraht entlang von Seitenwänden des ersten unipolaren Selektors erstreckt.
  11. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste unipolare Selektor eine erste Breite aufweist und der zweite unipolare Selektor eine zweite Breite, die geringer als die erste Breite ist, aufweist.
  12. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, Strom durch die MTJ-Vorrichtung entlang einer Richtung zu leiten, die einen Parallel-zu-Antiparallel-Übergang erleichtert.
  13. Integrierter Chip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste unipolare Selektor eine oberste Fläche aufweist, die sich kontinuierlich von direkt unterhalb der MTJ-Vorrichtung bis direkt unterhalb des zweiten unipolaren Selektors erstreckt.
  14. Integrierter Chip, umfassend: eine Magnettunnelübergangs- (MTJ) Vorrichtung mit einer ersten Elektrode, die mit einer Bitleitung verbunden ist, und einer zweiten Elektrode; und eine Zugriffsvorrichtung, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist und mehrere unipolare Selektoren umfasst, die jeweils dazu eingerichtet sind, Strom entlang einer einzelnen Richtung durch die MTJ-Vorrichtung zu leiten, wobei die mehreren unipolaren Selektoren gemeinsam dazu eingerichtet sind, Ströme entlang entgegengesetzten Richtungen durch die MTJ-Vorrichtung zu leiten.
  15. Integrierter Chip nach Anspruch 14, wobei die Zugriffsvorrichtung umfasst: einen ersten unipolaren Selektor, der zwischen einer ersten Wortleitung und der ersten Elektrode der MTJ-Vorrichtung verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor, der zwischen einer zweiten Wortleitung und der ersten Elektrode der MTJ-Vorrichtung verbunden ist.
  16. Integrierter Chip nach Anspruch 14, wobei die Zugriffsvorrichtung umfasst: einen ersten unipolaren Selektor mit einem ersten Kathodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor mit einem zweiten Anodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist.
  17. Integrierter Chip nach Anspruch 14, wobei die Zugriffsvorrichtung umfasst: einen ersten unipolaren Selektor mit einem ersten Kathodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einem ersten Anodenanschluss, der mit einer ersten Wortleitung verbunden ist; und einen zweiten unipolaren Selektor mit einem zweiten Anodenanschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einem zweiten Kathodenanschluss, der mit einer zweiten Wortleitung verbunden ist.
  18. Integrierter Chip nach einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend: eine Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Wortleitungsdecodierer zu betreiben, um eine erste Nicht-Null-Vorspannung während einer Schreiboperation, die einen Datenzustand in die MTJ-Vorrichtung schreibt, gleichzeitig an mehrere Wortleitungen anzulegen, die mit der Zugriffsvorrichtung verbunden sind.
  19. Verfahren zum Bilden eines integrierten Chips, umfassend: Bilden einer Magnettunnelübergangs- (MTJ) Vorrichtung über einem Halbleitersubstrat, wobei die MTJ-Vorrichtung einen MTJ aufweist, der zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist; Bilden eines ersten unipolaren Selektors über dem Halbleitersubstrat, wobei der erste unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, mit der ersten Elektrode verbunden zu werden und zu erlauben, dass Strom entlang einer ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt; und Bilden eines zweiten unipolaren Selektors über dem Halbleitersubstrat, wobei der zweite unipolare Selektor dazu eingerichtet ist, mit der ersten Elektrode verbunden zu werden und zu erlauben, dass Strom entlang einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die MTJ-Vorrichtung fließt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Bilden der MTJ-Vorrichtung direkt über oder direkt unter einem ersten Verbindungsdraht, wobei der erste unipolare Selektor gebildet wird, einen ersten Anodenanschluss aufzuweisen, der dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Verbindungsdraht verbunden zu werden, und der zweite unipolare Selektor gebildet wird, einen zweiten Kathodenanschluss aufzuweisen, der dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Verbindungsdraht verbunden zu werden.
DE102019121676.1A 2019-08-05 2019-08-12 Speicherzelle mit einpoligen selektoren Pending DE102019121676A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/531,482 2019-08-05
US16/531,482 US11107859B2 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Memory cell with unipolar selectors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019121676A1 true DE102019121676A1 (de) 2021-02-11

Family

ID=74188652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019121676.1A Pending DE102019121676A1 (de) 2019-08-05 2019-08-12 Speicherzelle mit einpoligen selektoren

