JPH11273338A - 磁気記憶装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】データの書き込み動作時及び読み込み動作時に
おけるデータ選択線に流れる電流の方向を一定にする。 【解決手段】強磁性体膜１１上に、導電性の非磁性体膜
１２を介して、強磁性体膜１１より保磁力が小さい軟磁
性体膜１３が形成されている。軟磁性体膜１３上に凸部
を有するバリアメタル層１４が形成されている。バリア
メタル層１４の凸部の天頂上に金属導電層１５が形成さ
れている。そして、全面に層間絶縁膜２１が形成されて
いる。金属導電層１５が形成されていない領域を中心と
してデータ選択線２２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、読み出し時の出力
信号が大きく高集積化が容易な磁気記憶装置及びその駆
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性薄膜の磁化状態をディジタルビット
の情報格納として用い、その抵抗変化を用いた磁気記憶
装置が、例えば、特願平８−３０６０１４号及び特願平
５−１０１６４１号に提案されている。

【０００３】先ず、特願平５−１０１６４１号（以下従
来技術１）に記載されている磁気記憶装置の問題点を説
明する。図２８は、従来技術１に記されているメモリセ
ルの構成を示す図である。図２８（ａ）は平面図、図２
８（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図を、図２８
（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’部の断面図を示してい
る。図２８において、９２はデータ選択線、８１及び８
３は、例えば２０Ｏｅ以上の保磁力を有しほぼ同じ保磁
力を有する強磁性体膜である。強磁性体膜８１及び８３
は非磁性導電膜８２を挟んで互いに磁気的に結合をして
いる。そして、強磁性体膜８１／非磁性導電膜８２／強
磁性体膜８３は、磁気状態によって抵抗変化を生ずる磁
気記憶部１６を形成している。

【０００４】そして、磁気記憶部１６とデータ選択線９
２とが交差する部位で磁気状態を記憶するメモリセルと
なっている。すなわち、図２８においては、隣接する２
本のデータ選択線９２にそれぞれ、１つのメモリセルが
形成されている。さらに、第１の導電層８４，第２導電
層８５は、隣接するメモリセルの接続部の抵抗を減少さ
せており、データ選択線９２と直交する方向に延在し
て、強磁性体薄膜８１／非磁性導電膜８２／強磁性体膜
８３／第１導電層８４／第２導電層８５でデータ転送線
８０を形成している。

【０００５】また、層間絶縁膜９１によってデータ選択
線９２とデータ転送線８０との電気的分離が行われてい
る。これらデータ転送線８０とデータ選択線９２は直交
する方向に形成され、互いに直交する方向に磁場を形成
する。

【０００６】また、強磁性体膜８１，８３の磁化容易方
向がデータ選択線９２の長手方向（以下データ選択線の
方向）に対して平行に形成されている。そして、強磁性
体膜８１，８３の磁化の向きを、それぞれの膜で全体と
して磁化容易方向に沿って１つの向き又は逆の向きに記
憶することによって、２つの状態、つまり１ビットの論
理情報を記憶している。

【０００７】記憶保持状態における強磁性体膜８１の磁
化の向きは、強磁性体膜８３の磁化の向きとほぼ反平行
となるように形成されている。そこで、強磁性体膜８
１，８３において、その縁部から遠い場合には、異方性
磁化の影響により強磁性体膜８１，８３の磁化の方向は
反平行の場合に最も安定である。

【０００８】さらに、データ転送線８０の電流の方向と
強磁性体膜８１，８３の磁化の方向が垂直である時、デ
ータ転送線の抵抗が低く、電流の方向と磁化の方向が平
行の場合にはデータ転送線の抵抗が高くなる。

【０００９】従来技術１の構成において、データ転送線
８０に一定の直流電流Ｉ_BLをＡからＡ’方向へ流した場
合の、データ転送線８０の抵抗Ｒ_BLのデータ選択線９２
の電流Ｉ_WL依存性を図２９に示す。また、図３０に、図
２８（ａ）の平面図に配置状態に対応する強磁性体膜８
１の磁化状態を矢印で示す。なお、強磁性体膜８３の磁
化状態は、強磁性体膜８１の磁化状態を上下に反転した
ものとなる。ここで、図３０（ａ）は、図２９の状態
Ｄ、図３０（ｂ）は図２９の状態Ｃを示している。

【００１０】強磁性体薄膜の縁部では自由磁極による減
磁磁場による異方性が大きく、データ転送線８０の縁部
の近くに、縁部に沿うような磁化が形成される。データ
転送線８０の縁部から遠い中心部では、強磁性体膜８
１，８３の磁化容易方向がデータ選択線９２の方向に平
行に形成されているため、磁化もデータ選択線９２に平
行な方向に変化する。

【００１１】ここで、データ転送線８０にＡからＡ’方
向への電流を流すことによって、強磁性体膜８１にはデ
ータ選択線８０に平行且つ上向きの磁場が、また強磁性
体膜８３には下向きの磁場が形成される。状態Ｃ（図３
０（ｂ））にこのような磁場を印加すると、状態Ｄ（図
３０（ａ））の場合よりも状態Ｃ（図３０（ｂ））の場
合の方が、より強磁性体膜８１と強磁性体膜８３との磁
化ベクトルと電流方向とのなす角度が小さくなり、より
電流方向と平行状態に近く配向するため、より抵抗が高
くなる。

【００１２】Ａ→Ａ’方向（下向き）に流れるデータ選
択線９２の電流によってデータ転送線８０に平行且つ右
向きの磁場が形成され、データ転送線に流れる電流によ
って形成される磁場との合成磁場は強磁性体膜８１に対
しては右上向きの磁場となる。よって、データ選択線電
流がさらに正に増大すると、強磁性体膜１１の磁化ベク
トルが下向きから上向きに変化し、状態Ｃ（図３０
（ｂ））のデータ状態から状態Ｄ（図３０（ａ））のデ
ータ状態に転移する。

【００１３】この時に必要なデータ選択線の電流は、デ
ータ転送線に電流を流していない場合に磁化ベクトルを
データ転送線と平行にするのに必要なデータ選択線の電
流よりも小さくなる。

【００１４】次に、従来技術１に記載されている非破壊
読み出し方法について説明する。従来技術１の非破壊読
み出し法は、データ選択線９２に負の電流Ｉ_WLを流すこ
とによって行われる。

【００１５】負の電流Ｉ_WLによってデータ転送線８０に
平行且つ左向きの磁場が形成され、データ転送線８０に
流れる電流Ｉ_BLによって形成される磁場Ｈ_BLとの合成磁
場は、強磁性体膜８１に対して左上向きの磁場となる。
そこで、データ選択線９２に負の電流Ｉ_WLを流すことに
よって、右上向きの磁化状態（図３０（ａ））から左上
向きの磁化状態（図３０（ｃ））に転移させる場合、デ
ータ転送線８０端部の磁化ベクトルと１８０度反転する
ベクトルを有する磁化を強磁性体膜８１内部に形成する
ことなく転移することができる。

【００１６】一方、データ選択線９２に負の電流Ｉ_WLを
流すことによって、右下向きベクトルの磁化状態（図３
０（ｂ））から左上向きの磁化状態（図３０（ｃ））へ
転移させる場合、データ転送線９２の端部の磁化ベクト
ルと１８０度反転する磁化を強磁性体膜８１の内部に形
成する必要がある。

【００１７】このため、データ選択線９２に供給する電
流を十分負にすることによって、データ転送線８０に沿
って、データ転送線８０端部の磁化ベクトルと１８０度
方向の異なる磁壁（Ｎｅｅｌ Ｗａｌｌ）が形成され
（図３０（ｄ））る。そして、磁壁の形成に伴いデータ
転送線８０の抵抗Ｒ_BLが急上昇する（図２９：状態
Ａ）。この抵抗上昇は、正の電流をデータ選択線９２に
加えた場合と異なり、データ選択線９２の電流を上昇さ
せてもデータの破壊を伴わないので、非破壊読み出しが
可能となる。

【００１８】ところが、この非破壊読み出し法では、デ
ータ転送線８０の端部の磁化ベクトルと１８０度方向の
異なる磁壁を強磁性体膜８１中に形成する必要がある。
磁壁の形成のために必要な磁場の大きさは、データ転送
線８０の端部の磁化ベクトルの方向に強磁性体膜８１の
磁化を向けるのに必要な磁場の大きさより必ず大きい。

【００１９】なぜなら、強磁性体膜８１の縁部分の磁化
の方向と逆方向に強磁性体膜８１の中心部の磁化を向け
る必要があるため、縁部分の磁化と中心部の磁化との交
換相互作用のため、より大きな磁場が必要となるためで
ある。

【００２０】従って、オフセット磁場の影響が小さい条
件では、非破壊読み出しに必要なデータ選択線の電流
は、書き込みに必要なデータ選択線の電流の下限以上と
なり、読み出し時にデータ選択線に大きな電流を流す必
要がある。

【００２１】大電流の供給により、データ選択線の電流
上昇によるエレクトロ・マイグレーションが起こりやす
くなり信頼性の低下が生じやすい。また、データ選択線
から発生する熱によって、抵抗変化率が減少、又は局所
的変化が生じる。また、読み出し回数によって、温度上
昇の程度が異なるため、読み出しの履歴に依存した抵抗
変化が生じてしまう。

【００２２】つまり、読み出しデータの信号出力が変化
したり、近隣のメモリセルの抵抗値が変化する。そのた
め、高集積化を図ると、アレイノイズが上昇して読み出
しが困難になるという問題があった。

【００２３】次に、特願平８−３０６０１４（以下従来
技術２）の問題点について説明する。図３１は、従来技
術２の磁気記憶装置の構成を示す図である。図３１
（ａ）は平面図、図３１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’
部の断面図、図３１（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’部の
断面図を示している。なお、図３１において、図２８と
同一なものには、同一符号をつけて詳しい説明は省略す
る。

【００２４】従来技術２では、強磁性体膜８３の代わり
に、強磁性体膜８１よりも保磁力の小さい、例えば２０
Ｏｅ以下の保磁力を有する軟磁性体膜１０１が形成され
ている。強磁性体膜８１と軟磁性体膜１０１は、非磁性
導電膜８２を挟んで互いに磁気的に結合されており、強
磁性体膜８１／非磁性導電膜８２／軟磁性体膜１０１
は、積層構造で磁気状態によって抵抗変化を生ずる磁気
記憶部１６を形成している。これらは、データ選択線９
２と積層して形成された場所で磁気状態を記憶するメモ
リセルとなっており、図３１では１つのメモリセルが形
成されている。

【００２５】従来技術２では、強磁性体膜８１及び軟磁
性体膜１０１の磁化容易方向がデータ転送線８０と平行
に形成されており、強磁性体膜８１の磁化の向きを磁化
容易方向に沿って１つの向き及び逆の向きに記憶するこ
とによって、１ビット（二つ）の論理情報を記憶してい
る。

【００２６】さらに、非磁性導電膜８２の厚さが、その
中の伝導キャリアの自由行程よりも小さい場合には、強
磁性体膜８１及び軟磁性体膜１０１の磁化が平行の場合
にデータ転送線の抵抗が低く、二つの膜８１，１０１の
磁化が反平行な場合にはデータ転送線の抵抗が最も高く
なる。

【００２７】従来技術２では、データ転送線８０とデー
タ選択線９２とがメモリセル上で平行となる。図３２
は、従来技術２のメモリセルでマトリクスを形成した例
である。図３２では、データ選択線１０１を点線で示し
ている。

【００２８】高密度メモリセルマトリクスを実現するた
めに、データ転送線８０とデータ選択線９２との各交点
にメモリセルを配置しようとすると、従来技術２では、
データ選択線９２を折り曲げて、データ転送線８０とデ
ータ選択線９２とが直交する方向に変化させるか、逆に
データ転送線８０を折り曲げる必要がある。

【００２９】さらに、例えば、データ選択線９２に折り
曲がり部を形成すると、折り曲がり部では電流がデータ
転送線に対して平行に流れないため、情報を記憶する部
分としては有効に機能しない。そこで、メモリセルのデ
ータ転送線８０の長手方向の長さとしては、情報を記憶
する部分の長さｘに加え、データ選択線９２の折り曲が
り部の長さｙの二倍が必要となり、高集積化の妨げとな
る。

【００３０】もちろん、折り曲がりパターンを有するデ
ータ選択線９２は、直線形状のデータ選択線のパターン
に比較して、パターンの間隔が一定でなくリソグラフィ
やエッチング余裕を必要とするため、高集積化は困難と
なる。また、データ選択線９２とデータ転送線８０を平
行に積層して形成する必要があり、データ選択線９２と
データ転送線８０を直交して形成する場合に比べて、そ
のデータ転送線に垂直方向の合わせずれに対する余裕は
小さくなる。

【００３１】ところで、従来技術２（特願平８−３０６
０１４号）には、データ選択線９２とデータ転送線８０
とで形成される合成磁場の方向に、強磁性体膜１１の磁
化容易方向を一致させたメモリセルも開示されている。

【００３２】このようなメモリセル構成では、データ転
送線８０に複数個のメモリセルが接続され、且つデータ
選択線９２に対して複数個のデータ転送線が形成されて
いる場合、強磁性体膜１１の磁化容易方向に沿った２つ
の方向の磁化を情報記憶として用い、任意の情報を書き
込む場合には、データ転送線８０だけでなく、データ選
択線９２の電流を書き込み情報に合わせて少なくとも２
値に変化させる必要がある。

【００３３】以下にこの理由を説明する。先ず、データ
選択線９２で選択した特定のメモリセルに、データ転送
線９２の作る磁場によって与えられた２値の情報
“０”、“１”を書き込むことを考える。

【００３４】２値の情報を書き込む際、２つの磁化情報
に対応してデータ転送線が作る磁化容易方向の磁場をそ
れぞれビット情報“０”及び“１”に対応させてＨ_BL0
及びＨ_BL1 とする。さらに、選択されたデータ選択線に
接続された選択メモリセルに対して、選択したデータ選
択線が形成する磁化容易方向の磁場をＨ_WLSEL とする。
また、選択されていないデータ選択線に接続された非選
択メモリセルに対して、前記選択されていないデータ選
択線が形成する磁場をＨ_WLUNSEL とする。

【００３５】ここで、磁化容易方向に沿った強磁性体膜
８１の保磁力の大きさをＨ_K 、バイアス磁場をＨ₀ と
し、磁化容易方向に沿った磁化の正負の向きを情報
“０”及び“１”に対応させるとする。ここで、選択し
たメモリセルに“０”の情報を書き込む条件は、次によ
うになる。

【００３６】Ｈ_BL0 ＋Ｈ_WLSEL ＞Ｈ_K ＋Ｈ₀ （１） さらに、この時、“０”の情報を書き込むメモリセルと
同一のデータ転送線に接続され、選択されていないデー
タ選択線が接続されたメモリセルで、誤って“０”が書
き込まれないための条件は、次のようになる。

