JP2002245774A - 熱を利用した切替えを実行する情報記憶装置 - Google Patents

熱を利用した切替えを実行する情報記憶装置

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JP2002245774A JP2001384427A JP2001384427A JP2002245774A JP 2002245774 A JP2002245774 A JP 2002245774A JP 2001384427 A JP2001384427 A JP 2001384427A JP 2001384427 A JP2001384427 A JP 2001384427A JP 2002245774 A JP2002245774 A JP 2002245774A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＲＡＭ装置の磁性メモリ素子への書込みの
信頼性を高めるための装置を提供する。 【解決手段】 磁性メモリ素子（１１４）からなるアレ
イ（１１２）と、前記メモリ素子（１１４）のための複
数の加熱素子（１２０ｂ）とを備える情報記憶装置（１
１０）。態様によれば、前記加熱素子（１２０ｂ）は、
前記メモリ素子（１１４）から離隔して配置される。態
様によれば、前記加熱素子（１２０ｂ）は、前記アレイ
（１１２）を横切って延在する加熱線（１２０）に含ま
れる。態様によれば、前記各加熱線（１２０）は、前記
加熱素子（１２０ｂ）によって分離される導電性のライ
ン（１２０ａ）を含む。態様によれば、前記加熱線（１
２０）は、前記アレイ（１１２）を斜め方向に横切って
延在する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は情報記憶装置に関す
る。より具体的には、本発明は磁性ランダムアクセスメ
モリ（「ＭＲＡＭ」）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】スピン依存トンネリング（ＳＤＴ）接合
の抵抗性の交点アレイと、ＳＤＴ接合の行に沿って延在
するワード線と、ＳＤＴ接合の列に沿って延在するビッ
ト線とを備えるＭＲＡＭ装置の例について考えてみる。
各ＳＤＴ接合は、ワード線とビット線との交点に配置さ
れる。各ＳＤＴ接合の磁化は、常に２つの安定した向き
のうちの一方を向くようになされる。これら２つの安定
した向き、平行および逆平行は、「０」および「１」の
論理値を表す。磁化の向きは、ＳＤＴ接合の抵抗にも影
響を与える。ＳＤＴ接合の抵抗は、その磁化の向きが平
行であるである場合には第１の値（Ｒ）をとり、その磁
化の向きが逆平行である場合には第２の値（Ｒ＋ΔＲ）
をとる。ＳＤＴ接合の磁化の向き、それゆえ論理値は、
その抵抗状態を検出することにより読み取ることができ
る。
【０００３】選択されたＳＤＴ接合における書込み動作
は、選択されたＳＤＴ接合を横切るワード線およびビッ
ト線に書込み電流を供給することにより実行される。そ
の電流は２つの外部磁界をつくり出し、その磁界を組み
合わせると、選択されたＳＤＴ接合の磁化の向きが、平
行から逆平行に、あるいはその逆に切り替えられる。
【０００４】書込み電流が小さすぎると、選択されたＳ
ＤＴ接合がその磁化の向きを変更できない場合がある。
理論的には、両方の外部磁界を組み合わせれば、選択さ
れたＳＤＴ接合の磁化の向きを十分に反転させられるは
ずである。しかしながら、実際には、磁界を組み合わせ
ても、磁化の向きを常に反転させられるとは限らない。
選択されたＳＤＴ接合の磁化の向きが反転されない場合
には、書込み誤りが発生し、その結果、誤りコード訂正
に関する負担が増加するようになる。
【０００５】一方の磁界のみを見るＳＤＴ接合（すなわ
ち、選択されたワード線、選択されたビット線のいずれ
