[發(fā)明專利]半導體存儲設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910161884.8
• 申請日: 2009-08-05
• 公開（公告）號: CN101887745A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 徐雨玹;盧光明
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: G11C11/15
• 分類號: G11C11/15;G11C11/16;G11C7/06;G11C7/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 楊林森;康建峰

相關申請的交叉引用

本申請要求于2009年5月13日提交的韓國專利申請序列號10-2009-0041587的優(yōu)先權益，在此將其全部內容通過引用加以結合。

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體設計技術，并且尤其涉及一種使用磁性隧道結器件(MTJ)的半導體存儲設備。

背景技術

通常，動態(tài)隨機存取存儲(DRAM)設備和靜態(tài)隨機存取存儲(SRAM)設備都是易失性存儲設備，當其未被加電時會丟失在存儲單元中所存儲的數據。因此，已經積極地進行研究，以開發(fā)非易失性存儲設備。在新開發(fā)的存儲設備之中，磁性隨機存取存儲(MRAM)作為下一代半導體設備受到關注，這是因為MRAM設備不僅具有非易失性特性，而且還具有高集成度、高速工作以及低功耗的特性。

MRAM設備的存儲單元包括晶體管和用于存儲信息的磁性隧道結器件(MTJ)，所述晶體管對應于從外部設備所施加的地址來執(zhí)行切換操作。磁性隧道結器件(MTJ)是一種磁性存儲器件，并且具有依照兩個鐵磁體的磁化方向而改變的磁阻(MR)率。MRAM設備通過感測依賴于MR率變化的電流來確定在磁性隧道結器件中所存儲的數據是高邏輯狀態(tài)‘1’還是低邏輯狀態(tài)‘0’。

圖1是圖示依照現有技術的半導體存儲設備的存儲單元的圖。

參照圖1，存儲單元包括NMOS晶體管110和MTJ器件130。

NMOS晶體管110包括在源線SL和MTJ器件130之間形成的源極-漏極路徑和被連接到字線WL的柵極。這種NMOS晶體管110依照字線WL的激活情況而導通/斷開。按照行地址來選擇字線。

MTJ器件130包括自由層132、隧道絕緣層134和被釘扎層136。自由層132由鐵磁性物質形成，并且具有依照外部刺激而改變的磁化方向，所述外部刺激例如是穿過MTJ130的電流。被釘扎層136具有即便向其施加外部刺激也不會改變的磁化方向。特別地是，被釘扎層136具有由釘扎層(未示出)固定的磁化方向，所述釘扎層由反鐵磁材料形成，并且隧道絕緣層134可以由氧化鎂MgO形成。

在磁性隧道結器件130中依照施加到其兩端的電壓而流動著隧道電流。當自由層132的磁化方向與被釘扎層136的磁化方向相匹配時，磁性隧道結器件130的阻抗值變小。當自由層132的磁化方向與被釘扎層136的磁化方向不匹配時，磁性隧道結器件130的阻抗值變大。通常，如果自由層132的磁化方向與被釘扎層136的磁化方向相同，那么磁性隧道結表示低邏輯狀態(tài)‘0’。如果不同，那么磁性隧道結表示高邏輯狀態(tài)‘1’。

換句話說，當通過向自由層132施加正電壓而使高于閾值電流的正電流流入自由層132中時(所述正電壓為高于被施加到被釘扎層136的正電壓的預定電平)，那么自由層132和被釘扎層136的磁化方向變得相同。即，執(zhí)行用于寫入‘0’的寫入操作并且磁性隧道結器件130的阻抗值變小。相反，當通過向自由層132施加負電壓而使高于閾值電流的負電流流入自由層132中時(所述負電壓為高于被釘扎層136的負電壓的預定電平)，那么自由層132和被釘扎層136的磁化方向變得彼此相反。即，執(zhí)行用于寫入‘1’的寫入操作并且磁性隧道結器件130的阻抗值變大。

圖2是示出依照圖1的磁性隧道結器件130的溫度的隧道磁阻(TMR)特性的圖表。

如圖2所示，磁性隧道結器件130具有磁滯現象，并且具有依照高于閾值電壓的正電流或負電流的兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即阻抗值小的狀態(tài)和阻抗值相對較大的狀態(tài)。即便不施加功率，也可以持續(xù)地維持穩(wěn)定狀態(tài)。

如圖2所示，磁性隧道結器件130具有依照溫度而改變的阻抗值。特別地是，如果磁化方向彼此相反并且溫度增加，那么阻抗值減小。即，隧道磁阻特性依照溫度而改變。隧道磁阻特性使數據‘1’和‘0’的阻抗值差異逐漸變小。因此，它使半導體存儲設備難以確定磁性隧道結器件130是維持相對較小的阻抗值還是相對較大的阻抗值。這種問題導致半導體存儲設備在其執(zhí)行讀取操作時會不正確地讀取所存儲的數據。

發(fā)明內容

本發(fā)明的實施例涉及提供一種半導體存儲設備，其控制當執(zhí)行讀取操作來讀取數據時流過磁性隧道結器件的電流。

依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導體存儲設備，包括：多個存儲單元，配置為存儲具有依賴于在第一和第二電壓驅動線路之間流動的電流方向的邏輯狀態(tài)的數據；電流產生器，配置為產生預定的讀取電流、向多個存儲單元施加預定的讀取電流并且產生依賴于數據的、與讀取電流變化相對應的數據電流；和電流控制器，連接到讀取電流的電流路徑并且被配置為控制讀取電流的電流量。