JP2005510077A - ビット歩留を改善する非対称ｍｒａｍセル及びビット設計 - Google Patents

Abstract

ＭＲＡＭ装置に関する非対称セル及びビット設計。前記設計は、前記セルの容易軸に関して非対称であり、ビット中心から前記セルの困難軸に沿って移動された重心を有する。この非対称は、製造プロセス変化がビットのスイッチング磁界を実質的に変化させないようにするのに十分なほど大きい。加えて、前記非対称は、ビットの端を、弱い半選択磁界において反対方向に、強い半選択磁界において平行に整列させ、これは、選択ビットと非選択ビットとの間の差を増大させる。これら２つの特徴の組み合わされた効果は、結果として、選択ビットスイッチング分布と非選択ビットスイッチング分布との間のより小さい重なりにより、（同様の大きさの対称的なビットと比較して）ビット歩留が向上する。

Description

本願は、その内容全体が参照によってここに含まれる２００１年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／３３１４２１号の利益を要求する。

本発明は、一般にメモリ装置に関し、より特には、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）装置のビット歩留を改善する非対称セル及びビット設計に関する。

集積回路設計者は、理想的な半導体メモリ、すなわち、ランダムにアクセス可能で、きわめて素早く読み書きすることができ、無限に変更可能で、電力をほとんど消費しない装置を常に求めてきた。ＭＲＡＭ技術は、これらの長所をすべて提供するとしてますます見られてきている。

ＭＲＡＭ装置は、代表的に、磁気メモリセルのアレイを含む。代表的な磁気メモリセルは、非磁性層によって分離された磁性層を含む構造を有する。代表的に固定層と呼ばれるある磁性層における磁気ベクトルは、１つの方向において磁気的に固定される。しばしば記録層又は読み出し層と呼ばれる他の層の磁気ベクトルは固定されず、その磁化方向は自由であり、前記固定層に対して“平行”状態と“反平行”状態との間で切り替わる。平行状態に応じて、前記磁気メモリセルは低抵抗状態を有する。逆に、反平行状態に応じて、前記磁気メモリセルは高抵抗状態を有する。前記ＭＲＡＭ装置は、これらの２つの状態に、論理“１”又は“０”のいずれかのビット値を関係付ける。

論理“１”又は“０”は、通常、前記記録層における磁化方向を回転させる外部磁界を（電流を経て）印加することによって前記磁気メモリセルに書き込まれる。代表的に、前記記録層における磁化の方向は、容易軸として知られる軸に沿って整列する。前記外部磁界は、前記記録層におけるその容易軸に沿った磁化の方向を、所望の論理状態に応じて、前記固定層における磁化の方向に対して平行又は反平行にフリップさせるように印加される。

ＭＲＡＭ装置は、通常、書き込み中前記外部磁界を前記磁気メモリセルに印加するのに使用される行ライン及び列ラインのアレイを含む。前記磁気メモリセルは、通常、前記行ライン及び列ラインの交点において配置される。選択された磁気メモリセルは、通常、電流を、前記選択された磁気メモリセルにおいて交差する特定の行及び列ラインに供給することによって書き込まれる。

図１は、代表的なＭＲＡＭ装置において見られる磁気メモリセル１１のアレイ１０の一部を説明する。セル１１は、行及び列に配置され、各行は関連する行ライン１２を有し、各列は関係する列ライン１４を有する。加えて、セル１１は、これらの長軸が行ライン１２と平行に延び、これらの横軸が列ライン１４と平行に延びるように配置される。図１及び２ａを参照し、各セル１１は、該セルの長軸（長さ）と平行に向けられた磁化容易軸１９と、該セルの横軸（幅）と平行に向けられた磁化困難軸２０とを有する。各セル１１は、電流がこれを通って供給された場合、容易軸磁界を発生する列ライン１４と、電流がこれを通って供給された場合、困難軸磁界を発生する行ライン１２とを有する。電流が前記磁気メモリ装置において磁界を発生する方法は、当該技術分野において既知であり、ここでは検討しない。