Country Status (5)

Country Link
US (3) US11107859B2 (de)
KR (1) KR102366982B1 (de)
CN (1) CN112331762A (de)
DE (1) DE102019121676A1 (de)
TW (1) TWI737407B (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112447788B (zh) * 2019-09-03 2023-09-12 联华电子股份有限公司 磁阻式随机存取存储器
US11410714B2 (en) 2019-09-16 2022-08-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Magnetoresistive memory device and manufacturing method thereof
US11196000B2 (en) * 2019-11-01 2021-12-07 International Business Machines Corporation Low forming voltage non-volatile memory (NVM)
US11145347B1 (en) * 2020-05-21 2021-10-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Memory device and memory circuit
TWI838615B (zh) * 2021-03-22 2024-04-11 凌北卿 具有蕭特基二極體之非揮發性記憶體元件
CN115565573A (zh) * 2021-07-02 2023-01-03 联华电子股份有限公司 半导体元件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090180310A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Naoharu Shimomura Resistance change type memory
US20120044736A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Chung Shine C Memory devices using a plurality of diodes as program selectors for memory cells
US20120063192A1 (en) * 2010-09-13 2012-03-15 Tsung-Wen Lee Three-device non-volatile memory cell
US9923027B2 (en) * 2016-07-04 2018-03-20 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Structure and method for memory cell array
US20180174650A1 (en) * 2011-02-14 2018-06-21 Attopsemi Technology Co., Ltd One-time programmable devices using finfet structures

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6130814A (en) 1998-07-28 2000-10-10 International Business Machines Corporation Current-induced magnetic switching device and memory including the same
US6466113B1 (en) * 1999-01-22 2002-10-15 Spectrian Corporation Multi-layer RF printed circuit architecture with low-inductance interconnection and low thermal resistance for wide-lead power devices
US7203129B2 (en) * 2004-02-16 2007-04-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Segmented MRAM memory array
US7683433B2 (en) 2004-07-07 2010-03-23 Semi Solution, Llc Apparatus and method for improving drive-strength and leakage of deep submicron MOS transistors
US7035141B1 (en) 2004-11-17 2006-04-25 Spansion Llc Diode array architecture for addressing nanoscale resistive memory arrays
JP2009290073A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Renesas Technology Corp 半導体装置及びその製造方法
US7936580B2 (en) * 2008-10-20 2011-05-03 Seagate Technology Llc MRAM diode array and access method
KR101098302B1 (ko) 2009-09-30 2011-12-26 주식회사 하이닉스반도체 자기저항 메모리 소자 제조 방법
US10249379B2 (en) 2010-08-20 2019-04-02 Attopsemi Technology Co., Ltd One-time programmable devices having program selector for electrical fuses with extended area
TWI452680B (zh) * 2010-08-20 2014-09-11 Chien Shine Chung 相變記憶體、電子系統、可逆性電阻存儲單元及其提供方法
US8804398B2 (en) 2010-08-20 2014-08-12 Shine C. Chung Reversible resistive memory using diodes formed in CMOS processes as program selectors
US9818478B2 (en) 2012-12-07 2017-11-14 Attopsemi Technology Co., Ltd Programmable resistive device and memory using diode as selector
US8638590B2 (en) * 2010-09-28 2014-01-28 Qualcomm Incorporated Resistance based memory having two-diode access device
US9305644B2 (en) 2011-06-24 2016-04-05 Rambus Inc. Resistance memory cell
US9099641B2 (en) * 2012-11-06 2015-08-04 The Regents Of The University Of California Systems and methods for implementing magnetoelectric junctions having improved read-write characteristics
JP6102418B2 (ja) * 2013-03-28 2017-03-29 凸版印刷株式会社 不揮発性メモリ素子、不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリ
KR102153559B1 (ko) 2013-08-02 2020-09-08 삼성전자주식회사 수직 자기터널접합을 구비하는 자기 기억 소자
JP6232821B2 (ja) 2013-08-07 2017-11-22 凸版印刷株式会社 不揮発性フリップフロップ、不揮発性ラッチおよび不揮発性メモリ素子
US9142762B1 (en) * 2014-03-28 2015-09-22 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction and method for fabricating a magnetic tunnel junction
US9343659B1 (en) * 2014-11-07 2016-05-17 Qualcomm Incorporated Embedded magnetoresistive random access memory (MRAM) integration with top contacts
WO2016099580A2 (en) * 2014-12-23 2016-06-23 Lupino James John Three dimensional integrated circuits employing thin film transistors
CN107301875A (zh) * 2016-04-14 2017-10-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种存储器单元、存储器单元结构以及存储器单元阵列
US9704919B1 (en) * 2016-06-24 2017-07-11 Qualcomm Incorporated High aspect ratio vertical interconnect access (via) interconnections in magnetic random access memory (MRAM) bit cells
KR102368033B1 (ko) * 2017-09-20 2022-02-25 삼성전자주식회사 자기 저항 메모리 소자의 제조 방법
US10991756B2 (en) * 2018-10-23 2021-04-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Bipolar selector with independently tunable threshold voltages

