[发明专利]使用多重对称阵列参考单元的MRAM芯片及检测方法

说明书

本发明公开了一种使用多重对称阵列参考单元的MRAM芯片，其中，包括：两MRAM阵列，每一所述MRAM阵列对应一行地址编码器、列地址编码器，两所述MRAM阵列共用一读写电路；所述MRAM阵列中插入多行参考单元行，所述多行参考单元行等分所述MRAM阵列。本发明通过两个阵列中每一个阵列插入多行参考单元，根据实际对面阵列被读行的位置，选出一行参考行，参考行具有多个参考字可以选择，使得参考单元占据的面积大幅度缩小。芯片面积使用率提高，且由于使用数目更小的参考单元，从而参考字的不良单元造成不良品的几率减小，有助于提高产品良率。为控制此类问题的电路也大幅度简化。

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片，尤其涉及一种使用多重对称阵列参考单元的MRAM芯片及检测方法。

背景技术

MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。

它的经济性想当地好，单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NOR Flash也有优势，比嵌入式NOR Flash的优势更大。它的性能也相当好，读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容。MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。

MRAM的原理，是基于一个叫做MTJ(磁性隧道结)的结构。它是由两层铁磁性材料夹着一层非常薄的非铁磁绝缘材料组成的。下面的一层铁磁材料是具有固定磁化方向的参考层，上面的铁磁材料是可变磁化方向的记忆层，它的磁化方向可以和固定磁化层相平行或反平行。由于量子物理的效应，电流可以穿过中间的隧道势垒层，但是MTJ的电阻和可变磁化层的磁化方向有关。前一种情况电阻低，后一种情况电阻高。读取MRAM的过程就是对MTJ的电阻进行测量。使用比较新的STT-MRAM技术，写MRAM也比较简单：使用比读更强的电流穿过MTJ进行写操作。一个自下而上的电流把可变磁化层置成与固定层平行的方向，自上而下的电路把它置成反平行的方向。

每个MRAM的记忆单元由一个MTJ和一个MOS管组成。MOS管的gate连接到芯片的Word Line负责接通或切断这个单元，MTJ和MOS管串接在芯片的Bit Line上。读写操作在Bit Line上进行

MRAM的读出电路需要检测MRAM记忆单元的电阻。由于MTJ的电阻会随着温度等而漂移，一般的方法是使用芯片上的一些已经被写成高阻态或低阻态记忆单元作为参考单元。再使用读出放大器(Sense Amplifier)来比较记忆单元和参考单元的电阻。

图1是参考单元分布图，参考单元也是由普通的记忆单元制成的，像普通的记忆单元一样，它也会有一个分布，这个分布会加大发生读出错误的几率。

对于上述的问题，现有技术的采用了由大量的记忆单元并联而成的芯片布局，图2是现有的MRAM存储单元阵列的示意图，每一行的记忆单元共用一组参考单元

具体的，一组参考单元由大量的(例如16、32)的记忆单元组成，参考单元将占据阵列的一部分面积，而这样的设计带来两个问题：

1、参考单元占据相当大的一部分面积，芯片的成本和面积直接成正比。这对于芯片的成本有负面影响。特别是字比较短，阵列较小的情况下，影响大。

2、参考单元一旦不良单元，整行的读操作就受到影响。这对于芯片良率有不利影响。为了应对良率问题有进一步造成的技术复杂度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用多重对称阵列参考单元的MRAM芯片，其中，包括：两MRAM阵列，每一所述MRAM阵列对应一行地址编码器、列地址编码器，两所述MRAM阵列共用一读写电路；所述MRAM阵列中插入多行参考单元行，所述多行参考单元行等分所述MRAM阵列。