專(zhuān)利名稱(chēng)：在磁式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器內(nèi)阻止電遷移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在MRAM(磁式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)內(nèi)阻止電遷移的方法，所述的MRAM由字線(xiàn)、與字線(xiàn)交叉的位線(xiàn)、以及設(shè)于所述字線(xiàn)和位線(xiàn)之間交叉點(diǎn)上的電阻構(gòu)成，通過(guò)磁場(chǎng)可如此地作用于所述電阻的電阻值，使得以如下方式將該電阻值分配給兩個(gè)邏輯狀態(tài)“0”或“1”，即在一個(gè)編程步驟中，經(jīng)所選電阻所屬的字線(xiàn)和位線(xiàn)分別同時(shí)發(fā)送一個(gè)一同產(chǎn)生磁場(chǎng)的直流信號(hào)。
背景技術(shù)：
圖3示出了常規(guī)的MRAM的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由字線(xiàn)WL1、WL2、WL3、…和位線(xiàn)BL1、BL2、BL3、BL4、…組成，且所述位線(xiàn)與字線(xiàn)WL1、WL2、WL3、…基本垂直交叉。在字線(xiàn)WL1、WL2、WL3、…和位線(xiàn)BL1、BL2、BL3、BL4、…之間的交叉處有一些存儲(chǔ)單元，它們分別用電阻R11、R12、…、R33、R34、通用符號(hào)Rij來(lái)標(biāo)示。
譬如當(dāng)所述字線(xiàn)WL2和所述位線(xiàn)BL3之間存在電壓差時(shí)，所述電阻Rij便表示了在譬如為字線(xiàn)WL2的字線(xiàn)和譬如為位線(xiàn)BL3的位線(xiàn)之間流經(jīng)的隧道電流的路段。于是根據(jù)寫(xiě)入到所述存儲(chǔ)單元內(nèi)的磁場(chǎng)，該隧道電流采納一個(gè)較大或較小值。換句話(huà)說(shuō)，所述存儲(chǔ)單元可以理解為用較大或較小電阻值進(jìn)行編程的二進(jìn)制電阻。然后可以給該兩個(gè)電阻值分配信息單元“1”或“0”。
也就是說(shuō)，存儲(chǔ)單元的編程是通過(guò)施加磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，為了把存儲(chǔ)單元編程為值“0”或“1”，所述磁場(chǎng)必須不能超過(guò)某些閾值。在此需注意的是，所述存儲(chǔ)單元具有一種磁滯現(xiàn)象。
如圖3所示，譬如流經(jīng)字線(xiàn)WL2的直流電流I2在該字線(xiàn)WL2周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)為M。在此，如果電流I2的流向相反，則該磁場(chǎng)M的方向也相反。此時(shí)，磁場(chǎng)M的方向給出了在存儲(chǔ)單元中寫(xiě)入“1”或“0”。
現(xiàn)在假定，字線(xiàn)WL2中的電流I2表示信息內(nèi)容“1”。所有與字線(xiàn)WL2相連的存儲(chǔ)單元，也即具有電阻R21、R22、R23及R24的存儲(chǔ)單元便通過(guò)具有磁場(chǎng)M的電流I2來(lái)進(jìn)行作用。此時(shí)，具有電阻R21、R22、R23、R24的存儲(chǔ)單元的磁滯現(xiàn)象使得單個(gè)磁場(chǎng)M還不能足以將所有這些存儲(chǔ)單元從“0”狀態(tài)置為“1”狀態(tài)。更確切地說(shuō)，必須另外還要用電流I1來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)位線(xiàn)、譬如位線(xiàn)BL3，以便在所述位線(xiàn)BL3和字線(xiàn)WL2的接口處產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，通過(guò)由電流I1和I2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行疊加，該磁場(chǎng)便大得足以在所述接口處、也即在電阻R23內(nèi)將“0”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“1”狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)所選的字線(xiàn)WLi和所選的位線(xiàn)BLj，便可以-根據(jù)由相應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向-把該字線(xiàn)和位線(xiàn)的接口處的存儲(chǔ)單元編程為“0”或“1”狀態(tài)。
