KR102398177B1 - Magnetic memory device - Google Patents

Magnetic memory device Download PDF

Info

Publication number
KR102398177B1
KR102398177B1 KR1020150160551A KR20150160551A KR102398177B1 KR 102398177 B1 KR102398177 B1 KR 102398177B1 KR 1020150160551 A KR1020150160551 A KR 1020150160551A KR 20150160551 A KR20150160551 A KR 20150160551A KR 102398177 B1 KR102398177 B1 KR 102398177B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic tunnel
memory cells
memory
resistance value
tunnel junction
Prior art date
Application number
KR1020150160551A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170045081A (en
Inventor
서보영
이용규
고관협
이중재
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to CN201610900064.6A priority Critical patent/CN107039579B/en
Priority to US15/293,782 priority patent/US10311928B2/en
Publication of KR20170045081A publication Critical patent/KR20170045081A/en
Priority to US16/290,102 priority patent/US10431276B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102398177B1 publication Critical patent/KR102398177B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1653Address circuits or decoders
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1675Writing or programming circuits or methods
    • H01L43/08

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 자기 메모리 장치에 관한 것으로, 서로 교차하는 워드 라인들과 제1 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제1 메모리 셀들, 상기 제1 메모리 셀들의 각각은 제1 메모리 소자 및 이에 연결되는 제1 선택 소자를 포함하고 및 서로 교차하는 상기 워드 라인들과 제2 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제2 메모리 셀들, 상기 제2 메모리 셀들의 각각은 제2 메모리 소자 및 이에 연결되는 제2 선택 소자를 포함하되, 상기 제1 및 제2 메모리 소자들의 각각은, 고정층, 자유층 및 이들 사이의 터널 배리어층을 포함하는 자기터널접합을 포함하고, 상기 제2 메모리 소자들 중 일부의 상기 자기터널접합은 상기 터널 배리어층이 절연 파괴되어 비가역적인 저항 상태를 갖는 자기 메모리 장치를 제공한다.The present invention relates to a magnetic memory device, comprising a plurality of first memory cells connected between word lines and first bit lines crossing each other, each of the first memory cells being a first memory element and a first memory cell connected thereto A plurality of second memory cells including a first selection element and connected between the word lines and second bit lines crossing each other, each of the second memory cells is a second memory element and a second selection element connected thereto a device, wherein each of the first and second memory devices includes a magnetic tunnel junction including a pinned layer, a free layer, and a tunnel barrier layer therebetween, wherein the magnetic tunnel of some of the second memory devices The junction provides a magnetic memory device having an irreversible resistance state due to dielectric breakdown of the tunnel barrier layer.

Description

자기 메모리 장치{Magnetic memory device}Magnetic memory device

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 자기 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to magnetic memory devices.

전자 기기의 고속화, 저 소비전력화에 따라 이에 내장되는 반도체 기억 소자 역시 빠른 읽기/쓰기 동작, 낮은 동작 전압이 요구되고 있다. 이러한 요구들을 충족시키기 일 방안으로 반도체 기억 소자로 자기기억 소자가 제안된 바 있다. 자기기억 소자는 고속으로 동작할 수 있으며, 또한 비휘발성 특성을 가질 수 있어, 차세대 기억 소자로서 각광받고 있다.In accordance with the high speed and low power consumption of electronic devices, semiconductor memory devices embedded therein are also required to have fast read/write operations and low operating voltages. A magnetic memory device has been proposed as a semiconductor memory device as a way to satisfy these requirements. The magnetic memory device can operate at a high speed and can have non-volatile characteristics, so it is in the spotlight as a next-generation memory device.

자기기억 소자는 자기터널접합(Magnetic Tunnel Junction: MTJ)을 포함할 수 있다. 자기터널접합은 두 개의 자성체들과 그 사이에 개재된 터널 배리어층을 포함할 수 있다. 두 개의 자성체들의 자화 방향들에 따라 자기터널접합의 저항값이 달라질 수 있다. 예컨대, 두 개의 자성체들의 자화 방향들이 서로 반평행한 경우 자기터널접합은 상대적으로 큰 저항값을 가질 수 있으며, 두 개의 자성체들의 자화 방향들이 평행한 경우 자기터널접합은 상대적으로 작은 저항값을 가질 수 있다. 이러한 저항값들의 차이를 이용하여 자기 기억 소자는 데이터를 기입/판독할 수 있다.The magnetic memory device may include a magnetic tunnel junction (MTJ). The magnetic tunnel junction may include two magnetic materials and a tunnel barrier layer interposed therebetween. The resistance value of the magnetic tunnel junction may vary according to the magnetization directions of the two magnetic materials. For example, when the magnetization directions of two magnetic materials are antiparallel to each other, the magnetic tunnel junction may have a relatively large resistance value, and when the magnetization directions of the two magnetic materials are parallel to each other, the magnetic tunnel junction may have a relatively small resistance value. there is. The magnetic memory device can write/read data by using the difference in resistance values.

전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 자기기억 소자에 대한 고집적화 및/또는 저 소비전력화에 대한 요구가 심화되고 있다. 따라서, 이러한 요구들을 충족시키기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.As the electronic industry is highly developed, the demand for high integration and/or low power consumption of the magnetic memory device is increasing. Therefore, many studies are being conducted to satisfy these needs.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고집적화된 자기 메모리 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a highly integrated magnetic memory device.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 갖는 자기 메모리 장치를 제공하는 데 있다.Another technical object of the present invention is to provide a magnetic memory device having excellent reliability.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치 복수의 워드 라인들; 상기 워드 라인들과 교차하는 복수의 비트 라인들, 상기 복수의 비트 라인들은 제1 비트 라인들, 및 상기 제1 비트 라인들로부터 상기 워드 라인들의 연장 방향으로 이격되는 제2 비트 라인들을 포함하고; 서로 교차하는 상기 워드 라인들과 상기 제1 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제1 메모리 셀들, 상기 제1 메모리 셀들의 각각은 제1 메모리 소자 및 이에 연결되는 제1 선택 소자를 포함하고; 및 서로 교차하는 상기 워드 라인들과 상기 제2 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제2 메모리 셀들, 상기 제2 메모리 셀들의 각각은 제2 메모리 소자 및 이에 연결되는 제2 선택 소자를 포함하되, 상기 제1 및 제2 메모리 소자들의 각각은, 고정층, 자유층 및 이들 사이의 터널 배리어층을 포함하는 자기터널접합을 포함하고, 상기 제2 메모리 소자들 중 일부의 상기 자기터널접합은 상기 터널 배리어층이 절연 파괴되어 비가역적인 저항 상태를 가질 수 있다. A plurality of word lines of a magnetic memory device according to embodiments of the present invention for achieving the above object; a plurality of bit lines intersecting the word lines, the plurality of bit lines including first bit lines, and second bit lines spaced apart from the first bit lines in an extension direction of the word lines; a plurality of first memory cells connected between the word lines crossing each other and the first bit lines, each of the first memory cells including a first memory element and a first selection element connected thereto; and a plurality of second memory cells connected between the word lines and the second bit lines crossing each other, each of the second memory cells comprising a second memory element and a second selection element connected thereto; Each of the first and second memory devices includes a magnetic tunnel junction including a pinned layer, a free layer, and a tunnel barrier layer therebetween, and the magnetic tunnel junction of some of the second memory devices is the tunnel barrier The layer may be dielectric breakdown and have an irreversible resistance state.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 메모리 셀들은 복수 회의 프로그래밍이 가능한 노말 메모리 셀 어레이를 구성하고, 상기 제2 메모리 셀들은 일 회의 프로그래밍만이 가능한 OTP 메모리 셀 어레이를 구성할 수 있다. According to an embodiment, the first memory cells may constitute a normal memory cell array that can be programmed a plurality of times, and the second memory cells may constitute an OTP memory cell array that can be programmed only once.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 메모리 소자들의 상기 자기터널접합은 제1 자기터널접합이고, 상기 제2 메모리 소자들 중 상기 일부의 상기 자기터널접합은 제2 자기터널접합이고, 상기 제2 메모리 소자들 중 나머지의 상기 자기터널접합은 제3 자기터널접합이되, 상기 제1 자기터널접합은 복수의 프로그래밍을 통해 제1 데이터에 상응하는 제1 저항값 또는 제2 데이터에 상응하는 제2 저항값을 갖고, 상기 제2 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제1 데이터에 상응하는 제3 저항값을 갖고, 상기 제3 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제2 데이터에 상응하는 제4 저항값을 갖되, 상기 제1 내지 제4 저항값들은 서로 다를 수 있다.In an embodiment, the magnetic tunnel junction of the first memory elements is a first magnetic tunnel junction, the magnetic tunnel junction of the part of the second memory elements is a second magnetic tunnel junction, and the second memory The magnetic tunnel junction of the remaining elements becomes a third magnetic tunnel junction, wherein the first magnetic tunnel junction has a first resistance value corresponding to first data or a second resistance corresponding to second data through a plurality of programming. value, the second magnetic tunnel junction has a third resistance value corresponding to the first data through one programming, and the third magnetic tunnel junction has a third resistance value corresponding to the second data through one programming. It has 4 resistance values, and the first to fourth resistance values may be different from each other.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 저항값은 상기 제2 저항 값보다 작고, 상기 제3 저항값은 상기 제1 저항값보다 작고, 상기 제4 저항값은 상기 제1 및 제2 저항값들 사이일 수 있다. In example embodiments, the first resistance value is smaller than the second resistance value, the third resistance value is smaller than the first resistance value, and the fourth resistance value is between the first and second resistance values. can be

일 실시예에 따르면, 상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고, 상기 제2 메모리 셀들 중 일부는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀로 이용될 수 있다. According to an embodiment, some of the first memory cells are used as first reference cells for a read operation of the first memory cells, and some of the second memory cells are used as first reference cells for a read operation of the second memory cells. 2 It can be used as a reference cell.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 기준 셀은 상기 제1 메모리 셀들 중 한 쌍의 제1 메모리 셀들이 하나의 제1 비트 라인을 통해 병렬 연결되도록 구성될 수 있다. According to an embodiment, the first reference cell may be configured such that a pair of first memory cells of the first memory cells are connected in parallel through one first bit line.

일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 제1 메모리 셀들 중 어느 하나의 상기 제1 자기터널접합은 상기 제1 저항값을 갖도록 프로그래밍되고, 다른 하나의 상기 제1 자기터널접합은 상기 제2 저항값을 갖도록 프로그래밍 될 수 있다. In an embodiment, the first magnetic tunnel junction of any one of the pair of first memory cells is programmed to have the first resistance value, and the first magnetic tunnel junction of the other one has the second resistance value. can be programmed to have

일 실시예에 따르면, 상기 제2 기준 셀은 상기 제2 메모리 셀들 중 상기 제2 자기터널접합을 포함하는 어느 하나로 구성될 수 있다. According to an embodiment, the second reference cell may include any one of the second memory cells including the second magnetic tunnel junction.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 더 포함하되, 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제2 기준 셀을 구성하는 상기 제2 자기터널접합의 상기 제3 저항값과 상기 제어 저항의 제5 저항값의 합산 값을 이용할 수 있다. In an embodiment, the display device further includes a control resistor electrically connected to the second reference cell, wherein the reference resistance for the read operation of the second memory cells is the second magnetic tunnel junction constituting the second reference cell. A sum of the third resistance value of and the fifth resistance value of the control resistor may be used.

일 실시예에 따르면, 상기 합산 값은 상기 제3 저항값과 상기 제4 저항값 사이일 수 있다.According to an embodiment, the sum value may be between the third resistance value and the fourth resistance value.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 비트 라인들을 통해 상기 제1 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제1 주변 회로; 및 상기 제2 비트 라인들을 통해 상기 제2 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제2 주변 회로를 더 포함하되, 상기 제2 주변 회로는 상기 제1 주변 회로의 제1 주변 트랜지스터보다 높은 전압 하에 구동되는 적어도 하나의 제2 주변 트랜지스터를 포함할 수 있다. According to an embodiment, a first peripheral circuit electrically connected to the first memory cells through the first bit lines; and a second peripheral circuit electrically connected to the second memory cells through the second bit lines, wherein the second peripheral circuit is at least driven under a higher voltage than a first peripheral transistor of the first peripheral circuit. One second peripheral transistor may be included.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 주변 트랜지스터는 제1 주변 게이트 유전막 및 제1 주변 게이트 전극을 포함하고, 상기 제2 주변 트랜지스터는 제2 주변 게이트 유전막 및 제2 주변 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 주변 게이트 유전막의 두께는 상기 제1 게이트 유전막의 두께보다 클 수 있다. In an embodiment, the first peripheral transistor includes a first peripheral gate dielectric layer and a first peripheral gate electrode, and the second peripheral transistor includes a second peripheral gate dielectric layer and a second peripheral gate electrode, A thickness of the second peripheral gate dielectric layer may be greater than a thickness of the first gate dielectric layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 주변 게이트 전극은 상기 제1 주변 게이트 전극의 제1 폭보다 큰 제2 폭을 가질 수 있다.According to an embodiment, the second peripheral gate electrode may have a second width greater than a first width of the first peripheral gate electrode.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치, 노말 셀 어레이 및 OTP 셀 어레이를 포함하는 메모리 셀 어레이; 제1 비트 라인들을 통해 상기 노말 셀 어레이와 전기적으로 연결되는 제1 주변 회로; 및 제2 비트 라인들을 통해 상기 OTP 셀 어레이와 전기적으로 연결되는 제2 주변 회로를 포함하고, 상기 노말 셀 어레이는, 제1 자기터널접합 및 이에 연결된 제1 선택 트랜지스터를 포함하는 복수의 제1 메모리 셀들을 포함하고, 상기 OTP 셀 어레이는, 제2 자기터널접합 및 이에 연결된 제2 선택 트랜지스터를 포함하는 복수의 제2 메모리 셀들을 포함하되, 상기 제2 자기터널접합들 중 일부는 비가역적인 저항 상태를 가질 수 있다. A memory cell array including a magnetic memory device, a normal cell array, and an OTP cell array according to embodiments of the present invention for achieving the above object; a first peripheral circuit electrically connected to the normal cell array through first bit lines; and a second peripheral circuit electrically connected to the OTP cell array through second bit lines, wherein the normal cell array includes a plurality of first memories including a first magnetic tunnel junction and a first selection transistor connected thereto cells, wherein the OTP cell array includes a plurality of second memory cells including a second magnetic tunnel junction and a second selection transistor connected thereto, wherein some of the second magnetic tunnel junctions have an irreversible resistance state can have

일 실시예에 따르면, 상기 제2 자기터널접합들 중 상기 일부는 제1 서브 자기터널접합이고, 상기 제2 자기터널접합들 중 다른 일부는 제2 서브 자기터널접합이되, 상기 제1 자기터널접합은 복수의 프로그래밍을 통해 제1 데이터에 상응하는 제1 저항값 또는 제2 데이터에 상응하는 제2 저항값을 갖고, 상기 제1 서브 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제1 데이터에 상응하는 제3 저항값을 갖고, 상기 제2 서브 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제2 데이터에 상응하는 제4 저항값을 갖고, 상기 제1 저항값은 상기 제2 저항 값보다 작고, 상기 제3 저항값은 상기 제1 저항값보다 작고, 상기 제4 저항값은 상기 제1 및 제2 저항값들 사이일 수 있다. According to an embodiment, the part of the second magnetic tunnel junctions is a first sub-magnetic tunnel junction, and another part of the second magnetic tunnel junctions is a second sub-magnetic tunnel junction, and the first magnetic tunnel The junction has a first resistance value corresponding to the first data or a second resistance value corresponding to the second data through a plurality of programming, and the first sub-magnetic tunnel junction corresponds to the first data through a single programming has a third resistance value, the second sub-magnetic tunnel junction has a fourth resistance value corresponding to the second data through one programming, the first resistance value is smaller than the second resistance value, and The third resistance value may be smaller than the first resistance value, and the fourth resistance value may be between the first and second resistance values.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고, 상기 제1 서브 자기터널접합을 포함하는 상기 제2 메모리 셀들 중 선택된 어느 하나는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀로 이용될 수 있다. According to an embodiment, some of the first memory cells are used as first reference cells for a read operation of the first memory cells, and any one selected from among the second memory cells including the first sub-magnetic tunnel junction may be used as a second reference cell for a read operation of the second memory cells.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 주변 회로는 상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 포함하되, 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제2 기준 셀을 구성하는 상기 제2 자기터널접합의 상기 제3 저항값과 상기 제어 저항의 제5 저항값의 합산 값을 이용할 수 있다. According to an embodiment, the second peripheral circuit includes a control resistor electrically connected to the second reference cell, and the reference resistance for the read operation of the second memory cells is the reference resistance constituting the second reference cell. A sum of the third resistance value of the second magnetic tunnel junction and the fifth resistance value of the control resistor may be used.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고, 상기 OTP 셀 어레이는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀을 더 포함하되, 상기 제2 기준 셀은 가변 저항 소자를 통하지 않고 상기 제2 비트 라인들 중 하나와 연결되는 제3 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. According to an embodiment, some of the first memory cells are used as first reference cells for the read operation of the first memory cells, and the OTP cell array is a second reference cell for the read operation of the second memory cells. The second reference cell may further include a third selection transistor connected to one of the second bit lines without passing through the variable resistance element.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 주변 회로는 상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 포함하되, 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제어 저항의 제5 저항값을 이용할 수 있다. In an embodiment, the second peripheral circuit includes a control resistor electrically connected to the second reference cell, and the reference resistance for the read operation of the second memory cells is a fifth resistance value of the control resistor. Available.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 주변 회로는 적어도 하나의 제1 주변 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 주변 회로는 적어도 하나의 제2 주변 트랜지스터를 포함하되, 상기 제2 주변 트랜지스터는 상기 제1 주변 트랜지스터보다 높은 전압 하에서 구동될 수 있다. According to an embodiment, the first peripheral circuit includes at least one first peripheral transistor, and the second peripheral circuit includes at least one second peripheral transistor, wherein the second peripheral transistor includes the first peripheral transistor. It can be driven under a higher voltage than a transistor.

