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JP2001236781A - Magnetic memory device - Google Patents

Magnetic memory device

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Publication number
JP2001236781A
JP2001236781A JP2000344274A JP2000344274A JP2001236781A JP 2001236781 A JP2001236781 A JP 2001236781A JP 2000344274 A JP2000344274 A JP 2000344274A JP 2000344274 A JP2000344274 A JP 2000344274A JP 2001236781 A JP2001236781 A JP 2001236781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic memory
tunnel junction
line
lines
stacking direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000344274A
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Japanese (ja)
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JP3913971B2 (en
Inventor
Kentaro Nakajima
健太郎 中島
Koichiro Inomata
浩一郎 猪俣
Yoshiaki Saito
好昭 斉藤
Masayuki Sunai
正之 砂井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000344274A priority Critical patent/JP3913971B2/en
Priority to US09/735,629 priority patent/US6473336B2/en
Priority to DE60009431T priority patent/DE60009431T2/en
Priority to EP00311242A priority patent/EP1109170B1/en
Priority to KR10-2001-0013571A priority patent/KR100436671B1/en
Publication of JP2001236781A publication Critical patent/JP2001236781A/en
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Publication of JP3913971B2 publication Critical patent/JP3913971B2/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 読み出し時のセル出力電圧を大きくすること
ができ、且つ読み出し時の消費電力の増大を招くことな
く信号−雑音比を改善することができ、低消費電力と高
速読み出し性を実現する。 【解決手段】 磁化方向が固定された固着層と外部磁界
によって磁化方向が変化する記録層を積層し、二重以上
のトンネル接合を構成したTMR素子を複数個備えた磁
気メモリ装置であって、情報の記録単位であるメモリセ
ル201は、抵抗値,磁気抵抗変化率が等しい二つのT
MR素子11,21から構成され、TMR素子11,2
1の積層方向の一端は別のデータ線DL,/DLに接続
され、他端は同一の選択トランジスタ31を介して同一
のビット線BLに接続されている。情報の記録はTMR
素子11,21の記録層の磁化方向が常に反平行に保た
れるように行い、情報の読み出しはデータ線DL,/D
Lに流れる電流差を検出して行う。
PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the cell output voltage at the time of reading, and to improve the signal-to-noise ratio without increasing the power consumption at the time of reading, to achieve low power consumption and high speed. Realizes readability. Kind Code: A1 A magnetic memory device comprising a plurality of TMR elements in which a pinned layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction changes due to an external magnetic field are stacked to form a double or more tunnel junction. The memory cell 201, which is a unit for recording information, has two T cells having the same resistance value and magnetoresistance change rate.
MR elements 11 and 21 and TMR elements 11 and 21
One end in the stacking direction is connected to another data line DL, / DL, and the other end is connected to the same bit line BL via the same select transistor 31. Information recording is TMR
The information is read out so that the magnetization directions of the recording layers of the elements 11 and 21 are always kept antiparallel.
This is performed by detecting a difference in current flowing through L.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性体を用いた
情報再生技術に係わり、特に強磁性トンネル接合を利用
した磁気メモリ装置に関する。
The present invention relates to an information reproducing technique using a ferromagnetic material, and more particularly to a magnetic memory device using a ferromagnetic tunnel junction.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気ランダムアクセスメモリ(以下、M
RAMと略記)とは、情報の記録担体として強磁性体の
磁化方向を利用して、記録情報を随時、書き換え,保
持,読み出すことができる固体メモリの総称である。M
RAMでは、メモリセルを構成する強磁性体の磁化方向
が、ある基準方向に対して平行か反平行であるかを2進
の情報“1”,“0”に対応させて情報を記録する。
2. Description of the Related Art Magnetic random access memories (hereinafter referred to as M
RAM (abbreviated as RAM) is a general term for a solid-state memory that can rewrite, hold, and read recorded information at any time by using the magnetization direction of a ferromagnetic material as a record carrier for information. M
In a RAM, information is recorded in correspondence with binary information "1" and "0" whether the magnetization direction of a ferromagnetic material constituting a memory cell is parallel or antiparallel to a certain reference direction.

【0003】記録情報の書き込みは、各セルの強磁性体
の磁化方向を、クロスストライプ状に配置された書き込
み線に電流を流して生じる電流磁界により反転させるこ
とによって行われる。記録保持時の消費電力は原理的に
ゼロであり、また電源を切っても記録保持が行われる不
揮発性メモリである。
[0003] Writing of recorded information is performed by reversing the magnetization direction of the ferromagnetic material of each cell by a current magnetic field generated by applying a current to a write line arranged in a cross stripe shape. This is a non-volatile memory in which the power consumption during recording and holding is zero in principle, and the recording and holding are performed even when the power is turned off.

【0004】記録情報の読み出しは、メモリセルの電気
抵抗が、セルを構成する強磁性体の磁化方向とセンス電
流との相対角、又は複数の強磁性層間の磁化の相対角に
よって変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果を利用して
行う。読み出し動作は、各セルを構成する強磁性体にセ
ンス電流を流した状態で、強磁性体の磁化方向を書き込
み時と同様に電流磁界で変化させ、その際の電気抵抗の
変化を電圧変化として検出して行う。この際の磁界の大
きさを強磁性の保磁力よりも小さく設定することによ
り、非破壊読み出しを実現することが可能である。
In reading recorded information, a phenomenon in which the electric resistance of a memory cell changes depending on the relative angle between the magnetization direction of a ferromagnetic material constituting the cell and a sense current or the relative angle of magnetization between a plurality of ferromagnetic layers. This is performed using the so-called magnetoresistance effect. In the read operation, the magnetization direction of the ferromagnetic material is changed by the current magnetic field in the same state as when writing, with the sense current flowing through the ferromagnetic material constituting each cell, and the change in the electrical resistance at that time is regarded as a voltage change. Detect and perform. By setting the magnitude of the magnetic field at this time smaller than the ferromagnetic coercive force, nondestructive reading can be realized.

【0005】この種のMRAMは、従来の誘電体を用い
た半導体メモリとその機能を比較すると、 (a)完全な不揮発性であり、また1015回以上の書き
換え回数が可能であること。 (b)非破壊読み出しが可能であり、リフレッシュ動作
を必要としないため読み出しサイクルを短くすることが
可能であること。 (c)電荷蓄積型のメモリセルに比べ、放射線に対する
耐性が強いこと。
When this type of MRAM is compared with a conventional semiconductor memory using a dielectric, its functions are as follows: (a) it is completely non-volatile and can be rewritten 10 15 times or more. (B) Nondestructive reading is possible, and a refresh cycle is not required, so that a reading cycle can be shortened. (C) The resistance to radiation is higher than that of a charge storage type memory cell.

【0006】等の多くの利点を有している。MRAMの
単位面積当たりの集積度,書き込み,読み出し時間は、
概ねDRAMと同程度となりうることが予想されてい
る。従って、不揮発性という大きな特色を生かし、携帯
型デジタルオーディオ機器用の外部記録装置,無線IC
カード、更にはモバイルPC用の主記憶メモリヘの応用
が期待されている。
It has many advantages, such as: The integration degree per unit area of MRAM, writing and reading time are
It is expected that it can be almost the same as a DRAM. Therefore, taking advantage of the great feature of non-volatility, an external recording device for portable digital audio equipment and a wireless IC
It is expected to be applied to a card and further to a main memory for a mobile PC.

【0007】現在実用化の検討がなされている記録容量
1Mb程度のMRAMでは、セル記録情報の読み出し
に、巨大磁気抵抗効果(Giant Magneto-Resistance:以
下、GMR効果と略記)を用いている。GMR効果を示
す素子(以下、GMR素子と略記)を用いたMRAMセ
ルとしては、Pseudo Spin-Valve 構造(例えば、IEEE T
rans.Mag.,33,3289(1997).参照)、反強磁性層間結合
を有する三層膜を用いたもの(例えば、IEEE Trans.Com
p,Pac.Manu.Tech.Pt.A,17,373(1994).参照)、また硬
質磁性体をピン止め層に用いた Spin-Va1ve 構造を有す
るもの(例えば、IEEE Trans.Mag.,33,3295(1997).参
照)が知られている。
In an MRAM having a recording capacity of about 1 Mb which is currently being studied for practical use, a giant magnetoresistive effect (hereinafter, abbreviated as GMR effect) is used for reading cell record information. As an MRAM cell using an element exhibiting the GMR effect (hereinafter abbreviated as GMR element), a Pseudo Spin-Valve structure (for example, IEEE T
rans.Mag., 33, 3289 (1997). Using a three-layer film having antiferromagnetic interlayer coupling (for example, IEEE Trans.Com)
p, Pac. Manu. Tech. Pt. A, 17, 373 (1994). (See, for example, IEEE Trans. Mag., 33, 3295 (1997).), Which has a Spin-Va1ve structure using a hard magnetic material as a pinning layer.

【0008】現在GMR素子として多く用いられている
非結合型NiFe/Cu/Coの三層膜のGMR効果の
値は、概ね6〜8%程度である。例えば、前述の Pseud
oSpin-Valve構造を用いたMRAMセルでは、記録情報
読み出し時の磁化分布を制御することにより、実効的に
5%以上の抵抗変化率を実現している。しかしながら、
一般にGMR素子のシート抵抗は数10Ω/□程度であ
る。従って、100Ω/□のシート抵抗と、5%の抵抗
変化率を仮定した場合でも、10mAのセンス電流に対
するセル読み出し信号は高々5mVに過ぎない。現在、
実用化されているMOS型電界効果トランジスタでは、
ソース・ドレイン間電流Is の値はチャネル幅Wとチャ
ネル長Lとの比(WL)に比例しており、W=3.3μ
m,L=1μmでのIs の値は0.1mA程度である。
従って、ここで用いた10mAというセンス電流の値
は、サブミクロンルールの加工寸法で作成されるトラン
ジスタに対しては非常に過大である。
[0008] The value of the GMR effect of a non-bonded NiFe / Cu / Co three-layer film, which is currently often used as a GMR element, is about 6 to 8%. For example, the above Pseud
In an MRAM cell using the oSpin-Valve structure, a resistance change rate of 5% or more is effectively realized by controlling the magnetization distribution when reading recorded information. However,
Generally, the sheet resistance of a GMR element is about several tens Ω / □. Therefore, even assuming a sheet resistance of 100Ω / □ and a resistance change rate of 5%, a cell read signal for a sense current of 10 mA is only 5 mV at most. Current,
In MOS type field effect transistors that have been put into practical use,
Value of the source-drain current I s is proportional to the ratio of the channel width W and channel length L (WL), W = 3.3μ
m, the value of I s at L = 1 [mu] m is approximately 0.1 mA.
Therefore, the value of the sense current of 10 mA used here is extremely excessive for a transistor formed with a processing size of a submicron rule.

【0009】この点を解決するため、GMR素子を用い
たMRAMセルでは、複数のGMR素子を直列に接続
し、データ線を構成する方法が用いられる(例えば、IE
EE Trans.Comp.Pac.Manu.Tech.pt.A,17,373(1994).参
照)。しかしながら、メモリセルを直列接続した場合、
読み出し時の消費電力効率が大きく低下する欠点を有し
ている。
In order to solve this problem, in an MRAM cell using a GMR element, a method of connecting a plurality of GMR elements in series to form a data line is used (for example, IE).
EE Trans.Comp.Pac.Manu.Tech.pt.A, 17,373 (1994).). However, when memory cells are connected in series,
There is a disadvantage that the power consumption efficiency at the time of reading is greatly reduced.

【0010】これらの点を解決するため、GMR効果に
代わり、強磁性トンネル効果(Tunnel Magneto-Resista
nce:以下、TMR効果と略記)を応用しようとする提
案がなされている。TMR効果を示す素子(以下、TM
R素子と略記)は、主として強磁性層1/絶縁層/強磁
性層2からなる三層膜で構成され、電流は絶縁層をトン
ネルして流れる。トンネル低抗値は、両強磁性金属層の
磁化の相対角の余弦に比例して変化し、両磁化が反平行
の場合に極大値をとる。
In order to solve these problems, instead of the GMR effect, a ferromagnetic tunnel effect (Tunnel Magneto-Resista
nce: hereinafter abbreviated as TMR effect). An element exhibiting the TMR effect (hereinafter referred to as TM
The R element is mainly composed of a three-layer film composed of a ferromagnetic layer 1 / an insulating layer / a ferromagnetic layer 2, and current flows through the insulating layer by tunneling. The tunnel resistance changes in proportion to the cosine of the relative angle between the magnetizations of the two ferromagnetic metal layers, and takes a maximum value when the magnetizations are antiparallel.

【0011】例えば、NiFe/Co/Al2 3 /C
o/NiFeのトンネル接合では、500e以下の低磁
界において25%を越える抵抗変化率が見出されている
(例えば、IEEE Trans.Mag.,33.3553(1997).参照)。T
MR素子のセル抵抗値は、典型的には接合面積(μ
2 )当たりで102 〜106 Ωである。従って、仮に
1μm2 セルにおいて抵抗値10kΩ、抵抗変化率25
%を仮定すると、10μAのセンス電流で25mVのセ
ル読み出し信号が得られる。
For example, NiFe / Co / Al 2 O 3 / C
In an o / NiFe tunnel junction, a resistance change rate exceeding 25% has been found in a low magnetic field of 500 e or less (see, for example, IEEE Trans. Mag., 33.3553 (1997).). T
The cell resistance of the MR element is typically determined by the junction area (μ
10 2 to 10 6 Ω per m 2 ). Therefore, suppose that the resistance value is 10 kΩ and the resistance change rate is 25 in a 1 μm 2 cell.
%, A cell read signal of 25 mV can be obtained with a sense current of 10 μA.

【0012】TMR素子を用いたMRAMセルアレイで
は、データ線上に複数のTMR素子を並列接続する。そ
の詳細構造としては、 (1)各々のTMR素子に選択用の半導体素子を配置し
たもの。 (2)データ線毎に選択トランジスタを配置したもの。 (3)複数のTMR素子をマトリックス状に配置し、行
データ線,列データ線毎に選択トランジスタを配置した
もの(例えば、J.App1.Phys.,81.3758(1997)参照)。が
提案されている。その中で(1)の方式が、セル出力電
圧,読み出し時の消費電力効率の面で最も優れた特性を
有している。しかしながら、(1)の方式のMRAMセ
ルアレイでは、読み出し時にTMR素子に接続した半導
体素子に電流を流す必要がある。半導体素子としては、
MOS型電界効果トランジスタの他、電界効果トランジ
スタのゲート・ドレイン間を短絡したダイオード素子、
またpn接合,ショットキー接合を用いたダイオード素
子が用いられる。従って、それら半導体素子の特性にば
らつきが生じている場合、それに起因した雑音が無視で
きない。
In an MRAM cell array using TMR elements, a plurality of TMR elements are connected in parallel on a data line. The detailed structure is as follows: (1) A semiconductor element for selection is arranged in each TMR element. (2) A selection transistor is arranged for each data line. (3) A plurality of TMR elements are arranged in a matrix, and a selection transistor is arranged for each row data line and each column data line (for example, see J. App1. Phys., 81.3758 (1997)). Has been proposed. Among them, the method (1) has the most excellent characteristics in terms of cell output voltage and power consumption efficiency at the time of reading. However, in the MRAM cell array of the method (1), it is necessary to supply a current to the semiconductor element connected to the TMR element at the time of reading. As a semiconductor element,
In addition to MOS field-effect transistors, diode elements in which the gate and drain of the field-effect transistor are short-circuited,
Further, a diode element using a pn junction or a Schottky junction is used. Therefore, when the characteristics of the semiconductor elements vary, noise caused by the variations cannot be ignored.

【0013】例えば、MOSトランジスタの場合、0.
25μmルールではソース・ドレイン間の電圧降下は1
00mV以上に達する。即ち、半導体素子の特性に10
%のばらつきが存在すると、それにより10mV以上の
雑音が現れる。また、これに加え、データ線に結合した
雑音、またセンスアンプの特性ばらつきによる雑音等、
周辺回路に発生する雑音も考慮すると雑音レベルは>1
0mVにもなり、現在の20〜30mV程度のセル出力
電圧では数dB程度の信号−雑音比しか得られない。
For example, in the case of a MOS transistor, 0.
In the 25 μm rule, the voltage drop between the source and drain is 1
It reaches 00mV or more. That is, 10
If there is a% variation, this will result in noise of 10 mV or more. In addition to this, noise coupled to the data line, noise due to variation in the characteristics of the sense amplifier, etc.
The noise level is> 1 in consideration of noise generated in peripheral circuits.
It becomes 0 mV, and only a signal-to-noise ratio of about several dB can be obtained with the current cell output voltage of about 20 to 30 mV.

