Diseño estructural de matriz de células binarias de memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva (MRAM).

Una célula binaria de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STTMRAM)que comprende:

una primera capa de metal que forma una línea de fuente en un primer plano, que incluye una primeraextensión (910) lateral que extiende la línea de fuente en el primer plano y en una dirección perpendicular a uneje longitudinal de la línea de fuente, de manera que una porción de la primera extensión (910) lateral no sesolapa con una segunda capa de metal, que forma una línea de bit; y una segunda capa de metal formada enun segundo plano y que tiene un eje longitudinal que es paralelo al eje longitudinal de la primera capa de metal,en la que la primera capa de metal se solapa al menos con una porción de la segunda capa demetalcomprendiendo la célula binaria adicionalmente:

una tercera capa de metal formada en un tercer plano y que tiene un eje longitudinal que es paralelo al ejelongitudinal de la primera capa de metal, incluyendo la tercera capa de metal una segunda extensiónlateral se extiende en el tercer plano y en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la tercera capade metal,

en la que la segunda capa de metal interpone la primera capa de metal y la tercera capa de metal, en laque la primera extensión (910) lateral solapa con la segunda extensión lateral y se conecta eléctricamentecon la segunda extensión lateral, mediante al menos una interconexión transversal, en una fuente (900)de la célula binaria,

que comprende adicionalmente:

una interconexión transversal adicional entre la segunda capa de metal y la tercera capa de metal en undrenador (800) de la célula binaria; y

un elemento de almacenamiento conectado eléctricamente a la línea de bit y a la tercera capa de metalmediante dicha interconexión transversal adicional;

en la que la línea de fuente está eléctricamente conectada a una fuente de un transistor y la línea de bitestá eléctricamente conectada a un drenador del transistor.

Diseño estructural de matriz de células binarias de memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva (MRAM)

Campo de la divulgación Las realizaciones ejemplares de la invención se refieren a diseños estructurales de series de células binarias de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva (MRAM) . Más particularmente, las realizaciones de la invención se refieren a diseños estructurales de series de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STT-MRAM) .

Antecedentes La Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva (MRAM) es una tecnología de memoria no volátil que usa elementos magnéticos. Por ejemplo, la Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STT-MRAM) usa electrones que se hacen polarizados en giro como los electrones que pasan a través de una película fina (filtro de giro) . Se conoce también la STT-MRAM como RAM de Transferencia de Par de Giro (STT-RAM) , RAM de Conmutación de Magnetización de Transferencia de Par de Giro (Spin-RAM) y Transferencia de Momento de Giro (SMT-RAM) .

Con referencia a la Figura 1, se ilustra un diagrama de una célula 100 STT-MRAM convencional. La celda 100 binaria STT-MRAM incluye el elemento 105 de almacenamiento de unión de túnel magnético (MTJ) , transistor 110, línea 120 de bit y línea 130 de palabra. El elemento de almacenamiento MTJ se forma, por ejemplo, a partir de una capa fijada y una capa libre, cada una de las cuales puede mantener un campo magnético, separado por una capa de aislante (barrera de túnel) como se ilustra en la Figura 1. La célula 100 binaria STT-MRAM también incluye una línea 140 de fuente, amplificador 150 de sentido, circuitería 160 de lectura / escritura y referencia 170 de línea de bit. Los expertos en la materia apreciarán que la operación y construcción de la célula 100 de memoria es conocida en la técnica. Se proporcionan detalles adicionales, por ejemplo, en M. Hosomi, y col., A Novel Nonvolatile Memor y with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM, proceedings of IEDM conference (2005) .

Con referencia a la Figura 2, en diseños convencionales, se disponen las líneas de fuente (SL) de las series de célula binaria de unión de túnel magnético (MTJ) para que sean paralelas a la línea de bit (BL) o la línea de palabra. Sin embargo, en diseños convencionales no hay solapamiento directo y paralelo entre la línea de fuente (SL) y la línea de bit (BL) debido a las reglas de espaciado de medios y metales . Por lo tanto, no se pude reducir o minimizar el tamaño mínimo de célula binaria como un resultado de las reglas de espaciado de metales y medios.