본 발명의 실시예들에 따르면, OTP 메모리 장치를 별도의 영역에 형성하지 않고 메모리 셀 어레이의 일부를 OTP 셀 어레이로 구현함에 따라, 고집적화에 최적화된 자기 메모리 장치를 제공할 수 있다. 아울러, 메모리 셀들의 메모리 소자인 자기터널접합을 단락시킴으로써, 용이하게 OTP 메모리 셀들을 구현할 수 있다. 더하여, OTP 메모리 셀들을 위한 기준 셀 및 주변 회로를 별도로 형성함으로써, OTP 메모리 셀들의 쓰기 및 읽기 동작이 최적화될 수 있다. 결과적으로, 신뢰성이 향상된 자기 메모리 장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a magnetic memory device optimized for high integration can be provided by implementing a part of the memory cell array as an OTP cell array without forming the OTP memory device in a separate area. In addition, by shorting the magnetic tunnel junction, which is a memory element of the memory cells, it is possible to easily implement OTP memory cells. In addition, by separately forming a reference cell and a peripheral circuit for the OTP memory cells, write and read operations of the OTP memory cells may be optimized. As a result, it is possible to provide a magnetic memory device with improved reliability.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치의 구성을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 제1 메모리 셀을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 자기터널접합을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 제1 서브 셀 및 제2 서브 셀을 나타내는 예시적인 도면들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 제1 메모리 셀의 읽기 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제2 메모리 셀의 읽기 동작을 설명하기 위한 간략 회로도들이다.
도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치를 나타내는 예시적인 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 A-A' 및 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 8c는 도 8a의 C-C', D-D', 및 E-E'선에 따른 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치를 나타내는 예시적인 평면도이다. 도 9b는 도 9a의 A-A' 및 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 9c는 도 9a의 C-C', D-D', 및 E-E'선에 따른 단면도이다.
1 is a block diagram of a magnetic memory device according to embodiments of the present invention.
2 is an exemplary circuit diagram for explaining a configuration of a magnetic memory device according to embodiments of the present invention.
3 is an exemplary diagram illustrating a first memory cell according to embodiments of the present invention.
4A and 4B are conceptual views for explaining a first magnetic tunnel junction according to embodiments of the present invention.
5A and 5B are exemplary diagrams illustrating a first sub-cell and a second sub-cell, respectively, according to embodiments of the present invention.
6 is a simplified circuit diagram illustrating a read operation of a first memory cell according to embodiments of the present invention.
7A and 7B are simplified circuit diagrams for explaining a read operation of a second memory cell according to embodiments of the present invention.
8A is an exemplary plan view illustrating a magnetic memory device according to embodiments of the present invention. 8B is a cross-sectional view taken along lines AA' and B-B' of FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along lines C-C', D-D', and E-E' of FIG. 8A.
9A is an exemplary plan view illustrating a magnetic memory device according to embodiments of the present invention. 9B is a cross-sectional view taken along lines AA' and B-B' of FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along lines C-C', D-D', and E-E' of FIG. 9A.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprises' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a magnetic memory device according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 자기 메모리 장치는 외부에서 입력된 데이터를 저장하기 위한 메모리 셀 어레이(10), 및 메모리 셀 어레이(10)를 제어하기 위한 주변 회로를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(10)는 노말 셀 어레이(10a)와 OTP 셀 어레이(10b, One Time Programmable Cell Array)를 포함할 수 있다. 즉, 메모리 셀 어레이(10)의 일부는 노말 셀 어레이(10a)로 구현될 수 있고, 메모리 셀 어레이(10)의 다른 일부는 OTP 셀 어레이(10b)로 구현될 수 있다. 주변 회로는 행 디코더(20), 열 선택 회로(30), 읽기/쓰기 회로(40), 및 제어 로직(50)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a magnetic memory device may include a memory cell array 10 for storing data input from the outside, and a peripheral circuit for controlling the memory cell array 10 . The memory cell array 10 may include a normal cell array 10a and an OTP cell array 10b (One Time Programmable Cell Array). That is, a part of the memory cell array 10 may be embodied as the normal cell array 10a, and another part of the memory cell array 10 may be embodied as the OTP cell array 10b. The peripheral circuit may include a row decoder 20 , a column selection circuit 30 , a read/write circuit 40 , and a control logic 50 .

노말 셀 어레이(10a) 및 OTP 셀 어레이(10b)의 각각은, 적어도 하나의 메모리 소자와 적어도 하나의 선택 소자를 포함하는 복수의 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 노말 셀 어레이(10a)의 메모리 셀들은 복수 회의 프로그램이 가능한 반면, OTP 셀 어레이(10b)의 메모리 셀들은 단 한번의 프로그래밍만이 가능할 수 있다. 노말 셀 어레이(10a) 및 OTP 셀 어레이(10b)의 메모리 셀들은 워드 라인들 및 비트 라인들에 연결될 수 있다. 이하 설명의 편의상, 노말 셀 어레이(10a)의 메모리 셀들은 노말 메모리 셀들로 지칭되고, OTP 셀 어레이(10b)의 메모리 셀들은 OTP 메모리 셀들로 지칭될 수 있다. 더하여, 노말 셀 어레이(10a)의 메모리 셀들과 연결되는 비트 라인들은 제1 비트 라인들로 지칭되고, OTP 셀 어레이(10b)의 메모리 셀들과 연결되는 비트 라인들은 제2 비트 라인들로 지칭될 수 있다.Each of the normal cell array 10a and the OTP cell array 10b may include a plurality of memory cells including at least one memory element and at least one selection element. The memory cells of the normal cell array 10a may be programmed a plurality of times, whereas the memory cells of the OTP cell array 10b may be programmed only once. Memory cells of the normal cell array 10a and the OTP cell array 10b may be connected to word lines and bit lines. For convenience of description below, the memory cells of the normal cell array 10a may be referred to as normal memory cells, and the memory cells of the OTP cell array 10b may be referred to as OTP memory cells. In addition, bit lines connected to the memory cells of the normal cell array 10a may be referred to as first bit lines, and bit lines connected to the memory cells of the OTP cell array 10b may be referred to as second bit lines. there is.

행 디코더(20)는 워드 라인들을 통해 노말 셀 어레이(10a) 및 OTP 셀 어레이(10b)와 연결될 수 있다. 행 디코더(20)는 외부에서 입력된 어드레스를 디코딩하여 복수 개의 워드 라인들 중 하나를 선택할 수 있다. The row decoder 20 may be connected to the normal cell array 10a and the OTP cell array 10b through word lines. The row decoder 20 may select one of the plurality of word lines by decoding an externally input address.

열 선택 회로(30) 및 읽기/쓰기 회로(40)의 각각은 노말 셀 어레이(10a) 및 OTP 셀 어레이(10b)에 상응하여 두 개의 영역으로 분리될 수 있다. 즉, 열 선택 회로(30)는 노말 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제1 열 선택 회로(30a), 및 OTP 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제2 열 선택 회로(30b)를 포함할 수 있다. 유사하게, 읽기/쓰기 회로(40)는 노말 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제1 읽기/쓰기 회로(40a), 및 OTP 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제2 읽기/쓰기 회로(40b)를 포함할 수 있다.Each of the column selection circuit 30 and the read/write circuit 40 may be divided into two regions corresponding to the normal cell array 10a and the OTP cell array 10b. That is, the column selection circuit 30 may include a first column selection circuit 30a electrically connected to normal memory cells, and a second column selection circuit 30b electrically connected to OTP memory cells. Similarly, the read/write circuit 40 may include a first read/write circuit 40a electrically connected to the normal memory cells, and a second read/write circuit 40b electrically connected to the OTP memory cells. can

상세하게, 제1 열 선택 회로(30a)는 제1 비트 라인들을 통해 노말 셀 어레이(10a)와 연결되며, 외부에서 입력된 어드레스를 디코딩하여 복수 개의 제1 비트 라인들 중 하나를 선택할 수 있다. 제1 열 선택 회로(30a)에서 선택된 제1 비트 라인은 제1 읽기/쓰기 회로(40a)에 연결될 수 있다. 제2 열 선택 회로(30b)는 제2 비트 라인들을 통해 OTP 셀 어레이(10b)와 연결되며, 외부에서 입력된 어드레스를 디코딩하여 복수 개의 제2 비트 라인들 중 하나를 선택할 수 있다. 제2 열 선택 회로(30b)에서 선택된 제2 비트 라인은 제2 읽기/쓰기 회로(40b)에 연결될 수 있다.In detail, the first column selection circuit 30a is connected to the normal cell array 10a through first bit lines, and may select one of the plurality of first bit lines by decoding an externally input address. The first bit line selected by the first column selection circuit 30a may be connected to the first read/write circuit 40a. The second column selection circuit 30b is connected to the OTP cell array 10b through second bit lines, and may select one of the plurality of second bit lines by decoding an externally input address. The second bit line selected by the second column selection circuit 30b may be connected to the second read/write circuit 40b.

제1 읽기/쓰기 회로(40a)는 제어 로직(50)의 제어에 따라 선택된 노말 메모리 셀을 액세스하기 위한 비트 라인 바이어스를 제공할 수 있다. 제1 읽기/쓰기 회로(40a)는 입력되는 데이터를 노말 메모리 셀에 기입하거나 판독하기 위하여 선택된 비트 라인에 비트 라인 전압을 제공할 수 있다. 제1 읽기/쓰기 회로(40a)는 제1 쓰기 드라이버 및 제1 센스 앰프를 포함할 수 있다. 제2 읽기/쓰기 회로(40b)는 제어 로직(50)의 제어에 따라 선택된 OTP 메모리 셀을 액세스하기 위한 비트 라인 바이어스를 제공할 수 있다. 제2 읽기/쓰기 회로(40b)는 입력되는 데이터를 OTP 메모리 셀에 기입하거나 판독하기 위하여 선택된 비트 라인에 비트 라인 전압을 제공할 수 있다. 제2 읽기/쓰기 회로(40b)는 제2 쓰기 드라이버 및 제2 센스 앰프를 포함할 수 있다.The first read/write circuit 40a may provide a bit line bias for accessing the selected normal memory cell according to the control of the control logic 50 . The first read/write circuit 40a may provide a bit line voltage to a selected bit line to write or read input data to or from a normal memory cell. The first read/write circuit 40a may include a first write driver and a first sense amplifier. The second read/write circuit 40b may provide a bit line bias for accessing the selected OTP memory cell according to the control of the control logic 50 . The second read/write circuit 40b may provide a bit line voltage to a selected bit line to write or read input data to or from the OTP memory cell. The second read/write circuit 40b may include a second write driver and a second sense amplifier.

제어 로직(50)은 외부에서 제공된 명령(command) 신호에 따라, 자기 메모리 장치를 제어하는 제어 신호들을 출력할 수 있다. 제어 로직(50)에서 출력된 제어 신호들은 읽기/쓰기 회로(40)를 제어할 수 있다. The control logic 50 may output control signals for controlling the magnetic memory device according to an externally provided command signal. Control signals output from the control logic 50 may control the read/write circuit 40 .

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치의 구성을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.2 is an exemplary circuit diagram for explaining a configuration of a magnetic memory device according to embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 자기 메모리 장치는 복수의 워드 라인들(WL), 비트 라인들, 메모리 셀 어레이(10), 제1 주변 회로(PC1) 및 제2 주변 회로(PC2)를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(10)는 제1 방향(D1)을 따라 순차적으로 배열된 제1 메모리 셀 어레이(10a)와 제2 메모리 셀 어레이(10b)를 포함할 수 있다. 제1 메모리 셀 어레이(10a)는 도 1의 노말 셀 어레이(10a)에 대응될 수 있고, 제2 메모리 셀 어레이(10b)는 도 1의 OTP 셀 어레이(10b)에 대응될 수 있다. 여기서, 제1 방향(D1)은 워드 라인들(WL)이 연장되는 방향으로 정의될 수 있다. 그리고, 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)은 비트 라인들이 연장되는 방향으로 정의될 수 있다. 워드 라인들(WL)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 메모리 셀 어레이(10a)와 제2 메모리 셀 어레이(10b)를 가로질 수 있다. 비트 라인들은 워드 라인들(WL)과 교차할 수 있다. 비트 라인들은 제1 메모리 셀 어레이(10a)와 연결되는 제1 비트 라인들(BL1) 및, 제2 메모리 셀 어레이(10b)와 연결되는 제2 비트 라인들(BL2)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the magnetic memory device may include a plurality of word lines WL, bit lines, a memory cell array 10 , a first peripheral circuit PC1 , and a second peripheral circuit PC2 . . The memory cell array 10 may include a first memory cell array 10a and a second memory cell array 10b sequentially arranged in the first direction D1 . The first memory cell array 10a may correspond to the normal cell array 10a of FIG. 1 , and the second memory cell array 10b may correspond to the OTP cell array 10b of FIG. 1 . Here, the first direction D1 may be defined as a direction in which the word lines WL extend. In addition, the second direction D2 crossing the first direction D1 may be defined as a direction in which the bit lines extend. The word lines WL may extend in the first direction D1 to cross the first memory cell array 10a and the second memory cell array 10b. The bit lines may cross the word lines WL. The bit lines may include first bit lines BL1 connected to the first memory cell array 10a and second bit lines BL2 connected to the second memory cell array 10b.

제1 메모리 셀 어레이(10a)는 제1 메모리 셀들(MC1)을 포함할 수 있다. 제1 메모리 셀들(MC1)은 2차원적으로 또는 3차원적으로 배열될 수 있다. 제1 메모리 셀들(MC1)은 서로 교차하는 워드 라인들(WL)과 제1 비트 라인들(BL1) 사이에 연결될 수 있다. 제1 메모리 셀들(MC1)은 도 1을 참조하여 설명한 노말 메모리 셀들에 해당할 수 있다. 제2 메모리 셀 어레이(10b)는 제2 메모리 셀들(MC2)을 포함할 수 있다. 제2 메모리 셀들(MC2)은 2차원적으로 또는 3차원적으로 배열될 수 있다. 제2 메모리 셀들(MC2)은 서로 교차하는 워드 라인들(WL)과 제2 비트 라인들(BL2) 사이에 연결될 수 있다. 제2 메모리 셀들(MC2)은 도 1을 참조하여 설명한 OTP 메모리 셀들에 해당할 수 있다. 하나의 워드 라인(WL)에 복수 개의 제1 메모리 셀들(MC1)과 복수 개의 제2 메모리 셀들(MC2)이 연결될 수 있다. 그리고, 하나의 열을 이루는 복수 개의 제1 메모리 셀들(MC1)은 서로 다른 워드 라인들(WL)과 연결되고, 하나의 제1 비트 라인(BL1)을 공유할 수 있다. 마찬가지로, 하나의 열을 이루는 복수 개의 제2 메모리 셀들(MC2)은 서로 다른 워드 라인들(WL)과 연결되고, 하나의 제2 비트 라인(BL2)을 공유할 수 있다. The first memory cell array 10a may include first memory cells MC1 . The first memory cells MC1 may be arranged two-dimensionally or three-dimensionally. The first memory cells MC1 may be connected between the word lines WL and the first bit lines BL1 crossing each other. The first memory cells MC1 may correspond to the normal memory cells described with reference to FIG. 1 . The second memory cell array 10b may include second memory cells MC2 . The second memory cells MC2 may be arranged two-dimensionally or three-dimensionally. The second memory cells MC2 may be connected between the word lines WL and the second bit lines BL2 crossing each other. The second memory cells MC2 may correspond to the OTP memory cells described with reference to FIG. 1 . A plurality of first memory cells MC1 and a plurality of second memory cells MC2 may be connected to one word line WL. In addition, the plurality of first memory cells MC1 constituting one column may be connected to different word lines WL and may share one first bit line BL1 . Similarly, the plurality of second memory cells MC2 constituting one column may be connected to different word lines WL and may share one second bit line BL2 .

제1 메모리 셀들(MC1)의 각각은 제1 메모리 소자(ME1) 및 제1 선택 소자(SE1)를 포함할 수 있다. 제1 메모리 소자(ME1)는 제1 비트 라인(BL1)과 제1 선택 소자(SE1) 사이에 연결될 수 있고, 제1 선택 소자(SE1)는 제1 메모리 소자(ME1)와 워드 라인(WL) 사이에 연결될 수 있다. 제1 메모리 소자(ME1)는 인가되는 전기적 펄스에 의해 두 가지 저항 상태로 스위칭될 수 있는 가변 저항 소자일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 메모리 소자(ME1)는 그것을 통과하는 전류에 의한 스핀 전달 과정을 이용하여 그것의 전기적 저항이 변화될 수 있는 박막 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 메모리 소자(ME1)는 자기-저항(magnetoresistance) 특성을 보이도록 구성되는 박막 구조를 가질 수 있으며, 적어도 하나의 강자성 물질들 및/또는 적어도 하나의 반강자성 물질들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 메모리 소자(ME1)는 자기터널접합(magnetic tunnel junction)을 포함하는 자기기억 소자일 수 있다.Each of the first memory cells MC1 may include a first memory element ME1 and a first selection element SE1 . The first memory device ME1 may be connected between the first bit line BL1 and the first selection device SE1 , and the first selection device SE1 includes the first memory device ME1 and the word line WL. can be connected between The first memory element ME1 may be a variable resistance element that can be switched to two resistance states by an applied electric pulse. According to an embodiment, the first memory device ME1 may be formed to have a thin film structure in which its electrical resistance can be changed by using a spin transfer process by a current passing therethrough. The first memory device ME1 may have a thin film structure configured to exhibit magnetoresistance characteristics, and may include at least one ferromagnetic material and/or at least one antiferromagnetic material. Specifically, the first memory device ME1 may be a magnetic memory device including a magnetic tunnel junction.

제1 선택 소자(SE1)는 제1 메모리 소자(ME1)를 지나는 전하의 흐름을 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 선택 소자(SE1)는 다이오드, 피엔피 바이폴라 트랜지스터, 엔피엔 바이폴라 트랜지스터, 엔모스 전계효과 트랜지스터 및 피모스 전계효과 트랜지스터 중의 하나일 수 있다. 제1 선택 소자(SE1)가 3단자 소자인 바이폴라 트랜지스터 또는 모스 전계효과 트랜지스터로 구성되는 경우, 추가적인 배선(예컨대, 소스 라인, 미도시)이 제1 선택 소자(SE1)에 연결될 수 있다. 제1 메모리 셀(MC1)에 대해서는 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상세히 설명한다. The first selection device SE1 may be configured to selectively control the flow of charges passing through the first memory device ME1 . For example, the first selection element SE1 may be one of a diode, a PNP bipolar transistor, an NPM bipolar transistor, an NMOS field effect transistor, and a PMOS field effect transistor. When the first selection element SE1 is configured as a three-terminal bipolar transistor or a MOS field effect transistor, an additional wire (eg, a source line, not shown) may be connected to the first selection element SE1 . The first memory cell MC1 will be described in detail with reference to FIGS. 3, 4A, and 4B .