【0014】信号−雑音比を向上させるため、従来のM
RAMセルアレイでは、選択した単一のメモリセルの出
力電圧Vを参照電圧VREF と比較し、その差分電圧V
sig を差動増幅する方法が多く用いられている。これ
は、第1にはメモリセルが接続するデータ線対に生じる
雑音を除去する目的、第2にはセンス線駆動用又はセル
選択用半導体素子の特性ばらつきによるセル出力電圧V
のオフセットを除去するのが目的である。参照電圧V
REF の発生回路としては、半導体素子を用いた回路の
他、ダミーセルが用いられている。しかしながらこの方
法では、選択したメモリセルと参照電圧の発生回路と
は、それぞれ別個のセル選択用半導体素子に接続されて
おり、半導体素子の特性ばらつきによるセル出力電圧V
のオフセットを完全に除去することは不可能である。
In order to improve the signal-to-noise ratio, a conventional M
In the RAM cell array, the output voltage V of a single selected memory cell is compared with a reference voltage V REF, and the difference voltage V
A method of differentially amplifying sig is often used. This is for the first purpose to remove noise generated in the data line pair connected to the memory cell, and secondly for the cell output voltage V due to the characteristic variation of the sense line driving or cell selecting semiconductor element.
The purpose is to remove the offset of. Reference voltage V
As a circuit for generating REF , a dummy cell is used in addition to a circuit using a semiconductor element. However, in this method, the selected memory cell and the reference voltage generation circuit are connected to separate cell selection semiconductor elements, respectively, and the cell output voltage V
It is not possible to completely remove the offset of

【0015】さらに従来技術では、参照電圧VREF は、
セル情報“1”,“0”に対応したセル出力電圧VF
AFの中間電圧とする場合が一般的である。例えば、電
流センス,電圧検出の場合、センス電流値をIs 、セル
に用いられているTMR素子の抵抗値をR、磁気抵抗変
化率をMRとすると、VF ,VAFは次のように、 VF =R(1−MR/2)×Is …(1) VAF=R(1+MR/2)×Is …(2) と書ける。
Furthermore, in the prior art, the reference voltage V REF is
The cell output voltage V F corresponding to the cell information “1”, “0”,
It is common to use an intermediate voltage of V AF . For example, if the current sense, voltage detection, the sense current value I s, the resistance value of the TMR element used in the cell R, the magnetoresistance change rate and MR, V F, V AF is as follows , V F = R (1−MR / 2) × I s (1) V AF = R (1 + MR / 2) × I s (2)

【0016】参照電圧をVF ,VAFの中間電圧とする
と、センスアンプに入力する差分電圧は次のようにな
る。
Assuming that the reference voltage is an intermediate voltage between V F and V AF , the difference voltage input to the sense amplifier is as follows.

【0017】 Vsig =R×MR×Is /2 …(3) 分母の2は参照電圧VREF を中間電圧に設定しているた
めである。電圧センス,電流検出の場合、バイアス電圧
をVbias、電流検出用の負荷抵抗をRL とすると、同様
に VF =Vbias×RL/R(1−MR/2) …(4) VAF=Vbias×RL/[R(1+MR/2)]…(5) Vsig =Vbias×RL/R×MR/2 …(6) となる。但し、(6)式の導出過程でMR2 <<1である
ことを考慮した。
V sig = R × MR × I s / 2 (3) The denominator 2 is because the reference voltage V REF is set to the intermediate voltage. Voltage sensing, in the case of the current detection, the bias voltage V bias, when the load resistance for current detection and R L, likewise V F = V bias × R L / R (1-MR / 2) ... (4) V AF = Vbias × RL / [R (1 + MR / 2)] (5) Vsig = Vbias × RL / R × MR / 2 (6) However, it was considered that MR 2 << 1 in the process of deriving equation (6).

【0018】従って従来技術では、TMR素子の磁気抵
抗変化率の半分しか利用することが出来ない。
Therefore, in the prior art, only half of the magnetoresistance ratio of the TMR element can be used.

【0019】これらの点を解決するために、例えば強磁
性層1と強磁性層2とが強磁性又は反強磁性結合したT
MR素子を用い、情報の読み出し時に電流磁界を併用す
る方法も考えられている(例えば、米国特許5,734,605
号参照)。しかしながらこの方法では、読み出し時の消
費電力が大きくなり、携帯型機器への応用には適さな
い。
In order to solve these problems, for example, a ferromagnetic or antiferromagnetically coupled T
A method of using an MR element and simultaneously using a current magnetic field when reading information has been considered (for example, US Pat. No. 5,734,605).
No.). However, in this method, power consumption at the time of reading becomes large, and it is not suitable for application to a portable device.

【0020】また二つのTMR素子にそれぞれ選択用ト
ランジスタを配置してメモリセルを構成した方法も開示
されている(例えば、ISSCC 2000 Digest paper TA7.2
参照)。この方法では、二つのTMR素子の記録層の磁
化方向を常に反平行としたまま、書き込みを行う。即
ち、常にどちらかの素子の磁化配列が反平行、他方が平
行状態となる相補書き込みを用いている。この方法で
は、二つの素子からの出力を差動増幅することで、同相
雑音を除去しS/Nを向上させている。しかしながら、
1セルに二つの選択用トランジスタを用いているため、
セル面積が増大し、集積度が低下するという問題を有し
ている。
A method is also disclosed in which a memory cell is formed by arranging a selection transistor in each of two TMR elements (for example, ISSCC 2000 Digest paper TA7.2).
reference). In this method, writing is performed with the magnetization directions of the recording layers of the two TMR elements always kept antiparallel. That is, complementary writing is used in which the magnetization arrangement of one of the elements is always antiparallel and the other is in a parallel state. In this method, the outputs from the two elements are differentially amplified to remove common-mode noise and improve S / N. However,
Because two selection transistors are used in one cell,
There is a problem that the cell area increases and the degree of integration decreases.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、TMR
素子をメモリセルに応用することにより、読み出し時の
センス電流の低減とセル出力信号の増大を同時に実現す
ることができ、従来用いられているGMR効果を用いた
MRAMに比べより高密度のMRAMを提供することが
可能である。しかしながら、TMR素子をメモリセルに
用いた場合でも、セル出力電圧は数10mV程度であ
り、センス線駆動用又はセル選択用半導体素子の特性ば
らつきに起因する雑音、またデータ線,周辺回路からの
雑音の大きさを考えると、現状では十分な信号−雑音比
は得られていない。信号−雑音比を改善するために、電
流磁界を併用する方法も考案されているが、読み出し時
の消費電力が増大するという欠点を有している。
As described above, the TMR
By applying the element to a memory cell, it is possible to simultaneously reduce the sense current at the time of reading and increase the cell output signal, and realize a higher density MRAM as compared with the MRAM using the GMR effect conventionally used. It is possible to provide. However, even when a TMR element is used for a memory cell, the cell output voltage is about several tens of mV, and noise due to variation in characteristics of a semiconductor element for driving a sense line or cell selection, and noise from data lines and peripheral circuits. Considering the magnitude of the above, a sufficient signal-to-noise ratio has not been obtained at present. In order to improve the signal-to-noise ratio, a method in which a current magnetic field is used together has been devised, but has a drawback that power consumption during reading increases.

【0022】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、読み出し時のセル出力
電圧を大きくすることができ、且つ読み出し時の消費電
力の増大を招くことなく信号−雑音比を改善することが
でき、低消費電力と高速読み出し性を兼ね備えた磁気メ
モリ装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to increase the cell output voltage at the time of reading and increase power consumption at the time of reading. It is an object of the present invention to provide a magnetic memory device which can improve the signal-to-noise ratio without any problem and has both low power consumption and high-speed readability.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure.

【0024】即ち本発明は、磁化方向が固定された固着
層と、外部磁界によって磁化方向が変化する記録層とを
積層し、単一若しくは二重以上のトンネル接合を構成し
たトンネル接合部を複数個備えた磁気メモリ装置であっ
て、情報の記録単位であるメモリセルは第1及び第2の
トンネル接合部を含み、第1のトンネル接合部の積層方
向の一端と第2のトンネル接合部の積層方向の一端はそ
れぞれ別のデータ線に接続され、第1のトンネル接合部
の積層方向の他端と第2のトンネル接合部の積層方向の
他端は同一のセル選択用半導体素子を介してビット線に
接続されていることを特徴とする。
That is, according to the present invention, a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field are laminated to form a plurality of tunnel junctions each having a single or double or more tunnel junction. A memory cell, which is a unit for recording information, includes first and second tunnel junctions, and one end of the first tunnel junction in the stacking direction and the second tunnel junction are connected to each other. One end in the stacking direction is connected to another data line, and the other end in the stacking direction of the first tunnel junction and the other end in the stacking direction of the second tunnel junction are connected via the same cell selecting semiconductor element. It is characterized by being connected to a bit line.

【0025】また本発明は、磁化方向が固定された固着
層と、外部磁界によって磁化方向が変化する記録層とを
積層し、単一若しくは二重以上のトンネル接合を構成し
たトンネル接合部を複数個備えた磁気メモリセルアレイ
からなる磁気メモリ装置であって、前記磁気メモリセル
アレイは複数のサブセルアレイからなり、各々のサブセ
ルアレイは、平行配置された第1,第2のデータ線と、
これらのデータ線に交叉する複数のワード線と、前記デ
ータ線に交叉する複数のビット線と、複数の磁気メモリ
セルとからなり、前記磁気メモリセルは、第1及び第2
のトンネル接合部を含み、第1のトンネル接合部の積層
方向の一端は第1のデータ線に接続され、第2のトンネ
ル接合部の積層方向の一端は第2のデータ線に接続さ
れ、第1のトンネル接合部の積層方向の他端と第2のト
ンネル接合部の積層方向の他端は同一のセル選択用半導
体素子を介してビット線に接続され、かつ同一サブセル
アレイ内の磁気メモリセルは異なるビット線に接続され
ていることを特徴とする。
According to the present invention, a plurality of tunnel junctions each having a single or double or more tunnel junction are formed by laminating a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. A magnetic memory device comprising a plurality of magnetic memory cell arrays, wherein the magnetic memory cell array comprises a plurality of sub-cell arrays, each of which comprises first and second data lines arranged in parallel,
A plurality of word lines intersecting these data lines, a plurality of bit lines intersecting the data lines, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cells are first and second magnetic memory cells.
, One end of the first tunnel junction in the stacking direction is connected to the first data line, one end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second data line, The other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the other end of the second tunnel junction in the stacking direction are connected to a bit line via the same cell selecting semiconductor element, and are connected to a magnetic memory cell in the same subcell array. Are connected to different bit lines.

【0026】また本発明は、磁化方向が固定された固着
層と、外部磁界によって磁化方向が変化する記録層とを
積層し、単一若しくは二重以上のトンネル接合を構成し
たトンネル接合部を複数個備えた磁気メモリセルアレイ
からなる磁気メモリ装置であって、前記磁気メモリセル
アレイは複数のサブセルアレイからなり、各々のサブセ
ルアレイは、平行配置された第1,第2のデータ線と、
これらのデータ線に交叉する複数のワード線と、前記デ
ータ線に平行に走行するビット線と、複数の磁気メモリ
セルとからなり、前記磁気メモリセルは、第1及び第2
のトンネル接合部を含み、第1のトンネル接合部の積層
方向の一端は第1のデータ線に接続され、第2のトンネ
ル接合部の積層方向の一端は第2のデータ線に接続さ
れ、第1のトンネル接合部の積層方向の他端と第2のト
ンネル接合部の積層方向の他端は同一のセル選択用半導
体素子を介してビット線に接続され、かつ同一サブセル
アレイ内の磁気メモリセルは同一のビット線に接続され
ていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, a plurality of tunnel junctions having a single or double or more tunnel junction are formed by laminating a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. A magnetic memory device comprising a plurality of magnetic memory cell arrays, wherein the magnetic memory cell array comprises a plurality of sub-cell arrays, each of which comprises first and second data lines arranged in parallel,
A plurality of word lines crossing these data lines, a bit line running parallel to the data lines, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cells include first and second magnetic memory cells.
, One end of the first tunnel junction in the stacking direction is connected to the first data line, one end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second data line, The other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the other end of the second tunnel junction in the stacking direction are connected to a bit line via the same cell selecting semiconductor element, and are connected to a magnetic memory cell in the same subcell array. Are connected to the same bit line.

【0027】また本発明は、磁化方向が固定された固着
層と、外部磁界によって磁化方向が変化する記録層とを
積層し、単一若しくは二重以上のトンネル接合を構成し
たトンネル接合部を複数個備えた磁気メモリセルアレイ
からなる磁気メモリ装置であって、前記磁気メモリセル
アレイは複数のサブセルアレイからなり、各々のサブセ
ルアレイは、平行配置された第1,第2のサブデータ線
と、これらのサブデータ線に交叉する複数のワード線
と、前記サブデータ線と平行に走行するサブビット線
と、複数の磁気メモリセルとからなり、前記磁気メモリ
セルは、第1及び第2のトンネル接合部を含み、第1の
トンネル接合部の積層方向の一端は第1のサブデータ線
に接続され、第2のトンネル接合部の積層方向の一端は
第2のサブデータ線に接続され、第1のトンネル接合部
の積層方向の他端と第2のトンネル接合部の積層方向の
他端は同一のセル選択用半導体素子を介して同一のサブ
ビット線に接続されてなり、第1,第2のサブデータ線
はデータ線選択トランジスタを介してそれぞれ第1,第
2のデータ線と接続され、前記サブビット線はビット線
選択トランジスタを介してそれぞれビット線に接続され
ていることを特徴とする。
According to the present invention, a plurality of tunnel junctions each having a single or double or more tunnel junction formed by laminating a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction changes by an external magnetic field are provided. A magnetic memory device comprising a plurality of magnetic memory cell arrays, wherein the magnetic memory cell array comprises a plurality of sub-cell arrays, and each sub-cell array includes first and second sub-data lines arranged in parallel with each other. The magnetic memory cell includes a plurality of word lines crossing a sub data line, a sub bit line running parallel to the sub data line, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cell has first and second tunnel junctions. One end of the first tunnel junction in the stacking direction is connected to the first sub-data line, and one end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second sub-data line. The other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the other end of the second tunnel junction in the stacking direction are connected to the same sub-bit line via the same cell selecting semiconductor element. The first and second sub-data lines are respectively connected to the first and second data lines via data line selection transistors, and the sub-bit lines are respectively connected to the bit lines via bit line selection transistors. Features.

【0028】ここで、本発明の望ましい実施形態として
は次のものが挙げられる。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.

【0029】(1) 第1,第2のトンネル接合部の抵抗値
及び磁気抵抗変化率が略等しく、両方の磁化方向が常に
反平行となるように記録層の書き込みがなされること
(相補書き込み)。
(1) Writing on the recording layer is performed so that the resistance values and the magnetoresistance ratios of the first and second tunnel junctions are substantially equal and both magnetization directions are always antiparallel (complementary writing). ).

【0030】(2) 第1,第2のTMR素子の一端はそれ
ぞれ別の第1のデータ線及び第2のデータ線に、もう一
端は同一のセル選択用半導体素子を介してビット線に接
続されていること。
(2) One end of each of the first and second TMR elements is connected to a different first data line and second data line, and the other end is connected to a bit line via the same cell selecting semiconductor element. is being done.

【0031】(3) 情報の読み出しが、第1,第2のデー
タ線とビット線との間に電位差を与えたときに、第1,
第2のデータ線に流れる電流量の大小を比較することで
なされること。またこのとき、第1、第2のデータ線が
等電位に保たれていること。
(3) In the information reading, when a potential difference is applied between the first and second data lines and the bit lines,
What is done by comparing the magnitude of the amount of current flowing through the second data line. At this time, the first and second data lines are kept at the same potential.

【0032】(4) 情報の読み出しが、第1,第2のデー
タ線に電位差を与えたときに、ビット線に現れる電圧の
参照電位に対する大小を比較することでなされること。
(4) Information is read by comparing the magnitude of the voltage appearing on the bit line with respect to the reference potential when a potential difference is applied to the first and second data lines.

【0033】(5) 第1のTMR素子の積層方向一端側に
は第1の書き込み線が配置され、第2のTMR素子の積
層方向一端側には第2の書き込み線が配置され、第1の
TMR素子の積層方向一端側又は他端側で、且つ第2の
TMR素子の積層方向一端側又は他端側には共通の第3
の書き込み線が配置され、第1の書き込み線を流れる電
流方向と第2の書き込み線を流れる電流方向とは互いに
逆方向となるように構成されていること。
(5) A first write line is arranged at one end of the first TMR element in the stacking direction, and a second write line is arranged at one end of the second TMR element in the stacking direction. A third common element is provided at one end or the other end of the second TMR element in the stacking direction of the second TMR element.
And the direction of the current flowing through the first writing line and the direction of the current flowing through the second writing line are opposite to each other.

【0034】(6) 第1のTMR素子と第2のTMR素子
とは同一平面内に配置され、第1の書き込み線と第2の
書き込み線は同一平面内に平行に配置され、第3の書き
込み線と第1及び第2の書き込み線とは別の平面内にあ
り、第1及び第2のTMR素子近傍において交叉するよ
うに配置されていること。第1,第2の書き込み線はメ
モリセルアレイ領域の外側で、各々一端が接続されてい
ること。
(6) The first TMR element and the second TMR element are arranged on the same plane, the first write line and the second write line are arranged in parallel on the same plane, and The write line and the first and second write lines are in different planes, and are arranged so as to intersect near the first and second TMR elements. One end of each of the first and second write lines is connected outside the memory cell array region.