【００３７】 Ｈ_BL0 ＋Ｈ_WLUNSEL ＜Ｈ_K ＋Ｈ₀ （２） 式（１）及び式（２）を連立させて解くことにより次式
が得られる。

【００３８】Ｈ_WLUNSEL ＜Ｈ_WLSEL （３） 次に、選択したメモリセルに“１”の情報を書き込む条
件は、“０”と反対向きの磁化を与える必要から次のよ
うになる。

【００３９】 Ｈ_BL1 ＋Ｈ_WLUNSEL ＜−Ｈ_K ＋Ｈ₀ （４） さらに、この時、“１”の情報を書き込むメモリセルと
同一のデータ転送線に接続され、選択されていないデー
タ選択線に接続されたメモリセルで、誤って“１”が書
き込まれないための条件は、次のようになる。

【００４０】 Ｈ_BL1 ＋Ｈ_WLUNSEL ＞−Ｈ_K ＋Ｈ₀ （５） そして、式（４）及び式（５）を連立させて解くことに
より次式が得られる。

【００４１】Ｈ_WLSEL ＜Ｈ_WLUNSEL （６） 式（３），（６）の両方は、一定のＨ_WLSEL 及びＨ
_WLUNSEL では満足することができない。つまり、従来技
術２のメモリセル構成法では、“０”及び“１”を書き
込む条件によって、それぞれデータ選択線に流す電流を
変化させる必要があることがわかる。

【００４２】つまり、１つのデータ選択線に複数のメモ
リセルが接続され、それらにランダムデータを書き込む
場合には、前記データ選択線の電流の大きさを、“０”
及び“１”書き込みに対応して少なくとも２値の値を時
間をずらして与え、相対する磁化それぞれに書き込みを
行う必要がある。

【００４３】従って、“０”を書き込む場合と“１”を
書き込む場合に、データ選択線の電流方向を反転させて
“１”，“０”を書き込んでおり、データ選択線の駆動
として３値制御が必要となり複雑となる。

【００４４】また、書き込み時に２値に変化する電流値
を充分確保し、電流値の安定を図るために高速動作が難
しいという問題があった。

【００４５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の磁気抵抗素子を用いたメモリセルの構成では、大きな
読み出し信号を得つつ高集積化を図るのが困難となる欠
点があった。さらに、読み出し及び書き込み動作でデー
タ選択線の電流方向を変化させたり、記憶するビットの
状態に合わせて書き込み時にデータ選択線の電流方向を
変化させる必要があり、データ選択線の回路が複雑とな
る欠点があった。

【００４６】本発明の目的は、データの書き込み動作時
及び読み込み動作時におけるデータ選択線に流れる電流
の方向を一定にしてデータ選択線の回路を簡易化する共
に、高密度メモリセルを高集積化を図り得る磁気記憶装
置及び駆動方法を提供することにある。

【００４７】

【課題を解決するための手段】［構成］本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。

【００４８】（１） 本発明（請求項１）の磁気記憶装
置は、第１の磁性体と、第１の磁性体より保磁力が小さ
い第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁性体との間
に介在して形成された非磁性体とを含むデータ転送線
と、前記データ転送線に対して交差配置されたデータ選
択線とを具備し、第１の磁性体と第２の磁性体との配置
間隔は、前記非磁性体中の電気伝導を担うキャリアの平
均自由行程より短く、第１の磁性体の磁化容易方向及び
第２の磁性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選
択線の長手方向に本質的に平行又は反平行であることを
特徴とする。

【００４９】（２） 本発明（請求項２）の磁気記憶装
置は、第１の磁性体と、第１の磁性体より保磁力が小さ
い第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁性体との間
に介在して形成された非磁性体とを含むデータ転送線
と、前記データ転送線に対して交差配置されたデータ選
択線とを具備し、第１の磁性体と第２の磁性体との配置
間隔は、前記非磁性体中の電気伝導を担うキャリアの平
均自由行程より短く、第１の磁性体の磁化容易方向及び
第２の磁性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選
択線の長手方向に本質的に平行又は反平行であり、前記
データ転送線が行方向に複数本配列形成され、且つ前記
データ選択線が列方向に複数本配列形成されていること
を特徴とする。

【００５０】本発明（請求項１，２）の好ましい実施態
様は、前記データ転送線の一端が、一定の電圧を供給す
る電圧源に接続されていることである。

【００５１】（３） 本発明（請求項４）の磁気記憶装
置の駆動方法は、第１の磁性体と、第１の磁性体より保
磁力が小さい第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁
性体との間に介在して形成された非磁性体とを含むデー
タ転送線と、前記データ転送線に対して交差配列された
データ選択線とを具備し、前記データ転送線と前記デー
タ選択線との交差部の該データ転送線にメモリセルが形
成された磁気記憶装置の駆動方法であって、前記メモリ
セルからのデータの読み出し動作時、第１の磁性体の保
持力よりも小さく、且つ第２の磁性体の保持力よりも大
きな磁場を、前記データ選択線に流れる電流によって形
成される磁場と前記データ転送線に流れる電流によって
形成される磁場との合成磁場により、前記メモリセルに
印加することを特徴とする。

【００５２】本発明（請求項４）の好ましい実施態様を
以下に示す。

【００５３】第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁
性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選択線の長
手方向に本質的に平行又は反平行な方向であり、前記メ
モリセルへのデータの書き込み動作時、前記データ選択
線に一定方向の電流を供給し、第１の磁性体の保持力よ
りも大きな前記合成磁場を前記メモリセルに印加する。

【００５４】第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁
性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選択線の長
手方向に本質的に平行又は反平行な方向であり、前記デ
ータ転送線は行方向に複数本配列形成され、且つ前記デ
ータ選択線は列方向に複数本配列形成され、前記メモリ
セルへのデータの書き込み動作時、前記データ選択線に
前記読み出し動作時に供給される電流の方向と同一な方
向の電流を供給し、第１の磁性体の保持力よりも大きな
前記合成磁場を前記メモリセルに印加する。

【００５５】さらに、本願発明に好ましい実施態様を以
下に示す。

【００５６】前記読み出し動作時及び書き込み動作時に
おいて、前記データ転送線の電流が共通の２値を用い
る。

【００５７】前記データ選択線の一端が一定の電圧を有
する。

【００５８】［作用］本発明は、上記構成によって以下
の作用・効果を有する。

【００５９】本発明の構造を用いれば、データ選択線の
電流方向を一定として回路を構成することができ、加え
て、読み出し信号量も大きく確保できる。ここで、読み
出し及び書き込み時に必要となるデータ選択線の電流の
駆動回路に電流を一方向に流す回路だけで良い。そこ
で、データ選択線と電流源との間のスイッチ素子の面積
を、双方向に電流を流す場合に比較して小さく、及び素
子数を減らすことができる。また、データ選択線の一端
の電位を固定しても、逆端の電位を前記一端の電位より
も一方向、例えば、正に振るだけでよく、正負の電圧を
発生させる回路よりも簡単な回路で電圧振幅を大きく確
保することができ、前記一端の電位よりも負の電圧を発
生する電流源も必要なく、回路面積及び消費電力を小さ
くできる。

【００６０】また、データ転送線の一端を一定電圧に固
定することができ、変化させる必要がない。そこで、デ
ータ転送線を電源に対して低インピーダンスに保つこと
でき、例えば、データ選択線の電位を変えた時に生ず
る、データ転送線上の容量結合ノイズを小さくすること
ができ、より安定なデータ読み出しが実現できる。

【００６１】さらに、書き込み時に、データ選択線に２
つの異なる電流値を時系列で与える必要がなく、電流切
り替え回路を簡略化することができる。また、２つの異
なる電流に切り替えるのに必要な、データ選択線を充電
し、電流を安定させる時間を削減でき、より高速動作を
行うことができる。さらに、電流切り替えに必要なデー
タ選択線の充電電荷を削減でき、より消費電力を削減す
ることができる。さらに、電流源からスイッチ素子まで
の配線面積も小さくすることができ、より高密度なメモ
リセルアレイを形成できる。

【００６２】さらに、本発明の構造ではデータ転送線と
データ選択線を直交させた構成を用いることができる。
よって、データ転送線及びデータ選択線を平行に配置し
た構造よりも、データ転送線またはデータ選択線の両方
を直線状に配置することができ、より高密度メモリセル
を形成できる。さらに、データ転送線またはデータ選択
線が折れ曲がったレイアウトから直線状のレイアウトに
することができ、より配線が形成する磁場を均一にする
ことができメモリセル間のばらつきを小さくし、動作を
安定にできる。また、配線レイアウトが直線状であるか
ら、より配線のリソグラフィやエッチングに対して、配
線の幅の変動を小さく抑えることができる。また、デー
タ選択線とデータ転送線を直交して形成することがで
き、データ選択線とデータ転送線を平行して形成する場
合に比較して、その平面内での合わせずれに対する余裕
が大きくなる。

【００６３】本発明のメモリセルの構造を用いれば、デ
ータ読み出し時のデータ転送線の電流が小さくても、デ
ータ“１”と“０”とで十分な抵抗差を得ることができ
る。そこで、読み出し時に、データ選択線の電流上昇に
よるエレクトロ・マイグレーションが起こりやすくなり
信頼性が低下する問題や、データ選択線の発生する熱に
よって、抵抗変化率が減少または、局所的に変化した
り、読み出し回数によって、温度上昇の程度が異なるた
め、読み出しの履歴に依存した抵抗変化が生ずる問題を
減少できる。また、データ選択線の発生する熱によっ
て、読み出しデータの信号出力が変化したり、近隣のメ
モリセルの抵抗値が変化する問題を減少できる。そこ
で、高集積化しても、アレイノイズが上昇して読み出し
が困難になりにくくなる。

【００６４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。

【００６５】［第１実施形態］図１は、本願発明の第１
実施形態に係わる磁気記憶装置のメモリセルの構成を示
す図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−
Ａ’部の断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ’部の断面図であ
る。

【００６６】例えば２０Ｏｅ以上の保磁力を有する強磁
性体膜１１上に、導電性の非磁性体膜１２を介して、強
磁性体膜１１より保磁力が小さい軟磁性体膜１３が形成
されている。軟磁性体膜１３上に凸部を有するバリアメ
タル層１４が形成されている。バリアメタル層１４の凸
部の天頂上に金属導電層１５が形成されている。

【００６７】そして、全面に層間絶縁膜２１が形成され
ている。金属導電層１５が形成されていない領域を中心
としてデータ選択線２２が形成されている。

【００６８】なお、軟磁性体膜１３の保磁力が強磁性体
膜１１の保磁力よりも小さいことが必要条件であり、必
ずしも強磁性体膜１１が強磁性体で軟磁性体膜１３が軟
磁性体でなくても良い。例えば、強磁性体膜１１及び軟
磁性体膜１３がともに強磁性体であっても良いし、強磁
性体膜１１及び軟磁性体膜１３が共に軟磁性体膜であっ
ても良い。

【００６９】ここで、強磁性体膜１１としては、例え
ば、厚さ０．５〜５００ｎｍのＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ
又はＭｎや、それらの合金であるＮｉＦｅやＣｏＦｅ，
ＮｉＦｅＣｏ，ＣｏＰｔ並びにこれらの積層膜が用いる
ことができる。

【００７０】また、軟磁性体膜１３としては、保磁力が
強磁性体膜１１より小さく、且つ磁化は強磁性体膜１１
と同程度であることが望ましく、厚さ０．５〜５００ｎ
ｍのＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＣｏＴａＺ
ｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＦｅＴａＮ又はＣｏＺｒＮｂ／Ｎｉ
Ｆｅ／ＣｏＦｅ等の積層膜が用いることができる。

【００７１】軟磁性体膜１３の保磁力を強磁性体膜１１
の保磁力よりも小さくするには、例えば、軟磁性体膜１
３の材質を変えるだけでなく、強磁性体膜１１と同じ材
料を用いて軟磁性体膜１３の厚さを強磁性体膜１１より
薄くすることによっても実現することができる。

【００７２】また、非磁性体膜１２は、例えば厚さ０．
５〜１０ｎｍのＣｕ，ＡｇＣｕやＴａＮ等の非磁性体か
ら構成されている。さらに、非磁性体膜１２の厚さは、
その中の伝導キャリアの自由行程よりも薄くなるよう形
成され、強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１３の磁化ベク
トルが平行の場合に、データ転送線の抵抗が低く、それ
ぞれの膜の磁化ベクトルが反平行な場合にはデータ転送
線の抵抗が最も高くなるように選択される。また、強磁
性体膜１１と軟磁性体膜１３との交換磁場は、軟磁性体
膜１３の保磁力よりも弱いことが、それぞれの膜の磁化
ベクトルを独立に制御するために望ましい。

【００７３】また、データ転送線２２の中心部分の磁化
を、データ転送線２２縁部分の磁化と独立に、データ選
択線方向に沿った方向にするために、強磁性体膜１１及
び軟磁性体膜１３の膜厚を厚くして磁壁の厚さよりもデ
ータ転送線１０の幅を厚くすることが望ましい。

【００７４】ここで、強磁性体膜１１，非磁性体膜１２
及び軟磁性体膜１３は積層構造で磁気状態に応じて抵抗
が変化する磁気記憶部１６を形成している。そして磁気
記憶部１６は、データ選択線２２と交差する部位で磁気
状態を記憶するメモリセル２３となっている。すなわ
ち、図１においては、隣接する２本のデータ選択線２２
にそれぞれ、１つのメモリセルが形成されている。

【００７５】また、バリアメタル層１４は、例えば厚さ
１〜１００ｎｍのＴａＮやＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＷからな
り、上部構造物からの不純物汚染を防ぐ役割がある。ま
た、金属導電層１５は、例えば厚さ５０〜１０００ｎｍ
のＷ，Ａｌ，ＡｌＣｕ又はＣｕから形成され、データ転
送線１０の隣接するメモリセル同士の接続領域の寄生抵
抗を低減する役割がある。

【００７６】また、層間絶縁膜２１は、例えば、５〜１
００ｎｍの厚さからなるシリコン酸化膜またはシリコン
窒化膜からなり、データ選択線２２とデータ転送線１０
との電気的分離を行っている。データ転送線１０とデー
タ選択線２２とは直交するように交差配置され、互いに
直交する方向に磁場を形成する。

【００７７】また、強磁性体膜１１の磁化容易方向及び
軟磁性体膜１３の磁化容易方向がそれぞれデータ選択線
２２の長手方向に対して平行に形成されている。磁化容
易方向を形成する方法としては、例えばＮｉＦｅを磁性
体膜１１，１３として用いた場合、データ選択線２２に
沿った方向の磁場を印加しながら膜の堆積を行うことに
よって、５〜１５Ｏｅ程度の磁気異方性を作りつけるこ
とができる。

【００７８】そして、強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１
３の磁化の向きを全体として磁化容易方向に沿って１つ
の向き及び逆の向きに記憶することによって、例えば、
２つの状態、すなわち、１ビットの論理情報の記憶を行
う。

