JP2005260175A - 磁気メモリ及びその記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層10を少なくとも有する磁気記憶素子2,3と、互いに交差する2種類の配線1,4から成る、磁気記憶素子に磁場を印加する配線とを有し、2層以上の磁性層11及び12,13及び14が、上下の磁性層の磁化の向きが互いに反平行となるように積層されて記憶層10が構成され、2種類の配線1,4の交点付近かつ2種類の配線1,4の間に、複数の磁気記憶素子2,3が配置され、各磁気記憶素子2,3の記憶層10がそれぞれ異なる情報記憶単位を構成する磁気メモリを提供する。
【選択図】 図1
Description
しかし、DRAMは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。
また、情報の記録は、直交する2種類のアドレス配線(例えば、ワード線やビット線)のそれぞれに電流を流し、発生する電流磁場によって、アドレス配線の交点にある磁気記憶素子において、情報を記録して保持させる磁性層(記憶層)の磁化の向きを反転させることにより行っている。
日経エレクトロニクス 2001.2.12号(第164頁−171頁)
従って、より高密度の磁気メモリを実現するためには、情報を記憶できる単位を増やす必要がある。
しかし、アドレス配線を多層化して情報を記憶できる単位を増やすと、磁気記憶素子が近接して配置されることになる。
このため、近接する磁気記憶素子同士の磁気的干渉が生じることにより、安定した記録動作が困難になってしまう。
また、2種類の配線の間に複数の磁気記憶素子が配置され、各磁気記憶素子の記憶層がそれぞれ異なる情報記憶単位を構成することにより、配線の間に1つの磁気記憶素子が配置されていた従来の磁気メモリの構成と比較して、単位体積当たりの磁気記憶素子の数を増やして、磁気メモリを高密度化することができる。
さらに、少なくとも2層以上の磁性層が、上下の磁性層の磁化の向きが互いに反平行となるように積層されて記憶層が構成されていることにより、それぞれ異なる情報記憶単位となる、各磁気記憶素子の記憶層の間に磁気的な干渉を生じにくくすることができる。
そして、各配線の幅を縮小しなくても、磁気メモリの高記録密度化を図ることができる。
また、磁気記憶素子の間に磁気的な干渉を生じにくくすることができ、磁気記憶素子を高密度に配置しても、記録された情報への干渉を少なくすることができる。
従って、本発明により、高密度に磁気記憶素子(情報記憶単位)を配置しても、安定して確実に情報を記録することができる磁気メモリを実現することができる。
そして、第1のアドレス配線1と第2のアドレス配線4との間には、これらアドレス配線1及び4の交点に、それぞれ2個の磁気記憶素子2,3が配置されている。
2個の磁気記憶素子2,3は、それぞれ情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を少なくとも有して成り、その1個1個が、それぞれ独立した異なる情報記憶単位となるものである。
図1Bに示すように、各磁気記憶素子2,3は、互いに反平行に磁気的結合した2層の磁性層11及び12,13及び14からなる記憶層10を、少なくとも有して構成される。
これにより、磁気記憶素子2,3の記録層10から漏洩する磁場を最小限に抑えることができるため、複数の磁気記憶素子を近接配置しても磁気記憶素子同士の磁気的な干渉が少なくなり、情報記憶単位となる各磁気記憶素子2,3に、それぞれ独立した情報を記録し保存することが可能になる。
なお、このスイッチング特性を利用して情報の記録を行う方法では、情報の記録は記憶層に保存されている状態から他の状態への書き換えであり、記録の手順は記録後の状態によらず同じになる。
また、記憶層への情報の記録は、記憶層への特定方向の磁界の印加により行われる。それ以外の方向の磁界を印加しても、スイッチングがなされず、磁化の向きが反転しないため、情報の記録が行われない。
第1のアドレス配線1による電流磁界と第2のアドレス配線4による電流磁界の合成磁界は、図示しないが、磁性層11,12,13,14の面内方向において、時計回りまたは反時計回りに回る回転磁界を形成する。
そして、第1のアドレス配線1の電流と、第2のアドレス配線4の電流とに時間差を設けて、スイッチング特性を利用することにより(前述した、米国特許出願公開第2003/0072174号明細書等を参照)、上述した回転磁界の作用によって、記憶層10の2層の磁性層11及び12,13及び14の磁化M11及びM12,M13及びM14の向きを変えることができる。これにより、記憶層10に情報(例えば、情報”1”又は情報”0”)を記録することができる。
この記録された情報を読み出すための構成は、特に限定されるものではなく、例えば、記憶層10に薄い絶縁膜を介して、反強磁性層により磁化の向きが固定された磁性層(磁化固定層)等の情報の基準となる磁性層(参照層)を設け、薄い絶縁層(トンネル絶縁層)を介して流れる強磁性トンネル電流によって、記憶層10に記録された情報を読み出してもよい。また、磁気抵抗効果により記憶層10に記録された情報を読み出してもよい。
