JP2003091987A - 磁気メモリ装置及びその記録制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気メモリ装置を構成する記憶素子の高集積
化及び配線の微細化に対処できるように、材料や構造等
の大幅な変更を伴うことなく配線の電流密度について上
限を引き上げる。 【解決手段】 磁気抵抗効果型記憶素子の記憶領域の磁
化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させるための配線
に対して、磁界発生のために流す電流の向きを双方向と
なるように制御する。これにより、電流の流れる向きが
一方向に固定されないので、エレクトロマイグレーショ
ンによる劣化や断線が起こり難くなり、信頼性が高ま
り、高密度化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
おいて、磁気抵抗効果型記憶素子の接続配線について信
頼性を向上させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報通信機器、特に携帯端末等の移動体
通信端末装置に代表される個人向けの小型情報機器が飛
躍的な普及を遂げる中で、これらの機器を構成するメモ
リ素子やロジック素子等に対して、高集積化、高速化、
低消費電力化等、さらなる高性能化が求められている。
例えば、不揮発性メモリの高密度化や大容量化について
は、磁気ハードディスクドライブ装置のような可動部分
を有する磁気記録装置等に対して相補的な技術として重
要性をもっている。つまり、可動部分をもつ装置では本
質的に小型化、高速化、低消費電力化が困難であるとい
う側面をもっているため、携帯性や可搬性が重視される
分野で不揮発性メモリの役割がますます重要になってく
る。

【０００３】不揮発性メモリとして半導体フラッシュメ
モリや強誘電体不揮発メモリ（ＦｅＲＡＭ）等が実用化
されており、さらなる高性能化に向けて研究開発が行わ
れているが、近時、磁性体を用いた不揮発性メモリとし
て、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用したＭＲＡ
Ｍ（Magnetic Random Access Memory）が注目されてい
る（例えば、「Naji et al. ISSCC2001」)。

【０００４】ＭＲＡＭの動作原理について簡単に説明す
ると、このメモリデバイスは、磁性体からなる微小な記
憶担体（磁性記憶担体）を多数備えており、これらを規
則的に配置するとともに各記憶担体に対してそれぞれア
クセスを可能とするための配線を施した構造を有してお
り、磁気的な情報記録を行えるようになっている。

【０００５】そして、情報書き込みについては、例え
ば、２組の平行導線群を互いに交差させて格子状配置と
し、両者の格子点に相当する位置に磁性記憶担体（メモ
リセル）をそれぞれ配設した構造において、磁性記憶担
体の一端部に配された導線（ワード線）と、当該磁性記
憶担体の他端部に配された読み出し用導線（ビット線）
の両方に所定の電流を流すことより発生する磁界（合成
電流磁界）を用いて、磁性体の磁化を制御することで行
っている。一般的には、磁性体の磁化の向きに応じて論
理値”０”と”１”の情報を区別して記憶させることが
できる。また、情報の読み出しについては、トランジス
タ等の素子を用いてセル選択を行い、電流磁気効果を通
じて当該セルを構成する磁性体について磁化の向きを電
圧信号として取り出すことができる構成を備えている。
尚、セルの膜構成としては、例えば、強磁性体、絶縁
体、強磁性体をそれぞれに含む３層構造（強磁性トンネ
ル接合、Magnetic Tunnel Junction＝「ＭＴＪ」と呼
ぶ。）を基本構造として含むものが挙げられ、片方の強
磁性層を固定参照層とし、他方の強磁性層を記憶層とし
て用いることによりＴＭＲ効果を通じて記憶層の磁化の
向きと電圧信号とを対応させている。

【０００６】書き込み時においても所望のセルを選択し
て記憶できるようにする必要があることは勿論であり、
以下、セル選択方法について説明する。

【０００７】一般に、強磁性体の磁化容易軸方向に、磁
化と反対向きに磁界を印加すると、ある臨界値±Ｈｓｗ
（「反転磁界」と呼ぶ。）において、磁化が磁界の方向
に反転することが知られており、この反転磁界の値は、
エネルギー最小の条件から理論的に求めることができ
る。さらに、磁化容易軸だけでなく、磁化困難軸方向に
も磁界を印加した場合には、反転磁界の絶対値が減少す
ることが知られている。これについてもやはりエネルギ
ー最小の条件から求めることができ、磁化困難軸方向に
印加した磁界を「Ｈｘ」とし、このときの反転磁界を
「Ｈｙ」とするとき、両者の間には下記に示す関係があ
る。