【００７９】ここで、データ選択線２２に電流を流すこ
とで発生するＡ−Ａ’方向の磁場をＨ_WL、データ転送線
１０に電流を流すことで発生するＢ−Ｂ’方向の磁場を
Ｈ_BLとし、それぞれ、Ａ→Ａ’方向及びＢ→Ｂ’方向を
正とする。これら磁場の方向は、Ｈ_BLが磁化容易方向と
一致し、Ｈ_WLが磁化容易方向と直交し磁化困難方向と一
致する。

【００８０】ここで、強磁性体膜１１と軟磁性体膜１３
との保磁力が異なり、記憶保持状態における強磁性体膜
１１の磁化の向きは、軟磁性体膜１３の磁化の向きとほ
ぼ平行となるように形成される。このことは、記憶保持
状態において、強磁性体膜１１と軟磁性体膜１３との磁
化の向きは反平行状態となっている。

【００８１】また、強磁性体膜１１の磁化容易方向は、
データ選択線２２に平行して形成されているので、デー
タ選択線２２とデータ転送線１０とに流れる電流から生
じる合成磁場の方向は一般に磁化容易方向とは異なる。

【００８２】次に、磁場Ｈ_WLを印加しない状態での、デ
ータ転送線１０の抵抗Ｒ_BLの磁場Ｈ_BLに対する依存性を
図２に示す。図２において、矢印は磁場履歴の方向を示
している。さらに、図３，４に、図２の状態Ａ〜Ｄに対
応した強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１３の磁化状態を
矢印で示す。

【００８３】なお、図３（ａ）は状態Ａにおける軟磁性
体膜１３の磁化状態、図３（ｂ）は状態Ａにおける強磁
性体膜１１の磁化状態を示している。また、図３（ｃ）
は状態Ｂにおける軟磁性体膜１３の磁化状態、図３
（ｄ）は状態Ｂにおける強磁性体膜１１の磁化状態を示
している。

【００８４】また、図４（ａ）は状態Ｃにおける軟磁性
体膜１３の磁化状態、図４（ｂ）は状態ｃにおける強磁
性体膜１１の磁化状態を示している。また、図４（ｃ）
は状態Ｄにおける軟磁性体膜１３の磁化状態、図４
（ｄ）は状態Ｄにおける強磁性体膜１１の磁化状態を示
している。

【００８５】図３，４を用いて図２の抵抗Ｒ_BLについて
説明する。状態Ａでは、軟磁性体膜１３及び強磁性体膜
１１の縁部から離れた中央部分の磁化が、ほぼ反平行状
態になるため、データ転送線１０の抵抗Ｒ_BLが大きくな
る。

【００８６】状態Ａから、さらに、正方向の磁場Ｈ_BLを
印加していくと、磁場Ｈ_K1で強磁性体膜１１の磁化が下
向きから上向きに変化し状態Ｂに遷移する。状態Ｂで
は、縁部から離れた軟磁性体膜１３及び強磁性体膜１１
の中央部分の磁化が平行状態になるため、データ転送線
１０の抵抗Ｒ_BLは小さくなる。

【００８７】状態Ｂから、磁場Ｈ_BLの向きを負の方向に
変化させていき、磁場Ｈ_BLが−Ｈ_K2になると、軟磁性体
膜１３の磁化が上向きから下向きに変化し状態Ｃに遷移
する。状態Ｃでは、縁部から離れた軟磁性体膜１３及び
強磁性体膜１１の中央部分の磁化がほぼ反平行状態にな
るため、データ転送線１０の抵抗Ｒ_BLは上昇する。

【００８８】さらに、状態Ｃから、磁場Ｈ_BLの向きを更
に負の方向に変化させると、磁場が−Ｈ_K1で強磁性体膜
１１の磁化が上向きから下向きに変化し状態Ｄに遷移す
る。状態Ｄでは、縁部から離れた軟磁性体膜１３及び強
磁性体膜１１の中央部分の磁化が平行状態になるため、
データ転送線１０の抵抗Ｒ_BLは減少する。

【００８９】状態Ｄから、磁場Ｈ_BLを正の方向に変化さ
せていき、磁場Ｈ_BLがＨ_K2になると、軟磁性体膜１３の
磁化が下向きから上向きに変化し状態Ａに遷移する。

【００９０】ここで、膜内に磁化容易方向を有する強磁
性体薄膜では、磁化困難方向の磁場が印加されると、磁
化容易方向の磁化反転が生じる臨界磁場の大きさが小さ
くなることが知られている（金原、藤原著、“薄膜”裳
華房 応用物理学選書３ ｐ．３００）。

【００９１】このことは、単一磁区の理想的な磁性薄膜
では、強磁性体膜の磁化ベクトルＭと磁化容易軸がなす
角をθとし、異方性磁場をＨ_K として、磁化困難方向に
磁場Ｈ_WLを印加し、磁場容易方向に磁場Ｈ_BLを印加する
ことを考えると、磁性体膜のエネルギーＥが次のように
なることから説明できる。

【００９２】 Ｅ＝（Ｈ_K ／２）× sin² θ−Ｈ_BL× cosθ−Ｈ_WL× sinθ （７） ここで、ｄＥ／ｄθ＝０かつ、ｄ² Ｅ／ｄθ² ＝０とな
る点で、磁場容易軸方向で磁化が反転する磁場Ｈ_BL0 が
与えられる。この場合、式（７）より、以下の関係が成
り立つ。

【００９３】 Ｈ_BL0 ＝（Ｈ_K ^2/3 −Ｈ_WL ^2/3 ）^3/2 （８） また、図５に、磁化困難方向に磁場Ｈ_WLを加えた場合
の、強磁性体薄膜の磁化と磁場Ｈ_BL依存性を示す。

【００９４】式（８）より、磁化困難方向に磁場Ｈ_WLを
印加すると、図５に示すように、磁化反転が生ずる磁場
Ｈ_BL0 を小さくすることができる。なお、一般的には、
Ｈ_WLがほぼ０の場合には、磁気容易化方向の保磁力Ｈ_C
は、磁壁移動による磁化機構のためにＨ_C ＜Ｈ_K となる
が、磁場Ｈ_WLを大きくすることによってＨ_BL0 が単調に
小さくなる特徴は保たれる。

【００９５】次に、本実施形態の磁気記憶装置の書き込
み動作を簡単に説明する。書き込み時においては、デー
タ選択線２２に、例えば正方向の電流を流し、正方向の
磁場Ｈ_WLを形成する。この磁場Ｈ_WLはデータ転送線１０
の縁部の磁化の向きに沿っていることが、よりデータ転
送線１０の書き込みに必要な電流を小さくするのに望ま
しい。ここで、磁場Ｈ_WLの方向は、磁化困難方向になっ
ており、磁場Ｈ_BLの方向は磁化容易方向になっている。

【００９６】磁場Ｈ_WLをパラメータとした、データ転送
線１０の抵抗Ｒ_BLの磁場Ｈ_BLに対する依存性を図６に示
す。なお、図６における磁場の履歴は、図２に示したも
のと同じとしている。また、磁場Ｈ_WLが、０，Ｈ_K2＞Ｈ
_WL＞０又はＨ_WL＞Ｈ_K2の３つの場合を示している。

【００９７】前述したように、磁化困難方向に磁場Ｈ_WL
を印加することによって、磁化が反転するのに必要な磁
場Ｈ_BL0 が小さくなる。このため、磁場Ｈ_WLを印加する
ことによって、磁場Ｈ_BLが正の場合には、強磁性体膜１
１の磁化が反転する磁場はＨ_K1より小さい磁場Ｈ_a とな
る。また、磁場Ｈ_BLが負の場合には、−Ｈ_K1より絶対値
が小さい磁場Ｈ_b となる。

【００９８】さらに、図７に、図６の状態Ａ’及びＢ’
（磁場Ｈ_WLが印加された場合）並びに状態Ａ及びＢ（磁
場Ｈ_WLが印加されていない場合）に対応する強磁性体膜
１１及び軟磁性体膜１３の磁化状態を示す。

【００９９】図７（ａ）は、等しいＨ_BLに対して、状態
Ａ’及びＡにおける軟磁性体膜１３の状態をそれぞれ実
線及び点線で示している。ここで、データ選択線２２に
よって形成される磁場の方向をＨ_WLとして示してある。
図７（ｂ）は、等しいＨ_BLに対して、状態Ａ’及びＡに
おける強磁性体膜１１の磁化の状態をそれぞれ実線及び
点線で示している。また、図７（ｃ）は、等しいＨ_BLに
対して、状態Ｂ’及びＢにおける軟磁性体膜１３の磁化
状態をそれぞれ実線及び点線で示している。さらに、図
７（ｄ）は、等しいＨ_BLに対して、状態Ｂ’およびＢに
おける強磁性体膜１１の磁化の状態をそれぞれ実線及び
点線で示している。

【０１００】状態Ａ’では、縁部から離れた軟磁性体膜
１３及び強磁性体膜１１の中央部分の磁化は、状態Ａよ
りもよりデータ転送線の縁に沿って平行状態になってい
るため、より小さなＨ_BLで磁化の向きを負方向から正方
向へと変えることができる。さらに、正方向の磁場Ｈ_BL
を印加すると、磁場Ｈ_a で強磁性体膜１１の磁化が下向
きから上向きに変化し、状態Ａ’から状態Ｂ’に遷移す
る。状態Ｂ’では、縁部から離れた軟磁性体膜１３及び
強磁性体膜１１の中央部分の膜の磁化は平行状態になる
ため、データ転送線の抵抗Ｒ_BLは小さくなる。

【０１０１】以上から、データ“０”を書き込む場合に
は、例えば、データ選択線２２への電流の供給によっ
て、正方向の磁場Ｈ_WLを印加すると共に、データ転送線
１０に電流を流して磁場Ｈ_K1と磁場Ｈ_a との範囲の磁場
Ｈ_BLを印加する。

【０１０２】また、データ“１”を書き込む場合には、
データ選択線２２への電流の供給によって正方向の磁場
Ｈ_WLを印加して、データ転送線１０への電流の供給によ
って、−Ｈ_K1とＨ_b との間の磁場Ｈ_BLを印加する。さら
に、例えば選択していないデータ選択線による磁場Ｈ_WL
がほぼ０となるように電流を調整する。

【０１０３】このようにすることにより、選択したデー
タ選択線のメモリセルでは、強磁性体膜１１の磁化は変
化する一方、選択していないデータ選択線のメモリセル
では、データ転送線の形成する磁場の絶対値がＨ_K1以下
なので、強磁性体膜１１の磁化変化が生じない。

【０１０４】よって、データ転送線に複数のメモリセル
を接続していても、特定のメモリセルに選択的にデータ
転送線で与えたデータに対応するデータの書き込みが行
われる。この書き込み動作では、データ選択線の電流は
一方向に流すだけで良い。

【０１０５】次に、本実施形態の読み出し動作を簡単に
説明する。読み出し時においては、選択したメモリセル
の接続されたデータ選択線２２に正方向に電流を流して
正向の磁場Ｈ_WLを形成し、選択されていないデータ選択
線２２では印加される磁場Ｈ_WLがほぼ０となるように電
流を調整する。

【０１０６】磁場Ｈ_WLが０又は正の磁場（Ｈ_K2＞Ｈ_WL＞
０）である場合の、データ転送線１０の抵抗Ｒ_BLの磁場
Ｈ_BLに対する依存性を図８に示す。図８において、矢印
は、読み出し操作における磁場の履歴の方向を示してい
る。書き込み動作で説明したように、磁場Ｈ_WLを印加す
ることによって、磁化を反転させるのに必要な磁場Ｈ
_BL0 が小さくなる。このため、軟磁性体膜１３の磁化が
反転する磁場も、磁場Ｈ_BLが正の場合には、Ｈ_K2より小
さい磁場Ｈ_C となる。また、磁場Ｈ_BLが負の場合には、
−Ｈ_K2より絶対値が小さい磁場Ｈ_D となる。

【０１０７】データを読み出す場合には、データ選択線
への電流の供給によって正方向の磁場Ｈ_WLを形成し、デ
ータ転送線に電流を流してＨ_C とＨ_K2との範囲の磁場
_ＨBLを形成する。

【０１０８】このようにすることにより、データ“０”
が書き込まれた状態では、図８の点Ａから点“０”へ磁
化状態が変化する。点“０”においては、図７（ｃ），
（ｄ）に示した磁化状態となり、軟磁性体膜１３の磁化
が右上向きに保たれる。そこで、軟磁性体膜１３と強磁
性体膜１１の中心部分の磁化が右上向きに揃うため、デ
ータ転送線の抵抗は小さくなる。

【０１０９】一方、データ“１”が書き込まれた状態で
は、点Ａから点“１”へ磁化状態が変化する。点“１”
においては、Ｈ_C より大きいＨ_BLが印加されているた
め、軟磁性体膜１３の磁化が右下向きから右上向きに変
化し、図７（ａ），（ｂ）に示した磁化状態となる。よ
って、軟磁性体膜１３と強磁性体膜１１の中心部分の磁
化がそれぞれ右上向き及び右下向きとなり、状態Ｂ’よ
りも軟磁性体膜１３と強磁性体膜１１との磁化のなす角
度が大きくなるため、データ転送線１０の抵抗は“０”
状態よりも大きくなる。

【０１１０】一方、選択されていないデータ選択線２２
では、磁場Ｈ_WLがほぼ０となるように電流を調整し、例
えばデータ転送線１０に電流を流してＨ_K2とＨ_C との範
囲のセンス用の磁場Ｈ_BLを印加する。このようにするこ
とにより、選択していないデータ選択線に接続されデー
タが“１”状態のメモリセルでは、Ｈ_K2より小さいＨ_BL
が印加されているため磁化の反転は生じず、軟磁性体膜
１３の磁化は右下向きのままに保たれる。よって、軟磁
性体膜１３と強磁性体膜１１の中心部分の磁化が右下向
きで揃うため、データ転送線の抵抗は小さい。選択して
いないデータ選択線に接続されデータが“０”状態のメ
モリセルでは、やはり、軟磁性体膜１３と強磁性体膜１
１の中心部分の磁化が右上向きで揃うため、データ転送
線の抵抗は小さい。

【０１１１】そこで、選択されていないデータ選択線に
接続されているメモリセルでは、選択されたデータ選択
線に接続されているメモリセルと比較して、データ
“０”とデータ“１”での出力の差が小さい。よって、
データ転送線１０に複数のメモリセルを縦列接続して
も、データ選択線を用いて選択されたメモリセルのデー
タの読み出しを選択的に行うことができる。この読み出
し動作では、データ選択線の電流は一方向に流すだけで
良く、データ選択線の向きも書き込み動作と同じ向きで
よい。

