JP2003187570A - Ｍｒａｍアレイ内のセルのための一様な磁気環境 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アレイ内の全てのメモリセルに対して一様な磁気環境を
有するMRAMアレイの提供。 【解決手段】一様な磁気環境を有する磁気メモリ(10)が開
示される。磁気メモリは、タ゛ミー磁気セル(D)を含み、タ゛ミー磁気
セルは電気的に不活性であるが、磁気メモリ内の活性な磁気メ
モリセル(I,P)とほぼ等しい磁極を有する。磁気メモリセルの幾つ
かは、アレイ(20)の内側に配置され、全ての側面で隣接す
る磁気メモリセルによって包囲され、内側位置のセル(I)が第1
の一様な磁気環境に晒されるようにする。他の磁気メモリセ
ル(P)はアレイの周辺に配置される。タ゛ミー磁気セルが周辺部の
磁気メモリセルに隣接して配置され、周辺の磁気メモリセル(P)
が、第1の一様な磁気環境にほぼ等しい第2の一様な磁気
環境に晒されるようにする。結果として、磁気メモリ(10)
は、アレイ(20)の全体に亘って一様な磁気環境を有し、アレイ
内の磁気メモリセル(I,P)の切替え特性分布が一様になる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は全般に磁気ランダム
アクセスメモリ内の磁気メモリセルのための一様な磁気
環境に関する。より具体的には、本発明は、アレイの周
辺部にあるセルが、アレイの内側部分の磁気メモリセル
が受ける磁気環境に概ね同一である磁気環境を受ける、
磁気メモリセルのアレイに関する。 【０００２】 【従来の技術】磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡ
Ｍ）は、高速アクセスの半導体メモリおよびハードディ
スクドライブのような従来のデータ記憶デバイスに対す
る代替形態を提供することができる新進の技術である。
たとえば、ＭＲＡＭを、コンピュータにおいてＤＲＡＭ
の代わりに用いることができる。典型的には、ＭＲＡＭ
は磁気メモリセルのアレイを含み、アレイ内の各セルが
１ビットのデータ（すなわち、情報）を格納する。アレ
イ内の各セルは、薄膜からなるいくつかの層を含み、そ
の層のうちのいくつかが磁気特性を有する。これらの層
のうちの１つが、変更可能な磁化の向きを有する薄い磁
気データ層である。データ層は、安定し、かつ別個の２
つの磁気状態を有するように設計される。それらの安定
した磁気状態は、バイナリ１およびバイナリ０を定義す
る。そのデータは薄い磁気膜に格納されるが、アレイ内
の各メモリセルは、非常に注意深く制御される磁気層、
導電層および誘電体層を含む。 【０００３】１つの有名なタイプのＭＲＡＭセルはスピ
ントンネルデバイスである。スピントンネル効果の物理
的現象は、ＭＲＡＭの技術分野において良く理解されて
いる。図１ａでは、従来のスピントンネルメモリセル１
０１が、変更可能な磁化の向き１０３として１ビットの
データを格納するデータ層１０２と、磁化の向きが固定
された方向１０８にピン止めされる（pinned）基準層１
０４と、データ層１０２と基準層１０４との間に配置さ
れる薄い層１０６とを含む。データ層１０６は、トンネ
ル磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）内の誘電体層（トンネ
ル障壁層とも呼ばれる）である。層１０６は同様に、巨
大磁気抵抗メモリセル（ＧＭＲ）では導電層とすること
ができる。トンネル障壁層１０６の厚みは通常、２．０
ｎｍ未満である。形状異方性のため、従来のメモリセル
１０１の幅Ｗおよび高さＨは結果的に、１．０より大き
な縦横比（Ｗ／Ｈ）を有し、変更可能な磁化の向き１０
３がメモリセル１０１の磁化容易軸ｅに揃えられるよう
にすることが望ましい。 【０００４】データ層１０２および基準層１０４の相対
的な向き１０３および１０８がバイナリ状態を定義す
る。たとえば、図１ｂでは、ピン止めされた向き１０８
および変更可能な向き１０３が互いに平行である（すな
わち、それらが同じ方向を指す）ときに、従来のメモリ
セル１０１のデータ層１０２にバイナリ１が格納され
る。対照的に、ピン止めされた向き１０８および変更可
能な向き１０３が互いに反平行である（すなわち、それ
らが反対の方向を指す）ときに、従来のメモリセル１０
１のデータ層１０２にバイナリ０が格納される。これら
の指示は逆にすることができる。すなわち、平行な向き
がバイナリ０であり、反平行な向きがバイナリ１である
こともできる。 【０００５】図１ｃでは、従来のメモリセル１０１が、
直交する方向に（すなわち、互いに９０°をなして）メ
モリセル１０１を横切る２つの導体（１０５および１０
７）間の中間に配置される。行導体１０５が、磁化容易
軸（図１ｃではＸ軸）に沿ってメモリセル１０１を横切
り、列導体１０７が、Ｙ軸に沿ってメモリセル１０１を
横切る。導体（１０５、１０７）に流れる電流Ｉｙおよ
びＩｘをそれぞれ用いて磁界ＨｘおよびＨｙを生成する
ことにより、１ビットのデータが書き込まれる。磁界
（Ｈｘ、Ｈｙ）はデータ層１０２と相互作用し、変更可
能な磁化の向き（図１ｃにはＭとして示される）を、Ｘ
軸に関して正の向き（バイナリ「１」）または負の向き
（バイナリ「０」）に回転させる。 【０００６】従来のメモリセル１０１は典型的には、同
一のメモリセルからなる大規模アレイ内に配置される。
図２では、従来のＭＲＡＭアレイ１００が、複数の従来
のメモリセル１０１を含む。メモリセル１０１はそれぞ
れ、上述の導体（１０５、１０７）間に配置される。た
とえば、導体１０５をワード線とし、導体１０７をビッ
ト線とすることができる。メモリセル１０１は、Ｘ方向
およびＹ方向に沿ってそれぞれ所定の距離ΔＸおよびΔ
Ｙだけ間隔をおいて配置される。結合された磁界（Ｈｘ
およびＨｙ）が、その現時点の向きから、メモリセル１
０１に書き込まれることが望まれるデータを示す新たな
向きに、変更可能な磁化の向きを切り替えるだけの十分
な大きさを有するように、図１ｃに示されるような電流
でメモリセル１０１を横切るワード線およびビット線に
磁場を生じさせることにより、アレイ１００内のメモリ