【０００８】

【数１】

【０００９】Ｈｘ、Ｈｙをそれぞれ直交する２軸とし
た、Ｈｘ−Ｈｙ平面において上記数式により表現される
曲線（例えば、図４、図７参照。）は、アステロイド曲
線と呼ばれており、セル選択の方法については、このア
ステロイド曲線を用いて説明するのが便利である。尚、
「Ｈｃ」は保磁力である。

【００１０】記録ワード線からの発生磁界が磁化容易軸
方向とほぼ一致する構成のＭＲＡＭにおいては、当該ワ
ード線からの発生磁界によって磁化を反転させて記録を
行うが、記録ワード線から等距離に位置するセルが複数
個存在するために、反転磁界以上の界磁を発生させる電
流を記録ワード線に流してしまうと、意図しないセル
（位置的に等価なセル）についても記録が行われること
になる。そこで、選択したいセル（選択セル）に懸かる
ビット線に電流を流し、磁化困難軸方向の磁界を発生さ
せると、当該セルの反転磁界が下がることを利用して、
他の等価セルには影響を与えることなく記録を行うこと
ができる。即ち、ビット線に電流を流した場合の選択セ
ルの反転磁界を「Ｈｃ（ｈ）」と記し、ビット線による
磁界がゼロの場合（つまり、電流を流さない場合）の反
転磁界を「Ｈｃ（０）」と記すとき、記録ワード線の電
流による発生磁界「Ｈ」が、「Ｈｃ（ｈ）＜Ｈ＜Ｈｃ
（０）」の関係を満たすように設定すれば、所望のセル
だけを選択して記録することが出来る（∵選択セルにつ
いは磁界ＨがＨｃ（ｈ）よりも大きいので磁化反転する
が、等価セルについては磁界ＨがＨｃ（０）よりも小さ
いので磁化反転しないから。）。

【００１１】以上のように磁性体を含む多数の記録担体
を用いて構成されるＭＲＡＭについては、例えば、下記
に示すような長所を持っているため、今後の不揮発性メ
モリとして有望視されている。

【００１２】１）不揮発性で、非破壊読み出し及びラン
ダムアクセスが可能であること ２）書き換え可能回数「Ｎ」が大きいこと（Ｎ＞１
０¹⁵） ３）高速動作（処理速度＜５ナノ秒） ４）ソフトエラーがないこと ５）ＭＯＳ形素子の作製後に配線工程のみで形成される
ため、プロセス整合性が良いこと。

【００１３】特に、ＭＲＡＭは上記１）乃至３）の点で
フラッシュメモリよりも優れた性能をもち、また、５）
の点で上記したＦｅＲＡＭに勝る。そして、ＤＲＡＭ並
みの高集積度とＳＲＡＭ並みのスピードを両立可能なメ
モリとして期待されており、システムＬＳＩ混載メモリ
を全て置き換えてしまう程の潜在的な可能性を有してい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したＭ
ＲＡＭの高性能化にとって障害となる虞があるのは、情
報の書き込みを電流によって行っている点である。

【００１５】一般に、配線には許容し得る電流密度の上
限値が存在し、それ以上の電流を流すとエレクトロマイ
グレーションにより劣化や断線が起こり易くなる。特
に、高集積化が進み、配線幅が細くなるに従って、書き
込み線に流すことのできる臨界電流値が下がるので、電
流による発生磁界の大きさが小さくなってしまう。よっ
て、記憶担体については記憶領域の保磁力（Ｈｃ）を下
げざるを得なくなるが、セルサイズが小さくなると一般
に記憶領域の保磁力が増大する傾向があるため、ここに
技術的な困難性が生じる。例えば、素子の構造設計や材
質の選択等、根本的な事項についての再考や検討を余儀
なくされることになる。

【００１６】そこで、本発明は、磁気メモリ装置を構成
する記憶素子の高集積化及び配線の微細化に対処できる
ように、材料や構造等の大幅な変更を伴うことなく配線
の電流密度について上限を引き上げることを課題とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、磁気抵抗効果型記憶素子の記憶領域の
磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させるための配
線に対して、磁界発生のために流す電流の向きが一方向
に固定されないようにしたものである。

