JP4580308B2 - スピン注入を用いて磁気ラム素子を駆動させる方法、及び磁気ラム素子 - Google Patents
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Description
(実験例)
図10は本発明の実施形態による書込み方法が適用された磁気ラムセルのスイッチングループを示すグラフである。図10において、横軸は前記磁気ラムセルの磁気抵抗体を通るメイン書込み電流を発生させるために前記磁気ラムセルに電気的に接続されたビットラインに印加されるビットライン電圧VBを示し、縦軸は前記ビットライン電圧VBによる前記磁気抵抗体の電気的な抵抗RMを示す。前記磁気ラムセルは図6ないし図9を参照して説明されたものと同一構造を有するように形成された。すなわち、前記磁気ラムセルは前記ビットラインの上部を横切るデジットラインを有するように形成され、前記磁気抵抗体は前記デジットラインに平行するように形成された。
3a、3b、3c:第1、第2、及び第3活性化領域、
5a、5b:第1及び第2ゲート電極、
7d’、7d”:第1及び第2ドレイン領域、
7s:共通ソース領域、
9:第1下部層間絶縁膜、
9s:共通ソースラインコンタクトホール、
11s:ソースラインコンタクトプラグ、
13s:共通ソースライン、
15:第1上部層間絶縁膜、
16:第1層間絶縁膜、
16d’、16d”:第1及び第2ドレインコンタクトホール、
17d’、17d”:第1及び第2ドレインコンタクトプラグ、
19a、19b:第1及び第2下部電極、
21a、21b:第1及び第2ピニング層、
23a、23b、33a、33b:第1及び第2下部強磁性層、
25a、25b、35a、35b:第1及び第2反磁性性カップリングスペーサ層、
27a、37a、37b:第1及び第2上部強磁性層、
29a、29b:第1及び第2固定層、
31a、31b:第1及び第2トンネル絶縁層、
39a、39b:第1及び第2自由層、
41a、41b:第1及び第2磁気トンネル接合構造体、
43a、43b:第1及び第2上部電極、
45a、45a’:第1磁気抵抗体、
45b、45b’:第2磁気抵抗体、
47:第2層間絶縁膜、
47a、47b:第1及び第2ビットラインコンタクトホール、
49a、49b、49c:第1、第2、及び第3ビットライン、
51:第3層間絶縁膜、
53a、53b、53c:第1、第2、及び第3サブビットライン、
55a、55b:第1及び第2ワードライン、
61a、61b:第1及び第2デジットライン。
Claims (34)
- 基板上に磁気トンネル接合構造体を有するメモリセルを備える磁気ラム素子を駆動させる方法であって、
前記磁気トンネル接合構造体を介して書込み電流パルスを印加する段階と、
前記磁気トンネル接合構造体に書込み磁界パルスを印加する段階と、を含み、
前記書込み電流パルスは前記書込み磁界パルスよりも先に印加されて、前記書込み磁界パルスは前記書込み電流パルスよりも先に終了されることを特徴とする磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記磁気トンネル接合構造体は、磁気抵抗体を備えて、前記書込み電流パルスは前記磁気トンネル接合構造体を介して第1方向に流れる電流を供給して前記磁気抵抗体が相対的に高い抵抗を有するようにプログラムするか、または前記磁気トンネル接合構造体を介して第2方向に流れる電流を供給して前記磁気抵抗体が相対的に低い抵抗を有するようにプログラムすることを特徴とする請求項1に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記メモリセルは前記磁気トンネル接合構造体と共通ソースラインとの間に接続されたアクセストランジスタを備え、前記磁気トンネル接合構造体は前記アクセストランジスタとビットラインとの間に接続され、前記書込み電流パルスは前記アクセストランジスタをターンオンさせて前記ビットラインと前記共通ソースラインとの間に電圧差を印加することによって供給されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁気ラム素子は前記ビットラインから離隔された磁界導電性ラインを含み、前記書込み磁界パルスを供給する段階は、前記磁界導電性ラインに磁界電流パルスを加える段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記ビットラインは、前記磁界導電性ラインと前記磁気トンネル接合構造体との間に配置されることを特徴とする請求項4に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、前記基板の表面に平行な長さと、前記長さに対して垂直であり前記基板の表面に平行な幅とを有し、
