嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器的制作方法

本发明公开一种磁阻式随机存取存储器(magnetoresistiverandomaccessmemory,mram)元件，尤指一种嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器。

背景技术：

已知，磁阻(magnetoresistance,mr)效应是材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效应，其物理量的定义，是在有无磁场下的电阻差除上原先电阻，用以代表电阻变化率。目前，磁阻效应已被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。此外，利用巨磁电阻物质在不同的磁化状态下具有不同电阻值的特点，还可以制成磁性随机存储器(mram)，其优点是在不通电的情况下可以继续保留存储的数据。

上述磁阻效应还被应用在磁场感测(magneticfieldsensor)领域，例如，移动电话中搭配全球定位系统(globalpositioningsystem,gps)的电子罗盘(electroniccompass)零组件，用来提供使用者移动方位等信息。目前，市场上已有各式的磁场感测技术，例如，异向性磁阻(anisotropicmagnetoresistance,amr)感测元件、巨磁阻(gmr)感测元件、磁穿隧接面(magnetictunnelingjunction,mtj)感测元件等等。然而，上述现有技术的缺点通常包括：较占芯片面积、制程较昂贵、较耗电、灵敏度不足，以及易受温度变化影响等等，而有必要进一步改进。

技术实现要素：

本发明一实施例公开一种嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器，其主要包含晶体管且该晶体管包含源极/漏极端耦接于第一磁性穿隧接面(magnetictunnelingjunction,mtj)以及第二mtj，栅极端以及漏极/源极端耦接于电压源。

依据本发明一实施例，第一mtj包含第一自由层、第一阻障层以及第一固定层，其中第一自由层耦接于源极/漏极端且第一固定层耦接于第一电路。

依据本发明一实施例，第二mtj则包含第二自由层、第二阻障层以及第二固定层，其中第二固定层耦接于源极/漏极端且第二自由层耦接于第二电路。

附图说明

图1为本发明一实施例的嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器的电路图。

图2为本发明一实施例的嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器的电路图。

图3为本发明一实施例的嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器依据金属绕线方式所制备的结构示意图。

【主要元件符号说明】

12晶体管14第一mtj

16第二mtj18源极/漏极端

20栅极端22漏极/源极端

24第一电路26第二电路

28固定层30阻障层

32自由层

ct接触插塞d漏极端

m1金属内连线m2金属内连线

m3金属内连线s源极端

v1接触洞导体v2接触洞导体

具体实施方式

请参照图1至图2，图1与图2分别为本发明不同实施例的嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器的电路图。如图1所示，本实施例的电路选择器主要包含晶体管12、第一磁性穿隧接面(magnetictunnelingjunction,mtj)14以及第二mtj16，其中晶体管12包含源极/漏极端18、栅极端20以及漏极/源极端22。

在本实施例中，第一mtj14较佳为标准单元(standardcell)而第二mtj16则为反向单元(reversecell)，其中第一mtj14的一端与第二mtj16的一端较佳同时耦接晶体管12的源极/漏极端18，第一mtj14的另一端经由第一路径耦接第一电路24，第二mtj16的另一端则经由第二路径耦接第二电路26。此外第一电路24的一端耦接第一mtj14，第一电路24的另一端接地，同样地第二电路26的一端耦接第二mtj16，第二电路26的另一端则接地。

在本实施例中，各第一mtj14及第二mtj16可分别依据制程需求包含例如下电极(未示出)、固定层(pinnedlayer)28、阻障层30、自由层(freelayer)32、遮盖层(cappinglayer)(未示出)以及上电极(未示出)。在本实施例中，下电极与上电极较佳包含导电材料，例如但不局限于钽(ta)、铂(pt)、铜(cu)、金(au)、铝(al)。固定层28可以是由反铁磁性(antiferromagnetic,afm)材料所构成者，例如铁锰(femn)、铂锰(ptmn)、铱锰(irmn)、氧化镍(nio)等，用以固定或限制邻近层的磁矩方向。阻障层30可包含但不局限于例如氧化镁(mgo)、氮化铝(aln)、氮氧化铝(alon)、其他非磁性材料甚至介电材料。自由层32可以是由铁磁性材料所构成者，例如铁、钴、镍或其合金如钴铁硼(cobalt-iron-boron,cofeb)，但不限于此。其中，自由层32的磁化方向会受外部磁场而“自由”改变。遮盖层可由包含氧化物的绝缘材料所构成，例如氧化铝(alox)或氧化镁(mgo)，但均不局限于此。

需注意的是，本实施例晶体管12的源极/漏极端18较佳直接电连接或同时耦接第一mtj14的自由层32或自由层端以及第二mtj16的固定层28或固定层端，同时第一mtj14的固定层28或固定层端耦接第一电路24，而第二mtj16的自由层32或自由层端则耦接第二电路26。具体而言，本实施例的电路选择器较佳以并联方式于晶体管12的源极/漏极端18同时串接两个mtj且各mtj又分别又经由一独立路径连接至一电路，其中当一路径开启时另一路径即关闭。

一般而言，嵌入磁阻式随机存取存储器中的存储单元，包括标准单元以及反向单元是以独立方式分别连接，不但运作效率不佳外又大幅占据元件空间。为了改善公知存储单元的效能并节省空间，本实施例的电路选择器可藉由同时连接嵌入磁阻式随机存取存储器的两种存储单元，例如标准单元与反向单元来依据产品需求提供不同操作模式。举例来说，如图1所示，当晶体管12的漏极/源极端22提供正电压v ，电流便沿着箭头朝第一mtj14方向前进，再经由第一mtj14的过滤后于第一mtj14处写成低阻抗状态而第二mtj16则为高阻抗状态。此时连接第一mtj14固定层端的第一电路24便会沿着第一路径开启而连接第二mtj16自由层端的第二电路26则呈现关闭。

反之，如图2所示，当晶体管12的漏极/源极端22提供负电压v-，电流便由第二mtj16沿着箭头方向前进，此时第二mtj16处较佳呈现低阻抗状态而第一mtj14则为高阻抗状态。同时连接第二mtj16自由层端的第二电路26便会沿着第二路径开启而连接第一mtj14固定层端的第一电路则呈现关闭。

请继续参照图3，图3为本发明一实施例的嵌入磁阻式随机存取存储器的电路选择器依据金属绕线方式所制备的结构示意图。如图3所示，电路选择器的晶体管包含源极端s(例如前述的源极/漏极端18)、栅极端g(例如前述的栅极端20)以及漏极端d(例如前述的漏极/源极端22)，其中漏极端d较佳经由接触插塞ct以及第一层金属内连线m1连接至电压源v 或电压源v-，源极端s则同时连接两个路径如第一路径与第二路径。

其中第一路径较佳由源极端s经由接触插塞ct向上连接至源极端s正上方的第一层金属内连线m1，由第一层金属内连线m1连接至相邻左侧的另一第一层金属内连线m1，由相邻左侧的第一层金属内连线m1往上经由第一层接触洞导体v1连接至第二层金属内连线m2，由第二层金属内连线m2经由第二层接触洞导体v2连接至第三层金属内连线m3，由第三层金属内连线m3连接至相邻左侧的另一第三层金属内连线m3，由该第三层金属内连线m3向下经由第二层接触洞导体v2连接至第一mtj(如第一mtj14)，最后再连接至另一第一层金属内连线m1。第二路径则较佳先由源极端s经由接触插塞ct向上连接至源极端s正上方的第一层金属内连线m1，由第一层金属内连线m1直接向上连接至第二mtj(如第二mtj16)，再经由第二层接触洞导体v2连接至第三层金属内连线m3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求保护范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。