【００１８】本発明によれば、記憶領域の磁化困難軸方
向に磁界を発生させるための配線電流について、その向
きを双方向にすること（つまり、電流の流れる向きが常
に同じではなく、異なる向きに流れるように双方向性電
流とすること）により、エレクトロマイグレーションに
よる劣化や断線が起こり難くなる。よって、記録配線の
劣化や断線等に対する耐性を向上させ、信頼性を高める
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、磁気メモリ装置及びそ
の記録制御方法に関するものであり、磁気メモリ装置に
ついては磁気抵抗効果型の記憶素子を具備するととも
に、当該記憶素子の記憶領域に係る磁化方向の変化を利
用して情報記憶を行えるように構成されたものである。
尚、磁気抵抗効果素子には、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効
果素子や、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果素子が挙げ
られ、例えば、上記したＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセ
スメモリ）等の記憶装置に適用できる。また、磁気メモ
リ装置については、一般に強磁性膜を含む単位素子（記
憶素子）によって構成され、当該素子数については多数
でも少数でも構わない。

【００２０】図１及び図２は本発明に係る磁気メモリ装
置の基本的な構成を示すものであり、図１はＭＲＡＭの
基本構成例を模式的に示した平面図、図２は素子及び配
線の配置について概略的に示す斜視図である。

【００２１】磁気メモリ装置１はマトリクス状に配置さ
れた複数の記憶素子２、２、…を備えており、各記憶素
子には磁気抵抗効果型素子が用いられる。

【００２２】配線については、２組の平行配線群が互い
に直交関係をもった格子状配置とされ、各格子点にそれ
ぞれの記憶素子が位置されていて当該素子を含むメモリ
セルが各別に形成されている。つまり、図１の上下方向
に沿って延びる配線群がワード線３、３、…を示し（図
には便宜上細線で示す。）、同図の左右方向に沿って延
びる配線群がビット線４、４、…を示している（図には
便宜上太幅の線で示す。また、ビット線及びワード線に
ついては、簡単化のためそれぞれ３本ずつの配線を示
す。）。そして、各記憶素子は、行位置及び列位置にそ
れぞれ対応するビット線及びワード線を指定することで
特定できるように、相互に交差する各配線群が記憶素子
群を縦横に横切る配置とされる。

【００２３】図２に示すように、各記憶素子２は、ワー
ド線とビット線との間に上下から挟まれた状態とされ、
両配線の交差位置に配置されている。尚、図中に示す
「Ｗ」、「Ｌ」は、記憶素子のサイズを示しており、
「Ｗ」がビット線に対して平行な方向の幅を示し、
「Ｌ」がワード線に対して平行な方向の長さを示してい
る。

【００２４】マトリクス状配置の記憶素子群の周囲に
は、各記憶素子２をそれぞれ個別に駆動するための周辺
回路５（図１の四角形枠内を参照。）が配設されてお
り、制御回路を構成する。この周辺回路としては、例え
ば、ワード線又はビット線に対して選択的に電流を印加
するための回路（スイッチ回路あるいはセル選択用ロジ
ック回路）が挙げられる。

【００２５】尚、ＭＲＡＭの場合には、この他、記憶素
子からの情報読み出し用のトランジスタ（ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔ等）やダイオード、各トランジスタのゲートに接続さ
れる読み出しワード線、さらには記憶素子の形成時に必
要となる下地層等が設けられる（それらの説明は省略す
る。）。

【００２６】各記憶素子としては、上記のようにＧＭＲ
効果素子を用いる形態と、ＴＭＲ効果素子を用いる形態
が挙げられるが、以下では後者の例について説明する。

【００２７】図３は、ビット線４と（記録）ワード線３
に挟まれた１つの記憶素子２について構造例を示したも
のであり、当該記憶素子２は、記憶層２ａ、絶縁障壁層
２ｂ、参照層２ｃからなる、ＭＴＪと称する３層構造を
有している。

【００２８】本例では、記憶素子２の一端（上端）に参
照層２ｃが形成されていて、この層がビット線４に接続
されており、当該ビット線から離れる方向に絶縁障壁層
２ｂ、記憶層２ａがこの順で形成されている。そして、
記憶層２ａの下層には層間絶縁膜２ｄが形成されてお
り、これを介してワード線３に接続されている。

【００２９】素子の記憶領域に相当する記憶層２ａは強
磁性体（ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅ等）からなり、その磁化
方向が比較的容易に回転するので、ワード線及びビット
線に流れる電流により発生する電流磁界を用いて、当該
磁化方向を変化させることで情報の書き込み（記録）を
行うことができるようになっている。そのために、記憶
層２ａは形状異方性、結晶異方性、誘導異方性等のうち
の一つ又は複数を起源とする一軸異方性を有している。

