专利名称：使用磁畴运动的磁存储器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁存储器，更具体地说，涉及在其中可以以阵列存储由磁畴表示的每个数据位并使用磁畴运动的磁存储器。
背景技术：
磁随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性磁存储器。MRAM是使用基于超微磁材料(nano magnetic material)的旋转依赖导电特征(spin-dependent conduction characteristic)的磁阻效应的一种新型固态磁存储器。也就是，MRAM使用旋转所产生的大磁致电阻(giant magnetoresistance，GMR)或隧道磁致电阻(tunnel magnetoresistance，TMR)，其中该旋转为电子自由度的程度，其对电子传送具有很大的影响。
GMR是当在铁磁材料/金属非磁材料/铁磁材料的邻接布置中在具有相同磁化方向或不同磁化方向的铁磁材料之间插入非磁材料时所产生的电阻差。TMR是与两个铁磁材料具有不同磁化方向情况相比，当在铁磁材料/绝缘物/铁磁材料的邻接布置中两个铁磁材料具有相同的磁化方向时电流容易地流动的电阻。由于使用GMR的MRAM具有由磁化方向引起的相对小的电阻差，因此不能达到大的电压差。另外，由于MRAM具有与GMR层组合以便形成单元的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的尺寸很大的缺点，因此当前更加积极地进行使用TMR层的MRAM的商业化研究。
MRAM可以由作为切换装置的晶体管和在其中存储数据的磁隧道连接(MTJ)单元构成。通常，MTJ单元可以由具有固定(pinned)磁化方向的固定铁磁层、具有可以与固定铁磁层的磁化方向平行或反平行的磁化方向的自由铁磁层和插入在固定铁磁层和自由铁磁层之间并磁分离铁磁层的非磁层构成。
然而，由于普通MRAM仅在每个MTJ单元中存储一位，因此存在MRAM的数据存储容量的限制。因此，需要新的存储技术，以便增加诸如MRAM之类的磁存储器的信息存储容量。
发明内容
本发明提供具有多个存储器轨道的磁存储器装置，其中每个轨道具有在其上形成的多个磁畴，以便可以在其上的阵列中存储数据位，并且每个磁畴使用磁畴运动，并且以多堆叠结构(multi-stacked structure)形成存储器，由此显著增加数据存储容量。
根据本发明的一方面，提供磁存储器装置，包括在基片上堆叠来形成多堆栈的多个存储器轨道，其中形成多个磁畴，使得每个由磁畴构成的多个数据位以阵列进行存储；分别形成在多个存储器轨道附近的位线；形成在每个存储器轨道和每条位线之间以构成磁隧道连接(MTJ)单元以及每个存储器轨道的一个数据位区域的连接器；电连接到每个存储器轨道、并输入将存储在存储器轨道的数据位区域中的数据移动到相邻数据位区域的磁畴运动信号的第一输入部分；和从多个存储器轨道中选择要在其上执行读取或写入操作的存储器轨道的选择部分。
连接器可以包括与存储器轨道的部分对应地形成并具有固定磁化方向的参考层，其中与参考层的有效尺寸对应的数据位被存储在存储器轨道的阵列中。
连接器还可以包括插入在参考层和存储器轨道之间的非磁层。
非磁层可以是用作隧道势垒(barrier)的导电层或绝缘层。
选择部分可以包括分别连接到构成存储器轨道的MTJ单元的数据位区域的多个混杂区域(impurity region)；和形成在两个混杂区域之间的栅极，其中选择部分具有共享晶体管结构，其中至少一个混杂区域用作预定存储器轨道的漏极并用作其它存储器轨道的源极，并且每个混杂区域经由导电插头(conductive plug)连接到构成每个存储器轨道的MTJ的数据位区域。
每个存储器轨道可以包括具有与要存储的数据位数对应的数据位区域并存储多个数据位的数据存储区域；和缓冲器区域，用于邻接数据存储区域，并且如果需要，则在磁畴运动期间存储移动到数据存储区域之外的数据。
