WO2004034469A1

WO2004034469A1 - 強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置

Info

Publication number: WO2004034469A1
Application number: PCT/JP2003/011939
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yoshihara; Katsutoshi Moriyama; Hironobu Mori; Nobumichi Okazaki
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2004-04-22
Also published as: CN1701443A; KR20050053746A; TWI235372B; JP2004133957A; JP4063035B2; DE10393096T5; AU2003299487A1; CN100338777C; TW200415647A; US20050285093A1; US7542335B2

Abstract

一対の強磁性トンネル接合素子への記憶データの書込みを正確に行えるようにして信頼性を向上させた相補型の磁気記憶装置を提供することを課題とする。そこで本発明では、第1の強磁性トンネル接合素子と第2の強磁性トンネル接合素子とにそれぞれ相反する記憶データを記憶させる相補型の磁気記憶装置において、半導体基板上に前記第1の強磁性トンネル接合素子と前記第2の強磁性トンネル接合素子とを隣接させて形成し、前記第1の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第1の書込み用配線を形成するとともに、前記第2の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第2の書込み用配線を形成し、しかも、前記第1の書込み用配線の巻回方向と前記第2の書込み用配線の巻回方向とを互いに逆向きにした。

Description

強磁性トンネル接合素子を用レ、た磁気記憶装置

技術分野

本発明は、強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置に関するものである。

明

背景技術糸 1

近年、コンピュータの記憶媒体としては、書高速に書込みが可能で、書込み回数に制限がなく、しかも、不揮発性のものが望まれており、これらの性能を有する記憶媒体として、固定磁化層と自由磁化層とをトンネル障壁層を介して積層する .ことによって形成した強磁性トンネル接合素子が注目されている。

かかる強磁性トンネル接合素子は、自由磁化層を固定磁化層の磁化方向と同一方向（平行方向）に磁化した場合にはトンネル障壁層での抵抗値が所定の抵抗値よりも低くなる（これを、低抵抗状態と呼ぶ。）一方、自由磁化層を固定磁化層の磁化方向と反対方向（反平行方向）に磁化した場合にはトンネル障壁層での抵抗値が所定の抵抗値よりも高くなる（これを、高抵抗状態と呼ぶ。）といった特性を有している。

そして、強磁性トンネル接合素子は、自由磁化層での磁化方向に応じてトンネル障壁層での抵抗値が異なるといった上記の特性を利用して、自由磁化層を固定磁化層の磁化方向と同一方向に磁化するか或いは自由磁化層を固定磁化層の磁化方向と反対方向に磁化するかによって 2つの異なる磁化方向の状態を形成し、かかる 2つの異なる磁化方向の状態を「0」又は「1」のデータに対応させることによって、強磁性トンネル接合素子にデータを記憶するようにしたものである。かかる強磁性トンネル接合素子を記憶媒体として用いた磁気記憶装置は、強磁性トンネル接合素子が 2種類のデータのいずれのデータを記憶しているかを判定することによって、強磁性トンネル接合素子からデータを読出すようにしており、そのためには、強磁性トンネル接合素子が高抵抗状態となっているか或いは低抵抗状態となっているかを判定する必要がある。

このような強磁性トンネル接合素子の抵抗状態が高抵抗状態か低抵抗状態かを簡単な構成で判定できるようにした磁気記憶装置としては、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子にそれぞれ相反する記憶データを記憶させ、第 1の強磁性トンネル接合素子の抵抗値と第 2の強磁性トンネル接合素子の抵抗値とを比較することによって第 1の強磁性トンネル接合素子の抵抗状態が高抵抗状態か低抵抗状態かを判断する相捕型の磁気記憶装置が知られている。

かかる相補型の磁気記憶装置は、 1個のデータを記憶するために第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子との一対（2個）の強磁性トンネル接合素子を同一半導体基板上に隣接させて形成し、書込み時には、第 1の強磁性トンネル接合素子に記憶データを書込むとともに、第 2の強磁性トンネル接合素子に第 1の強磁性トンネル接合素子と相反する記憶データを書込み、その後、読出し時には、これら 2個の強磁性トンネル接合素子の抵抗値を比較し、第 1の強磁性トンネル接合素子の抵抗値が第 2の強磁性トンネル接合素子の抵抗値よりも高い場合には第 1の強磁性トンネル接合素子が高抵抗状態となっていると判定する一方、第 1の強磁性トンネル接合素子の抵抗値が第 2の強磁性トンネル接合素子の抵抗値よりも低い場合には第 1の強磁性トンネル接合素子が低抵抗状態となつていると判定するようにしていた（たとえば、米国特許第 6 1 9 1 9 8 9号明細書参照。 ) 。

