具有磁性隧道接合部的薄膜磁体存储装置制造方法及图纸

在读出数据之前，各位线（ＢＬ）及源线（ＳＬ）被预充电至电源电压（ＶＤＤ）。在读出数据时，只在被选存储单元列内，对应的位线（ＢＬ）与数据总线（ＤＢ）耦合，同时对应的源线（ＳＬ）在接地电压（ＶＳＳ）下被驱动。在非被选存储单元列中，各位线（ＢＬ）及源线（ＳＬ）保持预充电过的电源电压（ＶＤＤ）。由于不直接作用于数据读出，在非被选存储单元列所对应的位线（ＢＬ）中不产生充放电电流，因而可以降低在数据读出时的消耗电力。（*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，确切地说涉及配有具有磁性隧道接合(磁性隧道接合部MTJMagnetic Tunneling Junction)的存储单元的可随机存取的薄膜磁体存储装置。现有技术作为一种低电耗的可进行非易失性数据存储的存储装置，MRAM(随机存取磁性存储器Magnetic Random Access Memory)装置正在引起人们的关注。MRAM装置是一种采用在半导体集成电路中形成的数个薄膜磁体的可进行非易失性数据存储并可对各薄膜磁体实施存取的存储装置。尤其是近年来随着将采用磁性隧道接合(磁性隧道接合部MTJMagnetic Tunneling Junction)的隧道式磁阻元件用作存储单元，MRAM装置的性能得到了显著的提高，这方面已有文献发表。对于配有具有磁性隧道接合的存储单元的MRAM装置，在ISSCC Digest ofTechnical Papers(ISSCC技术文摘)TA7.2，2000年2月刊上发表的“A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using aMagnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell采用磁性隧道接合及各单元FET开关的10纳秒读写非易失性存储器阵列”一文及在ISSCC Digest of Technical Papers(ISSCC技术文摘)TA7.3，2000年2月刊上发表的“Nonvolatile RAM based on MagneticYunnel Junction Elements基于磁性隧道接合元件的非易失性RAM”等技术文献中已有介绍。图39是表示配有磁性隧道接合的存储单元(以下简称为“MTJ存储单元”)构成的概略图。参见图39，MTJ存储单元配有其电阻值随存储数据的数据电平改变的磁性隧道接合部MTJ和存取晶体管ATR。存取晶体管ATR由场效应晶体管形成，在位线BL与接地电压VSS之间与磁性隧道接合部MTJ串列连接。MTJ存储单元配有用于发布写入数据指令的写入字线WWL、用于发布读出数据指令的读出字线RWL、用于在读出数据及写入数据时传送与存储数据电平对应的电信号的作为数据线的位线BL。图40是说明从MTJ存储单元读出数据的过程的概念图。参见图40，磁性隧道接合部MTJ配有具有一定方向的固定磁化方向的磁性层(以下简称为“固定磁性层”)FL、具有自由磁化方向的磁性层(以下简称为“自由磁性层”)VL。在固定磁性层FL与自由磁性层VL之间配置由绝缘膜形成的隧道屏障TB。自由磁性层VL在对应于存储数据电平的方向上，即与固定磁性层FL相同方向或不同方向的任一方向上被磁化。在读出数据时，存取晶体管ATR根据读出字线RWL的活性化被接通。这样，在位线BL～磁性隧道接合部MTJ～接地电压VSS之间的电流通路内将有作为由图中未示出的控制电路供应的恒定电流的传感电流Is流过。磁性隧道接合部MTJ的电阻值根据固定磁性层FL与自由磁性层VL之间磁化方向的相对关系变化。具体地说，在固定磁性层FL的磁化方向与在自由磁性层VL内写入的磁化方向相同的场合下的磁性隧道接合部MTJ的电阻值要小于二者磁化方向不同的场合下的电阻值。因此在读出数据时，磁性隧道接合部MTJ上由传感电流Is所引起的电压变化随着自由磁性层VL内的存储磁场方向而异。因此，如果对比如位线BL预充电至高电压后开始提供传感电流Is，则通过检测位线BL的电压电平变化，便可以读出MTJ存储单元内的存储数据电平。图41是说明在MTJ存储单元内写入数据的动作的概念图。参见图41，在写入数据时，读出字线RWL被非活性化处理，与此对应，存取晶体管ATR被断路。在该状态下，产生用于在与存储数据电平对应的方向上对自由磁性层VL进行磁化的数据写入磁场的数据写入电流分别流过写入字线WWL及位线BL。