JP2009135412A - 抵抗特性調整を有するｍｒａｍ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）及びＭＲＡＭを正確に読み出す方法を提供する。
【解決手段】ＭＲＡＭ１００は、磁気抵抗ビット１０２と、磁気抵抗ビットに結合され、磁気抵抗ビットと共に磁気抵抗ビット上で読み出しオペレーションを実施するための読出し経路を形成する読出しアーキテクチャ１０４と、読出し経路内にあり、読出しオペレーション中に磁気抵抗ビットの抵抗特性を調整する抵抗要素１０６とを含む。好ましくは、抵抗要素は、磁気抵抗ビットと直列で作用する。抵抗要素は、磁気抵抗ビットと読み出しアーキテクチャとの間に結合された要素とする。或いは、抵抗要素は、磁気抵抗ビットの層とする。或いはまた、抵抗要素は、読み出しアーキテクチャの要素とする。
【選択図】図１

Description

(政府権利)
米国政府は、米国海軍戦略システムプログラム／トライデントにより支援される契約番号Ｎ０００３０−０６−Ｃ−００３／ＳＣ００１−００００００００６４／Ｄ５０４９７に従って本発明において一定の権利を保有する。
（技術分野）
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に関し、より詳細にはＭＲＡＭの読み出しに関する。

ＭＲＡＭは、コンピュータ市場において普及しつつある不揮発性メモリ技術である。電荷又は電流フローとしてデータを記憶する他のメモリ技術（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、その他）とは異なり、ＭＲＡＭは、磁気抵抗記憶ビットにおける磁気状態としてデータを記憶する（すなわちＭＲＡＭセル）。通常、ＭＲＡＭセルは、２つの強磁性層（又は構造体）を含み、その各々は、２つの起こり得る極性の一方を有する磁界を保持することができる。ＭＲＡＭセルの１つのよく知られた実施例は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）であり、データ記憶用の自由磁化構造部と参照としての固定磁化構造部とを含み、トンネル電流が流れることができる非磁性絶縁障壁層により隔てられている。

好ましくは、ＭＲＡＭセルの磁化構造部の起こり得る極性は、ＭＲＡＭセルの容易軸に平行又は反平行に延びることになる。従って、ＭＲＡＭセルの論理状態は、磁気構造体の極性に依存することができる。例えば、磁気構造体が同じ極性を有する場合、ＭＲＡＭセルは「０」を記憶しているとすることができる。或いは、磁気構造体が反対の極性を有する場合、ＭＲＡＭセルは「１」を記憶しているとすることができる。

ＭＲＡＭは、ＭＲＡＭセルの自由磁化構造体に結合する磁界を印加することによって、ＭＲＡＭセルの自由磁化構造体の極性を変える（すなわちＭＲＡＭセルに書き込む）ことができる。例えば、ＭＲＡＭは、米国特許第６，５４５，９０６号で説明されている「トグル書き込み」方式を用いてＭＲＡＭセルに書き込むことができる。ＭＲＡＭは、ＭＲＡＭセルに隣接して配置された電流ラインを通って流れる電流パルスを介してこれらの磁界を発生することができる。例えば、ＭＲＡＭは、１つの方向に配列されたワード線と、この第１の方向と垂直な第２の方向で配列されたビット線とを含むことができる。この構成を用いて、ＭＲＡＭは、１つのワード線と１つのビット線とをアクティブにし、従って、ワード線とビット線の交点に位置するＭＲＡＭセルに複合磁場を生成することによって単一のＭＲＡＭセルにデータを選択的に書き込むことができる。

ＭＲＡＭは、センス電流をＭＲＡＭセルに流し、次いで磁気構造体の極性を示すＭＲＡＭセルの抵抗を求めることによって、ＭＲＡＭセルの論理状態を求める（すなわちＭＲＡＭを読み出す）ことができる。例えば、高抵抗は通常、磁気構造体が反対の極性（論理状態が「１」）を有することを示し、低抵抗は通常、磁気構造体が同じ極性（論理状態が「０」）を有することを示している。ＭＲＡＭは、ＭＲＡＭセルと直列に結合された絶縁トランジスタをターンオンすることによって電流をＭＲＡＭセルに流すことができ、ＭＲＡＭは、読み出し回路を用いてＭＲＡＭセルの抵抗を求めることができる。