さらにまた、図1A中には記録のためのアドレス配線1,4しか示していないが、読み出し用の配線やアドレス選択用のトランジスタを各情報記憶単位の磁気記憶素子2,3に接続してもよいし、記録用のアドレス配線1,4により読み出しの配線を兼ねてもよい。
そして、磁気記憶素子を二種類のアドレス配線の間に配置した場合には、それぞれのアドレス配線と磁気記憶素子の記憶層との距離によって、各アドレス配線からの電流磁場の大きさが異なり、磁気記憶素子に近いアドレス配線からはより強い電流磁場がかかり、磁気記憶素子から遠いアドレス配線からの電流磁場は弱くなる。
まず、ワード線及びビット線の真ん中に情報記憶単位を配置したとき、ワード線電流及びビット線電流の各電流量による記録動作領域は、例えば図2Aに示すようになる。このとき、斜線を付した記録領域は、ワード線及びビット線の各電流量の範囲がほぼ同等となっており、記録に必要な電流値は、ビット線及びワード線で同程度となっている。
次に、情報記憶単位を、ワード線には近く、ビット線からは遠くなるように配置したとき、記録動作領域は、図2Bに示すように変わる。このとき、記録に必要な電流値は、ワード線は小さいが、ビット線は大きくなる。
次に、情報記憶単位を、ワード線からは遠く、ビット線には近くなるように配置したとき、記録動作領域は、図2Cに示すように変わる。このとき、記録に必要な電流値は、ワード線は大きいが、ビット線は小さくなる。
このとき、図3に示すように、第1の情報記憶単位の記録領域の境界線L1と、第2の情報記憶単位の記録領域の境界線L2とによって、動作領域が3つの領域、即ち第1の情報記憶単位のみが書き換えられる領域E1、第2の情報記憶単位のみが書き換えられる領域E2、そして第1及び第2の情報記憶単位の両方が書き換えられる領域E3に分けられることがわかる。
そして、このように情報記憶単位が2つの場合には、記録(情報の書き換え)が行われる情報記憶単位の選択の全ての場合(3通り)について、いずれも一度の記録過程で情報の記録を行うことが可能である。
また、第2の情報記憶単位(下層の磁気記憶素子3の記憶層10)のみに記録を行うときには、ワード線電流を大きく、かつ、ビット線電流を小さくして図3の領域E2内になるように設定すると共に、ワード線電流とビット線電流とに時間差を設けて、スイッチング特性を利用することにより、磁性層13の磁化M13の向き及び磁性層14の磁化M14の向きを変えて、最終的には記録前の向きから反転させる。
また、第1の情報記憶単位(上層の磁気記憶素子2の記憶層10)及び第2の情報記憶単位(下層の磁気記憶素子3の記憶層10)の両方に記録を行うときには、ワード線電流を大きく、かつ、ビット線電流を大きくして図3の領域E3内になるように設定すると共に、ワード線電流とビット線電流とに時間差を設けて、スイッチング特性を利用することにより、各情報記憶単位の磁性層11〜14の磁化M11〜M14の向きを、記録前の向きから反転させる。
そして、アドレス配線1,4の幅を縮小しなくても、磁気メモリの高記録密度化を図ることができる。
また、磁気記憶素子2,3の間に磁気的な干渉を生じにくくすることができ、磁気記憶素子2,3を高密度に配置しても、記録された情報への干渉を少なくすることができる。
従って、高密度に磁気記憶素子2,3を配置しても、安定して確実に情報を記録することができる磁気メモリを実現することができる。
3層以上の磁性層を上下の磁性層の磁化の向きが互いに反平行となるように積層させて記憶層を構成しても、記憶層全体の磁化を小さくして記憶層から漏洩する磁場を小さくすることができる。そして、各磁性層の磁化量を選定することにより、記憶層から漏洩する磁場を最小限に抑えることができる。
各配線の電流量を制御して正しく記録を行うことが範囲内であれば、2種類の配線の間に、任意の数の情報記憶単位を配置することが可能である。
ワード線に近い側の情報記憶単位から順に、第1の情報記憶単位、第2の情報記憶単位、第3の情報記憶単位と定義すると、第1の情報記憶単位の動作領域の境界線L11、第2の情報記憶単位の動作領域の境界線L12、第3の情報記憶単位の動作領域の境界線L13の3本の境界線により、動作領域が6つの領域E11,E12,E13,E14,E15,E16に分けられる。E11は第1の情報記憶単位のみに記録が可能な領域、E12は第2の情報記憶単位のみに記録が可能な領域、E13は第3の情報記憶単位のみに記録が可能な領域、E14は第1の情報記憶単位及び第2の情報記憶単位に記録が可能な領域、E15は第2の情報記憶単位と第3の情報記憶単位に記録が可能な領域、E16は第1から第3まで全ての情報記憶単位に記録が可能な領域である。
