DE60107853T2

DE60107853T2 - Mram architekturen mit erhöhter schreibeselektivität

Info

Publication number: DE60107853T2
Application number: DE60107853T
Authority: DE
Inventors: Shaoping Li; Theodore Zhu; S. Anthony ARROT; Harry Liu; L. William LARSON; Yong Lu
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: US20040082082A1; US20040004878A1; US20020012268A1; ATE285111T1; CN100416698C; US6424564B2; US6992918B2; AU2001273395A1; IL153657A; KR20030041873A; US6424561B1; WO2002007166A3; CN1465073A; US6522574B2; EP1301928B1; US20020012269A1; WO2002007166A2; IL153657A0; US6791856B2; DE60107853D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft nichtflüchtige Speicher und insbesondere magnetoresistive Großspeicher (GMR für engl. Giant Magneto Resistive), welche eine oder mehr Wortleitungen und eine oder mehr Digitalleitungen verwenden, um einzelne Speicherbits auszuwählen und zu beschreiben.
Digitale Speicher verschiedener Arten werden in Rechnern und Rechnersystemkomponenten, digitalen Verarbeitungssystemen und dergleichen extensiv verwendet. Derartige Speicher können zu erheblichem Vorteil basierend auf der Speicherung von digitalen Bits als alternative Magnetisierungszustände von magnetischen Materialien in jeder Speicherzelle, normalerweise Dünnfilmmaterialien, gebildet werden. Diese Filme können magnetoresistive Dünnfilme sein, welche Information darin gespeichert aufweisen, die auf der Richtung der Magnetisierung, welche in diesen Filmen stattfindet, basiert. Die Information wird normalerweise entweder durch induktives Abfühlen, um den Magnetisierungszustand zu bestimmen, oder durch magnetoresistives Abfühlen jedes Zustands erhalten werden.
Solche magnetoresistiven Dünnfilmspeicher können praktischerweise auf der Oberfläche einer monolithischen integrierten Schaltung bereitgestellt werden, um dadurch eine problemlose elektrische Verbindung zwischen den Speicherzellen und der Speicherbetriebsschaltungsanordnung auf der monolithischen integrierten Schaltung bereitzustellen. Wenn so vorgesehen, ist es wünschenswert, die Größe zu verringern und die Packungsdichte der magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen zu erhöhen, um eine bedeutsame Dichte von gespeicherten Digitalbits zu erreichen.
Viele magnetoresistive Dünnfilmspeicher umfassen eine Anzahl von parallelen Wortleitungen, welche durch eine Anzahl von parallelen Digitalleitungen gekreuzt werden. Am Schnittpunkt jeder Wortleitung und Digitalleitung ist ein magnetoresistiver Dünnfilm vorgesehen. Entsprechend sind die magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen normalerweise in einer Matrixkonfiguration mit einer Anzahl von Reihen und einer Anzahl von Spalten konfiguriert.
1 ist eine schematische Darstellung, welche die Architektur eines herkömmlichen Dünnfilmmagnetspeichers mit Direktzugriff (MRAM für engl. Magnetic Random Access Memory) veranschaulicht. Parallele Wortleitungen 12, 14, 16, 18 und 20 sind in einer vertikalen Richtung vorgesehen, und parallele Digitalleitungen 22 und 24 sind in einer horizontalen Richtung vorgesehen. In dem dargestellten Diagramm ist nur ein Teil der MRAM-Matrix zu sehen. Am Schnittpunkt jeder Wortleitung und Digitalleitung ist eine magnetoresistive Dünnfilmspeicherzelle vorgesehen. Unter spezieller Bezugnahme auf 1 sind die magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen 28a, 28b, 28c, 28d und 28e am Schnittpunkt der Digitalleitung 22 und der Wortleitungen 12, 14, 16 18 beziehungsweise 20 vorgesehen. Gleichermaßen sind die magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen 30a, 30b, 30c, 30d und 30e am Schnittpunkt der Digitalleitung 24 und der Wortleitungen 12, 14, 16, 18 beziehungsweise 20 vorgesehen.
Die magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen in jeder Reihe sind normalerweise in einer Kettenkonfiguration verbunden, um eine entsprechende Abfühlleitung zu bilden. Zum Beispiel sind die magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen 28a, 28b, 28c, 28d und 28e, welche der Reihe 32 entsprechen, in einer Kettenkonfiguration verbunden, um eine Abfühlleitung 34 zu bilden. Die Abfühlleitung 34 umfasst normalerweise eine Anzahl von nichtmagnetischen Verbindungsgliedern 34a, 34b, 34c, 34d, 34e und 34f, um jedes Ende der magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen mit dem Ende der benachbarten magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen zu verbinden. Die nichtmagnetischen Verbindungsglieder 34a, 34b, 34c, 34d, 34e und 34f werden normalerweise unter Verwendung einer herkömmlichen Metallverbindungsschicht gebildet. Die Abfühlleitungen werden verwendet, um Strom an eine bestimmte Reihe von magnetoresistiven Dünnfilmspeicherzellen zu liefern, und letztendlich, um den Widerstand einer ausgewählten der Zellen abzufühlen.