제2 메모리 셀들(MC2)은 제1 메모리 셀들(MC1)과 실질적으로 동일/유사한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 메모리 셀들(MC2)의 각각은 자기터널접합 형태로 구현되는 제2 메모리 소자(ME2), 및 제1 선택 소자(SE1)와 동일한 형태로 구현되는 제2 선택 소자(SE2)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 메모리 셀들(MC2) 중 일부의 제2 메모리 소자들(ME2)은 블로잉된(blown) 상태일 수 있고, 다른 일부의 제2 메모리 소자들(ME2)은 블로잉되지 않은(un-blown) 상태일 수 있다. 여기서, 블로잉된 상태는 자기터널접합을 구성하는 두 개의 자성층들이 서로 단락된 상태를 의미한다. 이는 일 회의 프로그래밍 동작을 통해, 두 자성층들의 양단에 항복 전압(break down voltage)을 인가하여 자성층들 사이의 터널 배리어층을 절연 파괴함으로써 달성될 수 있다. 블로잉된 자기터널접합의 저항은 비가역적이며, 블로잉되지 않은 자기터널접합의 저항보다 작은 값을 가질 수 있다. 결론적으로, 제2 메모리 셀들(MC2) 중 일부가 비가역적인 저항 상태의 제2 메모리 소자들(ME2)을 가짐에 따라, 제2 메모리 셀 어레이(10b)는 OTP 메모리 장치로 구현될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 블로잉되지 않은 제2 메모리 소자(ME2)를 포함하는 제2 메모리 셀(MC2)은 제1 서브 셀(MC2_1, 도 5a)로 지칭하고, 블로잉된 제2 메모리 소자(ME2)를 포함하는 제2 메모리 셀(MC2)은 제2 서브 셀(MC2_2, 도 5b)로 지칭한다. 제1 및 제2 서브 셀들((MC2_1, MC2_2)에 대해서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상세히 설명한다. The second memory cells MC2 may be implemented in substantially the same/similar shape to the first memory cells MC1 . For example, each of the second memory cells MC2 includes a second memory device ME2 implemented in a magnetic tunnel junction shape, and a second selection device SE2 implemented in the same shape as the first selection device SE1 . can do. In this case, some of the second memory elements ME2 of the second memory cells MC2 may be in a blown state, and some of the second memory elements ME2 may be in a non-blown state. blown) state. Here, the blown state means a state in which two magnetic layers constituting the magnetic tunnel junction are short-circuited. This may be achieved by applying a break down voltage to both ends of the two magnetic layers to dielectrically break the tunnel barrier layer between the magnetic layers through one programming operation. The resistance of the blown magnetic tunnel junction is irreversible and may have a value smaller than the resistance of the non-blown magnetic tunnel junction. Consequently, as some of the second memory cells MC2 have the second memory elements ME2 in an irreversible resistance state, the second memory cell array 10b may be implemented as an OTP memory device. For convenience of description, the second memory cell MC2 including the non-blowing second memory device ME2 is referred to as the first sub-cell MC2_1 ( FIG. 5A ), and the blown second memory device ME2 is referred to as the first sub-cell MC2_1 ( FIG. 5A ). ) including the second memory cell MC2 is referred to as a second sub-cell MC2_2 ( FIG. 5B ). The first and second sub-cells MC2_1 and MC2_2 will be described in detail with reference to FIGS. 5A and 5B .

제1 메모리 셀들(MC1)의 각각은 제1 비트 라인들(BL1)의 각각에 의해 제1 주변 회로(PC1)에 연결될 수 있고, 제2 메모리 셀들(MC2)의 각각은 제2 비트 라인들(BL2)의 각각에 의해 제2 주변 회로(PC2)에 연결될 수 있다. 제1 주변 회로(PC1)는 도 1의 제1 열 선택 회로(30a) 및/또는 제1 읽기/쓰기 회로(40a)를 포함할 수 있다. 제2 주변 회로(PC2)는 도 1의 제2 열 선택 회로(30b) 및/또는 제2 읽기/쓰기 회로(40b)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 주변 회로(PC1)를 구성하는 제1 주변 트랜지스터들은 저전압 트랜지스터로 구현될 수 있다. 그리고, 제2 주변 회로(PC2)를 구성하는 제2 주변 트랜지스터들의 적어도 일부는 제1 주변 트랜지스터들보다 높은 전압 하에 구동되는 고전압 트랜지스터로 구현될 수 있다. 이는 제2 서브 셀(MC2_2)로 구현되는 제2 메모리 셀들(MC2)의 일부에 안정적인 고전압을 인가하기 위함일 수 있다. Each of the first memory cells MC1 may be connected to the first peripheral circuit PC1 by each of the first bit lines BL1 , and each of the second memory cells MC2 may be connected to the second bit lines BL1 . BL2) may be connected to the second peripheral circuit PC2. The first peripheral circuit PC1 may include the first column selection circuit 30a and/or the first read/write circuit 40a of FIG. 1 . The second peripheral circuit PC2 may include the second column selection circuit 30b and/or the second read/write circuit 40b of FIG. 1 . According to embodiments of the present invention, the first peripheral transistors constituting the first peripheral circuit PC1 may be implemented as low voltage transistors. In addition, at least some of the second peripheral transistors constituting the second peripheral circuit PC2 may be implemented as high voltage transistors driven under a higher voltage than that of the first peripheral transistors. This may be to apply a stable high voltage to some of the second memory cells MC2 implemented as the second sub-cells MC2_2 .

한편, 제1 메모리 셀 어레이(10a)의 읽기 동작을 위해 제1 메모리 셀들(MC1) 중 일부는 기준 셀로 이용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 메모리 셀 어레이(10b)의 읽기 동작을 위해, 제2 메모리 셀들(MC2) 중 일부는 기준 셀로 이용될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 제1 메모리 셀 어레이(10a)의 기준 셀은 제1 기준 셀(RC1, 도 6 참조)로 지칭하고, 제2 메모리 셀 어레이(10b)의 기준 셀은 제2 기준 셀(RC2, 도 7a 참조)로 지칭한다. Meanwhile, some of the first memory cells MC1 may be used as reference cells for the read operation of the first memory cell array 10a. Similarly, for a read operation of the second memory cell array 10b, some of the second memory cells MC2 may be used as reference cells. For convenience of description, a reference cell of the first memory cell array 10a is referred to as a first reference cell RC1 (refer to FIG. 6 ), and a reference cell of the second memory cell array 10b is referred to as a second reference cell ( RC2, see Fig. 7a).

일 실시예에 따르면, 제1 기준 셀(RC1)은 서로 인접한 두 개의 워드 라인들(WL)과 이들과 교차하는 하나의 제1 비트 라인(BL1) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제1 기준 셀(RC1)은 병렬 연결된 한 쌍의 제1 메모리 소자들과 한 쌍의 제1 메모리 소자들 각각에 직렬 연결된 제1 선택 소자들(SE1)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 기준 셀(RC1)은 복수 개로 제공될 수 있다. 예컨대, 복수 개의 제1 기준 셀들(RC1)은 서로 인접한 두 개의 워드 라인들(WL)과 이들과 교차하는 제1 비트 라인들(BL1) 사이에 각각 연결될 수 있다. 제1 기준 셀(RC1)에 대해서는 도 6을 참조하여 다시 설명한다.According to an embodiment, the first reference cell RC1 may be connected between two word lines WL adjacent to each other and one first bit line BL1 crossing them. That is, the first reference cell RC1 may include a pair of first memory elements connected in parallel and first selection elements SE1 connected in series to each of the pair of first memory elements. However, embodiments of the present invention are not limited thereto. A plurality of first reference cells RC1 may be provided. For example, the plurality of first reference cells RC1 may be respectively connected between two word lines WL adjacent to each other and first bit lines BL1 crossing them. The first reference cell RC1 will be described again with reference to FIG. 6 .

제2 기준 셀(RC2)은 제2 서브 셀(MC2_2)로 구현될 수 있다. 즉, 제2 기준 셀(RC2)은 블로잉된 제2 메모리 소자(ME2)를 포함할 수 있다. 제2 기준 셀(RC2)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 제2 기준 셀들(RC2)은 제2 방향(D2)으로 배열되어 하나의 열을 이룰 수 있다. 하나의 열을 이루는 복수 개의 제2 기준 셀들(RC2)은 서로 다른 워드 라인들(WL)과 연결되고, 하나의 제2 비트 라인(BL2)을 공유할 수 있다. 제2 기준 셀(RC2)에 대해서는 도 7a를 참조하여 다시 설명한다.The second reference cell RC2 may be implemented as a second sub-cell MC2_2. That is, the second reference cell RC2 may include the blown second memory device ME2 . A plurality of second reference cells RC2 may be provided, and the plurality of second reference cells RC2 may be arranged in the second direction D2 to form one column. The plurality of second reference cells RC2 constituting one column may be connected to different word lines WL and may share one second bit line BL2 . The second reference cell RC2 will be described again with reference to FIG. 7A .

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 제1 메모리 셀을 나타내는 예시적인 도면이다. 3 is an exemplary diagram illustrating a first memory cell according to embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 제1 메모리 셀(MC1)은 메모리 소자로서 제1 자기터널접합(MTJ1) 및 선택 소자로서 제1 선택 트랜지스터(SE1)를 포함할 수 있다. 제1 선택 트랜지스터(SE1)의 게이트 전극은 상응하는 워드 라인(WL)에 연결되며, 제1 선택 트랜지스터(SE1)의 소스(source)는 상응하는 소스 라인(SL)에 연결되고, 제1 선택 트랜지스터(SE1)의 드레인(drain)은 제1 자기터널접합(MTJ1)을 통해 상응하는 제1 비트라인(BL1)에 연결될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the first memory cell MC1 may include a first magnetic tunnel junction MTJ1 as a memory device and a first selection transistor SE1 as a selection device. A gate electrode of the first selection transistor SE1 is connected to a corresponding word line WL, a source of the first selection transistor SE1 is connected to a corresponding source line SL, and the first selection transistor A drain of SE1 may be connected to a corresponding first bit line BL1 through a first magnetic tunnel junction MTJ1.

제1 자기터널접합(MTJ1)은 고정층(PL), 자유층(FL) 및 이들 사이에 개재된 터널 배리어층(TBL)을 포함할 수 있다. 고정층(PL)은 일 방향으로 고정된 자화방향을 갖고, 자유층(FL)은 고정층(PL)의 자화방향에 평행 또는 반평행하도록 변경 가능한 자화방향을 갖는다. 제1 자기터널접합(MTJ1)의 전기적 저항은 고정층(PL)과 자유층(FL)의 자화방향들에 따라 달라질 수 있다. 제1 자기터널접합(MTJ1)에서 고정층(PL)과 자유층(FL)의 자화 방향이 평행한 경우, 제1 자기터널접합(MTJ1)은 낮은 저항 상태(예를 들어, 제1 저항값=R1)를 가지며, 제1 데이터에 상응하는 '0'이 기입될 수 있다. 이와 달리, 제1 자기터널접합(MTJ1)에서 고정층(PL)과 자유층(FL)의 자화 방향이 반평행한 경우, 제1 자기터널접합(MTJ1)은 높은 저항 상태(예를 들어, 제2 저항값=R2)를 가지며, 제2 데이터에 상응하는 '1'이 기입될 수 있다. 예컨대, 제1 저항값(R1)은 약 10킬로옴(kΩ) 일 수 있고, 제2 저항값(R2)은 약 40킬로옴(kΩ) 일 수 있다.The first magnetic tunnel junction MTJ1 may include a pinned layer PL, a free layer FL, and a tunnel barrier layer TBL interposed therebetween. The pinned layer PL has a magnetization direction fixed in one direction, and the free layer FL has a magnetization direction that can be changed to be parallel or antiparallel to the magnetization direction of the pinned layer PL. The electrical resistance of the first magnetic tunnel junction MTJ1 may vary according to the magnetization directions of the pinned layer PL and the free layer FL. When the magnetization directions of the pinned layer PL and the free layer FL are parallel in the first magnetic tunnel junction MTJ1 , the first magnetic tunnel junction MTJ1 is in a low resistance state (eg, first resistance value = R1 ). ), and '0' corresponding to the first data may be written. On the other hand, when the magnetization directions of the pinned layer PL and the free layer FL in the first magnetic tunnel junction MTJ1 are antiparallel, the first magnetic tunnel junction MTJ1 is in a high resistance state (eg, the second magnetic tunnel junction MTJ1). resistance = R2), and '1' corresponding to the second data may be written. For example, the first resistance value R1 may be about 10 kiloohms (kΩ), and the second resistance value R2 may be about 40 kiloohms (kΩ).

제1 메모리 셀(MC1)의 쓰기 동작을 위해, 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 제1 자기터널접합(MTJ1)의 양단에 제1 쓰기 전압이 인가될 수 있다. 제1 자기터널접합(MTJ1)에 인가되는 제1 쓰기 전압의 방향에 따라, 제1 자기터널접합(MTJ1)에 제1 쓰기 전류(Iw1) 또는 제2 쓰기 전류(Iw2)가 흐를 수 있다. 제1 쓰기 전류(Iw1)는 제1 비트 라인(BL1)에서 소스 라인(SL)으로 흐르는 방향으로 제1 자기터널접합(MTJ1)에 제공되고, 제2 쓰기 전류(Iw2)는 소스 라인(SL)에서 제1 비트 라인(BL1)으로 흐르는 방향으로 제1 자기터널접합(MTJ1)에 제공될 수 있다. 자유층(FL)의 자화방향은 상술한 쓰기 전류 내 전자들의 스핀 토크(spin torque)에 의하여 변경될 수 있다. 결론적으로, 제1 메모리 셀(MC1)은 제1 자기터널접합(MTJ1)을 흐르는 쓰기 전류의 방향에 따라 제1 저항값(R1) 또는 제2 저항값(R2)을 저장할 수 있고, 이로써 복수의 프로그래밍이 가능한 노말 메모리 셀로 구현될 수 있다.For a write operation of the first memory cell MC1 , a turn-on voltage may be applied to the word line WL and a first write voltage may be applied to both ends of the first magnetic tunnel junction MTJ1 . A first write current Iw1 or a second write current Iw2 may flow in the first magnetic tunnel junction MTJ1 according to the direction of the first write voltage applied to the first magnetic tunnel junction MTJ1 . The first write current Iw1 is provided to the first magnetic tunnel junction MTJ1 in a direction flowing from the first bit line BL1 to the source line SL, and the second write current Iw2 is the source line SL. may be provided to the first magnetic tunnel junction MTJ1 in a direction flowing from the to the first bit line BL1 to the first bit line BL1 . The magnetization direction of the free layer FL may be changed by a spin torque of electrons in the above-described write current. As a result, the first memory cell MC1 may store the first resistance value R1 or the second resistance value R2 according to the direction of the write current flowing through the first magnetic tunnel junction MTJ1 , so that a plurality of It may be implemented as a programmable normal memory cell.

본 실시예에서, 자유층(FL)이 제1 비트 라인(BL1)에 연결되고, 고정층(PL)이 제1 선택 트랜지스터(SE1)에 연결되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 도시된 바와 달리, 고정층(PL)이 제1 비트 라인(BL1)에 연결되고, 자유층(FL)이 제1 선택 트랜지스터(SE1)에 연결될 수 있다. 이하, 제1 자기터널접합(MTJ1)에 대해 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상세히 설명한다.In the present embodiment, it is illustrated that the free layer FL is connected to the first bit line BL1 and the pinned layer PL is connected to the first selection transistor SE1, but embodiments of the present invention are not limited thereto. it is not According to another embodiment, unlike illustrated, the pinned layer PL may be connected to the first bit line BL1 , and the free layer FL may be connected to the first selection transistor SE1 . Hereinafter, the first magnetic tunnel junction MTJ1 will be described in detail with reference to FIGS. 4A and 4B .

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 자기터널접합을 설명하기 위한 개념도들이다. 4A and 4B are conceptual views for explaining a first magnetic tunnel junction according to embodiments of the present invention.

제1 자기터널접합(MTJ1)의 전기적 저항은 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 자화 방향들에 의존적일 수 있다. 예를 들면, 제1 자기터널접합(MTJ1)의 전기적 저항은 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 자화 방향들이 평행한(parallel) 경우에 비해 이들이 반평행한(antiparallel) 경우에 훨씬 클 수 있다. 결과적으로, 제1 자기터널접합(MTJ1)의 전기적 저항은 자유층(FL)의 자화 방향을 변경함으로써 조절될 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 자기 메모리 장치에서의 데이터 저장 원리로서 이용될 수 있다.The electrical resistance of the first magnetic tunnel junction MTJ1 may depend on the magnetization directions of the pinned layer PL and the free layer FL. For example, the electrical resistance of the first magnetic tunnel junction MTJ1 may be much greater when the magnetization directions of the pinned layer PL and the free layer FL are antiparallel than when they are parallel. there is. As a result, the electrical resistance of the first magnetic tunnel junction MTJ1 can be adjusted by changing the magnetization direction of the free layer FL, which can be used as a data storage principle in the magnetic memory device according to the present invention.

도 4a를 참조하면, 고정층(PL) 및 자유층(FL)은 자화 방향이 터널 배리어층(TBL)의 상면과 실질적으로 평행한 수평 자화 구조를 형성하기 위한 자성층들일 수 있다. 이 경우, 고정층(PL)은 반강자성 물질(anti-ferromagnetic material)을 포함하는 층과 강자성 물질(ferromagnetic material)을 포함하는 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반강자성 물질을 포함하는 층은 PtMn, IrMn, MnO, MnS, MnTe, MnF2, FeCl2, FeO, CoCl2, CoO, NiCl2, NiO 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 반강자성 물질을 포함하는 층은 희유 금속(precious metal) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 희유 금속은 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 한편, 강자성 물질을 포함하는 층은 CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4A , the pinned layer PL and the free layer FL may be magnetic layers for forming a horizontal magnetization structure in which a magnetization direction is substantially parallel to a top surface of the tunnel barrier layer TBL. In this case, the pinned layer PL may include a layer including an anti-ferromagnetic material and a layer including a ferromagnetic material. According to an embodiment, the layer including the antiferromagnetic material may include at least one of PtMn, IrMn, MnO, MnS, MnTe, MnF2, FeCl2, FeO, CoCl2, CoO, NiCl2, NiO, and Cr. According to another embodiment, the layer including the antiferromagnetic material may include at least one selected from among rare metals. The rare metal may include ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), or silver (Ag). Meanwhile, the layer including the ferromagnetic material may include at least one of CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO and Y3Fe5O12. may include

자유층(FL)은 변화 가능한 자화 방향을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 자유층(FL)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 자유층(FL)은 FeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The free layer FL may include a material having a changeable magnetization direction. The free layer FL may include a ferromagnetic material. For example, the free layer FL may include at least one selected from FeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO, and Y3Fe5O12. may include

자유층(FL)은 복수의 층으로 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 강자성 물질을 포함하는 층들과 층들 사이에 개재되는 비자성 물질을 포함하는 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 강자성 물질을 포함하는 층들과 비자성 물질을 포함하는 층은 합성 반강자성층(synthetic antiferromagnetic layer)을 구성할 수 있다. 합성 반강자성층은 자기 기억 소자의 임계 전류 밀도를 감소시키고, 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.The free layer FL may include a plurality of layers. For example, it may include a layer including a plurality of ferromagnetic materials and a layer including a non-magnetic material interposed between the layers. In this case, the layers including the ferromagnetic material and the layer including the nonmagnetic material may constitute a synthetic antiferromagnetic layer. The synthetic antiferromagnetic layer can reduce the critical current density of the magnetic memory device and improve the thermal stability.