La Figura 3 es una vista de exploración de arriba a abajo de una serie de célula binaria de unión de túnel magnético (MTJ) convencionales que tienen líneas de fuente (SL) dispuestas paralelas a las líneas de bits (BL) . Como se muestra en la Figura 3, las líneas de fuente (SL) no solapan las líneas de bits (BL) , y por lo tanto, se limita el tamaño de célula binaria mediante las reglas de espaciado entre las líneas de fuente (SL) y las líneas de bits (BL) . Se considera que la técnica anterior más reciente es el documento EP 1 321 941, que muestra un esquema de conexión de línea de fuente convencional de una célula binaria.

Sumario Las realizaciones ejemplares de la invención se refieren a diseños estructurales de series de células binarias de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva (MRAM) . Más particularmente, las realizaciones de la invención se refieren a diseños estructurales de series de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (SST-MRAM) . Por consiguiente, una realización ejemplar de la invención puede incluir una celda binaria de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STT-MRAM) como se describe en la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos Se presentan los dibujos adjuntos se presentan para ayudar en la descripción de realizaciones de la invención y se proporcionan únicamente para ilustración de las realizaciones y no como limitación de las mismas.

La Figura 1 ilustra una célula de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STT-MRAM) convencional.

La Figura 2 es una ilustración de una serie de célula binaria MRAM convencional.

La Figura 3 es una vista de exploración de arriba a abajo de una serie de célula binaria MRAM convencional.

La Figura 4 es un esquema de una realización de una serie de célula binaria MRAM.

La Figura 5 es una ilustración de arriba a abajo de una realización de una serie de célula binaria MRAM.

La Figura 6 es una vista de exploración de arriba a abajo de una realización de una serie de célula binaria MRAM.

La Figura 7 es otra vista de exploración de arriba a abajo de una realización de una serie de célula binaria MRAM.

La Figura 8 es una ilustración de sección transversal de la realización de la serie de célula binaria MRAM de la Figura 5 a lo largo de A8-A8.

La Figura 9 es una ilustración de sección transversal de la realización de la serie de célula binaria MRAM de la Figura 5 a lo largo de A9-A9.

La Figura 10 es una ilustración en perspectiva de una realización de una serie de célula binaria MRAM.

Descripción detallada Se desvelan aspectos de la invención en la siguiente descripción y los dibujos relacionados se refieren a realizaciones específicas de la invención. Se pueden establecer realizaciones alternativas sin alejarse del alcance de la invención. Adicionalmente, no se describirán en detalle elementos de la invención bien conocidos o se omitirán para no oscurecer los detalles relevantes de la invención.

La palabra “ejemplar” se usa en el presente documento con el significado de “servir como un ejemplo, caso o ilustración”. Cualquier realización descrita en el presente documento como “ejemplar” no se debe interpretar necesariamente como preferida o ventajosa sobre otras realizaciones. De manera similar, la expresión “realizaciones de la invención” no requiere que todas las realizaciones de la invención incluyan la característica, ventaja o modo de operación analizados.

La terminología usada en el presente documento es para el fin de describir realizaciones particulares únicamente y no pretende ser limitante de realizaciones de la invención. Como se usa en el presente documento, las formas singulares “un”, “una” y “el”, “la” pretenden incluir las formas plurales asimismo, a menos que el contexto claramente indique de otra manera. Se entenderá adicionalmente que los términos “comprende”, “que comprende”, “incluye” y/o “que incluye”, cuando se usan en el presente documento, especifican la presencia de las características establecidas, enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no impide la presencia o adición de una o más otras características, enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

Las realizaciones de la invención pueden proporcionar una serie de célula binaria MRAM que puede reducir el tamaño de célula binaria. Por ejemplo, una realización de una serie de célula binaria STT-MRAM puede reducir el tamaño de célula binaria promedio colocando al menos una porción de la línea de fuente (SL) en la parte superior de la línea de bit (BL) de modo que puede superar las limitaciones impuestas por el metal convencional y mediante reglas de espaciado de interconexión.

