JP2006156957A - 基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリ及びその読出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリを提供すること。
【解決手段】 磁気ランダムアクセスメモリは、反強磁性層（１２）とその上に形成されたピン層（１３）とその上に形成されたトンネルバリア層（１４）とその上に形成された自由層（１５）を備える少なくとも一つの磁気メモリセルを含む。ピン層（１３）と自由層（１５）は、基準磁気抵抗状態を形成するように直交配置される。提供されたＭＲＡＭ構造によって、アクセス精度が大幅に増加され且つアクセス速度が加速される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ランダムアクセスメモリに関し、特に、互いに隣接又は近接するビットの状態を参照することによってデータにアクセスする磁気ランダムアクセスメモリ及びその読出し方法に関する。

磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、不揮発性メモリの一タイプである。このメモリは、情報を記録するために磁気抵抗特性を利用しており、不揮発性、高密度、高読出し／書込み速度、及び抗放射線性の利点を備える。データを書き込む時の一般的な方法は、セルを選択するために、二つの回路線、即ち、ビット線と書込みワード線の誘導磁界の交差を利用することである。抵抗は、磁気材料層の磁化を変化することによって変化される。ＭＲＡＭが記録データを読み出す時に、選択された磁気メモリセルに電流が供給されてその抵抗を読出し、それによって、対応するデジタル値を決定する。

ビット線と書込みワード線との間の磁気メモリセルは、多層金属材料のスタック構造である。このセルは、軟強磁性層と、トンネルバリア層と、硬強磁性層と、反強磁性層と、非磁性導電層とを有するスタックより成る。二つの強磁性層の磁化を制御して平行又は反平行にすることは、メモリの状態が“０”又は“１“であることを決定する。

磁気メモリセル中の磁気抵抗は、製造プロセスに起因して、均一には分布しない。この問題を解決するために、指定の数のビット線、例えば、３２本又は６４本のビット線に加えて、一本の基準ビット線が設けられている。従って、メモリセル中に記憶されたデータにアクセスする時に、基準ビット線を参照することによって、記憶されたデータは決定されることが出来る。しかしながら、このアプローチは、データエラーとなることがあり、エラー率を増加する。

米国特許第６６５４２７８号は、この問題を処理するための自己参照感知方法を開示している。自由層とピン層の初期状態は、直交するように配置される。データにアクセスする時に、二つの異なる方向に補助磁界が導入される。従って、メモリの論理状態は、磁気抵抗バリアンスに対する正又は負スロープを介して決定される。しかしながら、動作が非常に複雑であり、アクセス速度が遅くなる。

更に、感知回路に送出される信号は、従来の技術の自己参照感知モードにおける単一エンド信号であり、磁気抵抗のスロープバリアンスを検知するために指定の回路が必要とされる。従って、動作速度が遅い。

従って、データ精度とアクセス速度の問題を解決するために他のＭＲＡＭアーキテクチャを開発する必要がある。

上記に鑑み、ＭＲＡＭは、以下に記述される実施の形態に従って、既存の問題を解決するために提供される。

本発明の実施の形態によれば、ＭＲＡＭは、アクセスデータ正確度を増加出来る。

本発明の実施の形態によれば、ＭＲＡＭは、データアクセス速度を増加出来る。

本発明の実施の形態によれば、ＭＲＡＭは、セルの信頼性を増加出来る。

本発明の実施の形態によれば、ＭＲＡＭは、少なくとも一つの磁気メモリセルを備え、この磁気メモリセルは、反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備える。ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置される。

本発明の実施の形態によれば、ＭＲＡＭは、複数の磁気メモリセルを備え、各磁気メモリセルは、反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備える。ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置される。また、ＭＲＡＭは、書き込まれるべきメモリセルを選択するための複数の書込みワード線と、読み出されるべきメモリセルを選択するための複数の読出しワード線と、読み出されるべきメモリセルのためのスイッチとしての、磁気メモリセルの各々に対応する読出しワード線に設けられる複数のトランジスタと、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルに記憶されたデータを決定するために電流を提供するための複数の第１のビット線と、書込みワード線によって選択された磁気メモリセルにデータを書き込むため及び読出しワード線によって選択された磁気メモリセルのピン層の磁気ベクトルを回転するために電流を提供するための複数の第２のビット線と、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルの第１の電流信号と選択された磁気メモリセルの隣接又は近接する磁気メモリセルの第２の電流信号とを増幅して、増幅電流信号を出力する複数の感知増幅器と、を備える。第２の電流信号は、第１の電流信号と比較する基準信号である。