各ＭＲＡＭセルは、ＭＲＡＭセルの設計（例えば、材料、寸法、レイアウト、その他）に依存する種々の抵抗特性を有する。例えば、各ＭＲＡＭセルは、自由及び固定磁化構造体が同じ極性を有するときのＭＲＡＭの抵抗であるＲｍｉｎ値を有することができる。別の実施例として、ＭＲＡＭセルは、自由及び固定磁化構造体が反対の極性を有するときのＭＲＡＭセルの抵抗であるＲｍａｘ値を有することができる。更に別の実施例として、ＭＲＡＭセルは、ＲｍｉｎとＲｍａｘとの間の相対的差違（すなわち通常（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎで表される）を示す磁気抵抗値を有することができる。別の実施例として、ＭＲＡＭセルは、温度が変化したときに抵抗値がどれだけ変化するかを示す（すなわち通常ΔＲ／Δ℃で表される）温度係数を有することができる。ＭＲＡＭセルの抵抗特性の他の実施例が存在する場合もある。

上記の抵抗特性は、ＭＲＡＭセルにおける読み出しプロセスに対し大きな影響を及ぼす場合がある。例えば、Ｒｍｉｎ及びＲｍａｘ値が１つ又はそれ以上の動作温度において小さい値である場合、ＭＲＡＭは、これらの値を測定すること、すなわちＭＲＡＭセルを正確に読み出すことが困難である可能性がある。別の実施例として、Ｒｍｉｎ及びＲｍａｘ値が外部要因に起因して時間と共にシフトする場合、ＭＲＡＭは、ＭＲＡＭセルを正確に読み出すことが困難である可能性がある。更に別の実施例として、磁気抵抗値が小さい値である場合、ＭＲＡＭは、ＲｍｉｎとＲｍａｘとの識別が困難になる場合があり、これはやはり読み出しプロセスの正確さに影響を及ぼす可能性がある。
従って、抵抗特性が調整可能なＭＲＡＭセルが望まれる。

米国特許第６，５４５，９０６号公報

磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）及びＭＲＡＭを読み出す方法が記載される。
本発明の１つの実施例は、（ａ）磁気抵抗ビットと、（ｂ）磁気抵抗ビットに結合され、磁気抵抗ビットと共に磁気抵抗ビット上で読み出しオペレーションを実施するための読出し経路を形成する読出しアーキテクチャと、（ｃ）読出し経路内にあり、読出しオペレーション中に磁気抵抗ビットの抵抗特性（例えば、抵抗、温度係数）を調整する抵抗要素とを含むＭＲＡＭの形態をとることができる。

抵抗要素は、磁気抵抗ビットと読み出しアーキテクチャとの間に結合された要素とすることができる。この点に関して、抵抗要素はＣＭＯＳ抵抗器とすることができる。或いは、抵抗要素は、磁気抵抗ビットの外側層又は内側層のような磁気抵抗ビットの層（例えば、磁気トンネル接合）とすることができる。この点に関して、抵抗要素は、非磁性材料の層とすることができる。或いはまた、抵抗要素は、読み出しアーキテクチャの要素とすることができる。この点に関して、抵抗要素は、ＣＭＯＳ抵抗器とすることができる。更に、この点に関して、抵抗要素は、読出し線と絶縁トランジスタとの間、読出し回路と読み出し線との間、及び／又は読み出しアーキテクチャの他の何処かの場所に結合することができる。

本発明の別の実施例は、磁気抵抗ビットを読出す方法の形態をとることができる。本方法は、（ａ）読み出しオペレーションのための磁気抵抗ビットを選択する段階と、（ｂ）読み出しオペレーション中に磁気抵抗ビットの抵抗特性を調整する抵抗要素を磁気抵抗ビットの読み出し経路内に設ける段階と、（ｃ）磁気抵抗ビットの読み出しオペレーションを有効にする段階と、（ｄ）磁気抵抗ビットの抵抗を測定する段階とを含むことができる。本方法は更に、（ｅ）磁気抵抗ビットの抵抗に基づいて磁気抵抗ビットの論理状態を求める段階を含むことができる。