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090180310A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Naoharu Shimomura Resistance change type memory
US20120044736A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Chung Shine C Memory devices using a plurality of diodes as program selectors for memory cells
US20120063192A1 (en) * 2010-09-13 2012-03-15 Tsung-Wen Lee Three-device non-volatile memory cell
US20180174650A1 (en) * 2011-02-14 2018-06-21 Attopsemi Technology Co., Ltd One-time programmable devices using finfet structures
US9923027B2 (en) * 2016-07-04 2018-03-20 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Structure and method for memory cell array

Also Published As

Publication number Publication date
TW202121679A (zh) 2021-06-01
KR102366982B1 (ko) 2022-02-25
US20210384255A1 (en) 2021-12-09
US20230363180A1 (en) 2023-11-09
KR20210018745A (ko) 2021-02-18
TWI737407B (zh) 2021-08-21
CN112331762A (zh) 2021-02-05
US11778836B2 (en) 2023-10-03
US20210043683A1 (en) 2021-02-11
US11107859B2 (en) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019121676A1 (de) Speicherzelle mit einpoligen selektoren
DE102016100272B4 (de) Integrierter Schaltkreis, der zumindest eine Speicherzelle mit einer Datenspeicherschicht enthält, und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102005036073B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Leiterbahn mit ferromagnetischem Liner einer magnetischen Speichereinrichtung
DE102005034665B9 (de) Verfahren zum Herstellen einer Leiterbahn einer resistiven Speichereinrichtung
DE102016100024A1 (de) RRAM-Zelle mit PMOS-Zugriffstransistor
DE102018119672A1 (de) Techniken für mram mtj top elektrode auf metallschicht-interface mit einem abstandhalter
DE102019112891A1 (de) Techniken für die Verbindung einer oberen MRAM-MJT-Elektrode
DE102019127070A1 (de) Verfahren zum bilden einer speicherzelle
DE112012003382T5 (de) Mikroelektronische Einheit
DE102019130274A1 (de) Halbleiter-mram-vorrichtung und verfahren
DE102017119622A1 (de) Zellenskalierung für differentielles Messen
DE102019127079B4 (de) Tunnelkontaktselektor-MRAM und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102019113405A1 (de) Bipolarselektor mit unabhängig einstellbaren schwellenspannungen
DE102020133183A1 (de) Back-end-of-line-selektor für speichervorrichtung
DE112021005997T5 (de) Magnetoresistive zwei-bit-direktzugriffsspeicher-zelle
DE102013101036B4 (de) Verfahren für die Ausbildung eines Auswahltransistors in einer Speicheranordnung
DE102020105102A1 (de) Datenspeicherstruktur zur verbesserung der zuverlässigkeit von speicherzellen
DE112022003125T5 (de) Magnetoresistives spin-orbit-torque-direktzugriffsspeicher-array
DE102021110683A1 (de) Speicherzellenbauelement mit dünnschichttransistor-auswahleinrichtung und verfahren zum bilden desselben
DE102021105045A1 (de) Speichermatrix und verfahren zu deren herstellung
DE102018107724A1 (de) RRAM-Speicherzelle mit mehreren Filamenten
DE102018125298A1 (de) Transistorlose Speicherzelle
DE102021112546A1 (de) Oberseitenzwischenverbindungsmetallleitungen für ein speicherarray-bauelement und verfahren zur herstellung davon
DE112021000348T5 (de) Einheit mit doppeltem magnetischen tunnelübergang mit invertierter breiter basis
DE102020107939A1 (de) Speicherzelle mit magnetischer zugangsauswahl-vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0027220000

Ipc: H10B0061000000