每个存储器轨道可以包括多个数据存储区域，其中缓冲器区域位于两个邻接的数据存储区域之间，而与形成在每个存储器轨道上的相应多个数据存储区域对应地形成连接器和选择部分。
存储器装置还可以包括第二输入部分，用于通过位线至少输入写入电流信号和读取电流信号之一。
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中图1是图解根据本发明实施例的具有多堆叠存储器轨道的磁存储器装置的结构的示意图；图2A到2C是图解当对图1的磁存储器装置的第一到第三存储器轨道执行写入或读取操作时的操作状态的视图；图3A到3C是图解对根据本发明实施例的磁存储装置的所选择的轨道执行数据写入操作的视图；图4A和4B是图解对根据本发明实施例的磁存储装置的所选择的轨道执行数据读取操作的视图；和图5是图解被施加到根据本发明实施例的磁存储器装置的磁畴运动电流信号脉冲1(运动)、读取脉冲信号电流脉冲2(读取)和写入切换电流信号脉冲2(写入)的示意图。
具体实施例方式
将参照附图更加全面地描述本发明，其中显示了本发明的示例性实施例。
图1是图解根据本发明实施例的具有多堆叠存储器轨道的磁存储器装置的结构的示意图。参照图1，脉冲1是磁畴运动信号，而脉冲2是读取信号和写入信号之一。
参照图1，磁存储器装置包括在基片上堆叠来形成多堆叠存储器的第一到第三存储器轨道10、30和50；分别形成在第一到第三存储器轨道10、30和50附近的第一到第三位线20、40和60；分别形成在第一到第三存储器轨道10、30和50与第一到第三位线20、40和60之间的第一到第三连接部分15、35和55；电连接到第一到第三存储器轨道10、30和50并输入磁畴运动信号的第一输入部分80；和从第一到第三存储器轨道10、30和50中选择要在其上执行读取或写入操作的存储器轨道的选择部分90。
在如图1所示的磁存储器装置中，将选择部分90形成在基片1上，而将第一存储器轨道10、第一位线20、第二存储器轨道30、第二位线40、第三存储器轨道50和第三位线60顺序堆叠在选择部分90上。可以在上述元件的层之间插入绝缘层。在图1的元件之间的空的(empty)空间是绝缘层。由于可以以各种方法制造该分层结构，因此，将省略制造该分层结构的方法的描述。
第一到第三存储器轨道10、30和50是记录层，并且形成它们来具有面内磁化方向和垂直磁化方向之一和要切换的磁化方向。第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个具有多个磁畴，使得可以将由一个磁畴构成的数据位存储在数据位的阵列中。这里，第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个可以具有多个磁畴壁(magnetic domain wall)，通过该磁畴壁来形成多个磁畴。
第一到第三连接器15、35和55分别形成在第一到第三存储器轨道与第一到第三位线之间，以形成磁隧道连接(MTJ)单元以及第一到第三存储器轨道10、30和50的数据位区域11、31和51。第一到第三连接器15、35和55中的每一个的一端分别接触到第一到第三位线20、40和60。第一到第三连接器15、35和55中的每一个的另一端分别接触到第一到第三存储器轨道10、30和50的部分(即，构成MTJ单元的预定数据位区域11、31和51)。
为了形成MTJ单元，第一到第三连接器15、35和55中的每一个具有与第一到第三存储器轨道10、30和50的每一个的部分对应地形成的参考层19，该参考层19具有固定磁化方向。参考层19可以具有固定面内磁化方向和固定的垂直磁化方向之一。第一到第三连接器15、35和55中的每一个还可以包括位于参考层19与第一到第三存储器轨道10、30和50的每一个之间的非磁层17。该非磁层17可以是诸如Cu之类的导电层和诸如用作隧道势垒的氧化铝层之类的绝缘层。