例えば、図4に示す場合において、第1の情報記憶単位と第3の情報記憶単位とに記録を行いたい場合には、1回の記録過程で情報を書き込むことは不可能である。この場合、2回の記録過程で情報を書き込む方法としては、(1)領域E11の記録過程と領域E13の記録過程とを行う、(2)領域E14の記録過程と領域E15の記録過程とを行う、(3)領域E12の記録過程と領域E16の記録過程とを行う、の3つの方法があり、いずれの方法においても2つの記録過程の順序は問わない。
この場合、第1のアドレス配線の電流量と第2のアドレス配線の電流量による記録領域が、各情報記憶単位の記録動作領域の境界線(合計n本)により分割される。分割される動作領域の数は、n(n+1)/2となる。
そして、n個全ての情報記憶単位に記録することができる記録領域において、第1のアドレス配線の電流量Inと、第2のアドレス配線の電流量J1とを選定する。さらに、第2のアドレス配線に電流量J1を流したときに、第pの情報記憶単位には記録できるが第p+1の情報記憶単位には記録できないような、第1のアドレス配線の電流量Ipを選定し(ただし、pは1以上かつn−1以下の整数)、第1のアドレス配線に電流量Inを流したときに、第qの情報記憶単位には記録できるが、第q−1の情報記憶単位には記録できないような、第2のアドレス配線の電流量Jqを選定し(ただし、qは2以上かつn以下の整数)、任意のp,qについてIp<Ip+1かつJq−1>Jqの大小関係が成り立つものとする。
また、整数k,l(1≦k<l≦n)として、第1のアドレス配線に電流Ilを流し、第2のアドレス配線に電流Jkを流すと、第kから第lまでの情報記憶単位を同時に書き換えることができる。
ここで、本発明の磁気メモリの構成において、具体的に磁気記憶素子の記憶層の寸法や磁化量を設定して、特性がどのようになるか調べた。
この磁気メモリは、第1のアドレス配線(ワード線)21と第2のアドレス配線(ビット線)24との間に、第1の情報記憶単位(記憶層)22及び第2の情報記憶単位(記憶層)23の2個の情報記憶単位(記憶層)が配置されて成る。
そして、第1の情報記憶単位(記憶層)22を含む積層構造を有する上層の磁気記憶素子25と、第2の情報記憶単位(記憶層)23を含む積層構造を有する下層の磁気記憶素子26とが形成されている。
また、電極41と反強磁性層39との間を、厚さ100nmの絶縁層で分離した。
ワード線21及びビット線24を幅500nm・厚さ200nmとして、さらに情報記憶単位22,23との対向面以外の3面に厚さ20nmのNiFe軟磁性膜を設けた構成とした。
そして、情報記憶単位22,23の平面形状が、長軸400nm・短軸300nmの楕円形状であり、その長軸をワード線21及びビット線24に対して45度の角度をなすようにパターニングした。
このように選定した構成で、各層を形成することにより、図5に断面構造を示した磁気メモリを作製した。
図6においては、第1の情報記憶単位22の動作境界線L1A,L1B,L1Cを実線で示し、第2の情報記憶単位23の動作境界線L2A,L2B,L2Cを破線で示している。また、動作境界線L1A及びL2Aは、全く記録されない領域と少なくとも1度は記録される領域の境界である。動作境界線L1B及びL2Bは、正しく記録された確率が50%の境界線である。動作境界線L1C及びL2Cは、全て正しく記録された領域と少なくとも1度は正しく記録されなかった領域との境界である。
従って、ワード線の電流及びビット線の電流を変えることにより、全ての状態を記録することが可能である。
さらには、2種類の配線にそれぞれ軟磁性の被覆を形成すると、電流量に対する磁場強度が大きくなると共に、配線と情報記憶単位との距離に対する磁場変化も大きくなるので、より好ましい。
Claims (2)
- 情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を少なくとも有する磁気記憶素子と、
互いに交差する2種類の配線から成る、前記磁気記憶素子に磁場を印加する配線とを有し、
少なくとも2層以上の磁性層が、上下の磁性層の磁化の向きが互いに反平行となるように積層されて前記記憶層が構成され、
前記2種類の配線の交点付近かつ前記2種類の配線の間に、複数の前記磁気記憶素子が配置され、各前記磁気記憶素子の前記記憶層がそれぞれ異なる情報記憶単位を構成する
ことを特徴とする磁気メモリ。 - 情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を少なくとも有する磁気記憶素子と、
互いに交差する2種類の配線から成る、前記磁気記憶素子に磁場を印加する配線とを有し、
少なくとも2層以上の磁性層が、上下の磁性層の磁化の向きが互いに反平行となるように積層されて前記記憶層が構成され、
前記2種類の配線の交点付近かつ前記2種類の配線の間に、複数の前記磁気記憶素子が配置され、各前記磁気記憶素子の前記記憶層がそれぞれ異なる情報記憶単位を構成する磁気メモリに対して、
前記2種類の配線のそれぞれに流す電流量を選定することにより、前記複数の前記磁気記憶素子のうち、前記記憶層に情報の記録を行う任意の前記磁気記憶素子を選択する