すなわち、本願発明の第１発明は、基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備える少なくとも一つの磁気メモリセルを備え、ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置される、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）である。
本願発明の第２発明は、互いに直交するように配置されるピン層と自由層は、磁気メモリセルの容易軸がフィルムコーティング外部磁界と引き続くアニーリング磁界を有するフォトマスクを垂直に貫通するように配置することによって製造される、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第３発明は、金属層が、反強磁性層とピン層との間に形成されて両者の間の交換バイアスを減少する、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第４発明は、前記金属層の深さは、１０Ａ（Å）未満である、前記第３発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第５発明は、前記ピン層が、少なくとも一つの強磁性層を備える、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第６発明は、前記ピン層は、底部ピン層と底部ピン層上に形成された中間層と中間層上に形成された上部層とを備える、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第７発明は、前記ピン層は、複数の人工反強磁性層を備える、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第８発明は、前記人工反強磁性層の中間層の深さは、そのＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合層を減少するように調節される、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第９発明は、前記自由層は、少なくとも一つの強磁性層を備える、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１０発明は、前記自由層は、複数の人工反強磁性自由層を備える、前記第１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１１発明は、基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、複数の磁気メモリセルを備え、各磁気メモリセルは、反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備え、ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置され,書き込まれるべきメモリセルを選択するための複数の書込みワード線と、読み出されるべきメモリセルを選択するための複数の読出しワード線と、読み出されるべきメモリセルのためのスイッチとして、磁気メモリセルの各々に対応して読出しワード線に設けられる複数のトランジスタと、読出しワード線によって選択される磁気メモリセルに記憶されたデータを決定するために電流を提供するための複数の第１のビット線と、書込みワード線によって選択された磁気メモリセル中にデータを書き込むために電流を提供するため及び読出しワード線によって選択された磁気メモリセルのピン層の磁気ベクトルを回転するために電流を提供するための複数の第２のビット線と、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルの第１の電流信号と選択された磁気メモリセルに隣接又はそれに近接する磁気メモリセルの第２の電流信号とを増幅して増幅された電流信号を出力するために夫々が第１のビット線に接続される複数の増幅器と、を更に備え、前記第２の電流信号が前記第１の電流信号と比較される基準信号である、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）である。
本願発明の第１２発明は、前記第２のビット線に接続される第１のマルチプレクサを更に備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１３発明は、前記第１のビット線と第２のビット線に接続される第２のマルチプレクサを更に備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１４発明は、ワード線の各々に接続される第３のマルチプレクサを更に備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１５発明は、互いに直交するように配置されるピン層と自由層は、磁気メモリセルの容易軸がフィルムコーティング外部磁界と引き続くアニーリング磁界を有するフォトマスクを垂直に貫通するように配置することによって製造される、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１６発明は、金属層が、反強磁性層とピン層との間に形成されて両者間の交換バイアスを減少する、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１７発明は、前記金属層の深さは、１０Ａ未満である、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１８発明は、前記ピン層が、少なくとも一つの強磁性層を備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第１９発明は、前記ピン層は、複数の人工反強磁性層を備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第２０発明は、前記人工反強磁性層の中間層の深さは、そのＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合層を減少するように調節される、前記第１９発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第２１発明は、前記自由層は、少なくとも一つの強磁性層を備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。
本願発明の第２２発明は、前記自由層は、複数の人工反強磁性自由層を備える、前記第１１発明に記載のＭＲＡＭである。

本願発明の第２３発明は、記第１発明又は第１１発明に記載の基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリの読出し方法であって、読出しワード線によって磁気メモリセルを選択するステップと、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルに隣接又は近接する磁気メモリセルを基準として選択するステップと、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルのピン層を回転するために第２のビット線によって電流を提供するステップと、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルに記憶されたデータを決定するために第１のビット線によって電流を提供するステップと、読出しワード線によって選択された磁気メモリセルの第１の電流信号と読み出しワード線によって選択された磁気メモリセルに隣接又は近接する磁気メモリセルの第２の電流信号とを増幅及び出力するステップと、を備える読出し方法である。
本願発明の第２４発明は、前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは同じワード線上にあるが、異なるビット線上にある、前記第２３発明に記載の読出し方法である。
本願発明の第２５発明は、前記異なるビット線は、互いに隣接している前記第２４発明に記載の読出し方法である。
本願発明の第２６発明は、前記異なるビット線は、互いに隣接しない前記第２４発明に記載の読出し方法である。
本願発明の第２７発明は、前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは、異なるワード線上であって且つ異なるビット線上にあり、前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは、互いに対角線上に位置する、前記第２３発明に記載の読出し方法である。
本願発明の第２８発明は、異なるワード線が互いに隣接又は近接しており、異なるビット線が互いに隣接又は近接している、前記第２７発明に記載の読出し方法である。