【０１１２】ちなみに、軟磁性体膜１３と強磁性体膜１
１との磁気的結合が弱い場合には、データ“１”の読み
出し動作において、軟磁性体膜１３の磁化が、右下向き
から右上向きに変化し、磁場Ｈ_BLをデータ“０”にして
も図８の状態Ｂに戻り、高抵抗状態が保持され、データ
“０”とデータ“１”とで抵抗が大きく異なってしま
う。

【０１１３】このデータ“１”を読み出した状態の後
に、共通のデータ転送線に接続された他のメモリセルを
読み出す場合を考える。すると、データ転送線に複数の
メモリセルが縦列接続されている場合には、先に読み出
しを行ったメモリセルにおける直列抵抗値が異なり、読
み出しマージンを大きく低下させる。

【０１１４】そこで、データ“１”の読み出し動作にお
いては、読み出し後に軟磁性体膜１３の磁化を右上向き
から右下向きに変化させ読み出し開始状態に戻すため、
例えば、データ転送線に電流を流して−Ｈ_K2とＨ_D との
範囲のＨ_BLを印加することが望ましい。

【０１１５】以上から、本実施形態では、データ選択線
に一方向の電流を流すことで、前記データ線に接続され
たメモリセルを選択し、データ転送線の電流方向を制御
することで読み出し、書き込みが行える。

【０１１６】次に、データ転送線に複数のメモリセルを
直列接続し、データ選択線に複数のメモリセル接続し、
メモリセルマトリックスとして読み出し及び書き込み操
作が行えること、及び、従来構成よりも大きな抵抗出力
が得られることを示す。

【０１１７】図９は、本実施形態のメモリセルでメモリ
セルマトリックスを形成した例を示す図である。図９
（ａ）はメモリセルマトリクスの配置を示す平面図、図
９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、図９
（ｃ）は図９（ａ）を回路的に表現した図である。

【０１１８】この例では、２つのデータ転送線１０₁ ，
１０₂ と２つのデータ選択線２２₁，２２₂ の交点にそ
れぞれメモリセル２３₁₁，２３₁₂，２３₂₁，２３₂₂が形
成されている。ここで、データ選択線２２₁ は、電流源
Ｉ_WLが接続された選択されたデータ選択線であり、メモ
リセル２３₁₁，２３₂₁に対して正方向の磁場Ｈ_WLを与え
る。一方、データ選択線２２₂ は、選択されていないデ
ータ選択線であり、電流源が接続されていない。

【０１１９】また、データ転送線１０₁ 、１０₂ には電
流源Ｉ_BLが接続され、メモリセル２３₁₁，２３₂₁に対し
て選択的にデータの書き込み及び読み出しを行う。この
場合、選択されていないデータ選択線２２₂ に接続され
たメモリセル２３₁₂，２３₂₂には、誤書き込みや誤読み
出し、及びデータ破壊を防ぐ必要がある。

【０１２０】ところで、メモリセルの動作磁場条件を詳
細検討した結果、従来技術に記載されている磁気記憶装
置では、データ選択線の読み出し時に流す電流の絶対値
を、書き込み時に流す電流の絶対値以下にした場合に問
題があることが判明した。以下の検討では、簡単のため
に、データ選択線に流す電流が０の場合に、磁場Ｈ_WL方
向のバイアス磁場が、式（８）のＨ_K に比較して充分小
さく、データ転送線に流す電流が０の場合に、Ｈ_BL方向
のバイアス磁場が、式（８）のＨ_K に比較して充分小さ
く、データ転送線縁部で磁化がデータ転送線方向に揃う
効果を無視できるとする。なお、従来技術１のメモリセ
ルの配置は、図９に示した配置と同様でよい。

【０１２１】まず、従来技術１の構成では、読み出し時
の抵抗変化が微少であることを説明する。書き込みに関
して、磁場Ｈ_BLと磁場Ｈ_WLに対する制限領域を図１０
（ａ）に示す。図１０（ａ）において、横軸は強磁性体
膜１１及び軟磁性体膜１３の異方性磁場Ｈ_K で正規化し
た磁場Ｈ_WLを、縦軸は磁場Ｈ_K で正規化した磁場Ｈ_BLを
示している。

【０１２２】図では、構造ばらつき、又は電流源の電流
や抵抗ばらつきのため、Ｈ_WL及びＨ_BLに関して±１５．
８％の誤差があっても安定してメモリセルを書き込むこ
とができる条件をハッチングした領域で示している。

【０１２３】ここで、セルの書き込み可能領域は、３つ
の制限領域に囲まれた領域となる。先ず、一つ目の制限
は、式（８）で求められ、強磁性体膜１１及び軟磁性体
膜１３の中心部の磁化が反転する磁場で決まる下限であ
る。下限以下の磁場であると、強磁性体膜１１及び軟磁
性体膜１３の磁化が反転せず、書き込みができない。

【０１２４】二つ目の制限は、データ選択線２２の形成
する磁場Ｈ_WLがＨ_K よりも大きいと、磁化のスイッチン
グを生じる磁場Ｈ_BLが０となるため、メモリセル２３に
蓄えられた磁化情報が消失してしまうことからくるもの
である。

【０１２５】そして、三つ目の制限は、選択されたデー
タ選択線２２₁ の形成する磁場が、隣接するメモリセル
２３₁₂，２３₂₂に正方向の磁場Ｈを生じ、そのため誤書
き込みを生じてしまうことからくるものである。

【０１２６】図９（ｂ）に示すように、データ選択線２
２の幅をｗ、データ選択線の間隔をｓ、データ選択線２
２とデータ転送線１０中心とのメモリセル部での距離を
ｈとすると、選択されたメモリセル２３₁₁の中心部に磁
場Ｈ_WLがデータ選択線２２₁に流れる電流によって形成
されている条件で、隣接するメモリセル２３₂₁上に形成
される正方向の磁場は、ｗｈ／π｛ｈ² ＋（ｗ＋
ｓ）² ｝となる。

【０１２７】図１０（ａ）では、ｈ＝０．４５μｍ、ｗ
＝０．６μｍ、ｓ＝０．４μｍとして求めた結果を用い
ており、この場合、隣接する非選択メモリセル上に０．
０７Ｈ_WLの磁場が形成される。この場合、誤書き込みが
生じない条件は、式（８）からＨ_BL ^2/3 ＋（０．０７Ｈ
_WL）^2/3 ＜Ｈ_K ^2/3 となる。

【０１２８】また、従来技術１の構成で、読み出し時に
データ選択線２２の電流方向を書き込みと反対側に流す
方法は、従来技術で説明したように、読み出しに、書き
込みよりも大きな電流値を必要とする。

【０１２９】従来技術１の構成で、読み出し時にデータ
選択線の電流方向を書き込み時と同方向に流す方法は、
読み出し信号量が小さいことを図１０（ｂ）を用いて示
す。図１０（ｂ）は、読み出しに関して、磁場Ｈ_BLと磁
場Ｈ_WLに対する制限領域を示しており、横軸は強磁性体
膜１１及び軟磁性体膜１３の異方性磁場Ｈ_K で正規化し
た磁場Ｈ_WLを、縦軸は磁場Ｈ_K で正規化した磁場Ｈ_BLを
示している。

【０１３０】図では、構造ばらつきまたは電流源の電流
や抵抗ばらつきのため、磁場Ｈ_WL及び磁場Ｈ_BLに関して
±１５．８％のばらつきがあっても安定してメモリセル
から読み出すことができる条件をハッチングした領域で
示している。

【０１３１】さらに、セルの読み出し可能領域におい
て、読み出し信号量ΔＧＭＲとして抵抗値の反平行状態
の抵抗値からの変化量を点線で示してある。ここでΔＧ
ＭＲは、強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１３の磁化が反
平行状態の場合の抵抗値を基準として、平行状態になっ
た時の抵抗変化量、つまり、得られる最大の信号出力で
正規化してある。これは、強磁性体膜１１と軟磁性体膜
１３のそれぞれの磁化がなす角度をθとして、ΔＧＭＲ
＝ sin² （θ／２）で求めることができる。

【０１３２】図１０（ｂ）に示すように、従来技術１の
構成では、±１５．８％のばらつきがあっても安定して
メモリセルから読み出すことができる条件は、ΔＧＭＲ
は高々０．２程度であり、大きな読み出し出力を得るこ
とはできない。

【０１３３】次に、本実施形態の構成では、ΔＧＭＲを
大きく確保できることを示す。まず、書き込みに関し
て、Ｈ_BLとＨ_WLに対する制限領域を図１１（ａ）に示
す。ここで、軟磁性体膜１３の異方性磁場をＨ_K2とし、
強磁性体膜１１の異方性磁場をＨ_K1とし、Ｈ_K1＝０．４
Ｈ_K2としている。

【０１３４】図１１（ａ）において、横軸は強磁性体膜
１１の異方性磁場Ｈ_K1で正規化したＨ_WLを縦軸はＨ_K1で
正規化したＨ_BLを示している。図では、構造ばらつき、
または電流源の電流や抵抗ばらつきのため、Ｈ_WL及びＨ
_BLに関して±１５．８％の誤差があっても安定してメモ
リセルを書き込むことができる条件をハッチングした領
域で示している。

【０１３５】ここで、メモリセルの書き込み可能領域
は、従来技術１と同様に３つの制限領域に囲まれた領域
となる。１つめは、強磁性体膜１１の中心部の磁化が反
転する磁場で決まる下限であり、Ｈ_BL ^2/3 ＋Ｈ_WL ^2/3 ＜
Ｈ_K1 ^2/3 が条件となる。これ以下だと、メモリセルの磁
化が反転せず、書き込みができない。

【０１３６】２つめは、データ選択線２２の形成する磁
場Ｈ_WLがＨ_K1よりも大きいと、磁化のスイッチングを生
じる磁場が０となるため、メモリセル２３に蓄えられた
磁化情報が消失してしまうことから来る制限である。

【０１３７】さらに、３つめは、データ選択線２２の形
成する磁場が、隣接するメモリセル２３₁₂，２３₂₂にＨ
_WL方向の磁場を生じ、そのため軟磁性体膜１３の磁化が
反転し誤書き込みを生じてしまうことからくる制限であ
る。

【０１３８】選択されたメモリセル２３₁₁，２３₂₁の中
心で磁場Ｈ_WLが形成されている条件で、隣接するメモリ
セル２３₁₂，２３₂₂上に形成されるＨ_WL方向の磁場は、
ｗｈ／π｛ｈ² ＋（ｗ＋ｓ）² ｝となる。

【０１３９】図１１（ａ）では、ｈ＝０．４５μｍ、ｗ
＝０．６μｍ、ｓ＝０．４μｍとして求めた結果を用い
ており、この場合、０．０７Ｈ_WLの磁場が隣接する非選
択メモリセル上に形成される。誤書き込みが生じない条
件は、式（８）からＨ_BL ^2/3＋（０．０７Ｈ_WL）^2/3 ＜
Ｈ_K2 ^2/3 となる。

【０１４０】次に、本実施形態の磁気記憶装置の読み出
しマージンについて示す。図１１（ｂ）は、読み出しに
関して、Ｈ_BLとＨ_WLに対する制限領域を示しており、横
軸は強磁性体膜１１の異方性磁場Ｈ_K1で正規化した磁場
Ｈ_WLを、縦軸は磁場Ｈ_K1で正規化した磁場Ｈ_BLを示して
いる。

【０１４１】図では、構造ばらつき、または電流源の電
流や抵抗ばらつきのため、Ｈ_WL及びＨ_BLに関して±１
５．８％のばらつきがあっても安定してメモリセルから
読み出すことができる条件をハッチングした領域で示し
ている。

【０１４２】セルの読み出し可能領域は、３つの制限領
域に囲まれた領域となる。１つは、強磁性体膜１１の磁
化が反転する磁場で決まる上限で、Ｈ_BL ^2/3 ＋Ｈ_WL ^2/3
＜Ｈ_K1 ^2/3 となる。これ以上だと、強磁性体膜１１の磁
化が反転し、読み出し時に誤書き込みが生じる。

【０１４３】２つめは、選択した読み出し時に必要な軟
磁性体膜１３の磁化を反転するための磁場の下限で、選
択されたメモリセルの軟磁性体膜１３の磁化を反転させ
るためには、Ｈ_BL ^2/3 ＋Ｈ_WL ^2/3 ＞Ｈ_K2 ^2/3 が必要とな
る。

【０１４４】さらに、３つめは、選択したデータ選択線
２２の形成する磁場が、隣接するメモリセル２３₁₂，２
３₂₂にＨ_WL方向の磁場を生じ、そのため軟磁性体８の磁
化が反転し誤読み出しを生じてしまう事からくる上限で
ある。

【０１４５】書き込みと同じ条件の場合、０．０７Ｈ_WL
の磁場が隣接する非選択メモリセル上に形成される。デ
ータ転送線方向で隣接するメモリセルに誤読み出しが生
じないためには、Ｈ_BL ^2/3 ＋（０．０７Ｈ_WL）^2/3 ＜Ｈ
_K2 ^2/3 の条件が必要となる。

【０１４６】さらに、図１１（ｂ）に、セルの読み出し
可能領域において、読み出し信号量ΔＧＭＲとしてデー
タ保持状態である平行状態の抵抗値からの変化量を点線
で示してある。ここでΔＧＭＲは、強磁性体膜１１及び
軟磁性体膜１３の磁化が平行状態の場合の抵抗値を基準
として、反平行状態になった時の抵抗変化量、つまり、
得られる最大の信号出力で正規化してある。これは、式
（８）より強磁性体膜１１と軟磁性体膜１３のそれぞれ
の磁化の角度を求め、それらがなす角度をθとして、Δ
ＧＭＲ＝ sin² （θ／２）で求めることができる。

【０１４７】図１１（ｂ）に示すように、本実施形態の
構成では、Ｈ_BL／Ｈ_K1＝０．２、Ｈ_WL／Ｈ_K1＝０．２と
することによって、±１５．８％のばらつきがあっても
安定してメモリセルから読み出すことができる条件内で
ΔＧＭＲを０．７以上にすることができ、従来技術より
も大きな読み出し出力を得ることができる。

【０１４８】さらに、図１１（ａ）と図１１（ｂ）で、
Ｈ_BL／Ｈ_K1＝０．２と固定して、Ｈ_WL／Ｈ_K1＝０．８と
することによって書き込みを、Ｈ_WL／Ｈ_K1＝０．２とす
ることで読み出しを実現でき、任意のデータの読み出し
及び書き込み動作を、データ転送線の電流を２値の電流
源を用い、データ選択線の電流も２値の電流源を用いる
ことで実現できる。よって、データ転送線及びデータ選
択線の回路構成が簡単になる。

【０１４９】（第２実施形態）本実施形態では、第１実
施形態で説明したメモリセルを用いてメモリマトリクス
を形成し、読み取り及び書き込み動作を行う回路構成に
ついて説明する。

【０１５０】図１２は、本発明の第２実施形態に係わる
メモリマトリクスを含む回路構成を示す図である。な
お、図９と同一の部分には、同一符号を付し、その詳し
い説明は省略する。