【００３０】ワード線、ビット線のうちの一方は記憶層
２ａの磁化容易軸に略平行な方向に配設され、他方は当
該記憶層２ａの磁化困難軸に略平行な方向に配設されて
いる。例えば、ビット線４が磁化容易軸と略平行である
場合には、当該ビット線に流す電流により発生する磁界
が磁化困難軸方向の磁界となり、ワード線３に流す電流
により発生する磁界が磁化容易軸方向の磁界となる。
尚、以下では便宜上、このような形態を想定して説明を
行うことにする（勿論、本発明の適用においては、ワー
ド線が磁化容易軸と略平行である形態であっても構わな
い。）。

【００３１】絶縁障壁層２ｂは絶縁体（アルミナ等）を
用いて形成され、記憶層２ａと参照層２ｃとの磁気的結
合を切るとともに、トンネル電流を流すための役割を担
っている。また、参照層２ｃは強磁性体（ＣｏＦｅ等）
を用いて形成され、その磁化方向は直接的又は間接的に
反強磁性体等（例えば、ＰｔＭｎ等）によって固定され
ている。

【００３２】尚、ＧＭＲ素子を用いる場合には多少構造
上の違いはあるが（障壁層がない等）、基本的には同様
の多層構造をもっている（よって詳細な説明は省略す
る。）。

【００３３】上記の構造をもったＴＭＲ型の記憶素子を
備えたＭＲＡＭでは、各素子がワード線とビット線とが
交差する領域に配置されており、上記したアステロイド
磁化反転特性を利用して、個々の記憶素子を選択して情
報の書き込みを行うことができる。

【００３４】図４はアステロイド曲線の一例を示してお
り、横軸に前記Ｈｘ（磁化困難軸方向の磁界）をとり、
縦軸にＨｙ（磁化容易軸方向の磁界）をとって示してい
る。尚、この場合、上記したように、ビット線４が磁化
容易軸と略平行であるとしているので、Ｈｘがビット線
による発生磁界を示し、Ｈｙが記録ワード線による発生
磁界を示す。

【００３５】図中に示す各矢印の意味は下記の通りであ
る。

【００３６】・矢印「Ｗ１」＝”１”を書き込む場合の
ワード線発生磁界 ・矢印「Ｗ０」＝”０”を書き込む場合のワード線発生
磁界 ・矢印「Ｂ０１」＝”０”、”１”を書き込む場合のビ
ット線発生磁界 ・矢印「Ｇ１」＝”１”を書き込む場合の合成磁界 ・矢印「Ｇ０」＝”０”を書き込む場合の合成磁界。

【００３７】尚、Ｇ１に示す合成磁界はＷ１とＢ０１の
示す各磁界をベクトル合成したものであり、同様に、Ｇ
０に示す合成磁界はＷ０とＢ０１の示す各磁界をベクト
ル合成したものである（Ｇ１、Ｇ０はＨｘ軸に関して線
対称とされる。）。また、”０”、”１”は論理値ある
いは状態値を示す。Ｈｘ−Ｈｙ平面の各象限にそれぞれ
示される曲線内で囲まれるダイヤ形（星芒形）の範囲が
記録不能域を表している。

【００３８】一般に記録ワード線に流す電流は、その流
れる方向が記憶領域の磁化を反転させたい方向（つま
り、これから反転しようとする磁化の向き）に対応して
おり、その意味で「プログラム電流」との呼ばれる。即
ち、論理値”１”に書き換える場合と、”０”に書き換
える場合とでは、電流の向きが逆になるので、当該電流
については両方向に流す場合がある。

【００３９】これに対して、ビット線に流す電流につい
ては、前記したように等価セルに影響を与えることなく
選択セルのみに情報を書き込めるように、当該セルにつ
いて反転磁界を引き下げる目的だけのために用いられ、
この反転磁界の低減効果は電流の方向（各向き）に関し
て対称である。即ち、アステロイド曲線において、セル
選択（記憶層の選択）という目的において、本例では図
４の左半分に示す特性部分だけを使用すれば十分である
（あるいは、実質的に同じことであるが、図４の右半分
のみを使用し、左半分については使用しない形態でも良
い。）。

【００４０】このように、ビット線電流について、その
流れる向きを一方向に規定して制御するのが従来の記録
方式であり、その様子を示したものが図５である。

【００４１】図の上段にワード線電流波形、中段にビッ
ト線電流波形、下段に記録状態をそれぞれ示しており、
２矢印で示すように各電流波形については、図の上下方
向を印加電流の方向にとり、左右方向に時間軸方向をと
っている（時間経過の向きは右向きとしている。）。

