JP2003249073A - Magnetic random access memory - Google Patents

Magnetic random access memory

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JP2003249073A
JP2003249073A JP2002158603A JP2002158603A JP2003249073A JP 2003249073 A JP2003249073 A JP 2003249073A JP 2002158603 A JP2002158603 A JP 2002158603A JP 2002158603 A JP2002158603 A JP 2002158603A JP 2003249073 A JP2003249073 A JP 2003249073A
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access memory
magnetic random
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佳久 岩田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MRAM having cell array structure being suitable for high integration of a cell. <P>SOLUTION: A read block BK11 is constituted of a plurality of TMR elements 12 laminated in the longitudinal direction. One end of the TMR elements 12 in the read block BK11 is connected to a source line SL1 through a read selection switch RSW. The source line SL1 is extended in the direction of Y and connected to a ground point through a column selection switch 29C. The other end of the TMR element 12 is connected respectively and independently to read/write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4. The read/write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are extended in the direction of Y, and connected to a read circuit 29 through the column selection switch 29C. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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(Magnet
o Resistive)効果を利用して“1”,“0”−データ
を記憶する磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Ma
gnetic Random Access Memory)に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic resistance (Magnet)
o "1", "0" -magnetic random access memory (MRAM: Ma) that stores data by utilizing the Resistive effect
gnetic Random Access Memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、新たな原理によりデータを記憶す
るメモリが数多く提案されているが、そのうちの一つ
に、トンネル磁気抵抗(Tunneling Magneto Resistiv
e:以後、TMRと表記する。)効果を利用して
“1”,“0”−データを記憶する磁気ランダムアクセ
スメモリがある。
2. Description of the Related Art In recent years, many memories for storing data have been proposed based on a new principle. One of them is a tunneling magnetoresistive (Tunneling Magneto Resistiv
e: Hereinafter, referred to as TMR. ) There is a magnetic random access memory for storing "1", "0" -data by utilizing the effect.

【0003】磁気ランダムアクセスメモリの提案として
は、例えば、Roy Scheuerlein et.alによる、ISSCC2000
Technical Digest p.128「A 10ns Read and Write Non
-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Jun
ction and FET Switch in each Cell」が知られてい
る。
As a proposal of a magnetic random access memory, for example, ISSCC2000 by Roy Scheuerlein et.al.
Technical Digest p.128 `` A 10ns Read and Write Non
-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Jun
"ction and FET Switch in each Cell" is known.

【0004】磁気ランダムアクセスメモリは、TMR素
子により、“1”,“0”−データを記憶する。TMR
素子の基本構造は、2つの磁性層(強磁性層)により絶
縁層(トンネルバリア)を挟み込んだ構造である。但
し、TMR素子の構造については、MR(Magneto Resi
stive)比の最適化などのため、種々の構造が提案され
ている(MR比及びTMR素子の構造については、例え
ば、特願2000−296082号、特願2001−3
7140号を参照)。
The magnetic random access memory stores "1", "0" -data by the TMR element. TMR
The basic structure of the element is a structure in which an insulating layer (tunnel barrier) is sandwiched between two magnetic layers (ferromagnetic layers). However, regarding the structure of the TMR element, MR (Magneto Resi
Various structures have been proposed in order to optimize the stive ratio (for the MR ratio and the structure of the TMR element, for example, Japanese Patent Application Nos. 2000-296082 and 2001-3).
7140).

【0005】TMR素子に記憶されるデータは、2つの
磁性層の磁化状態が平行か、又は反平行かによって判断
される。ここで、平行とは、2つの磁性層の磁化の向き
が同じであることを意味し、反平行とは、2つの磁性層
の磁化の向きが逆向きであることを意味する。
The data stored in the TMR element is judged by whether the magnetization states of the two magnetic layers are parallel or antiparallel. Here, parallel means that the magnetization directions of the two magnetic layers are the same, and antiparallel means that the magnetization directions of the two magnetic layers are opposite.

【0006】通常、2つの磁性層のうちの1つ(固定
層)には、反強磁性層が付設される。反強磁性層は、固
定層の磁化の向きを固定するための部材である。従っ
て、実際には、2つの磁性層のうちの他の1つ(自由
層)の磁化の向きによって、TMR素子に記憶されるデ
ータ(“1”又は“0”)が決定される。
Usually, an antiferromagnetic layer is attached to one (fixed layer) of the two magnetic layers. The antiferromagnetic layer is a member for fixing the magnetization direction of the fixed layer. Therefore, in reality, the data (“1” or “0”) stored in the TMR element is determined by the magnetization direction of the other one (free layer) of the two magnetic layers.

【0007】TMR素子の磁化状態が平行となった場
合、そのTMR素子を構成する2つの磁性層の間に挟ま
れた絶縁層(トンネルバリア)のトンネル抵抗は、最も
低くなる。例えば、この状態を“1”−状態とする。ま
た、TMR素子の磁化状態が反平行となった場合、その
TMR素子を構成する2つの磁性層の間に挟まれた絶縁
層(トンネルバリア)のトンネル抵抗は、最も高くな
る。例えば、この状態を“0”−状態とする。
When the magnetization states of the TMR element are parallel, the tunnel resistance of the insulating layer (tunnel barrier) sandwiched between the two magnetic layers constituting the TMR element is the lowest. For example, let this state be a "1" -state. Further, when the magnetization states of the TMR element are antiparallel, the tunnel resistance of the insulating layer (tunnel barrier) sandwiched between the two magnetic layers forming the TMR element becomes the highest. For example, let this state be a "0" -state.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】磁気ランダムアクセス
メモリのセルアレイ構造については、現在、メモリ容量
の大容量化、書き込み/読み出し動作の安定化などの観
点から、種々の構造が検討されている。
Regarding the cell array structure of the magnetic random access memory, various structures are currently being studied from the viewpoint of increasing the memory capacity and stabilizing the write / read operation.

【0009】例えば、現在では、1つのメモリセルを1
つのMOSトランジスタと1つのTMR素子(又はMT
J(Magnetic Tunnel Junction)素子)から構成するセル
アレイ構造が知られている。また、読み出し動作の安定
化を実現するため、このようなセルアレイ構造を有する
と共に、1ビットデータを2つのメモリセルアレイを用
いて記憶する磁気ランダムアクセスメモリも知られてい
る。
For example, at present, one memory cell is
One MOS transistor and one TMR element (or MT
A cell array structure composed of J (Magnetic Tunnel Junction) elements is known. In addition, a magnetic random access memory having such a cell array structure and storing 1-bit data by using two memory cell arrays is also known in order to realize stabilization of the read operation.

【0010】しかし、これらの磁気ランダムアクセスメ
モリでは、メモリ容量の増大を図ることが難しい。なぜ
なら、これらのセルアレイ構造では、1つのTMR素子
に1つのMOSトランジスタが対応しているためであ
る。
However, it is difficult to increase the memory capacity of these magnetic random access memories. This is because in these cell array structures, one TMR element corresponds to one MOS transistor.

【0011】ところで、例えば、特願2000−296
082号及び特願2001−350013号には、複数
のTMR素子を並列に接続したアレイ構造が提案されて
いる。このセルアレイ構造によれば、複数のTMR素子
に1つのMOSトランジスタが対応しているため、1つ
のメモリセルが1つのTMR素子と1つのMOSトラン
ジスタとから構成されるセルアレイ構造に比べて、メモ
リ容量の増大を図ることができる。
By the way, for example, Japanese Patent Application No. 2000-296.
No. 082 and Japanese Patent Application No. 2001-350013 propose an array structure in which a plurality of TMR elements are connected in parallel. According to this cell array structure, since one MOS transistor corresponds to a plurality of TMR elements, the memory capacity is larger than that of a cell array structure in which one memory cell is composed of one TMR element and one MOS transistor. Can be increased.

【0012】しかし、特願2000−296082号及
び特願2001−350013号に開示される技術にお
いても、TMR素子は、一平面内に二次元的に配置され
るため、TMR素子を高密度に集積することが十分にで
きない。
However, even in the techniques disclosed in Japanese Patent Application Nos. 2000-296082 and 2001-350013, the TMR elements are arranged two-dimensionally in one plane, so that the TMR elements are integrated with high density. Can't do enough.

【0013】そこで、この問題を解決するために提案さ
れた技術が、TMR素子を半導体基板上に三次元的に配
置する技術である。即ち、この技術では、半導体基板の
表面領域に形成される1つのMOSトランジスタ(選択
トランジスタ)に対して直列又は並列接続される複数の
TMR素子を対応させ、かつ、これらの複数のTMR素
子をその1つのMOSトランジスタ上に複数段に積み重
ねる。
Therefore, a technique proposed to solve this problem is a technique for arranging TMR elements three-dimensionally on a semiconductor substrate. That is, in this technique, one MOS transistor (selection transistor) formed in the surface region of the semiconductor substrate is associated with a plurality of TMR elements connected in series or in parallel, and these TMR elements are associated with each other. A plurality of layers are stacked on one MOS transistor.

【0014】この技術に関しては、例えば、特願200
1−365236号に詳細に開示されている。この技術
によれば、複数のTMR素子が1つのMOSトランジス
タ上に複数段に積み重ねられるため、メモリセルアレイ
のメモリ容量を増大させるのに都合がよい。
Regarding this technique, for example, Japanese Patent Application No. 200
No. 1-365236. According to this technique, a plurality of TMR elements are stacked on one MOS transistor in a plurality of stages, which is convenient for increasing the memory capacity of the memory cell array.

【0015】ところで、特願2000−296082号
及び特願2001−350013号に開示される技術で
は、読み出し動作に関して、いわゆる破壊読み出し動作
原理が適用される。破壊読み出し動作原理は、これらの
文献において詳細に説明したように、1回の読み出し動
作が、基本的に、2回の読み出しステップと2回の書き
込みステップから構成されるため、読み出し時間が長く
なる、という問題がある。
By the way, in the techniques disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-296082 and Japanese Patent Application No. 2001-350013, the so-called destructive read operation principle is applied to the read operation. As described in detail in these documents, the destructive read operation principle is such that one read operation basically consists of two read steps and two write steps, so that the read time becomes long. , There is a problem.

【0016】これに対し、特願2001−365236
号に開示される技術では、読み出しブロック内の直列又
は並列接続される複数のTMR素子の抵抗比を互いに異
なる値とすることにより、1回の読み出しステップのみ
で、読み出しブロック内の複数のTMR素子のデータを
一度に読み出すことができる。
On the other hand, Japanese Patent Application No. 2001-365236
In the technique disclosed in JP-A No. 2004-242242, the resistance ratios of a plurality of TMR elements connected in series or in parallel in the read block are made different from each other, so that a plurality of TMR elements in the read block can be formed by only one read step. The data of can be read at once.

【0017】しかし、特願2001−365236号に
開示される技術では、読み出しブロック内の直列又は並
列接続される複数のTMR素子の抵抗比を互いに異なる
値としなければならないため、TMR素子の構造やその
製造方法が複雑になる。また、読み出しデータは、複数
のTMR素子のデータが混在したものとなっているた
め、その読み出しデータから各TMR素子のデータを取
り出すA/D変換回路やロジック回路が必要となり、読
み出し回路が複雑になる。
However, in the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-365236, the resistance ratios of a plurality of TMR elements connected in series or in parallel in the read block must be different from each other, so that the structure of the TMR element and The manufacturing method becomes complicated. Further, since the read data is a mixture of data of a plurality of TMR elements, an A / D conversion circuit and a logic circuit for extracting the data of each TMR element from the read data are required, which complicates the read circuit. Become.

【0018】本発明は、このような問題を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、メモリ容量の増大に適し
た新規なセルアレイ構造を有する磁気ランダムアクセス
メモリ及びその製造方法を提案すること、その新規なセ
ルアレイ構造に適した高速読み出しが可能な新規な読み
出し動作原理を提案すること、並びに、その新規な読み
出し動作原理を実現するための読み出し回路を提案する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to propose a magnetic random access memory having a novel cell array structure suitable for increasing the memory capacity and a manufacturing method thereof. , Proposing a new read operation principle suitable for the new cell array structure and capable of high-speed read, and proposing a read circuit for realizing the new read operation principle.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】(1) 磁気ランダムアク
セスメモリ 本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数段に積み
重ねられる磁気抵抗効果を利用してデータを記憶する複
数のメモリセルと、前記複数のメモリセルの一端に共通
に接続される読み出し選択スイッチと、前記複数のメモ
リセルに対応して設けられ、第1方向に延びる複数のビ
ット線とを備え、前記複数のメモリセルの各々は、その
他端が前記複数のビット線のうちの1つに独立に接続さ
れ、前記複数のビット線は、読み出し動作時に、互いに
電気的に分離される。
Means for Solving the Problems (1) Magnetic Random Access Memory A magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of memory cells for storing data by utilizing a magnetoresistive effect stacked in a plurality of stages, and a plurality of the plurality of memory cells. A read selection switch commonly connected to one end of the memory cell, and a plurality of bit lines provided corresponding to the plurality of memory cells and extending in the first direction, each of the plurality of memory cells being The ends are independently connected to one of the plurality of bit lines, and the plurality of bit lines are electrically isolated from each other during a read operation.

【0020】前記読み出し選択スイッチは、前記複数の
メモリセルの直下に配置される。
The read selection switch is arranged immediately below the plurality of memory cells.

【0021】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記複数のメモリセルの一端と前記読み出し選択スイッ
チとを接続する複数のコンタクトプラグをさらに備え
る。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
The memory cell further includes a plurality of contact plugs that connect one end of the plurality of memory cells and the read selection switch.

【0022】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記読み出し選択スイッチに接続される前記第1方向に
延びるソース線をさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
It further comprises a source line connected to the read selection switch and extending in the first direction.

【0023】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
電源端子と、前記ソース線と前記電源端子との間に接続
されるカラム選択スイッチとをさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A power supply terminal and a column selection switch connected between the source line and the power supply terminal are further provided.

【0024】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記読み出し選択スイッチの制御端子に接続され、前記
第1方向に交差する第2方向に延びる読み出しワード線
をさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A read word line connected to a control terminal of the read selection switch and extending in a second direction intersecting the first direction is further provided.

【0025】前記読み出し選択スイッチは、ロウアドレ
ス信号により制御される。
The read selection switch is controlled by a row address signal.

【0026】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記読み出し選択スイッチに接続される前記第1方向に
交差する第2方向に延びる読み出しワード線をさらに備
える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A read word line connected to the read selection switch and extending in a second direction intersecting the first direction is further provided.

【0027】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記読み出し選択スイッチの制御端子に接続され、前記
第1方向に延びるデコード線をさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A decode line connected to the control terminal of the read selection switch and extending in the first direction is further provided.

【0028】前記読み出し選択スイッチは、カラムアド
レス信号により制御される。
The read selection switch is controlled by a column address signal.

【0029】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
読み出し回路と、前記複数のビット線と前記読み出し回
路の間に接続されるカラム選択スイッチとをさらに備え
る。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
It further comprises a read circuit and a column selection switch connected between the plurality of bit lines and the read circuit.

【0030】前記読み出し選択スイッチと前記カラム選
択スイッチは、同じ動作をする。
The read selection switch and the column selection switch perform the same operation.

【0031】前記読み出し回路は、前記複数のビット線
に対応して設けられる複数のセンスアンプと、前記複数
のセンスアンプに対応して設けられる複数の出力バッフ
ァとから構成される。
The read circuit is composed of a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of bit lines and a plurality of output buffers provided corresponding to the plurality of sense amplifiers.

【0032】前記読み出し回路は、前記複数のビット線
に対応して設けられる複数のセンスアンプと、前記複数
のセンスアンプのうちの1つのデータを出力するための
出力バッファと、前記複数のセンスアンプと前記出力バ
ッファとの間に接続されるセレクタとから構成される。
The read circuit includes a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of bit lines, an output buffer for outputting data of one of the plurality of sense amplifiers, and the plurality of sense amplifiers. And a selector connected between the output buffer and the output buffer.

【0033】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記複数のビット線の両端にそれぞれ接続され、前記複
数のビット線に書き込みデータに応じた向きの書き込み
電流を流すための書き込みビット線ドライバ/シンカー
をさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A write bit line driver / sinker, which is connected to both ends of each of the plurality of bit lines and is configured to flow a write current in a direction corresponding to write data to the plurality of bit lines, is further provided.

【0034】前記複数のビット線は、読み出しビット線
として及び書き込みビット線として機能する。
The plurality of bit lines function as a read bit line and a write bit line.

【0035】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記複数のメモリセルに対応して設けられ、前記第1方
向に交差する第2方向に延びる複数の書き込みワード線
をさらに備える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
A plurality of write word lines provided corresponding to the plurality of memory cells and extending in a second direction intersecting the first direction are further provided.

【0036】前記複数の書き込みワード線の各々は、前
記複数のメモリセルの一端側に配置される。
Each of the plurality of write word lines is arranged on one end side of the plurality of memory cells.

【0037】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
前記複数のメモリセルの他端と前記複数のビット線との
間に接続される複数のブロック選択スイッチをさらに備
える。
The magnetic random access memory of the present invention comprises:
The memory cell further includes a plurality of block selection switches connected between the other ends of the plurality of memory cells and the plurality of bit lines.

【0038】前記ブロック選択スイッチは、ロウアドレ
ス信号により制御される。
The block selection switch is controlled by a row address signal.

【0039】前記読み出し選択スイッチと前記ブロック
選択スイッチは、同じ動作をする。
The read selection switch and the block selection switch perform the same operation.

【0040】前記複数のメモリセルは、1つの読み出し
ブロックを構成し、前記複数のメモリセルのデータは、
同時に読み出される。
The plurality of memory cells form one read block, and the data of the plurality of memory cells are
It is read at the same time.

【0041】前記複数のメモリセルの各々は、磁化の向
きが固定されるピン層、書き込みデータに応じて磁化の
向きが変わる記憶層及び前記ピン層と前記記憶層との間
に配置されるトンネルバリア層を含む磁気記憶素子から
構成される。
Each of the plurality of memory cells has a pinned layer whose magnetization direction is fixed, a storage layer whose magnetization direction changes according to write data, and a tunnel which is arranged between the pinned layer and the storage layer. It is composed of a magnetic memory element including a barrier layer.

【0042】前記磁気記憶素子の磁化容易軸は、前記第
1方向に交差する第2方向を向いている。
The easy axis of magnetization of the magnetic memory element is oriented in the second direction intersecting with the first direction.

【0043】前記読み出し選択スイッチは、MISトラ
ンジスタ、MESトランジスタ、接合トランジスタ、バ
イポーラトランジスタ及びダイオードのうちのいずれか
1つである。
The read selection switch is any one of a MIS transistor, a MES transistor, a junction transistor, a bipolar transistor and a diode.

【0044】前記複数のメモリセルに書き込むデータの
値は、前記複数のビット線に流れる書き込み電流の向き
により決定される。
The value of the data to be written in the memory cells is determined by the direction of the write current flowing in the bit lines.

【0045】本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、
磁気抵抗効果を利用してデータを記憶する積み重ねられ
た第1及び第2メモリセルと、前記第1及び第2メモリ
セルの一端に接続される読み出し選択スイッチと、前記
第1メモリセルの他端に接続される第1ビット線と、前
記第2メモリセルの他端に接続される第2ビット線とを
備え、前記第1及び第2ビット線は、読み出し動作時
に、互いに電気的に分離される。
The magnetic random access memory of the present invention is
Stacked first and second memory cells for storing data using a magnetoresistive effect, a read selection switch connected to one end of the first and second memory cells, and the other end of the first memory cell And a second bit line connected to the other end of the second memory cell, the first and second bit lines being electrically separated from each other during a read operation. It

【0046】(2) 読み出し方法 本発明の磁気ランダムアクセスメモリの読み出し方法
は、磁気抵抗効果を利用してデータを記憶する複数のメ
モリセルからなる読み出しブロックと、前記複数のメモ
リセルに対応して設けられる複数のセンスアンプとを有
する磁気ランダムアクセスメモリに適用され、前記複数
のメモリセルに同時かつ独立に読み出し電流を流すステ
ップと、前記読み出し電流に基づいて、前記複数のメモ
リセルのデータを前記複数のセンスアンプにより検出す
るステップと、前記複数のセンスアンプのデータを同時
に出力するステップとを備える。
(2) Read Method The read method of the magnetic random access memory according to the present invention corresponds to a read block composed of a plurality of memory cells for storing data by utilizing a magnetoresistive effect and the plurality of memory cells. Applied to a magnetic random access memory having a plurality of sense amplifiers provided, a step of causing a read current to flow simultaneously and independently to the plurality of memory cells; and based on the read current, the data of the plurality of memory cells The method comprises the steps of detecting with a plurality of sense amplifiers, and the step of outputting the data of the plurality of sense amplifiers simultaneously.

【0047】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの読
み出し方法は、磁気抵抗効果を利用してデータを記憶す
る複数のメモリセルからなる読み出しブロックと、前記
複数のメモリセルに対応して設けられる複数のセンスア
ンプとを有する磁気ランダムアクセスメモリに適用さ
れ、前記複数のメモリセルに同時かつ独立に読み出し電
流を流すステップと、前記読み出し電流に基づいて、前
記複数のメモリセルのデータを前記複数のセンスアンプ
により検出するステップと、前記複数のセンスアンプの
うちの1つのデータを選択的に出力するステップとを備
える。
The read method of the magnetic random access memory of the present invention comprises a read block composed of a plurality of memory cells for storing data by utilizing a magnetoresistive effect, and a plurality of sense blocks provided corresponding to the plurality of memory cells. Applied to a magnetic random access memory having an amplifier, and applying a read current to the plurality of memory cells simultaneously and independently, and based on the read current, data of the plurality of memory cells is read by the plurality of sense amplifiers. And a step of selectively outputting data of one of the plurality of sense amplifiers.

【0048】前記複数のメモリセルのデータは、前記複
数のセンスアンプにより、それぞれ独立に検出される。
The data of the plurality of memory cells are independently detected by the plurality of sense amplifiers.

【0049】前記複数のメモリセルの他端は、短絡さ
れ、前記読み出し電流は、前記複数のメモリセルの一端
側から他端側に向って流れる。
The other ends of the plurality of memory cells are short-circuited, and the read current flows from one end side to the other end side of the plurality of memory cells.

【0050】前記複数のセンスアンプは、前記読み出し
電流から生成される読み出し電位とリファレンス電位を
比較することにより、前記複数のメモリセルのデータを
検出する。
The plurality of sense amplifiers detect the data in the plurality of memory cells by comparing the read potential generated from the read current with the reference potential.

【0051】前記リファレンス電位は、前記メモリセル
と同じ構造を有する抵抗素子を用いて生成される。
The reference potential is generated by using a resistance element having the same structure as the memory cell.

【0052】前記複数のメモリセルのデータを読み出す
とき、前記複数のメモリセルの一端に接地電位を与え
る。
When reading data from the plurality of memory cells, a ground potential is applied to one end of the plurality of memory cells.

【0053】前記複数のメモリセルのデータを読み出さ
ないとき、前記複数のメモリセルの一端は、短絡された
状態となり、その他端は、フローティング状態となる。
When the data of the plurality of memory cells is not read, one end of the plurality of memory cells is in a short-circuited state and the other end is in a floating state.

【0054】(3) 製造方法 本発明の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法は、半
導体基板の表面領域に読み出し選択スイッチを形成する
ステップと、前記読み出し選択スイッチ上に第1方向に
延びる第1書き込みワード線を形成するステップと、前
記第1書き込みワード線の直上に第1MTJ素子を形成
するステップと、前記第1MTJ素子の直上に、前記第
1MTJ素子に接触し、前記第1方向と交差する第2方
向に延びる第1読み出し/書き込みビット線を形成する
ステップと、前記第1書き込みワード線の直上に前記第
1方向に延びる第2書き込みワード線を形成するステッ
プと、前記第2書き込みワード線の直上に第2MTJ素
子を形成するステップと、前記第2MTJ素子の直上
に、前記第2MTJ素子に接触し、前記第2方向に延び
る第2読み出し/書き込みビット線を形成するステップ
とを備える。
(3) Manufacturing Method A method of manufacturing a magnetic random access memory according to the present invention comprises a step of forming a read selection switch in a surface region of a semiconductor substrate, and a first write word extending on the read selection switch in a first direction. Forming a line, forming a first MTJ element directly above the first write word line, and directly above the first MTJ element, contacting the first MTJ element and crossing the first direction. Forming a first read / write bit line extending in a direction, forming a second write word line extending in the first direction directly above the first write word line, and forming a second write word line immediately above the second write word line. Forming a second MTJ element on the second MTJ element, and contacting the second MTJ element directly above the second MTJ element in the second direction. Forming a second read / write bit line extending.

【0055】前記第1及び第2書き込みワード線並びに
前記第1及び第2読み出し/書き込みビット線のうちの
少なくとも1つは、ダマシンプロセスにより形成され
る。
At least one of the first and second write word lines and the first and second read / write bit lines is formed by a damascene process.

【0056】前記第1及び第2書き込みワード線並びに
前記第1及び第2読み出し/書き込みビット線の少なく
とも1つは、絶縁層に配線溝を形成するステップと、前
記配線溝を完全に満たす金属層を形成するステップと、
前記配線溝内以外の前記金属層を除去するステップとに
より形成される。
At least one of the first and second write word lines and the first and second read / write bit lines includes a step of forming a wiring groove in an insulating layer, and a metal layer which completely fills the wiring groove. Forming a
And a step of removing the metal layer other than in the wiring groove.

【0057】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの製
造方法は、前記金属層を形成する前に、バリアメタル層
を形成するステップを備える。
The method of manufacturing a magnetic random access memory according to the present invention comprises a step of forming a barrier metal layer before forming the metal layer.

【0058】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの製
造方法は、前記バリアメタル層を形成する前に、前記配
線溝の側壁にサイドウォール絶縁層を形成するステップ
と、前記配線溝内以外の前記金属層を除去した後に、前
記金属層上に前記サイドウォール絶縁層と同じ材料から
構成されるキャップ絶縁層を形成するステップとを備え
る。
In the method of manufacturing a magnetic random access memory according to the present invention, before forming the barrier metal layer, a step of forming a sidewall insulating layer on the side wall of the wiring groove, and the metal layer other than in the wiring groove are formed. Is removed, and a cap insulating layer made of the same material as the sidewall insulating layer is formed on the metal layer.

【0059】前記サイドウォール絶縁層及び前記キャッ
プ絶縁層は、窒化シリコンから構成される。
The sidewall insulating layer and the cap insulating layer are composed of silicon nitride.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の磁気ランダムアクセスメモリについて詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The magnetic random access memory of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0061】1. 概要 本発明の磁気ランダムアクセスメモリの第一の特徴は、
メモリセルアレイのセルアレイ構造にある。
1. The first feature of the magnetic random access memory of the present invention is
It has a cell array structure of a memory cell array.

【0062】本発明の磁気ランダムアクセスメモリで
は、複数のTMR素子(又はMTJ素子)を、半導体基
板の表面に対して垂直な方向(縦方向)に複数段に積み
重ねたセルアレイ構造を採用する。また、読み出しブロ
ックを構成するこれら複数段に積み重ねられた複数のT
MR素子の一端は、共通接続され、その他端は、それぞ
れ独立に読み出しビット線に接続される。即ち、読み出
しブロック内のTMR素子と読み出しビット線とは、一
対一に対応している。
The magnetic random access memory of the present invention has a cell array structure in which a plurality of TMR elements (or MTJ elements) are stacked in a plurality of stages in a direction (vertical direction) perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. In addition, a plurality of Ts stacked in a plurality of stages forming the read block are provided.
One ends of the MR elements are commonly connected, and the other ends are independently connected to the read bit line. That is, the TMR elements and the read bit lines in the read block have a one-to-one correspondence.

【0063】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの第
二の特徴は、読み出し動作原理にある。
The second characteristic of the magnetic random access memory of the present invention is the read operation principle.

【0064】磁気ランダムアクセスメモリの読み出し動
作原理としては、現在、特願2000−296082号
及び特願2001−350013号に開示される破壊読
み出し動作原理、特願2001−365236号に開示
される一括読み出し動作原理も知られている。本発明で
は、これらの読み出し動作原理とは異なる上述の第一の
特徴を有する磁気ランダムアクセスメモリに最適な読み
出し動作原理について提案する。
As the read operation principle of the magnetic random access memory, at present, the destructive read operation principle disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-296082 and Japanese Patent Application No. 2001-350013, and the collective read operation disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-365236. The operating principle is also known. The present invention proposes the optimum read operation principle for the magnetic random access memory having the above-mentioned first characteristic, which is different from these read operation principles.

【0065】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの第
三の特徴は、読み出し回路の構成にある。第一の特徴を
有する磁気ランダムアクセスメモリにおいて、第二の特
徴である読み出し動作原理を採用した場合、その読み出
し動作原理を実行するための読み出し回路が必要にな
る。そこで、本発明では、第二の特徴である読み出し動
作原理を実行するための読み出し回路の具体例について
提案する。
The third feature of the magnetic random access memory of the present invention is the configuration of the read circuit. In the magnetic random access memory having the first feature, when the read operation principle which is the second feature is adopted, a read circuit for executing the read operation principle is required. Therefore, the present invention proposes a specific example of a read circuit for executing the read operation principle which is the second feature.

【0066】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの第
四の特徴は、磁気ランダムアクセスメモリの製造方法に
ある。第一の特徴を有する磁気ランダムアクセスメモリ
では、読み出しブロックを構成する複数のTMR素子
は、複数段に積み重ねられ、かつ、複数のTMR素子の
一端は、共通接続され、その他端は、それぞれ独立に読
み出しビット線に接続される。本発明では、このような
セルアレイ構造を実現するための製造方法について提案
する。
The fourth characteristic of the magnetic random access memory of the present invention is the method of manufacturing the magnetic random access memory. In the magnetic random access memory having the first feature, the plurality of TMR elements forming the read block are stacked in a plurality of stages, one end of each of the plurality of TMR elements is commonly connected, and the other ends are independently connected. It is connected to the read bit line. The present invention proposes a manufacturing method for realizing such a cell array structure.

【0067】2. セルアレイ構造 まず、本発明の磁気ランダムアクセスメモリのセルアレ
イ構造について説明する。
2. Cell Array Structure First, the cell array structure of the magnetic random access memory of the present invention will be described.

【0068】本発明に関わるセルアレイ構造の特徴は、
第一に、複数のTMR素子(又はMTJ素子)を、半導
体基板の表面に対して垂直な方向(縦方向)に複数段に
積み重ねた点、第二に、1つの読み出しブロックを構成
するこれら複数段に積み重ねられた複数のTMR素子の
一端を共通接続し、その他端をそれぞれ独立に読み出し
ビット線に接続した点にある。即ち、読み出しブロック
内のTMR素子と読み出しビット線とは、一対一に対応
している。
The features of the cell array structure relating to the present invention are as follows.
First, a plurality of TMR elements (or MTJ elements) are stacked in a plurality of stages in a direction (vertical direction) perpendicular to the surface of a semiconductor substrate, and secondly, a plurality of these read elements constituting one read block. This is in that one end of a plurality of TMR elements stacked in a row is commonly connected and the other ends are independently connected to a read bit line. That is, the TMR elements and the read bit lines in the read block have a one-to-one correspondence.

【0069】このようなセルアレイ構造にすれば、TM
R素子は、半導体基板上に三次元的に配置されると共
に、複数のTMR素子に1つのMOSトランジスタ(読
み出し選択スイッチ)を対応させればよいため、結果と
して、メモリ容量の増大に貢献することができる。
With this cell array structure, TM
Since the R element is three-dimensionally arranged on the semiconductor substrate and one MOS transistor (readout selection switch) can be associated with a plurality of TMR elements, as a result, it contributes to an increase in memory capacity. You can

【0070】また、読み出しブロックを構成する複数段
に積み重ねられた複数のTMR素子の他端をそれぞれ独
立に読み出しビット線に接続しているため、破壊読み出
し動作原理や一括読み出し動作原理などによらない簡単
な読み出し動作原理により、高速に、TMR素子のデー
タを読み出すことができる。
Further, since the other ends of the plurality of TMR elements stacked in a plurality of stages forming the read block are independently connected to the read bit line, the destructive read operation principle or the batch read operation principle does not apply. The data of the TMR element can be read at high speed by a simple read operation principle.

【0071】(1) 構造例1 構造例1は、1つの読み出しブロックが4つのTMR素
子から構成される場合の例を示している。
(1) Structural Example 1 Structural example 1 shows an example in which one read block is composed of four TMR elements.

【0072】 回路構造 まず、回路構造について説明する。図1は、本発明の構
造例1としての磁気ランダムアクセスメモリの主要部を
示している。図2は、図1のカラム選択スイッチの一例
を示している。
Circuit Structure First, the circuit structure will be described. FIG. 1 shows a main part of a magnetic random access memory as Structural Example 1 of the present invention. FIG. 2 shows an example of the column selection switch of FIG.

【0073】メモリセルアレイ11は、X方向、Y方向
及びZ方向にアレイ状に配置される複数のTMR素子1
2を有する。ここで、Z方向とは、X方向及びY方向に
直交する紙面に垂直な方向をいうものとする。
The memory cell array 11 comprises a plurality of TMR elements 1 arranged in an array in the X, Y and Z directions.
Have two. Here, the Z direction means a direction perpendicular to the paper surface orthogonal to the X direction and the Y direction.

【0074】本例では、メモリセルアレイ11は、X方
向に配置されるj個のTMR素子12と、Y方向に配置
されるn個のTMR素子12と、Z方向に積み重ねられ
る4個のTMR素子(MTJ1,MTJ2,MTJ3,
MTJ4)12とからなるセルアレイ構造を有する。
In this example, the memory cell array 11 includes j TMR elements 12 arranged in the X direction, n TMR elements 12 arranged in the Y direction, and four TMR elements stacked in the Z direction. (MTJ1, MTJ2, MTJ3,
MTJ4) 12.

【0075】Z方向に積み重ねされるTMR素子12の
数は、本例では、4個であるが、その数は、複数個であ
れば、いくつであっても構わない。
The number of TMR elements 12 stacked in the Z direction is four in this example, but the number may be any number as long as it is plural.

【0076】Z方向に積み重ねられた4個のTMR素子
12は、1つの読み出しブロックBKik(i=1,
2,・・・j、k=1,2,・・・n)を構成してい
る。読み出しブロックBKik内の4個のTMR素子1
2は、実際には、紙面に垂直な方向(Z方向)に互いに
重なり合っている。
The four TMR elements 12 stacked in the Z direction form one read block BKik (i = 1, 1).
2, ... J, k = 1, 2, ... N). Four TMR elements 1 in the read block BKik
2 actually overlap each other in the direction perpendicular to the paper surface (Z direction).

【0077】本例では、X方向に配置されるj個の読み
出しブロックBKikにより1つのロウが構成される。
メモリセルアレイ11は、n個のロウを有する。また、
Y方向に配置されるn個の読み出しブロックBKikに
より1つのカラムが構成される。メモリセルアレイ11
は、j個のカラムを有する。
In this example, one row is composed of j read blocks BKik arranged in the X direction.
The memory cell array 11 has n rows. Also,
One column is composed of n read blocks BKik arranged in the Y direction. Memory cell array 11
Has j columns.

【0078】ブロックBKik内の4個のTMR素子1
2の一端は、共通接続され、例えば、MOSトランジス
タから構成される読み出し選択スイッチ(ブロック選択
スイッチ又はロウ選択スイッチ)RSWを経由して、ソ
ース線SLi(i=1,2,・・・j)に接続される。
ソース線SLiは、Y方向に延び、例えば、1カラム内
に1本だけ設けられる。
Four TMR elements 1 in the block BKik
One end of 2 is commonly connected and, for example, via a read selection switch (block selection switch or row selection switch) RSW composed of a MOS transistor, a source line SLi (i = 1, 2, ... J). Connected to.
The source line SLi extends in the Y direction and, for example, only one source line is provided in one column.

【0079】ソース線SLiは、例えば、MOSトラン
ジスタから構成されるカラム選択スイッチ29Cを経由
して、接地点VSSに接続される。
The source line SLi is connected to the ground point VSS via the column selection switch 29C composed of, for example, a MOS transistor.