１つの実施例において、磁気抵抗ビットの読み出しオペレーションを有効にする機能は、磁気抵抗ビットの読み出し経路を閉鎖する段階を含むことができる。別の実施例において、磁気抵抗ビットの読み出し経路に抵抗要素を設ける機能は、（ｉ）磁気抵抗ビットの抵抗特性を求める段階と、（ｉｉ）求められた抵抗特性に基づいて読み出し経路内に抵抗要素を設ける段階とを含むことができる。

本発明の更に別の実施例は、（ａ）磁気トンネル接合部と、（ｂ）磁気トンネル接合部に結合され、磁気トンネル接合部と共に磁気トンネル接合部上で読み出しオペレーションを実施するための読出し経路を形成する読出しアーキテクチャとを含むＭＲＡＭの形態をとることができる。この実施例において、磁気トンネル接合部は、（ｉ）固定磁化構造体と、（ｉｉ）自由磁化構造体と、（ｉｉｉ）固定磁化構造体と自由磁化構造体との間に結合されたスペーサ層と、（ｉｖ）読み出しオペレーション中に磁気トンネル接合部の抵抗特性を調整する非磁性抵抗層とを含む。

これら及び他の態様並びに利点は、必要に応じて添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば当業者には明らかになるであろう。更に、この要約は単に例証に過ぎず、請求項に記載された本発明の範囲を限定するものではない点は理解される。

図面を参照すると、図１は、本発明の実施例による磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）１００の概略図を示している。図示のように、ＭＲＡＭ１００は、磁気抵抗ビット１０２、読み出しアーキテクチャ１０４、及び磁気抵抗ビット１０２の抵抗特性を調整する抵抗要素１０６を含むことができる。しかしながら、本明細書で説明するこの構成及び他の構成は例示の目的で記載されるに過ぎない。従って、ＭＲＡＭ１００は、行及び列で配列される複数の磁気抵抗ビット１０２のような他の要素を更に含むことができる。更に、ＭＲＡＭ１００は、複数の読み出しアーキテクチャ１０４、又は全ての磁気抵抗ビット１０２を読み出す単一の読み出しアーキテクチャ１０４を含むことができる。更にまた、ＭＲＡＭ１００は、各それぞれの磁気抵抗ビット１０２用の１つ又はそれ以上の抵抗要素１０６など、複数の抵抗要素１１０を含むことができる。

好ましくは、磁気抵抗ビット１０２は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）とすることができるが、或いは、スピンバルブ（ＳＶ）、疑似スピンバルブ（ＰＳＶ）、又は磁気記憶要素の何らかの他の形態とすることができる。磁気抵抗ビット１０２は、該磁気抵抗ビット１０２の設計（例えば、材料、寸法、レイアウト、その他）に依存する種々の抵抗特性を有することができる。抵抗特性は、とりわけ、例えば、Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘ、磁気抵抗、及び／又は温度係数を含むことができる。例えば、典型的なＭＴＪ磁気抵抗ビット１０２は、１０ｋΩのＲｍｉｎ、１５ｋΩのＲｍａｘ、５０％の磁気抵抗、及び負の温度係数を有することができる。他の多くの実施例も同様に利用可能である。

読み出しアーキテクチャ１０４は、一般に、磁気抵抗ビット１０２の論理状態を読み出すよう機能することができる。図示のように、読み出しアーキテクチャ１０４は、磁気抵抗ビット１０２の第１側及び第２側に結合する（直接又は抵抗要素１０６を介して）ことができ、従って、読み出しアーキテクチャ１０４上での読み出しオペレーションを実施するための磁気抵抗ビット１０２に関する読み出し経路を形成する。この点に関して、読み出し経路がアクティブであるときには、読み出しアーキテクチャ１０４は、磁気抵抗ビット１０２を通ってセンス電流を流し、磁気抵抗ビット１０２の両端電圧及び／又は磁気抵抗ビット１０２を通る電流を感知して、次いで、磁気抵抗ビット１０２の抵抗を求めることができる。この抵抗に基づいて、読み出しアーキテクチャ１０４は次に、磁気抵抗ビット１０２の論理状態を求めることができる。