【0035】(7) 第1のTMR素子と第2のTMR素子
とは上下方向に配置され、第1の書き込み線と第2の書
き込み線は上下方向に平行に配置され、第3の書き込み
線と第1及び第2の書き込み線とは異なる平面内に上下
方向に平行に配置され、第3の書き込み線と第1及び第
2の書き込み線とは別の平面内にあり、第1及び第2の
TMR素子近傍において交叉するように配置されている
こと。第1、第2の書き込み線はメモリセルアレイ領域
の外側で、各々一端が接続されていること。
(7) The first TMR element and the second TMR element are vertically arranged, the first write line and the second write line are vertically arranged in parallel, and the third write line And the first and second write lines are vertically arranged in parallel in different planes, and the third write line and the first and second write lines are in different planes, and the first and second write lines are located in different planes. 2 are arranged so as to cross each other in the vicinity of the TMR element. One end of each of the first and second write lines is connected outside the memory cell array region.

【0036】(8) セル選択用半導体素子は、MOS型電
界効果トランジスタ、電界効果トランジスタのゲート・
ドレイン間を短絡したダイオード素子、又はpn接合,
ショットキー接合を用いた接合型ダイオード素子である
こと。
(8) The semiconductor element for cell selection is a MOS type field effect transistor, a gate of a field effect transistor.
A diode element having a short-circuit between drains, or a pn junction;
A junction diode element using a Schottky junction.

【0037】(9) 一つのサブセルアレイに含まれるメモ
リセルの個数が1000以下であること。
(9) The number of memory cells included in one subcell array is 1000 or less.

【0038】(作用)上記の構成の磁気メモリ装置にお
いて、メモリセルに対する記憶情報の読み出し方法の第
1は、読み出し時にセル選択用半導体素子を低インピー
ダンス状態に活性化させると共に、第1,第2のデータ
線とビット線との間に電位差を与えたとき第1,第2の
データ線に流れる電流量の大小を比較する。第1,第2
のデータ線は等電位となるように制御する。これによ
り、第1のデータ線及び第2のデータ線には電位差と各
々のTMR素子の抵抗値とで決まるセンス電流が流れ
る。TMR素子の抵抗値はTMR素子の固着層と記憶層
との磁化の相対角が平行か、反平行であるかによって異
なる。
(Operation) In the magnetic memory device having the above configuration, the first method of reading stored information from a memory cell is to activate the cell selection semiconductor element to a low impedance state at the time of reading, and to perform the first and second operations. When a potential difference is applied between the data line and the bit line, the magnitudes of the currents flowing through the first and second data lines are compared. 1st, 2nd
Are controlled to have the same potential. As a result, a sense current determined by the potential difference and the resistance value of each TMR element flows through the first data line and the second data line. The resistance value of the TMR element differs depending on whether the relative angle of magnetization between the pinned layer and the storage layer of the TMR element is parallel or antiparallel.

【0039】本発明の磁気メモリ装置では、セルを構成
する二つのTMR素子の抵抗値,磁気抵抗変化率は等し
く、且つそれぞれの記憶層の磁化方向は互いに反平行で
ある。従って、電位差をVbias、第1のTMR素子の抵
抗値をR(1−MR/2)、第2のTMR素子の抵抗値
をR(1+MR/2)とすると、第1,第2のデータ線
に流れるセンス電流の値I1 ,I2 は、 I1 =Vbias/R(1−MR/2) …(7) I2 =Vbias/R(1+MR/2) …(8) となる。
In the magnetic memory device of the present invention, the two TMR elements constituting the cell have the same resistance value and the same magnetoresistance change rate, and the magnetization directions of the respective storage layers are antiparallel to each other. Accordingly, if the potential difference is V bias , the resistance of the first TMR element is R (1−MR / 2), and the resistance of the second TMR element is R (1 + MR / 2), the first and second data are obtained. The values I 1 and I 2 of the sense current flowing in the line are as follows: I 1 = V bias / R (1−MR / 2) (7) I 2 = V bias / R (1 + MR / 2) (8) .

【0040】即ち、センス電流の差分Isig はIsig
V/R×MRとなり、従来技術に比べ大きな差分信号を
得ることができる。メモリセルは電流駆動型素子である
ため、TMR素子に直列に接続したセル選択用半導体素
子の導通時の抵抗にばらつきが生じると、結果として出
力信号にばらつきが生じる。本発明では、第1のTMR
素子と第2のTMR素子とは同一のセル選択用半導体素
子を共有するため、半導体素子の特性ばらつきに起因す
るばらつきを完全に除去することが可能である。これ
は、従来技術にない大きな利点である。
That is, the difference I sig of the sense current is I sig =
V / R × MR, and a large difference signal can be obtained as compared with the related art. Since the memory cell is a current-driven element, if the resistance of the cell-selecting semiconductor element connected in series with the TMR element varies during conduction, the resulting output signal varies. In the present invention, the first TMR
Since the element and the second TMR element share the same cell selection semiconductor element, it is possible to completely eliminate the variation caused by the characteristic variation of the semiconductor element. This is a great advantage over the prior art.

【0041】また、読み出し方法の第2は、読み出し時
に、セル選択用半導体素子を低インピーダンス状態に活
性化させると共に、第1,第2のデータ線間に電位差を
与えたとき、ビット線に現れる電圧の参照電位に対する
大小を比較する。第1,第2のデータ線間の電位差を
V、第1のTMR素子の抵抗値をR(1−MR/2)、
第2のTMR素子の抵抗値をR(1+MR/2)とする
と、第2のデータ線とビット線間の電位差は、 V=Vbias/2×(1+MR/2) …(9) となる。
In a second read method, the cell selection semiconductor element is activated to a low impedance state at the time of reading, and appears on a bit line when a potential difference is applied between the first and second data lines. The magnitude of the voltage with respect to the reference potential is compared. The potential difference between the first and second data lines is V, the resistance value of the first TMR element is R (1-MR / 2),
Assuming that the resistance value of the second TMR element is R (1 + MR / 2), the potential difference between the second data line and the bit line is as follows: V = Vbias / 2 × (1 + MR / 2) (9)

【0042】従って、参照電圧VREF を VREF =Vbias/2 …(10) に設定すると、差分電圧は Vsig =Vbias/2×MR/2 …(11) となる。Therefore, when the reference voltage V REF is set to V REF = V bias / 2 (10), the differential voltage becomes V sig = V bias / 2 × MR / 2 (11).

【0043】本読み出し法では、参照電圧を用いている
ため第1の読み出し法に比べ差分電圧の変化量が少なく
なるが、(1) TMR素子に流れる電流値に全く依存しな
い。即ち、メモリセルアレイ中のメモリセル数が変化し
て、DL,/DL間のインピーダンスが変化した場合に
も、出力への影響が生じない、(2) バイアス電圧を二つ
のTMR素子で分割するため、MRのバイアス電圧依存
性を軽減できる、(3)ビット線には殆ど電流が流れない
ため、選択用半導体素子の特性ばらつきを除去できる、
といった大きな利点を有する。
In the present reading method, since the reference voltage is used, the amount of change in the differential voltage is smaller than in the first reading method, but (1) it does not depend at all on the current value flowing through the TMR element. That is, even when the number of memory cells in the memory cell array changes and the impedance between DL and / DL changes, there is no effect on the output. (2) The bias voltage is divided by two TMR elements. The bias voltage dependence of the MR can be reduced. (3) Since almost no current flows through the bit line, the characteristic variation of the selection semiconductor element can be removed.
It has such a great advantage.

【0044】一方、本発明の磁気メモリ装置において、
メモリセルに対する記憶情報の書き込みは、第1,2の
書き込み線と第3の書き込み線に電流を流して行われ
る。この際、第1,2の書き込み線と第3の書き込み線
の交叉領域でのみ電流磁界の値がTMR素子の反転磁界
を上回るように設定すれば、書き込み時におけるセル選
択が実現できる。
On the other hand, in the magnetic memory device of the present invention,
Writing of storage information to the memory cell is performed by supplying current to the first, second, and third write lines. At this time, if the value of the current magnetic field is set so as to exceed the reversal magnetic field of the TMR element only in the intersection region between the first and second write lines and the third write line, cell selection at the time of writing can be realized.

【0045】本発明の磁気メモリ装置では、第1のTM
R素子に配置された第1の書き込み線を流れる電流方向
と、第2のTMR素子に配置された第2の書き込み線を
流れる電流方向とは互いに逆方向である。即ち、本発明
の磁気メモリ装置では、書き込み動作においてメモリセ
ルの構成する第1及び第2のTMR素子の記憶層の磁化
方向は常に反平行となる。情報“1”,“0”の区別
は、例えば第1のTMR素子を基準として、素子の固着
層と記憶層との磁化の相対角が平行か、反平行であるか
によって行う。
In the magnetic memory device of the present invention, the first TM
The direction of the current flowing through the first write line disposed in the R element and the direction of the current flowing through the second write line disposed in the second TMR element are opposite to each other. That is, in the magnetic memory device of the present invention, the magnetization directions of the storage layers of the first and second TMR elements constituting the memory cell in the write operation are always antiparallel. The distinction between the information “1” and “0” is made, for example, based on whether the relative angle of magnetization between the pinned layer and the storage layer of the element is parallel or antiparallel with respect to the first TMR element.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0047】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な等
価回路を示した図である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the embodiment.

【0048】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、このメモリセル201は2つのTMR素子
と選択トランジスタから構成されている。即ち、1段目
のメモリセルはTMR素子11,21と選択トランジス
タ31から構成され、2段目のメモリセルはTMR素子
12,22と選択トランジスタ32から構成され、3段
目のメモリセルはTMR素子13,23と選択トランジ
スタ33から構成され、4段目のメモリセルはTMR素
子14,24と選択トランジスタ34から構成されてい
る。図では後述するデータ線方向に対してメモリセルを
4個配列しているが、この配列数が適宜変更可能である
のは勿論である。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, this memory cell 201 is composed of two TMR elements and a selection transistor. That is, the first-stage memory cell includes the TMR elements 11 and 21 and the selection transistor 31, the second-stage memory cell includes the TMR elements 12 and 22, and the selection transistor 32, and the third-stage memory cell includes the TMR. The fourth stage memory cell is composed of the TMR elements 14 and 24 and the selection transistor 34. In the figure, four memory cells are arranged in the data line direction described later, but it is needless to say that the number of the arranged memory cells can be appropriately changed.

【0049】1段目のメモリセル201において、2つ
のTMR素子11の一端はデータ線DLに接続され、T
MR素子21の一端はデータ線/DLに接続されてい
る。TMR素子11,21の各他端は、セル選択トラン
ジスタ31を介して同一のビット線BLに接続されてい
る。2段目以降のメモリセルにおいても同様に、TMR
素子の一端はデータ線DL,/DLにそれぞれ接続さ
れ、他端はセル選択トランジスタ(32〜34)を介し
て同一のビット線BLに接続されている。
In the first-stage memory cell 201, one end of each of the two TMR elements 11 is connected to the data line DL.
One end of the MR element 21 is connected to the data line / DL. The other ends of the TMR elements 11 and 21 are connected to the same bit line BL via the cell selection transistor 31. Similarly, in the second and subsequent memory cells, the TMR
One end of each element is connected to each of data lines DL and / DL, and the other end is connected to the same bit line BL via cell selection transistors (32 to 34).

【0050】選択トランジスタ31〜34には、それぞ
れ独立したワード線WL1〜WL4が配置されている。
後述のように隣接するメモリセルアレイとは、選択トラ
ンジスタのドレイン領域,ビット線を共有している。デ
ータ線DL,/DLは、共通のワード線DSLを持つ選
択トランジスタを介して電流検出型差動アンプ401に
接続されている。ビット線BLには、ワード線BSLが
接続した選択トランジスタを介してバイアス電圧クラン
プ回路420が接続されている。
The select transistors 31 to 34 have independent word lines WL1 to WL4, respectively.
As will be described later, the adjacent memory cell array shares the drain region of the select transistor and the bit line. The data lines DL and / DL are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL. A bias voltage clamp circuit 420 is connected to the bit line BL via a selection transistor connected to the word line BSL.

【0051】次に、メモリセル201を例にとってこの
回路の動作を説明する。
Next, the operation of this circuit will be described using the memory cell 201 as an example.

【0052】今、TMR素子11の記録層と固着層の磁
化配列が平行状態、TMR素子21が反平行状態である
場合を考える(記録情報“1”)。初期状態では、WL
1,BSL,DSLの電位は0である。次いで、DS
L,BSLの電位をそれぞれV DDとして、DLにゼロ電
位を、BLにVbiasを与えた状態で、WL1をVDDとし
て選択トランジスタ31を導通させる。TMR素子11
の抵抗値をR(1−MR/2)、TMR素子21の抵抗
値をR(1+MR/2)とすると、DL,/DLに流れ
るセンス電流の値I1 ,I2 は、 I1 =Vbias/R(1−MR/2) …(12) I2 =Vbias/R(1+MR/2) …(13) となる。
Now, the magnetic properties of the recording layer and the pinned layer of the TMR element 11 will be described.
The parallel arrangement is in the parallel state and the TMR element 21 is in the anti-parallel state.
Consider the case (recorded information "1"). In the initial state, WL
The potentials of 1, BSL and DSL are 0. Then DS
The potentials of L and BSL are V DDAs a zero
Place, BL to VbiasAnd WL1 is set to VDDage
To make the selection transistor 31 conductive. TMR element 11
Is R (1-MR / 2), the resistance of the TMR element 21 is
If the value is R (1 + MR / 2), it flows to DL and / DL
Value of the sense current I1, ITwoIs I1= Vbias/ R (1-MR / 2) (12) ITwo= Vbias/ R (1 + MR / 2) (13)

【0053】即ち、I1 >I2 であり、その差はIsig
=V/R×Mである。記録情報“0”、即ちTMR素子
11の磁化配列が反平行状態、TMR素子21が平行状
態である場合には、I1 ,I2 は次のようになる。 I1 =Vbias/R(1+MR/2) …(14) I2 =Vbias/R(1−MR/2) …(15) 即ち、I1 <I2 であり、その差は記録情報“1”の場
合と等しい。従って、電流検出型差動アンプ401によ
りI1 ,I2 の大小を比較することで情報の読み出しが
可能となる。
That is, I 1 > I 2 , and the difference is I sig
= V / R × M. When the recording information "0", that is, the magnetization arrangement of the TMR element 11 is in an antiparallel state and the TMR element 21 is in a parallel state, I 1 and I 2 are as follows. I 1 = V bias / R (1 + MR / 2) (14) I 2 = V bias / R (1−MR / 2) (15) That is, I 1 <I 2 , and the difference is the recording information “ Equivalent to 1 ". Therefore, information can be read by comparing the magnitudes of I 1 and I 2 with the current detection type differential amplifier 401.

【0054】図2は、本実施形態でのデータ線DL,/
DLに流れる電流値I1 ,I2 の変化を時間変化として
示したものである。ここで、バイアス電圧Vbiasは40
0mV、TMR素子11,21の抵抗値は所定バイアス
で平行状態で40kΩ、反平行状態で60kΩである。
WL1の電位を5ns〜10nsの期間VDDに保持し
た。上述のように素子抵抗値に応じてDL,/DLに異
なる値のセンス電流が流れていることが分かる。若干時
間遅れが生じているのは、データ線浮遊容量の影響であ
る。
FIG. 2 shows data lines DL, // in this embodiment.
The change of the current values I 1 and I 2 flowing in the DL is shown as a time change. Here, the bias voltage V bias is 40
At 0 mV, the resistance value of the TMR elements 11 and 21 is 40 kΩ in a parallel state at a predetermined bias and 60 kΩ in an antiparallel state.
The potential of WL1 was held at V DD for a period of 5 ns to 10 ns. As described above, it can be seen that different sense currents flow in DL and / DL depending on the element resistance value. A slight time delay is caused by the stray capacitance of the data line.

【0055】図3には、複数個のメモリセルの記録情報
を連続的に読み出した際の波形を示した。本実施形態で
は、低インピーダンスのデータ線DL,/DLを電流駆
動するため、図2に示したようにデータ線浮遊容量によ
る遅延は0.5ns以下と極めて小さい。このような高
速読み出し性は、本発明の大きな利点である。
FIG. 3 shows waveforms when recording information of a plurality of memory cells is continuously read. In the present embodiment, since the low impedance data lines DL and / DL are driven by current, the delay due to the data line stray capacitance is extremely small at 0.5 ns or less as shown in FIG. Such high-speed readability is a great advantage of the present invention.

