JP2002358774A - Magnetic memory device - Google Patents

Magnetic memory device

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JP2002358774A
JP2002358774A JP2001163956A JP2001163956A JP2002358774A JP 2002358774 A JP2002358774 A JP 2002358774A JP 2001163956 A JP2001163956 A JP 2001163956A JP 2001163956 A JP2001163956 A JP 2001163956A JP 2002358774 A JP2002358774 A JP 2002358774A
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JP
Japan
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line
current
storage element
memory device
magnetic memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001163956A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Igarashi
実 五十嵐
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory cell structure in which the tolerance of a magnetization inversion current can be extended in order to more improve mass production yield, storage capacity, an access time, or the like of a magnetic memory device than heretofore. SOLUTION: In the magnetic memory device, which is provided with magneto resistive storage elements 1 arranged in a matrix shape and write lines 20, 30 arranged for every row and column and reverses a magnetizing direction of each storage element 1 selectively by a current magnetic field generated by the write lines 20, 30, in at least either of write lines 20, 30 for every row or column, its current path can be switched by main lines 21, 31 arranged adacently to the storage elements 1 and bypass lines 22, 32 arranged apart from the storage elements 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、情報を記憶するた
めのメモリデバイスとして用いられる磁気メモリ装置に
関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a magnetic memory device used as a memory device for storing information.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、メモリデバイスとして用いられる
磁気メモリ装置の一つとして、MRAM(Magnetic Ran
dom Access Memory)が提案されている(例えば、Wang
et al.,IEEE Trans.Magn.33(1997),4498参照)。MRA
Mは、巨大磁気抵抗(Giant Magnetoresistive;GM
R)効果型またはトンネル磁気抵抗(Tunnel Magnetore
sistive;TMR)効果型の記憶素子を用い、その記憶
素子における磁化方向の反転を利用して情報記憶を行う
ものである。
2. Description of the Related Art Recently, an MRAM (Magnetic Ran) has been used as one of magnetic memory devices used as a memory device.
dom Access Memory) (eg, Wang
et al., IEEE Trans. Magn. 33 (1997), 4498). MRA
M is Giant Magnetoresistive (GM)
R) Effect type or Tunnel Magnetore
A SIStive (TMR) effect type storage element is used to store information by using the reversal of the magnetization direction in the storage element.

【0003】MRAMに用いられる記憶素子は、GMR
効果型およびTMR効果型のいずれも、軟磁性材料から
なる自由層および固定層とこれらの間に介在する非磁性
層とが積層されてなるもので、自由層の磁化の向きによ
って素子電気抵抗が変わるように、自由層と対向する固
定層の磁化方向が直接的または間接的に反強磁性体等に
よって固定されている。図16は、記憶素子における抵
抗−電流特性の一具体例である。ここでは、自由層と固
定層の磁化状態が反平行(互いに逆向き)となったと
き、素子両端の抵抗値がHigh状態となり、これを「0」
を表す磁化状態と定める。また、自由層と固定層の磁化
状態が平行(同方向)となったとき、素子両端の抵抗値
がLow状態となり、これを「1」を表す磁化状態と定め
る。
A storage element used in an MRAM is a GMR.
Both the effect type and the TMR effect type are formed by laminating a free layer and a fixed layer made of a soft magnetic material and a non-magnetic layer interposed between them, and the electric resistance of the element depends on the direction of magnetization of the free layer. In a different manner, the magnetization direction of the fixed layer facing the free layer is fixed directly or indirectly by an antiferromagnetic material or the like. FIG. 16 is a specific example of the resistance-current characteristics of the storage element. Here, when the magnetization states of the free layer and the fixed layer are antiparallel (opposite to each other), the resistance values at both ends of the element are in the high state, and this is set to “0”.
Is defined as the magnetization state. When the magnetization states of the free layer and the fixed layer are parallel (in the same direction), the resistance values at both ends of the element are in a low state, which is defined as a magnetization state representing “1”.

【0004】このような記憶素子への情報の書き込み
は、自由層の磁化反転に必要な磁界Hcを超える磁界
を、その記憶素子に与えることで行う。そのために、M
RAMでは、例えば図17に示すように、GMR効果型
またはTMR効果型の記憶素子1に加えて、相互に略直
交するワード線2およびビット線3を備えており、これ
らに上下から挟まれた状態で、かつ、これらの交差領域
に位置するように、記憶素子1が配置されている。そし
て、ワード線2およびビット線3に流れる電流によって
誘起される電流磁界が、記憶素子1の磁化反転に必要な
磁界Hcを超えると、これにより記憶素子1の自由層の
磁化方向が反転することになる。このHcを超える磁界
を誘起する正負電流を磁化反転電流というものとする。
また、ここでは、説明の便宜上、主に記憶素子1の磁化
容易軸方向に磁界を誘起するための導体をビット線3、
磁化困難軸方向に磁界を誘起するための導体をワード線
2とする。
Writing of information to such a storage element is performed by applying a magnetic field exceeding the magnetic field Hc required for the magnetization reversal of the free layer to the storage element. For that, M
As shown in FIG. 17, for example, a RAM includes a word line 2 and a bit line 3 which are substantially orthogonal to each other, in addition to a GMR effect type or TMR effect type storage element 1, and is sandwiched between them from above and below. The storage element 1 is arranged in such a state as to be located in these intersection regions. When the current magnetic field induced by the current flowing through the word line 2 and the bit line 3 exceeds the magnetic field Hc required for the magnetization reversal of the storage element 1, the magnetization direction of the free layer of the storage element 1 is reversed. become. The positive / negative current that induces a magnetic field exceeding Hc is referred to as a magnetization reversal current.
Here, for convenience of description, a conductor for inducing a magnetic field mainly in the easy axis direction of the storage element 1 is replaced with the bit line 3,
A conductor for inducing a magnetic field in the direction of the hard axis is a word line 2.

【0005】一方、記憶素子1からの情報の読み出し
は、その記憶素子1における磁気抵抗効果を用いて行
う。すなわち、自由層の磁化の向きによって素子電気抵
抗が変わることを利用して、記憶素子1からの情報の読
み出しを行うことになる。そのために、MRAMでは、
例えば図18に示すように、一つの記憶素子1に対応し
て一つのダイオードまたはトランジスタ4を備えてお
り、これらによって一つのメモリセル5が構成されてい
る。そして、記憶素子1の一端が、情報読み出しの対象
となる記憶素子1を選択するためのセンス線と共用され
るビット線3に接続されているとともに、他端が情報読
み出し時に素子選択を行うロジック回路(ただし不図
示)と接続されており、これにより磁気抵抗効果を用い
た情報読み出しを可能にしている。つまり、ロジック回
路からの指示により、読み出し許可線R/WがHigh状態
になると、ダイオードまたはトランジスタ4がOn状態と
なり、記憶素子1の端子電圧がセンスアンプ6に送られ
て、その記憶素子1における磁化方向の状態が読み出さ
れることになる。
On the other hand, reading of information from the storage element 1 is performed by using the magnetoresistance effect in the storage element 1. That is, information is read from the storage element 1 by utilizing the fact that the element electric resistance changes depending on the direction of magnetization of the free layer. Therefore, in MRAM,
For example, as shown in FIG. 18, one diode or transistor 4 is provided corresponding to one storage element 1, and one memory cell 5 is configured by these. One end of the storage element 1 is connected to a bit line 3 which is shared with a sense line for selecting the storage element 1 from which information is to be read, and the other end is a logic for selecting an element when reading information. It is connected to a circuit (not shown), which enables information reading using the magnetoresistance effect. That is, when the read permission line R / W is set to the high state according to the instruction from the logic circuit, the diode or the transistor 4 is set to the on state, the terminal voltage of the storage element 1 is sent to the sense amplifier 6, and the storage element 1 The state of the magnetization direction is read.