ところが、上記従来の相補型の磁気記憶装置にあっては、 1個の記憶データを記憶するために第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子に相反する記憶データを記憶させており、 1個の記憶データを記憶するために 2個の強磁性トンネル接合素子に記憶を行わなければならず、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子の磁化方向を変更させるための書込み電流が倍増してしまい、磁気記憶装置の消費電力が増大するおそれがあった。

一方、強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置においては、書込み時の消費電力を低減するために、強磁性トンネル接合素子の周囲に書込み用配線をコィル状に卷回した構造のものが知られている（たとえば、米国特許第 5 7 3 2 0 1 6号明細書参照。）。

かかる磁気記憶装置では、書込み用配線をコイル状に形成しているために、少ない書込み電流で効率よく書込み磁力を発生させることができ、これにより書込み時の消費電力を低減させている。

したがって、上記従来の書込み用配線をコィル状に形成する技術を相補型の磁気記憶装置に適用した構成とすることが考えられる。すなわち、半導体基板上に第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子を隣接させて形成し、第 1の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第 1の書込み用配線を配設するとともに、第 2 の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第 2の書込み用配線を配設して相補型の磁気記憶装置を構成することが考えられる。

ところが、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第 1及び第 2の書込み用配線を形成する場合に、第 1の書込み用配線の卷回方向と第 2 の書込み用配線の卷回方向とを同一方向にしてしまうと、第 1の書込み用配線への通電によって生じる書込み磁力の方向と第 2の書込み用配線への通電によって生じる書込み磁力の方向も同一方向になる。

そして、その場合には、第 1の書込み用配線の外部に形成される磁力の向きと第 2の書込み用配線の外部に形成される磁力の向きとが同一方向となり、外部の磁力同士が干渉しあい、書込み磁力の大きさや方向が変化してしまい、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子に記憶データを正確に書込めなくなるおそれがある。

また、上記不具合を解消するために第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子との間に磁気シールドを形成して外部の磁力同士の干渉を防止することもできるが、その場合には、第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2 の強磁性トンネル接合素子との間に磁気シールドを形成するためのスペースが必要となり、磁気記憶装置が大型化してしまうおそれがある。発明の開示

そこで、請求の範囲第 1項に係る本発明では、第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子とにそれぞれ相反する記憶データを記憶させる相補型の磁気記憶装置において、半導体基板上に前記第 1の強磁性トンネル接合素子と前記第 2の強磁性トンネル接合素子とを隣接させて形成し、前記第 1の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 1の書込み用配線をコイル状に巻回するとともに、前記第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 2の書込み用配線をコイル状に卷回し、しかも、前記第 1の書込み用配線の卷回方向と前記第 2の書込み用配線の卷回方向とを互いに逆向きにした。

また、請求の範囲第 2項に係る本発明では、前記請求の範囲第 1項に係る本発明において、前記第 1の書込み用配線の終端部に前記第 2の書込み用配線の始端部を接続して一連の書込み用配線とした。

また、請求の範囲第 3項に係る本発明では、前記請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項記載の本発明において、前記第 1.の書込み用配線及び第 2の書込み用配線は、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を形成した。

また、請求の範囲第 4項に係る本発明では、前記請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に係る本発明において、前記第 1の書込み用配線及び第 2の書込み用配線は、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の上方及び下方において前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の固定磁化層の磁化方向と略直交する向きに伸延させた上下側書込み用配線を有し、しかも、前記上下側書込み用配線のうちの少なくともいずれか一方に、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において前記固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を設けた。図面の簡単な説明