【０１５１】図１２において、４本のデータ転送線１０
（１０_S ，１０_US）と４つのデータ選択線２２（２
２_S ，２２_US）の各交点にメモリセル２３（２３_S ，２
３_US）が一つずつ形成されている。また、４本のデータ
転送線１０とデータ選択線２２_Dの各交点にダミーメモ
リセル２３_D が少なくとも１つ形成されている。

【０１５２】ここで、データ選択線２２_S は、選択され
たデータ選択線２２を示し、データ選択線２２_S に接続
されたメモリセル２３_S に対して選択的にデータの書き
込み及び読み出しを行う。一方、データ選択線２２
_USは、選択されていないデータ選択線２２を示してい
る。データ選択線２２_USに接続されたメモリセル２３_US
に対しては、誤書き込みや誤読み出し、及びデータ破壊
を防ぐよう回路構成及びタイミング調整をする必要があ
る。

【０１５３】データ選択線２２の一端は、それぞれトラ
ンジスタ３３（３３_S ，３３_US）のソース・ドレイン電
極の一端に接続されている。トランジスタ３３のゲート
電極は電圧ノードＷ（Ｗ１〜Ｗ４）に接続されている。
電圧ノードＷは、いわゆるアドレスデコーダに接続さ
れ、選択されたデータ選択線２２_S に電流を排他選択的
に供給する。このアドレスデコーダについては、ＤＲＡ
ＭやＳＲＡＭで周知の回路を用いればよい。また、デー
タ選択線２２の他端は、例えば、０Ｖとなっている電圧
供給ノードに接続されている。

【０１５４】さらに、トランジスタ３３のソース・ドレ
イン電極の他端は、電流供給ノード２２_N に接続されて
いる。さらに、電流供給ノード２２_N はトランジスタ３
１のソースドレイン電極の一端に接続され、トランジス
タ３１のソースドレインの他端は、例えば正の電位を供
給する電圧ノードＶ_H に接続されている。電圧ノードＶ
_H は、メモリセル書き込みに十分なデータ選択線電流を
与えるためのものであり、供給する電圧は例えば電源電
圧Ｖ_DDと等しいか、その１〜３倍程度とする。

【０１５５】また電流供給ノード２２_N は、トランジス
タ３２のソースドレイン電極の一端に接続され、トラン
ジスタ３２のソースドレインの他端は、正の電圧を供給
する電圧ノードＶ_L に接続されている。電圧ノードＶ_L
は、メモリセル読み出しに十分なデータ選択線電流を与
えるためのものであり、供給される電圧は例えば０Ｖか
ら電源電圧Ｖ_DDまでの電圧とする。

【０１５６】トランジスタ３１とトランジスタ３２はｐ
型ＭＩＳＦＥＴであることが、電流供給ノード２２_N を
充電する際に、電流供給ノード２２_N が電圧ノードＶ_H
や電圧ノードＶ_L からのしきい値による電圧低下する問
題がないため望ましい。

【０１５７】また、データ転送線１０の一端には、直列
に接続されたメモリセル２３_S ，２３_US及びダミーメモ
リセル２３_D を介して、電圧Ｖ_plate を供給する電圧源
Ｖ_{pl ate} に接続されている。さらに、データ転送線１０
の他端は、差動センスアンプ３６（３６_S ，３６_US）に
接続されている。なお、差動センスアンプ３６には、デ
ータ転送線１０に対してそれぞれ対となるデータ転送線
３５（３５_S ，３５_US）が接続されている。

【０１５８】そして、差動センスアンプ３６_US、及びデ
ータ転送線１０_US，３５_USは、差動センスアンプ３
６_S 、及びデータ転送線１０_S ，３５_S に対して並列接
続され、差動センスアンプ３６_S 、及びデータ転送線１
０_S ，３５_S と同様に動作させることができるし、選択
したデータ転送線１０_S ，３５_S のみを動作させること
も可能である。

【０１５９】図１２に示した回路構成では、４本のデー
タ転送線１０にそれぞれ４つのメモリセル２３が接続さ
れ、４ｘ４のメモリセル構成となっている。また、それ
ぞれのデータ転送線１０には、ダミーメモリセル２３_D
が接続されている。もちろん、データ転送線１０、及び
データ選択線１０に接続するメモリセル２３の数は４つ
ではなく複数であればよく、２ⁿ 個（ｎは正の整数）で
あることがアドレスデコードをする上で望ましい。

【０１６０】図１３は、図１２の１つの対となるデータ
転送線１０_S ，３５_S 及び差動センスアンプ３６_S につ
いて詳しく示した回路図である。なお、図１３におい
て、図１２と同一な部分には同一符号を付し、その詳細
な説明を省略する。

【０１６１】また、図１３において、選択されていない
データ転送線１０_US，３５_USと差動センスアンプ３６_US
は、データ転送線１０_S ，３５_S 及び差動センスアンプ
３６_S と同様に並列に形成すればよいので、図１３では
簡単のため省略する。

【０１６２】差動センスアンプ３６は、ｐ型ＭＩＳＦＥ
Ｔ４０（４０_S ，４０_US）とｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１（４
１_S ，４１_US）とから構成されている。ｎ型ＭＩＳＦＥ
Ｔ４１_USのソースドレイン電極の一端はデータ転送線１
０_S に接続され、他端は電圧ノードＳＡＮに接続されて
いる。また、ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_USのゲート電極はデ
ータ転送線３５_S に接続されている。

【０１６３】さらに、ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S のソース
ドレイン電極の一端は、データ転送線３５_S に接続さ
れ、他端は電圧ノードＳＡＮに接続されている。また、
ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S のゲート電極はデータ転送線１
０_S に接続されている。これらｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S
及び４１_USで、いわゆる交差結合型アンプとなってい
る。

【０１６４】さらに、ｐ型ＭＩＳＦＥＴ４０_USのソース
ドレイン電極の一端は、データ転送線１０_S に接続さ
れ、他端は電圧ノードＳＡＰに接続されている。また、
ｐ型ＭＩＳＦＥＴ４０_USのゲート電極はデータ転送線３
５_S に接続されている。これらｐ型ＭＩＳＦＥＴ４
０_S ，４０_USで、データ転送線１０_S ，３５_S に対す
る、いわゆる交差結合型アンプとなっている。

【０１６５】ＭＩＳＦＥＴ４２_USのソースドレイン電極
の一端は、データ転送線１０_S に接続され、他端は外部
データ入出力端子Ｉ／Ｏ１に接続されている。ＭＩＳＦ
ＥＴ４２_S のソースドレイン電極の一端は、データ転送
線３５_S に接続され、他端は外部データ入出力端子Ｉ／
Ｏ２に接続されている。

【０１６６】ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_USのゲート電極
は電圧ノードＹＬに接続されている。これらＭＩＳＦＥ
Ｔ４２，４２_USは、外部データ入出力端子Ｉ／Ｏ１，Ｉ
／Ｏ２とデータ転送線１０_S ，３５_S との接続／非接続
を電圧ノードＹＬの電圧を変化することで制御すること
ができる。

【０１６７】さらに、ＭＩＳＦＥＴ４３のソースドレイ
ン電極の一端は、データ転送線１０_S に接続され、他端
はデータ転送線３５_S に接続されている。ＭＩＳＦＥＴ
４３のゲート電極は、電圧ノードＥＱに接続されてい
る。電圧ノードＥＱの電圧を変化させることによって、
データ転送線１０_S ，３５_S の電位を等しくし、データ
転送線１０_S とデータ転送線３５_S との電圧非平衡を小
さくする。

【０１６８】ＭＩＳＦＥＴ４３及び電圧ノードＥＱは、
例えば、データ転送線１０_S ，３５_S が充分低インピー
ダンスで電圧Ｖ_plate を供給する電源に接続され、その
データ転送線の電圧非平衡が問題とならなければ省略す
ることができる。

【０１６９】本実施形態では、メモリセル２３_S ，２３
_USが、センスアンプ回路及び電圧電源Ｖ_plate に直列に
トランジスタを介することなしに接続されている。よっ
て、直列に接続するトランジスタのチャネル抵抗による
電圧低下による読み出し信号余裕の縮小を防ぐことがで
きる。また、読み出し時に読み出しプローブ電流はＩ／
Ｏ１，Ｉ／Ｏ２に流れ、センスアンプ部トランジスタ４
０_S ，４０_US，４１_S、４１_USには、ほとんど流れな
い。このため、センスアンプのトランジスタでは、読み
出し電流を流すことによる電圧低下が生じず、センスア
ンプ内の電圧低下による読み出し信号余裕の縮小を防ぐ
ことができる。

【０１７０】ここで、ダミーメモリセル２３_D は、その
データ選択線２２_D を選択状態から非選択状態にした場
合に、｛（データ“１”であるメモリセル２３の抵抗
値）−（データ“０”であるメモリセル２３の抵抗
値）｝の値以下の抵抗変化量を有するようにしたメモリ
セルである。

【０１７１】そして、その抵抗変化量は、｛（データ
“１”であるメモリセル２３の抵抗値）−（データ
“０”であるメモリセル２３の抵抗値）｝の半分に、
｛（選択メモリセル２３_S の“０”状態の抵抗値）−
（非選択メモリセル２３_USの“０”状態の抵抗値）｝を
加えたものであることが望ましい。

【０１７２】このようなダミーメモリセル２３_D を形成
するには、例えば、図１４に示すように、データ転送線
１０の長手方向に沿った方向のメモリセル２３のデータ
記憶領域の長さをｚとした場合、ダミーメモリセル２３
_D の長さをｚ／２にして形成すればよい。図１４（ａ）
は、メモリセル及びダミーメモリセルの構成を示す平面
図、図１４（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、
図１４（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’部の断面図であ
る。

【０１７３】ここで、メモリセル２３及びダミーメモリ
セル２３_D に対する、それぞれのデータ選択線２２及び
２２_D に流す電流を等しくすれば、データ選択時の
“１”及び“０”の状態変化に対応する抵抗変化量は、
ダミーメモリセル２３_D では、メモリセル２３の半分と
なり、望ましい値となる。

【０１７４】また、ここでは、比較のため、メモリセル
２３とダミーメモリセル２３_D とがデータ転送線１０に
縦続して形成されている例を示している。

【０１７５】また、図１５に示すように、メモリセル２
３上のデータ選択線２２の幅とダミーメモリセル２３_D
上のデータ選択線２２_D との幅を同じにし、ダミーメモ
リセル２３_D の記憶領域の長さをメモリセル２３の半分
に縮小した形にすることも可能である。このような構成
であると、データ選択線２２，２２_D に電流を供給した
際、データ選択線２２とデータ選択線２２_D によって、
それぞれ形成される磁場が等しくなる電流密度がほぼ同
じになり、データ選択線２２_D の信頼性上望ましい形を
形成できる。

【０１７６】なお、図１５（ａ）は、メモリセル及びダ
ミーメモリセルの構成を示す平面図、図１５（ｂ）は同
図（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、図１５（ｃ）は同図
（ａ）のＢ−Ｂ’部の断面図である。

【０１７７】さらに、図１６に、ダミーメモリセルの他
の構成例を示す。図１６（ａ）は、メモリセル及びダミ
ーメモリセルの構成を示す平面図、図１６（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、図１６（ｃ）は同図
（ａ）のＢ−Ｂ’部の断面図である。

【０１７８】データ転送線１０の長手方向に垂直な方向
に余裕がある場合には、メモリセル２３の幅ｋの２倍の
幅（２ｋ）を持つメモリセルを形成してダミーメモリセ
ル２３_D としてもよい。

【０１７９】このダミーメモリセル２３_D においても、
メモリセル２３及びダミーメモリセル２３_D で、それぞ
れのデータ選択線２２及び２２_D に流す電流を等しくす
れば、データ選択時の“１”及び“０”の状態変化に対
応する抵抗変化量は、ダミーメモリセル２３_D ではメモ
リセル２３の半分となり、望ましい値となる。

【０１８０】本実施形態のダミーメモリセルでは、メモ
リセル２３と同じ材料及び構成でダミーメモリセル２３
_D を作成することができる。そこで、差動センスアンプ
とダミーメモリセルを用いて、メモリセル抵抗の温度変
化や、強磁性体膜１１、非磁性体膜１２や軟磁性体膜１
３の膜厚方向のばらつきや組成ばらつきよる磁化曲線の
変化の影響を補償することができ、より安定なメモリ読
み出し動作を実現できる。

【０１８１】さらに、ダミーメモリセル２３_D について
は、データ選択線２２_D に読み出し選択電流を流した場
合には、通常のメモリセル２３で“１”のデータ状態で
読み出しを行った場合と同じ磁化状態となるように、予
め、ダミーメモリセル２３_Dの強磁性体膜１１の磁化を
決めてあるとする。これには、例えば、後述する“１”
データの書き込み動作をダミーメモリセル２３_D につい
て行えばよい。

【０１８２】もちろん、ダミーメモリセルについては、
ダミーメモリセル２３_D 上のデータ選択線２２_D に読み
出し選択電流を流した際に、｛（メモリセル２３の
“１”の抵抗）−（メモリセル２３の“０”の抵抗）｝
の値以下の抵抗変化量を有するようにしたメモリセルで
あれば、メモリセル２３と同一材料及び構造で形成しな
くてもよい。

【０１８３】次に、図１３に対応する、本メモリセル２
３に対する書き込み動作を、図１７のタイミングチャー
トを用いて説明する。なお、以下で、トランジスタのｏ
ｎ状態とは、トランジスタのしきい値よりも大きな電圧
をゲート電極に加えて、ＭＩＳＦＥＴのソース電極とド
レイン電極が導通状態になっていることを示し、トラン
ジスタのｏｆｆ状態とは、トランジスタのしきい値より
も小さな電圧をゲート電極に加えて、ＭＩＳＦＥＴのソ
ース電極とドレイン電極が遮断状態になっていることを
示す。

【０１８４】なお、しきい値としては、ソース電極とド
レイン電極との間に流れる電流が、例えば４０ｎＡ×
（チャネル幅）／（ゲート長さ）となる値になった時の
ゲート電圧とする。

【０１８５】また、本実施形態では、通常のＣＭＯＳロ
ジック回路の構成が簡単なため、しきい値が正であるト
ランジスタを例として用いて説明する。もちろん、しき
い値が負のトランジスタを用いても、ゲート電圧の可変
範囲にしきい値が含まれるようにすればよいことは自明
である。

【０１８６】先ず、例えば、トランジスタ（ｐ型ＭＩＳ
ＦＥＴ）３１のゲート電位Φw をＶ_DDから０Ｖとするこ
とによって、トランジスタ３１をｏｎ状態とし、電流供
給ノード２２_N の電位Ｖ_WLをＶ_H に充電する。電流供給
ノード２２_N は、複数のトランジスタ３３_US及び３３_D
のソースドレイン電極の一端が並列に接続されているた
め、容量が大きくなり、大きな充電電流を必要とする。
そこで、電流供給ノード２２_N をあらかじめＶ_H に充電
しておくことによって、電流供給ノード２２_Nを充電し
ない場合に比較して、トランジスタ３３がｏｎ状態へ遷
移する時に、充電電流分、書き込み時のデータ選択線２
２の電流の減少を防ぐことができる。

