[发明专利]磁性去耦合磁存储器单元和用于减少位选择错误的位线/字线

说明书

技术领域

本发明总地涉及电学和电子装置，更具体地涉及磁存储器。

背景技术

常规磁性随机存取存储器(MRAM)的可能的等比例缩小机理(scaling mechanism)是自旋扭矩转换，其中注入的自旋极化电子与MRAM单元中的自由层的磁矩相互作用并转移它们的角动量(通常称为自旋动量转移或SMT)。如果施加足够的电流，施加的自旋扭矩根据电流的流动方向将自由层转变为平行或反平行于单元中的钉扎层。这种局部的电流转换对存储器阵列应用是有吸引力的，因为它没有常规MRAM单元的磁性半选择(half-select)问题。此外，自旋扭矩转换(spin-torque switching)要求较少的功率来操作，所要求的电流量随着器件等比例减小到较小尺寸而减小。由于近来在具有氧化镁(MgO)势垒的高隧穿磁致电阻(TMR)器件的进展而变得可行，该TMR器件包括具有低的电阻面积(RA)乘积的器件，其已经制造了能够实现用于读操作的足够的输出电压的低电流自旋转移系统。

通常，自旋扭矩转换技术相对于常规MRAM具有有前途的优点；然而，常规图案化和集成技术还没有完善的方法来解决在现有MRAM中固有的存储器易失性问题。部分地由于与磁隧道结(MTJ)的图案化和磁叠层的沉积相关的问题，自旋扭矩转换要求内部场偏置(偏差)。钉扎层中的不平衡和蚀刻深度已经被认为是对所要求的外部场偏置的主要贡献。已经极大地被忽视的另一因素是来自供应电流的局部导线的不期望的杂散磁场贡献。不期望的场能够使SMT器件的操作点偏移，从而要求用于转换和常规操作的外部场偏置。

发明内容

通过提供用于将由在局部导线(例如，位线和字线)中流动的电流产生的磁场偏移远离磁存储器单元的MTJ的技术，本发明的说明性实施例有利地解决了常规MRAM的上述问题。这些技术允许经由直流电流的自旋扭矩转换而不需要外部场偏置。

在本发明的第一方面中，提出一种存储器单元。该存储器单元包括磁存储元件。磁存储元件电耦接到至少一个导电段(conductive segment)。至少一个导电段的至少一部分被磁衬层围绕。该磁衬层用于将由经过至少一个导电段的电流产生的磁场的至少一部分偏移远离磁存储元件。

磁衬层可以包括Ni、Fe和/或Co。此外，磁衬层可以围绕至少一个导电段的最靠近磁存储元件的至少一部分。

根据本发明的另一实施例，至少一个导电段可以包括位线、字线和/或读线(read line)。此外，字线可以是双镶嵌字线。

在本发明的第二方面中，提出一种存储器电路。该存储器电路包括多个存储器单元，其中多个存储器单元的每个包括：(i)磁存储元件；(ii)至少一个导电段，电耦接到磁存储元件；以及(iii)磁衬层，围绕至少一个导电段的至少一部分。磁衬层用于将由经过至少一个导电段的电流产生的磁场的至少一部分偏移远离磁存储元件。

在本发明的第三方面中，提供了一种将磁存储器单元屏蔽开磁场的方法。形成磁存储元件。进一步地，形成电耦接到磁存储元件的至少一个导电段。至少一个导电段的至少一部分用磁衬层围绕。磁衬层用于将由经过至少一个导电段的电流产生的磁场的至少一部分偏移远离磁存储元件。

根据本发明的另外的实施例，围绕的步骤可以包括形成靠近磁存储元件的沟槽以及在沟槽的至少一个表面上形成磁衬层。进一步地，至少一个导电段可以形成在磁衬层的至少一个表面上。更进一步地，磁衬层的一段(segment)可以形成在至少一个导电段上，并且磁衬层的一段的至少一部分可以被蚀刻以在磁衬层中建立至少一个开口。

在本发明的第四方面中，提供了将多个磁存储单元屏蔽开磁场的方法。形成多个磁存储元件。进一步地，形成电耦接到多个磁存储元件的每个的至少一个导电段。至少一个导电段的至少一部分用磁衬层围绕。并且，磁衬层用于将由经过至少一个导电段的电流产生的磁场的至少一部分偏移远离多个磁存储元件。

本发明的这些和其它的目的、特征以及优点将从以下对本发明说明性实施例的具体描述而变得明显，结合附图来阅读该具体描述。

附图说明

图1A-1B示出根据本发明实施例的磁随机存取存储器(分别为写入和读取)的常规架构的说明性示意图。

图2是示出根据本发明实施例的磁存储器单元的特征的示意图。

图3A-3C示出根据本发明实施例的存储器单元和连接到存储器单元的相应位线的三个示范性实施例的截面图。

图4是示出根据本发明实施例的存储器单元的示意图，在该存储器单元中靠近存储器单元的所有局部导线被磁衬层围绕。