前記長さは前記幅よりも大きく前記磁界導電性ラインは前記磁気トンネル接合構造体の前記長さに平行であることを特徴とする請求項4または5に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記磁界導電性ライン及び前記磁気トンネル接合構造体の長さは、前記ビットラインに平行であることを特徴とする請求項6に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁界導電性ライン及び前記磁気トンネル接合構造体の長さは、前記ビットラインに垂直であることを特徴とする請求項6に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、固定強磁性層、自由強磁性層及びこれらの間のトンネリング絶縁層を有する磁気抵抗体を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記固定強磁性層及び前記自由強磁性層の少なくとも一つは合成強磁性層を含むことを特徴とする請求項9に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記書込み電流パルス及び前記書込み磁界パルスの印加の後に前記磁気トンネル接合構造体に読出し信号を印加する段階と、
前記読出し信号を基にして前記磁気トンネル接合構造体のプログラム状態を決める段階をさらに含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記読出し信号を印加する段階は、前記磁気トンネル接合構造体に読出し電圧を印加する段階を含み、前記読出し電圧は前記書込み電流パルスが供給される間、前記磁気トンネル接合構造体に誘導される書込み電圧よりも低いことを特徴とする請求項11に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 基板上のビットラインとアクセストランジスタとの間に接続された磁気トンネル接合構造体を有するメモリセルと共に、前記メモリセルに隣接し前記ビットラインから隔離された磁界導電性ラインを備える磁気ラム素子を駆動させる方法であって、
前記ビットライン、前記磁気トンネル接合構造体及び前記アクセストランジスタを介して書込み電流パルスを印加する段階と、
前記磁界導電性ラインに磁界電流パルスを加えて前記磁気トンネル接合構造体に加えられる書込み磁界パルスを生成させる段階とを含み、
前記書込み電流パルスは前記磁界電流パルスよりも先に印加されて前記磁界電流パルスは前記書込み電流パルスよりも先にターンオフされることを特徴とする磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記磁気トンネル接合構造体は、磁気抵抗体を備えて、前記書込み電流パルスは前記磁気トンネル接合構造体を介して第1方向に流れる電流を供給して前記磁気抵抗体が相対的に高い抵抗を有するようにプログラムするか、または前記磁気トンネル接合構造体を介して第2方向に流れる電流を供給して前記磁気抵抗体が相対的に低い抵抗を有するようにプログラムすることを特徴とする請求項13に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記アクセストランジスタは、前記磁気トンネル接合構造体と共通ソースラインとの間に接続され、
前記書込み電流パルスを印加する段階は、
前記アクセストランジスタをターンオンさせる段階と、
前記ビットラインと前記共通ソースラインとの間に電圧差を印加する段階とを含むことを特徴とする請求項13または14に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記ビットラインは前記磁界導電性ラインと前記磁気トンネル接合構造体との間に配置されることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、前記基板の表面に平行な長さと、前記長さに対して垂直で前記基板の表面に平行な幅とを有し、
前記長さは前記幅よりも大きく、前記磁界導電性ラインは前記磁気トンネル接合構造体の前記長さに平行であることを特徴とする請求項13〜16のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記磁界導電性ライン及び前記磁気トンネル接合構造体の長さは、前記ビットラインに平行であることを特徴とする請求項17に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁界導電性ライン及び前記磁気トンネル接合構造体の長さは、前記ビットラインに垂直であることを特徴とする請求項17に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、固定強磁性層、自由強磁性層及びこれらの間のトンネリング絶縁層を有する磁気抵抗体を含むことを特徴とする請求項13〜19のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記固定強磁性層及び前記自由強磁性層の少なくとも一つは、合成強磁性層を含むことを特徴とする請求項20に記載の磁気ラム素子の駆動方法。