【0080】読み出し動作時、選択されたロウでは、読
み出しブロックBKik内の読み出し選択スイッチRS
Wがオン状態になる。また、選択されたカラムでは、カ
ラム選択スイッチ29Cがオン状態となるため、ソース
線SLiの電位は、接地電位VSSになる。即ち、選択
されたロウ及び選択されたカラムの交点に位置する読み
出しブロックBKik内のTMR素子12のみに読み出
し電流が流れる。
In the read operation, in the selected row, the read selection switch RS in the read block BKik is selected.
W is turned on. In the selected column, the column selection switch 29C is turned on, so that the potential of the source line SLi becomes the ground potential VSS. That is, the read current flows only to the TMR element 12 in the read block BKik located at the intersection of the selected row and the selected column.

【0081】なお、読み出し時、非選択のカラムでは、
カラム選択スイッチ29Cがオフ状態であるため、非選
択のカラムの読み出しブロックBKik内のTMR素子
12の他端は、互いに短絡された状態となる。
At the time of reading, in the non-selected columns,
Since the column selection switch 29C is in the off state, the other ends of the TMR elements 12 in the read block BKik of the non-selected column are short-circuited with each other.

【0082】この場合、非選択カラム内の読み出しビッ
ト線BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+2,B
L4(j−1)+3,BL4(j−1)+4の電位が異
なると、読み出し動作に影響を与えることもあるので、
非選択カラム内の読み出しビット線BL4(j−1)+
1,BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+3,B
L4(j−1)+4の電位については、それぞれ同電位
(例えば、接地電位)にしておく。
In this case, read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +2, B in the non-selected columns
If the potentials of L4 (j-1) +3 and BL4 (j-1) +4 are different, it may affect the read operation.
Read bit line BL4 (j-1) + in the non-selected column
1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) + 3, B
The potentials of L4 (j-1) +4 are set to the same potential (for example, ground potential).

【0083】読み出し動作時、非選択のロウでは、ブロ
ック選択スイッチRSWがオフ状態であるため、非選択
のロウの読み出しブロックBKik内のTMR素子12
の他端についても、互いに短絡された状態となる。
During the read operation, the TMR element 12 in the read block BKik of the non-selected row is in the non-selected row because the block selection switch RSW is in the off state.
The other ends of are also short-circuited with each other.

【0084】ここで、選択されたカラム及び非選択のロ
ウに属する読み出しブロックBKik内のTMR素子1
2の短絡は、選択されたロウ及びカラムに属する選択さ
れた読み出しブロックBKik内のTMR素子12の読
み出し動作に影響を与えることも考えられる。
Here, the TMR element 1 in the read block BKik belonging to the selected column and unselected row.
It is also possible that the short circuit of 2 affects the read operation of the TMR element 12 in the selected read block BKik belonging to the selected row and column.

【0085】従って、例えば、図3に示すように、各々
の読み出しブロックBKik内に、新たに、MOSトラ
ンジスタから構成されるブロック選択スイッチBSWを
設け、選択されたロウ及びカラムに属する選択された読
み出しブロックBKik内のTMR素子12のみに読み
出しビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−1)
+2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+4を
電気的に接続し、かつ、これらTMR素子のみに読み出
し電流を流すようにしてもよい。
Therefore, for example, as shown in FIG. 3, a block selection switch BSW composed of a MOS transistor is newly provided in each read block BKik, and the selected read belonging to the selected row and column is selected. Only the TMR elements 12 in the block BKik have read bit lines BL4 (j-1) +1 and BL4 (j-1).
Alternatively, +2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +4 may be electrically connected, and the read current may flow only to these TMR elements.

【0086】読み出しブロックBKik内の4個のTM
R素子12の他端は、それぞれ独立に読み出しビット線
BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+2,BL4
(j−1)+3,BL4(j−1)+4に接続される。
即ち、1つの読み出しブロックBKik内の4個のTM
R素子12に対応して、1つのカラム内には、4本の読
み出しビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−
1)+2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+
4が配置される。
Four TMs in the read block BKik
The other ends of the R elements 12 are independently read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4.
(J-1) +3, BL4 (j-1) +4.
That is, four TMs in one read block BKik
Corresponding to the R element 12, four read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j- are provided in one column.
1) +2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +
4 are arranged.

【0087】読み出しビット線BL4(j−1)+1,
BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+3,BL4
(j−1)+4は、Y方向に延び、その一端は、カラム
選択スイッチ(MOSトランジスタ)29Cを経由し
て、共通データ線30に接続される。共通データ線30
は、読み出し回路(例えば、センスアンプ、セレクタ及
び出力バッファを含む)29Bに接続される。
Read bit line BL4 (j-1) +1,
BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) +3, BL4
(J-1) +4 extends in the Y direction, and one end thereof is connected to the common data line 30 via the column selection switch (MOS transistor) 29C. Common data line 30
Is connected to a read circuit (including, for example, a sense amplifier, a selector, and an output buffer) 29B.

【0088】カラム選択スイッチ29Cには、カラム選
択線信号CSLi(i=0,1,・・・j)が入力され
る。カラムデコーダ32は、カラム選択線信号CSLi
を出力する。
A column selection line signal CSLi (i = 0, 1, ... J) is input to the column selection switch 29C. The column decoder 32 uses the column selection line signal CSLi.
Is output.

【0089】本例では、読み出しビット線BL4(j−
1)+1,BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+
3,BL4(j−1)+4は、書き込みビット線として
も機能する。
In this example, the read bit line BL4 (j-
1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) +
3, BL4 (j-1) +4 also function as a write bit line.

【0090】即ち、読み出し/書き込みビット線BL4
(j−1)+1,BL4(j−1)+2,BL4(j−
1)+3,BL4(j−1)+4の一端は、カラムデコ
ーダと書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路
ブロック29Aに接続され、その他端は、カラムデコー
ダと書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブ
ロック31に接続される。
That is, the read / write bit line BL4
(J-1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-
1) +3, BL4 (j-1) +4 has one end connected to a circuit block 29A including a column decoder and a write bit line driver / sinker, and the other end connected to a circuit block including a column decoder and a write bit line driver / sinker. 31 is connected.

【0091】書き込み動作時には、回路ブロック29
A,31が動作状態となる。そして、読み出し/書き込
みビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+
2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+4に
は、書き込みデータに応じて、回路ブロック29Aに向
う方向又は回路ブロック31に向う方向に、書き込み電
流が流れる。
At the time of writing operation, the circuit block 29
A and 31 are in the operating state. Then, the read / write bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +
A write current flows through 2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +4 in the direction toward the circuit block 29A or the circuit block 31, depending on the write data.

【0092】読み出しブロックBKikを構成する4つ
のTMR素子12の近傍には、X方向に延び、Z方向に
積み重ねられる複数本(本例では、4本)の書き込みワ
ード線WWL4(n−1)+1,WWL4(n−1)+
2,WWL4(n−1)+3,WWL4(n−1)+4
が配置される。但し、nは、ロウの番号であり、n=
1,2,・・・である。
In the vicinity of the four TMR elements 12 forming the read block BKik, a plurality of (4 in this example) write word lines WWL4 (n-1) +1 extending in the X direction and stacked in the Z direction are provided. , WWL4 (n-1) +
2, WWL4 (n-1) +3, WWL4 (n-1) +4
Are placed. However, n is a row number, and n =
1, 2, ...

【0093】本例では、X方向に延びる書き込みワード
線に関しては、1ロウ内の1つの段に1本の書き込みワ
ード線を配置している。即ち、選択された読み出しブロ
ックBKik内の1つのTMR素子に対しては、1本の
書き込みワード線を対応させている。この場合、X方向
に延びる1ロウ内の書き込みワード線の数は、TMR素
子12を積み重ねる段数と同じとなる。
In this example, with respect to the write word lines extending in the X direction, one write word line is arranged in one stage in one row. That is, one write word line is made to correspond to one TMR element in the selected read block BKik. In this case, the number of write word lines in one row extending in the X direction is the same as the number of stages in which the TMR elements 12 are stacked.

【0094】なお、図95及び図96に示すように、書
き込みワード線については、TMR素子12の直下の絶
縁膜の平坦化や製造コストの低下などを考慮して、複数
のTMR素子(上段のTMR素子と下段のTMR素子)
で、1本の書き込みワード線を共有するようにしてもよ
い。
As shown in FIGS. 95 and 96, with respect to the write word line, a plurality of TMR elements (in the upper stage) are taken into consideration in consideration of flattening of the insulating film immediately below the TMR element 12 and reduction in manufacturing cost. (TMR element and lower TMR element)
Therefore, one write word line may be shared.

【0095】ブロック内のTMR素子及びその近傍にお
ける具体的構造については、デバイス構造の項目におい
て詳述する。
The specific structure of the TMR element in the block and its vicinity will be described in detail in the item of device structure.

【0096】書き込みワード線WWL4(n−1)+
1,WWL4(n−1)+2,WWL4(n−1)+
3,WWL4(n−1)+4の一端は、書き込みワード
線ドライバ23A−nに接続され、その他端は、書き込
みワード線シンカー24−nに接続される。
Write word line WWL4 (n-1) +
1, WWL4 (n-1) +2, WWL4 (n-1) +
3, WWL4 (n-1) +4 has one end connected to the write word line driver 23A-n and the other end connected to the write word line sinker 24-n.

【0097】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWLn(n
=1,2,・・・)に接続される。読み出しワード線R
WLnは、1つのロウ内に1本だけ配置され、X方向に
配置される複数のブロックBKjkに共通となってい
る。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW has a read word line RWLn (n
= 1, 2, ...). Read word line R
Only one WLn is arranged in one row and it is common to a plurality of blocks BKjk arranged in the X direction.

【0098】例えば、1つのカラムが4つのブロックか
ら構成される場合、読み出しワード線RWLnの数は、
4本となる。読み出しワード線RWLnは、X方向に延
び、その一端は、読み出しワード線ドライバ23B−n
に接続される。
For example, when one column is composed of four blocks, the number of read word lines RWLn is
It will be four. The read word line RWLn extends in the X direction, and one end thereof is read word line driver 23B-n.
Connected to.

【0099】ところで、1つの読み出しブロックBKj
kを、図3に示すような回路構造にした場合、読み出し
ワード線RWLnは、ブロック選択スイッチ(MOSト
ランジスタ)BSWのゲートにも接続される。
By the way, one read block BKj
When k has a circuit structure as shown in FIG. 3, the read word line RWLn is also connected to the gate of the block selection switch (MOS transistor) BSW.

【0100】つまり、図3に示すような回路構造を採用
した場合、選択されたロウ、即ち、読み出しワード線R
WLnの電位が“H”レベルになったロウに存在するブ
ロックBKjk内の読み出し選択スイッチRSW及びブ
ロック選択スイッチBSWのみがオン状態となる。
That is, when the circuit structure as shown in FIG. 3 is adopted, the selected row, that is, the read word line R is selected.
Only the read selection switch RSW and the block selection switch BSW in the block BKjk existing in the row in which the potential of WLn becomes the “H” level are turned on.

【0101】ロウデコーダ25−nは、書き込み動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。書き込みワード線ドライバ23A−n
は、選択されたロウ内の書き込みワード線WWL4(n
−1)+1,WWL4(n−1)+2,WWL4(n−
1)+3,WWL4(n−1)+4に書き込み電流を供
給する。書き込み電流は、書き込みワード線シンカー2
4−nに吸収される。
The row decoder 25-n selects one of the plurality of rows based on the row address signal during the write operation. Write word line driver 23A-n
Is the write word line WWL4 (n
-1) +1, WWL4 (n-1) +2, WWL4 (n-
1) Supply write current to +3, WWL4 (n-1) +4. The write current is the write word line sinker 2
It is absorbed by 4-n.

【0102】ロウデコーダ25−nは、読み出し動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。読み出しワード線ドライバ23B−n
は、選択されたロウ内の読み出しワード線RWLnに読
み出し電圧(=“H”)を供給する。
The row decoder 25-n selects one of the plurality of rows based on the row address signal during the read operation. Read word line driver 23B-n
Supplies the read voltage (= "H") to the read word line RWLn in the selected row.

【0103】本例の磁気ランダムアクセスメモリでは、
1つのカラムは、複数の読み出しブロックから構成さ
れ、各読み出しブロック内の複数のTMR素子は、それ
ぞれ異なる読み出しビット線に接続されている。従っ
て、1回の読み出しステップにより、読み出しブロック
内の複数のTMR素子のデータを一度に読み出すことが
できる。
In the magnetic random access memory of this example,
One column is composed of a plurality of read blocks, and the plurality of TMR elements in each read block are connected to different read bit lines. Therefore, the data of a plurality of TMR elements in the read block can be read at once by one read step.

【0104】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子は、半導体基板上に複数段に積み重ねられ、また、
読み出しビット線は、書き込みビット線としても機能す
る。即ち、書き込みビット線としてのみ機能する配線を
セルアレイ内に設ける必要がないため、セルアレイ構造
を簡略化できる。
In addition, a plurality of TMRs in the read block
The elements are stacked in multiple stages on the semiconductor substrate, and
The read bit line also functions as a write bit line. That is, since it is not necessary to provide a wiring functioning only as a write bit line in the cell array, the cell array structure can be simplified.

【0105】また、読み出しブロック内には、読み出し
選択スイッチRSWとブロック選択スイッチ(図3の場
合)が設けられ、かつ、ソース線と接地点の間には、カ
ラム選択スイッチが接続されている。従って、読み出し
動作時に、非選択の読み出しブロック内のTMR素子が
読み出し動作に影響を与えることがなくなり、読み出し
動作を安定化させることができる。
Further, a read selection switch RSW and a block selection switch (in the case of FIG. 3) are provided in the read block, and a column selection switch is connected between the source line and the ground point. Therefore, during the read operation, the TMR elements in the unselected read block do not affect the read operation, and the read operation can be stabilized.

【0106】 デバイス構造1 次に、デバイス構造について説明する。図4及び図5
は、本発明の構造例1としての磁気ランダムアクセスメ
モリの1ブロック分のデバイス構造を示している。
Device Structure 1 Next, the device structure will be described. 4 and 5
2 shows a device structure for one block of the magnetic random access memory as Structural Example 1 of the present invention.

【0107】図4は、磁気ランダムアクセスメモリの1
ブロック分のY方向の断面を表し、図5は、磁気ランダ
ムアクセスメモリの1ブロック分のX方向の断面を表し
ている。図4及び図5に示される要素には、図1乃至図
3の回路の要素と対応がとれるように、図1乃至図3と
同じ符号が付してある。
FIG. 4 shows a magnetic random access memory 1
FIG. 5 shows a Y-direction cross section of a block, and FIG. 5 shows a X-direction cross section of one block of the magnetic random access memory. The elements shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 so as to correspond to the elements of the circuits in FIGS. 1 to 3.

【0108】半導体基板41の表面領域には、読み出し
選択スイッチ(MOSトランジスタ)RSWが配置され
る。読み出し選択スイッチRSWのソースは、コンタク
トプラグ42Fを介してソース線SLiに接続される。
ソース線SLiは、例えば、Y方向(カラム方向)に一
直線に延び、メモリセルアレイ領域の周辺部に設けられ
たカラム選択スイッチを経由して、接地点に接続され
る。
In the surface area of the semiconductor substrate 41, a read selection switch (MOS transistor) RSW is arranged. The source of the read selection switch RSW is connected to the source line SLi via the contact plug 42F.
The source line SLi extends, for example, in a straight line in the Y direction (column direction), and is connected to a ground point via a column selection switch provided in the peripheral portion of the memory cell array region.

【0109】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWLnとな
っている。読み出しワード線RWLnは、X方向に延び
ている。読み出し選択スイッチRSW上には、4個のT
MR素子(MTJ(MagneticTunnel Junction)素子)M
TJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4が複数段に積み
重ねられている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is the read word line RWLn. The read word line RWLn extends in the X direction. Four T's are provided on the read selection switch RSW.
MR element (MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element) M
TJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages.

【0110】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の一端(本例では、下端)は、下部電極4
4A,44B,44C,44Dに接続される。コンタク
トプラグ42A,42B,42C,42D,42E及び
中間層43は、下部電極44A,44B,44C,44
Dを互いに電気的に接続すると共に、下部電極44A,
44B,44C,44Dを読み出し選択スイッチRSW
のドレインに電気的に接続する。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, one end (lower end in this example) of MTJ4 is lower electrode 4
4A, 44B, 44C, 44D. The contact plugs 42A, 42B, 42C, 42D, 42E and the intermediate layer 43 include lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44.
D is electrically connected to each other, and the lower electrodes 44A,
44B, 44C and 44D are read out and selected switch RSW
Electrically connected to the drain of.

【0111】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の他端(本例では、上端)は、読み出し/
書き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に電
気的に接続される。読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4は、Y方向(カラム方向)
に延びている。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, the other end of MTJ4 (upper end in this example) is read /
It is electrically connected to the write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4. Read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 are in Y direction (column direction)
Extends to.

【0112】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、それぞれ独立に読み出し/書き込みビ
ット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続される。
即ち、4つのTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に対して、4本の読み出し/書き込みビッ
ト線BL1,BL2,BL3,BL4が設けられる。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are independently connected to the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.
That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
For 3, MTJ4, four read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are provided.

【0113】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、TMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4の直下であって、かつ、その近傍に
配置される。書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、X方向(ロウ方向)に延びてい
る。
Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 are TMR elements MTJ1, MTJ2,
It is arranged immediately below MTJ3 and MTJ4 and in the vicinity thereof. Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 extend in the X direction (row direction).

【0114】本例では、4つのTMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、4本の書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4が設
けられている。
In this example, four TMR elements MTJ1, M
Four write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 are provided for TJ2, MTJ3, MTJ4.

【0115】なお、本例では、TMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、その上部に、Y
方向に延びる読み出し/書き込みビット線BL1,BL
2,BL3,BL4が配置され、その下部に、X方向に
延びる書き込みワード線WWL1,WWL2,WWL
3,WWL4が配置される。
In this example, the TMR elements MTJ1, MJ
On top of TJ2, MTJ3, MTJ4, Y
Read / write bit lines BL1, BL extending in the direction
2, BL3, BL4 are arranged, and write word lines WWL1, WWL2, WWL extending in the X direction are arranged below them.
3, WWL4 are arranged.

【0116】しかし、TMR素子に対する読み出し/書
き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4と書き
込みワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4
の位置関係は、これに限定されるものではない。
However, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 and the write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 for the TMR element are used.
The positional relationship of is not limited to this.

【0117】例えば、図97及び図98に示すように、
TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4に
対して、その下部に、Y方向に延びる読み出し/書き込
みビット線BL1,BL2,BL3,BL4を配置し、
その上部に、X方向に延びる書き込みワード線WWL
1,WWL2,WWL3,WWL4を配置するようにし
てもよい。
For example, as shown in FIGS. 97 and 98,
Read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extending in the Y direction are arranged below the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4.
A write word line WWL extending in the X direction is provided above it.
1, WWL2, WWL3, WWL4 may be arranged.

【0118】また、図99及び図100に示すように、
書き込みワード線については、TMR素子12の直下の
絶縁膜の平坦化や製造コストの低下などを考慮して、複
数のTMR素子(上段のTMR素子と下段のTMR素
子)で、1本の書き込みワード線を共有するようにして
もよい。
Further, as shown in FIGS. 99 and 100,
With respect to the write word line, one write word is composed of a plurality of TMR elements (upper TMR element and lower TMR element) in consideration of flattening of the insulating film immediately below the TMR element 12 and reduction of manufacturing cost. You may make it share a line.

【0119】このようなデバイス構造によれば、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4は、それぞれ異なる読み出し/書き
込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続さ
れる。従って、1回の読み出しステップにより、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4のデータを一度に読み出すことがで
きる。
According to such a device structure, the plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are
MTJ3 and MTJ4 are connected to different read / write bit lines BL1, BL2, BL3 and BL4, respectively. Therefore, a plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are read by one read step.
The data of MTJ3 and MTJ4 can be read at one time.

【0120】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4は、半導
体基板41上に複数段に積み重ねられ、また、Y方向に
延びる配線は、読み出し/書き込みビット線BL1,B
L2,BL3,BL4のみである。このため、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の積み重ね
段数を多くしても、セルアレイ構造が複雑になることが
ない。
In addition, a plurality of TMRs in the read block
The elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages on the semiconductor substrate 41, and the wirings extending in the Y direction are read / write bit lines BL1, B.
Only L2, BL3 and BL4. Therefore, even if the number of stacked stages of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 is increased, the cell array structure does not become complicated.

【0121】図6は、図4及び図5のデバイス構造にお
いて、TMR素子、書き込みワード線及び読み出し/書
き込みビット線の位置関係を示している。図4及び図5
のデバイス構造では、複数段に積み重ねられたTMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の各段にお
いて、下部電極44A,44B,44C,44D、書き
込みワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4
及び読み出し/書き込みビット線BL1,BL2,BL
3,BL4が配置される。
FIG. 6 shows the positional relationship between the TMR element, the write word line, and the read / write bit line in the device structure shown in FIGS. 4 and 5. 4 and 5
In the device structure, the lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44D, the write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 are arranged in each stage of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 stacked in a plurality of stages.
And read / write bit lines BL1, BL2, BL
3, BL4 are arranged.

【0122】これらのレイアウトは、例えば、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の各段にお
いて、同じに設定される。
These layouts are set to be the same in each stage of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4, for example.

【0123】下部電極44A,44B,44C,44D
は、例えば、方形パターンを有し、その一部分に、コン
タクトプラグ42A〜42Eに対するコンタクト領域が
設けられている。また、下部電極44A,44B,44
C,44Dの他の部分には、TMR素子MTJ1,MT
J2,MTJ3,MTJ4が配置される。
Lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44D
Has, for example, a rectangular pattern, and a contact region for the contact plugs 42A to 42E is provided in a part thereof. In addition, the lower electrodes 44A, 44B, 44
The other parts of C and 44D have TMR elements MTJ1 and MT
J2, MTJ3 and MTJ4 are arranged.

【0124】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、書き込みワード線WWL1,WWL
2,WWL3,WWL4と読み出し/書き込みビット線
BL1,BL2,BL3,BL4の交点に配置される。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are write word lines WWL1, WWL
2, WWL3, WWL4 and read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.

【0125】 TMR素子の構造例 図7乃至図9は、TMR素子の構造例を示している。図
7の例に示すTMR素子は、最も基本的な構造であり、
2つの強磁性層とこれらに挟まれるトンネルバリア層を
有する。
Structural Example of TMR Element FIGS. 7 to 9 show structural examples of a TMR element. The TMR element shown in the example of FIG. 7 has the most basic structure,
It has two ferromagnetic layers and a tunnel barrier layer sandwiched between them.

【0126】2つの強磁性層のうち、磁化の向きが固定
される固定層(ピン層)には、磁化の向きを固定するた
めの反強磁性層が付加される。2つの強磁性層のうち、
磁化の向きを自由に変えることができる自由層(記憶
層)は、書き込みワード線と書き込みビット線によって
作られる合成磁界により、磁化の向きが決定される。
Among the two ferromagnetic layers, an antiferromagnetic layer for fixing the magnetization direction is added to the fixed layer (pin layer) whose magnetization direction is fixed. Of the two ferromagnetic layers
The magnetization direction of the free layer (memory layer) whose magnetization direction can be freely changed is determined by the synthetic magnetic field created by the write word line and the write bit line.

【0127】図8の例に示すTMR素子は、図7の例の
TMR素子に比べて、バイアス電圧を増大させることを
目的に、TMR素子内に2つのトンネルバリア層を設け
たものである。
The TMR element shown in the example of FIG. 8 is provided with two tunnel barrier layers in the TMR element for the purpose of increasing the bias voltage as compared with the TMR element of the example of FIG.

【0128】図8のTMR素子は、図7のTMR素子を
2個直列接続した構造(ダブルジャンクション構造)を
有する、と言うこともできる。
It can be said that the TMR element of FIG. 8 has a structure (double junction structure) in which two TMR elements of FIG. 7 are connected in series.

【0129】本例では、TMR素子は、3つの強磁性層
を有し、それらの間には、トンネルバリア層が配置され
る。両端の2つの強磁性層(ピン層)には、それぞれ反
強磁性層が付加されている。3つの強磁性層のうち、磁
化の向きを自由に変えることができる自由層(記憶層)
は、真ん中の強磁性層となっている。
In this example, the TMR element has three ferromagnetic layers, and a tunnel barrier layer is arranged between them. An antiferromagnetic layer is added to each of the two ferromagnetic layers (pin layers) at both ends. Of the three ferromagnetic layers, the free layer (memory layer) whose magnetization direction can be changed freely.
Is the middle ferromagnetic layer.

【0130】図9の例に示すTMR素子は、図7の例の
TMR素子に比べて、記憶層としての強磁性層内におけ
る磁力線を閉じ易くしたものである。
The TMR element shown in the example of FIG. 9 makes it easier to close the lines of magnetic force in the ferromagnetic layer as the storage layer than the TMR element of the example of FIG.

【0131】本例のTMR素子は、図7のTMR素子の
記憶層を、2つの強磁性層とそれらの間に挟まれる非磁
性金属層(例えば、アルミニウム)とから構成される記
憶層に代えたものと言うことができる。
In the TMR element of this example, the memory layer of the TMR element of FIG. 7 is replaced with a memory layer composed of two ferromagnetic layers and a nonmagnetic metal layer (eg, aluminum) sandwiched between them. It can be said that

【0132】TMR素子の記憶層が、2つの強磁性層
と、それらの間に挟まれる非磁性金属層とからなる3層
構造を有することにより、記憶層を構成する2つの強磁
性層内で磁力線が閉じ易くなる。即ち、記憶層を構成す
る2つの強磁性層内に反磁界成分が発生することを防止
できるため、MR比の向上などを実現できる。
Since the storage layer of the TMR element has a three-layer structure consisting of two ferromagnetic layers and a non-magnetic metal layer sandwiched between them, the storage layer has two ferromagnetic layers. The lines of magnetic force are easier to close. That is, since it is possible to prevent the demagnetizing field component from being generated in the two ferromagnetic layers forming the storage layer, it is possible to improve the MR ratio.

【0133】以上、TMR素子の構造例について説明し
たが、本発明(回路構造、デバイス構造、読み出し動作
原理、読み出し回路及び製造方法)に関しては、TMR
素子の構造は、特に、限定されるものではない。上述し
た3つの構造例は、単に、TMR素子の構造の代表例と
して、示したに過ぎない。
Although the structural example of the TMR element has been described above, the present invention (circuit structure, device structure, read operation principle, read circuit and manufacturing method) is related to the TMR element.
The structure of the element is not particularly limited. The three structural examples described above are merely shown as typical examples of the structure of the TMR element.

【0134】(2) 構造例2 構造例2は、構造例1の変形例である。構造例2の特徴
は、構造例1と比べると、読み出し選択スイッチの向き
にある。即ち、構造例2では、構造例1の読み出し選択
スイッチを90°回転させた構造を有している。
(2) Structural Example 2 Structural example 2 is a modification of structural example 1. The characteristic of the structure example 2 is in the direction of the read selection switch as compared with the structure example 1. That is, the structure example 2 has a structure in which the read selection switch of the structure example 1 is rotated by 90 °.

【0135】 回路構造 まず、回路構造について説明する。図10は、本発明の
構造例2としての磁気ランダムアクセスメモリの主要部
を示している。なお、図10の回路図は、図2の回路図
に対応している。構造例2におけるメモリセルアレイ及
びその周辺部の概要は、図1と同じとなる。
Circuit Structure First, the circuit structure will be described. FIG. 10 shows a main part of a magnetic random access memory as Structural Example 2 of the present invention. The circuit diagram of FIG. 10 corresponds to the circuit diagram of FIG. The outline of the memory cell array and its peripheral portion in Structural Example 2 is the same as that in FIG.

【0136】ブロックBK11内の4個のTMR素子M
TJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の一端は、例え
ば、MOSトランジスタから構成される読み出し選択ス
イッチ(ブロック選択スイッチ又はロウ選択スイッチ)
RSWを経由して、ソース線SL1に接続される。
Four TMR elements M in the block BK11
One end of each of TJ1, MTJ2, MTJ3 and MTJ4 has, for example, a read selection switch (block selection switch or row selection switch) composed of a MOS transistor.
It is connected to the source line SL1 via RSW.

【0137】読み出し選択スイッチRSWは、そのソー
スとドレインを結ぶ線がX方向に平行となっている。即
ち、読み出し選択スイッチRSWのチャネル長は、読み
出し選択スイッチRSWのチャネルのX方向の長さとな
っており、そのチャネル幅は、読み出し選択スイッチR
SWのチャネルのY方向の幅となっている。
In the read selection switch RSW, the line connecting the source and the drain is parallel to the X direction. That is, the channel length of the read selection switch RSW is the length in the X direction of the channel of the read selection switch RSW, and the channel width is the read selection switch RSW.
It is the width of the SW channel in the Y direction.

【0138】読み出し選択スイッチRSWのゲートは、
Y方向に延び、所定の箇所で、X方向に延びる読み出し
ワード線RWL1に結合される。
The gate of the read selection switch RSW is
The read word line RWL1 extending in the Y direction and extending in the X direction is coupled at a predetermined position.

【0139】ソース線SL1は、Y方向に延び、例え
ば、1カラム内に1本だけ配置される。ソース線SL1
は、例えば、MOSトランジスタから構成されるカラム
選択スイッチ29Cを経由して、接地点に接続される。
The source line SL1 extends in the Y direction and, for example, only one source line SL1 is arranged in one column. Source line SL1
Is connected to a ground point via a column selection switch 29C composed of a MOS transistor, for example.

【0140】読み出し動作時、読み出しブロックBK1
1が選択されたとすると、読み出しブロック11内の読
み出し選択スイッチRSWがオン状態になる。また、カ
ラム選択スイッチ29Cがオン状態となるため、ソース
線SL1の電位は、接地電位になる。即ち、読み出しブ
ロックBK11内のTMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4に読み出し電流が流れる。
During the read operation, the read block BK1
If 1 is selected, the read selection switch RSW in the read block 11 is turned on. Further, since the column selection switch 29C is turned on, the potential of the source line SL1 becomes the ground potential. That is, the TMR elements MTJ1, MTJ2, M in the read block BK11
A read current flows through TJ3 and MTJ4.

【0141】読み出しブロックBK11内の4個のTM
R素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の他端
は、それぞれ独立に読み出しビット線BL1,BL2,
BL3,BL4に接続される。即ち、読み出しブロック
BK11内の4個のTMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4に対応して、4本の読み出しビット線
BL1,BL2,BL3,BL4が配置される。
Four TMs in the read block BK11
The other ends of the R elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are independently read bit lines BL1, BL2.
It is connected to BL3 and BL4. That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, M in the read block BK11 are
Four read bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are arranged corresponding to TJ3, MTJ4.

【0142】読み出しビット線BL1,BL2,BL
3,BL4は、Y方向に延び、その一端は、カラム選択
スイッチ(MOSトランジスタ)29Cを経由して、共
通データ線30に接続される。共通データ線30は、読
み出し回路(例えば、センスアンプ、セレクタ及び出力
バッファを含む)29Bに接続される。
Read bit lines BL1, BL2, BL
3 and BL4 extend in the Y direction, and one ends thereof are connected to the common data line 30 via a column selection switch (MOS transistor) 29C. The common data line 30 is connected to a read circuit (including, for example, a sense amplifier, a selector, and an output buffer) 29B.

【0143】カラム選択スイッチ29Cには、カラム選
択線信号CSL1が入力される。カラムデコーダ32
は、カラム選択線信号CSL1を出力する。
A column selection line signal CSL1 is input to the column selection switch 29C. Column decoder 32
Outputs a column selection line signal CSL1.

【0144】本例では、読み出しビット線BL1,BL
2,BL3,BL4は、書き込みビット線としても機能
する。
In this example, the read bit lines BL1, BL
2, BL3 and BL4 also function as write bit lines.

【0145】即ち、読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4の一端は、カラムデコーダ
と書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブロ
ック29Aに接続され、その他端は、カラムデコーダと
書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブロッ
ク31に接続される。
That is, the read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 have one ends connected to a circuit block 29A including a column decoder and a write bit line driver / sinker, and the other ends connected to a circuit block 31 including a column decoder and a write bit line driver / sinker. It

【0146】書き込み動作時には、回路ブロック29
A,31が動作状態となる。そして、読み出し/書き込
みビット線BL1,BL2,BL3,BL4には、書き
込みデータに応じて、回路ブロック29Aに向う方向又
は回路ブロック31に向う方向に、書き込み電流が流れ
る。
In the write operation, the circuit block 29
A and 31 are in the operating state. Then, a write current flows through the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 in the direction toward the circuit block 29A or the circuit block 31, depending on the write data.

【0147】読み出しブロックBK11を構成する4つ
のTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4
の近傍には、X方向に延び、Z方向に積み重ねられる複
数本(本例では、4本)の書き込みワード線WWL1,
WWL2,WWL3,WWL4が配置される。
Four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 constituting the read block BK11.
In the vicinity of the plurality of (4 in this example) write word lines WWL1, which extend in the X direction and are stacked in the Z direction.
WWL2, WWL3 and WWL4 are arranged.

【0148】本例では、X方向に延びる書き込みワード
線に関しては、1ロウ内の1つの段に1本の書き込みワ
ード線を配置している。即ち、読み出しブロックBK1
1内の1つのTMR素子に対しては、1本の書き込みワ
ード線を対応させている。この場合、X方向に延びる1
ロウ内の書き込みワード線の数は、TMR素子MTJ
1,MTJ2,MTJ3,MTJ4を積み重ねる段数と
同じとなる。
In this example, with respect to the write word lines extending in the X direction, one write word line is arranged in one stage in one row. That is, the read block BK1
One TMR element in 1 corresponds to one write word line. In this case, 1 extending in the X direction
The number of write word lines in a row depends on the TMR element MTJ.
It is the same as the number of stacking 1, MTJ2, MTJ3, MTJ4.

【0149】なお、図101に示すように、書き込みワ
ード線については、TMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4の直下の絶縁膜の平坦化や製造コスト
の低下などを考慮して、複数のTMR素子(上段のTM
R素子と下段のTMR素子)で、1本の書き込みワード
線を共有するようにしてもよい。
As shown in FIG. 101, for the write word line, the TMR elements MTJ1, MTJ2, M are used.
In consideration of the flattening of the insulating film immediately below TJ3 and MTJ4 and the reduction of manufacturing cost, a plurality of TMR elements (the upper TM
One write word line may be shared by the R element and the lower TMR element.

【0150】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4の一端は、書き込みワード線ドライバ
23A−nに接続され、その他端は、書き込みワード線
シンカー24−nに接続される。
Write word lines WWL1, WWL2, W
One end of WL3 and WWL4 is connected to the write word line driver 23A-n, and the other end is connected to the write word line sinker 24-n.

【0151】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWL1に接
続される。読み出しワード線RWL1は、1つのロウ内
に1本だけ配置され、X方向に配置される複数のブロッ
クに共通となっている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is connected to the read word line RWL1. Only one read word line RWL1 is arranged in one row and it is common to a plurality of blocks arranged in the X direction.

【0152】ロウデコーダ25−1は、書き込み動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。書き込みワード線ドライバ23A−n
は、選択されたロウ内の書き込みワード線WWL1,W
WL2,WWL3,WWL4に書き込み電流を供給す
る。書き込み電流は、書き込みワード線シンカーに吸収
される。
Row decoder 25-1 selects one of a plurality of rows based on a row address signal during a write operation. Write word line driver 23A-n
Is the write word lines WWL1, W in the selected row.
A write current is supplied to WL2, WWL3 and WWL4. The write current is absorbed by the write word line sinker.

【0153】ロウデコーダ25−1は、読み出し動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。読み出しワード線ドライバ23B−1
は、選択されたロウ内の読み出しワード線RWL1に読
み出し電圧(=“H”)を供給する。
Row decoder 25-1 selects one of a plurality of rows based on a row address signal during a read operation. Read word line driver 23B-1
Supplies a read voltage (= “H”) to the read word line RWL1 in the selected row.

【0154】本例の磁気ランダムアクセスメモリでは、
1つのカラムは、複数の読み出しブロックから構成さ
れ、各読み出しブロック内の複数のTMR素子は、それ
ぞれ異なる読み出しビット線に接続されている。従っ
て、1回の読み出しステップにより、読み出しブロック
内の複数のTMR素子のデータを一度に読み出すことが
できる。
In the magnetic random access memory of this example,
One column is composed of a plurality of read blocks, and the plurality of TMR elements in each read block are connected to different read bit lines. Therefore, the data of a plurality of TMR elements in the read block can be read at once by one read step.

