具有冗余结构的薄膜磁介质存储装置制造方法及图纸

相对配置成行列状的多个正规存储单元（ＭＣ），虚拟存储单元（ＤＭＣ）配置成和正规存储单元（ＭＣ）共有存储单元列且形成虚拟存储单元行。当正规存储单元（ＭＣ）和虚拟存储单元（ＤＭＣ）出现不良存储单元时，使用冗余列（１１Ｃ），以存储单元列为单位进行替换修复。冗余列（１１Ｃ）不仅包含修复正规存储单元（ＭＣ）的备用存储单元（ＳＭＣ），还包含修复虚拟存储单元（ＤＭＣ）的备用虚拟存储单元（ＳＤＭＣ）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜磁介质存储装置，特别涉及具有冗余结构的薄膜磁介质存储装置。
技术介绍
作为可实现低功耗非易失性数据存储的存储装置，MRAM(随机存取磁介质存储器)器件正在引起人们的重视。MRAM器件是使用已在半导体集成电路中形成的许多薄膜磁介质进行非易失性数据存储、可对各薄膜磁介质进行随机存取的存储装置。特别是近年来，通过将利用了磁隧道结(MTJMagnetic TunelJunction)的薄膜磁介质作为存储单元使用，MRAM器件的性能取得了飞跃地进步。关于包含具有磁隧道结的存储单元的MRAM器件，在“每个存储单元都使用了磁隧道结和FET开关的10ns非易失性读写存储器阵列”，ISSCC数字技术论文(Digest of Technical Papers)，TA7.2，Feb.2000.、“基于磁隧道结元件的非易失性RAM”，ISSCC数字技术论文，TA7.3，Feb.2000.和“256kb 3.0V 1T1MTJ非易失性磁阻RAM”，ISSCC数字技术论文(Digest of Technical Papers)，TA7.6，Feb.2000.等技术文献中公开了该器件的技术。附图说明图17是表示具有磁隧道结的存储单元(以下，称作‘MTJ存储单元’)的构成的概略图。由图17可知，MTJ存储单元包括电阻与存储的数据电平对应变化的隧道磁阻元件TMR和用来在数据读出时形成通过隧道磁阻元件TMR的读出电流Is的通路的存取元件ATR。因存取元件TAR典型地由场效应晶体管形成，故在下面也将存取元件ATR称作存取晶体管ATR。存取晶体管ATR连接在隧道磁阻元件TMR和固定电压(接地电压Vss)之间。对MTJ存储单元，配置用来指示数据写入的写入字线WWL、用来执行数据读出的读出字线RWL和在数据读出和数据写入中用来传送与存储数据的数据电平对应的电信号的作为数据线的位线BL。图18是说明从MTJ存储单元读出数据的动作的原理图。由图18可知，隧道磁阻元件TMR包括具有固定的恒定磁化方向的强磁性介质层(以下，也称作‘固定磁化层’)FL和沿与外加磁场对应的方向上磁化的强磁性介质层(以下，也称作‘自由磁化层’)VL。在固定磁化层FL和自由磁化层VL之间设有由绝缘体膜形成的隧道壁垒(隧道膜)TB。自由磁化层VL与写入的存储数据的电平对应，沿和固定磁化层FL相同的方向或相反的方向磁化。利用固定磁化层FL、隧道壁垒TB和自由磁化层VL形成磁的隧道结合。在数据读出时，与读出字线RWL的激活对应存取晶体管ATR导通。因此，沿位线BL～隧道磁阻元件TMR～存取晶体管ATR～接地电压Vss的电流回路流过读出电流Is。隧道磁阻元件TMR的电阻与固定磁化层FL和自由磁化层VL的各磁化方向的相对关系对应变化。具体地说，固定磁化层FL的磁化方向和自由磁化层VL的磁化方向相同(平行)时的隧道磁阻元件ATM的电阻比固定磁化层FL的磁化方向和自由磁化层VL的磁化方向相反(反平行)时小。因此，若沿与存储数据对应的方向磁化自由磁化层VL，则读出电流Is在隧道磁阻元件ATM上产生的电压变化因存储数据的电平而异。因此，假如预先将位线BL充电到一定的电压，然后使隧道磁阻元件TMR流过读出电流Is，则通过检测位线BL的电压可以读出MTJ存储单元存储的数据。图19是说明对MTJ存储单元进行写入的动作的原理图。由图19可知，在数据写入时，读出字线RWL不被激活，存取晶体管ATR截止。在该状态下，用来使自由磁化层VL沿与写入数据对应的方向磁化的数据写入电流分别流过写入字线WWL和位线BL。图20是说明对MTJ存储单元写入数据时数据写入电流和隧道磁阻元件的磁化方向的关系的原理图。在图20中，横轴H(EA)表示在隧道磁阻元件TMR内的自由磁化层VL中沿易磁化轴(EA易磁化轴)方向施加的磁场。另一方面，纵轴H(HA)表示在自由磁化层VL中沿难磁化轴(HA难磁化轴)方向作用的磁场。