自由磁性层VL的磁化方向取决于分别流过写入字线WWL及位线BL的数据写入电流的方向组合。图42是说明数据写入时数据写入电流方向与数据写入磁场方向之间的关系的概念图。参见图42，横坐标所代表的磁场Hx表示由流经写入字线WWL的数据写入电流所产生的数据写入磁场H(WWL)的方向。另一方面，纵坐标代表的磁场Hy表示由流经位线BL的数据写入电流所产生的数据写入磁场H(BL)的方向。自由磁性层VL的磁化方向只有在数据写入磁场H(WWL)与H(BL)之和处于图中所示的星型特性线外侧区域的场合下才被重新写入。即在所附加的数据写入磁场相当于星型特性线内侧区域的场合下，自由磁性层VL的磁化方向不被更新。因此，为在MTJ存储单元内写入存储数据，有必要使数据写入电流流经写入字线WWL与位线BL双方。一旦被存储到磁性隧道接合部MTJ内的磁化方向即存储数据电平在实施新的数据写入之前的期间内被非易失地保存。即使在数据读出动作时，传感电流Is也流经位线BL。但是由于传感电流Is一般被设定为小于上述数据写入电流1～2位左右，因而在数据读出时由于受传感电流Is的影响而造成MTJ存储单元内的存储数据被错误改写的可能性较小。上述技术文献中披露了将上述MTJ存储单元在半导体基片上集成，构成作为随机存取存储器的MRAM装置的技术。图43是表示以矩阵方式集成配置的MTJ存储单元的概念图。参见图43，通过在半导体基片上对MTJ存储单元实施矩阵状配置，可以实现高度集成化的MRAM装置。图43所示为对MTJ存储单元按照n行×m列(n，m自然数)方式配置的场合。在按照行列方式配置的n×m个MTJ存储单元中，配置n根写入字线WWL1～WWLn和读出字线RWL1～RWLn及m根位线BL1～BLm。在数据读出时，读出字线RWL1～RWLn中的1条被有选择地活性化，所选出的存储单元行(以下也简称为“被选行”)所属的存储单元被分别电耦合到各位线BL1～BLm与接地电压VSS之间。其结果是，在各位线BL1～BLm中发生与对应存储单元的存储数据电平相应的电压变化。这样，通过将被选存储单元列(以下也简称为“被选列”)所对应的位线电压与通过传感放大器等所预定的参照电压进行对比，可以读出被选存储单元的存储数据电平。但是，在这种方式下的数据读出动作中，由于在每个被选行所属的存储单元内形成传感电流Is的通路，所以即使在非被选存储单元列(以下也简称为“非被选列”)所对应的位线中，也会产生与数据读出没有直接影响的无效充放电电流。这样，数据读出时的消耗电力将增大。此外，如上述技术文献所记载，随着在磁性隧道接合两端附加的偏置电压的增加，将难以出现固定磁性层FL与自由磁性层VL之间的磁化方向的相对关系即与存储数据电平对应的电阻值的变化。因此，在数据读出时，随着磁体存储单元两端所附加电压的增加，不会显著发生与存储数据电平对应的位线电压变化差异，这样可能会妨碍数据读出动作的高速性与稳定性。此外，一般采用虚存储单元生成用于与被选存储器相耦合的位线电压进行比较的参照电压。比如，具有在比如MTJ存储单元内存储“1(H电平)”及“0(L电平)”数据场合下分别相当于对应电阻值R1与R0的中间值的电阻值Rd的电阻元件可用作MTJ存储单元的数据读出用虚单元。对这种电阻元件，通过提供与MTJ存储单元相同的传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜磁体存储装置，包括以下部分：多个存储单元，电阻值根据在附加磁场下写入的存储数据电平而变化；多条第１数据线，各条线按照上述多个存储单元对应的一定区间设置，用于在读出数据时读出上述存储数据电平；多条源线，分别与上述多条第１数据线对应配置，各源线在读出上述数据时通过从属于上述对应的一定区间的存储单元中选择出的一个与上述多条第１数据线中对应的１条实现电耦合；多个第１数据线选择部，分别与上述多条第１数据线对应配置，各上述第１数据线选择部，在读出上述数据之前对上述多条第１数据线中对应的１条预充电至第１电压，同时在读出上述数据时，使上述对应的１条第１数据线与上述第１电压电断离；多个源线选择部，分别与上述多条源线对应配置，各上述源线选择部包括：源线预充电部，用于在读出上述数据之前对上述多条源线中对应的１条预充电至第２电压；源线驱动部，用于在读出上述数据时使上述对应的１条源线与第３电压产生电耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2001-5-16 145984/011.