【0006】ところで、MRAMでは、例えば図19に
示すように、通常、メモリセル5がマトリクス状に配置
されており、これによりメモリ集積化が図られている。
そして、ワード線2およびビット線3が、マトリクス状
の各メモリセル5の列(Column)毎および行(Row)毎
に配されている。これらワード線2およびビット線3に
対しては、上述したHcを超える磁界を誘起するための
ワード線電流パルスおよびビット線電流パルスが、それ
ぞれ別の電流源から供給される。このとき、ビット線電
流パルスの極性は、記憶素子1におけるデータビットの
状態によって決定される。また、ワード線2と電流源と
の間には、特定の列アドレス上にワード線電流パルスを
選択的に流すためのスイッチ回路SW01,SW02,SW03…が
設けられている。さらに、ビット線3と電流源との間に
は、特定の行アドレス上にビット線電流パルスを選択的
に流すためのスイッチ回路SW10,SW20,SW30…が設けら
れている。なお、列アドレスの選択信号(WL Select)
および行アドレスの選択信号(BL Select)は、外部か
らMRAMに与えられるアドレス信号を基に合成され
る。
By the way, in an MRAM, as shown in FIG. 19, for example, memory cells 5 are usually arranged in a matrix, thereby achieving memory integration.
The word lines 2 and the bit lines 3 are arranged for each column and each row of each memory cell 5 in a matrix. A word line current pulse and a bit line current pulse for inducing a magnetic field exceeding Hc are supplied to the word line 2 and the bit line 3 from different current sources. At this time, the polarity of the bit line current pulse is determined by the state of the data bit in the storage element 1. Further, between the word line 2 and the current source, switch circuits SW01, SW02, SW03,... For selectively supplying a word line current pulse on a specific column address are provided. Further, between the bit line 3 and the current source, there are provided switch circuits SW10, SW20, SW30... For selectively flowing a bit line current pulse on a specific row address. The column address selection signal (WL Select)
A row address selection signal (BL Select) is synthesized based on an address signal externally supplied to the MRAM.

【0007】このような構成によって、MRAMでは、
メモリセル5がマトリクス状に配置されていても、情報
書き込みの対象となる記憶素子1を特定することができ
る。すなわち、マトリクス状に並べたメモリセル5の全
てに対して磁界を与えると、磁化状態を変えたくない記
憶素子1までその磁化状態を変えてしまうおそれがある
が、特定の列のワード線2および特定の行のビット線3
にのみワード線電流パルスおよびビット線電流パルスを
与えることで、そのワード線2およびビット線3の交差
点に位置する記憶素子1を情報書き込みの対象とするこ
とができる。これは、磁化容易軸方向に磁界を印加する
と、ある臨界値において磁化方向が印加された磁界の方
向に反転するが、磁化容易軸方向だけでなく磁化困難軸
方向にも磁界を印加した場合には、その反転磁界の絶対
値が減少することを利用したものである。
With such a configuration, in the MRAM,
Even if the memory cells 5 are arranged in a matrix, the storage element 1 to which information is to be written can be specified. In other words, if a magnetic field is applied to all of the memory cells 5 arranged in a matrix, the magnetization state may be changed up to the storage element 1 whose magnetization state is not desired to be changed. Bit line 3 of a specific row
By applying the word line current pulse and the bit line current pulse only to the memory cell 1, the storage element 1 located at the intersection of the word line 2 and the bit line 3 can be subjected to information writing. This is because when a magnetic field is applied in the direction of the easy axis, the magnetization direction is reversed at a certain critical value to the direction of the applied magnetic field, but when the magnetic field is applied not only in the direction of the easy axis but also in the direction of the hard axis. Is based on the fact that the absolute value of the reversal magnetic field decreases.

【0008】このときの磁化反転電流は、ワード線2お
よびビット線3が相互に略直交しているので、それぞれ
を流れる電流により誘起される電流磁界の組み合わせに
よって、例えばPtMn/CoFe/Ru/CoFe/
Al23/CoFe/Taといった膜構成で、0.13
μm×0.26μmの大きさの記憶素子1であれば、図
20に示すようなアステロイド(星芒)状の分布を採る
ようになる。この場合、「0」というビット情報を実現
するのであれば、図中においてアステロイド曲線の外方
上側の領域(図中の第1象限および第2象限で右下がり
にハッチングされた領域)に属する組み合わせの磁化反
転電流を、ワード線2およびビット線3に与えればよ
い。また、「1」というビット情報を実現するのであれ
ば、図中においてアステロイド曲線の外方下側の領域
(図中の第3象限および第4象限で右上がりにハッチン
グされた領域)に属する組み合わせの磁化反転電流を、
ワード線2およびビット線3に与えればよい。なお、こ
のときに、磁化反転電流が図中のハッチング領域に制限
され、アステロイド曲線内部を除く象限全体に広げられ
ないのは、情報書き込み対象に隣接するメモリセル5に
おける記憶素子1や、情報書き込み対象と同一列または
同一行上の他のメモリセル5における記憶素子1等につ
いて、これらの磁化状態が変更されることを防ぐためで
ある。
Since the word line 2 and the bit line 3 are substantially perpendicular to each other, the magnetization reversal current at this time depends on the combination of the current magnetic fields induced by the currents flowing through them, for example, PtMn / CoFe / Ru / CoFe. /
With a film configuration such as Al 2 O 3 / CoFe / Ta, 0.13
In the case of the storage element 1 having a size of μm × 0.26 μm, an asteroid (star) distribution as shown in FIG. 20 is obtained. In this case, if the bit information “0” is realized, the bit information belongs to a region outside the asteroid curve in the drawing (a region hatched to the lower right in the first quadrant and the second quadrant in the drawing). The combination of the magnetization reversal currents may be applied to the word line 2 and the bit line 3. If the bit information “1” is to be realized, the bit information belongs to a region outside and below the asteroid curve in the drawing (a region hatched to the right in the third and fourth quadrants in the drawing). The combined magnetization reversal current
What is necessary is just to apply to the word line 2 and the bit line 3. At this time, the reason why the magnetization reversal current is limited to the hatched area in the drawing and is not spread over the entire quadrant except inside the asteroid curve is that the storage element 1 in the memory cell 5 adjacent to the information writing target and the information This is for preventing the magnetization state of the storage element 1 or the like in another memory cell 5 on the same column or the same row as the writing target from being changed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、記憶素
子1の磁化方向を反転させる磁化反転電流は、その記憶
素子1を構成する磁気材料定数や素子形状のばらつき等
によって、例えば図21に示すように、一定の範囲で分
布した値を採る(図中における網点領域参照)。そのた
め、ワード線電流パルスおよびビット線電流パルスの組
み合わせを決定するにあたっては、予想される磁化反転
電流のばらつき等を反映させる必要がある。つまり、図
20に示したアステロイド曲線よりもある程度の外側の
領域に位置するよう、磁化反転電流を設定しなければな
らない。
However, the magnetization reversal current for reversing the magnetization direction of the storage element 1 depends on, for example, the magnetic material constants of the storage element 1 and variations in the element shape, as shown in FIG. Take a value distributed in a certain range (see a dot area in the figure). Therefore, when determining the combination of the word line current pulse and the bit line current pulse, it is necessary to reflect the expected variation of the magnetization reversal current and the like. That is, the magnetization reversal current must be set so as to be located in a region outside the asteroid curve shown in FIG. 20 to some extent.

【0010】一方、磁化反転電流は、メモリセル5がマ
トリクス状に配置されていることから、洩れ電流磁界に
よる相互作用、静磁気的な相互作用等による隣接素子の
磁化反転を避けるために、例えば図21に示すように、
一定のクロストークマージンを必要とする(図中におけ
る格子模様領域参照)。つまり、隣接素子の磁化反転阻
止を確実なものとするためには、磁化反転電流がアステ
ロイド曲線内部を除く象限全体に広げないだけではな
く、さらに一定のクロストークマージンを確保すべきで
ある。
On the other hand, since the memory cells 5 are arranged in a matrix, the magnetization reversal current is generated, for example, in order to avoid the magnetization reversal of the adjacent element due to the interaction due to the leakage current magnetic field, the magnetostatic interaction and the like. As shown in FIG.
A certain crosstalk margin is required (see the grid pattern area in the figure). That is, in order to reliably prevent the magnetization reversal of the adjacent element, the magnetization reversal current must not only be spread over the entire quadrant except the inside of the asteroid curve, but also have a more constant crosstalk margin.

