专利名称：Mram存储单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由磁阻电阻和开关晶体管组成的MRAM存储单元，其中磁阻电阻位于两条基本垂直交叉的导电条之间，其中一个导电条延伸在最上金属化表面上，并且其中开关晶体管用源或漏极、控制极和漏或源极通过导电条与第零、第一和第二金属化表面相接触，从而使源或漏极连接到延伸在第零金属化表面上的存储单元区域的一个位线上，并且控制极通过字线和针脚触点而接于存储单元区域的第一金属化表面的导电条上。
MRAM存储单元在理想情况下是无各开关元件的，而是以纯电阻阵列形式实现的，其中某一存储单元设置在字线与位线之间的交叉点上并且其通常是由硬磁材料层、由例如隧道氧化物组成的绝缘层和软磁材料组成。如此获得的MRAM在外观上表现出非常简单的结构特点。但是它具有的缺点在于，在某个存储单元区域上不容忽略的寄生电流会通过各未指明存储单元而流出，特别是在读出操作中。
由于该原因，对于MRAM提出了另一结构，其可依靠DRAM并且通过开关元件或选择元件如晶体管和二极管而实现使用。
图4示出了一种现有MRAM单元，其中磁阻或TMR元件1设置在两个金属化表面M3和M2之间。金属化表面M2可与预定MOS场效应开关晶体管2半导体衬底上的源极或漏极之一连接，而漏极或源极可接在金属化表面M0的位线BL上。控制极导线GC可与字线WL连接，而其最好是通过所述针脚触点3连接到金属化表面M1上。如此金属化表面M0至M3可在控制极导线GC上按顺序设置，因此由半导体衬底开始按GC，M0，M1，M2和M3的顺序设立控制极导线和金属化表面。
在如此构成的MRAM存储单元中，金属化表面M1用于字线WL的电阻降低，其字线WL通过某一针脚触点3而接在金属化表面M1线路上。开关晶体管2的控制极导线GC最好是由掺杂多晶硅制成并且延伸到针脚触点3。
为了在图4所示现有存储单元中进行书写，在金属化表面M2和M3中需要约1至1mA数量级的电流。当磁阻电阻1中的电流产生已整流的磁场时，通过该磁场会确定软磁层中的极化，其可与硬磁层的极化平行或反平行的。在反平行极化情况下会存在一较高电阻值，而在平行极化期间会导致较低电阻值。在如此写入过程中，在磁阻电阻上的电压不超过约0.5V，否则将使绝缘层并与存储单元一起损坏。
为了进行读出，存储单元将在金属化表面M3线路上施加约0.5V电压，并通过导通开关晶体管2来测量流过磁阻电阻1的电流，这取决于电阻值以及在软磁层和硬磁层中的磁化方向，其为较高或较低值均是可以接受的。该测量结果可在金属化表面M0位线BL上获得。
在图4中所示现有MRAM存储单元需要总共四种金属化表面用于位线BL(M0)，字线和字线针脚(M1)和两条导线(M2和M3)，其相互交叉并位于磁阻电阻1的交叉点之间。
本发明的任务是提供一种MRAM存储单元，其需要较少的金属化表面就足够了，并且主要是更容易地构成最佳MRAM存储单元。
该任务将通过按照本发明所述技术的MRAM存储单元来解决，其中最上面的金属化表面是第二金属化表面，并且磁阻电阻在第一和第二金属化表面线路之间延伸，使得第一金属化表面线路与字线的针脚触点和磁阻电阻相接，并且使得可以满足字线-针脚和用于磁阻电阻的写线的两个功能。
下面将对按照本发明的MRAM存储单元加以理解，到目前为止(参见图4)，金属化表面M2只是在写操作过程中才加以使用，而不是在磁阻电阻或存储单元的读操作过程中加以使用。为了只在写操作过程中使用而在读操作过程中省略不需要的金属化表面M2，在按照本发明的MRAM存储单元中，磁阻电阻1可以移到成为最上金属化表面的第二金属化表面与第一金属化表面之间。但是在这里，在第一金属化表面线路中只允许电压约为0.5V，同时避免存储单元的损坏，在选择晶体管的控制中，要预定电平滑动触点(升压线路)。该电平滑动触点基本上是设置在各针脚区域上，通过控制极导线和字线与第一金属化表面线路连接。
由此按照本发明的MRAM存储单元在四层金属化表面的位置上只需要三层金属化表面，从而简化了其构成。该简化在费用上尤其占有优势，这对于电平滑动触点来说是需要的。