磁场H(EA)和H(HA)分别是由流过位线BL和写入字线WWL的电流产生的磁场。在MTJ存储单元中，固定磁化层VL的固定磁化方向沿着自由磁化层VL的易磁化轴，自由磁化层VL与存储数据的电平(“1”和“0”)对应，沿着易磁化轴，在和固定磁化层FL平行(相同)或反平行(相反)的方向上磁化。以下，在本说明书中，分别用R1和R0(这里，R1＞R0)表示与自由磁化层VL的2个磁化方向分别对应的隧道磁阻元件TMR的电阻。MTJ存储单元可以与这样的自由磁化层VL的2种磁化方向对应，存储1位数据(“1”和“0”)。自由磁化层VL的磁化反向只有当施加磁场H(EA)和H(HA)的和到达图中所示的星形特性曲线外侧的区域时才能重新改写。即，当施加的数据写入磁场强度与星形特性曲线内侧的磁场强度相当时，自由磁化层VL的磁化方向不变化。如星形特性曲线所示那样，通过对自由磁化层VL施加难磁化轴方向的磁场，可以降低使沿易磁化轴的磁化方向变化所必要的磁化阈值。当象图20的例子那样设计数据写入时的工作点时，在作为数据写入对象的MTJ存储单元中，将易磁化轴方向的数据写入磁场设计成使其强度为HWR。即，设计流过位线BL或写入字线WWL的数据写入电流的值，以便能得到该数据写入磁场HWR。一般，数据写入磁场HWR可由切换磁化方向所必要的开关磁场HSW和余量ΔH的和表示。即，HWR＝HSW+ΔH。为了改写MTJ存储单元的存储数据、即隧道磁阻元件TMR的磁化方向，有必要使写入字线WWL和位线BL双方流过规定电平以上的数据写入电流。由此，使隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层与易磁化轴(EA)的数据写入磁场的方向对应，在和固定磁化层FL平行或相反(反平行)的方向上磁化。一经向隧道磁阻元件TMR写入的磁化方向、即MTJ存储单元的存储数据在新数据写入之前被保存下来，且不易丢失。这样，隧道磁阻元件TMR，因其电阻与可由施加的数据写入磁场改写的磁化方向对应变化，故通过使隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层VL的2个磁化方向和存储数据的电平(“1”和“0”)分别对应，可以实现非易失性数据存储。这样，在MRAM器件中，在MRAM器件中，利用作为与不同的存储数据电平对应的隧道磁阻元件TMR的结合电阻差的电阻差ΔR＝(Rmax-Rmin)来读出数据。即，通过检测选择的存储单元的通过电流、即读出电流Is可以读出数据。一般，在用来执行数据存储的正规的MTJ存储单元之外，另外设置作为该选择的存储单元的比较对象的虚拟存储单元。这些虚拟存储单元必须制作成使其具有与MTJ存储单元的存储数据电平对应的2个电阻值Rmax和Rmin之间的电阻值。为了实现这样的电阻，有必要对虚拟存储单元进行特别的设计和制作。当虚拟存储单元的电阻不是设计值时，就会影响数据读出的裕度。此外，一般在存储器件中，为了提高产品的成品率，除了具有可与地址信号对应进行地址选择的多个正规存储单元之外，还具有用来替换有缺陷的正规存储单元的冗余存储单元。在这样的冗余结构中，可以利用额外配置的备用存储单元，按区位替换有缺陷的存储单元。在MRAM器件的冗余结构中，为了确保足够的数据读出裕度，不仅是正规的MTJ存储单元，即使对于上述虚拟存储单元，也有必要做成可替换修复的结构。即，考虑虚拟存储单元的替换，必需有效地进行备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜磁介质存储装置，其特征在于，包括：配置成行列形状，且各自具有与磁写入的数据对应的电阻的多个存储单元；各自具有规定的电阻且配置成与上述多个存储单元之间共有上述行和列的一方并形成上述行和列的另一方的多个虚拟存储单元；根据从上 述多个存储单元中选出的１个和上述多个虚拟存储单元中的１个的电阻值的差进行数据读出的数据读出电路；以上述行和列的上述一方为单位对上述多个存储单元和上述多个虚拟存储单元中的不良的存储单元进行替换的冗余单元，上述冗余单元包含形成上述行和列 的上述一方的多个第１备用存储单元和至少１个第２备用存储单元，为了替换上述多个存储单元中的上述不良的存储单元，上述多个第１备用存储单元配置成与上述多个存储单元之间共有上述行和列的上述另一方，为了替换上述多个虚拟存储单元中的上述不良的存 储单元，上述第２备用存储单元配置成与上述多个虚拟存储单元之间共有上述行和列的上述另一方。

【技术特征摘要】
JP 2002-6-4 163135/021.一种薄膜磁介质存储装置，其特征在于，包括配置成行列形状，且各自具有与磁写入的数据对应的电阻的多个存储单元；各自具有规定的电阻且配置成与上述多个存储单元之间共有上述行和列的一方并形成上述行和列的另一方的多个虚拟存储单元；根据从上述多个存储单元中选出的1个和上述多个虚拟存储单元中的1个的电阻值的差进行数据读出的数据读出电路；以上述行和列的上述一方为单位对上述多个存储单元和上述多个虚拟存储单元中的不良的存储单元进行替换的冗余单元，上述冗余单元包含形成上述行和列的上述一方的多个第1备用存储单元和至少1个第2备用存储单元，为了替换上述多个存储单元中的上述不良的存储单元，上述多个第1备用存储单元配置成与上述多个存储单元之间共有上述行和列的上述另一方，为了替换上述多个虚拟存储单元中的上述不良的存储单元，上述第2备用存储单元配置成与上述多个虚拟存储单元之间共有上述行和列的上述另一方。2.权利要求1记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述多个虚拟存储单元至少形成上述1行，上述多个虚拟存储单元根据列选择结果有选择地与上述数据读出电路连接。3.权利要求1记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述多个虚拟存储单元至少形成上述1行，上述薄膜磁介质存储装置进而具有与上述多个存储单元行分别对应设置并有选择地使用上述行的多根第1信号线和与上述虚拟存储单元中的至少1行分别对应设置并有选择地使用上述虚拟存储单元行的至少1根第2信号线，与上述多个第1备用存储单元有关的行选择由上述多根第1信号线执行，与上述至少1个第2备用存储单元有关的行选择由上述至少1根第2信号线执行。4.权利要求1记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述多个虚拟存储单元至少形成上述列，上述薄膜磁介质存储装置进而具有与上述多个存储单元列分别对应设置的多根位线和与上述多个虚拟存储单元列对应设置的虚拟位线，在上述多个存储单元列的各列中，对应的存储单元和对应的第1备用存储单元与上述多根位线中的对应的1根连接，在上述多个虚拟存储单元列中，上述多个虚拟存储单元和上述第2备用存储单元与上述虚拟位线连接。5.一种薄膜磁介质存储装置，其特征在于，包括配置成行列形状且各自具有与磁写入的数据对应的电阻的多个存储单元；各自具有和上述各存储单元相同的电阻且预先写入规定电平的数据的多个虚拟存储单元，上述各多个虚拟存储单元配置成与上述多个存储单元之间共有上述行和列的一方，并形成上述行和列的另一方；对上述1个1个存储单元和虚拟存储单元中的至少一方进行电连接并形成规定的电阻的电阻调整部；根据从上述多个存储单元中选出的1个和上述电阻调整部的合成电阻与上述多个虚拟存储单元中的1个和上述电阻调整部的合成电阻的差进行数据读出的数据读出电路；以上述行和列的上述另一方为单位，对上述多个存储单元和上述多个虚拟存储单元中的不良的存储单元进行替换的冗余单元，上述冗余单元包含沿上述行和列的上述另一方配置且和上述多个存储单元及上述多个虚拟存储单元共有上述行和列的上述一方的多个备用存储单元，上述各备用存储单元具有和上述各存储单元相同的电阻特性。6.权利要求5记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述各存储单元与上述数据对应具有第1和第2电阻中的一方，上述各虚拟存储单元具有上述第1电阻，上述电阻调整部和上述各虚拟存储单元的合成电阻值是上述电阻调整部和上述各存储单元的与上述数据对应的2个合成电阻值的中间值。7.权利要求6记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述第1电阻比上述第2电阻小。8.权利要求5记载的薄膜磁介质存储装置，其特征在于上述多个虚拟存储单元和上述多个备用存储单元分别形成上述行，上述薄膜磁介质存储装置进而具有冗余控制电路，与指示上述不良存储单元的不良地址和用来表示访问对象的输入地址的比较对应控制对上述多个存储单元、上述多个虚拟存储单元和上述多个备用存储单元进行存取，当在上述多个虚拟存储单元中存在上述不良存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：日高秀人，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]