か一方に沿って存在するＳＤＴ接合）は、「片側選択さ
れる」。理論的には、１つの磁界では、ＳＤＴ接合の磁
化の向きが反転されることはない。しかしながら、実際
には、１つの磁界によって、磁化の向きが反転され得
る。片側選択されたＳＤＴ接合の磁化の向きが反転され
る場合には、望ましくない消去が発生し、その結果、誤
りコード訂正に関する負担が増加するようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ＳＤＴ接合への書込みの信頼性を高めるための
装置を提供することである。より一般的に述べると、Ｍ
ＲＡＭ装置の磁性メモリ素子への書込みの信頼性を高め
るための装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、磁性メモリ素子は、メモリ素子を加熱し、そのメモ
リ素子に少なくとも１つの磁界をかけることにより書き
込まれる。本発明の他の態様および利点は、例を用いて
本発明の原理を例示する、添付の図面とともに取り上げ
られる以下に記載される詳細な説明から明らかになるで
あろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】例示するための図面に示されるよ
うに、本発明は、磁性メモリ素子のアレイを含むＭＲＡ
Ｍ装置において具現される。データ記憶中に、そのＭＲ
ＡＭ装置は、選択されたメモリ素子の熱を利用した切替
えを実行する。熱を利用した切替えによって、ＭＲＡＭ
装置にデータを格納することに関する信頼性が高められ
る。
【０００９】ＭＲＡＭ装置の磁性メモリ素子には、磁性
フィルムの状態に応じた抵抗を有する任意の素子を用い
ることができる。その素子の例には、磁気トンネル接合
（ＳＤＴ接合は磁気トンネル接合の１つのタイプであ
る）および巨大磁気抵抗（「ＧＭＲ」）スピンバルブが
ある。例示するために、メモリ素子はＳＤＴ接合として
以下に記載される。
【００１０】図１を参照すると、ＳＤＴ接合１０が示さ
れる。ＳＤＴ接合１０はピン層（pinned layer）１２を
含み、ピン層１２は、その層の平面ないで廃港され配向
されるが、対象の範囲内に印加磁界が存在しても回転す
ることのないように固定される磁化を有する。またＳＤ
Ｔ接合１０は「フリー」層１４も含んでおり、フリー層
１４は、固定されていない磁化の向きを有する。より正
確には、その磁化は、フリー層１４の平面内に存在する
軸（「容易軸」）に沿った２つの方向のいずれかに向け
ることができる。ピン層１２およびフリー層１４の磁化
が同じ方向をなす場合には、その向きは、いわゆる「平
行」である（矢印Ｐによって示される）。ピン層１２お
よびフリー層１４の磁化が逆方向をなす場合には、その
向きは、いわゆる「逆平行」である（矢印Ａによって示
される）。
【００１１】ピン層１２およびフリー層１４は、絶縁ト
ンネル障壁１６によって分離される。絶縁トンネル障壁
１６によって、ピン層１２とフリー層１４との間に、量
子力学的なトンネル効果が生じるようになる。このトン
ネル効果現象は電子スピンに依存し、ＳＤＴ接合１０の
抵抗は、ピン層１２およびフリー層１４の磁化の相対的
な向きの関数になる。たとえば、ピン層１２およびフリ
ー層１４の磁化の向きが逆平行である場合には、ＳＤＴ
接合１０の抵抗は第１の値（Ｒ）であり、磁化の向きが
平行である場合には第２の値（Ｒ＋ΔＲ）である。
【００１２】磁界（Ｈｘ、Ｈｙ）は、ＳＤＴ接合１０と
接触する第１の導体１８および第２の導体２０に電流
（ｌｙ、ｌｘ）を供給することにより、ＳＤＴ接合１０
に加えられる場合がある。導体１８および２０が直交す
る場合には、印加磁界（Ｈｘ、Ｈｙ）も直交する。
【００１３】十分に大きな電流（ｌｘ、ｌｙ）が導体１
８および２０を通って流されるとき、フリー層１４の近