【0011】これらの制限を考慮すれば、磁化反転電流
は、実際には非常に限られた範囲でしか用いることがで
きない。例えば、図20の第1象限で実際に設定できる
範囲を示せば、図21に示すハッチング領域のように、
わずかな領域が該当するに過ぎない。
In consideration of these restrictions, the magnetization reversal current can be used only in a very limited range in practice. For example, if the range that can be actually set in the first quadrant of FIG. 20 is shown, as in a hatched area shown in FIG.
Only a small area is relevant.

【0012】このような磁化反転電流の範囲、すなわち
ワード線2およびビット線3に許容されるワード線電流
パルスおよびビット線電流パルスの組み合わせ範囲は、
できるだけ広いほうが望ましい。例えば、あるMRAM
内での磁化反転電流のばらつきが50%以上に達する場
合、許容される磁化反転電流の上限と下限が一致してし
まい、そのMRAMは完全な欠陥品となる。また、磁化
反転電流のばらつきが50%以下の場合でも、クロスト
ークマージンを確保することによって磁化反転電流の許
容範囲が消失してしまえば、そのMRAMはやはり欠陥
品となる。クロストークマージンを減らすには、メモリ
セル5の間隔を大きくすることが考えられるが、面積あ
たりの記憶容量が減少してしまうという問題が生じる。
また、MRAMのアクセス時間は磁化反転電流に反比例
する傾向があるが、許容される磁化反転電流範囲が狭い
と、磁化反転電流を増加してアクセス時間を改善させる
といった自由度がなくなってしまう。
The range of such a magnetization reversal current, that is, the combination range of the word line current pulse and the bit line current pulse allowed for the word line 2 and the bit line 3 is as follows.
It is desirable to be as wide as possible. For example, an MRAM
If the variation of the magnetization reversal current within the MRAM reaches 50% or more, the upper limit and the lower limit of the allowable magnetization reversal current coincide, and the MRAM becomes a completely defective product. Even when the variation of the magnetization reversal current is 50% or less, if the allowable range of the magnetization reversal current disappears by securing the crosstalk margin, the MRAM is still defective. In order to reduce the crosstalk margin, it is conceivable to increase the interval between the memory cells 5, but there is a problem that the storage capacity per area decreases.
The access time of the MRAM tends to be inversely proportional to the magnetization reversal current. However, if the allowable magnetization reversal current range is narrow, the degree of freedom of increasing the magnetization reversal current and improving the access time is lost.

【0013】このように、MRAMに代表される磁気メ
モリ装置おいて、その量産歩留まり、記憶容量、アクセ
ス時間等を従来よりも改善するためには、許容される磁
化反転電流の範囲をできるだけ広げるようなメモリセル
構造が必要とされている。
As described above, in order to improve the mass production yield, storage capacity, access time, and the like in the magnetic memory device represented by the MRAM as compared with the prior art, the range of the allowable magnetization reversal current is expanded as much as possible. There is a need for a simple memory cell structure.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した事情
を鑑みて案出されたもので、マトリクス状に配された磁
気抵抗効果型の記憶素子と、当該記憶素子の行毎および
列毎に配された書き込み線とを備え、当該書き込み線が
発生する電流磁界により選択的に各記憶素子の磁化方向
を反転させる磁気メモリ装置において、前記行毎の書き
込み線と前記列毎の書き込み線との少なくとも一方が、
前記記憶素子に近接して配された主回線と、当該主回線
よりも前記記憶素子から離れて配されたバイパス回線と
からなり、電流経路を前記主回線と前記バイパス回線と
で切替可能に構成されていることを特徴とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has a magnetoresistive effect type storage element arranged in a matrix, and each row and column of the storage element. In a magnetic memory device comprising a write line arranged in a row and selectively inverting the magnetization direction of each storage element by a current magnetic field generated by the write line, a write line for each row and a write line for each column At least one of
A main line arranged close to the storage element, and a bypass line arranged farther from the storage element than the main line, so that a current path can be switched between the main line and the bypass line. It is characterized by having been done.

【0015】上記構成の磁気メモリ装置によれば、書き
込み線に同一の電流を印加した場合であっても、その電
流経路を主回線としたときと、バイパス回線としたとき
とでは、これらと記憶素子との間の距離の相違に起因し
て、その記憶素子に及ぶ電流磁界の大きさが異なる。し
たがって、記憶素子がマトリクス状に配されていても、
磁化方向を反転させる記憶素子と他の記憶素子とで電流
経路の切替を行えば、その切替を行わない場合に比べ
て、許容される磁化反転電流の範囲が拡大することにな
る。
According to the magnetic memory device having the above configuration, even when the same current is applied to the write line, the current is stored when the current path is set to the main line and when the current path is set to the bypass line. Due to the difference in the distance from the element, the magnitude of the current magnetic field that reaches the storage element differs. Therefore, even if the storage elements are arranged in a matrix,
If the current path is switched between the storage element for reversing the magnetization direction and another storage element, the range of the allowable magnetization reversal current is expanded as compared with the case where the switching is not performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
磁気メモリ装置について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic memory device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】先ず、本発明の第1の実施の形態における
MRAM(磁気メモリ装置)について説明する。図1に
示すように、本実施形態で説明するMRAMは、従来と
略同様の記憶素子1に加えて、相互に略直交するワード
線20およびビット線30を備えている。ただし、ワー
ド線20は、従来のものとは異なり、記憶素子1に近接
して配された主回線21と、その主回線21よりも記憶
素子1から離れて配され、かつ、主回線21から絶縁さ
れたバイパス回線22とからなる。また、ビット線30
も同様に、主回線31およびバイパス回線32からな
る。そして、記憶素子1は、ワード線20の主回線21
とビット線30の主回線31とに上下から挟まれた状態
で、かつ、これらの交差領域に位置するように、配置さ
れている。
First, an MRAM (magnetic memory device) according to the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the MRAM described in this embodiment includes a word line 20 and a bit line 30 that are substantially orthogonal to each other, in addition to the storage element 1 that is substantially the same as the conventional one. However, unlike the conventional one, the word line 20 is provided with a main line 21 arranged close to the storage element 1, a word line 20 arranged farther from the storage element 1 than the main line 21, and And an insulated bypass line 22. Also, the bit line 30
Similarly, a main line 31 and a bypass line 32 are provided. The storage element 1 is connected to the main line 21 of the word line 20.
And the main line 31 of the bit line 30 are arranged so as to be sandwiched from above and below, and to be located in the intersection area between them.

【0018】さらに、ワード線20およびビット線30
には、それぞれのバイパス回線22,32に沿うように
して、ラインパスセレクト信号線41,42が配設され
ている。ラインパスセレクト信号線41,42は、後述
するように、主回線21,31とバイパス回線22,3
2との間における電流経路切替を指示する制御信号を与
えるための信号線である。
Further, the word line 20 and the bit line 30
, Line path select signal lines 41 and 42 are provided along the bypass lines 22 and 32, respectively. The line path select signal lines 41 and 42 are connected to the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 3 as described later.
2 is a signal line for supplying a control signal for instructing a current path switching between the control circuit 2 and the control circuit 2.

【0019】また、図2に示すように、一つのメモリセ
ル50は、従来と略同様に、一つの記憶素子1に対応し
て一つのダイオードまたはトランジスタ4を備えて構成
される。ただし、上述したように、ワード線20および
ビット線30がいずれも主回線21,31およびバイパ
ス回線22,32の二系統からなるので、メモリセル5
0では、電流経路を主回線21,31とバイパス回線2
2,32とで切替可能にするために、それぞれに対応し
てスイッチ回路SW1〜SW4が設けられている。これらのス
イッチ回路SW1〜SW4によって、ワード線20およびビッ
ト線30は、その電流経路が主回線21,31とバイパ
ス回線22,32とのいずれか一方に選択的に切り替わ
るようになっている。なお、スイッチ回路SW1〜SW4のう
ち、ワード線20に対応して設けられたスイッチ回路SW
1,SW2は、ビット線30に沿ったラインパスセレクト信
号線42に接続されている。また、ビット線30に対応
して設けられたスイッチ回路SW3,SW4は、ワード線20
に沿ったラインパスセレクト信号線41に接続されてい
る。
As shown in FIG. 2, one memory cell 50 is provided with one diode or transistor 4 corresponding to one storage element 1 in substantially the same manner as in the prior art. However, as described above, since each of the word line 20 and the bit line 30 is composed of two systems of the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32, the memory cell 5
0, the current path is divided into the main lines 21 and 31 and the bypass line 2
Switch circuits SW1 to SW4 are provided correspondingly to enable switching between the circuits 2 and 32. The current paths of the word line 20 and the bit line 30 are selectively switched to one of the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32 by the switch circuits SW1 to SW4. Note that among the switch circuits SW1 to SW4, the switch circuit SW provided corresponding to the word line 20 is provided.
1, SW2 is connected to a line path select signal line 42 along the bit line 30. The switch circuits SW3 and SW4 provided corresponding to the bit lines 30 are connected to the word lines 20.
Are connected to a line path select signal line 41 along the line.

