[发明专利]采用共享源极线的互补磁性隧道结MTJ位单元及相关方法

说明书

公开了采用共享源极线的互补MTJ位单元。在一个方面中，提供了采用共享源极线的2T2MTJ互补位单元。位单元包括第一MTJ和第二MTJ。第一MTJ的值是第二MTJ的值的补数。第一位线耦合至第一MTJ的顶层，并且第一存取晶体管的第一电极耦合至第一MTJ的底层。第二位线耦合至第二MTJ的底层，并且第二存取晶体管的第一电极耦合至第二MTJ的顶层。第一和第二MTJ中的每个顶层都包括自由层，并且第一和第二MTJ的每个底层都包括钉扎层，或者第一和第二MTJ的每个顶层都包括钉扎层，并且第一和第二MTJ的每个底层都包括自由层。字线耦合至第一存取晶体管和第二存取晶体管的第二电极。共享源极线耦合至第一存取晶体管和第二存取晶体管的第三电极。采用共享源极线允许位单元被设计为具有减小的寄生电阻。

优先权申请

本申请要求2015年8月26日提交的标题为“REVERSE COMPLEMENT MAGNETICTUNNEL JUNCTION(MTJ)BIT CELLS EMPLOYING SHARED SOURCE LINE,AND RELATEDMETHODS”的美国专利申请第14/835,871号的优先权，其内容结合于此作为参考。

技术领域

本公开的技术总体上涉及磁性隧道结(MTJ)，具体地，涉及在包括两(2)晶体管两个(2)MTJ(2T2MTJ)位单元的磁性随机存取存储器(MRAM)中使用MTJ位单元。

背景技术

基于处理器的计算机系统包括用于数据存储的存储器。存储系统由能够存储数据的电阻式存储元件组成，其中存储数据的形式取决于所采用的存储器的类型。具体地，磁性随机存取存储器(MRAM)是非易失性存储器的示例，其中通过编程MRAM位单元的磁性隧道结(MTJ)来存储数据。数据在MTJ中被存储为磁性状态，其中不要求电流保持所存储的数据值。因此，即使在没有向MTJ(例如，MTI是非易失性的)提供功率时，MTJ也可以存储数据。相反，以电荷形式存储数据的存储器(诸如静态随机存取存储器SRAM)要求功率来保持存储的数据值(例如，这种存储器是易失性的)。因此，由于MTJ即使在断开功率时也可以存储信息，所以特定电路和系统可得益于采用MRAM。

关于这点，图1示出了示例性的MRAM位单元100，其包括与用于存储非易失性数据的MTJ 104集成的金属氧化物半导体(MOS)(通常为n型MOS，即NMOS)存取晶体管102。MRAM位单元100可以设置在MRAM存储器中，该MRAM存储器被用作存储要求电存储器的任何类型的系统的存储器，诸如中央处理单元(CPU)或基于处理器的系统。MTJ 104包括设置在通过薄非磁性介电层形成的隧道势垒110的任一侧上的钉扎层106和自由层108。当钉扎层106和自由层108的磁性定向相互反平行(AP)时，存在第一存储状态(例如，逻辑‘1’)。当钉扎层106和自由层108的磁性定向相互平行(P)时，存在第二存储状态(例如，逻辑‘0’)。此外，存取晶体管102控制针对MTJ 104的读取和写入数据。存取晶体管102的漏极(D)耦合至MTJ 104的底部电极112(其被耦合至钉扎层106)。字线114耦合至存取晶体管102的栅极(G)。存取晶体管102的源极(S)耦合至源极线116。位线118耦合至MTJ 104的顶部电极120(其耦合至自由层108)。