傍の組み合わせられた磁界（Ｈｙ＋Ｈｘ）によって、フ
リー層１４の磁化は、平行の向きから逆平行の向き、あ
るいはその逆に入れ替わるようになる。たとえば、十分
な電流ｌｘが供給されると、磁化の向きは逆方向にな
り、一方、十分な電流ｌｙが供給されると、磁化の向き
は平行になるであろう。
【００１４】電流の大きさは、組み合わせられた磁界
（Ｈｘ＋Ｈｙ）がフリー層１４の切替え磁界を超える
が、ピン層１２の切替え磁界を超えないように選択され
ることができる。
【００１５】しかしながら、ＳＤＴ接合１０が加熱され
る場合には、書込み電流（ｌｘ、ｌｙ）の一方あるいは
両方の大きさが低減される場合がある。磁性フィルムの
保磁度は、温度が上昇するのに応じて減少する。ＳＤＴ
接合１０の温度が上昇すると、図２ａおよび図２ｂに示
されるように、ＳＤＴ接合１０の保磁度（Ｈｃ）が減少
する。図２ａは、室温（ＴＲＯＯＭ）での保磁度（Ｈ
ｃ）を示しており、一方、図２ｂは、室温より５０℃高
い温度での保磁度（Ｈｃ）を示す。上昇した温度では、
低い組み合わせた磁界（Ｈｘ＋Ｈｙ）が存在する場合
に、ＳＤＴ接合１０は、高抵抗状態から低抵抗状態に、
およびその逆に切り替わる。それゆえ、ＳＤＴ接合１０
を加熱することにより、書込み電流（ｌｘ、ｌｙ）の一
方あるいは両方の大きさは減少してもよい。一方、書込
み電流（ｌｘ、ｌｙ）の大きさが低減されない場合に
は、組み合わせた磁界（Ｈｘ＋Ｈｙ）の存在時に、ＳＤ
Ｔ接合１０の切替えの信頼性は高くなるであろう。温度
および書込み電流を変化させて、所望の切替えの信頼性
を達成することができる。
【００１６】組み合わせた磁界（Ｈｘ＋Ｈｙ）が加えら
れる前に、熱が加えられ、かつ除去されてもよく、ある
いは熱は、組み合わせた磁界（Ｈｘ＋Ｈｙ）と同時に加
えられてもよい。フリー層１４は、室温より約１０℃か
ら５０℃高い温度まで加熱される場合がある。より一般
的に述べると、最大加熱温度には、ブロッキング温度
（その温度より高い場合、反強磁性層がそのピン特性を
緩和する）ＴＢよりも約５０℃低い温度を用いることが
できる。
【００１７】図１に戻ると、熱は第３の導体２２によっ
てフリー層１４に加えられることができる。第３の導体
２２は、電気的に絶縁性で、熱伝導性の材料（たとえ
ば、窒化シリコン）からなる層２４によって第１の導体
１８から分離される。第３の導体２２内を流れる電流が
付加的な磁界を形成する場合であっても、第３の導体２
２は、ＳＤＴ接合１０から十分に離れており、付加的な
磁界が切替えに悪影響を及ぼすことはない。
【００１８】図１は、第３の導体２２がＳＤＴ接合１０
より上側にあることを示すが、代わりに、第３の導体２
２は、ＳＤＴ接合１０より下側にある場合もある。第３
の導体２２は、ＳＤＴ接合１０の上にあっても下にあっ
てもよい。
【００１９】ここで図３を参照すると、メモリ素子１１
４の抵抗***点のアレイ１１２を含む情報記憶装置１１
０が示される。メモリ素子１１４は行および列に配列さ
れ、行はｘ方向に沿って延在し、列はｙ方向に沿って延
在する。情報記憶装置１１０の図を簡単にするために、
比較的少ない数のメモリ素子１１４のみが示されてい
る。実際には、任意のサイズのアレイが用いられる場合
がある。
【００２０】ワード線１１６として機能するラインが、
メモリセルアレイ１１２の一方の側にある、ある平面内
のｘ方向に沿って延在する。ビット線１１８として機能
するラインが、メモリセルアレイ１１２のその隣接する
側にある、ある平面のｙ軸に沿って延在する。アレイ１
１２の各行に対して１つのワード線１１６が存在し、ア
レイ１１２の各列に対して１つのビット線１１８が存在
することができる。各メモリ素子１１４は、ワード線１
１６とビット線１１８との交点に配置される。
【００２１】加熱線１２０として機能するラインが、ア
レイ１１２を斜め方向に横切って延在する。加熱線１２