本発明の目的及び原理に従って、ＭＲＡＭは、基準セルとして隣接又は近接メモリセルを選択出来る。従って、従来の技術のテクノロジーと比較して、特定の領域におけるメモリセルは、同じ基準セルを使用する必要が無く、追加の基準セルを配置する必要もない。

本発明の原理に従って、ＭＲＡＭは、データ再編成レートを増加する利点がある。

本発明の原理に従って、ＭＲＡＭは、製造で均一性の欠如によって引き起こされるデータ読取時の不適切な影響を減少できる。

本発明の原理に従って、ＭＲＡＭは、等化メリット（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｈｒｅｍａｔｉｓｔｉｃｓ）を有する。従って、等化のための動作時間が減少され且つアクセス速度が増加される。

本発明の原理に従って、書込みワード線と読出しワード線が分離されている。データ書込み時のキャパシタンス負荷が減少される。

以下の記述において、説明目的で、多くの具体的細部が、本発明の全体の理解を助けるために述べられている。しかしながら、本発明がこれらの具体的細部なしで実施され得ることは、当業者には自明である。他の例では、構造とデバイスは、本発明を不明確にすることを避けるためにブロック図の形態で示されている。

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して行われる以下の詳細な説明からより明確に理解される。

本発明の好適な実施の形態が詳細に参照され、その一例が添付の図面に描かれている。可能な限り、同じ参照番号は、図面全体を通して同じ又は同様な部品を参照する記述のために使用される。

明細書中の“ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一実施の形態）”又は“ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（実施の形態）”は、その実施の形態に関連して記述される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも一つの実施の形態に含まれていることを意味する。

図１は、ＭＲＡＭの単純化された横断面図を示している。また、この図面は、単一のＭＲＡＭ（即ちメモリセル）をも示している。図１に示されるように、実際のＭＲＡＭアレイは、幾つかのＭＲＡＭからなる。

磁気ランダムアクセスメモリは、磁気メモリセル１０、上部電極２０及び下部電極３０を含む。磁気メモリセル１０は、複数の磁性層、即ち、ＭＴＪよりなる。上部電極２０と下部電極３０は、電流が流れるための導電材料によって形成される。図面中で、上部電極２０は。磁性メモリセル１０の頂部に設けられているが、下部電極３０は、磁気メモリセル１０の底部に設けられる。当業者には公知であるように、上部電極２０と下部電極３０は、夫々、データへのアクセス及びデータ書込みのためにトランジスタとビット線に接続している。

図面では、磁気メモリセル１０は、７層構造であり、バッファ層１１、反強磁性層１２、上部ピン層１３Ａ即ち基準層と呼ばれる層、中間層１３Ｂ，下部ピン層１３Ｃ，トンネルバリア層１４、及び（磁化）自由層１５である。例えば、バッファ層１１は、ＮｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｒによって形成される。反強磁性層１２は、ＰｔＭｎ又はＭｎＩｒによって形成され得る。ピン層１３は、少なくとも一つの強磁性層又は三層構造を有する人工的反強磁性層を採用できる。ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢが、人工的反強磁性層の材料として採用されることが出来る。トンネルバリア層１４は、ＡｌＯｘ又はＭｇＯを採用出来るが、自由層は、少なくとも一つの強磁性層又は三層構造を有する人工的反強磁性層を採用出来る。ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＢが、強磁性層の材料として使用出来るが、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ又はＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢが人工的強磁性層の材料として採用されることが出来る。上記の材料は、実例のためだけに過ぎない。当業者には公知であるように、同じ技術結果を達成する他の磁気材料も使用出来る。ピン層１３の磁気ベクトル９２と９３及び自由層１５の磁気ベクトル９１は、磁気抵抗の中間状態が形成されるように互いに直交するように配置される。直交配置されたピン層と自由層は、磁気メモリセルの（磁化）容易軸が膜被覆外部磁界と引き続くアニーリング磁界での光マスキングを垂直に貫通するように配置することによって製造される。