上述のように、磁気抵抗ビットの抵抗特性は、上述の読み出しオペレーションに大きな影響を及ぼす可能性がある。この点に関して目的とする用途及び／又は磁気抵抗ビット１０２の使用によっては、磁気抵抗ビットの固有の抵抗特性の１つ又はそれ以上は望ましくない場合がある。例えば、その温度係数に依存する特定の温度での磁気抵抗ビットの抵抗特性は、航空宇宙用途では好適ではない可能性がある。勿論、他の用途においても磁気抵抗ビットの抵抗特性を調整することが望ましい場合がある。

従って、抵抗要素１０６をＭＲＡＭ１００の読み出し経路に加えて、読み出しオペレーション中の磁気抵抗ビット１０２の抵抗特性を調整することができる。この点に関して、抵抗要素１０６は、種々の場所でＭＲＡＭ１００の読み出し経路に加えることができる。例えば、図１に示すように、抵抗要素１０６は、磁気抵抗ビット１０２と読み出しアーキテクチャ１０４との間に直列に結合することができる。別の実施例として、抵抗要素１０６は、磁気抵抗ビット１０２の１つの層として加えることができる。更に別の実施例として、抵抗要素１０６は読み出しアーキテクチャ１０４の要素として加えることができる。他の実施例も同様に利用可能である。

抵抗要素１０６は、抵抗要素の所望の位置及び／又は抵抗特性に応じて種々の形態を取ることができる。例えば、抵抗要素１０６は、磁性金属、非磁性金属、及び／又は絶縁物質を含む、種々の材料から形成することができる。更に、抵抗要素１０６は種々の寸法を有することができる。多くの実施例の１つとして、抵抗要素１０６は、アルミニウム、銅、拡散シリコン、及び／又はポリシリコンから形成された抵抗器のようなＣＭＯＳ抵抗器（すなわち、ＣＭＯＳプロセスにより形成された抵抗器）とすることができる。抵抗要素１０６は、抵抗要素の設計に応じて固有の抵抗特性を有することができる。例えば、抵抗要素１０６は、少なくとも抵抗Ｒｒｅ及び温度係数を有することができる。従って、ＭＲＡＭ１００の読み出し経路において抵抗要素１０６を備えると、抵抗要素１０６の抵抗特性は、磁気抵抗ビット１０２の抵抗特性と組み合わせることができ、従って調整することができる。この点に関して、抵抗要素１０６は、磁気抵抗ビット１０２と直列に作用することが好ましく、磁気抵抗ビット１０２及び抵抗要素１０６は、センス電流のための単一の経路を提供し、抵抗Ｒｒｅは、磁気抵抗ビット１０２の抵抗と合計される。例えば、磁気抵抗ビット１０２がＲｍｉｎである場合、読み出しアーキテクチャ１０４は、抵抗をＲｍｉｎ＋Ｒｒｅとして測定することができる。別の実施例として、磁気抵抗ビット１０２がＲｍａｘである場合、読み出しアーキテクチャ１０４は、抵抗をＲｍａｘ＋Ｒｒｅとして測定することができる。これらの実施例のいずれにおいても、抵抗要素１０６の温度係数はまた、磁気抵抗ビット１０２の温度係数を調整することができ、従って、磁気抵抗ビット１０２が異なる温度範囲で動作することが可能となる。例えば、抵抗要素１０６の温度係数は、磁気抵抗ビット１０２が商用温度範囲（０℃〜１００℃）及び／又は航空宇宙用温度範囲（−５５℃〜１２５℃）で動作することができるように磁気抵抗ビット１０２の温度係数を調整することができる。

磁気抵抗ビット１０２の抵抗、特にＲｍｉｎ値を調整することにより、抵抗要素１０６はまた、磁気抵抗ビット１０２の磁気抵抗を調整することができる。より詳細には、抵抗要素１０６は、読み出しアーキテクチャ１０４により測定される磁気抵抗を減少させることができる。磁気抵抗の減少は望ましいものではないが、ＭＴＪのような現在及び将来の磁気抵抗ビット１０２の磁気抵抗値は、他の抵抗パラメータを改善するために磁気抵抗の幾らかのトレードオフを許容する。