０は、アレイ１１２の上側に、アレイ１１２の下側に、
あるいはアレイ１１２の上側および下側の両方に設けら
れる場合がある。加熱線１２０の典型的な構成が、図４
とともに以下に記載される。
【００２２】情報記憶装置１１０は、読出し動作中に選
択されたメモリ素子１１４の抵抗状態を検出するための
読出し回路と、書込み動作中に選択されたワード線１１
６、ビット線１１８および加熱線１２０に書込み電流を
供給するための書込み回路とを備える。情報記憶装置１
１０の図を簡単にするために、読出し回路は図示されな
い。
【００２３】書込み回路は、第１のグループのトランジ
スタ１２４によってワード線１１６に接続される第１の
電流源１２２と、第２のグループのトランジスタ１２８
によってビット線１１８に接続される第２の電流源１２
６と、第３のグループのトランジスタ１３２によって加
熱線１２０に接続される第３の電流源１３０とを備え
る。
【００２４】書込み動作中に、ワード線１１６と、ビッ
ト線１１８と、加熱線１２０とを選択するために、デコ
ーダ１３４がアドレスＡｘおよびＡｙを復号化する。デ
コーダ（復号化回路）１３４は、第１のグループのトラ
ンジスタのうちの１つのトランジスタ１２４に指示を出
してワード線１１６を第１の電流源１２２に接続するこ
とによりそのワード線１１６を、第２のグループのトラ
ンジスタのうちの１つのトランジスタ１２８に指示を出
してビット線１１８を第２の電流源１２６に接続するこ
とによりそのビット線１１８を、さらに第３のグループ
のトランジスタのうちの１つのトランジスタ１３２に指
示を出して加熱線１２０を第３の電流源１３０に接続す
ることによりその加熱線１２０を選択する。電流は、選
択されたワード線１１６、ビット線１１８および加熱線
１２０の中を流れる。選択されたワード線１１６とビッ
ト線１１８との交点に位置するメモリ素子１１４には、
組み合わせられた磁界（Ｈｘ＋Ｈｙ）がかけられる。ま
た、この選択されたメモリ素子１１４は、選択された加
熱線１２０によって加熱される。加熱線１２０が斜め方
向に延在することの利点は、選択された素子は加熱され
るが、片側選択された素子は加熱されないことである。
【００２５】図３は、ワード線１１６に対する１つの電
流源１２２と、ビット線１１８に対する１つの電流源１
２６と、加熱線１２０に対する１つの電流源１３０とを
示す。大きなアレイでは、ワード線１１６に対して多数
の電流源１２２と、ビット線１１８に対して多数の電流
源１２６と、加熱線１２０に対して多数の電流源１３０
とが設けられる場合があり、それにより各電流源１２２
が多数のワード線１１６によって共有され、各電流源１
２６が多数のビット線１１８によって共有され、各電流
源１３０が多数の加熱線１２０によって共有される。こ
れにより、多数のメモリ素子１１４に同時に書込みを行
うことができるようになる。
【００２６】書込み回路の他の素子は示されない。たと
えば、図３は、基準電位に対して、ワード線１１６、ビ
ット線１１８および加熱線１２０の「遊端」を接続する
ためのトランジスタを示していない。さらに、図３に示
されるトランジスタ１２４、１２８および１３２、なら
びに電流源は、書込み回路の簡略形である。ワード線１
１６、ビット線１１８および加熱線１２０に電流を供給
するための回路は、種々の異なる態様で実装される場合
がある。
【００２７】ここで図４を参照すると、加熱線１２０の
典型的な構成が示される。加熱線１２０は、タングステ
ン、プラチナあるいは他の高抵抗性の材料からなる加熱
素子１２０ｂによって分離される銅線１２０ａを含む。
加熱素子１２０ｂは、メモリ素子１１４上に配置され
る。
【００２８】図５ａ、図５ｂ、図５ｃおよび図５ｄは、
加熱線１２０のための種々のパターンを示す。これらの
パターンでは、加熱線１２０は、アレイ１１２を斜め方