セル１０１が書込み操作に関して選択される。 【０００７】ＭＲＡＭアレイ１００の密度（すなわち、
単位面積当たりのメモリセル１０１の数）を高めること
が望ましい。密度を高めるために、メモリセル１０１の
サイズを縮小し、かつメモリセル１０１間の距離（ΔＸ
およびΔＹ）を短縮して、セルサイズおよびセル間距離
を低減した結果として面積を減少させることにより、Ｍ
ＲＡＭアレイ１００が、より小さなフットプリントしか
占有しないようにすることが必要とされる。 【０００８】図２は、メモリセル１０１から構成される
ＭＲＡＭ１００の図である。これは例示の目的であり、
アレイ１００の実際のサイズは、図示されるものと異な
る可能性がある。図２では、メモリセル１０１は、行導
体１０５の方向に沿って距離ΔＸだけ、かつ列導体１０
７の方向に沿って距離ΔＹだけ間隔をおいて配置され
る。各メモリセル１０１は、そのセル１０１のための切
替え特性に寄与する切替え磁界Ｈｃを有する。すなわ
ち、切替え特性は結合された磁界（ＨｘおよびＨｙ）の
大きさであり、セル１０１を横切る行および列導体（１
０５、１０７）に流れる書込み電流に応答して、その磁
界によりセル１０１がその変更可能な磁化の向き１０３
を切り替えることになる。さらに、各メモリセル１０１
は、磁界を生成する磁気ビットを含む。アレイ１００内
の全てのメモリセル１０１から結合された磁界が磁気環
境を作り出す。個々のメモリセル１０１に作用する磁気
環境は、アレイ１００内のそのセル１０１の位置に依存
するであろう。したがって、メモリセルのうちのいくつ
か（１０１ｉで示される）はアレイ１００内の内側位置
（破線ｉを参照）を有し、一方、他のメモリセル（１０
１ｐで示される）はアレイ１００内の周辺位置（すなわ
ち、破線ｉ内ではない位置）を有する。 【０００９】従来のＭＲＡＭアレイ１００の１つの欠点
は、ある特定の位置において、メモリセル１０１間の距
離（ΔＸおよびΔＹ）が、個々のメモリセル１０１が隣
接するメモリセル１０１によって生成される磁気環境に
よって影響を受けるようになるほど小さくなることであ
る。この磁気環境は、個々のメモリセル１０１の切替え
特性に影響を及ぼす。理想的には、アレイ１００内の全
てのメモリセル１０１間で、ばらつきの少ない（tigh
t）切替え特性分布（すなわち、低σの保磁力分布）を
有することが望ましい。しかしながら、特定のメモリセ
ル１０１が内側位置を有するか、周辺位置を有するかに
応じて、切替え特性がアレイ１００にわたって変動す
る。これにより、アレイ１００の切替え特性分布が増加
する。磁気環境がアレイ１００にわたって変動するため
に、切替え特性は変動する。 【００１０】図２では、内側位置を有する（たとえば、
アレイ１００の中央にある）メモリセル１０１ｉは、隣
接するメモリセルによって対称的に包囲される（破線矢
印Ｓを参照）。メモリセル１０１ｉに作用する磁気環境
は、周辺位置に配置され、隣接するメモリセルによって
非対称的に包囲される（破線矢印ａを参照）メモリセル
１０１ｐおよび１０１ｐ’に作用する磁気環境とは異な
る。したがって、メモリセル１０１ｐおよび１０１ｐ’
の切替え特性は、メモリセル１０１ｉの切替え特性とは
異なる。 【００１１】図４では、メモリセル１０１ｐ’が、行お
よび列導体（１０５、１０７）の端部に周辺位置を有す
る。メモリセル１０１は、上述の磁気環境に寄与する磁
極（＋および−）を有し、メモリセル１０１の磁化容易
軸１０３は、行導体１０５に揃えられる。破線矢印ａ
は、メモリセル１０１間の磁界相互作用を示す。メモリ
セル１０１ｐ’は、３つのメモリセルとのみ磁気的に相
互作用し、メモリセル１０１ｐ’の正極＋は、対応する
負極−を持たない。なぜなら、それが、行および列導体
（１０５、１０７）の端部にあるためである。その不釣
合いの結果として、メモリセル１０１ｐ’の切替え特性
は、１０１ｉまたは１０１ｐの場合とは異なることにな
る。磁化容易軸１０３に沿った（すなわち、行導体１０
５に沿った）磁界が列導体１０７に沿った磁界よりも強
くなるので、メモリセル１０１ｐ’の切替え特性は、メ
モリセル１０１ｐ’の右隣に配置されるメモリセル１０
１ｐの切替え特性よりも大きく悪影響を及ぼされる。 【００１２】結果として、メモリセル１０１間の距離が
減少すると、個々のセル１０１間の相互作用が増加す
る。図３では、ΔＸが０．３０μｍ未満であるとき、距
離ΔＸが減少すると、メモリセル１０１の切替え磁界が
著しく増加する。それゆえ、アレイ１００にわたって磁
気環境が変動する結果として、切替え特性もアレイ１０
０にわたって変動することになる。それらの切替え特性
の変動は、周辺位置を有するメモリセル１０１の場合に
さらに大きくなる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】したがって、アレイ内
の全てのメモリセルに対して一様な磁気環境を有するＭ
ＲＡＭアレイが必要とされている。また、周辺位置を有
するメモリセルに対して、内側位置を有するメモリセル
のための磁気環境と概ね同じ磁気環境を提供することも
必要とされている。最後に、アレイ内の全てのメモリセ
ル間で、ばらつきの少ない切替え特性分布を有するＭＲ
ＡＭアレイを提供することが必要とされている。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明の一様な磁気環境
を有するＭＲＡＭは上述の問題点を解決する。切替え特
性の変動を伴う上述の問題は、周辺メモリセルに作用す
る磁気環境が、内側位置を有するメモリセルの磁気環境
に概ね同一になるように、周辺メモリセルに隣接する位
置に、電気的には不活性（inactive）なダミー磁気セル
を配置することにより解決される。 【００１５】ダミー磁気セルは、ＭＲＡＭアレイ内の電
気的に活性(active)なメモリセルを形成するために用い
られる同じ材料の層を用いて形成され得る。ダミー磁気
セルは、ダミー磁気セルの磁化容易軸が活性なメモリセ
ルの磁化容易軸に揃えられるように、かつ周辺メモリセ
ルの磁極がダミー磁気セル上の極と相補的に釣り合うよ
うに配置され得る。さらに、ダミー磁気セルは、周辺メ
モリセルが、隣接する磁気セルとダミー磁気セルとの組