Um einen Wert (d.h. null bis eins) in eine ausgewählte Speicherzelle zu schreiben, wird ein Wortleitungsstrom an die Wortleitung geliefert, welche sich benachbart zu der ausgewählten Speicherzelle erstreckt. Gleichermaßen wird ein Digitalleitungsstrom an die Digitalleitung geliefert, welche sich benachbart zu der ausgewählten Speicherzelle erstreckt. In einigen Fällen wird auch ein Abfühlleitungsstrom an die Abfühlleitung geliefert, welche die ausgewählte Speicherzelle enthält.
Die Polarität des Wortleitungsstroms bestimmt normalerweise den Wert, der in die ausgewählte Speicherzelle zu schreiben ist. Um dies weiter zu veranschaulichen, sind die Magnetfelder, welche durch den Wortleitungsstrom 40, den Digitalleitungsstrom 42 und den Abfühlleitungsstrom 44 an der Speicherzelle 30a erzeugt werden, in 1 dargestellt, wobei angenommen wird, dass die Digitalleitung 46 und die Wortleitung 12 sich über der Speicherzelle 40 erstrecken. Die Polarität der verschiedenen Ströme würde sich ändern, wenn sich die entsprechende Wort- oder Digitalleitung unter der Speicherzelle erstrecken würde.
Das Magnetfeld H_wI 48, das durch den Wortleitungsstrom 40 erzeugt wird, erstreckt sich nach rechts und entlang der Hauptachse der Speicherzelle 40, wie dargestellt. Das Magnetfeld H_dI 50, das durch den Digitalleitungsstrom 42 erzeugt wird, erstreckt sich aufwärts und entlang der Nebenachse der Speicherzelle 40. Das Magnetfeld H_sI 52 schließlich, das durch den Abfühlleitungsstrom 44 erzeugt wird, erstreckt sich aufwärts und entlang der Nebenachse der Speicherzelle 40.
Das Magnetfeld H_wI 48, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, stellt die Längskraft bereit, um den Magnetisierungsvektor der ausgewählten Speicherzelle nach rechts umzuschalten, was in dem dargestellten Beispiel dem gewünschten Wert entspricht, der zu schreiben ist. Die Magnetfelder H_dI 50 und H_sI 52, welche durch den Digitalleitungsstrom 42 beziehungsweise den Abfühlleitungsstrom 44 erzeugt werden, stellen das seitliche Drehmoment bereit, das notwendig ist, um das Umschalten des Magnetvektors der ausgewählten Speicherzelle einzuleiten.
2 ist ein Graph, welcher eine typische Schreibspielraumkurve für eine MRAM-Speicherzelle darstellt. Die X-Achse des Graphen stellt die Magnetfeldkomponente H_wI 48 dar, welche sich die Hauptachse der Speicherzelle 30a hinunter erstreckt und normalerweise durch den Wortleitungsstrom bereitgestellt wird. Die Y-Achse stellt die Magnetfeldkomponente H_dI 50 dar, welche sich über die Nebenachse der Speicherzelle 34a erstreckt und normalerweise durch den Digitalleitungsstrom (und den Abfühlleitungsstrom, wenn so vorgesehen) bereitgestellt wird. Die verschiedenen Kombinationen von H_wI und H_dI, welche erforderlich sind, um die Speicherzelle 30a zu beschreiben, werden durch die Kurve 56 dargestellt.
Um einen gewissen Schreibspielraum bereitzustellen, muss sich die Summe von H_wI 48 und H_dI 50 (welche einen Vektor 58 erzeugen) zur rechten Seite der Kurve 56 erstrecken. Je dichter die Summe von H_wI 48 und H_dI 50 an der Kurve 56 liegt, umso weniger Schreibspielraum ist vorhanden. Bei abnehmendem Schreibspielraum wird es schwieriger, eine ausgewählte Speicherzelle zuverlässig zu beschreiben. Es wird auch schwieriger, zu verhindern, dass andere, nicht ausgewählte Speicherzellen versehentlich beschrieben werden. Um diese Beschränkungen zu überwinden, gibt es oft sehr strenge Prozessanforderungen zur Kontrolle von Bitgrößen, Kantenrauhigkeit und Bitende-Verunreinigungsgraden in den Speicherzellen. Diese Prozessanforderungen können besonders belastend werden, wenn die Speicherzellengröße abnimmt, um die Packungsdichte zu erhöhen.