容易軸に対して整列された磁界は、ここでは容易軸書き込み磁界と呼ばれ、他方の磁界は、困難軸書き込み磁界と呼ばれる。選択されたメモリセルのみが、容易軸及び困難軸書き込み磁界の双方を受けることが望まれる。各々の書き込み磁界は、これらがセルの内容を個別的に切り替えることができないため、一般に半選択磁界と呼ばれる。実際上、しかしながら、困難軸書き込み磁界は、通常、半選択磁界と呼ばれ、容易軸書き込み磁界は、スイッチング磁界と呼ばれる。

前記選択されたメモリセルに格納されたビットは、ここでは、“選択ビット”と呼ばれる。所望の選択されたセルではない列ライン又は行ラインに結合された残りのメモリセルすべては、ここでは“非選択セル”と呼ばれ、これらの対応するビットは“非選択ビット”である。特定の列ラインに結合された非選択セルは、通常、容易軸書き込み磁界のみを受ける。同様に、特定の行ラインに結合された非選択セルは、通常、困難軸書き込み磁界のみを受ける。容易軸及び困難軸書き込み磁界の大きさは、通常、選択磁気メモリセルにおける格納ビットがその論理状態を切り替えるのに十分なほど大きいが、前記書き込み磁界のうち１つのみを受ける非選択磁気メモリセルにおける格納ビットが切り替わらないのに十分なほど小さく選択される。非選択磁気メモリセル（すなわち、前記書き込み磁界のうち１つのみを受けるセル）における格納ビットの望ましくないスイッチングは、一般に、半選択スイッチングと呼ばれる。

確実なＭＲＡＭ装置を構成するために克服する必要がある深刻な問題は、選択及び非選択ビットにおいて生じるスイッチング磁界の歪みである。選択又は非選択書き込み磁界の歪みは、ビット歩留を激しく悪化させる。これは、選択ビットと非選択ビットとの間の書き込み電流の分布における重なりによる。この問題は、メモリセルの形状に一部起因することが確定されている。

再び図２ａを参照し、上記で検討されたように、代表的なメモリセル１１は、磁気抵抗材料の多数の層を有する。例えば、例示されたセル１１は、第１磁性層１６及び第２磁性層１７を含み、これらは第１導通又は絶縁スペーサ層１８によって分離される。磁性及び非磁性層のスタックは、しばしば、楕円形、長方形又は六角形のような対称形状にパターン化される。図２ａは、長方形形状を有するメモリセルを例示する。例示された長方形セル１１において、層１６及び１７は、セル１１の長さ又は容易軸に実質的に沿って置かれた磁化ベクトル２１を有する。ベクトル２１は、各々の端において矢じりを描かれ、セル１１内の２つの異なった磁化方向を表す。上述したように、層１６／１７の一方における磁化は一般に固定され、他方の層１６／１７の磁化は自由であり、ベクトル２１によって表された２つの位置のいずれかに回転する。

現在の時期メモリセルの形状（すなわち、楕円形、長方形、六角形）の形状による問題は、これらが完全に対称的であることである。例えば製造プロセス変化による完全な対称形状からのどのようなわずかの逸脱も、ビットをセルに書き込むのに必要な磁界及び電流における重大な変化を引き起こし、アレイ内の書き込み電流の分布を増加させるおそれがある。これは、書き込みマージン（すなわち、選択ビットの書き込み電流と非選択ビットの書き込み電流との間の差）を減少させ、ビット歩留を減少させる。

したがって、ＭＲＡＭ装置における書き込みマージン及びビット歩留を増加するセル及びビット設計が望まれ、必要とされる。

本発明は、ＭＲＡＭ装置の書き込みマージン及びビット歩留を増加するＭＲＡＭ装置のメモリセルに関する設計を提供する。

上記及び他の特徴及び利点は、ＭＲＡＭ装置に、対称設計ではなく非対称セル及びビット設計を与えることによって達成される。この設計は、容易軸に沿って反射された場合は非対称で、ビット中心から困難軸に沿って置き換えられた重心を有する。この非対称は、製造プロセス変化が格納ビットのスイッチング磁界を実質的に変化させないようにするのに十分なほど大きい。加えて、前記非対称は、ビットの端を、弱い半選択磁界において反対方向に、強い半選択磁化において互いに平行に整列させ、これは、選択ビットと非選択ビットとの間のスイッチング磁界における差を増加させる。これら２つの特徴の組み合わされた効果は、結果として、選択ビットスイッチング分布と非選択ビットスイッチング分布との間のより小さい重なりにより、（同様の大きさの対称的なセル及びビットと比較して）ビット歩留が向上する。