ことを特徴とする磁気メモリの記録方法。
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001217398A (ja) * | 2000-02-03 | 2001-08-10 | Rohm Co Ltd | 強磁性トンネル接合素子を用いた記憶装置 |
JP2002246567A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Toshiba Corp | 磁気ランダムアクセスメモリ |
JP2002359355A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-13 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 多層構造の不揮発性磁気メモリ・セル及びそれを用いた記憶回路ブロック |
WO2003034437A2 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Motorola, Inc. | Writing to a mram element comprising a synthetic antiferromagnetic layer |
JP2003179213A (ja) * | 2001-12-13 | 2003-06-27 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
JP2003258208A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-09-12 | Toshiba Corp | 磁気メモリ |
JP2003318370A (ja) * | 2002-02-22 | 2003-11-07 | Toshiba Corp | 磁気ランダムアクセスメモリ |
WO2003107350A2 (en) * | 2002-06-18 | 2003-12-24 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Magnetoresistive random access memory with reduced switching field |
-
2004
- 2004-03-15 JP JP2004073159A patent/JP2005260175A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001217398A (ja) * | 2000-02-03 | 2001-08-10 | Rohm Co Ltd | 強磁性トンネル接合素子を用いた記憶装置 |
JP2002246567A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Toshiba Corp | 磁気ランダムアクセスメモリ |
JP2002359355A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-13 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 多層構造の不揮発性磁気メモリ・セル及びそれを用いた記憶回路ブロック |
WO2003034437A2 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Motorola, Inc. | Writing to a mram element comprising a synthetic antiferromagnetic layer |
JP2003179213A (ja) * | 2001-12-13 | 2003-06-27 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
JP2003258208A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-09-12 | Toshiba Corp | 磁気メモリ |
JP2003318370A (ja) * | 2002-02-22 | 2003-11-07 | Toshiba Corp | 磁気ランダムアクセスメモリ |
WO2003107350A2 (en) * | 2002-06-18 | 2003-12-24 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Magnetoresistive random access memory with reduced switching field |
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