[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 200980159551.X
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN102449755A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 辻高晴;渡邊源太
• 申請（專利權）人: 瑞薩電子株式會社
• 主分類號: H01L21/8246
• 分類號: H01L21/8246;G11C11/15;H01L27/105;H01L43/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;王忠忠

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置，尤其是涉及一種具有對應于磁阻元件的電阻值來存儲信息的磁性半導體存儲器功能的半導體裝置。本發明進一步特定地涉及用于改善該磁性半導體存儲器的數據讀出精度的構成。

背景技術

磁性隨機存取存儲器（MRAM）是將具有TMR（隧道磁阻）效應的TMR元件或者MTJ（磁性隧道結）元件用作存儲器單元（磁性存儲器單元）的存儲裝置。MRAM單元（磁性存儲器單元）由2個強磁體薄膜和這2個強磁體薄膜間的隧道絕緣膜構成。該隧道絕緣膜的上下磁體薄膜的磁矩是平行的情況及反平行的情況下，其磁阻為最小值及最大值。利用該磁阻效應，將磁阻值的大小對應賦予邏輯值“0”及“1”。在數據讀出時，使電流流經磁性存儲器單元，利用其電流量的大小讀出存儲信息。

MRAM單元的存儲信息保存磁矩的狀態，直到施加超過閾值電平的反方向磁場、使磁矩的方向變化為止。因此，幾乎能非易失性地永久存儲存儲信息。

MRAM單元（磁性存儲器單元）的存儲信息的寫入使寫入電流流過互相正交的數位線（digit?line）及位線，利用這些寫入電流感應的磁場的合成磁場，變更可變磁阻元件（TMR元件或者MTJ元件）的磁矩的方向。MRAM單元的可變磁阻元件的2個強磁體膜一方用作自由層，另一方用作固定層。固定層中磁矩的方向被固定，另一方面，自由層的磁矩對應于存儲信息來設定其方向。由位線及數位線寫入電流感應足夠大的磁場，進行數據的寫入，以便設定自由層的磁矩的方向。

若推進MRAM的高集成化，則會減少單元的占有面積，位線及數位線的線寬也會減小。這時，流過位線及數位線的電流變小，感應磁場的強度降低。為了補償這種伴隨單元細微化的寫入磁場的降低，對位線及數位線適用包層布線構造（clad?interconnect?structure）。這種包層布線構造的實例在專利文獻1（日本特開2006-32762號公報）及專利文獻2（日本特開2009-38221號公報）中示出。在這些專利文獻1及2中，由高導磁率膜包圍位線及數位線的3個方向，從未形成高導磁率膜的面對可變磁阻元件施加磁場。通過使用該高導磁率膜用作磁性屏蔽膜將磁場關在里面，使磁場集中地產生，用小的寫入電流感應出大的磁場，設定可變磁阻元件的磁化方向（磁矩的方向）。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-32762號公報；

專利文獻2：日本特開2009-38221號公報。

發明內容

發明要解決的問題

MRAM單元在存儲器單元陣列內排列成行列狀（矩陣狀）。通常，對應于MRAM單元列配置位線，對應于MRAM單元行配置數位線。在數據寫入時，寫入電流流過對應于選擇列配置的位線及對應于選擇行配置的數位線。這時，對半選擇狀態的MRAM單元、即選擇行且非選擇列上或者非選擇行且選擇列上的MRAM單元，僅施加流過位線或者數位線的電流所感應的單軸方向的電流感應磁場。在半選擇狀態的MRAM單元中，因數據寫入受到施加磁場干擾，所以存在其存儲數據誤反轉的可能性。該誤反轉的可能性（誤反轉概率）與受到的干擾磁場的大小成正比增大。若位（MRAM單元）的誤反轉概率變大，則作為存儲裝置使用時的故障率變大，產生可靠性的問題。

在MRAM中，數據讀出時，使用參考單元生成用于判別選擇MRAM單元的存儲數據“1”及“0”的基準電流。在產品出廠時對該參考單元進行固定數據的寫入，以后不進行寫入。參考單元配置在與用于數據存儲的正規MRAM單元相同的陣列內，與正規MRAM單元同樣構造的MRAM單元被用作參考單元。不存在在因寫入干擾而產生參考單元的存儲數據反轉時、進行參考單元的存儲數據反轉的確認及恢復的手段（未設置用于參考單元的存儲數據讀出的參考單元）。

因此，在使用因這種寫入干擾而產生了存儲數據反轉的參考單元的情況下，全部正規MRAM單元的數據讀出產生故障。因此，參考單元要求比正規MRAM單元更高的可靠性。

數據寫入時，每個寫入動作都對參考單元施加干擾磁場。在將包層布線構造適用于位線及數位線的情況下，由于產生磁場集中，所以施加比較大的干擾磁場，寫入干擾余裕降低。另外，即便在干擾磁場弱時，也因反復施加干擾磁場，隨時間變化，從而參考單元的存儲數據產生反轉的可能性變高。