本発明の上記及び他の利点及び特徴は、添付した図面の参照と共に以下に与えた好適実施例の詳細な説明からより明らかになるであろう。

以下の詳細な説明において、本発明を実行することができる種々の特定の実施例が参照される。これらの実施例は、当業者が本発明を実行することを可能にするのに十分な程詳細に説明され、他の実施例が用いられてもよいことと、電気的な変化が本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに行われてもよいこととは、理解されるべきである。

上記で注意したように、任意のＭＲＡＭ装置において克服することを必要とする主要な問題は、選択ビットの書き込み電流分布と非選択ビットの書き込み電流分布との間の重なりによって結果として低いビット歩留を生じるスイッチング磁界の分布である。選択及び非選択ビット分布重なりに影響し得るＭＲＡＭセル／ビットに固有の種々のパラメータが存在することが確定されている。これらは、ビットからビットへのビット形状におけるランダムな変化に限定されないが、ビットからビットへの材料パラメータにおけるランダムな変化と、ビットが書き込まれる一連の磁界と、ビットを書き込むのに使用される磁界の値と、磁気ノイズとを含む。

スイッチング磁界分布の幅に主に寄与するのは、磁化反転モードである。磁化反転モードは、磁化反転プロセス中の一連の磁化パターン（すなわち、図２ａにおいて例示されたベクトル２１の磁化方向の切り替え）として規定される。これらの磁化パターンは、ビット形状と、書き込み磁界の異なった組み合わせとによって選択することができる。用語「ビット形状」は、本明細書の残り全体に渡って使用されるが、ビット形状は、ビットを格納するメモリセルの形状に起因することは理解されるべきである。したがって、例えば、対称的ビット形状への参照は、対称的メモリセルへの参照としても認められるべきである。

適切に選択されたならば、ビットの書き込みに使用されるビット形状及び書き込み磁界は、好適な反転モードにおいてロックすることによって、選択書き込み磁界分布と非選択書き込み磁界分布との間の差を増加させる（すなわち、書き込みマージンを増加させる）のと、書き込み磁界分布の幅を減少させるのに使用することができる。

ビット形状及び対応する対称／非対称は、図２ｂにおいて例示された座標系に関するビット重心及び回転を使用して量化することができる。ｘ軸は行ラインと平行で、ｙ軸は列ラインと平行である。ビットの長さはｘ軸に沿って測定され、幅はｙ軸に沿って測定される。ビット対称／非対称を規定するのに使用される座標系は、図２ｂに示されるように２２において中心が置かれる。

ビットの重心のｘ及びｙ座標は以下のように規定される。
（１）<x>=∫∫xdxdy/∫∫dxdy；及び
（２）<y>=∫∫ydxdy/∫∫dxdy
ビット回転は以下のように規定される。
（３）<θ>=∫∫θ(x,y)dxdy/∫∫dxdy
これらの規定を使用し、ビット対称／非対称は以下のように規定される。
（４）<x>=0;<y>=0;<θ>=0→対称、
（５）<x>=0;<y>=0;<θ>≠0→回転している、
（６）<x>=0;<y>≠0;<θ>=0→困難軸に対して一方に傾いている（すなわち、重心は、困難軸に沿ってビットの中心から移動している）

図３ａは、式（４）に対応する対称楕円形形状状ビットを例示する。図３ｂは、式（５）に対応する回転された平行四辺形形状ビットを例示する。図３ｃは、式（６）に対応する困難軸（ｙ）に沿ってビット中心から移動された重心を有する非対称であるビット形状を例示する。図３ａ−３ｃにおいて、ｘ軸は容易軸であり、ｙ軸は困難軸である。