向に横切って延在する。さらに、加熱線１２０のグルー
プは、ループを形成するために互いに連結される。電流
はループの一端に供給され、ループの他端は基準電位に
連結される。これにより、トランジスタの数が低減され
る。またそれにより、熱が、同じビット線によって横切
られる多数の素子に加えられるようになる。
【００２９】図５ａは、複数の経路に配列される加熱線
１２０を示す。各経路は、一対の直列に接続された加熱
線１２０を含む。各経路の一端は基準電位に接続され、
各経路の他端は、トランジスタ１３２によって電流源１
３０に接続される。この構成では、熱は、選択されたメ
モリ素子１１４に加えられるが、片側選択されたメモリ
素子１１４には加えられない。この構成は、片側選択マ
ージンを改善し、望ましくない消去の可能性を低減す
る。
【００３０】図５ｂは、１つの経路を形成するように直
列に接続された多数の加熱線１２０を示す。１つの経路
の一端は基準電位に連結され、１つの経路の他端はトラ
ンジスタ１３２によって電流源１３０に接続される。各
加熱線１２０は、隣接する行内のメモリ素子１１４を網
羅する。
【００３１】図５ｃは、加熱線１２０の角度が異なる点
を除いて、図５ｂに示されるパターンと同様のパターン
を示す。図５ｃの加熱線は、隣接する行内のメモリ素子
１１４を網羅しない。代わりに、各加熱線１２０は、１
つのおきの列内のメモリ素子１１４を網羅する。
【００３２】図５ｄは、第１の端部が互いに連結され
た、多数の加熱線を示す。スイッチ１３２ａによって、
電流が、加熱線の選択された第２の端部に供給されるよ
うになり、スイッチ１３２ｂによって、他の選択された
第２の端部が基準電位に接続されるようになる。この構
成によって、１つの経路を形成するために、任意の２つ
の加熱線１２０を選択することができる。たとえば、ス
イッチ１３２ａおよび１３２ｂは、破線によって示され
る電流経路を形成するために選択されることができる。
【００３３】スイッチ１３２ａおよび１３２ｂは、電流
が多数の加熱線１２０を通って並列に流れるように選択
される場合もある。この構成によって、同時に書き込む
ことが可能になる。
【００３４】上記のパターンのブロックは大きなアレイ
にわたって繰り返される場合がある。たとえば、大きな
アレイは、複数の書込み回路と、各書込み回路に接続さ
れるビット線のグループとを含むこともある。加熱線１
２０のパターンは、ビット線の各グループに適用される
場合もある。
【００３５】ここで図６を参照すると、抵抗***点のメ
モリセルアレイの多数のレベルあるいは平面２０２を有
するチップ２００が示される。平面２０２は基板２０４
に積層され、二酸化シリコンのような絶縁性材料（図示
せず）によって分離される。読出しおよび書込み回路
は、基板２０４上に形成されることができる。読出しお
よび書込み回路は、読出しおよび書込みが行われるレベ
ルを選択するための付加的なマルチプレクサを含む場合
がある。電流源は、チップ上にある場合も、チップ外に
ある場合もある。
【００３６】本発明による情報記憶装置は、多種多様な
応用形態に用いられる場合がある。たとえば、その情報
記憶装置は、コンピュータ内に長期間にわたってデータ
を記憶するために用いられる場合がある。そのような装
置は、ハード装置および他の従来の長期間データ記憶装
置より優れた多くの利点（たとえば、より速い速度、よ
り小さなサイズ）を提供する。
【００３７】本発明による情報記憶装置は、デジタル画
像を長期間にわたって記憶するために、デジタルカメラ
において用いられる場合がある。本発明による情報記憶
装置は、コンピュータ内のＤＲＡＭ、あるいは他の高
速、かつ短期間のメモリの代わりに用いることもでき
る。
【００３８】本発明による情報記憶装置は、２つの直交
する磁界をメモリ素子に加えることによりメモリ素子を