有利には、読み出し経路において抵抗要素１０６を備えた上述のＭＲＡＭ１００により、ＭＲＡＭ設計者が磁気抵抗ビットの固有の抵抗特性を調整可能にすることができるようになる。この点に関して、ＭＲＡＭ設計者は、ビット全体を再設計することなく様々な用途に対して磁気抵抗ビットをカスタマイズすることができ、その結果、ＭＲＡＭ設計プロセスの時間とコストを節約することができる。更に、ＭＲＡＭはまた、磁気抵抗ビットの抵抗シフトを補償するために抵抗要素を選択的に使用することができる。

上述のように、抵抗要素１０６は、磁気抵抗ビット１０２の追加層を含む種々の場所においてＭＲＡＭ１００の読み出し経路に加えることができる。従って、図２は、
抵抗要素が磁気抵抗ビット１０２の層である第１の例示的なＭＲＡＭ２００の３次元図である。ＭＲＡＭ２００は、抵抗層１０６と読み出しアーキテクチャ２０４とを備えた磁気抵抗ビット２０２を含むことができる。

図示のように、磁気抵抗ビット２０２は、固定磁化構造体２０８、スペーサ層２１０、及び自由磁化構造体２１２並びに抵抗層２０６を含むことができる。スペーサ層２１０は、固定磁化構造体２０８と自由磁化構造体２１２との間に結合ことができ、固定磁化構造体２０８がスペーサ層２１０の第１の側に結合され、自由磁化構造体２１２がスペーサ層２１０の第２の側に結合されるようにする。

固定磁化構造体２０８は、磁気モーメントベクトルを有する強磁性構造体と、磁気モーメントベクトルを既知の極性に固定するための反強磁性構造体とを含むことができる。１つの実施例として、固定磁化構造体２０８は、約２ｎｍの厚さのニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）の強磁性層と、約５〜１０ｎｍの厚さの鉄マンガン（ＦｅＭｎ）の反強磁性層とを含むことができる。更に、固定磁化構造体２０８の強磁性構造及び反強磁性構造は、単一層構造ではなく、多層構造とすることができる。例えば、固定磁化構造体２０８の強磁性構造は、自由磁化構造体２１２を参照して以下に説明される合成反強磁性構造体（ＳＡＦ）のような多層のＳＡＦとすることができる。他の実施例も同様に利用可能である。

スペーサ層２１０は、固定磁化構造体２０８と自由磁化構造体２１２との間で電荷キャリアがトンネリングできる程十分な薄さがある電気絶縁層とすることができ、従って、固定磁化構造体２０８と自由磁化構造体２１２との間でＭＴＪを形成する。この点に関して、スペーサ層２１０は、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）又はマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）などの誘電材料の層とすることができると共に、増大ＭＲを提供することができる。或いは、スペーサ層２１０は、ＳＶを形成する導電層とすることができる。この点に関して、スペーサ層２１０は銅（Ｃｕ）からなる層とすることができる。他の実施例も同様に利用可能である。

自由磁化構造体２１２は、印加磁界に反応して極性が変わる可能性のある磁気モーメントベクトルを有する強磁性構造体を含むことができる。この点に関して、自由磁化構造体２１２は、約２ｎｍの厚さのニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）の層のような単一の強磁性層とすることができる。或いは、自由層構造体１０６は、２つ又はそれ以上の反強磁性的に結合された強磁性層を含む、ＳＡＦのような多層構造体とすることができる。例えば、自由層構造体１０６は、１ｎｍの厚さのＲｕの層を挟装する厚さ１ｎｍのＮｉＦｅＣｏの２つの層からなる３層構造体とすることができる。自由磁化構造体２０８の他の多くの実施例も同様に存在する。

磁気抵抗ビット２０２は、固定磁化構造体２０８、スペーサ層２１０、及び／又は自由磁化構造体２１２の設計（例えば、材料、寸法、レイアウト、その他）に依存する種々の抵抗特性を有することができる。抵抗特性は、とりわけ、例えば、Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘ、磁気抵抗、及び／又は温度係数を含むことができる。例えば、典型的なＭＴＪ磁気抵抗ビット２０２は、１０ｋΩのＲｍｉｎ、１５ｋΩのＲｍａｘ、５０％の磁気抵抗、及び負の温度係数を有することができる。他の多くの実施例も同様に利用可能である。