【００４２】ワード線に流す電流（ワード線電流）の向
きについては、「ｉ＝０」を中心として、”１”の記録
時に正方向（ｉ＞０）を対応させ、”０”の記録時に負
方向（ｉ＜０）を対応させており、本例では時間経過と
ともに交互に正負の向きを変える。これによって”
０”、”１”を交互に記録する場合のワード線磁界が発
生される。

【００４３】また、ビット線に流す電流（ビット線電
流）の向きについては、”０”の記録時に負方向（ｉ＜
０）を対応させており、常に同じ向き（負の向き）とさ
れ、これによって”０”、”１”を交互に記録する場合
のビット線磁界が発生される。

【００４４】そして、記録状態については、”１”を高
抵抗状態、”０”を低抵抗状態にそれぞれ対応させてお
り、ワード線電流が正方向を向き、かつビット線電流が
負方向を向くときに”１”の状態が記録され、ワード線
電流が負方向を向き、かつビット線電流が負方向を向く
ときに”０”の状態が記録される。

【００４５】このように、本例では各電流の印加タイミ
ング及び波形から分かるように、ワード線に流すプログ
ラム電流について、記憶素子に対して交互に”１”、”
０”を記録するパターンが例示されており、ビット線に
流す電流の向きは一方向（本例では負の方向）に規定さ
れている。つまり、図４のアステロイド曲線のうち使用
されるのは、Ｈｘ−Ｈｙ平面の左半分（第二象限及び第
三象限）のみであって、右半分（第一象限及び第四象
限）は使用されない。

【００４６】尚、このことはビット線電流の向きを正の
方向に規定した場合においても同様であって、この場合
に図４のアステロイド曲線のうち使用されるのは、Ｈｘ
−Ｈｙ平面の右半分（第一象限及び第四象限）のみであ
って、左半分（第二象限及び第三象限）は使用されな
い。

【００４７】いずれにしても、ビット線電流の極性を一
方向に固定して制御したのでは、アステロイド曲線の片
半分しか利用しないことになり、エレクトロマイグレー
ションによって劣化や断線が起こり易くなる。

【００４８】そこで、本発明では、記憶素子の記憶領域
に係る磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させるた
めの配線に流す電流の向きが一方向に固定しないように
制御する。つまり、上記例では、ビット線電流が異なる
時刻において正方向にも負方向にも流れるようにし、当
該電流の向きを双方向とする。

【００４９】図６は本発明に係る記録制御方法について
一例を示すものであり、各配線電流の印加タイミング及
び記録状態を示している。尚、図の設定や記号等につい
ては図５の場合と同じである。

【００５０】ワード線電流の向きについての設定や当該
電流波形は、図５と同じである。

【００５１】ビット線電流の向きについては、「ｉ＝
０」を中心として、”１”の記録時に正方向（ｉ＞０）
を対応させ、”０”の記録時に負方向（ｉ＜０）を対応
させており、時間経過とともに交互に正負の向きを変え
る。これによって”０”、”１”を交互に記録する場合
のビット線磁界が発生される。

【００５２】そして、記録状態については、ワード線電
流及びビット線電流がともに正方向を向くときに”１”
の状態（高抵抗状態）が記録され、ワード線電流及びビ
ット線電流がともに負方向を向くときに”０”の状態
（低抵抗状態）が記録される。

【００５３】このように、ビット線電流を双方向に流す
よう制御しており、時間経過につれてある時刻（記録時
刻）では当該電流が正方向（又は負方向）に流れ、次の
記録時刻では負方向（又は正方向）に流れるといった具
合に、交互に電流の向きを変えるようにした例を示して
いる。よって、プログラム電流に従って”０”を書き込
むときと”１”を書き込むときとでは、ビット線電流の
流れる方向（つまり、符号）が異なる。

【００５４】図７はこの事についてアステロイド曲線を
用いて説明するための図であり、Ｈｘ、Ｈｙの設定は図
４の場合と同じであり、Ｈｃ、”０”、”１”等は既述
の通りである。

【００５５】また、図中に示す矢印「Ｗ１」、「Ｗ０」
の意味は上記と同じであり、矢印で示す磁界ベクトルの
うち図４と相違するものは下記の通りである。

【００５６】・矢印「Ｂ１」＝”１”を書き込む場合の
ビット線発生磁界 ・矢印「Ｂ０」＝”０”を書き込む場合のビット線発生
磁界 ・矢印「Ｋ１」＝”１”を書き込む場合の合成磁界 ・矢印「Ｋ０」＝”０”を書き込む場合の合成磁界。

