磁電阻存儲單元、存儲器件及操作該存儲器件的方法

專利名稱：磁電阻存儲單元、存儲器件及操作該存儲器件的方法
技術領域：
本發明一般而言涉及磁隨機存取存儲器(MRAM)，更具體地，涉及使用磁電阻變化 的非易失性存儲器件。
背景技術：
動態隨機存取存儲器(DRAM)是當前廣泛使用的代表性存儲器件，其優點在于能 實現高速運行和高集成度，但其缺點在于，由于DRAM是易失性存儲器，當電源關斷時數據 丟失，其缺點還在于，即便在DRAM操作過程中，由于數據更新操作過程中需要連續地重寫 數據，功率損失增加。另一方面，具有非易失性和高集成度特性的快閃存儲器的缺點是運行 速度慢。相比之下，使用磁電阻間的差別來存儲信息的磁電阻存儲器(MRAM)的優點是在實 現了非易失性和高速運行特性的同時能實現高度集成。 同時，MRAM是指使用與鐵磁體間磁化方向相應的磁電阻變化的非易失性存儲設 備。目前，最常作為MRAM單元使用的單元結構可以包括使用巨磁電阻(GMR)效應的GMR器 件，以及使用隧道磁電阻(TMR)效應的磁隧道結(MJT)器件。另外，有使用永磁體加強鐵磁 層并且使用軟磁層作為自由層以克服GMR器件缺點的自旋閥器件。特別地，由于MTJ器件 具有高運行速度和低功耗并且被用于替代DRAM的電容器，可以將MTJ器件應用于具有低功 耗和高速度的圖像設備和移動設備。 —般地，當兩個磁層的自旋方向(即磁通量的方向)彼此相同時磁電阻器件具有 低電阻，而當自旋方向彼此相反時具有高電阻。這樣，可以使用依賴于磁層磁化狀態而改變 的單元電阻改變將位數據寫入磁電阻存儲器件。將通過例子描述具有MTJ結構的磁電阻存 儲器。在具有由鐵磁層/絕緣層/鐵磁層組成的結構的MTJ存儲單元中，當穿過了第一鐵 磁層的電子穿過用作隧穿阻擋(tunneling barrier)的絕緣層時，隧穿幾率依賴于第二鐵 磁層的磁化方向而改變。也就是，當兩個鐵磁層的磁化方向平行時，隧穿電流被最大化，而 當它們反平行時，隧穿電流被最小化。例如，可以認為，當電阻高時，寫入數據"1 "，而當電阻 低時，寫入數據"0"。 圖1A和1B分別是組成磁電阻存儲器的MTJ單元的電路圖和截面圖。如圖1A和 1B所示，MTJ器件10包括固定(Pinned)磁層11，其具有固定的磁化方向；自由磁層13， 其具有可以被改變為與固定磁層11的磁化方向平行或反平行的磁化方向；以及非磁層，即 介于固定磁層ll和自由磁層13之間的磁隧道阻擋層12。另外，將一個用作開關器件的金 屬氧化物半導體(M0S)晶體管Tr與MTJ器件的一端串聯連接。M0S晶體管Tr由通過在具 有第一導電類型的半導體襯底100上設置柵極絕緣層22而形成的柵極電極20以及每個都 具有第二導電類型的第一和第二擴散區40組成。這里，標號24指示形成于柵極電極20側壁上的間隔物(spacer)，而標號50指示用于將MTJ器件10電連接到擴散區域40的接觸插 塞(contact plug)。圖IB通過例子圖解N溝道M0S晶體管。 在圖1A和1B所示的常規MTJ存儲單元結構中，通過電源線SL將電流施加到晶體 管Tr，并且響應于通過字線WL輸入的信號在晶體管Tr內控制所施加的電流。另外，將在晶 體管Tr中控制的電流輸出到MTJ器件10，使得自由磁層13的磁化方向改變，并且根據自由 磁層13和固定磁層11的磁化方向的平行和反平行狀態寫入了數據"1"或"0"。通過位線 BL讀取以這種方式寫入的數據。 在這種電流開關型磁電阻存儲器件中，用于存儲信息的單個存儲單元通常包括單 個MTJ器件和用于使得能夠通過選擇該MTJ器件寫入或讀取數據的選擇晶體管。因此，為 了寫入要在MTJ器件中存儲的信息，必須導致很高的電流雙向流過MTJ器件。