由于此時(shí)為編程所述存儲(chǔ)單元而施加的電流I1和I2為直流電流，所以，倘若主要是一直向所述存儲(chǔ)單元寫(xiě)入該直流信號(hào)、亦即譬如“1”，那么便會(huì)因編程而出現(xiàn)電遷移。由mA范圍內(nèi)的存儲(chǔ)器電流而造成的電遷移最終將意味著質(zhì)量轉(zhuǎn)移，這甚至?xí)?duì)相應(yīng)的金屬導(dǎo)線(xiàn)帶來(lái)?yè)p傷。因此以不理想的方式限制了MRAM的壽命。
下面借助圖4a和4b來(lái)再一次講述上述的電遷移問(wèn)題。在圖4a和4b中繪出了依賴(lài)于時(shí)間t的編程電流I1和I2。為了向具有電阻R23的存儲(chǔ)單元中寫(xiě)入“1”，給電流I1和I2采用了正極性的信號(hào)，而在向該存儲(chǔ)單元中寫(xiě)入“0”時(shí)的作用信號(hào)為負(fù)極性?，F(xiàn)在，如果向帶有電阻R23的存儲(chǔ)單元中持續(xù)地寫(xiě)入“1”或“0”，那么電流I1和I2總是以相同的方向流經(jīng)位線(xiàn)BL3或字線(xiàn)WL2，而這將會(huì)導(dǎo)致電遷移。只有向具有電阻R23的存儲(chǔ)單元交替地依次寫(xiě)入“0”和“1”，才會(huì)在變化的方向上出現(xiàn)質(zhì)量轉(zhuǎn)移，這便避免了損傷相應(yīng)的導(dǎo)線(xiàn)BL3或WL2。但是，由于有許多應(yīng)用情況，其中總是向存儲(chǔ)單元中寫(xiě)入相同的存儲(chǔ)內(nèi)容，也即持續(xù)地寫(xiě)入“0”或持續(xù)地寫(xiě)入“1”，因此必須以如下方面為出發(fā)點(diǎn)，即電遷移會(huì)因質(zhì)量轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)的損傷。
眾所周知，在施加交流電時(shí)實(shí)際上不會(huì)出現(xiàn)電遷移。但由于交流電無(wú)法定義存儲(chǔ)內(nèi)容，所以它在MRAM中是不能采用的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種在MRAM中阻止電遷移的方法，以便避免損傷MRAM的導(dǎo)線(xiàn)。
在文章開(kāi)頭所述類(lèi)型的方法中，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明是如此來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在所述的編程步驟之后，對(duì)于施加了直流信號(hào)的字線(xiàn)和位線(xiàn)，經(jīng)它們?cè)侔l(fā)送一個(gè)與所述直流信號(hào)的極性相反的另一直流信號(hào)。但該另一直流信號(hào)是時(shí)間錯(cuò)位地，或者以比所述直流信號(hào)低的幅值和更長(zhǎng)的時(shí)延而輸入到所選電阻所屬的字線(xiàn)和位線(xiàn)中。
通過(guò)在所述字線(xiàn)和位線(xiàn)內(nèi)從時(shí)間上錯(cuò)位所述的另一直流信號(hào)，以及通過(guò)降低該另一直流信號(hào)的幅值，可以實(shí)現(xiàn)所述字線(xiàn)和位線(xiàn)的接口處的、也即在所述存儲(chǔ)單元內(nèi)的磁場(chǎng)不會(huì)超過(guò)一個(gè)閾值，該閾值可導(dǎo)致把信息寫(xiě)入到所述的單元中，并由此導(dǎo)致破壞已寫(xiě)入的信息。
下面借助附圖來(lái)詳細(xì)闡述本發(fā)明。


圖1a和1b示出了用于說(shuō)明本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的信號(hào)圖，圖2a和2b示出了用于說(shuō)明本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的信號(hào)圖，圖3示出了MRAM的結(jié)構(gòu)，圖4a和4b示出了用于說(shuō)明在圖3所示的MRAM中向存儲(chǔ)單元寫(xiě)入“1”或“0”的信號(hào)圖。
具體實(shí)施例方式
圖3、4a和4b在前文已經(jīng)講述過(guò)。
圖1a和1b均在其左半部分示出了-類(lèi)似于圖4a和4b-通過(guò)同時(shí)施加電流I1和I2而向位線(xiàn)BL3或字線(xiàn)WL2寫(xiě)入“1”(參照?qǐng)D3)。如果需要寫(xiě)入“0”來(lái)代替“1”，則所示電流I1或I2的極性從+x變?yōu)?x。