터널 배리어층(TBL)은 마그네슘(Mg)의 산화물, 티타늄(Ti)의 산화물, 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn)의 산화물, 마그네슘-보론(MgB)의 산화물, 티타늄(Ti)의 질화물 및 바나듐(V)의 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 터널 배리어층(TBL)은 산화마그네슘(MgO)의 단층일 수 있다. 이와 달리, 터널 배리어층(TBL)은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 터널 배리어층(TBL)은 화학 기상 증착(CVD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.The tunnel barrier layer TBL is an oxide of magnesium (Mg), an oxide of titanium (Ti), aluminum (Al), an oxide of magnesium-zinc (MgZn), an oxide of magnesium-boron (MgB), and a nitride of titanium (Ti). and at least one of a nitride of vanadium (V). For example, the tunnel barrier layer TBL may be a single layer of magnesium oxide (MgO). Alternatively, the tunnel barrier layer TBL may include a plurality of layers. The tunnel barrier layer (TBL) may be formed using a chemical vapor deposition (CVD) process.

도 4b를 참조하면, 고정층(PL) 및 자유층(FL)은 자화 방향이 터널 배리어층(TBL)의 상면에 실질적으로 수직한 수직 자화 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 L10 결정구조를 갖는 물질, 조밀육방격자를 갖는 물질, 및 비정질 RE-TM(Rare-Earth Transition Metal) 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 Fe50Pt50, Fe50Pd50, Co50Pt50, Co50Pd50 및 Fe50Ni50를 포함하는 L10 결정구조를 갖는 물질 중 적어도 하나일 수 있다. 이와 달리, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 조밀육방격자를 갖는 10 내지 45 at. %의 백금(Pt) 함량을 갖는 코발트-백금(CoPt) 무질서 합금(disordered alloy) 또는 Co3Pt 질서합금(ordered alloy)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나와 희토류 금속인 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy) 및 가돌리늄(Gd) 중 적어도 하나를 포함하는 비정질 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4B , the pinned layer PL and the free layer FL may have a perpendicular magnetization structure in which the magnetization direction is substantially perpendicular to the upper surface of the tunnel barrier layer TBL. In this case, each of the pinned layer PL and the free layer FL may include at least one of a material having an L10 crystal structure, a material having a dense hexagonal lattice, and an amorphous Rare-Earth Transition Metal (RE-TM) alloy. there is. For example, each of the pinned layer PL and the free layer FL may be at least one of materials having an L10 crystal structure including Fe50Pt50, Fe50Pd50, Co50Pt50, Co50Pd50, and Fe50Ni50. In contrast, each of the pinned layer PL and the free layer FL has a dense hexagonal lattice of 10 to 45 at. A cobalt-platinum (CoPt) disordered alloy having a platinum (Pt) content of % or a Co3Pt ordered alloy may be included. In contrast, each of the pinned layer PL and the free layer FL includes at least one selected from iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) and rare earth metals terbium (Tb), dysprosium (Dy) and gadolinium ( It may include at least one selected from an amorphous RE-TM alloy including at least one of Gd).

고정층(PL) 및 자유층(FL)은 계면 수직 자기 이방성(interface perpendicular magnetic anisotropy)을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 계면 수직 자기 이방성은 내재적 수평 자화 특성을 갖는 자성층이 그와 인접하는 다른 층과의 계면으로부터의 영향에 의하여 수직 자화 방향을 갖는 현상을 말한다. 여기서, 내재적 수평 자화 특성은 외부적 요인이 없을 경우, 자성층이 그것의 가장 넓은 표면에 평행한 자화 방향을 갖는 특성을 의미한다. 일 예로, 내재적 수평 자화 특성을 갖는 자성층이 기판 상에 형성되고 외부적 요인이 없을 경우, 자성층의 자화 방향은 기판의 상면과 실질적으로 평행할 수 있다.The pinned layer PL and the free layer FL may include a material having an interface perpendicular magnetic anisotropy. Interfacial perpendicular magnetic anisotropy refers to a phenomenon in which a magnetic layer having intrinsic horizontal magnetization characteristics has a perpendicular magnetization direction due to the influence from the interface with another layer adjacent thereto. Here, the intrinsic horizontal magnetization characteristic means a characteristic in which the magnetic layer has a magnetization direction parallel to its widest surface when there is no external factor. For example, when the magnetic layer having intrinsic horizontal magnetization characteristics is formed on the substrate and there is no external factor, the magnetization direction of the magnetic layer may be substantially parallel to the upper surface of the substrate.

일 예로, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 보론(B), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 비자성 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 CoFe 또는 NiFe를 포함하되, 보론(B)를 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 포화 자화량을 낮추기 위해, 고정층(PL) 및 자유층(FL)의 각각은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.For example, each of the pinned layer PL and the free layer FL may include at least one of cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni). In addition, each of the pinned layer PL and the free layer FL is boron (B), zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), silicon (Si), At least one of a non-magnetic material including silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), carbon (C), and nitrogen (N) may be further included. For example, each of the pinned layer PL and the free layer FL includes CoFe or NiFe, but may further include boron (B). In addition, in order to lower the saturation magnetization amount of the pinned layer PL and the free layer FL, each of the pinned layer PL and the free layer FL is titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), or magnesium. It may further include at least one of (Mg), tantalum (Ta), and silicon (Si).

도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 제1 서브 셀 및 제2 서브 셀을 나타내는 예시적인 도면들이다. 5A and 5B are exemplary diagrams illustrating a first sub-cell and a second sub-cell, respectively, according to embodiments of the present invention.

도 5a를 참조하면, 제1 서브 셀(MC2-1)은 메모리 소자로서 제2 자기터널접합(MTJ2) 및 선택 소자로서 제2 선택 트랜지스터(SE2)를 포함할 수 있다. 제2 선택 트랜지스터(SE2)의 게이트 전극은 상응하는 워드 라인(WL)에 연결되며, 제2 선택 트랜지스터(SE2)의 소스(source)는 상응하는 소스 라인(SL)에 연결되고, 제2 선택 트랜지스터(SE2)의 드레인(drain)은 제2 자기터널접합(MTJ2)을 통해 상응하는 제2 비트라인(BL2)에 연결될 수 있다. 제2 자기터널접합(MTJ2)은 고정층(PLa), 자유층(FLa) 및 이들 사이에 개재된 터널 배리어층(TBLa)을 포함할 수 있다. 제2 자기터널접합(MTJ2)의 고정층(PLa), 자유층(FLa) 및 터널 배리어층(TBLa)은 각각 제1 자기터널접합(MTJ1)의 고정층(PL), 자유층(FL) 및 터널 배리어층(TBL)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 즉, 제2 자기터널접합(MTJ2)은 인가되는 전기적 펄스에 의해 두 가지 저항 상태로 스위칭될 수 있는 가변 저항 소자 형태로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 5A , the first sub-cell MC2-1 may include a second magnetic tunnel junction MTJ2 as a memory device and a second selection transistor SE2 as a selection device. The gate electrode of the second selection transistor SE2 is connected to the corresponding word line WL, the source of the second selection transistor SE2 is connected to the corresponding source line SL, and the second selection transistor A drain of SE2 may be connected to a corresponding second bit line BL2 through a second magnetic tunnel junction MTJ2. The second magnetic tunnel junction MTJ2 may include a pinned layer PLa, a free layer FLa, and a tunnel barrier layer TBLa interposed therebetween. The pinned layer PLa, the free layer FLa, and the tunnel barrier layer TBLa of the second magnetic tunnel junction MTJ2 are the pinned layer PL, the free layer FL and the tunnel barrier layer of the first magnetic tunnel junction MTJ1, respectively. It may be formed of the same material as the layer TBL. That is, the second magnetic tunnel junction MTJ2 may be implemented in the form of a variable resistance element that can be switched to two resistance states by an applied electric pulse.

도 5b를 참조하면, 제2 서브 셀(MC2-2)은 메모리 소자로서 제3 자기터널접합(MTJ3)을 포함하는 것을 제외하고 제1 서브 셀(MC2-1)과 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 자기터널접합(MTJ3)은 고정층(PLa), 자유층(FLa) 및 이들 사이에 개재된 터널 배리어층(TBLa1)을 포함할 수 있다. 제3 자기터널접합(MTJ3)의 고정층(PLa), 자유층(FLa) 및 터널 배리어층(TBLa1)은 각각 제1 자기터널접합(MTJ1)의 고정층(PL), 자유층(FL) 및 터널 배리어층(TBL) (또는 제2 자기터널접합(MTJ2)의 고정층(PLa), 자유층(FLa) 및 터널 배리어층(TBLa))과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 때, 터널 배리어층(TBLa1)은 절연 파괴된 상태일 수 있다. 이에 따라, 제3 자기터널접합(MTJ3)은 비가역적인 저항 상태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 5B , the second sub-cell MC2 - 2 may be substantially the same as the first sub-cell MC2-1 except for including the third magnetic tunnel junction MTJ3 as a memory device. The third magnetic tunnel junction MTJ3 may include a pinned layer PLa, a free layer FLa, and a tunnel barrier layer TBLa1 interposed therebetween. The pinned layer PLa, the free layer FLa, and the tunnel barrier layer TBLa1 of the third magnetic tunnel junction MTJ3 are the pinned layer PL, the free layer FL and the tunnel barrier layer of the first magnetic tunnel junction MTJ1, respectively. The layer TBL (or the pinned layer PLa, the free layer FLa, and the tunnel barrier layer TBLa of the second magnetic tunnel junction MTJ2) may be formed of the same material. In this case, the tunnel barrier layer TBLa1 may be in a dielectric breakdown state. Accordingly, the third magnetic tunnel junction MTJ3 may have an irreversible resistance state.

OTP 메모리 셀의 구현을 위한 일 회의 프로그래밍을 통해, 제1 서브 셀(MC2-1)로 구현되는 제2 메모리 셀들(MC2)의 일부에는 제2 쓰기 전압이 인가되고, 제2 서브 셀(MC2-2)로 구현되는 제2 메모리 셀들(MC2)의 다른 일부에는 제3 쓰기 전압이 인가될 수 있다. 즉, 제2 자기터널접합(MTJ2)의 양단에 제2 쓰기 전압이 인가될 수 있고, 제3 자기터널접합(MTJ3)의 양단에 제3 쓰기 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 제2 쓰기 전압은 제1 자기터널접합(MTJ1)의 양단에 인가되는 제1 쓰기 전압과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 반면, 제3 쓰기 전압은 제1 쓰기 전압보다 훨씬 더 클 수 있다. 즉, 제3 쓰기 전압은 제3 자기터널접합(MTJ3)의 항복 전압(break down voltage) 이상일 수 있다. 이에 따라, 제3 자기접합터널(MTJ3)의 터널 배리어층(TBLa1)은 파괴될 수 있다. 한편, 제2 메모리 셀들(MC2)의 프로그래밍은 자기 메모리 장치의 패키징 이전에 수행될 수 있다. 이 때, 제2 자기터널접합(MTJ2)은, 제2 쓰기 전압의 방향(달리 얘기하면, 제2 자기터널접합(MTJ2)에 흐르는 쓰기 전류의 방향)에 따라, 제1 저항값(R1) 또는 제2 저항값(R2)을 가지도록 프로그래밍 될 수 있다. 그러나, 자기 메모리 장치의 패키징 공정 및/또는 후속의 고온 공정을 거치면서 제2 자기터널접합(MTJ2)의 저항값은 변동될 수 있다. 이에 따라, 제2 자기터널접합(MTJ2)의 최종적인 저항값은 제1 및 제2 저항값들(R1, R2) 사이의 제3 저항값(R3)을 가질 수 있다. Through one programming for the implementation of the OTP memory cell, a second write voltage is applied to a portion of the second memory cells MC2 implemented as the first sub-cell MC2-1, and the second sub-cell MC2- A third write voltage may be applied to other portions of the second memory cells MC2 implemented as 2). That is, a second write voltage may be applied to both ends of the second magnetic tunnel junction MTJ2 , and a third write voltage may be applied to both ends of the third magnetic tunnel junction MTJ3 . Here, the second write voltage has substantially the same magnitude as the first write voltage applied to both ends of the first magnetic tunnel junction MTJ1 , while the third write voltage may be much greater than the first write voltage. That is, the third write voltage may be greater than or equal to the breakdown voltage of the third magnetic tunnel junction MTJ3 . Accordingly, the tunnel barrier layer TBLa1 of the third self-junction tunnel MTJ3 may be destroyed. Meanwhile, programming of the second memory cells MC2 may be performed before packaging of the magnetic memory device. In this case, the second magnetic tunnel junction MTJ2 may have a first resistance value R1 or It may be programmed to have a second resistance value R2. However, the resistance value of the second magnetic tunnel junction MTJ2 may be changed during the packaging process of the magnetic memory device and/or the subsequent high temperature process. Accordingly, the final resistance value of the second magnetic tunnel junction MTJ2 may have a third resistance value R3 between the first and second resistance values R1 and R2.

결과적으로, 상술한 일 회의 프로그래밍을 통해, 제2 자기터널접합(MTJ2)은 제3 저항값(R3)을 가지며, 제2 데이터에 상응하는 '1'이 기입될 수 있다. 여기서, 제3 저항값(R3)은 제1 저항값(R1)과 제2 저항값(R2) 사이일 수 있다. 한편, 블로잉된 제3 자기터널접합(MTJ3)은 제1 저항값(R1)보다 훨씬 작은 제4 저항값(R4)을 가지며, 제1 데이터에 상응하는 '0'이 기입될 수 있다. 예컨대, 제4 저항값(R4)은 1킬로옴(kΩ) 이하일 수 있다.As a result, through the aforementioned one-time programming, the second magnetic tunnel junction MTJ2 has the third resistance value R3, and '1' corresponding to the second data may be written. Here, the third resistance value R3 may be between the first resistance value R1 and the second resistance value R2 . Meanwhile, the blown third magnetic tunnel junction MTJ3 has a fourth resistance value R4 that is much smaller than the first resistance value R1, and '0' corresponding to the first data may be written. For example, the fourth resistance value R4 may be 1 kiloohm (kΩ) or less.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 제1 메모리 셀의 읽기 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다. 6 is a simplified circuit diagram illustrating a read operation of a first memory cell according to embodiments of the present invention.

선택된 제1 메모리 셀(MC1)의 데이터 값은 선택된 제1 메모리 셀(MC1)의 저항과 제1 기준 셀(RC1)의 저항의 차이를 판별하여 독출될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 기준 셀(RC1)은 일 예로, 병렬로 연결된 한 쌍의 제1 자기터널접합들(MTJ1)과 한 쌍의 제1 자기터널접합들(MTJ1) 각각에 직렬 연결된 제1 선택 트랜지스터들(SE1)을 포함할 수 있다. 도시하지는 안았지만, 제1 기준 셀(RC1)의 제1 선택 트랜지스터들(SE1) 각각에 연결된 소스 라인들(SL)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 기준 셀(RC1)의 제1 선택 트랜지스터들(SE1) 각각의 소스(source)는 하나의 소스 라인(SL)을 공유할 수 있다. The data value of the selected first memory cell MC1 may be read by determining a difference between the resistance of the selected first memory cell MC1 and the resistance of the first reference cell RC1 . Referring to FIG. 6 , the first reference cell RC1 is, for example, a pair of first magnetic tunnel junctions MTJ1 connected in parallel and a first magnetic tunnel junction connected in series to each of the pair of first magnetic tunnel junctions MTJ1 . One select transistor SE1 may be included. Although not shown, the source lines SL connected to each of the first selection transistors SE1 of the first reference cell RC1 may be electrically connected to each other. According to another embodiment, a source of each of the first selection transistors SE1 of the first reference cell RC1 may share one source line SL.

읽기 동작의 수행 전에, 제1 기준 셀(RC1)의 제1 자기터널접합들(MTJ1)은 서로 다른 저항값을 가지도록 프로그래밍 될 수 있다. 즉, 제1 기준 셀(RC1)의 제1 자기터널접합들(MTJ1) 중 하나는 제1 저항값(R1)을 갖고, 다른 하나는 제2 저항값(R2)을 갖도록 프로그래밍 될 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 제1 자기터널접합들(MTJ1)이 병렬 연결된 제1 기준 셀(RC1)의 저항은 제1 저항값(R1)과 제2 저항값(R2)의 합의 중간((R1+R2)/2) 정도의 값을 가질 수 있다. 한편, 선택된 제1 메모리 셀(MC1)에는 별도의 프로그래밍을 통해 제1 저항값(R1) 또는 제2 저항값(R2)에 상응하는 데이터가 저장될 수 있다. Before the read operation is performed, the first magnetic tunnel junctions MTJ1 of the first reference cell RC1 may be programmed to have different resistance values. That is, one of the first magnetic tunnel junctions MTJ1 of the first reference cell RC1 may be programmed to have a first resistance value R1 and the other to have a second resistance value R2 . Accordingly, the resistance of the first reference cell RC1 to which the pair of first magnetic tunnel junctions MTJ1 is connected in parallel is in the middle ((R1+) of the sum of the first resistance value R1 and the second resistance value R2. It may have a value of about R2)/2). Meanwhile, data corresponding to the first resistance value R1 or the second resistance value R2 may be stored in the selected first memory cell MC1 through separate programming.

