Procedimiento y dispositivo para la generación mejorada de campos magnéticos durante una operación de escritura de un dispositivo de memoria magnetorresistente.

Una matriz (30) con celdas de memoria magnetorresistentes (31) organizadas de manera lógica en filas y columnas,

incluyendo cada celda de memoria (31) un elemento magnetorresistente (32), comprendiendo la matriz (30) un conjunto de líneas de columna (34) y un conjunto de líneas de fila (33), extendiéndose las líneas de fila (33) en una dirección de fila y extendiéndose las líneas de columna en una dirección de columna, siendo una línea de columna (34) una banda conductora continua que está acoplada de manera magnética al elemento magnetorresistente (32) de cada una de las celdas de memoria (31) de una columna, estando dotada cada línea de columna (34) de una línea de columna de retorno correspondiente (35) que está configurada para formar una trayectoria de retorno para la corriente en esa línea de columna (34) y está configurada para añadirse a un campo magnético generado en un elemento magnetorresistente seleccionado (32) por un flujo de corriente en la línea de columna (34) para aumentar el campo magnético para escribir en el elemento magnetorresistente seleccionado (32), en la que cada línea de columna (34) y línea de columna de retorno correspondiente (35) están previstas en lados opuestos de una columna respectiva de elementos magnetorresistentes (32), caracterizada porque las líneas de columna (34) y las líneas de columna de retorno 15 (35) tienen un mismo ancho de línea que es mayor que el ancho de los elementos magnetorresistentes (32) en la dirección de fila.

Procedimiento y dispositivo para la generación mejorada de campos magnéticos durante una operación de escritura de un dispositivo de memoria magnetorresistente [0001] La presente invención se refiere a memorias de acceso aleatorio magnéticas o magnetorresistentes (MRAM) y, más en particular, a un procedimiento y dispositivo para modular un campo magnético generado durante una operación de escritura de tal dispositivo de memoria magnetorresistente.

Muchas empresas están considerando actualmente las memorias de acceso aleatorio magnéticas o magnetorresistentes (MRAM) como un sucesor de la memoria flash. Tienen el potencial de sustituir a todas las memorias RAM salvo a las memorias RAM estáticas (SRAM) más rápidas. Son dispositivos de memoria no volátiles, lo que significa que no se requiere energía para mantener la información almacenada. Esto se considera una ventaja sobre la mayoría de otros tipos de memoria.

El concepto de MRAM se desarrolló originalmente en la Honeywell Corp. EE. UU, y utiliza dirección de magnetización en un dispositivo multicapa magnético como almacenamiento de información y la diferencia de resistencia resultante para la lectura de información. Al igual que todos los dispositivos de memoria, cada celda de una ordenación MRAM debe poder almacenar al menos dos estados que representan un “1” o un “0”.

Existen diferentes tipos de magnetorresistencia (MR) , de los cuales la magnetorresistencia gigante (GMR) y la magnetorresistencia túnel (TMR) son actualmente los más importantes. El efecto GMR y el efecto TMR o unión túnel magnética (MTJ) o tunelización dependiente de espín (SDT) proporcionan posibilidades para fabricar, entre otras cosas, memorias magnéticas no volátiles. Estos dispositivos comprenden un apilado de delgadas películas, de las cuales al menos dos son ferromagnéticas o ferrimagnéticas, estando separadas por una capa intermedia no magnética. GMR es la magnetorresistencia para estructuras con capas intermedias conductoras y TMR es la magnetorresistencia para estructuras con capas intermedias dieléctricas. Si un conductor muy delgado está situado entre dos películas ferromagnéticas o ferrimagnéticas, entonces la resistencia en plano efectiva de la estructura multicapa compuesta es mínima cuando las direcciones de magnetización de las películas son paralelas y es máxima cuando las direcciones de magnetización de las películas son antiparalelas. Si una capa intermedia dieléctrica delgada está situada entre dos películas ferromagnéticas o ferrimagnéticas, se observa que la corriente de tunelización entre las películas es máxima (o, por tanto, que la resistencia es mínima) cuando las direcciones de magnetización de las películas son paralelas, y que la corriente de tunelización entre las películas es mínima (o, por tanto, que la resistencia es máxima) cuando las direcciones de magnetización de las películas son antiparalelas.

La magnetorresistencia se mide normalmente como el aumento de porcentaje en la resistencia de las estructuras anteriores que pasan de un estado de magnetización paralela a un estado de magnetización antiparalela. Los dispositivos TMR proporcionan una mayor magnetorresistencia porcentual que las estructuras GMR y, por tanto, tienen el potencial de ofrecer señales más intensas y una velocidad más alta. Los resultados recientes indican que la tunelización ofrece una magnetorresistencia de más del 40% en comparación con la magnetorresistencia de entre el 6% y el 9% en celdas GMR óptimas.

