TW569214B

TW569214B - Thin film magnetic memory device conducting data read operation without using a reference cell

Info

Publication number: TW569214B
Application number: TW091121115A
Authority: TW
Inventors: Tsukasa Ooishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-09-16
Publication date: 2004-01-01
Also published as: CN1426066A; DE10244969A1; KR20030051193A; CN1266704C; KR100572744B1; US20030107916A1; JP2003178573A; US6597601B2; JP4052829B2

Description

569214 五、發明說明（1) ' '—-- 發明所屬技術領域本發明係有關於薄膜磁性體記憶裝置，更特定而古，係有關於包括磁性隧道接面（MTJ :Magnetic Tunnei 。

Junction)之記憶體單元之隨機存取記憶體。習知技術在低耗電力可永久性的記憶資料之記憶裝置上， MRAM(Magnetic Random Access Memory)組件受到注目。 MRAM組件係使用在半導體積體電路所形成之薄膜磁性體永久性的記憶資料後，可對各薄膜磁性體隨機存取之記憶裝置。尤其’近年來發表藉著將利用磁性隧道接面（MTj :

Magnetic Tunnel Junction)用作記憶體單元使MRAM組件之性能飛躍似的進步。關於包括了包括磁性隧道接面之記憶體單元之MRAM組件，公開於” A 10ns Read and Write Non~Volatile Memory Array Using Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell"ISSCC Digest Technical Papers ，TA7.2，Feb· 2000· &nNon-Volatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements", ISSCC Digest Technical Papers ，TA7.2，Feb· 2000·等技術文獻。圖1 7係表示包括隧道接面部之記憶體單元（以下只稱為「MTJ記憶體單元」）之構造之概略圖。參照圖17，MTJ記憶體單元包括隧道磁阻元件TMR，電

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第5頁 569214 五、發明說明（2) 阻按照磁性寫入之記憶資料之資料位準變化；及存取用電晶體ATR。存取用電晶體ATR在寫位元線wbl及讀位元線RBL 之間和隧道磁阻元件TMR串聯。代表上，在存取用電晶體 ATR應用在半導體基板上所形成之電場效應型電晶體阳對於MTJ記憶體單元，設置在資料寫入時各Z用以使方向不同之資料寫入電流流動之寫位元線WBL及寫用數位線W D L、用以指示 > 料項出之字線W L以及接受資^斗讀出電流之供給之讀位元線RBL。在資料讀出時，響應存取用電晶體ATR之導通’隨道磁阻元件TMR在設為接地電壓qnd之寫位元線WBL和讀位元線RBL之間在電氣上連接。圖1 8係說明對於MTJ記憶體單元之資料寫入動作之概念圖。參照圖18，隧道磁阻元件TMR包括固定之磁化方向之強磁性體層（以下只稱為「固定磁化層」）FL和在按照來自外部之施加磁場之方向磁化之強磁性體層（以下只稱為「自由磁化層」）VL。在固定磁化層FL和自由磁化層VL之間設置以絕緣體膜形成之隧道障壁（隧道膜）TB。自由磁化層VL按照所寫入之記憶資料之位準在和固定磁化層FL相同之方向或和固定磁化層FL相反之方向磁化。利用這些固定磁化層FL、隧道障壁TB以及自由磁化層VL形成磁性隧道接面。隧道磁阻元件TMR之電阻按照固定磁化層FL及自由磁化層VL各自之磁化方向之相對關係變化。具體而言，隧道磁阻元件TMR之電阻在固定磁化層FL之磁化方向和自由磁

569214 五、發明說明（3) 化層VL之磁化方向係平行之情況變成最小值^匕，在兩者之磁化方向係相反之方向之情况變成最大值Rmax。在資料寫入時，字線WL變成非活化，存取用電晶體 ATR變成不導通。在此狀態，用以將自由磁化層VL磁化之資料寫入電流在寫位元線WBL及寫用數位線WDL各自朝按照寫入資料之位準之方向流動。 ^ 圖1 9係表示在資料寫入之資料寫入電流和隧道磁阻元件之磁化方向之關係之概念圖。參照圖19，橫轴H(EA)表示在隧道磁阻元件TMR内之自由磁化層VL朝易磁化轴（EA ..Easy Axis)方向施加之磁場。而，縱軸Η (HA)表示在隧道磁阻元件TMR内之自由磁化層VL朝難磁化轴（HA :Hard Axis)方向作用之磁場。磁場 H(EA)及H(HA)各自和因各自在寫位元線WBL及寫用數位線 WDL流動之電流而發生之2個磁場之各一方。 “在MTJ記憶體單元，固定磁化層叮之固定之磁化方向沿著自由磁化層VL之易磁化軸，自由磁化層η按照記料之位準⑴"及，，0")沿著易磁化軸方向在和固定磁化層叮平行或反平行（相反）之方向磁化。MTJ記憶體單元可令和自由磁化層VL之2種磁化方向對應的記憶1位元之資料（"r 由磁化層几之磁化方向只在所作用之磁場1^^)及 Η ( Η A)之和達到圖丨9中所示之星形特性線之外側區域之情況可重新改寫。即，在所作用之資料寫入磁場係相當於星形特性線之内側區域之強度之情況，自由磁化層vl之磁化

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轴方性線所示’藉著對自由磁化層VL施加難磁化秭乃门之磁％ ’可降低改難磁化之磁化臨限值。穷艰化釉之磁化方向所需俨況，，在t例子所τ ’在設計了資料寫入時之動作點之 i k次料宜貝料寫入對象之MTJ記憶體單元，易磁化軸方向之貝枓寫人磁場設計成其強度變成Ηη。^轴方元線WBL或窝用金今μ会台切V, 十在寫位之切拖所^ WR。一資料寫入磁場‘以磁化方向

換所需之切換磁場Hsw和邊限量ΛΗ之和表示。即， ^wr - Hsw + △ Η 為了改寫MTJ記憶體單元之記憶資料，即隧道磁阻元件TMR之磁化方向，需要既定位準以上之資料寫入電流流往寫用數位線WDL和寫位元線WBL雙方。因而，隧道磁阻元件TMR中之自由磁化層VL按照沿著易磁化軸（EA)之資料寫入磁場之方向，在和固定磁化層FL平行或相反（反平行）方向磁化。一度寫入隧道磁阻元件TMR之磁化方向，mMTj記憶體單元之記憶資料至執行新的資料寫入為止永久的保持。 ’、圖20係說明來自MTJ記憶體單元之資料讀出之概念圖。參照圖20 ’在資料讀出時，存取用電晶體ATR響應字線WL之活化而變成導通。又，將寫位元線WB設為接地電壓 GND。因而，隧道磁阻元件TMr在被接地電壓GND拉低之狀

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第8頁 569214 五、發明說明（5) 態和讀位元線RBL在電氣上連接。在此狀態’若以既定電壓提升讀位元線RBL，按照隧道磁阻元件TMR之電阻’即按照MTJ記憶體單元之記憶資料之位準之記憶體單元電流IceU通過包括讀位元線RBL及隧道磁阻元件之電流路徑。例如，藉著將該記憶體單元電流 Icell和既定之基準電流比較，可自MTJ記憶體單元讀出記憶資料。於是，因隧道磁阻元件TMR之電阻按照利用所作用之為料寫入磁％可改寫之磁化方向而變，藉著使隨道磁阻元件T M R之電阻R m a X及R m i η和記憶資料之位準（’，1 ”及"〇")各自對應，可永久的記憶資料。於是’在MRAM組件，利用和在隧道磁阻元件之記憶資料位準之差異對應之接面電阻之差（_Rmin) 記憶資料。一般，除了用以記憶資料之正式之MTJ記憶體單元以外，另外設置用以產生和記憶體單元電流丨cen比較之基準電流之參考單元。利用參考單元產生之基準電流設計成變成各自和MTJ記憶體單元之2種電阻Rfflax及Rmin對應之2 種記憶體單元電流Ice 11之中間值。基本上，這些參考單元和正式之MT J記憶體單元一樣的設計及製作。即，參考單元也包括包括磁性随道接面部之隧道磁阻元件TJfR。可是’隨道磁阻元件TMR之通過電流受到用作隨道膜之絕緣膜之膜厚大的影響。因此，若在正式之MT J記憶體單元及參考單元之間在隧道膜厚實值上發生差異，難將基