【0020】各スイッチ回路SW1〜SW4は、図3に示すよ
うに、nチャンネルMOSトランジスタ、pチャンネル
MOSトランジスタ、およびインバータを用いて構成す
ることが考えられる。この場合、ラインパスセレクト信
号線41,42からの制御信号がOn/Off端子に与えら
れ、その他の端子に主回線21,31およびバイパス回
線22,32がそれぞれ接続されることになる。なお、
各スイッチ回路SW1〜SW4は、MOSトランジスタではな
く、例えばサイリスタ素子を用いて構成してもよい。
As shown in FIG. 3, each of the switch circuits SW1 to SW4 may be configured using an n-channel MOS transistor, a p-channel MOS transistor, and an inverter. In this case, control signals from the line path select signal lines 41 and 42 are supplied to the On / Off terminals, and the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32 are connected to the other terminals, respectively. In addition,
Each of the switch circuits SW1 to SW4 may be configured using, for example, a thyristor element instead of a MOS transistor.

【0021】このようなスイッチ回路SW1〜SW4を含んで
構成されるメモリセル50は、図4に示すように、従来
と同様、マトリクス状に配置される。そして、ワード線
20およびビット線30も、各メモリセル50の列毎お
よび行毎に配されている。さらに、これらワード線20
およびビット線30にはそれぞれに沿ってラインパスセ
レクト信号線41,42が配設されていることから、そ
のラインパスセレクト信号線41,42も、各メモリセ
ル50の列毎および行毎に配されている。
As shown in FIG. 4, the memory cells 50 including the switch circuits SW1 to SW4 are arranged in a matrix as in the conventional case. The word lines 20 and the bit lines 30 are also arranged for each column and each row of each memory cell 50. Furthermore, these word lines 20
Since line path select signal lines 41 and 42 are provided along bit line 30 and bit line 30, respectively, line path select signal lines 41 and 42 are also provided for each column and row of memory cell 50. Have been.

【0022】各ラインパスセレクト信号線41,42に
は、スイッチ回路SW1〜SW4への制御信号が与えられる。
ラインパスセレクト信号線41に与える制御信号(BL P
athSelect信号)としては、電流を与えるワード線20
の列(Column)を特定するための列アドレスの選択信号
(WL Select)を用い、これによりビット線30に対応
して設けられたスイッチ回路SW3,SW4の切替を行うよう
にする。一方、ラインパスセレクト信号線42に与える
制御信号(WL Path Select信号)としては、電流を与え
るビット線30の行(Row)を特定するための行アドレ
スの選択信号(BL Select)を用い、これによりワード
線20に対応して設けられたスイッチ回路SW1,SW2の切
替を行うようにする。
Each of the line path select signal lines 41 and 42 is supplied with a control signal to the switch circuits SW1 to SW4.
A control signal (BL P
athSelect signal) as the word line 20
A column address selection signal (WL Select) for specifying the column (Column) is used, thereby switching the switch circuits SW3 and SW4 provided corresponding to the bit line 30. On the other hand, as a control signal (WL Path Select signal) to be applied to the line path select signal line 42, a row address selection signal (BL Select) for specifying the row of the bit line 30 to which current is applied is used. To switch the switch circuits SW1 and SW2 provided corresponding to the word line 20.

【0023】以上のような構成のMRAMでは、各ライ
ンパスセレクト信号線41,42に与えられる制御信号
(BL Path Select信号,WL Path Select信号)の状態
(High/Low)に応じて各スイッチ回路SW1〜SW4が切り替
わる。したがって、ワード線20およびビット線30に
おける電流経路も、各スイッチ回路SW1〜SW4の切替に対
応して、主回線21,31とバイパス回線22,32と
のいずれか一方に選択的に切り替わる。
In the MRAM configured as described above, each switch circuit is switched according to the state (High / Low) of the control signal (BL Path Select signal, WL Path Select signal) applied to each line path select signal line 41, 42. SW1 to SW4 are switched. Therefore, the current paths in the word line 20 and the bit line 30 are also selectively switched to one of the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32 in accordance with the switching of the switch circuits SW1 to SW4.

【0024】このとき、主回線21,31とバイパス回
線22,32とでは、記憶素子1までの間の距離が相違
する。記憶素子1との距離は、その記憶素子1に及ぶ電
流磁界の大きさに直接影響を与える。すなわち、同一の
電流を印加した場合であっても、その電流経路を主回線
21,31としたとき(以下「Path A」という)と、バ
イパス回線22,32としたとき(以下「Path B」とい
う)とでは、前者の場合のほうが後者の場合よりも記憶
素子1に及ぶ電流磁界が大きくなる。このことは、Path
Aの場合とPath Bの場合とで、アステロイド特性(アス
テロイド曲線の大きさ)が異なることを意味する。
At this time, the distance to the storage element 1 is different between the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32. The distance from the storage element 1 directly affects the magnitude of the current magnetic field that reaches the storage element 1. That is, even when the same current is applied, when the current paths are set to the main lines 21 and 31 (hereinafter referred to as “Path A”) and when the current paths are set to the bypass lines 22 and 32 (hereinafter referred to as “Path B”). In the former case, the current magnetic field that reaches the storage element 1 is larger than in the latter case. This means that Path
This means that the asteroid characteristics (the magnitude of the asteroid curve) are different between A and Path B.

【0025】例えば、PtMn/CoFe/Ru/Co
Fe/Al23/CoFe/Taといった膜構成で、
0.13μm×0.26μmの大きさの記憶素子1に対
し、その記憶素子1に近接する主回線21,31と、そ
の主回線21,31からおよそ230nm程度隔ててバ
イパス回線22,32とが、それぞれ形成された場合に
おけるアステロイド曲線の測定例を図5に示す。図例に
よれば、Path Aの場合と比較して、Path Bの場合におけ
るアステロイド曲線は、数倍程度の面積を持つ。
For example, PtMn / CoFe / Ru / Co
With a film configuration of Fe / Al 2 O 3 / CoFe / Ta,
For a storage element 1 having a size of 0.13 μm × 0.26 μm, main lines 21 and 31 adjacent to the storage element 1 and bypass lines 22 and 32 separated from the main lines 21 and 31 by about 230 nm. FIG. 5 shows an example of the measurement of the asteroid curve in the case where each was formed. According to the example in the figure, the area of the asteroid curve in the case of Path B is several times as large as that in the case of Path A.

【0026】したがって、情報書き込みの対象となる一
つの記憶素子1についてはPath Aを選択し、他の記憶素
子1についてはPath Bを選択するようにすれば、当該一
つの記憶素子1に情報を書き込む際に許容される磁化反
転電流の範囲は、単にPath Aの場合のアステロイド曲線
によって特定される領域(図20参照)のみならず、Pa
th AおよびPath Bのそれぞれ二つのアステロイド曲線に
囲まれた範囲(図5中におけるハッチング領域)にまで
拡大する。この領域は、Path Bの場合のアステロイド曲
線の大きさが広がる程、すなわち主回線21,31とバ
イパス回線22,32との間隔が広がる程、さらに拡大
することになる。
Therefore, by selecting Path A for one storage element 1 to which information is to be written and selecting Path B for the other storage element 1, information is stored in the one storage element 1. The range of the magnetization reversal current allowed at the time of writing is not limited to the region specified by the asteroid curve in the case of Path A (see FIG. 20), but also
The area is expanded to a range (hatched area in FIG. 5) surrounded by two asteroid curves of each of thA and PathB. This region is further enlarged as the size of the asteroid curve in the case of Path B is increased, that is, as the distance between the main lines 21 and 31 and the bypass lines 22 and 32 is increased.

