TW454187B - Magnetoresistive memory with low current density - Google Patents

Description

4 187 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 發明説明 ( 丨 本 發 明 是 有 關 一 種 讀 寫 磁 阻 性 記 億 體 (MRAM), 其 記 億 1 I 體 效 應 産 生 於 記 億 體 單 胞 之 磁 性 可 變 電 阻 之 中 〇 1 I Γ 磁 阻 性 記 億 體 具 有 例 如 在 字 元 線 與 位 元 線 之 間 的 磁 阻 -N 1 層 糸 統 t 其 例 如 由 一 軟 磁 性 層 與 一 硬 磁 性 層 所 構 成 r 其 請 先 1 1 經 由 一 薄 的 隧 道 氣 化 物 而 分 隔 〇 在 字 元 線 與 位 元 線 之 間 讀 背 1 1 的 電 阻 取 決 於 1 是 否 在 材 料 中 的 磁 化 方 向 是 平 行 或 是 反 之 注 1 | 平 行 〇 因 此 > 平 行 的 磁 化 方 向 導 致 較 低 的 電 阻 值 而 反 意 事 1 項 | 平 η 的 磁 化 方 向 導 致 較 高 的 電 阻 值 〇 在 多 方 面 而 t 尤 再 填 1 其 是 用 於 寫 入 一 DO 早 胞 所 須 在 字 元 線 或 位 元 線 中 相 當 高 的 寫 本 百 Γ 1 電 流 或 電 流 尖 峰 值 的 缺 點 > 然 而 由 此 所 造 成 的 電 流 密 度 '— 1 1 1 而 導 致 電 子 遷 移 問 題 9 以 及 相 當 高 的 功 率 損 耗 〇 此 外 • 1 1 由 於 所 提 供 相 當 高 的 電 流 而 提 高 對 周 圍 電 路 的 要 求 〇 由 1 I 於 用 於 位 元 線 與 字 元 線 的 材 料 例 如 是 與 製 程 符 合 ♦ 必 須 1 訂 是 可 以 形 成 良 好 的 結 構 並 且 具 有 少 量 的 特 殊 電 阻 $ 可 1 1 以 將 電 子 遷 移 的 問 題 經 由 適 當 的 選 擇 導 電 材 料 f 而 僅 非 1 I 常 有 限 地 避 免 〇 此 經 由 使 用 較 薄 的 磁 性 層 » 而 減 少 所 須 1 1 的 電 流 9 此 觸 及 技 術 的 極 限 9 並 受 限 於 減 少 的 層 厚 度 較 1 線 ( | 大 的 可 靠 度 的 問 題 〇 此 外 9 由 於 巨 前 的 角 度 觀 點 不 是 由 此 發 出 9 即 材 料 待 殊 的 最 適 化 在 可 預 見 的 未 來 » 對 於 減 I 1 少 所 須 的 電 流 提 供 重 要 的 獻 0 1 I 由 美 國 專 利 文 件 US 4 4 5 5 6 2 6 是 一 習 知 的 MR AM • 其 磁 1 I 阻 層 是 位 於 一 較 厚 的 場 集 中 層 的 空 隙 之 中 » 一 記 億 體 層 1 1 以 及 此 場 集 中 層 說 明 了 一鈑至-磁阻 1的.败1路 徑 〇 1 | 本 發 明 以 此 為 基 礎 的 3 的 即 在 於 此 9 其 指 出 種 磁 阻 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 454 1 8 7 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ Z ) 1 | 性 讀 寫 記 億 體 ♦ 其 中 1 在 儘 可 能 小 的 晶 片 表 面 9 使 得 在 1 字 元 線 或 位 元 線 中 的 電 抗C 密 度 儘 可 能 的 小 〇 1 1 ί 此 S 的 是 經 由 串 請 專 利 範 圍 的 第 1 項 第 9 項 t 第 10 1 項 或 第 1 1項 的 持 擻 部 份 而 獲 得 解 決 〇 其 他 的 申 請 專 利 範 /·-V 請 £ 1 1 圍 是 有 關 本 發 明 有 利 的 配 置 〇 閱 讀 1 背 1 以 下 是 本 發 明 的 實 施 例 根 據 圖 示 作 更 進 —1 步 的 説 明 9 之 1 其 顯 示 注 意 事 1 第 1 A與 1B圔是磁阻記億體單胞之第 一 實 施 列 之 兩 値 互 項 再 1 I 相 正 交 之 截 面 * 以 及 填 寫 本 1 Γ ] 1 第 2 A與 2B圖是根據本發 明 磁 阻 記 億 體 單 胞 之 第 二 實 施 頁 >—✓ 例 之 兩 値 互 相 正 交 之 截 面 〇 1 I 本 發 