【0056】本実施形態では、選択セル以外の素子は、
データ線DL,/DLを短絡する抵抗として機能し、そ
の抵抗値は記憶情報に関係なく2Rである。例えば、デ
ータ線DL,/DLにN+1個のセルが接続している場
合を考えると、その等価回路は図4のようになる。この
回路では、データ線DL,/DL間が2R/Nの抵抗で
短絡されている。選択セルからデータ線DL,/DLに
センス電流が流れている状態では、データ線DL,/D
Lの配線抵抗RDにより、DL,/DLには僅かに電位
差が生じ、それにより短絡抵抗RDに電流が流れ結果と
して、DL,/DLの電流差を打ち消す方向に働く。
In this embodiment, the elements other than the selected cell are:
It functions as a resistor for short-circuiting the data lines DL and / DL, and its resistance value is 2R regardless of stored information. For example, considering a case where N + 1 cells are connected to the data lines DL and / DL, the equivalent circuit is as shown in FIG. In this circuit, the data lines DL and / DL are short-circuited by a 2R / N resistor. When a sense current is flowing from the selected cell to data lines DL and / DL, data lines DL and / D
Due to the wiring resistance RD of L, a slight potential difference is generated between DL and / DL, and a current flows through the short-circuit resistance RD. As a result, the current acts to cancel the current difference between DL and / DL.

【0057】図5は、図4の等価回路を用いたシュミレ
ーションの結果である。ここでは、R=250kΩを仮
定した。短絡抵抗Rdummyの大きさが2.5kΩ、即ち
接続セル数N=100では電流差の減少は10%以内で
あり、実用上問題がない。接続セル数N=1000では
電流差の減少は50%を超え、相補読み出しにより出力
信号が2倍に増大するという本発明の利点が失われる。
従って本実施形態では、セルブロック当たりのメモリセ
ル数は100以下とすることが好ましく、多くても10
00以下とする必要がある。
FIG. 5 shows the result of simulation using the equivalent circuit of FIG. Here, it was assumed that R = 250 kΩ. When the value of the short-circuit resistance R dummy is 2.5 kΩ, that is, when the number of connected cells N = 100, the reduction of the current difference is within 10%, and there is no practical problem. When the number of connected cells is N = 1000, the reduction of the current difference exceeds 50%, and the advantage of the present invention that the output signal is doubled by complementary reading is lost.
Therefore, in this embodiment, the number of memory cells per cell block is preferably 100 or less, and at most 10 memory cells.
Must be 00 or less.

【0058】図6は、本実施形態の磁気メモリアレイを
構成するTMR素子と書き込み線の配置を模式的に示し
た図である。図6において、10〜14及び20〜24
はTMR素子、51,52は書き込み線である。ここで
は理解を容易とするため、TMR素子と書き込み線以外
の構造は省略してある。図中の破線で囲まれた部分が情
報の記録単位であるメモリセル201の一つの領域を示
している。なお図では、書き込み線51の配列方向に沿
ってメモリセルを5個配列しているが、この配列個数は
適宜変更可能である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting the magnetic memory array of the present embodiment. In FIG. 6, 10-14 and 20-24
Is a TMR element, and 51 and 52 are write lines. Here, for easy understanding, structures other than the TMR element and the write line are omitted. A portion surrounded by a broken line in the drawing indicates one area of the memory cell 201 which is a unit of recording information. Although five memory cells are arranged along the direction in which the write lines 51 are arranged in the drawing, the number of arranged memory cells can be changed as appropriate.

【0059】メモリセル201には、二つのTMR素子
(第1のTMR素子11と第2のTMR素子21)が含
まれており、それぞれの素子領域において、書き込み線
51と書き込み線52とが垂直に交差している。各々の
TMR素子11,21は、後述のように単一乃至は二重
以上の多重トンネル接合を構成しており、磁化方向が固
定された固着層と、外部磁界によってその磁化方向が変
化する記憶層とを有している。また、その抵抗値,磁気
抵抗変化率及び記録層の反転磁界の大きさは、両素子で
等しくなるように製造されている。書き込み線51はU
字型に折り返した形状を有しており、TMR素子11と
TMR素子21とでは電流の走行方向が逆向きとなるよ
うに配置されている。
The memory cell 201 includes two TMR elements (the first TMR element 11 and the second TMR element 21). In each element region, the write line 51 and the write line 52 are perpendicular to each other. Intersects. Each of the TMR elements 11 and 21 constitutes a single or double or more multiple tunnel junction as described later, and has a pinned layer having a fixed magnetization direction and a memory whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. And a layer. In addition, the resistance value, the magnetoresistance change rate, and the magnitude of the reversal magnetic field of the recording layer are manufactured so as to be equal in both elements. Write line 51 is U
The TMR element 11 and the TMR element 21 are arranged so that the traveling directions of the currents are opposite to each other.

【0060】メモリセル201への記録情報の書き込み
は、書き込み線51と書き込み線52を用いて行う。
今、仮に書き込み線51の一端511の電位を他端51
2に比べ高く設定すると、書き込み線51には図示の矢
印のように書き込み電流が流れる。書き込み電流の方向
は、TMR素子21に対しては紙面右上、TMR素子1
1に対しては紙面左下である。この書き込み電流によ
り、書き込み線の周囲には図中破線の矢印で示す方向の
電流磁界が生じるが、その向きは、TMR素子21に対
しては紙面左、TMR素子11に対しては紙面右であ
る。従って、この電流磁界により、TMR素子11とT
MR素子21の磁化方向が常に逆向きとなるような記録
情報の書き込みが実現できる。
Writing of recording information to the memory cell 201 is performed using the write line 51 and the write line 52.
Now, suppose that the potential of one end 511 of the write line 51 is
When set higher than 2, a write current flows through the write line 51 as shown by the arrow in the figure. The direction of the write current is as follows:
1 is at the lower left of the page. Due to this write current, a current magnetic field is generated around the write line in the direction indicated by the broken arrow in the figure, and the direction is on the left side of the paper for the TMR element 21 and on the right side of the paper for the TMR element 11. is there. Therefore, the TMR element 11 and T
It is possible to realize writing of the recorded information such that the magnetization direction of the MR element 21 is always opposite.

【0061】情報“1”,“0”の区別は、例えばTM
R素子11の記録層の磁化と固着層の磁化の相対角が平
行か反平行であるかで行えばよい。また、情報“1”,
“0”の書き換えは、書き込み線51に流す書き込み電
流の方向を反転することで容易に行われる。なお、書き
込み線51において、端子511につながる方を第1の
書き込み線51aとし、端子512につながる方を第2
の書き込み線51bとする。
The distinction between the information "1" and "0" is made, for example, by TM
It may be determined whether the relative angle between the magnetization of the recording layer of the R element 11 and the magnetization of the fixed layer is parallel or antiparallel. In addition, information “1”,
Rewriting of "0" is easily performed by reversing the direction of the write current flowing through the write line 51. In the write line 51, the one connected to the terminal 511 is referred to as a first write line 51a, and the one connected to the terminal 512 is referred to as a second write line 51a.
Write line 51b.

【0062】書き込み時にセル選択を行うためには、書
き込み線51の他に、書き込み線52(第3の書き込み
線)を併用する。即ち、図示のように書き込み線52に
紙面左上方向の書き込み電流を流すと、書き込み線52
の周囲には図中破線の矢印で示す方向の電流磁界が生じ
る。書き込み線52からの電流磁界の方向は、TMR素
子11,21で同方向であり、書き込み線51からの電
流磁界方向に垂直である。従って、書き込み線51から
の電流磁界の値がTMR素子11,21の反転磁界に比
べ小さく、かつ書き込み線51,52からの合成の電流
磁界の値が反転磁界に比べ大きくなるように、それぞれ
の書き込み線51,52に流す書き込み電流の値を設定
すれば、セル選択書き込みが実現できる。
In order to select a cell at the time of writing, a write line 52 (third write line) is used in addition to the write line 51. That is, when a write current in the upper left direction on the drawing is supplied to the write line 52 as shown in FIG.
, A current magnetic field in the direction indicated by the broken arrow in the figure is generated. The direction of the current magnetic field from the write line 52 is the same in the TMR elements 11 and 21, and is perpendicular to the direction of the current magnetic field from the write line 51. Therefore, each value of the current magnetic field from the write line 51 is smaller than the reversal magnetic field of the TMR elements 11 and 21 and the value of the combined current magnetic field from the write lines 51 and 52 is larger than the reversal magnetic field. If the value of the write current flowing through the write lines 51 and 52 is set, cell selective writing can be realized.

【0063】なお、上記のように直交する電流磁界を用
いてセル書き込みを行う際には、TMR素子の記録層の
磁化容易軸を書き込み線51からの電流磁界方向と平行
にすることが好ましい。また、書き込み線51,52は
TMR素子近傍において必ずしも直交する必要はなく、
任意の角度であってもよい。
When performing cell writing using a current magnetic field orthogonal to the above, it is preferable that the axis of easy magnetization of the recording layer of the TMR element be parallel to the direction of the current magnetic field from the write line 51. Further, the write lines 51 and 52 need not necessarily be orthogonal to each other in the vicinity of the TMR element.
Any angle may be used.

【0064】図7は、図1に対応したメモリセル201
の平面構造を示している。本実施形態のメモリセルは、
一つの構造中に二つのTMR素子を有し、TMR素子は
Si基板70上に作製されるメモリセルの多層構造にお
いて、半導体回路部に形成される。
FIG. 7 shows a memory cell 201 corresponding to FIG.
2 shows the planar structure of FIG. The memory cell according to the present embodiment includes:
One structure has two TMR elements, and the TMR elements are formed in a semiconductor circuit portion in a multilayer structure of a memory cell manufactured on a Si substrate 70.

【0065】図7において、71はセル選択トランジス
タのドレイン領域、72はセル選択トランジスタのソー
ス領域、41,42はデータ線、30はセル選択トラン
ジスタのワード線、44はTMR素子11,21の下層
に形成されたセルノード、45はセルノード44とセル
選択トランジスタのドレイン領域とのコンタクトであ
る。セル選択トランジスタのソース領域72は、図中で
は省略されている隣接するメモリセルアレイのメモリセ
ルと共有されており、ビット線に接続されている。素子
分離領域を考慮すると、1メモリセルの寸法は20〜2
5λ2 となる。ここで、λはデータ線間隔である。
In FIG. 7, reference numeral 71 denotes a drain region of the cell selection transistor, 72 denotes a source region of the cell selection transistor, 41 and 42 denote data lines, 30 denotes a word line of the cell selection transistor, and 44 denotes a lower layer of the TMR elements 11 and 21. Is a contact between the cell node 44 and the drain region of the cell selection transistor. The source region 72 of the cell selection transistor is shared with a memory cell of an adjacent memory cell array, which is omitted in the drawing, and is connected to a bit line. Considering the element isolation region, the size of one memory cell is 20 to 2
2 . Here, λ is a data line interval.

【0066】本実施形態では、二つのTMR素子で一つ
のトランジスタを共有するため、二つのTMR素子が各
々トランジスタを持つ差動増幅法に比べて、セル面積を
半減することが可能である。
In this embodiment, since one transistor is shared by two TMR elements, the cell area can be reduced by half as compared with the differential amplification method in which two TMR elements each have a transistor.

【0067】図8は、図7のメモリセル平面構造におけ
る矢視A−A’断面(a)及び矢視B−B’断面(b)
を示す模式図である。Si基板70上に形成される半導
体回路部と各金属層との間は、SiO2 等の層間絶縁膜
60により分離されている。TMR素子11,21は、
記録層101/絶縁層102/固着層103とからなる
積層膜で構成されている。TMR素子11,21は、共
通のセルノード44上に形成されている。セルノード4
4は、セル選択トランジスタとTMR素子11,21と
の電気的なコンタクトを得るために形成されており、そ
の材料としてはW,Al,Ta等の非磁性導電性膜が用
いられる。
FIG. 8 is a sectional view taken along the line AA ′ (a) and a sectional view taken along the line BB ′ (b) of the memory cell planar structure of FIG.
FIG. The semiconductor circuit portion formed on the Si substrate 70 and each metal layer are separated by an interlayer insulating film 60 such as SiO 2 . The TMR elements 11 and 21 are
It is composed of a laminated film composed of the recording layer 101 / insulating layer 102 / fixed layer 103. The TMR elements 11 and 21 are formed on a common cell node 44. Cell node 4
Numeral 4 is formed to obtain electrical contact between the cell select transistor and the TMR elements 11 and 21, and a nonmagnetic conductive film such as W, Al, or Ta is used as the material.

【0068】なお、本実施形態では、書き込み線51,
52とデータ線41,42を分離した構造を示している
が、図9に示すように両者を共有し、データ線41,4
2に書き込み線51の機能を付与させることも可能であ
る。この場合、図8に示す書き込み線51に対応するメ
タル配線層が不要となる。またこの場合は、書き込み動
作時にデータ線41,42がその一端において短絡され
ることが必要となるが、この短絡機構は従来公知である
ところの回路技術を用いて容易に構成が可能である。デ
ータ線41,42は多数個TMR素子で互いが接続され
ているが、TMR素子の接合抵抗はデータ線の配線抵抗
に比べ十分大きいため、複数個接続した場合にも、書き
込み時にTMR素子を経由して流れる書き込み電流の大
きさは無視することが可能である。
In this embodiment, the write lines 51,
FIG. 9 shows a structure in which the data lines 41 and 42 are separated from each other.
It is also possible to give the function of the write line 51 to 2. In this case, the metal wiring layer corresponding to the write line 51 shown in FIG. 8 becomes unnecessary. In this case, it is necessary that the data lines 41 and 42 be short-circuited at one end during the write operation. This short-circuit mechanism can be easily configured by using a conventionally known circuit technique. Although the data lines 41 and 42 are connected to each other by a large number of TMR elements, the junction resistance of the TMR elements is sufficiently larger than the wiring resistance of the data lines. The magnitude of the write current flowing as a result can be ignored.

【0069】セルノード44の下部及びTMR素子のコ
ンタクト部位に、金属の相互拡散を防止するための、例
えばTiN,TaN等の導電性金属窒化物からなるバリ
アメタルを設けることは好ましい形態である。また、固
着層103の結晶性,結晶配向を制御するために、A
u,Pt,Ta,Ti,Cr等のシード層を設けてもよ
い。
It is preferable to provide a barrier metal made of a conductive metal nitride such as TiN or TaN for preventing metal from interdiffusion below the cell node 44 and the contact portion of the TMR element. In order to control the crystallinity and crystal orientation of the pinned layer 103, A
A seed layer of u, Pt, Ta, Ti, Cr or the like may be provided.

【0070】固着層103は、Fe,Co,Ni若しく
はそれらの合金の薄膜からなる。固着層の磁化方向は、
情報書き込み,読み出し時における基準方位を定める。
従って、その反転磁界は、後述の記録層の反転磁界に比
べて十分に大きいことが求められる。この目的では、例
えばMn合金等の金属反強磁性体とFe,Co,Ni若
しくはそれらの合金の積層膜、又は層間反強磁性結合し
たFe,Co,Ni若しくはそれらの合金とCu,Ru
等の非磁性金属との交互積層膜を用いることが好まし
い。
The fixed layer 103 is made of a thin film of Fe, Co, Ni, or an alloy thereof. The magnetization direction of the pinned layer is
A reference direction for writing and reading information is determined.
Therefore, the reversal magnetic field is required to be sufficiently larger than the reversal magnetic field of the recording layer described later. For this purpose, for example, a laminated film of a metal antiferromagnetic material such as a Mn alloy and Fe, Co, Ni or their alloys, or Fe, Co, Ni or their alloys and Cu, Ru which are interlayer antiferromagnetically coupled.
It is preferable to use an alternately laminated film with a non-magnetic metal such as.

【0071】絶縁層102はAl酸化膜からなり、固着
層103上にアルミナを直接スパッタして形成される。
具体的には、2nm以下のAl膜を形成後、該Al膜を
酸素プラズマにより酸化して形成される。絶縁層102
に用いられる材料には、2nm以下の極めて薄い膜厚で
良好な絶縁特性を有することが求められる。その材料と
しては、上記アルミナスパッタ膜の他、例えばAlのプ
ラズマ酸化膜、自然酸化膜又は直接成膜されたAlN膜
等が利用可能である。また、絶縁体中に金属微粒子を分
散させた構造、更には数nmの金属超薄膜を挟み込んだ
構造も可能である。これらの複合構造を有する絶縁膜を
用いると、構造設計によりセル抵抗値を容易に制御する
ことができ、実施上好ましい。
The insulating layer 102 is made of an Al oxide film, and is formed on the fixed layer 103 by directly sputtering alumina.
Specifically, after forming an Al film of 2 nm or less, the Al film is formed by oxidizing the Al film with oxygen plasma. Insulating layer 102
Is required to have good insulating properties with an extremely thin film thickness of 2 nm or less. As the material, other than the above-mentioned alumina sputtered film, for example, an Al plasma oxide film, a natural oxide film, or an AlN film directly formed can be used. Further, a structure in which metal fine particles are dispersed in an insulator, or a structure in which a metal ultrathin film of several nm is sandwiched is also possible. The use of an insulating film having such a composite structure can easily control the cell resistance value by the structural design, which is preferable in practice.