읽기 동작을 수행을 위해, 선택된 제1 메모리 셀(MC1)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 선택된 제1 메모리 셀(MC1)의 제1 자기터널접합(MTJ1)에 제1 읽기 전류(Ir1)가 흐를 수 있다. 또한, 제1 기준 셀(RC1)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 제1 기준 셀(RC1)의 제1 자기터널접합들(MTJ1)에 제2 읽기 전류들(Ir2_1, Ir2_2)이 흐를 수 있다. 제1 센스 앰프(SA1)는 제1 읽기 전류(Ir1)에 의한 제1 메모리셀(MC1)의 저항값과 제2 읽기 전류들(Ir2_1, Ir2_2)에 의한 제1 기준 셀(RC1)의 저항값의 차이를 감지 및 증폭하여, 선택된 제1 메모리셀(MC1)에 저장된 데이터가 무엇인지 판별할 수 있다. 한편, 제1 센스 앰프(SA1)는 도 2를 참조하여 설명한 제1 주변 회로(PC1)의 일부일 수 있다. To perform the read operation, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the selected first memory cell MC1 , and may be applied to the first magnetic tunnel junction MTJ1 of the selected first memory cell MC1 . A first read current Ir1 may flow. In addition, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the first reference cell RC1 , and second read currents MTJ1 may be applied to the first magnetic tunnel junctions MTJ1 of the first reference cell RC1. Ir2_1, Ir2_2) can flow. The first sense amplifier SA1 has a resistance value of the first memory cell MC1 by the first read current Ir1 and a resistance value of the first reference cell RC1 by the second read currents Ir2_1 and Ir2_2 By detecting and amplifying the difference between , it is possible to determine what data is stored in the selected first memory cell MC1 . Meanwhile, the first sense amplifier SA1 may be a part of the first peripheral circuit PC1 described with reference to FIG. 2 .

선택된 제1 메모리셀(MC1)의 제1 자기터널접합(MTJ1)에서, 자유층(FL)의 자화 방향이 고정층(PL)의 자화 방향과 평행(parallel)하게 배치된 경우, 선택된 제1 메모리셀(MC1)의 데이터는, 예를 들어, '0'으로 독출될 수 있다. 이와 달리, 선택된 제1 메모리셀(MC1)의 제1 자기터널접합(MTJ1)에서, 자유층(FL)의 자화 방향이 고정층(PL)의 자화 방향과 반 평행(anti-parallel)하게 배치된 경우, 선택된 제1 메모리셀(MC1)의 데이터는, 예를 들어, '1'로 독출될 수 있다.In the first magnetic tunnel junction MTJ1 of the selected first memory cell MC1 , when the magnetization direction of the free layer FL is parallel to the magnetization direction of the pinned layer PL, the selected first memory cell The data of (MC1) may be read as, for example, '0'. In contrast, when the magnetization direction of the free layer FL is disposed anti-parallel to the magnetization direction of the pinned layer PL in the first magnetic tunnel junction MTJ1 of the selected first memory cell MC1 . , data of the selected first memory cell MC1 may be read as, for example, '1'.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 제2 메모리 셀의 읽기 동작을 설명하기 위한 간략 회로도들이다.7A and 7B are simplified circuit diagrams for explaining a read operation of a second memory cell according to embodiments of the present invention.

도 7a를 참조하면, 제2 기준 셀(RC2)은 제2 서브 셀들(MC2_2) 중에서 선택된다. 이에 따라, 제2 기준 셀(RC2)은 제4 저항값(R4)을 갖는 제3 자기터널접합(MTJ3)을 포함할 수 있다. 한편, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)은 제1 서브 셀(MC2-1) 또는 제2 서브 셀(MC2-2)일 수 있다. 즉, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)은 제2 자기터널접합(MTJ2) 또는 제3 자기터널접합(MTJ3)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)은 제3 저항값(R3) 또는 제4 저항값(R4)에 상응하는 저항을 가질 수 있다. Referring to FIG. 7A , the second reference cell RC2 is selected from among the second sub-cells MC2_2 . Accordingly, the second reference cell RC2 may include the third magnetic tunnel junction MTJ3 having the fourth resistance value R4 . Meanwhile, the selected second memory cell MC2 may be the first sub-cell MC2-1 or the second sub-cell MC2-2. That is, the selected second memory cell MC2 may include a second magnetic tunnel junction MTJ2 or a third magnetic tunnel junction MTJ3 . Accordingly, the selected second memory cell MC2 may have a resistance corresponding to the third resistance value R3 or the fourth resistance value R4 .

선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 데이터 값은 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 저항과 제2 기준 셀(RC2)의 저항의 차이를 판별하여 독출될 수 있다. 이 때, 센싱 마진을 증대시키기 위해, 제2 기준 셀(RC2)의 저항은 제4 저항값(R4)과 제3 저항값(R3) 사이의 값을 갖는 것이 요구된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같은 요구를 용이하게 달성하기 위해, 제2 기준 셀(RC2)과 연결되는 제2 비트 라인(BL2)과 제2 기준 셀(RC2)의 저항을 감지하는 제2 센스 앰프(SA2) 사이에 제어 저항(Rct)이 제공될 수 있다. 즉, 제2 기준 셀(RC2)의 제3 자기터널접합(MTJ3)과 제어 저항(Rct)은 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 읽기 동작에 의해 감지되는 제2 기준 셀(RC2)의 저항은 제3 자기터널접합(MTJ3)의 제4 저항값(R4)과 제어 저항(Rct)의 제5 저항값(R5)의 합산 값일 수 있다. 상기의 합산 값은 제4 저항값(R4)과 제3 저항값(R3)의 사이(예컨대, 약 7킬로옴(kΩ))일 수 있다. 일 수 있다. 한편, 제2 센스 앰프(SA2) 및 제어 저항(Rct)은 도 2를 참조하여 설명한 제2 주변 회로(PC2)의 일부일 수 있다. The data value of the selected second memory cell MC2 may be read by determining a difference between the resistance of the selected second memory cell MC2 and the resistance of the second reference cell RC2 . In this case, in order to increase the sensing margin, the resistance of the second reference cell RC2 is required to have a value between the fourth resistance value R4 and the third resistance value R3 . According to an embodiment of the present invention, in order to easily achieve such a request, a second bit line BL2 connected to the second reference cell RC2 and a second sensing resistance of the second reference cell RC2 are A control resistor Rct may be provided between the sense amplifier SA2. That is, the third magnetic tunnel junction MTJ3 of the second reference cell RC2 and the control resistor Rct may be electrically connected. As a result, the resistance of the second reference cell RC2 sensed by the read operation is the value of the fourth resistance R4 of the third magnetic tunnel junction MTJ3 and the fifth resistance R5 of the control resistor Rct. It may be a summed value. The above summed value may be between the fourth resistance value R4 and the third resistance value R3 (eg, about 7 kiloohms (kΩ)). can be Meanwhile, the second sense amplifier SA2 and the control resistor Rct may be a part of the second peripheral circuit PC2 described with reference to FIG. 2 .

읽기 동작을 수행을 위해, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 제2 메모리 소자(즉, 제2 자기터널접합(MJT) 또는 제3 자기터널접합(MTJ3))에 제3 읽기 전류(Ir3)가 흐를 수 있다. 또한, 제2 기준 셀(RC2)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 제2 기준 셀(RC2)의 제3 자기터널접합(MTJ3) 및 제어 저항(Rct)에 제4 읽기 전류(Ir4)가 흐를 수 있다. 제2 센스 앰프(SA2)는 제3 읽기전류(Ir3)에 의한 제2 메모리 셀(MC2)의 저항과 제4 읽기전류(Ir4)에 의한 제2 기준 셀(RC2)의 저항의 차이를 감지 및 증폭하여, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)에 저장된 데이터가 무엇인지 판별할 수 있다. To perform the read operation, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the selected second memory cell MC2 , and the second memory device (ie, the second memory cell) of the selected second memory cell MC2 . A third read current Ir3 may flow in the magnetic tunnel junction MJT or the third magnetic tunnel junction MTJ3. In addition, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the second reference cell RC2 and the third magnetic tunnel junction MTJ3 and the control resistor Rct of the second reference cell RC2. 4 A read current (Ir4) can flow. The second sense amplifier SA2 detects a difference between the resistance of the second memory cell MC2 by the third read current Ir3 and the resistance of the second reference cell RC2 by the fourth read current Ir4, and By amplifying, it is possible to determine what data is stored in the selected second memory cell MC2 .

선택된 제2 메모리 셀(MC2)이 제1 서브 셀(MC2-1)인 경우, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 데이터는, 예를 들어, '1'로 독출될 수 있다. 이와 달리, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)이 제2 서브 셀(MC2-2)인 경우, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 데이터는, 예를 들어, '0'으로 독출될 수 있다. When the selected second memory cell MC2 is the first sub-cell MC2-1, data of the selected second memory cell MC2 may be read, for example, as '1'. Alternatively, when the selected second memory cell MC2 is the second sub-cell MC2 - 2 , data of the selected second memory cell MC2 may be read, for example, as '0'.

다른 실시예에 따르면, 제2 기준 셀(RC2)은 도 7a에 도시된 바와 다른 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 기준 셀(RC2)은 메모리 소자로서 제3 자기터널접합(MTJ3)을 포함하지 않을 수 있다. According to another embodiment, the second reference cell RC2 may be implemented in a form different from that shown in FIG. 7A . For example, the second reference cell RC2 may not include the third magnetic tunnel junction MTJ3 as a memory device.

도 7b를 참조하면, 제2 기준 셀(RC2)은 제2 선택 트랜지스터(SE2)로만 구성될 수 있다. 이 경우, 제어 저항(Rct)의 제5 저항값(R5)은 제4 저항값(R4)과 제3 저항값(R3) 사이일 수 있다. 예컨대, 제어 저항(Rct)의 제5 저항값(R5)은 약 7킬로옴(kΩ)일 수 있다. 읽기 동작을 수행을 위해, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)의 제2 메모리 소자(즉, 제2 자기터널접합(MJT) 또는 제3 자기터널접합(MTJ3))에 제3 읽기 전류(Ir3)가 흐를 수 있다. 또한, 제2 기준 셀(RC2)의 워드 라인(WL)에 턴-온 전압이 인가될 수 있으며, 제2 기준 셀(RC2)의 제어 저항(Rct) 및 제2 기준 셀(RC2)에 연결된 제2 비트 라인(BL) 및 소스 라인(SL) 사이에 제4 읽기 전류(Ir4)가 흐를 수 있다. 제2 센스 앰프(SA2)는 제3 읽기전류(Ir3)에 의한 제2 메모리 셀(MC2)의 저항과 제4 읽기전류(Ir4)에 의한 제2 기준 셀(RC2)의 저항의 차이를 감지 및 증폭하여, 선택된 제2 메모리 셀(MC2)에 저장된 데이터가 무엇인지 판별할 수 있다.Referring to FIG. 7B , the second reference cell RC2 may include only the second selection transistor SE2 . In this case, the fifth resistance value R5 of the control resistor Rct may be between the fourth resistance value R4 and the third resistance value R3 . For example, the fifth resistance value R5 of the control resistor Rct may be about 7 kiloohms (kΩ). To perform the read operation, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the selected second memory cell MC2 , and the second memory device (ie, the second memory cell) of the selected second memory cell MC2 . A third read current Ir3 may flow in the magnetic tunnel junction MJT or the third magnetic tunnel junction MTJ3. In addition, a turn-on voltage may be applied to the word line WL of the second reference cell RC2 , and the control resistor Rct of the second reference cell RC2 and the second reference cell RC2 connected to the second reference cell RC2 . A fourth read current Ir4 may flow between the second bit line BL and the source line SL. The second sense amplifier SA2 detects a difference between the resistance of the second memory cell MC2 by the third read current Ir3 and the resistance of the second reference cell RC2 by the fourth read current Ir4, and By amplifying, it is possible to determine what data is stored in the selected second memory cell MC2 .

OTP 메모리 장치는 반도체 장치를 리페어하는 데 사용되고 있다. 예컨대, 반도체 장치를 테스트하여 테스트 결과에 따른 반도체 장치의 특성을 반도체 장치 내부의 OTP 메모리에 저장하고, OTP 메모리에 저장된 정보에 기반하여 반도체 장치가 동작함으로써 반도체 장치의 오작동을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, OTP 메모리 장치는 반도체 장치를 제어하기 위한 다른 정보를 저장할 수 있다. 예컨대, 반도체 제조 공정을 통과하면서 반도체 장치는 서로 다른 특성을 가질 수 있고, OTP 메모리 장치는 이러한 반도체 장치의 서로 다른 특성에 대한 정보를 저장하고, 정보는 메모리 어레이를 제어하는데 이용될 수 있다.OTP memory devices are being used to repair semiconductor devices. For example, the semiconductor device may be tested and characteristics of the semiconductor device according to the test result are stored in an OTP memory inside the semiconductor device, and the semiconductor device operates based on the information stored in the OTP memory, thereby preventing malfunction of the semiconductor device. In addition, the OTP memory device may store other information for controlling the semiconductor device. For example, semiconductor devices may have different characteristics while passing through a semiconductor manufacturing process, and the OTP memory device may store information about the different characteristics of the semiconductor device, and the information may be used to control a memory array.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상술한 바와 같은 OTP 메모리 장치를 별도의 영역에 형성하지 않고 메모리 셀 어레이의 일부를 OTP 셀 어레이로 구현함에 따라, 고집적화에 최적화된 자기 메모리 장치를 제공할 수 있다. 아울러, 메모리 셀들의 메모리 소자인 자기터널접합을 단락시킴으로써, 용이하게 OTP 메모리 셀들을 구현할 수 있다. 더하여, OTP 메모리 셀들을 위한 기준 셀 및 주변 회로를 별도로 형성함으로써, OTP 메모리 셀들의 쓰기 및 읽기 동작이 최적화될 수 있다. 결과적으로, 신뢰성이 향상된 자기 메모리 장치를 제공할 수 있다. According to embodiments of the present invention, a magnetic memory device optimized for high integration can be provided by implementing a part of the memory cell array as an OTP cell array without forming the OTP memory device as described above in a separate area. . In addition, by shorting the magnetic tunnel junction, which is a memory element of the memory cells, it is possible to easily implement OTP memory cells. In addition, by separately forming a reference cell and a peripheral circuit for the OTP memory cells, write and read operations of the OTP memory cells may be optimized. As a result, it is possible to provide a magnetic memory device with improved reliability.

도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치를 나타내는 예시적인 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 A-A' 및 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 8c는 도 8a의 C-C', D-D', 및 E-E'선에 따른 단면도이다.8A is an exemplary plan view illustrating a magnetic memory device according to embodiments of the present invention. 8B is a cross-sectional view taken along lines A-A' and B-B' of FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along lines C-C', D-D', and E-E' of FIG. 8A.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 셀 어레이 영역(CR) 및 주변 회로 영역(PR)을 포함하는 기판(100)이 제공된다. 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 및/또는 실리콘-게르마늄 기판 등일 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 셀 어레이 영역(CR)은 제1 셀 어레이 영역(CR1)과 제2 셀 어레이 영역(CR2)을 포함할 수 있다. 제1 셀 어레이 영역(CR1)은 도 2의 제1 메모리 셀 어레이(10a)가 형성되는 영역일 수 있고, 제2 셀 어레이 영역(CR2)은 도 2의 제2 메모리 셀 어레이(10b)가 형성되는 영역일 수 있다. 주변 회로 영역(PR)은 제1 주변 회로 영역(PR1), 및 제2 주변 회로 영역(PR2)을 포함할 수 있다. 제1 주변 회로 영역(PR1)은 도 2를 참조하여 설명한 제1 주변 회로(PC1)가 형성되는 영역일 수 있고, 제2 주변 회로 영역(PR2)은 도 2를 참조하여 설명한 제2 주변 회로(PC2)가 형성되는 영역일 수 있다. 8A to 8C , a substrate 100 including a cell array region CR and a peripheral circuit region PR is provided. The substrate 100 may be a silicon substrate, a germanium substrate, and/or a silicon-germanium substrate, but embodiments of the present invention are not limited thereto. The cell array region CR may include a first cell array region CR1 and a second cell array region CR2 . The first cell array region CR1 may be a region in which the first memory cell array 10a of FIG. 2 is formed, and the second cell array region CR2 is formed in the second memory cell array 10b of FIG. 2 . It may be an area where The peripheral circuit region PR may include a first peripheral circuit region PR1 and a second peripheral circuit region PR2 . The first peripheral circuit region PR1 may be a region in which the first peripheral circuit PC1 described with reference to FIG. 2 is formed, and the second peripheral circuit region PR2 is the second peripheral circuit region PR2 described with reference to FIG. 2 . PC2) may be formed.

소자분리 패턴들(102)이 기판(100) 내에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 소자분리 패턴들(102)은 활성 라인 패턴들(ALP)을 정의할 수 있다. 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 소자분리 패턴들(102) 및 활성 라인 패턴들(ALP)은 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 소자분리 패턴들(102) 및 활성 라인 패턴들(ALP)은 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 나란히 연장될 수 있다. 활성 라인 패턴들(ALP)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다.Device isolation patterns 102 may be provided in the substrate 100 . The device isolation patterns 102 of the first and second cell array regions CR1 and CR2 may define active line patterns ALP. The device isolation patterns 102 and the active line patterns ALP of the first and second cell array regions CR1 and CR2 may be arranged in the first direction D1 . In a plan view, the device isolation patterns 102 and the active line patterns ALP of the first and second cell array regions CR1 and CR2 are disposed in a second direction D2 crossing the first direction D1 . can be extended side by side. The active line patterns ALP may be doped with a dopant of the first conductivity type.

제1 및 제2 주변 회로 영역들(PR1, PR2)의 소자분리 패턴들(102)은 각각 제1 주변 활성부(PA1) 및 제2 주변 활성부(PA2)를 정의할 수 있다. 제1 주변 활성부(PA1) 및 제2 주변 활성부(PA2)는 제1 도전형 또는 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. The device isolation patterns 102 of the first and second peripheral circuit regions PR1 and PR2 may define a first peripheral active part PA1 and a second peripheral active part PA2, respectively. The first peripheral active part PA1 and the second peripheral active part PA2 may be doped with a dopant of a first conductivity type or a second conductivity type different from the first conductivity type.

제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)에서, 격리 리세스 영역들(104, isolation recess regions)이 활성 라인 패턴들(ALP) 및 소자분리 패턴들(102)을 가로지를 수 있다. 평면적 관점에서, 격리 리세스 영역들(104)은 제1 방향(D1)으로 나란히 연장된 그루브 형태들을 가질 수 있다. 격리 리세스 영역들(104)은 활성 라인 패턴들(ALP)의 각각을 셀 활성부들(CA)로 분할시킬 수 있다. 셀 활성부들(CA)은 서로 인접한 한 쌍의 격리 리세스 영역들(104) 사이에 위치한 활성 라인 패턴들(ALP)의 일부분일 수 있다. 즉, 셀 활성부들(CA)은 서로 인접한 한 쌍의 소자 분리 패턴들(102) 및 서로 인접한 한 쌍의 격리 리세스 영역들(104)에 의해 정의될 수 있다. 평면적 관점에서, 셀 활성부들(CA)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. In the first and second cell array regions CR1 and CR2 , isolation recess regions 104 may cross the active line patterns ALP and the device isolation patterns 102 . In a plan view, the isolation recess regions 104 may have groove shapes extending side by side in the first direction D1 . The isolation recess regions 104 may divide each of the active line patterns ALP into cell active portions CA. The cell active portions CA may be a portion of the active line patterns ALP positioned between a pair of adjacent isolation recess regions 104 . That is, the cell active portions CA may be defined by a pair of device isolation patterns 102 adjacent to each other and a pair of isolation recess regions 104 adjacent to each other. In a plan view, the cell active parts CA may be two-dimensionally arranged in the first direction D1 and the second direction D2 .