【0027】磁化反転電流の範囲が拡大すると、ワード
線20およびビット線30に許容されるワード線電流パ
ルスおよびビット線電流パルスの組み合わせ範囲も広く
なり、様々な組み合わせが実現可能となる。そのため、
磁化反転電流のばらつきを考慮しつつ、クロストークマ
ージンを確保することも容易となり、MRAMの量産歩
留まり、記憶容量、アクセス時間等が、従来よりも改善
することになる。
When the range of the magnetization reversal current is expanded, the range of the combination of the word line current pulse and the bit line current pulse allowed for the word line 20 and the bit line 30 is also widened, and various combinations can be realized. for that reason,
It is easy to secure a crosstalk margin while considering the variation of the magnetization reversal current, and the mass production yield, storage capacity, access time, and the like of the MRAM are improved as compared with the conventional case.

【0028】このような磁化反転電流範囲の拡大を実現
するためには、情報書き込みの対象となる記憶素子1に
ついてはPath Aを選択し、他の記憶素子1についてはPa
th Bを選択する、といった切替を行うことが必須とな
る。本実施形態で説明するMRAMでは、その切替を、
列アドレスの選択信号(WL Select)および行アドレス
の選択信号(BL Select)をそのまま利用して、換言す
るとこれらを各メモリセル50におけるスイッチ回路SW
1〜SW4への制御信号(BL Path Select信号,WL Path Se
lect信号)として用いることによって実現している。
In order to realize such an expansion of the magnetization reversal current range, Path A is selected for the storage element 1 on which information is to be written, and Pa is selected for the other storage elements 1.
It is necessary to perform switching such as selecting th B. In the MRAM described in the present embodiment, the switching is
The column address selection signal (WL Select) and the row address selection signal (BL Select) are used as they are, in other words, they are connected to the switch circuit SW in each memory cell 50.
1 to SW4 control signals (BL Path Select signal, WL Path Se
lect signal).

【0029】ここで、Path AとPath Bとの切替動作例に
ついて、図4を参照しながら説明する。例えば、三列×
三行のメモリセル群C11〜C33のうち、ある一つのメモリ
セルC22における記憶素子1に情報を書き込む場合を例
に挙げて説明する。
Here, an example of the switching operation between Path A and Path B will be described with reference to FIG. For example, three rows x
The case where information is written to the storage element 1 in one memory cell C22 of the three rows of memory cell groups C11 to C33 will be described as an example.

【0030】この場合、外部からMRAMに与えられる
アドレス信号に基づいて、第二列(Column2)を選択す
る列アドレスの選択信号(WL Select)と、第二行(Row
2)を選択する行アドレスの選択信号(BL Select)とが
合成される。そして、その列アドレスの選択信号(WL S
elect)に応じてスイッチ回路SW01〜SW03が切り替わ
り、Column2のワード線20に対してのみ、電流源から
ワード線電流パルスが供給される。これにより、Column
2のワード線20からは、そのColumn2上の各メモリセル
50に対して、ワード線電流パルスによって生じる電流
磁界の影響が及ぶことになる。
In this case, based on an address signal externally applied to the MRAM, a column address selection signal (WL Select) for selecting a second column (Column 2) and a second row (Row) are selected.
The selection signal (BL Select) of the row address for selecting 2) is synthesized. Then, the selection signal (WL S
The switch circuits SW01 to SW03 are switched according to the selection (elect), and the word line current pulse is supplied from the current source to only the word line 20 in Column2. This allows the Column
From the second word line 20, the current magnetic field generated by the word line current pulse affects each memory cell 50 on Column 2.

【0031】ただし、このとき、Row2を選択する行アド
レスの選択信号(BL Select)は、Row2のビット線30
に対してのみビット線電流パルスを供給するためのスイ
ッチ回路SW10〜SW30の切替だけではなく、制御信号(WL
Path Select信号)として、Row2のラインパスセレクト
信号線42を通じて、そのRow2上の各メモリセルC21,C2
2,C23に対しても与えられている。そして、その制御信
号(WL Path Select信号)によって、各メモリセルC21,
C22,C23におけるスイッチ回路SW1,SW2は、電流経路を主
回線21側(Path A側)への切替を行っている。
However, at this time, the selection signal (BL Select) of the row address for selecting Row2 is applied to the bit line 30 of Row2.
Not only the switching of the switch circuits SW10 to SW30 for supplying the bit line current pulse to the
Each of the memory cells C21 and C2 on the row 2 is transmitted as a path select signal) through the line path select signal line 42 of the row 2.
2, also given to C23. Then, by the control signal (WL Path Select signal), each memory cell C21,
The switch circuits SW1 and SW2 in C22 and C23 switch the current path to the main line 21 (Path A side).

【0032】したがって、Column2上の各メモリセルC1
2,C22,C32では、そのうちのRow2上のメモリセルC22のみ
電流経路がPath Aとなり、他のメモリセルC12,C32につ
いては電流経路がPath Bとなるので、各メモリセルC12,
C22,C32の記憶素子1に対して電流磁界の影響が及んで
も、Row2上のメモリセルC22と他のメモリセルC12,C32と
では影響の及び方が異なることになる。つまり、ワード
線20の電流経路を切り替えるとき、選択されたメモリ
セル50が属する行(Row)アドレスは固有のものであ
るから、スイッチ回路SW1,SW2への制御信号として行ア
ドレスを用いれば、列(Column)アドレスは共用してい
るが選択されていないメモリセル50のアステロイド特
性はPath Bによるものとなり、結果として許容される磁
化反転電流の範囲の拡大に繋がることになる。
Therefore, each memory cell C1 on Column2
Of the memory cells C12, C32, C32, the current path is Path A only for the memory cell C22 on Row2, and the current path is Path B for the other memory cells C12, C32.
Even if the current magnetic field affects the storage elements 1 of C22 and C32, the influence is different between the memory cell C22 on Row2 and the other memory cells C12 and C32. That is, when the current path of the word line 20 is switched, the row address to which the selected memory cell 50 belongs is unique, so that if the row address is used as a control signal to the switch circuits SW1 and SW2, The asteroid characteristic of the memory cell 50 that shares (Column) addresses but is not selected is due to Path B, and as a result, the range of the allowable magnetization reversal current is expanded.

【0033】このことは、ビット線30についても全く
同様である。すなわち、ビット線30の電流経路を切り
替えるとき、選択されたメモリセル50が属する列(Co
lumn)アドレスは固有のものであるから、スイッチ回路
SW3,SW4への制御信号として列アドレスを用いれば、行
(Row)アドレスは共用しているが選択されていないメ
モリセル50のアステロイド特性はPath Bによるものと
なり、結果として許容される磁化反転電流の範囲の拡大
に繋がることになる。
The same is true for the bit line 30. That is, when switching the current path of the bit line 30, the column (Co) to which the selected memory cell 50 belongs
lumn) Since the address is unique, the switch circuit
If a column address is used as a control signal to SW3 and SW4, the asteroid characteristic of the memory cell 50 that shares the row address but is not selected is due to Path B, and as a result, the allowable magnetization reversal This leads to an expansion of the current range.

【0034】これにより、本実施形態のMRAMでは、
メモリセル50がマトリクス状に配されていても、その
うちの一つの記憶素子1についてはPath Aを選択し、他
の記憶素子1についてはPath Bを選択する、といった切
替動作が可能となり、一つの記憶素子1に対して情報を
書き込む際に許容される磁化反転電流の範囲を拡大し得
るようになる。
As a result, in the MRAM of this embodiment,
Even if the memory cells 50 are arranged in a matrix, a switching operation such as selecting Path A for one storage element 1 and selecting Path B for the other storage element 1 becomes possible. The range of the magnetization reversal current allowed when writing information to the storage element 1 can be expanded.