【0155】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子は、半導体基板上に複数段に積み重ねられ、また、
読み出しビット線は、書き込みビット線としても機能す
る。即ち、書き込みビット線としてのみ機能する配線を
セルアレイ内に設ける必要がないため、セルアレイ構造
を簡略化できる。
In addition, a plurality of TMRs in the read block
The elements are stacked in multiple stages on the semiconductor substrate, and
The read bit line also functions as a write bit line. That is, since it is not necessary to provide a wiring functioning only as a write bit line in the cell array, the cell array structure can be simplified.

【0156】また、読み出しブロック内には、読み出し
選択スイッチRSWが設けられ、かつ、ソース線と接地
点の間には、カラム選択スイッチが接続されている。従
って、読み出し動作時に、非選択の読み出しブロック内
のTMR素子が読み出し動作に影響を与えることが少な
く、読み出し動作を安定化できる。
A read selection switch RSW is provided in the read block, and a column selection switch is connected between the source line and the ground point. Therefore, during the read operation, the TMR elements in the unselected read block rarely affect the read operation, and the read operation can be stabilized.

【0157】 デバイス構造 次に、デバイス構造について説明する。図11及び図1
2は、本発明の構造例2としての磁気ランダムアクセス
メモリの1ブロック分のデバイス構造を示している。
Device Structure Next, the device structure will be described. 11 and 1
2 shows the device structure for one block of the magnetic random access memory as Structural Example 2 of the present invention.

【0158】図11は、磁気ランダムアクセスメモリの
1ブロック分のY方向の断面を表し、図12は、磁気ラ
ンダムアクセスメモリの1ブロック分のX方向の断面を
表している。図11及び図12に示される要素には、図
9の回路の要素と対応がとれるように、図9と同じ符号
が付してある。
FIG. 11 shows a Y-direction cross section of one block of the magnetic random access memory, and FIG. 12 shows a X-direction cross section of one block of the magnetic random access memory. The elements shown in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 9 so as to correspond to the elements of the circuit in FIG.

【0159】半導体基板41の表面領域には、読み出し
選択スイッチ(MOSトランジスタ)RSWが配置され
る。読み出し選択スイッチRSWのソースは、コンタク
トプラグ42Fを介してソース線SLiに接続される。
ソース線SLiは、例えば、Y方向(カラム方向)に一
直線に延び、メモリセルアレイ領域の周辺部に設けられ
たカラム選択スイッチを経由して、接地点に接続され
る。
In the surface area of the semiconductor substrate 41, a read selection switch (MOS transistor) RSW is arranged. The source of the read selection switch RSW is connected to the source line SLi via the contact plug 42F.
The source line SLi extends, for example, in a straight line in the Y direction (column direction), and is connected to a ground point via a column selection switch provided in the peripheral portion of the memory cell array region.

【0160】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWLnとな
っている。読み出しワード線RWLnは、X方向に延び
ている。読み出し選択スイッチRSW上には、4個のT
MR素子(MTJ(MagneticTunnel Junction)素子)M
TJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4が複数段に積み
重ねられている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is the read word line RWLn. The read word line RWLn extends in the X direction. Four T's are provided on the read selection switch RSW.
MR element (MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element) M
TJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages.

【0161】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の一端(本例では、下端)は、下部電極4
4A,44B,44C,44Dに接続される。コンタク
トプラグ42A,42B,42C,42D,42E及び
中間層43は、下部電極44A,44B,44C,44
Dを互いに電気的に接続すると共に、下部電極44A,
44B,44C,44Dを読み出し選択スイッチRSW
のドレインに電気的に接続する。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, one end (lower end in this example) of MTJ4 is lower electrode 4
4A, 44B, 44C, 44D. The contact plugs 42A, 42B, 42C, 42D, 42E and the intermediate layer 43 include lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44.
D is electrically connected to each other, and the lower electrodes 44A,
44B, 44C and 44D are read out and selected switch RSW
Electrically connected to the drain of.

【0162】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の他端(本例では、上端)は、読み出し/
書き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に電
気的に接続される。読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4は、Y方向(カラム方向)
に延びている。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, the other end of MTJ4 (upper end in this example) is read /
It is electrically connected to the write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4. Read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 are in Y direction (column direction)
Extends to.

【0163】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、それぞれ独立に読み出し/書き込みビ
ット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続される。
即ち、4つのTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に対して、4本の読み出し/書き込みビッ
ト線BL1,BL2,BL3,BL4が設けられる。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are independently connected to the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.
That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
For 3, MTJ4, four read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are provided.

【0164】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、TMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4の直下であって、かつ、その近傍に
配置される。書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、X方向(ロウ方向)に延びてい
る。
Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 are TMR elements MTJ1, MTJ2,
It is arranged immediately below MTJ3 and MTJ4 and in the vicinity thereof. Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 extend in the X direction (row direction).

【0165】本例では、4つのTMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、4本の書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4が設
けられている。
In this example, four TMR elements MTJ1, M
Four write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 are provided for TJ2, MTJ3, MTJ4.

【0166】なお、本例では、TMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、その上部に、Y
方向に延びる読み出し/書き込みビット線BL1,BL
2,BL3,BL4が配置され、その下部に、X方向に
延びる書き込みワード線WWL1,WWL2,WWL
3,WWL4が配置される。
In this example, the TMR elements MTJ1, MJ
On top of TJ2, MTJ3, MTJ4, Y
Read / write bit lines BL1, BL extending in the direction
2, BL3, BL4 are arranged, and write word lines WWL1, WWL2, WWL extending in the X direction are arranged below them.
3, WWL4 are arranged.

【0167】しかし、TMR素子に対する読み出し/書
き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4と書き
込みワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4
の位置関係は、これに限定されるものではない。
However, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 and the write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 for the TMR element are used.
The positional relationship of is not limited to this.

【0168】例えば、図102及び図103に示すよう
に、TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ
4に対して、その下部に、Y方向に延びる読み出し/書
き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4を配置
し、その上部に、X方向に延びる書き込みワード線WW
L1,WWL2,WWL3,WWL4を配置するように
してもよい。
For example, as shown in FIGS. 102 and 103, TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ.
4, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extending in the Y direction are arranged below and the write word line WW extending in the X direction is arranged above them.
L1, WWL2, WWL3, WWL4 may be arranged.

【0169】また、図104及び図105に示すよう
に、書き込みワード線については、TMR素子12の直
下の絶縁膜の平坦化や製造コストの低下などを考慮し
て、複数のTMR素子(上段のTMR素子と下段のTM
R素子)で、1本の書き込みワード線を共有するように
してもよい。
Further, as shown in FIGS. 104 and 105, regarding the write word line, a plurality of TMR elements (in the upper stage) are taken into consideration in consideration of flattening of the insulating film immediately below the TMR element 12 and reduction of manufacturing cost. TMR element and lower TM
One write word line may be shared by R elements.

【0170】このようなデバイス構造によれば、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4は、それぞれ異なる読み出し/書き
込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続さ
れる。従って、1回の読み出しステップにより、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4のデータを一度に読み出すことがで
きる。
According to such a device structure, a plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are arranged.
MTJ3 and MTJ4 are connected to different read / write bit lines BL1, BL2, BL3 and BL4, respectively. Therefore, a plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are read by one read step.
The data of MTJ3 and MTJ4 can be read at one time.

【0171】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4は、半導
体基板41上に複数段に積み重ねられ、また、Y方向に
延びる配線は、読み出し/書き込みビット線BL1,B
L2,BL3,BL4のみである。このため、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の積み重ね
段数を多くしても、セルアレイ構造が複雑になることが
ない。
Also, a plurality of TMRs in the read block
The elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages on the semiconductor substrate 41, and the wirings extending in the Y direction are read / write bit lines BL1, B.
Only L2, BL3 and BL4. Therefore, even if the number of stacked stages of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 is increased, the cell array structure does not become complicated.

【0172】(3) 構造例3 構造例3は、構造例1の変形例である。構造例3の特徴
は、構造例1と比べると、読み出し選択スイッチのゲー
トとソースに接続される配線にある。
(3) Structural Example 3 Structural Example 3 is a modification of Structural Example 1. The feature of Structural Example 3 lies in the wiring connected to the gate and the source of the read selection switch, as compared with Structural Example 1.

【0173】即ち、構造例3では、読み出し選択スイッ
チのゲートは、デコード線に接続され、そのソースは、
読み出しワード線に接続される。読み出しブロック内の
読み出し選択スイッチは、カラムアドレス信号により選
択される。
That is, in Structural Example 3, the gate of the read selection switch is connected to the decode line, and the source thereof is
It is connected to the read word line. The read selection switch in the read block is selected by the column address signal.

【0174】 回路構造 まず、回路構造について説明する。図13は、本発明の
構造例3としての磁気ランダムアクセスメモリの主要部
を示している。図14は、図13のカラム選択スイッチ
の一例を示している。
Circuit Structure First, the circuit structure will be described. FIG. 13 shows a main part of a magnetic random access memory as Structural Example 3 of the present invention. FIG. 14 shows an example of the column selection switch shown in FIG.

【0175】メモリセルアレイ11は、X方向、Y方向
及びZ方向にアレイ状に配置される複数のTMR素子1
2を有する。ここで、Z方向とは、X方向及びY方向に
直交する紙面に垂直な方向をいうものとする。
The memory cell array 11 comprises a plurality of TMR elements 1 arranged in an array in the X, Y and Z directions.
Have two. Here, the Z direction means a direction perpendicular to the paper surface orthogonal to the X direction and the Y direction.

【0176】メモリセルアレイ11は、X方向に配置さ
れるj個のTMR素子12と、Y方向に配置されるn個
のTMR素子12と、Z方向に積み重ねられる4個のT
MR素子12とからなるセルアレイ構造を有する。Z方
向に積み重ねされるTMR素子12の数は、4個である
が、その数は、複数個であれば、いくつであっても構わ
ない。
The memory cell array 11 includes j TMR elements 12 arranged in the X direction, n TMR elements 12 arranged in the Y direction, and four TMR elements 12 stacked in the Z direction.
It has a cell array structure including the MR element 12. The number of TMR elements 12 stacked in the Z direction is four, but the number may be any number as long as it is plural.

【0177】Z方向に積み重ねられた4個のTMR素子
12は、1つの読み出しブロックBKik(i=0,
1,・・・j、k=0,1,・・・n)を構成してい
る。読み出しブロックBKik内の4個のTMR素子1
2は、実際には、紙面に垂直な方向(Z方向)に互いに
重なり合っている。
The four TMR elements 12 stacked in the Z direction form one read block BKik (i = 0,
1, ... J, k = 0, 1, ... N). Four TMR elements 1 in the read block BKik
2 actually overlap each other in the direction perpendicular to the paper surface (Z direction).

【0178】本例では、X方向に配置されるj個の読み
出しブロックBKikにより1つのロウが構成される。
メモリセルアレイ11は、n個のロウを有する。また、
Y方向に配置されるn個の読み出しブロックBKikに
より1つのカラムが構成される。メモリセルアレイ11
は、j個のカラムを有する。
In this example, j read blocks BKik arranged in the X direction form one row.
The memory cell array 11 has n rows. Also,
One column is composed of n read blocks BKik arranged in the Y direction. Memory cell array 11
Has j columns.

【0179】ブロックBKik内の4個のTMR素子1
2の一端は、例えば、MOSトランジスタから構成され
る読み出し選択スイッチ(ブロック選択スイッチ又はロ
ウ選択スイッチ)RSWを経由して、読み出しワード線
RWLn(n=1,2,・・・)に接続される。読み出
しワード線RWLnは、X方向に延び、例えば、1ロウ
内に1本だけ設けられる。
Four TMR elements 1 in the block BKik
One end of 2 is connected to a read word line RWLn (n = 1, 2, ...) Through a read selection switch (block selection switch or row selection switch) RSW composed of a MOS transistor, for example. . The read word line RWLn extends in the X direction, and for example, only one read word line RWLn is provided in one row.

【0180】読み出し選択スイッチRSWのゲートは、
デコード線DLi(i=1,2,・・・j)に接続され
る。デコード線DLiは、Y方向に延び、例えば、1カ
ラム内に1本だけ設けられる。デコード線DLiの一端
は、カラムデコーダ32に接続される。
The gate of the read selection switch RSW is
It is connected to the decode line DLi (i = 1, 2, ... J). The decode line DLi extends in the Y direction, and for example, only one decode line is provided in one column. One end of the decode line DLi is connected to the column decoder 32.

【0181】なお、本例では、デコード線DLiは、カ
ラムデコーダ32に接続される。即ち、同一のカラムに
存在するカラム選択スイッチと読み出しブロック内の読
み出し選択スイッチは、同じ動作を行う。
In this example, the decode line DLi is connected to the column decoder 32. That is, the column selection switch existing in the same column and the read selection switch in the read block perform the same operation.

【0182】例えば、カラムデコーダ32がカラム選択
信号CSL1を“H”レベルにしたとき、読み出しブロ
ックBK11,・・・BK1nが属するカラムのカラム
選択スイッチがオン状態となると共に、読み出しブロッ
クBK11,・・・BK1n内の読み出し選択スイッチ
RSWがオン状態となる。
For example, when the column decoder 32 sets the column selection signal CSL1 to the "H" level, the column selection switch of the column to which the read blocks BK11, ... BK1n belong is turned on and the read blocks BK11 ,. The read selection switch RSW in BK1n is turned on.

【0183】本例では、カラムデコーダ32から出力さ
れるカラム選択信号CSLi(i=1,2,・・・j)
を用いて、カラム選択スイッチ29Cと読み出しブロッ
クBKik内の読み出し選択スイッチRSWの双方を制
御するようにしている。
In this example, the column selection signal CSLi (i = 1, 2, ... J) output from the column decoder 32 is used.
Is used to control both the column selection switch 29C and the read selection switch RSW in the read block BKik.

【0184】但し、これに代えて、例えば、図15に示
すように、カラム選択スイッチ29Cを制御する信号と
読み出しブロックBKik内の読み出し選択スイッチR
SWを制御する信号を異なるものとしてもよい。
However, instead of this, for example, as shown in FIG. 15, a signal for controlling the column selection switch 29C and the read selection switch R in the read block BKik.
The signal controlling the SW may be different.

【0185】即ち、図15の例では、カラム選択スイッ
チ29Cは、カラムデコーダ32Aから出力されるカラ
ム選択信号CSL1により制御され、読み出しブロック
BK11内の読み出し選択スイッチRSWは、カラムデ
コーダ32Bから出力されるブロック選択信号BSL1
により制御される。
That is, in the example of FIG. 15, the column selection switch 29C is controlled by the column selection signal CSL1 output from the column decoder 32A, and the read selection switch RSW in the read block BK11 is output from the column decoder 32B. Block selection signal BSL1
Controlled by.

【0186】なお、読み出し回路の項目で説明するが、
カラムデコーダ32Aとカラムデコーダ32Bは、全く
同じ構成となる。
The read circuit will be described below.
The column decoder 32A and the column decoder 32B have exactly the same configuration.

【0187】読み出し動作時、選択されたロウでは、読
み出しワード線RWLnの電位が“L”レベルとなる。
また、選択されたカラムでは、上述したように、読み出
しブロックBKik内の読み出し選択スイッチRSWが
オン状態になる。
In the read operation, the potential of the read word line RWLn becomes the “L” level in the selected row.
Further, in the selected column, the read selection switch RSW in the read block BKik is turned on as described above.

【0188】従って、選択されたロウ及び選択されたカ
ラムの交点に位置する読み出しブロックBKik内のT
MR素子12のみに読み出し電流が流れる。
Therefore, T in the read block BKik located at the intersection of the selected row and the selected column.
A read current flows only in the MR element 12.

【0189】なお、読み出し時、非選択のカラムでは、
読み出しブロックBKik内の読み出し選択スイッチR
SWがオフ状態であるため、非選択のカラムの読み出し
ブロックBKik内のTMR素子12の他端は、互いに
短絡された状態となる。
[0189] Note that at the time of reading, in the non-selected columns,
Read selection switch R in the read block BKik
Since the SW is in the OFF state, the other ends of the TMR elements 12 in the read block BKik of the non-selected column are short-circuited with each other.

【0190】この場合、非選択カラム内の読み出しビッ
ト線BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+2,B
L4(j−1)+3,BL4(j−1)+4の電位が異
なると、読み出し動作に影響を与えることもあるので、
非選択カラム内の読み出しビット線BL4(j−1)+
1,BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+3,B
L4(j−1)+4の電位については、それぞれ同電位
(例えば、接地電位)にしておく。
In this case, read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +2, B in the non-selected column
If the potentials of L4 (j-1) +3 and BL4 (j-1) +4 are different, it may affect the read operation.
Read bit line BL4 (j-1) + in the non-selected column
1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) + 3, B
The potentials of L4 (j-1) +4 are set to the same potential (for example, ground potential).

【0191】読み出し動作時、選択されたカラム、非選
択のロウでは、例えば、読み出しワード線RWLnが、
フローティング状態(固定電位、例えば、選択されたビ
ット線と同電位でもよい。)に設定される。この場合、
選択されたカラム、非選択のロウでは、読み出しブロッ
クBKik内の読み出し選択スイッチRSWがオン状態
であるため、ブロックBKik内のTMR素子12の他
端が、互いに短絡された状態となる。
In the read operation, in the selected column and unselected row, for example, the read word line RWLn is
It is set to a floating state (fixed potential, for example, the same potential as the selected bit line). in this case,
In the selected column and unselected row, the read selection switch RSW in the read block BKik is in the ON state, so that the other ends of the TMR elements 12 in the block BKik are short-circuited to each other.

【0192】ここで、選択されたカラム及び非選択のロ
ウに属する読み出しブロックBKik内のTMR素子1
2の短絡は、選択されたロウ及びカラムに属する選択さ
れた読み出しブロックBKik内のTMR素子12の読
み出し動作に影響を与えることも考えられる。
Here, the TMR element 1 in the read block BKik belonging to the selected column and unselected row.
It is also possible that the short circuit of 2 affects the read operation of the TMR element 12 in the selected read block BKik belonging to the selected row and column.

【0193】従って、例えば、図16に示すように、各
々の読み出しブロックBKik内に、新たに、MOSト
ランジスタから構成されるブロック選択スイッチBSW
を設け、選択されたロウ及びカラムに属する選択された
読み出しブロックBKik内のTMR素子12のみに読
み出しビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−
1)+2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+
4を電気的に接続し、かつ、これらTMR素子のみに読
み出し電流を流すようにしてもよい。
Therefore, for example, as shown in FIG. 16, in each read block BKik, a block selection switch BSW newly formed of a MOS transistor is provided.
And the read bit lines BL4 (j−1) +1, BL4 (j−) are provided only to the TMR elements 12 in the selected read block BKik belonging to the selected row and column.
1) +2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +
4 may be electrically connected, and the read current may flow through only these TMR elements.

【0194】読み出しブロックBKik内の4個のTM
R素子12の他端は、それぞれ独立に読み出しビット線
BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+2,BL4
(j−1)+3,BL4(j−1)+4に接続される。
即ち、1つの読み出しブロックBKik内の4個のTM
R素子12に対応して、1つのカラム内には、4本の読
み出しビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−
1)+2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+
4が配置される。
Four TMs in the read block BKik
The other ends of the R elements 12 are independently read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4.
(J-1) +3, BL4 (j-1) +4.
That is, four TMs in one read block BKik
Corresponding to the R element 12, four read bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j- are provided in one column.
1) +2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +
4 are arranged.

【0195】読み出しビット線BL4(j−1)+1,
BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+3,BL4
(j−1)+4は、Y方向に延び、その一端は、カラム
選択スイッチ(MOSトランジスタ)29Cを経由し
て、共通データ線30に接続される。共通データ線30
は、読み出し回路(例えば、センスアンプ、セレクタ及
び出力バッファを含む)29Bに接続される。
Read bit line BL4 (j-1) +1,
BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) +3, BL4
(J-1) +4 extends in the Y direction, and one end thereof is connected to the common data line 30 via the column selection switch (MOS transistor) 29C. Common data line 30
Is connected to a read circuit (including, for example, a sense amplifier, a selector, and an output buffer) 29B.

【0196】カラム選択スイッチ29Cには、カラム選
択線信号CSLi(i=1,2,・・・j)が入力され
る。カラムデコーダ32は、カラム選択線信号CSLi
を出力する。
A column selection line signal CSLi (i = 1, 2, ... J) is input to the column selection switch 29C. The column decoder 32 uses the column selection line signal CSLi.
Is output.

【0197】本例では、読み出しビット線BL4(j−
1)+1,BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+
3,BL4(j−1)+4は、書き込みビット線として
も機能する。
In this example, the read bit line BL4 (j-
1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) +
3, BL4 (j-1) +4 also function as a write bit line.

【0198】即ち、読み出し/書き込みビット線BL4
(j−1)+1,BL4(j−1)+2,BL4(j−
1)+3,BL4(j−1)+4の一端は、カラムデコ
ーダと書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路
ブロック29Aに接続され、その他端は、カラムデコー
ダと書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブ
ロック31に接続される。
That is, the read / write bit line BL4
(J-1) +1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-
1) +3, BL4 (j-1) +4 has one end connected to a circuit block 29A including a column decoder and a write bit line driver / sinker, and the other end connected to a circuit block including a column decoder and a write bit line driver / sinker. 31 is connected.

【0199】書き込み動作時には、回路ブロック29
A,31が動作状態となる。そして、読み出し/書き込
みビット線BL4(j−1)+1,BL4(j−1)+
2,BL4(j−1)+3,BL4(j−1)+4に
は、書き込みデータに応じて、回路ブロック29Aに向
う方向又は回路ブロック31に向う方向に、書き込み電
流が流れる。
In the write operation, the circuit block 29
A and 31 are in the operating state. Then, the read / write bit lines BL4 (j-1) +1, BL4 (j-1) +
A write current flows through 2, BL4 (j-1) +3, BL4 (j-1) +4 in the direction toward the circuit block 29A or the circuit block 31, depending on the write data.

【0200】読み出しブロックBKikを構成する4つ
のTMR素子12の近傍には、X方向に延び、Z方向に
積み重ねられる複数本(本例では、4本)の書き込みワ
ード線WWL4(n−1)+1,WWL4(n−1)+
2,WWL4(n−1)+3,WWL4(n−1)+4
が配置される。但し、nは、ロウの番号であり、n=
1,2,・・・である。
In the vicinity of the four TMR elements 12 forming the read block BKik, a plurality of (4 in this example) write word lines WWL4 (n-1) +1 extending in the X direction and stacked in the Z direction are provided. , WWL4 (n-1) +
2, WWL4 (n-1) +3, WWL4 (n-1) +4
Are placed. However, n is a row number, and n =
1, 2, ...

【0201】本例では、X方向に延びる書き込みワード
線に関しては、1ロウ内の1つの段に1本の書き込みワ
ード線を配置している。即ち、選択された読み出しブロ
ックBKik内の1つのTMR素子に対しては、1本の
書き込みワード線を対応させている。この場合、X方向
に延びる1ロウ内の書き込みワード線の数は、TMR素
子12を積み重ねる段数と同じとなる。
In this example, with respect to the write word lines extending in the X direction, one write word line is arranged in one stage in one row. That is, one write word line is made to correspond to one TMR element in the selected read block BKik. In this case, the number of write word lines in one row extending in the X direction is the same as the number of stages in which the TMR elements 12 are stacked.

【0202】なお、図106及び図107に示すよう
に、書き込みワード線については、TMR素子12の直
下の絶縁膜の平坦化や製造コストの低下などを考慮し
て、複数のTMR素子(上段のTMR素子と下段のTM
R素子)で、1本の書き込みワード線を共有するように
してもよい。
As shown in FIGS. 106 and 107, with respect to the write word line, a plurality of TMR elements (upper row in the upper stage are taken into consideration in consideration of flattening of the insulating film immediately below the TMR element 12 and reduction in manufacturing cost. TMR element and lower TM
One write word line may be shared by R elements.

【0203】ブロック内のTMR素子及びその近傍にお
ける具体的構造については、デバイス構造の項目におい
て詳述する。
The specific structure of the TMR element in the block and its vicinity will be described in detail in the item of device structure.

【0204】書き込みワード線WWL4(n−1)+
1,WWL4(n−1)+2,WWL4(n−1)+
3,WWL4(n−1)+4の一端は、書き込みワード
線ドライバ23A−nに接続され、その他端は、書き込
みワード線シンカー24−nに接続される。
Write word line WWL4 (n-1) +
1, WWL4 (n-1) +2, WWL4 (n-1) +
3, WWL4 (n-1) +4 has one end connected to the write word line driver 23A-n and the other end connected to the write word line sinker 24-n.

【0205】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのソースは、読み出しワード線RWLn(n
=1,2,・・・)に接続される。読み出しワード線R
WLnは、1つのロウ内に1本だけ配置され、X方向に
配置される複数のブロックBKjkに共通となってい
る。
The source of the read selection switch (MOS transistor) RSW is the read word line RWLn (n
= 1, 2, ...). Read word line R
Only one WLn is arranged in one row and it is common to a plurality of blocks BKjk arranged in the X direction.

【0206】ところで、1つの読み出しブロックBKj
kを、図16に示すような回路構造にした場合、読み出
しワード線RWLnは、例えば、インバータを経由し
て、ブロック選択スイッチ(MOSトランジスタ)BS
Wのゲートにも接続される。
By the way, one read block BKj
When k has a circuit structure as shown in FIG. 16, the read word line RWLn is connected to the block selection switch (MOS transistor) BS via an inverter, for example.
It is also connected to the W gate.

【0207】つまり、図16に示すような回路構造を採
用した場合、選択されたロウ、即ち、読み出しワード線
RWLnの電位が“L”レベルになったロウに存在する
ブロックBKjk内のブロック選択スイッチBSWがオ
ン状態となる。
That is, when the circuit structure as shown in FIG. 16 is adopted, the block selection switch in the block BKjk existing in the selected row, that is, the row in which the potential of the read word line RWLn becomes the “L” level. BSW is turned on.

【0208】また、選択されたロウの読み出しワード線
RWLnの電位が“L”レベル、選択されたカラムの読
み出しブロックBKik内の読み出し選択スイッチRS
Wがオン状態となるため、選択されたロウ及びカラムに
属する選択された読み出しブロックBKik内のTMR
素子12のみに読み出しビット線BL4(j−1)+
1,BL4(j−1)+2,BL4(j−1)+3,B
L4(j−1)+4が電気的に接続され、かつ、これら
TMR素子のみに読み出し電流が流れる。
Further, the potential of the read word line RWLn of the selected row is at “L” level, and the read selection switch RS in the read block BKik of the selected column.
Since W is turned on, TMR in the selected read block BKik belonging to the selected row and column
Read bit line BL4 (j-1) + only for element 12
1, BL4 (j-1) +2, BL4 (j-1) + 3, B
L4 (j-1) +4 is electrically connected, and the read current flows only in these TMR elements.

【0209】ロウデコーダ25−nは、書き込み動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。書き込みワード線ドライバ23A−n
は、選択されたロウ内の書き込みワード線WWL4(n
−1)+1,WWL4(n−1)+2,WWL4(n−
1)+3,WWL4(n−1)+4に書き込み電流を供
給する。書き込み電流は、書き込みワード線シンカー2
4−nに吸収される。
The row decoder 25-n selects one of the plurality of rows based on the row address signal during the write operation. Write word line driver 23A-n
Is the write word line WWL4 (n
-1) +1, WWL4 (n-1) +2, WWL4 (n-
1) Supply write current to +3, WWL4 (n-1) +4. The write current is the write word line sinker 2
It is absorbed by 4-n.

【0210】ロウデコーダ25−nは、読み出し動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。読み出しワード線ドライバ23B−n
は、選択されたロウ内の読み出しワード線RWLnに読
み出し電圧(=“L”)を供給する。
The row decoder 25-n selects one of the plurality of rows based on the row address signal during the read operation. Read word line driver 23B-n
Supplies the read voltage (= "L") to the read word line RWLn in the selected row.

【0211】本例の磁気ランダムアクセスメモリでは、
1つのカラムは、複数の読み出しブロックから構成さ
れ、各読み出しブロック内の複数のTMR素子は、それ
ぞれ異なる読み出しビット線に接続されている。従っ
て、1回の読み出しステップにより、読み出しブロック
内の複数のTMR素子のデータを一度に読み出すことが
できる。
In the magnetic random access memory of this example,
One column is composed of a plurality of read blocks, and the plurality of TMR elements in each read block are connected to different read bit lines. Therefore, the data of a plurality of TMR elements in the read block can be read at once by one read step.

【0212】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子は、半導体基板上に複数段に積み重ねられ、また、
読み出しビット線は、書き込みビット線としても機能す
る。即ち、書き込みビット線としてのみ機能する配線を
セルアレイ内に設ける必要がないため、セルアレイ構造
を簡略化できる。
Also, a plurality of TMRs in the read block
The elements are stacked in multiple stages on the semiconductor substrate, and
The read bit line also functions as a write bit line. That is, since it is not necessary to provide a wiring functioning only as a write bit line in the cell array, the cell array structure can be simplified.

【0213】また、読み出しブロック内には、読み出し
選択スイッチRSWとブロック選択スイッチ(図16の
場合)が設けられ、かつ、読み出し選択スイッチは、カ
ラムデコーダの出力信号により制御され、ブロック選択
スイッチは、ロウデコーダの出力信号により制御され
る。従って、読み出し動作時に、非選択の読み出しブロ
ック内のTMR素子が読み出し動作に影響を与えること
がなくなり、読み出し動作を安定化させることができ
る。
Further, a read selection switch RSW and a block selection switch (in the case of FIG. 16) are provided in the read block, the read selection switch is controlled by the output signal of the column decoder, and the block selection switch is It is controlled by the output signal of the row decoder. Therefore, during the read operation, the TMR elements in the unselected read block do not affect the read operation, and the read operation can be stabilized.

【0214】 デバイス構造 次に、デバイス構造について説明する。図17及び図1
8は、本発明の構造例3としての磁気ランダムアクセス
メモリの1ブロック分のデバイス構造を示している。
Device Structure Next, the device structure will be described. 17 and 1
8 shows the device structure for one block of the magnetic random access memory as Structural Example 3 of the present invention.

【0215】図17は、磁気ランダムアクセスメモリの
1ブロック分のY方向の断面を表し、図18は、磁気ラ
ンダムアクセスメモリの1ブロック分のX方向の断面を
表している。図17及び図18に示される要素には、図
13乃至図16の回路の要素と対応がとれるように、図
13乃至図16と同じ符号が付してある。
FIG. 17 shows a Y-direction cross section of one block of the magnetic random access memory, and FIG. 18 shows a X-direction cross section of one block of the magnetic random access memory. The elements shown in FIGS. 17 and 18 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 13 to 16 so as to correspond to the elements of the circuits in FIGS. 13 to 16.

【0216】半導体基板41の表面領域には、読み出し
選択スイッチ(MOSトランジスタ)RSWが配置され
る。読み出し選択スイッチRSWのソースは、コンタク
トプラグ42Fを介して読み出しワード線RWLnに接
続される。読み出しワード線RWLnは、例えば、X方
向(ロウ方向)に一直線に延び、メモリセルアレイ領域
の周辺部に設けられた読み出しワード線ドライバに接続
される。
In the surface area of the semiconductor substrate 41, a read selection switch (MOS transistor) RSW is arranged. The source of the read selection switch RSW is connected to the read word line RWLn via the contact plug 42F. The read word line RWLn extends, for example, in a straight line in the X direction (row direction) and is connected to a read word line driver provided in the peripheral portion of the memory cell array region.

【0217】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、デコード線DLjとなってい
る。デコード線DLjは、図示する断面以外の部分にお
いてY方向に延びている。読み出し選択スイッチRSW
上には、4個のTMR素子(MTJ(Magnetic Tunnel J
unction)素子)MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ
4が複数段に積み重ねられている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is the decode line DLj. The decode line DLj extends in the Y direction in a part other than the cross section shown in the drawing. Readout selection switch RSW
Above the four TMR elements (MTJ (Magnetic Tunnel J
unction) element) MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ
4 are stacked in multiple stages.

【0218】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の一端(本例では、下端)は、下部電極4
4A,44B,44C,44Dに接続される。コンタク
トプラグ42A,42B,42C,42D,42E及び
中間層43は、下部電極44A,44B,44C,44
Dを互いに電気的に接続すると共に、下部電極44A,
44B,44C,44Dを読み出し選択スイッチRSW
のドレインに電気的に接続する。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, one end (lower end in this example) of MTJ4 is lower electrode 4
4A, 44B, 44C, 44D. The contact plugs 42A, 42B, 42C, 42D, 42E and the intermediate layer 43 include lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44.
D is electrically connected to each other, and the lower electrodes 44A,
44B, 44C and 44D are read out and selected switch RSW
Electrically connected to the drain of.

【0219】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の他端(本例では、上端)は、読み出し/
書き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に電
気的に接続される。読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4は、Y方向(カラム方向)
に延びている。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, the other end of MTJ4 (upper end in this example) is read /
It is electrically connected to the write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4. Read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 are in Y direction (column direction)
Extends to.

【0220】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、それぞれ独立に読み出し/書き込みビ
ット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続される。
即ち、4つのTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に対して、4本の読み出し/書き込みビッ
ト線BL1,BL2,BL3,BL4が設けられる。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are independently connected to the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.
That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
For 3, MTJ4, four read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are provided.

【0221】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、TMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4の直下であって、かつ、その近傍に
配置される。書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、X方向(ロウ方向)に延びてい
る。
Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 are TMR elements MTJ1, MTJ2,
It is arranged immediately below MTJ3 and MTJ4 and in the vicinity thereof. Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 extend in the X direction (row direction).

【0222】本例では、4つのTMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、4本の書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4が設
けられている。
In this example, four TMR elements MTJ1, M
Four write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 are provided for TJ2, MTJ3, MTJ4.

【0223】なお、本例では、TMR素子に対して、そ
の上部に、Y方向に延びる読み出し/書き込みビット線
BL1,BL2,BL3,BL4が配置され、その下部
に、X方向に延びる書き込みワード線WWL1,WWL
2,WWL3,WWL4が配置される。
In this example, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extending in the Y direction are arranged above the TMR element and the write word line extending in the X direction is arranged below the TMR element. WWL1, WWL
2, WWL3 and WWL4 are arranged.

【0224】しかし、TMR素子に対する読み出し/書
き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4と書き
込みワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4
の位置関係は、これに限定されるものではない。
However, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 and the write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 for the TMR element are used.
The positional relationship of is not limited to this.

【0225】例えば、TMR素子に対して、その下部
に、Y方向に延びる読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4を配置し、その上部に、X
方向に延びる書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4を配置するようにしてもよい。
For example, a read / write bit line BL extending in the Y direction is provided below the TMR element.
1, BL2, BL3, BL4 are placed and X
Write word lines WWL1, WWL2, W extending in the direction
WL3 and WWL4 may be arranged.

【0226】このようなデバイス構造によれば、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4は、それぞれ異なる読み出し/書き
込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続さ
れる。従って、1回の読み出しステップにより、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4のデータを一度に読み出すことがで
きる。
According to such a device structure, the plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are
MTJ3 and MTJ4 are connected to different read / write bit lines BL1, BL2, BL3 and BL4, respectively. Therefore, a plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are read by one read step.
The data of MTJ3 and MTJ4 can be read at one time.

【0227】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4は、半導
体基板41上に複数段に積み重ねられ、また、Y方向に
延びる配線は、読み出し/書き込みビット線BL1,B
L2,BL3,BL4のみである。このため、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の積み重ね
段数を多くしても、セルアレイ構造が複雑になることが
ない。
Also, a plurality of TMRs in the read block
The elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages on the semiconductor substrate 41, and the wirings extending in the Y direction are read / write bit lines BL1, B.
Only L2, BL3 and BL4. Therefore, even if the number of stacked stages of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 is increased, the cell array structure does not become complicated.

【0228】図19は、図17及び図18のデバイス構
造において、TMR素子、書き込みワード線及び読み出
し/書き込みビット線の位置関係を示している。図17
及び図18のデバイス構造では、複数段に積み重ねられ
たTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4
の各段において、下部電極44A,44B,44C,4
4D、書き込みワード線WWL1,WWL2,WWL
3,WWL4及び読み出し/書き込みビット線BL1,
BL2,BL3,BL4が配置される。
FIG. 19 shows the positional relationship between the TMR element, the write word line, and the read / write bit line in the device structure shown in FIGS. 17 and 18. FIG. 17
18 and the device structure of FIG. 18, the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 stacked in a plurality of stages.
Lower electrode 44A, 44B, 44C, 4
4D, write word lines WWL1, WWL2, WWL
3, WWL4 and read / write bit line BL1,
BL2, BL3, BL4 are arranged.