【0072】記録層101は、Fe,Co,Ni若しく
はそれらの合金からなる薄膜からなる。情報の書き込み
時における消費電力を低減するため、記録層の反転磁界
はできるだけ小さい方が望ましい。好適な反転磁界の大
きさは30〜50Oeである。記録層の反転磁界を小さ
くする目的で、例えば電動電子のスピン偏極度の高いC
oFe合金膜と軟磁気特性を有するNiFe合金膜とを
積層した膜を用いるのは好ましい形態である。また、F
e,Co,Niとそれ以外の元素との合金、化合物を用
いてもよい。
The recording layer 101 is formed of a thin film made of Fe, Co, Ni, or an alloy thereof. In order to reduce power consumption when writing information, it is desirable that the reversal magnetic field of the recording layer be as small as possible. A preferred magnitude of the switching field is 30 to 50 Oe. For the purpose of reducing the reversal magnetic field of the recording layer, for example, C with high spin polarization of the electric electrons is used.
It is a preferable embodiment to use a film in which an oFe alloy film and a NiFe alloy film having soft magnetic properties are stacked. Also, F
Alloys or compounds of e, Co, Ni and other elements may be used.

【0073】記録層101の上層には、W,Al,Cu
等の非磁性導電性膜からなるデータ線41,42が配置
されるが、これらとの相互拡散を防止するための、例え
ばTiN,TaN等の導電性金属窒化物からなるバリア
メタルをコンタクト部位に設けることは好ましい形態で
ある。なお、TMR素子部以外の構成並びに製造法につ
いては、従来公知であるところの半導体素子製造技術を
用いることができ、詳細な説明は省略する。
The upper layer of the recording layer 101 includes W, Al, Cu
Data lines 41 and 42 made of a non-magnetic conductive film such as TiN are arranged. A barrier metal made of a conductive metal nitride such as TiN or TaN for preventing mutual diffusion with the data lines 41 and 42 is provided at the contact portion. Provision is a preferred mode. As for the configuration and the manufacturing method other than the TMR element portion, a conventionally known semiconductor element manufacturing technique can be used, and the detailed description is omitted.

【0074】このように本実施形態では、2つのTMR
素子(例えば11,21)から一つのメモリセル(例え
ば201)を構成し、平行配置された書き込み線51
a,51bとこれに直交する書き込み線52との交差部
にメモリセルをそれぞれ配置しているので、書き込み線
51a,51bと書き込み線52に電流を流すことによ
り、任意のメモリセルに対して選択的に書き込みを行う
ことができる。
As described above, in this embodiment, two TMRs
One memory cell (for example, 201) is composed of elements (for example, 11 and 21), and the write lines 51 arranged in parallel are formed.
Since the memory cells are respectively arranged at the intersections of the write lines a and 51b and the write lines 52 orthogonal to the write lines 52a and 51b, the current can be passed through the write lines 51a and 51b and the write line 52 to select any memory cell. The writing can be performed in an efficient manner.

【0075】書き込み線51a,51bを流れる電流方
向は互いに逆方向であり、書き込み動作において1つの
メモリセル201を構成する2つのTMR素子11,2
1の記憶層101の磁化方向は常に反平行となることか
ら、記憶情報の読み出しに際してTMR素子11,21
の各出力の差分を取ることにより、従来技術に比べ大き
な差分電圧を得ることができる。具体的には、読み出し
時にセル選択トランジスタ31を導通させると共に、第
1,第2のデータ線DL,/DLとビット線BLとの間
に電位差を与えたときDL,/DLに流れる電流I1
2 の大小を電流検出型差動アンプ401により比較す
ることにより、記憶情報を読み出すことができる。
The directions of the currents flowing through the write lines 51a and 51b are opposite to each other, and the two TMR elements 11 and 12 constituting one memory cell 201 in the write operation.
Since the magnetization direction of the first storage layer 101 is always antiparallel, the TMR elements 11 and 21 are used when reading stored information.
By taking the difference between the respective outputs, a large difference voltage can be obtained as compared with the prior art. More specifically, the cell selection transistor 31 is turned on at the time of reading, and a current I 1 flowing through DL and / DL when a potential difference is applied between the first and second data lines DL and / DL and the bit line BL. ,
By comparing the current detection type differential amplifier 401 a magnitude of I 2, it is possible to read stored information.

【0076】従って本実施形態によれば、読み出し時の
セル出力電圧を大きくすることができ、且つ読み出し時
の消費電力の増大を招くことなく信号−雑音比を改善す
ることができ、低消費電力と高速読み出し性を兼ね備え
ることが可能となる。また、TMR素子11とTMR素
子21とは同一のセル選択トランジスタ31を共有する
ため、トランジスタの特性ばらつきによるセル出力電圧
のオフセットを完全に除去することも可能である。
Therefore, according to the present embodiment, the cell output voltage at the time of reading can be increased, and the signal-to-noise ratio can be improved without increasing the power consumption at the time of reading. And high-speed readability. Further, since the TMR element 11 and the TMR element 21 share the same cell selection transistor 31, it is also possible to completely remove the offset of the cell output voltage due to the variation in transistor characteristics.

【0077】(第2の実施形態)図10は、本発明の第
2の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイを構成する
TMR素子と書き込み線の配置を模式的に示した図であ
る。
(Second Embodiment) FIG. 10 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting a magnetic memory cell array according to a second embodiment of the present invention.

【0078】図10において、10〜14及び20〜2
4はTMR素子、51,52は書き込み線である。ここ
では理解を簡単にするため、TMR素子と書き込み線以
外の構造は省略してある。図中の破線で囲まれた部分
が、情報の記録単位であるメモリセル201の領域を示
している。
In FIG. 10, 10-14 and 20-2
4 is a TMR element, and 51 and 52 are write lines. Here, structures other than the TMR element and the write line are omitted for easy understanding. A portion surrounded by a broken line in the drawing indicates a region of the memory cell 201 which is a unit of recording information.

【0079】メモリセル201には、2つのTMR素子
11と21とが含まれており、それぞれの素子領域にお
いて、書き込み線51と書き込み線52とが垂直に交差
している。書き込み線51は上下方向にU字型に折り返
した形状を有しており、TMR素子11とTMR素子2
1とでは電流の走行方向が逆向きとなるように配置され
ている。本実施形態では、第1の実施形態と異なり、T
MR素子11,21と書き込み線51は膜面に垂直方向
の同一平面内に配置される。
The memory cell 201 includes two TMR elements 11 and 21. In each element region, a write line 51 and a write line 52 vertically intersect. The write line 51 has a U-shaped folded shape in the vertical direction, and includes the TMR element 11 and the TMR element 2.
1 is arranged so that the traveling direction of the current is opposite. In the present embodiment, unlike the first embodiment, T
The MR elements 11 and 21 and the write line 51 are arranged in the same plane perpendicular to the film surface.

【0080】即ち、書き込み線51は、垂直方向に平行
に配置された第1の書き込み線51aと第2の書き込み
線51bからなり、各々の書き込み線51a,51bの
一端はセル配置領域の外部で接続されている。書き込み
線51aの下面にTMR素子10〜14がそれぞれ配置
され、書き込み線51bの上面にTMR素子20〜24
がそれぞれ配置され、TMR素子は10と20,11と
21,12と22,13と23,14と24が垂直方向
に対向配置されている。そして、例えばTMR素子1
1,21からなるメモリセル201に対しては、第1及
び第2の書き込み線51a,51b間の中間位置に、書
き込み線51a,51bに直交するように、第3の書き
込み線52が配置されている。それ以外の構成、機能は
第1の実施形態と同様であり、ここではその詳細な説明
は省略する。
That is, the write line 51 is composed of a first write line 51a and a second write line 51b arranged in parallel in the vertical direction, and one end of each of the write lines 51a and 51b is located outside the cell arrangement region. It is connected. TMR elements 10 to 14 are respectively arranged on the lower surface of the write line 51a, and TMR elements 20 to 24 are arranged on the upper surface of the write line 51b.
Are arranged, and the TMR elements 10 and 20, 11 and 21, 12 and 22, 13 and 23, 14 and 24 are vertically opposed to each other. Then, for example, the TMR element 1
A third write line 52 is arranged at an intermediate position between the first and second write lines 51a and 51b so as to be orthogonal to the write lines 51a and 51b. ing. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted here.

【0081】図11は図10に対応したメモリセル20
1の平面構造を示し、図12は図11に対応したメモリ
セルの矢視A−A’断面(a)及び矢視B−B’断面
(b)を模式的に示している。
FIG. 11 shows a memory cell 20 corresponding to FIG.
FIG. 12 schematically shows a cross section taken along the line AA ′ (a) and a cross section taken along the line BB ′ (b) of the memory cell corresponding to FIG.

【0082】本実施形態では第1の実施形態とは異な
り、共通のセルノード44,44’が上下2層に設けら
れ、上側のTMR素子11の下端にセルノード44が接
続され、下側のTMR素子21の下端にセルノード4
4’が接続されている。そして、TMR素子11の記録
層101の上層にはデータ線41が接続され、TMR素
子21の記録層101’の上層にはデータ線42が接続
されている。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, common cell nodes 44 and 44 'are provided in the upper and lower two layers, the cell node 44 is connected to the lower end of the upper TMR element 11, and the lower TMR element Cell node 4 at the bottom of 21
4 'is connected. The data line 41 is connected to the upper layer of the recording layer 101 of the TMR element 11, and the data line 42 is connected to the upper layer of the recording layer 101 ′ of the TMR element 21.

【0083】このように本実施形態では、第1の実施形
態と異なり、TMR素子11,21と書き込み線51、
さらにデータ線41,42は膜面に垂直方向の同一平面
内に配置される。それ以外の構成、機能は第1の実施形
態と同様であり、第1の実施形態と同様の効果が得られ
る。また本実施形態では、2つのTMR素子11,21
が上下方向に配置されるため、1つのメモリセルの面積
は第1の実施形態に比べ小さくなり、およそ10〜12
λ2 である。
As described above, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the TMR elements 11 and 21 and the write line 51,
Further, the data lines 41 and 42 are arranged in the same plane perpendicular to the film surface. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In this embodiment, two TMR elements 11 and 21 are used.
Are arranged vertically, the area of one memory cell is smaller than that of the first embodiment,
λ 2 .

【0084】(第3の実施形態)図13は、本発明の第
3の実施形態の磁気メモリアレイを構成するTMR素子
と書き込み線の配置を模式的に示した図である。
(Third Embodiment) FIG. 13 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting a magnetic memory array according to a third embodiment of the present invention.

【0085】図13において、10〜14及び20〜2
4はTMR素子、51,52は書き込み線である。ここ
では理解を簡単にするため、TMR素子と書き込み線以
外の構造は省略してある。図10に示した第2の実施形
態とは異なり、第3の書き込み線52が第1,第2の書
き込み線51a,51bの間ではなく、第2の書き込み
線52bの下を通っている。
In FIG. 13, 10-14 and 20-2
4 is a TMR element, and 51 and 52 are write lines. Here, structures other than the TMR element and the write line are omitted for easy understanding. Unlike the second embodiment shown in FIG. 10, the third write line 52 passes under the second write line 52b, not between the first and second write lines 51a and 51b.

【0086】図14は、第3の実施形態におけるメモリ
セルの断面構成を模式的に示した図である。本実施形態
では第1,第2の実施形態とは異なり、共通のセルノー
ド44の上側にTMR素子11が、下側にTMR素子2
1が形成されている。そして、TMR素子11の記録層
101の上層にはデータ線41が接続され、TMR素子
21の記録層101’の下層にはデータ線42が接続さ
れている。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a sectional configuration of a memory cell according to the third embodiment. In the present embodiment, unlike the first and second embodiments, the TMR element 11 is located above the common cell node 44, and the TMR element 2 is located below the common cell node 44.
1 is formed. The data line 41 is connected to the upper layer of the recording layer 101 of the TMR element 11, and the data line 42 is connected to the lower layer of the recording layer 101 ′ of the TMR element 21.

【0087】また本実施形態では、セルノード44が強
磁性体からなり、これがTMR素子11とTMR素子2
1の共通する固着層とレての機能を有することを特徴と
する。即ち、TMR素子11は記録層101,絶縁層1
02,セルノード44から、TMR素子21は記録層1
01’,絶縁層102’,セルノード44からそれぞれ
構成される。
In the present embodiment, the cell node 44 is made of a ferromagnetic material, which is used for the TMR element 11 and the TMR element 2.
It is characterized by having the same function as one common fixed layer. That is, the TMR element 11 includes the recording layer 101 and the insulating layer 1.
02, from the cell node 44, the TMR element 21
01 ', the insulating layer 102', and the cell node 44.

【0088】このような構成をとることで本実施形態で
は、第2の実施形態に比ベセルアレイの製造が容易にな
るだけでなく、TMR素子11とTMR素子21の特性
ばらつきが小さくなるという利点を有する。なお、セル
ノード44はTMR素子11,21を構成する部分のみ
が強磁性体であればよく、それ以外の部分には非磁性体
を用いても差し支えない。
By adopting such a configuration, the present embodiment has an advantage that the manufacture of the Bessel array is easier than that of the second embodiment, and that the characteristic variation between the TMR element 11 and the TMR element 21 is reduced. Have. In the cell node 44, only the portions constituting the TMR elements 11 and 21 need only be ferromagnetic, and other portions may be made of non-magnetic material.

【0089】本実施形態によれば、TMR素子及び書き
込み配線が膜面方向に積層されているため、セル面積の
大幅な低減が可能である。λはデータ線間隔としたと
き、1メモリセルの寸法は10〜15λ2 となり、第1
の実施形態と比べ約半分のセル面積を実現できる。
According to the present embodiment, since the TMR element and the write wiring are stacked in the film surface direction, the cell area can be significantly reduced. When λ is the data line interval, the size of one memory cell is 10 to 15λ 2 ,
It is possible to realize a cell area about half as compared with the embodiment.

【0090】(第4の実施形態)図15は、本発明の第
4の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 15 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0091】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれ独立したデ
ータ線DL,/DLにその一端が接続され、他端はセル
選択トランジスタを介して同一のビット線BLに接続さ
れている。選択トランジスタ31〜34にはそれぞれ独
立したワード線WL1〜WL4が配置されているが、選
択トランジスタ31と32、及び33と34はそれぞれ
ドレイン領域を共有している。データ線DL,/DLは
ワード線DSLを持つ選択トランジスタを介して電流検
出型差動アンプ401に接続され、ビット線BLはワー
ド線BSLに接続した選択用トランジスタを介してバイ
アス電圧クランプ回路420に接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements have one end connected to independent data lines DL and / DL, respectively, and the other end connected to the same bit line BL via a cell selection transistor. The select transistors 31 to 34 have independent word lines WL1 to WL4, respectively, but the select transistors 31 and 32 and the select transistors 33 and 34 share a drain region. The data lines DL and / DL are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a word line DSL, and the bit line BL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor connected to a word line BSL. It is connected.

【0092】本実施形態では、隣接セルが選択トランジ
スタのドレイン領域及びビット線を共有していることが
特徴である。このように隣接セルがビット線を共有する
ことで、ビット線本数を半分に削減できるという利点を
有する。
The present embodiment is characterized in that adjacent cells share the drain region of the select transistor and the bit line. As described above, by sharing bit lines between adjacent cells, there is an advantage that the number of bit lines can be reduced to half.

【0093】(第5の実施形態)図16は、本発明の第
5の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fifth Embodiment) FIG. 16 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fifth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0094】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、各々のセルにおいてTMR素子は、それぞ
れデータ線DL,/DLにその一端が接続され、他端は
セル選択トランジスタを介してそれぞれ別のビット線B
L1,BL2に接続されている。選択トランジスタ31
〜34にはそれぞれ独立したワード線WL1〜WL4が
配置されているが、選択トランジスタ31と32、及び
33と34はそれぞれドレイン領域を共有している。デ
ータ線DL,/DLは、共通のワード線DSLを持つ選
択トランジスタを介して電流検出型差動アンプ401に
接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, one end of the TMR element is connected to each of data lines DL and / DL, and the other end of each TMR element is connected to another bit line B via a cell selection transistor.
L1 and BL2. Select transistor 31
Although independent word lines WL1 to WL4 are arranged in the elements to 選 択 34, respectively, the select transistors 31 and 32 and the select transistors 33 and そ れ ぞ れ share a drain region. The data lines DL and / DL are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL.

【0095】ビット線BL1,BL2はデータ線DL,
/DLと平行に走行するビット線CBL1,CBL2に
接続されている。そして、CBL1,CBL2はメモリ
セルアレイ領域外で、それぞれ独立したワード線BSL
1,BSL2を持つ選択用トランジスタを介してバイア
ス電圧クランプ回路420に接続されている。
Bit lines BL1, BL2 are connected to data lines DL,
/ DL, which are connected to bit lines CBL1 and CBL2 running in parallel. CBL1 and CBL2 are independent word lines BSL outside the memory cell array area.
1 and BSL2 are connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor.

【0096】本実施形態では、ビット線BLがデータ線
DL,/DLと交叉して走行し、隣接メモリセルアレイ
で共有されていることが特徴である。そして、隣接メモ
リセルアレイがBLを共有し、最終的にDL,/DLと
平行に走行する一本のCBLで接続する形態をとること
により、DL,/DLに重複して平行に走行する配線の
数を大きく削減することが可能となり、アレイ面積の一
層の低減が可能となるという利点を有している。なお、
BL,WLが平行に走行している場合、BL,WLを同
時活性化することにより、行方向のメモリセルが一時に
読み出される、いわゆるページモード読み出しが可能と
なる。
The present embodiment is characterized in that the bit line BL runs crossing the data lines DL and / DL and is shared by adjacent memory cell arrays. Adjacent memory cell arrays share BL and are finally connected by one CBL running in parallel with DL and / DL, so that wirings running in parallel with DL and / DL overlap with each other. This has the advantage that the number can be greatly reduced and the array area can be further reduced. In addition,
When BL and WL are running in parallel, simultaneous activation of BL and WL enables so-called page mode reading in which memory cells in the row direction are read at a time.