Die magnetoresistiven Speicherzellen sind häufig GMR-Speicherzellen. GMR-Speicherzellen umfassen normalerweise eine Anzahl von Magnetschichten, welche durch eine Anzahl von nichtmagnetischen Koerzitivschichten getrennt sind. Zu erheblichem Vorteil können die Magnetvektoren in einer oder allen der Schichten einer GMR-Zelle oft sehr schnell von einer Richtung in eine entgegengesetzte Richtung umgeschaltet werden, wenn ein Magnetfeld über einer bestimmten Schwelle angelegt wird. Die Zustände, welche in einer GMR-Zelle gespeichert sind, können normalerweise durch Durchlassen eines Abfühlstroms durch die Speicherzelle über die Abfühlleitung und Abfühlen der Differenz zwischen den Widerständen (GMR-Verhältnis), wenn einer oder beide der Magnetvektoren umschalten, gelesen werden.
Eine Beschränkung vieler GMR-Zellen ist, dass das Magnetfeld, das erforderlich ist, um die Magnetvektoren umzuschalten, verhältnismäßig stark sein kann, was bedeutet, dass verhältnismäßig hohe Schaltströme erforderlich sind. Diese Zunahme des Stroms oder Magnetfelds kann insbesondere bei großen Speichermatrizen zu einer beträchtlichen Betriebsleistung führen. Da die Größe der GMR-Zellen kleiner wird, um Anwendung höherer Dichte unterzubringen, nehmen auch die Schaltfelder zu, die benötigt werden. Es wird erwartet, dass unter solchen Umständen die Stromdichte in den Wort- und/oder Digitalleitungen selbst für die Cu-Metallisierung zu hoch werden kann.
Ein Weg, den Schreibspielraum zu vergrößern und die Stromdichteanforderungen für solch ein Gerät herabzusetzen, ist in 5 des Artikels „Experimental and Analytical Properties of 0.2 Micron Wide, Multi-Layer, GMR, Memory Elements", Pohm et al., IEEE Transactions on Magnetics, Band 32, Nr. 5, September 1996, dargestellt. 5 von Pohm et al. stellt eine Digitalleitung dar, welche die Speicherzellen in einem Winkel in Bezug auf die Hauptachse der Speicherzelle und in einem dreieckförmigen Muster durchläuft. Unter Bezugnahme auf 3 kann eine derartige Anordnung ein Magnetfeld H_dI 70 erzeugen, das zwei Komponenten aufweist: eine Komponente entlang der Nebenachse der Speicherzelle und eine Komponente entlang der Hauptachse der Speicherzelle. Wenn dies mit dem Magnetfeld H_wI 48 der Wortleitung kombiniert wird, kann sich der resultierende Magnetvektor 72 weiter über die Kurve 56 hinaus erstrecken, wie dargestellt, was zu einem vergrößerten Schreibspielraum 74 und einer vergrößerten Schreibselektivität in Bezug auf die MRAM-Architektur, die in 1 veranschaulicht ist, führt.
Eine Beschränkung von Pohm et al. ist, dass das dreieckförmige Muster der Digitalleitung wenigstens in Bezug auf einen Speicher, der im Wesentlichen gerade parallele Digitalleitungen und Wortleitungen verwendet, die Packungsdichte des Speichers wesentlich verringern kann. Wie in 5 von Pohm et al. zu sehen ist, zeigt es sich, dass der Mindestabstand zwischen den Digitalleitungen 0,25 μm beträgt, was wahrscheinlich durch die besonderen Designregeln des verwendeten Prozesses auferlegt ist. In der Annahme, dass die Digitalleitungen die Speicherzellen bei 30 Grad durchlaufen, beträgt der effektive Abstand zwischen den Digitalleitungen in der Y-Richtung 0,29 μm (0,25 μm/cos/30 Grad), was eine 16%ige Verringerung der Packungsdichte darstellt.
Eine andere Beschränkung von Pohm et al. ist, dass die Digitalleitungskonfiguration, welche in 5 dargestellt ist, nur eine begrenzte Magnetfeldkomponente entlang der Hauptachse der Speicherzelle erzeugt. Für einige MRAM-Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Magnetfeldkomponente die Hauptachse der Speicherzelle hinunter zu maximieren. Daher wäre eine MRAM-Architektur wünschenswert, welche einen vergrößerten Schreibspielraum und eine vergrößerte Schreibselektivität erzeugt, ohne die Packungsdichte des Speichers wesentlich zu verringern. Wünschenswert wäre auch eine MRAM-Architektur, welche die Magnetfeldkomponente entlang der Hauptachse der Speicherzelle maximiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie durch die Patentansprüche 1, 3 und 4 definiert, überwindet viele der Nachteile, die mit dem Stand der Technik verbunden sind, durch Bereitstellen von MRAM-Architekturen, welche einen vergrößerten Schreibspielraum und eine vergrößerte Schreibselektivität erzeugen, ohne die Packungsdichte des Speichers wesentlich zu verringern. Die vorliegende Erfindung stellt auch MRAM-Architekturen bereit, welche die Magnetfeldkomponente entlang der Hauptachse der Speicherzelle maximieren.