【００５７】図から分かるように、Ｂ１で示すビット線
発生磁界はＨｘ軸の正方向（図の右方）を向いており、
これとは逆にＢ０で示すビット線発生磁界はＨｘ軸の負
方向（図の左方）を向いている。また、Ｋ１に示す合成
磁界はＷ１とＢ１の示す各磁界をベクトル合成したもの
であり、同様に、Ｋ０に示す合成磁界はＷ０とＢ０の示
す各磁界をベクトル合成したものであり、本例ではＫ１
とＫ０とが互いに逆向きとされる。

【００５８】従来のようにアステロイド曲線について右
半分又は左半分に限定されることなく、両者を使用して
いる点が本発明において特徴的な事項である。

【００５９】即ち、記録用補助磁界を発生させるための
配線（ビット線）に流す電流の向きを一方向でなく双方
向としたことにより、エレクトロマイグレーションによ
る劣化や断線に対する耐性を従来よりも向上させること
ができる。その理由について説明すると、ビット線を構
成する材料の原子が、運動する電子（電流）からその運
動方向に受ける力により変位するのがエレクトロマイグ
レーションであるが、電流を双方向にしたことにより、
当該変位も双方向となる。このため、ビット線について
はこれに電流を印加する前の位置付近で振動に類似した
双方向への運動が繰り返されることになり、破断等に至
るような大きな変位が発生するまでには、従来のように
ビット電流を一方向に流す場合と比較して、より長い時
間を必要とする。従って、劣化や断線に対する耐性が向
上し、配線の信頼性を高めることができる。また、本発
明を用いることにより、配線の微細加工化や、記憶素子
サイズの微小化に伴う反転磁界の増大傾向が要因となっ
て、これまで困難と考えられていたＭＲＡＭの高密度化
を実現することが可能となる。

【００６０】尚、図６及び図７で説明した記録制御は、
本発明の一例を示したものであって、その要点は、記録
用補助磁界発生のために流す電流の向きが一方向に固定
しないように制御すれば良いので、以下に示す各種形態
が挙げられる。

【００６１】つまり、ビット線電流の極性制御について
大別すると、次のような形態（あるいは方式）が存在す
る。

【００６２】（Ｉ）記憶領域の磁化困難軸方向に記録用
補助磁界を発生させるための配線電流と、記憶領域の磁
化容易軸方向に記録用磁界を発生させるための配線電流
とが、常に同極性又は逆極性の関係を保つように制御す
る形態 （ＩＩ）記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を
発生させるための配線電流の極性が、記憶領域の磁化容
易軸方向に記録用磁界を発生させるための配線電流の極
性には無関係であって、時間経過につれて交互に変更制
御する形態 （ＩＩＩ）上記以外の形態。

【００６３】先ず、（Ｉ）の形態は、例えば、ワード線
のプログラム電流の極性とビット線電流の極性とが同極
性又は逆極性となるように極性を決定するものである。
図６に示した例は、両配線の電流極性について同極性と
した場合を示しているが、逆極性とする場合には、ワー
ド線電流の向きが正方向（又は負方向）のときに、ビッ
ト線電流の向きが負方向（又は正方向）となるよう規定
すれば良い。尚、極性についてはその定義によって変化
するため、ワード線の信号とビット線の信号とを同調さ
せることができる。

【００６４】例えば、図８に示す装置１Ａのように、ワ
ード線とビット線にそれぞれ流す電流を駆動するための
駆動回路（周辺回路）を両配線で共有する構成が可能で
ある。即ち、両配線電流について同相（又は逆相）関係
の信号を利用することができるので、例えば、図示する
「３×３」（３行３列）のマトリクス状配置の構成にお
いて、上方に位置するビット線と右方に位置するワード
線とを組みにし、真中にそれぞれ位置するビット線とワ
ード線とを組みにし、下方に位置するビット線と左方に
位置するワード線とを組みにして、それぞれに対して駆
動回路６から印加される電流によってセル選択及び書き
込み制御が可能である。図には、右上（上から１行目、
左から３列目）に位置する格子点上の記憶素子が選ばれ
て書き込みが行われている状態を示しており、上から１
行目に相当するビット線と右方に位置するワード線にそ
れぞれ電流が流れる（同じ３列目の別素子にワード線電
流が流れても、上から２行目、３行目についてはビット
線電流が流れないので磁化反転は起きない）。

【００６５】この他、ワード線とビット線とを短絡し
て、流れる電流を共有する回路構成等が可能となるの
で、設計上の自由度が増す。

【００６６】また、”１”若しくは”０”の一方しか記
録しないようなメモリは存在しないため、ビット線電流
が一方向に偏ることはなく、従って、本発明の所期の目
的である、配線の劣化等に対する耐性の向上には何ら支
障を来さない。