Una MRAM comprende una pluralidad de unidades de memoria magnetorresistentes 1 dispuestas en una ordenación. Una unidad de memoria 1 de la técnica anterior se muestra en la Fig. 1. Cada unidad de memoria 1 comprende un elemento de memoria magnetorresistente 2, una primera intersección de una línea de dígitos 4 y una línea de bits 6, y una segunda intersección de la línea de bits 6 y una línea de palabras 8. Las unidades de memoria 1 están acopladas en serie en columnas por medio de las líneas de bits 6 y acopladas en series en filas por medio de las líneas de dígitos 4 y las líneas de palabras 8, formando de este modo la ordenación. Los elementos de memoria magnetorresistentes 2 utilizados pueden ser, pero sin estar limitados a, por ejemplo, uniones túnel magnéticas (MTJ) .

Los elementos de memoria MTJ 2 incluyen generalmente, como se muestra en la Fig. 2, una estructura de capas que comprende una capa fija o inmovilizada 10, una capa libre 12 y una barrera dieléctrica 12 entre las mismas. El elemento de memoria MTJ 2 comprende además un conductor no magnético que forma un contacto eléctrico inferior 22 y un contacto superior 16 en, por ejemplo, la capa magnética libre 12. El apilado de capas libres e inmovilizadas también puede invertirse, de manera que el contacto superior está sobre la capa magnética inmovilizada. La capa magnética inmovilizada 10 y la capa magnética libre 12 pueden estar compuestas de, por ejemplo, NiFe, y la capa de barrera dieléctrica 14 puede estar hecha de, por ejemplo, AlOx. Además, las capas libres y las capas inmovilizadas pueden estar formadas por una multicapa de diferentes capas magnéticas, también en combinación con capas no magnéticas o antiferromagnéticas. Aplicando una pequeña tensión a la intercalación de capas ferromagnéticas o ferrimagnéticas 10, 12 con el dieléctrico 14 entre las mismas, los electrones pueden generar túneles a través de la barrera dieléctrica 14.

La capa inmovilizada 10 de material magnético tiene un vector magnético que siempre apunta en la misma dirección. El vector magnético de la capa libre 12 es libre, pero limitado por el tamaño físico de la capa, pudiendo apuntar en dos direcciones: paralela o antiparalela a la dirección de magnetización de la capa inmovilizada 10.

Un elemento de memoria MTJ 2 se utiliza conectándolo en un circuito para que la electricidad pueda fluir verticalmente a través del elemento 2 desde una capa magnética a otra. La unidad MTJ 1 puede representarse eléctricamente mediante un resistor R en serie con un elemento de conmutación tal como un transistor T, como se muestra en la Fig. 1. El tamaño de la resistencia del resistor R depende de la orientación de los vectores magnéticos de las capas magnéticas libres e inmovilizadas del elemento de memoria 2. El elemento MTJ 2 tiene una resistencia relativamente alta (HiRes) cuando los vectores magnéticos apuntan en sentidos opuestos, y tiene una resistencia relativamente baja (LoRes) cuando los vectores magnéticos apuntan en el mismo sentido.

La Fig. 2 muestra una vista esquemática en alzado de una ordenación 2x2 de unidades de memoria de la técnica anterior. En una ordenación MRAM, que comprende una pluralidad de unidades MRAM, líneas conductoras ortogonales 4, 6 pasan debajo de y sobre cada elemento de bit o de memoria 2, transportando una corriente que produce un campo de conmutación. Cada bit está diseñado para que no conmute cuando se aplica corriente a una sola línea, sino para que conmute cuando la corriente fluye a través de ambas líneas 4, 6 que se cruzan en el bit seleccionado (la conmutación se producirá solamente si el vector magnético de la capa libre no coincide con la dirección del campo de conmutación) .

La líneas de dígitos 4 y las líneas de bits 6 están previstas en una ordenación de unidades de memoria MTJ 1, donde las líneas de dígitos 4 se extienden a lo largo de las filas de la ordenación en un lado de los elementos de memoria 2, y las líneas de bits 6 se extienden por las columnas de la ordenación en el lado opuesto de los elementos de memoria 2. La estructura de la Fig. 2 está parcialmente invertida para una mayor claridad: las líneas de dígitos 4 se extienden físicamente debajo de los elementos MTJ 2 (en el lado de los elementos MTJ 2 orientado hacia el sustrato en el que está previsto el transistor T) y las líneas de bits 6 se extienden físicamente sobre los elementos MTJ 2 (en el lado de los elementos MTJ 2 opuesto al sustrato en el que está previsto el transistor T) . Sin embargo, si se dibujaran de ese modo, las líneas de bits 6 taparían los elementos magnetorresistentes 2, los cuales son las partes más relevantes del dibujo.

El elemento de memoria 2 está conectado al transistor T por medio de una capa de interconexión 16 y una pluralidad de capas de metalización 18 y vías 20. Hay una conexión galvánica 22 entre el elemento de memoria 2 y la línea de bits 6. El transistor T de cada unidad de memoria 1 está conectado a una línea de tierra 24.