本発明の磁気ランダムアクセスメモリに記憶されたデータを読み出す時に、追加の電流がピン層１３の磁界を擾乱するために提供される。このように、反強磁性層１２とピン層１３との間の交換バイアスは、ピン層１３の磁界を擾乱するために適宜低下される。一実施の形態では、図２に示されるように、反強磁性層１２とピン層１３との間に薄い金属層１６を設けて反強磁性層１２とピン層１３との間の交換バイアスを減少している。金属層１６の深さは、実質的に１０Ａ未満である。人工反強磁性層をピン層１３として使用するための他の実施の形態では、上部ピン層と下部ピン層との間の中間層１３（例えば、Ｒｕ）の深さは、ＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−ＹＯｓｉｄａ（結合容量を減少するように調節される。

磁気メモリセル１０のピン層１３と自由層１５の配置は、外部磁界が無くても直交し、中間基準として定義される。クロスセクション（Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）モード又はトグリング（Ｔｏｇｇｌｉｎｇ）モードが磁気メモリセル１０の自由層１５に対する書込みメカニズムとして使用される得る事は当業者には周知である。

本発明の原理に従って、データへのアクセス時に、追加の電流がピン層１３の磁界を擾乱するために提供される。異なる記憶データに対しては、磁気抵抗は、中間基準状態から平行状態又は反平行状態に変化させられる。他方、近接のビット線及び同じワード線のメモリセルが選択され、選択されたメモリセルと比較するために中間基準信号が提供されるように磁気擾乱が提供されない。

ＭＲＡＭは、ピン層１３、トンネルバリア層１４及び自由層１５を介してデータを記憶する。記憶されたデータは、磁気擾乱下でピン層１３と自由層１５の平行磁気ベクトル又は反平行磁気ベクトルによって決定される。

二つの磁気ベクトルが平行である時、ＭＲＡＭの磁気抵抗は最も低く、“０”と定義される。従って、バイアス電圧が印加されると、最も大きい電流がＭＲＡＭに流れる。二つの磁気ベクトルが反平行である時、ＭＲＡＭの磁気抵抗は、最も高く、“１”と定義される。従って、バイアス電圧が印加されると、より少ない電流がＭＲＡＭに流れる。この定義は例示及び説明のためだけに過ぎず、あらゆる他の定義が実施されてもよいことは、当業者には公知である。

本発明の磁気ランダムアクセスメモリの配置を示す図３を参照する。

図３の磁気メモリセルは、上記組成から製造される。図示されているように、磁気メモリセル４１乃至４４の各々は、書込みワード線ＷＷＬｉとＷＷＬｊ及び第２のビット線ＢＬｉとＢＬｊに夫々接続されている。例えば、磁気メモリセル４１は、書込みワード線ＷＷＬｉと第２のビット線ＢＬｉに接続している。書込みワード線ＷＷＬｉとＷＷＬｊは、書き込まれるべき磁気メモリセルを選択するために使用される。第１のビット線ＳＬｉとＳＬｊは、メモリセルのメモリ状態を決定するため感知電流を提供するために使用される。第２のビット線ＢＬｉとＢＬｊは、メモリセルのデータ書込みのための書込み電流を提供し且つ選択されたメモリセルのピン層における磁気ベクトルが回転するように、データ書込み時に追加の電流を提供するように使用される。更に、第１のビット線ＳＬｉとＳＬｊは、増幅器４５に接続されて読み出し電流を増幅し出力する。複数の読み出しワード線ＲＷＬｉとＲＷＬｊは、アクセスされるべき磁気メモリセルを選択するために使用される。トランジスタＴ１乃至Ｔ４は、メモリセル中のデータを読み出すためのスイッチとして使用される。