み合わせによって対称的に包囲されるように配置され得
る。 【００１６】概して、本発明は一様な磁気環境を有する
磁気メモリにおいて具現化される。その磁気メモリは、
内側位置および周辺位置を有するアレイを画定するため
に行および列に配列された複数の磁気メモリセルを含
む。その磁気メモリセルは、内側または周辺位置のいず
れか一方に配置される。各磁気メモリセルは磁化容易軸
を含み、１つの行導体および１つの列導体によって横切
られる。 【００１７】内側位置に配置される磁気メモリセルは、
隣接する磁気メモリセルによって形成される第１の一様
な磁気環境に晒される。磁化容易軸を有する複数の電気
的に不活性なダミー磁気セル（すなわち、それらはデー
タを格納せず、読出しまたは書込みが行われない）が、
周辺位置にある１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接
して配置される。 【００１８】周辺位置にある磁気メモリセルは、隣接す
る磁気メモリセルと隣接するダミー磁気セルとによって
形成される第２の一様な磁気環境に晒される。第２の一
様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境に概ね等しい。
結果として、磁気メモリは、アレイの全体にわたって一
様な磁気環境を有し、その結果、アレイ内の磁気メモリ
セル間（すなわち、周辺位置および内側位置の磁気メモ
リセル間）の切替え特性も一様になる。 【００１９】本発明の一実施形態では、第１の一様な磁
気環境が、内側位置と、隣接する磁気メモリセルとを有
する磁気メモリセルによって生成される切替え磁界の大
きさに影響を及ぼす。また、第２の一様な磁気環境は、
第１の一様な磁気環境と概ね同じように、周辺位置と、
ダミー磁気セルと、隣接する磁気メモリセルとを有する
磁気メモリセルによって生成される切替え磁界の大きさ
に影響を及ぼす。 【００２０】本発明の他の態様および利点は、一例とし
て本発明の原理を例示する、添付図面とともに取り上げ
られる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下の詳細な説明および図面のう
ちのいくつかの図において、類似の要素は同じ参照番号
で特定される。 【００２２】例示のための図面に示されるように、本発
明は、一様な磁気環境を有する磁気メモリにおいて具現
化される。磁気メモリは、磁化容易軸を有し、アレイを
画定するために複数の行および列で配列される複数の磁
気メモリセルを含む。磁気メモリセルは、アレイ内の内
側位置または周辺位置のいずれかに配置される。行導体
および列導体は、行方向および列方向においてそれぞ
れ、アレイの磁気メモリセルを横切る。内側位置に配置
される磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセルによ
って生成される第１の一様な磁気環境に晒される。 【００２３】磁気メモリセルは、磁化容易軸を有し、周
辺位置に配置される選択された１つまたは複数の磁気メ
モリセルに隣接して配置される複数のダミー磁気セルも
含む。結果として、周辺位置に配置される磁気メモリセ
ルは、隣接する磁気メモリセルおよび隣接するダミー磁
気セルによって生成される第２の一様な磁気環境に晒さ
れる。第２の一様な磁気環境は第１の一様な磁気環境に
概ね等しく、アレイ全体の磁気メモリセルが一様な磁気
環境に晒されるようにする。一様な磁気環境は、アレイ
内の磁気メモリセル間での切替え磁界の変動を伴う前述
の問題に対処する。 【００２４】本発明の磁気メモリセルおよびダミー磁気
セルは、以下に限定はしないが、トンネル磁気抵抗（Ｔ
ＭＲ）磁気メモリセル、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）磁気メ
モリセル、磁気的に軟らかい基準層を含むＴＭＲまたは
ＧＭＲ磁気メモリセル、単一ＴＭＲ磁気メモリセル、お
よび二重ＴＭＲ磁気メモリセルを含む任意の磁気メモリ
システムを形成するために、ＭＲＡＭの技術分野におい
て知られている薄い材料からなるいくつかの層から形成
され得る。磁気メモリセルが行および列導体の両方によ
って横切られ、選択された磁気メモリセルにデータを書
き込むために、行および列導体に流れる電流によって生
成される磁界が、磁気メモリセルのデータ層と協働して
相互作用することができる点で、ダミー磁気セルと磁気
メモリセルとは異なる。また、行および列導体を用い
て、選択された磁気メモリセルに格納された１ビットの
データを読み出すために、データ層の磁化の向きの状態
をセンシング（検出）することもできる。著しく対照的
に、本発明のダミー磁気セルは、行導体および列導体の
双方によっては横切られず、行導体のみによって、列導
体のみによって横切られることができるか、または行お
よび列導体の双方よって横切られず、誘電体材料によっ
てその導体から電気的に絶縁されることができる。 【００２５】図５ａおよび図５ｂでは、一様な磁気環境
を有する磁気メモリ１０が、アレイ２０を画定するため
に行および列（図５ａおよび図５ｂのｒｏｗおよびｃｏ
ｌを参照）に配列される複数の磁気メモリセル（Ｉおよ
びＰとして示される）を含む。磁気メモリセルＩは、ア
レイ２０内の内側位置（メモリセルＩを囲む破線Ｉ_Ａに
よって示される）に配置され、磁気メモリセルＰはアレ
イ２０内の周辺位置（太い破線Ｐ_Ａによって示される）
に配置される。すなわち、磁気メモリセルＰは、破線Ｉ
_Ａの外側、かつ破線Ｐ_Ａの内側に配置される。磁気メモ
リセル（Ｉ、Ｐ）は、磁化容易軸Ｅを含む。ここに示さ
れるようなアレイ２０のサイズは、単なる例示であっ
て、任意のサイズのアレイが使用され得る。 【００２６】行導体１３および列導体１５は、行方向Ｒ
および列方向Ｃにおいてそれぞれ磁気メモリセル（Ｉ、
Ｐ）を横切る。典型的には、行および列導体（１３、１
５）は、直交する方向に磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）を横
切る（すなわち、導体が互いに９０°の角度で配置され
る）。 【００２７】内側位置Ｉ_Ａを有する磁気メモリセルＩ
