具有由數(shù)據(jù)單元和參考單元共享的寫驅(qū)動(dòng)器的mram的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路系統(tǒng)。更具體地，本公開涉及調(diào)諧MRAM電路系統(tǒng)中的磁隧道結(jié)(MTJ)參考單元。
[0002]背景
[0003]與常規(guī)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)芯片技術(shù)不同，在磁性RAM(MRAM)中，數(shù)據(jù)不是作為電荷來存儲(chǔ)的，而取而代之通過存儲(chǔ)元件的磁極化來存儲(chǔ)。這些存儲(chǔ)元件是從由隧道層分開的兩個(gè)鐵磁層形成的。這兩個(gè)鐵磁層中的一個(gè)(被稱為固定層或者釘扎層)具有固定在特定方向上的磁化。另一鐵磁層(被稱為自由層)具有可以被更改為當(dāng)自由層磁化與固定層磁化反平行時(shí)表示“ I”或者當(dāng)自由層磁化與固定層磁化平行時(shí)表示“O”或者反之亦然的磁化方向。具有固定層、隧道層和自由層的一種此類器件是磁隧道結(jié)(MTJ)。MTJ的電阻取決于自由層磁化和固定層磁化是彼此平行還是彼此反平行。存儲(chǔ)器設(shè)備(諸如MRAM)是從可個(gè)體尋址的MTJ的陣列構(gòu)造的。
[0004]為了將數(shù)據(jù)寫入常規(guī)MRAM，通過MTJ來施加超過臨界切換電流的寫電流。超過臨界切換電流的寫電流足以改變自由層的磁化方向。當(dāng)寫電流在第一方向上流動(dòng)時(shí)，MTJ可被置于或者保持在第一狀態(tài)，其中其自由層磁化方向和固定層磁化方向在平行取向上對齊。當(dāng)寫電流在與第一方向相反的第二方向上流動(dòng)時(shí)，MTJ可被置于或者保持在第二狀態(tài)，其中其自由層磁化和固定層磁化呈反平行取向。
[0005]為了讀取常規(guī)MRAM中的數(shù)據(jù)，讀電流可經(jīng)由用于將數(shù)據(jù)寫入MTJ的相同電流路徑來流經(jīng)該MTJ。如果MTJ的自由層和固定層的磁化彼此平行地取向，則MTJ所呈現(xiàn)的電阻不同于在自由層和固定層的磁化呈反平行取向的情況下該MTJ將呈現(xiàn)的電阻。在常規(guī)MRAM中，由MRAM的位單元中的MTJ的兩個(gè)不同電阻定義兩種相異的狀態(tài)。這兩個(gè)不同的電阻表示由該MTJ存儲(chǔ)的邏輯O值和邏輯I值。
[0006]為了確定常規(guī)MRAM中的數(shù)據(jù)表示邏輯I還是邏輯0，將位單元中的MTJ的電阻與參考電阻進(jìn)行比較。常規(guī)MRAM電路系統(tǒng)中的參考電阻是具有平行磁取向的MTJ和具有反平行磁取向的MTJ的電阻之間的中點(diǎn)電阻。生成中點(diǎn)參考電阻的一種方式是將已知具有平行磁取向的MTJ和已知具有反平行磁取向的MTJ并聯(lián)耦合。
[0007]磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的位單元可被布置成包括存儲(chǔ)器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)模式的一個(gè)或多個(gè)陣列。STT-MRAM(自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是新興的非易失性存儲(chǔ)器，其具有以下優(yōu)點(diǎn):非易失性、與eDRAM(嵌入式動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)相當(dāng)?shù)乃俣取⑴ceSRAM(嵌入式靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)相比較小的芯片尺寸、不受限制的耐讀/寫性、以及低陣列漏電流。
[0008]概述
[0009]根據(jù)本公開的各方面，存儲(chǔ)器裝置包括耦合到參考節(jié)點(diǎn)的第一磁隧道結(jié)(MTJ)參考單元、耦合到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的第一 MTJ數(shù)據(jù)單元、以及耦合到該參考節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的感測電路系統(tǒng)。第一寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)耦合到第一 MTJ數(shù)據(jù)單元的輸入數(shù)據(jù)路徑。切換電路系統(tǒng)被配置用于將第一 MTJ參考單元和/或第一 MTJ數(shù)據(jù)單元選擇性地耦合到第一寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)。
[0010]本公開的另一方面包括一種用于配置磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路系統(tǒng)的方法。該方法包括響應(yīng)于參考選擇信號(hào)而將寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)選擇性地耦合到MTJ參考單元、以及施加第一寫電流以對該MTJ參考單元中的至少一個(gè)參考MTJ進(jìn)行編程。該方法還包括響應(yīng)于寫選擇信號(hào)而將寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)選擇性地耦合到第一 MTJ數(shù)據(jù)單元、以及施加第二寫電流以對第一 MTJ數(shù)據(jù)單元中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)MTJ進(jìn)行編程。