本発明の動作を以下に詳細に述べる。磁気メモリセル４１乃至４４のピン層と自由層の初期状態は、互いに直交している、即ち、モーメントは、互いに垂直である。図のメモリセル４３と４４は、初期状態、即ち、基準磁気抵抗状態である。ピン層と自由層の磁気ベクトルは、直交する。磁気抵抗は、データ読出し時のメモリセル中に記憶されたデータに従って、中間状態から平行状態（低磁気抵抗）又は反平行状態（高磁気抵抗）へ変化する。例えば、磁気メモリセル４１が選択されると、記憶されたデータを変化しない補助磁界がビット線ＢＬｉによって磁気メモリセル４１に提供される。記憶されたデータは、第１のビット線ＳＬｉを介して送出され、第１の電流信号として定義される。他方、磁気メモリセル４３は、隣接第２ビット線ＢＬｊ及び磁気メモリセル４３が配置されている同じ読出しワード線において選択される。第２のビット線ＢＬｊは、補助磁界を磁気メモリセル４３には提供せず、第１のビット線ＳＬｊが第２の電流信号を送出する。従って、第２の電流信号は、第１の電流信号との比較のための基準として使用される。このように、データ認識率は、隣接メモリセルの平衡ＲＣローディングに起因して増加される。

図４は、一般的なメモリ構造に対して適用される本発明の基準磁気抵抗を有するＭＲＡＭの回路を示す。

図４は、複数の磁気メモリセル５１、５２、５３、５４、５５、５６、…よりなる磁気ランダムアクセスメモリを示す。同様に、磁気メモリセル５１、５２、５３、５４、５５、５６のピン層と自由層の磁気ベクトル９１と９２は、直交するように配置される。トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４は、メモリセルの選択を制御する。同じ列のトランジスタは、読出しワード線ＲＷＬ０乃至ＲＷＬｎによって制御される。例えば、トランジスタＴ１とＴ２は、読出しワード線ＲＷＬ０によって制御される。各メモリセルは、夫々、書込みワード線ＷＷＬ０乃至ＷＷＬｎ及び第２のビット線ＢＬ１乃至ｂＬｎに接続する。各書込みワード線は、書込みワード線がトランジスタＷＲＳ０乃至ＷＲＳｎを介して制御回路によって選択され得るようにトランジスタＷＲＳ０乃至ＷＲＳｎによって制御される。第１のビット線ＳＬ０乃至ＳＬｎは、第２のマルチプレクサ６２と増幅器４５によってアクセスされた電流信号を増幅する。第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎは、書込み電流を提供してデータを磁気メモリセルに書き込むために第１のマルチプレクサ６１と第２のマルチプレクサ６２に接続する。また、第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎは、追加の電流を提供して選択された磁気メモリセルのピン層の磁界を擾乱する。

本実施の形態において、提供された書込み電流は、第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎを介して双方向に磁気メモリセルを駆動出来る。本実施の形態において、同じワード線であるが異なるビット線にある磁気メモリセルが、基準として選択される。隣接又は近接磁気メモリセルが、選択され得る。ビット線は隣接していても良いが、隣接することが必要ではない。例えば、磁気メモリセル５１に記憶されたデータをアクセスする場合、磁気メモリセル５２又は５７が基準として選択されるが、磁気メモリセル５６に記憶されたデータをアクセスする場合、磁気メモリセル５５が基準として選択される。

図５は、Ｔｏｇｇｌｅ（トグル）モードメモリ構造に対して適用される、本発明の基準磁気抵抗を有するＭＲＡＭの回路を示す。

図５は、複数の磁気メモリセル７１、７２、７３、７４、７５、７６、…よりなる磁気ランダムアクセスメモリアレイを示す。同様に、磁気メモリセル７１、７２、７３、７４、７５、７６のピン層と自由層の磁気ベクトル９１と９２は、直交するように配置される。トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４は、メモリセルの選択を制御する。同じ列のトランジスタは、第１の読出しワード線と第２の読出しワード線によって制御される。例えば、トランジスタＴ１は、第１の読出しワード線ＲＷＬＡ０によって制御され、他方、トランジスタＴ２は、第２の読出しワード線ＲＷＬＡ１によって制御される。各メモリセルは、ワード線ＷＬ０乃至ＷＬｎと第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎに夫々接続する。各ワード線は、書き込み電流を提供してデータを書込むために第３のマルチプレクサ６３を介して制御回路によってワード線が選択され得るように第３のマルチプレクサ６３によって制御される。第１のビット線ＳＬ０乃至ＳＬｎが第２のマルチプレクサ６２を介して増幅器４５に接続してアクセスされた電流を増幅して出力する。第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎは、書込み電流を提供してデータを磁気メモリセルに書き込むために第１のマルチプレクサ６１と第２のマルチプレクサ６２に接続する。また、第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎは、追加の電流を提供して選択された磁気メモリセルのピン層の磁界を擾乱する。

