存储单元和存储器的制作方法

本申请涉及存储器领域，具体而言，涉及一种存储单元和存储器。

背景技术：

stt-mram(spintorquetransfermagneticrandomaccessmemory，自旋转移力矩随机存储器)作为一种利用电流改变mtj(磁隧道结)状态的存储器，是一种极具潜力的新型存储器。该存储器除了具有电路设计简单，读写速度快，无限次擦写等优点外，相对于传统存储器如dram(dynamicrandomaccessmemory，动态随机存储器)的最大优势为非易失性(断电数据不丢失)。如图1所示，mram数据状态示意图，自由层的磁性方向可以由外场h或者写电流i操控。当自由层磁化方向和固定层平行或反平行时，可以分别对应输出数据0或者1。

作为非易失存储器，mram(magneticrandomaccessmemory，随机存储器)的一个核心指标为数据保存时间，其取决于mtj中两态之间的势垒高度。图2(a)和图2(b)分别给出了面内磁化和垂直磁化对应的势垒示意图。

对于emram(embedmram，嵌入式mram)应用，存储芯片要通过回流焊工艺焊接至pcb上，因此该芯片在此过程中须保证预存的数据不丢失。

回流焊对应的高温过程如图3所示，最高温度可达到260℃。这就意味着对于emram芯片，其基本存储单元mtj需保证经过260℃高温时数据可以保存住不丢失。

对于mtj器件，260℃数据保存不丢失，即意味着mtj器件在260℃下，约化后的能量势垒高度需满足δ＞41×ln(n)，n表示n位的阵列。

为保证mtj器件在260℃下数据保存不丢失，需提高其约化的能量势垒高度δ最有效的方式是，增加各向异性能密度hk。但增加hk会引起vc同时增加，而vc增加将影响可擦写次数。

另一种提升能量势垒高度的方法是，增加体积v。

但是，v的增加会导致ic提高，提升功耗，同时使得读写速度与存储密度的下降。

因此，亟需一种存储器，在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了回流焊后预存的信息不丢失。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种存储单元和存储器，以解决现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种存储单元，包括：第一存储区域，包括至少一个第一存储子单元；第二存储区域，包括至少一个第二存储子单元，所述第二存储子单元的特征尺寸大于所述第一存储子单元的特征尺寸。

进一步地，所述第一存储子单元和所述第二存储子单元的结构相同。

进一步地，多个所述第一存储子单元的特征尺寸相同，多个所述第二存储子单元的特征尺寸相同。

进一步地，所述第一存储子单元的特征尺寸为40nm至70nm。

进一步地，所述第一存储区域还包括多个第一开关，所述第一开关与所述第一存储子单元一一对应连接，所述第二存储区域还包括多个第二开关，所述第二开关与所述第二存储子单元一一对应连接，所述第一开关在饱和区的电流比所述第二开关在饱和区的电流小。

进一步地，所述第一开关为第一mos管，所述第二开关为第二mos管。

进一步地，所述第一存储子单元为第一mtj，所述第二存储子单元为第二mtj。

进一步地，所述第一mtj和所述第二mtj的薄膜结构相同。

进一步地，所述第一mtj包括依次层叠的第一固定层、第一隧道层和第一自由层，所述第二mtj包括依次层叠的第二固定层、第二隧道层和第二自由层，所述第一固定层的磁化方向和所述第一自由层的磁化方向垂直，所述第二固定层的磁化方向和所述第二自由层的磁化方向垂直。

根据本申请的另一方面，提供了一种存储器，包括任意一种所述的存储单元。

应用本申请的技术方案，存储单元中，共有两个存储区域，每一个存储区域中都至少包括了一个存储子单元，尺寸较小的第一存储子单元可以提高存储的密度，实现快速读写存储，尺寸较大的第二存储子单元的能量势垒较高，保证了存储器的数据保存时间较长，使得该存储单元的回流焊数据保持能力较好，这样，本申请的所述存储单元在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了该存储单元在经过回流焊后预存的信息不丢失，较好地解决了现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了mram数据状态示意图；

图2(a)示出了面内磁化对应的势垒示意图；

图2(b)示出了垂直磁化对应的势垒示意图；

图3示出了回流焊对应的高温过程的示意图；

图4示出了根据本申请的实施例的存储单元的结构示意图；

图5示出了第一mtj的结构示意图；

图6示出了第二mtj的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一存储区域；20、第二存储区域；11、第一固定层；12、第一隧道层；13、第一自由层；21、第二固定层；22、第二隧道层；23、第二自由层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失，为了解决如上问题，本申请提出了一种存储单元和存储器。

根据本申请的实施例，提供了一种存储单元，如图4所示，该存储单元包括：

第一存储区域10，包括至少一个第一存储子单元；

第二存储区域20，包括至少一个第二存储子单元，上述第二存储子单元的特征尺寸大于上述第一存储子单元的特征尺寸。

上述的存储单元中，共有两个存储区域，每一个存储区域中都至少包括了一个存储子单元，尺寸较小的第一存储子单元可以提高存储的密度，实现快速读写存储，尺寸较大的第二存储子单元的能量势垒较高，保证了存储器的数据保存时间较长，使得该存储单元的回流焊数据保持能力较好，这样，本申请的上述存储单元在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了该存储单元在经过回流焊后预存的信息不丢失，较好地解决了现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

需要说明的是，第一存储子单元的特征尺寸较小，其电阻较大，翻转电流较低，保证了第一存储区域面积较小，可以做到高密度，快速读写存储，第二存储子单元的特征尺寸较大，其电阻较小，翻转电流较大，保证了第二存储区域面积较大，第二存储子单元的能量势垒较高，具有数据保存时间长的优势，第二存储区域可以作为嵌入式芯片中经受回流焊保存住预存信息的存储区域。