ビット対称／非対称は、磁化は好適にはビットのエッジに平行に整列するため、磁化パターンを強く決定する。図４ａ−４ｄは、非対称であり、ビットの中心から困難軸に沿って移動された重心を有する（すなわち、＜ｙ＞≠０）ビット３０に関する異なった磁化パターンを例示する。図４ａ、４ｂは、弱い困難軸書き込み磁界に関するパターンを例示する。弱い困難軸書き込み磁界によって、非対称ビット３０の端３２、３４における磁化パターンは、反対方向において整列する（すなわち、ベクトル３２は上を指し、ベクトル３４は下を指す）。図４ａにおいて、磁化ベクトル２１は右を指し、図４ｂにおいて、ベクトル２１は、今では左を指すように切り替えられている、すなわち、反転されている。図４ｃ、４ｄは、強い困難軸書き込み磁界に関するパターンを例示する。強い困難軸書き込み磁界によって、非対称ビット３０の端３２、３４におけるパターンは、同じ方向において整列する。図４ｃにおいて、磁化ベクトル２１は右を指し、図４ｄにおいて、ベクトル２１は、今では左を指すように切り替えられている、すなわち、反転されている。磁化ベクトル２１を切り替えるのに必要な磁界は、端３２、３４におけるパターンが反対方向において整列されている場合の方が、これらが同じ方向において整列されている場合より強い。

図５ａ−５ｄは、ｘ軸に関して回転されている（＜θ＞≠０）形状を有するビット３５に関する異なった磁化パターンを例示する。図５ａ、５ｂは、弱い困難軸書き込み磁界に関するパターンを例示する。弱い困難軸バイアス磁界によって、ビット３５の端３６、３８における磁化パターンは、磁化ベクトル２１が右を指している場合、上向き方向において整列し、ベクトル２１が左を指すように反転されている場合、下向き方向において整列する。図５ｃ、５ｄは、強い困難軸バイアス磁化に関するパターンを例示する。強い困難軸書き込み磁界によって、ビット３５の端３６、３８におけるパターンは、同じ方向において常に上向きに整列する。困難軸書き込み磁界が増大するにつれて、ベクトル２１を右に磁化させるのは、左に磁化させるよりも容易になる。

図６ａ−６ｄは、対称ビット４０に関する異なった磁化パターンを例示する。図６ａ、６ｂは、弱い困難軸磁界に関するパターンを例示する。弱い困難軸磁界によって、ビット４０の端４２、４４における磁化パターンは、これらがビットエッジに平行に整列するように分割する（上及び下を指す）。プロセス変化の結果として生じるかもしれないビット対称におけるわずかな偏差は、図４及び５において例示されるようにビットを磁化させる。これは、磁化ベクトル２１の方向を反転させるのに必要な書き込み磁界における大きな散乱を引き起こす。図６ｃ、６ｄは、強い困難軸バイアス磁界に関するパターンを例示する。強い困難軸バイアス磁界によって、ビット４０の端４２、４４におけるパターンは、同じ方向において、困難軸バイアス磁界と平行に整列する。

図３ａ−６ｄに関して上記で示したように、ビット対称／非対称は、磁化パターンを強く決定する。４つの異なったビット形状は、これらの磁化パターンを決定するのにシミュレートされた。前記形状は、図７ａ−７ｄにおいて例示され、以下のように規定された。
（７）楕円形=<x>=0nm;<y>=0nm;<θ>=0度
（８）非対称♯２=<x>=0nm;<y>=-8nm;<θ>=0度
（９）非対称♯３=<x>=0nm;<y>=-4nm;<θ>=0度
（１０）非対称♯４=<x>=0nm;<y>=0nm;<θ>=-15度
対称におけるすべてのビットは、通常２７０ｎｍ長、１８０ｎｍ幅、４ｎｍ厚の楕円である。図７ａは、式（７）に対応する対称楕円形４０を例示する。図７ｂは、困難軸（すなわちｙ軸）に沿って中心から移動された重心を有し、式（８）に対応する第１非対称ビット３０ａを例示する。図７ｃは、その困難軸（すなわちｙ軸）に沿ってビット中心から移動された重心を有し、式（９）に対応する第２非対称ビット３０ｂを例示する。図７ｄは、その容易軸（すなわちｘ軸）に関して回転され、式（１０）に対応する第３楕円形を例示する。