적어도 하나의 게이트 리세스 영역(103, gate recess region)이 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 활성부들(CA)을 가로지를 수 있다. 게이트 리세스 영역(103)은 격리 리세스 영역들(104)과 평행하게 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 게이트 리세스 영역들(103)이 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 활성부들(CA)을 가로지를 수 있다. 이 경우에, 한 쌍의 셀 트랜지스터들이 셀 활성부들(CA)에 각각 형성될 수 있다. 제1 셀 어레이 영역(CR1)의 셀 트랜지스터는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 제1 선택 트랜지스터(SE1)에 해당할 수 있고, 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 셀 트랜지스터는 도 2, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 제2 선택 트랜지스터(SE2)에 해당할 수 있다.At least one gate recess region 103 may cross the cell active portions CA arranged in the first direction D1 . The gate recess region 103 may extend parallel to the isolation recess regions 104 . According to an embodiment, a pair of gate recess regions 103 may cross the cell active portions CA arranged in the first direction D1 . In this case, a pair of cell transistors may be respectively formed in the cell active parts CA. The cell transistor of the first cell array region CR1 may correspond to the first selection transistor SE1 described with reference to FIGS. 2 and 3 , and the cell transistor of the second cell array region CR2 is shown in FIGS. 2 and 3 . It may correspond to the second selection transistor SE2 described with reference to FIGS. 5A and 5B .

게이트 리세스 영역들(103)의 하면의 높이는 격리 리세스 영역들(104)의 하면의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 게이트 및 격리 리세스 영역들(103, 104)의 하면들의 높이는 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 소자분리 패턴들(102)의 하면들의 높이보다 높을 수 있다.The height of the lower surfaces of the gate recess regions 103 may be substantially the same as the height of the lower surfaces of the isolation recess regions 104 . The height of the lower surfaces of the gate and isolation recess regions 103 and 104 may be higher than the height of the lower surfaces of the device isolation patterns 102 of the first and second cell array regions CR1 and CR2 .

워드 라인(WL)이 각 게이트 리세스 영역들(103) 내에 배치될 수 있다. 셀 게이트 유전막(105)이 워드 라인(WL)과 각 게이트 리세스 영역들(103)의 내면 사이에 배치될 수 있다. 게이트 리세스 영역들(103)의 형태에 기인하여, 워드 라인(WL)은 제1 방향(D1)으로 연장된 라인 형태를 가질 수 있다. 셀 트랜지스터는 워드 라인(WL), 및 게이트 리세스 영역(103)에 의하여 리세스된 채널 영역을 포함할 수 있다.A word line WL may be disposed in each of the gate recess regions 103 . A cell gate dielectric layer 105 may be disposed between the word line WL and inner surfaces of each of the gate recess regions 103 . Due to the shape of the gate recess regions 103 , the word line WL may have a line shape extending in the first direction D1 . The cell transistor may include a word line WL and a channel region recessed by the gate recess region 103 .

격리 라인(IL)이 각 격리 리세스 영역들(104) 내에 배치될 수 있다. 격리 게이트 유전막(106)이 격리 라인(IL)과 각 격리 리세스 영역들(104)의 내면 사이에 배치될 수 있다. 격리 라인(IL)도 제1 방향(D1)으로 연장된 라인 형태를 가질 수 있다.An isolation line IL may be disposed within each isolation recessed region 104 . An isolation gate dielectric layer 106 may be disposed between the isolation line IL and inner surfaces of the isolation recess regions 104 . The isolation line IL may also have a line shape extending in the first direction D1 .

셀 캡핑 패턴들(108)이 워드 및 격리 라인들(WL, IL) 상에 각각 배치될 수 있다. 셀 캡핑 패턴들(108)은 게이트 및 격리 리세스 영역들(103, 104) 내에 배치될 수 있다. 셀 캡핑 패턴들(108)의 상면들은 기판(100)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.Cell capping patterns 108 may be respectively disposed on the word and isolation lines WL and IL. The cell capping patterns 108 may be disposed in the gate and isolation recess regions 103 and 104 . Top surfaces of the cell capping patterns 108 may be substantially coplanar with the top surface of the substrate 100 .

자기 메모리 장치의 동작 시에, 격리 전압이 격리 라인(IL)에 인가될 수 있다. 격리 전압은 격리 리세스 영역들(104)의 내면 아래에 채널이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 격리 전압에 의하여 격리 라인(IL) 아래의 격리 채널 영역이 턴-오프(turn-off) 될 수 있다. 이에 따라, 활성 라인 패턴들(ALP)로부터 분할된 셀 활성부들(CA)은 서로 전기적으로 격리될 수 있다. 일 예로, 활성 라인 패턴들(ALP)이 P형 도펀트로 도핑된 경우, 격리 전압은 접지 전압 또는 음의 전압일 수 있다.During operation of the magnetic memory device, an isolation voltage may be applied to the isolation line IL. The isolation voltage may prevent a channel from forming under the inner surface of the isolation recess regions 104 . That is, the isolation channel region under the isolation line IL may be turned off by the isolation voltage. Accordingly, the cell active portions CA divided from the active line patterns ALP may be electrically isolated from each other. For example, when the active line patterns ALP are doped with a P-type dopant, the isolation voltage may be a ground voltage or a negative voltage.

워드 라인(WL)은 일 예로, 도펀트로 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 및/또는 텅스텐 질화물) 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 격리 라인(IL)은 워드 라인(WL)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 셀 게이트 유전막(105) 및 격리 게이트 유전막(106)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물 및/또는 고유전물(예를 들면, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물 등과 같은 절연성 금속 산화물)을 포함할 수 있다. 셀 캡핑 패턴들(108)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.The word line WL may be, for example, a semiconductor material doped with a dopant (eg, doped silicon, etc.), a metal (eg, tungsten, aluminum, titanium and/or tantalum), or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). and/or tungsten nitride) and a metal-semiconductor compound (eg, metal silicide). According to an embodiment, the isolation line IL may be formed of the same material as the word line WL. The cell gate dielectric layer 105 and the isolation gate dielectric layer 106 may include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and/or a high dielectric material (eg, an insulating metal oxide such as hafnium oxide, aluminum oxide, etc.). The cell capping patterns 108 may include silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride.

제1 불순물 영역(111)이 워드 라인(WL)의 일 측의 셀 활성부들(CA) 내에 배치될 수 있고, 제2 불순물 영역(112)이 워드 라인(WL)의 타 측의 셀 활성부(CA) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 불순물 영역(111)은 한 쌍의 워드 라인(WL) 사이에 배치될 수 있고, 제2 불순물 영역들(112)은 워드 라인(WL)과 격리 라인(IL) 사이의 셀 활성부들(CA) 내에 각각 배치될 수 있다. 이로써, 셀 활성부들(CA)에 형성된 한 쌍의 셀 트랜지스터들은 제1 불순물 영역(111)을 공유할 수 있다. 제1 및 제2 불순물 영역들(111, 112)은 셀 트랜지스터의 소스/드레인 영역들에 해당할 수 있다. 제1 및 제2 불순물 영역들(111, 112)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 도펀트들로 도핑될 수 있다. 제1 도전형의 도펀트 및 제2 도전형의 도펀트 중에 하나는 N형 도펀트이고, 다른 하나는 P형 도펀트일 수 있다.The first impurity region 111 may be disposed in the cell active portions CA of one side of the word line WL, and the second impurity region 112 may be disposed in the cell active portion CA of the other side of the word line WL. CA). According to an embodiment, the first impurity region 111 may be disposed between a pair of word lines WL, and the second impurity regions 112 may be disposed between the word line WL and the isolation line IL. may be respectively disposed in the cell active units CA of . Accordingly, the pair of cell transistors formed in the cell active portions CA may share the first impurity region 111 . The first and second impurity regions 111 and 112 may correspond to source/drain regions of the cell transistor. The first and second impurity regions 111 and 112 may be doped with dopants of a second conductivity type different from the first conductivity type. One of the dopant of the first conductivity type and the dopant of the second conductivity type may be an N-type dopant, and the other may be a P-type dopant.

제1 주변 회로 영역(PR1)의 제1 주변 활성부(PA1) 상에, 제1 주변 게이트 유전막(114a), 제1 주변 게이트 전극(116a) 및 제1 주변 캡핑 패턴(118a)이 차례로 적층될 수 있다. 제1 주변 소스/드레인 영역들(120a)이 제1 주변 게이트 전극(116a) 양 측의 제1 주변 활성부(PA1)에 각각 배치될 수 있다. 제1 주변 게이트 스페이서들(122a)이 제1 주변 게이트 전극(116a)의 양 측벽들 상에 배치될 수 있다. 제1 주변 소스/드레인 영역들(120a)은 제1 주변 활성부(PA1)의 도펀트들의 도전형과 다른 도전형의 도펀트들로 도핑될 수 있다. 셀 트랜지스터와 달리, 제1 주변 게이트 전극(116a)을 포함하는 제1 주변 트랜지스터는 평탄한 채널 영역(planar channel region)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 주변 트랜지스터는 평탄한 트랜지스터(planar transistor)일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 제1 주변 게이트 전극(116a)은 핀 펫(Fin-FET) 소자의 전극 구조를 가질 수 있다. 제1 주변 트랜지스터는 피모스(PMOS) 트랜지스터 또는 엔모스(NMOS) 트랜지스터일 수 있다.A first peripheral gate dielectric layer 114a, a first peripheral gate electrode 116a, and a first peripheral capping pattern 118a are sequentially stacked on the first peripheral active part PA1 of the first peripheral circuit region PR1. can The first peripheral source/drain regions 120a may be respectively disposed in the first peripheral active portion PA1 on both sides of the first peripheral gate electrode 116a. First peripheral gate spacers 122a may be disposed on both sidewalls of the first peripheral gate electrode 116a. The first peripheral source/drain regions 120a may be doped with dopants of a conductivity type different from that of the dopants of the first peripheral active portion PA1 . Unlike the cell transistor, the first peripheral transistor including the first peripheral gate electrode 116a may include a planar channel region. That is, the first peripheral transistor may be a planar transistor. However, embodiments of the present invention are not limited thereto. According to another embodiment, the first peripheral gate electrode 116a may have an electrode structure of a Fin-FET device. The first peripheral transistor may be a PMOS transistor or an NMOS transistor.

제2 주변 회로(PC2) 영역(PR1)의 제2 주변 활성부(PA2) 상에, 제2 주변 게이트 유전막(114b), 제2 주변 게이트 전극(116b) 및 제2 주변 캡핑 패턴(118b)이 차례로 적층될 수 있다. 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b)이 제2 주변 게이트 전극(116b) 양 측의 제2 주변 활성부(PA2)에 각각 배치될 수 있다. 제2 주변 게이트 스페이서들(122b)이 제2 주변 게이트 전극(116b)의 양 측벽들 상에 배치될 수 있다. 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b)은 제2 주변 활성부(PA2)의 도펀트들의 도전형과 다른 도전형의 도펀트들로 도핑될 수 있다. 제2 주변 게이트 전극(116b)을 포함하는 제2 주변 트랜지스터는 제1 주변 트랜지스터와 실질적으로 동일한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 제2 주변 트랜지스터는 평탄한 트랜지스터(planar transistor)일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 제2 주변 게이트 전극(116b)은 핀 펫(fin-FET) 소자의 전극 구조를 가질 수 있다. 제2 주변 트랜지스터는 피모스(PMOS) 트랜지스터 또는 엔모스(NMOS) 트랜지스터일 수 있다. On the second peripheral active portion PA2 of the second peripheral circuit PC2 region PR1 , the second peripheral gate dielectric layer 114b , the second peripheral gate electrode 116b and the second peripheral capping pattern 118b are formed They can be stacked sequentially. The second peripheral source/drain regions 120b may be respectively disposed in the second peripheral active part PA2 on both sides of the second peripheral gate electrode 116b. Second peripheral gate spacers 122b may be disposed on both sidewalls of the second peripheral gate electrode 116b. The second peripheral source/drain regions 120b may be doped with dopants of a conductivity type different from that of the dopants of the second peripheral active portion PA2 . The second peripheral transistor including the second peripheral gate electrode 116b may be implemented in substantially the same shape as the first peripheral transistor. That is, the second peripheral transistor may be a planar transistor. However, embodiments of the present invention are not limited thereto. According to another embodiment, the second peripheral gate electrode 116b may have an electrode structure of a fin-FET device. The second peripheral transistor may be a PMOS transistor or an NMOS transistor.

본 발명의 개념에 따르면, 제1 주변 트랜지스터는 저전압 하에서 동작하는 저전압 트랜지스터일 수 있고, 제2 주변 트랜지스터는 고전압 하에서 동작하는 고전압 트랜지스터일 수 있다. 제2 주변 트랜지스터의 채널은 고전압을 견딜 수 있도록(즉, 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b) 사이의 펀치스루를 방지하도록) 제1 주변 트랜지스터의 채널보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 제2 주변 게이트 전극(116b)의 제2 폭(W2)은 제1 주변 게이트 전극(116a)의 제1 폭(W1)보다 클 수 있다. 또한, 제2 주변 트랜지스터의 게이트 유전막은 고전압에 견딜 수 있도록(즉, 제2 주변 게이트 전극(116b)과 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b) 사이의 높은 전위차를 견딜 수 있도록) 제1 주변 트랜지스터의 게이트 유전막보다 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 제2 주변 게이트 유전막(114b)의 제2 두께(t2)는 제1 주변 게이트 유전막(114a)의 제1 두께(t1)보다 클 수 있다. According to the concept of the present invention, the first peripheral transistor may be a low voltage transistor operating under a low voltage, and the second peripheral transistor may be a high voltage transistor operating under a high voltage. The channel of the second peripheral transistor may be formed to be longer than the channel of the first peripheral transistor to withstand a high voltage (ie, to prevent punch-through between the second peripheral source/drain regions 120b). That is, the second width W2 of the second peripheral gate electrode 116b may be greater than the first width W1 of the first peripheral gate electrode 116a. In addition, the gate dielectric film of the second peripheral transistor may withstand a high voltage (that is, to withstand a high potential difference between the second peripheral gate electrode 116b and the second peripheral source/drain regions 120b) of the first periphery. It may be formed to be thicker than the gate dielectric layer of the transistor. That is, the second thickness t2 of the second peripheral gate dielectric layer 114b may be greater than the first thickness t1 of the first peripheral gate dielectric layer 114a.

제1 및 제2 주변 게이트 유전막들(114a, 114b)의 각각은 예컨대, 실리콘 산화물 및/또는 고유전물(예를 들면, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물 등과 같은 절연성 금속 산화물)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 주변 게이트 유전막(114a)은 상대적으로 얇은 실리콘 산화막으로 형성되고, 제2 주변 게이트 유전막(114b)는 상대적으로 두꺼운 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 주변 게이트 유전막(114a)은 고유전물을 포함하는 단일막으로 형성되고, 제2 주변 게이트 유전막(114b)은 실리콘 산화막 및 고유전막이 적층된 이중막으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 주변 게이트 전극들(114)의 각각은 도펀트로 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 및/또는 텅스텐 질화물) 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 주변 캡핑 패턴들(116)의 각각은 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 주변 게이트 스페이서들(122b)의 각각은 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.Each of the first and second peripheral gate dielectric layers 114a and 114b may include, for example, silicon oxide and/or a high dielectric material (eg, an insulating metal oxide such as hafnium oxide or aluminum oxide). According to an embodiment, the first peripheral gate dielectric layer 114a may be formed of a relatively thin silicon oxide layer, and the second peripheral gate dielectric layer 114b may be formed of a relatively thick silicon oxide layer. According to another embodiment, the first peripheral gate dielectric layer 114a may be formed as a single layer including a high-k material, and the second peripheral gate dielectric layer 114b may be formed as a double layer in which a silicon oxide layer and a high-k layer are stacked. . Each of the first and second peripheral gate electrodes 114 is formed of a semiconductor material doped with a dopant (eg, doped silicon, etc.), a metal (eg, tungsten, aluminum, titanium and/or tantalum), a conductive metal nitride (ex). , titanium nitride, tantalum nitride, and/or tungsten nitride) and a metal-semiconductor compound (eg, metal silicide). Each of the first and second peripheral capping patterns 116 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride. Each of the first and second peripheral gate spacers 122b may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride.

저항 패턴(124)이 제2 주변 회로 영역(PR2)의 소자 분리 패턴(102) 상에 배치될 수 있다. 저항 패턴(124)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 저항 패턴(124)은 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저항 패턴(124)에 포함된 반도체 물질은 다결정 상태일 수 있다. 저항 패턴(124)은 저항 패턴(124)의 비저항을 조절하기 위한 도펀트(ex, n형 도펀트 또는 p형 도펀트)로 도핑될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저항 패턴(124)의 전체가 비저항 조절을 위한 도펀트로 실질적으로 균일하게 도핑될 수 있다. 이와는 달리, 저항 패턴(124)은 부분적으로 도핑될 수도 있다. 저항 패턴(124)의 측벽들에서는 절연 스페이서들(126)이 배치될 수 있고, 저항 패턴(124)의 상면에는 보호 절연막이 배치될 수 있다. 절연 스페이서들(126) 및 보호 절연 패턴(128)의 각각은 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 저항 패턴(124)은 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 제어 저항(Rct)에 해당할 수 있다. The resistance pattern 124 may be disposed on the device isolation pattern 102 of the second peripheral circuit region PR2 . The resistance pattern 124 may include a semiconductor material. For example, the resistance pattern 124 may include silicon, germanium, or silicon-germanium. According to an embodiment, the semiconductor material included in the resistance pattern 124 may be in a polycrystalline state. The resistance pattern 124 may be doped with a dopant (eg, an n-type dopant or a p-type dopant) for controlling the resistivity of the resistance pattern 124 . According to an embodiment, the entire resistance pattern 124 may be substantially uniformly doped with a dopant for controlling resistivity. Alternatively, the resist pattern 124 may be partially doped. Insulation spacers 126 may be disposed on sidewalls of the resistance pattern 124 , and a protective insulating layer may be disposed on an upper surface of the resistance pattern 124 . Each of the insulating spacers 126 and the protective insulating pattern 128 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride. The resistance pattern 124 may correspond to the control resistance Rct described with reference to FIGS. 7A and 7B .