本実施の形態において、提供された書込み電流は、第２のビット線ＢＬ１乃至ＢＬｎ及びワード線ＷＬ１乃至ＷＬｎを介して単方向に又は双方向に磁気メモリセルを駆動出来る。本実施の形態において、選択された磁気メモリセルは、対角線上に配置される。即ち、異なるワード線とビット線上の磁気メモリセルは、基準として選択される。異なるワード線とビット線は、互いに隣接又は近接する。例えば、磁気メモリセル７１に記憶されたデータにアクセスする場合、磁気メモリセル７４が基準として選択され、他方、磁気メモリセル７６に記憶されたデータにアクセスする場合、磁気メモリセル７５が基準として選択される。

本発明の基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリは、ピン層と自由層の磁気ベクトルを直交するように配する。読出しメカニズムのために、選択されたメモリセルは、記憶されたデータを変更しない補助磁界によって擾乱され、それによって、増幅器に対して第１のデータ信号を提供する。更に、隣接又は近接メモリセルは、基準として選択され、それによって、増幅器に対して第２のデータ信号を提供する。従って、精度とアクセス速度が増加される。

図面の実施の形態は、実例であり例示に過ぎず、本発明を制限する意図ではない。本発明の基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリの利点と効果は、以下の通りである。

本発明の基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリは、ピン層と自由層の磁気ベクトルを直交するように配する。選択されたメモリセルは、記憶されたデータを変化しない補助磁界によって擾乱され、それによって、データ読出し時に、感知回路に対してデータ信号を提供する。更に、隣接又は近接メモリセルは、基準ユニットとして使用され、感知回路に対して基準信号を提供する。

より高速の動作速度を有する差動増幅器は、データ読出し動作のために使用される。基準信号は、データ状態を正確に決定するために選択されたメモリセルから得られる。

本発明の目的と原理に従って、磁気ランダムアクセスメモリは、データ読出し時の精度を増加出来、且つデータへ迅速にアクセス出来る。

本発明の目的と原理に従って、磁気ランダムアクセスメモリは、基準信号のために必要なメモリ領域を増加しない。

本発明の目的と原理に従って、二つの信号が、同じ動作期間で感知回路に提供される。読出し動作において、ビットラインデータの等化が行われる。従って、メモリの動作が迅速であり、正確である。

本発明の目的と原理に従って、二つの信号が、隣接又は近接するビットで発生される。従って、信号を感知増幅器へ送出するための時間遅延（ＲＣ遅延）は非常にバランスが良い。このように、メモリの効率が増加される。

本発明が、上記のように、この発明が多くの方法で変更され得ることは自明である。
このような変更は、本発明の精神と範囲から逸脱していると見なされるべきではなく、当業者に自明であるこのような変更の全ては以下の請求項の範囲内に含まれることが意図されている。

本発明のＭＲＡＭを示す図である。 本発明のＭＲＡＭの他の実施の形態を示す図である。 本発明のＭＲＡＭの配置を示す図である。 本発明のＭＲＡＭの一般的な回路を示す図である。 ＴＯＧＧＬＥモードに適用される本発明のＭＲＡＭの回路を示す。

符号の説明

１０・・・・磁気メモリセル
２０・・・・上部電極
３０・・・・下部電極
１１・・・・バッファ層
１２・・・・反強磁性層
１３Ａ・・・上部ピン層
１３Ｂ・・・中間層
１３Ｃ・・・底部ピン層
１４・・・・チャネルバリア層
１５・・・・自由層

Claims (28)