図８は、ビットを書き込むのに必要な平均磁界における、ビット対称における変化の影響を示す。このグラフにおいて４本の曲線が存在し、各々の曲線は２本の直線から成る。各々の曲線は、図７ａ−７ｄにおいて例示されたビットを表す。楕円形に関する曲線は、第１及び第２直線５０ａ、５０ｂに対応し、非対称♯２に関する曲線は、第３及び第４直線６０ａ、６０ｂに対応し、非対称♯３に関する曲線は、第５及び第６直線７０ａ、７０ｂに対応し、非対称♯４に関する曲線は、第７及び第８直線８０ａ、８０ｂに対応する。

前記グラフに関する軸は、困難軸書き込み磁界（Ｈｙ）及び容易軸書き込み磁界（Ｈｘ）である。すなわち、Ｈｙは半選択磁界、Ｈｘはスイッチング磁界である。前記グラフにおける磁界に関する単位は、エルステッド（Ｏｅ）である。直線５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂによって表される曲線は、通常、スイッチングアストロイドと呼ばれる。メモリセル動作点は、Ｈｘ、Ｈｙ対によって表される。動作点が前記曲線の２本の直線の間（すなわち、アストロイドの内側）である場合、ビットはセルに書き込まれることはできない。しかしながら、動作点が前記曲線の２本の直線の左又は右より外側（すなわち、アステロイドの外側）である場合、ビットはセルに書き込まれることができる。

図７ａ−７ｄにおいて例示されたビット形状における微妙な違いは、図８において示される異なった曲線によって示されるように、反選択磁界の固定された値におけるスイッチング磁界において重大な変化を引き起こす。図８から、ビットが（非対称♯２及び非対称♯３曲線によって例示された）ｙ軸に沿って移動された重心によって特徴付けられた非対称を有する場合、Ｈｙが増加すると共にＨｘにおいてより強い減少を示し、ビット歩留の改善の点から好適である。したがって、本発明は、困難軸に沿ってビット中心から移動された重心を有する非対称ビット形状を使用し、先行技術のＭＲＡＭセルに関する主要な問題の１つを克服する。

本発明は、寸法の変化の影響に加えて材料パラメータの変化の影響も含むことは、注意されるべきである。材料パラメータの変化及び／又は寸法の変化が上記例に導入された場合、Ｈｙの固定された値におけるスイッチング磁界分布は、図８において示されるこれらよりも大きくなる。上記で注意したように、非選択状態と選択状態（Ｈｙ＝０とＨｙ≠０）との間のＨｘにおける差が増すことは、ビット歩留を改善する。式（６）によって特徴付けられたビット形状は、この効果を有する。

２つの好例のスイッチングモードは、図９ａ−９ｃ及び１０ａ−１０ｃにおいて例示される。図９ａ−９ｃは、＜ｙ＞≠０によって特徴付けられた（すなわち、重心が中心から困難軸に沿って移動されている）非対称ビットにおいて、しきい値より下のＨｙの値におおいて生じる傾向があるスイッチングモードを例示する。図９ａは、主磁化１０２が左を指している第１磁化パターン１００を例示する。端領域１０４は、上を指す磁化方向を有する。図９ｂは、その方向が左を指している主磁化部分１１２から成る中間磁化パターン１１０を例示する。第１端領域１１４は、下を向いている磁化方向を有し、第２端領域１１６は、上を向いている磁化方向を有する。図９ｃは、反転後の磁化パターン１２０を例示する。パターン１２０は、右を向いている磁化方向を有する領域１２２を具え、第１端領域１２４は、上を向いている磁化方向を有し、第２端領域１２６は、下を向いている磁化方向を有する。これらのビットの端に関してエネルギー的に好適であり、したがって、Ｈｘが増加されるにつれ、領域壁（例えば、領域１１４、１１６）を形成する傾向があるため（図９ｂ）、このスイッチングモードは生じる。