这里，第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个具有可切换磁化方向，而参考层19具有固定磁化方向。为了该目的，可以将参考层19形成为具有由诸如IrMn和PtMn之类的反铁磁材料制造的多层薄膜结构。作为另一实例，当用相同材料形成第一到第三存储器轨道10、30和50以及参考层19中的每一个时，可以将第一到第三存储器轨道形成为具有相对小的抗磁力(coercive force)，并且可以将参考层19形成为具有相对大的抗磁力。可以通过改变用于形成第一到第三存储器轨道10、30和50以及参考层19的材料的元素的混合比来控制抗磁力。
由形成在第一到第三存储器轨道10、30和50的每一个中的磁畴构成的每个数据位区域表示1位数据。每个数据位区域可以具有与第一到第三连接器15、35和55中的每一个的参考层19的有效尺寸对应的尺寸。因此，可以将由具有与参考层19的有效尺寸对应的尺寸的磁畴构成的数据位存储在第一到第三存储器轨道10、30和50上的阵列中。这里，表示1位数据的数据位区域可以由单一磁畴构成。
在根据本发明的磁畴存储器中，可以通过与参考层19的有效尺寸对应的、第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个的区域单元来执行数据写入操作或所存储的数据读取操作。因此，参考层19的有效面积实际上确定第一到第三存储器轨道10、30和50中每一个的一个数据位区域(即，磁畴)的尺寸。
由于最好在一个数据区域中仅存在单一磁畴，可以将因此在第一到第三存储器轨道10、30和50的每一个中形成的磁畴形成为具有至少与参考层19的有效尺寸对应的尺寸。
此外，可以将第一到第三存储器轨道10、30和50形成为具有多个数据位区域的倍数的长度，其中每个数据区域具有与参考层19的有效尺寸对应的尺寸，即，磁畴运动方向的宽度。因此，形成多个数据位区域的阵列，使得可以将多个数据位存储在第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个的阵列上，其中每个数据位区域由以参考层19的有效尺寸为单位的单一磁畴构成。
参照图1，第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个包括数据存储区域71，其具有与要存储的数据位数对应的数据位区域数，并且存储多个数据位；和与数据存储区域71邻接的缓冲器区域75，用于在磁畴运动期间临时存储移动到数据存储区域71之外的数据。缓冲器区域75可以位于数据存储区域71的至少一侧。这里，可以不将第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个划分为数据存储区域和缓冲器区域。
此外，在根据本发明当前实施例的磁存储器装置中，第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个可以包括多个数据存储区域71。可以将缓冲器区域75插入在连续的数据存储区域71之间，此处，如图1所示，可以分别与第一到第三存储器轨道10、30和50中形成的多个数据存储区域71对应地布置第一到第三连接器15、35和55以及选择部分90。
选择部分90用于从第一到第三存储器轨道10、30和50中选择要在其上执行读取或写入操作的存储器轨道。选择部分90包括每一个都连接到构成第一到第三存储器轨道10、30和50的MTJ单元的数据位区域11、31、和51的第一到第三混杂区域91、93和93；和分别形成在第一和第二混杂区域91和93之间，以及在第二和第三混杂区域93和95之间的第一栅极G1和第二栅极G2(字线)。选择部分90可以具有共享晶体管的结构，使得至少混杂区域之一用作预定存储器轨道的漏极，而另一混杂区域用作另一预定存储器轨道的源极。
