[发明专利]磁阻式随机存取存储器的电路结构与布局结构

说明书

本发明公开一种磁阻式随机存取存储器的电路结构与布局结构，其中该磁阻式随机存取存储器电路结构中的存储单元具有依序串联的三个晶体管以及四个磁隧穿结，其中第一晶体管与第三晶体管的连接处为第一结点，第二晶体管与第三晶体管的连接处为第二结点，第一晶体管与第三晶体管的另一端连接到一共同的来源线，第一磁隧穿结与第二磁隧穿结串联构成第一磁隧穿结组且一端连接到第一结点，第三磁隧穿结与第四磁隧穿结串联构成第二磁隧穿结组且一端连接到该第二结点。

技术领域

本发明涉及一种磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive Random AccessMemory MRAM)的电路结构以及布局结构，更具体言之，其涉及一种每个存储单元(unitcell)具有三个晶体管与四个磁隧穿结(3T4M)的自旋转移距(spin transfer torque,STT)磁阻式随机存取存储器(MRAM)的电路结构以及布局结构。

背景技术

磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)为近年来获得高度关注的一种新式存储器，其整合了目前各式存储器的优点，例如可比拟静态随机存取存储器(SRAM)的存取速度、闪存存储器(Flash)的非挥发性与低耗电、动态随机存取存储器(DRAM)的高密度以及耐久性，而且可与目前半导体后段制作工艺整合制作，因此有潜力成为半导体芯片主要使用的存储器。磁阻式随机存取存储器包括设置在上、下层内连线结构之间的一存储器堆叠结构，其中包含一磁隧穿结(magnetic tunnelingjunction,MTJ)。不同于传统存储器是通过存储电荷来存储数据，磁阻式随机存取存储器的操作是通过对MTJ施以一外加磁场来控制MTJ的磁化方向而获得不同的隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)来存储数字数据。

在磁阻式随机存取存储器中，自旋转移距磁阻式随机存取存储器(STT-MRAM)的机制是通过电子的自旋能对铁磁原子产生力矩来翻转其磁化方向，进而达到存储数据的目的。与使用磁场来翻转载流子的一般磁阻式随机存取存储器相比，自旋转移距磁阻式随机存取存储器还具有功耗低、可扩展性好等优点，具有很大的发展潜力。

现今的自旋转移距磁阻式随机存取存储器有一部分是采用双位组(dual bits)的1T2M或是2T2M架构，也就是每存储单元(unit cell)具有一个晶体管与两个串联的磁隧穿结或是具有两个晶体管与两个串联的磁隧穿结的设计。这样的设计架构具有读取速度慢与写入速度慢的缺点。再者，随着电子产品的微缩化，如何在有限的布局面积下容纳更多的存储单元是当今本领域的技术人员亟需研究开发的课题。

发明内容

有鉴于上述现有技术的缺点以及现今的发明需求，本发明特此提出了一种新颖的磁阻式随机存取存储器的电路结构与布局结构，其特点在于采用双位组(dual bits)的3T4M电路架构来大幅增加读取速度与写入速度，且所需的布局面积可以进一步缩小。

本发明的其一面向在于提出一种磁阻式随机存取存储器电路结构，其具有多个存储单元，其中每个存储单元包含三个晶体管，分别为依序串联的第一晶体管、第三晶体管以及第二晶体管，其中该第一晶体管与该第三晶体管的连接处为第一结点，该第二晶体管与该第三晶体管的连接处为第二结点，该第一晶体管与该第二晶体管的另一端连接到一共同的来源线、以及四个磁隧穿结，分别为第一磁隧穿结、第二磁隧穿结、第三磁隧穿结以及第四磁隧穿结，其中该第一磁隧穿结与该第二磁隧穿结串联构成第一磁隧穿结组，该第一磁隧穿结组的一端连接到该第一结点，该第三磁隧穿结与该第四磁隧穿结串联构成第二磁隧穿结组，该第二磁隧穿结组的一端连接到该第二结点。