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第9頁 569214 五、發明說明（6) —---- 準電流a又成可偵測如上述之微小電流差之位準，讀出精度降低。胃# 尤其’在一般之MTJ記憶體單元，按照記憶資料位準發生❶之電阻差AR不太大。代表上，電阻Rmin止於之數十％程度。因而，按照記憶資料位準之記憶體單元電流 IceU之變化也不太大，止於微安培（Ma ·· 10-6A)等級。因此，需要將在正式之MTJ記憶體單元及參考單元之膜厚製程南精度化。可是’若將在製程之隧良率之降低等所引起之製造 MRAM組件，要求不引起製程 s己憶體單元之依照上述之電道膜厚精度嚴格化，擔心製造費用上升。由於這種背景，在嚴格化而高精度的執行在MTj 阻差AR之資料讀出之構造。

述明之目用參考明係一料線、憶體單料，在阻。資中之被之期間憶體單供一種薄膜磁性資料讀裝置，供給電路以及資包括第一及第二發明之概本發造，不使本發單元、資各記之記憶資方向之電體單元之氣上連接照選擇記的在於提早兀而南種薄膜磁讀出電流元，寫入按照記憶料線在資選為資料。讀出電元之電阻精度執行性體記憶資料之方料讀出動讀出對象流供給電之電壓。向磁化作時，之選擇路，令資料讀體記憶裝置之;I 出。包括複數記憶！料讀出電路。位準之其中之-包括按照磁4 包括和複數記ί 記憶體單元在1 向資料線產生才出電路，按照3

569214 一丨' 丨丨丨-— 五、發明說明（7) m隐體單元包括和該資料讀向之第一狀態之選擇記愔舻留_ 士兩尸银之磁化方壓及和在既定之磁埸作L 70氣上連接之資料線電牙^既疋之磁％作用於該選擇記憶體單元之也之μ選擇记憶體單元在電氣上連接之生按照=記憶體翠元之記憶資料之讀出資Γ ，擇記憶體單元存取，即依照二，早兀，只向選料線等之同一資料讀出路徑 ^ 5己憶體單元及資料讀出。因此，避免在接士 Γ電壓間之比較可執行資 m ^ ^ ^ ^ 避免在構成資料讀出路徑之各雷肷夕、止變動所引起之偏置等之影響，，電路之Ik 化。了將資科讀出動作高精度薄膜磁性體記憶裝置還對該複數記憶體單元之中寫控制電路較好，用以體單元在一*之資料讀2二”該記憶資料。選擇記憶入控制電路寫入既定位在6亥第一狀態之後利用該寫態。寫入控制電路在該一 j記憶資料後，變為該第二狀向該選擇記憶體單元^京-人之資料讀出動作中，執行用以同之該記憶資料之再寫二S位準和所產生之該讀出資料相這種薄膜磁性體記憔2 中，在既定位準之資料if，在一次之資料讀出動作憶體單元之資料讀出後= 及寫入後各自執行對選擇記元，可執行資料讀出。此i照兩者之比較，不使用參考單因向選擇記憶體單元再外二在一次之資料讀出動作中，元之狀態回到資料讀出叙入讀出資料，可使選擇記憶體單 _作前之狀態。 2075-5193.PF(N)；ahddub.ptd 第11頁 569214 五、發明說明（8) _寫入控制電路*執行該元之記憶資料和該所再寫入之前之^ 況，中止該再_ A &產生之該讀出資钮垓選擇記憶體單 T止系冉寫入動作更好。十4之位準传相η夕味結果，省略不雲！好 +係相同之情作時之耗電流。之再寫入動作，可读丨又一 A J减少資料讀出動讀出動作了用動作包括”之動作 L , , ^ 到和第一狀態之潠嫂勒作較好··起始 ^連接之—貝料線之電壓；第一既_，圮憶體單元在電氣體單元寫入既定位準之資料；第一乍’向選擇記憶既定寫人動作後，肖以得到和選擇t 出動作，在第- 接之資料線之電壓；讀出資料確定動^體單元在電氣上連動作後，依照各自在起始讀出動作及丄在第一既定讀出到之資料線之電壓確定讀出資料；以及定讀出動作得出資料確定動作後，向選擇記憶體單元^ =動作，在讀後之讀出資料相同之記憶資料。寫入位準和確定這種薄膜磁性體記憶裝置，在—次之資料讀中，在既定位準之資料寫入前及寫入後各自執行對憶體單元之資料讀出後，依照兩者之比較，不使用參考單元’可執行資料讀出。此外，在一次之資料讀出動^中早因向選擇記憶體單元再寫入讀出資料，可使選擇記憶體單元之狀態回到資料讀出動作前之狀態。各該記憶體單元按照該記憶資料在沿著易磁化軸方向方向磁化更好。薄膜磁性體記憶裝置還包括偏壓磁場施部，對該選擇記憶體單元施加包括沿難磁化軸方向之成

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第12頁 569214 五、發明說明（9) :之既疋之偏壓磁場。 _ 時自該第-狀態變為該第擇早7"在該偏壓磁場作用這種薄膜磁性體記；… :既定位準之資料寫入對選擇記憶體單元艘單”取，可使資料讀出：作高=…向選擇記憶器，^該包之構件更好：感測放大之電壓;以：=電=持部，保持該第-節點輸出節點和該第-節點，x而且在;笛連接該感測放大器之路，在，一節點分開；以及讀出資料產生電料。^第一狀態，按照該輸出節點之電壓產生該讀出資格胁，此，使用感測放大器之負回授，可得到按照選擇記憶體早元之記憶資料之資料線電壓。結果，抑大器發生之偏置，可使資料讀出更高精度化。^放較佳之實施例以下參照圖面詳細說明本發明之實施例。實施例1 參照圖1，本發明之實施例之MR組件1響應來自外部之控制信號CMD及位址信號ADD，進行隨機存取，對於被選為資料讀出或資料寫入對象之記憶體單元（以下也稱為

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厂選擇記憶體單元」），進行輸入資料D丨N之寫入或料DOUT之讀出。 ’貝 MRAM組件1包括控制電路5，控制MRAM組件1之作；及記憶體陣列1 〇，包括排列成行列狀之MTJ記元MC。整體憶體動單 f記憶體陣列1 0，各自和MTJ記憶體單元之列對應的配置子線WL及寫用數位線，各自和MT J記憶體單元之行對應的配置位元線BL及源極線乩。在圖i，表示代表性表不之一個MTJ記憶體單元Mc及與其對應之字線WL、寫用數位線WDL、位元線BL以及源極線SL之配置。 MRAM組件1還包括列選擇電路2〇、21，選擇按照位址信號綱所表示之列位址RA之列；行解碼器25，依照、位址信巧ADI)所表示之行位址CA選擇在記憶體陣列1 〇之行；以及項出/寫入控制電路、35。

讀記憶體作及資又電壓狀 GND)各參行列狀字線WL 配置位出/寫入控制電路30、35係綜合性的表達用以對在陣列10所配置之MTJ記憶體單元亂執行資料讀出動料寫入動作之電路群。在以下，將信號、信號線以及資料等之二次性；態（例如電源電壓Vcc)及低電壓狀態（例如接地電々自也稱為「Η位準」及「L位準」。 - 了®^，在記憶體陣列10將MTJ記憶體單元Mc配置； 2上述所示，各自和記憶體單元之列對應的配】元狳=數位線WDL，各自和記憶體單元之行對應的、、、笑儿及源極線SL。MTJ記憶體單元MC各自包括和