例如，第一混杂区域91、第一栅极G1和第二混杂区域93可以用作第一和第二存储器轨道10和30的晶体管Tr1和Tr2。另一方面，第二混杂区域93、第二栅极G2和第三混杂区域95可以用作第三存储器轨道50的晶体管Tr3。以这种方式，对于第一存储器轨道10，第一混杂区域91用作源极，而第二混杂区域93用作漏极。此外，对于第二存储器轨道30，第一混杂区域91用作漏极，而第二混杂区域93用作源极。类似地，对于第三存储器轨道50，第二混杂区域93用作漏极，而第三混杂区域95用作源极。
在另一布置中，第一混杂区域91、第一栅极G1和第二混杂区域93可以用作第一存储器轨道10的晶体管Tr1。此外，第二混杂区域93、第二栅极G2和第三混杂区域95可以用作第二和第三存储器轨道30和50的晶体管Tr2和Tr3。
这里，基片1可以是半导体基片。在基片1上形成第一和第二栅极G1和G2(其每一个都具有包含栅极绝缘层和栅极电极的分层结构)，并且将第一和第二栅极G1和G2之间的部分以及位于第一和第二栅极G1和G2的旁边的基片1的部分掺杂(dope)杂质，以形成用作源极和漏极的第一到第三混杂区域91、93和95，使得形成共享晶体管结构。在将具有共享晶体管结构的选择部分90形成在基片上之后，形成在其中顺序堆叠第一存储器轨道10、第一连接器15、第一位线20、第二存储器轨道30、第二连接器35、第二位线40、第三存储器轨道50、第三连接器55和第三位线60的堆叠结构。当然，如上所述，除了用于与其它元件连接和电连接的部分之外，第一到第三存储器轨道10、30和50、第一到第三连接器15、35和55以及第一到第三位线20、40和60被绝缘材料包围。可以在层之间形成绝缘层。
第一到第三混杂区域91、93和95分别经由导电插头86、87和88电连接到构成第一到第三存储器轨道10、30和50的MTJ单元的预定的数据位区域11、31和51。导电插头86、87和88中的每一个的一端分别接触第一到第三混杂区域91、93和95。导电插头86、87和88中的每一个的其它端接触构成第一到第三存储器轨道10、30和50的MTJ单元的预定的数据位区域11、31和51。
由于将选择部分形成为具有共享晶体管结构，因此当与针对第一到第三存储器轨道10、30和50中的每一个形成晶体管的情况相比，可以简化选择部分90的结构。也就是，当针对第一到第三存储器轨道10、30和50分别形成晶体管时，需要三个栅极和六个混杂区域。另一方面，当使用共享晶体管结构时，可以仅用两个栅极和三个混杂区域执行选择第一到第三存储器轨道10、30和50之一的操作。
另一方面，第一输入部分80电连接到第一到第三存储器轨道10、30和50，以便移动第一到第三存储器轨道10、30和50的磁畴，因此将存储在数据位区域中的(即，存储在面内磁化或垂直磁化中的)数据移动到邻接数据位区域。可以在第一输入部分80与第一到第三存储器轨道10、30和50之间进一步提供开关(未示出)，使得仅将磁畴运动信号输入到所选择的预定存储器轨道中。
将磁畴运动信号(脉冲1)通过第一输入部分80施加到第一到第三存储器轨道10、30和50。根据磁畴运动信号(即，通过第一输入部分80输入的运动电流信号)将磁畴的磁化方向移动到邻接磁畴。这样的运动被称为磁畴运动。
如图5所示，磁畴运动信号可以是具有预定周期的脉冲的电流信号。可以输入磁畴运动信号，使得由包括单一磁畴的数据位区域单元执行磁畴运动。这里，由于磁畴运动实际上将预定磁畴的磁化方向移动到邻接磁畴，因此，可以在由数据位区域单元执行磁畴运动的同时维持运动信号，并且周期地施加运动信号以便由数据位区域单元执行磁畴运动。
此外，可以构成根据本发明当前实施例的磁存储器装置，使得可以通过施加电流执行数据写入操作和数据读取操作中的至少一个，最好执行数据写入操作和数据读取操作二者。
为了该目的，磁存储器装置还可以包括第二输入部分85，用于经由第一到第三位线20、40和60输入写入电流信号和读取电流信号中的至少一个到MTJ单元。与使用电极板(pad)将磁场施加到MTJ单元以便执行写入操作的普通磁存储器装置相比，根据本发明的磁存储器不需要电极板。在根据本发明的磁存储器装置中，可以将连接器15、35和55、构成MTJ单元的第一到第三存储器轨道10、30和50的预定的数据位区域11、31和51以及将预定的数据位区域11、31、和51分别与选择部分90的混杂区域91、93和95相连接的导电插头86、87和88布置在线中，使得可以进一步简化磁存储器装置的结构。
将在下面作为例子描述根据本发明的允许通过施加电流而执行的数据写入操作和数据读取操作磁存储器装置。
第二输入部分电连接到第一到第三位线20、40和60。因此，第二输入部分85经由第一到第三存储器轨道10、30和50的预定的数据位区域11、31和51电连接到构成MTJ单元的第一到第三存储器轨道10、30和50以及参考层19。
还可以在第二输入部分85与第一到第三位线20、40和60之间提供开关(未示出)，使得仅将写入信号和读取信号之一输入到通过所选择的位线选择的预定存储器轨道。
图2A是图解当对图1的磁存储器装置的第一存储器轨道10执行写入或读取操作时的操作状态的视图。当对第一存储器轨道10执行写入或读取操作时，第一栅极G1导通，第二栅极G2截止，并且将来自第二输入部分85的写入信号或读取信号输入到第一位线20。此处，第一混杂区域91用作源极，而第二混杂区域93用作漏极。
图2B是图解当对图1的磁存储器装置的第二存储器轨道30执行写入或读取操作时的操作状态的视图。当对第二存储器轨道30执行写入或读取操作时，第一栅极G1导通，第二栅极G2截止，并且将来自第二输入部分85的写入信号或读取信号输入到第二位线40。此处，第一混杂区域91用作漏极，而第二混杂区域93用作源极。
这里，可以将选择部分90的第二混杂区域93、第二栅极G2和第三混杂区域95用作用于第二和第三轨道30和50的晶体管，其中第一栅极G1截止，而第二栅极G2导通。
图2C是图解当对图1的磁存储器装置的第三存储器轨道50执行写入或读取操作时的操作状态的视图。当对第三存储器轨道50执行写入或读取操作时，第一栅极G1截止，第二栅极G2导通，并且将来自第二输入部分85的写入信号和读取信号之一输入到第三位线60。此处，第二混杂区域93用作漏极，而第三混杂区域95用作源极。
与磁畴运动信号同步输入写入或读取信号。
在根据本发明实施例的磁存储器装置中，根据从第一输入部分80施加到所选择的存储器轨道的磁畴运动信号(脉冲1)和通过所选择的位线与该磁畴运动信号(脉冲1)同步地从第二输入部分85施加到构成所选择的存储器轨道的MTJ单元的预定数据位区域的写电流信号(如，图5的脉冲2(写入))，移动所选择的存储器轨道的连续磁畴，并且将数据位(即，“0”或“1”)记录在构成所选择的存储器轨道的MTJ单元的预定数据位区域(位于与参考层19对应的预定位置的磁畴)上。此处，使用旋转传递矩(spin transfer torque)(即，根据写入电流信号的电流感应磁切换(CIMS))来选择性反转磁化，使得记录数据位，即“0”或“1”。
通过从第一到第三位线20、40和60选择的一个位线将写入信号从第二输入部分85输入到所选择的存储器轨道的预定数据位区域和参考层19。根据该写入信号确定位于参考层19之下的所选择的存储器轨道的预定数据位区域的磁化方向。
根据从第二输入部分85输入的写入信号确定预定数据位区域的磁化方向。例如，当预定的数据位区域具有预定的磁化方向时，根据所施加的写入信号来反转预定数据位区域的磁化方向，或者保持原始磁化方向。以这种方式确定的磁化方向表示被记录的数据位。
参照图5，写入信号是脉冲类型切换电流。根据切换电流的极性来选择性切换所选择的存储器轨道的预定数据位区域的磁化方向，并且与切换信号的极性对应，将数据位(即，“0”或“1”)存储在预定数据位区域中。
例如，假设当通过施加切换电流，预定的数据位区域的磁化方向与参考层19的磁化方向相同(即，平行)时，将数据位确定为“0”，当通过施加具有相反极性的切换电流，预定的数据位区域具有与参考层19的磁化方向反平行的磁化方向时，可以将数据位确定为“1”。因此，通过改变切换电流的极性来允许预定数据位区域的磁化方向与参考层19的磁化方向相同或与参考层19的磁化方向相反，以存储数据。
这里，预先确定参考层19的磁化方向。因此，假设当所选择的存储器轨道的预定的数据位区域的磁化方向与预先定义的参考层19的磁化方向平行时数据位为“0”，而当预定的数据位区域的磁化方向与参考层19的磁化方向反平行时数据位为“1”，可以通过切换存储器轨道的预定数据位区域的磁化方向来存储期望的数据。
根据本发明的磁存储器装置，移动磁畴，并且根据从第一输入部分80施加到所选择的存储器轨道的磁畴运动信号(脉冲1)和通过所选择的位线与该磁畴运动信号(脉冲1)同步地从第二输入部分85施加到所选择的存储器轨道的MTJ单元(预定数据位区域和参考层19)的读取电流信号(如，用于读取的脉冲类型电流信号(图5中的脉冲2(读取)))，使用例如旋转隧道来读取存储在所选择的存储器轨道上的数据。
根据所选择的存储器轨道的预定数据位区域的磁化方向，关于参考层19的磁化方向，通过测量通过电路的强度的变化或预定数据位区域的电阻来读取数据。
参照图5，读取脉冲电流可以具有比用于写入的切换电流更小的幅度。与磁畴运动信号同步地施加读取脉冲电流。因此，可以参考位于参考层19上的预定数据位区域的磁化方向使用磁畴运动来读取所存储的数据。
在根据本发明的具有上述结构的磁存储器中，可以交替地输入写入切换电流或读取脉冲电流，以及输入运动信号的脉冲。因此，可以交替地执行数据写入操作或所存储的数据读取操作以及磁畴运动，使得将多个数据位顺序地存储在多个数据位区域上，或者顺序地读取存储在多个数据位区域上的多个数据位。将参照图3A到3C与4A和4B来在下面描述存储器轨道(如从磁存储器装置的第一到第三存储器轨道10、30和50中选择的第一存储器轨道10)数据写入操作或所存储的数据读取操作。这里，将描述存储器轨道的数据存储区域71包括六个数据位区域的情况。
图3A到3C是图解对根据本发明实施例的磁存储装置的所选择的轨道上执行数据写入操作的视图；图4A和4B是图解对根据本发明实施例的磁存储装置的所选择的轨道上执行所存储的数据读取操作的视图；和图5是图解被施加到根据本发明实施例的磁存储器装置的磁畴运动信号脉冲(运动)、读取脉冲信号脉冲2(读取)和写入切换电流信号脉冲2(写入)的示意图。在图5中，水平轴是时间轴t。
以下面的方式执行数据写入操作。当将切换电流施加到如图3A所示地选择的第一存储器轨道10的第三数据位区域D3时，如图3B所示，第三数据位区域D3的磁化方向被反转。之后，如图3C所示，当将磁畴电流施加到第一存储器轨道10时，各个数据位区域的磁化方向被分别移动到邻接数据位区域。也就是，图3B所示的数据存储区域71的第一到第六数据位区域D1、D2、D3、D4、D5和D6的磁化方向被分别移动(横越一个数据区域)到图3C所示的第二到第六数据位区域D2、D3、D4、D5、D6和邻接缓冲器区域75的第一数据位区域B1。
如上所述，定义预定数据位区域11的磁化方向，并且在预定时间过后将预定数据位区域11的数据(磁化方向)移动到邻接数据位区域，即，第四数据位区域D4，并且再次将写入信号输入到预定数据位区域11来再次定义磁化方向。如图5所示，使用周期施加的磁畴运动电流和与磁畴运动电流同步周期施加的写入切换电流，交替地执行这样的定义磁化方向和运动处理，使得将多个数据位记录在第一存储器轨道10的多个数据位区域上的阵列中。在完成了记录操作后，可以维持数据存储位置，或者输入以反方向移动磁畴的运动信号，使得可以将所存储的数据保持在数据存储区域71的第一到第六数据位区域D1、D2、D3、D4、D5和D6上。
以下列方式执行所存储的数据读取操作。参照图4A，将读取脉冲电流施加到第三数据位区域D3，以便读取第三数据位区域D3的数据。之后，如图4B所示，当将磁畴运动电流施加到第一存储器轨道10时，相应数据位区域的磁化方向被分别移动到邻接数据位区域。也就是，图4A所示的数据存储区域71的第一到第六数据位区域D1、D2、D3、D4、D5和D6的磁化方向被移动了一个数据位区域，即，如图4B所示，被分别移动到邻接缓冲器区域75的第二到第六数据位区域D2、D3、D4、D5、D6和邻接缓冲器区域75的第一数据位区域B1。
如上所述，读取预定数据位区域11的磁化方向，并且在预定时间过后预定数据位区域11的数据(磁化方向)被移动到邻接数据位区域，即，第四数据位区域D4，并且再次将读取信号输入到预定数据位区域11来执行数据读取操作。如图5所示，使用周期施加的磁畴运动电流和与磁畴运动电流同步周期施加的读取脉冲电流，交替地执行这样的磁化方向读取和运动处理，直到完成存储在第一存储器轨道10的预定多个数据位的读取为止。在数据读取操作完成之后，可以维持数据存储位置，或者输入以反方向移动磁畴的运动信号，以便将最初存储在数据存储区域71的第一到第六数据位区域D1、D2、D3、D4、D5和D6上的数据分别返回到第一到第六数据位区域D1、D2、D3、D4、D5和D6，并且保持在那里。
这里，如图3A到3C和图4A到4B所示，可以执行对第二和第三存储器轨道30和50的数据写入和读取操作。
如图5所示，在读取操作期间，与没有极性反转的磁畴运动信号同步地周期施加读取脉冲电流。流过隧道势垒的电流量与当将读取脉冲电流施加到参考层19和第一到第三存储器轨道10、30和50的预定数据位区域11、31和51时那里的电阻根据预定的数据位区域的磁化方向与参考层19的磁化方向平行还是反平行而不同。例如，当第一到第三存储器轨道10、30和50的预定数据位区域11、31和51的磁化方向与参考层19平行时，对应的隧道势垒的电阻比当预定数据位区域11、31和51的磁化方向与参考层19反平行时更小。使用这样的电阻差来读取存储在预定数据位区域11、31和51中的数据。
在以上的描述中，以一个数据位区域为单位执行磁畴运动，并且交替地执行磁畴运动和数据位写入或读取操作，提供这些描述仅用于示例性目的，并且可以进行各种修改。例如，在移动多个数据位区域之后，可以执行写入或读取操作。
此外，在以上描述中，根据本发明的磁存储器装置可以将能够读取多个数据位的磁装置(即，MTJ或GMR传感器)和使用旋转传递矩的记录磁装置合并到单一装置中，但是本发明不限于该特定实施例。也就是，根据本发明的磁装置可以用作能够使用磁畴运动读取多个数据位的磁装置(即，MTJ或GMR传感器)，或者可以用作使用旋转传递矩的记录磁装置，其能够使用磁畴运动记录多个数据位。
此外，在以上描述中，根据本发明的磁装置通过将写入电流信号直接施加到MTJ单元来使用旋转传递矩执行数据写入操作，其中该MTJ单元由参考层19、位于参考层19上的第一到第三存储器轨道10、30和50的预定的数据位区域11、31和51以及插入在它们之间的非磁层17构成，但是本发明不限于该特定实施例。
也就是，在根据本发明的另一实施例的磁存储器装置中，可以通过使用由电流引起的磁场选择性反转包含在第一到第三存储器轨道10、30和50中的至少一个中的预定数据位区域的磁畴的磁化方向来记录数据位。在这种情况下，根据本发明当前实施例的磁存储器装置可以包括产生用于选择性反转存储器轨道的预定数据位区域的磁化方向的磁场的结构；以及用于读取存储在存储器轨道中的数据的FET，来代替直接将写入或读取电流信号直接施加到存储器轨道的第二输入部分85。
此外，在以上描述中，根据本发明之前实施例的磁存储器装置具有第一到第三存储器轨道10、30和50的多堆叠结构，但是提供这些描述仅用于示例性目的，并且在多堆栈中形成的存储器轨道数可以改变。
如上所述，在本发明的磁存储器装置中，提供多个磁畴，使得可以在阵列中存储数据位。此外，由于提供使用磁畴运动的存储器轨道，并且以多堆栈形成存储器轨道，因此可以增加数据存储容量。
此外，由于使用共享晶体管实现用于选择在其上执行读取或写入操作的存储器轨道的选择部分，因此可以进一步简化选择部分的结构。
虽然已经参照本发明的示例性实施例特地显示和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解可以对其做出各种形式的修改及其细节，而不背离所附权利要求限定的本发明的宗旨和范围。
权利要求
1.一种磁存储器装置，包括在基片上堆叠来形成多堆栈的多个存储器轨道，其中，形成多个磁畴以使得每个由磁畴构成的多个数据位以阵列进行存储；形成在相应存储器轨道附近的多条位线；形成在每个存储器轨道和每条位线之间以构成磁隧道连接(MTJ)单元以及每个存储器轨道的一个数据位区域的连接器；电连接到每个存储器轨道、并输入将存储在存储器轨道的数据位区域中的数据移动到相邻数据位区域的磁畴运动信号的第一输入部分；和从多个存储器轨道中选择要在其上执行读取或写入操作的存储器轨道的选择部分。
2.如权利要求1所述的存储器装置，其中连接器包括与存储器轨道的部分对应地形成并具有固定磁化方向的参考层，其中与参考层的有效尺寸对应的数据位被存储在存储器轨道的阵列中。
3.如权利要求2所述的存储器装置，其中连接器还包括插入在参考层和存储器轨道之间的非磁层。
4.如权利要求3所述的存储器装置，其中非磁层是用作隧道势垒的导电层或绝缘层。
5.如权利要求3所述的存储器装置，其中选择部分包括分别连接到构成存储器轨道的MTJ单元的数据位区域的多个混杂区域；和形成在两个混杂区域之间的栅极，其中选择部分具有共享晶体管结构，其中至少一个混杂区域周作预定存储器轨道的漏极并用作另一存储器轨道的源极，和每个混杂区域经由导电插头连接到构成每个存储器轨道的MTJ的数据位区域。
6.如权利要求2所述的存储器装置，其中选择部分包括分别连接到构成存储器轨道的MTJ单元的数据位区域的多个混杂区域；和形成在两个混杂区域之间的栅极，其中选择部分具有共享晶体管结构，其中至少一个混杂区域用作预定存储器轨道的漏极并用作另一存储器轨道的源极，和每个混杂区域经由导电插头连接到构成每个存储器轨道的MTJ的数据位区域。
7.如权利要求1所述的存储器装置，其中选择部分包括分别连接到构成存储器轨道的MTJ单元的数据位区域的多个混杂区域；知形成在两个混杂区域之间的栅极，其中选择部分具有共享晶体管结构，其中至少一个混杂区域用作预定存储器轨道的漏极并用作另一存储器轨道的源极，和每个混杂区域经由导电插头电连接到构成每个存储器轨道的MTJ的数据位区域。
8.如权利要求1所述的存储器装置，其中每个存储器轨道包括具有与要存储的数据位数对应的数据位区域并存储多个数据位的数据存储区域；和缓冲器区域，用于邻接数据存储区域，并且如果需要，则在磁畴运动期间存储移动到数据存储区域之外的数据。
9.如权利要求8所述的存储器装置，其中每个存储器轨道包括多个数据存储区域，其中缓冲器区域位于连续的数据存储区域之间，而与形成在每个存储器轨道上的相应多个数据存储区域对应地形成每个连接器和选择部分。
10.如权利要求9所述的存储器装置，还包括第二输入部分，用于通过位线至少将写入电流信号和读取电流信号之一输入到MTJ单元。
11.如权利要求8所述的存储器装置，还包括第二输入部分，用于通过位线至少将写入电流信号和读取电流信号之一输入到MTJ单元。
12.如权利要求1所述的存储器装置，还包括第二输入部分，用于通过位线至少将写入电流信号和读取电流信号之一输入到MTJ单元。
全文摘要
提供磁存储器装置。该磁存储器装置包括多个存储器轨道、位线、连接器、第一输入部分和选择部分。多个存储器轨道在基片上被堆叠来形成多堆栈。在存储器轨道中形成多个磁畴，使得可以由磁畴表示数据位并可以以阵列进行存储。位线形成在相应存储器轨道附近。连接器构成磁隧道连接(MTJ)单元以及存储器轨道的一个数据位区域。第一输入部分电连接到每个存储器轨道，并且输入将存储在存储器轨道的数据位区域中的数据移动到相邻数据位区域的磁畴运动信号。选择部分从多个存储器轨道中选择要在其上执行读取或写入操作的存储器轨道。
文档编号G11C11/02GK101026002SQ20071008497
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年2月23日
发明者金起园, 金泰完, 曹永真, 黄仁俊 申请人:三星电子株式会社