【００６７】図９は形態（Ｉ）のもつ特徴を容易に理解
するために、ワード線へのプログラム電流を”１００
１”とした場合について例示したものであり、ワード線
電流及びビット線電流の向きを同極性に規定している。
尚、記号等については図５、図６の場合と同じである。

【００６８】本図から分かるように、ワード線電流、ビ
ット線電流ともにそれらの極性の発生頻度が正負両極性
について半々（１対１）になっており、これは最も偏り
のない状態の一例である（現実にはプログラム電流の情
報内容に応じた若干の偏りをもつことも考えられるが、
長時間に亘る平均をみれば、殆ど無視できる程度のもの
と期待される。）。

【００６９】上記形態（ＩＩ）では、ワード線のプログ
ラム電流の極性とは無関係に、ビット線電流の極性を交
互に変更することによって、ビット線の信頼性向上とい
う観点からは最も効率の良い交替電流とされる。

【００７０】図１０は記録制御の一例を示しており、記
号等については図５、図６の場合と同じである。

【００７１】図９の場合と同様に、ワード線へのプログ
ラム電流を”１００１”とした場合について例示してい
るが、ビット線電流の極性についてはプログラム電流の
極性とは無関係に時間経過につれて交互に逆転する。つ
まり、ビット線電流の極性が毎回逆になるので、各極性
の発生頻度が正確に半々に分かれる。

【００７２】上記形態（ＩＩＩ）では、ビット線電流の
極性を特定の規則に従って変化させる形態と、不規則に
変化させる形態が挙げられる。例えば、前者の例として
は、特定の極性を予め決められた回数だけ発生させた後
に、極性を逆にし、当該極性の発生回数を数えてまた同
じことを繰り返すといったことを行えば良い。また、後
者については、ワード線のプログラム電流の極性とは何
ら関係をもつことなくランダムにビット線電流の極性を
変化させること（擬似乱数を使って変調する方式等）が
含まれる。図１１は記録制御の一例を示しており（記号
等については図５、図６の場合と同じである。）、ワー
ド線電流及びビット線電流についてほんの一部分（正負
各極性が２つずつ現れている。）しか図示されていない
が、長時間に亘って観察すると不規則性が認められる。
その場合にビット線電流の正負各極性の発生確率が理想
的には同じになることが望ましい。

【００７３】図１２は本発明に係る制御回路の構成につ
いて概略的に示したものである。

【００７４】制御回路７は、記録ワード線に流すプログ
ラム電流について制御するとともに、当該回路はビット
線に流す電流とその向きを制御するための制御手段を構
成している。

【００７５】ワード線信号発生部９はデータ信号発生源
８からの信号を受けてプログラム信号を生成してワード
線４を送出する。このプログラム信号によって上記プロ
グラム電流が制御されて、記憶担体（記憶素子２）に対
して記録用磁界が発生する。

【００７６】また、ビット線信号発生部１０はデータ信
号発生源８からの信号を受けて磁化反転アシスト信号を
生成してビット線３に送出する。この磁化反転アシスト
信号によってビット線電流が制御されて、記憶担体（記
憶素子２）の記憶領域に係る磁化困難軸方向に記録用補
助磁界が発生さする。そして、上記に説明したようにビ
ット線電流についてはその向きが一方向に固定されない
よう双方向性をもって制御される。

【００７７】尚、図１２の右側に示すワード線、ビット
線、記憶素子を含む部分が磁気メモリ部を構成してお
り、それら以外の左側に示す各部が上記周辺回路部を構
成している。

【００７８】上記した実施例の説明では、ビット線が磁
化容易軸方向に略平行である場合を想定して記憶領域の
磁化困難軸方向に磁界を発生させるための配線電流につ
いて、その向きを双方向にすること（つまり、電流の流
れる向きが常に同じではなく、時間経過とともに異なる
向きに流れるように双方向性電流とすること）により、
記録配線の劣化や断線等に対する耐性を向上させ、信頼
性を高めることができる。これに対して、記録ワード線
が磁化容易軸方向に略平行である場合には、当該ワード
線による発生磁界が磁化困難軸方向の磁界となるので、
記録ワード線の信頼性の向上に貢献する。配線材料とエ
レクトロマイグレーション耐性の関係において、例え
ば、アルミニウムＡｌは銅ＣｕやＡｌ−Ｃｕ合金よりも
耐性が劣ることが知られているので、ワード線に用いる
材料がＡｌであって、かつビット線に用いる材料がＣｕ
（又はＡｌ−Ｃｕ合金）であるような場合には、ワード
線が磁化容易軸方向に対して略平行な配置を採用する
と、より効果的である。

【００７９】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１や請求項４に係る発明によれば、素子の記
憶領域の磁化困難軸方向に磁界を発生させる配線に対し
て、これに流す電流の向きを双方向にすること、つま
り、電流の流れる向きが一方向に固定されないように制
御することにより、配線の劣化や断線に対する耐性を向
上させ、信頼性を高めることができる。そして、材料や
構造等の大幅な改変を伴うことなく高密度化を実現する
ことが可能となる。

【００８０】請求項２や請求項５に係る発明によれば、
各配線電流の駆動回路を含む記憶素子の周辺回路につい
て設計の幅を拡げることができるとともに、同期関係を
持った信号を利用することで回路の共有及び構成の簡単
化等が可能になる。

【００８１】請求項３や請求項６に係る発明によれば、
記録用補助磁界を発生させるための配線電流の向きにつ
いて、その極性（つまり、符号）を均等に発生させるこ
とができるので効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気メモリ装置の基本的な構成例を示す模式図
である。

【図２】磁気メモリ装置の構成例について説明するため
の概略的な斜視図である。

【図３】単一の記憶素子の断面構造及び配線との関係に
ついて構成例を示す図である。

【図４】アステロイド曲線の一例を示す図である。

【図５】従来の記録制御方法について説明するための図
である。

【図６】図７とともに、本発明に係る記録制御方法の一
例について説明するための図であり、本図は各配線電流
の波形と記録状態を示す図である。

【図７】アステロイド曲線を用いた原理説明図である。

【図８】本発明に係る磁気メモリ装置について別の構成
例を示す模式図である。

【図９】図１０及び図１１とともに本発明に係る記録制
御方法の各種形態について説明するための図であり、本
図は各配線電流の向きが同極性とされた実施形態を示
す。

【図１０】ビット線電流の極性を時間経過とともに交替
させる実施形態を示す図である。

【図１１】ビット線電流の極性をランダムに変化させる
実施形態を示す図である。

【図１２】本発明に係る制御回路の構成例について説明
するためのブロック図である。

【符号の説明】

１、１Ａ…磁気メモリ装置、２…記憶素子、３、４…配
線、３…ワード線、４…ビット線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気抵抗効果型の記憶素子を具備すると
   ともに、当該記憶素子の記憶領域に係る磁化方向の変化
   を利用して情報記憶を行えるように構成された磁気メモ
   リ装置において、 上記した記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を
   発生させるための配線に対して、磁界発生のために流す
   電流及びその向きを制御する制御手段を設けるととも
   に、当該電流の向きが一方向に固定しないように制御さ
   れることを特徴とする磁気メモリ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気メモリ装置におい
   て、 記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させ
   るための配線電流と、記憶領域の磁化容易軸方向に記録
   用磁界を発生させるための配線電流とが、常に同極性又
   は逆極性の関係を保つようにしたことを特徴とする磁気
   メモリ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載した磁気メモリ装置にお
   いて、 記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させ
   るための配線電流の極性が、記憶領域の磁化容易軸方向
   に記録用磁界を発生させるための配線電流の極性とは無
   関係に、時間経過につれて交互に変更されることを特徴
   とする磁気メモリ装置。
4. 【請求項４】 磁気抵抗効果型の記憶素子の記憶領域に
   係る磁化方向の変化を利用して情報記憶を行えるように
   構成された磁気メモリ装置の記録制御方法において、 上記した記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を
   発生させるための配線に対して、磁界発生のために流す
   電流の向きが一方向に固定しないように制御することを
   特徴とする磁気メモリ装置の記録制御方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載した磁気メモリ装置の記
   録制御方法において、 記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させ
   るための配線電流の極性と、記憶領域の磁化容易軸方向
   に記録用磁界を発生させるための配線電流の極性とが、
   常に同極性又は逆極性の関係を保つように制御すること
   を特徴とする磁気メモリ装置の記録制御方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載した磁気メモリ装置の記
   録制御方法において、 記憶領域の磁化困難軸方向に記録用補助磁界を発生させ
   るための配線電流の極性を、記憶領域の磁化容易軸方向
   に記録用磁界を発生させるための配線電流の極性とは無
   関係に、時間経過につれて交互に変更することを特徴と
   する磁気メモリ装置の記録制御方法。