然而，難以通 過使用實現高集成度存儲器所需要的微晶體管來驅動在MTJ器件中寫入信息的足夠高的 電流。 圖2圖解形成于圖1A和1B所示的常規磁電阻存儲器件中的M0S晶體管的電 流-電壓特性。參考圖2，描述了在某一柵極電壓下的電流-電壓特性。隨著源極-漏極電 壓VD增加，電流ID飽和。S卩，在P區域，由于MOS晶體管的溝道被切斷，溝道阻抗增加，因 此M0S晶體管工作在飽和電流區域。當為了高集成度存儲器件的目的而將MOS晶體管制造 為具有微小尺寸時，MOS晶體管的溝道被縮短，即使在低電壓下也發生這種飽和現象。在飽 和電流的P區域內，由于電流的飽和，即使漏極_源極電壓增加也難以獲得高電流。
因此，當如現有技術將MOS晶體管形成于體硅襯底上時，必須增加MOS晶體管的尺 寸以獲得在MTJ器件上寫入信息的足夠高的電流，因此妨礙了存儲器件的高集成度。另外， 當讀取數據時，通過由于MTJ器件的電阻之間的不同而產生的漏極電壓之間的差別來識別 MOS電流之間的差別。如圖2所示，由于電阻的差別AR不大，讀取電壓的差別Vr較小，并 且因此這時在數據"1"和"0"之間產生的電流差僅在百分之幾十的范圍內。
因此，為了增加磁電阻存儲器件的集成度，需要減小形成存儲單元的區域。然而， 當減小了單元的尺寸時，作為開關器件的MOS晶體管的電流驅動能力可能會下降，因此可 能難以保證驅動MTJ器件所需要的足夠的電流。因此，在常規的磁電阻存儲器件中，所使用 的器件具有很大的形成MOS晶體管的區域，并且用于檢測小電流差的傳感電路非常復雜并 且占據很大的空間。 在實現高集成度磁電阻存儲器件時，在與MTJ器件尺寸相應的區域內制造選擇晶 體管，并且需要在MTJ器件中寫入數據的足夠高的電流。然而，在常規的磁電阻存儲器件 中，因為由高集成度引起的單元面積的減小，形成MOS晶體管的區域減小，因此晶體管的電 流驅動能力下降，由此使得難以實現磁電阻存儲器件的高集成度。

發明內容
因此，本發明的示例性實施例提供一種磁電阻存儲單元，其可以通過使用浮體效 應提高高集成度磁電阻存儲器件所需要的選擇晶體管的電流驅動能力；一種具有該磁電阻 存儲單元的磁電阻存儲器件；以及操作該磁電阻存儲器件的方法。 根據一個實施例，提供了一種磁電阻存儲單元，包括磁隧道結(MTJ)器件；以及 選擇晶體管，其中該選擇晶體管包括第一導電類型半導體層；通過在半導體層之上設置柵極絕緣層而形成的柵極電極；以及在半導體層內形成的、彼此間隔開并具有第二導電類型 的第一和第二擴散區域，其中半導體層在第一和第二擴散區域之間的一部分被形成為電浮 體區域。 另一個實施例提供一種磁電阻存儲器件，包括存儲單元，該存儲單元包括磁隧道 結(MTJ)器件，以及選擇晶體管，包括第一導電類型半導體層，通過在半導體層之上設置柵 極絕緣層而形成的柵極電極，在半導體層內形成的彼此間隔開的并且具有第二導電類型的 第一和第二擴散區域，其中半導體層在第一和第二擴散區域之間的一部分被形成為電浮體 區域。另外，磁電阻存儲器件可以包括與柵極電極電連接的字線，通過MTJ器件與第一和第 二擴散區域之一電連接的位線，以及與第一和第二擴散區域中剩下的一個擴散區域電連接 的源線。 另外，可以通過以下方式操作磁電阻存儲器件導通包括柵極電極、第一和第二擴 散區域和體區域(body region)的M0S晶體管；以及操作包括第一和第二擴散區域和體區 域的BJT，其中通過在導通M0S之后操作BJT來執行數據寫入或讀取模式。
而另一個實施例提供一種磁電阻存儲器件，包括存儲單元，該存儲單元包括磁隧 道結(MTJ)器件；以及選擇晶體管，包括并聯連接的金屬氧化物半導體(M0S)晶體管和雙極 結晶體管(BJT)，其中M0S晶體管和BJT共同接到MTJ器件上，配置為響應于施加在選擇晶 體管柵極電極上的柵極電壓為MTJ器件提供電流，并且共享選擇晶體管源極區域和漏極區 域之間的公共浮體區域。