抵抗層２０６は、抵抗層の所望の位置及び／又は抵抗特性に応じて種々の形態を取ることができる。例えば、抵抗層２０６は、磁性金属、非磁性金属、及び／又は絶縁物質を含む、種々の材料から形成することができる。更に、抵抗層２０６は種々の寸法を有することができ、該寸法は、抵抗層２０６の抵抗特性を制御することができる。１つの好ましい実施例において、抵抗層２０６は、０．１ｎｍから１０００ｎｍに及ぶ厚さのＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＯｘ、及び／又はＡｌＯｘのような非磁性材料の層とすることができる。

抵抗層２０６は、磁気抵抗ビット２０２の外側の層とすることができる。例えば、図示のように、抵抗層２０６は、固定磁化構造体２０８の外側に結合することができる。別の実施例として、抵抗層２０６は、自由磁化構造体２１２の外側に結合することができる。何れの場合においても、磁気抵抗ビット２０２の外側層のように、抵抗層２０６は更に、ＭＲＡＭセル２００の読み出しアーキテクチャ２０４に結合することができる。

或いは図示していないが、抵抗層２０６は、固定磁化構造体２０８とスペーサ層２１０との間に結合することができる。別の実施例として、抵抗層２０６は、スペーサ層２１０と自由磁化構造体２１２との間に結合することができる。更に別の実施例として、抵抗層２０６は、多層磁化構造体の層の間に結合することができる。他の実施例も同様に利用可能である。

磁気抵抗ビット２０２における抵抗層の配置とは無関係に、抵抗層２０６及びその抵抗特性は、読み出しオペレーション中に磁気抵抗ビット２０２の抵抗特性を調整するのが好ましい。この点に関して、抵抗層２０６は、読み出しオペレーション中に磁気抵抗ビット２０２の他の層と直列に作用するのが好ましく、抵抗層２０６を備えた磁気抵抗ビット２０２は、センス電流のための単一の経路を提供し、抵抗層２０６の抵抗は磁気抵抗ビット２０２の抵抗と合計される。加えて、抵抗層２０６の温度係数は、磁気抵抗ビット２０２の温度係数を調整することができ、従って、磁気抵抗ビット２０２が様々な温度範囲で動作することが可能になる。

読み出しアーキテクチャ２０４は、一般に、抵抗層２０６に対する磁気抵抗ビット２０２の論理状態を読み出すよう機能することができる。図示のように、読み出しアーキテクチャ２０４は、磁気抵抗ビット２０２の第１側及び第２側に結合する（直接又は抵抗層２０６を介して）ことができ、従って、磁気抵抗ビット２０２に関する読み出し経路を形成する。この点に関して、読み出し経路がアクティブであるときには、読み出しアーキテクチャ２０４は、抵抗層２０６に関して磁気抵抗ビット２０２を通ってセンス電流を流し、抵抗層２０６に対する磁気抵抗ビット２０２の両端電圧及び／又は磁気抵抗ビット２０２を通る電流を感知して、次いで、抵抗層２０６に対する磁気抵抗ビット２０２の抵抗を求めることができる。抵抗層２０６の抵抗を含むこの抵抗に基づいて、読み出しアーキテクチャ２０４は次に、磁気抵抗ビット２０２の論理状態を求めることができる。従って、磁気抵抗ビット２０２の抵抗層２０６は、磁気抵抗ビット２０２の可読性に影響を及ぼし、理想的には改善することができる。

図３は、抵抗要素が読み出しアーキテクチャの要素である第２の例示的なＭＲＡＭ３００の３次元図である。ＭＲＡＭ３００は、磁気抵抗ビット３０２と、抵抗要素３１０を有する読み出しアーキテクチャ３０４とを含むことができる。

磁気抵抗ビット３０２は好ましくはＭＴＪであるが、代替的に、ＳＶ、ＰＳＶ、又は磁気記憶要素の何らかの形態とすることができる。磁気抵抗ビット３０２は、該磁気抵抗ビット３０２の設計（例えば、材料、寸法、レイアウト、その他）に依存する種々の抵抗特性を有することができる。抵抗特性は、とりわけ、例えば、Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘ、磁気抵抗、及び／又は温度係数を含むことができる。例えば、典型的なＭＴＪ磁気抵抗ビット３０２は、１０ｋΩのＲｍｉｎ、１５ｋΩのＲｍａｘ、５０％の磁気抵抗、及び負の温度係数を有することができる。他の多くの実施例も同様に利用可能である。