因此按照本发明的MRAM存储单元主要在于，具有第一金属化表面的线路可用于字线的“针脚”，同时还可用作磁阻电阻的写线。在预定针脚区域上的电平滑动触点可保证，在磁阻电阻上升高的临界电压不会达到0.5V，由此使不导通的开关晶体管可以导通。
下面将参照附图来理解本发明，其中
图1是按照本发明MRAM存储单元的第一实施例的示意图；图2是许多按照本发明的MRAM存储单元的排列和其金属化表面的平面图；图3在按照本发明的MRAM存储单元中的第一金属化表面的侧视图；和图4是现有的MRAM存储单元示意图。
图4在开始时已经进行了说明。
在附图中对于相互一致的部分采用相同的参考标号来表示。
图1表示在上金属化表面M1线路与中金属化表面M2线路之间的磁阻电阻(TMR元件)1，其通过针脚触点3和电平滑动触头B而与开关晶体管2的控制极导线连接，其金属化表面M2线路与位线BL之间的源-漏连接线路上所设置的导线位于金属化表面M0下面。电平电平滑动触头B具有通常结构，并且是一升压电路。控制极导线GC可以象通常MRAM存储单元一样以优选方式通过掺杂多晶硅而建立。该控制极导线GC设立了字线WL，其通过针脚触点3与金属化表面M1线路连接。
图2是以平面图的方式示出了，其中以金属化表面M0，M1，M2的线路和控制极导线GC相互能够穿过。这里主要是，金属化表面M1和M2线路，在其交叉点上形成磁阻电阻1或TMR元件，相互垂直经过。形成位线BL的金属化表面M0线路在其路径上最好是设置与金属化表面M1线路和控制极导线GC垂直，其中控制极导线GC表示字线。
图3示出了金属化表面M1线路的侧视图，其线路由针脚触点3而垂直向下导引并通过电平电平滑动触头B，其位于针脚触点3的区域中，并与各开关晶体管2的控制极导线GC连接。
为了书写，在金属化表面M1和M2线路之间可通以约1-2mA的电流。同时相关电压应不超过约0.5V，否则磁阻电阻1或TMR元件可能会损坏。象现有图4所示的MRAM存储单元一样，磁阻电阻1的电阻值可通过该写入过程而确定。
在读出构成中，在金属化表面M2线路上可设置约0.5V的电压。磁阻电阻1的电阻值可通过金属化表面M1线路进行检测。在这时，通过磁阻电阻1的电压降不允许超过0.5V，为了控制开关晶体管2，必须进行升压，这可通过电平滑动触头B实现，其可在开关晶体管2的控制极导线GC与针脚触点3之间在其范围内插入。因此，电平滑动触头B将会可靠设置，使得在磁阻电阻1上不会达到临界电压，而开关晶体管2仍然会导通。
权利要求
1.一种由磁阻电阻(1)和开关晶体管(2)组成的MRAM存储单元，其中磁阻电阻(1)经过最上金属化表面的线路而位于两条基本垂直交叉的线路之间，并且其中开关晶体管(2)通过具有第零、第一和第二金属化表面(M0，M1，M2)线路与源或漏极、控制极和漏或源极相接，从而使源或漏极接在存储单元区域的以第零金属化表面(M0)形式的位线上，并且控制极通过字线(WL)和针脚触点(3)而接于存储单元区域的第一金属化表面(M1)线路上，其特征在于，最上面的金属化表面是第二金属化表面(M2)，并且磁阻电阻(1)在第一和第二金属化表面(M1，M2)线路之间延伸，使得第一金属化表面(M1)线路与字线(WL)的针脚触点(3)和磁阻电阻相接，并且可以满足字线-针脚和用于磁阻电阻(1)写线的两个功能。
2.按照权利要求1的MRAM存储单元，其特征在于第一金属化表面(M1)的线路通过针脚触点(3)与开关晶体管(2)的控制极导线(GC)相接。
3.按照权利要求2的MRAM存储单元，其特这个在于对于针脚触点(3)区域上的每个控制极导线(GC)均要预定电平滑动触点(B)。
4.按照权利要求3的MRAM存储单元，其特征在于电平滑动触点(B)预定在控制极导线(GC)与针脚触点(3)之间。
全文摘要
本发明涉及一种由磁阻电阻(1)和开关晶体管(2)组成的MRAM存储单元,其中磁阻电阻(1)位于用于字线－针脚和用于写入操作的中间金属化表面(M1)和上金属化表面(M2)之间。字线－升压线路(B)可预定在每个单元的针脚区域上,使得其不会达到磁阻电阻(1)中的临界电压,并且开关晶体管(2)会导通。如图。
文档编号G11C11/15GK1334567SQ0112596
公开日2002年2月6日 申请日期2001年7月18日 优先权日2000年7月18日
发明者H·赫尼施米德 申请人:因芬尼昂技术股份公司