[發(fā)明專利]磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010190215.X
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN113497082A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂玉鑫;戴瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22;H01L27/02;G11C11/16
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本申請?zhí)峁┮环N磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)，所述磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)的每一存儲單元設(shè)置于字線與位線相交部位，包括拆分為多個存取晶體管、磁性隧道結(jié)與源極線共享結(jié)構(gòu)。本申請通過n個存取晶體管的源極和漏極共享有源區(qū)的設(shè)計條件中，保證管子兩端的均為源極連接，確保不同基本單元的存取晶體管可以共享源極連接，縮小了邊緣線的范圍，實現(xiàn)了存儲陣列的面積壓縮。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲器技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)。

背景技術(shù)

磁性隨機(jī)存儲器(MRAM)作為一種非易失性存儲器應(yīng)用于電子設(shè)備的集成電路中，并提供數(shù)據(jù)存儲功能，其中數(shù)據(jù)通過編程作為MRAM位單元的一部分的的磁性隧道結(jié)(Magnetic tunnel junction；MTJ)來存儲。MRAM的優(yōu)點在于，即使在斷電狀態(tài)下，MTJ的位單元仍可以正常保持所存儲的信息，這是因為數(shù)據(jù)作為磁性組件存儲在MTJ中。MTJ是由兩層鐵磁性材料夾著一層非常薄的非鐵磁絕緣材料組成的，下面的一層鐵磁材料是具有固定磁化方向的參考層，上面的鐵磁材料是可變磁化方向的記憶層，它的磁化方向可以和固定磁化層相平行或反平行。讀取MRAM的過程就是對MTJ的電阻進(jìn)行測量。使用比較新的STT-MRAM技術(shù)，寫MRAM也比較簡單：使用比讀更強(qiáng)的電流穿過MTJ進(jìn)行寫操作。一個自下而上的電流把可變磁化層設(shè)置成與固定層平行的方向，自上而下的電路把它置成反平行的方向。最基本的MRAM存儲單元，由一個MTJ和一個MOS管組成。MOS管的gate連接到芯片的WordLine負(fù)責(zé)接通或切斷這個單元，MTJ和MOS管串接在芯片的Bit Line上。讀寫操作在BitLine上進(jìn)行。

隨著半導(dǎo)體工藝發(fā)展進(jìn)入深納米節(jié)點，存取晶體管在不斷縮小尺寸的過程中，存取晶體管的導(dǎo)通電流也在隨著減少，在對MTJ進(jìn)行寫操作時，需要足夠的寫電流才能完成對MTJ的磁場方向翻轉(zhuǎn)。在不改變存取晶體管各極電壓和MTJ尺寸的情況下，增加存取晶體管尺寸大小是唯一可以改變寫電流能力的。單純的增大每個存取晶體管的尺寸，會導(dǎo)致整個存儲陣列的面積同比增大。

美國專利U.S.Pat.10121959B1揭露一種在在絕緣體上形成多個全耗盡硅自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)，且利用虛假字線區(qū)塊以分隔STT-MRAM的技術(shù)。在有效字線區(qū)塊兩側(cè)形成虛假字線區(qū)塊，并通過橫向分離方式布設(shè)位線，及通過橫跨連接方式設(shè)置存儲單元的共享源極。

然而，一味的增加存取晶體管尺寸或是通過虛假字線作分隔，會造成每兩個存取晶體管間留有空隙，導(dǎo)致存取晶體管的密度不高，MRAM陣列的面積較大。而且，存取晶體管上的MTJ之間在x，y方向上的間距不一致，導(dǎo)致制造的MTJ一致性降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本申請的目的在于，提供一種磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)，其每一存儲單元的單個存取晶體管拆分為n個存取晶體管，并將其源極和漏極共享有源區(qū)，保證管子兩端的均為源極連接，確保不同基本單元的存取晶體管可以共享源極連接，縮小了邊緣線的范圍，實現(xiàn)存儲陣列的面積壓縮。

本申請的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

依據(jù)本申請?zhí)岢龅囊环N磁性隨機(jī)存儲器架構(gòu)，包括具有多個存儲單元的存儲陣列，在每一個存儲單元的結(jié)構(gòu)中，位線與字線是以互相垂直的方式排列的，每一存儲單元具有多指結(jié)構(gòu)的存取晶體管與磁性隧道結(jié)。其中，所述存取晶體管是由兩根多晶硅柵或金屬柵，源極有源區(qū)，漏極有源區(qū)，半導(dǎo)體襯底構(gòu)成；所述漏極有源區(qū)，位于兩根多晶硅柵或金屬柵中間，并通過接觸點，金屬平臺，過孔而連接到上層的磁性隧道結(jié)；所述源極有源區(qū)，位于兩根多晶硅柵或金屬柵的兩側(cè)，并與相鄰的存儲單元中存取晶體管的源極共享，并通過源極金屬連線連接。

本申請解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。

在本申請的一實施例中，在每一列存儲單元中，通過共享各存儲單元中存取晶體管外側(cè)的源極有源區(qū)及源極連接線，將所有的存儲單元中存取晶體管的源極連接起來。