MRAM单元、其制作方法及MRAM芯片与流程

本发明涉及存储器，具体而言，涉及一种mram单元、其制作方法及mram芯片。

背景技术：

1、自旋-转移力矩磁阻随机存取存储器(stt-mram)等磁性随机存储器的主要构成单元为磁性隧道结(mtj)，通常由磁性自由层，隧道势垒绝缘层和固定磁性层构成。作为非易失性存储器，mram具有功率低，速度高，写入耐久性高的优点。用mram作为一次可编程存储器(otp)为编码储存、修整储存、加密密钥或任何需要在芯片的整个寿命期间能够可靠地储存下来的数据，提供了一种理想的解决方案。

2、mram otp的一次性写入和多次读取的方式如下：通过对otp阵列中的mtj施加击穿电压，导致目标mtj短路，其状态改写低阻值(“0”)，未被击穿的mtj阻值较高(“1”)，从而存储信息，其击穿状态不可更改。

3、因此，在一次性写入时需要施加高于击穿电压的编程电压，使目标mtj发生不可逆的击穿，电阻降低。当编程电压施加在由mosfet和mtj单元组成的串联电路时，两者会形成分压。mtj单元的分压不足会导致otp无法击穿，写入困难。

4、针对上述问题，若通过改进后段工艺以提高mtj的电阻，会对后段工艺提出更大的挑战。一方面，现有技术中通常通过减小otp单元的mtj尺寸来达到提高mtj电阻的目的，然而这会对存储位元本身制造工艺造成质量不稳定，mtj尺寸的微缩也会对工艺要求更高，难度更大；另一方面，若通过提高otp mtj的表面粗糙度降低击穿电压，则会增加光罩成本和工艺难度。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种mram单元、其制作方法及mram芯片，以解决现有技术中为了保证mram写入导致工艺难度增大的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种mram单元，包括：一次可编程存储单元，包括电连接的第一晶体管和第一mtj单元；多次可编程存储单元，多次可编程存储单元包括电连接的第二晶体管和第二mtj单元，第二晶体管的阻值大于第一晶体管的阻值，且第一mtj单元与第二mtj单元具有相同阻值和相同尺寸。

3、进一步地，第一mtj单元和第二mtj单元均包括层叠的第一电极层、固定层、势垒层、自由层和第二电极层，第一晶体管的漏极与第一mtj单元中的第一电极层电连接，第二晶体管的漏极与第二mtj单元中的第一电极层电连接。

4、进一步地，第一晶体管与第二晶体管具有不同的阈值电压。

5、进一步地，第一晶体管为低阈值电压晶体管，第二晶体管为标准阈值电压晶体管，低阈值电压晶体管的阈值电压低于标准阈值电压晶体管的阈值电压。

6、进一步地，第一晶体管与第二晶体管均为mosfet器件。

7、进一步地，第一晶体管与第二晶体管具有不同的栅极宽度。

8、进一步地，第一晶体管的栅极宽度大于第二晶体管的栅极宽度。

9、进一步地，第一晶体管与第二晶体管的栅极宽度的比值大于或等于1。

10、根据本发明的另一方面，提供了一种mram芯片，包括多个mram单元，mram单元为上述的mram单元，多个mram单元中的一次可编程存储单元并联构成一次可编程存储阵列，多个mram单元中的多次可编程存储单元并联构成多次可编程存储阵列。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种上述的mram单元的制作方法，包括以下步骤：在衬底上形成第一晶体管和第二晶体管；在衬底上形成与第一晶体管连接的第一mtj单元以及与第二晶体管连接的第二mtj单元，其中，第二晶体管的阻值大于第一晶体管的阻值，且第一mtj单元与第二mtj单元的尺寸相同。

12、进一步地，在同一沉积工艺中形成第一mtj单元和第二mtj单元。

13、应用本发明的技术方案，提供了一种mram单元，由于该mram单元中的一次可编程存储单元(otp单元)包括第一晶体管和第一mtj单元，mram单元中的多次可编程存储单元(mtp单元)包括第二晶体管和第二mtj单元，第二晶体管的阻值大于第一晶体管的阻值，且第一mtj单元与第二mtj单元的阻值相同，从而通过使用更低电阻的晶体管与磁性隧道结(mtj)单元电连接，增加了otp单元中mtj的分压，有利于mtj的击穿，同时，上述结构并不影响mtp单元的正常工作，进而无需改变mtj尺寸或其表面粗糙度，就能够保证mram单元的一次性写入，解决了现有技术中为了保证mram写入导致工艺难度增大的问题；并且，由于第一mtj单元与第二mtj单元的尺寸相同，使得上述otp单元与上述mtp单元可以基于相同的mram前后段工艺形成，从而降低了mram制造工艺的复杂度，可以进一步降低otp单元中晶体管的分压。

技术特征：

1.一种mram单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mram单元，其特征在于，所述第一mtj单元和所述第二mtj单元均包括层叠的第一电极层、固定层、势垒层、自由层和第二电极层，所述第一晶体管的漏极与所述第一mtj单元中的所述第一电极层电连接，所述第二晶体管的漏极与所述第二mtj单元中的所述第一电极层电连接。

3.根据权利要求1或2所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管具有不同的阈值电压。

4.根据权利要求3所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管为低阈值电压晶体管，所述第二晶体管为标准阈值电压晶体管，所述低阈值电压晶体管的阈值电压低于所述标准阈值电压晶体管的阈值电压。

5.根据权利要求1或2所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管均为mosfet器件。

6.根据权利要求1或2所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管具有不同的栅极宽度。

7.根据权利要求6所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管的栅极宽度大于所述第二晶体管的栅极宽度。

8.根据权利要求7所述的mram单元，其特征在于，所述第一晶体管与所述第二晶体管的栅极宽度的比值大于或等于1。

9.一种mram芯片，包括多个mram单元，其特征在于，所述mram单元为权利要求1至8中任一项所述的mram单元，所述多个mram单元中的一次可编程存储单元并联构成一次可编程存储阵列，所述多个mram单元中的多次可编程存储单元并联构成多次可编程存储阵列。

10.一种权利要求1至8中任一项所述的mram单元的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在同一沉积工艺中形成所述第一mtj单元和所述第二mtj单元。

技术总结本发明提供了一种MRAM单元、其制作方法及MRAM芯片。该MRAM单元包括：一次可编程存储单元，包括电连接的第一晶体管和第一MTJ单元；多次可编程存储单元，多次可编程存储单元包括电连接的第二晶体管和第二MTJ单元，第二晶体管的阻值大于第一晶体管的阻值，且第一MTJ单元与第二MTJ单元具有相同阻值和相同尺寸。上述结构并不影响MTP单元的正常工作，进而无需改变MTJ尺寸或其表面粗糙度，就能够保证MRAM单元的一次性写入，解决了现有技术中为了保证MRAM写入导致工艺难度增大的问题；并且，由于第一MTJ单元与第二MTJ单元的尺寸相同，使得上述OTP单元与上述MTP单元可以基于相同的MRAM前后段工艺形成，从而降低了MRAM制造工艺的复杂度，可以进一步降低OTP单元中晶体管的分压。技术研发人员：侯艳婷,郑泽杰受保护的技术使用者：浙江驰拓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4