結合附圖，通過下面的詳細描述，將會更加清楚地明白本發明的上述和其它目的、 特征和優點，其中 圖1A和IB分別為常規磁電阻存儲器件單元的電路圖和截面圖； 圖2為顯示形成于圖1A和IB的常規磁電阻存儲器件中的MOS晶體管的電流-電
壓特性的曲線圖； 圖3A和3B分別為根據本發明一個實施例的磁電阻存儲單元的電路圖和截面圖；
圖4為顯示根據本發明的一個實施例的選擇晶體管的電流_電壓特性的曲線圖；
圖5為示意性地顯示流過根據本發明的一個實施例的選擇晶體管的MOS電流和 BJT電流的路徑的圖示； 圖6為顯示根據本發明的一個實施例的磁電阻存儲器件中的數據寫入操作的時 序圖； 圖7為顯示根據本發明的一個實施例的磁電阻存儲器件中的數據讀取操作的時 序圖； 圖8為顯示作為根據本發明的一個實施例的磁存儲器件的例子的8位陣列結構的 電路圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖詳細描述本發明的實施例。現在應參考附圖，其中在不同的圖中 使用相同的參考編號指示相同或相似的部件。在下面對本發明的描述中，可能將詳細的描述省略到根據相關的眾所周知的結構或功能的詳細描述不會使本發明的要點不清楚的程度。存儲單元配置
圖3A和3B分別為根據本發明的一個實施例的磁電阻存儲單元的等效的電路圖和 截面圖。參考圖3A和3B，起著開關器件作用的選擇晶體管具有M0S晶體管Tr和雙極結晶 體管(BJT)彼此耦合的結構。可以通過以下步驟制造具有這種結構的選擇晶體管。
第一，提供具有以下結構的絕緣體上硅結構(SOI)半導體襯底，其中，第一導電類 型(例如P型)半導體層103、掩埋氧化物102和基襯底101 —個在一個之上地重疊。將柵 極絕緣層22設置于半導體層103之上，并且由此形成柵極電極20。在半導體層103中形 成第一和第二擴散區域40，每個都具有與第一導電類型相反的第二導電類型(例如N+類 型)。第一和第二擴散區域40各自用作源極或漏極，并且彼此間隔開地形成于柵極電極20 之下相對的區域。可以使用柵極電極22作為掩模、通過離子注入向半導體層103中注入N 型摻雜來形成第一和第二擴散區域40。特別地，通過離子注入將第一和第二擴散區域40形 成為具有達到它們下方的掩埋氧化物102的深度。因此，半導體層103在第一和第二擴散 區域40之間的部分可以形成電浮體區域。即，該體區域被第一和第二擴散區域40、柵極絕 緣層22和掩埋氧化物102電隔離。因此，在柵極電極22的側壁上形成用于絕緣的間隔物 24，從而可以制造具有圖3B的結構的選擇晶體管。同時，MTJ器件包括自由磁層13、隧道阻 擋層12和固定磁層11，并且將其一端電連接到第一和第二擴散區域40之一。
這樣一來，根據本發明的磁電阻存儲單元的選擇晶體管具有N溝道MOS晶體管 (MOS Tr)與NPN雙極結晶體管(BJT)耦合的結構，其中，N溝道MOS晶體管(MOS Tr)由柵 極電極20、第一和第二擴散區域40和體區域103組成，NPN雙極結晶體管(BJT)由第一和 第二擴散區域40和體區域103組成。這里，圖3B示出使用SOI半導體襯底的選擇晶體管 結構的例子，但是本領域技術人員會容易地明白，任何在第一和第二擴散區域40之間具有 電浮體區域103的結構都包括在本發明的范圍內。另外，圖3A和3B示出N溝道MOS晶體 管和NPN BJT彼此耦合的結構。然而，將會明白本發明的結構不限于這種結構，并且P溝道 MOS晶體管和PNPBJT相互耦合的結構也包括在本發明的范圍內。 本發明在選擇晶體管的操作中使用浮體效應。