【0229】これらのレイアウトは、例えば、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の各段にお
いて、同じに設定される。
These layouts are set to be the same in each stage of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3 and MTJ4, for example.

【0230】下部電極44A,44B,44C,44D
は、例えば、方形パターンを有し、その一部分に、コン
タクトプラグ42A〜42Eに対するコンタクト領域が
設けられている。また、下部電極44A,44B,44
C,44Dの他の部分には、TMR素子MTJ1,MT
J2,MTJ3,MTJ4が配置される。
Lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44D
Has, for example, a rectangular pattern, and a contact region for the contact plugs 42A to 42E is provided in a part thereof. In addition, the lower electrodes 44A, 44B, 44
The other parts of C and 44D have TMR elements MTJ1 and MT
J2, MTJ3 and MTJ4 are arranged.

【0231】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、書き込みワード線WWL1,WWL
2,WWL3,WWL4と読み出し/書き込みビット線
BL1,BL2,BL3,BL4の交点に配置される。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are write word lines WWL1, WWL
2, WWL3, WWL4 and read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.

【0232】(4) 構造例4 構造例4は、構造例3の変形例である。構造例4の特徴
は、構造例3と比べると、読み出し選択スイッチの向き
にある。即ち、構造例4では、構造例3の読み出し選択
スイッチを90°回転させた構造を有している。
(4) Structural Example 4 Structural Example 4 is a modification of Structural Example 3. The characteristic of Structural Example 4 lies in the direction of the read selection switch, as compared with Structural Example 3. That is, the structure example 4 has a structure in which the read selection switch of the structure example 3 is rotated by 90 °.

【0233】 回路構造 まず、回路構造について説明する。図20は、本発明の
構造例4としての磁気ランダムアクセスメモリの主要部
を示している。なお、図20の回路図は、図14の回路
図に対応している。構造例4におけるメモリセルアレイ
及びその周辺部の概要は、図13と同じとなる。
Circuit Structure First, the circuit structure will be described. FIG. 20 shows a main part of a magnetic random access memory as Structural Example 4 of the present invention. The circuit diagram of FIG. 20 corresponds to the circuit diagram of FIG. The outline of the memory cell array and its peripheral portion in Structural Example 4 is the same as in FIG.

【0234】ブロックBK11内の4個のTMR素子M
TJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の一端は、例え
ば、MOSトランジスタから構成される読み出し選択ス
イッチ(ブロック選択スイッチ又はロウ選択スイッチ)
RSWを経由して、読み出しワード線RWL1に接続さ
れる。読み出しワード線RWL1は、X方向に延びてい
る。
Four TMR elements M in the block BK11
One end of each of TJ1, MTJ2, MTJ3 and MTJ4 has, for example, a read selection switch (block selection switch or row selection switch) composed of a MOS transistor.
It is connected to the read word line RWL1 via RSW. The read word line RWL1 extends in the X direction.

【0235】読み出し選択スイッチRSWは、そのソー
スとドレインを結ぶ線がX方向に平行となっている。即
ち、読み出し選択スイッチRSWのチャネル長は、読み
出し選択スイッチRSWのチャネルのX方向の長さとな
っており、そのチャネル幅は、読み出し選択スイッチR
SWのチャネルのY方向の幅となっている。
In the read selection switch RSW, the line connecting the source and the drain is parallel to the X direction. That is, the channel length of the read selection switch RSW is the length in the X direction of the channel of the read selection switch RSW, and the channel width is the read selection switch RSW.
It is the width of the SW channel in the Y direction.

【0236】読み出し選択スイッチRSWのゲートは、
デコード線DL1に接続される。デコード線DL1は、
Y方向に延びている。デコード線DL1は、カラムデコ
ーダ32に接続される。即ち、読み出し選択スイッチR
SWは、カラムアドレス信号をデコードすることにより
得られるデコード信号CSL1により制御される。
The gate of the read selection switch RSW is
It is connected to the decode line DL1. The decode line DL1 is
It extends in the Y direction. The decode line DL1 is connected to the column decoder 32. That is, the read selection switch R
SW is controlled by a decode signal CSL1 obtained by decoding the column address signal.

【0237】読み出し動作時、読み出しブロックBK1
1が選択されたとすると、CSL1が“H”になるた
め、読み出しブロック11内の読み出し選択スイッチR
SWがオン状態になる。また、読み出しワード線RWL
1が“L(接地電位VSS)”になる。さらに、カラム
選択スイッチ29Cがオン状態となる。
During the read operation, the read block BK1
If 1 is selected, CSL1 becomes “H”, and thus the read selection switch R in the read block 11 is selected.
SW is turned on. In addition, the read word line RWL
1 becomes "L (ground potential VSS)". Further, the column selection switch 29C is turned on.

【0238】従って、読み出しブロックBK11内のT
MR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4に読
み出し電流が流れる。
Therefore, T in the read block BK11
A read current flows through the MR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4.

【0239】読み出しブロックBK11内の4個のTM
R素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の他端
は、それぞれ独立に読み出しビット線BL1,BL2,
BL3,BL4に接続される。即ち、読み出しブロック
BK11内の4個のTMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4に対応して、4本の読み出しビット線
BL1,BL2,BL3,BL4が配置される。
Four TMs in the read block BK11
The other ends of the R elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are independently read bit lines BL1, BL2.
It is connected to BL3 and BL4. That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, M in the read block BK11 are
Four read bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are arranged corresponding to TJ3, MTJ4.

【0240】読み出しビット線BL1,BL2,BL
3,BL4は、Y方向に延び、その一端は、カラム選択
スイッチ(MOSトランジスタ)29Cを経由して、共
通データ線30に接続される。共通データ線30は、読
み出し回路(例えば、センスアンプ、セレクタ及び出力
バッファを含む)29Bに接続される。
Read bit lines BL1, BL2, BL
3 and BL4 extend in the Y direction, and one ends thereof are connected to the common data line 30 via a column selection switch (MOS transistor) 29C. The common data line 30 is connected to a read circuit (including, for example, a sense amplifier, a selector, and an output buffer) 29B.

【0241】カラム選択スイッチ29Cには、カラム選
択線信号CSL1が入力される。カラムデコーダ32
は、カラム選択線信号CSL1を出力する。
A column selection line signal CSL1 is input to the column selection switch 29C. Column decoder 32
Outputs a column selection line signal CSL1.

【0242】本例では、読み出しビット線BL1,BL
2,BL3,BL4は、書き込みビット線としても機能
する。
In this example, the read bit lines BL1, BL
2, BL3 and BL4 also function as write bit lines.

【0243】即ち、読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4の一端は、カラムデコーダ
と書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブロ
ック29Aに接続され、その他端は、カラムデコーダと
書き込みビット線ドライバ/シンカーを含む回路ブロッ
ク31に接続される。
That is, the read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 have one ends connected to a circuit block 29A including a column decoder and a write bit line driver / sinker, and the other ends connected to a circuit block 31 including a column decoder and a write bit line driver / sinker. It

【0244】書き込み動作時には、回路ブロック29
A,31が動作状態となる。そして、読み出し/書き込
みビット線BL1,BL2,BL3,BL4には、書き
込みデータに応じて、回路ブロック29Aに向う方向又
は回路ブロック31に向う方向に、書き込み電流が流れ
る。
In the write operation, the circuit block 29
A and 31 are in the operating state. Then, a write current flows through the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 in the direction toward the circuit block 29A or the circuit block 31, depending on the write data.

【0245】読み出しブロックBK11を構成する4つ
のTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4
の近傍には、X方向に延び、Z方向に積み重ねられる複
数本(本例では、4本)の書き込みワード線WWL1,
WWL2,WWL3,WWL4が配置される。
Four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 constituting the read block BK11.
In the vicinity of the plurality of (4 in this example) write word lines WWL1, which extend in the X direction and are stacked in the Z direction.
WWL2, WWL3 and WWL4 are arranged.

【0246】本例では、X方向に延びる書き込みワード
線に関しては、1ロウ内の1つの段に1本の書き込みワ
ード線を配置している。即ち、読み出しブロックBK1
1内の1つのTMR素子に対しては、1本の書き込みワ
ード線を対応させている。この場合、X方向に延びる1
ロウ内の書き込みワード線の数は、TMR素子MTJ
1,MTJ2,MTJ3,MTJ4を積み重ねる段数と
同じとなる。
In this example, with respect to the write word lines extending in the X direction, one write word line is arranged in one stage in one row. That is, the read block BK1
One TMR element in 1 corresponds to one write word line. In this case, 1 extending in the X direction
The number of write word lines in a row depends on the TMR element MTJ.
It is the same as the number of stacking 1, MTJ2, MTJ3, MTJ4.

【0247】なお、図112に示すように、書き込みワ
ード線については、TMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4の直下の絶縁膜の平坦化や製造コスト
の低下などを考慮して、複数のTMR素子(上段のTM
R素子と下段のTMR素子)で、1本の書き込みワード
線を共有するようにしてもよい。
As shown in FIG. 112, regarding the write word line, TMR elements MTJ1, MTJ2, M are used.
In consideration of the flattening of the insulating film immediately below TJ3 and MTJ4 and the reduction of manufacturing cost, a plurality of TMR elements (the upper TM
One write word line may be shared by the R element and the lower TMR element.

【0248】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4の一端は、書き込みワード線ドライバ
23A−nに接続され、その他端は、書き込みワード線
シンカー24−nに接続される。
Write word lines WWL1, WWL2, W
One end of WL3 and WWL4 is connected to the write word line driver 23A-n, and the other end is connected to the write word line sinker 24-n.

【0249】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWL1に接
続される。読み出しワード線RWL1は、1つのロウ内
に1本だけ配置され、X方向に配置される複数のブロッ
クに共通となっている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is connected to the read word line RWL1. Only one read word line RWL1 is arranged in one row and it is common to a plurality of blocks arranged in the X direction.

【0250】ロウデコーダ25−1は、書き込み動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。書き込みワード線ドライバ23A−n
は、選択されたロウ内の書き込みワード線WWL1,W
WL2,WWL3,WWL4に書き込み電流を供給す
る。書き込み電流は、書き込みワード線シンカーに吸収
される。
Row decoder 25-1 selects one of a plurality of rows based on a row address signal during a write operation. Write word line driver 23A-n
Is the write word lines WWL1, W in the selected row.
A write current is supplied to WL2, WWL3 and WWL4. The write current is absorbed by the write word line sinker.

【0251】ロウデコーダ25−1は、読み出し動作
時、ロウアドレス信号に基づいて、複数のロウのうちの
1つを選択する。読み出しワード線ドライバ23B−1
は、選択されたロウ内の読み出しワード線RWL1に読
み出し電圧(=“L”)を供給する。
Row decoder 25-1 selects one of a plurality of rows based on a row address signal during a read operation. Read word line driver 23B-1
Supplies a read voltage (= "L") to the read word line RWL1 in the selected row.

【0252】本例の磁気ランダムアクセスメモリでは、
1つのカラムは、複数の読み出しブロックから構成さ
れ、各読み出しブロック内の複数のTMR素子は、それ
ぞれ異なる読み出しビット線に接続されている。従っ
て、1回の読み出しステップにより、読み出しブロック
内の複数のTMR素子のデータを一度に読み出すことが
できる。
In the magnetic random access memory of this example,
One column is composed of a plurality of read blocks, and the plurality of TMR elements in each read block are connected to different read bit lines. Therefore, the data of a plurality of TMR elements in the read block can be read at once by one read step.

【0253】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子は、半導体基板上に複数段に積み重ねられ、また、
読み出しビット線は、書き込みビット線としても機能す
る。即ち、書き込みビット線としてのみ機能する配線を
セルアレイ内に設ける必要がないため、セルアレイ構造
を簡略化できる。
In addition, a plurality of TMRs in the read block
The elements are stacked in multiple stages on the semiconductor substrate, and
The read bit line also functions as a write bit line. That is, since it is not necessary to provide a wiring functioning only as a write bit line in the cell array, the cell array structure can be simplified.

【0254】また、読み出しブロック内には、読み出し
選択スイッチRSWが設けられ、かつ、読み出し選択ス
イッチRSWは、カラムアドレス信号をデコードしたこ
とにより得られるデコード信号CSL1により制御され
る。また、読み出し選択スイッチRSWのソースは、読
み出しワード線に接続される。従って、簡易な構成によ
り、読み出し動作を安定して行うことができる。
A read selection switch RSW is provided in the read block, and the read selection switch RSW is controlled by a decode signal CSL1 obtained by decoding the column address signal. The source of the read selection switch RSW is connected to the read word line. Therefore, the read operation can be stably performed with a simple configuration.

【0255】 デバイス構造 次に、デバイス構造について説明する。図21及び図2
2は、本発明の構造例4としての磁気ランダムアクセス
メモリの1ブロック分のデバイス構造を示している。
Device Structure Next, the device structure will be described. 21 and 2
2 shows a device structure for one block of the magnetic random access memory as Structural Example 4 of the present invention.

【0256】図21は、磁気ランダムアクセスメモリの
1ブロック分のY方向の断面を表し、図22は、磁気ラ
ンダムアクセスメモリの1ブロック分のX方向の断面を
表している。図21及び図22に示される要素には、図
20の回路の要素と対応がとれるように、図20と同じ
符号が付してある。
FIG. 21 shows a Y-direction section of one block of the magnetic random access memory, and FIG. 22 shows an X-direction section of one block of the magnetic random access memory. The elements shown in FIGS. 21 and 22 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 20 so as to correspond to the elements of the circuit in FIG.

【0257】半導体基板41の表面領域には、読み出し
選択スイッチ(MOSトランジスタ)RSWが配置され
る。読み出し選択スイッチRSWのソースは、コンタク
トプラグ42Fを介して読み出しワード線RWLnに接
続される。読み出しワード線RWLnは、例えば、X方
向(ロウ方向)に延び、メモリセルアレイ領域の周辺部
に配置さる読み出しワード線ドライバに接続される。
In the surface area of the semiconductor substrate 41, a read selection switch (MOS transistor) RSW is arranged. The source of the read selection switch RSW is connected to the read word line RWLn via the contact plug 42F. The read word line RWLn extends in, for example, the X direction (row direction), and is connected to the read word line driver arranged in the peripheral portion of the memory cell array region.

【0258】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、デコード線DLjとなってい
る。デコード線DLjは、Y方向に延びている。デコー
ド線DL1は、メモリセルアレイの周辺部に配置される
カラムデコーダに接続される。読み出し選択スイッチR
SW上には、4個のTMR素子(MTJ(Magnetic Tunn
el Junction)素子)MTJ1,MTJ2,MTJ3,M
TJ4が複数段に積み重ねられている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW is the decode line DLj. The decode line DLj extends in the Y direction. The decode line DL1 is connected to a column decoder arranged in the peripheral portion of the memory cell array. Readout selection switch R
On the SW, four TMR elements (MTJ (Magnetic Tunn
el Junction) element) MTJ1, MTJ2, MTJ3, M
TJ4s are stacked in multiple stages.

【0259】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の一端(本例では、下端)は、下部電極4
4A,44B,44C,44Dに接続される。コンタク
トプラグ42A,42B,42C,42D,42E及び
中間層43は、下部電極44A,44B,44C,44
Dを互いに電気的に接続すると共に、下部電極44A,
44B,44C,44Dを読み出し選択スイッチRSW
のドレインに電気的に接続する。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, one end (lower end in this example) of MTJ4 is lower electrode 4
4A, 44B, 44C, 44D. The contact plugs 42A, 42B, 42C, 42D, 42E and the intermediate layer 43 include lower electrodes 44A, 44B, 44C, 44.
D is electrically connected to each other, and the lower electrodes 44A,
44B, 44C and 44D are read out and selected switch RSW
Electrically connected to the drain of.

【0260】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の他端(本例では、上端)は、読み出し/
書き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に電
気的に接続される。読み出し/書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4は、Y方向(カラム方向)
に延びている。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, the other end of MTJ4 (upper end in this example) is read /
It is electrically connected to the write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4. Read / write bit line BL
1, BL2, BL3, BL4 are in Y direction (column direction)
Extends to.

【0261】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、それぞれ独立に読み出し/書き込みビ
ット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続される。
即ち、4つのTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に対して、4本の読み出し/書き込みビッ
ト線BL1,BL2,BL3,BL4が設けられる。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 are independently connected to the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.
That is, the four TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
For 3, MTJ4, four read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 are provided.

【0262】書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、TMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4の直下であって、かつ、その近傍に
配置される。書き込みワード線WWL1,WWL2,W
WL3,WWL4は、X方向(ロウ方向)に延びてい
る。
Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 are TMR elements MTJ1, MTJ2,
It is arranged immediately below MTJ3 and MTJ4 and in the vicinity thereof. Write word lines WWL1, WWL2, W
WL3 and WWL4 extend in the X direction (row direction).

【0263】本例では、4つのTMR素子MTJ1,M
TJ2,MTJ3,MTJ4に対して、4本の書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4が設
けられている。
In this example, four TMR elements MTJ1, M
Four write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 are provided for TJ2, MTJ3, MTJ4.

【0264】なお、本例では、TMR素子に対して、そ
の上部に、Y方向に延びる読み出し/書き込みビット線
BL1,BL2,BL3,BL4が配置され、その下部
に、X方向に延びる書き込みワード線WWL1,WWL
2,WWL3,WWL4が配置される。
In this example, read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extending in the Y direction are arranged above the TMR element, and write word lines extending in the X direction are arranged below the TMR element. WWL1, WWL
2, WWL3 and WWL4 are arranged.

【0265】しかし、TMR素子に対する読み出し/書
き込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4と書き
込みワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4
の位置関係は、これに限定されるものではない。
However, the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 and the write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 for the TMR element are used.
The positional relationship of is not limited to this.

【0266】例えば、図113及び図114に示すよう
に、TMR素子に対して、その下部に、Y方向に延びる
読み出し/書き込みビット線BL1,BL2,BL3,
BL4を配置し、その上部に、X方向に延びる書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4を配
置するようにしてもよい。
For example, as shown in FIGS. 113 and 114, a read / write bit line BL1, BL2, BL3 extending in the Y direction is provided below the TMR element.
BL4 may be arranged, and write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 extending in the X direction may be arranged above the BL4.

【0267】また、図115及び図116に示すよう
に、書き込みワード線については、TMR素子12の直
下の絶縁膜の平坦化や製造コストの低下などを考慮し
て、複数のTMR素子(上段のTMR素子と下段のTM
R素子)で、1本の書き込みワード線を共有するように
してもよい。
As shown in FIGS. 115 and 116, regarding the write word line, a plurality of TMR elements (in the upper stage) are taken into consideration in consideration of flattening of the insulating film immediately below the TMR element 12 and reduction in manufacturing cost. TMR element and lower TM
One write word line may be shared by R elements.

【0268】このようなデバイス構造によれば、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4は、それぞれ異なる読み出し/書き
込みビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続さ
れる。従って、1回の読み出しステップにより、読み出
しブロック内の複数のTMR素子MTJ1,MTJ2,
MTJ3,MTJ4のデータを一度に読み出すことがで
きる。
According to such a device structure, the plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are
MTJ3 and MTJ4 are connected to different read / write bit lines BL1, BL2, BL3 and BL4, respectively. Therefore, a plurality of TMR elements MTJ1, MTJ2 in the read block are read by one read step.
The data of MTJ3 and MTJ4 can be read at one time.

【0269】また、読み出しブロック内の複数のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4は、半導
体基板41上に複数段に積み重ねられ、また、Y方向に
延びる配線は、読み出し/書き込みビット線BL1,B
L2,BL3,BL4のみである。このため、TMR素
子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の積み重ね
段数を多くしても、セルアレイ構造が複雑になることが
ない。
In addition, a plurality of TMRs in the read block
The elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked in a plurality of stages on the semiconductor substrate 41, and the wirings extending in the Y direction are read / write bit lines BL1, B.
Only L2, BL3 and BL4. Therefore, even if the number of stacked stages of the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 is increased, the cell array structure does not become complicated.

【0270】(5) 構造例5,6,7,8 構造例5 構造例5は、構造例1,2,3,4の変形例である。(5) Structural Examples 5, 6, 7, 8   Structure example 5 Structural example 5 is a modification of structural examples 1, 2, 3, and 4.

【0271】図23、図24及び図25は、構造例5を
示している。図23の回路図は、図1又は図13の回路
図に対応し、また、図24のデバイス構造の断面図は、
図4、図11、図17及ぶ図21のデバイス構造の断面
図に対応し、図25のデバイス構造の断面図は、図5、
図12、図18及ぶ図22のデバイス構造の断面図に対
応している。
23, 24, and 25 show a fifth structural example. The circuit diagram of FIG. 23 corresponds to the circuit diagram of FIG. 1 or FIG. 13, and the sectional view of the device structure of FIG.
Corresponding to the sectional views of the device structure of FIGS. 4, 11, 17, and 21, and the sectional view of the device structure of FIG.
It corresponds to the cross-sectional view of the device structure of FIGS. 12, 18 and 22.

【0272】構造例5が構造例1,2,3,4と異なる
点は、読み出し選択スイッチを実現する素子にある。
The structural example 5 is different from the structural examples 1, 2, 3, and 4 in the element that realizes the read selection switch.

【0273】即ち、構造例1,2,3,4では、読み出
し選択スイッチは、MOSトランジスタから構成されて
いた。これに対し、構造例5では、読み出し選択スイッ
チは、ダイオードDIから構成される。
That is, in the structural examples 1, 2, 3, and 4, the read selection switch is composed of MOS transistors. On the other hand, in Structural Example 5, the read selection switch is composed of the diode DI.

【0274】ダイオードDIのアノードは、読み出しブ
ロックBKik内のTMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4の一端に接続され、ダイオードDIの
カソードは、読み出しワード線RWLn(n=1,2,
・・・)に接続される。
The anode of the diode DI is the TMR elements MTJ1, MTJ2, M in the read block BKik.
The cathode of the diode DI is connected to one end of the TJ3 and MTJ4, and the read word line RWLn (n = 1, 2,
...) is connected.

【0275】本例の構造を採用した場合、読み出し動作
時には、選択されたロウの読み出しワード線RWLnを
“L”、即ち、接地電位に設定する。これにより、選択
されたロウのブロックを構成するTMR素子MTJ1,
MTJ2,MTJ3,MTJ4に、読み出し電流を流す
ことができる。
When the structure of this example is adopted, the read word line RWLn of the selected row is set to "L", that is, the ground potential during the read operation. As a result, the TMR elements MTJ1, which form the selected row block,
A read current can be passed through MTJ2, MTJ3, and MTJ4.

【0276】構造例5のデバイス構造に関しては、半導
体基板41の表面領域に形成される素子がダイオードD
Iである点を除けば、実質的に、構造例1,2,3,4
と同じであると考えてよい。
With regard to the device structure of Structural Example 5, the element formed in the surface region of the semiconductor substrate 41 is the diode D.
Except for point I, the structural examples 1, 2, 3, 4
Can be considered the same as.

【0277】 構造例6 構造例6も、構造例1,2,3,4の変形例である。Structural Example 6 Structural example 6 is also a modification of structural examples 1, 2, 3, and 4.

【0278】図26、図27及び図28は、構造例6を
示している。図26の回路図は、図1又は図13の回路
図に対応し、また、図27のデバイス構造の断面図は、
図4、図11、図17及ぶ図21のデバイス構造の断面
図に対応し、図28のデバイス構造の断面図は、図5、
図12、図18及ぶ図22のデバイス構造の断面図に対
応している。
26, 27 and 28 show a sixth structural example. The circuit diagram of FIG. 26 corresponds to the circuit diagram of FIG. 1 or FIG. 13, and the sectional view of the device structure of FIG.
Corresponding to the sectional views of the device structure of FIGS. 4, 11, 17, and 21, and the sectional view of the device structure of FIG. 28 is shown in FIG.
It corresponds to the cross-sectional view of the device structure of FIGS. 12, 18 and 22.

【0279】構造例6は、構造例1,2,3,4と比べ
ると、読み出し選択スイッチを実現する素子に特徴を有
する。具体的には、構造例6は、構造例5のダイオード
DIの向きを変えたものである。
The structure example 6 is different from the structure examples 1, 2, 3, and 4 in that it is an element for realizing the read selection switch. Specifically, in Structural Example 6, the direction of the diode DI in Structural Example 5 is changed.

【0280】即ち、構造例6では、ダイオードDIのカ
ソードは、読み出しブロックBKik内のTMR素子M
TJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の一端に接続さ
れ、ダイオードDIのアノードは、読み出しワード線R
WLn(n=1,2,・・・)に接続される。
That is, in the structure example 6, the cathode of the diode DI is the TMR element M in the read block BKik.
It is connected to one end of TJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4, and the anode of the diode DI is the read word line R.
It is connected to WLn (n = 1, 2, ...).

【0281】本例の構造を採用した場合、読み出し動作
時には、選択されたロウの読み出しワード線RWLnを
“H”に設定する。これにより、選択されたロウのブロ
ックを構成するTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に、読み出し電流を流すことができる。
When the structure of this example is adopted, the read word line RWLn of the selected row is set to "H" during the read operation. As a result, the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ that form the selected row block
3, a read current can be passed through MTJ4.

【0282】なお、構造例5では、読み出し電流は、読
み出し回路29BからTMR素子を経由してダイオード
DIに向って流れるが、構造例6では、読み出し電流
は、ダイオードDIからTMR素子を経由して読み出し
回路29Bに向って流れる構造例1,2,3,4では、
特に、読み出し電流の向きについては、説明しなかっ
た。これは、これらの構造例では、読み出し電流は、読
み出し回路29Bから放出される方向に流しても、ま
た、読み出し回路29Bに吸収される方向に流しても、
どちらでもよいからである。
In the structure example 5, the read current flows from the read circuit 29B to the diode DI via the TMR element, but in the structure example 6, the read current flows from the diode DI to the TMR element. In the structural examples 1, 2, 3, and 4 that flow toward the read circuit 29B,
In particular, the direction of the read current was not explained. This is because, in these structural examples, whether the read current flows in the direction emitted by the read circuit 29B or in the direction absorbed by the read circuit 29B,
Either is fine.

【0283】 構造例7 構造例7は、構造例1,2の変形例である。Structural Example 7 Structural example 7 is a modification of structural examples 1 and 2.

【0284】図29及び図30は、構造例7を示してい
る。図29の回路図は、図1の回路図に対応し、また、
図30のデバイス構造の断面図は、図4及び図11のデ
バイス構造の断面図に対応している。
29 and 30 show a seventh structural example. The circuit diagram of FIG. 29 corresponds to the circuit diagram of FIG.
The sectional view of the device structure of FIG. 30 corresponds to the sectional view of the device structure of FIGS. 4 and 11.

【0285】構造例7は、構造例1,2と比べると、読
み出し選択スイッチを実現する素子に特徴を有する。
The structure example 7 is different from the structure examples 1 and 2 in that the read selection switch is realized.

【0286】即ち、構造例1,2では、読み出し選択ス
イッチは、MOSトランジスタから構成されていた。こ
れに対し、構造例7では、読み出し選択スイッチは、バ
イポーラトランジスタBTから構成される。
That is, in the structural examples 1 and 2, the read selection switch is composed of the MOS transistor. On the other hand, in Structural Example 7, the read selection switch is composed of the bipolar transistor BT.

【0287】構造例7では、バイポーラトランジスタB
Tのコレクタは、読み出しブロックBKik内のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の一端に
接続され、バイポーラトランジスタBTのエミッタは、
ソース線SLi(i=1,2,・・・j)に接続され
る。バイポーラトランジスタBTのベースは、読み出し
ワード線RWLn(n=1,2,・・・)に接続され
る。
In Structural Example 7, the bipolar transistor B
The collector of T is the TMR in the read block BKik.
The emitter of the bipolar transistor BT is connected to one end of the elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4, and
It is connected to the source line SLi (i = 1, 2, ... J). The base of the bipolar transistor BT is connected to the read word line RWLn (n = 1, 2, ...).

【0288】本例の構造を採用した場合、読み出し動作
時には、選択されたロウの読み出しワード線RWLnを
“H”に設定する。これにより、選択されたロウのブロ
ックを構成するTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に、読み出し電流を流すことができる。
When the structure of this example is adopted, the read word line RWLn of the selected row is set to "H" during the read operation. As a result, the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ that form the selected row block
3, a read current can be passed through MTJ4.

【0289】構造例7のデバイス構造に関しては、半導
体基板41の表面領域に形成される素子がバイポーラト
ランジスタBTである点を除けば、実質的に、構造例
1,2と同じであると考えてよい。
Regarding the device structure of Structural Example 7, it is considered to be substantially the same as Structural Examples 1 and 2 except that the element formed in the surface region of the semiconductor substrate 41 is the bipolar transistor BT. Good.

【0290】本例の構造の場合、メモリセルアレイ11
及びその周辺回路を構成するトランジスタの全てをバイ
ポーラトランジスタにしてもよいし、その一部をバイポ
ーラトランジスタにしてもよい。
In the case of the structure of this example, the memory cell array 11
Also, all of the transistors forming the peripheral circuit may be bipolar transistors, or some of them may be bipolar transistors.

【0291】 構造例8 構造例8は、構造例3,4の変形例である。Structural Example 8 Structural Example 8 is a modification of Structural Examples 3 and 4.

【0292】図31及び図32は、構造例8を示してい
る。図31の回路図は、図13の回路図に対応し、ま
た、図32のデバイス構造の断面図は、図17及び図2
1のデバイス構造の断面図に対応している。
31 and 32 show a structural example 8. The circuit diagram of FIG. 31 corresponds to the circuit diagram of FIG. 13, and cross-sectional views of the device structure of FIG. 32 are shown in FIGS.
1 corresponds to a cross-sectional view of the device structure.

【0293】構造例8は、構造例3,4と比べると、読
み出し選択スイッチを実現する素子に特徴を有する。
The structure example 8 is different from the structure examples 3 and 4 in that the element realizing the read selection switch is characterized.

【0294】即ち、構造例3,4では、読み出し選択ス
イッチは、MOSトランジスタから構成されていた。こ
れに対し、構造例8では、読み出し選択スイッチは、バ
イポーラトランジスタBTから構成される。
That is, in the structure examples 3 and 4, the read selection switch is composed of the MOS transistor. On the other hand, in Structural Example 8, the read selection switch is composed of the bipolar transistor BT.

【0295】構造例8では、バイポーラトランジスタB
Tのコレクタは、読み出しブロックBKik内のTMR
素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4の一端に
接続され、バイポーラトランジスタBTのエミッタは、
読み出しワード線RWLn(n=1,2,・・・)に接
続される。バイポーラトランジスタBTのベースは、デ
コード線DLi(i=1,2,・・・j)に接続され
る。
In Structural Example 8, the bipolar transistor B
The collector of T is the TMR in the read block BKik.
The emitter of the bipolar transistor BT is connected to one end of the elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4, and
It is connected to the read word line RWLn (n = 1, 2, ...). The base of the bipolar transistor BT is connected to the decode line DLi (i = 1, 2, ... J).

【0296】本例の構造を採用した場合、読み出し動作
時には、選択されたロウの読み出しワード線RWLnを
“L”に設定する。これにより、選択されたロウのブロ
ックを構成するTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4に、読み出し電流を流すことができる。
When the structure of this example is adopted, the read word line RWLn of the selected row is set to "L" during the read operation. As a result, the TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ that form the selected row block
3, a read current can be passed through MTJ4.

【0297】構造例8のデバイス構造に関しても、半導
体基板41の表面領域に形成される素子がバイポーラト
ランジスタBTである点を除けば、実質的に、構造例
3,4と同じであると考えてよい。
The device structure of Structural Example 8 is considered to be substantially the same as that of Structural Examples 3 and 4 except that the element formed in the surface region of the semiconductor substrate 41 is the bipolar transistor BT. Good.

【0298】本例の構造の場合、メモリセルアレイ11
及びその周辺回路を構成するトランジスタの全てをバイ
ポーラトランジスタにしてもよいし、その一部をバイポ
ーラトランジスタにしてもよい。
In the case of the structure of this example, the memory cell array 11
Also, all of the transistors forming the peripheral circuit may be bipolar transistors, or some of them may be bipolar transistors.

【0299】(6) その他 構造例1〜8では、読み出しビット線と書き込みビット
線を1つにまとめて、読み出し/書き込みビット線とし
た例について説明したが、本発明は、読み出しブロック
内のTMR素子がそれぞれ異なる読み出しビット線に接
続されていれば、このような構造に限定されない。
(6) In the other structural examples 1 to 8, the read bit line and the write bit line are combined into one and used as the read / write bit line. However, the present invention is based on the TMR in the read block. The structure is not limited to this as long as the elements are connected to different read bit lines.

【0300】例えば、構造例1〜8において、読み出し
ビット線と書き込みビット線をそれぞれ個別に設けても
よいし、書き込みワード線を、読み出しワード線として
使用するようにしてもよい。
For example, in the structural examples 1 to 8, the read bit line and the write bit line may be individually provided, or the write word line may be used as the read word line.

【0301】3. 書き込み/読み出し動作原理 本発明の磁気ランダムアクセスメモリの書き込み/読み
出し動作原理について簡単に説明する。 (1) 書き込み動作原理 TMR素子に対する書き込みは、ランダムに行われる。
例えば、ロウアドレス信号により1つのロウが選択さ
れ、上位カラムアドレス信号により1つのカラムが選択
される。また、選択されたロウ内の読み出しブロック内
の複数のTMR素子のうちの1つが下位カラムアドレス
信号により選択される。
3. Write / Read Operation Principle The write / read operation principle of the magnetic random access memory of the present invention will be briefly described. (1) Write Operation Principle Writing to the TMR element is performed randomly.
For example, one row is selected by the row address signal, and one column is selected by the upper column address signal. Further, one of the plurality of TMR elements in the read block in the selected row is selected by the lower column address signal.

【0302】選択されたTMR素子に対してデータを書
き込むため、選択されたTMR素子の直下に配置される
書き込みワード線に書き込み電流を流す。また、選択さ
れたTMR素子上に配置される読み出し/書き込みビッ
ト線に書き込み電流を流す。読み出し/書き込みビット
線に流す書き込み電流の向きは、書き込みデータに応じ
て決定される。
To write data to the selected TMR element, a write current is passed through the write word line arranged immediately below the selected TMR element. In addition, a write current is passed through the read / write bit line arranged on the selected TMR element. The direction of the write current flowing through the read / write bit line is determined according to the write data.

【0303】書き込みワード線に流れる書き込み電流及
び読み出し/書き込みビット線に流れる書き込み電流に
より発生する合成磁界により、選択されたTMR素子の
自由層(記憶層)の磁化の向きを決定し、TMR素子に
“1”/“0”情報を記憶させる。
The direction of magnetization of the free layer (storage layer) of the selected TMR element is determined by the combined magnetic field generated by the write current flowing in the write word line and the write current flowing in the read / write bit line, and "1" / "0" information is stored.

【0304】(2) 読み出し動作原理 TMR素子に対する読み出しは、読み出しブロック単位
で行われる。例えば、ロウアドレス信号により1つのロ
ウが選択され、上位カラムアドレス信号により1つのカ
ラムが選択される。
(2) Reading Operation Principle Reading from the TMR element is performed in reading block units. For example, one row is selected by the row address signal, and one column is selected by the upper column address signal.

【0305】選択されたロウ及びカラムに存在する選択
された読み出しブロック内の複数のTMR素子のデータ
を読み出すため、選択されたカラムに配置される複数本
の読み出し/書き込みビット線に読み出し電流を流す。
読み出し/書き込みビット線に流す読み出し電流の向き
は、特に、限定されない。
In order to read the data of the plurality of TMR elements in the selected read block existing in the selected row and column, a read current is passed through the plurality of read / write bit lines arranged in the selected column. .
The direction of the read current supplied to the read / write bit line is not particularly limited.

【0306】この時、選択されたカラムに配置される複
数本の読み出し/書き込みビット線は、選択された読み
出しブロックのみに電気的に接続されているのが好まし
い(例えば、図3の回路例)。
At this time, it is preferable that the plurality of read / write bit lines arranged in the selected column are electrically connected only to the selected read block (for example, the circuit example of FIG. 3). .

