[發明專利]磁存儲器件的記錄方法

有效

• 申請號: 200980113665.0
• 申請日: 2009-04-15
• 公開（公告）號: CN102007543A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 大森廣之;細見政功;五十嵐實;山元哲也;山根一陽;大石雄紀;鹿野博司
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G11C11/15
• 分類號: G11C11/15;H01L21/8246;H01L27/105;H01L43/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及磁存儲器件的記錄方法，該磁存儲器件包括記錄層和磁化基準層，該記錄層能夠改變磁化方向，并且保持信息作為磁體的磁化方向，該磁化基準層相對于記錄層而提供且記錄層與該磁化基準層之間設置有絕緣層，并且該磁化基準層成為磁化方向的基準，該磁存儲器件通過經由絕緣層流動在記錄層和磁化基準層之間的電流記錄信息。

背景技術

在諸如計算機的信息設備中，能夠高速運行和高密度記錄的DRAM(動態RAM)廣泛地用作RAM(隨機存取存儲器)。然而，因為DRAM是揮發性存儲器，其中電源被切斷時信息被刪除，所以強烈地要求甚至在電源被切斷時也能保持信息并且對于降低設備的功耗是不可缺少的高速、高密度和大容量的非揮發性存儲器。

作為非揮發性存儲器，閃存等已經投入實際的使用，但是利用磁阻效應的磁存儲器正吸引著人們的注意力，因此近年來正被開發為高速、大容量和低功耗的非揮發性存儲器。例如，由利用TMR(隧道磁阻)效應的磁存儲器件(即MTJ器件)構成、且通過利用電流誘導的磁場反轉記錄層的磁化方向而在其上記錄信息的MRAM(磁RAM)已經投入了實際應用(例如，由Freescale?Semiconductor，Inc.實現的MR2A16(產品名稱))。

圖9(a)是示出MTJ器件的基本結構和讀出記錄信息的操作的示意圖。如圖9(a)所示，MTJ器件100的結構為作為非磁性薄絕緣層的隧道絕緣層104插設在作為兩個鐵磁層的記錄層105和磁化基準層103之間，也就是所謂的MTJ(磁性隧道結)。記錄層105由具有單軸磁各向異性的鐵磁導體構成，并且能夠通過外部操作改變磁化方向，并且保持作為信息的磁化方向。例如，相對于磁化基準層103的磁化方向為“平行”和“非平行”的磁化方向存儲為信息″0″和″1″。

為了從MTJ器件100讀出信息，利用TMR效應，其中相對于經由隧道絕緣層104在記錄層105和磁化基準層103之間流動的隧道電流的電阻值通過以上描述的兩個磁性層之間的磁化方向的相對差異而改變。當記錄層105的磁化方向和磁化基準層103的磁化方向平行時這里所用的電阻值取最小值，而當記錄層105的磁化方向和磁化基準層103的磁化方向不平行時這里所用的電阻值取最大值。

圖9(b)是示出由MTJ器件100構成的MRAM的存儲單元結構示例的局部透視圖。在MRAM中，對應于1位的存儲單元這樣形成，以矩陣的形式將字線布置為行配線而位線布置為列配線，并且將MTJ器件100設置在每個交叉點處。

在存儲單元的上部，寫入位線122和讀出位線123提供有插設在其間的層間絕緣膜，MTJ器件100提供在讀出位線123之下而與其接觸，并且寫入字線121提供在MTJ器件100的引出電極層106之下，且其間插設絕緣層。

另一方面，在存儲單元的下部，MOS(金屬氧化物半導體)型場效晶體管提供在諸如硅基板的半導體基板111上，用作在讀出操作時選擇存儲單元的選擇晶體管110。晶體管110的柵極電極115形成為連接單元的帶狀體(band)，并且還用作讀出字線。而且，源極區域114經由讀出連接插塞107連接到MTJ器件100的引出電極層106，并且漏極區域116連接到作為讀出行配線的傳感線124。

在具有上述結構的MRAM中，通過使寫入電流流過包括在存儲單元中的行和列的寫入字線121和寫入位線122，并且在兩個寫入配線相交處生成由這些電流產生的磁場的合成磁場來對所希望存儲單元的MTJ器件100進行寫入(記錄)信息。通過該合成磁場，所希望存儲單元的MTJ器件100的記錄層105在預定的磁化方向上磁化，也就是在“平行”或“不平行”于磁化基準層103的磁化方向的方向上磁化，以由此寫入(記錄)信息。

此外，為了從MTJ器件100讀出信息，選擇信號施加給作為包括在所希望存儲單元中的行讀出字線的柵極電極115，以使該行的全部選擇晶體管110處于ON(導通)狀態。同時，讀出電壓施加在包括在所希望存儲單元中的列讀出位線123和傳感線124之間。結果，僅選擇所希望的存儲單元，并且采用TMR效應，MTJ器件100的記錄層105的磁化方向差檢測為流過MTJ器件100的隧道電流的電平差。隧道電流從傳感線124引出到周邊電路(未示出)，并且進行測量。