は、隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）によって生成さ
れる第１の一様な磁気環境に晒される。磁化容易軸Ｅを
有する複数のダミー磁気セルＤが、周辺位置Ｐ_Ａを有す
る１つまたは複数の磁気メモリセルＰに隣接して配置さ
れる。周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルは、隣接す
る磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）と隣接するダミー磁気セル
Ｄとによって生成される第２の一様な磁気環境に晒され
る。第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境に
概ね等しく、磁気メモリ１０を構成する活性なメモリセ
ルは、アレイ２０の全体にわたって一様な類似の磁気環
境を有するようになる。 【００２８】本発明の一実施形態では、第１の一様な磁
界は、内側位置Ｉ_Ａを有する磁気メモリセルＩと、内側
位置Ｉ_Ａを有するそれらの磁気メモリセルＩに隣接する
磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって生成される切替え
磁界の大きさに影響を及ぼす。同様に、第２の一様な磁
気環境も、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰと、
ダミー磁気セルＤと、周辺位置Ｐ_Ａを有するそれらの磁
気メモリセルＰに隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）と
によって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼ
す。第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境が
内側位置Ｉ_Ａを有する磁気メモリセルＩによって生成さ
れる切替え磁界の大きさに影響を及ぼすのと概ね同じよ
うに、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰによって
生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。結果と
して、アレイ２０の全体にわたる磁気メモリセル（Ｉ、
Ｐ）の切替え特性は概ね同じになり、磁気メモリセル
（Ｉ、Ｐ）間に、ばらつきの少ない切替え特性分布がも
たされる。 【００２９】図５ａおよび図５ｂでは、磁気メモリセル
（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、
互いに概ね同一直線をなすことができる。すなわち、磁
化容易軸Ｅは概ね同じ方向に揃えられることができる。 【００３０】図５ａに示されるように、本発明の一実施
形態では、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気
セルＤの磁化容易軸Ｅは、概ね行方向Ｒと同一直線にあ
る。 【００３１】また図５ａに示される本発明の別の実施形
態では、ダミー磁気セルＤは、行上（すなわち、行導体
１３の端部）に配置され、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メ
モリセルＰに隣接して配置されることができる。磁気メ
モリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは行
方向Ｒと概ね同一直線上にある。 【００３２】図７に示されるように、本発明のさらに別
の実施形態では、ダミー磁気セルＤが、少なくとも１つ
の行バンク２５（２つが示される）に配列され、行バン
ク２５内のダミー磁気セルＤは、周辺位置Ｐ_Ａを有する
磁気メモリセルＰとペアにされる。それゆえ、図７で
は、周辺位置Ｐ_Ａを有し、かつ行導体１３の端部にも位
置する磁気メモリセルＰが、隣接する行バンク２５内の
ダミー磁気セルＤとペアにされる。たとえば、前述した
ように、第２の一様な磁気環境が第１の一様な磁気環境
に概ね等しくなるように、２つ以上の行バンク２５が必
要とされる場合がある。図７には示されないが、磁気メ
モリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、
行方向Ｒと概ね同一直線をなす。行バンク２５内のダミ
ー磁気セルＤは行導体１３によって横切られるが、列導
体１５によっては横切られない。前述したように、ダミ
ー磁気セルＤは、行および列導体（１３、１５）の双方
によっては横切られず、行導体１３のみか、列導体１５
のみによって横切られることができるか、あるいは行ま
たは列導体（１３、１５）の一方または双方によって横
切られず、以下に説明されるように、誘電体材料によっ
てそれらの導体（１３、１５）の一方または双方から電
気的に絶縁される。 【００３３】図５ｂに示されるように、本発明の一実施
形態では、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気
セルＤの磁化容易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一直線をな
す。 【００３４】また、図５ｂに示されるように、本発明の
別の実施形態では、ダミー磁気セルＤは、列上（すなわ
ち、列導体１５の端部）に配置され、周辺位置Ｐ_Ａを有
する磁気メモリセルＰに隣接して配置されることができ
る。磁気メモリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容
易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一直線をなす。 【００３５】図８に示されるように、本発明のさらに別
の実施形態では、ダミー磁気セルＤは少なくとも１つの
列バンク２７に配列され（２つが示される）、列バンク
２７内のダミー磁気セルＤは、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁
気メモリセルＰとペアにされる。それゆえ、図８では、
周辺位置Ｐ_Ａを有し、列導体１５の端部にも位置する磁
気メモリセルＰは、隣接する列バンク２７内のダミー磁
気セルＤとペアにされる。前述したように、第２の一様
な磁気環境が第１の一様な磁気環境と概ね等しくなるよ
うに、２つ以上の列バンク２７が必要とされる場合があ
る。図８には示されないが、磁気メモリセルＰおよびダ
ミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一
直線をなす。列バンク２７内のダミー磁気セルＤは、列
導体１５によって横切られるが、行導体１３によっては
横切られない。ダミー磁気セルＤは、行および列導体
（１３、１５）のいずれか一方によっては横切られず、
行導体１３のみか、列導体１５のみによって横切られる
ことができるか、あるいは行または列導体（１３、１
５）の双方によって横切られず、以下に説明されるよう
に、誘電体材料によってそれらの導体（１３、１５）の
一方または双方から電気的に絶縁される。 【００３６】磁気メモリ１０は、図１３に示されるよう
に、アレイ２０の周囲に配置される複数の上述した行お
よび列バンク（２５、２７）を含むことができる。行お
よび列バンク（２５、２７）内に存在しないさらなるダ
ミー磁気セルＤがアレイ２０の周囲に配置され、図９お
よび図１０を参照して以下に説明されるように、周辺位
置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰのうちのいくつかまた
は全てを対称的に包囲することができる。 【００３７】図９では、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモ
リセルＰがダミー磁気セルＤと、隣接する磁気メモリセ
ル（Ｉ、Ｐ）とによって対称的に包囲されるように、ダ
ミー磁気セルＤがアレイ２０内に配置される。すなわ
ち、周辺位置Ｐ_Ａを有する全ての磁気メモリセルＰが、
１つまたは複数のダミー磁気セルＤと、１つまたは複数
の磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって対称的に包囲さ
れる。 【００３８】たとえば、図９では、アレイ２０の右上角
部において、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰ
（すなわち、それは行および列の端部にある）は、ダミ
ー磁気セルＤのうちの５つと、磁気メモリセルＰのうち
の２つ（同様に周辺位置Ｐ_Ａを有する）と、１つの磁気
メモリセルＩとによって対称的に包囲される（破線外郭
線ＳＳ_１および隣接するセルＤ、Ｉ、Ｐ間の両方向矢印
を参照）。矢印２９は、行または列上に配置されず、か
つ行および列導体（１３、１５）によって横切られない
ダミー磁気セルＤを示す。それらのダミー磁気セルＤ
は、アレイ２０の周辺の角部に配置される磁気メモリセ
ルＰに対して対角線状に配置される。それらのダミー磁
気セルＤ（すなわち２９）は、アレイ２０の角部に配置
される全ての磁気メモリセルＰの上述の対称的な包囲Ｓ
Ｓ_１を達成するために必要とされる対称性を提供する。 【００３９】対照的に、アレイ２０の左下部分の周辺位
置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰは、ダミー磁気セルＤ
のうちの３つと、磁気メモリセルＰのうちの３つ（同様
に周辺位置Ｐ_Ａを有する）と、磁気メモリセルＩのうち
の２つとによって対称的に包囲される（破線外郭線ＳＳ
_２および隣接するセルＤ、Ｉ、Ｐ間の両方向矢印を参
照）。 【００４０】図９では、ダミー磁気セルＤおよび磁気メ
モリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は、行
または列方向（Ｒ、Ｃ）のうちのいずれか一方と同一直
線をなすことができる。代案として、ダミー磁気セルＤ
および磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示
せず）は、ベクトルＶ（図１２を参照）と概ね同一直線
をなすことができる。ベクトルＶは、行または列方向
（Ｒ、Ｃ）に対して測られる角度を有することができる
か、あるいはアレイ２０に対する任意の予め選択された
原点に対して測られる角度を有することができる。 【００４１】図１０では、周辺位置Ｐ_Ａを有する、選択
された１つまたは複数の磁気メモリセルＰが、ダミー磁
気セルＤのうちの少なくとも２つとペアにされる。周辺
位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰとダミー磁気セルＤ
のうちの少なくとも２つとのペアリングは、破線外郭線
ＰＰ_１によって示されるような行方向の（すなわち、行
方向Ｒに沿った）ペアリング、破線外郭線ＰＰ_２によっ
て示されるような列方向の（すなわち、列方向Ｃに沿っ
た）ペアリング、破線外郭線ＰＰ_３によって示されるよ
うな対角線方向の（すなわち、メモリセルＰに対して対
角線状に配置されるダミー磁気セルとの）ペアリング、
またはＰＰ_１、ＰＰ_２およびＰＰ_３の任意の組み合わせ
とすることができる。 【００４２】対角線方向のペアリングＰＰ_３、列方向の
ペアリングＰＰ_２および行方向のペアリングＰＰ_１（ま
たはそれらの組み合わせ）の結果として、図１０に示さ
れるように、かつ図９に関して前述したように（ＳＳ_１
およびＳＳ_２を参照）、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモ
リセルＰのうちのいくつかまたは全ての対称的な包囲を
形成することができる。 【００４３】列方向のペアリングＰＰ_２および行方向の
ペアリングＰＰ_１の結果として、図７および図８に関し
て前述したように、１つまたは複数の行あるいは列バン
ク（２５、２７）を形成することもできる。 【００４４】図１０では、ダミー磁気セルＤおよび磁気
メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は行
または列方向（Ｒ、Ｃ）のうちのいずれか一方と同一直