Las realizaciones pueden solucionar los problemas de las series de célula binaria MRAM convencionales. Las realizaciones pueden reducir los tamaños de célula binaria MTJ añadiendo mediante interconexiones a la línea de fuente (SL) y añadiendo una capa de metal fina en la parte superior (por ejemplo, M7) de manera que se configura la línea de fuente (SL) para que esté directamente en la parte superior de o por encima de (por ejemplo, solapando y paralela a) la línea de bit (BL) para superar el metal principal convencional y mediante limitaciones de regla de diseño, ahorrando de esta manera espacio de silicio.

Con referencia a las Figuras 4-10, las realizaciones de la invención pueden proporcionar una matriz de célula binaria MRAM que reduce o minimiza el tamaño de célula binaria. Por ejemplo, la Figura 4 ilustra esquemáticamente una realización de una matriz de célula binaria MRAM. Una realización de la matriz de célula binaria STT-MRAM puede reducir el tamaño de célula binaria promedio colocando la línea de fuente (SL) solapando y paralela a... [Seguir leyendo]

1. Una célula binaria de Memoria de Acceso Aleatorio Magnetoresistiva de Transferencia de Par de Giro (STT-MRAM) que comprende:

una primera capa de metal que forma una línea de fuente en un primer plano, que incluye una primera extensión (910) lateral que extiende la línea de fuente en el primer plano y en una dirección perpendicular a un eje longitudinal de la línea de fuente, de manera que una porción de la primera extensión (910) lateral no se solapa con una segunda capa de metal, que forma una línea de bit; y una segunda capa de metal formada en un segundo plano y que tiene un eje longitudinal que es paralelo al eje longitudinal de la primera capa de metal, en la que la primera capa de metal se solapa al menos con una porción de la segunda capa de metalcomprendiendo la célula binaria adicionalmente:

una tercera capa de metal formada en un tercer plano y que tiene un eje longitudinal que es paralelo al eje longitudinal de la primera capa de metal, incluyendo la tercera capa de metal una segunda extensión lateral se extiende en el tercer plano y en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la tercera capa de metal, en la que la segunda capa de metal interpone la primera capa de metal y la tercera capa de metal, en la que la primera extensión (910) lateral solapa con la segunda extensión lateral y se conecta eléctricamente con la segunda extensión lateral, mediante al menos una interconexión transversal, en una fuente (900) de la célula binaria,

que comprende adicionalmente:

una interconexión transversal adicional entre la segunda capa de metal y la tercera capa de metal en un drenador (800) de la célula binaria; y un elemento de almacenamiento conectado eléctricamente a la línea de bit y a la tercera capa de metal mediante dicha interconexión transversal adicional; en la que la línea de fuente está eléctricamente conectada a una fuente de un transistor y la línea de bit está eléctricamente conectada a un drenador del transistor.

2. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 1, en la que la primera capa de metal y/o la segunda capa de mental se solapan con al menos una porción de la tercera capa de metal.

3. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

una cuarta capa de metal que interpone la primera extensión lateral y la segunda extensión lateral; una primera interconexión transversal que conecta la primera extensión lateral con la cuarta capa de metal; y una segunda interconexión transversal que conecta la cuarta capa de metal con la segunda extensión lateral.

4. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 3, en la que la cuarta capa de metal está formada en el segundo plano y estáeléctricamente aislada de la segunda capa de metal.

5. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 1, en la que la línea de fuente se solapa sustancialmente con la línea de bit.

6. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

una línea de palabra; un elemento de almacenamiento; y un transistor de línea de palabra acoplado al elemento de almacenamiento.

7. La célula binaria STT-MRAM de la reivindicación 6, en la que el elemento de almacenamiento es una unión de túnel magnético (MTJ) y en la que el transistor de línea de palabra está acoplada en serie con la MTJ.

8. Una matriz de célula binaria STT-MRAM que comprende:

una pluralidad de celdas binarias de la reivindicación 1.