【0035】次に、本発明の第2の実施の形態における
MRAMについて説明する。ただし、ここでは、上述し
た第1の実施の形態の場合との相違点についてのみ説明
するものとする。図6に示すように、本実施形態で説明
するMRAMは、ワード線20のみが主回線21および
バイパス回線22からなり、これに対応してラインパス
セレクト信号線42のみが設けられている。記憶素子1
およびビット線3は、従来と略同様である。
Next, an MRAM according to a second embodiment of the present invention will be described. However, here, only the differences from the above-described first embodiment will be described. As shown in FIG. 6, in the MRAM described in the present embodiment, only the word line 20 is composed of the main line 21 and the bypass line 22, and only the line path select signal line 42 is provided correspondingly. Storage element 1
And the bit lines 3 are substantially the same as those in the related art.

【0036】また、ワード線20のみが主回線21およ
びバイパス回線22からなることから、図7に示すよう
に、一つのメモリセル51には、電流経路を主回線21
とバイパス回線22とで切替可能にするためのスイッチ
回路SW1,SW2のみが設けられている。
Further, since only the word line 20 is composed of the main line 21 and the bypass line 22, as shown in FIG.
Only switch circuits SW1 and SW2 for enabling switching between the switch and the bypass line 22 are provided.

【0037】そして、図8に示すように、このようなメ
モリセル51がマトリクス状に配置されており、各ライ
ンパスセレクト信号線42にはスイッチ回路SW1,SW2へ
の制御信号(WL Path Select信号)として行アドレスの
選択信号(BL Select)が与えられるようになってい
る。これにより、その制御信号(WL Path Select信号)
の状態(High/Low)に応じて各スイッチ回路SW1,SW2が
切り替わるので、ワード線20における電流経路も、主
回線21とバイパス回線22とのいずれか一方に選択的
に切り替わることになる。
As shown in FIG. 8, such memory cells 51 are arranged in a matrix, and each line path select signal line 42 has a control signal (WL Path Select signal) to the switch circuits SW1 and SW2. ) Is supplied with a row address selection signal (BL Select). Thereby, the control signal (WL Path Select signal)
The switching circuits SW1 and SW2 are switched in accordance with the state (High / Low), so that the current path in the word line 20 is also selectively switched to one of the main line 21 and the bypass line 22.

【0038】つまり、ワード線20の電流経路を切り替
えるとき、選択されたメモリセル51が属する行(Ro
w)アドレスは固有のものであるから、スイッチ回路SW
1,SW2への制御信号として行アドレスを用いれば、選択
されたメモリセル51のみアステロイド特性がPath Aに
よるものとなり、列(Column)アドレスは共用している
が選択されていないメモリセル51のアステロイド特性
はPath Bによるものとなる。
That is, when switching the current path of the word line 20, the row (Ro
w) Since the address is unique, the switch circuit SW
1, if a row address is used as a control signal to SW2, only the selected memory cell 51 has the asteroid characteristic based on Path A, and the column address is shared but the unselected memory cell 51 is not selected. Asteroid properties are due to Path B.

【0039】したがって、例えば、PtMn/CoFe
/Ru/CoFe/Al23/CoFe/Taといった
膜構成で、0.13μm×0.26μmの大きさの記憶
素子1に対し、その記憶素子1に近接する主回線21
と、その主回線21からおよそ230nm程度隔ててバ
イパス回線22とが、それぞれ形成された場合であれ
ば、図9に示すようなアステロイド曲線の測定例が得ら
れることになり、結果として許容される磁化反転電流の
範囲の拡大を実現し得るようになる。これにより、ワー
ド線20の電流経路のみを主回線21とバイパス回線2
2とで切替可能にした場合であっても、許容される磁化
反転電流の範囲を、従来よりも拡大することができる。
Therefore, for example, PtMn / CoFe
/ Ru / CoFe / Al 2 O 3 / CoFe / Ta, a storage element 1 having a size of 0.13 μm × 0.26 μm and a main line 21 close to the storage element 1
If the bypass line 22 is formed at a distance of about 230 nm from the main line 21, a measurement example of an asteroid curve as shown in FIG. 9 is obtained. Thus, the range of the magnetization reversal current can be expanded. Thereby, only the current path of the word line 20 is connected to the main line 21 and the bypass line 2.
2, the range of the allowable magnetization reversal current can be expanded as compared with the conventional case.

【0040】しかも、この場合には、ワード線20のみ
について主回線21とバイパス回線22との二系統と
し、ビット線3については一系統のみでよいので、第1
の実施の形態の場合に比べて、MRAMの小型化や高集
積化等に適したものとなる。
Further, in this case, only the word line 20 has two systems of the main line 21 and the bypass line 22, and the bit line 3 has only one system.
Compared to the case of the first embodiment, the MRAM is suitable for miniaturization and high integration of the MRAM.

【0041】続いて、本発明の第3の実施の形態におけ
るMRAMについて説明する。ただし、ここでも、上述
した第1または第2の実施の形態の場合との相違点につ
いてのみ説明するものとする。図10に示すように、本
実施形態で説明するMRAMは、ビット線30のみが主
回線31およびバイパス回線32からなり、これに対応
してラインパスセレクト信号線41のみが設けられてい
る。記憶素子1およびワード線2は、従来と略同様であ
る。
Next, an MRAM according to a third embodiment of the present invention will be described. Here, however, only the differences from the above-described first or second embodiment will be described. As shown in FIG. 10, in the MRAM described in the present embodiment, only the bit line 30 is made up of the main line 31 and the bypass line 32, and only the line path select signal line 41 is provided correspondingly. The storage element 1 and the word line 2 are substantially the same as in the related art.

【0042】また、ビット線30のみが主回線31およ
びバイパス回線22からなることから、図11に示すよ
うに、一つのメモリセル52には、電流経路を主回線3
1とバイパス回線32とで切替可能にするためのスイッ
チ回路SW3,SW4のみが設けられている。
Further, since only the bit line 30 is composed of the main line 31 and the bypass line 22, as shown in FIG.
Only switch circuits SW3 and SW4 for enabling switching between 1 and the bypass line 32 are provided.

【0043】そして、図12に示すように、このような
メモリセル52がマトリクス状に配置されており、各ラ
インパスセレクト信号線41にはスイッチ回路SW3,SW4
への制御信号(BL Path Select信号)として行アドレス
の選択信号(WL Select)が与えられるようになってい
る。これにより、その制御信号(BL Path Select信号)
の状態(High/Low)に応じて各スイッチ回路SW3,SW4が
切り替わるので、ビット線30における電流経路も、主
回線31とバイパス回線32とのいずれか一方に選択的
に切り替わることになる。
As shown in FIG. 12, such memory cells 52 are arranged in a matrix, and switch circuits SW3 and SW4 are connected to each line path select signal line 41.
, A row address selection signal (WL Select) is supplied as a control signal (BL Path Select signal). Thereby, the control signal (BL Path Select signal)
The switching circuits SW3 and SW4 are switched according to the state (High / Low), so that the current path in the bit line 30 is selectively switched to either the main line 31 or the bypass line 32.

【0044】つまり、ビット線30の電流経路を切り替
えるとき、選択されたメモリセル52が属する列(Colu
mn)アドレスは固有のものであるから、スイッチ回路SW
3,SW4への制御信号として列アドレスを用いれば、選択
されたメモリセル52のみアステロイド特性がPath Aに
よるものとなり、行(Row)アドレスは共用しているが
選択されていないメモリセル52のアステロイド特性は
Path Bによるものとなる。
That is, when switching the current path of the bit line 30, the column (Colu) to which the selected memory cell 52 belongs
mn) Since the address is unique, the switch circuit SW
3. If a column address is used as a control signal to SW4, only the selected memory cell 52 has the asteroid characteristic of Path A, and the row address is shared but the memory cell 52 not selected is selected. Asteroid properties
Path B.