本申请的一种实施例中，上述第一存储子单元和上述第二存储子单元的结构相同。该实施例中，两个存储子单元的层数、结构层的种类以及层的位置关系均相同，这样使得第一存储子单元和第二存储子单元制作简单，更加方便了工作人员制作存储单元。并且该方案中，第二存储区域不需要额外增加光罩，可以降低制作工艺难度，另外，其工艺可控制性强，工艺引入的变量较小，使得该存储单元可以大容量读写存储。

本申请的另一种实施例中，多个上述第一存储子单元的特征尺寸相同，多个上述第二存储子单元的特征尺寸相同。该实施例中，由于多个第一存储子单元的特征尺寸相同，使得存储单元的制作工艺更加容易，更加便于制作存储单元，由于多个第二存储子单元的特征尺寸相同，工作人员可以更加方便地制作多个第二存储子单元。

需要说明的是，多个第一存储子单元的特征尺寸可以不同，多个第二存储子单元的特征尺寸可以不同。

本申请的再一种实施例中，上述第一存储子单元的特征尺寸为40nm至70nm。

当然，并不限于上述的特征尺寸，还可以为其他的特征尺寸，本领域技术人员可以根据实际情况，选择合适的特征尺寸。

本申请的又一种实施例中，上述第一存储区域还包括多个第一开关，上述第一开关与上述第一存储子单元一一对应连接，上述第二存储区域还包括多个第二开关，上述第二开关与上述第二存储子单元一一对应连接，上述第一开关在饱和区的电流比上述第二开关在饱和区的电流小。该实施例中，第一开关在饱和区的电流较小，即第一存储区域面积较小，使得第一存储子单元可以快速存储，第二开关在饱和区的电流较大，即第二存储区域面积较大，进一步使得其能量势垒较高。

本申请的一种具体的实施例中，上述第一开关为第一mos管，上述第二开关为第二mos管。这样可以进一步地保证存储单元的性能较好。

本申请的另一种具体的实施例中，上述第一存储子单元为第一mtj，上述第二存储子单元为第二mtj。该实施例中，使用mtj作为存储子单元，这样进一步地保证了存储单元的性能较好。当然，上述第一存储子单元和上述第二存储子单元还可以为其他的电磁元件。

具体地，对于单畴情况，本申请的第一mtj和第二mtj的数据保存时间分别与其的特征尺寸的平方成正比，对于多畴情况，本申请的第一mtj和第二mtj的数据保存时间分别与其的特征尺寸成正比。

本申请的再一种实施例中，上述第一mtj和上述第二mtj的薄膜结构相同。这样使得第一mtj和第二mtj制作简单，进一步方便了工作人员制作两个mtj。

本申请的又一种实施例中，如图5和图6所示，上述第一mtj包括依次层叠的第一固定层11、第一隧道层12和第一自由层13，上述第二mtj包括依次层叠的第二固定层21、第二隧道层22和第二自由层23，上述第一固定层11的磁化方向和上述第一自由层13的磁化方向垂直，上述第二固定层21的磁化方向和上述第二自由层23的磁化方向垂直。该实施例中，进一步保证了第一mtj和第二mtj的存储能力较好，从而使得该存储单元的存储能力较好。

在实际的应用过程中，上述第一mtj和上述第二mtj均还可以包括其他层，比如覆盖层、顶电极、底电极等，本领域技术人员可以根据实际情况选择上述第一mtj和上述第二mtj的结构。

具体地，一种实施例中，上述第一自由层和上述第二自由层的材料包括co、fe、ni、cob、feb、nib、cofe、nife、coni、cofeni、cofeb、nifeb、conib、cofenib、fept、fepd、copt、copd、cofept、cofepd、feptpd、coptpd与cofeptpd中的至少一种，上述第一固定层和上述第二固定层的材料包括co、fe、ni、cob、feb、nib、cofe、nife、coni、cofeni、cofeb、nifeb、conib、cofenib、fept、fepd、copt、copd、cofept、cofepd、feptpd、coptpd与cofeptpd中的至少一种。

根据本申请的实施例，还提供了一种存储器，存储器包括任意一种上述的存储单元。

上述的存储器中，由于包括了上述的存储单元，上述的存储单元中，共有两个存储区域，每一个存储区域中都至少包括了一个存储子单元，尺寸较小的第一存储子单元可以提高存储的密度，实现快速读写存储，尺寸较大的第二存储子单元的能量势垒较高，保证了存储器的数据保存时间较长，使得该存储单元的回流焊数据保持能力较好，这样，本申请的上述存储单元在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了该存储单元在经过回流焊后预存的信息不丢失，较好地解决了现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的存储单元，共有两个存储区域，每一个存储区域中都至少包括了一个存储子单元，尺寸较小的第一存储子单元可以提高存储的密度，实现快速读写存储，尺寸较大的第二存储子单元的能量势垒较高，保证了存储器的数据保存时间较长，使得该存储单元的回流焊数据保持能力较好，这样，本申请的上述存储单元在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了该存储单元在经过回流焊后预存的信息不丢失，较好地解决了现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

2)、本申请的存储器，由于包括了上述的存储单元，上述的存储单元中，共有两个存储区域，每一个存储区域中都至少包括了一个存储子单元，尺寸较小的第一存储子单元可以提高存储的密度，实现快速读写存储，尺寸较大的第二存储子单元的能量势垒较高，保证了存储器的数据保存时间较长，使得该存储单元的回流焊数据保持能力较好，这样，本申请的上述存储单元在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证了该存储单元在经过回流焊后预存的信息不丢失，较好地解决了现有技术中无法在保证存储器的高可擦写次数、高读写速度、高密度的同时，保证回流焊后预存的信息不丢失的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。