図 1は、強磁性トンネル接合素子を示す説明図。

図 2は、第 1の実施の形態に係る磁気記憶装置を示す斜視図。

図 3は、同平面図。

図 4は、第 2の実施の形態に係る磁気記憶装置を示す斜視図。

図 5は、同平面図。発明を実施するための最良の形態

本発明に係る強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置は、同一の半導体基板上に第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子とを同強磁性トンネル接合素子の固定磁化層の磁化方向と直交する方向に向けて間隔をあけて隣接させて形成し、これらの第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子とにそれぞれ相反する記憶データ（たとえば、「0」と「 1」）を記憶させる相補型の磁気記憶装置である。

しかも、本発明においては、第 1の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 1の書込み用配線をコイル状に卷回するとともに、第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 2の書込み用配線をコイル状に巻回したものである。

このように、本発明では、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 1及び第 2の書込み用配線をコイル状に形成することによって、少ない書込み電流で効率よく書込み磁力を発生させることができ、これにより、磁気記憶装置を相補型に構成した場合であっても、書込み時の消費電力を低減させることができる。

さらに、本発明においては、第 1の書込み用配線の卷回方向と第 2の書込み用配線の卷回方向とを互いに逆向きにしている。

このように、隣接する第 1の書込み用配線と第 2の書込み用配線との卷回方向を互いに逆向きにすると、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子に相反する記憶データを書込むときに発生する磁界が閉ループとなり、第 1の強磁性トンネル接合素子の自由磁化層を磁化するための磁力と第 2の強磁性トンネル接合素子の自由磁化層を磁化するための磁力との干渉がなくなり、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子に記憶データを正確に書込むことができ、磁気記憶装置の信頼性を向上させることができる。

特に、第 1の書込み用配線の終端部に前記第 2の書込み用配線の始端部を接続して一連の書込み用配線とした場合には、書込み用配線の占有面積を可及的に少なくすることができ、磁気記憶装置の小型化を図ることができる。

また、第 1の書込み用配線及び第 2の書込み用配線の構成として、第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の上方及び下方において第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の固定磁化層の磁化方向と略直交する向きに伸延させた上下側書込み用配線を有し、しかも、上下側書込み用配線のうちの少なくともいずれか一方に、第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を設けた構成とした場合には、固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を流れる書込み電流により発生する磁力の作用によって、自由磁化層に作用する書込み磁力の向きが固定磁化層の磁化方向に対して傾いてアシスト効果を生じさせることができ、少ない書込み電流によっても自由磁化層の磁化方向を円滑に変更することができるので、磁気記憶装置の低消費電力化を図ることができる。

特に、平行配線部を第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置に形成することによって、平行配線部と強磁性トンネル接合素子との距離を可及的に短くすることができ、これにより、ァシスト効果を増大させることができる。

以下に、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係る磁気記憶装置 1の説明に先立ち、強磁性トンネル接合素子 2の構造について説明すると、図 1に示すように、強磁性トンネル接合素子 2は、薄膜状の固定磁化層 3と薄膜状の自由磁化層 4とをトンネル障壁層 5を介して積層したものである。

ここで、固定磁化層 3は、強磁性体（例えば、 CoFe) からなり、常に一定の方向に向けて磁化されている。また、自由磁化層 4は、強磁性体（例えば、 NiFe) からなり、固定磁化層 3の磁化方向と同一方向（平行方向）又は反対方向（反平行方向）に向けて磁化されている。さらに、トンネル障壁層 5は、絶縁体（例えば、 A1203) からなる。

かかる強磁性トンネル接合素子 2は、自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と同一方向に磁化した場合（図 1中、一点鎖線で示す場合）にはトンネル障壁層 5での抵抗値が所定の抵抗値よりも低くなる一方、自由磁化層 4を固定磁化層 3 の磁化方向と反対方向に磁化した場合（図 1中、二点鎖線で示す場合）にはトンネル障壁層 5での抵抗値が所定の抵抗値よりも高くなるといった特性を有しており、自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と同一方向に磁化するか或いは自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と反対方向に磁化するかによって 2つの異なる磁化方向の状態を形成し、かかる 2つの異なる磁化方向の状態を「0」又は「 1」のデータに対応させることによって、強磁性トンネル接合素子 2にデータを記憶するようにしたものである。