一种薄膜磁体存储装置，包括以下部分多个存储单元，电阻值根据在附加磁场下写入的存储数据电平而变化；多条第1数据线，各条线按照上述多个存储单元对应的一定区间设置，用于在读出数据时读出上述存储数据电平；多条源线，分别与上述多条第1数据线对应配置，各源线在读出上述数据时通过从属于上述对应的一定区间的存储单元中选择出的一个与上述多条第1数据线中对应的1条实现电耦合；多个第1数据线选择部，分别与上述多条第1数据线对应配置，各上述第1数据线选择部，在读出上述数据之前对上述多条第1数据线中对应的1条预充电至第1电压，同时在读出上述数据时，使上述对应的1条第1数据线与上述第1电压电断离；多个源线选择部，分别与上述多条源线对应配置，各上述源线选择部包括源线预充电部，用于在读出上述数据之前对上述多条源线中对应的1条预充电至第2电压；源线驱动部，用于在读出上述数据时使上述对应的1条源线与第3电压产生电耦合。2.权利要求1记载的薄膜磁体存储装置，其中，上述第1及第2电压为同一电压。3.权利要求1记载的薄膜磁体存储装置，其中，各上述存储单元，具有随着两端附加电压的增加，难以出现根据上述存储数据电平不同所产生的电阻值差异的特性，上述第1及第2电压为同一电压，各上述源线驱动部具有第1电流开关部，用于在上述对应的1条源线与上述第3电压之间形成规定通过电流量的通路，并在上述对应的1条源线中对上述数据读出时的电压变化速度进行调整。4.权利要求3记载的薄膜磁体存储装置，其中，各上述源线预充电部具有第2电流开关部，在上述对应的1条源线与上述第2电压之间进行电耦合，上述第1电流开关部的上述通过电流量小于上述第2电流开关部的通过电流量。5.权利要求1记载的薄膜磁体存储装置，其中，上述多个存储单元以矩阵方式配置，上述多条第1数据线分别对应于存储单元列设置，各上述第1数据线选择部，在对应的存储单元列被选为数据读出对象的场合下使上述对应的1条第1数据线与上述第1电压电断离，非被选存储单元列所对应的其余第1数据线保持在上述第1电压。6.权利要求1记载的薄膜磁体存储装置，其中，上述多个存储单元以矩阵方式配置，上述多条源线分别对应于存储单元列设置，上述源线驱动部，在对应的存储单元列被选为数据读出对象的场合下使上述对应的1条源线与上述第3电压电耦合，非被选存储单元列所对应的其余源线保持在上述第2电压。7.权利要求1记载的薄膜磁体存储装置，还包括以下部分第2数据线，传送用于与被选为上述数据读出对象的存储单元所对应的从上述多条第1数据线中被选出的1条的电压进行比较的参照电压；数据读出电路，用于对上述选出的第1数据线及上述第2数据线的电压差进行检测放大；虚存储单元，具有分别与上述存储数据电平对应的各上述存储单元的上述电阻值的中间电阻值；虚源线，与上述第2数据线对应配置，在上述数据读出时通过上述虚存储单元与上述第2数据线电耦合；与上述第2数据线对应的第2数据线选择部；与上述虚源线对应的虚源线选择部；其中，上述第2数据线选择部，在读出上述数据之前把上述第2数据线预充电至上述第1电压，同时在读出上述数据时使上述第2数据线与上述第1电压电断离，上述虚源线选择部包括虚源线预充电部，用于在读出上述数据之前把上述虚源线预充电至上述第2电压；虚源线驱动部，用于在读出上述数据时使上述虚源线与上述第3电压电耦合。8.一种薄膜磁体存储装置，包括以下部分用于存储数据的存储单元，上述存储单元包括根据存储数据电平改变电阻值的磁性存储部，上述磁性存储部具有第1磁体层，用于保持所固定的规定磁化方向，第2磁体层，保持根据用于附加沿难于磁化轴方向磁场的第1数据写入磁场及用于附加沿易于磁化轴方向磁场的第2数据写入磁场的组合写入的磁化方向；第1信号线，用于使发生上述第1数据写入磁场的第1数据写入电流流通；第2信号线，用于使发生上述第2数据写入磁场的第2数据写入电流流通；在写入数据时，上述第1数据写入电流的供应先于上述第2数据写入电流的供应。9.权利要求8记载的薄膜磁体存储装置，其中，上述第2信号线在数据读出时使用于从上述磁性存储部中通过的数据读出电流流通，在上述第2信号线中，从数据读出动作开始到上述数据读出电流开始流通的时间短于从数据写入动作开始到上述第2数据写入电流开始流通的时间。10.权利要求8记载的薄膜磁体存储装置，还包括以下部分第3信号线，用于在读出上述数据时通过上述存储单元与上述第2信号线电耦合；第1信号线选择部，用于对上述第2信号线的电压进行控制；第2信号线选择部，用于对上述第3信号线的...

【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]