圖4為示出根據本發明的一個實施 例的選擇晶體管的電流-電壓特性的曲線圖，其中示出了在各種柵極電壓VG下漏極電流ID 隨漏極電壓VD的變化(VG1 < VG2 < VG3 < VG4)。如圖4所示，在根據本發明的選擇晶體 管中，空穴由于浮體效應在體區域中積累，因此晶體管的閾值電壓降低。由于域值電壓以這 種方式降低，在特定電壓下電流突然增加。因此，比常規MOS晶體管(參考圖2)更高的電流 可以流過根據本發明的選擇晶體管。作為參考，圖4圖解在操作BJT的區域中的電壓-電 流特性。可以理解這種效應的出現是因為包括在總電流中的通過MOS晶體管的電流隨著柵 極電壓的增加而增加。 圖5示意性地示出流過根據本發明的一個實施例的選擇晶體管的MOS電流和BJT 電流的路徑。這里，MOS晶體管電流1沿著溝道表面以箭頭的方向流動(電子從源極流向 漏極)，并且BJT電流2流過半導體層103的整個區域。激發BJT電流2的基極電流是由碰 撞電離導致的空穴流3，其中碰撞電離在BJT電流2導致的高能電子撞擊漏極時發生。
再次參考圖4，當根據本發明的選擇晶體管應用于磁電阻存儲器件時，寫入電流Isw為MOS晶體管電流和BJT電流之和，并且流過MTJ器件10。特別地，在圖4中在VG4和 低VD上指示寫入電壓Vw的原因是，在外部施加的電壓通過MTJ器件10時，發生由高電流 造成的電壓下降。另外，在讀取模式下，選擇對于VD敏感變化的電流區域，從而可以導致比 常規存儲器件大至少數倍的電阻差AR和電流差。
存儲單元陣列及其操作方法
可以通過使用根據本發明的磁電阻存儲單元作為每個單位存儲單元來構造存儲 器陣列。例如，參考圖3A和3B，每個存儲單元包括MTJ器件IO，并且選擇晶體管由彼此耦 合的MOS晶體管(MOS Tr)和BJT組成。在這種情況下，字線WL電連接到柵極電極20，位 線BL通過MTJ器件10電連接到第一和第二擴散區域40之一，并且源線SL電連接到第一 和第二擴散區域40中剩下的一個。如前面所述，根據本發明的磁電阻存儲器件的選擇晶體 管同時操作MOS晶體管和BJT，從而使得可以執行寫入或讀取模式。 參考圖6，下面描述根據本發明的一個實施例的磁電阻存儲器件的數據寫入模式。 圖6為示出寫入例如數據"O"的操作的時序圖。如圖6所示，通過對字線WL施加第一導通 電壓(Vw^，例如VG4 ;參考圖4)來導通MOS晶體管，并且通過向位線BL施加高電壓(VBME1) 來操作BJT。 優選地，在施加到字線WL的電壓VMK降低并達到電壓Vi皿之前，即在與延時t ex 相應的時間期間，使施加到位線BL的電壓VBUffil下降并達到電壓VBUID。即，當數據寫入完成 后，施加到字線WL的第一導通電壓VMK從施加在位線和源線之間的BJT的操作電壓VBME1 下降的時間點開始保持預定延時t^之后下降。這樣做的原因是在寫入操作完成后引出積 累在體區域103內的空穴。當字線WL的電位從位線BL下降的時間點開始的預定時間段被 保持在高于源線或位線的電位水平時，體區域103的電位可以回到初始狀態。這里，可以將 延時t^設置為0. 1到IO納秒的范圍內的值。 接下來，下面參考圖7描述根據本發明一個實施例的磁電阻存儲器件的數據讀取 模式。圖7是示出數據讀取模式的時序圖。如圖7所示，通過向字線WL施加第二導通電壓 (Vwled，例如VG1 ;參考圖4)來導通MOS晶體管，并且通過向源線SL施加高電壓VSUffl來操作 BJT。作為參考，由于根據圖4所述的原因，優選地將M0S晶體管的第二導通電壓選擇為低 于第一導通電壓。 在這種情況下，根據MTJ器件10的電阻，BJT的發射極和集電極之間的電壓可能 存在差別，因此流過位線BL的電流也可能存在差別。