【0307】複数本の読み出し/書き込みビット線の電
位は、読み出しブロック内の複数のTMR素子のデータ
に応じた値となる。この電位をセンスアンプによりセン
スする。
The potentials of the plurality of read / write bit lines have values corresponding to the data of the plurality of TMR elements in the read block. This potential is sensed by the sense amplifier.

【0308】選択された読み出しブロック内の複数のT
MR素子のデータは、センスアンプによりセンスされた
後、磁気ランダムアクセスメモリの外部に出力される。
ここで、複数のTMR素子のデータは、1ビットずつ、
出力してもよいし、また、同時に、出力してもよい。
Multiple T's in the selected read block
The data of the MR element is sensed by a sense amplifier and then output to the outside of the magnetic random access memory.
Here, the data of the plurality of TMR elements is 1 bit at a time,
It may be output, or may be output at the same time.

【0309】複数のTMR素子のデータを1ビットずつ
シーケンシャルに出力する場合、例えば、下位カラムア
ドレス信号を用いて、複数のTMR素子のデータのうち
の1つを選択する。
When the data of the plurality of TMR elements is sequentially output bit by bit, for example, one of the data of the plurality of TMR elements is selected using the lower column address signal.

【0310】4. 周辺回路の回路例 以下、書き込みワード線ドライバ/シンカーの回路例、
書き込みビット線ドライバ/シンカーの回路例、読み出
しワード線ドライバの回路例、カラムデコーダの回路
例、及び、読み出し回路(センスアンプを含む)の回路
例について、順次、説明する。
4. Circuit Example of Peripheral Circuit Below is a circuit example of the write word line driver / sinker,
A circuit example of a write bit line driver / sinker, a circuit example of a read word line driver, a circuit example of a column decoder, and a circuit example of a read circuit (including a sense amplifier) will be sequentially described.

【0311】(1) 書き込みワード線ドライバ/シンカ
ー 図33は、書き込みワード線ドライバ/シンカーの回路
例を示している。本例では、読み出しブロックは、4段
に積み重ねされた4つのTMR素子から構成され、読み
出しブロック内の4つのTMR素子は、カラムアドレス
信号の下位2ビットCA0,CA1により選択されるも
のと仮定する。同図では、書き込みワード線ドライバ/
シンカーの1ロウ分のみを示している。
(1) Write Word Line Driver / Sinker FIG. 33 shows a circuit example of the write word line driver / sinker. In this example, it is assumed that the read block is composed of four TMR elements stacked in four stages, and the four TMR elements in the read block are selected by the lower 2 bits CA0 and CA1 of the column address signal. . In the figure, write word line driver /
Only one row of sinker is shown.

【0312】書き込みワード線ドライバ23A−1は、
PチャネルMOSトランジスタQP1,QP2,QP
3,QP4及びNANDゲート回路ND1,ND2,N
D3,ND4を含んでいる。書き込みワード線シンカー
24−1は、NチャネルMOSトランジスタQN1,Q
N2,QN3,QN4から構成される。
The write word line driver 23A-1 is
P-channel MOS transistors QP1, QP2, QP
3, QP4 and NAND gate circuits ND1, ND2, N
D3 and ND4 are included. The write word line sinker 24-1 includes N channel MOS transistors QN1 and QN.
It is composed of N2, QN3 and QN4.

【0313】PチャネルMOSトランジスタQP1は、
電源端子VDDと最下段(1段目)の書き込みワード線
WWL1の一端との間に接続される。NANDゲート回
路ND1の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタ
QP1のゲートに供給される。NチャネルMOSトラン
ジスタQN1は、最下段の書き込みワード線WWL1の
他端と接地端子VSSの間に接続される。
The P channel MOS transistor QP1 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the write word line WWL1 in the lowermost stage (first stage). The output signal of the NAND gate circuit ND1 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP1. The N-channel MOS transistor QN1 is connected between the other end of the lowermost write word line WWL1 and the ground terminal VSS.

【0314】NANDゲート回路ND1の出力信号が
“0”のとき、書き込みワード線WWL1に書き込み電
流が流れる。
When the output signal of the NAND gate circuit ND1 is "0", the write current flows in the write word line WWL1.

【0315】PチャネルMOSトランジスタQP2は、
電源端子VDDと2段目の書き込みワード線WWL2の
一端との間に接続される。NANDゲート回路ND2の
出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP2のゲ
ートに供給される。NチャネルMOSトランジスタQN
2は、2段目の書き込みワード線WWL2の他端と接地
端子VSSの間に接続される。
P-channel MOS transistor QP2 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the second-stage write word line WWL2. The output signal of the NAND gate circuit ND2 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP2. N-channel MOS transistor QN
2 is connected between the other end of the write word line WWL2 in the second stage and the ground terminal VSS.

【0316】NANDゲート回路ND2の出力信号が
“0”のとき、書き込みワード線WWL2に書き込み電
流が流れる。
When the output signal of the NAND gate circuit ND2 is "0", the write current flows through the write word line WWL2.

【0317】PチャネルMOSトランジスタQP3は、
電源端子VDDと3段目の書き込みワード線WWL3の
一端との間に接続される。NANDゲート回路ND3の
出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP3のゲ
ートに供給される。NチャネルMOSトランジスタQN
3は、3段目の書き込みワード線WWL3の他端と接地
端子VSSの間に接続される。
The P-channel MOS transistor QP3 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the third-stage write word line WWL3. The output signal of the NAND gate circuit ND3 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP3. N-channel MOS transistor QN
3 is connected between the other end of the third-stage write word line WWL3 and the ground terminal VSS.

【0318】NANDゲート回路ND3の出力信号が
“0”のとき、書き込みワード線WWL3に書き込み電
流が流れる。
When the output signal of the NAND gate circuit ND3 is "0", the write current flows through the write word line WWL3.

【0319】PチャネルMOSトランジスタQP4は、
電源端子VDDと最上段(4段目)の書き込みワード線
WWL4の一端との間に接続される。NANDゲート回
路ND4の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタ
QP4のゲートに供給される。NチャネルMOSトラン
ジスタQN4は、最上段の書き込みワード線WWL4の
他端と接地端子VSSの間に接続される。
The P-channel MOS transistor QP4 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the uppermost (fourth) write word line WWL4. The output signal of the NAND gate circuit ND4 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP4. The N-channel MOS transistor QN4 is connected between the other end of the uppermost write word line WWL4 and the ground terminal VSS.

【0320】NANDゲート回路ND4の出力信号が
“0”のとき、書き込みワード線WWL4に書き込み電
流が流れる。
When the output signal of the NAND gate circuit ND4 is "0", the write current flows in the write word line WWL4.

【0321】書き込みワード線WWL1,WW2,WW
L3,WWL4は、同一ロウに属しているため、NAN
Dゲート回路NA1,NA2,NA3,NA4には、同
一のロウアドレス信号が入力される。選択されたロウで
は、ロウアドレス信号の全てのビットは、“H”とな
る。
Write word lines WWL1, WW2, WW
Since L3 and WWL4 belong to the same row, NAN
The same row address signal is input to the D gate circuits NA1, NA2, NA3, and NA4. In the selected row, all the bits of the row address signal are "H".

【0322】また、NANDゲート回路NA1,NA
2,NA3,NA4には、書き込み信号が入力される。
書き込み信号は、書き込み動作時に“H”となる。さら
に、NANDゲート回路NA1,NA2,NA3,NA
4には、それぞれ異なる下位カラムアドレス信号が入力
される。
NAND gate circuits NA1 and NA
A write signal is input to 2, NA3 and NA4.
The write signal becomes "H" during the write operation. Further, NAND gate circuits NA1, NA2, NA3, NA
Different lower column address signals are input to 4, respectively.

【0323】即ち、本例では、カラムアドレス信号bC
A0,bCA1は、最下段(1段目)の書き込みワード
線WWL1を選択するために用いられ、NAND回路N
D1に入力される。
That is, in this example, the column address signal bC
A0 and bCA1 are used to select the write word line WWL1 at the bottom (first stage), and the NAND circuit N
Input to D1.

【0324】同様に、カラムアドレス信号CA0,bC
A1は、2段目の書き込みワード線WWL1を選択する
ためにNAND回路ND2に入力され、カラムアドレス
信号bCA0,CA1は、3段目の書き込みワード線W
WL3を選択するためにNAND回路ND3に入力さ
れ、カラムアドレス信号CA0,CA1は、最上段(4
段目)の書き込みワード線WWL4を選択するためにN
AND回路ND4に入力される。
Similarly, the column address signals CA0, bC
A1 is input to the NAND circuit ND2 to select the write word line WWL1 in the second stage, and the column address signals bCA0 and CA1 are written word line W in the third stage.
The column address signals CA0 and CA1 are input to the NAND circuit ND3 to select WL3, and the column address signals CA0 and CA1
N to select the write word line WWL4 of the
It is input to the AND circuit ND4.

【0325】なお、bCA0及びbCA1は、CA0及
びCA1のレベルを反転したレベルを有する反転信号で
ある。
Note that bCA0 and bCA1 are inversion signals having the levels obtained by inverting the levels of CA0 and CA1.

【0326】このような書き込みワード線ドライバ/シ
ンカーにおいては、書き込み動作時、書き込み信号WR
ITEが“1”になり、例えば、4つのNANDゲート
回路ND1,ND2,ND3,ND4のうちの1つの出
力信号が“L”となる。
In such a write word line driver / sinker, the write signal WR is generated during the write operation.
ITE becomes "1", and, for example, the output signal of one of the four NAND gate circuits ND1, ND2, ND3, ND4 becomes "L".

【0327】例えば、CA0及びCA1が共に“0”の
場合、NANDゲート回路ND1の入力信号が全て
“1”となり、NANDゲート回路ND1の出力信号が
“0”となる。その結果、PチャネルMOSトランジス
タQP1がオン状態となり、書き込みワード線WWL1
に書き込み電流が流れる。
For example, when both CA0 and CA1 are "0", the input signals of the NAND gate circuit ND1 are all "1" and the output signal of the NAND gate circuit ND1 is "0". As a result, the P-channel MOS transistor QP1 is turned on and the write word line WWL1
Write current flows to.

【0328】また、CA0が“1”、CA1が“0”の
場合、NANDゲート回路ND2の入力信号が全て
“1”となり、NANDゲート回路ND2の出力信号が
“0”となる。その結果、PチャネルMOSトランジス
タQP2がオン状態となり、書き込みワード線WWL2
に書き込み電流が流れる。
When CA0 is "1" and CA1 is "0", all the input signals of the NAND gate circuit ND2 are "1" and the output signal of the NAND gate circuit ND2 is "0". As a result, the P-channel MOS transistor QP2 is turned on, and the write word line WWL2
Write current flows to.

【0329】また、CA0が“0”、CA1が“1”の
場合、NANDゲート回路ND3の入力信号が全て
“1”となり、NANDゲート回路ND3の出力信号が
“0”となる。その結果、PチャネルMOSトランジス
タQP3がオン状態となり、書き込みワード線WWL3
に書き込み電流が流れる。
When CA0 is "0" and CA1 is "1", the input signals of the NAND gate circuit ND3 are all "1" and the output signal of the NAND gate circuit ND3 is "0". As a result, the P-channel MOS transistor QP3 is turned on, and the write word line WWL3
Write current flows to.

【0330】また、CA0及びCA1が共に“1”の場
合、NANDゲート回路ND4の入力信号が全て“1”
となり、NANDゲート回路ND4の出力信号が“0”
となる。その結果、PチャネルMOSトランジスタQP
4がオン状態となり、書き込みワード線WWL4に書き
込み電流が流れる。
When both CA0 and CA1 are "1", all the input signals of the NAND gate circuit ND4 are "1".
And the output signal of the NAND gate circuit ND4 is "0".
Becomes As a result, the P-channel MOS transistor QP
4 is turned on, and a write current flows through the write word line WWL4.

【0331】(2) 書き込みビット線ドライバ/シンカ
ー 図34及び図35は、書き込みビット線ドライバ/シン
カーの回路例を示している。本例では、読み出しブロッ
クは、4段に積み重ねされた4つのTMR素子から構成
され、読み出しブロック内の4つのTMR素子は、カラ
ムアドレス信号の下位2ビットCA0,CA1により選
択されるものと仮定する。また、メモリセルアレイのカ
ラムは、上位カラムアドレス信号、即ち、カラムアドレ
ス信号のうち下位2ビットCA0,CA1を除いたカラ
ムアドレス信号により選択される。
(2) Write Bit Line Driver / Sinker FIGS. 34 and 35 show an example of the circuit of the write bit line driver / sinker. In this example, it is assumed that the read block is composed of four TMR elements stacked in four stages, and the four TMR elements in the read block are selected by the lower 2 bits CA0 and CA1 of the column address signal. . Further, the column of the memory cell array is selected by the upper column address signal, that is, the column address signal excluding the lower 2 bits CA0 and CA1 of the column address signal.

【0332】なお、同図では、書き込みビット線ドライ
バ/シンカーの1カラム分のみを示している。
In the figure, only one column of the write bit line driver / sinker is shown.

【0333】書き込みビット線ドライバ/シンカー29
Aは、PチャネルMOSトランジスタQP5,QP6,
QP7,QP8、NチャネルMOSトランジスタQN
5,QN6,QN7,QN8、NANDゲート回路ND
5,ND6,ND7,ND8、ANDゲート回路AD
1,AD2,AD3,AD4及びインバータINV1,
INV2,INV3,INV4から構成される。
Write bit line driver / sinker 29
A is a P-channel MOS transistor QP5, QP6,
QP7, QP8, N-channel MOS transistor QN
5, QN6, QN7, QN8, NAND gate circuit ND
5, ND6, ND7, ND8, AND gate circuit AD
1, AD2, AD3, AD4 and inverter INV1,
It is composed of INV2, INV3 and INV4.

【0334】PチャネルMOSトランジスタQP5は、
電源端子VDDと最下段(1段目)の書き込みビット線
BL1の一端との間に接続される。NANDゲート回路
ND5の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQ
P5のゲートに供給される。NチャネルMOSトランジ
スタQN5は、最下段の書き込みビット線BL1の一端
と接地端子VSSの間に接続される。ANDゲート回路
AD1の出力信号は、NチャネルMOSトランジスタQ
N5のゲートに供給される。
P-channel MOS transistor QP5 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the write bit line BL1 at the lowest stage (first stage). The output signal of the NAND gate circuit ND5 is the P-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of P5. The N-channel MOS transistor QN5 is connected between one end of the lowermost write bit line BL1 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD1 is an N-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of N5.

【0335】PチャネルMOSトランジスタQP6は、
電源端子VDDと2段目の書き込みビット線BL2の一
端との間に接続される。NANDゲート回路ND6の出
力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP6のゲー
トに供給される。NチャネルMOSトランジスタQN6
は、2段目の書き込みビット線BL2の一端と接地端子
VSSの間に接続される。ANDゲート回路AD2の出
力信号は、NチャネルMOSトランジスタQN6のゲー
トに供給される。
P-channel MOS transistor QP6 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the write bit line BL2 of the second stage. The output signal of the NAND gate circuit ND6 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP6. N-channel MOS transistor QN6
Is connected between one end of the second-stage write bit line BL2 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD2 is supplied to the gate of the N-channel MOS transistor QN6.

【0336】PチャネルMOSトランジスタQP7は、
電源端子VDDと3段目の書き込みビット線BL3の一
端との間に接続される。NANDゲート回路ND7の出
力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP7のゲー
トに供給される。NチャネルMOSトランジスタQN7
は、3段目の書き込みビット線BL3の一端と接地端子
VSSの間に接続される。ANDゲート回路AD3の出
力信号は、NチャネルMOSトランジスタQN7のゲー
トに供給される。
The P-channel MOS transistor QP7 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the third-stage write bit line BL3. The output signal of the NAND gate circuit ND7 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP7. N-channel MOS transistor QN7
Is connected between one end of the third-stage write bit line BL3 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD3 is supplied to the gate of the N-channel MOS transistor QN7.

【0337】PチャネルMOSトランジスタQP8は、
電源端子VDDと最上段(4段目)の書き込みビット線
BL4の一端との間に接続される。NANDゲート回路
ND8の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQ
P8のゲートに供給される。NチャネルMOSトランジ
スタQN8は、最上段の書き込みビット線BL4の一端
と接地端子VSSの間に接続される。ANDゲート回路
AD4の出力信号は、NチャネルMOSトランジスタQ
N8のゲートに供給される。
P-channel MOS transistor QP8 is
It is connected between the power supply terminal VDD and one end of the uppermost (fourth) write bit line BL4. The output signal of the NAND gate circuit ND8 is the P-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of P8. The N-channel MOS transistor QN8 is connected between one end of the uppermost write bit line BL4 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD4 is an N-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of N8.

【0338】書き込みビット線ドライバ/シンカー31
は、PチャネルMOSトランジスタQP9,QP10,
QP11,QP12、NチャネルMOSトランジスタQ
N9,QN10,QN11,QN12、NANDゲート
回路ND9,ND10,ND11,ND12、ANDゲ
ート回路AD5,AD6,AD7,AD8及びインバー
タINV5,INV6,INV7,INV8から構成さ
れる。
Write bit line driver / sinker 31
Are P-channel MOS transistors QP9, QP10,
QP11, QP12, N-channel MOS transistor Q
N9, QN10, QN11, QN12, NAND gate circuits ND9, ND10, ND11, ND12, AND gate circuits AD5, AD6, AD7, AD8 and inverters INV5, INV6, INV7, INV8.

【0339】PチャネルMOSトランジスタQP9は、
電源端子VDDと最下段(1段目)の書き込みビット線
BL1の他端との間に接続される。NANDゲート回路
ND9の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQ
P9のゲートに供給される。NチャネルMOSトランジ
スタQN9は、最下段の書き込みビット線BL1の他端
と接地端子VSSの間に接続される。ANDゲート回路
AD5の出力信号は、NチャネルMOSトランジスタQ
N9のゲートに供給される。
The P-channel MOS transistor QP9 is
It is connected between the power supply terminal VDD and the other end of the write bit line BL1 in the lowermost stage (first stage). The output signal of the NAND gate circuit ND9 is the P-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of P9. The N-channel MOS transistor QN9 is connected between the other end of the lowermost write bit line BL1 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD5 is an N-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of N9.

【0340】PチャネルMOSトランジスタQP10
は、電源端子VDDと2段目の書き込みビット線BL2
の他端との間に接続される。NANDゲート回路ND1
0の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP1
0のゲートに供給される。NチャネルMOSトランジス
タQN10は、2段目の書き込みビット線BL2の他端
と接地端子VSSの間に接続される。ANDゲート回路
AD6の出力信号は、NチャネルMOSトランジスタQ
N10のゲートに供給される。
P-channel MOS transistor QP10
Is the power supply terminal VDD and the second-stage write bit line BL2
Is connected to the other end of. NAND gate circuit ND1
The output signal of 0 is the P-channel MOS transistor QP1.
It is supplied to the 0 gate. The N-channel MOS transistor QN10 is connected between the other end of the second-stage write bit line BL2 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD6 is an N-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of N10.

【0341】PチャネルMOSトランジスタQP11
は、電源端子VDDと3段目の書き込みビット線BL3
の他端との間に接続される。NANDゲート回路ND1
1の出力信号は、PチャネルMOSトランジスタQP1
1のゲートに供給される。NチャネルMOSトランジス
タQN11は、3段目の書き込みビット線BL3の他端
と接地端子VSSの間に接続される。ANDゲート回路
AD7の出力信号は、NチャネルMOSトランジスタQ
N11のゲートに供給される。
P-channel MOS transistor QP11
Is the power supply terminal VDD and the third-stage write bit line BL3
Is connected to the other end of. NAND gate circuit ND1
The output signal of 1 is the P-channel MOS transistor QP1.
1 is supplied to the gate. The N-channel MOS transistor QN11 is connected between the other end of the third-stage write bit line BL3 and the ground terminal VSS. The output signal of the AND gate circuit AD7 is the N-channel MOS transistor Q.
It is supplied to the gate of N11.

【0342】PチャネルMOSトランジスタQP12
は、電源端子VDDと最上段(4段目)の書き込みビッ
ト線BL4の他端との間に接続される。NANDゲート
回路ND12の出力信号は、PチャネルMOSトランジ
スタQP12のゲートに供給される。NチャネルMOS
トランジスタQN12は、最上段の書き込みビット線B
L4の他端と接地端子VSSの間に接続される。AND
ゲート回路AD8の出力信号は、NチャネルMOSトラ
ンジスタQN12のゲートに供給される。
P-channel MOS transistor QP12
Is connected between the power supply terminal VDD and the other end of the uppermost (fourth) write bit line BL4. The output signal of the NAND gate circuit ND12 is supplied to the gate of the P-channel MOS transistor QP12. N channel MOS
The transistor QN12 is the uppermost write bit line B
It is connected between the other end of L4 and the ground terminal VSS. AND
The output signal of the gate circuit AD8 is supplied to the gate of the N-channel MOS transistor QN12.

【0343】このような構成を有する書き込みビット線
ドライバ/シンカー29A,31において、NANDゲ
ート回路ND5の出力信号が“0”、ANDゲート回路
AD5の出力信号が“1”のとき、書き込みビット線B
L1には、書き込みビット線ドライバ/シンカー29A
から書き込みビット線ドライバ/シンカー31へ向う書
き込み電流が流れる。
In the write bit line drivers / sinkers 29A and 31 having such a configuration, when the output signal of the NAND gate circuit ND5 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD5 is "1", the write bit line B is
Write bit line driver / sinker 29A for L1
A write current flows from the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver / sinker 31.

【0344】また、NANDゲート回路ND9の出力信
号が“0”、ANDゲート回路AD1の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL1には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー31から書き込みビット線
ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND9 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD1 is "1", the write bit line BL1 includes the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver. / A write current flows to the sinker 29A.

【0345】また、NANDゲート回路ND6の出力信
号が“0”、ANDゲート回路AD6の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL2には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー29Aから書き込みビット
線ドライバ/シンカー31へ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND6 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD6 is "1", the write bit line BL2 includes the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver. / Write current flows toward the sinker 31.

【0346】また、NANDゲート回路ND10の出力
信号が“0”、ANDゲート回路AD2の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL2には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー31から書き込みビット線
ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND10 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD2 is "1", the write bit line BL2 includes the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver. / A write current flows to the sinker 29A.

【0347】また、NANDゲート回路ND7の出力信
号が“0”、ANDゲート回路AD7の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL3には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー29Aから書き込みビット
線ドライバ/シンカー31へ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND7 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD7 is "1", the write bit line BL3 is connected to the write bit line driver / sinker 29A. / Write current flows toward the sinker 31.

【0348】また、NANDゲート回路ND11の出力
信号が“0”、ANDゲート回路AD3の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL3には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー31から書き込みビット線
ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND11 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD3 is "1", the write bit line BL3 is connected to the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver. / A write current flows to the sinker 29A.

【0349】また、NANDゲート回路ND8の出力信
号が“0”、ANDゲート回路AD8の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL4には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー29Aから書き込みビット
線ドライバ/シンカー31へ向う書き込み電流が流れ
る。
Further, when the output signal of the NAND gate circuit ND8 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD8 is "1", the write bit line BL4 is connected to the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver. / Write current flows toward the sinker 31.

【0350】また、NANDゲート回路ND12の出力
信号が“0”、ANDゲート回路AD4の出力信号が
“1”のとき、書き込みビット線BL4には、書き込み
ビット線ドライバ/シンカー31から書き込みビット線
ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み電流が流れ
る。
When the output signal of the NAND gate circuit ND12 is "0" and the output signal of the AND gate circuit AD4 is "1", the write bit line BL4 includes the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver. / A write current flows to the sinker 29A.

【0351】書き込みビット線ドライバ/シンカー29
A,31においては、書き込み動作時、書き込み信号W
RITEは、“1”となる。また、選択されたカラムで
は、上位カラムアドレス信号の全てのビット、即ち、カ
ラムアドレス信号のうち下位2ビットCA0,CA1を
除いたカラムアドレス信号の全てのビットが“1”とな
る。
Write bit line driver / sinker 29
In A and 31, in the write operation, the write signal W
RITE becomes “1”. Further, in the selected column, all the bits of the upper column address signal, that is, all the bits of the column address signal except the lower two bits CA0 and CA1 of the column address signal become "1".

【0352】下位カラムアドレス信号CA0,CA1
は、選択されたカラム内の4本の書き込みビット線BL
1,BL2,BL3,BL4のうちの1本を選択するた
めの信号である。選択されたビット線には、書き込みデ
ータDATAの値に応じた向きを有する書き込み電流が
流れる。
Lower column address signals CA0, CA1
Is the four write bit lines BL in the selected column.
This is a signal for selecting one of 1, BL2, BL3 and BL4. A write current having a direction corresponding to the value of the write data DATA flows through the selected bit line.

【0353】選択されたカラム内の選択された書き込み
ビット線に流れる書き込み電流の向きは、書き込みデー
タDATAの値に応じて決定される。
The direction of the write current flowing through the selected write bit line in the selected column is determined according to the value of write data DATA.

【0354】例えば、書き込みビット線BL1が選択さ
れているとき(CA0=“0”,CA1=“0”のと
き)、書き込みデータDATAが“1”であると、NA
NDゲート回路ND5の出力信号が“0”となり、AN
Dゲート回路AD5の出力信号が“1”となる。その結
果、書き込みビット線BL1には、書き込みビット線ド
ライバ/シンカー29Aから書き込みビット線ドライバ
/シンカー31へ向う書き込み電流が流れる。
For example, when the write bit line BL1 is selected (when CA0 = "0" and CA1 = "0"), when the write data DATA is "1", NA is set.
The output signal of the ND gate circuit ND5 becomes "0", and AN
The output signal of the D gate circuit AD5 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver / sinker 31 in the write bit line BL1.

【0355】逆に、書き込みデータDATAが“0”で
あると、NANDゲート回路ND9の出力信号が“0”
となり、ANDゲート回路AD1の出力信号が“1”と
なる。その結果、書き込みビット線BL1には、書き込
みビット線ドライバ/シンカー31から書き込みビット
線ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み電流が流れ
る。
On the contrary, when the write data DATA is "0", the output signal of the NAND gate circuit ND9 is "0".
And the output signal of the AND gate circuit AD1 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver / sinker 29A in the write bit line BL1.

【0356】また、書き込みビット線BL2が選択され
ているとき(CA0=“1”,CA1=“0”のと
き)、書き込みデータDATAが“1”であると、NA
NDゲート回路ND6の出力信号が“0”となり、AN
Dゲート回路AD6の出力信号が“1”となる。その結
果、書き込みビット線BL2には、書き込みビット線ド
ライバ/シンカー29Aから書き込みビット線ドライバ
/シンカー31へ向う書き込み電流が流れる。
When the write bit line BL2 is selected (when CA0 = "1" and CA1 = "0"), when the write data DATA is "1", NA is set.
The output signal of the ND gate circuit ND6 becomes "0", and AN
The output signal of the D gate circuit AD6 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver / sinker 31 in the write bit line BL2.

【0357】逆に、書き込みデータDATAが“0”で
あると、NANDゲート回路ND10の出力信号が
“0”となり、ANDゲート回路AD2の出力信号が
“1”となる。その結果、書き込みビット線BL2に
は、書き込みビット線ドライバ/シンカー31から書き
込みビット線ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み
電流が流れる。
On the contrary, when the write data DATA is "0", the output signal of the NAND gate circuit ND10 becomes "0" and the output signal of the AND gate circuit AD2 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver / sinker 29A in the write bit line BL2.

【0358】また、書き込みビット線BL3が選択され
ているとき(CA0=“0”,CA1=“1”のと
き)、書き込みデータDATAが“1”であると、NA
NDゲート回路ND7の出力信号が“0”となり、AN
Dゲート回路AD7の出力信号が“1”となる。その結
果、書き込みビット線BL3には、書き込みビット線ド
ライバ/シンカー29Aから書き込みビット線ドライバ
/シンカー31へ向う書き込み電流が流れる。
When the write bit line BL3 is selected (when CA0 = "0" and CA1 = "1"), when the write data DATA is "1", NA is set.
The output signal of the ND gate circuit ND7 becomes "0", and AN
The output signal of the D gate circuit AD7 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver / sinker 31 in the write bit line BL3.

【0359】逆に、書き込みデータDATAが“0”で
あると、NANDゲート回路ND11の出力信号が
“0”となり、ANDゲート回路AD3の出力信号が
“1”となる。その結果、書き込みビット線BL3に
は、書き込みビット線ドライバ/シンカー31から書き
込みビット線ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み
電流が流れる。
On the contrary, when the write data DATA is "0", the output signal of the NAND gate circuit ND11 becomes "0" and the output signal of the AND gate circuit AD3 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver / sinker 29A in the write bit line BL3.

【0360】また、書き込みビット線BL4が選択され
ているとき(CA0=“1”,CA1=“1”のと
き)、書き込みデータDATAが“1”であると、NA
NDゲート回路ND8の出力信号が“0”となり、AN
Dゲート回路AD8の出力信号が“1”となる。その結
果、書き込みビット線BL4には、書き込みビット線ド
ライバ/シンカー29Aから書き込みビット線ドライバ
/シンカー31へ向う書き込み電流が流れる。
When the write bit line BL4 is selected (when CA0 = "1" and CA1 = "1"), when the write data DATA is "1", NA is set.
The output signal of the ND gate circuit ND8 becomes "0", and AN
The output signal of the D gate circuit AD8 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 29A to the write bit line driver / sinker 31 in the write bit line BL4.

【0361】逆に、書き込みデータDATAが“0”で
あると、NANDゲート回路ND12の出力信号が
“0”となり、ANDゲート回路AD4の出力信号が
“1”となる。その結果、書き込みビット線BL4に
は、書き込みビット線ドライバ/シンカー31から書き
込みビット線ドライバ/シンカー29Aへ向う書き込み
電流が流れる。
On the contrary, when the write data DATA is "0", the output signal of the NAND gate circuit ND12 becomes "0" and the output signal of the AND gate circuit AD4 becomes "1". As a result, a write current flows from the write bit line driver / sinker 31 to the write bit line driver / sinker 29A in the write bit line BL4.

【0362】(3) 読み出しワード線ドライバ 図36及び図37は、読み出しワード線ドライバの回路
例を示している。読み出しワード線ドライバは、構造例
1,2,6,7に適用する場合と構造例3,4,5,8
に適用する場合とで回路構造が異なる。
(3) Read Word Line Driver FIGS. 36 and 37 show a circuit example of the read word line driver. The read word line driver is applied to the structural examples 1, 2, 6, 7 and the structural examples 3, 4, 5, 8
The circuit structure is different when applied to.

【0363】図36は、構造例1,2,6,7に適用さ
れる読み出しワード線ドライバの一例を示している。読
み出しワード線ドライバ23B−1は、ANDゲート回
路AD9から構成される。ANDゲート回路AD9に
は、読み出し信号READ及びロウアドレス信号が入力
される。
FIG. 36 shows an example of a read word line driver applied to Structural Examples 1, 2, 6, and 7. The read word line driver 23B-1 is composed of an AND gate circuit AD9. The read signal READ and the row address signal are input to the AND gate circuit AD9.

【0364】読み出し信号は、読み出し動作時に、
“1”となる信号である。ロウアドレス信号は、書き込
みワード線ドライバ/シンカー(図33)におけるロウ
アドレス信号と同じである。
The read signal is
This signal is "1". The row address signal is the same as the row address signal in the write word line driver / sinker (FIG. 33).

【0365】読み出し動作時、選択されたロウでは、ロ
ウアドレス信号の全ビットは、“1”となるため、読み
出しワード線RWL1の電位は、“1”となる。
In the read operation, in the selected row, all the bits of the row address signal are "1", so that the potential of the read word line RWL1 is "1".

【0366】図37は、構造例3,4,5,8に適用さ
れる読み出しワード線ドライバの一例を示している。読
み出しワード線ドライバ23B−1は、NANDゲート
回路ND13から構成される。NANDゲート回路ND
13には、読み出し信号READ及びロウアドレス信号
が入力される。
FIG. 37 shows an example of a read word line driver applied to Structural Examples 3, 4, 5, and 8. The read word line driver 23B-1 is composed of a NAND gate circuit ND13. NAND gate circuit ND
A read signal READ and a row address signal are input to 13.

【0367】読み出し信号は、読み出し動作時に、
“1”となる信号である。ロウアドレス信号は、書き込
みワード線ドライバ/シンカー(図33)におけるロウ
アドレス信号と同じである。
The read signal is
This signal is "1". The row address signal is the same as the row address signal in the write word line driver / sinker (FIG. 33).

【0368】読み出し動作時、選択されたロウでは、ロ
ウアドレス信号の全ビットは、“1”となるため、読み
出しワード線RWL1の電位は、“0”となる。
In the read operation, in the selected row, all the bits of the row address signal are "1", so that the potential of the read word line RWL1 is "0".

【0369】(4) カラムデコーダ 図38及び図39は、カラムデコーダの回路例を示して
いる。カラムデコーダ32,32A,32Bは、AND
ゲート回路AD10から構成される。ANDゲート回路
AD10には、読み出し信号READ及び上位カラムア
ドレス信号が入力される。読み出し信号は、読み出し動
作時に、“1”となる信号である。また、選択されたカ
ラムでは、上位カラムアドレス信号の全ビットは、
“1”となる。
(4) Column Decoder FIGS. 38 and 39 show examples of column decoder circuits. The column decoders 32, 32A and 32B are ANDed
It is composed of a gate circuit AD10. The read signal READ and the upper column address signal are input to the AND gate circuit AD10. The read signal is a signal that becomes “1” during the read operation. In addition, in the selected column, all bits of the upper column address signal are
It becomes "1".

【0370】従って、カラムデコーダ32,32Aは、
その出力信号であるカラム選択信号CSLjの電位を
“1”とし、カラムデコーダ32Bは、その出力信号で
あるデコード信号DL1の電位を“1”とする。
Therefore, the column decoders 32 and 32A are
The potential of the column selection signal CSLj that is the output signal thereof is set to "1", and the column decoder 32B sets the potential of the decode signal DL1 that is the output signal thereof to "1".

【0371】(5) 読み出し回路 図40は、読み出し回路の回路例を示している。本例で
は、1カラム内において、読み出しブロック内には、4
つのTMR素子が配置され、かつ、TMR素子は、それ
ぞれ独立に読み出しビット線に接続されることを前提と
する。つまり、1カラム内には、4本の読み出しビット
線が配置され、これら読み出しビット線は、カラム選択
スイッチを経由して、読み出し回路29Bに接続され
る。
(5) Read Circuit FIG. 40 shows a circuit example of the read circuit. In this example, in one column, in the read block, 4
It is premised that two TMR elements are arranged and that each TMR element is independently connected to the read bit line. That is, four read bit lines are arranged in one column, and these read bit lines are connected to the read circuit 29B via the column selection switch.

【0372】本例の読み出し回路29Bは、読み出しデ
ータを1ビットずつ出力する1ビットタイプ磁気ランダ
ムアクセスメモリに適用される。
The read circuit 29B of this example is applied to a 1-bit type magnetic random access memory which outputs read data bit by bit.

【0373】従って、読み出し回路29Bは、4つのセ
ンスアンプ&バイアス回路29B11,29B12,2
9B13,29B14と、セレクタ29B2と、出力バ
ッファ29B3とを有している。
Therefore, the read circuit 29B has four sense amplifier & bias circuits 29B11, 29B12, 2
9B13 and 29B14, a selector 29B2, and an output buffer 29B3.

【0374】読み出し動作時、選択された読み出しブロ
ックの4つのTMR素子から同時に読み出しデータが読
み出される。これら4つの読み出しデータは、センスア
ンプ&バイアス回路29B11,29B12,29B1
3,29B14に入力され、センスされる。
In the read operation, read data is simultaneously read from the four TMR elements of the selected read block. These four read data are the sense amplifier & bias circuits 29B11, 29B12, 29B1.
3, 29B14 is input and sensed.

【0375】セレクタ29B2は、カラムアドレス信号
の下位2ビットCA0,CA1に基づいて、センスアン
プ&バイアス回路29B11,29B12,29B1
3,29B14から出力される4つの読み出しデータの
うちの1つを選択する。選択された読み出しデータは、
出力バッファ29B3を経由し、出力データとして、磁
気ランダムアクセスメモリから出力される。
Selector 29B2 sense amplifier & bias circuits 29B11, 29B12, 29B1 based on the lower 2 bits CA0, CA1 of the column address signal.
One of the four read data output from 3, 29B14 is selected. The selected read data is
The data is output from the magnetic random access memory as output data via the output buffer 29B3.