図１０ａ−１０ｃは、＜ｙ＞≠０によって特徴付けられる（すなわち、重心が中心から困難軸に沿って移動されている）非対称ビットにおけるが、Ｈｙの高い（すなわち、特定のしきい値を上回る）バイアス値において生じるモードを例示する。図１０ａは、その主磁化１４２が左を指しており、その端領域１４４、１４６が下及び上を各々指している磁化を有する磁化パターン１４０を例示する。図１０ｂは、Ｈｘ及びＨｙが回転された後の、その方向が上を向いている主磁化部分１５２と、上を向いている左及び右端領域１５４、１５６とから成る中間磁化パターン１５０を示す。図１０ｃは、反転後で、Ｈｙがゼロに設定された後の磁化パターン１６０を示す。パターン１６０は、右を指している主磁化領域１６２と、上及び下を各々指している磁化方向を有する右及び左端領域１６４、１６６とを具える。Ｈｙが増加すると共にこのモード変化を示す＜ｙ＞≠０のような形状は、図９及び１０において例示される反転モード間のスイッチング領域における差によって書き込みマージンを増加するため、非常に望ましい。

したがって、一方に傾いた非対称ビット（図７ｂ、７ｃにおいて例示される非対称♯２及び非対称♯３）のシミュレーションは、その磁化反転モードをＨｙの適用に応じて変化させ、したがって、対称ビットの書き込みマージンを上回る改善された書き込みマージンを示すビットを設計することができることを示す傾向がある。第２に、＜ｙ＞≠０非対称を、処理変化によって結果として生じるかもしれない対称におけるどのような変化も圧倒するのに十分にちょうど大きいように設計することができる。これは、反転モードにおいてロックし、異なったスイッチングアストロイドを有するモードを除去することによって磁界を切り替える分布を狭くする。図８は、ビット非対称♯２及び♯３がわずかに異なった形状を有するが、これらのアストロイドはほとんど同一であることを例示する。

重心がビット中心から困難軸に沿って移動されたような非対称ビット形状を有するセルは、任意の処理方法又は技術によって製造することができることと、本発明は、任意のこのような方法に限定されないこととは、注意されるべきである。さらに、前記セルを構成する層（例えば、図２ａにおいて例示された層１６−１８）は、任意の特定の材料又は材料の層に限定されない。要求されるもののすべては、前記所望の形状を有するセルを形成する能力である。図２ａにおいて例示された層１６−１８は、これらが、困難軸に沿ってビット中心から移動された重心を有する非対称形状にパターン化される限り、本発明を実行するのに好適である。本発明を実行するために、記録層１７のみが、困難軸に沿ってビット中心から移動された重心を有する形状を有する必要があることも理解されるべきである。すなわち、対称的な固定層１６及び非磁性層１８を有することが望ましい場合、本発明は、依然として、単にビット中心から困難軸に沿って移動された重心を有する記録層１７を成形することによって実行することができる。

図１１は、本発明の一実施例によって構成されたＭＲＡＭメモリ回路２１２を取り入れたプロセッサシステム２００を例示する。すなわち、ＭＲＡＭメモリ回路２１２は、非対称で、ビット中心から困難軸に沿って移動された重心を有し、したがって、図３ｂ、４ａ−４ｄ、８及び９ａ−９ｃに関して上述されたようにビット歩留を改善された磁気メモリセルのアレイを具える。システム２００は、コンピュータシステム、プロセス制御システム、又は、プロセッサ及び関係するメモリを用いる任意の他のシステムであってもよい。

システム２００は、メモリ回路２１２及びＩ／Ｏ装置２０８とバス２２０を使用して通信する中央処理ユニット（ＣＰＵ）２０２、例えばマイクロプロセッサを含む。バス２２０は、プロセッサシステムにおいて共通に使用される一連のバス及びブリッジであってもよいが、便宜目的だけのために、バス２２０は単一のバスとして例示されることは注意されるべきである。第２Ｉ／Ｏ装置２１０は例示されるが、本発明を実行するのに必要ではない。システム２００は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）装置２１４のような追加のメモリ装置と、先行技術においてよく知られるようなバス２２０を使用してＣＰＵ２０２と通信するフロッピー（登録商標）ディスクドライブ２０４及びコンパクトディスク（ＣＤ）ＲＯＭドライブ２０６のような周辺装置も含んでもよい。メモリ２１２は、もしそのように望まれれば、ＣＰＵ２０２と同じチップにおいて埋め込まれてもよいことは注意されるべきである。