読み出しアーキテクチャ３０４は、一般に、磁気抵抗ビット３０２の論理状態を読み出すよう機能することができる。図示のように、読み出しアーキテクチャ３０４は、第１の読み出し線３０６、第２の読み出し線３０８、絶縁トランジスタ３１０、及び読み出し回路３１２、並びに抵抗要素３１４を含むことができる。読み出しアーキテクチャ３０４は、プロセッサ及び対応するデータ記憶装置（図示せず）のような他の要素も同様に含むことができる。

第１の読み出し線３０６は、磁気抵抗ビット３０２の第１の外側層に結合された電流線とすることができる。従って、第１の読み出し線３０６は、センス電流を磁気抵抗ビット３０２に印加することができる。この点に関して、第１の読み出し線３０６は、読み出しアーキテクチャ３０４内の電流源に結合することができる。第２の読み出し線３０８は、磁気抵抗ビット３０２の第２の外側層に結合された電流線とすることができる。読み出しオペレーションの間、第２の読み出し線３０８は、センス電流が磁気抵抗ビット３０２を通る戻り経路（例えば対接地）を提供することができる。

絶縁トランジスタ３１０は、図示のように第２の読み出し線３０８、或いはＭＲＡＭ３００の読み出し経路に沿って何処か他の場所に結合することができる。その結果、絶縁トランジスタ３１０は、磁気抵抗ビット３０２の読み出しオペレーションを有効又は無効にするよう機能することができる。例えば、絶縁トランジスタ３１０がオン（すなわち閉成）になると、読み出し経路は閉じられ、第１の読み出し線３０６上のセンス電流が磁気抵抗ビット３０２を通って第２の読み出し線３０８に流れるようになり、その結果、該第２の読み出し線３０８は、センス電流のための戻り経路（例えば、対接地）を提供する。或いは、絶縁トランジスタ３１０がオフ（すなわち開放）である場合、読み出し経路は開かれ、センス電流は磁気抵抗ビット３０２を通って流れなくなる。絶縁トランジスタ３１０は、スイッチとして動作する何らかのＭＯＳＦＥＴトランジスタとすることができる。

読み出し回路３１２は、図示のように第１の読み出し線３１０に、又はＭＲＡＭ３００の読み出し経路に沿って何処か他の場所に結合することができる。読み出し回路３１２は、磁気抵抗ビット３０２の両端電圧及び／又は磁気抵抗ビット３０２を通る電流を感知するなどにより、磁気抵抗ビット３０２の抵抗を求めるよう機能することができる。抵抗に基づいて、読み出し回路３１２はまた、読み出し回路３１２の論理状態を求めることができる。

読み出しアーキテクチャ３０４の抵抗要素３１４は、抵抗要素３１４の所望の位置及び／又は抵抗特性に応じて種々の形態を取ることができる。例えば、抵抗要素３１４は、磁性金属、非磁性金属、及び／又は絶縁物質を含む、種々の材料から形成することができる。更に、抵抗要素３１４は、種々の寸法を有することができる。１つの好ましい実施例において、抵抗要素３１４は、アルミニウム、銅、拡散シリコン、及び／又はポリシリコンから形成された抵抗器のようなＣＭＯＳ抵抗器とすることができる。

抵抗要素３１４はまた、読み出し経路に沿って種々の位置で読み出しアーキテクチャ３０４に加えることができる。例えば、図示のように、抵抗要素３１４は、絶縁トランジスタ３１０と第２の読み出し線３０８との間に結合することができる。別の実施例として、抵抗要素３１４は、絶縁トランジスタ３１０と接地（図示せず）との間に結合することができる。更に別の実施例として、抵抗要素３１４は、読み出し回路３１２と第１の読み出し線３０６との間に結合することができる。読み出しアーキテクチャ３０４の構成に応じて、読み出しアーキテクチャ３０４は、複数の磁気抵抗ビット３０２の同じ抵抗要素３１４を用いることができる。加えて又は代替的に、読み出しアーキテクチャ３０４の構成に応じて、読み出しアーキテクチャ３０４はまた、磁気抵抗ビット３０２読み出し時に読み出し経路において抵抗要素３１４を選択的に付加又は除去することができる。この点に関して、ＭＲＡＭ３００は、抵抗シフトを示す要素のような特定の磁気抵抗要素３０２を読み出すときに抵抗要素３１４を用いることができる。