【0376】ところで、本例では、読み出し回路29B
を1ビットタイプ磁気ランダムアクセスメモリに適用す
ることを前提とした。
By the way, in this example, the read circuit 29B is used.
Was applied to a 1-bit type magnetic random access memory.

【0377】しかし、例えば、読み出し回路29Bを、
読み出しデータを4ビットずつ出力する4ビットタイプ
磁気ランダムアクセスメモリに適用する場合には、セレ
クタ29B2は、不要となる。反面、出力バッファ29
B3については、センスアンプ&バイアス回路29B1
1,29B12,29B13,29B14に対応させ
て、4つ必要となる。
However, for example, the read circuit 29B is
When applied to a 4-bit type magnetic random access memory that outputs read data in units of 4 bits, the selector 29B2 becomes unnecessary. On the other hand, the output buffer 29
For B3, the sense amplifier & bias circuit 29B1
Four are required corresponding to 1, 29B12, 29B13, 29B14.

【0378】図41は、4ビットタイプ磁気ランダムア
クセスメモリに適用される読み出し回路の回路例を示し
ている。読み出し回路29Bは、4つのセンスアンプ&
バイアス回路29B11,29B12,29B13,2
9B14と、4つの出力バッファ29B31,29B3
2,29B33,29B34とを有している。
FIG. 41 shows a circuit example of a read circuit applied to a 4-bit type magnetic random access memory. The read circuit 29B has four sense amplifiers &
Bias circuits 29B11, 29B12, 29B13, 2
9B14 and four output buffers 29B31 and 29B3
2, 29B33, 29B34.

【0379】読み出し動作時、選択された読み出しブロ
ックの4つのTMR素子から同時に読み出しデータが読
み出される。これら4つの読み出しデータは、センスア
ンプ&バイアス回路29B11,29B12,29B1
3,29B14に入力され、センスされる。
In the read operation, read data is read out simultaneously from the four TMR elements of the selected read block. These four read data are the sense amplifier & bias circuits 29B11, 29B12, 29B1.
3, 29B14 is input and sensed.

【0380】そして、センスアンプ&バイアス回路29
B11,29B12,29B13,29B14の出力デ
ータは、出力バッファ29B31,29B32,29B
33,29B34を経由し、磁気ランダムアクセスメモ
リから出力される。
Then, the sense amplifier & bias circuit 29
The output data of B11, 29B12, 29B13, 29B14 are output buffers 29B31, 29B32, 29B.
The data is output from the magnetic random access memory via 33, 29B34.

【0381】図42は、センスアンプ&バイアス回路の
回路例を示している。このセンスアンプ&バイアス回路
は、図40及び図41の4つのセンスアンプ&バイアス
回路のうちの1つに対応している。
FIG. 42 shows a circuit example of the sense amplifier & bias circuit. This sense amplifier & bias circuit corresponds to one of the four sense amplifier & bias circuits of FIGS. 40 and 41.

【0382】センスアンプS/Aは、例えば、差動アン
プから構成される。
The sense amplifier S / A is composed of, for example, a differential amplifier.

【0383】電源端子VDDとカラム選択スイッチ29
Cとの間には、PチャネルMOSトランジスタQP14
とNチャネルMOSトランジスタQN13とが直列に接
続される。オペアンプOPのマイナス側入力端子は、ノ
ードn2に接続され、その出力端子は、NチャネルMO
SトランジスタQN13のゲートに接続され、そのプラ
ス側入力端子には、クランプ電位VCが入力される。
Power supply terminal VDD and column selection switch 29
Between C and P channel MOS transistor QP14
And N channel MOS transistor QN13 are connected in series. The negative input terminal of the operational amplifier OP is connected to the node n2, and its output terminal is an N-channel MO.
It is connected to the gate of the S-transistor QN13, and the clamp potential VC is input to its positive input terminal.

【0384】オペアンプOPは、ノードn2の電位をク
ランプ電位VCに等しくする役割を果たす。クランプ電
位VCの値は、所定の正の値に設定される。
The operational amplifier OP plays a role of making the potential of the node n2 equal to the clamp potential VC. The value of the clamp potential VC is set to a predetermined positive value.

【0385】定電流源Isは、読み出し電流Iread
を生成する。読み出し電流Ireadは、PチャネルM
OSトランジスタQP13,QP14からなるカレント
ミラー回路を経由して、ビット線BLiに流れる。例え
ば、差動アンプからなるセンスアンプは、読み出し電流
Ireadが流れているときのノードn1の電位に基づ
いて、メモリセル(TMR素子)のデータをセンスす
る。
The constant current source Is has a read current Iread.
To generate. The read current Iread is P channel M
The current flows to the bit line BLi via the current mirror circuit including the OS transistors QP13 and QP14. For example, the sense amplifier including a differential amplifier senses the data in the memory cell (TMR element) based on the potential of the node n1 when the read current Iread is flowing.

【0386】図43は、センスアンプの回路例を示して
いる。図44は、センスアンプのリファレンス電位生成
回路の回路例を示している。センスアンプS/Aは、例
えば、差動アンプから構成される。センスアンプS/A
は、ノードn1の電位Vn1とリファレンス電位Vre
fとを比較する。
FIG. 43 shows a circuit example of the sense amplifier. FIG. 44 shows a circuit example of the reference potential generation circuit of the sense amplifier. The sense amplifier S / A is composed of, for example, a differential amplifier. Sense amplifier S / A
Is the potential Vn1 of the node n1 and the reference potential Vre
Compare with f.

【0387】リファレンス電位Vrefは、“1”デー
タを記憶するTMR素子と“0”データを記憶するTM
R素子とから生成される。
The reference potential Vref is a TMR element for storing "1" data and a TM for storing "0" data.
It is generated from the R element.

【0388】電源端子VDDと“1”データを記憶する
TMR素子との間には、PチャネルMOSトランジスタ
QP16及びNチャネルMOSトランジスタQN14,
QN15が直列に接続される。また、電源端子VDDと
“0”データを記憶するTMR素子との間には、Pチャ
ネルMOSトランジスタQP17及びNチャネルMOS
トランジスタQN16,QN17が直列に接続される。
Between the power supply terminal VDD and the TMR element which stores "1" data, a P-channel MOS transistor QP16 and an N-channel MOS transistor QN14,
QN15 is connected in series. In addition, a P-channel MOS transistor QP17 and an N-channel MOS transistor are provided between the power supply terminal VDD and the TMR element which stores “0” data.
Transistors QN16 and QN17 are connected in series.

【0389】PチャネルMOSトランジスタQP16,
QP17のドレインは、互いに接続され、また、Nチャ
ネルMOSトランジスタQN15,QN17のドレイン
も、互いに接続される。
P-channel MOS transistor QP16,
The drains of QP17 are connected to each other, and the drains of N-channel MOS transistors QN15 and QN17 are also connected to each other.

【0390】オペアンプOPは、ノードn4の電位をク
ランプ電位VCに等しくする役割を果たす。定電流源I
s2は、読み出し電流Ireadを生成する。読み出し
電流Ireadは、PチャネルMOSトランジスタQP
15,QP16からなるカレントミラー回路を経由し
て、“1”データを記憶するTMR素子及び“0”デー
タを記憶するTMR素子に流れる。
The operational amplifier OP plays a role of making the potential of the node n4 equal to the clamp potential VC. Constant current source I
S2 generates the read current Iread. The read current Iread is the P-channel MOS transistor QP.
The current flows through the TMR element storing "1" data and the TMR element storing "0" data via the current mirror circuit composed of 15 and QP16.

【0391】リファレンス電位Vrefは、ノードn3
から出力される。
Reference potential Vref is the same as node n3.
Is output from.

【0392】ここで、Is1=Is2、トランジスタQ
P13,QP14,QP15,QP16,QP17を同
一サイズ、トランジスタQN13,QN14,QN16
を同一サイズ、並びに、トランジスタQN15,QN1
7及びCSL1,CSL2,・・・が入力されるNチャ
ネルMOSトランジスタを同一サイズとすると、Vre
fは、“1”データを出力するときのVn1の電位と
“0”データを出力するときのVn1の電位のちょうど
中間の値にすることができる。
Here, Is1 = Is2 and the transistor Q
P13, QP14, QP15, QP16, QP17 have the same size, and transistors QN13, QN14, QN16
Have the same size, and transistors QN15 and QN1
7 and CSL1, CSL2, ... If the same size N-channel MOS transistors are input, Vre
f can be set to an intermediate value between the potential of Vn1 when outputting "1" data and the potential of Vn1 when outputting "0" data.

【0393】図45は、図42及び図44のオペアンプ
OPの回路例を示している。オペアンプOPは、Pチャ
ネルMOSトランジスタQP18,QP19及びNチャ
ネルMOSトランジスタQN18,QN19、QN20
から構成される。イネーブル信号Enableが“H”
になると、オペアンプOPは、動作状態となる。
FIG. 45 shows a circuit example of the operational amplifier OP shown in FIGS. 42 and 44. The operational amplifier OP includes P-channel MOS transistors QP18, QP19 and N-channel MOS transistors QN18, QN19, QN20.
Composed of. Enable signal Enable is "H"
Then, the operational amplifier OP is activated.

【0394】5. 製造方法 本発明の磁気ランダムアクセスメモリのセルアレイ構
造、読み出し動作原理、及び、読み出し回路について
は、上述した通りである。そこで、最後に、本発明の磁
気ランダムアクセスメモリを実現するための製造方法に
ついて説明する。
5. Manufacturing Method The cell array structure, read operation principle, and read circuit of the magnetic random access memory of the present invention are as described above. Therefore, finally, a manufacturing method for realizing the magnetic random access memory of the present invention will be described.

【0395】以下に説明する製造方法は、構造例1に関
するものである。但し、構造例2〜8についても、以下
の製造方法を使用して簡単に形成することができる。
The manufacturing method described below relates to Structural Example 1. However, the structural examples 2 to 8 can be easily formed by using the following manufacturing method.

【0396】即ち、構造例2は、構造例1に対して、読
み出し選択スイッチの向きが異なるだけであり、また、
構造例3,4は、構造例1に対して、読み出し選択スイ
ッチに接続される配線の種類(目的)が異なるだけだか
らである。また、構造例5〜8は、構造例1に対して、
読み出し選択スイッチを構成する素子が異なるに過ぎな
い。
That is, the structure example 2 is different from the structure example 1 only in the direction of the read selection switch, and
This is because the structural examples 3 and 4 differ from the structural example 1 only in the type (purpose) of the wiring connected to the read selection switch. Further, the structural examples 5 to 8 are different from the structural example 1 in that
Only the elements forming the read selection switch are different.

【0397】(1) 対象となるセルアレイ構造 まず、本発明の製造方法により完成されるセルアレイ構
造について簡単に説明する。その後、そのセルアレイ構
造の製造方法について説明する。
(1) Target Cell Array Structure First, a cell array structure completed by the manufacturing method of the present invention will be briefly described. Then, a method of manufacturing the cell array structure will be described.

【0398】図46は、構造例1に関するセルアレイ構
造を示している。このセルアレイ構造では、縦積みされ
た4つのTMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,M
TJ4により、1つの読み出しブロックが構成される。
FIG. 46 shows a cell array structure relating to Structural Example 1. In this cell array structure, four vertically stacked TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, M
One read block is configured by TJ4.

【0399】半導体基板51の表面領域には、読み出し
選択スイッチ(MOSトランジスタ)RSWが配置され
る。カラム方向に隣接する2つの読み出しブロック内の
読み出し選択スイッチRSWは、1つのソースを互いに
共有している。読み出し選択スイッチRSWのソース
は、ソース線SLに接続される。ソース線SLは、例え
ば、Y方向に一直線に延び、1カラム内に配置される複
数の読み出しブロックの読み出し選択スイッチRSWに
共通に接続される。
In the surface area of the semiconductor substrate 51, a read selection switch (MOS transistor) RSW is arranged. The read selection switches RSW in the two read blocks adjacent in the column direction share one source with each other. The source of the read selection switch RSW is connected to the source line SL. The source line SL extends in a straight line in the Y direction, for example, and is commonly connected to the read selection switches RSW of the plurality of read blocks arranged in one column.

【0400】読み出し選択スイッチ(MOSトランジス
タ)RSWのゲートは、読み出しワード線RWL1,R
WL2,RWL3となっている。読み出しワード線RW
L1,RWL2,RWL3は、X方向に延びている。読
み出し選択スイッチRSW上には、それぞれ、4個のT
MR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MTJ4が積
み重ねられている。
The gate of the read selection switch (MOS transistor) RSW has read word lines RWL1 and RWL.
WL2 and RWL3. Read word line RW
L1, RWL2 and RWL3 extend in the X direction. Four Ts are provided on each read selection switch RSW.
The MR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MTJ4 are stacked.

【0401】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4は、例えば、図7、図8又は図9に示すよ
うな構造を有する。TMR素子MTJ1,MTJ2,M
TJ3,MTJ4の上下方向の向きは、例えば、自由層
(記憶層)がなるべく書き込みワード線と読み出し/書
き込みビット線から等距離となるように設定し、その容
易軸は、例えば、X方向に平行となるようにし設定す
る。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, MTJ4 has a structure as shown in FIG. 7, FIG. 8 or FIG. 9, for example. TMR element MTJ1, MTJ2, M
The vertical orientations of TJ3 and MTJ4 are set, for example, so that the free layer (storage layer) is at an equal distance from the write word line and the read / write bit line as much as possible, and the easy axis thereof is parallel to the X direction, for example. And set.

【0402】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の下面は、下部電極に接続される。下部電
極は、コンタクトプラグにより、読み出し選択スイッチ
(MOSトランジスタ)RSWのドレインに接続され
る。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, the lower surface of MTJ4 is connected to the lower electrode. The lower electrode is connected to the drain of the read selection switch (MOS transistor) RSW by the contact plug.

【0403】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の直下には、X方向に延びる書き込みワー
ド線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4が配置さ
れる。TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ3,MT
J4の上面は、Y方向に延びる読み出し/書き込みビッ
ト線BL1,BL2,BL3,BL4に接触している。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
Immediately below 3, MTJ4, write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 extending in the X direction are arranged. TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ3, MT
The upper surface of J4 is in contact with the read / write bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extending in the Y direction.

【0404】半導体基板51の上部からセルアレイ構造
を見た場合に、例えば、TMR素子MTJ1,MTJ
2,MTJ3,MTJ4は、互いにオーバーラップする
ようにレイアウトされる。また、書き込みワード線WW
L1,WWL2,WWL3,WWL4についても、互い
にオーバーラップするようにレイアウトされる。さら
に、読み出し/書き込みビット線BL1,BL2,BL
3,BL4についても、互いにオーバーラップするよう
にレイアウトされる。
When the cell array structure is viewed from above the semiconductor substrate 51, for example, the TMR elements MTJ1 and MTJ are
2, MTJ3, MTJ4 are laid out so as to overlap each other. In addition, the write word line WW
The L1, WWL2, WWL3 and WWL4 are also laid out so as to overlap each other. Furthermore, read / write bit lines BL1, BL2, BL
3 and BL4 are also laid out so as to overlap each other.

【0405】TMR素子MTJ1,MTJ2,MTJ
3,MTJ4の一端を読み出し選択スイッチRSWのド
レインに接続するためのコンタクトプラグは、書き込み
ワード線WWL1,WWL2,WWL3,WWL4や読
み出し/書き込みビット線BL1,BL2,BL3,B
L4とオーバーラップしないような位置にレイアウトさ
れる。
TMR elements MTJ1, MTJ2, MTJ
3, contact plugs for connecting one end of MTJ4 to the drain of the read selection switch RSW include write word lines WWL1, WWL2, WWL3, WWL4 and read / write bit lines BL1, BL2, BL3, B.
The layout is such that it does not overlap L4.

【0406】(2) 製造方法の各ステップ 以下、図46のセルアレイ構造を実現するための製造方
法について説明する。ここでは、具体化された製造方法
(例えば、デュアルダマシンプロセスの採用など)を説
明するので、図46のセルアレイ構造にない要素につい
ても説明されることに留意する。但し、最終的に完成す
るセルアレイ構造の概略は、図46のセルアレイ構造と
ほぼ同じとなる。
(2) Each Step of Manufacturing Method Hereinafter, a manufacturing method for realizing the cell array structure of FIG. 46 will be described. It should be noted that since the embodied manufacturing method (for example, the adoption of the dual damascene process) will be described here, the elements not included in the cell array structure of FIG. 46 will also be described. However, the outline of the finally completed cell array structure is almost the same as the cell array structure of FIG.

【0407】[1] 素子分離ステップ まず、図47に示すように、半導体基板51内に、ST
I(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離絶縁層
52を形成する。
[1] Element Separation Step First, as shown in FIG.
An element isolation insulating layer 52 having an I (Shallow Trench Isolation) structure is formed.

【0408】素子分離絶縁層52は、例えば、以下のよ
うなプロセスにより形成できる。
The element isolation insulating layer 52 can be formed by the following process, for example.

【0409】PEP(Photo Engraving Process)によ
り、半導体基板51上にマスクパターン(窒化シリコン
など)を形成する。このマスクパターンをマスクにし
て、RIE(Reactive Ion Etching)を用いて半導体基
板51をエッチングし、半導体基板51にトレンチを形
成する。例えば、CVD(Chemical Vapor Depositio
n)法及びCMP(Chemical Mechanical Polishing)法
を用いて、このトレンチ内に絶縁層(酸化シリコンな
ど)を満たす。
[0409] A mask pattern (silicon nitride or the like) is formed on the semiconductor substrate 51 by PEP (Photo Engraving Process). Using this mask pattern as a mask, the semiconductor substrate 51 is etched by RIE (Reactive Ion Etching) to form a trench in the semiconductor substrate 51. For example, CVD (Chemical Vapor Depositio)
By using the n) method and the CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, the trench is filled with an insulating layer (silicon oxide or the like).

【0410】この後、必要ならば、例えば、イオン注入
法により、半導体基板内に、P型不純物(B、BF
ど)又はN型不純物(P,Asなど)を注入し、P型ウ
ェル領域又はN型ウェル領域を形成する。
Thereafter, if necessary, a P-type impurity (B, BF 2 or the like) or an N-type impurity (P, As or the like) is injected into the semiconductor substrate by, for example, an ion implantation method to form a P-type well region. Alternatively, an N-type well region is formed.

【0411】[2] MOSFETの形成ステップ 次に、図48に示すように、半導体基板51の表面領域
に、読み出し選択スイッチとして機能するMOSトラン
ジスタを形成する。
[2] Step of Forming MOSFET Next, as shown in FIG. 48, a MOS transistor functioning as a read selection switch is formed in the surface region of the semiconductor substrate 51.

【0412】MOSトランジスタは、例えば、以下のよ
うなプロセスにより形成できる。
The MOS transistor can be formed by the following process, for example.

【0413】素子分離絶縁層52に取り囲まれた素子領
域内のチャネル部に、MOSトランジスタの閾値を制御
するための不純物をイオン注入する。熱酸化法により、
素子領域内にゲート絶縁膜(酸化シリコンなど)53を
形成する。CVD法により、ゲート絶縁膜53上に、ゲ
ート電極材料(不純物を含むポリシリコンなど)及びキ
ャップ絶縁膜(窒化シリコンなど)55を形成する。
Impurities for controlling the threshold value of the MOS transistor are ion-implanted into the channel portion in the element region surrounded by the element isolation insulating layer 52. By the thermal oxidation method,
A gate insulating film (silicon oxide or the like) 53 is formed in the element region. A gate electrode material (such as polysilicon containing impurities) and a cap insulating film (such as silicon nitride) 55 are formed over the gate insulating film 53 by a CVD method.

【0414】PEPにより、キャップ絶縁膜55をパタ
ーニングした後、このキャップ絶縁膜55をマスクにし
て、RIEにより、ゲート電極材料及びゲート絶縁膜5
3を加工(エッチング)する。その結果、半導体基板5
1上に、X方向に延びるゲート電極54が形成される。
After the cap insulating film 55 is patterned by PEP, the gate insulating material and the gate insulating film 5 are formed by RIE using the cap insulating film 55 as a mask.
3 is processed (etched). As a result, the semiconductor substrate 5
A gate electrode 54 extending in the X direction is formed on the first electrode 1.

【0415】キャップ絶縁膜55及びゲート電極54を
マスクにして、イオン注入法を用いて、半導体基板51
内に、P型不純物又はN型不純物を注入する。そして、
半導体基板内に、低濃度の不純物領域(LDD領域又は
エクステンション領域)を形成する。
Using the cap insulating film 55 and the gate electrode 54 as a mask, the semiconductor substrate 51 is formed by ion implantation.
A P-type impurity or an N-type impurity is implanted therein. And
A low-concentration impurity region (LDD region or extension region) is formed in the semiconductor substrate.

【0416】CVD法により、半導体基板51上の全体
に、絶縁膜(窒化シリコンなど)を形成した後、RIE
により、その絶縁膜をエッチングし、ゲート電極54及
びキャップ絶縁膜55の側壁に、サイドウォール絶縁層
57を形成する。キャップ絶縁膜55、ゲート電極54
及びサイドウォール絶縁層57をマスクにして、イオン
注入法を用いて、半導体基板51内に、P型不純物又は
N型不純物を注入する。その結果、半導体基板51内に
は、ソース領域56A及びドレイン領域56Bが形成さ
れるこの後、CVD法により、半導体基板51上の全体
に、MOSトランジスタを完全に覆う層間絶縁膜(例え
ば、酸化シリコンなど)58を形成する。また、CMP
技術を利用することによって、層間絶縁膜58の表面を
平坦化する。
After forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the semiconductor substrate 51 by the CVD method, RIE is performed.
Thus, the insulating film is etched, and the sidewall insulating layer 57 is formed on the sidewalls of the gate electrode 54 and the cap insulating film 55. Cap insulating film 55, gate electrode 54
Then, using the sidewall insulating layer 57 as a mask, a P-type impurity or an N-type impurity is implanted into the semiconductor substrate 51 by an ion implantation method. As a result, the source region 56A and the drain region 56B are formed in the semiconductor substrate 51. After that, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) that completely covers the MOS transistor is entirely formed on the semiconductor substrate 51 by the CVD method. Etc.) 58 is formed. Also, CMP
By utilizing the technique, the surface of the interlayer insulating film 58 is flattened.

【0417】[3] コンタクトホールの形成ステップ 次に、図49及び図50に示すように、半導体基板51
上の層間絶縁膜58に、MOSトランジスタのソース領
域56A及びドレイン領域56Bに到達するコンタクト
ホール59を形成する。
[3] Step of Forming Contact Hole Next, as shown in FIGS. 49 and 50, a semiconductor substrate 51 is formed.
A contact hole 59 reaching the source region 56A and the drain region 56B of the MOS transistor is formed in the upper interlayer insulating film 58.

【0418】コンタクトホール59は、例えば、PEP
により、層間絶縁膜58上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクにして、RIEによ
り、層間絶縁膜58をエッチングすれば、容易に形成す
ることができる。このエッチング後、レジストパターン
は、除去される。
The contact hole 59 is, for example, PEP.
Thus, a resist pattern can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 58 and using the resist pattern as a mask to etch the interlayer insulating film 58 by RIE. After this etching, the resist pattern is removed.

【0419】[4] 配線溝の形成ステップ 次に、図51に示すように、半導体基板51上の層間絶
縁膜58に、配線溝60を形成する。本例では、配線溝
60は、Y方向に延びているが、同一断面(Y方向に延
びる直線によりデバイスを切断した場合の断面)内に、
ソース領域56A上のコンタクトホール59とドレイン
領域56B上のコンタクトホール59と配線溝60とが
同時に表れることはない。
[4] Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 51, a wiring groove 60 is formed in the interlayer insulating film 58 on the semiconductor substrate 51. In this example, the wiring groove 60 extends in the Y direction, but in the same cross section (cross section when the device is cut by a straight line extending in the Y direction),
The contact hole 59 on the source region 56A, the contact hole 59 on the drain region 56B, and the wiring groove 60 do not appear at the same time.

【0420】そこで、図51では、配線溝60を破線で
表している。
Therefore, in FIG. 51, the wiring groove 60 is shown by a broken line.

【0421】配線溝60は、例えば、PEPにより、層
間絶縁膜58上にレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクにして、RIEにより、層間絶縁
膜58をエッチングすれば、容易に形成することができ
る。このエッチング後、レジストパターンは、除去され
る。
The wiring groove 60 can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 58 by PEP and etching the interlayer insulating film 58 by RIE using this resist pattern as a mask. You can After this etching, the resist pattern is removed.

【0422】[5] 第1配線層の形成ステップ 次に、図52に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜58上、コンタクトホール59の内面上
及び配線溝60の内面上に、それぞれ、バリアメタル層
(TiとTiNの積層など)61を形成する。続けて、
例えば、スパッタ法により、バリアメタル層61上に、
コンタクトホール59及び配線溝60を完全に満たす金
属層(Wなど)62を形成する。
[5] Step of Forming First Wiring Layer Next, as shown in FIG. 52, on the interlayer insulating film 58, on the inner surface of the contact hole 59 and on the inner surface of the wiring groove 60, for example, by using a sputtering method. Then, a barrier metal layer (such as a stack of Ti and TiN) 61 is formed on each of them. continue,
For example, by sputtering, on the barrier metal layer 61,
A metal layer (W or the like) 62 that completely fills the contact hole 59 and the wiring groove 60 is formed.

【0423】この後、図53に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層62を研磨し、金属層62を、
コンタクトホール59内及び配線溝60内のみに残す。
コンタクトホール59内に残存した金属層62は、コン
タクトプラグ62Aとなり、配線溝60内に残存した金
属層62は、第1配線層(ソース線、デコード線など)
62Bとなる。また、CVD法により、層間絶縁膜58
上に、層間絶縁膜(酸化シリコンなど)63を形成す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 53, for example, C
Using the MP method, the metal layer 62 is polished to remove the metal layer 62.
It is left only in the contact hole 59 and the wiring groove 60.
The metal layer 62 remaining in the contact hole 59 becomes the contact plug 62A, and the metal layer 62 remaining in the wiring groove 60 is the first wiring layer (source line, decode line, etc.).
It becomes 62B. Further, the interlayer insulating film 58 is formed by the CVD method.
An interlayer insulating film (silicon oxide or the like) 63 is formed on top.

【0424】コンタクトホールの形成ステップ、配線溝
の形成ステップ及び第1配線層の形成ステップからなる
ステップは、デュアルダマシンプロセスと呼ばれる。
A step including a contact hole forming step, a wiring groove forming step, and a first wiring layer forming step is called a dual damascene process.

【0425】なお、実際は、同一断面(Y方向に延びる
直線によりデバイスを切断した場合の断面)内に、コン
タクトプラグ62Aと第1配線62Bが同時に表れるこ
とはない。しかし、図53及びこれから述べる図54以
降の図においては、コンタクトプラグ62Aに加えて、
実際には、断面として表れない第1配線62Bも示すこ
とにする。
In fact, the contact plug 62A and the first wiring 62B do not appear at the same time in the same cross section (cross section when the device is cut by a straight line extending in the Y direction). However, in addition to the contact plug 62A, in FIG.
Actually, the first wiring 62B, which does not appear as a cross section, is also shown.

【0426】[6] 配線溝の形成ステップ 次に、図54に示すように、層間絶縁膜63に、配線溝
64を形成する。本例では、配線溝64は、書き込みワ
ード線を形成するための溝となっており、X方向に延び
ている。配線金属として銅(Cu)を用いた場合、配線
溝64の側面には、銅の拡散防止と酸化防止のためのサ
イドウォール絶縁層(窒化シリコンなど)65が形成さ
れる。
[6] Step of forming wiring groove Next, as shown in FIG. 54, a wiring groove 64 is formed in the interlayer insulating film 63. In this example, the wiring groove 64 is a groove for forming a write word line and extends in the X direction. When copper (Cu) is used as the wiring metal, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) 65 for preventing diffusion and oxidation of copper is formed on the side surface of the wiring groove 64.

【0427】配線溝64は、例えば、PEPにより、層
間絶縁膜63上にレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクにして、RIEにより、層間絶縁
膜63をエッチングすれば、容易に形成することができ
る。このエッチング後、レジストパターンは、除去され
る。
The wiring trench 64 can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 63 by PEP and etching the interlayer insulating film 63 by RIE using this resist pattern as a mask. You can After this etching, the resist pattern is removed.

【0428】サイドウォール絶縁層65は、CVD法に
より、層間絶縁膜63上の全体に、絶縁膜(窒化シリコ
ンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエ
ッチングすることにより、容易に形成することができ
る。
The sidewall insulating layer 65 is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 63 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. can do.

【0429】[7] 第2配線層の形成ステップ 次に、図55に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜63上、配線溝64の内面上及びサイド
ウォール絶縁層65上に、それぞれ、バリアメタル層
(TaとTaNの積層など)66を形成する。続けて、
例えば、スパッタ法により、バリアメタル層66上に、
配線溝64を完全に満たす金属層(Al,Cuなど。C
uの場合は、スパッタ法に代えて電解メッキ法を使用す
る。)67を形成する。
[7] Second Wiring Layer Forming Step Next, as shown in FIG. 55, for example, by sputtering, on the interlayer insulating film 63, on the inner surface of the wiring trench 64 and on the sidewall insulating layer 65. Then, a barrier metal layer (a stack of Ta and TaN, etc.) 66 is formed on each of them. continue,
For example, by sputtering, on the barrier metal layer 66,
A metal layer (Al, Cu, etc. C that completely fills the wiring groove 64. C
In the case of u, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 67 is formed.

【0430】この後、図56に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層67を研磨し、金属層67を、
配線溝64内のみに残す。配線溝64内に残存した金属
層67は、書き込みワード線として機能する第2配線層
となる。
Thereafter, as shown in FIG. 56, for example, C
Using the MP method, the metal layer 67 is polished to form the metal layer 67.
It is left only in the wiring groove 64. The metal layer 67 remaining in the wiring groove 64 becomes a second wiring layer that functions as a write word line.

【0431】また、CVD法により、層間絶縁膜63上
に絶縁層(窒化シリコンなど)68を形成する。また、
CMP法により、この絶縁層68を研磨し、この絶縁層
68を、第2配線層としての金属層67上に残存させ
る。また、層間絶縁膜63上に、第2配線層としての金
属層67を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シリコンなど)
69を形成する。
An insulating layer (such as silicon nitride) 68 is formed on the interlayer insulating film 63 by the CVD method. Also,
The insulating layer 68 is polished by the CMP method to leave the insulating layer 68 on the metal layer 67 as the second wiring layer. An interlayer insulating film (such as silicon oxide) that completely covers the metal layer 67 as the second wiring layer is formed on the interlayer insulating film 63.
69 is formed.

【0432】配線溝の形成ステップ及び第2配線層の形
成ステップからなるステップは、ダマシンプロセスと呼
ばれる。
The step including the step of forming the wiring groove and the step of forming the second wiring layer is called a damascene process.

【0433】[8] 第1MTJ素子の下部電極の形成ス
テップ 次に、図57及び図58に示すように、層間絶縁膜69
に、第1配線層としての金属層62A,62Bに到達す
るコンタクトホールを形成する。
[8] Step of Forming Lower Electrode of First MTJ Element Next, as shown in FIGS. 57 and 58, an interlayer insulating film 69 is formed.
Then, contact holes reaching the metal layers 62A and 62B as the first wiring layers are formed.

【0434】このコンタクトホールは、例えば、PEP
により、層間絶縁膜69上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクにして、RIEによ
り、層間絶縁膜63,69をエッチングすれば、容易に
形成することができる。このエッチング後、レジストパ
ターンは、除去される。
This contact hole is formed, for example, by PEP.
Thus, a resist pattern can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 69 and using the resist pattern as a mask to etch the interlayer insulating films 63 and 69 by RIE. After this etching, the resist pattern is removed.

【0435】また、例えば、スパッタ法を用いて、コン
タクトホールの内面上にバリアメタル層(TiとTiN
の積層など)70を形成する。続けて、例えば、スパッ
タ法により、バリアメタル層70上に、コンタクトホー
ルを完全に満たす金属層(Wなど)71を形成する。
Also, for example, a barrier metal layer (Ti and TiN) is formed on the inner surface of the contact hole by using a sputtering method.
70) is formed. Subsequently, a metal layer (W or the like) 71 that completely fills the contact hole is formed on the barrier metal layer 70 by, for example, a sputtering method.

【0436】この後、例えば、CMP法を用いて、金属
層71を研磨し、金属層71を、コンタクトホール内の
みに残す。コンタクトホール内に残存した金属層71
は、コンタクトプラグとなる。また、CVD法により、
層間絶縁膜69上に、第1MTJ素子の下部電極となる
金属層(Taなど)72を形成する。
Thereafter, the metal layer 71 is polished by, for example, the CMP method, and the metal layer 71 is left only in the contact hole. Metal layer 71 remaining in the contact hole
Is a contact plug. Also, by the CVD method,
A metal layer (Ta or the like) 72 that will be a lower electrode of the first MTJ element is formed on the interlayer insulating film 69.

【0437】[9] 第1MTJ素子の形成ステップ 次に、図59及び図60に示すように、金属層72上
に、第1MTJ素子73を形成する。第1MTJ素子7
3は、トンネルバリア及びこれを挟み込む2つの強磁性
層を主要部として構成され、例えば、図7に示すような
構造を有している。
[9] Step of Forming First MTJ Element Next, as shown in FIGS. 59 and 60, the first MTJ element 73 is formed on the metal layer 72. First MTJ element 7
3 is composed mainly of a tunnel barrier and two ferromagnetic layers sandwiching the tunnel barrier, and has a structure as shown in FIG. 7, for example.

【0438】また、第1MTJ素子73の下部電極72
をパターニングする。
Further, the lower electrode 72 of the first MTJ element 73
Pattern.

【0439】第1MTJ素子73の下部電極72のパタ
ーニングは、PEPにより、下部電極72上にレジスト
パターンを形成した後、このレジストパターンをマスク
にして、RIEにより、下部電極72をエッチングする
ことにより、容易に行える。この後、レジストパターン
は、除去される。
The lower electrode 72 of the first MTJ element 73 is patterned by forming a resist pattern on the lower electrode 72 by PEP and then etching the lower electrode 72 by RIE using this resist pattern as a mask. Easy to do. Then, the resist pattern is removed.

【0440】この後、CVD法を用いて、第1MTJ素
子73を完全に覆う層間絶縁膜75を形成する。
After that, the interlayer insulating film 75 which completely covers the first MTJ element 73 is formed by the CVD method.

【0441】[10] 配線溝の形成ステップ 次に、図61に示すように、層間絶縁膜75に、配線溝
75Aを形成する。本例では、配線溝75Aは、読み出
し/書き込みビット線を形成するための溝となってお
り、Y方向に延びている。配線金属として銅(Cu)を
用いた場合、配線溝75Aの側面には、銅の拡散防止と
酸化防止のためのサイドウォール絶縁層(窒化シリコン
など)が形成される。
[10] Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 61, a wiring groove 75 A is formed in the interlayer insulating film 75. In this example, the wiring groove 75A is a groove for forming a read / write bit line and extends in the Y direction. When copper (Cu) is used as the wiring metal, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the side surface of the wiring groove 75A.

【0442】配線溝75Aは、例えば、PEPにより、
層間絶縁膜75上にレジストパターンを形成し、このレ
ジストパターンをマスクにして、RIEにより、層間絶
縁膜75をエッチングすれば、容易に形成することがで
きる。このエッチング後、レジストパターンは、除去さ
れる。
The wiring groove 75A is formed by PEP, for example.
It can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 75 and etching the interlayer insulating film 75 by RIE using the resist pattern as a mask. After this etching, the resist pattern is removed.

【0443】サイドウォール絶縁層は、CVD法によ
り、層間絶縁膜75上の全体に、絶縁膜(窒化シリコン
など)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエッ
チングすることにより、容易に形成することができる。
The sidewall insulating layer is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 75 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. be able to.