【0097】(第6の実施形態)図17は、本発明の第
6の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Sixth Embodiment) FIG. 17 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a sixth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0098】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれ独立したデ
ータ線DL1,/DLにその一端が接続され、他端はセ
ル選択トランジスタを介して同一のビット線BL1に接
続されている。また、このメモリセルとワード線方向に
隣接するメモリセルは、二つのTMR素子の一端がデー
タ線DL2,/DLにそれぞれ接続され、他端がセル選
択トランジスタを介して同一のビット線BL2に接続さ
れている。即ち、ワード線方向に隣接するメモリセルで
/DLを共有している。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements have one end connected to independent data lines DL1 and / DL, respectively, and the other end connected to the same bit line BL1 via a cell selection transistor. In the memory cell adjacent to the memory cell in the word line direction, one ends of two TMR elements are connected to data lines DL2 and / DL, respectively, and the other end is connected to the same bit line BL2 via a cell selection transistor. Have been. That is, / DL is shared by memory cells adjacent in the word line direction.

【0099】選択トランジスタ31〜34には、それぞ
れ独立したワード線WL1〜WL4が配置されている。
データ線DL1,/DLは、共通のワード線DSL1を
持つ選択トランジスタを介して電流検出型差動アンプ4
01に接続されている。/DLは隣接メモリセルアレイ
と共有しているが、選択トランジスタは異なっており、
DL2,/DLは共通のワード線DSL2を持つ選択ト
ランジスタを介して電流検出型差動アンプ401に接続
されている。ここで、DL1とDL2が選択トランジス
タのワード線を共有化しないのは、DL2を通じた迷走
電流を防ぐためである。
The select transistors 31 to 34 have independent word lines WL1 to WL4, respectively.
The data lines DL1 and / DL are connected to the current detection type differential amplifier 4 via a selection transistor having a common word line DSL1.
01 is connected. / DL is shared with the adjacent memory cell array, but the selection transistor is different.
DL2 and / DL are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL2. Here, DL1 and DL2 do not share the word line of the selection transistor in order to prevent stray current through DL2.

【0100】本実施形態では、隣接メモリセルアレイ
が、データ線/DLを共有していることが特徴である。
このようにデータ線を共有することにより、アレイ面積
の一層の低減が可能となるという利点を有している。
The present embodiment is characterized in that adjacent memory cell arrays share a data line / DL.
Sharing the data lines in this way has the advantage that the array area can be further reduced.

【0101】(第7の実施形態)図18は、本発明の第
7の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Seventh Embodiment) FIG. 18 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a seventh embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0102】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれサブデータ
線sDL,/sDLにその一端が接続されている。TM
R素子の他端は、セル選択トランジスタを介して同一の
サブビット線sBLに接続されている。選択トランジス
タ31〜34には、それぞれ独立したワード線WL1〜
WL4が配置されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
One of the two TMR elements has one end connected to each of the sub data lines sDL and / sDL. TM
The other end of the R element is connected to the same sub bit line sBL via a cell selection transistor. Select transistors 31 to 34 have independent word lines WL1 to WL1 respectively.
WL4 is arranged.

【0103】サブデータ線sDL,/sDL及びサブビ
ット線sBLは、共通のワード線SASLを持つ選択ト
ランジスタを介して、それぞれデータ線DL,/DL、
ビット線BLに接続されている。データ線DL,/DL
は、共通のワード線DSLを持つ選択トランジスタを介
して電流検出型差動アンプ401に接続されている。ま
た、ビット線BLはメモリセルアレイ領域外で、ワード
線BSLを持つ選択用トランジスタを介してバイアス電
圧クランプ回路420に接続されている。
The sub-data lines sDL, / sDL and the sub-bit line sBL are connected to the data lines DL, / DL,
It is connected to the bit line BL. Data lines DL, / DL
Are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL. The bit line BL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having a word line BSL outside the memory cell array region.

【0104】本実施形態では、メモリセルアレイがデー
タ線方向に分割されて、サブセルアレイを形成している
ことが特徴である。このような構成を用いることで、ア
レイ面積を極端に増大させることなく、セルアレイ中の
メモリセルの個数を低減させることが可能となる。これ
により、メモリセル個数の増大による出力信号低下の問
題を回避することが可能となる。
The present embodiment is characterized in that the memory cell array is divided in the data line direction to form a sub cell array. By using such a configuration, it is possible to reduce the number of memory cells in the cell array without extremely increasing the array area. This makes it possible to avoid the problem of a decrease in the output signal due to an increase in the number of memory cells.

【0105】(第8の実施形態)図19は、本発明の第
8の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Eighth Embodiment) FIG. 19 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to an eighth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0106】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれサブデータ
線sDL,/sDLにその一端が接続されている。TM
R素子の他端は、セル選択トランジスタを介してビット
線BLに接続されているが、データ線方向に配列された
各々のメモリセルでそれぞれ独立したビット線BL1〜
BL4に接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
One of the two TMR elements has one end connected to each of the sub data lines sDL and / sDL. TM
The other end of the R element is connected to the bit line BL via a cell selection transistor, but each memory cell arranged in the data line direction has an independent bit line BL1 to BL1.
Connected to BL4.

【0107】選択トランジスタ31〜34には、それぞ
れ独立したワード線WL1〜WL4が配置されている。
サブデータ線sDL,/sDLは、共通のワード線SA
SLを持つ選択トランジスタを介して、データ線DL、
/DLに接続されている。データ線DL,/DLは、共
通のワード線DSLを持つ選択トランジスタを介して電
流検出型差動アンプ401に接続されている。
The select transistors 31 to 34 have independent word lines WL1 to WL4, respectively.
Sub data lines sDL and / sDL share common word line SA.
The data lines DL,
/ DL. The data lines DL and / DL are connected to a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL.

【0108】本実施形態では、ビット線BLがデータ線
DL,/DLに交差して走行しているのが特徴であり、
ビット線BLを書き込み線と兼用することが可能であ
る。
The present embodiment is characterized in that the bit line BL runs crossing the data lines DL and / DL.
The bit line BL can also be used as a write line.

【0109】(第9の実施形態)図20は、本発明の第
9の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気的な
等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分には
同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Ninth Embodiment) FIG. 20 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a ninth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0110】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応する。各々のメモリセルにおいて、一方のTM
R素子の一端はそれぞれデータ線DLR1〜4に接続さ
れ、他方のTMR素子の一端は同一のデータ線DLCに
接続されている。そして、TMR素子の各他端は、セル
選択トランジスタを介して同一のビット線BLに接続さ
れている。選択トランジスタ31〜34には、それぞれ
独立したワード線WL1〜WL4が配置されている。ビ
ット線BLは、メモリセルアレイ領域外で、ワード線B
SLを持つ選択用トランジスタを介してバイアス電圧ク
ランプ回路420に接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
Corresponds to 1. In each memory cell, one TM
One end of the R element is connected to each of the data lines DLR1 to DLR4, and one end of the other TMR element is connected to the same data line DLC. Each other end of the TMR element is connected to the same bit line BL via a cell selection transistor. Independent word lines WL1 to WL4 are arranged in the selection transistors 31 to 34, respectively. The bit line BL is connected to the word line B outside the memory cell array region.
It is connected to the bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having SL.

【0111】本実施形態では、データ線対DLR,DL
Cが交叉して走行し、同様にBLがWLに交差して走行
しているのが特徴である。また、ワード線方向にはビッ
ト線の共有も行われていないため、読み出し時のセル選
択をBL,WL電位を制御することで一意に行うことが
でき、選択セル以外にバイアス電圧が印加されることは
ない。さらに、データ線対DLR,DLCが交叉してい
るため、非選択セルがデータ線対を短絡することがな
い。従って、安定かつ消費電力効率の高い動作が期待で
きる。
In this embodiment, the data line pair DLR, DL
It is characterized in that C crosses and travels, and similarly, BL crosses WL. Further, since the bit lines are not shared in the word line direction, the cell selection at the time of reading can be uniquely performed by controlling the BL and WL potentials, and a bias voltage is applied to cells other than the selected cells. Never. Further, since the data line pair DLR and DLC cross each other, no unselected cells short-circuit the data line pair. Therefore, stable operation with high power consumption efficiency can be expected.

【0112】(第10の実施形態)図21は、本発明の
第10の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Tenth Embodiment) FIG. 21 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a tenth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0113】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれデータ線D
L,/DLにその一端が接続され、他端はセル選択トラ
ンジスタを介して同一のビット線BLに接続されてい
る。選択トランジスタ31〜34には、それぞれ独立し
たワード線WL1〜WL4が配置されている。データ線
DL,/DLは、共通のワード線DSLを持つ選択トラ
ンジスタを介してバイアス電圧クランプ回路420と電
流検出型差動アンプ401に接続されている。また、ビ
ット線BLは接地されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements are respectively connected to the data lines D
One end is connected to L and / DL, and the other end is connected to the same bit line BL via a cell selection transistor. Independent word lines WL1 to WL4 are arranged in the selection transistors 31 to 34, respectively. The data lines DL and / DL are connected to a bias voltage clamp circuit 420 and a current detection type differential amplifier 401 via a selection transistor having a common word line DSL. The bit line BL is grounded.

【0114】本実施形態では、ビット線BLがデータ線
DL,/DLに対して低電位にあり、データ線DL,/
DLから選択トランジスタを介してビット線BLに電流
が流れることが特徴である。なお、図21ではビット線
電位を接地電位としたが、データ線電位を超えない範囲
で、任意の電圧に設定しても差し支えない。また本実施
形態では、データ線DL,/DLの電位を完全に等しく
する必要がある。これは、図示のようなバイアス電圧ク
ランプ回路乃至は類以技術により容易に実現可能であ
る。
In the present embodiment, the bit line BL is at a lower potential than the data lines DL and / DL,
A feature is that a current flows from the DL to the bit line BL via the selection transistor. In FIG. 21, the bit line potential is set to the ground potential, but may be set to an arbitrary voltage within a range not exceeding the data line potential. In the present embodiment, it is necessary to completely equalize the potentials of the data lines DL and / DL. This can be easily realized by a bias voltage clamp circuit as shown in the drawing or the like.

【0115】(第11の実施形態)図22は、本発明の
第11の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Eleventh Embodiment) FIG. 22 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to an eleventh embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0116】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれ独立したデ
ータ線DL,/DLにその一端が接続されている。TM
R素子の他端は、セル選択トランジスタを介してビット
線BLに接続されているが、データ線方向に配列された
メモリセルでそれぞれ独立したビット線BL1〜BL4
に接続されている。選択トランジスタ31〜34には、
それぞれ独立したワード線WL1〜WL4が配置されて
いる。データ線DLは、ワード線DSLを持つ選択トラ
ンジスタを介してバイアス電圧クランプ回路420に接
続され、データ線/DLは接地されている。ビット線B
L1〜BL4は、それぞれ異なる差動センスアンプSA
に接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements have one ends connected to independent data lines DL and / DL, respectively. TM
The other end of the R element is connected to a bit line BL via a cell selection transistor. However, memory cells arranged in the data line direction have independent bit lines BL1 to BL4.
It is connected to the. The selection transistors 31 to 34 include:
Independent word lines WL1 to WL4 are arranged. The data line DL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having a word line DSL, and the data line / DL is grounded. Bit line B
L1 to BL4 are respectively different differential sense amplifiers SA
It is connected to the.

【0117】次に、メモリセル201を例にとってこの
回路の動作を説明する。今、TMR素子11の記録層と
固着層の磁化配列が平行状態、TMR素子21が反平行
状態である場合を考える(記録情報“1”)。初期状態
では、WL1,DSLの電位は0である。次いで、DS
Lの電位をVDDとして、DLにVbiasを与えた状態で、
WL1をVDDとして選択トランジスタ31を導通させ
る。TMR素子11の抵抗値をR(1−MR/2)、T
MR素子21の抵抗値をR(1+MR/2)とすると、
BLに誘導される電圧の値は、 V1 =Vbias/2×(1+MR/2) …(16) となる。
Next, the operation of this circuit will be described using the memory cell 201 as an example. Now, consider a case where the magnetization arrangement of the recording layer and the pinned layer of the TMR element 11 is in a parallel state and the TMR element 21 is in an anti-parallel state (recording information “1”). In the initial state, the potentials of WL1 and DSL are 0. Then DS
With the potential of L as V DD and V bias applied to DL,
The selection transistor 31 is made conductive by setting WL1 to V DD . When the resistance value of the TMR element 11 is R (1−MR / 2), T
Assuming that the resistance value of the MR element 21 is R (1 + MR / 2),
The value of the voltage induced in BL is as follows: V 1 = Vbias / 2 × (1 + MR / 2) (16)

【0118】一方、記録情報“0”、即ちTMR素子1
1の磁化配列が反平行状態、TMR素子21が平行状態
である場合には、BLに誘導される電圧の値は、次のよ
うになる。
On the other hand, the recording information "0", that is, the TMR element 1
When the magnetization arrangement of No. 1 is in the antiparallel state and the TMR element 21 is in the parallel state, the value of the voltage induced in BL is as follows.

【0119】 V0 =Vbias/2×(1−MR/2) …(17) 従って、例えば差動センスアンプの参照電圧をVREF
bias/2と設定すれば、BL電位の参照電圧との大小
を比較することで記憶情報を判別することができる。
V 0 = V bias / 2 × (1−MR / 2) (17) Therefore, for example, the reference voltage of the differential sense amplifier is V REF =
If V bias / 2 is set, stored information can be determined by comparing the magnitude of the BL potential with the reference voltage.

【0120】この読み出し方法では、二つのTMR素子
によるバイアス電圧Vの分圧比を検出するため、(1) T
MR素子に流れる電流値に全く依存しない。即ち、メモ
リセルアレイ中のメモリセル数が変化して、DL,/D
L間のインピーダンスが変化した場合にも、出力への影
響が生じない、(2) バイアス電圧を二つのTMR素子で
分割するため、MRのバイアス電圧依存性を軽減でき
る、(3) ビット線には殆ど電流が流れないため、選択用
半導体素子の特性ばらつき、特にソース・ドレイン抵抗
のばらつきを無視できる、といった利点を有している。
In this reading method, since the division ratio of the bias voltage V by the two TMR elements is detected, (1) T
It does not depend at all on the value of the current flowing through the MR element. That is, the number of memory cells in the memory cell array changes and DL, / D
Even if the impedance between L changes, the output is not affected. (2) Since the bias voltage is divided by two TMR elements, the bias voltage dependence of MR can be reduced. Since almost no current flows, there is an advantage that variations in characteristics of the selection semiconductor element, particularly variations in source / drain resistance, can be ignored.

【0121】(第12の実施形態)図23は、本発明の
第12の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Twelfth Embodiment) FIG. 23 is a view showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a twelfth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0122】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれデータ線D
L,/DLにその一端が接続され、他端はセル選択トラ
ンジスタ31を介して同一のビット線BLに接続されて
いる。選択トランジスタ31〜34には、それぞれ独立
したワード線WL1〜WL4が配置されている。データ
線DLは、ワード線DSLを持つ選択トランジスタを介
してバイアス電圧クランプ回路420に接続され、デー
タ線/DLは接地されている。ビット線BLは、ワード
線BSLに接続した選択用トランジスタを介して差動セ
ンスアンプSAに接続している。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements are respectively connected to the data lines D
One end is connected to L and / DL, and the other end is connected to the same bit line BL via a cell selection transistor 31. Independent word lines WL1 to WL4 are arranged in the selection transistors 31 to 34, respectively. The data line DL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having a word line DSL, and the data line / DL is grounded. The bit line BL is connected to the differential sense amplifier SA via a selection transistor connected to the word line BSL.

【0123】本実施形態では、ビット線BLを複数のメ
モリセルで共有しているため、アレイ面積の一層の低減
を図ることが可能である。
In this embodiment, since the bit line BL is shared by a plurality of memory cells, the array area can be further reduced.

【0124】(第13の実施形態)図24は、本発明の
第13の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 24 is a view showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a thirteenth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0125】本実施形態は、メモリセルアレイの構造は
基本的には第12の実施形態と同一である。但し、ビッ
ト線BLが電流変換回路を介してサブビット線sBLに
分割されており、読み出し動作によって生じたsBL電
圧の変動は、電流変換回路により電流差としてビット線
BLを経て後段のメインアンプSAに転送される。本実
施形態では、ビットBLの長さを短くして浮遊容量,配
線抵抗を軽減することが可能であり、ビット線遅延を低
減し高速動作を実現できる。
In this embodiment, the structure of the memory cell array is basically the same as that of the twelfth embodiment. However, the bit line BL is divided into the sub-bit lines sBL via the current conversion circuit, and the fluctuation of the sBL voltage caused by the read operation is transmitted to the subsequent main amplifier SA via the bit line BL as a current difference by the current conversion circuit. Will be transferred. In the present embodiment, the length of the bit BL can be shortened to reduce the stray capacitance and the wiring resistance, and the bit line delay can be reduced and high-speed operation can be realized.