明 在 基 本 上 存 在 於 此 > 即 根 據 —k 傾 經 由 位 元 線 及 1 1 / 或 字 元 線 之 改 良 的 連 接 所 産 生 在 磁 阻 性 記 億 體 單 胞 中 1 訂 的 磁 場 在 此 電 路 中 須 要 較 小 的 電 流 密 度 0 這 經 由 本 發 明 1 | 以 待 別 節 省 空 間 位 置 與 有 效 率 的 方 式 而 使 得 可 能 〇 1 1 第 1 A圔 中 顯 示 兩 個 磁 阻 性 單 胞 區 域 中 之 截 面 說 明 0 此 1 | 種 磁 阻 性 記 億 體 單 胞 例 如 由 一 軟 磁 性 層 構 成 t 其 藉 由 —* 1 隧 道 氧 化 物 與 一 硬 磁 性 層 分 隔 » 因 而 此 隧 道 可 能 » 並 且 線 此 兩 層 之 間 的 電 阻 取 決 於 兩 層 的 磁 化 方 向 〇 此 磁 阻 性 記 1 1 億 體 單 胞 是 各 白 經 由 軟 磁 性 層 WML與硬磁性層HML而導引 1 1 » 並 且 位 於 字 元 線 與 位 元 線 的 交 叉 點 上 〇 横著位於WML 1 1 層與HML層單胞之間的是層C 9 其 由 一 具 有 高 相 對 導 磁 率 1 I 的 絶 緣 材 料 構 成 〇 此 外 t 横 向 位 於 至 少 兩 値 線 路 LT0 1 -與 1 1 LT0 ： t (例如是位元線 )之間， -4 - 同樣是由具有高相對導磁率 1 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 454 1 8 7 a? B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ ) 1 之 電 氣 絶 緣 材 料 所 構 成 的 區 域 B〇 第1 B圖的截面是正交 1 1 I 第 1 A 圖 的 截 面 1 並 且 此 外 顯 示 區 域 D , 横向介於至少兩 傾 線 路 (例如是字元線） 之 間 9 其 由 具 有高 的 相 對 導 磁 率 —V 請 先 1 1 的 電 氣 絶 緣 材 料 所 構 成 Ο 此 外 t 在 第 1 A圖 與 第 1 B 圖 中 是 閱 ik 1 背 1 通 過 層 A, 其由- -锢具有高的相對導磁率的電氣絶緣 之 1 材 料 所 構 成 9 其 直 接 鄰 接 於 位 元 線 LTO 與 LT0 2 之 上 0 注 意 1 事 1 並 且 有 一 另 外 的 通 過 層 E 由 具 有 高 相 對導 磁 率 之 電 氣 绝 項 再 1 I 緣 材 料 所 構 成 9 其 鄰 接 於 字 元 線 LTU 1 m LTU 2 之 上 6 以 填 寫 本 1 C 這 種 方 式 在 同 時 以 非 常 節 省 空 間 的 方 式而 産 生 各 m 記 億 頁 '—^ 1 1 體 單 胞 的 絶 緣 9 並 且 同 時 産 生 場 集 中 ,以 降 低 所 須 的 電 1 I 流 密 度 0 1 1 層 A 與 E , 以及區域B C、 D可 以 由 不同 或 還 可 以 相 同 1 訂 1 I 之 具 有 高 相 對 導 磁 率 之 電 氣 絶 緣 材 料 所構 成 0 適 合 用 於 層 A 與 E » 以 及 區 域 B、 C D的材料， 例如是鐵酸鹽 1 1 (F e r r i t e )。 I 另 外 一 個 替 代 方 式 是 在 第 2 A 圖 與 第 2 B画 中 所 說 明 的 兩 1 線 ( \ 値 互 相 正 交 的 截 面 之 中 〇 因 而 以 介 於由 導 電 或 是 具 有 高 導 磁 率 之 不 良 绝 h4_j 緣 材 料 所 構 成 的 兩 锢層 F 舆 Η 之 間 的 1 I 兩 掴 磁 阻 性 記 億 體 單 胞 來 說 明 Ο 然 而 其對 於 第 —. 替 代 方 1 1 案 基 本 的 不 同 是 > 此 F 與 Η 層 既 不 接 觸位 元 線 ， 亦 不 接 1 1 觸 字 元 線 » 而 是 以 具 有 柑 當 小 的 導 磁 率常 數 的 電 氣 絶 緣 1 I 材 料 而 分 隔 Ο 這 使 得 能 夠 例 如 使 用 具 有高 相 對 導 磁 率 之 1 1 導 電 或 不 良 φ it«Lj 緣 材 料 9 因 為 經 由 電 氣 絶綠 材 料 此 字 元 1 | 線 與 位 元 線 以 及 還 有 記 億 體 單 胞 本 身 不會 被 短 路 或 是 消 | 除 0 - 5 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 454 1 8 7 五、發明説明（4) 此F層與Η層可以由不同或相同的具有高相對導磁率 之導電還有不導電材料所構成。