In einer ersten veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein magnetoresistives Speicherelement bereitgestellt, welches ein längliches magnetoresistives Bit am Schnittpunkt einer länglichen Wortleitung und einer länglichen Digitalleitung umfasst. Die längliche Digitalleitung ist im Wesentlichen gerade und erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur länglichen Wortleitung. Im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch ist die Achse des länglichen magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achse der länglichen Digitalleitung und die Achse der länglichen Wortleitung so versetzt, dass sie weder parallel zur Achse der länglichen Digitalleitung noch senkrecht zur Achse der länglichen Wortleitung ist.
Das längliche magnetoresistive Speicherelement, das zuvor erörtert wurde, wird vorzugsweise in einer Matrix von gleichen länglichen magnetoresistiven Bits bereitgestellt, um einen magnetoresistiven Speicher (MRAM) zu bilden. Die Matrix von magnetoresistiven Bits ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie eine Anzahl von Reihen und Spalten aufweist. Eine Anzahl von länglichen Wortleitungen ist so vorgesehen, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander und nur zu den magnetoresistiven Bits in einer entsprechenden Spalte benachbart erstrecken. Eine Anzahl von länglichen Digitalleitungen ist ebenfalls so vorgesehen, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander und nur zu den magnetoresistiven Bits in einer entsprechenden Reihe benachbart erstrecken. Die magnetoresistiven Bits in jeder Reihe von magnetoresistiven Bits sind in einer Kettenkonfiguration elektrisch verbunden, um eine entsprechende Abfühlleitung zu bilden.
Die Hauptachse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits ist in Bezug auf die Achsen der länglichen Digitalleitungen und die Achsen der länglichen Wortleitungen vorzugsweise so versetzt, dass sie weder parallel zu den Achsen der länglichen Digitalleitungen noch senkrecht zu den länglichen Wortleitungen ist. Da die Hauptachse der magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achse der Digitalleitung versetzt ist, umfasst das Magnetfeld H_dI, das durch den Digitalleitungsstrom am magnetoresistiven Bit erzeugt wird, eine Komponente entlang der Hauptachse des magnetoresistiven Bits. Wie bereits erwähnt, kann dies helfen, den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers zu vergrößern.
In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die relative Orientierung der magnetoresistiven Bits zu den Digitalleitungen dieselbe wie zuvor beschrieben. In dieser Ausführungsform sind jedoch die Achsen der Wortleitungen nicht senkrecht zu den Achsen der digitalen Wortleitungen. Vielmehr sind die Achsen der Wortleitungen im Wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der magnetoresistiven Bits. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform und auf Grund dessen, dass die Hauptachse der magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achse der Digitalleitung versetzt ist, umfasst das Magnetfeld H_dI, das durch den Digitalleitungsstrom am magnetoresistiven Bit erzeugt wird, eine Komponente entlang der Hauptachse des magnetoresistiven Bits. Wie bereits erwähnt, kann dies helfen, den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers zu vergrößern.
Im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform sind jedoch die Achsen der Wortleitungen im Wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der magnetoresistiven Bits. Dies hilft, das ganze Magnetfeld H_wI, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, mit der Hauptachse des magnetoresistiven Bits ausgerichtet zu halten, was weiter helfen kann, den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers zu vergrößern.
In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein MRAM-Speicher bereitgestellt, welcher die Magnetfeldkomponenten entlang der Hauptachse der Speicherzelle maximiert. Dies kann die Gesamtschreibspielräume und die Gesamtschreibselektivität des Speichers verbessern, während die Schreibleitungs- und/oder Digitalleitungsstromanforderungen herabgesetzt werden. In dieser Ausführungsform werden zwei oder mehr längliche magnetoresistive Bits bereitgestellt, wobei jedes eine längliche Wortleitung und eine längliche Digitalleitung aufweist, welche sich parallel dazu erstrecken.
Die Achse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Achse einer entsprechenden länglichen Wortleitung. Dies hilft, das ganze Magnetfeld H_wI, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, mit der Hauptachse des magnetoresistiven Bits ausgerichtet zu halten. Zusätzlich jedoch erstreckt sich die Achse jeder der länglichen Digitalleitungen wenigstens im Bereich jedes magnetoresistiven Bits im Wesentlichen parallel zur Achse der länglichen Wortleitung. Dies kann zum Beispiel durch eine zickzackförmige Digitalleitung bewerkstelligt werden.