次に、本発明に係る磁気記憶装置 1の構造について説明する。

(第 1の実施の形態）

図 2及び図 3は、本発明の第 1の実施の形態に係る磁気記憶装置 1を示した図である。

磁気記憶装置 1は、同一の半導体基板 6の表面上に第 1の強磁性トンネル接合素子 7と第 2の強磁性トンネル接合素子 8とを第 1及ぴ第 2の強磁性トンネル接合素子 7， 8の固定磁化層 3 (図 1参照）の磁化方向（図 2及び図 3においては、前後方向とする。）と直交する方向に向けて間隔をあけて隣接させて形成しており、これらの第 1の強磁性トンネル接合素子 7と第 2の強磁性トンネル接合素子 8とにそれぞれ相反する記憶データ（たとえば、「0」と「1」）を記憶させる相補型の記憶デバイスとしたものである。ここで、磁気記憶装置 1は、第 1の強磁性トンネル接合素子 7と第 2の強磁性トンネル接合素子 8とで 1ビット分の記憶素子 9を構成している。なお、実際には、磁気記憶装置 1は、同一半導体基板 6に複数ビット分の記憶素子 9を左右及び上下に間隔を開けて形成しているが、ここでは、理解を容易なものとするために 1ビット分の記憶素子 9に注目して説明を行う。

記憶素子 9は、図 2に示すように、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の周囲にコイル状の第 1の書込み用配線 10を形成するとともに、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の周囲にコイル状の第 2の書込み用配線 11を形成し、しかも、第 1の書込み用配線 10の終端部 12に第 2の書込み用配線 11の始端部 13を連結部 14を介して接続して一連の書込み用配線 15としており、さらには、第 1の書込み用配線 10の卷回方向（図 2においては、時計回り）と第 2の書込み用配線 11の卷回方向（図 2においては、反時計回り）とを互いに逆向きにしている。

書込み用配線 15の構成について詳細に説明すると、第 1の書込み用配線 10は、図 2及び図 3に示すように、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の上方において第 1の強磁性トンネル接合素子 7の固定磁化層 3の磁化方向（図 3においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 6本の上側書込み用配線 16と、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の下方において第 1の強磁性トンネル接合素子 7の固定磁化層 3の磁化方向（図 3においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 6本の下側書込み用配線 17とを、上側書込み用配線 16及び下側書込み用配線 17の左右端縁部でスルーホール 18を介して接続して、図 2に示すように第 1の強磁性トンネル接合素子 7の周囲に時計回りにコイル^;に卷 ϋΐした構成となっている。

しかも、第 1の書込み用配線 10は、下側書込み用配線 17の端部又は中途部に第 1の強磁性トンネル接合素子 7の直下方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 19を形成している。

第 2の書込み用配線 11は、図 2及び図 3に示すように、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の上方において第 2の強磁性トンネル接合素子 8の固定磁化層 3の磁化方向（図 3においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 6本の上側書込み用配線 20と、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の下方において第 2の強磁性トンネル接合素子 8の固定磁化層 3の磁化方向（図 3においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 6本の下側書込み用配線 21とを、上側書込み用配線 20及び下側書込み用配線 21の左右端縁部でスルーホール 22を介して接続して、図 2に示すように第 2の強磁性トンネル接合素子 8の周囲に反時計回りにコイル状に卷回した構成となっている。

しかも、第 2の書込み用配線 11は、下側書込み用配線 21の端部又は中途部に第 2の強磁性トンネル接合素子 8の直下方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 23を形成している。

なお、第 1の書込み用配線 10の終端部 12となる上側書込み用配線 16の右側端部は、第 2の書込み用配線 11の始端部 13となる上側書込み用配線 20の右側端部に連結部 14を介して接続している。図中、 24, 25は、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 7， 8の自由磁化層 4に接続した読出し用配線である。

磁気記憶装置 1は、以上に説明したように構成しており、書込み用配線 15に通電することによって、コイル状の第 1及び第 2の書込み用配線 10, 11で反対向きの磁力が発生し、かかる磁力が第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 7, 8の自由磁化層 4に作用して、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4と第 2の強磁性トンネル接合素子 8の自由磁化層 4とを反対の方向に磁化し、これにより、第 1の強磁性トンネル接合素子 7と第 2の強磁性トンネル接合素子 8とにそれぞれ相反する記憶データを記憶させることができる。