線をなすことができる。一方、ダミー磁気セルＤおよび
磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）
は、ベクトルＶ（図１２を参照）と概ね同一直線をなす
こともできる。ベクトルＶは、行または列方向（Ｒ、
Ｃ）に対して測られる角度を有することができるか、あ
るいはアレイ２０に対する任意の予め選択された原点に
対して測られる角度を有することができる。 【００４５】図６ａおよび図６ｂでは、第２の一様な磁
界を達成するためのダミー磁気セルの配置が、アレイ２
０の一部を参照して示される。ＭＲＡＭの技術分野で
は、形状異方性を解消するために、磁気メモリセルの幅
と高さとの比が１．０より大きくされる（すなわち、セ
ルは１より大きな縦横比を有する）ことが良く理解され
ている。そのため、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリ
セル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅは、そのセルの幅寸法に
沿って揃うように設定されることができる。図６ａおよ
び図６ｂでは、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル
（Ｉ、Ｐ）の幅ｗおよび高さｈ（ダミー磁気セル２９を
参照）が、１．０より大きい縦横比（ｗ／ｈ）を与える
ように選択される。そのセルがｈ寸法の高さより、ｗ寸
法の長さが著しく長くなるように、縦横比は約３．０で
あることが好ましい。 【００４６】磁化容易軸Ｅが行方向Ｒに揃えられる場合
（図６ａを参照）、あるいは列方向Ｃに揃えられる場合
（図６ｂを参照）、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセ
ルＰ上の磁極（＋）は、行（図６ａ）または列（図６
ｂ）上に配置される隣接するダミー磁気セルＤ上の対応
する磁極（−）によって補整され（破線外郭線ＣＣを参
照）、またはその逆の場合も成り立つ。セル（Ｉ、Ｐ）
の変更可能な磁化の向き（図示せず）が磁化容易軸Ｅ
（両方向矢印によって示されるようないずれかの方向）
に沿っているので、任意の所与のメモリセル（Ｉ、Ｐ）
の切替え磁界の影響は、磁化容易軸Ｅに沿って最も強く
なり、磁化容易軸Ｅを横切る（すなわち、９０°をな
す）方向において最も弱くなる。その横切る方向は磁化
困難軸Ｈとも呼ばれる。たとえば、磁化容易軸Ｅが行方
向Ｒに揃えられるとき、磁化困難軸Ｈは列方向Ｃに沿っ
て揃えられ、磁化容易軸Ｅが列方向Ｃに揃えられると
き、磁化困難軸Ｈは行方向Ｒに沿って揃えられる。 【００４７】切替え磁界の強さは、メモリセル（Ｉ、
Ｐ）間の距離ΔＬが磁化容易軸Ｅに沿って減少するのに
応じて、著しく増加する。切替え磁界の強さは、メモリ
セル（Ｉ、Ｐ）間の距離ΔＷが磁化困難軸Ｈに沿って減
少する際に、それよりは少ない程度に増加する。それゆ
え、最初の状況に従って、ダミー磁気セルＤの最も有益
な配置は、図６ａおよび図６ｂに示されるように、磁化
容易軸Ｅに揃えられる行または列の端部に存在すること
である。 【００４８】したがって、アレイ２０にわたって切替え
特性を釣り合わせるために、ダミー磁気セルＤは、図６
ａに示されるように、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリ
セルＰの磁化容易軸Ｅに揃えられる磁化容易軸Ｅを有す
る行１３の端部に配置されることができる。結果とし
て、磁化容易軸に沿った磁極は補整され、第２の一様な
磁界が第１の一様な磁界と概ね同じになる。 【００４９】一方、アレイ２０にわたって切替え特性を
釣り合わせるために、ダミー磁気セルＤは、図６ｂに示
されるように、周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰ
の磁化容易軸Ｅに揃えられる磁化容易軸Ｅを有する列１
５の端部に配置されることができる。結果として、磁化
容易軸に沿った磁極は補整され、第２の一様な磁界が第
１の一様な磁界と概ね同じになる。 【００５０】図６ａおよび図６ｂでは、メモリセルＰ
（破線外郭線ＣＣを参照）は、ダミー磁気セルＤによる
左側にある磁化容易軸Ｅに沿って、かつメモリセル
（Ｉ、Ｐ）のいずれか一方による右側にある磁化容易軸
Ｅに沿って釣り合った状態にされる。 【００５１】周辺位置Ｐ_Ａを有する磁気メモリセルＰを
包囲する磁気環境においてさらなる対称性を与えるため
に、ダミー磁気セルＤは、前述されたように、対角線の
位置（参照番号２９を参照）に配置されることができ
る。 【００５２】磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁
気セルＤは、半導体処理技術においてよく知られている
超小型電子プロセスを用いて形成され得る。図１１で
は、シリコン（Ｓｉ）基板のような基板５０が、複数の
磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤを含
むことができる。誘電体層５１（たとえばＳｉＯ_２）が
基板５０上に堆積され得る。ダマシンプロセスを用いて
トレンチ５９を形成することができ、トレンチ５９に
は、行または列導体（１３、１５）のいずれか一方を形
成するために、第１の導体５４が堆積され、その後、平
坦化される。次に、メモリセル（Ｉ、ＰまたはＤ１）の
種々の層が導体５４上に形成される。メモリセル（Ｉ、
ＰまたはＤ１）は、ピン止めされた基準層５３を形成す
る１つまたは複数の層と、薄いトンネル障壁層５７を形
成する１つまたは複数の層と、データ層５５を形成する
１つまたは複数の層とを含むことができる。メモリセル
（Ｉ、Ｐ）の場合、行または列導体（１３、１５）のい
ずれか一方を形成するために第２の導体５２が堆積され
る。第２の導体５２はダミー磁気セルＤ１上には堆積さ
れない。それゆえ、ダミー磁気セルＤは第１の導体５４
によってのみ横切られる。 【００５３】一方、ダミー磁気セルＤ２は、平坦化され
た誘電体層５１上に形成され得る。層５３、５７および
５５を形成した後に、ダミー磁気セルＤ２が第２の導体