In dieser Konfiguration und auf Grund dessen, dass sich die länglichen Digitalleitungen im Wesentlichen parallel zur Achse der länglichen Wortleitungen (und senkrecht zur Achse der länglichen magnetoresistiven Bits) erstrecken, kann das ganze Magnetfeld H_dI, das durch den Digitalleitungsstrom erzeugt wird, im Wesentlichen mit der Hauptachse der magnetoresistiven Bits ausgerichtet sein. Für einige Anwendungen kann dies die Gesamtschreibspielräume und die Gesamtschreibselektivität des Speichers wesentlich verbessern, während die Schreibleitungs- und/oder Digitalleitungsstromanforderungen herabgesetzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leicht zu erkennen, da dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich wird, in welchen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche Teile davon benennen und wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, welche die Architektur eines herkömmlichen MRAMs nach dem Stand der Technik darstellt;
2 ein Graph ist, welcher einen typischen Schreibspielraum für ein MRAM-Speichergerät darstellt;
3 eine schematische Darstellung einer ersten veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine schematische Darstellung einer anderen veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
5 eine schematische Darstellung noch einer anderen veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
3 ist eine schematische Darstellung einer ersten veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine Matrix von länglichen magnetoresistiven Bits 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 102a, 102b, 102c, 102d und 102e vorgesehen. Die Matrix von magnetoresistiven Bits umfasst eine Anzahl von Spalten 104a, 104b, 104c, 104d und 104e und eine Anzahl von Reihen 106a, 106b, 106c, 106d, und 106e. Der Klarheit halber ist nur ein Abschnitt einer typischen MRAM-Matrix dargestellt.
Eine Anzahl von sich parallel erstreckenden Wortleitungen 108a, 108b, 108c, 108d und 108e ist benachbart zu jeweiligen Spalten der Matrix von magnetoresistiven Bits ebenfalls vorgesehen. Zum Beispiel erstreckt sich die Wortleitung 108a benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100a und 102a, die Wortleitung 108b erstreckt sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100b und 102b, die Wortleitung 108c erstreckt sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100c und 102c, die Wortleitung 108d erstreckt sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100d und 102d und die Wortleitung 108e erstreckt sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100e und 102e. Es ist vorgesehen, dass sich die Wortleitungen 108a, 108b, 108c, 108d und 108e über oder unter den entsprechenden magnetoresistiven Bits erstrecken können.
Eine Anzahl von parallelen Digitalleitungen 110a und 110b ist benachbart zu jeweiligen Reihen der Matrix von magnetoresistiven Bits vorgesehen. Jede der Digitalleitungen entspricht einer entsprechenden Reihe von magnetoresistiven Bits und erstreckt sich nur entlang jener magnetoresistiven Bits, welche in der entsprechenden Reihe liegen. Zum Beispiel erstreckt sich die Digitalleitung 110a benachbart zu den magnetoresistiven Bits 100a, 100b, 100c, 100d und 100e, und die Digitalleitung 110b erstreckt sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 102a, 102b, 102c, 102d und 102e. Es ist vorgesehen, dass sich die Digitalleitungen 110a und 110b über oder unter den magnetoresistiven Bits erstrecken können. In dieser Konfiguration ist jedes magnetoresistive Bit am Schnittpunkt einer Wortleitung und einer Digitalleitung vorgesehen.
Vorzugsweise ist jede der Digitalleitungen 110a und 110b im Wesentlichen gerade und parallel zu allen anderen Digitalleitungen. Gleichermaßen ist jede der Wortleitungen 108a, 108b, 108c, 108d und 108e im Wesentlichen gerade und parallel zu allen anderen Wortleitungen. Dies kann eine optimale Packungsdichte für den Speicher ermöglichen.
Die magnetoresistiven Bits in jeder Reihe von magnetoresistiven Bits sind in einer Kettenkonfiguration verbunden, um eine entsprechende Abfühlleitung zu bilden. Zum Beispiel sind die magnetoresistiven Bits 100a, 100b, 100c 100d und 100e in einer Kettenkonfiguration elektrisch verbunden dargestellt, um die Abfühlleitung 120a zu bilden. Gleichermaßen sind die magnetoresistiven Bits 102a, 102b, 102c, 102d und 102e in einer Kettenkonfiguration elektrisch verbunden dargestellt, um die Abfühlleitung 120b zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Abfühlleitungen gebildet, indem jedes magnetoresistive Bit unter Verwendung eines nichtmagnetischen Segments, wie beispielsweise des nichtmagnetischen Segments 127, mit einem benachbarten magnetoresistiven Bit elektrisch verbunden wird.
Der Speicher kann auch eine Anzahl von Stromgeneratoren und einen Steuerblock umfassen. Jede Abfühlleitung 120a und 120b weist einen entsprechenden Abfühlstromgeneratorkreis 130a beziehungsweise 130b auf. Gleichermaßen weist jede Digitalleitung 110a und 110b einen entsprechenden Digitalleitungsstromgeneratorkreis 132a und 132b auf. Schließlich weist jede Wortleitung 108a, 108b, 108c, 108d und 108e einen entsprechenden Wortleitungsstromgeneratorkreis 134a, 134b, 134c, 134d beziehungsweise 134e auf.