569214 五、發明說明（11) 在圖1 7所况明的一樣之構造，包括在對應之位元線BL及源極線SL之間串接之隧道磁阻元件TMR及存取用電晶體。隧道磁阻元件TMR如上述所示，包括按照磁化方向之電阻。即，在資料讀出前，在各MT J記憶體單元，隧道磁阻元件TMR為了記憶Η位準（”1，，）及[位準（"〇")之其中一種 ^ ^ i沿著既定之方向磁化，其電阻設為Rmax &Rmin之其各源極線SL和接地電壓GND連接。因而，各存取用士體ATR之源極電壓固定為接地電壓⑽。因而，在對應電 ::活化成H位準之選擇列，隧道磁阻元件TMR在；拉低至接地電壓GND之狀態，和位元狐連接。反拉及=在記憶體陣列1〇之列選擇之列選擇電路 =擇電路2巧21包括在各記憶體單元列所配置之列礁心a %驅動盗8〇依照表示對應之記憶體單元列之解信號Rd控制對應之字视及寫用數位線飢之記：^ t ::上未不之解碼電路得到，在選擇對應 .° " 情況，設為H位準（電源電壓Vcc)。即，和選擇列對應之節點；N ri 1故H & 外，筋㈣HMT 為準（電源電麼〜），除此以卜卽點Nd§又為L位準（接地電壓GND)。 =:二次之資料寫入動作中，各記=單元= ‘·，利用圖上未示之閃鎖電路保持在㈣Nd。列驅動副包括電晶體開關82，設於節點^及寫用數第15頁 2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 569214 五、發明說明（12) 位線WDL之一端側之間；及電晶體開關84 , 字線WL之一端側之間。針雷曰俨門+ 0a又於即點Nd及 w - ^ 對電日日體開關82之閘極，供給在對 MTJ δ己憶體早兀寫入資料時活化位準之電晶體開關84之閉極，供給在則。：對時活化成Η位準之控制信號RE。貝# 82變I ί、甬在t列驅動器8〇 ’在資料寫入時，電晶體開關 82 k成導通’而且電晶體開關84變成不導通 ::電晶體開關84變成導通’而且電晶體開關以變成不導 μ f Ϊ，：和各記憶體單元列對應的配置電晶體開關90，匕*料寫入時之資料讀出時以外，用以將字線fL之另 -端側和接地電壓㈣連接；電晶體開關92，用以將寫用數位線WDL之另一端側和接地電壓GND連接。電晶體開關9〇及92在各圮憶體單元列隔著記憶體陣列丨〇配置於 8 0之反側。電晶體開關90在閘極接受控制信號RE之反相信號 /RE，在字線WL和接地電壓GND之間在電氣上連接。電晶體開關92包括和電源電壓Vcc連接之閘極，在寫用數位線⑺儿和接地電壓GND之間在電氣上連接。在圖2之構造例，電晶體開關8=、84、90、92各自由n通道MOS電晶體構成。在資料寫入時’電晶體開關82響應控制信號WE而變成導通’依照節點Nd之電壓，即對應之記憶體單元列之解碼 k號Rd ’使對應之寫用數位線變成活化。因活化後之寫用數位線WDL·和設為Η位準（電源電壓Vcc)之節點Nd連第16頁 2〇75-5193-PF(N)；ahddub.ptd 569214 五、發明說明（13) 接，資料寫入電流I p自列驅動器8 〇流向導通狀態之電晶體開關92。 ~ ，在資料讀出時，利用電晶體開關9〇將各字線…和接地電壓G N D分離。此外，電晶體開關§ 4響應控制信號π而變成導通，按照節點Nd之電壓，即對應之記憶體單元列之解碼信號Rd，使對應之字線WL變成活化。活化後之字線礼和設為Η位準（電源電壓Vcc)之節點Nd連接。響應之，和選擇列對應之存取用電晶體ATR變成導通，在位元線虬和源極線SL之間將隧道磁阻元件TMR在電氣上連接。照這樣做，執行在記憶體陣列1 〇之列選擇動作。，接1各β己隐體單元列之字線WL及寫用數位線wdl對應的

同：構造。此外，如圖2所示，列驅動』在各d隐體単7G列配置成鋸齒形。即， A 列交互配置於字線WL和寫用數位線WD 母線几和寫用數位線WDL之另一端侧。因而，能= 率的配置列驅動器8〇。積间效讀出/寫入控制電路3〇還包括寫驅開關電路16〇。寫驅動器控制電路15。響制電=和之動作指示’按照傳達至節點f 路5 瑪器25之行選擇結果，對各記憶體單元m來自行解 :號ma、mbe如後述之詳細；m用控制電路1 50除了資料寫入動丁寫驅動is控制也按照既定之時序執杆、在貝料讀出動作中，開關電路丄將V:，字即點Nr及Nw之-方選擇性的和節賴

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^。在—般之資料寫入動作 ^ Π5 . ^ t #D t N , , 久Y恃於11 _ , 樣的s貝出/寫入控制電路35包括在一、：，行配置之寫驅動謂化。在各記憶體單元 =寫驅動器WDVa按照對應之寫人用控制信號_以電源 - i :C及接地電壓GND之其中之一驅動對應之位元線BL之 :w=。一㈣，寫驅動器爾b按照對應t寫入用控制俨被腿以電源電壓Vcc及接地電壓_之其中之一驅動心之位元線BL之另一端側。 μ 在資料寫入時，按照寫入資料㉑之位準將和選擇行對應之寫入用控制信號WDTa &WDTb設為Η位準及L位準之各一方。例如，在寫入Η位準（"i")之資料之情況，為了使資料寫入電流+Iw自寫用驅動器WDVa流向WDVb，將寫入用控制信號WDTa設為Η位準，將WDTb設為L位準。相反的，在寫入 L位準（"0")之資料之情況，為了使資料寫入電流一 Iw自寫用驅動HWDVb流向WDVa，將寫入用控制信號WDTb設為Η位準’將WDTa設為L位準。在以下，將方向不同之資料寫入電流+ I w及一 I w總稱為資料寫入電流土 I w。在非選擇行，寫入用控制信號WDTa &WDTb各自設為L 位準。又，在資料寫入動作時以外，將寫入用控制信號 WDTa及WDTb設為L位準。在資料寫入電流I p及± I w各自流入對應之寫用數位線 WDL及位元線BL之雙方之隧道磁阻元件了^^，在磁性上寫入

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第18頁 569214 五、發明說明（15) 按照資料寫入電流± I w之方向之資料。和各記憶體單元行之位元線BL對應的一樣的設置相同之構造。在圖2之構造，也可將寫用驅動器WDVa及〇几之驅動電壓設為接地電壓GND及電源電壓Vcc以外之電壓。其次說明自記憶體陣列1 〇之資料讀出動作。讀出/寫入控制電路30還包括資料線DI〇，用以傳達按照選擇記憶體單元之電阻之電壓；及讀出選擇用閘RSG，没於資料線D 10及各位元線bl之間。在讀出選擇用閘r%之閘極連接表示對應之記憶體單元行之選擇狀態之讀用行選擇線RCSL。各讀用行選擇線RCSL在選擇了對應之記憶體單元行之情況活化成Η位準。和各記憶體單元行對應的設置一樣之構造。即，利用記憶體陣列丨〇上之位元線BL共用資料線DIO。藉著採用這種構造，選擇記憶體單元在資料讀出時，經由選擇行之位元線BL及對應之讀出選擇用閘rsg和資料線DIO在電氣上連接。、讀出/寫入控制電路3 〇還包括資料讀出電路丨〇〇和資料讀出電流供給電路105。、資料讀出電流供給電路丨05包括電流供給用電晶體 107，在電源電壓Vcc和資料線〇 1〇之間在電氣上連接。電流供給用電晶體丨07由接受控制信號/RE(在資料讀出時活化成L =準）之p通道M〇s電晶體構成。電流供給用電晶體 107在資料讀出時，藉將資料線DI〇和電源電壓Vcc連接，令產生資料讀出電流I s。

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_資=出電流IS通過資料線M〇〜選擇行之讀出選擇用 =〜j擇行之位元線BL〜選擇記憶體單元之隨道磁阻擇元用件TMR存取用電晶體ATR~源極線儿（接地電壓gn㈧之路 ^電^兩，在資料線DU)產生按照選擇記憶體單元之電阻此外’在圖2 ’表示構造最簡單之資料讀出電流供給電路例，#是為了更精密的供給f料讀出電流Is，例如也可用包括電流鏡構造等之定電流供給電路構成資料流供給電路1 0 5。 t 資料讀出電路100還包括開關電路11〇、電壓保持用電容器11卜113、感測放大器120、125、13〇以及閂 140。開關電路110在一次之資料讀出動作將按照節點N1〜N3 之中之順序所選擇的逐個和資料線D ][ 〇連接。電壓保持用電谷器11 1〜11 3係為了保持節點n 1〜N 3各自之電壓而設'置。感測放大器1 2 0將節點N1及N 2之電壓差放大後輸出。感測放大器1 2 5將節點N1及N 3之電壓差放大後輸出。感測放大器130將感測放大器120及125各自之輸出間之電^差放大後輸出。閂鎖電路140將在既定之時序之感測放大器 1 3 0之輸出電壓閂鎖後，向節點n r輸出包括按照選擇記憶體單元之記憶資料之位準之讀出資料RD。向節點Nr輸出之讀出資料RD經由輸出緩衝器17〇作為來自資料輸出端子4a之輸出資料DOUT輸出。而，往資料輸入端子4b之輸入資料DIN經由輸入緩衝器175傳達至節點

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五、發明說明（17)

Nw 〇如上述所示，在一般之資料寫入動作時，開 1 6 0將節點N w和節點N 4連接。而，在資料讀出動作日電路關電路160按照來自控制電路5之指示，為了妝#，時’開

再寫入選擇記憶體單元，將節點ΝΓ和節點N4 貝料RD 連接。 < 間在電氣上其次，詳細說明如上述構成之讀出/寫入控按照實施例1之資料讀出動作。电路之其次，使用圖3之流程圖說明實施例1 一 ★ · 出動作。 -人之資料讀動作開自選擇作時，。在此隹貫狐例1之構这，一久您資始時（步驟S100)，首先，在起始資料讀出動作記憶體單元讀出記憶資料。即，在起始資料萨選擇記憶體單元之磁化方向和資料讀出動：一狀態之資料線DI0之電壓傳達至節點 % s 11 〇)。次饰符c步其次’向選擇記憶體單元寫入定咨也L Β π 干儿两八既疋位準（例如” 1 ”、夕身科。即，選擇記憶體單元接受）之之貝枓寫入磁場之施加（步疋徂+之貝料作1上執行自寫入τ既定此外’在既定讀出動資料讀出。向節®；N9仅姓a貢抖之選擇記憶體單元之驟S130)。行任此狀態之資料線DIO之電壓（步選在既定寫入動作2上

569214 五、發明說明（18) 擇記憶體單元接受用以寫入這種位準之資料之資料寫入磁場之施加（步驟s 1 4 0 )。還在既定讀出動作2上執行在既定寫入動作2所寫入之記憶資料（"〇")之讀出。向節點〇保持在此狀態之資料線D I 〇之電壓（步驟S1 5 0 )。於是’在自起始資料讀出動作至既定讀出動作2為止終了之時刻’即，在節點“13各自和資料線DI〇連接後，在節點N1〜N3各自保持和記憶資料對應之資料線電壓、和資料"1 ”對應之資料線電壓以及和資料"〇”對應之資料線電壓。在此狀態，依照節點N1〜N3之電壓比較，確定表示來自選擇記憶體單元之記憶資料之讀出資料RD(步驟sl6〇)。此外，在讀出資料RD確定後，對於選擇記憶體單元，再寫入讀出資料RD(步驟S170)。因而，對於在讀出動作順序内接受既定之資料寫入之選擇記憶體資料，可重現資料讀出前之狀態。重兒其-己隐參照圖4 ’在一次之讀出動作中，和點Nd保持在H位準。在起始資料嘈屮叙从士俘幻釘應之即叹為Η位準，控制信號WE設為L位準。此表示之MTJ記憶體單元传成A存在圖中以斜線之愔π，斟少〜&成為存取對象之選擇記憶體單元準：：而ΪίΓΐ讀用行選擇線RCSL活化成Η位旱因而對應之讀出選擇用閘RSG及選搓V措辦霞一夕存取用電晶體ATR變成導通，資料$ &擇。己隐體早兀之憶趙單元之隧道磁Λ=μκ Μ讀出電流1s通過選擇記因而’在資料線DIO產生按照選擇資料之電壓。開關電路11〇在：二己：體早兀之記憶、^貝科項出動作時，將資 inn 第22頁 2075-5193-PF(N)；ahddub.ptd 569214 五、發明說明（19) 料線DIO和節點N1連接。利用電壓保持用電容器ηι保持節點N1之電壓。因此，在和圖3中之步驟511〇對應之起始資料讀出動作時，向節點N1傳達按照選擇記憶體單元之' 資料之資料線電壓後保持。〜參照圖5，在既定寫入動作！，將控制信號RE設為匕位準’將控制“號界£設為Η位準。此外，各讀用行選擇線 RCSL非活化成L位準，在各記憶體單元行讀出選擇用問聊變成不導通。因而，各位元線BL和資料線…^分離。此外，開關電路110使資料線DI0和節點N1〜N3不連接。自控制電路5向寫驅動器控制電路1 5 〇指示用以寫入資料"1"之動作。因此，選擇列之寫用數位線變成活化，資料寫入電々IL I P Μ動。又，在選擇行之位元線，用以寫入既定資料 (:=資料寫入電流+卜在選擇行之位元線上朝自寫用驅動裔WDVa往WDVb之方向流動。即，寫驅動器控制電路丨50響應來自控制電路5之寫入指不」將選擇行之寫入用控制信號WDTa設為H位準，將 WDTb設為L位準。此外，#其他之記憶體單元行對應 ^用控，信號WDTa及WDTb都設為L位準。因而，對於；選擇記憶體單元強迫的寫入既定位準之資料（，，丨"）。參照圖6，在既定讀出動作1，將控制信號RE設為H位準’將控制信號WE設為L位準。此外’為了再執行自選擇記憶體單元之資料讀出，對應之字線WL及讀用行選擇線 RCSL活化成Η位準。此外，開關電路11〇將資料線M〇和節第23頁 2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 569214

五、發明說明（20) 點N2連接。利用電壓保持用電容器112保持節點歐。 · <电因此，在和圖3中之步驟5丨30對應之既定讀出動，自選擇記憶體單元讀出了資料”丨”時之資料線’ 節點N2後保持。电i得達至參照圖7，在既定寫入動作2，和既定寫入動作丨時一樣，將控制信號rE設為L位準，將控制信號WE 而且將位元紙和資料侧分離。此外，開關 =料線DIO和節點N1〜N3都未連接。自控制電路5向寫驅器控制電路1 50指示用以寫入資料"〇"之動作。·、、、

因此’對應之寫用數位線WDL變成活化，資料寫入電流Ip流動。又，在選擇行之位元線，用以寫入這種料寫入電流一^在選擇行之位元線上朝自寫用驅動aWDVb往WDVa之方向流動。 ^ 即，寫驅動器控制電路1 5 0響應來自控制電路5之寫入指示’將選擇行之寫入用控制信號WDTa設為L位準，將 WDTb設為Η位準。此外，和其他之記憶體單元行對應之寫 ^用控，信號WDTa及WDTb都設為L位準。因而，對=選擇

^憶體單元強迫的寫入位準和既定寫入動作不同之資料 (’’ 0 丨’）。參照圖8，在既定讀出動作2，將控制信號RE設為11位準’將巧制信號WE設為L位準。此外，& 了再執行自選擇記憶體單元之資料讀出，對應之字線WL及讀用行選擇線 RCSL活化成Η位準。此外，開關電路11〇將資料線di〇和節

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利用電壓保持用電容器11 3保持節點N 3之電點N 3連接壓。因此在和圖3中之步驟S1 5 0對應之既定讀出動作2，自選擇記憶體單元讀出了資料"。"時之資料線；至節點N3後保持。了貝丁叶深电&得達至 —因而’在既定讀出動作2終了時，利用電壓保谷姦11卜113在節點N1保持和選擇記憶體單元之記憶資料對應之電壓，在節點N2保持自選擇記憶體單元讀出資料 "1"時之資料線電壓’在節點N3保持自選擇元出資料"0"時之資料線電壓。因此’在感測放大器120及125之其中一方，因入電壓變成同位準，其輸出幾乎未放大，在另一方' 感測放大器，其輸出電壓大為放大。具體而言，在憶體單元之記憶資料係”丨”之情況，感測放大器12〇之輸° 幾乎未放大，而感測放大器125之輸出放大至全振幅為止。相反的，在選擇記憶體單元之記憶資料係"〇 "之^ 況，感測放大器1 2 5之輸出幾乎未放大，而感測放大器之輸出放大至全振幅為止。 " 第二段之感測放大器130按照來自第一段之感測放大器1 2 0及1 2 5之輸出電壓之比較，產生按照選擇記憶體一之記憶資料之電壓。感測放大器130之輸出按照和在圖3 = 之步驟S160所示之讀出資料確定動作對應之時序，保閂鎖電路140。閂鎖電路140在節點ΝΓ產生按照保持電壓；讀出資料RD。、 ^

569214 五、發明說明（22) 參照圖9，在資斜益仓元再寫入讀出資料f卩寫入動作時，對於選擇記憶體單之間。又，向芎驅動w >，開關電路〗60連接節點計和N4 路5進行再寫^ 5 以自行控制電因此，寫驅動器控制電路15〇在設定對應之寫入用控制信綱Ta謂二之位m 準之資料寫入電流或-Iw。一樣的，控制信號WE也變成導通，資料擇列之寫用數位線WDL。 .、、、電机Ip ^向選因而，因對選擇記憶體單元再寫入和在前之選擇記憶體單元之記情資料斜麻科讀出動作兮掩妙II - + U, Γ 枓對應之讀出資料RD，選擇 5己隐體皁7L之狀態回到資料讀出動作前之狀態。其次，使用圖1 〇說明實施例j之資料讀出動作。參照圖1 0，構成圖3所示之一次之資料讀出動作例如可令和時鐘信號CLK同步的執行。即，在係時鐘信號CLK之活化緣之時刻t0，取選擇#號CS及讀命令rc後，執行起始資料讀出動作始資料讀出動作，選擇列之字線WL變成活化，而且供給1 擇行之位元線BL資料讀出電流Is。利用資料讀出電^丨、6選資料線DI0所產生之電壓，即自選擇記憶體單元讀出^ S在資料時之資料線電壓傳達至節點N1後保持。〇t ^ 自和下一時鐘活化緣對應之時刻11執行既定寫 1。與其對應的’資料寫入電流I p流向選擇列之寫用乍線WDL，資料寫入電流+Iw流向選擇行之位元線Bl ，對選擇第26頁 2〇75-5193-PF(N)；ahddub.ptd 569214 五、發明說明（23) έ己憶體單元強迫的寫入既定位準之資料（” 1 ”）。此外’自係下一時鐘活化緣之時刻t2執行既定讀出動作1。即，在選擇列之字線WL活化之狀態，供給選擇行之位元線BL資料讀出電流Is。利用資料讀出電流。在資料線 D10所產生之電壓，即自選擇記憶體單元讀出資料”丨"時之資料線電壓傳達至節點^^2後保持。自係下一時鐘活化緣之時刻t3執行既定寫入動作2。因而’資料寫人電流I p流向選擇列之寫用數位線飢，資料Iw流向選擇行之位元線BL，對選擇記憶體單疋強迫的寫入位準和既定寫入動作丨不同之資料（"〇")。作9此Β外/·自s?係^ —時釦活化緣之時刻t4執行既定讀出動作2。即，在選擇列之字線WL活化之狀態，供位元線BL資料讀出電流Is。自選擇情禪^之 "〇··時之_資料線電料達至節點持體单几項出資料執行既定讀出動作2 ’在節點m3，保持和選 :己憶體早…己憶資料、資料”"及資料"〇" 壓。因此，可依照節點N1〜N3之電壓產生讀出資_'電此外，自相當於下一時鐘活化緣之時刻t5。出端子4a輸出按照讀出資料RD之輸出資料D〇 ^貝料輸的執行對於選擇記憶雜單元之資料再寫入動作。° ^其並列寫入電流Ip流向選擇列之寫用數位線鼠 I7 ’資料 RD之位準’資料寫入電流+ Iw或-Iw流向選擇Γ 5f出資料 BL。因而，對選擇記憶體單元寫入位準和钱仃之位元線之資料後，選擇記憶體單元回到和資料讀出"=資料RD相同、^動作前相同之第27頁 2〇75-5l93-PF(N);ahddub.ptd 569214 五、發明說明（24) 狀態。一此外，如圖2所示，也可將用以執行丨位元之資料讀出及貧料寫入之構造設為一個方塊’由複數方塊構成㈣“組件。在圖1 0組合的表示在這種構造之資料讀出動作。在包括複數方塊之MRAM組件，對於各方塊，並列的行按照圖3所示之流程構成之資料讀出動作。即，在包括和圖2 —樣之構造之別的方塊，也執行一樣之資料讀出動作，在，刻t4，在各方塊產生來自之讀出資料〇。在這種構造，例如，自相當於下一時鐘活化緣之時刻 =，可將來自複數方塊之各方塊之讀出資料⑽連續的訊 (Burst)作為輸出資料D〇UT輸出。在圖1〇表示在時刻 t資5料來τΐ:個Γ免之_ 方揄夕祷^次、,’、自係下一時鐘活化緣之時刻16，和在別的動# 5貝貝料RD對應的將'，Γ作為輸出資料DOUT輸出之動作例。緣，2〔卜棋在圖1 〇 ’表示各自響應時鐘信號CLK之活化緣’執仃構成一次之資料啬本發明之雁田“：1動作之各動作之構造，但是 CLK, A ^ 义疋為這種動作，即，響應時鐘信號號，在睹错* ^還產生時序控制信號，響應該時序控制信次之資料之一個時鐘週期内，執行圖3所示之一動=== 造也關於這種-次之資料讀出料讀出動作所需之時時知化號CLK)，可按照一次之資率之關係適當的決定動作時鐘之時鐘信號c L κ之頻

569214 五、發明說明（25) 於是，若依據實施例丨之構造，在疋之資料讀出動作，不使用參考單、著選擇：憶體早體單元存取就可讀出資料1，依 ^只對選擇記憶單元、同一位元蝮、同J用包括同一記憶體同一資料讀出路徑執行之電壓比較產生放大器專之要參考單元’令各MTJ記憶體單元執行”資料。因不需部之MTJ記憶體單元用作有效位元。订貝枓冗憶’可將全因此’避免由在構成資料讀出路動所引起之偏置等之影響，可二各電路之製造變即’與和參考單元等別：記= =動作高精度化。電路系之I：卜鲂靖Ψ * ώ时·、或所附加之資料讀出製造變動等之：響擇記憶體單元之資料，不如排除表kI動專之衫響，可高精度的讀出資料。實施例1之變形例圈3/严圖」I’面在實施例1之變形例之資料讀出動作’和行資料Α宜入止 #枓之步驟^ 60和執二=钭再寫入動作之步驟S1 7〇之間還包括判料再寫入動作之步驟Sl65上不同。貝在既作52,所判宜定在步_〇所確定之讀出資獅和疋寫入動作2所寫入之資料（"〇")是否相同。在兩者 =同之情：：☆執行資料再寫入動作之前，因選擇記 :之ΐ Ξ(之-V/:之位準已和在後續之步驟si 7〇想再寫入之二枓（sw出㈣RD)相同，*必執行:.料再寫人動作。於是，在執行資料再寫入動作之前選擇記憶體單元之

2075.5193.PF(N)；ahddub.ptd 第29頁 569214

五、發明說明（26) ^^ =憶資料之位準和已確定之讀出資料RD相同之貪料再寫入動作（步驟S1 70 )後，結束一次之次二1，祧過 (步驟S180)。結果，省略不必要之再寫入動作枓^出動作料讀出動作時之耗電流。可減少資此外，在實施例1及其變形例，說明了在作1及既定寫入動作2各自強迫的寫入” i ”及"〇"寫入動 =是在這些動作之資料位準之設定係相反也可。作例，木=在既定寫入動作1寫入資料” 〇” 、在二也可入資料"1”之構造。疋冩入動作2寫又，在實施例丨及其變形例，說明了一入動似既定言賣出動#之構造，•是也可2 =之无疋寫入動作及既定讀出動作之構造。 … 作之採用依照在起始資料讀出動料線電壓之間是否發生；讀出動作之；料RD之構造即可。例如乂上之電壓差產生璜出資若省略和節點Ν3對應之電=2姓所示之資料讀出電路1〇0，器125之配f，而反電壓保持用電容器113及感測放大中間之之輸入之-方設為料讀出電路!。。之元件數仃攻種資料讀出。因而，可減少資要文’可小面積化及低費用化。實施例2

第30頁 I麵 2075.5193.PF(N)；ahddubptd 569214 五、發明說明（27) 在實施例2，說明了使用構造更簡化之資料讀出電路，和實施例1 一樣的只利用對選擇記憶體單元之存取執行資料讀出之構造。在圖1 2表示對MTJ記憶體單元供給之資料寫入電流及 MTJ記憶體單元之電阻之關係（滯後特性）。參照圖1 2，在橫軸表示在位元線流動之位元線電流 I(BL)，在縱軸表示MTJ記憶體單元之電阻Rcell。利用位元線電流I(BL)產生之磁場在MTJ記憶體單元之自由磁化層 VL包括沿著易磁化軸方向（EA)之方向。而，利用在寫用數位線WDL流動之數位線電流I(WDL)產生之磁場在自由磁化層VL包括沿著難磁化轴方向（HA)之方向。因此’位元線電流I (BL)超過令自由磁化層VL之磁化方向反轉之臨限值時，自由磁化層VL之磁化方向反轉，記憶體單元電阻Rcell變化。在圖12,在正方向之位元線電流I (BL)超過臨限值之情況，MTJ記憶體單元電阻Rcel 1變成最大值Rmax，而在負方向之位元線電流I (BL)超過臨限值之情況，MTJ記憶體單元電阻!^611變成最小值Rmin。這種位元線電流I(BL)之臨限值因在寫用數位線WDL流動之電流I(WDL)而異。

首先’在圖12中以虛線表示在寫用數位線WDL流動之數位線電流I (WDL) = 0之情況之記憶體單元電阻Rcel i之滯後特性。將在此情況之位元線電流丨（BL)之正方向及負方向之臨限值各自設為11 〇及一110。而’在電流流向寫用數位線WDL之情況，位元線電流

207$-5193-PF(N);ahddub.ptd 第31頁 569214 '發明說明（28) I (BL)之臨限值降低。在圖丨2以實線表示係數位線電流 i (WDL) = IP之情況之記憶體單元電阻RceU之滯後特性。由於利用數位線電流I(WDL)產生之難磁化軸方向之磁場之影響’位元線電流I (BL )之正方向及負方向之臨限值各自變為 Itl(Itl<ItO)及一Itl(~iti>—It0)。本滯後特性表示在資料寫入動作時之記憶體單元電&Rce i 1之舉動。因此’在資料寫入動作時之位元線電流I ( BL )，即資料寫入電流Iw 及-Iw 設於Itl<+Iw<It〇)及一 It〇< — Iw< _Itl 之圍0 而’在資料讀出動作時之位元線電流〗（BL)，即資料讀出電流I s，因作為將選擇記憶體單元或寄生電容等作為 RC負載所連接之資料線DI〇之充電電流流動，和在資料寫入時之位元線電流I (BL )，即資料寫入電流± IW相比，— 般在位準上小2〜3位數。因此，在圖1 2中，可看成資料讀出電流I s与0。 ° 在資料讀出前之狀態，設定隧道磁阻元件TMR中之自由磁化層之磁化方向，使得包括在圖12中之（a)或（(：）之狀態’即選擇記憶體單元包括電阻Rm i n或心仏之其中之一。在圖13表示在圖12所示之各狀態之隧道磁阻元件之;^ 化方向。圖13中之（a)表示在圖12中之（c)之狀態之磁化方向。在此狀態，因自由磁化層VL之磁化方向和固定磁化層FL之磁化方向反向，將記憶體單元電阻Rce 11設為最大值 Rmax °

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569214 五、發明說明（29) 自此狀態，既定電流（例如資料寫入電流I p )流向寫用數位線WDL時，雖然自由磁化層VL之磁化方向未至反轉之狀態，反轉某種程度，隧道磁阻元件TMR之電阻Reel 1變化。例如，如圖13中之（b)所示，在自圖13中之（a)之磁化狀態再施加數位線電流I ( WDL )所引起之難磁化軸（Η A)方向之既定偏壓磁場之情況，自由磁化層VL之磁化方向稍微轉動，變成和固定磁化層FL之磁化方向成既定之角度。因而，在和圖13中之（b)對應之磁化狀態，記憶體單元電阻 Rcell自最小值Rmin上升至RmO 〇一樣的，自圖13中之（c)之磁化狀態再施加一樣之既定偏壓磁場之情況，自由磁化層VL之磁化方向稍微轉動，變成和固定磁化層FL之磁化方向成既定之角度。因而，在和圖13中之（d)對應之磁化狀態，記憶體單元電阻Rcel 1自最大值Rmax下降至Rml。於是’藉著施加難磁化軸（Η A)方向之偏壓磁場，記憶與最大值Rmax對應之資料之MTJ記憶體單元之記憶體單元電阻Rcell降低，而記憶與最小值Rmin對應之資料iMTJ記憶體早元之$己憶體單元電阻R c e 11上升。

於是，若對於寫入了某記憶資料之MTJ記憶體單元施加難磁化軸方向之偏壓磁場，可令記憶體單元電阻。6 i i 產生極性按照s己憶資料之電阻之變化。即，響應偏壓磁場之施加而發生之記憶體單元電阻Rce u之變化按照記憶資料之位準包括不同之極性。在實施例2，執行利用這種MTJ

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第33頁 569214 五、發明說明（30) 記憶體單元之磁化特性之資料讀出。參照圖1 4，在實施例2之構造，和圖2所示之實施例1 之構造相比，在讀出/寫入控制電路3 〇句含替代資料讀出電路100之資料讀出電路200及省略開關電路160之配置上不同。資料讀出電路200包括開關電路21〇，設於資料線D 1〇和節點N1及N 2之間；電壓保持用電容器2 11及2 1 2，各自和節點N1及N 2對應的設置；感測放大器2 2 〇及2 3 0 ;以及閂鎖電路240。開關電路210在一次之資料讀出動作，將在節點N1及 N2之中依次選擇之一個節點逐一和資料線D丨〇連接。為了保持節點N1及N2而設置電壓保持用電容器211及212。感測放大器220將節點N1及N2之電壓差放大。第2段之感測放大器230將感測放大器220之輸出再放二鎖之電=大；”路240將在既定之時序之感測放大器括按J選擇-己情體'乂巾田為止：/閂鎖，向節點叶輸出包按照實施例2之一次之資料=出之動位/之讀出資_。施例1之起始資料讀出動作之第一讀你由相當於在實流向選擇列之寫用數位線WDL之狀動作和在偏壓電流構成。尤其，也可在資料寫入時在丁之第二讀出動作資料寫入電流I p用作該偏壓電流。在位線WDL·流動之置在資料讀出時供給偏壓電流之電路，^因不必新配在第一讀出動作，在電流未流 L間化電路構造。宁應之寫用數位線

569214 五、發明說明（31) ΓΛ狀態（κ飢）喝，即，選擇記憶體單元之磁化方6 ;:料::ΐ前一樣之狀態，執行自選擇記憶體單元之Λ -屮電路210連接資料線dw和節點νι。因而，在第一項出動作之資料線電壓 u而在第於節點N1。 ^利用電&保持用電容器211保持庫$ Ϊ =在ΐ二讀出動作，在偏壓電流流向和選擇列對 :之寫用數位舰之狀態(職)，）， =: 化轴方向之既定之值厥# 任’口者難磁態，執盯自選擇記憶體單元之資料讀出。早疋之狀在第二之資料讀出時，節點Ν2。因而，在第1f，路210連接資料線DIO和節謂，利用電出時之資料線電㈣達至电至保持用電容器212保持。如上述之說明所示，藉入、 =體單元之記憶體單元電阻心在第Λ場出作動用作時選擇因而’在第二讀出動作時貝抖位準之極性變化。動作時上升或下降。之電壓比第一讀出記憶資料(例如"1在)選之擇清己:體早憶和電阻1^ 對應之壓比在第-讀出動作時ρ。$；7 動作時之f料線電阻Reel 1因數位線電流J :所這疋由於隨著記憶體單元電變小，在隨道磁阻元在選擇記憶體單亓。/；，L之電流增加之緣故。而，心單凡自己憶和電阻R m i n ff廄+』 ”〇")之情況，第二1_ 對應之屺憶資料（例如貝出動作時之資料線電壓比在第一讀出第35頁 2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 569214 五、發明說明（32) 動作時的低。這是由於隨著記憶體單元電阻Rce 11因數位線電流I(WDL)所引起之偏壓磁場之作用而變大，在隧道磁阻元件TMR流動之電流減少之緣故。感測放大器2 2 0比較在節點N1及N 2各自所保持之電壓，即在第一及第二讀出動作各自之資料線電壓。在第二讀出動作執行後，藉著利用閂鎖電路24〇放大將感測放大器220之輸出再放大之感測放大器230之輸出及閂鎖後產生讀出資料RD，讀出資料RD變成銪按照選擇記憶體單元之記憶資料之位準。、於是，在按照實施例2之構造，不需要如實施例丨之構仏般強迫的寫入既定位準之記憶資料之既定寫入動作及所伴隨之既定讀出動作。㈣γΛ’，道磁.阻元件之磁化方向*會因在寫用數位 i # ffiM之偏壓電流（資料寫入電流〖Ρ)對選擇記憶體單 ::用之磁場而反轉。目此，在令偏壓磁場消滅之時刻，之ίΓ己Ϊ體T元之磁化方向回到和資料讀出動作前相同 ΪΞ;寫= 資料讀出動作，也不需要如實施例1之結果’寫驅動器控制電路丨昭只按照資料寫人動作私;控制電路5之指不，讀出資料RD傳達至穹鯧。又，不需要用以將寫驅動器控制電路150 Λ ,制電路150之開關電路160， DIN，產生寫入用n彺貝料輸入端子4b之輸入資料參照圖15，按昭制實即可。 …也例2之一次之資料讀出動作例如

