[发明专利]在单元中具有多个磁隧道结器件的OTP方案

说明书

技术领域

本公开一般涉及具有磁隧道结(MTJ)器件的一次性编程设备。更具体地，本公开涉及自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)设备的单元中的多个MTJ器件。

背景技术

与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，数据不是作为电荷来存储的，而是取而代之通过存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧道层分开的两个铁磁层形成的。两个铁磁层中的一个(被称为固定层或者钉扎层)具有固定在特定方向的磁化。另一铁磁层(被称为自由层)具有可以被更改为当自由层的磁化与固定层磁化反向平行时表示“1”或者当自由层的磁化与固定层的磁化平行时表示“0”或者反之亦然的磁化方向。具有固定层、隧道层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反向平行。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ的阵列构造的。

为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。超过临界切换电流的写电流足以改变自由层的磁化方向。当写电流在第一方向上流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对齐。当写电流在与第一方向相反的第二方向上流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中其自由层磁化和固定层磁化呈反向平行取向。

为了读取常规MRAM中的数据，读电流经由与用于将数据写入MTJ的电流路径相同的电流路径来流经该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化彼此平行地取向，则MTJ所呈现的电阻不同于在自由层和固定层的磁化呈反向平行取向的情况下该MTJ所将呈现的电阻。在常规MRAM中，由MRAM的位单元中的MTJ的两个不同电阻定义两种相异的状态。这两个不同的电阻表示由该MTJ存储的逻辑“0”值和逻辑“1”值。

磁性随机存取存储器的位单元一般被布置成包括存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)范型的一个或多个阵列。STT-MRAM(自旋转移矩磁性随机存取存储器)是新兴的非易失性存储器，其具有以下优点：非易失性、与eDRAM(嵌入式动态随机存取存储器)相当的速度、与eSRAM(嵌入式静态随机存取存储器)相比较小的芯片尺寸、不受限制的耐读/写性、以及低阵列漏电流。

简要概述

本公开的诸方面包括一种一次性可编程(OTP)装置，其具有耦合到固定电势的存取晶体管、耦合在存取晶体管和OTP装置的单位单元中的第一位线之间的第一磁隧道结(MTJ)器件。OTP装置也包括第二MTJ器件(其耦合在存取晶体管和单位单元中的第二位线之间)以及耦合到第一MTJ器件和第二MTJ器件的编程电路系统编程电路系统被配置成用于在第一MTJ器件和第二MTJ器件之间进行选择以施加足够的电压来击穿与所选MTJ器件相关联的势垒层。

根据另一方面，本公开包括一种用于实现OTP装置的单位单元的方法。该方法包括启用第一编程驱动器以仅跨串联耦合的第一磁隧道结(MTJ)和存取晶体管来施加电压。该方法也可包括启用第二编程驱动器以仅跨串联耦合的第二MTJ器件和该存取晶体管来施加电压。

根据本公开的另一方面的一次性可编程(OTP)装置包括耦合到固定电势的存取晶体管、耦合在存取晶体管和OTP装置的单位单元中的第一位线之间的第一可编程元件、以及耦合在存取晶体管和单位单元中的第二位线之间的第二可编程元件器件。OTP装置还包括耦合到第一可编程元件并耦合到第二可编程元件的编程电路系统。编程电路系统被配置成用于在第一可编程元件和第二可编程元件之间进行选择以施加足够的电压来击穿与所选可编程元件相关联的势垒层。

在又一方面中，一种OTP设备包括用于仅跨串联耦合的第一磁隧道结(MTJ)和存取晶体管来施加电压的装置以及用于仅跨串联耦合的第二MTJ器件和该存取晶体管来施加电压的装置。

根据另一方面，本公开包括一种用于形成一次性可编程(OTP)单元的方法。该方法包括将存取晶体管耦合到固定电势，以及将第一磁隧道结(MTJ)器件耦合在存取晶体管和OTP装置的单位单元的第一位线之间。该方法还包括将第二MTJ器件耦合在存取晶体管和单位单元中的第二位线之间以及将编程电路系统耦合到第一MTJ器件和第二MTJ器件。编程电路系统被配置成用于在第一MTJ器件和第二MTJ器件之间进行选择以施加足够的电压来击穿与所选MTJ器件相关联的势垒层。