제1 층간 유전막(130)이 기판(100) 전면 상에 배치될 수 있다. 제1 층간 유전막(130)은, 일 예로, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다. 소스 라인들(SL)이 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 제1 층간 유전막(130)을 관통하여 기판(100)과 접할 수 있다. 소스 라인들(SL)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 소스 라인들(SL)은 제1 방향(D1)을 따라 배열된 제1 불순물 영역들(11)과 전기적으로 접속될 수 있다. 소스 라인들(SL)의 상면은 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 제1 층간 유전막(130)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 소스 라인들(SL)은 도펀트로 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 및/또는 텅스텐 질화물) 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 주변 회로 영역(PR1)의 제1 층간 유전막(130)은 제1 주변 트랜지스터를 덮을 수 있고, 제2 주변 회로 영역(PR2)의 제1 층간 유전막(130)은 제2 주변 트랜지스터 및 저항 패턴(124)을 덮을 수 있다.The first interlayer dielectric layer 130 may be disposed on the entire surface of the substrate 100 . The first interlayer dielectric layer 130 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride. The source lines SL may penetrate the first interlayer dielectric layer 130 of the first and second cell array regions CR1 and CR2 to make contact with the substrate 100 . The source lines SL may extend in the first direction D1 . The source lines SL may be electrically connected to the first impurity regions 11 arranged in the first direction D1 . Top surfaces of the source lines SL may be substantially coplanar with the top surfaces of the first interlayer dielectric layer 130 of the first and second cell array regions CR1 and CR2. The source lines SL may include a semiconductor material doped with a dopant (eg, doped silicon, etc.), a metal (eg, tungsten, aluminum, titanium and/or tantalum), a conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride and/or tantalum). or tungsten nitride) and a metal-semiconductor compound (eg, metal silicide). The first interlayer dielectric layer 130 of the first peripheral circuit region PR1 may cover the first peripheral transistor, and the first interlayer dielectric layer 130 of the second peripheral circuit region PR2 includes the second peripheral transistor and the resistance pattern. (124) can be covered.

제2 층간 유전막(140)이 제1 층간 유전막(130)의 전면 상에 배치될 수 있다. 제2 층간 유전막(140)은, 일 예로, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다. 제1 셀 어레이 영역(CR1)에서, 제1 콘택 플러그들(142)이 제2 층간 유전막(140), 및 제1 층간 유전막(130)을 연속적으로 관통할 수 있다. 제1 콘택 플러그들(142)은 제1 셀 어레이 영역(CR1)의 제2 불순물 영역들(112)에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 셀 어레이 영역(CR2)에서, 제2 콘택 플러그들(144)이 제2 층간 유전막(140), 및 제1 층간 유전막(130)을 연속적으로 관통할 수 있다. 제2 콘택 플러그들(144)은 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 제2 불순물 영역들(112)에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 및 제2 콘택 플러그들(144)은 소스 라인과 동일한 도전 물질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 콘택 플러그들(144)의 상면들은 제2 층간 절연막(140)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.The second interlayer dielectric layer 140 may be disposed on the entire surface of the first interlayer dielectric layer 130 . The second interlayer dielectric layer 140 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride. In the first cell array region CR1 , the first contact plugs 142 may continuously penetrate the second interlayer dielectric layer 140 and the first interlayer dielectric layer 130 . The first contact plugs 142 may be electrically connected to the second impurity regions 112 of the first cell array region CR1 , respectively. In the second cell array region CR2 , the second contact plugs 144 may continuously penetrate the second interlayer dielectric layer 140 and the first interlayer dielectric layer 130 . The second contact plugs 144 may be electrically connected to the second impurity regions 112 of the second cell array region CR2 , respectively. The first and second contact plugs 144 may be formed of the same conductive material as the source line. Top surfaces of the first and second contact plugs 144 may be substantially coplanar with the top surface of the second interlayer insulating layer 140 .

제1 메모리 소자들(ME1)이 제1 셀 어레이 영역(CR1)의 제2 층간 절연막(140) 상에 배치될 수 있다. 제1 메모리 소자들(ME1)은 각각 제1 콘택 플러그들(142)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 즉, 제1 메모리 소자들(ME1)은 제1 콘택 플러그들(142)에 각각 접속될 수 있다. 제1 메모리 소자들(ME1)은 제1 콘택 플러그들(142)을 통하여 제1 셀 어레이 영역(CR1)의 제2 불순물 영역들(112)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 메모리 소자들(ME1)은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. 제1 메모리 소자들(ME1)은 도 2, 도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 7a를 참조하여 설명한 제1 메모리 소자들(ME1)에 해당할 수 있다. 즉, 제1 메모리 소자들(ME1)의 각각은 제1 자기터널접합(MTJ1)을 포함할 수 있다. 제1 자기터널접합(MTJ1)은 전술한 바와 같으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 제1 메모리 소자들(ME1)의 일부는 전술한 제1 메모리 셀들(MC1)을 구성할 수 있고, 다른 일부는 전술한 제1 기준 셀들(RC1)을 구성할 수 있다. 더하여, 제1 메모리 소자들(ME1)의 각각은 제1 하부 전극(BE1)과 제1 상부 전극(TE1)을 더 포함할 수 있다. 제1 자기터널접합(MTJ1)은 제1 하부 전극(BE1)과 제1 상부 전극(TE1) 사이에 배치된다. 즉, 제1 하부 전극(BE1)은 제1 콘택 플러그(142)와 제1 자기터널접합(MTJ1) 사이에 배치되고, 제1 상부 전극(TE1)은 제1 자기터널접합(MTJ1) 상에 배치될 수 있다. 제1 하부 전극(BE1) 및 제1 상부 전극(TE1)의 각각은 도전성 금속 질화물(일 예로, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물), 전이 금속(일 예로, 티타늄, 탄탈륨 등), 및 희토류 금속(일 예로, 루세늄, 백금 등) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first memory devices ME1 may be disposed on the second interlayer insulating layer 140 of the first cell array region CR1 . Each of the first memory elements ME1 may vertically overlap the first contact plugs 142 . That is, the first memory elements ME1 may be respectively connected to the first contact plugs 142 . The first memory elements ME1 may be electrically connected to the second impurity regions 112 of the first cell array region CR1 through the first contact plugs 142 . The first memory elements ME1 may be two-dimensionally arranged in the first direction D1 and the second direction D2 in a plan view. The first memory elements ME1 may correspond to the first memory elements ME1 described with reference to FIGS. 2, 3, 4A, 4B, and 7A. That is, each of the first memory elements ME1 may include a first magnetic tunnel junction MTJ1 . Since the first magnetic tunnel junction MTJ1 is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted. A portion of the first memory elements ME1 may constitute the aforementioned first memory cells MC1 , and other portions may constitute the aforementioned first reference cells RC1 . In addition, each of the first memory elements ME1 may further include a first lower electrode BE1 and a first upper electrode TE1 . The first magnetic tunnel junction MTJ1 is disposed between the first lower electrode BE1 and the first upper electrode TE1 . That is, the first lower electrode BE1 is disposed between the first contact plug 142 and the first magnetic tunnel junction MTJ1 , and the first upper electrode TE1 is disposed on the first magnetic tunnel junction MTJ1 . can be Each of the first lower electrode BE1 and the first upper electrode TE1 includes a conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride), a transition metal (eg, titanium, tantalum, etc.), and a rare earth metal (eg, , ruthenium, platinum, etc.) may include at least one.

제2 메모리 소자들(ME2)이 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 제2 층간 절연막(140) 상에 배치될 수 있다. 제2 메모리 소자들(ME2)은 각각 제2 콘택 플러그들(144)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 즉, 제2 메모리 소자들(ME2)은 제2 콘택 플러그들(144)에 각각 접속될 수 있다. 제2 메모리 소자들(ME2)은 제2 콘택 플러그들(144)을 통하여 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 제2 불순물 영역들(112)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 메모리 소자들(ME2)은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. 제2 메모리 소자들(ME2)은 도 2, 도 5a, 도 5b 및 도 7a 및 참조하여 설명한 제2 메모리 소자들(ME2)에 해당할 수 있다. 즉, 제2 메모리 소자들(ME2) 중 일부는 제2 자기터널접합(MTJ2)을 포함할 수 있고, 다른 일부는 제3 자기터널접합(MTJ3)을 포함할 수 있다. 제2 및 제3 자기터널접합들(MTJ2, MTJ3)은 전술한 바와 같으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 제2 메모리 소자들(ME2)의 일부는 전술한 제2 메모리 셀들(MC2)을 구성할 수 있고, 다른 일부는 전술한 제2 기준 셀들(RC2)을 구성할 수 있다. 더하여, 제2 메모리 소자들(ME2)의 각각은 제2 하부 전극(BE2)과 제2 상부 전극(TE2)을 더 포함할 수 있다. 제2 및 제3 자기터널접합들(MTJ2, MTJ3)의 각각은 제2 하부 전극(BE2)과 제2 상부 전극(TE2) 사이에 배치된다. 제2 하부 전극(BE2) 및 제2 상부 전극(TE2)은 각각 제1 하부 전극(BE1) 및 제2 상부 전극(TE2)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. The second memory devices ME2 may be disposed on the second interlayer insulating layer 140 of the second cell array region CR2 . Each of the second memory elements ME2 may vertically overlap the second contact plugs 144 . That is, the second memory elements ME2 may be respectively connected to the second contact plugs 144 . The second memory elements ME2 may be electrically connected to the second impurity regions 112 of the second cell array region CR2 through the second contact plugs 144 . The second memory elements ME2 may be two-dimensionally arranged in the first direction D1 and the second direction D2 in a plan view. The second memory elements ME2 may correspond to FIGS. 2, 5A, 5B, and 7A and the second memory elements ME2 described with reference to FIGS. That is, some of the second memory elements ME2 may include the second magnetic tunnel junction MTJ2 , and others may include the third magnetic tunnel junction MTJ3 . Since the second and third magnetic tunnel junctions MTJ2 and MTJ3 are the same as described above, a detailed description thereof will be omitted. A portion of the second memory elements ME2 may constitute the aforementioned second memory cells MC2 , and other portions may constitute the aforementioned second reference cells RC2 . In addition, each of the second memory elements ME2 may further include a second lower electrode BE2 and a second upper electrode TE2 . Each of the second and third magnetic tunnel junctions MTJ2 and MTJ3 is disposed between the second lower electrode BE2 and the second upper electrode TE2 . The second lower electrode BE2 and the second upper electrode TE2 may include the same material as the first lower electrode BE1 and the second upper electrode TE2, respectively.

제3 층간 절연막(150)이 제2 층간 절연막(140)의 전면 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 제3 층간 절연막(150)은 제1 및 제2 메모리 소자들(ME1, ME2)의 측벽들과 접할 수 있다. 더하여, 제1 및 제2 셀 어레이 영역들(CR1, CR2)의 제3 층간 절연막(150)은 제1 및 제2 메모리 소자들(ME1, ME2)의 상면을 노출할 수 있다. 제3 층간 유전막(150)은 일 예로, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.A third interlayer insulating layer 150 may be disposed on the entire surface of the second interlayer insulating layer 140 . The third interlayer insulating layer 150 of the first and second cell array regions CR1 and CR2 may contact sidewalls of the first and second memory devices ME1 and ME2 . In addition, the third interlayer insulating layer 150 of the first and second cell array regions CR1 and CR2 may expose top surfaces of the first and second memory devices ME1 and ME2 . The third interlayer dielectric layer 150 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride.

제1 주변 회로(PC1) 영역에서, 제1 주변 플러그들(152)이 제1 내지 제3 층간 유전막들(130, 140, 150)을 관통하여 기판(100)과 접할 수 있다. 제1 주변 플러그들(152)은 제1 주변 소스/드레인 영역들(120a)과 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 주변 회로 영역(PR2)에서, 제2 주변 플러그들(154)이 제1 내지 제3 층간 유전막들(130, 140, 150)을 관통하여 기판(100)과 접할 수 있다. 제2 주변 플러그들(154)은 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b)과 전기적으로 접속될 수 있다. 제3 주변 플러그(156)가 제2 주변 회로 영역(PR2)의 제1 내지 제3 층간 유전막들(130, 140, 150)과 보호 절연 패턴(128)을 관통하여 저항 패턴(124)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 내지 제3 주변 플러그들(152, 154, 156)은 소스 라인들(SL)과 동일한 도전 물질을 포함할 수 있다. In the first peripheral circuit PC1 region, the first peripheral plugs 152 may penetrate the first to third interlayer dielectric layers 130 , 140 , and 150 to contact the substrate 100 . The first peripheral plugs 152 may be electrically connected to the first peripheral source/drain regions 120a. In the second peripheral circuit region PR2 , the second peripheral plugs 154 may penetrate the first to third interlayer dielectric layers 130 , 140 , and 150 to contact the substrate 100 . The second peripheral plugs 154 may be electrically connected to the second peripheral source/drain regions 120b. The third peripheral plug 156 passes through the first to third interlayer dielectric layers 130 , 140 , 150 and the protective insulating pattern 128 of the second peripheral circuit region PR2 to electrically connect to the resistance pattern 124 . can be connected. The first to third peripheral plugs 152 , 154 , and 156 may include the same conductive material as the source lines SL.

제1 비트 라인들(BL1)이 제1 셀 어레이 영역(CR1)의 제3 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 제1 비트 라인들(BL1)은 제2 방향(D2)으로 연장할 수 있다. 제1 비트 라인들(BL1)의 각각은 제2 방향(D2)으로 배열된 복수개의 제1 메모리 소자들(ME1)과 공통으로 접촉될 수 있다. 제2 비트 라인들(BL2)이 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 제3 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 제2 비트 라인들(BL2)은 제2 방향(D2)으로 연장할 수 있다. 제2 비트 라인들(BL2)의 각각은 제2 방향(D2)으로 배열된 복수개의 제2 메모리 소자들(ME2)과 공통으로 접촉될 수 있다. 제1 및 제2 비트 라인들(BL1, BL2)은 구리 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.The first bit lines BL1 may be disposed on the third interlayer insulating layer 150 of the first cell array region CR1 . The first bit lines BL1 may extend in the second direction D2 . Each of the first bit lines BL1 may be in common contact with the plurality of first memory devices ME1 arranged in the second direction D2 . The second bit lines BL2 may be disposed on the third interlayer insulating layer 150 of the second cell array region CR2 . The second bit lines BL2 may extend in the second direction D2 . Each of the second bit lines BL2 may be in common contact with the plurality of second memory devices ME2 arranged in the second direction D2 . The first and second bit lines BL1 and BL2 may include a metal such as copper or aluminum.

제1 배선들(L1)이 제1 주변 회로(PC1) 영역의 제3 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 제1 배선들(L1)은 제1 주변 플러그들(152)에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 배선들(L2)이 제2 주변 회로 영역(PR2)의 제3 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 제2 배선들(L2)은 제2 주변 플러그들(154)에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 제3 배선(L3)이 제2 주변 회로 영역(PR2)의 제3 층간 절연막(150) 상에 배치될 수 있다. 제3 배선(L3)은 제3 주변 플러그(156)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 내지 제3 배선들(L1, L2, L3)은 제1 및 제2 비트 라인들(BL1, BL2)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. The first wirings L1 may be disposed on the third interlayer insulating layer 150 of the first peripheral circuit PC1 region. The first wirings L1 may be electrically connected to the first peripheral plugs 152 , respectively. The second interconnections L2 may be disposed on the third interlayer insulating layer 150 of the second peripheral circuit region PR2 . The second wirings L2 may be electrically connected to the second peripheral plugs 154 , respectively. The third wiring L3 may be disposed on the third interlayer insulating layer 150 of the second peripheral circuit region PR2 . The third wiring L3 may be electrically connected to the third peripheral plug 156 . The first to third interconnections L1 , L2 , and L3 may include the same material as the first and second bit lines BL1 and BL2 .

제1 셀 어레이 영역(CR1)의 셀 트랜지스터 및 제1 메모리 소자(ME1)는 제1 비트 라인(BL1) 및 제1 배선(L1)을 통해 제1 주변 트랜지스터의 제1 주변 소스/드레인 영역들(120a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 셀 트랜지스터 및 제2 메모리 소자(ME2)는 제2 비트 라인(BL2) 및 제2 배선(L2)을 통해 제2 주변 트랜지스터의 제2 주변 소스/드레인 영역들(120b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제2 기준 셀(RC2)을 구성하는 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 셀 트랜지스터 및 제2 메모리 소자(ME2)는 제2 비트 라인(BL2) 및 제3 배선(L3)을 통해 저항 패턴(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. The cell transistor and the first memory device ME1 of the first cell array region CR1 are connected to the first peripheral source/drain regions of the first peripheral transistor through the first bit line BL1 and the first wiring L1. 120a) and may be electrically connected. The cell transistor and the second memory device ME2 of the second cell array region CR2 are connected to the second peripheral source/drain regions ( ) of the second peripheral transistor through the second bit line BL2 and the second wiring L2 . 120b) and may be electrically connected. In addition, the cell transistor and the second memory device ME2 of the second cell array region CR2 constituting the second reference cell RC2 have a resistance pattern through the second bit line BL2 and the third wiring L3 . It may be electrically connected to (124).

도 9a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 장치를 나타내는 예시적인 평면도이다. 도 9b는 도 9a의 A-A' 및 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 9c는 도 9a의 C-C', D-D', 및 E-E'선에 따른 단면도이다. 도 9a 내지 도 9c의 자기 메모리 장치는 제2 메모리 소자들(ME2)의 일부가 제3 콘택 플러그들(146)로 대체된 것을 제외하면, 도 8a 내지 도 8c의 자기 메모리 장치와 동일할 수 있다. 설명의 간소화를 위해, 중복되는 구성의 설명은 생략한다.9A is an exemplary plan view illustrating a magnetic memory device according to embodiments of the present invention. 9B is a cross-sectional view taken along lines A-A' and B-B' of FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along lines C-C', D-D', and E-E' of FIG. 9A. The magnetic memory device of FIGS. 9A to 9C may be the same as the magnetic memory device of FIGS. 8A to 8C , except that some of the second memory elements ME2 are replaced with third contact plugs 146 . . For simplicity of description, descriptions of overlapping components will be omitted.