【０１８７】一方、データ転送線側では、書き込みデー
タとして、外部データ入出力端子Ｉ／Ｏ１及びＩ／Ｏ２
に電位を与え、データ転送線１０に書き込みデータに対
応した電流を流すシーケンスを行う。書き込みデータが
“０”状態を実線で、“１”状態を破線で示している。

【０１８８】まず、電圧ノードＥＱをＶ_DDから０Ｖにす
ることによって、データ転送線１０_S 及び３５_S の電位
Ｖ₁₀，Ｖ₃₅を同電位に保つためのトランジスタ４３をｏ
ｆｆにし、データ転送線１０_S から、対となるデータ転
送線３５_S への電流の流入及び流出を防止し、書き込み
電流の誤流出を防止する。この電圧ノードＥＱの電圧遷
移は、ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_USがｏｎ状態となる電
圧ノードＹＬの遷移に先立って行われる。

【０１８９】書き込み時に０ＶまたはＶ_DDの電圧をとる
データ転送線１０_S ，３５_S から、電圧ノードＳＡＮへ
の電流の流入及び流出の寄生効果が生じると、書き込み
電流が変化したり、消費電力が増えてしまう。この寄生
効果を防ぐため、ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S 、３１_USで形
成された交差結合型アンプの電圧ノードＳＡＮの電圧を
｛（Ｉ／Ｏ１及びＩ／Ｏ２に与えるデータ電位の最大
値）−（ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S 、４１_USのしきい
値）｝以上にし、データ転送線１０_S 、３５_S の電位Ｖ
₁₀，Ｖ₃₅に依らず、交差結合型アンプをｏｆｆ状態にす
る。

【０１９０】本タイミングチャートでは、電圧ノードＳ
ＡＮの電圧をＶ_DDとしている。また、電圧ノードＳＡＰ
についても同様の寄生効果が生じるため、ｐ型ＭＩＳＦ
ＥＴ４０_S 、４０_USで形成された交差結合型アンプの制
御端子である電圧ノードＳＡＰの電圧を｛（Ｉ／Ｏ１及
びＩ／Ｏ２に与えるデータ電位の最小値）＋（ｐ型ＭＩ
ＳＦＥＴ４１_S 、４１_USのしきい値）｝以下にし、デー
タ転送線１０_S 、３５_S の電位Ｖ₁₀，Ｖ₃₅に依らず、交
差結合型アンプをｏｆｆ状態にする。

【０１９１】本タイミングチャートでは、電圧ノードＳ
ＡＰの電圧を０Ｖとしている。これら電圧ノードＳＡ
Ｎ，ＳＡＰの電圧遷移は、電圧ノードＥＱの電圧遷移
後、ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_USがｏｎ状態となる電圧
ノードＹＬの電圧遷移までに行われる。

【０１９２】次いで、Ｉ／Ｏ１に書き込みデータ“０”
または“１”に対応するデータ電位を与え、Ｉ／Ｏ２に
書き込みデータの反転データ“１”または“０”に対応
するデータ電位を与える。これら、Ｉ／Ｏ１及びＩ／Ｏ
２は低インピーダンスの電源、例えば０ＶやＶ_DDと接続
されていることが書き込み電流安定及びノイズ低減のた
めには望ましい。

【０１９３】次いで、例えば、電圧ノードＹＬを０Ｖか
らＶ_DDにすることによってＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_US
をｏｎにする。ここで、Ｖ_plate とＩ／Ｏ１の電位差に
よって、データ転送線１０_S に書き込みデータに対応し
た電流を流す。

【０１９４】第１実施形態で説明したように、本メモリ
セルでは、データ書き込み時においてデータ転送線１０
_S に流れる書き込み電流の方向を変化させることによっ
て、データの書き換えを行う。電流の方向を変化させる
には、Ｖ_plate はＩ／Ｏ１のデータ電位の範囲にある必
要があり、Ｖ_DD／２が“０”、“１”の書き込み電流を
等しくし電流及び磁場の余裕を広げるのに望ましい。ま
た、Ｉ／Ｏ１及びＩ／Ｏ２のデータ電位は、電圧ノード
ＹＬの立ち上がりまでに決定していればよい。

【０１９５】次いで、ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_USがｏ
ｎ状態になった後で、例えば、選択したデータ選択線が
接続された電圧ノードＷ２を０ＶからＶ_DDとすることに
よってトランジスタ４３_S をｏｎにする。これにより、
データを書き込むメモリセルの接続されたデータ選択線
２２_S に書き込み電流Ｉ_WLを選択的に流し、書き込みを
行う。

【０１９６】書き込み時のデータ転送線１０及びデータ
選択線２２の電流としては、例えば、図１１（ａ）に示
したハッチング範囲のＨ_WL及びＨ_BLを生じる電流を用い
れば、強磁性体膜１１の磁化の方向を書き込み電流方向
に従って変化させることができる。例えば、図１１
（ａ）の磁性体の組み合わせでは、磁場Ｈ_BLとして、デ
ータ“１”の場合には０．２Ｈ_K1となる磁場を形成する
ようＩ／Ｏ１の電圧を制御し、データ“０”の場合には
−０．２Ｈ_K1となる磁場を形成するようＩ／Ｏ１の電圧
を制御する。さらに、データ選択線２２_S の書き込み電
流Ｉ_W としては、磁場Ｈ_WLとして、データ選択線２２_S
に０．８Ｈ_K1の磁場が生じるようにし、非選択データ選
択線２２_USには、ほぼゼロ磁場が加わるようにすればよ
い。

【０１９７】また、トランジスタ３３_S をｏｎにする場
合、非選択データ選択線２２_US及びダミーメモリセル２
３_D に接続されたデータ選択線２２_D に接続されたトラ
ンジスタ３３_US及び３３_D の電圧ノードＷ１，Ｗ３〜Ｗ
８，ＷD1及びＷD2は０Ｖとし、ｏｆｆ状態にするのが消
費電力を減少させる上で望ましい。

【０１９８】次いで、トランジスタ３３_S またはトラン
ジスタ３１をｏｆｆ状態にし、データ選択線２２_S の書
き込み電流を遮断する。次いで、ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，
４２_USをｏｆｆ状態にし、データ転送線１０_S に供給さ
れる電流を遮断する。データ選択線２２_S への電流を先
に遮断し、データ転送線１０_S に書き込みデータに対応
した電流を流すことによって、軟磁性体膜１３の磁化の
方向を安定して強磁性体膜１１の方向に揃えることがで
きる。

【０１９９】次いで、データ転送線１０の電位Ｖ₁₀を一
定に保ち、次の読み出し操作を高速に行うために、デー
タ転送線１０，３５の電圧Ｖ₁₀，Ｖ₃₅をＶ_plate にす
る。これには、センスアンプ制御の電圧ノードＳＡＮ、
並びに電圧ノードＳＡＰの電圧をＶ_plate に戻す。さら
に、電圧ノードＥＱの電圧を０ＶからＶ_DDにして、デー
タ転送線１０と３５の電位Ｖ₁₀，Ｖ₃₅を等しくし、平衡
状態にする。

【０２００】この書き込みシーケンスにおいて、選択さ
れていないデータ選択線２２_USに接続されたメモリセル
２３_USでは、データ選択線によって生じる磁場Ｈ_WLが軟
磁性体膜１３の抗磁力以下となるため、誤って軟磁性体
膜１３及び強磁性体膜１１にデータが書き込みされるこ
とがなく、選択したメモリセル２３_S のみに選択的に書
き込みを行うことができる。

【０２０１】次に、図１３に示した回路のメモリセル２
３の読み出し動作を、図１８のタイミングチャートを用
いて説明する。

【０２０２】まず、例えば、ｐ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S の
ゲート電位Φ_r をＶ_DDから０Ｖとすることによって、ｐ
型ＭＩＳＦＥＴ４１をｏｎ状態とし、電圧ノード２２_N
をＶ_L に充電する。

【０２０３】図１３のように、電圧ノード２２_N は複数
のトランジスタ３３_US及び３３_D のソースドレイン電極
の一方が並列に接続されるため、容量が大きくなり、大
きな充電電流を必要とする。そこで、電圧ノード２２_N
をあらかじめＶ_L に充電しておくことによって、電圧ノ
ード２２_N を充電しない場合に比較して、トランジスタ
３３のｏｎ状態への遷移で前記充電電流分、読み出し時
のデータ選択線の電流の減少を防ぐことができる。

【０２０４】一方、データ転送線については、Ｉ／Ｏ１
及びＩ／Ｏ２を同電位、例えば０Ｖを与えることによっ
て、データ転送線１０_S 及びデータ転送線３５_S に等し
い読み出しセンス用電流を流すシーケンスを行う。

【０２０５】本タイミングチャートでは、“０”状態を
実線で、“１”状態を破線で示している。まず、Ｉ／Ｏ
１及びＩ／Ｏ２を低インピーダンスの電源、例えば０Ｖ
と接続し同電位を与える。この電位としては、書き込み
に用いた“０”状態の電位や“１”状態の電位と等しく
すればよい。

【０２０６】次いで、例えば、入力ＹＬを０ＶからＶ_DD
とすることによってＭＩＳＦＥＴ４２_S 及び４２_USをｏ
ｎにする。ここで、Ｖ_plate とＩ／Ｏ１の電位差、及
び、Ｖ_plate とＩ／Ｏ２の電位差によって、データ転送
線１０_S 及びデータ転送線３５_S に等しい電流を流す。
この際、データ選択線には電流を流していないので、Ｉ
／Ｏ１及びＩ／Ｏ２の電位を書き込みに用いた“０”状
態の電位や“１”状態の電位と等しくすれば、書き込み
の場合の非選択データ選択線に接続されたメモリセルと
同様に、強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１３の磁化情報
の破壊による誤書き込み及び誤読み出しは生じない。

【０２０７】次いで、例えば、電圧ノードＷ２及びＷＤ
２を０ＶからＶ_DDとすることによってトランジスタ３３
_S 及び３３_D をｏｎにする。ここで、電圧ノードＷ２は
読み出しを行うメモリセル２３_S に接続されたデータ選
択線２２_S を選択するためのトランジスタ入力である。
また、電圧ノードＷＤ２は、データ転送線３５_S に接続
されたダミーメモリセル２３_D を選択するためのトラン
ジスタ入力であり、読み出すメモリセル２３_S に接続さ
れたデータ転送線１０_S と、選択するダミーメモリセル
２３_D に接続されたデータ転送線３５_S は対となって、
差動センスアンプ３６の入力となっている。

【０２０８】ここで、読み出しセンス時のデータ転送線
１０及びデータ選択線２２の電流としては、例えば、図
１１（ｂ）に示したハッチング範囲のＨ_WL及びＨ_BLを生
じる電流を用いれば、軟磁性体膜１３の磁化の方向を読
み出し時のＨ_BLの方向に従って変化させることができ、
抵抗変化出力を得ることができる。

【０２０９】例えば、図１１（ｂ）の磁性体の組み合わ
せでは、Ｈ_BLとして、０．２Ｈ_K1となる磁場を形成する
ようＩ／Ｏ１及びＩ／Ｏ２の電圧を制御する。さらに、
選択したメモリセル２３_S のデータ選択線２２_S の読み
出し電流Ｉ_r 及び、ゲート入力がＷＤ２であるトランジ
スタと接続されたダミーメモリセル２３_D の読み出し電
流としては、Ｈ_WLとして、選択データ選択線２２_S に
０．２Ｈ_K1〜０．３Ｈ_K1の磁場が生じるように制御す
る。さらに、非選択データ選択線２２_USには、メモリセ
ルにＨ_WL方向にほぼゼロ磁場が加わるように制御する。

【０２１０】ここで、選択したメモリセル２３_S の
“１”及び“０”状態に対する抵抗値変化が、非選択の
メモリセル２３_USの“０”及び“１”状態の抵抗値変化
よりも充分大きいものとする。また、選択したメモリセ
ル２３_S の“０”に対応する抵抗値をＲ_sel 、“１”状
態に対応する抵抗値をＲ_sel ＋ΔＲ_sel とし、非選択の
メモリセル２３_USの抵抗値をＲ_unsel とし、ダミーメモ
リセル２３_D の“０”に対応する抵抗値をＲ_dummy 、
“１”状態に対応する抵抗値をＲ_dummy ＋ΔＲ_dummyと
し、ＭＩＳＦＥＴ４２_S ，４２_USのｏｎ時のチャネル抵
抗をＲ_chとする。

【０２１１】この条件で、データ転送線１０_S の電流Ｉ
_r は、ＭＩＳＦＥＴ４２をｏｎした直後で、メモリセル
２３_S が“０”の状態で、 Ｖ_plate ／（Ｒ_sel ＋３^* Ｒ_unsel ＋Ｒ_dummy ＋
Ｒ_ch）、 “１”の状態で、 Ｖ_plate ／（Ｒ_sel ＋ΔＲ_sel ＋３^* Ｒ_unsel ＋Ｒ
_dummy ＋Ｒ_ch） となる。

【０２１２】一方、データ転送線３５_S の電流は、トラ
ンジスタ３２をｏｎした直後で、 Ｖ_plate ／（４^* Ｒ_unsel ＋ΔＲ_dummy ＋Ｒ_dummy ＋Ｒ
_ch） となる。そこで、 ΔＲ_dummy ＝（Ｒ_sel −Ｒ_unsel ）＋ΔＲ_sel ／２ となるようにすれば、データ転送線３５_S の電流とデー
タ転送線１０_S の電流の大小によって、メモリセル２３
_S の“０”及び“１”を判別できる。

【０２１３】従って、電圧ノードＥＱをＶ_DDから０Ｖに
変化した後、データ転送線１０_S ，３５_S のセンスアン
プ端の電圧降下量が、データ転送線に流れる電流が異な
るため、メモリセル２３のデータ状態によって、データ
転送線１０_S とデータ転送線３５_S との間で異なる結果
が得られる。

【０２１４】次いで、例えば、データ転送線１０_S 及び
データ転送線３５_S のセンスアンプ端の電圧差が２００
ｍＶ以上となった時に、電圧ノードＳＡＮを０Ｖとする
ことによって、ｎ型ＭＩＳＦＥＴ４１_S 及び４１_USで形
成された交差結合型アンプを動作させる。ここで、メモ
リセル２３_S が“０”状態の場合には、データ転送線１
０_S のセンスアンプ端の電位Ｖ₁₀が０Ｖまで低下し、メ
モリセル２３が“１”状態の場合には、データ転送線３
５_S のセンスアンプ端の電位Ｖ₃₅が０Ｖまで低下する。