- 前記書込み電流パルス及び前記書込み磁界パルスの印加の後に前記磁気トンネル接合構造体に読出し信号を印加する段階と、
前記読出し信号を基にして前記磁気トンネル接合構造体のプログラム状態を決める段階とをさらに含むことを特徴とする請求項13〜21のいずれか一項に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 前記読出し信号を印加する段階は、前記磁気トンネル接合構造体に読出し電圧を印加する段階をさらに含み、
前記読出し電圧は、前記書込み電流パルスが供給される間、前記磁気トンネル接合構造体に誘導される書込み電圧よりも低いことを特徴とする請求項22に記載の磁気ラム素子の駆動方法。 - 基板上のアクセストランジスタと、
前記基板から離隔されたビットラインと、
前記ビットラインと前記アクセストランジスタとの間に接続された磁気トンネル接合構造体と、
前記磁気トンネル接合構造体に隣接し、前記ビットラインから隔離された磁界導電性ラインと、
前記アクセストランジスタ、前記ビットライン及び前記磁界導電性ラインに接続された制御器と、を含み、
前記制御器は、前記ビットライン、前記磁気トンネル接合構造体及び前記アクセストランジスタを介して流れる書込み電流パルスを供給しながら、前記磁界導電性ラインを介して流れる磁界電流パルスを加えて、前記磁気トンネル接合構造体に印加される書込み磁界パルスを生成させるように構成されて、
前記制御器は、前記磁界電流パルスを印加する前に前記書込み電流パルスを印加するように構成されて前記書込み電流パルスを終了させる前に前記磁界電流パルスを終了させるように構成されたことを特徴とする磁気ラム素子。 - 前記磁気トンネル接合構造体は磁気抵抗体を備えて、前記制御器は前記磁気トンネル接合構造体を介して第1方向に流れる前記書込み電流パルスを供給して前記磁気抵抗体が相対的に高い抵抗を有するようにプログラムするか、または前記磁気トンネル接合構造体を介して第2方向に流れる前記書込み電流パルスを供給して前記磁気抵抗体が相対的に低い抵抗を有するようにプログラムすることを特徴とする請求項24に記載の磁気ラム素子。
- 前記アクセストランジスタは、前記磁気トンネル接合構造体と共通ソースラインとの間に接続されて、前記制御器は前記アクセストランジスタをターンオンさせて前記ビットラインと前記共通ソースラインとの間に電圧差を印加することによって前記書込み電流パルスを供給するように構成されたことを特徴とする請求項24または25に記載の磁気ラム素子。
- 前記ビットラインは、前記磁界導電性ラインと前記磁気トンネル接合構造体との間に配置されたことを特徴とする請求項24〜26のいずれか一項に記載の磁気ラム素子。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、前記基板の表面に平行な長さと、前記基板の表面に平行で、前記長さに垂直な幅とを有し、
前記長さは前記幅よりも大きくて、前記磁界導電性ラインは前記磁気トンネル接合構造体の前記長さと平行であることを特徴とする請求項24〜27のいずれか一項に記載の磁気ラム素子。 - 前記磁気トンネル接合構造体の長さ及び前記磁界導電性ラインは、前記ビットラインに平行であることを特徴とする請求項28に記載の磁気ラム素子。
- 前記磁気トンネル接合構造体の長さ及び前記磁界導電性ラインは、前記ビットラインを横切るように配置されたことを特徴とする請求項28に記載の磁気ラム素子。
- 前記磁気トンネル接合構造体は、固定強磁性層、自由強磁性層及びこれらの間のトンネリング絶縁層を備える磁気抵抗体を含むことを特徴とする請求項24〜30のいずれか一項に記載の磁気ラム素子。
- 前記固定強磁性層及び前記自由強磁性層の少なくとも一つは、合成反強磁性層を含むことを特徴とする請求項31に記載の磁気ラム素子。
- 前記制御器は、前記書込み電流パルス及び前記書込み磁界パルスの印加の後に前記磁界トンネル接合構造体を介して流れる読出し信号を供給しながら前記読出し信号を基にして前記磁気トンネル接合構造体のプログラム状態を決めるように構成されたことを特徴とする請求項24〜32のいずれか一項に記載の磁気ラム素子。
- 前記読出し信号は、前記磁気トンネル接合構造体に読出し電圧を印加することによって供給されて、前記読出し電圧は前記書込み電流パルスが供給される間、前記磁気トンネル接合構造体に誘導される書込み電圧よりも低いことを特徴とする請求項33に記載の磁気ラム素子。
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