本発明は、典型的な実施例の参照と共に記述され、例示されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変形例及び代用される等価物が形成されることができる。したがって、本発明は、上記記載によって限定されると理解されるべきでなく、添付された請求項の範囲によってのみ限定される。

ＭＲＡＭ装置における磁気メモリセルのアレイの一部を例示する。 図１において例示されたアレイにおけるメモリセルの単純化された図を例示する。 ビット対称／非対称を規定するビット中心及び座標系を例示する。 図３ａ−３ｃはＭＲＡＭ装置において使用されることができる典型的なビット形状を例示する。 ４ａ−４ｄは非対称であり、ビット中心から困難軸に沿って移動された重心を有するビット形状に関する異なった磁化パターンを例示する。 図５ａ−５ｄは行ラインに関して回転されたビット形状に関する異なった磁化パターンを例示する。 ６ａ−６ｄは対称ビット形状に関する異なった磁化パターンを例示する。 ７ａ−７ｄはＭＲＡＭ装置において使用される典型的なビット形状を例示する。 図７ａ−７ｄにおいて示されたビット形状のスイッチングアストロイドのシミュレーションである。 ９ａ−９ｃはビット中心から困難軸に沿って弱い困難軸バイアスによって移動された重心を有する非対称ビット形状に関する一例の反転モードを例示する。 １０ａ−１０ｃはビット中心から困難軸に沿って強い困難軸バイアスによって移動された重心を有する非対称ビット形状に関する一例の反転モードを例示する。 本発明の典型的な実施例によって構成されたＭＲＡＭメモリ回路を取り入れたプロセッサシステムを例示する。

Claims (25)