読み出しアーキテクチャ３０４における抵抗要素の配置とは無関係に、抵抗要素が読み出し経路内にあるときに抵抗要素３１４及びその抵抗特性は、磁気抵抗ビット３０２の抵抗特性を調整するのが好ましいことになる。
この点に関して、抵抗要素３１４は、読み出しオペレーション中に磁気抵抗ビット３０２と直列に作用するのが好ましく、磁気抵抗ビット３０２及び抵抗要素３１４がセンス電流の単一の経路を提供し、抵抗要素３１４の抵抗が磁気抵抗ビット３０２の抵抗と合計される。加えて、抵抗層３１０の温度係数は、磁気抵抗ビット３０２の温度係数を調整することができ、従って、磁気抵抗ビット３０２が様々な温度範囲で動作することが可能になる。

図４は、本発明の実施例による磁気抵抗ビットの読み出し方法を表すフローチャートである。ステップ４０２で、ＭＲＡＭは、読み出しオペレーションのための磁気抵抗ビットを選択することができる。この点に関して、ＭＲＡＭは、磁気抵抗ビットの抵抗特性を求め、次いで、抵抗特性に基づいて磁気抵抗ビットを選択することができる。例えば、磁気抵抗ビットの抵抗特性が、補償が必要ではないことを示す場合、ＭＲＡＭは磁気抵抗ビットを選択しない。或いは、磁気抵抗ビットの抵抗特性が、抵抗補償の必要があると示している場合には、ＭＲＡＭは磁気抵抗ビットを選択することになる。

ステップ４０４で、ＭＲＡＭは、選択された磁気抵抗ビットの読み出し経路における抵抗要素を提供することができ、ここで抵抗要素は、読み出しオペレーション中の磁気抵抗ビットの読み出し特性を調整することができる。ステップ４０６で、ＭＲＡＭは、読み出し経路を閉じて、センス電流が磁気抵抗ビットを通って流れることを可能にすることなどによって、磁気抵抗ビットの読み出しオペレーションを有効にすることができる。ステップ４０８で、センス電流が磁気抵抗ビットを通って流れる間、ＭＲＡＭは磁気抵抗ビットの抵抗を測定することができる。ステップ４１０で、この抵抗値に基づいて、ＭＲＡＭは磁気抵抗ビット３０２の論理状態を求めることができる。

図示の実施形態は例証に過ぎず、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない点は理解されたい。請求項は、別途記載されない限り記載の順序又は要素に限定されるものとして理解すべきではない。従って、添付の請求項及びその均等物の範囲及び精神に含まれる全ての実施形態は本発明として特許請求される。

本発明の実施例による磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の概略図である。 抵抗要素が磁気抵抗ビットの層である第１の例示的なＭＲＡＭの３次元図である。 抵抗要素が読み出しアーキテクチャの要素である第２の例示的なＭＲＡＭの３次元図である。 本発明の１つの実施例による磁気抵抗ビットを読出す方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）
１０２ 磁気抵抗ビット
１０４ 読み出しアーキテクチャ
１０６ 抵抗要素

Claims (3)

1. 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）であって、
   磁気抵抗ビットと、
   前記磁気抵抗ビットに結合され、前記磁気抵抗ビットと共に前記磁気抵抗ビット上で読み出しオペレーションを実施するための読出し経路を形成する読み出しアーキテクチャと、
   前記読出し経路内にあり、前記読出しオペレーション中に前記磁気抵抗ビットの抵抗特性を調整する抵抗要素と、
   を備えるＭＲＡＭ。
2. 前記抵抗要素が磁気抵抗ビットと直列に作用する、
   請求項１に記載のＭＲＡＭ。
3. 前記抵抗要素が前記磁気抵抗ビットと読み出しアーキテクチャとの間に結合されている、
   請求項１に記載のＭＲＡＭ。

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