1. 基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、
   反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備える少なくとも一つの磁気メモリセルを備え、
   ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置される、
   磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）。
2. 互いに直交するように配置されるピン層と自由層は、磁気メモリセルの容易軸がフィルムコーティング外部磁界と引き続くアニーリング磁界を有するフォトマスクを垂直に貫通するように配置することによって製造される、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
3. 金属層が、反強磁性層とピン層との間に形成されて両者の間の交換バイアスを減少する、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
4. 前記金属層の深さは、１０Ａ未満である、請求項３に記載のＭＲＡＭ。
5. 前記ピン層が、少なくとも一つの強磁性層を備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
6. 前記ピン層は、底部ピン層と底部ピン層上に形成された中間層と中間層上に形成された上部層とを備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
7. 前記ピン層は、複数の人工反強磁性層を備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
8. 前記人工反強磁性層の中間層の深さは、そのＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合層を減少するように調節される、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
9. 前記自由層は、少なくとも一つの強磁性層を備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
10. 前記自由層は、複数の人工反強磁性自由層を備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
11. 基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、
    複数の磁気メモリセルを備え、各磁気メモリセルは、反強磁性層と、反強磁性層と結合して設けられるピン層と、ピン層と結合して設けられるトンネルバリア層と、トンネルバリア層と結合して設けられる自由層とを備え、ピン層と自由層の磁気ベクトルが基準磁気抵抗状態を形成するように互いに直交して配置され,
    書き込まれるべきメモリセルを選択するための複数の書込みワード線と、
    読み出されるべきメモリセルを選択するための複数の読出しワード線と、
    読み出されるべきメモリセルのためのスイッチとして、磁気メモリセルの各々に対応して読出しワード線に設けられる複数のトランジスタと、
    読出しワード線によって選択される磁気メモリセルに記憶されたデータを決定するために電流を提供するための複数の第１のビット線と、
    書込みワード線によって選択された磁気メモリセル中にデータを書き込むために電流を提供するため及び読出しワード線によって選択された磁気メモリセルのピン層の磁気ベクトルを回転するために電流を提供するための複数の第２のビット線と、
    読出しワード線によって選択された磁気メモリセルの第１の電流信号と選択された磁気メモリセルに隣接又はそれに近接する磁気メモリセルの第２の電流信号とを増幅して増幅された電流信号を出力するために夫々が第１のビット線に接続される複数の増幅器と、を更に備え、前記第２の電流信号が前記第１の電流信号と比較される基準信号である、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）。
12. 前記第２のビット線に接続される第１のマルチプレクサを更に備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
13. 前記第１のビット線と第２のビット線に接続される第２のマルチプレクサを更に備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
14. ワード線の各々に接続される第３のマルチプレクサを更に備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
15. 互いに直交するように配置されるピン層と自由層は、磁気メモリセルの容易軸がフィルムコーティング外部磁界と引き続くアニーリング磁界を有するフォトマスクを垂直に貫通するように配置することによって製造される、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
16. 金属層が、反強磁性層とピン層との間に形成されて両者間の交換バイアスを減少する、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
17. 前記金属層の深さは、１０Ａ未満である、請求項１６に記載のＭＲＡＭ。
18. 前記ピン層が、少なくとも一つの強磁性層を備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
19. 前記ピン層は、複数の人工反強磁性層を備える、請求項１に記載のＭＲＡＭ。
20. 前記人工反強磁性層の中間層の深さは、そのＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合層を減少するように調節される、請求項１９に記載のＭＲＡＭ。
21. 前記自由層は、少なくとも一つの強磁性層を備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
22. 前記自由層は、複数の人工反強磁性自由層を備える、請求項１１に記載のＭＲＡＭ。
23. 請求項１又は１１に記載の基準磁気抵抗を有する磁気ランダムアクセスメモリの読出し方法であって、
    読出しワード線によって磁気メモリセルを選択するステップと、
    読出しワード線によって選択された磁気メモリセルに隣接又は近接する磁気メモリセルを基準として選択するステップと、
    読出しワード線によって選択された磁気メモリセルのピン層を回転するために第２のビット線によって電流を提供するステップと、
    読出しワード線によって選択された磁気メモリセルに記憶されたデータを決定するために第１のビット線によって電流を提供するステップと、
    読出しワード線によって選択された磁気メモリセルの第１の電流信号と読み出しワード線によって選択された磁気メモリセルに隣接又は近接する磁気メモリセルの第２の電流信号とを増幅及び出力するステップと、を備える読出し方法。
24. 前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは同じワード線上にあるが、異なるビット線上にある、請求項２３に記載の読出し方法。
25. 前記異なるビット線は、互いに隣接している請求項２４に記載の読出し方法。
26. 前記異なるビット線は、互いに隣接しない請求項２４に記載の読出し方法。
27. 前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは、異なるワード線上であって且つ異なるビット線上にあり、前記隣接する磁気メモリセルと読出しワード線によって選択された磁気メモリセルは、互いに対角線上に位置する、請求項２３に記載の読出し方法。
28. 異なるワード線が互いに隣接又は近接しており、異なるビット線が互いに隣接又は近接している、請求項２７に記載の読出し方法。

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