【0045】したがって、例えば、PtMn/CoFe
/Ru/CoFe/Al23/CoFe/Taといった
膜構成で、0.13μm×0.26μmの大きさの記憶
素子1に対し、その記憶素子1に近接する主回線31
と、その主回線31からおよそ230nm程度隔ててバ
イパス回線32とが、それぞれ形成された場合であれ
ば、図13に示すようなアステロイド曲線の測定例が得
られることになり、結果として許容される磁化反転電流
の範囲の拡大を実現し得るようになる。これにより、ワ
ード線30の電流経路のみを主回線31とバイパス回線
32とで切替可能にした場合であっても、許容される磁
化反転電流の範囲を、従来よりも拡大することができ
る。
Therefore, for example, PtMn / CoFe
For a storage element 1 having a size of 0.13 μm × 0.26 μm with a film configuration of / Ru / CoFe / Al 2 O 3 / CoFe / Ta, a main line 31 close to the storage element 1 is provided.
If the bypass line 32 is formed at a distance of about 230 nm from the main line 31, a measurement example of an asteroid curve as shown in FIG. 13 is obtained. Thus, the range of the magnetization reversal current can be expanded. Thereby, even when only the current path of the word line 30 can be switched between the main line 31 and the bypass line 32, the allowable range of the magnetization reversal current can be expanded as compared with the conventional case.

【0046】また、この場合も、第2の実施形態の場合
と同様に、ビット線30のみについて主回線31とバイ
パス回線32との二系統とし、ワード線2については一
系統のみでよいので、第1の実施の形態の場合に比べ
て、MRAMの小型化や高集積化等に適したものとな
る。
Also in this case, as in the second embodiment, only the bit line 30 has two systems, the main line 31 and the bypass line 32, and the word line 2 has only one system. Compared to the case of the first embodiment, the MRAM is more suitable for miniaturization and higher integration of the MRAM.

【0047】なお、上述した第1〜第3の実施の形態で
は、各スイッチ回路SW1〜SW4がMOSトランジスタ等を
用いて構成されるとともに、これらスイッチ回路SW1〜S
W4がラインパスセレクト信号線41,42を介して得ら
れる制御信号(BL Path Select信号,WL Path Select信
号)に対応して動作する場合を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。
In the above-described first to third embodiments, each of the switch circuits SW1 to SW4 is configured using a MOS transistor or the like, and these switch circuits SW1 to SW4 are used.
The case where W4 operates in response to control signals (BL Path Select signal and WL Path Select signal) obtained via the line path select signal lines 41 and 42 has been described as an example.
The present invention is not limited to this.

【0048】例えば、各スイッチ回路SW1〜SW4に代わっ
て、各メモリセル50,51,52に、図14に示すよ
うな論理演算回路、すなわち主回線21,31とバイパ
ス回線22,32とのいずれかを選択する負論理の制御
信号を生成する論理演算回路を設けることも考えられ
る。この場合、当該論理演算回路は、ワード線20の列
(Column)を特定するための列アドレスの選択信号(WL
Select)およびビット線30の行(Row)を特定するた
めの行アドレスの選択信号(BL Select)に基づいて、
負論理のスイッチ選択信号を生成することになる。した
がって、このような論理演算回路を各メモリセル50,
51,52に設けることで、マトリクス上においてPath
Aとなるメモリセル50,51,52を、常に唯一つに
限定することができる。
For example, instead of each of the switch circuits SW1 to SW4, each of the memory cells 50, 51, 52 is provided with a logical operation circuit as shown in FIG. 14, that is, any one of the main lines 21, 31 and the bypass lines 22, 32. It is also conceivable to provide a logical operation circuit for generating a negative logic control signal for selecting the above. In this case, the logical operation circuit supplies a column address selection signal (WL) for specifying a column of the word line 20.
Select) and a row address select signal (BL Select) for specifying the row of the bit line 30.
A switch selection signal of negative logic will be generated. Therefore, such a logical operation circuit is connected to each memory cell 50,
By providing them at 51 and 52, Path on the matrix
The memory cells 50, 51, and 52 to be A can be always limited to one.

【0049】また、列アドレスの選択信号(WL Selec
t)および行アドレスの選択信号(BLSelect)をそのま
ま利用した制御信号(BL Path Select信号,WL Path Se
lect信号)を、ラインパスセレクト信号線41,42を
介して各スイッチ回路SW1〜SW4に与えるのではなく、例
えば図15に示すような電子回路、すなわち主回線2
1,31とバイパス回線22,32とのいずれかを選択
する負論理のスイッチ選択信号を生成する電子回路を、
各メモリセル50,51,52毎に設けることも考えら
れる。この場合、当該電子回路は、例えばワード線20
およびビット線30を流れるそれぞれの電流パルスの波
高値に基づいて負論理の制御信号を生成することにな
る。具体的には、例えば、ワード線20またはビット線
30を流れる電流を、電流検出抵抗Rs1,Rs2で電圧に変
換し、これを参照電圧Vref1,Vref2と比較することによ
って、論理レベルの列アドレス選択信号(WL Select)
および行アドレス選択信号(BL Select)を生成するこ
とが考えられる。したがって、この場合には、ラインパ
スセレクト信号線41,42を要することなく、Path A
となるメモリセル50,51,52を限定し得るように
なる。
Also, a column address selection signal (WL Selec
t) and control signals (BL Path Select signal, WL Path Se
lect signal) to each of the switch circuits SW1 to SW4 via the line path select signal lines 41 and 42, for example, an electronic circuit as shown in FIG.
An electronic circuit for generating a negative logic switch selection signal for selecting one of the bypass lines 22 and 32 and
It is also conceivable to provide each of the memory cells 50, 51, 52. In this case, the electronic circuit includes, for example, the word line 20.
And a control signal of negative logic is generated based on the peak value of each current pulse flowing through the bit line 30. Specifically, for example, the current flowing through the word line 20 or the bit line 30 is converted into a voltage by the current detection resistors Rs1 and Rs2, and the voltage is compared with the reference voltages Vref1 and Vref2, thereby selecting a logical-level column address. Signal (WL Select)
And generating a row address selection signal (BL Select). Therefore, in this case, the path A does not need the line path select signal lines 41 and 42, and
Can be limited.

【0050】ただし、第1〜第3の実施の形態で説明し
たように、各メモリセル50,51,52にスイッチ回
路SW1〜SW4を設け、これらスイッチ回路SW1〜SW4に対し
てラインパスセレクト信号線41,42を通じて制御信
号(BL Path Select信号,WLPath Select信号)を与え
るようにした場合には、各メモリセル50,51,52
の回路規模が大きくなってしまうのを極力抑えることが
可能となり、しかもアドレス選択信号(WL Select,BL
Select)の双方を同時に各メモリセル50,51,52
に与えなければならないといった必要もないので、MR
AMの小型化や高集積化等を実現する上で非常に好適な
ものとなる。
However, as described in the first to third embodiments, the switch circuits SW1 to SW4 are provided in each of the memory cells 50, 51 and 52, and the line path select signals are supplied to these switch circuits SW1 to SW4. When control signals (BL Path Select signal and WL Path Select signal) are applied through the lines 41 and 42, each of the memory cells 50, 51 and 52
Can be minimized, and the address selection signal (WL Select, BL
Select) simultaneously with each of the memory cells 50, 51, 52
It is not necessary to give to
This is very suitable for realizing miniaturization and high integration of AM.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の磁気メ
モリ装置では、ワード線またはビット線といった書き込
み線の電流経路を、主回線とバイパス回線とで切替可能
にする構造を有することによって、主として、次のよう
な効果を奏する。マトリクス状に配置された記憶素子に
対し、選択されていない記憶素子の磁化状態を乱さず
に、選択された記憶素子のみを安定的に磁化反転できる
電流磁界の領域範囲を拡大することができるので、磁気
材料定数や素子寸法のばらつき等によって磁化反転する
磁界Hcが大きくばらついた場合であっても、欠陥品と
はならずに製品として利用できるようになる。その結
果、量産歩留まりが向上し、磁気メモリ装置の低価格化
に貢献することができる。また、隣接する記憶素子同士
の間の相互作用を減少させることができるので、クロス
トークマージンを減らすことなしに、各記憶素子の配置
間隔を狭めることが可能になる。その結果、面積あたり
の記憶容量が向上し、磁気メモリ装置のチップ面積縮小
および低価格化を図ることができる。さらに、選択され
ていない記憶素子の磁化状態を乱さずに、選択された記
憶素子のみを安定的に磁化反転できる電流の波高値を大
きくすることができるので、記憶素子の磁気的スイッチ
ング特性が改善し、高速動作を実現することができる。
As described above, the magnetic memory device of the present invention has a structure in which the current path of a write line such as a word line or a bit line can be switched between a main line and a bypass line. The following effects are mainly exhibited. With respect to the storage elements arranged in a matrix, it is possible to expand the range of the current magnetic field in which only the selected storage element can be stably magnetized without disturbing the magnetization state of the non-selected storage element. Even when the magnetic field Hc at which the magnetization reversal greatly varies due to variations in the magnetic material constant or element dimensions, the product can be used as a product without being defective. As a result, the mass production yield is improved, which can contribute to a reduction in the price of the magnetic memory device. Further, since the interaction between the adjacent storage elements can be reduced, the arrangement interval between the storage elements can be reduced without reducing the crosstalk margin. As a result, the storage capacity per area is improved, and the chip area and cost of the magnetic memory device can be reduced. Furthermore, since the peak value of the current that can stably reverse the magnetization of only the selected storage element can be increased without disturbing the magnetization state of the non-selected storage element, the magnetic switching characteristics of the storage element are improved. Thus, high-speed operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る磁気メモリ装置の第1の実施の形
態における特徴的な要部の構成例を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a characteristic main part of a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施の形態におけるメモリセルの構成例
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to the first embodiment;