도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 제2 불순물 영역들(112) 중 일부는, 제1 내지 제3 층간 절연막들(130, 140, 150)을 관통하는 제3 콘택 플러그(146)를 통해 제2 비트 라인(BL2)과 연결될 수 있다. 즉, 제2 셀 어레이 영역(CR2)의 셀 트랜지스터들 중 일부는 제2 메모리 소자(ME2)를 거치지 않고 제2 비트 라인(BL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 콘택 플러그(146)를 통해 제2 비트 라인(BL2)과 전기적으로 연결되는 셀 트랜지스터들은 도 7b를 참조하여 설명한 제2 기준 셀들(RC2)에 해당할 수 있다. 도시된 바 같이, 제2 기준 셀(RC2)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 제2 기준 셀들(RC2)은 제2 방향(D2)을 따라 배열되어 하나의 제2 비트 라인(BL2)을 공유할 수 있다.Referring to FIGS. 9A to 9C , some of the second impurity regions 112 of the second cell array region CR2 may pass through the third interlayer insulating layers 130 , 140 , and 150 . It may be connected to the second bit line BL2 through the contact plug 146 . That is, some of the cell transistors of the second cell array region CR2 may be electrically connected to the second bit line BL2 without passing through the second memory device ME2 . Cell transistors electrically connected to the second bit line BL2 through the third contact plug 146 may correspond to the second reference cells RC2 described with reference to FIG. 7B . As illustrated, a plurality of second reference cells RC2 may be provided, and the plurality of second reference cells RC2 are arranged along the second direction D2 to form one second bit line BL2. can share

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (20)

복수의 워드 라인들;
상기 워드 라인들과 교차하는 복수의 비트 라인들, 상기 복수의 비트 라인들은 제1 비트 라인들, 및 상기 제1 비트 라인들로부터 상기 워드 라인들의 연장 방향으로 이격되는 제2 비트 라인들을 포함하고;
서로 교차하는 상기 워드 라인들과 상기 제1 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제1 메모리 셀들, 상기 제1 메모리 셀들의 각각은 제1 메모리 소자 및 이에 연결되는 제1 선택 소자를 포함하고; 및
서로 교차하는 상기 워드 라인들과 상기 제2 비트 라인들 사이에 연결되는 복수의 제2 메모리 셀들, 상기 제2 메모리 셀들의 각각은 제2 메모리 소자 및 이에 연결되는 제2 선택 소자를 포함하되,
상기 제1 및 제2 메모리 소자들의 각각은, 고정층, 자유층 및 이들 사이의 터널 배리어층을 포함하는 자기터널접합을 포함하고, 상기 제2 메모리 소자들 중 일부의 상기 자기터널접합은 상기 터널 배리어층이 절연 파괴되어 비가역적인 저항 상태를 가지고,
상기 제1 메모리 소자들의 상기 자기터널접합은 제1 자기터널접합이고,
상기 제2 메모리 소자들 중 상기 일부의 상기 자기터널접합은 제2 자기터널접합이고,
상기 제1 자기터널접합은 복수의 프로그래밍을 통해 제1 데이터에 상응하는 제1 저항값 또는 제2 데이터에 상응하는 제2 저항값을 갖고,
상기 제2 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제1 데이터에 상응하는 제3 저항값을 갖고,
상기 제1 내지 제3 저항값들은 서로 다른 자기 메모리 장치.
a plurality of word lines;
a plurality of bit lines intersecting the word lines, the plurality of bit lines comprising first bit lines, and second bit lines spaced apart from the first bit lines in an extension direction of the word lines;
a plurality of first memory cells connected between the word lines crossing each other and the first bit lines, each of the first memory cells including a first memory element and a first selection element connected thereto; and
a plurality of second memory cells connected between the word lines crossing each other and the second bit lines, each of the second memory cells comprising a second memory element and a second selection element connected thereto;
Each of the first and second memory devices includes a magnetic tunnel junction including a pinned layer, a free layer, and a tunnel barrier layer therebetween, and the magnetic tunnel junction of some of the second memory devices is the tunnel barrier The layer is insulated and has an irreversible resistance state,
The magnetic tunnel junction of the first memory elements is a first magnetic tunnel junction;
the magnetic tunnel junction of the part of the second memory elements is a second magnetic tunnel junction;
The first magnetic tunnel junction has a first resistance value corresponding to the first data or a second resistance value corresponding to the second data through a plurality of programming;
The second magnetic tunnel junction has a third resistance value corresponding to the first data through one programming,
The first to third resistance values are different from each other.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 메모리 셀들은 복수 회의 프로그래밍이 가능한 노말 메모리 셀 어레이를 구성하고,
상기 제2 메모리 셀들은 일 회의 프로그래밍만이 가능한 OTP 메모리 셀 어레이를 구성하는 자기 메모리 장치.
The method of claim 1,
The first memory cells constitute a normal memory cell array that can be programmed a plurality of times,
The second memory cells constitute an OTP memory cell array that can be programmed only once.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 메모리 소자들 중 나머지의 상기 자기터널접합은 제3 자기터널접합이되,
상기 제3 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제2 데이터에 상응하는 제4 저항값을 갖되,
상기 제1 내지 제4 저항값들은 서로 다른 자기 메모리 장치.
The method of claim 1,
The magnetic tunnel junction of the remaining of the second memory elements is a third magnetic tunnel junction,
The third magnetic tunnel junction has a fourth resistance value corresponding to the second data through one programming,
The first to fourth resistance values are different from each other.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 저항값은 상기 제2 저항값보다 작고,
상기 제3 저항값은 상기 제1 저항값보다 작고,
상기 제4 저항값은 상기 제1 및 제2 저항값들 사이인 자기 메모리 장치.
4. The method of claim 3,
The first resistance value is smaller than the second resistance value,
the third resistance value is smaller than the first resistance value;
The fourth resistance value is between the first and second resistance values.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고,
상기 제2 메모리 셀들 중 일부는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀로 이용되는 자기 메모리 장치.
4. The method of claim 3,
Some of the first memory cells are used as first reference cells for a read operation of the first memory cells,
Some of the second memory cells are used as second reference cells for a read operation of the second memory cells.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 기준 셀은 상기 제1 메모리 셀들 중 한 쌍의 제1 메모리 셀들이 하나의 제1 비트 라인을 통해 병렬 연결되도록 구성되는 자기 메모리 장치.
6. The method of claim 5,
The first reference cell is a magnetic memory device configured such that a pair of first memory cells of the first memory cells are connected in parallel through one first bit line.
제 6 항에 있어서,
상기 한 쌍의 제1 메모리 셀들 중 어느 하나의 상기 제1 자기터널접합은 상기 제1 저항값을 갖도록 프로그래밍되고, 다른 하나의 상기 제1 자기터널접합은 상기 제2 저항값을 갖도록 프로그래밍 되는 자기 메모리 장치.
7. The method of claim 6,
One of the first magnetic tunnel junctions of the pair of first memory cells is programmed to have the first resistance value, and the other first magnetic tunnel junction is programmed to have the second resistance value. Device.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 기준 셀은 상기 제2 메모리 셀들 중 상기 제2 자기터널접합을 포함하는 어느 하나로 구성되는 자기 메모리 장치.
6. The method of claim 5,
The second reference cell is a magnetic memory device including any one of the second memory cells including the second magnetic tunnel junction.
제 8 항에 있어서,
상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 더 포함하되,
상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제2 기준 셀을 구성하는 상기 제2 자기터널접합의 상기 제3 저항값과 상기 제어 저항의 제5 저항값의 합산 값을 이용하는 자기 메모리 장치.
9. The method of claim 8,
Further comprising a control resistor electrically connected to the second reference cell,
The reference resistance for the read operation of the second memory cells is a magnetic memory device using the sum of the third resistance value of the second magnetic tunnel junction constituting the second reference cell and the fifth resistance value of the control resistor. .
제 9 항에 있어서,
상기 합산 값은 상기 제3 저항값과 상기 제4 저항값 사이인 자기 메모리 장치.
10. The method of claim 9,
The sum value is between the third resistance value and the fourth resistance value.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 비트 라인들을 통해 상기 제1 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제1 주변 회로; 및
상기 제2 비트 라인들을 통해 상기 제2 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 제2 주변 회로를 더 포함하되,
상기 제2 주변 회로는 상기 제1 주변 회로의 제1 주변 트랜지스터보다 높은 전압 하에 구동되는 적어도 하나의 제2 주변 트랜지스터를 포함하는 자기 메모리 장치.
The method of claim 1,
a first peripheral circuit electrically connected to the first memory cells through the first bit lines; and
Further comprising a second peripheral circuit electrically connected to the second memory cells through the second bit lines,
and the second peripheral circuit includes at least one second peripheral transistor driven under a higher voltage than the first peripheral transistor of the first peripheral circuit.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 주변 트랜지스터는 제1 주변 게이트 유전막 및 제1 주변 게이트 전극을 포함하고,
상기 제2 주변 트랜지스터는 제2 주변 게이트 유전막 및 제2 주변 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 주변 게이트 유전막의 두께는 상기 제1 주변 게이트 유전막의 두께보다 큰 자기 메모리 장치.
12. The method of claim 11,
the first peripheral transistor includes a first peripheral gate dielectric layer and a first peripheral gate electrode;
The second peripheral transistor includes a second peripheral gate dielectric layer and a second peripheral gate electrode, wherein a thickness of the second peripheral gate dielectric layer is greater than a thickness of the first peripheral gate dielectric layer.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 주변 게이트 전극은 상기 제1 주변 게이트 전극의 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖는 자기 메모리 장치.
13. The method of claim 12,
The second peripheral gate electrode has a second width greater than a first width of the first peripheral gate electrode.
노말 셀 어레이 및 OTP 셀 어레이를 포함하는 메모리 셀 어레이;
제1 비트 라인들을 통해 상기 노말 셀 어레이와 전기적으로 연결되는 제1 주변 회로; 및
제2 비트 라인들을 통해 상기 OTP 셀 어레이와 전기적으로 연결되는 제2 주변 회로를 포함하고,
상기 노말 셀 어레이는, 제1 자기터널접합 및 이에 연결된 제1 선택 트랜지스터를 포함하는 복수의 제1 메모리 셀들을 포함하고,
상기 OTP 셀 어레이는, 제2 자기터널접합 및 이에 연결된 제2 선택 트랜지스터를 포함하는 복수의 제2 메모리 셀들을 포함하되,
상기 제2 자기터널접합들 중 일부는 비가역적인 저항 상태를 가지고,
상기 제1 주변 회로는 적어도 하나의 제1 주변 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 주변 회로는 적어도 하나의 제2 주변 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 주변 트랜지스터는 상기 제1 주변 트랜지스터보다 높은 전압 하에서 구동되는 자기 메모리 장치.
a memory cell array including a normal cell array and an OTP cell array;
a first peripheral circuit electrically connected to the normal cell array through first bit lines; and
a second peripheral circuit electrically connected to the OTP cell array through second bit lines;
The normal cell array includes a plurality of first memory cells including a first magnetic tunnel junction and a first selection transistor connected thereto;
The OTP cell array includes a plurality of second memory cells including a second magnetic tunnel junction and a second selection transistor connected thereto;
Some of the second magnetic tunnel junctions have an irreversible resistance state,
the first peripheral circuit includes at least one first peripheral transistor,
the second peripheral circuit includes at least one second peripheral transistor,
and the second peripheral transistor is driven under a higher voltage than that of the first peripheral transistor.
제 14 항에 있어서,
상기 제2 자기터널접합들 중 상기 일부는 제1 서브 자기터널접합이고,
상기 제2 자기터널접합들 중 다른 일부는 제2 서브 자기터널접합이되,
상기 제1 자기터널접합은 복수의 프로그래밍을 통해 제1 데이터에 상응하는 제1 저항값 또는 제2 데이터에 상응하는 제2 저항값을 갖고,
상기 제1 서브 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제1 데이터에 상응하는 제3 저항값을 갖고,
상기 제2 서브 자기터널접합은 일 회의 프로그래밍을 통해 상기 제2 데이터에 상응하는 제4 저항값을 갖고,
상기 제1 저항값은 상기 제2 저항값보다 작고, 상기 제3 저항값은 상기 제1 저항값보다 작고, 상기 제4 저항값은 상기 제1 및 제2 저항값들 사이인 자기 메모리 장치.
15. The method of claim 14,
Some of the second magnetic tunnel junctions are first sub magnetic tunnel junctions,
Another part of the second magnetic tunnel junctions is a second sub magnetic tunnel junction,
The first magnetic tunnel junction has a first resistance value corresponding to the first data or a second resistance value corresponding to the second data through a plurality of programming;
The first sub-magnetic tunnel junction has a third resistance value corresponding to the first data through one programming,
the second sub-magnetic tunnel junction has a fourth resistance value corresponding to the second data through one programming;
The first resistance value is smaller than the second resistance value, the third resistance value is smaller than the first resistance value, and the fourth resistance value is between the first and second resistance values.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고,
상기 제1 서브 자기터널접합을 포함하는 상기 제2 메모리 셀들 중에서 선택된 어느 하나는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀로 이용되는 자기 메모리 장치.
16. The method of claim 15,
Some of the first memory cells are used as first reference cells for a read operation of the first memory cells,
One selected one of the second memory cells including the first sub-magnetic tunnel junction is used as a second reference cell for a read operation of the second memory cells.
제 16 항에 있어서,
상기 제2 주변 회로는 상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 포함하되,
상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제2 기준 셀을 구성하는 상기 제2 자기터널접합의 상기 제3 저항값과 상기 제어 저항의 제5 저항값의 합산 값을 이용하는 자기 메모리 장치.
17. The method of claim 16,
wherein the second peripheral circuit includes a control resistor electrically connected to the second reference cell;
The reference resistance for the read operation of the second memory cells is a magnetic memory device using the sum of the third resistance value of the second magnetic tunnel junction constituting the second reference cell and the fifth resistance value of the control resistor. .
제 15 항에 있어서,
상기 제1 메모리 셀들 중 일부는 상기 제1 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제1 기준 셀로 이용되고,
상기 OTP 셀 어레이는 상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 제2 기준 셀을 더 포함하되,
상기 제2 기준 셀은 가변 저항 소자를 통하지 않고 상기 제2 비트 라인들 중 하나와 연결되는 제3 선택 트랜지스터를 포함하는 자기 메모리 장치.
16. The method of claim 15,
Some of the first memory cells are used as first reference cells for a read operation of the first memory cells,
The OTP cell array further includes a second reference cell for a read operation of the second memory cells,
and the second reference cell includes a third selection transistor connected to one of the second bit lines without passing through a variable resistance element.
제 18 항에 있어서,
상기 제2 주변 회로는 상기 제2 기준 셀과 전기적으로 연결되는 제어 저항을 포함하되,
상기 제2 메모리 셀들의 읽기 동작을 위한 기준 저항은 상기 제어 저항의 제5 저항값을 이용하는 자기 메모리 장치.
19. The method of claim 18,
wherein the second peripheral circuit includes a control resistor electrically connected to the second reference cell;
The reference resistance for the read operation of the second memory cells is a magnetic memory device using a fifth resistance value of the control resistance.
삭제delete
KR1020150160551A 2015-10-15 2015-11-16 Magnetic memory device KR102398177B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610900064.6A CN107039579B (en) 2015-10-15 2016-10-14 Semiconductor device including reversible and one-time programmable magnetic tunnel junctions
US15/293,782 US10311928B2 (en) 2015-10-15 2016-10-14 Semiconductor devices including reversible and one-time programmable magnetic tunnel junctions
US16/290,102 US10431276B2 (en) 2015-10-15 2019-03-01 Semiconductor devices including reversible and one-time programmable magnetic tunnel junctions

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20150144117 2015-10-15
KR1020150144117 2015-10-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170045081A KR20170045081A (en) 2017-04-26
KR102398177B1 true KR102398177B1 (en) 2022-05-18

Family

ID=58704935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150160551A KR102398177B1 (en) 2015-10-15 2015-11-16 Magnetic memory device

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102398177B1 (en)
CN (1) CN107039579B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10878928B2 (en) * 2018-09-21 2020-12-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. One-time-programmable (OTP) implementation using magnetic junctions
KR102356491B1 (en) * 2019-04-24 2022-01-27 연세대학교 산학협력단 High speed artificial neural network accelerator based on magnetic/nonmagnetic multilayer thin film memory and operation method thereof
TWI734452B (en) * 2020-04-23 2021-07-21 友達光電股份有限公司 Memory device and writing method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8547736B2 (en) * 2010-08-03 2013-10-01 Qualcomm Incorporated Generating a non-reversible state at a bitcell having a first magnetic tunnel junction and a second magnetic tunnel junction
US8685756B2 (en) * 2011-09-30 2014-04-01 Everspin Technologies, Inc. Method for manufacturing and magnetic devices having double tunnel barriers
CN103383441B (en) * 2013-05-10 2016-05-11 安徽大学 A kind of digital spin valve magnetic field sensor and technology of preparing thereof
CN104347795A (en) * 2013-08-05 2015-02-11 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 MTJ (Magnetic Tunnel Junction), forming method thereof, magnetic random access memory and forming method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN107039579B (en) 2021-11-02
CN107039579A (en) 2017-08-11
KR20170045081A (en) 2017-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10418548B2 (en) Magnetic memory device
US9589616B2 (en) Energy efficient three-terminal voltage controlled memory cell
US10431276B2 (en) Semiconductor devices including reversible and one-time programmable magnetic tunnel junctions
US10600460B2 (en) Perpendicular magnetic memory using spin-orbit torque
US10515678B2 (en) Magnetic memory devices
KR102638584B1 (en) Semiconductor memory device
US20030128580A1 (en) High-density magnetic random access memory device and method of operating the same
US9799383B2 (en) Magnetic memory device
US8958239B2 (en) Magnetic memory element, magnetic memory device, spin transistor, and integrated circuit
KR102338319B1 (en) Magnetic memory device and method for manufacturing the same
US11183628B2 (en) Magnetic memory device
KR102398177B1 (en) Magnetic memory device
KR102638610B1 (en) Magnetic memory device
KR102401581B1 (en) Resistive type memory device
KR20100099951A (en) Magnetoresistive memory cell, and manufacturing method of memory device including the same
TW202011624A (en) Magnetic device
US20230134533A1 (en) Magnetoresistive random access memory devices having efficient unit cell layouts
US20190088327A1 (en) Memory device
US10109331B2 (en) Magnetic storage device with a wiring having a ferromagnetic layer
CN107017275B (en) Magnetic memory device
KR102665796B1 (en) Resistance variable memory device and method for fabricating the same
US20230165016A1 (en) Semiconductor memory device
US20220216396A1 (en) Memory device and manufacturing method thereof
KR20190046222A (en) variable resistance memory device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant