JP2003115577A - Nonvolatile magnetic thin film memory - Google Patents

Nonvolatile magnetic thin film memory

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JP2003115577A
JP2003115577A JP2001310011A JP2001310011A JP2003115577A JP 2003115577 A JP2003115577 A JP 2003115577A JP 2001310011 A JP2001310011 A JP 2001310011A JP 2001310011 A JP2001310011 A JP 2001310011A JP 2003115577 A JP2003115577 A JP 2003115577A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a magnetic thin film memory employing a magnetoresistive effect element 41 as a memory element in which erroneous writing or incomplete writing due to saturation magnetization of a magnetic film or variation of coercive force incident to variation working temperature dependent significantly on the environment is reduced. SOLUTION: The nonvolatile magnetic thin film memory uses a magnetoresistive effect element 41 having a vertical magnetization film as a memory element, employs a ferrimagnetic body where rare earth element magnetization is dominant in the vertical magnetization film and has a compensation temperature between a room temperature and a Curie point. A magnetic thin film memory comprises means for controlling the level of a current required for writing information stepwise, and a temperature sensor sensing the temperature of the magnetoresistive effect element. In the recording/reproducing method of the magnetic thin film memory, test writing of information in the memory cell is performed before the information is recorded and normal data is recorded after recording the test writing is confirmed.

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】本発明は磁気抵抗効果素子を
用いた不揮発磁気薄膜メモリ装置に関するものであり、
特に垂直磁化膜の保磁力の温度変化に対応した不揮発磁
気薄膜メモリ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile magnetic thin film memory device using a magnetoresistive effect element,
In particular, the present invention relates to a non-volatile magnetic thin film memory device corresponding to a change in coercive force of a perpendicularly magnetized film with temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より磁気薄膜メモリは、半導体メモ
リと同様に移動部のない固体メモリとして知られてい
る。このような磁気薄膜メモリは、電源が遮断されても
情報が消失しない、情報の繰り返し書き換え回数が無限
回である、放射線が入射しても情報が消失する危険性が
ない等の条件を満たしており、従来の半導体メモリと比
較して有利な点を数多く持っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic thin film memory is known as a solid-state memory having no moving part, like a semiconductor memory. Such a magnetic thin film memory satisfies the conditions that information is not lost even when power is cut off, the number of times information is repeatedly rewritten is unlimited, and there is no risk of information being lost even when radiation is incident. However, it has many advantages over conventional semiconductor memories.

【0003】その中でも、最近において提案されている
トンネル磁気抵抗(TMR;Tunnel Magne
to Resistive)効果を利用した磁気薄膜メ
モリは、従来の異方性磁気抵抗効果、巨大磁気抵抗効果
を利用した磁気薄膜メモリと比較して大きな出力を得る
ことができるため、特に注目されている。
Among them, a tunnel magnetic resistance (TMR; Tunnel Magne) which has been recently proposed.
The magnetic thin film memory utilizing the to Resistive effect has been particularly attracting attention because it can obtain a larger output than the conventional magnetic thin film memory utilizing the anisotropic magnetoresistive effect and the giant magnetoresistive effect.

【0004】トンネル磁気抵抗効果を利用した磁気薄膜
メモリでは、2つの強磁性層が薄い絶縁層(トンネルバ
リア層)によって隔てられ、この2つの強磁性層のスピ
ン分極率の差に応じた磁気抵抗が生じる。トンネル電流
の大きさは、2つの強磁性層の磁化が相対的に平行か、
反平行かに依存する。
In a magnetic thin film memory utilizing the tunnel magnetoresistive effect, two ferromagnetic layers are separated by a thin insulating layer (tunnel barrier layer), and the magnetoresistance according to the difference in spin polarizability between the two ferromagnetic layers. Occurs. The magnitude of the tunnel current depends on whether the magnetizations of the two ferromagnetic layers are relatively parallel,
Depends on antiparallel.

【0005】図11は、従来のトンネル磁気抵抗効果を
利用した磁気薄膜メモリの一構成例を示す概略図であ
る。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional magnetic thin film memory utilizing the tunnel magnetoresistive effect.

【0006】図11に示すように、保磁力が互いに異な
る磁性層111,113間にトンネルバリア層112を
挟み込んだ構造より成っている。
As shown in FIG. 11, a tunnel barrier layer 112 is sandwiched between magnetic layers 111 and 113 having different coercive forces.

【0007】上記のように構成された磁気薄膜メモリに
おいては、磁性層111,113間に電圧114が印加
されると、一方の磁性層からの電子がトンネルバリア層
112を貫通して他方の磁性層に進入してトンネル電流
を発生させる。このトンネル電流の大きさは印加電圧に
依存する。抵抗は磁性層111、113の両層の磁化の
状態に依存し、両層が相対的に平行のとき最小の抵抗値
をとり、反平行のとき最大の抵抗値をとる。この現象は
磁性層111,113が面内磁化膜の場合にも、垂直磁
化膜の場合にも確認されている(日本応用磁気学会誌
24,563−566(2000))。
In the magnetic thin film memory configured as described above, when a voltage 114 is applied between the magnetic layers 111 and 113, electrons from one magnetic layer penetrate the tunnel barrier layer 112 and the other magnetic layer is magnetized. The tunnel current is generated by entering the layer. The magnitude of this tunnel current depends on the applied voltage. The resistance depends on the state of magnetization of both layers of the magnetic layers 111 and 113, and takes a minimum resistance value when both layers are relatively parallel and a maximum resistance value when they are antiparallel. This phenomenon has been confirmed both when the magnetic layers 111 and 113 are in-plane magnetized films and when they are perpendicular magnetized films (Journal of Japan Society for Applied Magnetics).
24, 563-566 (2000)).

【0008】このような現象を利用した磁気薄膜メモリ
として、MRAM(Magnetic Random
Access Memory)と呼ばれる不揮発性の磁
気記憶装置がある。
As a magnetic thin film memory utilizing such a phenomenon, an MRAM (Magnetic Random) is used.
There is a non-volatile magnetic storage device called an Access Memory.

【0009】従来より、トンネル磁気抵抗効果膜の強磁
性層にFe,Co,Niなどの面内磁気異方性が大きい
面内磁化膜を用いたトンネル磁気抵抗効果素子の開発が
盛んであるが、特開平11−213650号公報には垂
直磁化膜を用いた磁気抵抗効果素子が紹介されている。
垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果素子では、素子サイズ
を小さくしても、反磁界が生じないため、微細化に優位
であることが示されている。
Although a tunnel magnetoresistive effect element using an in-plane magnetized film having a large in-plane magnetic anisotropy such as Fe, Co, or Ni as a ferromagnetic layer of the tunnel magnetoresistive effect film has been actively developed. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-213650 discloses a magnetoresistive effect element using a perpendicular magnetization film.
It has been shown that the magnetoresistive effect element using the perpendicular magnetization film is advantageous for miniaturization because the demagnetizing field does not occur even if the element size is reduced.

【0010】垂直磁化膜を用いたトンネル磁気抵抗効果
素子は、電界効果型トランジスタにより駆動させる。
A tunnel magnetoresistive effect element using a perpendicular magnetization film is driven by a field effect transistor.

【0011】図12は、トンネル磁気抵抗効果素子に垂
直磁化膜を用いた磁気薄膜メモリの一構成例を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the structure of a magnetic thin film memory using a perpendicular magnetization film for the tunnel magnetoresistive effect element.

【0012】図12の磁気薄膜メモリは、基板上にトラ
ンジスタ121のゲート及びソースを備え、さらに、ト
ンネル磁気抵抗効果素子122を記憶素子としている。
また、書き込み線123から生じる膜面垂直方向の電流
磁界により、書き込みが行われる。この図では単ビット
分のメモリセルしか示していないが、実際には基板上に
複数のメモリセルが配されており、各メモリセルは層間
絶縁膜により電気的に孤立した状態になっている。
The magnetic thin film memory of FIG. 12 has a gate and a source of a transistor 121 on a substrate, and further uses a tunnel magnetoresistive effect element 122 as a storage element.
Writing is performed by the current magnetic field in the direction perpendicular to the film surface generated from the write line 123. Although only a single-bit memory cell is shown in this figure, a plurality of memory cells are actually arranged on the substrate, and each memory cell is electrically isolated by the interlayer insulating film.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】一般に磁性体の保磁力
は温度上昇に伴って変化する。上記の不揮発磁気薄膜メ
モリ装置を構成するトンネル磁気抵抗効果素子の温度が
上昇し、素子の一構成要素である磁性層の保磁力が変化
すると、保磁力が低下したときには、隣接セルのクロス
トークが問題となり、保磁力が上昇すると、書き込み不
良などの問題が生じる。
Generally, the coercive force of a magnetic material changes with an increase in temperature. When the temperature of the tunnel magnetoresistive effect element that constitutes the above-mentioned nonvolatile magnetic thin film memory device rises and the coercive force of the magnetic layer, which is one component of the element, changes, when the coercive force decreases, crosstalk between adjacent cells may occur. When the coercive force rises, a problem such as writing failure occurs.

【0014】特に、電流によって生じる磁界を印加して
情報の記録を行なうようなMRAMにおいては、情報を
書き込むべきメモリセルの周辺のメモリセルに磁界が印
加されるのを防止するのは難しく、特に携帯機器などに
応用する場合には使用温度も様々であり、温度の影響に
よって、周辺のメモリセルに誤書き込みなどが頻繁に起
こる可能性がある。
Particularly in an MRAM in which a magnetic field generated by a current is applied to record information, it is difficult to prevent the magnetic field from being applied to a memory cell in the periphery of a memory cell in which information is to be written. When it is applied to a portable device or the like, the operating temperature is various, and due to the influence of temperature, erroneous writing may occur frequently in the peripheral memory cells.

【0015】加えて、垂直磁化膜を用いたトンネル磁気
抵抗効果素子の保磁力は一般に大きい。従って、素子に
書き込みを行うための書き込み線による電流値は非常に
大きいものとなるため、デバイス全体の発熱が顕著であ
る。
In addition, the coercive force of the tunnel magnetoresistive effect element using the perpendicular magnetization film is generally large. Therefore, the current value due to the write line for writing to the element becomes very large, and the heat generation of the entire device is remarkable.

【0016】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、デバイスの温度が上昇しても、安
定的に動作する不揮発磁気薄膜メモリ装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a non-volatile magnetic thin film memory device which operates stably even when the temperature of the device rises.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑
み、磁気抵抗効果素子の一構成要素である垂直磁化膜の
組成を、動作温度範囲内で保磁力の温度依存性が少なく
なるように調整するものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention reduces the temperature dependence of the coercive force within the operating temperature range so that the composition of the perpendicular magnetization film, which is one component of the magnetoresistive effect element, is reduced. To adjust.

【0018】そこで、磁気抵抗効果素子は垂直磁化膜を
有し、前記垂直磁化膜が希土類金属と遷移金属の合金薄
膜で、希土類元素磁化が優勢なフェリ磁性体からなり、
室温とキュリー温度の間に補償温度を有するような磁気
抵抗効果素子をメモリ素子として用いることによって、
温度依存性の小さな不揮発磁気薄膜メモリ装置を提供す
ることが可能である。
Therefore, the magnetoresistive effect element has a perpendicular magnetization film, and the perpendicular magnetization film is an alloy thin film of a rare earth metal and a transition metal, and is made of a ferrimagnetic material in which the rare earth element magnetization is dominant.
By using a magnetoresistive effect element having a compensation temperature between room temperature and Curie temperature as a memory element,
It is possible to provide a non-volatile magnetic thin film memory device having small temperature dependence.

【0019】また、磁気抵抗効果素子への情報書き込み
時に、温度変化を温度センサにより感知し、別に備えた
保磁力の温度変化のデータが格納されたデバイスの参照
電流値と比較して、各温度での適正な書き込み電流値を
流すことを特徴とするものである。
Further, at the time of writing information to the magnetoresistive effect element, a temperature sensor senses a temperature change, and the data of the temperature change of the coercive force provided separately is compared with a reference current value of a device in which each temperature is compared. It is characterized in that an appropriate write current value is flowed.

【0020】また、磁気抵抗効果素子に情報の書き込み
を行う前に、また、一定時間毎に、試し記録用素子に試
し記録を行い、誤記録しない電流値をみつけることを特
徴とするものである。
Further, before writing information on the magnetoresistive effect element and at regular time intervals, test recording is performed on the test recording element to find a current value that does not cause erroneous recording. .

【0021】また、これらの磁気抵抗効果素子として
は、トンネル磁気抵抗効果膜を用いるのが磁気抵抗変化
率が大きいため更に好適である。
For these magnetoresistive effect elements, it is more preferable to use a tunnel magnetoresistive effect film because the magnetoresistive change rate is large.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の不揮発磁気メモリ
装置の実施例を詳細に説明する。 (第1の実施例1)図1は第1の実施例のトンネル磁気
抵抗効果素子の構成要素である磁性膜の飽和磁化の温度
変化を示す図である。また、図2は第1の実施例の磁性
膜における保磁力の温度変化を示す図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the nonvolatile magnetic memory device of the present invention will be described in detail below. (First Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a temperature change of saturation magnetization of a magnetic film which is a constituent element of the tunnel magnetoresistive effect element of the first embodiment. Further, FIG. 2 is a diagram showing a temperature change of the coercive force in the magnetic film of the first embodiment.

【0023】図1、図2に示された磁性膜は室温で印加
磁界がない状態で垂直磁化膜となっている。希土類金属
としてTb、遷移金属としてFe及びCoの合金薄膜を
用いている。
The magnetic film shown in FIGS. 1 and 2 is a perpendicular magnetization film at room temperature without an applied magnetic field. An alloy thin film of Tb as a rare earth metal and Fe and Co as a transition metal is used.

【0024】図3に示すように本実施例の磁性層は、T
bの副格子磁化の向きと、Fe及びCoの副格子磁化の
向きとは、室温で反平行状態で磁気的に結合している。
As shown in FIG. 3, the magnetic layer of this embodiment has T
The sublattice magnetization direction of b and the sublattice magnetization directions of Fe and Co are magnetically coupled in an antiparallel state at room temperature.

【0025】磁性層を昇温していくと、図1に示すよう
にTbの磁化の大きさと、Fe及びCoの磁化の大きさ
とが等しくなって打ち消しあう補償温度が存在し、さら
に昇温していくと磁化が消失するキュリー温度が存在す
る。
When the temperature of the magnetic layer is raised, as shown in FIG. 1, the magnitude of the magnetization of Tb becomes equal to the magnitudes of the magnetizations of Fe and Co, and there is a compensation temperature for canceling each other. There is a Curie temperature at which the magnetization disappears.

【0026】本実施例では、補償温度が室温より高く、
キュリー温度よりも低いような磁性膜を用いている。更
に、補償温度が100[℃]以上であると好適である。
このような条件を満たすように、TbFeCo合金薄膜
の組成を調整することにより、図2に示すように動作温
度−20[℃]〜100[℃]の範囲内で保磁力の変化
量を10[Oe]以内に制御することができた。
In this embodiment, the compensation temperature is higher than room temperature,
A magnetic film lower than the Curie temperature is used. Furthermore, it is preferable that the compensation temperature is 100 [° C.] or higher.
By adjusting the composition of the TbFeCo alloy thin film so as to satisfy such conditions, as shown in FIG. 2, the change amount of the coercive force within the operating temperature range of −20 [° C.] to 100 [° C.] is 10 [. It was possible to control within Oe].

【0027】ここでは、TbFeCoのみを例としてあ
げたが、例えば保磁力の大きさを小さく制御したいよう
な場合には、Gdを含むような磁性膜を用いればよく、
その際にも組成や成膜条件によって、飽和磁化や保磁力
の温度依存性を適宜制御すればよい。
Although only TbFeCo is given as an example here, when it is desired to control the magnitude of coercive force to be small, a magnetic film containing Gd may be used.
Also in that case, the temperature dependence of the saturation magnetization and the coercive force may be appropriately controlled depending on the composition and film forming conditions.

【0028】また、遷移金属はNiを含んでもよく、希
土類金属はDyを含んでもよい。これによっても、飽和
磁化や保磁力の温度依存性を制御可能である。 (第2の実施例)本実施例では、MRAMのメモリセル
アレイの端に、MOS−FETを設けて温度センサとす
る。
The transition metal may contain Ni and the rare earth metal may contain Dy. This also makes it possible to control the temperature dependence of saturation magnetization and coercive force. (Second Embodiment) In this embodiment, a MOS-FET is provided at the end of the memory cell array of the MRAM to serve as a temperature sensor.

【0029】図4は、第2の実施例におけるMRAMの
構成を示す簡略図である。図5は第2の実施例における
MRAMの環境温度の検出と最適記録条件で情報を記録
する記録処理の流れを示すフローチャート、図6は環境
温度の検出に用いる温度センサの構成を示す図、図7は
温度センサで利用するゲート電極閾値電圧の温度依存性
を示す図である。図7においては、例としてp−MOS
を用いた場合の閾値電圧の温度依存性を示している。
FIG. 4 is a simplified diagram showing the structure of the MRAM in the second embodiment. FIG. 5 is a flow chart showing the flow of a recording process of detecting the environmental temperature of the MRAM and recording information under the optimum recording condition in the second embodiment, and FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a temperature sensor used for detecting the environmental temperature. FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the gate electrode threshold voltage used in the temperature sensor. In FIG. 7, as an example, p-MOS
3 shows the temperature dependence of the threshold voltage when using.

【0030】図4に示すように本実施例におけるMRA
Mは、温度センサ46と、トンネル磁気抵抗効果素子4
1と、トンネル磁気抵抗効果素子に情報を書き込むため
の書き込み線42と、書き込み線42を制御する書き込
み線用デコーダ44と、トンネル磁気抵抗効果素子の情
報を読み出すためのビット線43と、ビット線43を制
御するビット線用デコーダ45とを備えている。
As shown in FIG. 4, MRA in the present embodiment.
M is the temperature sensor 46 and the tunnel magnetoresistive effect element 4
1, a write line 42 for writing information in the tunnel magnetoresistive effect element, a write line decoder 44 for controlling the write line 42, a bit line 43 for reading information in the tunnel magnetoresistive effect element, and a bit line And a bit line decoder 45 for controlling 43.

【0031】本実施例における温度センサ46は、トン
ネル磁気抵抗効果素子41下部に設けられたMOS−F
ETを利用する。
The temperature sensor 46 in this embodiment is a MOS-F provided below the tunnel magnetoresistive effect element 41.
Use ET.

【0032】図6に示すようにメモリセルアレイ64か
ら領域を隔てたところに、余分にMOS−FETを設け
る。本実施例では、このMOS−FETを温度センサ6
5として利用する。
As shown in FIG. 6, an extra MOS-FET is provided at a location separated from the memory cell array 64. In this embodiment, this MOS-FET is used as the temperature sensor 6
Use as 5.

【0033】図7に示すように、MOS−FETのゲー
ト電極の閾値は温度による依存性を示す。
As shown in FIG. 7, the threshold value of the gate electrode of the MOS-FET exhibits temperature dependence.

【0034】図6に示す温度センサ65の温度検知は、
電界効果型トランジスタの構造をそのままにして、温度
検知を行う。トランジスタの特性は温度に対して敏感に
変化するために、この温度依存性を温度検知に利用で
き、かつ、駆動用に設けたトランジスタと同一のプロセ
スで基板上に作りこめるため、好適である。
The temperature detection of the temperature sensor 65 shown in FIG.
Temperature detection is performed with the structure of the field effect transistor unchanged. Since the characteristics of the transistor change sensitively with respect to temperature, this temperature dependence can be used for temperature detection, and it is preferable because it can be formed on the substrate in the same process as the transistor provided for driving.

【0035】実際には、ゲート63のゲート電圧を上げ
なから、ソース61−ドレイン62間に電流を流す。ゲ
ート電圧がしきい値電圧より高くなったときに、ソース
61−ドレイン62間に電流が流れるので、そのときの
電圧を読み取って動作温度を検知する。
Actually, since the gate voltage of the gate 63 is not raised, a current is passed between the source 61 and the drain 62. When the gate voltage becomes higher than the threshold voltage, a current flows between the source 61 and the drain 62. Therefore, the voltage at that time is read to detect the operating temperature.

【0036】こうして、正規の情報書き込みを行う前に
温度センサ65により環境温度を検出し、最適の書き込
み電流で書き込みを行えば、動作温度の変化によるクロ
ストークや書き込み不良などの問題を解決することがで
きる。
In this way, if the ambient temperature is detected by the temperature sensor 65 before writing the regular information and writing is performed with the optimum writing current, problems such as crosstalk and writing failure due to changes in operating temperature can be solved. You can

【0037】また、図5に示すように、正規のデータ書
き込みを行う前に、温度センサにより周囲温度を測定し
(ステップS51)、さらにMOS−FETのゲート電
極閾値の温度依存データが格納されている比較器内のデ
ータと比較して最適書き込み電流値を検出する(ステッ
プS52)。最適書き込み電流値は、トンネル磁気抵抗
効果素子の保磁力の温度変化のデータと周囲温度とから
得られる。トンネル磁気抵抗効果素子の保磁力の温度変
化は、別に備えたデバイスに予め記録しておけばよい。
As shown in FIG. 5, the ambient temperature is measured by the temperature sensor before the normal data writing (step S51), and the temperature-dependent data of the gate electrode threshold of the MOS-FET is stored. The optimum write current value is detected by comparing with the data in the comparator (step S52). The optimum write current value can be obtained from the data of the temperature change of the coercive force of the tunnel magnetoresistive effect element and the ambient temperature. The temperature change of the coercive force of the tunnel magnetoresistive effect element may be recorded in advance in a device separately provided.

【0038】その後、書き込み電流値の制御を行って正
規データの書き込みを行えば(ステップS53)、正常
に書き込みができる。
After that, if the write current value is controlled to write the normal data (step S53), the write can be performed normally.

【0039】なお、本実施例では、MRAMにおける下
部MOS−FET部のゲート電極の閾値電圧を温度セン
サとして利用しているが、ゲート電極、ドレイン電極、
ソース電極の抵抗値の温度変化を利用して、温度センサ
とすることも可能である。
In this embodiment, the threshold voltage of the gate electrode of the lower MOS-FET portion in the MRAM is used as the temperature sensor, but the gate electrode, drain electrode,
It is also possible to use the temperature sensor by utilizing the temperature change of the resistance value of the source electrode.

【0040】更に、各ビット線、書き込み線ごとに温度
センサを設けて温度を検知し、各カラムもしくはローご
とに電流値を制御することも可能である。もちろん任意
のエリアを設定して、各エリアごとに流す電流値を制御
してもよい。
It is also possible to provide a temperature sensor for each bit line and write line to detect the temperature and control the current value for each column or row. Of course, an arbitrary area may be set and the value of the current flowing in each area may be controlled.

【0041】本実施例によれば、メモリセルアレイ内の
温度変化を検知して、情報の記録を行なうので、温度変
化による誤書き込みや書き込み不良を低減させることが
可能となる。 (第3の実施例)第3の実施例では、MRAMのメモリ
セルアレイのマージン領域のメモリセルを試し書きメモ
リセルとして試し書きを行うことにより、情報の書き込
みを環境温度に合わせて段階的に制御するものである。
すなわち、任意のメモリセルに、ある電流値で書き込み
を行ない、記録の確認を行なった後に、情報の記録動作
を開始する。試し書きの際に正常な記録動作が行なわれ
ているかどうかを確認することによって、メモリセルの
状況を判断することができる。
According to the present embodiment, since the temperature change in the memory cell array is detected and the information is recorded, it is possible to reduce the erroneous writing and the writing failure due to the temperature change. (Third Embodiment) In the third embodiment, the memory cells in the margin area of the memory cell array of the MRAM are trial-written as the trial-write memory cells, and the writing of information is controlled stepwise according to the environmental temperature. To do.
That is, writing is performed in an arbitrary memory cell at a certain current value, recording is confirmed, and then an information recording operation is started. The condition of the memory cell can be determined by confirming whether the normal recording operation is performed during the trial writing.

【0042】図8は、第3の実施例におけるMRAMの
構成を示す簡略図である。図9は第3の実施例における
MRAMの環境温度毎の最適記録条件で情報を記録する
記録処理の流れを示すフローチャート、図10は試し書
きトンネル磁気抵抗効果素子の構成を示す図である。
FIG. 8 is a simplified diagram showing the structure of the MRAM in the third embodiment. FIG. 9 is a flow chart showing the flow of a recording process for recording information under the optimum recording condition for each environmental temperature of the MRAM in the third embodiment, and FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the trial write tunnel magnetoresistive effect element.

【0043】図8に示すように本実施例におけるMRA
Mは、試し書きメモリセル86と、正規のデータが書き
込まれるトンネル磁気抵抗効果素子81と、トンネル磁
気抵抗効果素子81に情報を書き込むための書き込み線
82と、書き込み線82を制御する書き込み線用デコー
ダ84と、トンネル磁気抵抗効果素子81の情報を読み
出すためのビット線83と、ビット線83を制御するビ
ット線用デコーダ85とを備えている。本実施例では、
正規データの書き込みの前に試し書き用メモリセル86
にデータ書き込みを行い、正常に書き込みが行なわれて
いるかを確認した後に正規のデータ書き込みを行う。
As shown in FIG. 8, MRA in the present embodiment.
M is a trial write memory cell 86, a tunnel magnetoresistive effect element 81 in which normal data is written, a write line 82 for writing information in the tunnel magnetoresistive effect element 81, and a write line for controlling the write line 82. A decoder 84, a bit line 83 for reading information from the tunnel magnetoresistive effect element 81, and a bit line decoder 85 for controlling the bit line 83 are provided. In this embodiment,
Before writing regular data, test write memory cell 86
Data writing is performed on the data, and after confirming whether the data is normally written, regular data writing is performed.

【0044】図10に示すように、試し書き用トンネル
磁気抵抗効果素子102を有する試し書きメモリセル8
6は正規データ用メモリセル101のマージン領域に設
けられる。
As shown in FIG. 10, a trial write memory cell 8 having a trial write tunnel magnetoresistive effect element 102.
6 is provided in the margin area of the normal data memory cell 101.

【0045】図9に示すように、先ず、マージン領域す
なわち試し書きを行う領域の書き込み線デコーダをON
にする(ステップS91)。次に、試し書き用メモリセ
ル86に記録を行う(ステップS92)。次に、ステッ
プS92で記録を行った試し書き用メモリセル86と、
その試し書き用メモリセル86に隣接する試し書き用メ
モリセル86の再生を行い(ステップS93)、書き込
み不良があったか否か確認する(ステップS94)。
As shown in FIG. 9, first, the write line decoder in the margin area, that is, the area for trial writing is turned on.
(Step S91). Next, recording is performed in the trial writing memory cell 86 (step S92). Next, the test writing memory cell 86 recorded in step S92,
The test writing memory cell 86 adjacent to the test writing memory cell 86 is reproduced (step S93), and it is confirmed whether or not there is a write failure (step S94).

【0046】MRAMのように、マトリックス状にメモ
リセルが配置され、電流による磁界によって特定のメモ
リセルを選択して情報の記録を行なう場合には、書き込
みを行なうべきメモリセルに隣接するメモリセルにまで
磁界が印加されるのは免れない。そのため、温度変化な
どによって、磁性膜の保磁力が小さくなっていると、誤
書き込みされる可能性が高くなる。したがって、記録の
確認を行なう場合には、記録を行なう試し書き用メモリ
セルとそれに隣接するメモリセルの双方に誤書き込みさ
れていないことを確認する必要がある。
When memory cells are arranged in a matrix like MRAM and a specific memory cell is selected by a magnetic field by a current to record information, a memory cell adjacent to a memory cell to be written is selected. It is unavoidable that a magnetic field is applied up to. Therefore, if the coercive force of the magnetic film is reduced due to temperature change or the like, the possibility of erroneous writing increases. Therefore, when confirming the recording, it is necessary to confirm that neither the memory cell for trial writing for recording or the memory cell adjacent thereto is erroneously written.

【0047】書き込み不良があった場合には、書き込み
電流値を変化させて、ステップS91に戻り、正常書き
込みが確認できるまで同じ作業を繰り返す。
If there is a write error, the write current value is changed, the process returns to step S91, and the same operation is repeated until normal writing can be confirmed.

【0048】書き込み不良が無かった場合には、書き込
み電流値を確定し(ステップS95)、正規データの書
き込みを行う(ステップS96)。
If there is no write failure, the write current value is determined (step S95), and the normal data is written (step S96).

【0049】以上のような情報の書き込みを行うことに
より、正規データを正常に書き込むことができた。
By writing the above information, the normal data could be written normally.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明の不揮発磁気
薄膜メモリ装置によれば、環境温度が変化した場合に
も、トンネル磁気抵抗効果素子または、情報の書き込み
電流を最適条件にすることにより、正確に情報を記録す
ることができるという効果がある。
As described above, according to the nonvolatile magnetic thin film memory device of the present invention, even if the environmental temperature changes, the tunnel magnetoresistive effect element or the information write current is set to the optimum condition. There is an effect that information can be accurately recorded.

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

【図1】第1の実施例のトンネル磁気抵抗効果素子の構
成要素である磁性膜の飽和磁化の温度変化を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a temperature change of a saturation magnetization of a magnetic film which is a constituent element of a tunnel magnetoresistive effect element of a first embodiment.

【図2】第1の実施例の磁性膜における保磁力の温度変
化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in coercive force of the magnetic film of Example 1 with temperature.

【図3】第1の実施例の磁性層のスピンの状態を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a spin state of the magnetic layer of the first example.

【図4】第2の実施例におけるMRAMの構成を示す簡
略図である。
FIG. 4 is a simplified diagram showing a configuration of an MRAM in a second embodiment.

【図5】第2の実施例におけるMRAMの環境温度の検
出と最適記録条件で情報を記録する記録処理の流れを示
すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of a recording process of detecting the environmental temperature of the MRAM and recording information under the optimum recording condition in the second embodiment.

【図6】環境温度の検出に用いる温度センサの構成を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a temperature sensor used for detecting an environmental temperature.

【図7】温度センサで利用するゲート電極閾値電圧の温
度依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing temperature dependence of a gate electrode threshold voltage used in a temperature sensor.

【図8】第3の実施例におけるMRAMの構成を示す簡
略図である。
FIG. 8 is a simplified diagram showing a configuration of an MRAM in a third embodiment.

【図9】第3の実施例におけるMRAMの環境温度毎の
最適記録条件で情報を記録する記録処理の流れを示すフ
ローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of a recording process of recording information under the optimum recording condition for each environmental temperature of the MRAM in the third embodiment.

【図10】試し書きトンネル磁気抵抗効果素子の構成を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a trial writing tunnel magnetoresistive effect element.

【図11】従来のトンネル磁気抵抗効果を利用した磁気
薄膜メモリの一構成例を示す概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic thin film memory utilizing a conventional tunnel magnetoresistive effect.

【図12】トンネル磁気抵抗効果素子に垂直磁化膜を用
いた磁気薄膜メモリの一構成例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a magnetic thin film memory using a perpendicular magnetization film for a tunnel magnetoresistive effect element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 トンネル磁気抵抗効果素子 42 書き込み線 43 ビット線 44 書き込み線用デコーダ 45 ビット線用デコーダ 61 ソース 62 ドレイン 63 ゲート 64 メモリセルアレイ 65 温度センサ 81 トンネル磁気抵抗効果素子 82 書き込み線 83 ビット線 84 書き込み線用デコーダ 85 ビット線用デコーダ 86 試し書き用メモリセル S51〜S53、S91〜S96 ステップ 41 Tunnel Magnetoresistive Element 42 Writing line 43 bit line 44 Decoder for write line 45 bit line decoder 61 Source 62 drain 63 gates 64 memory cell array 65 Temperature sensor 81 Tunnel Magnetoresistive Element 82 writing line 83 bit line 84 write line decoder 85-bit line decoder 86 Memory cell for trial writing Steps S51 to S53, S91 to S96

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にトランジスタと磁気抵抗効果素
子と該磁気抵抗効果素子に磁界を印加するための金属配
線を備えた不揮発磁気薄膜メモリにおいて、 前記磁気抵抗効果素子は垂直磁化膜を有し、前記垂直磁
化膜が希土類金属と遷移金属の合金薄膜で、希土類元素
磁化が優勢なフェリ磁性体からなり、室温とキュリー温
度の間に補償温度を有することを特徴とする不揮発磁気
薄膜メモリ装置。
1. A nonvolatile magnetic thin film memory comprising a transistor, a magnetoresistive effect element, and a metal wiring for applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element on a substrate, wherein the magnetoresistive effect element has a perpendicular magnetization film. A non-volatile magnetic thin film memory device, wherein the perpendicularly magnetized film is an alloy thin film of a rare earth metal and a transition metal, is made of a ferrimagnetic material in which rare earth element magnetization is predominant, and has a compensation temperature between room temperature and Curie temperature.
【請求項2】 前記希土類金属がTb、Dy、Gdから
選ばれる少なくとも1種の元素からなり、前記遷移金属
がFe、Ni、Coから選ばれる少なくとも1種の元素
からなることを特徴とする請求項1記載の不揮発磁気薄
膜メモリ装置。
2. The rare earth metal is composed of at least one element selected from Tb, Dy, and Gd, and the transition metal is composed of at least one element selected from Fe, Ni, and Co. Item 3. A non-volatile magnetic thin film memory device according to item 1.
【請求項3】 前記フェリ磁性体が、動作温度−20
[℃]〜100[℃]の範囲で、保磁力の変化量が10
[Oe]以下であることを特徴とする請求項1記載の不
揮発磁気薄膜メモリ装置。
3. The ferrimagnetic material has an operating temperature of −20.
In the range of [° C] to 100 [° C], the change amount of coercive force is 10
2. The non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 1, wherein the non-volatile magnetic thin film memory device is [Oe] or less.
【請求項4】 基板上にトランジスタと磁気抵抗効果素
子と該磁気抵抗効果素子に磁界を印加するための金属配
線を備えた不揮発磁気薄膜メモリにおいて、 前記金属配線に流す電流値を段階的に制御する手段と、 前記磁気抵抗効果素子の温度を感知する温度センサを備
えることを特徴とする不揮発磁気薄膜メモリ装置。
4. A non-volatile magnetic thin film memory comprising a transistor, a magnetoresistive effect element, and a metal wiring for applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element on a substrate, wherein the value of current flowing through the metal wiring is controlled stepwise. And a temperature sensor for sensing the temperature of the magnetoresistive effect element.
【請求項5】 前記電流値制御手段は、前記温度センサ
により感知した温度により前記金属配線に流す電流を制
御することを特徴とする請求項4に記載の不揮発磁気薄
膜メモリ。
5. The non-volatile magnetic thin film memory according to claim 4, wherein the current value control means controls the current flowing through the metal wiring according to the temperature sensed by the temperature sensor.
【請求項6】 前記温度センサがMOS−FET回路よ
りなることを特徴とする請求項4記載の不揮発磁気薄膜
メモリ装置。
6. The non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 4, wherein the temperature sensor comprises a MOS-FET circuit.
【請求項7】 前記温度センサがメモリセルアレイの一
構成要素であることを特徴とする請求項4記載の不揮発
磁気薄膜メモリ装置。
7. The non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 4, wherein the temperature sensor is a component of a memory cell array.
【請求項8】 前記温度センサがMOS−FET回路の
ゲートのしきい値電圧の温度変化から検知することを特
徴とする請求項4記載の不揮発磁気薄膜メモリ装置。
8. The non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 4, wherein the temperature sensor detects from a temperature change of a threshold voltage of a gate of a MOS-FET circuit.
【請求項9】 前記磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵
抗効果素子であることを特徴とする請求項1〜8のいず
れか1項に記載の磁気薄膜メモリ装置。
9. The magnetic thin film memory device according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect element is a tunnel magnetoresistive effect element.
【請求項10】 基板と、該基板上に設けた磁気抵抗効
果素を有する複数のメモリセルと、トランジスタと、を
有する不揮発磁気薄膜メモリ装置の記録再生方法におい
て、 情報の記録を行なう前に、メモリセルに情報の試し書き
を行ない、試し書きの記録確認を行った後、正規のデー
タを記録することを特徴とする不揮発磁気薄膜メモリ装
置の記録再生方法。
10. In a recording / reproducing method of a non-volatile magnetic thin film memory device having a substrate, a plurality of memory cells having a magnetoresistive element provided on the substrate, and a transistor, before recording information, A recording / reproducing method for a non-volatile magnetic thin film memory device, comprising: performing trial writing of information in a memory cell, confirming recording of the trial writing, and then recording regular data.
【請求項11】 情報の試し書きは、試し書きを行うた
めの試し書きメモリセルに対して行うことを特徴とする
請求項10記載の不揮発磁気薄膜メモリ装置の記録再生
方法。
11. The recording / reproducing method of a non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 10, wherein trial writing of information is performed to a trial writing memory cell for performing trial writing.
【請求項12】 試し書きの記録確認の際に、試し書き
したメモリセルに隣接するメモリセルの情報も同様に記
録確認を行なうことを特徴とする請求項10に記載の不
揮発磁気薄膜メモリの記録再生方法。
12. The non-volatile magnetic thin film memory recording according to claim 10, wherein when the recording confirmation of the trial writing is performed, the recording confirmation of the information of the memory cell adjacent to the memory cell trial-written is similarly performed. How to play.
【請求項13】 前記試し書きメモリセルが、メモリセ
ルアレイの側端部にあることを特徴とする請求項11記
載の不揮発磁気薄膜メモリ装置の記録再生方法。
13. The recording / reproducing method of a non-volatile magnetic thin film memory device according to claim 11, wherein the test write memory cell is located at a side end portion of the memory cell array.
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