Jeder der Abfühlstromgeneratorkreise 130a und 130b liefert selektiv einen Abfühlstrom an die entsprechende Abfühlleitung. Jeder Wortleitungsstromgeneratorkreis 134a, 134b, 134c, 134d und 134e liefert selektiv einen Wortleitungsstrom an die entsprechende Wortleitung. Jeder Digitalleitungsgeneratorkreis 132a und 132b liefert selektiv einen Digitalleitungsstrom an die entsprechende Digitalleitung.
Die Polarität des Stroms, der durch die Wortleitungsstromgeneratorkreise 134a, 134b, 134c, 134d und 134e und in manchen Fällen die Digitalleitungsgeneratorkreise 132a und 132b geliefert wird, bestimmt den Zustand, der in das ausgewählte magnetoresistive Bit zu schreiben ist. Um zum Beispiel einen ersten Zustand in das magnetoresistive Bit 102a zu schreiben, kann der Wortleitungsstromgenerator 134a einen Strom in einer Aufwärtsrichtung liefern, und der Digitalleitungsgeneratorkreis 132b kann einen Strom in einer Richtung nach rechts liefern. Um dagegen einen zweiten, entgegengesetzten Zustand in das magnetoresistive Bit 102a zu schreiben, kann der Wortleitungsstromgenerator 134a einen Strom in Abwärtsrichtung liefern, und der Digitalleitungsgeneratorkreis 132b kann einen Strom in einer Richtung nach links liefern.
Die Steuerung 140 steuert die Abfühlstromgeneratorkreise 130a und 130b, die Digitalleitungsstromgeneratorkreise 132a und 132b und die Wortleitungsstromgeneratorkreise 134a, 134b, 134c, 134d und 134e. In einer veranschaulichenden Ausführungsform leitet die Steuerung 140 ein Beschreiben eines ausgewählten magnetoresistiven Bits ein, indem sie den entsprechenden Digitalleitungsstromgeneratorkreis 132a oder 132b veranlasst, einen Digitalleitungsstrom an jene Digitalleitung zu liefern, welche sich benachbart zu der Reihe erstreckt, die das ausgewählte magnetoresistive Bit enthält. Die Steuerung 140 veranlasst auch den entsprechenden Wortleitungsstromgeneratorkreis 134a, 134b, 134c, 134d oder 134e, einen Wortleitungsstrom an jene Wortleitung zu liefern, welche sich benachbart zu der Spalte erstreckt, welche das ausgewählte magnetoresistive Bit enthält. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 140 auch den entsprechenden Abfühlstromgeneratorkreis 130a oder 130b veranlassen, einen Abfühlstrom an die Abfühlleitung zu liefern, welche das ausgewählte magnetoresistive Bit enthält. Die Steuerung empfängt und entschlüsselt vorzugsweise eine Adresse, welche die konkrete Digitalleitung, Wortleitung und Abfühlleitung, die dem ausgewählten magnetoresistiven Bit entsprechen, eindeutig identifiziert.
Jedes der magnetoresistiven Bits weist vorzugsweise eine Hauptachse entlang seiner Länge und eine Nebenachse entlang seiner Breite auf. Die Hauptachse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits ist vorzugsweise parallel zur Hauptachse aller anderen länglichen magnetoresistiven Bits. In der veranschaulichenden Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist die Hauptachse jedes länglichen magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achsen der länglichen Digitalleitungen und die Achsen der länglichen Wortleitungen so versetzt, dass sie weder parallel zu den Achsen der länglichen Digitalleitungen noch senkrecht zu den Achsen der länglichen Wortleitungen ist. Zum Beispiel ist die Hauptachse 122 des magnetoresistiven Bits 100a weder parallel zu der Achse der länglichen Digitalleitung 110a noch senkrecht zu der Achse der länglichen Wortleitung 108a. Da die Hauptachse der magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achse der Digitalleitung versetzt ist, umfasst das Magnetfeld H_dI, das durch den Digitalleitungsstrom am magnetoresistiven Bit erzeugt wird, eine Komponente entlang der Hauptachse des magnetoresistiven Bits. Zum Beispiel umfasst unter Bezugnahme auf das magnetoresistive Bit 102a das Magnetfeld H_dI 124, das durch den Digitalleitungsstrom 126 erzeugt wird, eine Komponente entlang der Hauptachse des magnetoresistiven Bits 102a. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 2 angezeigt, kann dies helfen, den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers zu vergrößern.