【０２１５】この後、電圧ノードＹＬを一度Ｖ_DDから０
Ｖとし、Ｉ／Ｏ１、２とデータ転送線１０_S ，３５_S と
を切り離す。次いで、ｐ型ＭＩＳＦＥＴ４０_S 及び４０
_USで形成された交差結合型アンプを動作させる。ここ
で、メモリセル２３_S が“１”状態の場合には、データ
転送線１０のセンスアンプ端の電位Ｖ₁₀がＶ_DDまで上昇
する。これによって、メモリセル２３_S のデータ転送線
１０の電流方向を反転させ、磁場Ｈ_BLを反転させる。メ
モリセル２３_S のデータが“１”の場合には、読み出し
電流によって、メモリセル２３_S の強磁性体膜１１と軟
磁性体膜１３の磁化が、データ保持状態の平行に近い状
態から反平行に近い状態にスイッチしている。

【０２１６】しかし、このＨ_BL反転によって、軟磁性体
膜１３の磁化を強磁性体膜１１の磁化の方向に戻し、メ
モリセル２３_S をデータ保持状態に戻すことができる。
本タイミングチャートではｒｅｓｔｏｒｅと書いた範囲
がこれに該当する。

【０２１７】また、メモリセル２３_S が“０”状態の場
合には、データ転送線３５_S のセンスアンプ端の電圧Ｖ
₃₅がＶ_DDまで上昇する。これによって、ダミーメモリセ
ル２３_D のデータ転送線１０_S の電流方向を反転させ、
磁場Ｈ_BLを反転させる。

【０２１８】メモリセル２３_S のデータが“０”の場合
には、読み出し電流によって、ダミーメモリセル２３_D
の強磁性体膜１１と軟磁性体膜１３の磁化が、データ保
持状態の平行に近い状態から反平行に近い状態にスイッ
チしている。

【０２１９】しかし、このＨ_BL反転によって、軟磁性体
膜１３の磁化を強磁性体膜１１の磁化の方向に戻し、ダ
ミーメモリセル２３_D を初期状態に戻すことができる。
本タイミングチャートでは、ｒｅｓｔｏｒｅと書いた範
囲がこれに該当する。

【０２２０】次いで、Ｉ／Ｏ１，２を、低インピーダン
ス電源と切り離し、あらかじめ等しい電圧、例えば０Ｖ
に充電して、例えば浮遊状態にして高インピーダンス状
態とする。その後、入力ＹＬを再度０ＶからＶ_DDに上
げ、データ転送線１０_S ，３５_S とＩ／Ｏ１，２とを接
続する。これによって、読み出したデータをＩ／Ｏ１，
２に出力する。Ｉ／Ｏ１，２を高インピーダンス状態に
するのにＩ／Ｏ１，２に生じるノイズ及び負荷容量によ
って誤ってデータ反転が起こらず、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴ４
０に充分駆動力がある場合は、電圧ノードＹＬを一度０
Ｖに下げ再びＶ_DDに上げるシーケンスを省略することが
できる。次いで、入力ＹＬをＶ_DDから０Ｖとし、Ｉ／Ｏ
１，２とデータ転送線１０_S ，３５_S とを切り離す。

【０２２１】次いで、データ転送線の電位を一定に保
ち、次の読み出し操作を高速に行うために、データ転送
線１０_S ，３５_S の電位Ｖ₁₀，Ｖ₃₅をＶ_plate にする。
これには、センスアンプ制御入力ＳＡＮ及びＳＡＰの電
圧をＶ_plate に戻す。さらに、電圧ノードＥＱの電圧を
０ＶからＶ_DDとして、データ転送線１０_S ，３５_S の電
位Ｖ₁₀，Ｖ₃₅を等しくし、平衡状態にする。

【０２２２】この読み出しシーケンスにおいて、データ
転送線１０_S ，３５_S の電流の絶対値は、書き込みシー
ケンスにおける値と等しい。よって、この読み出しシー
ケンスにおいて、選択されていないデータ選択線に接続
されたメモリセルでは、データ選択線が生じるＨ_BLが軟
磁性体膜１３の抗磁力以下となるため、誤って軟磁性体
膜１３及び強磁性体膜１１に書き込みされることがな
く、選択したメモリセル２３_S のみに読み出しを行うこ
とができる。

【０２２３】本実施形態の回路構成では、読み出し及び
書き込みに対して、データ転送線の電流として“０”、
“１”に対応した２値のみで読み出し及び書き込みを行
うことができる。そのため、よりデータ転送線の周辺回
路が簡単となる。さらに、メモリセルが、センスアンプ
回路及びＶ_plate を有する電圧ノードに直列にトランジ
スタを介することなしに接続されている。よって、直列
に接続するトランジスタのチャネル抵抗ばらつきによる
読み出し信号余裕の縮小を防ぐことができる。

【０２２４】また、本実施形態のダミーメモリセル構成
では、メモリセル２３と同じ材料及び構造でダミーメモ
リセル２３_D を作成することができる。そこで、差動セ
ンスアンプとダミーメモリセルを用いて、メモリセル抵
抗の温度変化や読み出し電流による変化、及び、強磁性
体膜１１、非磁性導電膜１２や軟磁性体膜１３の膜厚方
向のバラツキによる磁化曲線の変化の影響を補償するこ
とができ、より安定なメモリ読み出し動作を実現でき
る。

【０２２５】（第３実施形態）図１９は、本発明の第３
実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を示す図である。
図１９（ａ）は図１（ａ）の平面図のＡ−Ａ’部に対応
する断面図で、図１９（ｂ）はＢ−Ｂ’部に対応する断
面図である。なお、図１９において、図１と同一な部分
には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【０２２６】本実施形態の特徴は、図１における強磁性
体膜１１，非磁性導電膜１２及び軟磁性体膜１３からな
る磁気記憶部をグラニュラー薄膜５２で置き換えたこと
である。なお、５１は絶縁膜である。

【０２２７】図１９（ｃ）にグラニュラー薄膜５２の構
造を示す。例えばＣｕやＡｇ等の非磁性体からなる非磁
性体母相５２₁ に、例えばＣｏ等の磁性材料からなる直
径０．１μｍ以下の強磁性粒子５２₂ と、強磁性粒子５
２₂ より保磁力が小さく、例えば直径０．１μｍ以下の
ＮｉやＦｅの軟磁性粒子５２₃ とを、例えばそれぞれ、
１０から５０％体積分率で分散させた構造となってい
る。そして、強磁性粒子５２₂ と軟磁性粒子５２₃ の磁
化ベクトルの配列変化に対して抵抗変化が生ずる。

【０２２８】例えば、強磁性粒子５２₂ を非磁性体母相
５２₁ 中に分散させた例として、ＣｕにＣｏを分散させ
た膜では、１０ｋＯｅの磁場印加で５％以上の抵抗の減
少があることが知られている（三谷誠司、高梨弘毅、藤
森啓安、固体物理Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．４、ｐ．２３８
（１９９７））。

【０２２９】さらに、非磁性体母相５２₁ として、Ａｌ
₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ、ＨｆＯ₂ などの非磁性絶縁
体母相を用いてもよく、例えば、酸化アルミニウムにＣ
ｏを分散させたＣｏ₅₂Ａｌ₂₀Ｏ₂₈膜では、１０ｋＯｅの
磁場印加で８％以上の抵抗の減少があることが知られて
いる（三谷誠司、高梨弘毅、藤森啓安、固体物理Ｖｏ
ｌ．３２、Ｎｏ．４、ｐ．２３５（１９９７））。

【０２３０】ここでグラニュラー薄膜５２の抵抗値及び
抵抗変化量は、強磁性粒子５２₂ と軟磁性粒子５２₃ と
の配置間隔によって決まる。従って、第１実施形態の非
磁性体膜１２の膜厚をキャリアの平均自由行程、つまり
典型的には室温で１０ｎｍ以下にする必要があったのに
対し、グラニュラー薄膜５２の膜厚は、例えば、１０ｎ
ｍ程度でもよい。このため、より抵抗値の製膜条件のば
らつきを抑えることができる。

【０２３１】さらに、非磁性体母相５２₁ として、Ａｌ
₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ、ＨｆＯ₂ などの非磁性絶縁
体を用いた場合には、メモリセルのデータ転送線方向の
抵抗を、非磁性体母相を用いた場合よりも大きくするこ
とができ、チャネル抵抗が金属よりも大きなＭＩＳＦＥ
Ｔを読み出し書き込み回路に用いる場合には、インピー
ダンス整合上都合がよい。

【０２３２】また、図２０に本実施形態の変形例を示
す。図２０（ａ）は図１（ａ）の平面図のＡ−Ａ’部に
対応する断面図で、図２０（ｂ）はＢ−Ｂ’部に対応す
る断面図、図２０（ｃ）はグラニュラー薄膜の構成を示
す図である。なお、図２０において、図１９と同一な部
分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【０２３３】本変形例では、基本的には先に示したもの
と同じであるが、グラニュラー薄膜５２を軟磁性膜５５
で挟んだ構造を有する。

【０２３４】また、グラニュラー薄膜５２は、図２０
（ｃ）に示すように、例えばＣｕやＡｇからなる非磁性
体母相５２₁ 中に例えばＣｏ，Ｎｉ又はＦｅ等の磁性材
料からなる直径０．１μｍ以下の強磁性粒子５２₂ を、
例えば１０から５０％体積分率で分散させた構造となっ
ている。そして、グラニュラー薄膜５２を、強磁性粒子
５２₂ の保磁力より小さい軟磁性膜５５で挟んでいる。

【０２３５】グラニュラー薄膜５２の磁化の方向と軟軟
磁性膜５５との磁化の方向変化によって、グラニュラー
薄膜５２と軟磁性膜５５との界面において磁化の方向に
依存した散乱またはトンネル現象が生じ、抵抗変化が生
ずる。

【０２３６】もちろん、本変形例も、非磁性体母相５２
₁ として、Ａｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ、ＨｆＯ₂ な
どの非磁性絶縁体母相を用いてもよい。本変形例では、
強磁性粒子と軟磁性膜５５との間隔によって、抵抗値及
び抵抗変化量が決まるので、グラニュラー薄膜５２を極
端に薄くする必要がない。よって、グラニュラー薄膜５
２を例えば１０ｎｍ以上に厚く成膜することによって、
より抵抗値のばらつきを抑えることができる。もちろ
ん、本変形例で、グラニュラー薄膜５２として、軟磁性
体となる粒子を分離させた構造とし、軟磁性膜５５の代
わりに強磁性体膜を用いた構造でもよい。また、軟磁性
膜５５の片側のみを形成した構造を用いることが可能で
ある。

【０２３７】（第４実施形態）図２１は、本発明の第４
実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を示す図である。
図２１（ａ）は平面図、図２１（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ’部の断面図、図２１（ｃ）は同図（ａ）のＢ−
Ｂ’部の断面図、図２１（ｄ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’
部の断面図を示す。なお、図１と同一なものには同一符
号を付し、その説明を省略する。

【０２３８】絶縁基体６１上にデータ選択線２２が形成
されている。データ選択線２２の表面及び側部に、それ
ぞれ表面絶縁膜６３及び側壁絶縁膜６４が形成されてい
る。そして、側壁絶縁膜６４の間の絶縁基体６１上に側
壁間導電膜６５が形成されている。表面絶縁膜６３，側
壁絶縁膜６４及び側壁間導電膜６５の表面は同一平面に
形成されている。また、絶縁基体６１上、且つ側壁間導
電膜の間に層間絶縁膜７０が形成されている。

【０２３９】表面絶縁膜６３，側壁絶縁膜６４及び側壁
間導電膜６５上に、バリアメタル６６，強磁性体膜１１
及び非磁性導電膜１２及び軟磁性体膜１３が順次積層さ
れている。

【０２４０】本実施形態では、側壁間導電膜６５がデー
タ選択線２２と自己整合的に形成されている点、及びデ
ータ選択線２２の上にデータ転送線１０が形成されてい
る点が第１実施形態と異なっている。

【０２４１】バリアメタル６６は、例えば厚さ１〜１０
０ｎｍのＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＷ等からなり、下
部構造からの不純物汚染を防ぎ、側壁間導電膜６５及び
表面絶縁膜６３と、強磁性体膜１１との密着性を向上さ
せ、強磁性体膜１１を堆積する場合の下地平坦性を向上
させる役割がある。

【０２４２】また、側壁間導電膜６５は、例えば厚さ５
０〜１０００ｎｍでＷ，Ａｌ，ＡｌＣｕ又はＣｕから形
成され、データ転送線１０のメモリセル同士の接続領域
の寄生抵抗を削減する役割があり、軟磁性体膜１３のパ
ターンと自己整合的に形成されている。また、層間導電
膜６５はバリアメタル６６と接触している。

【０２４３】また、表面絶縁膜６３及び側壁絶縁膜６４
は、例えば５〜１００ｎｍの厚さからなるシリコン酸化
膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜からなり、デー
タ選択線２２とデータ転送線１０との電気的分離を行っ
ている。

【０２４４】これらデータ転送線１０とデータ選択線２
２は直交する方向に形成され、互いに直交する方向に磁
場を形成する。また、絶縁基体６１は、例えばシリコン
酸化膜、シリコン窒化膜、またはアルミナからなる絶縁
膜で構成されている。

【０２４５】次に、図２２〜２５の工程断面図を用い
て、図２１の磁気記憶装置の製造工程を説明する。図２
２〜２５の工程断面図において、それぞれ（ａ）〜
（ｄ）に示す部位は、図２１の（ａ）〜（ｄ）に示す部
位に対応している。

【０２４６】先ず、図２２に示すように，あらかじめＣ
ＭＰ法を用いて平坦にした絶縁基体６１上に、例えば、
厚さ５０〜１０００ｎｍのＷ、Ａｌ、ＡｌＣｕからなる
導電膜，厚さ５〜２００ｎｍのシリコン酸化膜又はシリ
コン窒化膜からなる絶縁膜を順次全面に堆積する。さら
に、リソグラフィと異方性エッチングによって、導電膜
及び絶縁膜を選択的にパターンニングして取り除き、デ
ータ選択線２２及び表面絶縁膜６３を形成する。

【０２４７】次いで、例えば、厚さ１〜２００ｎｍのシ
リコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる絶縁膜を全面
に堆積する。この絶縁膜の厚さは、データ選択線２２の
配置間隔の１／２以下とする。そして、図２３に示すよ
うに、例えば異方性エッチングによって絶縁膜を垂直方
向にエッチングし、データ選択線２２の切り立った側壁
に絶縁膜を選択的に残し、側壁絶縁膜６４を形成する。
ここで、側壁絶縁膜６４の材質は、絶縁基体６１の材質
と異なっていることが、データ選択線２２の側壁に選択
的に側壁絶縁膜６４を形成するのに望ましい。

【０２４８】次いで、図２４に示すように、全面に例え
ば厚さ５０〜２０００ｎｍのＷ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ
からなる導電膜を全面堆積した後、例えばＣＭＰ法によ
り表面絶縁膜６３の表面に現れる程度に前記導電膜を研
磨エッチングして平坦化し、側壁絶縁膜６４に囲まれた
領域に側壁間導電膜６５を形成する。このＣＭＰ工程
は、平滑化レジストを全面塗布した後エッチングする、
いわゆるエッチバックプロセスで代替してもよい。