因此，優選地，即便在讀取模式下，在 使施加到字線WL的電壓VWUffl下降并達到電壓Vwuro之前，即在延時t ex期間，使施加到源線 SL的電壓VSUffl下降并達到電壓Vsuro。也就是，在數據讀取完成后，施加到字線WL的第二導 通電壓V，d從施加到位線與源線之間的BJT操作電壓VSUffl下降的時間點開始保持預定的 延時t^之后下降。通過此操作，將字線WL的電壓在預定的時間段保持在高于源線或位線 的水平，因此可以引出積累在體區域103內的空穴，并且由此體區域103的電位可以回到初 始狀態。這里，可以將延時t^設置為0. 1到10納秒范圍內的值。 接下來，參考圖8，使用8位陣列作為例子描述根據本發明的一個實施例的磁電 阻存儲器件的讀取模式。如圖8所示，當選擇多個字線WL中的一個字線(例如，對其施加 +^的電壓)時，對與所選擇的字線WL相應的源線SL施加高于BJT操作電壓的電壓(例如 +2V)。此時，在兩個相鄰存儲單元共用一個源線(對其施加+2V)的結構中，將連接到被選擇讀取數據的存儲單元的位線BL連接到讀出放大器(S/A)并且其電壓變為OV。連接到剩 下的相鄰存儲單元的位線進入一種狀態，在該狀態中，由位線選擇晶體管將該位線BL —端 的電壓斷開，并且電流不流過該位線BL。因此，從設置為0V的位線BL選擇的相應存儲單元 讀取數據"1"或"0"。同時，當位線選擇晶體管被阻擋時，位線BL上有可能在很短的時間產 生充電電流。在這種情況下，只需要通過不操作BJT的發射極-集電極電壓(屏蔽電壓)， 通過施加存在于位線BL和源線SL上的電壓之間的適合的電壓來執行屏蔽。
在根據本發明的磁電阻存儲單元的選擇晶體管中，由于由MOS晶體管電流產生的 發生在漏結附近的碰撞電離，MOS晶體管的閾值電壓降低并且流入選擇晶體管的電流增加。 因此，當如本發明的情況使用具有MOS晶體管和BJT相互耦合的結構的選擇晶體管時，可以 獲得磁隧道結所需要的高寫入電流。另外，當體區域的電位提高到當電流流過時源極和體 區域之間的二極管處于正向偏置條件的程度時，實現了在MOS晶體管中附加形成BJT的結 構，因此雙極電流流過體區域的整個部分以及溝道的表面，由此獲得了比常規MOS晶體管 高得多的電流。因此，構造了使用浮體效應的選擇晶體管，使得可以實現具有比常規MOS晶 體管更好的電流驅動能力的選擇晶體管。因此，可以實現磁電阻存儲器件的高集成度。
在磁電阻存儲器件中，通過區分取決于磁隧道結電阻大小的流過電流的大小來讀 取數據。因此，當與磁隧道結串聯連接的選擇晶體管的電阻高時(即，當電流驅動能力小 時)，讀取操作中的電流差別減小，因此可能容易地發生錯誤。然而，根據本發明的選擇晶體 管通過使用浮體效應降低晶體管中的電阻，因此使得能夠在讀取操作中以更高的比例反映 磁隧道結的電阻差。另外，由于雙極電流很大程度地取決于源極和漏極之間的電壓，可以在
讀取操作時獲得更大的讀取電流差。因此，當將雙極操作用于讀取操作時，數據"i"和"o"
之間的電流差增加，因此提高了信號感測余量(sensing margin)。 同時，當根據本發明的磁電阻存儲器件的寫入操作完成后晶體管的閾值電壓仍增 加時，可能產生泄露電流。為解決這一問題，在寫入模式完成后將字線的電位保持在比位線 或源線更高的水平。相應地，由于通過柵極電極和體區域間的耦合使體區域的電位變得比 源線或字線的電位更高，正向電流在體區域和源極之間、以及在體區域和漏極之間流過，因 此使得能夠將積累在體區域內的電荷引出。其后，當字線的電壓降低時，體區域回到初始狀 態，由此抑制由閾值電壓升高導致的泄露電流。相似地，在讀取操作完成后，仍將字線的電 位保持在高于位線或源線電位的水平，由此使得能夠將積累在體區域內的電荷引出，并允 許體區域回到初始狀態。 另外，當在根據本發明的選擇晶體管中通過使用鰭狀溝道形成BJT時，柵極電極 和體區域之間的電容增加，由此通過柵極電壓平穩地調節體電位。因此，當制造具有這種 鰭狀溝道的選擇晶體管時，可以抑制短溝道效應，可以增大MOS電流，并且可以有效地控制 BJT的操作。 根據本發明，可以使形成能夠保證改變MTJ器件數據存儲狀態所需電流量的選擇 晶體管的區域最小化，因此可以將本發明有效地應用于磁電阻存儲器件的高度集成。
