通过双向电流写入数据的薄膜磁体存储装置制造方法及图纸

一种薄膜磁体存储装置，具备： 多个存储单元，其被按行列状配置，各自存储响应第１及第２数据写入磁场的施加而被写入的数据； 多个写字线，其与多个存储单元行分别对应设置，用于在选择行中，使产生上述第１数据写入磁场的第１数据写入电流沿规定方向流通； 多个第１位线，其与多个存储单元列分别对应设置； 数据写入电路，其用于在选择列中，在与对应的第１位线中的选择存储单元对应的部分中，使产生上述第２数据写入磁场的第２数据写入电流沿与写入数据对应的方向流通，其中 上述数据写入电路包含多个位线驱动部，其在上述多个存储单元列的各列中，与对应的第１位线上的、相当于一端侧的第１节点、相当于另端侧的第２节点及至少１个中间节点分别对应设置， 在上述选择列中，上述多个位线驱动部中的位于上述选择存储单元对应的上述部分的两端的２个，使上述第１位线上的对应的节点设定到第１及第２电压的上述写入数据对应的每一方。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜磁体存储装置，更具体地是涉及配有具有磁隧道结(MTJMagnetic Tunnel Junction)的存储单元的薄膜磁体存储装置。
技术介绍
作为一种可在低电耗下进行非易失性数据存储的存储装置，MRAM(Magnetic Random Access Memory)装置正在引起人们的关注。MRAM装置是一种可采用在半导体集成电路中形成的数个薄膜磁体进行非易失性数据记录，对各薄膜磁体实施随机存取的存储装置。尤其是近年来随着将采用磁隧道结(MTJMagnetic TunnelJunction)的薄膜磁体用作存储单元，MRAM装置的性能得到了显著的提高，这方面已有文献发表。对于配有具有磁隧道结的存储单元的MRAM装置的报告参见下列技术文献。Roy Scheuerline et.al著“10ns Read and Write Non-VolatileMemory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switchin each Cell在各存储单元采用磁隧道结及FET开关的10纳秒非易失性读写存储器阵列”，2000 IEEE ISSCC Digest of TechnicalPapers，TA7.2，P.128-129。M.Durlam et.al著“Nonvolatile RAM based on Magnetic TunnelJunction Elements基于磁隧道结元件的非易失性RAM”，2000 IEEEISSCC Digest of Technical Papers，TA7.3，P.130-131。Peter K.Naji et.al著“A 256kb 3.0V 1T1MTJ NonvolatileMagnetoresistive RAM一种256kb 3.0V 1T1MTJ非易失磁阻性RAM”，2001 IEEE ISSCC Digest of Technical Papers，TA7.6，P.122-123。图21是表示配有磁隧道结的存储单元(以下也简称为「MTJ存储单元」)构成的概略图。参见图21，MTJ存储单元配有其电阻值随存储数据电平改变的隧道磁阻件TMR和用于形成在数据读出时流经隧道磁阻件TMR的数据读出电流Is的经路的存取元件ATR。由于有代表性的存取元件ATR由场效应晶体管形成，因而在下文中把存取元件ATR也称为存取晶体管ATR。存取晶体管ATR被耦合在隧道磁阻件TMR与固定电压(接地电压GND)之间。对MTJ存储单元，配置用于指示数据写入的写字线WWL、用于实施数据读出的读字线RWL、作为在数据读出及数据写入中，传输与存储数据的数据电平对应的电信号的数据线的位线BL。图22是说明从MTJ存储单元读出数据运作的概念图。参见图22，隧道磁阻件TMR配有具有被固定的一定磁化方向的强磁体层(以下也简称为「固定磁化层」)FL、按照与来自外部的外加磁场对应的方向被磁化的强磁体层(以下简称为「自由磁化层」)VL。在固定磁化层FL与自由磁化层VL之间设置由绝缘膜形成的隧道屏障(隧道膜)TB。自由磁化层VL根据被写入的存储数据电平，在与固定磁化层FL相同方向上或与固定磁化层FL相反的方向上被磁化。通过固定磁化层FL、隧道屏障TB及自由磁化层VL形成磁隧道结。在数据读出时，根据读字线RWL的活化，存取晶体管ATR通路。这样，可在位线BL～隧道磁阻件TMR～存取晶体管ATR～接地电压GND的电流经路内流通数据读出电流Is。隧道磁阻件TMR的电阻根据固定磁化层FL与自由磁化层VL各自的磁化方向的相对关系变化。具体地说，固定磁化层FL的磁化方向与自由磁化层VL的磁化方向相同(平行)的场合与二者的磁化方向相反(逆平行)的场合相比，隧道磁阻件TMR变小。因此，如果在与存储数据对应的方向上对自由磁化层VL进行磁化，由数据读出电流Is在隧道磁阻件TMR内产生的电压变化将随存储数据的电平而异。因此，如果比如把位线BL预充电至一定的电压，然后在隧道磁阻件TMR内流通数据读出电流Is，则通过检测位线BL的电压，可以读出MTJ存储单元的存储数据。图23是说明针对MTJ存储单元的数据写入运作的概念图。参照图23，在数据写入时，读字线RWL被非活化，存取晶体管ATR断路。在该状态下，用于在与写入数据对应的方向上对自由磁化层VL磁化的数据写入电流分别在写字线WWL及位线BL内流动。自由磁化层VL的磁化方向由分别在写字线WWL及位线BL内流动的数据写入电流决定。图24是说明针对MTJ存储单元的数据写入时数据写入电流与隧道磁阻件的磁化方向之间关系的概念图。参照图24，横轴H(EA)表示在隧道磁阻件TMR内的自由磁化层VL中易磁化轴(EAEasy Axis)方向上施加的磁场。另一方面，纵轴H(HA)表示在自由磁化层VL中作用在难磁化轴(HAHard Axis)方向上的磁场。磁场H(EA)与H(HA)与由分别流经位线BL与写字线WWL的电流所生成的2个磁场中的每一方分别对应。在MTJ存储单元内，固定磁化层FL的被固定的磁化方向沿着自由磁化层VL的易磁化轴方向，自由磁化层VL根据存储数据的电平(“1”及“0”)，沿易磁化轴方向，在与固定磁化层FL平行(相同)或逆平行(相反)的方向上被磁化。以下，在本说明书中，对分别与自由磁化层VL的2种磁化方向对应的隧道磁阻件TMR的电阻分别以R1及R0(但R1＞R0)表示。MTJ存储单元可与上述自由磁化层VL的2种磁化方向相对应，存储1位数据(“1”及“0”)。自由磁化层VL的磁化方向只有在外加磁场H(EA)与H(HA)之和达到图中所示的星型特性线外侧区域的场合下才可重新改写。即在所施加的数据写入磁场的强度相当于星型特性线内侧区域的场合下，自由磁化层VL的磁化方向不变。如星形特性线所示，通过对自由磁化层VL施加难磁化轴方向上的磁场，为改变沿易磁化轴的磁化方向所必需的磁化阈值可以下降。在按图24示例所示设计数据写入时的运作点的场合下，在作为数据写入对象的MTJ存储单元内，易磁化轴方向上的数据写入磁场被按其强度达到HWR设计。即按照能获得该数据写入磁场HWR的方式设计流经位线BL或写字线WWL的数据写入电流值。一般情况下，数据写入磁场HWR以切换磁化方向所必需的转换磁场HSW与裕度ΔH之和表示。即以HWR＝HSW+ΔH表示。此外为改写MTJ存储单元的存储数据，即隧道磁阻件TMR的磁化方向，有必要在写字线WWL和位线BL二者内流通规定电平以上的数据写入电流。这样，隧道磁阻件TMR中的自由磁化层VL按照沿易磁化轴(EA)的数据写入磁场的方向在与固定磁化层FL平行或相反(逆平行)的方向上被磁化。曾被写入隧道磁阻件TMR内的磁化方向即MTJ存储单元内的存储数据在重新实施数据写入之前被以非易失形式保存。由于上述的隧道磁阻件TMR的电阻根据可按照所施加的数据写入磁场改写的磁化方向改变，因而可以通过使隧道磁阻件TMR中的自由磁化层VL的2个磁化方向与存储数据的电平(“1”及“0”)分别对应，实施非易失性数据存储。这样，在MRAM装置中写入数据时，有必要使在数据写入对象中被选择的MTJ存储单元中的隧道磁阻件TMR的磁化方向反转。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种薄膜磁体存储装置，具备多个存储单元，其被按行列状配置，各自存储响应第1及第2数据写入磁场的施加而被写入的数据；多个写字线，其与多个存储单元行分别对应设置，用于在选择行中，使产生上述第1数据写入磁场的第1数据写入电流沿规定方向流通；多个第1位线，其与多个存储单元列分别对应设置；数据写入电路，其用于在选择列中，在与对应的第1位线中的选择存储单元对应的部分中，使产生上述第2数据写入磁场的第2数据写入电流沿与写入数据对应的方向流通，其中上述数据写入电路包含多个位线驱动部，其在上述多个存储单元列的各列中，与对应的第1位线上的、相当于一端侧的第1节点、相当于另端侧的第2节点及至少1个中间节点分别对应设置，在上述选择列中，上述多个位线驱动部中的位于上述选择存储单元对应的上述部分的两端的2个，使上述第1位线上的对应的节点设定到第1及第2电压的上述写入数据对应的每一方。2.权利要求1中的薄膜磁体存储装置，还具备第1及第2数据线，其与上述第1位线的上述一端侧及上述另端侧分别对应配置；反相数据线，其用于在数据写入时，传送与上述第1及第2数据线互补的数据，其中上述数据写入电路在上述数据写入时根据上述写入数据，把上述第1及第2数据线的一方设定到上述第1及第2电压的一方，同时把上述反相数据线设定到上述第1及第2电压的另一方，上述多个位线驱动部各自具有第1及第2驱动开关，其分别被设置在上述对应的第1位线上的上述第1及第2节点与上述第1及第2数据线之间；第3驱动开关，其被设置在上述对应的第1位线上的1个上述中间节点与上述反相数据线之间，在上述数据写入时，在上述选择列中，上述第1及第2驱动开关的一方与上述第3驱动开关被关合。3.权利要求1中的薄膜磁体存储装置，具备多个第2位线，其与多个存储单元列分别对应设置，各自形成对应的上述第1位线与互补位线对；第1及第2数据线对，其与上述第1位线的两端分别对应配置，其中上述第1及第2数据线对各自包含用于在上述数据写入时，互相传送互补的数据的2条数据线，上述数据写入电路在上述数据写入时根据上述写入数据，把构成上述第1及第2数据线对的一方的上述2条数据线分别设定到上述第1及第2电压的一方及另一方，上述多个位线驱动部各自具有第1驱动开关，其被设置在上述对应的第1及第2位线上的上述第1节点与上述第1数据线对之间；第2驱动开关，其被设置在上述对应的第1及第2位线上的上述第2节点与上述第2数据线对之间；第3驱动开关，其被设置在上述对应的第1位线上的1个上述中间节点及上述对应的第2位线上的1个中间节点之间，在上述数据写入时，在上述选择列中，上述第1及第2驱动开关的一方与上述第3驱动开关被关合。4.权利要求3中的薄膜磁体存储装置，其中在上述数据写入时，在上述选择列中，上述第1及第2开关根据上述选择存储单元与上述中间节点的位置关系被有选择地关合。5.权利要求1中的薄膜磁体存储装置，其中各上述存储单元包含磁阻元件，其根据上述被写入的数据电阻发生变化；存取元件，其在规定电压及对应的上述第1位线之间，与上述磁阻元件串联连接，在数据读出时，上述存取元件至少在选择存储单元中通路，上述薄膜磁体存储装置还具备读出数据线，其沿着与上述多个第1位线交叉的方向，与上述至少1个中间节点中的1个中间节点对应配置；读出选择门电路，其与上述多个第1位线分别对应设置，各自用于在数据读出时，使对应的上述第1位线上的上述1个中间节点与上述读出数据线之间有选择地连接。6.权利要求5中的薄膜磁体存储装置，其中上述1个中间节点大致位于上述多个第1位线的各自的中央部位。7.权利要求1中的薄膜磁体存储装置，其中上述多个位线驱动部各自包含第1驱动器晶体管，其被设置在上述第1位线上的对应的节点与上述第1电压之间，由上述数据写入电路控制通与断；第2驱动器晶体管，其被设置在上述第1位线上的上述对应的节点与上述第2电压之间，由上述数据写入电路控制通与断。8.一种薄膜磁体存储装置，具备多个存储单元，其被按行列状配置，各自存储响应第1及第2数据写入磁场的施加而被写入的数据；多个写字线，其与多个存储单元行分别对应设置，用于在选择行中，使产生上述第1数据写入磁场的上述第1数据写入电流沿规定方向流通；多个位线，其与多个存储单元列分别对应设置，用于在选择列中，使产生上述第2数据写入磁场的上述第2数据写入电流沿与写入数据对应的方向流通；写字线驱动电路，其用于在上述选择行中，在对应的上述写字线的至少一部分中，使上述第1数据写入电流流通，其中上述写字线驱动电路在上述选择行中，把上述对应的写字线上的相当于一端侧的第1节点、相当于另端侧的第2节点及至少1个中间节点中的位于选择存储单元对应的部分的两端的2个节点设定到第1及第2电压的每一方。9.权利要求8中的薄膜磁体存储装置，其中上述写...

【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：