切り替えることに限定されない。たとえば、選択された
メモリ素子は、熱と、１つの磁界だけとによって切り替
えられることもできる。
【００３９】本発明は、先に記載および図示された特定
の実施形態に限定されない。代わりに、本発明は、特許
請求の範囲に従って解釈される。
【００４０】本発明の態様を以下に例示する。
【００４１】１．情報記憶装置（１１０）であって、磁
性メモリ素子（１１４）からなるアレイ（１１２）と、
前記メモリ素子（１１４）のための複数の加熱素子（１
２０ｂ）とを備える装置。
【００４２】２．前記加熱素子（１２０ｂ）は、前記メ
モリ素子（１１４）から離隔して配置される上記１に記
載の装置。
【００４３】３．前記加熱素子（１２０ｂ）は、前記ア
レイ（１１２）を横切って延在する加熱線（１２０）に
含まれる上記１に記載の装置。
【００４４】４．前記各加熱線（１２０）は、前記加熱
素子（１２０ｂ）によって分離される導電性のライン
（１２０ａ）を含む上記３に記載の装置。
【００４５】５．前記加熱線（１２０）は、前記アレイ
（１１２）を斜め方向に横切って延在する上記３に記載
の装置。
【００４６】６．前記加熱線（１２０）のグループは、
少なくとも１つの経路を形成するために互いに接続され
る上記３に記載の装置。
【００４７】７．前記各グループの前記加熱線（１２
０）は直列に接続される上記６に記載の装置。
【００４８】８．前記加熱線（１２０）は、互いに連結
される第１の端部を有する上記３に記載の装置。
【００４９】９．電流が、前記加熱線（１２０）の選択
された端部に供給されるようにするためのスイッチ（１
２４、１２８、１３２）をさらに備える上記３に記載の
装置。
【００５０】１０．前記加熱素子（１２０ｂ）は、書込
み動作中に、室温より約１０℃から５０℃高い温度ま
で、選択されたメモリ素子（１１４）の温度を上昇させ
る上記１に記載の装置。
【００５１】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、ＳＤＴ
接合への書込みの信頼性を高めるための装置を、より一
般的にはＭＲＡＭ装置の磁性メモリ素子への書込みの信
頼性を高めるための装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＳＤＴ接合を示す図である。
【図２ａ】 ＳＤＴ接合のヒステリシスループを示す図
である。
【図２ｂ】 ＳＤＴ接合のヒステリシスループを示す図
である。
【図３】 熱を利用して切替えを実行することができる
ＭＲＡＭ装置を示す図である。
【図４】 ＭＲＡＭ装置のための加熱線を示す図であ
る。
【図５ａ】 ＭＲＡＭ装置のための加熱線の種々のパタ
ーンを示す図である。
【図５ｂ】 ＭＲＡＭ装置のための加熱線の種々のパタ
ーンを示す図である。
【図５ｃ】 ＭＲＡＭ装置のための加熱線の種々のパタ
ーンを示す図である。
【図５ｄ】 ＭＲＡＭ装置のための加熱線の種々のパタ
ーンを示す図である。
【図６】 マルチレベルＭＲＡＭチップを示す図であ
る。
【符号の説明】
１１０ 情報記憶装置 １１２ メモリセルアレイ １１４ メモリ素子 １２０ 加熱線 １２０ｂ 加熱素子 １２４、１２８、１３２ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラング・ティー・トラン アメリカ合衆国95070カリフォルニア州サ ラトガ、ウッドブレイ・コート 5085 Ｆターム(参考） 5F083 FZ10

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報記憶装置であって、 磁性メモリ素子からなるアレイと、 前記メモリ素子のための複数の加熱素子とを備える装
    置。
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