4 ist eine schematische Darstellung einer anderen veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser veranschaulichenden Ausführungsform ist die relative Orientierung der magnetoresistiven Bits zu den Digitalleitungen dieselbe, wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Allerdings sind in dieser Ausführungsform die Achsen der Wortleitungen 150a, 150b, 150c, 150d und 150e nicht senkrecht zu den Achsen der digitalen Wortleitung 154. Vielmehr sind die Achsen der Wortleitungen 150a, 150b, 150c, 150d und 150e im Wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der magnetoresistiven Bits 152a, 152b, 152c, 152d und 152e. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform und auf Grund dessen, dass die Hauptachse der magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achse der Digitalleitung 154 versetzt ist, umfasst das Magnetfeld H_dI, das durch den Digitalleitungsstrom an den magnetoresistiven Bits erzeugt wird, eine Komponente entlang der Hauptachse der magnetoresistiven Bits. Wie bereits erwähnt, kann dies helfen, den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers zu vergrößern.
Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform sind die Achsen der Wortleitungen 150a, 150b, 150c, 150d und 150e im Wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der magnetoresistiven Bits 152a, 152b, 152c, 152d und 152e. Dies hilft, das ganze Magnetfeld H_wI 158, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, mit der Hauptachse des magnetoresistiven Bits ausgerichtet zu halten, was den Schreibspielraum und die Schreibselektivität des Speichers weiter vergrößern kann.
5 ist eine schematische Darstellung noch einer anderen veranschaulichenden MRAM-Architektur gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform maximiert die Magnetfeldkomponenten entlang der Hauptachse der Speicherzelle. Dies kann helfen, die Gesamtschreibspielräume und die Gesamtschreibselektivität zu verbessern, während die Schreibleitungs- und/oder Digitalleitungsstromanforderungen herabgesetzt werden.
Wie in der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist die Achse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d und 160e vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Achse der entsprechenden länglichen Wortleitung 162a, 162b, 163c, 162d beziehungsweise 162e. Wie bereits erwähnt, hilft dies, das ganze Magnetfeld H_wI 164, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, mit der Hauptachse der magnetoresistiven Bits ausgerichtet zu halten. Zusätzlich jedoch erstreckt sich die Achse jeder der länglichen Digitallinien 166 wenigstens im Bereich der magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d und 160e im Wesentlichen parallel zur Achse der länglichen Wortleitungen. Dies kann zum Beispiel durch Bereitstellen einer zickzackförmigen Digitalleitung 166 bewerkstelligt werden.
Für die veranschaulichende zickzackförmige Digitalleitung weist die Digitalleitung 166 eine Anzahl von vertikalen Segmenten 172a, 172b, 172c, 172d und 172e auf, welche sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d beziehungsweise 160e erstrecken. Die Digitalleitung 166 weist ferner eine Anzahl von horizontalen Segmenten 170a, 170b, 170c und 170d auf, welche die vertikalen Segmente zwischen den magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c und 160d verbinden. In dieser Konfiguration und auf Grund dessen, dass die sich längliche Digitalleitung 166 im Wesentlichen parallel zur Achse der länglichen Wortleitungen 162a, 162b, 162c, 162d, 162 und senkrecht zur Hauptachse der länglichen magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d und 160e erstreckt, kann das ganze Magnetfeld H_dI 180, das durch den Digitalleitungsstrom erzeugt wird, im Wesentlichen mit der Hauptachse der magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d und 160e ausgerichtet sein. Für einige Anwendungen kann dies die Gesamtschreibspielräume und die Gesamtschreibselektivität des Speichers wesentlich verbessern, während die Schreibleitungs- und/oder Digitalleitungsstromanforderungen herabgesetzt werden. Nötigenfalls kann ein Magnetfeld H_sI 182, das durch den Abfühlleitungsstrom erzeugt wird, verwendet werden, um ein seitliches Drehmoment bereitzustellen, um den Magnetfeldvektor der magnetoresistiven Bits 160a, 160b, 160c, 160d und 160e anfänglich zu drehen.
Es ist zu erkennen, dass, um das Magnetfeld H_dI 180, das durch den Digitalleitungsstrom erzeugt wird, und das Magnetfeld H_wI 164, das durch den Wortleitungsstrom erzeugt wird, auszurichten, die Polarität des Wortleitungsstroms in derselben Richtung wie der Digitalleitungsstrom geliefert werden muss. Auf diese Weise müssen unter Bezugnahme auf 5 die Wortleitungsströme, welche an benachbarte Wortleitungen geliefert werden, entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Demgemäß erstreckt sich der Wortleitungsstrom 190 in einer Abwärtsrichtung durch die Wortleitung 162a in derselben Richtung wie der Digitalleitungsstrom 192. Für die benachbarte Wortleitung 162b erstreckt sich der Wortleitungsstrom 194 in einer Aufwärtsrichtung durch die Wortleitung 162b in derselben Richtung wie der Digitalleitungsstrom 196. Die restlichen Wortleitungsströme 200, 202 und 204 werden auf eine ähnliche Weise geliefert. Dies erzeugt ein Wortleitungsmagnetfeld (z.B. H_wI 164) und das Digitalleitungsmagnetfeld (z.B. H_dI 180), die wenigstens im Bereich der magnetoresistiven Bits in derselben Richtung sind.
Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf diese Weise beschrieben wurden, ist für Fachleute zu erkennen, dass die hierin vorzufindenden Lehren auf noch andere Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der hierzu angehängten Patentansprüche angewendet werden können.

Claims

Magnetoresistiver Speicher, umfassend: eine Matrix von länglichen magnetoresistiven Bits, welche in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jedes längliche magnetoresistive Bit eine Achse entlang seiner Länge aufweist, die Achse entlang der Länge jedes magnetoresistiven Bits im Wesentlichen parallel zu Achsen entlang der Längen von anderen länglichen magnetoresistiven Bits in der Matrix ist und die magnetoresistiven Bits in jeder Reihe von magnetoresistiven Bits in einer Kettenkonfiguration elektrisch verbunden sind, um eine entsprechende Abfühlleitung zu bilden; eine Anzahl von länglichen Wortleitungen, welche sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede der länglichen Wortleitungen eine Achse entlang ihrer Länge aufweist und sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits in einer entsprechenden Spalte erstreckt; eine Anzahl von länglichen Digitalleitungen, welche sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede der länglichen Digitalleitungen eine Achse entlang ihrer Länge aufweist und sich benachbart zu den magnetoresistiven Bits in einer entsprechenden Reihe erstreckt; wobei die Achse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits in Bezug auf die Achsen der länglichen Digitalleitungen und die Achsen der länglichen Wortleitungen so versetzt ist, dass die Achse jedes der magnetoresistiven Bits weder parallel zu den Achsen der länglichen Digitalleitungen noch senkrecht zu den Achsen der länglichen Wortleitungen ist.
Magnetoresistiver Speicher nach Anspruch 1, wobei die Achsen der magnetoresistiven Bits im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Magnetoresistiver Speicher, umfassend: zwei oder mehr längliche magnetoresistive Bits, wobei jedes eine Achse entlang seiner Länge aufweist; zwei oder mehr längliche Wortleitungen, welche sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede der länglichen Wortleitungen eine Achse entlang ihrer Länge aufweist und sich benachbart zu einem entsprechenden der magnetoresistiven Bits erstreckt; eine längliche Digitalleitung, welche sich benachbart zu jedem der magnetoresistiven Bits erstreckt, wobei sich die längliche Digitalleitung im Allgemeinen entlang einer Achse entlang 2er Punkte des magnetoresistiven Speichers erstreckt; wobei die Achse der länglichen Digitalleitung in Bezug auf die Achsen der länglichen Wortleitungen so versetzt ist, dass die Achse der länglichen Digitalleitung nicht senkrecht zu den Achsen der länglichen Wortleitungen ist; und die Achse jedes länglichen magnetoresistiven Bits im Wesentlichen senkrecht zur Achse der entsprechenden länglichen Wortleitung ist.
Magnetoresistiver Speicher, umfassend: zwei oder mehr längliche magnetoresistive Bits, wobei jedes eine Achse entlang seiner Länge aufweist; zwei oder mehr längliche Wortleitungen, wobei jede eine Achse entlang ihrer Länge aufweist und sich jede benachbart zu einem entsprechenden der magnetoresistiven Bits erstreckt; eine längliche Digitalleitung, welche sich benachbart zu jedem der zwei oder mehr magnetoresistiven Bits erstreckt, wobei sich die längliche Digitalleitung einem ersten magnetoresistiven Bit aus einer ersten Richtung und einem zweiten magnetoresistiven Bit aus einer zweiten Richtung nähert; wobei die Achse jedes der länglichen magnetoresistiven Bits im Wesentlichen senkrecht zur Achse der entsprechenden länglichen Wortleitung ist; und die längliche Digitalleitung sich wenigstens im Bereich jedes magnetoresistiven Bits im Wesentlichen parallel zur Achse jeder länglichen Wortleitung erstreckt.
Magnetoresistiver Speicher nach Anspruch 4, wobei sich die längliche Digitalleitung in einem Bereich zwischen jedem magnetoresistiven Bit im Wesentlichen senkrecht zur Achse jeder länglichen Wortleitung erstreckt.
Magnetoresistiver Speicher nach Anspruch 4, wobei das erste magnetoresistive Bit und das zweite magnetoresistive Bit physikalisch benachbart zueinander sind.
Magnetoresistiver Speicher nach Anspruch 6, wobei die längliche Digitalleitung ein Zickzackmuster annimmt.