【図3】メモリセルにおけるスイッチ回路の構成例を示
す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switch circuit in a memory cell;

【図4】第1の実施の形態におけるメモリセルのマトリ
クス配置例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a matrix arrangement of memory cells according to the first embodiment;

【図5】第1の実施の形態におけるアステロイド曲線と
磁化反転に許容される電流の範囲の一具体例を示す説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific example of an asteroid curve and a range of a current allowed for magnetization reversal according to the first embodiment;

【図6】本発明に係る磁気メモリ装置の第2の実施の形
態における特徴的な要部の構成例を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a characteristic main part of a magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention;

【図7】第2の実施の形態におけるメモリセルの構成例
を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to a second embodiment;

【図8】第2の実施の形態におけるメモリセルのマトリ
クス配置例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a matrix arrangement of memory cells according to the second embodiment;

【図9】第2の実施の形態におけるアステロイド曲線と
磁化反転に許容される電流の範囲の一具体例を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a specific example of an asteroid curve and a range of current allowed for magnetization reversal according to the second embodiment.

【図10】本発明に係る磁気メモリ装置の第3の実施の
形態における特徴的な要部の構成例を示す模式図であ
る。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration example of a characteristic main part of a magnetic memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】第3の実施の形態におけるメモリセルの構成
例を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory cell according to a third embodiment;

【図12】第3の実施の形態におけるメモリセルのマト
リクス配置例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a matrix arrangement example of memory cells according to a third embodiment;

【図13】第3の実施の形態におけるアステロイド曲線
と磁化反転に許容される電流の範囲の一具体例を示す説
明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a specific example of an asteroid curve and a range of a current allowed for magnetization reversal according to the third embodiment.

【図14】主回線とバイパス回線の経路選択信号として
RowまたはColumnを等しくするメモリセル間で共用しな
い場合に必要な経路選択信号発生回路の構成例を示す回
路図である。
FIG. 14 shows a route selection signal for a main line and a bypass line.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a path selection signal generation circuit necessary when memory cells having the same Row or Column are not shared;

【図15】主回線とバイパス回線の経路選択信号を独自
に配線せず、ワード線またはビット線電流から経路選択
信号の生成を行う電子回路の構成例を示す回路図であ
る。
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an electronic circuit that generates a path selection signal from a word line or bit line current without independently routing a path selection signal for a main line and a bypass line.

【図16】0.13μm×0.26μmサイズの磁気抵
抗効果型素子の記憶素子における抵抗−電流特性の一具
体例を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a specific example of a resistance-current characteristic in a storage element of a magnetoresistive element having a size of 0.13 μm × 0.26 μm.

【図17】従来の磁気メモリ装置における特徴的な要部
の構成例を示す模式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration example of a characteristic main part in a conventional magnetic memory device.

【図18】従来例におけるメモリセルの構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration example of a memory cell in a conventional example.

【図19】従来例におけるメモリセルのマトリクス配置
例を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing an example of a matrix arrangement of memory cells in a conventional example.

【図20】従来例におけるにおけるアステロイド曲線と
磁化反転に許容される電流の範囲の一具体例を示す説明
図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a specific example of an asteroid curve and a range of current allowed for magnetization reversal in a conventional example.

【図21】図20のアステロイド曲線の第一象限を拡大
してセル特性のばらつきとセル間クロストークマージン
を除いた後に許容される電流範囲の一具体例を示す説明
図である。
21 is an explanatory diagram showing a specific example of a current range allowed after the first quadrant of the asteroid curve of FIG. 20 is enlarged to eliminate cell characteristic variations and inter-cell crosstalk margin.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…記憶素子、20…ワード線、21…主回線、22…
バイパス回線、30…ビット線、31…主回線、32…
バイパス回線、41,42…ラインパスセレクト信号
線、50,51,52…メモリセル、SW1,SW2,SW3,SW4
…スイッチ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Storage element, 20 ... Word line, 21 ... Main line, 22 ...
Bypass line, 30 ... bit line, 31 ... main line, 32 ...
Bypass lines, 41, 42 ... line path select signal lines, 50, 51, 52 ... memory cells, SW1, SW2, SW3, SW4
... Switch circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリクス状に配された磁気抵抗効果型
の記憶素子と、当該記憶素子の行毎および列毎に配され
た書き込み線とを備え、当該書き込み線が発生する電流
磁界により選択的に各記憶素子の磁化方向を反転させる
磁気メモリ装置において、 前記行毎の書き込み線と前記列毎の書き込み線との少な
くとも一方は、前記記憶素子に近接して配された主回線
と、当該主回線よりも前記記憶素子から離れて配された
バイパス回線とからなり、電流経路を前記主回線と前記
バイパス回線とで切替可能に構成されていることを特徴
とする磁気メモリ装置。
1. A storage device comprising: a magnetoresistive effect type storage element arranged in a matrix; and write lines arranged for each row and each column of the storage element, and selectively provided by a current magnetic field generated by the write line. In the magnetic memory device for inverting the magnetization direction of each storage element, at least one of the write line for each row and the write line for each column is connected to a main line disposed close to the storage element, A magnetic memory device, comprising: a bypass line disposed farther from the storage element than a line, wherein a current path can be switched between the main line and the bypass line.
【請求項2】 前記主回線と前記バイパス回線との電流
経路切替のための切替手段が前記記憶素子毎に個別に設
けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気メモ
リ装置。
2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein switching means for switching a current path between the main line and the bypass line is provided individually for each of the storage elements.
【請求項3】 前記切替手段に対して電流経路切替を指
示する制御信号を与えるための信号線が設けられている
ことを特徴とする請求項2記載の磁気メモリ装置。
3. The magnetic memory device according to claim 2, further comprising a signal line for supplying a control signal for instructing the switching means to switch a current path.
【請求項4】 前記制御信号として、電流を与える書き
込み線の行を特定するための行アドレス信号を用いるこ
とを特徴とする請求項3記載の磁気メモリ装置。
4. The magnetic memory device according to claim 3, wherein a row address signal for specifying a row of a write line to which a current is applied is used as the control signal.
【請求項5】 前記制御信号として、電流を与える書き
込み線の列を特定するための列アドレス信号を用いるこ
とを特徴とする請求項3または4記載の磁気メモリ装
置。
5. The magnetic memory device according to claim 3, wherein a column address signal for specifying a column of a write line to which a current is applied is used as the control signal.
【請求項6】 前記切替手段に対して電流経路切替を指
示する制御信号を、前記書き込み線に与えられた電流パ
ルスの波高値に基づいて生成する信号生成回路を備える
ことを特徴とする請求項2記載の磁気メモリ装置。
6. A signal generating circuit for generating a control signal for instructing the switching means to switch a current path based on a peak value of a current pulse applied to the write line. 3. The magnetic memory device according to 2.
【請求項7】 前記記憶素子は、巨大磁気抵抗効果型素
子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項
に記載の磁気メモリ装置。
7. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the storage element is a giant magnetoresistive element.
【請求項8】 前記記憶素子は、トンネル磁気抵抗効果
型素子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
1項に記載の磁気メモリ装置。
8. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the storage element is a tunnel magnetoresistance effect element.
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