すなわち、書込み用配線 15の始端部 26から終端部 27に向けて通電すると、第 1 の書込み用配線 10においては、始端部 26から終端部 12に向けて通電し、これにより、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4に対して前方から後方に向けた磁力（すなわち、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の固定磁化層 3の磁化方向と反対方向の磁力）が発生し、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と反対方向に向けて磁化させることができ、一方、第 2の書込み用配線 11においては、始端部 13から終端部 27に向けて通電し、これにより、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の自由磁化層 4に対して後方から前方に向けた磁力（すなわち、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の固定磁化層 3の磁化方向と同一方向の磁力）が発生し、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と同一方向に向けて磁化させることができる。逆に、書込み用配線 15の終端部 27から始端部 26に向けて通電すると、第 1の書込み用配線 10においては、終端部 12から始端部 26に向けて通電し、これにより、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4に対して後方から前方に向けた磁力（すなわち、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の固定磁化層 3の磁化方向と同一方向の磁力）が発生し、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と同一方向に向けて磁化させることができ、一方、第 2 の書込み用配線 11においては、終端部 27から始端部 13に向けて通電し、これにより、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の自由磁化層 4に対して前方から後方に向けた磁力（すなわち、第 2の強磁性トンネル接合素子 8の固定磁化層 3の磁化方向と反対方向の磁力）が発生し、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4を固定磁化層 3の磁化方向と反対方向に向けて磁化させることができる。

以上に説明したように、本実施の形態では、第 1及び第 2の書込み用配線 10， 11 をコイル状に形成しているため、少ない書込み電流で効率よく書込み磁力を発生させることができ、これにより書込み時の消費電力を低減させることができる。しかも、本実施の形態では、第 1の書込み用配線 10の卷回方向と第 2の書込み用配線 11の卷回方向とを互いに逆向きにしているため、第 1及ぴ第 2の強磁性トンネル接合素子 7， 8に相反する記憶データを書込むときに、第 1の強磁性トンネル接合素子 7に作用する磁力と第 2の強磁性トンネル接合素子 8に作用する磁力と. が反対向きとなって磁界が閉ループ状に形成されることになり、第 1の強磁性トンネル接合素子 7の自由磁化層 4を磁化するための磁力と第 2の強磁性トンネル接合素子 8の自由磁化層 4を磁化するための磁力との干渉がなくなり、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 7. 8に記憶データを正確に書込むことができ、磁気記憶装置 1の信頼性を向上させることができる。また、所定の記憶素子 9に記憶データを書込む際に、書込み磁力が閉ループとなることから、所定の記憶素子 9への書込み磁力が周囲の他の記憶素子 9に影響を及ぼすことがなくなり、他の記憶素子 9の記憶状態を変更してしまうことがなく、これによつても磁気記憶装置 1の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、第 1の書込み用配線 10の終端部 12に第 2の書込み用配線 11の始端部 13を接続して一連の書込み用配線 15としているため、書込み用配線 15の始端部 26から終端部 27に向けて、或いは書込み用配線 15の終端部 27から始端部 26に向けて通電するだけで、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 7， 8に互いに相反する記憶データを記憶させることができ、書込み用配線 11の構成を簡単かつ製造容易なものとすることができて、磁気記憶装置 1の製造コストの低廉化を図ることができるとともに、半導体基板 6における書込み用配線 15の占有面積を可及的に少なくすることができ、磁気記憶装置 1の小型化を図ることができる。さらに、本実施の形態では、第 1の書込み用配線 10及ぴ第 2の書込み用配線 11 の下側書込み用配線 17, 21に第 1の強磁性トンネル接合素子 7及び第 2の強磁性トンネル接合素子 8の直下方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 19， 23を設けているため、固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 19， 23を流れる書込み電流により発生する磁力の作用によって、自由磁化層 4に作用する書込み磁力の向きが固定磁化層 3の磁化方向に対して傾くことによるアシスト効果を生じさせることができ、少ない書込み電流によっても自由磁化層 4の磁化方向を円滑に変更することができるので、磁気記憶装置 1の低消費電力化を図ることができる。

(第 2の実施の形態）

上述した第 1の実施の形態においては、第 1及び第 2の書込み用配線 10， 11の下側書込み用配線 17， 21にだけ固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 19， 23を設けているが、本発明は、かかる構成に限定されるものではなく、第 1の書込み用配線又は第 2の書込み用配線の上側書込み用配線又は下側書込み用配線の少なくともいずれか一方に平行配線部が形成されていればよく、第 1の書込み用配線及び第 2の書込み用配線の上側書込み用配線及び下側書込み用配線に平行配線部を形成してもよい。