[0011]本公開的另一方面包括一種用于配置磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路系統(tǒng)的設(shè)備。該設(shè)備包括:用于響應(yīng)于參考選擇信號(hào)而將寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)選擇性地耦合到MTJ參考單元的裝置；以及用于施加第一寫電流以對該MTJ參考單元中的至少一個(gè)參考MTJ進(jìn)行編程的裝置。該設(shè)備還包括:用于響應(yīng)于寫選擇信號(hào)而將寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)選擇性地耦合到第一 MTJ數(shù)據(jù)單元的裝置；以及用于施加第二寫電流以對第一 MTJ數(shù)據(jù)單元中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)MTJ進(jìn)行編程的裝置。
[0012]這已較寬泛地勾勒出本公開的特征和技術(shù)優(yōu)勢以便下面的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，本公開可容易地被用作改動(dòng)或設(shè)計(jì)用于實(shí)施與本公開相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效構(gòu)造并不脫離如所附權(quán)利要求中所闡述的本公開的教導(dǎo)。被認(rèn)為是本公開的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖來考慮以下描述時(shí)將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說和描述目的，且無意作為對本公開的限定的定義。
[0013]附圖簡述
[0014]為了更全面地理解本公開，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。
[0015]圖1是包括常規(guī)參考單元讀配置的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0016]圖2是包括常規(guī)參考單元寫配置的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0017]圖3是解說可調(diào)諧的合并參考單元配置的示圖。
[0018]圖4是根據(jù)本公開的一方面的包括共享寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0019]圖5是根據(jù)本公開的一方面的包括共享寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0020]圖6是根據(jù)本公開的一方面的包括共享寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0021]圖7是根據(jù)本公開的一方面的包括共享寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0022]圖8是根據(jù)本公開的一方面的包括共享寫驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的MRAM電路系統(tǒng)的電路圖。
[0023]圖9是解說根據(jù)本公開的各方面的一種配置MRAM電路系統(tǒng)的方法的過程流圖。
[0024]圖10是示出其中可有利地采用本公開的配置的示例性無線通信系統(tǒng)的框圖。
[0025]圖11是解說根據(jù)一種配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的框圖。
[0026]詳細(xì)描述
[0027]參考圖1，磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路系統(tǒng)100包括數(shù)據(jù)電路系統(tǒng)102和參考電路系統(tǒng)104。數(shù)據(jù)電路系統(tǒng)102和參考電路系統(tǒng)104被耦合到感測放大器(SA)電路系統(tǒng)106。數(shù)據(jù)電路系統(tǒng)102包括MRAM數(shù)據(jù)單元108，該MRAM數(shù)據(jù)單元108包括耦合到數(shù)據(jù)單元存取晶體管112的數(shù)據(jù)單元磁隧道結(jié)(MTJ) 110。參考電路系統(tǒng)104包括MRAM參考單元114，該MRAM參考單元114包括耦合到參考單元存取晶體管120、122的參考MTJ 116、118。一個(gè)參考MTJ 116具有平行磁取向，且另一參考MTJ 118具有反平行取向。
[0028]當(dāng)讀選擇信號(hào)(RSEL)被斷言時(shí)，參考MTJ 116、118有效地彼此并聯(lián)耦合。MRAM參考單元114由此生成參考電平(VREF)以供與MRAM數(shù)據(jù)單元108的數(shù)據(jù)電平進(jìn)行比較。讀電流在位線上從電壓源節(jié)點(diǎn)124流經(jīng)數(shù)據(jù)單元MTJ 110以生成被輸入到感測放大器電路系統(tǒng)106的數(shù)據(jù)電平(DATA)，并且參考電流從電壓源節(jié)點(diǎn)124流經(jīng)參考MTJ 116,118以生成被輸入到感測放大器電路系統(tǒng)106的參考電平(VREF)。感測放大器電路系統(tǒng)106基于參考電平(VREF)與數(shù)據(jù)電平(DA