【0126】(第14の実施形態)図25は、本発明の
第14の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourteenth Embodiment) FIG. 25 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fourteenth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0127】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれデータ線D
L,/DLにその一端が接続されている。TMR素子の
他端は、セル選択用ダイオード素子31を介してビット
線BLに接続されているが、データ線方向に配列された
メモリセルでそれぞれ独立したビット線BL1〜BL4
に接続されている。データ線DLは、ワード線DSLを
持つ選択トランジスタを介してバイアス電圧クランプ回
路420に接続され、データ線/DLは接地されてい
る。ビット線BLは、負荷抵抗とワード線BSLに接続
した選択用トランジスタを介して接地されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements are respectively connected to the data lines D
One end is connected to L and / DL. The other end of the TMR element is connected to the bit line BL via the cell selecting diode element 31. The memory cells arranged in the data line direction have independent bit lines BL1 to BL4.
It is connected to the. The data line DL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having a word line DSL, and the data line / DL is grounded. The bit line BL is grounded via a load resistor and a selection transistor connected to the word line BSL.

【0128】本実施形態では、ダイオードの順方向電圧
降下をセル選択に利用する。即ち、ダイオードの順方向
電圧降下の値をVF とし、VF <V0 が満たされている
とする。今、特定のデータ線DL,/DLに電位差Vを
与えると、DL,/DLと交叉するビット線群に接続さ
れたセンスアンプには、V0 −VF 又はV1 −VF の電
圧が現れる。従って、その大小を判別することで、記憶
情報の読み出しを行うことができる。
In this embodiment, the forward voltage drop of the diode is used for cell selection. That is, it is assumed that the value of the forward voltage drop of the diode is V F and V F <V 0 is satisfied. Now, when a potential difference V is applied to specific data lines DL and / DL, a voltage of V 0 -V F or V 1 -V F is applied to a sense amplifier connected to a bit line group crossing DL and / DL. appear. Therefore, the stored information can be read by determining the magnitude.

【0129】なお、本実施形態におけるセル選択用ダイ
オード素子としては、pnダイオード,ショットキーダ
イオード,MISダイオード等の接合型ダイオードの
他、図26に示すように、ドレイン・ゲート端子を短絡
したn型MOSトランジスタを用いることができる。一
般に、磁気メモリ装置では、MOSトランジスタが多用
されており、半導体部にpnダイオードを形成すること
は余計な素子分離領域を必要とし、セル面積増大につな
がる。nMOSトランジスタを用いたダイオードであれ
ば、このような問題はなく好ましい形態といえる。
As the diode element for cell selection in this embodiment, in addition to a junction type diode such as a pn diode, a Schottky diode, and a MIS diode, as shown in FIG. MOS transistors can be used. In general, in a magnetic memory device, MOS transistors are frequently used, and forming a pn diode in a semiconductor portion requires an extra element isolation region, which leads to an increase in cell area. A diode using an nMOS transistor does not have such a problem and can be said to be a preferable mode.

【0130】(第15の実施形態)図27は、本発明の
第15の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。なお、図1と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fifteenth Embodiment) FIG. 27 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fifteenth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0131】図中破線で囲まれた領域がメモリセル20
1に対応し、二つのTMR素子は、それぞれデータ線D
L,/DLにその一端が接続されている。TMR素子の
他端は、セル選択用ダイオード素子31を介してビット
線BLに接続されているが、データ線方向に配列された
メモリセルでそれぞれ独立したビット線BL1〜BL4
に接続されている。データ線DLは、ワード線DSLを
持つ選択トランジスタを介してバイアス電圧クランプ回
路420に接続され、データ線/DLは接地されてい
る。ビット線BLは、オフセット電圧回路430と電流
センスアンプ402に接続されている。
The area surrounded by the broken line in FIG.
1, two TMR elements are respectively connected to the data lines D
One end is connected to L and / DL. The other end of the TMR element is connected to the bit line BL via the cell selecting diode element 31. The memory cells arranged in the data line direction have independent bit lines BL1 to BL4.
It is connected to the. The data line DL is connected to a bias voltage clamp circuit 420 via a selection transistor having a word line DSL, and the data line / DL is grounded. The bit line BL is connected to the offset voltage circuit 430 and the current sense amplifier 402.

【0132】図28は、本実施形態において、ビット線
に流れる電流をオフセット電圧Vof f の関数として測定
している。二つの曲線はそれぞれ記録情報“1”,
“0”に対応する電流I0 ,I1 を示している。Voff
=500mV近傍で、I0 のみがほぼ0となる領域が存
在する。この領域ではI1 /I2 の値が非常に大きくな
り、実用上非常に有利である。
[0132] Figure 28, in this embodiment, the measurement of the current flowing in the bit line as a function of the offset voltage V of f. The two curves are respectively recorded information "1",
The currents I 0 and I 1 corresponding to “0” are shown. V off
= 500 mV, there is a region where only I 0 is almost zero. In this region, the value of I 1 / I 2 becomes very large, which is very advantageous in practice.

【0133】このような記録情報に応じたI0 ,I1
変化は、記録情報に応じた電圧変化と、ダイオードの順
方向スレッショルド電圧VTO近傍での強い非線形を組み
合わせることで実現できる。通常ダイオードのVTOの大
きさは製造法により決定される。従って、本実施形態の
ようにオフセット電圧を与える方法は好ましい形態であ
る。
Such a change in I 0 and I 1 according to the recorded information can be realized by combining a voltage change according to the recorded information and a strong nonlinearity near the forward threshold voltage V TO of the diode. Usually, the magnitude of VTO of the diode is determined by the manufacturing method. Therefore, the method of applying the offset voltage as in the present embodiment is a preferable mode.

【0134】(第16の実施形態)図29は、本発明の
第16の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイの電気
的な等価回路を示した図である。
(Sixteenth Embodiment) FIG. 29 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【0135】図中破線で囲まれた領域が1つのメモリセ
ル201に対応する。このメモリセル201内で、TM
R素子11,21はそれぞれ独立したデータ線41,4
2にその一端が接続され、TMR素子11,21の他端
は、セル選択用トランジスタ32に共通接続されてい
る。
A region surrounded by a broken line in the figure corresponds to one memory cell 201. In this memory cell 201, TM
The R elements 11 and 21 are independent data lines 41 and 4 respectively.
2 is connected at one end, and the other ends of the TMR elements 11 and 21 are commonly connected to a cell selection transistor 32.

【0136】また、各メモリセル内で、セル選択用トラ
ンジスタ31〜34にはそれぞれ独立したワード線30
1〜304がそれぞれ配置されている。データ線41と
データ線42の一端はそれぞれ別個の定電流源401,
402に、他端はセンスアンプ404に接続されてい
る。定電流源401,402を構成するMOSトランジ
スタには共通のワード線403が配置されている。セン
スアンプ404は電圧ラッチ型のフリップフロップアン
プであり、共通ソース端子405とデータ端子406を
有する。
In each memory cell, an independent word line 30 is connected to each of the cell selecting transistors 31 to 34.
1 to 304 are arranged respectively. One end of each of the data line 41 and the data line 42 is connected to a separate constant current source 401,
The other end is connected to the sense amplifier 404. A common word line 403 is arranged for the MOS transistors forming the constant current sources 401 and 402. The sense amplifier 404 is a voltage latch type flip-flop amplifier, and has a common source terminal 405 and a data terminal 406.

【0137】次に、本実施形態の磁気メモリセルアレイ
における情報の読み出し方法について詳述する。
Next, a method for reading information in the magnetic memory cell array of the present embodiment will be described in detail.

【0138】図30は、セル選択用トランジスタ32の
ワード線302の電位WL、定電流源401,402に
接続するワード線403の電位DLW、データ線41,
42の電位DL,/DL、並びにセンスアンプ404の
共通ソース端子405の電位SSの読み出し時の変化
を、時間軸を横軸にとって示したものである。
FIG. 30 shows the potential WL of the word line 302 of the cell selection transistor 32, the potential DLW of the word line 403 connected to the constant current sources 401 and 402, the data line 41,
Changes in the potentials DL and / DL at 42 and the potential SS at the common source terminal 405 of the sense amplifier 404 during reading are shown with the time axis taken along the horizontal axis.

【0139】今、TMR素子11の記録層と固着層の磁
化が反平行状態である場合を考える(記録情報
“1”)。初期状態では、セル選択用トランジスタ32
のワード線WL、定電流源401,402を制御するワ
ード線DLWの電位は0、センスアンプ404の共通ソ
ース端子の電位はVD とする。この状態では、データ線
41,42はフローティング電位であり、センスアンプ
404はデータ線41,42から切り離されている。
Now, consider a case where the magnetizations of the recording layer and the pinned layer of the TMR element 11 are in an antiparallel state (recorded information “1”). In the initial state, the cell selection transistor 32
The word line WL, the potential of the word line DLW controlling the constant current source 401 and 402 0, the potential of the common source terminal of the sense amplifier 404 is set to V D. In this state, the data lines 41 and 42 are at the floating potential, and the sense amplifier 404 is disconnected from the data lines 41 and 42.

【0140】次に、WLを高電位Vccとしセル選択用ト
ランジスタ32を導通させた後に、DLWに高電位Vs
を与える。これにより、データ線41,42を経由して
TMR素子11,21に等しいセンス電流Is が流れ
る。データ線41,42の電位は、セル選択用トランジ
スタ32での電圧降下をVr とすれば、それぞれ DL=VD =(R+△R)×Is +Vr /DL=VD’=R×Is +Vr …(18) となる。即ち、データ線41,42の差動電圧として △V=△R×Is …(19) が得られる。
Next, after WL is set to the high potential Vcc to turn on the cell selection transistor 32, the high potential Vs is applied to the DLW.
give. As a result, a sense current Is equal to the TMR elements 11 and 21 flows through the data lines 41 and 42. Assuming that the voltage drop at the cell selection transistor 32 is Vr, the potentials of the data lines 41 and 42 are DL = V D = (R + △ R) × Is + Vr / DL = V D ′ = R × Is + Vr. (18) That is, ΔV = ΔR × Is (19) is obtained as the differential voltage of the data lines 41 and 42.

【0141】次に、この状態でセンスアンプ404の共
通ソース端子405に図示のようにVD から0に変化す
る読み出しパルスを与える。DLとSSの電位差がトラ
ンジスタのしきい値電位Vthを越えると、低電位のデー
タ線42側に接続されたトランジスタが放電をはじめ、
結果的にはデータ線41は初期電位Vd を保ち、一方の
データ線42は0Vにラッチされる。
Next, in this state, a read pulse that changes from VD to 0 is applied to the common source terminal 405 of the sense amplifier 404 as shown. When the potential difference between DL and SS exceeds the threshold potential Vth of the transistor, the transistor connected to the low potential data line 42 starts discharging,
As a result, the data line 41 maintains the initial potential Vd, and one data line 42 is latched at 0V.

【0142】記録情報“0”の場合には、TMR素子1
1の記録層と固着層の磁化は平行状態であり、センス電
流を流した状態ではデータ線41側が低電位である。こ
のため、読み出しパルスを与えると、データ線41が0
Vにラッチされる。従って、共通ソース端子405にパ
ルスを印加して一定時間経過後に、センスアンプの端子
406を用いてデータ線41の電圧Dを取り出せば、読
み出しが行われる。データの読み出し後、図示のように
各端子の電位を初期状態に戻せば、センスアンプ404
のラッチはリセットされ、読み出し動作は完了する。
When the recording information is "0", the TMR element 1
The magnetization of the recording layer 1 and the pinned layer are in a parallel state, and the data line 41 is at a low potential when a sense current is flowing. Therefore, when a read pulse is given, the data line 41 becomes 0
Latched to V. Therefore, when a pulse is applied to the common source terminal 405 and a certain period of time elapses, the voltage D of the data line 41 is extracted using the terminal 406 of the sense amplifier to perform reading. After reading the data, the potential of each terminal is returned to the initial state as shown in FIG.
Are reset, and the read operation is completed.

【0143】本実施形態の構成では、センスアンプ40
4の共通ソース端子405に印加する読み出しパルスの
大きさφは、 VD’≦φ≦ VD とする必要がある。即ち、パルスの大きさに対するマー
ジンは読み出し時のデータ線間の差動電圧程度である。
この部分の動作を安定化させるために、(1) センスアン
プ前段の電圧増幅回路、(2) VD ,VD’のばらつきを
補償する回路、等を設けてもよい。なお、本実施形態で
はフリップフロップアンプを用いたが、センスアンプに
他の増幅回路、例えばカレントミラーアンプを用いても
差し支えない。
In the configuration of this embodiment, the sense amplifier 40
4 of the size phi read pulse applied to the common source terminal 405, it is necessary to V D '≦ φ ≦ V D . That is, the margin for the magnitude of the pulse is about the differential voltage between the data lines at the time of reading.
In order to stabilize the operation of this part, (1) a voltage amplifier circuit in the preceding stage of the sense amplifier, (2) a circuit for compensating for variations in V D and V D ′, and the like may be provided. Although the flip-flop amplifier is used in this embodiment, another amplifier circuit, for example, a current mirror amplifier may be used as the sense amplifier.

【0144】図31は、本実施形態の磁気メモリセルア
レイの全体構成を模式的に示した図である。メモリセル
アレイは、2次元的に配列したメモリセルと、これらの
メモリセルに接続したデータ線群、ワード線群、及びメ
モリセル近傍で交差する書き込み線群等からなる。2本
を1組とする書き込み線RWL,CWLはそれぞれ列デ
コーダと行デコーダに接続されており、これによっで外
部からのアドレス入力に対応した選択書き込みが可能と
なる。
FIG. 31 is a diagram schematically showing the entire configuration of the magnetic memory cell array of the present embodiment. The memory cell array includes memory cells arranged two-dimensionally, a data line group connected to these memory cells, a word line group, and a write line group crossing in the vicinity of the memory cell. The two write lines RWL and CWL are connected to a column decoder and a row decoder, respectively, thereby enabling selective writing corresponding to an external address input.

【0145】一方、データ線対DL,/DLを駆動する
ワード線DWLと、これに直交しセル選択用トランジス
タを駆動するワード線WLがそれぞれ列デコーダと行デ
コーダに接続されており、これらによって外部からのア
ドレス入力に対応した選択読み出しが可能となる。セン
スアンプSAは各データ線対に設けられており、共通の
ワード線SSにより駆動される。そして、読み出しデー
タは共通データ線Dに読み出されるものとなっている。
On the other hand, a word line DWL for driving the pair of data lines DL and / DL and a word line WL orthogonal to the word line DWL for driving the transistor for cell selection are connected to a column decoder and a row decoder, respectively. Selective readout corresponding to the address input from the CPU. The sense amplifier SA is provided for each data line pair, and is driven by a common word line SS. Then, the read data is to be read to the common data line D.

【0146】このように本実施形態では、2つのTMR
素子(例えば11,21)から1つのメモリセル(例え
ば201)を構成し、平行配置された書き込み線51
a,51bとこれに直交する書き込み線52との交差部
にメモリセルをそれぞれ配置しているので、書き込み線
51a,51bと書き込み線52に電流を流すことによ
り、任意のメモリセルに対して選択的に書き込みを行う
ことができる。
As described above, in this embodiment, two TMRs are used.
One memory cell (for example, 201) is composed of elements (for example, 11, 21), and the write lines 51 arranged in parallel are arranged.
Since the memory cells are respectively arranged at the intersections of the write lines a and 51b and the write lines 52 orthogonal to the write lines 52a and 51b, the current can be passed through the write lines 51a and 51b and the write line 52 to select any memory cell. The writing can be performed in an efficient manner.

【0147】書き込み線51a,51bを流れる電流方
向は互いに逆方向であり、書き込み動作において1つの
メモリセル201を構成する2つのTMR素子11,2
1の記憶層101の磁化方向は常に反平行となることか
ら、記憶情報の読み出しに際してTMR素子11,21
の各出力の差分を取ることにより、従来技術に比べ大き
な差分電圧を得ることができる。また、TMR素子11
とTMR素子21とは同一のセル選択用トランジスタ3
2を共有するため、トランジスタの特性ばらつきによる
セル出力電圧のオフセットを完全に除去することが可能
である。
The directions of the currents flowing through the write lines 51a and 51b are opposite to each other, and the two TMR elements 11 and 12 forming one memory cell 201 in the write operation.
Since the magnetization direction of the first storage layer 101 is always antiparallel, the TMR elements 11 and 21 are used when reading stored information.
By taking the difference between the respective outputs, a large difference voltage can be obtained as compared with the prior art. Also, the TMR element 11
And TMR element 21 are the same cell selection transistor 3
2, the offset of the cell output voltage due to variation in the characteristics of the transistor can be completely removed.