另外，根據本發明的選擇晶體管能夠保證至少兩倍于常規選擇晶體管的電流差， 同時能夠形成于與MTJ器件尺寸相應的最小區域內，由此簡化感測電路并提高感測速度。
另外，在根據本發明的磁電阻存儲器件中，讀取模式下的讀取電流和寫入模式下 的寫入電流的差別增大，由此提高了存儲器件的操作余量。
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另外，本發明的優點在于通過整體余量的擴大，能夠有助于磁電阻存儲器件產率 的提高；通過降低形成選擇晶體管所需的面積，能夠有助于實現高集成度以及生產成本的 降低；并且，通過在讀取操作比寫入操作更重要的非易失存儲器件中減小讀取電流，可以降 低整體功率消耗。 雖然為了說明的目的公開了本發明的優選實施例，本領域技術人員會理解，有可 能進行各種修改、增加和替換而不脫離如所附權利要求所公開的本發明的范圍和精神。因 此，本發明中公開的實施例不是要限定本發明的技術精神，而是要描述該技術精神。本發明 的技術范圍不被實施例所限定。另外，應該理解，本發明的范圍由所附權利要求解釋，并且 其等同范圍內的技術精神屬于本發明的范圍。
權利要求
一種磁電阻存儲單元，包括磁隧道結(MTJ)器件；以及選擇晶體管，其中所述選擇晶體管包括第一導電類型半導體層；通過在所述半導體層之上設置柵極絕緣層而形成的柵極電極；以及形成于所述半導體層內、彼此間隔開并具有第二導電類型的第一和第二擴散區域，其中所述半導體層在所述第一和第二擴散區域之間的部分被形成為電浮體區域。
2. 根據權利要求1所述的磁電阻存儲單元，其中所述MTJ器件包括自由磁層、隧道阻擋層和固定磁層。
3. 根據權利要求1所述的磁電阻存儲單元，其中所述選擇晶體管包括 金屬氧化物半導體(M0S)晶體管，其包括所述柵極電極、所述第一和第二擴散區域和所述體區域；以及雙極結晶體管(BJT)，其包括所述第一和第二擴散區域和所述體區域。
4. 根據權利要求1所述的磁電阻存儲單元，其中所述選擇晶體管形成于包括所述半導體層、掩埋氧化物和基襯底的絕緣體上襯底 (SOI)半導體襯底上；并且由所述第一和第二擴散區域、所述柵極絕緣層和所述掩埋氧化物將所述體區域電隔離。
5. —種磁電阻存儲器件，包括存儲單元，其包括磁隧道結(MTJ)器件，以及選擇晶體管，所述選擇晶體管包括第一 導電類型半導體層；通過在所述半導體層之上設置柵極絕緣層而形成的柵極電極；形成于 所述半導體層內、彼此間隔開并具有第二導電類型的第一和第二擴散區域，其中所述半導 體層在所述第一和第二擴散區域之間的部分被形成為電浮體區域；與所述柵極電極電連接的字線；通過所述MTJ器件與所述第一和第二擴散區域之一電連接的位線；禾口 與所述第一和第二擴散區域中剩下的一個擴散區域電連接的源線。
6. 根據權利要求5所述的磁電阻存儲器件，其中所述選擇晶體管包括 金屬氧化物半導體(M0S)晶體管，其包括所述柵極電極、所述第一和第二擴散區域以及所述體區域；以及雙極結晶體管(BJT)，其包括所述第一和第二擴散區域以及所述體區域。
7. 根據權利要求5所述的磁電阻存儲器件，其中所述MTJ器件包括自由磁層、隧道阻擋 層和固定磁層。