En el modo de escritura o de programa, las corrientes requeridas fluyen a través de líneas de dígitos 4 y líneas de bits 6 seleccionadas, de manera que en su intersección se genera un... [Seguir leyendo]

1. Una matriz (30) con celdas de memoria magnetorresistentes (31) organizadas de manera lógica en filas y columnas, incluyendo cada celda de memoria (31) un elemento magnetorresistente (32) , comprendiendo la matriz (30) un conjunto de líneas de columna (34) y un conjunto de líneas de fila (33) , extendiéndose las líneas de fila (33) en una dirección de fila y extendiéndose las líneas de columna en una dirección de columna, siendo una línea de columna (34) una banda conductora continua que está acoplada de manera magnética al elemento magnetorresistente (32) de cada una de las celdas de memoria (31) de una columna, estando dotada cada línea de columna (34) de una línea de columna de retorno correspondiente (35) que está configurada para formar una trayectoria de retorno para la corriente en esa línea de columna (34) y está configurada para añadirse a un campo magnético generado en un elemento magnetorresistente seleccionado (32) por un flujo de corriente en la línea de columna (34) para aumentar el campo magnético para escribir en el elemento magnetorresistente seleccionado (32) , en la que cada línea de columna (34) y línea de columna de retorno correspondiente (35) están previstas en lados opuestos de una columna respectiva de elementos magnetorresistentes (32) , caracterizada porque las líneas de columna (34) y las líneas de columna de retorno (35) tienen un mismo ancho de línea que es mayor que el ancho de los elementos magnetorresistentes (32) en la dirección de fila.

2. Una matriz (30) según la reivindicación 1, en la que una línea de fila (33) es una banda conductora continua que está acoplada de manera magnética al elemento magnetorresistente (32) de cada una de las celdas de memoria (31) de una fila.

3. Una matriz (30) según la reivindicación 1 ó 2, en la que la columna de elementos magnetorresistentes (32) está desplazada en la dirección de fila con respecto al centro de las líneas de columna (34) .

4. Una matriz (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la columna de elementos magnetorresistentes (32) está desplazada en la dirección de fila con respecto al centro de las líneas de columna de retorno (35) .

5. Una matriz (30) según la reivindicación 1 ó 2, en la que la columna de elementos magnetorresistentes (32) está colocada de manera simétrica con respecto a la línea de columna (34) y la línea de columna de retorno (35) .

6. Una matriz (30) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en la que cada línea de fila (33) está dotada de una línea de fila de retorno correspondiente (80) que está configurada para formar una trayectoria de retorno para la corriente en esa línea de fila (33) y está configurada para añadirse al campo magnético en un elemento magnetorresistente seleccionado (32) , en la que cada línea de fila (33) y línea de fila de retorno correspondiente (80) están previstas en lados opuestos de una fila respectiva de elementos magnetorresistentes (32) .

7. Una matriz (30) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las líneas de columna (34) y/o las líneas de columna de retorno (35) están dotadas de una capa de revestimiento de guiado de flujo (60) .

8. Una matriz (30) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en la que las líneas de fila (33) están dotadas de una capa de revestimiento de guiado de flujo (60) .

9. Una matriz (30) según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que las líneas de fila de retorno (80) están dotadas de una capa de revestimiento de guiado de flujo.

10. Una memoria no volátil (40) que comprende una matriz (30) con celdas de memoria magnetorresistentes (31) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

11. Un procedimiento de escritura en un elemento magnetorresistente de una matriz de celdas de memoria magnetorresistentes (31) organizadas de manera lógica en filas y columnas, incluyendo cada celda de memoria

(31) un elemento magnetorresistente (32) , comprendiendo la matriz (30) un conjunto de líneas de columna (34) y un conjunto de líneas de fila (33) , extendiéndose las líneas de fila (33) en una dirección de fila y extendiéndose las líneas de columna en una dirección de columna, comprendiendo el procedimiento:

combinar, en el elemento magnetorresistente (32) , un primer campo magnético de una línea de columna (34) con un segundo campo magnético de una línea de columna de retorno correspondiente (35) para aumentar de ese modo el campo magnético para escribir en el elemento magnetorresistente (32) , donde la línea de columna de retorno (35) forma una trayectoria de retorno para la corriente en esa línea de columna (34) , donde la línea de columna (34) y la línea de columna de retorno (35) están previstas en lados opuestos de una columna de elementos magnetorresistentes (32) ,

caracterizado porque el procedimiento comprende mejorar la uniformidad del campo magnético en todo el elemento magnetorresistente (32) haciendo fluir corriente a través de la línea de columna (34) y de la línea de columna de retorno, las cuales tienen un mismo ancho de línea que es mayor que el ancho de los elementos magnetorresistentes (32) en la dirección de fila.