【0444】[11] 第3配線層の形成ステップ 次に、図62に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜75上、配線溝75Aの内面上及びサイ
ドウォール絶縁層上に、それぞれ、バリアメタル層(T
aとTaNの積層など)76を形成する。続けて、例え
ば、スパッタ法により、バリアメタル層76上に、配線
溝75Aを完全に満たす金属層(Al,Cuなど。Cu
の場合は、スパッタ法に代えて電解メッキ法を使用す
る。)77を形成する。
[11] Step of Forming Third Wiring Layer Next, as shown in FIG. 62, the interlayer insulating film 75, the inner surface of the wiring trench 75A and the sidewall insulating layer are formed by, for example, a sputtering method. , The barrier metal layer (T
a) and a TaN laminated layer) are formed. Subsequently, for example, by sputtering, a metal layer (Al, Cu, etc. Cu completely filling the wiring groove 75A is formed on the barrier metal layer 76.
In this case, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 77 is formed.

【0445】この後、図63に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層77を研磨し、金属層77を、
配線溝75A内のみに残す。配線溝75A内に残存した
金属層77は、読み出し/書き込みビット線として機能
する第3配線層となる。
Thereafter, as shown in FIG. 63, for example, C
Using the MP method, the metal layer 77 is polished to remove the metal layer 77.
It is left only in the wiring groove 75A. The metal layer 77 remaining in the wiring groove 75A becomes a third wiring layer that functions as a read / write bit line.

【0446】また、CVD法により、層間絶縁膜75上
に絶縁層(窒化シリコンなど)78を形成する。また、
CMP法により、この絶縁層78を研磨し、この絶縁層
78を、第3配線層としての金属層77上に残存させ
る。また、層間絶縁膜75上に、第3配線層としての金
属層77を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シリコンなど)
79を形成する。
An insulating layer (silicon nitride or the like) 78 is formed on the interlayer insulating film 75 by the CVD method. Also,
The insulating layer 78 is polished by the CMP method to leave the insulating layer 78 on the metal layer 77 as the third wiring layer. An interlayer insulating film (such as silicon oxide) that completely covers the metal layer 77 as the third wiring layer is formed on the interlayer insulating film 75.
79 is formed.

【0447】[12] 配線溝の形成ステップ 次に、図64に示すように、層間絶縁膜79に、配線溝
87を形成する。本例では、配線溝87は、書き込みワ
ード線を形成するための溝となっており、X方向に延び
ている。配線金属として銅(Cu)を用いた場合、配線
溝87の側面には、銅の拡散防止と酸化防止のためのサ
イドウォール絶縁層(窒化シリコンなど)88が形成さ
れる。
[12] Step of Forming Wiring Trench Next, as shown in FIG. 64, a wiring trench 87 is formed in the interlayer insulating film 79. In this example, the wiring groove 87 is a groove for forming a write word line and extends in the X direction. When copper (Cu) is used as the wiring metal, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) 88 is formed on the side surface of the wiring groove 87 to prevent copper diffusion and oxidation.

【0448】配線溝87は、例えば、PEPにより、層
間絶縁膜86上にレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクにして、RIEにより、層間絶縁
膜86をエッチングすれば、容易に形成することができ
る。このエッチング後、レジストパターンは、除去され
る。
The wiring groove 87 can be easily formed, for example, by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 86 by PEP and etching the interlayer insulating film 86 by RIE using this resist pattern as a mask. You can After this etching, the resist pattern is removed.

【0449】サイドウォール絶縁層88は、CVD法に
より、層間絶縁膜86上の全体に、絶縁膜(窒化シリコ
ンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエ
ッチングすることにより、容易に形成することができ
る。
The sidewall insulating layer 88 is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 86 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. can do.

【0450】[13] 第4配線層の形成ステップ 次に、図65に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜79上、配線溝87の内面上及びサイド
ウォール絶縁層88上に、それぞれ、バリアメタル層
(TaとTaNの積層など)89を形成する。続けて、
例えば、スパッタ法により、バリアメタル層89上に、
配線溝87を完全に満たす金属層(Al,Cuなど。C
uの場合は、スパッタ法に代えて電解メッキ法を使用す
る。)91を形成する。
[13] Step of Forming Fourth Wiring Layer Next, as shown in FIG. 65, for example, by sputtering, on the interlayer insulating film 79, on the inner surface of the wiring trench 87 and on the sidewall insulating layer 88. Then, a barrier metal layer (such as a stacked layer of Ta and TaN) 89 is formed on each of them. continue,
For example, by sputtering, on the barrier metal layer 89,
A metal layer (Al, Cu, etc. C that completely fills the wiring groove 87. C
In the case of u, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 91 is formed.

【0451】この後、図66に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層91を研磨し、金属層91を、
配線溝87内のみに残す。配線溝87内に残存した金属
層91は、書き込みワード線として機能する第4配線層
となる。
Thereafter, as shown in FIG. 66, for example, C
Using the MP method, the metal layer 91 is polished to form the metal layer 91.
It is left only in the wiring groove 87. The metal layer 91 remaining in the wiring groove 87 becomes a fourth wiring layer functioning as a write word line.

【0452】また、CVD法により、層間絶縁膜86上
に絶縁層(窒化シリコンなど)92を形成する。また、
CMP法により、この絶縁層92を研磨し、この絶縁層
92を、第4配線層としての金属層91上に残存させ
る。また、層間絶縁膜86上に、第4配線層としての金
属層91を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シリコンなど)
93を形成する。
Further, an insulating layer (such as silicon nitride) 92 is formed on the interlayer insulating film 86 by the CVD method. Also,
The insulating layer 92 is polished by the CMP method to leave the insulating layer 92 on the metal layer 91 as the fourth wiring layer. An interlayer insulating film (such as silicon oxide) that completely covers the metal layer 91 as the fourth wiring layer is formed on the interlayer insulating film 86.
93 is formed.

【0453】[14] 第2MTJ素子の下部電極の形成ス
テップ 次に、図67及び図68に示すように、層間絶縁膜7
9,93に、第1MTJ素子の下部電極72に到達する
コンタクトホールを形成する。
[14] Step of Forming Lower Electrode of Second MTJ Element Next, as shown in FIGS. 67 and 68, the interlayer insulating film 7 is formed.
A contact hole reaching the lower electrode 72 of the first MTJ element is formed at 9, 93.

【0454】このコンタクトホールは、例えば、PEP
により、層間絶縁膜93上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクにして、RIEによ
り、層間絶縁膜79,93をエッチングすれば、容易に
形成することができる。このエッチング後、レジストパ
ターンは、除去される。
This contact hole is formed, for example, by PEP.
Thus, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 93, and the resist pattern is used as a mask to etch the interlayer insulating films 79 and 93 by RIE, whereby the resist pattern can be easily formed. After this etching, the resist pattern is removed.

【0455】また、例えば、スパッタ法を用いて、コン
タクトホールの内面上にバリアメタル層(TiとTiN
の積層など)94を形成する。続けて、例えば、スパッ
タ法により、バリアメタル層94上に、コンタクトホー
ルを完全に満たす金属層(Wなど)95を形成する。
Also, for example, a barrier metal layer (Ti and TiN) is formed on the inner surface of the contact hole by using the sputtering method.
And the like) 94 are formed. Subsequently, a metal layer (W or the like) 95 that completely fills the contact hole is formed on the barrier metal layer 94 by, for example, a sputtering method.

【0456】この後、例えば、CMP法を用いて、金属
層95を研磨し、金属層95を、コンタクトホール内の
みに残す。コンタクトホール内に残存した金属層95
は、コンタクトプラグとなる。また、スパッタ法によ
り、層間絶縁膜93上に、第2MTJ素子の下部電極と
なる金属層(Taなど)96を形成する。
After that, the metal layer 95 is polished by, for example, the CMP method, and the metal layer 95 is left only in the contact hole. Metal layer 95 remaining in the contact hole
Is a contact plug. Further, a metal layer (Ta or the like) 96 to be a lower electrode of the second MTJ element is formed on the interlayer insulating film 93 by the sputtering method.

【0457】[15] 第2MTJ素子の形成ステップ 次に、図69及び図70に示すように、金属層96上
に、第2MTJ素子97を形成する。第2MTJ素子9
7は、トンネルバリア及びこれを挟み込む2つの強磁性
層を主要部として構成され、例えば、図7に示すような
構造を有している。
[15] Step of Forming Second MTJ Element Next, as shown in FIGS. 69 and 70, the second MTJ element 97 is formed on the metal layer 96. Second MTJ element 9
The main barrier 7 is composed of a tunnel barrier and two ferromagnetic layers sandwiching the tunnel barrier, and has a structure as shown in FIG. 7, for example.

【0458】また、第2MTJ素子97の下部電極96
をパターニングする。
Further, the lower electrode 96 of the second MTJ element 97
Pattern.

【0459】第2MTJ素子97の下部電極96のパタ
ーニングは、PEPにより、下部電極96上にレジスト
パターンを形成した後、このレジストパターンをマスク
にして、RIEにより、下部電極96をエッチングする
ことにより、容易に行える。この後、レジストパターン
は、除去される。
The lower electrode 96 of the second MTJ element 97 is patterned by forming a resist pattern on the lower electrode 96 by PEP and then etching the lower electrode 96 by RIE using this resist pattern as a mask. Easy to do. Then, the resist pattern is removed.

【0460】この後、CVD法を用いて、第2MTJ素
子97を完全に覆う層間絶縁膜100を形成する。
Thereafter, the interlayer insulating film 100 which completely covers the second MTJ element 97 is formed by the CVD method.

【0461】[16] 配線溝の形成ステップ 次に、図71に示すように、層間絶縁膜100に、配線
溝100Aを形成する。本例では、配線溝100Aは、
読み出し/書き込みビット線を形成するための溝となっ
ており、Y方向に延びている。配線金属として銅(C
u)を用いた場合、配線溝100Aの側面には、銅の拡
散防止と酸化防止のためのサイドウォール絶縁層(窒化
シリコンなど)が形成される。
[16] Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 71, a wiring groove 100 A is formed in the interlayer insulating film 100. In this example, the wiring groove 100A is
It is a groove for forming a read / write bit line and extends in the Y direction. Copper (C
When u) is used, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the side surface of the wiring groove 100A.

【0462】配線溝100Aは、例えば、PEPによ
り、層間絶縁膜100上にレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクにして、RIEにより、
層間絶縁膜100をエッチングすれば、容易に形成する
ことができる。このエッチング後、レジストパターン
は、除去される。
For the wiring groove 100A, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 100 by, for example, PEP,
By using this resist pattern as a mask, by RIE,
It can be easily formed by etching the interlayer insulating film 100. After this etching, the resist pattern is removed.

【0463】サイドウォール絶縁層は、CVD法によ
り、層間絶縁膜100上の全体に、絶縁膜(窒化シリコ
ンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエ
ッチングすることにより、容易に形成することができ
る。
The sidewall insulating layer is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 100 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. be able to.

【0464】[17] 第5配線層の形成ステップ 次に、図72に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜100上、配線溝100Aの内面上及び
サイドウォール絶縁層上に、それぞれ、バリアメタル層
(TaとTaNの積層など)101を形成する。続け
て、例えば、スパッタ法により、バリアメタル層101
上に、配線溝100Aを完全に満たす金属層(Al,C
uなど。Cuの場合は、スパッタ法に代えて電解メッキ
法を使用する。)102を形成する。
[17] Step of Forming Fifth Wiring Layer Next, as shown in FIG. 72, on the interlayer insulating film 100, on the inner surface of the wiring groove 100A and on the sidewall insulating layer, for example, by using a sputtering method. A barrier metal layer (such as a Ta and TaN stacked layer) 101 is formed in each. Subsequently, the barrier metal layer 101 is formed by, for example, a sputtering method.
On top, a metal layer (Al, C
u etc. In the case of Cu, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 102 is formed.

【0465】この後、図73に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層102を研磨し、金属層102
を、配線溝100A内のみに残す。配線溝100A内に
残存した金属層102は、読み出し/書き込みビット線
として機能する第5配線層となる。
Thereafter, as shown in FIG. 73, for example, C
The metal layer 102 is polished by using the MP method.
Are left only in the wiring groove 100A. The metal layer 102 remaining in the wiring groove 100A becomes a fifth wiring layer that functions as a read / write bit line.

【0466】また、CVD法により、層間絶縁膜100
上に絶縁層(窒化シリコンなど)103を形成する。ま
た、CMP法により、この絶縁層103を研磨し、この
絶縁層103を、第5配線層としての金属層102上に
残存させる。また、層間絶縁膜100上に、第5配線層
としての金属層102を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シ
リコンなど)104を形成する。
Further, the interlayer insulating film 100 is formed by the CVD method.
An insulating layer (such as silicon nitride) 103 is formed thereover. The insulating layer 103 is polished by the CMP method so that the insulating layer 103 remains on the metal layer 102 as the fifth wiring layer. Further, an interlayer insulating film (silicon oxide or the like) 104 which completely covers the metal layer 102 as the fifth wiring layer is formed on the interlayer insulating film 100.

【0467】[18] 配線溝の形成ステップ 次に、図74に示すように、層間絶縁膜104に、配線
溝112を形成する。本例では、配線溝112は、書き
込みワード線を形成するための溝となっており、X方向
に延びている。配線金属として銅(Cu)を用いた場
合、配線溝112の側面には、銅の拡散防止と酸化防止
のためのサイドウォール絶縁層(窒化シリコンなど)1
13が形成される。
[18] Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 74, a wiring groove 112 is formed in the interlayer insulating film 104. In this example, the wiring groove 112 is a groove for forming a write word line and extends in the X direction. When copper (Cu) is used as the wiring metal, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) 1 for preventing copper diffusion and oxidation is provided on the side surface of the wiring groove 112.
13 is formed.

【0468】配線溝112は、例えば、PEPにより、
層間絶縁膜104上にレジストパターンを形成し、この
レジストパターンをマスクにして、RIEにより、層間
絶縁膜104をエッチングすれば、容易に形成すること
ができる。このエッチング後、レジストパターンは、除
去される。
The wiring groove 112 is formed by, for example, PEP.
It can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 104 and etching the interlayer insulating film 104 by RIE using this resist pattern as a mask. After this etching, the resist pattern is removed.

【0469】サイドウォール絶縁層113は、CVD法
により、層間絶縁膜104上の全体に、絶縁膜(窒化シ
リコンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜
をエッチングすることにより、容易に形成することがで
きる。
The sidewall insulating layer 113 is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 104 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. can do.

【0470】[19] 第6配線層の形成ステップ 次に、図75に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜104上、配線溝112の内面上及びサ
イドウォール絶縁層113上に、それぞれ、バリアメタ
ル層(TaとTaNの積層など)114を形成する。続
けて、例えば、スパッタ法により、バリアメタル層11
4上に、配線溝112を完全に満たす金属層(Al,C
uなど。Cuの場合は、スパッタ法に代えて、電解メッ
キ法を使用する。)115を形成する。
[19] Step of forming sixth wiring layer Next, as shown in FIG. 75, for example, by sputtering, on the interlayer insulating film 104, on the inner surface of the wiring trench 112 and on the sidewall insulating layer 113. Then, a barrier metal layer (such as a stack of Ta and TaN) 114 is formed on each of them. Subsequently, the barrier metal layer 11 is formed by, for example, a sputtering method.
4 on which a metal layer (Al, C
u etc. In the case of Cu, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 115 is formed.

【0471】この後、図76に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層115を研磨し、金属層115
を、配線溝112内のみに残す。配線溝112内に残存
した金属層115は、書き込みワード線として機能する
第6配線層となる。
Thereafter, as shown in FIG. 76, for example, C
The metal layer 115 is polished by using the MP method to remove the metal layer 115.
Are left only in the wiring groove 112. The metal layer 115 remaining in the wiring groove 112 becomes a sixth wiring layer that functions as a write word line.

【0472】また、CVD法により、層間絶縁膜104
上に絶縁層(窒化シリコンなど)116を形成する。ま
た、CMP法により、この絶縁層116を研磨し、この
絶縁層116を、第6配線層としての金属層115上に
残存させる。また、層間絶縁膜104上に、第6配線層
としての金属層115を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シ
リコンなど)117を形成する。
Also, the interlayer insulating film 104 is formed by the CVD method.
An insulating layer (such as silicon nitride) 116 is formed thereover. Further, the insulating layer 116 is polished by the CMP method to leave the insulating layer 116 on the metal layer 115 as the sixth wiring layer. Further, an interlayer insulating film (silicon oxide or the like) 117 is formed on the interlayer insulating film 104 so as to completely cover the metal layer 115 as the sixth wiring layer.

【0473】[20] 第3MTJ素子の下部電極の形成ス
テップ 次に、図77及び図78に示すように、層間絶縁膜10
0,104に、第2MTJ素子の下部電極96に到達す
るコンタクトホールを形成する。
[20] Step of Forming Lower Electrode of Third MTJ Element Next, as shown in FIGS. 77 and 78, the interlayer insulating film 10 is formed.
At 0 and 104, contact holes reaching the lower electrode 96 of the second MTJ element are formed.

【0474】このコンタクトホールは、例えば、PEP
により、層間絶縁膜104上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクにして、RIEによ
り、層間絶縁膜100,104をエッチングすれば、容
易に形成することができる。このエッチング後、レジス
トパターンは、除去される。
This contact hole is formed, for example, by PEP.
Thus, a resist pattern can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 104 and using the resist pattern as a mask to etch the interlayer insulating films 100 and 104 by RIE. After this etching, the resist pattern is removed.

【0475】また、例えば、スパッタ法を用いて、コン
タクトホールの内面上にバリアメタル層(TiとTiN
の積層など)118を形成する。続けて、例えば、スパ
ッタ法により、バリアメタル層118上に、コンタクト
ホールを完全に満たす金属層(Wなど)119を形成す
る。
Also, for example, a barrier metal layer (Ti and TiN) is formed on the inner surface of the contact hole by using the sputtering method.
(E.g., a stack of layers) 118 are formed. Subsequently, a metal layer (W or the like) 119 that completely fills the contact hole is formed on the barrier metal layer 118 by, for example, a sputtering method.

【0476】この後、例えば、CMP法を用いて、金属
層119を研磨し、金属層119を、コンタクトホール
内のみに残す。コンタクトホール内に残存した金属層1
19は、コンタクトプラグとなる。また、スパッタ法に
より、層間絶縁膜117上に、第3MTJ素子の下部電
極となる金属層(Taなど)120を形成する。
Thereafter, the metal layer 119 is polished by, for example, the CMP method to leave the metal layer 119 only in the contact hole. Metal layer 1 remaining in the contact hole
19 is a contact plug. Further, a metal layer (Ta or the like) 120 to be the lower electrode of the third MTJ element is formed on the interlayer insulating film 117 by the sputtering method.

【0477】[21] 第3MTJ素子の形成ステップ 次に、図79及び図80に示すように、金属層120上
に、第3MTJ素子121を形成する。第3MTJ素子
121は、トンネルバリア及びこれを挟み込む2つの強
磁性層を主要部として構成され、例えば、図7に示すよ
うな構造を有している。
[21] Step of Forming Third MTJ Element Next, as shown in FIGS. 79 and 80, a third MTJ element 121 is formed on the metal layer 120. The third MTJ element 121 is mainly composed of a tunnel barrier and two ferromagnetic layers sandwiching the tunnel barrier, and has a structure as shown in FIG. 7, for example.

【0478】また、第3MTJ素子121の下部電極1
20をパターニングする。
The lower electrode 1 of the third MTJ element 121
20 is patterned.

【0479】第3MTJ素子121の下部電極120の
パターニングは、PEPにより、下部電極120上にレ
ジストパターンを形成した後、このレジストパターンを
マスクにして、RIEにより、下部電極120をエッチ
ングすることにより、容易に行える。この後、レジスト
パターンは、除去される。
The lower electrode 120 of the third MTJ element 121 is patterned by forming a resist pattern on the lower electrode 120 by PEP and then etching the lower electrode 120 by RIE using this resist pattern as a mask. Easy to do. Then, the resist pattern is removed.

【0480】この後、CVD法を用いて、第3MTJ素
子121を完全に覆う層間絶縁膜122を形成する。
After that, the interlayer insulating film 122 which completely covers the third MTJ element 121 is formed by the CVD method.

【0481】[22] 配線溝の形成ステップ 次に、図81に示すように、層間絶縁膜122に、配線
溝122Aを形成する。本例では、配線溝122Aは、
読み出し/書き込みビット線を形成するための溝となっ
ており、Y方向に延びている。配線金属として銅(C
u)を用いた場合、配線溝122Aの側面には、銅の拡
散防止と酸化防止のためのサイドウォール絶縁層(窒化
シリコンなど)が形成される。
[22] Step of Forming Wiring Groove Next, as shown in FIG. 81, a wiring groove 122A is formed in the interlayer insulating film 122. In this example, the wiring groove 122A is
It is a groove for forming a read / write bit line and extends in the Y direction. Copper (C
When u) is used, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the side surface of the wiring groove 122A.

【0482】配線溝122Aは、例えば、PEPによ
り、層間絶縁膜122上にレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクにして、RIEにより、
層間絶縁膜122をエッチングすれば、容易に形成する
ことができる。このエッチング後、レジストパターン
は、除去される。
For the wiring groove 122A, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 122 by PEP, for example.
By using this resist pattern as a mask, by RIE,
It can be easily formed by etching the interlayer insulating film 122. After this etching, the resist pattern is removed.

【0483】サイドウォール絶縁層は、CVD法によ
り、層間絶縁膜122上の全体に、絶縁膜(窒化シリコ
ンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエ
ッチングすることにより、容易に形成することができ
る。
The sidewall insulating layer is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 122 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. be able to.

【0484】[23] 第7配線層の形成ステップ 次に、図82に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜122上、配線溝122Aの内面上及び
サイドウォール絶縁層上に、それぞれ、バリアメタル層
(TaとTaNの積層など)123を形成する。続け
て、例えば、スパッタ法により、バリアメタル層123
上に、配線溝122Aを完全に満たす金属層(Al,C
uなど。Cuの場合には、スパッタ法に代えて電解メッ
キ法を使用する。)124を形成する。
[23] Step of Forming Seventh Wiring Layer Next, as shown in FIG. 82, on the interlayer insulating film 122, on the inner surface of the wiring groove 122A and on the sidewall insulating layer, for example, a sputtering method is used. A barrier metal layer (a stack of Ta and TaN, etc.) 123 is formed respectively. Subsequently, the barrier metal layer 123 is formed by, for example, a sputtering method.
On top, a metal layer (Al, C
u etc. In the case of Cu, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 124 is formed.

【0485】この後、図83に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層124を研磨し、金属層124
を、配線溝122A内のみに残す。配線溝122A内に
残存した金属層124は、読み出し/書き込みビット線
として機能する第7配線層となる。
After that, as shown in FIG. 83, for example, C
The metal layer 124 is polished by using the MP method.
Are left only in the wiring groove 122A. The metal layer 124 remaining in the wiring groove 122A becomes a seventh wiring layer that functions as a read / write bit line.

【0486】また、CVD法により、層間絶縁膜122
上に絶縁層(窒化シリコンなど)125を形成する。ま
た、CMP法により、この絶縁層125を研磨し、この
絶縁層125を、第7配線層としての金属層124上に
残存させる。また、層間絶縁膜122上に、第7配線層
としての金属層124を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シ
リコンなど)126を形成する。
Further, the interlayer insulating film 122 is formed by the CVD method.
An insulating layer (such as silicon nitride) 125 is formed thereover. The insulating layer 125 is polished by the CMP method so that the insulating layer 125 remains on the metal layer 124 as the seventh wiring layer. Further, an interlayer insulating film (silicon oxide or the like) 126 is formed on the interlayer insulating film 122 so as to completely cover the metal layer 124 as the seventh wiring layer.

【0487】[24] 配線溝の形成ステップ 次に、図84に示すように、層間絶縁膜126に、配線
溝127を形成する。本例では、配線溝127は、書き
込みワード線を形成するための溝となっており、X方向
に延びている。配線金属として銅(Cu)を用いた場
合、配線溝127の側面には、銅の拡散防止と酸化防止
のためのサイドウォール絶縁層(窒化シリコンなど)1
28が形成される。
[24] Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 84, a wiring groove 127 is formed in the interlayer insulating film 126. In this example, the wiring groove 127 is a groove for forming a write word line and extends in the X direction. When copper (Cu) is used as the wiring metal, the sidewall insulating layer (such as silicon nitride) 1 for preventing diffusion and oxidation of copper is formed on the side surface of the wiring groove 127.
28 is formed.

【0488】配線溝127は、例えば、PEPにより、
層間絶縁膜126上にレジストパターンを形成し、この
レジストパターンをマスクにして、RIEにより、層間
絶縁膜126をエッチングすれば、容易に形成すること
ができる。このエッチング後、レジストパターンは、除
去される。
The wiring groove 127 is formed by, for example, PEP.
It can be easily formed by forming a resist pattern on the interlayer insulating film 126 and etching the interlayer insulating film 126 by RIE using the resist pattern as a mask. After this etching, the resist pattern is removed.

【0489】サイドウォール絶縁層128は、CVD法
により、層間絶縁膜126上の全体に、絶縁膜(窒化シ
リコンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜
をエッチングすることにより、容易に形成することがで
きる。
The sidewall insulating layer 128 is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 126 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. can do.

【0490】[25] 第8配線層の形成ステップ 次に、図85に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜126上、配線溝127の内面上及びサ
イドウォール絶縁層128上に、それぞれ、バリアメタ
ル層(TaとTaNの積層など)129を形成する。続
けて、例えば、スパッタ法により、バリアメタル層12
9上に、配線溝127を完全に満たす金属層(Al,C
uなど。Cuの場合には、スパッタ法に代えて電解メッ
キ法を使用する。)130を形成する。
[25] Step of Forming Eighth Wiring Layer Next, as shown in FIG. 85, for example, by sputtering, on the interlayer insulating film 126, on the inner surface of the wiring groove 127 and on the sidewall insulating layer 128. Then, a barrier metal layer (such as a stacked layer of Ta and TaN) 129 is formed on each of them. Subsequently, the barrier metal layer 12 is formed by, for example, a sputtering method.
A metal layer (Al, C
u etc. In the case of Cu, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 130 is formed.

【0491】この後、図86に示すように、例えば、C
MP法を用いて、金属層130を研磨し、金属層130
を、配線溝127内のみに残す。配線溝127内に残存
した金属層130は、書き込みワード線として機能する
第8配線層となる。
Thereafter, as shown in FIG. 86, for example, C
The metal layer 130 is polished by using the MP method,
Are left only in the wiring groove 127. The metal layer 130 remaining in the wiring groove 127 becomes an eighth wiring layer that functions as a write word line.

【0492】また、CVD法により、層間絶縁膜126
上に絶縁層(窒化シリコンなど)131を形成する。ま
た、CMP法により、この絶縁層131を研磨し、この
絶縁層131を、第8配線層としての金属層130上に
残存させる。また、層間絶縁膜126上に、第8配線層
としての金属層130を完全に覆う層間絶縁膜(酸化シ
リコンなど)132を形成する。
Further, the interlayer insulating film 126 is formed by the CVD method.
An insulating layer (such as silicon nitride) 131 is formed thereover. Further, the insulating layer 131 is polished by the CMP method to leave the insulating layer 131 on the metal layer 130 as the eighth wiring layer. Further, an interlayer insulating film (silicon oxide or the like) 132 which completely covers the metal layer 130 as the eighth wiring layer is formed on the interlayer insulating film 126.

【0493】[26] 第4MTJ素子の下部電極の形成ス
テップ 次に、図87及び図88に示すように、層間絶縁膜12
2,126に、第3MTJ素子の下部電極120に到達
するコンタクトホールを形成する。
[26] Step of Forming Lower Electrode of Fourth MTJ Element Next, as shown in FIGS. 87 and 88, the interlayer insulating film 12 is formed.
Contact holes 2 and 126 are formed to reach the lower electrode 120 of the third MTJ element.

【0494】このコンタクトホールは、例えば、PEP
により、層間絶縁膜126上にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクにして、RIEによ
り、層間絶縁膜122,126をエッチングすれば、容
易に形成することができる。このエッチング後、レジス
トパターンは、除去される。
This contact hole is formed, for example, by PEP.
Thus, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 126, and the resist pattern is used as a mask to etch the interlayer insulating films 122 and 126 by RIE, whereby the resist pattern can be easily formed. After this etching, the resist pattern is removed.

【0495】また、例えば、スパッタ法を用いて、コン
タクトホールの内面上にバリアメタル層(TiとTiN
の積層など)133を形成する。続けて、例えば、スパ
ッタ法により、バリアメタル層133上に、コンタクト
ホールを完全に満たす金属層(Wなど)134を形成す
る。
Also, for example, a barrier metal layer (Ti and TiN) is formed on the inner surface of the contact hole by using a sputtering method.
133) is formed. Subsequently, a metal layer (W or the like) 134 that completely fills the contact hole is formed on the barrier metal layer 133 by, for example, a sputtering method.

【0496】この後、例えば、CMP法を用いて、金属
層134を研磨し、金属層134を、コンタクトホール
内のみに残す。コンタクトホール内に残存した金属層1
34は、コンタクトプラグとなる。また、スパッタ法に
より、層間絶縁膜132上に、第4MTJ素子の下部電
極となる金属層(Taなど)135を形成する。
After that, the metal layer 134 is polished by, for example, the CMP method, and the metal layer 134 is left only in the contact hole. Metal layer 1 remaining in the contact hole
34 is a contact plug. Further, a metal layer (Ta or the like) 135 which will be the lower electrode of the fourth MTJ element is formed on the interlayer insulating film 132 by the sputtering method.

【0497】[27] 第4MTJ素子の形成ステップ 次に、図89及び図90に示すように、金属層135上
に、第4MTJ素子136を形成する。第4MTJ素子
136は、トンネルバリア及びこれを挟み込む2つの強
磁性層を主要部として構成され、例えば、図7に示すよ
うな構造を有している。
[27] Step of Forming Fourth MTJ Element Next, as shown in FIGS. 89 and 90, a fourth MTJ element 136 is formed on the metal layer 135. The fourth MTJ element 136 is mainly composed of a tunnel barrier and two ferromagnetic layers sandwiching the tunnel barrier, and has a structure as shown in FIG. 7, for example.

【0498】また、第4MTJ素子136の下部電極1
35をパターニングする。
Also, the lower electrode 1 of the fourth MTJ element 136
35 is patterned.

【0499】第4MTJ素子136の下部電極135の
パターニングは、PEPにより、下部電極135上にレ
ジストパターンを形成した後、このレジストパターンを
マスクにして、RIEにより、下部電極135をエッチ
ングすることにより、容易に行える。この後、レジスト
パターンは、除去される。
The lower electrode 135 of the fourth MTJ element 136 is patterned by forming a resist pattern on the lower electrode 135 by PEP and then etching the lower electrode 135 by RIE using this resist pattern as a mask. Easy to do. Then, the resist pattern is removed.

【0500】この後、CVD法を用いて、第4MTJ素
子136を完全に覆う層間絶縁膜137を形成する。
After that, an interlayer insulating film 137 which completely covers the fourth MTJ element 136 is formed by the CVD method.

【0501】[28] 配線溝の形成ステップ 次に、図91に示すように、層間絶縁膜137に、配線
溝137Aを形成する。本例では、配線溝137Aは、
読み出し/書き込みビット線を形成するための溝となっ
ており、Y方向に延びている。配線金属として銅(C
u)を用いた場合、配線溝137Aの側面には、銅の拡
散防止と酸化防止のためのサイドウォール絶縁層(窒化
シリコンなど)が形成される。
[28] Step of forming wiring groove Next, as shown in FIG. 91, a wiring groove 137A is formed in the interlayer insulating film 137. In this example, the wiring groove 137A is
It is a groove for forming a read / write bit line and extends in the Y direction. Copper (C
When u) is used, a sidewall insulating layer (such as silicon nitride) for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the side surface of the wiring groove 137A.

【0502】配線溝137Aは、例えば、PEPによ
り、層間絶縁膜137上にレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクにして、RIEにより、
層間絶縁膜137をエッチングすれば、容易に形成する
ことができる。このエッチング後、レジストパターン
は、除去される。
For the wiring groove 137A, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 137 by PEP, for example.
By using this resist pattern as a mask, by RIE,
It can be easily formed by etching the interlayer insulating film 137. After this etching, the resist pattern is removed.

【0503】サイドウォール絶縁層は、CVD法によ
り、層間絶縁膜137上の全体に、絶縁膜(窒化シリコ
ンなど)を形成した後、RIEにより、その絶縁膜をエ
ッチングすることにより、容易に形成することができ
る。
The sidewall insulating layer is easily formed by forming an insulating film (such as silicon nitride) on the entire surface of the interlayer insulating film 137 by the CVD method and then etching the insulating film by RIE. be able to.

【0504】[29] 第9配線層の形成ステップ 次に、図92に示すように、例えば、スパッタ法を用い
て、層間絶縁膜137上、配線溝137Aの内面上及び
サイドウォール絶縁層上に、それぞれ、バリアメタル層
(TaとTaNの積層など)138を形成する。続け
て、例えば、スパッタ法により、バリアメタル層138
上に、配線溝137Aを完全に満たす金属層(Al,C
uなど。Cuの場合には、スパッタ法に代えて電解メッ
キ法を使用する。)139を形成する。
[29] Step of Forming Ninth Wiring Layer Next, as shown in FIG. 92, on the interlayer insulating film 137, on the inner surface of the wiring groove 137A and on the sidewall insulating layer, for example, by using a sputtering method. A barrier metal layer (such as a stack of Ta and TaN) 138 is formed respectively. Subsequently, the barrier metal layer 138 is formed by, for example, a sputtering method.
On top of this, a metal layer (Al, C
u etc. In the case of Cu, the electrolytic plating method is used instead of the sputtering method. ) 139 is formed.

【0505】この後、図93及び図94に示すように、
例えば、CMP法を用いて、金属層139を研磨し、金
属層139を、配線溝137A内のみに残す。配線溝1
37A内に残存した金属層139は、読み出し/書き込
みビット線として機能する第9配線層となる。
Thereafter, as shown in FIGS. 93 and 94,
For example, the metal layer 139 is polished by using the CMP method, and the metal layer 139 is left only in the wiring groove 137A. Wiring groove 1
The metal layer 139 remaining in 37A becomes a ninth wiring layer that functions as a read / write bit line.

【0506】また、CVD法により、層間絶縁膜137
上に絶縁層(窒化シリコンなど)140を形成する。ま
た、CMP法により、この絶縁層140を研磨し、この
絶縁層140を、第9配線層としての金属層139上に
残存させる。
[0506] Further, the interlayer insulating film 137 is formed by the CVD method.
An insulating layer (such as silicon nitride) 140 is formed thereover. The insulating layer 140 is polished by the CMP method so that the insulating layer 140 remains on the metal layer 139 serving as the ninth wiring layer.

【0507】最後に、例えば、層間絶縁膜137上に、
第9配線層としての金属層139を完全に覆う層間絶縁
膜(酸化シリコンなど)を形成する。
Finally, for example, on the interlayer insulating film 137,
An interlayer insulating film (silicon oxide or the like) is formed to completely cover the metal layer 139 serving as the ninth wiring layer.

【0508】(3) まとめ この製造方法によれば、読み出しブロックが複数段に積
み重ねられた複数のTMR素子から構成され、かつ、こ
れら複数のTMR素子がそれぞれ独立に読み出しビット
線に接続されるセルアレイ構造(1スイッチ−nMTJ
構造)を実現することができる。
(3) Summary According to this manufacturing method, the read block is composed of a plurality of TMR elements stacked in a plurality of stages, and the plurality of TMR elements are each independently connected to the read bit line. Structure (1 switch-nMTJ
Structure) can be realized.

【0509】なお、本例では、配線層を形成するに当た
って、ダマシンプロセス及びデュアルダマシンプロセス
を採用したが、これに代えて、例えば、配線層の加工を
エッチングにより行うプロセスを採用してもよい。
In this example, the damascene process and the dual damascene process are used to form the wiring layer. However, instead of this, for example, a process of etching the wiring layer by etching may be adopted.

【0510】6. その他 上述の説明では、磁気ランダムアクセスメモリのメモリ
セルとして、TMR素子を用いることを前提としたが、
メモリセルがGMR(Giant Magneto Resistance)素子
である場合にも、本発明、即ち、各種のセルアレイ構
造、読み出し動作原理、読み出し回路の具体例などを適
用することができる。
6. Others In the above description, it is assumed that the TMR element is used as the memory cell of the magnetic random access memory.
Even when the memory cell is a GMR (Giant Magneto Resistance) element, the present invention, that is, various cell array structures, read operation principles, and specific examples of the read circuit can be applied.