1. 固定された磁化方向を有する第１磁性層と、
   前記第１磁性層上に設けられた非磁性層と、
   前記非磁性層上に設けられた第２磁性層とを具え、前記第２磁性層は、前記固定された磁化方向と整列する第１方向と、前記固定された磁化方向と反対の第２方向との間で切り替え可能な磁化を記録する、磁気メモリセルにおいて、
   該セルは困難軸及び容易軸を具え、前記困難軸及び容易軸の交点は該セルの中心を規定し、少なくとも前記第２磁性層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心を有することを特徴とする、磁気メモリセル。
2. 請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、前記第２磁性層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心を有する不均衡な形状にパターン化されたことを特徴とする磁気メモリセル。
3. 請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、前記層の各々は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された関連する重心を有することを特徴とする磁気メモリセル。
4. 請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、前記層の各々は、関連する重心を有し、前記中心から前記困難軸に沿って移動された個々の重心を有する不均衡な形状にパターン化されたことを特徴とする磁気メモリセル。
5. 請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、弱い半選択磁界が該セルに印加された場合、互いに関して反対方向において整列する磁界を記録することを特徴とする磁気メモリセル。
6. 請求項１に記載の磁気メモリセルにおいて、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、強い半選択磁界が該セルに印加された場合、互いに関して同じ方向において整列する磁界を記録することを特徴とする磁気メモリセル。
7. 行及び列のアレイに構成された複数の磁気メモリセルを具え、各々の磁気メモリセルは、
   固定された磁化方向を有する第１磁性層と、
   前記第１磁性層上に設けられた非磁性層と、
   前記非磁性層上に設けられた第２磁性層とを具え、前記第２磁性層は、前記固定された磁化方向と整列する第１方向と、前記固定された磁化方向と反対の第２方向との間で切り替え可能な磁化を記録する、磁気メモリ装置において、
   前記セルは困難軸及び容易軸を具え、前記困難軸及び容易軸の交点は該セルの中心を規定し、少なくとも前記第２磁性層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心を有することを特徴とする、磁気メモリ装置。
8. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、前記第２磁性層は、前記容易軸に関して非対称であると共に前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心を有する不均衡な形状にパターン化されたことを特徴とする磁気メモリ装置。
9. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、各々の層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された関連する重心を有することを特徴とする磁気メモリ装置。
10. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、各々の層は、関連する重心を有し、前記容易軸に関して非対称の不均衡な形状にパターン化され、前記中心から前記困難軸に沿って移動された個々の重心を有することを特徴とする磁気メモリ装置。
11. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、弱い半選択磁界が前記セルに印加された場合、互いに関して反対方向において整列する磁界を記録することを特徴とする磁気メモリ装置。
12. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、強い半選択磁界が前記セルに印加された場合、互いに関して同じ方向において整列する磁界を記録することを特徴とする磁気メモリ装置。
13. 請求項７に記載の磁気メモリ装置において、該装置は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）装置であることを特徴とする磁気メモリ装置。
14. プロセッサと、
    前記プロセッサに結合された磁気メモリ装置とを具え、前記磁気メモリ装置が、行及び列のアレイに構成された複数の磁気メモリセルを具え、各々の磁気メモリセルは、
    固定された磁化方向を有する第１磁性層と、
    前記第１磁性層上に設けられた非磁性層と、
    前記非磁性層上に設けられた第２磁性層とを具え、前記第２磁性層は、前記固定された磁化方向と整列する第１方向と、前記固定された磁化方向と反対の第２方向との間で切り替え可能な磁化を記録する、プロセッサシステムにおいて、
    前記セルは困難軸及び容易軸を具え、前記困難軸及び容易軸の交点は該セルの中心を規定し、少なくとも前記第２磁性層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心を有することを特徴とする、プロセッサシステム。
15. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、前記第２磁性層は、前記容易軸に関して非対称な形状と、前記中心から前記困難軸に沿って移動された重心とを有することを特徴とするプロセッサシステム。
16. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、各々の層は、前記中心から前記困難軸に沿って移動された関連する重心を有することを特徴とするプロセッサシステム。
17. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、各々の層は、重心を有し、前記中心から前記困難軸に沿って移動された個々の重心を有する不均衡な形状にパターン化されたことを特徴とするプロセッサシステム。
18. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、弱い半選択磁界が前記セルに印加された場合、互いに関して反対方向において整列する磁界を記録することを特徴とするプロセッサシステム。
19. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、前記第２磁性層は、第１及び第２端領域と主領域とを具え、前記主領域は、前記容易軸と平行であり、前記第１及び第２方向間で切り替え可能な磁化を記録し、前記第１及び第２端領域は、強い半選択磁界が前記セルに印加された場合、互いに関して同じ方向において整列する磁界を記録することを特徴とするプロセッサシステム。
20. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、前記磁気メモリ装置は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）装置であることを特徴とするプロセッサシステム。
21. 請求項１４に記載のプロセッサシステムにおいて、前記磁気メモリ装置は、前記プロセッサと同じチップにおいて埋め込まれたことを特徴とするプロセッサシステム。
22. 磁気メモリセルに情報を記録する方法において、
    磁化の困難軸及び容易軸を有するメモリセルを与えるステップであって、前記困難軸及び容易軸の交点が前記セルの中心を規定し、前記メモリセルは、第１方向において前記容易軸と整列された磁界を具え、前記メモリセルは、前記中心から前記困難軸に沿って移動された中心を有する、ステップと、
    半選択磁界を前記セルに印加するステップと、
    スイッチング磁界を前記セルに印加するステップであって、前記スイッチング磁界は、磁界を前記第１方向から前記第２方向へ切り替えさせる、ステップとを含むことを特徴とする方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、前記磁界が前記第２方向に切り替えられる前に、領域壁が前記セルにおいて形成されることを特徴とする方法。
24. 請求項２２に記載の方法において、前記メモリセルは、第１及び第２端領域と主領域とを有する磁性層を具え、該方法は、弱い半選択磁界を前記セルに印加し、第１磁界を前記第１端領域に記録させ、第２磁界を前記第２端領域に記録させるステップをさらに含み、前記第１及び第２磁界は、互いに関して反対方向において整列されることを特徴とする方法。
25. 請求項２２に記載の方法において、前記メモリセルは、第１及び第２端領域と主領域とを有する磁性層を具え、該方法は、強い半選択磁界を前記セルに印加し、第１磁界を前記第１端領域に記録させ、第２磁界を前記第２端領域に記録させるステップをさらに含み、前記第１及び第２磁界は、互いに関して同じ方向において整列されることを特徴とする方法。

Images