此時(shí)為了補(bǔ)償電遷移或質(zhì)量轉(zhuǎn)移，根據(jù)本發(fā)明的方法，在把“1”寫(xiě)入到具有電阻R23的存儲(chǔ)單元的編程步驟之后，時(shí)間相互錯(cuò)位地給所述位線(xiàn)BL3或字線(xiàn)WL2施加一些反極性的信號(hào)。利用幅值為-x的信號(hào)的這種時(shí)間錯(cuò)位，確保了在具有電阻R23的存儲(chǔ)單元內(nèi)不會(huì)超過(guò)為寫(xiě)入而所需的磁場(chǎng)閾值。這就是說(shuō)，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)單元內(nèi)的信息、也即“1”完整地保留著，而不會(huì)被“0”代替，如果在位線(xiàn)BL3或字線(xiàn)WL2中所述幅值為-x的信號(hào)之間沒(méi)有時(shí)間錯(cuò)位，那么這原本就會(huì)發(fā)生，也就是說(shuō)被“0”代替。
圖2a和2b示出了本發(fā)明方法的另一實(shí)施例，其中在寫(xiě)入“1”之后，向剛好用“1”寫(xiě)過(guò)的存儲(chǔ)單元的位線(xiàn)和字線(xiàn)施加一個(gè)具有半幅值和相反極性的脈沖，且時(shí)延較長(zhǎng)一些。利用值為x的寫(xiě)入脈沖的一半幅值x/2，可以可靠地避免損壞所寫(xiě)入的信息。但同時(shí)，所述電遷移因該半幅值脈沖的較長(zhǎng)時(shí)延而得到了補(bǔ)償。優(yōu)選地，對(duì)于所述具有半幅值的脈沖的時(shí)延，考慮其約為用于寫(xiě)入所述信息“1”的寫(xiě)入脈沖時(shí)延的雙倍。
在圖2a和2b的實(shí)施例中，同時(shí)給所述的位線(xiàn)和字線(xiàn)施加半幅值的、用于補(bǔ)償電遷移的脈沖。但顯然也可以另外還設(shè)置時(shí)間錯(cuò)位-類(lèi)似于圖1a和1b的實(shí)施例。
在圖2a和2b的實(shí)施例中，補(bǔ)償寫(xiě)信號(hào)的脈沖為所述寫(xiě)信號(hào)的一半幅值。但顯然也可以給該補(bǔ)償信號(hào)采取別的值。決定性的只是，在同時(shí)給位線(xiàn)和字線(xiàn)施加補(bǔ)償信號(hào)時(shí)，不能超過(guò)用于寫(xiě)入信息的閾值。
參考符號(hào)清單BL位線(xiàn)WL字線(xiàn)I1位線(xiàn)中的電流I2字線(xiàn)中的電流R 存儲(chǔ)單元中的電阻x 編程電流的幅值x/2 補(bǔ)償電流的幅值
權(quán)利要求
1.一種在MRAM內(nèi)阻止電遷移的方法，所述的MRAM由字線(xiàn)(WL)、與字線(xiàn)(WL)交叉的位線(xiàn)(BL)、以及設(shè)于所述字線(xiàn)(WL)和位線(xiàn)(BL)之同交叉點(diǎn)上的電阻(R)構(gòu)成，通過(guò)磁場(chǎng)可如此地作用于所述電阻的電阻值，使得以如下方式將該電阻值分配給兩個(gè)邏輯狀態(tài)“0”或“1”，即在一個(gè)編程步驟中，經(jīng)所選電阻所屬的字線(xiàn)和位線(xiàn)分別同時(shí)發(fā)送一個(gè)一同產(chǎn)生磁場(chǎng)的直流信號(hào)，其特征在于在所述的編程步驟之后，對(duì)于施加了直流信號(hào)的字線(xiàn)和位線(xiàn)(WL，BL)，經(jīng)它們?cè)侔l(fā)送一個(gè)與所述直流信號(hào)的極性相反的另一直流信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的另一直流信號(hào)是時(shí)間錯(cuò)位地輸入到所選電阻所屬的字線(xiàn)和位線(xiàn)中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的另一直流信號(hào)是以比所述直流信號(hào)低的幅值和更長(zhǎng)的時(shí)延而輸入到所選電阻所屬的字線(xiàn)和位線(xiàn)中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的另一直流信號(hào)約為所述直流信號(hào)的一半幅值和雙倍時(shí)延。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在MRAM內(nèi)阻止電遷移的方法,其中在所述的編程步驟之后,如此地給字線(xiàn)和位線(xiàn)輸入一個(gè)補(bǔ)償電遷移的反極性的信號(hào),使得在所述存儲(chǔ)單元內(nèi)不會(huì)發(fā)生編程。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1337712SQ0112214
公開(kāi)日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月3日
發(fā)明者P·佩赫米勒 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司