含阵列内哑元的MRAM阵列的制作方法

本发明涉及一种mram阵列，尤其涉及一种含阵列内哑元的mram阵列。

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。

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wordline负责接通或切断这个单元，mtj和mos管串接在芯片的bitline上。读写操作在bitline上进行

图1是现有技术中mram存储单元的结构剖视图，在制成方面，在cmos半导体工艺中，mram存储单元中的nmos管由p型半导体衬底注入n型掺杂区形成源极和漏极，中间用有氧化物底层的栅极隔离。被栅极跨越的掺杂区称为有源区。源极连接源极线，漏极通过通孔与蚀刻形成的mtj连接。

bl和sl垂直的布局，有利于缩小每个存储单元所占的芯片面积，降低成本。写入时操作稍复杂：把一个字线的电位拉高打开这一行，并把这一行的源极线置于一个中间电位。然后根据每一个单元写入0或1的需求，分别在位线上加高或者低电位。低电位有可能是负电压。

mram的制成要求制作均匀，nmos管和mtj都必须蚀刻均匀。否则不均匀的的蚀刻造成不同单元电阻的变化，影响读的精度，和良率。蚀刻工艺在蚀刻周期性的阵列时均匀度最好，在周期性终结的地方会有不均匀。

bl和sl垂直的布局方案虽然可以降低成本，但在布板时遇到问题。由于同一行共享sl，公共的sl需要走线引到阵列外连接读写电路，这条引线需要占据空间，使得阵列无法完全按等间距进行周期性布局。而另一方面，无论是nmos管的有源区，还是mtj，都需要周期性的布局，才能达到最高的均匀度和精度。

技术实现要素：

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含阵列内哑元的mram阵列，包括：源线与位线垂直布局，其中，所述mram阵列分为多个子阵列，每一所述子阵列有一条公共源线和所有的源线连接，并和位线平行，所述公共源线占据一列的空间。这样的布局，按照晶圆厂提供的设计规则，会牺牲一些空间(通常这一列空间10-30％是浪费的)。但这种布局保证了阵列的周期性，保证了工艺的质量，是更优的布板方案。

优选的，所述公共源线上所占空间内，按照阵列内磁性隧道结相等的间距和大小，部署一列磁性隧道结哑元。

优选的，所述公共源线所占空间内，按照阵列内nmos管有源区相等的间距和尺寸，在衬底上部署一列哑元有源区。

优选的，所述磁性隧道结哑元，通过通孔、连接点连接有源区。在时刻工艺中，有一种“天线效应”，使得接地和悬空的磁性隧道结蚀刻效果不一样。这个连接方法有效地消除了天线效应。

本发明较之于现有技术，有效解决了现有技术中sl另外走线导致的影响蚀刻质量的问题，通过将一位线作为公共的源线，并且对应的通过将磁性隧道结制作成哑元的结构，通过哑元连接有源区，进而连接到衬底，巧妙的改造了磁性隧道结，在保证蚀刻质量的基础上降低了成本，本发明布局合理。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术中mram存储单元的结构剖视图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，图2是本发明的结构示意图，一种含阵列内哑元4的mram阵列，包括：源线2与位线1垂直布局，其中，mram阵列分卫多个子阵列，每一子阵列有一条公共源线3和所有的源线2连接，并和位线1平行，公共源线3占据一列的空间。每一个子阵列一般有8列或者16列存储单元。

进一步的，公共源线3上所占空间上部署磁性隧道结哑元4。

更进一步的，公共源线3上所占空间上的衬底上具有哑元有源区5。

具体实施过程中，将该位线1坐在的列制成空列，在这一个空的列里，以同样的间隔和尺寸制作一列有源区5。既有源区哑元(同样大小但没有功能的单元)在这个空的列里，以同样的间隔和尺寸制作一列mtj哑元4，这些mtj哑元4通过通孔连接到下方的有源区5，并通过接触点连接到衬底。

进一步的，多个相邻位线1组成一子阵列，子阵列中的源线2通过公共源线3连接。对于bl和sl垂直的mram阵列，每n列成为一组，把每一组的所有行的sl通过一根公共的sl连接在一起。公共sl和bl平行引到阵列外。每隔8/16列，就有一条公共sl，这条sl占据一列的空间。

进一步的，哑元4通过连接点连接有源区5。

和这种阵列布局搭配的读写方法，是每次每个子阵列只有一个存储单元发生读写操作。多个子阵列同时读写，输入/输出一个字。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种含阵列内哑元的MRAM阵列，包括：源线与位线垂直布局，其中，所述MRAM阵列分为多个子阵列，每一所述子阵列有一条公共源线和所有的源线连接，并和位线平行，所述公共源线占据一列的空间。本发明较之于现有技术，有效解决了现有技术中SL另外走线导致的影响蚀刻质量的问题，通过将一位线作为公共的源线，并且对应的通过将磁性隧道结制作成哑元的结构，通过哑元连接有源区，进而连接到衬底，巧妙的改造了磁性隧道结，在不影响蚀刻质量的基础上降低了成本，本发明布局合理。

技术研发人员：戴瑾
受保护的技术使用者：上海磁宇信息科技有限公司
技术研发日：2018.02.27
技术公布日：2019.09.03