具有高相對導磁率的導 電層通常是由鐵 、鎳及/或鈷所組成的合金。此G層 可以將介於F與Η層，以及記億體單胞連同字元線與位 元線之間的全部空間填滿。此G層的材料是具有少量相 對導磁率的電氣絶緣，並且由例如氧化矽或氮化矽所構 成。 在其他的實施形式中還可以只有區域Β及/或C及/ 或D,由具有高相對導磁率之電氣絶緣材料所構成，例 如是鐵酸鹽所構成。 符號之説明 A、E、F、Η......層 Β.....區域 C.....區域 D.....區域 G.....層 WML ...軟磁性層 HML ...硬磁性層 LTO 1 .....位元線 LTO 2 .....位元線 LTU 1 .....字元線 LTU 2.....字元線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I- 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 4541

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第88 1 1 5029號「具有低電流密度之磁阻性記憶體」專利案 (90年7月修正） 六申請專利範圍： 1. 一種磁阻性記憶體，其特徵爲，此等記憶（WML，HML) 連同位元線及字元線（LTO!，LT02 ; LTl，LTU2)是位 於兩層（A，E ; F，Η)之間此等記憶體單胞.的橫向區域 (LBZ)之中，其材料具有高的相對導磁率。 2. 如申請專利範圍第1項之磁阻性記憶體，其中此兩個 層（A，Ε)電性絕緣，並且兩層中之一層是與字元線相 接觸，且兩層中的另一層是與位元線相接觸。 3. 如申請專利範圍第2項之磁阻性記憶體，其中在位元 線之間，存在其他的橫向區域（Β)，其由具有高的相對 導磁率之電性絕緣材料所構成。 4. 如申請專利範圍第2或3項之磁阻性記憶體，其中 另外在記憶體單胞之間的橫向中存在一種區域（C)，其 由相對導磁率較大之電性絕緣材料所構成。 5. 如申請專利範圍第2或3項之磁阻性記憶體，其中另 外在字元線（LTUhLTUO之間的橫向中存在一種區域 (D)，其由相對導磁率較大之電性絕緣材料所構成。 6. 如申請專利範圔第4項之磁阻性記憶體，其中另外在 字元線（LTU^LTU；!)之間的橫向存在—種區域（D) ’其由 相對導磁率較大之電性絕緣材料所構成。 7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之磁阻性記憶體， 其中兩層（A，E，· F，H)及/或區域（B，c，D)中之至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------- I I------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 局 消 費 合 作 社 印 m

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 〆. , 〇8 申請專利範圍 少一個由鐵酸鹽（Ferrit)所構成。 s.申請專利範圍第4項之磁阻性記憶體.，其中兩層（A，e ; F，Η)及/或區域（B’C’D)中之至少一個由鐵酸鹽（Ferrit) 所構成。 a申請專利範圍第5項之磁阻性記憶體，其中兩層（A，E ; F，Η)及/或區域（B，C，D)中之至少一個由鐵酸鹽（Ferrit) 所構成。 10. 如申請專利範圍第1項之磁阻性記憶體，其中介於此 等記憶體單胞區域中之記憶體單胞（連同位元線與字元 線）及兩層（F ; H)中至少一層之間，存在著一種層（G)， 其由具相對導磁率較小的電性絕緣材料所構成。 11. 如申請專利範圍第1項之磁阻性記憶體，其中介於兩 個層（F ; H)及此等記憶體單胞區域中之記憶體單胞（連 同字元線與位元線）之間的空間，以一種相對導磁率較 小之電性絕緣材料（G)塡滿。 12. —種磁阻性記憶體，其特徵爲在位元線之間的橫向中 存在著區域（B)，其由相對導磁率較大之電性絕緣材料 所構成。 13·—種磁阻性記憶體，其特徵爲在記憶體單胞之間的橫 向中存在著區域（C)，其由相對導磁率較大之電性絕緣 材料所構成。 14 —種磁阻性記憶體，其特徵爲在字元線（LTU1 ’ LTU2) 之間的橫向中存在著區域（D)，其由相對導磁率較大之 電氣絕緣材料所構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)