すなわち、図 4及び図 5に示す磁気記憶装置 31は、前記磁気記憶装置 1と同様に、同一の半導体基板 36の表面上に第 1の強磁性トンネル接合素子 37と第 2の強磁性トンネル接合素子 38とを第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 37, 38の固定磁化層 3 (図 1参照）の磁化方向（図 4及ぴ図 5においては、前後方向とする。）と直交する方向に向けて間隔をあけて隣接させて形成している。なお、磁気記憶装置 31は、第 1の強磁性トンネル接合素子 37と第 2の強磁性トンネル接合素子 38 とで 1ビット分の記憶素子 39を構成しており、同一半導体基板 36に複数ビット分の記憶素子 39を左右及び上下に間隔を開けて形成しているが、ここでは、理解を容易なものとするために 1ビット分の記憶素子 39に注目して説明を行う。

記憶素子 39は、図 4に示すように、第 1の強磁性トンネル接合素子 37の周囲にコイル状の第 1の書込み用配線 40を形成するとともに、第 2の強磁性トンネル接合素子 38の周囲にコイル状の第 2の書込み用配線 41を形成し、しかも、第 1の書込み用配線 40の終端部 42に第 2の書込み用配線 41の始端部 43を連結部 44を介して接続して一連の書込み用配線 45としており、さらには、第 1の書込み用配線 40の卷回方向（図 4においては、時計回り）と第 2の書込み用配線 41の卷回方向（図 4においては、反時計回り）とを互いに逆向きにしている。

書込み用配線 45の構成について詳細に説明すると、第 1の書込み用配線 40は、図 4及び図 5に示すように、第 1の強磁性トンネル接合素子 37の上方において第 1の強磁性トンネル接合素子 37の固定磁化層 3の磁化方向（図 5においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 4本の上側書込み用配線 46と、第 1の強磁性トンネル接合素子 37の下方において第 1の強磁性トンネル接合素子 37の固定磁化層 3の磁化方向（図 5においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 5本の下側書込み用配線 47とを、上側書込み用配線 46及び下側書込み用配線 47の左右端縁部でスルーホール 48を介して接続して、図 4に示すように第 1の強磁性トンネル接合素子 37の周囲に時計回りにコイル状に卷回した構成となっている。しかも、第 1の書込み用配線 40は、上側書込み用配線 46の端部又は中途部に第 1の強磁性トンネル接合素子 37の直上方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 49aを形成している。 '

また、第 1の書込み用配線 40は、下側書込み用配線 47の端部又は中途部に第 1 の強磁性トンネル接合素子 37の直下方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 49bを形成している。

第 2の書込み用配線 41は、図 4及び図 5に示すように、第 2の強磁性トンネル接合素子 38の上方において第 2の強磁性トンネル接合素子 38の固定磁化層 3の磁化方向（図 5においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 4本の上側書込み用配線 50と、第 2の強磁性トンネル接合素子 38の下方において第 2の強磁性トンネル接合素子 38の固定磁化層 3の磁化方向（図 5においては、下向き）と略直交する向きに伸延する 5本の下側書込み用配線 51とを、上側書込み用配線 50及び下側書込み用配線 51の左右端縁部でスルーホール 52を介して接続して、図 4に示すように第 2の強磁性トンネル接合素子 38の周囲に反時計回りにコイル状に卷回した構成となっている。 '

しかも、第 2の書込み用配線 41は、上側書込み用配線 50の端部又は中途部に第 2の強磁性トンネル接合素子 38の直上方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 53aを形成している。

また、第 2の書込み用配線 41は、下側書込み用配線 51の端部又は中途部に第 2 の強磁性トンネル接合素子 38の直下方位置において固定磁化層 3の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部 53bを形成している。

なお、第 1の書込み用配線 40の終端部 42となる下側書込み用配線 47の左側端部は、第 2の書込み用配線 41の始端部 43となる下側書込み用配線 51の左側端部に連結部 44を介して接続している。図中、 54, 55は、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子 37, 38の自由磁化層 4に接続した読出し用配線である。

このように、本実施の形態では、第 1の書込み用配線 40及び第 2の書込み用配線 41の上側書込み用配線 46， 50及び下側書込み用配線 47, 51に平行配線部 49a, 49b, 53a, 53bをそれぞれ形成している。産業上の利用可能性

本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。

( 1 ) 請求の範囲第 1項記載の本発明では、第 1の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第 1の書込み用配線を形成するとともに、第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲にコイル状の第 2の書込み用配線を形成しているため、少ない書込み電流で効率よく書込み磁力を発生させることができ、これにより書込み時の消費電力を低減させる'ことができるので、磁気記憶装置の低消費電力化を図ることができる。

しかも、第 1の書込み用配線の巻回方向と第 2の書込み用配線の卷回方向とを互いに逆向きにしているため、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子に相反する記憶データを書込むときに発生する磁界が閉ループとなり、第 1の強磁性トンネル接合素子の自由磁化層を磁化するための磁力と第 2の強磁性トンネル接合素子の自由磁化層を磁化するための磁力との干渉がなくなり、第 1及び第 2の強磁性トンネル接合素子に記憶データを正確に書込むことができ、磁気記憶装置の信頼性を向上させることができる。

( 2 ) 請求の範囲第 2項に係る本発明では、第 1の書込み用配線の終端部に前記第 2の書込み用配線の始端部を接続して一連の書込み用配線としているため、書込み用配線の占有面積を可及的に少なくすることができ、磁気記憶装置の小型化を図ることができる。

( 3 ) 請求の範囲第 3項に係る本発明では、第 1の書込み用配線及び第 2の書込み用配線が第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2 'の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を有しているため、固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を流れる書込み電流により発生する磁力の作用によって、自由磁化層に作用する書込み磁力の向きが固定磁化層の磁化方向に対して傾いてアシスト効果を生じさせることができ、少ない書込み電流によっても自由磁化層の磁化方向を円滑に変更することができるので、磁気記憶装置の低消費電力化を図ることができる。

( 4 ) 請求の範囲第 4項に係る本発明では、第 1の書込み用配線及び第 2の書込み用配線の構成として、第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の上方及び下方において第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の固定磁化層の磁化方向と略直交する向きに伸延させた上下側書込み用配線を有し、しかも、上下側書込み用配線のうちの少なくともいずれか一方に、第 1の強磁性トンネル接合素子及び第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を設けた構成としているため、固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を流れる書込み電流により発生する磁力の作用によって、自由磁化層に作用する書込み磁力の向きが固定磁化層の磁化方向に対して傾いてアシスト効果を生じさせることができ、少ない書込み電流によっても自由磁化層の磁化方向を円滑に変更することができるので、磁気記憶装置の.低消費電力化を図ることができる。

Claims

請求の範囲

. 第 1の強磁性トンネル接合素子と第 2の強磁性トンネル接合素子とにそれぞれ相反する記憶データを記憶させる相補型の磁気記憶装置において、

半導体基板上に前記第 1の強磁性トンネル接合素子と前記第 2の強磁性トンネル接合素子とを隣接させて形成し、前記第 1の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 1の書込み用配線をコイル状に卷回するとともに、前記第 2の強磁性トンネル接合素子の周囲に第 2の書込み用配線をコイル状に卷回し、前記第 1の書込み用配線の巻回方向と前記第 2の書込み用配線の卷回方向とを互いに逆向きにしたことを特徴とする強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置。 . 前記第 1の書込み用配線の終端部に前記第 2の書込み用配線の始端部を接続して一連の書込み用配線としたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置。 . 前記第 1の書込み用配線及び前記第 2の書込み用配線は、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項記載の磁気記憶装置。 . 前記第 1の書込み用配線及び前記第 2の書込み用配線は、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の上方及び下方において前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の固定磁化層の磁化方向と略直交する向きに伸延させた上下側書込み用配線を有し、しかも、前記上下側書込み用配線のうちの少なくともいずれか一方に、前記第 1の強磁性トンネル接合素子及び前記第 2の強磁性トンネル接合素子の直上方位置又は直下方位置において前記固定磁化層の磁化方向と略平行な向きに伸延する平行配線部を設けたことを特徴とする請求の範囲第 i項又は請求の範囲第²項記載の強磁性トンネル接合素子を用いた磁気記憶装置。