[發(fā)明專利]磁阻式隨機存取存儲器的電路結(jié)構(gòu)與布局結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN115482852A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳奕廷;黃正同;王荏滺;謝詠凈;楊伯鈞;陳健中;李柏昌
• 申請（專利權(quán)）人: 聯(lián)華電子股份有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發(fā)明公開一種磁阻式隨機存取存儲器的電路結(jié)構(gòu)與布局結(jié)構(gòu)，其中該磁阻式隨機存取存儲器電路結(jié)構(gòu)中的存儲單元具有依序串聯(lián)的三個晶體管以及四個磁隧穿結(jié)，其中第一晶體管與第三晶體管的連接處為第一結(jié)點，第二晶體管與第三晶體管的連接處為第二結(jié)點，第一晶體管與第三晶體管的另一端連接到一共同的來源線，第一磁隧穿結(jié)與第二磁隧穿結(jié)串聯(lián)構(gòu)成第一磁隧穿結(jié)組且一端連接到第一結(jié)點，第三磁隧穿結(jié)與第四磁隧穿結(jié)串聯(lián)構(gòu)成第二磁隧穿結(jié)組且一端連接到該第二結(jié)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁阻式隨機存取存儲器(magnetoresistive Random AccessMemory MRAM)的電路結(jié)構(gòu)以及布局結(jié)構(gòu)，更具體言之，其涉及一種每個存儲單元(unitcell)具有三個晶體管與四個磁隧穿結(jié)(3T4M)的自旋轉(zhuǎn)移距(spin transfer torque,STT)磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)的電路結(jié)構(gòu)以及布局結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

磁阻式隨機存取存儲器(magnetoresistive random access memory,MRAM)為近年來獲得高度關(guān)注的一種新式存儲器，其整合了目前各式存儲器的優(yōu)點，例如可比擬靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的存取速度、閃存存儲器(Flash)的非揮發(fā)性與低耗電、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的高密度以及耐久性，而且可與目前半導(dǎo)體后段制作工藝整合制作，因此有潛力成為半導(dǎo)體芯片主要使用的存儲器。磁阻式隨機存取存儲器包括設(shè)置在上、下層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之間的一存儲器堆疊結(jié)構(gòu)，其中包含一磁隧穿結(jié)(magnetic tunnelingjunction,MTJ)。不同于傳統(tǒng)存儲器是通過存儲電荷來存儲數(shù)據(jù)，磁阻式隨機存取存儲器的操作是通過對MTJ施以一外加磁場來控制MTJ的磁化方向而獲得不同的隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)來存儲數(shù)字數(shù)據(jù)。

在磁阻式隨機存取存儲器中，自旋轉(zhuǎn)移距磁阻式隨機存取存儲器(STT-MRAM)的機制是通過電子的自旋能對鐵磁原子產(chǎn)生力矩來翻轉(zhuǎn)其磁化方向，進而達到存儲數(shù)據(jù)的目的。與使用磁場來翻轉(zhuǎn)載流子的一般磁阻式隨機存取存儲器相比，自旋轉(zhuǎn)移距磁阻式隨機存取存儲器還具有功耗低、可擴展性好等優(yōu)點，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

現(xiàn)今的自旋轉(zhuǎn)移距磁阻式隨機存取存儲器有一部分是采用雙位組(dual bits)的1T2M或是2T2M架構(gòu)，也就是每存儲單元(unit cell)具有一個晶體管與兩個串聯(lián)的磁隧穿結(jié)或是具有兩個晶體管與兩個串聯(lián)的磁隧穿結(jié)的設(shè)計。這樣的設(shè)計架構(gòu)具有讀取速度慢與寫入速度慢的缺點。再者，隨著電子產(chǎn)品的微縮化，如何在有限的布局面積下容納更多的存儲單元是當今本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟需研究開發(fā)的課題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點以及現(xiàn)今的發(fā)明需求，本發(fā)明特此提出了一種新穎的磁阻式隨機存取存儲器的電路結(jié)構(gòu)與布局結(jié)構(gòu)，其特點在于采用雙位組(dual bits)的3T4M電路架構(gòu)來大幅增加讀取速度與寫入速度，且所需的布局面積可以進一步縮小。

本發(fā)明的其一面向在于提出一種磁阻式隨機存取存儲器電路結(jié)構(gòu)，其具有多個存儲單元，其中每個存儲單元包含三個晶體管，分別為依序串聯(lián)的第一晶體管、第三晶體管以及第二晶體管，其中該第一晶體管與該第三晶體管的連接處為第一結(jié)點，該第二晶體管與該第三晶體管的連接處為第二結(jié)點，該第一晶體管與該第二晶體管的另一端連接到一共同的來源線、以及四個磁隧穿結(jié)，分別為第一磁隧穿結(jié)、第二磁隧穿結(jié)、第三磁隧穿結(jié)以及第四磁隧穿結(jié)，其中該第一磁隧穿結(jié)與該第二磁隧穿結(jié)串聯(lián)構(gòu)成第一磁隧穿結(jié)組，該第一磁隧穿結(jié)組的一端連接到該第一結(jié)點，該第三磁隧穿結(jié)與該第四磁隧穿結(jié)串聯(lián)構(gòu)成第二磁隧穿結(jié)組，該第二磁隧穿結(jié)組的一端連接到該第二結(jié)點。