【0148】従って本実施形態によれば、読み出し時の
セル出力電圧を大きくすることができ、且つ読み出し時
の消費電力の増大を招くことなく信号−雑音比を改善す
ることができ、低消費電力と高速読み出し性を兼ね備え
ることが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the cell output voltage at the time of reading can be increased, the signal-to-noise ratio can be improved without increasing the power consumption at the time of reading, and low power consumption can be achieved. And high-speed readability.

【0149】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be implemented in various modifications without departing from the scope of the invention.

【0150】[0150]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の磁気メモ
リセルアレイ構造を利用することで、情報読み出し時に
おいて従来技術を用いた場合に比べ大幅な高出力化,低
雑音化を実現することが可能となる。従って、低消費電
力,高速読み出し性を兼ね備えた固体磁気メモリ装置を
実現することができる。
As described above in detail, by using the magnetic memory cell array structure of the present invention, it is possible to realize a much higher output and lower noise at the time of reading information as compared with the case of using the prior art. Becomes possible. Therefore, a solid-state magnetic memory device having low power consumption and high-speed readability can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイ
の電気的な等価回路を示す図。
FIG. 1 is an exemplary view showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態を説明するためのもので、D
L,/DLに流れる電流値I1 ,I2 の変化を時間変化
として示す図。
FIG. 2 is a view for explaining the first embodiment, in which D
L, illustrates a change in the current value I 1, I 2 as the time changes flowing to / DL.

【図3】第1の実施形態を説明するためのもので、複数
個のメモリセルの記録情報を連続的に読み出した際の波
形を示す図。
FIG. 3 is a diagram for explaining the first embodiment, showing a waveform when recording information of a plurality of memory cells is continuously read.

【図4】選択セル以外の素子を短絡抵抗と仮定して示す
等価回路図。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing elements other than a selected cell assuming short-circuit resistance.

【図5】図4の等価回路を用いたシュミレーションの結
果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a result of a simulation using the equivalent circuit of FIG. 4;

【図6】第1の実施形態に係わる磁気メモリセルアレイ
を構成するTMR素子と書き込み線の配置を模式的に示
す図。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting the magnetic memory cell array according to the first embodiment.

【図7】第1の実施形態に使用したメモリセルの平面構
造を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a planar structure of a memory cell used in the first embodiment.

【図8】図7のメモリセル構造における矢視A−A’断
面及び矢視B−B’断面を示す図。
8 is a diagram showing a cross section taken along line AA ′ and a cross section taken along line BB ′ of the memory cell structure in FIG. 7;

【図9】書き込み線とデータ線を共用した場合のメモリ
セル構造断面を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a cross section of a memory cell structure when a write line and a data line are shared.

【図10】第2の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イを構成するTMR素子と書き込み線の配置を模式的に
示す図。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting a magnetic memory cell array according to a second embodiment.

【図11】第2の実施形態におけるメモリセルの平面構
造を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a planar structure of a memory cell according to a second embodiment.

【図12】図8のメモリセル構造における矢視A−A’
断面及び矢視B−B’断面を示す図。
12 is a view taken along the line AA ′ in the memory cell structure of FIG. 8;
The figure which shows a cross section and BB 'arrow cross section.

【図13】第3の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イを構成するTMR素子と書き込み線の配置を模式的に
示す図。
FIG. 13 is a diagram schematically showing the arrangement of TMR elements and write lines constituting a magnetic memory cell array according to a third embodiment.

【図14】第3の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの素子断面構造を示す図。
FIG. 14 is a view showing an element sectional structure of a magnetic memory cell array according to a third embodiment.

【図15】第4の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fourth embodiment.

【図16】第5の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a fifth embodiment.

【図17】第6の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a sixth embodiment.

【図18】第7の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a seventh embodiment.

【図19】第8の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to the eighth embodiment.

【図20】第9の実施形態に係わる磁気メモリセルアレ
イの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to a ninth embodiment.

【図21】第10の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 21 is a view showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the tenth embodiment.

【図22】第11の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 22 is a view showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the eleventh embodiment.

【図23】第12の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 23 is a view showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the twelfth embodiment;

【図24】第13の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 24 is a view showing an electrical equivalent circuit of a magnetic memory cell array according to the thirteenth embodiment.

【図25】第14の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 25 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the fourteenth embodiment.

【図26】第14の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイのpnダイオードをMOSトランジスタで置き換え
た等価回路を示す図。
FIG. 26 is a diagram showing an equivalent circuit in which a pn diode of the magnetic memory cell array according to the fourteenth embodiment is replaced with a MOS transistor.

【図27】第15の実施形態に係わる磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 27 is a view showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the fifteenth embodiment;

【図28】第15の実施形態を説明するためのもので、
ビット線に流れる電流をオフセット電圧Voff の関数と
して測定した結果を示す図。
FIG. 28 is for describing a fifteenth embodiment;
FIG. 9 is a diagram showing a result of measuring a current flowing through a bit line as a function of an offset voltage V off .

【図29】第16の実施形態における磁気メモリセルア
レイの電気的な等価回路を示す図。
FIG. 29 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the magnetic memory cell array according to the sixteenth embodiment.

【図30】第16の実施形態における磁気メモリセルア
レイにおける読み出し動作を説明するためのタイミング
図。
FIG. 30 is a timing chart for explaining a read operation in the magnetic memory cell array according to the sixteenth embodiment.

【図31】第16の実施形態における磁気メモリセルア
レイの全体構成を示す図。
FIG. 31 is a diagram showing an overall configuration of a magnetic memory cell array according to a sixteenth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,〜,14,20,〜,24…TMR素子 31,〜,34…選択トランジスタ 201…メモリセル 301,〜,304,403…ワード線 41,42…データ線 44…セルノード 45…コンタクト 51,52…書き込み線 60…層間絶縁層 101…記録層 102…絶縁層 103…固着層 70…Si基板 71…ドレイン領域 72…ソース領域 401…センスアンプ 420…バイアス電圧クランプ回路 430…オフセット電圧回路 10,..., 14, 20,..., 24... TMR element 31,..., 34... Selection transistor 201... Memory cell 301,. 52 Write line 60 Interlayer insulating layer 101 Recording layer 102 Insulating layer 103 Fixed layer 70 Si substrate 71 Drain region 72 Source region 401 Sense amplifier 420 Bias voltage clamp circuit 430 Offset voltage circuit

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 好昭 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 砂井 正之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Continued on the front page (72) Inventor Yoshiaki Saito 1st Toshiba R & D Center, Komukai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Masayuki Sunai Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Toshiba R & D Center

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁化方向が固定された固着層と、外部磁界
によって磁化方向が変化する記録層とを積層し、単一若
しくは二重以上のトンネル接合を構成したトンネル接合
部を複数個備えた磁気メモリ装置であって、 情報の記録単位であるメモリセルは第1及び第2のトン
ネル接合部を含み、第1のトンネル接合部の積層方向の
一端と第2のトンネル接合部の積層方向の一端はそれぞ
れ別のデータ線に接続され、第1のトンネル接合部の積
層方向の他端と第2のトンネル接合部の積層方向の他端
は同一のセル選択用半導体素子を介してビット線に接続
されていることを特徴とする磁気メモリ装置。
A fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field are stacked, and a plurality of tunnel junctions having a single or double or more tunnel junction are provided. In a magnetic memory device, a memory cell as a unit for recording information includes first and second tunnel junctions, and one end of the first tunnel junction in the stacking direction and the other end of the second tunnel junction in the stacking direction. One end is connected to another data line, and the other end in the stacking direction of the first tunnel junction and the other end in the stacking direction of the second tunnel junction are connected to the bit line via the same cell selecting semiconductor element. A magnetic memory device which is connected.
【請求項2】第1のトンネル接合部の積層方向一端側に
は第1の書き込み線が配置され、第2のトンネル接合部
の積層方向一端側には第2の書き込み線が配置され、第
1のトンネル接合部の積層方向一端側又は他端側で、且
つ第2のトンネル接合部の積層方向一端側又は他端側に
は共通の第3の書き込み線が配置され、第1の書き込み
線を流れる電流方向と第2の書き込み線を流れる電流方
向とは互いに逆方向となるように構成されていることを
特徴とする請求項1記載の磁気メモリ装置。
2. A first write line is arranged at one end of the first tunnel junction in the stacking direction, and a second write line is arranged at one end of the second tunnel junction in the stacking direction. A common third write line is arranged at one end or the other end of the first tunnel junction in the stacking direction and at one end or the other end of the second tunnel junction in the stacking direction. 2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a direction of a current flowing through the first write line and a direction of a current flowing through the second write line are opposite to each other.
【請求項3】第1のトンネル接合部と第2のトンネル接
合部とは同一平面内に配置され、第1の書き込み線と第
2の書き込み線とは同一平面内に平行に配置され、第3
の書き込み線と第1及び第2の書き込み線とは別の平面
内にあり、第1及び第2のトンネル接合部近傍において
交差するように配置されていることを特徴とする請求項
2記載の磁気メモリ装置。
3. The first tunnel junction and the second tunnel junction are arranged in the same plane, the first write line and the second write line are arranged in the same plane in parallel, and 3
3. The write line according to claim 2, wherein the first write line and the first and second write lines are in different planes, and are arranged to intersect near the first and second tunnel junctions. Magnetic memory device.
【請求項4】第1のトンネル接合部と第2のトンネル接
合部とは上下方向に配置され、第1の書き込み線と第2
の書き込み線とは異なる平面内に上下方向に平行に配置
され、第3の書き込み線と第1及び第2の書き込み線と
は別の平面内にあり、第1及び第2のトンネル接合部近
傍において交差するように配置されていることを特徴と
する請求項2記載の磁気メモリ装置。
4. A first tunnel junction and a second tunnel junction are vertically arranged, and a first write line and a second
The third write line and the first and second write lines are arranged in a different plane from the first and second tunnel junctions in a plane different from the first and second write lines. 3. The magnetic memory device according to claim 2, wherein the magnetic memory devices are arranged so as to cross each other.
【請求項5】第1,第2のトンネル接合部の抵抗値及び
磁気抵抗変化率が略等しく、両方の磁化方向が常に反平
行となるように記録層の書き込みがなされることを特徴
とする請求項1記載の磁気メモリ装置。
5. The recording layer is written so that the resistance value and the magnetoresistance ratio of the first and second tunnel junctions are substantially equal and both magnetization directions are always antiparallel. The magnetic memory device according to claim 1.
【請求項6】情報の読み出しが、第1のトンネル接合部
に接続された第1のデータ線及び第2のトンネル接合部
に接続された第2のデータ線と前記ビット線との間に電
位差を与えたときに、第1,第2のデータ線に流れる電
流量の大小を比較することでなされることを特徴とする
請求項1記載の磁気メモリ装置。
6. A method of reading information, comprising the steps of: reading a potential difference between a bit line and a first data line connected to a first tunnel junction and a second data line connected to a second tunnel junction; 2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the comparison is made by comparing the magnitude of the amount of current flowing through the first and second data lines when.
【請求項7】情報の読み出しが、第1のトンネル接合部
に接続された第1のデータ線と第2のトンネル接合部に
接続された第2のデータ線との間に電位差を与えたとき
に、前記ビット線に現れる電圧の参照電位に対する大小
を比較することでなされることを特徴とする請求項1記
載の磁気メモリ装置。
7. A method for reading information, comprising: applying a potential difference between a first data line connected to a first tunnel junction and a second data line connected to a second tunnel junction. 2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the magnitude of the voltage appearing on the bit line is compared with a reference potential.
【請求項8】磁化方向が固定された固着層と、外部磁界
によって磁化方向が変化する記録層とを積層し、単一若
しくは二重以上のトンネル接合を構成したトンネル接合
部を複数個備えた磁気メモリセルアレイからなる磁気メ
モリ装置であって、 前記磁気メモリセルアレイは複数のサブセルアレイから
なり、 各々のサブセルアレイは、平行配置された第1,第2の
データ線と、これらのデータ線に交叉する複数のワード
線と、前記データ線に交叉する複数のビット線と、複数
の磁気メモリセルとからなり、 前記磁気メモリセルは、第1及び第2のトンネル接合部
を含み、第1のトンネル接合部の積層方向の一端は第1
のデータ線に接続され、第2のトンネル接合部の積層方
向の一端は第2のデータ線に接続され、第1のトンネル
接合部の積層方向の他端と第2のトンネル接合部の積層
方向の他端は同一のセル選択用半導体素子を介してビッ
ト線に接続され、かつ同一サブセルアレイ内の磁気メモ
リセルは異なるビット線に接続されていることを特徴と
する磁気メモリ装置。
8. A plurality of tunnel junctions comprising a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field are laminated to form a single or double or more tunnel junction. A magnetic memory device comprising a magnetic memory cell array, wherein the magnetic memory cell array is composed of a plurality of sub-cell arrays, each sub-cell array intersecting first and second data lines arranged in parallel with these data lines. A plurality of word lines, a plurality of bit lines crossing the data lines, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cells include first and second tunnel junctions and a first tunnel. One end of the joining portion in the stacking direction is the first
And one end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second data line, and the other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the stacking direction of the second tunnel junction are stacked. The other end of the magnetic memory device is connected to a bit line via the same cell selecting semiconductor element, and magnetic memory cells in the same sub-cell array are connected to different bit lines.
【請求項9】磁化方向が固定された固着層と、外部磁界
によって磁化方向が変化する記録層とを積層し、単一若
しくは二重以上のトンネル接合を構成したトンネル接合
部を複数個備えた磁気メモリセルアレイからなる磁気メ
モリ装置であって、 前記磁気メモリセルアレイは複数のサブセルアレイから
なり、 各々のサブセルアレイは、平行配置された第1,第2の
データ線と、これらのデータ線に交叉する複数のワード
線と、前記データ線に平行に走行するビット線と、複数
の磁気メモリセルとからなり、 前記磁気メモリセルは、第1及び第2のトンネル接合部
を含み、第1のトンネル接合部の積層方向の一端は第1
のデータ線に接続され、第2のトンネル接合部の積層方
向の一端は第2のデータ線に接続され、第1のトンネル
接合部の積層方向の他端と第2のトンネル接合部の積層
方向の他端は同一のセル選択用半導体素子を介してビッ
ト線に接続され、かつ同一サブセルアレイ内の磁気メモ
リセルは同一のビット線に接続されていることを特徴と
する磁気メモリ装置。
9. A plurality of tunnel junctions comprising a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field are laminated to form a single or double or more tunnel junction. A magnetic memory device comprising a magnetic memory cell array, wherein the magnetic memory cell array is composed of a plurality of sub-cell arrays, each sub-cell array intersecting first and second data lines arranged in parallel with these data lines. A plurality of word lines, a bit line running parallel to the data lines, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cells include first and second tunnel junctions, One end of the joining portion in the stacking direction is the first
And one end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second data line, and the other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the stacking direction of the second tunnel junction are stacked. The other end of the magnetic memory device is connected to the bit line via the same cell selecting semiconductor element, and the magnetic memory cells in the same sub-cell array are connected to the same bit line.
【請求項10】磁化方向が固定された固着層と、外部磁
界によって磁化方向が変化する記録層とを積層し、単一
若しくは二重以上のトンネル接合を構成したトンネル接
合部を複数個備えた磁気メモリセルアレイからなる磁気
メモリ装置であって、 前記磁気メモリセルアレイは複数のサブセルアレイから
なり、 各々のサブセルアレイは、平行配置された第1,第2の
サブデータ線と、これらのサブデータ線に交叉する複数
のワード線と、前記サブデータ線と平行に走行するサブ
ビット線と、複数の磁気メモリセルとからなり、 前記磁気メモリセルは、第1及び第2のトンネル接合部
を含み、第1のトンネル接合部の積層方向の一端は第1
のサブデータ線に接続され、第2のトンネル接合部の積
層方向の一端は第2のサブデータ線に接続され、第1の
トンネル接合部の積層方向の他端と第2のトンネル接合
部の積層方向の他端は同一のセル選択用半導体素子を介
して同一のサブビット線に接続されてなり、第1,第2
のサブデータ線はデータ線選択トランジスタを介してそ
れぞれ第1,第2のデータ線と接続され、前記サブビッ
ト線はビット線選択トランジスタを介してそれぞれビッ
ト線に接続されていることを特徴とする磁気メモリ装
置。
10. A plurality of tunnel junctions comprising a fixed layer having a fixed magnetization direction and a recording layer having a magnetization direction changed by an external magnetic field, and forming a single or double or more tunnel junction. A magnetic memory device comprising a magnetic memory cell array, wherein the magnetic memory cell array comprises a plurality of sub-cell arrays, and each sub-cell array includes first and second sub-data lines arranged in parallel, and these sub-data lines A plurality of word lines, a sub-bit line running parallel to the sub-data line, and a plurality of magnetic memory cells, wherein the magnetic memory cells include first and second tunnel junctions, One end of the tunnel junction in the stacking direction is the first
, One end of the second tunnel junction in the stacking direction is connected to the second sub-data line, and the other end of the first tunnel junction in the stacking direction and the other end of the second tunnel junction are connected. The other end in the stacking direction is connected to the same sub-bit line via the same cell selecting semiconductor element, and
Wherein the sub data lines are connected to first and second data lines via data line selection transistors, respectively, and the sub bit lines are connected to bit lines via bit line selection transistors, respectively. Memory device.
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