569214 五、發明說明（33) 可令和時鐘信號CLK同步的執行。選擇二m:信號clk之活化緣之時亥⑴0，取入晶片執行相當於起始資料讀出動作化第5貝出動作，選擇列之字線WL變成資給選擇行之位元線BL資料讀出電流is。利用 ==仏在資料線Di0產生之電屢，即自選擇記憶 ^早^出了記憶資料時之f料線電壓傳達至節刪後保自和下一時鐘活化緣對應之時刻tl，執行 =宜:’在和資料讀出電流Is相同之偏a電流流向選擇列之寫用數位線WDL之狀態，選擇列之字線叽變成活化而且供給選擇行之位元線BL資料讀出電流h。因而，線DIO產生之電壓傳達至節謂後保持。在第二讀出動作以後，可依照節點N1及N2之電壓比較產生讀出資料RD。此外，自相當於下一時鐘活化緣之時刻t2，自資料輸出端子4a輸出按照讀出資料RD之輸出資料D〇UT。此外，在按照實施例2之構造，和在圖1〇所說明的一樣，也可將圖14所示之用以執行丨位元之資料讀出及資料寫入之構造設為一個方塊後，由複數方塊構成MRAM組件。在此情況，也藉著對各方塊並列的執行一樣之資料讀出動作，利用自時刻11執行之第二讀出動作，可在各方塊產生來自選擇記憶艘單元之讀出資料。因此，自相當於下一時鐘活化緣之時刻t2，可將來自複數方塊之各方塊之讀出資料RD連續的訊衝（Burst)作為輸出資料D〇UT輸出。在圖第37頁 2〇75-5193-PF(N)；ahddub.ptd 569214

五、發明說明（34) 1 5表示，在時刻t 2 ’和來自一個方塊之讀出資料r J)對應的將” 0”作為輸出資料DOUT輸出，自係下一時鐘活化緣之時刻13 ’和在別的方塊之讀出資料R d對應的將” 1，·作為輸出資料D0UT輸出之動作例。 ’ 此外，在圖15 ,也表示各自響應時鐘信號CLK之活化緣，執行構成一次之資料讀出動作之各動作之構造，但是本發明之應用未限定為這種動作，即，響靡時鐘作號一 CLK，在内部還產生時序控制信號，響應β該%序$控°制% m:;cLK之一個時鐘週期内，執行按照實關2 動作之構造也可。如上述之說明所示， =？讀！動作所需之時鐘週期數(時鐘信時鐘之頻率之關係適當：=出動作所需之時間和係動作於是，若依據實施例2之構造，用參考單元，#著只對選擇記'7例1 -樣，不使讀出資料…卜，因減少在資料$::存取就可高精度的配置個數’而且可令成為比較對象：：路之感測放大器之料讀出電路之元件數減少而小面$電壓數減少，可因資輕在電壓比較動作之偏顇：及低費用4匕’而且減精度化。 Η 可使資料讀出動作更高此外，因不需要在資料讀出化。〈貝枓璜出動作更高速

569214 五、發明說明（35) 實施例2之變形例參照圖1 6 ’在實施例2之變形例之資料讀出動作，和圖1 4所示之實施例2之構造相比，在讀出/寫入控制電路在包括替代資料讀出電路200之資料讀出電路300上不同。關於其他部分之構造及動作，因和實施例2 —樣，不重複詳細之說明。資料讀出電路3 0 0包括感測放大器3 1 0，放大資料線 DIO和節點Nf之電壓差；負回授開關320，將感測放大器 31 0之輸出向節點N f回授；電壓保持用電容器3 2 5，保持節點Nf之電壓；感測放大器330，將感測放大器310之輸出再放大；以及閂鎖電路340，按照既定之時序將感測放大器 330之輸出放大及閃鎖後向節點Nf產生讀出資料RD。在實施例2之變形例之資料讀出動作，數位線電流 I(WDL) = 〇，而且在負回授開關32〇變成導通之狀態，和選擇記憶體單元對應之字線乳及讀用行選擇線“儿活化成Η 位準。因而，對於選擇記憶體單元，執行和在實施例2之第一讀出動作一樣之資料讀出。在第一讀出動作，利用在感測放大器31 〇之負回授，節點Nf之電壓逐漸接近資料線1)1〇之電壓，即按照選擇記憶體單元之記憶資料之電壓。節點Nf之電壓達到安定之狀態時，負回授開關320變成不導通。在負回授開關3 2 0變成不導通後，在保持和選擇記憶體單元對應之字線WL及讀用行選擇線RCSL之活化狀態之狀心偏壓電流再開逐漸流向選擇列之寫用數位線。隨

2075-5193-PF(N)；ahddub.ptd 第39頁 569214 五、發明說明（36) ^作對：擇5己憶體單^ ’可執行和在實施例2之第-讀出動作一樣之資料讀出。乐一項出結果，選擇記憶體單元之記照記憶資料位準之極性變化。^， CeU以按按照選擇記恃體單元之$揞咨w 貝枓線DIO之電壓也 ”，感測放大器310之輸出也按記戈降變成…，而且按照資料寫：電忒流 m後之在既定之時序之感測放大器31。之用，擇記，體單元之記憶資料位準對應之位準之讀出和。於疋，在按照實施例2之變形例之資料接 y 續的執行在實施例2之第一及第二讀出動作:作，連藉著採用這種構造，和實施例2 —樣，一，行資料讀出。此外，在按照實施例2:;:= 造，因使用一個感測放大器3 1 〇之負回授可構記憶體單元之記憶資料之資料線電壓，抑于"> 照選擇之偏置，可使資料讀出更高精度化。制在感測放大器第40頁 2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 5的214 圏式簡單說明 -----—___ 、生圖1係表示按照本發明之實施例之MRAM組件丨敫啤 \之概略方塊圖。玉肢# 圖2係表示用以對記憶體陣列1 〇執行資料讀 >料寫入動作之讀出/寫入控制電路之實施略圖。 ^ <構造之電圖3係說明實施例1之一次之資料讀出動圖4係說明在起始資料讀出動作時之讀 ^呈圖。略之動作之說明圖。貝出/寫入控制電控制電路圖5係說明在既定之寫入動作1之讀出/ 之動作之說明圖。 ·、、、入制電路八控制電路圖6係說明在既定之讀出動作1之讀出/ 之動作之說明圖。、’、入控圓7係說明在既定之寫入動作2之讀出/ 之動作之說明圖。馬圖8係說明在既定之讀出動作2之讀出/ A/c ad ISI ^ 之動作之說明圖。 w ’咼入控制電路圖9係·說明在資料再寫入動作之讀出動作之說明圖。焉入控制電路之圖1 0係說明按照實施例丨之資料讀圖。勒作之動作波形圓11係說明按照實施例丨之變形例之一— 動作之流程圖。次之資料讀出之概念圖圖1 2係用以說明按照實施例2之資料结念圖。 $出動作之原理 569214 圖式簡單說明圖1 3係說明在圖1 2所示之各狀態之随化方向之概念圖。圖圖道磁p且圖1 4係表示按照實施例2之讀出/宜 ® /冩入控制電圖1 5係說明按照實施例2之資料靖山4 貝了叶碩出動作之動圖1 6係表示按照實施例2之變形例之妹欠匡貝出/寫路之電路圖電％作竣形入控制電念圖圖1 7係表示Μ T J記憶體單元之構造 m <概略_ 圖18係說明對於MTJ記憶體單元之資園。、、、入動作之概圖1 9係表示在資料寫入之資料寫入一件之磁化方向之關係之概念圖。 a α隨道磁阻元圖20係說明自MTJ記憶體單元之資料讀出之概念圖。符號說明 1〜MR AM組件； 5〜控制電路； 10〜記憶體陣列； 20、21〜列選擇電路 30、35〜讀出/寫入控制電路； 8 0〜列驅動器； 100、200、300〜資料讀出電路； I 0 5〜資料讀出電流供給電路； II 0、1 6 0、2 1 0〜開關電路；111、112、113、211、212、325 〜電壓保持用電容

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120、125、130、220、230、3 10、330 〜感測放大器； 140、240、340〜閃鎖電路； 150〜寫驅動器控制電路； 170〜輸出緩衝器；175~輸入緩衝器； 320~負回授開關；ATR〜存取用電^供. BL〜位元線； CA〜行位址； DIN〜輸入資料； D10〜資料線； DOUT〜輸出資料； FL〜固定磁化層； GND：^tM ； &〜資料寫入^流（偏壓電〜

Is〜資料讀出電流、MCMTJ記憶體單元；电机）； RA〜列位址； RCSL〜讀用行選擇 RD〜讀出資料； ' ’

Rcell、Rmax、Rmin〜記憶體單元電P且； SL〜源極線； TMR〜隧道磁阻元i u件； VL〜自由磁化層； Vcc〜電源電壓； ’ WDL〜寫用數位線； WDTa、WDTb〜寫< WDVa、WDVb〜寫用驅動器；用检制信 WL〜字線。 &〜

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Claims

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六、申請專利範圍 1 · 一種薄膜磁性體記憶裝置，包括·· 複數記憶體單元，各自包括按照磁化方向之電阻，各 *玄δ己憶體早元寫入包括第一及第二位準之其中之一之記情資料，在按照該記憶資料之方向磁化；〜 ^料線’在資料讀出動作時’包括和該複數記憶體單^ 元之中之被選為資料讀出對象之選擇記憶體單元在電氣上連接之期間；讀出電流供給電路，為了令向該資料線產生按照該選擇記憶體單元之電阻之電壓而供給該資料線資料讀出^ 、流；以及資資料讀體單元於該選在電氣之記憶 2. 中，還之一寫該態之後變為該該以向該料讀出電出動作前在電氣上擇記憶體上連接之資料之讀如申請專包括寫入入該記憶選擇記憶利用該寫第二狀態寫入控制選擇記憶一·〜〇 π不口琢一樣之磁化方向之第一狀態之該選擇記情連接之資料線電壓及和在既定之磁場作^ f元之後之第二狀態之該選擇記憶體單元電壓，產生按照該選擇記憶體單元 Μ料。利範圍第1項之薄膜磁性體 =電路…對該複數記憶體裝單置元之、中體單元在一次之資料讀出動作入控制電路寫入既定位準 ^ ；半之記憶資料後，電路在該一次之資料讀體單元再寫入位準和所產：作中，執灯用所產生之該讀出資料 569214 --.^ 六、申請專利範圍相同之該記憶 3·如申請中，該寫入控單元之記憶資情況，中止該 4·如申請中，該選擇記路寫入位準和態；該資料讀各狀態之和該產生該讀出資 5·如申請中，該資料讀開關電路料線之連接對第一節點線連接，第二節點線連接；第三節點線連接；電壓保持壓；資料之再寫入動作。專利範圍第2項之薄膜磁性體記憶裴置，其制電路在執行該再寫入之前之該選擇記憶體料和該所產生之該讀出資料之位準係相同之再寫入動作。專利範圍第2項之薄膜磁性體記憶裝置，其體單元在該第二狀態之後利用該寫入控制電該既定位準不同之記憶資料後變為第三狀出電路按照在該第一、第二以及第三狀態之選擇記憶體單兀在電氣上連接之資料線料。專利範圍第4項之薄膜磁性體記憶裝置，其出電路包括： ' ，在該一次之資料讀出動作中依次切換該資象； ' ，在該第一狀態，利用該開關電路和該資料，在該第二狀態，利用該開關電路和該資料，在該第三狀態，利用該開關電路和該資料部，保持該第一、第二以及第三節點之電

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 569214 六、申請專利範圍第一感測放大器，將該第- -及第一々/Γ -郎 Wh “、、Ο 大第二感測放大器，將該第一 -及第三節點大，第三感測放大器，將該第- -及第二感測之輸出之電壓差放大；以及秦 .閃鎖電路’在第一、第二以及第三節點各自和連接後，按照該第三感測放大器之輸出產生該讀出資， 6·如申請專利範圍第4項之薄膜磁性體記憶中，該寫入控制電路在執行該再寫入之前之該選擇’其許 =兀之記憶資料和該所產生之該讀丨f料之位 g 情況，中止該再寫入動作。 +係相同之 *，7該；：= '項之薄膜磁性體記憶裝置，其複數節點； ίϊίί保資該:复數節點之電壓； ⑩ 選擇之—㈣點和該資料線連接；^ 之順序該讀料產生電路’按照該複數節點各自之電麼產生節點:亥：：Ϊ路在該第—狀態’將該複數節點之中少和與该選擇記憶體單元在電氣上連接之讀資：'J:個麵麵 2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 第46頁 569214 六、申請專利範圍接；線料中，8各第1項之薄膜磁性體記憶裝置，其之方向^ i匕了單兀按照該記憶資料在沿著易磁化軸方向選擇ΐ二：f性體記憶裝置還包括偏壓磁場施加部，對該，《隐體单兀施加包括沿難磁化軸方既偏壓磁場； ^ 該選擇記憶體單元在該偏壓磁場作用時自該第一狀觫變為該第二狀態。 9·如申請專利範圍第8項之薄膜磁性體記憶裝置·，其中，該資料讀出電路包括：開關電路’在一次之資料讀出動作中依次切換該資料線之連接對象；、第一節點，在該第一狀態，利用該開關電路和該資線連接； ' 第二節點，在該第二狀態，利用該開關電路和該資線連接； ' 電壓保持部，保持該第一及第二節點之電壓；及感測放大器，將該第一及第二節點之電壓差放大；以門鎖電路，在第一及第二以節點各自和該資料線連接

2075-5193-PF(N);ahddub.ptd 569214 六、申請專利範圍後’按照該感測放大器之輸出產生該讀出資料。 10、如申請專利範圍第8項之薄膜磁性體記憶裝置，其中’在該第:及第二狀態發生之該選擇記憶體單元之電阻之變化，表=按照該記憶資料之位準而異之極性。 11 ·如申請~專利範圍第8項之薄膜磁性體記憶裝置，其中，在一次之貧料讀出動作中該選擇記憶體單元自該第一往第二狀態連續的變化。 1 2 ·如申睛專利範圍第8項之薄膜磁性體記憶裝置，其中，該資料讀出電路包括：感測放大器，將與該選擇記憶體單元在電氣上連接之資料線之電壓和第一節點之電壓差放大；電壓保持部’保持該第一節點之電壓； …4，電路’在該第一狀態，連接該感測放大器之輸出卽！ϋ口 ΐ第一郎點，而且在該第二狀態，將該感測放大器之”亥第一節點分開；以及夕雪ί 3 ί產生電路，在該第二狀態，按照該輸出節點之電壓產生遠讀出資料。 1 3 ·如申言杳蚩工丨巾，# &厭#專利砣圍第8項之薄膜磁性體記憶裝置，其中…玄偏壓磁場施加部包括：複數寫用赵^Γ ^ 及歌位線，各自和記憶體單元列對應的配置；列驅動器位線變成活化在資料寫 ’按照列選擇結果使和選擇列對應人動作，用以產生沿著該難磁化轴之寫用數方向之既

569214 六、申請專利範圍定之磁場之電流流向利用該列驅動器變成活化之寫用數位線；該列驅動器部在該資料讀出時之前之該第二狀態，和該資料寫入動作時一樣使和該選擇列對應之寫用數位線變成活化。 1 4.如申請專利範圍第1項之薄膜磁性體記憶裝置，其中，該複數記憶體單元全部作為有效位元執行資料記憶。

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