【0511】また、TMR素子やGMR素子の構造や、
これらを構成する材料などについても、本発明の適用に
当たって、特に、限定されることはない。
Further, the structure of the TMR element and the GMR element,
There are no particular restrictions on the materials or the like that make up these elements in applying the present invention.

【0512】磁気ランダムアクセスメモリの読み出し選
択スイッチとしては、MOSトランジスタ、バイポーラ
トランジスタ及びダイオードの場合について説明した
が、これ以外のスイッチ素子、例えば、MIS(Metal I
nsulator Semiconductor)トランジスタ(MOSFETを含
む)、MES(Metal Semiconductor)トランジスタ、接合
(Junction)トランジスタなどを、読み出し選択スイッチ
として用いることもできる。
As the read selection switch of the magnetic random access memory, the MOS transistor, the bipolar transistor and the diode have been described, but other switch elements such as MIS (Metal I).
nsulator Semiconductor) transistor (including MOSFET), MES (Metal Semiconductor) transistor, junction
A (junction) transistor or the like can also be used as the read selection switch.

【0513】[0513]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、第一に、メモリ容量の増大に適した新規なセルアレ
イ構造を有する磁気ランダムアクセスメモリ及びその製
造方法を提供できる。また、第二に、その新規なセルア
レイ構造に適した高速読み出しが可能な新規な読み出し
動作原理を提供できる。さらに、第三に、その新規な読
み出し動作原理を実現するための読み出し回路を実現で
きる。
As described above, according to the present invention, firstly, it is possible to provide a magnetic random access memory having a novel cell array structure suitable for increasing the memory capacity and a manufacturing method thereof. Secondly, it is possible to provide a novel read operation principle suitable for the new cell array structure and capable of high-speed read. Furthermore, thirdly, a read circuit for realizing the novel read operation principle can be realized.

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

【図1】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造例
1に関わる回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram related to a structural example 1 of a magnetic random access memory of the present invention.

【図2】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造例
1に関わる回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram relating to Structural Example 1 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図3】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造例
1の変形例に関わる回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram relating to a modification of Structural Example 1 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図4】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造例
1に関わる断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view relating to Structural Example 1 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図5】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造例
1に関わる断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view relating to Structural Example 1 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図6】構造例1のTMR素子及びその近傍のレイアウ
トを示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a layout of a TMR element of Structural Example 1 and its vicinity.

【図7】TMR素子の構造例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a structural example of a TMR element.

【図8】TMR素子の構造例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a structural example of a TMR element.

【図9】TMR素子の構造例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a structural example of a TMR element.

【図10】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例2に関わる回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram relating to Structural Example 2 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図11】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例2に関わる断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view relating to Structural Example 2 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図12】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例2に関わる断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view relating to Structural Example 2 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図13】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3に関わる回路図。
FIG. 13 is a circuit diagram relating to Structural Example 3 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図14】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3に関わる回路図。
FIG. 14 is a circuit diagram relating to Structural Example 3 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図15】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3の変形例に関わる回路図。
FIG. 15 is a circuit diagram of a modified example of Structural Example 3 of the magnetic random access memory according to the present invention.

【図16】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3の変形例に関わる回路図。
FIG. 16 is a circuit diagram of a modified example of Structural Example 3 of the magnetic random access memory according to the present invention.

【図17】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3に関わる断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view relating to Structural Example 3 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図18】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例3に関わる断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view relating to Structural Example 3 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図19】構造例3のTMR素子及びその近傍のレイア
ウトを示す平面図。
19 is a plan view showing a layout of a TMR element of Structural Example 3 and its vicinity. FIG.

【図20】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例4に関わる回路図。
FIG. 20 is a circuit diagram of Structural Example 4 of the magnetic random access memory according to the present invention.

【図21】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例4に関わる断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view related to Structural Example 4 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図22】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例4に関わる断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view related to Structural Example 4 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図23】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例5に関わる回路図。
FIG. 23 is a circuit diagram relating to Structural Example 5 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図24】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例5に関わる断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view related to Structural Example 5 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図25】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例5に関わる断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view relating to Structural Example 5 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図26】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例6に関わる回路図。
FIG. 26 is a circuit diagram relating to Structural Example 6 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図27】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例6に関わる断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view related to Structural Example 6 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図28】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例6に関わる断面図。
FIG. 28 is a cross-sectional view related to Structural Example 6 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図29】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例7に関わる回路図。
FIG. 29 is a circuit diagram relating to Structural Example 7 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図30】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例7に関わる断面図。
FIG. 30 is a cross-sectional view related to Structural Example 7 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図31】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例8に関わる回路図。
FIG. 31 is a circuit diagram relating to Structural Example 8 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図32】本発明の磁気ランダムアクセスメモリの構造
例8に関わる断面図。
FIG. 32 is a cross-sectional view related to Structural Example 8 of the magnetic random access memory of the present invention.

【図33】書き込みワード線ドライバ/シンカーの回路
例を示す図。
FIG. 33 is a diagram showing a circuit example of a write word line driver / sinker.

【図34】書き込みビット線ドライバ/シンカーの回路
例を示す図。
FIG. 34 is a diagram showing a circuit example of a write bit line driver / sinker.

【図35】書き込みビット線ドライバ/シンカーの回路
例を示す図。
FIG. 35 is a diagram showing a circuit example of a write bit line driver / sinker.

【図36】読み出しワード線ドライバの回路例を示す
図。
FIG. 36 is a diagram showing a circuit example of a read word line driver.

【図37】読み出しワード線ドライバの回路例を示す
図。
FIG. 37 is a diagram showing a circuit example of a read word line driver.

【図38】カラムデコーダの回路例を示す図。FIG. 38 is a diagram showing a circuit example of a column decoder.

【図39】カラムデコーダの回路例を示す図。FIG. 39 is a diagram showing a circuit example of a column decoder.

【図40】読み出し回路の回路例を示す図。FIG. 40 is a diagram showing a circuit example of a reading circuit.

【図41】読み出し回路の回路例を示す図。FIG. 41 is a diagram showing a circuit example of a reading circuit.

【図42】センスアンプ&バイアス回路の回路例を示す
図。
FIG. 42 is a diagram showing a circuit example of a sense amplifier & bias circuit.

【図43】センスアンプの回路例を示す図。FIG. 43 is a diagram showing a circuit example of a sense amplifier.

【図44】リファレンス電位生成回路の回路例を示す
図。
FIG. 44 is a diagram showing a circuit example of a reference potential generation circuit.

【図45】オペアンプの回路例を示す図。FIG. 45 is a diagram showing a circuit example of an operational amplifier.

【図46】本発明の製造方法が適用されるデバイス構造
を示す図。
FIG. 46 is a view showing a device structure to which the manufacturing method of the present invention is applied.

【図47】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 47 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図48】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 48 is a sectional view showing a step of the manufacturing method of the present invention.

【図49】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 49 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図50】図49のL−L線に沿う断面図。50 is a sectional view taken along the line LL in FIG. 49.

【図51】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 51 is a cross-sectional view showing one step in the manufacturing method of the present invention.

【図52】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 52 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図53】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 53 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図54】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 54 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図55】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 55 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図56】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 56 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図57】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 57 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図58】図57のLVIII−LVIII線に沿う断
面図。
58 is a cross-sectional view taken along the line LVIII-LVIII in FIG. 57.

【図59】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 59 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図60】図59のLX−LX線に沿う断面図。FIG. 60 is a sectional view taken along line LX-LX in FIG. 59.

【図61】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 61 is a sectional view showing a step of the manufacturing method of the present invention.

【図62】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 62 is a sectional view showing a step of the manufacturing method of the present invention.

【図63】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 63 is a cross-sectional view showing one step in the manufacturing method of the present invention.

【図64】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 64 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図65】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 65 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図66】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 66 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図67】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
67 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention. FIG.

【図68】図67のLXVIII−LXVIII線に沿
う断面図。
68 is a cross-sectional view taken along the line LXVIII-LXVIII in FIG. 67.

【図69】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 69 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図70】図69のLXX−LXX線に沿う断面図。70 is a cross-sectional view taken along the line LXX-LXX in FIG. 69.

【図71】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 71 is a sectional view showing a step of the manufacturing method of the present invention.

【図72】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 72 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図73】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 73 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図74】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 74 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図75】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 75 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図76】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 76 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図77】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
77 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention. FIG.

【図78】図77のLXXVIII−LXXVIII線
に沿う断面図。
78 is a cross-sectional view taken along the line LXXVIII-LXXVIII in FIG. 77.

【図79】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 79 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図80】図79のLXXX−LXXX線に沿う断面
図。
80 is a cross-sectional view taken along the line LXXX-LXXX in FIG. 79.

【図81】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 81 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図82】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 82 is a cross-sectional view showing one step in the manufacturing method of the present invention.

【図83】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 83 is a cross-sectional view showing one step in the manufacturing method of the present invention.

【図84】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 84 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図85】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 85 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図86】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 86 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図87】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 87 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図88】図87のLXXXVIII−LXXXVII
I線に沿う断面図。
88 is the LXXXVIII-LXXXVII of FIG. 87.
Sectional drawing which follows the I line.

【図89】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
89 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention. FIG.

【図90】図89のXL−XL線に沿う断面図。90 is a cross-sectional view taken along the line XL-XL in FIG. 89.

【図91】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 91 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図92】本発明の製造方法の1ステップを示す断面
図。
FIG. 92 is a sectional view showing a step of the manufacturing method of the present invention.

【図93】本発明の製造方法の1ステップを示す平面
図。
FIG. 93 is a plan view showing one step of the manufacturing method of the present invention.

【図94】図93のXCIV−XCIV線に沿う断面
図。
94 is a sectional view taken along line XCIV-XCIV in FIG. 93.

【図95】構造例1に関わるメモリの回路構造の変形例
を示す図。
95 is a diagram showing a modification of the circuit structure of the memory according to structure example 1. FIG.

【図96】構造例1に関わるメモリの回路構造の変形例
を示す図。
96 is a view showing a modified example of the circuit structure of the memory according to Structural Example 1. FIG.

【図97】構造例1に関わるメモリのデバイス構造の変
形例を示す図。
97 is a view showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 1. FIG.

【図98】構造例1に関わるメモリのデバイス構造の変
形例を示す図。
98 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 1. FIG.

【図99】構造例1に関わるメモリのデバイス構造の変
形例を示す図。
99 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 1. FIG.

【図100】構造例1に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
100 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 1. FIG.

【図101】構造例2に関わるメモリの回路構造の変形
例を示す図。
101 is a diagram showing a modified example of the circuit structure of the memory according to Structural Example 2; FIG.

【図102】構造例2に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
102 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 2; FIG.

【図103】構造例2に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
103 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 2. FIG.

【図104】構造例2に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
FIG. 104 is a diagram showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 2;

【図105】構造例2に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
FIG. 105 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 2;

【図106】構造例3に関わるメモリの回路構造の変形
例を示す図。
FIG. 106 is a diagram showing a modified example of the circuit structure of the memory according to Structural Example 3;

【図107】構造例3に関わるメモリの回路構造の変形
例を示す図。
FIG. 107 is a diagram showing a modified example of the circuit structure of the memory according to Structural Example 3;

【図108】構造例3に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
FIG. 108 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 3;

【図109】構造例3に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
109 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 3. FIG.

【図110】構造例3に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
110 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 3; FIG.

【図111】構造例3に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
111 is a diagram showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 3; FIG.

【図112】構造例4に関わるメモリの回路構造の変形
例を示す図。
112 is a diagram showing a modification of the circuit structure of the memory according to structure example 4. FIG.

【図113】構造例4に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
113 is a view showing a modified example of the device structure of the memory according to Structural Example 4; FIG.

【図114】構造例4に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
FIG. 114 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 4;

【図115】構造例4に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
115 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 4. FIG.

【図116】構造例4に関わるメモリのデバイス構造の
変形例を示す図。
FIG. 116 is a diagram showing a modification of the device structure of the memory according to structure example 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 :メモリセルアレ
イ、 12 :TMR素子、 23A−1,・・・23A−n :書き込みワード線
ドライバ、 24−1,・・・24−n :書き込みワード線
シンカー、 25−1,・・・25−n :ロウデコーダ、 29A :書き込みビット線
ドライバ/シンカー、 29B :読み出し回路、 29B11,・・・29B14 :センスアンプ&バ
イアス回路、 29B2 :セレクタ、 29B3 :出力バッファ、 29C :カラム選択スイッ
チ、 30 :共通データ線、 31 :書き込みビット線
ドライバ/シンカー、 32 :カラムデコーダ、 41,51 :半導体基板、 42A,・・・42E :コンタクトプラ
グ、 43 :中間層、 44A,・・・44D :下部電極、 52 :素子分離絶縁層、 53 :ゲート絶縁膜、 54 :ゲート電極、 55 :キャップ絶縁膜、 56A :ソース領域、 56B :ドレイン領域、 57,65,88 :サイドウォール絶
縁層、 58,63,69,75,79,93,100,10
4,122,126,137 :層間絶縁膜、 59 :コンタクトホー
ル、 60,64,75A,87,100A,112,122
A,127,137A:配線溝、 61,66,70,76,80,89,94,114,
118,123,129,138 :バリアメタル層、 62,67,71,77,81,90,95,115,
119,124,130,139 :金属層、 68,78,92,103,116,125,131,
140 :絶縁層、 73,97,108,120,136 :MTJ
素子、 72,96,121,135 :下部電極、 MTJ1,・・・MTJ4 :TMR素子(MT
J素子)、 BK11,・・・BKjn :読み出しブロッ
ク、 WWL4(n−1)+1,・・・WWL4(n−1)+
4 :書き込みワード線、 RWL1,・・・RWLn :読み出しワード
線、 BL1,・・・BLj :読み出し/書き込
みビット線、 QP1,・・・QP19 :PチャネルMOS
トランジスタ、 QN1,・・・QN20 :NチャネルMOS
トランジスタ、 AD1,・・・AD10 :AND回路、 ND1,・・・ND12 :NAND回路、 INV1,・・・INV8 :インバータ回路、 OP :オペアンプ、 Is1,Is2 :定電流源、 RSW :読み出し選択スイ
ッチ、 BSW :ブロック選択スイ
ッチ。
11: memory cell array, 12: TMR element, 23A-1, ... 23A-n: write word line driver, 24-1, ... 24-n: write word line sinker, 25-1, ... 25 -N: row decoder, 29A: write bit line driver / sinker, 29B: read circuit, 29B11, ... 29B14: sense amplifier & bias circuit, 29B2: selector, 29B3: output buffer, 29C: column selection switch, 30: Common data line, 31: write bit line driver / sinker, 32: column decoder, 41, 51: semiconductor substrate, 42A, ... 42E: contact plug, 43: intermediate layer, 44A, ... 44D: lower electrode, 52: Element isolation insulating layer, 53: Gate insulating film, 54: Gate electrode 55: cap insulating film, 56A: source regions, 56B: drain regions, 57,65,88: sidewall insulating layer, 58,63,69,75,79,93,100,10
4, 122, 126, 137: interlayer insulating film, 59: contact hole, 60, 64, 75A, 87, 100A, 112, 122
A, 127, 137A: wiring groove, 61, 66, 70, 76, 80, 89, 94, 114,
118, 123, 129, 138: barrier metal layer, 62, 67, 71, 77, 81, 90, 95, 115,
119,124,130,139: metal layer, 68,78,92,103,116,125,131,
140: insulating layer, 73, 97, 108, 120, 136: MTJ
Element, 72, 96, 121, 135: lower electrode, MTJ1, ... MTJ4: TMR element (MT
J element), BK11, ... BKjn: read block, WWL4 (n-1) +1, ... WWL4 (n-1) +
4: write word line, RWL1, ... RWLn: read word line, BL1, ... BLj: read / write bit line, QP1, ... QP19: P channel MOS
Transistors, QN1, ... QN20: N-channel MOS
AD1, ... AD10: AND circuit, ND1, ... ND12: NAND circuit, INV1, ... INV8: inverter circuit, OP: operational amplifier, Is1, Is2: constant current source, RSW: read selection switch, BSW: Block selection switch.

Claims (40)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数段に積み重ねられる磁気抵抗効果を
利用してデータを記憶する複数のメモリセルと、前記複
数のメモリセルの一端に共通に接続される読み出し選択
スイッチと、前記複数のメモリセルに対応して設けら
れ、第1方向に延びる複数のビット線とを具備し、前記
複数のメモリセルの各々は、その他端が前記複数のビッ
ト線のうちの1つに独立に接続され、前記複数のビット
線は、読み出し時に、互いに電気的に絶縁されることを
特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
1. A plurality of memory cells that store data by utilizing a magnetoresistive effect stacked in a plurality of stages, a read selection switch commonly connected to one end of the plurality of memory cells, and the plurality of memory cells. And a plurality of bit lines extending in a first direction, the other end of each of the plurality of memory cells being independently connected to one of the plurality of bit lines. A magnetic random access memory in which a plurality of bit lines are electrically insulated from each other during reading.
【請求項2】 前記読み出し選択スイッチは、前記複数
のメモリセルの直下に配置されることを特徴とする請求
項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
2. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the read selection switch is arranged immediately below the plurality of memory cells.
【請求項3】 前記複数のメモリセルの一端と前記読み
出し選択スイッチとを接続する複数のコンタクトプラグ
をさらに具備し、前記複数のコンタクトプラグは、互い
に重なっていることを特徴とする請求項1に記載の磁気
ランダムアクセスメモリ。
3. The method according to claim 1, further comprising a plurality of contact plugs that connect one end of the plurality of memory cells and the read selection switch, and the plurality of contact plugs overlap each other. The magnetic random access memory described.
【請求項4】 前記読み出し選択スイッチに接続される
前記第1方向に延びるソース線をさらに具備することを
特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモ
リ。
4. The magnetic random access memory according to claim 1, further comprising a source line connected to the read selection switch and extending in the first direction.
【請求項5】 電源端子と、前記ソース線と前記電源端
子との間に接続されるカラム選択スイッチとをさらに具
備することを特徴とする請求項4に記載の磁気ランダム
アクセスメモリ。
5. The magnetic random access memory according to claim 4, further comprising a power supply terminal and a column selection switch connected between the source line and the power supply terminal.
【請求項6】 前記読み出し選択スイッチの制御端子に
接続され、前記第1方向に交差する第2方向に延びる読
み出しワード線をさらに具備することを特徴とする請求
項4に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
6. The magnetic random access memory according to claim 4, further comprising a read word line connected to a control terminal of the read selection switch and extending in a second direction intersecting the first direction. .
【請求項7】 前記読み出し選択スイッチは、ロウアド
レス信号により制御されることを特徴とする請求項6に
記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
7. The magnetic random access memory according to claim 6, wherein the read selection switch is controlled by a row address signal.
【請求項8】 前記読み出し選択スイッチに接続される
前記第1方向に交差する第2方向に延びる読み出しワー
ド線をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載
の磁気ランダムアクセスメモリ。
8. The magnetic random access memory according to claim 1, further comprising a read word line connected to the read selection switch and extending in a second direction intersecting the first direction.
【請求項9】 前記読み出し選択スイッチの制御端子に
接続され、前記第1方向に延びるデコード線をさらに具
備することを特徴とする請求項8に記載の磁気ランダム
アクセスメモリ。
9. The magnetic random access memory according to claim 8, further comprising a decode line connected to a control terminal of the read selection switch and extending in the first direction.
【請求項10】 前記読み出し選択スイッチは、カラム
アドレス信号により制御されることを特徴とする請求項
9に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
10. The magnetic random access memory according to claim 9, wherein the read selection switch is controlled by a column address signal.
【請求項11】 読み出し回路と、前記複数のビット線
と前記読み出し回路の間に接続されるカラム選択スイッ
チとをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載
の磁気ランダムアクセスメモリ。
11. The magnetic random access memory according to claim 1, further comprising a read circuit and a column selection switch connected between the plurality of bit lines and the read circuit.
【請求項12】 前記読み出し選択スイッチと前記カラ
ム選択スイッチは、同じ動作をすることを特徴とする請
求項11に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
12. The magnetic random access memory according to claim 11, wherein the read selection switch and the column selection switch perform the same operation.
【請求項13】 前記読み出し回路は、前記複数のビッ
ト線に対応して設けられる複数のセンスアンプと、前記
複数のセンスアンプに対応して設けられる複数の出力バ
ッファとから構成されることを特徴とする請求項11に
記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
13. The read circuit includes a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of bit lines, and a plurality of output buffers provided corresponding to the plurality of sense amplifiers. The magnetic random access memory according to claim 11.
【請求項14】 前記読み出し回路は、前記複数のビッ
ト線に対応して設けられる複数のセンスアンプと、前記
複数のセンスアンプのうちの1つのデータを出力するた
めの出力バッファと、前記複数のセンスアンプと前記出
力バッファとの間に接続されるセレクタとから構成され
ることを特徴とする請求項11に記載の磁気ランダムア
クセスメモリ。
14. The read circuit includes a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of bit lines, an output buffer for outputting data of one of the plurality of sense amplifiers, and a plurality of the plurality of sense amplifiers. The magnetic random access memory according to claim 11, comprising a selector connected between a sense amplifier and the output buffer.
【請求項15】 前記複数のビット線の両端にそれぞれ
接続され、前記複数のビット線に書き込みデータに応じ
た向きの書き込み電流を流すための書き込みビット線ド
ライバ/シンカーをさらに具備することを特徴とする請
求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
15. A write bit line driver / sinker, which is connected to both ends of each of the plurality of bit lines, for supplying a write current in a direction according to write data to the plurality of bit lines. The magnetic random access memory according to claim 1.
【請求項16】 前記複数のビット線は、読み出しビッ
ト線として及び書き込みビット線として機能することを
特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモ
リ。
16. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the plurality of bit lines function as a read bit line and a write bit line.
【請求項17】 前記複数のメモリセルに対応して設け
られ、前記第1方向に交差する第2方向に延びる複数の
書き込みワード線をさらに具備することを特徴とする請
求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
17. The magnetic device according to claim 1, further comprising a plurality of write word lines provided corresponding to the plurality of memory cells and extending in a second direction intersecting the first direction. Random access memory.
【請求項18】 前記複数の書き込みワード線の各々
は、前記複数のメモリセルの一端側に配置されることを
特徴とする請求項17に記載の磁気ランダムアクセスメ
モリ。
18. The magnetic random access memory according to claim 17, wherein each of the plurality of write word lines is arranged at one end side of the plurality of memory cells.
【請求項19】 前記複数のメモリセルの他端と前記複
数のビット線との間に接続される複数のブロック選択ス
イッチをさらに具備することを特徴とする請求項1に記
載の磁気ランダムアクセスメモリ。
19. The magnetic random access memory according to claim 1, further comprising a plurality of block selection switches connected between the other ends of the plurality of memory cells and the plurality of bit lines. .
【請求項20】 前記ブロック選択スイッチは、ロウア
ドレス信号により制御されることを特徴とする請求項1
9に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
20. The block selection switch is controlled by a row address signal.
9. The magnetic random access memory according to 9.
【請求項21】 前記読み出し選択スイッチと前記ブロ
ック選択スイッチは、同じ動作をすることを特徴とする
請求項19に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
21. The magnetic random access memory according to claim 19, wherein the read selection switch and the block selection switch operate in the same manner.
【請求項22】 前記複数のメモリセルは、1つの読み
出しブロックを構成し、前記複数のメモリセルのデータ
は、同時に読み出されることを特徴とする請求項1に記
載の磁気ランダムアクセスメモリ。
22. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the plurality of memory cells form one read block, and the data of the plurality of memory cells are read simultaneously.
【請求項23】 前記複数のメモリセルの各々は、磁化
の向きが固定されるピン層、書き込みデータに応じて磁
化の向きが変わる記憶層及び前記ピン層と前記記憶層と
の間に配置されるトンネルバリア層を含む磁気記憶素子
から構成されることを特徴とする請求項1に記載の磁気
ランダムアクセスメモリ。
23. Each of the plurality of memory cells is arranged between a pinned layer whose magnetization direction is fixed, a storage layer whose magnetization direction changes according to write data, and between the pinned layer and the storage layer. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the magnetic random access memory comprises a magnetic storage element including a tunnel barrier layer.
【請求項24】 前記磁気記憶素子の磁化容易軸は、前
記第1方向に交差する第2方向を向いていることを特徴
とする請求項23に記載の磁気ランダムアクセスメモ
リ。
24. The magnetic random access memory according to claim 23, wherein an easy axis of magnetization of the magnetic memory element is oriented in a second direction intersecting the first direction.
【請求項25】 前記読み出し選択スイッチは、MIS
トランジスタ、MESトランジスタ、接合トランジス
タ、バイポーラトランジスタ及びダイオードのうちのい
ずれか1つであることを特徴とする請求項1に記載の磁
気ランダムアクセスメモリ。
25. The read selection switch is a MIS.
The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the magnetic random access memory is one of a transistor, a MES transistor, a junction transistor, a bipolar transistor, and a diode.
【請求項26】 前記複数のメモリセルに書き込むデー
タの値は、前記複数のビット線に流れる書き込み電流の
向きにより決定されることを特徴とする請求項1に記載
の磁気ランダムアクセスメモリ。
26. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the value of the data to be written in the plurality of memory cells is determined by the direction of the write current flowing in the plurality of bit lines.
【請求項27】 磁気抵抗効果を利用してデータを記憶
する積み重ねられた第1及び第2メモリセルと、前記第
1及び第2メモリセルの一端に接続される読み出し選択
スイッチと、前記第1メモリセルの他端に接続される第
1ビット線と、前記第2メモリセルの他端に接続される
第2ビット線とを具備し、前記第1及び第2メモリセル
のデータは、同時に、前記第1及び第2ビット線に出力
されることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
27. Stacked first and second memory cells for storing data using a magnetoresistive effect, a read selection switch connected to one end of the first and second memory cells, and the first A first bit line connected to the other end of the memory cell; and a second bit line connected to the other end of the second memory cell, wherein the data of the first and second memory cells are A magnetic random access memory which outputs to the first and second bit lines.
【請求項28】 磁気抵抗効果を利用してデータを記憶
する複数のメモリセルからなる読み出しブロックと、前
記複数のメモリセルに対応して設けられる複数のセンス
アンプとを有する磁気ランダムアクセスメモリの読み出
し方法において、前記複数のメモリセルに同時かつ独立
に読み出し電流を流すステップと、前記読み出し電流に
基づいて、前記複数のメモリセルのデータを前記複数の
センスアンプにより検出するステップと、前記複数のセ
ンスアンプのデータを同時に出力するステップとを具備
することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの読
み出し方法。
28. Reading of a magnetic random access memory having a read block composed of a plurality of memory cells for storing data by utilizing a magnetoresistive effect, and a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of memory cells. In the method, a read current is applied to the plurality of memory cells simultaneously and independently, a step of detecting data of the plurality of memory cells by the plurality of sense amplifiers based on the read current, and a plurality of sense operations. And a step of simultaneously outputting the data of the amplifier, the reading method of the magnetic random access memory.
【請求項29】 磁気抵抗効果を利用してデータを記憶
する複数のメモリセルからなる読み出しブロックと、前
記複数のメモリセルに対応して設けられる複数のセンス
アンプとを有する磁気ランダムアクセスメモリの読み出
し方法において、前記複数のメモリセルに同時かつ独立
に読み出し電流を流すステップと、前記読み出し電流に
基づいて、前記複数のメモリセルのデータを前記複数の
センスアンプにより検出するステップと、前記複数のセ
ンスアンプのうちの1つのデータを選択的に出力するス
テップとを具備することを特徴とする磁気ランダムアク
セスメモリの読み出し方法。
29. Reading of a magnetic random access memory having a read block composed of a plurality of memory cells for storing data by utilizing a magnetoresistive effect, and a plurality of sense amplifiers provided corresponding to the plurality of memory cells. In the method, a read current is applied to the plurality of memory cells simultaneously and independently, a step of detecting data of the plurality of memory cells by the plurality of sense amplifiers based on the read current, And a step of selectively outputting data of one of the amplifiers, the reading method of the magnetic random access memory.
【請求項30】 前記複数のメモリセルのデータは、前
記複数のセンスアンプにより、それぞれ独立に検出され
ることを特徴とする請求項28又は29に記載の磁気ラ
ンダムアクセスメモリの読み出し方法。
30. The magnetic random access memory reading method according to claim 28, wherein the data of the plurality of memory cells are independently detected by the plurality of sense amplifiers.
【請求項31】 前記複数のメモリセルの他端は、短絡
され、前記読み出し電流は、前記複数のメモリセルの一
端側から他端側に向って流れることを特徴とする請求項
28又は29に記載の磁気ランダムアクセスメモリの読
み出し方法。
31. The other end of each of the plurality of memory cells is short-circuited, and the read current flows from one end of the plurality of memory cells to the other end thereof. A method for reading the magnetic random access memory described.
【請求項32】 前記複数のセンスアンプは、前記読み
出し電流から生成される読み出し電位とリファレンス電
位を比較することにより、前記複数のメモリセルのデー
タを検出することを特徴とする請求項28又は29に記
載の磁気ランダムアクセスメモリの読み出し方法。
32. The plurality of sense amplifiers detect data in the plurality of memory cells by comparing a read potential generated from the read current with a reference potential. A method of reading the magnetic random access memory according to 1.
【請求項33】 前記リファレンス電位は、前記メモリ
セルと同じ構造を有する抵抗素子を用いて生成されるこ
とを特徴とする請求項32に記載の磁気ランダムアクセ
スメモリの読み出し方法。
33. The method of reading a magnetic random access memory according to claim 32, wherein the reference potential is generated using a resistance element having the same structure as the memory cell.
【請求項34】 前記複数のメモリセルのデータを読み
出すとき、前記複数のメモリセルの一端に接地電位を与
えることを特徴とする請求項28又は29に記載の磁気
ランダムアクセスメモリの読み出し方法。
34. The method of reading a magnetic random access memory according to claim 28, wherein when reading the data of the plurality of memory cells, a ground potential is applied to one end of the plurality of memory cells.
【請求項35】 前記複数のメモリセルのデータを読み
出さないとき、前記複数のメモリセルの一端は、短絡さ
れた状態となり、その他端は、フローティング状態とな
ることを特徴とする請求項28又は29に記載の磁気ラ
ンダムアクセスメモリの読み出し方法。
35. When the data of the plurality of memory cells is not read, one end of the plurality of memory cells is in a short-circuited state and the other end is in a floating state. A method of reading the magnetic random access memory according to 1.
【請求項36】 半導体基板の表面領域に読み出し選択
スイッチを形成するステップと、前記読み出し選択スイ
ッチ上に第1方向に延びる第1書き込みワード線を形成
するステップと、前記第1書き込みワード線の直上に第
1MTJ素子を形成するステップと、前記第1MTJ素
子の直上に、前記第1MTJ素子に接触し、前記第1方
向と交差する第2方向に延びる第1読み出し/書き込み
ビット線を形成するステップと、前記第1書き込みワー
ド線の直上に前記第1方向に延びる第2書き込みワード
線を形成するステップと、前記第2書き込みワード線の
直上に第2MTJ素子を形成するステップと、前記第2
MTJ素子の直上に、前記第2MTJ素子に接触し、前
記第2方向に延びる第2読み出し/書き込みビット線を
形成するステップとを具備し、前記第1及び第2書き込
みワード線並びに前記第1及び第2読み出し/書き込み
ビット線の少なくとも1つは、ダマシンプロセスにより
形成されることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモ
リの製造方法。
36. A step of forming a read selection switch in a surface region of a semiconductor substrate, a step of forming a first write word line extending in a first direction on the read selection switch, and a step immediately above the first write word line. Forming a first MTJ element on the first MTJ element, and forming a first read / write bit line on the first MTJ element, the first read / write bit line being in contact with the first MTJ element and extending in a second direction intersecting the first direction. Forming a second write word line extending in the first direction directly above the first write word line; forming a second MTJ element immediately above the second write word line;
Directly above the MTJ element, forming a second read / write bit line in contact with the second MTJ element and extending in the second direction, the first and second write word lines and the first and second write word lines. A method of manufacturing a magnetic random access memory, wherein at least one of the second read / write bit lines is formed by a damascene process.
【請求項37】 前記第1及び第2書き込みワード線並
びに前記第1及び第2読み出し/書き込みビット線の少
なくとも1つは、絶縁層に配線溝を形成するステップ
と、前記配線溝を完全に満たす金属層を形成するステッ
プと、前記配線溝内以外の前記金属層を除去するステッ
プとにより形成されることを特徴とする請求項36に記
載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
37. At least one of the first and second write word lines and the first and second read / write bit lines forms a wiring groove in an insulating layer, and completely fills the wiring groove. 37. The method of manufacturing a magnetic random access memory according to claim 36, wherein the method is formed by forming a metal layer and removing the metal layer other than inside the wiring groove.
【請求項38】 前記金属層を形成する前に、バリアメ
タル層を形成するステップを具備することを特徴とする
請求項37に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造
方法。
38. The method of manufacturing a magnetic random access memory according to claim 37, further comprising the step of forming a barrier metal layer before forming the metal layer.
【請求項39】 前記バリアメタル層を形成する前に、
前記配線溝の側壁にサイドウォール絶縁層を形成するス
テップと、前記配線溝内以外の前記金属層を除去した後
に、前記金属層上に前記サイドウォール絶縁層と同じ材
料から構成されるキャップ絶縁層を形成するステップと
を具備することを特徴とする請求項38に記載の磁気ラ
ンダムアクセスメモリの製造方法。
39. Before forming the barrier metal layer,
Forming a sidewall insulating layer on the side wall of the wiring groove; and removing the metal layer except in the wiring groove, and then forming a cap insulating layer on the metal layer from the same material as the sidewall insulating layer. 39. The method of manufacturing a magnetic random access memory according to claim 38, further comprising:
【請求項40】 前記サイドウォール絶縁層及び前記キ
ャップ絶縁層は、窒化シリコンから構成されることを特
徴とする請求項39に記載の磁気ランダムアクセスメモ
リの製造方法。
40. The method of manufacturing a magnetic random access memory according to claim 39, wherein the sidewall insulating layer and the cap insulating layer are made of silicon nitride.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156844A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Toshiba Corp Semiconductor memory device
JP2006222215A (en) * 2005-02-09 2006-08-24 Elpida Memory Inc Phase change memory device
JP2007513494A (en) * 2003-10-23 2007-05-24 ライニッシュ−ヴェストフェリッシェ・テクニッシェ・ホッホシューレ・アーヘン Phase change memory, phase change memory assembly, phase change memory cell, 2D phase change memory cell array, 3D phase change memory cell array, and electronic component
JP2011519476A (en) * 2008-04-04 2011-07-07 クゥアルコム・インコーポレイテッド Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) bit cell array structural design
JP2013544419A (en) * 2010-10-07 2013-12-12 クロスバー, インコーポレイテッド Circuit and method for simultaneous read operation
US10672448B2 (en) 2018-09-12 2020-06-02 Toshiba Memory Corporation Magnetic storage device
JP2020113702A (en) * 2019-01-16 2020-07-27 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション Resistive random access memory

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007513494A (en) * 2003-10-23 2007-05-24 ライニッシュ−ヴェストフェリッシェ・テクニッシェ・ホッホシューレ・アーヘン Phase change memory, phase change memory assembly, phase change memory cell, 2D phase change memory cell array, 3D phase change memory cell array, and electronic component
JP2006156844A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Toshiba Corp Semiconductor memory device
JP2006222215A (en) * 2005-02-09 2006-08-24 Elpida Memory Inc Phase change memory device
US7675770B2 (en) 2005-02-09 2010-03-09 Elpida Memory, Inc. Phase change memory device
JP4591821B2 (en) * 2005-02-09 2010-12-01 エルピーダメモリ株式会社 Semiconductor device
JP2011519476A (en) * 2008-04-04 2011-07-07 クゥアルコム・インコーポレイテッド Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) bit cell array structural design
US8625341B2 (en) 2008-04-04 2014-01-07 Qualcomm Incorporated Array structural design of Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) bit cells
JP2013544419A (en) * 2010-10-07 2013-12-12 クロスバー, インコーポレイテッド Circuit and method for simultaneous read operation
US10672448B2 (en) 2018-09-12 2020-06-02 Toshiba Memory Corporation Magnetic storage device
JP2020113702A (en) * 2019-01-16 2020-07-27 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション Resistive random access memory
US11222923B2 (en) 2019-01-16 2022-01-11 Winbond Electronics Corp. Resistance variable memory

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