8. 根據權利要求5所述的磁電阻存儲器件，其中所述選擇晶體管形成于包括所述半導體層、掩埋氧化物和基襯底的絕緣體上襯底 (SOI)半導體襯底上；并且由所述第一和第二擴散區域、所述柵極絕緣層和所述掩埋氧化物將所述體區域電隔離。
9. 操作根據權利要求6所述的磁電阻存儲器件的方法，包括導通包括所述柵極電極、所述第一和第二擴散區域和所述體區域的所述MOS晶體管；和操作包括所述第一和第二擴散區域和所述體區域的所述BJT，其中通過在導通所述MOS晶體管之后操作所述BJT來執行數據寫入模式或數據讀取模式。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，通過向所述字線施加所述M0S晶體管的第一導 通電壓并在所述位線和所述源線之間施加所述BJT的操作電壓來執行所述磁電阻存儲器 件的所述數據寫入模式。
11. 根據權利要求io所述的方法，其中，所述數據寫入模式中施加到所述字線的所述第一導通電壓從施加在所述位線和所述源線之間的所述BJT的操作電壓下降的時間點開 始在一個電壓水平保持預定延時后下降。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述延時在0. 1至10納秒的范圍內。
13. 根據權利要求9所述的方法，其中，通過向所述字線施加所述M0S晶體管的第二導 通電壓并在所述位線和所述源線之間施加所述BJT的操作電壓來執行所述磁電阻存儲器 件的所述數據讀取模式。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中，所述數據讀取模式中施加到所述字線的所述 第二導通電壓從施加在所述位線和所述源線之間的所述BJT的操作電壓下降的時間點開 始在一個電壓水平保持預定延時后下降。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中所述延時在0. 1至10納秒的范圍內。
16. 根據權利要求10所述的方法，其中，通過向所述字線施加低于所述M0S晶體管的所 述第一導通電壓的第二導通電壓并在所述位線和所述源線之間施加所述BJT的所述操作 電壓來執行所述磁電阻存儲器件的所述數據讀取模式。
17. —種磁電阻存儲器件，包括 存儲單元，其包括磁隧道結(MTJ)器件；以及選擇晶體管，其包括并聯連接的金屬氧化物半導體(MOS)晶體管和雙極結晶體管 (BJT)，其中所述MOS晶體管和所述BJT共同連接到所述MTJ器件，配置為響應于施加到所 述選擇晶體管的所述柵極電極的柵極電壓向所述MTJ器件提供電流，并且共享所述選擇晶 體管的源極區域和漏極區域之間的公共浮體區域。
18. 根據權利要求17所述的磁存儲器件，其中所述選擇晶體管形成于包括所述浮體區域、掩埋氧化物和基襯底的絕緣體上襯底 (SOI)半導體襯底上；并且由所述第一和第二擴散區域、柵極絕緣層和所述掩埋氧化物將所述體區域電隔離。
19. 根據權利要求17所述的磁電阻存儲器件，其中所述MOS晶體管包括所述柵極電極、所述第一和第二擴散區域和所述體區域；并且 所述BJT包括所述第一和第二擴散區域和所述體區域。
全文摘要
磁電阻存儲單元包括MTJ器件和選擇晶體管。選擇晶體管包括第一導電類型半導體層；通過在半導體層之上設置柵極絕緣層而形成的柵極電極；以及形成于半導體層內、彼此間隔開并且具有第二導電類型的第一和第二擴散區域。半導體層在第一和第二擴散區域之間的部分被形成為電浮體區域。通過使用帶有浮體效應的高性能選擇晶體管，可以實現磁電阻存儲器件的高集成度。
文檔編號H01L29/06GK101764143SQ20091016535
公開日2010年6月30日 申請日期2009年8月7日 優先權日2008年12月23日
發明者鄭星雄 申請人:海力士半導體有限公司