５２によってのみ横切られるように、第２の導体５２が
堆積される。 【００５４】代案として、ダミー磁気セルＤ３が、平坦
化された誘電体層５１上に形成され得る。ダミー磁気セ
ルＤ３は、第１および第２の導体（５４、５２）によっ
て横切られない。この構成は、対角線状に配置されるダ
ミー磁気セルＤ（図６ａ、図６ｂおよび図９の参照番号
２９を参照）に使用され得る。 【００５５】さらに別の構成では、ダミー磁気セルＤ４
が、平坦化された誘電体層５１上に形成され得る。ダミ
ー磁気セルＤ４は第１の導体５２によって横切られ、誘
電体材料５６がダミー磁気セルＤ４を第１の導体５２か
ら電気的に絶縁する。同様に、ダミー磁気セルＤ５は第
２の導体５４によって横切られ、誘電体材料５６がダミ
ー磁気セルＤ５を第２の導体５４から電気的に絶縁す
る。誘電体材料５６は、たとえば、二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ_２）のような誘電体材料からなる層とすることがで
きる。この構成は、対角線状に配置されるダミー磁気セ
ルＤ（図６ａ、図６ｂおよび図９の参照番号２９を参
照）を含む、本明細書に説明される実施形態の任意のも
のに使用され得る。 【００５６】本発明のいくつかの実施形態が開示および
図示されてきたが、本発明は、そのように説明および図
示される特定の形態または部品の構成に限定されない。
本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限される。 【００５７】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。 １．一様な磁気環境を有する磁気メモリであって、磁化
容易軸を有し、アレイを画定するために複数の行および
列に配列される複数の磁気メモリセルであって、前記磁
気メモリセルが前記アレイ内の内側位置または周辺位置
の選択された一方に配置され、前記内側位置を有する前
記磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセルによ
って生成される第１の一様な磁気環境に晒される、複数
の磁気メモリセルと、行方向および列方向においてそれ
ぞれ前記磁気メモリセルを横切る行導体および列導体
と、及び磁化容易軸を有し、前記周辺位置を有する前記
磁気メモリセルのうちの選択された１つまたは複数の磁
気メモリセルに隣接して配置される複数のダミー磁気セ
ルとを含み、前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、
隣接する前記磁気メモリセルと隣接する前記ダミー磁気
セルとによって生成される第２の一様な磁気環境に晒さ
れ、前記第２の一様な磁気環境が前記第１の磁気環境に
概ね等しい、磁気メモリ。 ２．前記第１の一様な磁気環境が、前記内側位置を有す
る磁気メモリセルと前記隣接する磁気メモリセルとによ
って生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼし、前
記第２の一様な磁気環境が、前記第１の磁気環境と概ね
同じように、前記周辺位置を有する磁気メモリセルと、
前記ダミー磁気セルと、前記隣接する磁気メモリセルと
によって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼ
す、上記１に記載の磁気メモリ。 ３．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミ
ー磁気セルの前記磁化容易軸とが、互いに概ね同一直線
をなす、上記１に記載の磁気メモリ。 ４．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミ
ー磁気セルの前記磁化容易軸とが、前記行方向と概ね同
一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。 ５．前記ダミー磁気セルが、前記行上に配置され、前記
周辺位置を有する前記磁気メモリセルに隣接して配置さ
れる、上記４に記載の磁気メモリ。 ６．前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの行バンク
に配列され、前記行バンク内の前記ダミー磁気セルが、
前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、
上記５に記載の磁気メモリ。 ７．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミ
ー磁気セルの前記磁化容易軸とが、前記列方向と概ね同
一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。 ８．前記ダミー磁気セルが、前記列上に配置され、前記
周辺位置を有する磁気メモリセルに隣接して配置され
る、上記７に記載の磁気メモリ。 ９．前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの列バンク
に配列され、前記列バンク内の前記ダミー磁気セルが、
前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、
上記８に記載の磁気メモリ。 １０．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダ
ミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、１つのベクトルと
概ね同一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。 １１．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列
導体のうちの選択された一方によって横切られる、上記
１に記載の磁気メモリ。 １２．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列
導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダ
ミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの
前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶
縁される、上記１に記載の磁気メモリ。 １３．前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導
体によって横切られない、上記１に記載の磁気メモリ。 １４．前記ダミー磁気セルは、前記周辺位置を有する磁
気メモリセルが前記ダミー磁気セル、および隣接する磁
気メモリセルによって対称的に包囲されるように配置さ
れる、上記１に記載の磁気メモリ。 １５．前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導
体によって交差されない、上記１４に記載の磁気メモ
リ。 １６．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列
導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダ
ミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの
前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶
縁される、上記１４に記載の磁気メモリ。 １７．前記周辺位置を有するメモリセルのうちの選択さ
れた１つまたは複数のメモリセルが、前記ダミー磁気セ
ルのうちの少なくとも２つとペアにされる、上記１に記
載の磁気メモリ。 １８．前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、行方向
のペアリング、列方向のペアリングおよび対角線方向の
ペアリングのうちの選択された１つまたは複数のペアリ
ングを有する、上記１７に記載の磁気メモリ。 １９．前記ペアリングの結果として、前記周辺位置を有
するメモリセルの対称的な包囲のうちの選択された１つ
または複数と、前記周辺位置を有するメモリセルに隣接
して配置される行バンクと、前記周辺位置を有するメモ
リセルに隣接して配置される列バンクとが形成される、
上記１８に記載の磁気メモリ。 【００５８】 【発明の効果】本発明によれば、周辺位置を有するメモ
リセルに対して、内側位置を有するメモリセルのための
磁気環境と概ね同じ磁気環境を提供でき、アレイ内の全
てのメモリセルに対して一様な磁気環境を有するＭＲＡ
Ｍアレイを実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１ａ】従来のスピン依存トンネルメモリセルの斜視
図である。 【図１ｂ】図１ａの従来のスピン依存トンネルメモリセ
ルのデータ層の論理状態を示す図である。 【図１ｃ】従来のスピン依存トンネルメモリセルにデー
タを書き込むための行導体および列導体を示す概略図で
ある。 【図２】従来のＭＲＡＭアレイを画定するように構成さ
れる図１ｃの構成の概略図である。 【図３】従来のＭＲＡＭアレイ内の従来のスピン依存ト
ンネルメモリセル間の距離を減少させると切替え磁界が
増加することを示すグラフである。 【図４】従来のＭＲＡＭアレイ内の周辺位置を有する従
来のメモリセルのための一様でない磁界環境を示す概略
図である。 【図５ａ】本発明による一様な磁気環境を有するＭＲＡ
Ｍアレイの概略図である。 【図５ｂ】本発明による一様な磁気環境を有するＭＲＡ
Ｍアレイの概略図である。 【図６ａ】本発明による、行端において周辺位置を有す
るメモリセルのための一様な磁気環境の概略図である。 【図６ｂ】本発明による、列端において周辺位置を有す
るメモリセルのための一様な磁気環境の概略図である。 【図７】本発明による行バンクで配列されるダミー磁気
セルを示す概略図である。 【図８】本発明による列バンクで配列されるダミー磁気
セルを示す概略図である。 【図９】本発明による、対称的に包囲された周辺メモリ
セルを示す概略図である。 【図１０】本発明による、ダミー磁気セルとペアにされ
る周辺メモリセルを示す概略図である。 【図１１】本発明による磁気メモリセルおよびダミー磁
気セルの断面図である。 【図１２】本発明による、１つのベクトルと同一直線上
にある磁化容易軸を有するダミー磁気セルおよび活性な
磁気メモリセルを示す概略図である。 【図１３】本発明による、複数の行バンクおよび列バン
クで配列されるダミー磁気セルを示す概略図である。 【符号の説明】 10 磁気メモリ 13 行導体 15 列導体 20 アレイ 50 基板 51 誘電体層 53 基準層 55 データ層 56 誘電体材料 57 トンネル障壁層 Ｄ ダミー磁気セル Ｅ 磁化容易軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 一様な磁気環境を有する磁気メモリであ
   って、 磁化容易軸を有し、アレイを画定するために複数の行お
   よび列に配列される複数の磁気メモリセルであって、前
   記磁気メモリセルが前記アレイ内の内側位置または周辺
   位置の選択された一方に配置され、前記内側位置を有す
   る前記磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセル
   によって生成される第１の一様な磁気環境に晒される、
   複数の磁気メモリセルと、 行方向および列方向においてそれぞれ前記磁気メモリセ
   ルを横切る行導体および列導体と、及び磁化容易軸を有
   し、前記周辺位置を有する前記磁気メモリセルのうちの
   選択された１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接して
   配置される複数のダミー磁気セルとを含み、 前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、隣接する前記
   磁気メモリセルと隣接する前記ダミー磁気セルとによっ
   て生成される第２の一様な磁気環境に晒され、前記第２
   の一様な磁気環境が前記第１の磁気環境に概ね等しい、
   磁気メモリ。