【０２４９】次いで、図２５に示すように、例えば厚さ
１〜１００ｎｍのＴａＮやＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＷからな
るバリアメタル６６、厚さ５００〜０．５ｎｍのＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎやそれらの合金ＮｉＦｅやＣｏ
Ｆｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＰｔ、及びこれらの積層膜か
らなる強磁性体膜１１、及び１０〜０．５ｎｍの厚さの
Ｃｕ、ＡｇＣｕやＴａＮからなる非磁性体の非磁性導電
膜１２、厚さ５００〜０．５ｎｍのＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＮｂＺｒ、Ｆｅ
ＴａＮまたは、ＣｏＺｒＮｂ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなど
の積層膜からなる軟磁性体膜１３を全面に順次堆積す
る。

【０２５０】さらに、レジスト７１を全面に塗布した
後、リソグラフィ技術を用いてレジスト７１をパターニ
ングし、エッチングまたはイオンミリングによって軟磁
性体膜１３，非磁性導電膜１２，強磁性体膜１１，バリ
アメタル６６及び側壁間導電膜６５をエッチングする。
このようにして軟磁性体膜１３，非磁性導電膜１２，強
磁性体膜１１，バリアメタル６６からなる各データ転送
線１０に対して電気的に接続された側壁間導電膜６５を
自己整合的に形成することができる。この後、例えばレ
ジスト７１は灰化させて取り除く。

【０２５１】そしてさらに、厚さ５０〜１０００ｎｍの
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる絶縁膜を全
面に堆積し、例えば、エッチバックによって絶縁膜を側
壁絶縁膜６４と側壁間導電膜６５に囲まれた溝内にのみ
残すことによって層間絶縁膜７０を形成し図２１に示し
た形状を形成する。

【０２５２】本実施形態では、データ選択線２２が形成
される絶縁基体６１をあらかじめ平坦にすることができ
る。よって、データ転送線２２の厚さや粒径、配向を第
１実施形態に比べて均一にすることが容易となる。この
ため、よりエレクトロ・マイグレーションによる断線が
起きにくいデータ選択線２２を形成することができ、デ
ータ選択線２２に流せる電流密度を大きくすることがで
きる。

【０２５３】さらに、データ選択線２２の成膜温度を強
磁性体膜１１，非磁性導電膜１２及び軟磁性体膜１３が
劣化する温度よりも上昇させることができる。例えば、
強磁性体膜１１としてＮｉＦｅ、非磁性導電膜１２とし
てＣｕを用いた場合には、２５０℃以上の温度にする
と、ＮｉＦｅとＣｕとの界面拡散のため抵抗変化率が劣
化する問題が生じる。

【０２５４】このため、強磁性体膜１１，非磁性導電膜
１２及び軟磁性体膜１３からなる磁気記憶部１６を形成
した後のプロセスは、２５０℃以下の低温で構成する必
要があり、磁気記憶部１６の形成後にデータ選択線２２
の形成を行う構成では、データ転送線１０とデータ選択
線２２間の絶縁膜として、例えば、２５０℃以上の成膜
温度を必要とするプラズマＳｉＮ膜、ＴＥＯＳ分解を用
いたプラズマＳｉＯ₂膜、常圧ＣＶＤで形成したＳｉＯ
₂ 絶縁膜のように、電気絶縁特性が良い膜を形成するの
は困難であった。

【０２５５】さらに、データ選択線２２も高温で堆積す
ることができないため、４００℃以上の基板温度を必要
とするＣＶＤ法を用いてＡｌやＷ膜を形成することが困
難であった。そのため、室温から１００℃程度の基板温
度でデータ転送線１０を形成すると、粒界成長が起きに
くく粒界が多く信頼性が低く電気抵抗が高い膜が形成さ
れてしまう問題点があった。

【０２５６】しかし、本実施形態の構造及び製造法を用
いれば、例えば、４００℃以上の温度でデータ選択線２
２を形成した後に、データ転送線１０を形成することが
できるので、上記のデータ転送線１０の耐熱性の問題を
解決することができ、表面絶縁膜６３として、よりエッ
チング加工性や電気的絶縁特性の良い膜を使用できる。
また、データ選択線２２を加工する際のエッチングダメ
ージが磁気記憶部１６に入らないため、より信頼性の高
い磁気メモリセルを形成することができる。

【０２５７】さらに、本実施形態では、リソグラフィを
要する工程は、データ選択線２２を形成する工程とデー
タ転送線１０を形成する工程の２工程であり、第１実施
形態と比べて、リソグラフィ工程を減らすことができ
る。また、データ転送線１０の抵抗を下げる側壁間導電
膜６５が自己整合的に形成されるので、データ転送線２
２と側壁間導電膜６５との合わせずれによるメモリセル
領域のデータ転送線１０の形成する磁場の不均一性を防
ぐことができる。ここで、より抵抗変化を均一にでき、
よりメモリセルの特性のばらつきを小さくできる。

【０２５８】さらに、図２６に本実施形態の変形例の構
造を示す。図２６（ａ）は平面図、図２６（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、図２６（ｃ）は（ａ）の
Ｂ−Ｂ’部の断面図、図２６（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’
部の断面図である。なお、図１及び図２１と同一の部分
には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。

【０２５９】本変形例の特徴は、先に示した表面絶縁膜
及び側壁絶縁膜が一体化され、絶縁基体６１及びデータ
選択線２２を覆うように層間絶縁膜８１が形成されてい
ることである。

【０２６０】この構造は、例えば次のように形成すれば
よい。予めＣＭＰ法によって平坦にした絶縁基体６１上
に、例えば厚さ５０〜１０００ｎｍのＷ、Ａｌ、ＡｌＣ
ｕからなる導電膜を全面に堆積した後、パターニングを
行いデータ選択線２２を形成する。さらに、例えば、デ
ータ選択線２２の配置間隔の１／２以下の厚さ、例えば
厚さ５〜２００ｎｍのシリコン酸化膜またはシリコン窒
化膜を等方的な成膜手法を用いて全面に堆積して層間絶
縁膜８１を形成し、図２７に示した形状を得る。後の工
程は、図２４，２５を用いて説明した製造工程と一致す
るので省略する。

【０２６１】本変形例では、表面絶縁膜６３と側壁絶縁
膜６４の厚さをそれぞれ任意に選択することはできない
が、表面絶縁膜６３を形成する際の微細な異方性エッチ
ングが不要である。よって、異方性エッチングを行うこ
とが困難な、例えばアルミナやＭｇＯなどを用いること
ができ、工程も簡単となる。また、データ転送線１０の
エッチングの際に、表面絶縁膜６３と側壁絶縁膜６４の
境界からエッチングガスが侵入し、側壁絶縁膜６４をデ
ータ選択線２２がエッチングされてしまう問題を防ぐこ
とができる。

【０２６２】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。上記実施形態では、層間絶縁膜，表
面絶縁膜及び側壁絶縁膜等の絶縁膜の形成法としては、
熱酸化による酸化膜形成法、３０ｋｅＶ程度の低加速エ
ネルギーで酸素を注入した酸化膜を形成してもよいし、
絶縁膜を堆積する方法で形成してもよいし、シリコン窒
化膜を堆積する方法、これらを組み合わせてもよい。

【０２６３】また、素子分離膜や絶縁膜形成法自身は、
磁性膜や金属膜を絶縁膜に変換するこれら以外の方法、
例えば酸化イオンを堆積した磁性膜に注入する方法や、
堆積した磁性膜を酸化する方法を用いてもかまわない。

【０２６４】また、もちろん、絶縁膜としては、レジス
ト、Ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓやシリコン窒化膜、そ
の他チタン酸化膜、タンタル酸化膜、レジスト、または
Ａｌ₂ Ｏ₃ 、有機常誘電体膜の単層膜またはそれらの複
合膜を用いることもできる。

【０２６５】また、強磁性体膜１１、強磁性粒子５
２₂ 、及び軟磁性体膜１３、軟磁性粒子５２₃ の材料
は、希薄磁性半導体であるＨｇＭｎＴｅやＣｄＭｎＳ
ｅ、ＩｎＭｎＡｓ、ＧａＭｎＡｓ、やペロブスカイト型
強磁性体ＬａＣａＭｎＯやＬａＳｒＭｎＯやスピネルフ
ェライトＦｅＯ、ＭｎＦｅＯ、ＣｏＦｅＯ、ＮｉＦｅ
Ｏ、ＰｔＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂでもよい。また、この
場合非磁性導電膜１２、非磁性体母相５２₁ としては、
例えば、ｎ型またはｐ型にドープしたＨｇＣｄＴｅ、Ｉ
ｎＧａＡｓ、ＳｒＴｉＯ、ＭｇＯを用いることが可能で
ある。また、強磁性体膜１１及び軟磁性体膜１３の上下
関係は入れ替えても構わない。

【０２６６】第２実施形態において、スイッチ素子とし
てｎ型ＭＩＳＦＥＴ又はｐ型ＭＩＳＦＥＴを用いたが、
これらは、ゲート入力を反転すれば、ｐ型とｎ型とを入
れ替えてもよい。また、ｎ型ＭＩＳＦＥＴでなく、例え
ばｎｐｎバイポーラトランジスタでもよいし、ｐｎｐバ
イポーラトランジスタでもよい。バイポーラトランジス
タを用いた場合には、ドレイン電極の代わりにコレクタ
電極、ソース電極の代わりにエミッタ電極、ゲート電極
の代わりにベース電極を用い、ｏｎ状態にするのに、例
えばベース−エミッタ電極間にｎｐｎトランジスタで正
にｐｎ接合の順方向電圧、例えばＳｉでは０．６Ｖ以
上、ｐｎｐトランジスタで負に順方向電圧以上に印加
し、ｏｆｆ状態にするにはベース電極を０Ｖとすればよ
い。

【０２６７】その他、本発明は、その要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することが可能である。

【０２６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
ータの書き込み動作時及び読み込み動作時におけるデー
タ選択線に流れる電流の方向を一定にしてデータ選択線
の回路が簡易化されると共に、メモリセルの高集積化を
図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を示
す図。

【図２】データ転送線の抵抗Ｒ_BLの磁場Ｈ_BLに対する依
存性を示す特性図。

【図３】図２の状態Ａ〜Ｄに対応した強磁性体膜及び軟
磁性体膜の磁化状態を示す図。

【図４】図２の状態Ａ〜Ｄに対応した強磁性体膜及び軟
磁性体膜の磁化状態を示す図。

【図５】磁化困難方向に磁場Ｈ_WLを加えた場合の、強磁
性体薄膜の磁化と磁場Ｈ_BL依存性を示す特性図。

【図６】磁場Ｈ_WLをパラメータとした、データ転送線の
抵抗Ｒ_BLの磁場Ｈ_BLに対する依存性を示す特性図。

【図７】図６の状態Ａ’及びＢ’並びに状態Ａ及びＢに
対応する強磁性体膜及び軟磁性体膜の磁化状態を示す特
性図。

【図８】磁場Ｈ_WLが０又は正の磁場である場合のデータ
転送線の抵抗Ｒ_BLの磁場Ｈ_BLに対する依存性を示す特性
図。

【図９】第１実施形態に係わるメモリマトリクスの構成
を示す図。

【図１０】従来技術の読み出し動作時及び書き出し動作
時の磁場Ｈ_BLと磁場Ｈ_WLに対する制限領域を示す図。

【図１１】本実施形態の読み出し動作時及び書き出し動
作時の磁場Ｈ_BLと磁場Ｈ_WLに対する制限領域を示す図。

【図１２】第２実施形態に係わるメモリマトリクスを含
む回路構成を示す図。

【図１３】図１２の回路構成の一部を詳細に示した図。

【図１４】ダミーセルの構成を示す図。

【図１５】ダミーセルの構成を示す図。

【図１６】ダミーセルの構成を示す図。

【図１７】書き込み動作を説明するためのタイミングチ
ャートを示す図。

【図１８】読み込み動作を説明するためのタイミングチ
ャートを示す図。

【図１９】第３実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を
示す図。

【図２０】第３実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を
示す図。

【図２１】第４実施形態に係わる磁気記憶装置の構成を
示す図。

【図２２】図２１の磁気記憶装置の製造工程を示す図。

【図２３】図２１の磁気記憶装置の製造工程を示す図。

【図２４】図２１の磁気記憶装置の製造工程を示す図。

【図２５】図２１の磁気記憶装置の製造工程を示す図。

【図２６】図２１の磁気記憶装置の変形例を示す図。

【図２７】図２６の磁気記憶装置の製造工程を示す図。

【図２８】従来技術の磁気記憶装置の構成を示す図。

【図２９】データ転送線の抵抗Ｒ_BLのデータ選択線の電
流Ｉ_WL依存性を示す特性図。

【図３０】強磁性体膜の磁化状態を示す図。

【図３１】従来の磁気記憶装置の構成を示す図。

【図３２】図３１の磁気記憶装置を用いたマトリクスの
構成を示す図。

【符号の説明】

１０…データ転送線 １０_s …選択されたデータ転送線 １１…強磁性体膜 １２…非磁性導電膜 １３…軟磁性体膜 １４…バリアメタル層 １５…金属導電層 １６…磁気記憶部 ２０…スイッチ素子 ２０…トランジスタ ２１…層間絶縁膜 ２２…データ選択線 ２２_S …選択されたデータ選択線 ２２_US…選択されていないデータ選択線 ２２_D …ダミーメモリセル用のデータ選択線 ２２_N …電流供給ノード ２３…メモリセル ２３_S …選択されたメモリセル ２３_US…選択されていないメモリセル ２３_D …ダミーメモリセル ２４_N …ノード ３１…トランジスタ ３２…トランジスタ ３３…トランジスタ ３５…データ転送線 ３６…差動センスアンプ ４０…ｐ型ＭＩＳＦＥＴ ４１…ｎ型ＭＩＳＦＥＴ ４２…ＭＩＳＦＥＴ ４３…トランジスタ ５１…絶縁膜 ５２…グラニュラー薄膜 ５２₁ …非磁性体母相 ５２₂ …強磁性粒子 ５２₃ …軟磁性粒子 ５５…軟磁性膜 ６１…絶縁基体 ６３…表面絶縁膜 ６４…側壁絶縁膜 ６５…側壁間導電膜 ６６…導電膜 ７０…層間絶縁膜 ７１…レジスト ８１…層間絶縁膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の磁性体と、第１の磁性体より保磁力
   が小さい第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁性体
   との間に介在して形成された非磁性体とを含むデータ転
   送線と、 前記データ転送線に対して交差配置されたデータ選択線
   とを具備し、 第１の磁性体と第２の磁性体との配置間隔は、前記非磁
   性体中の電気伝導を担うキャリアの平均自由行程より短
   く、 第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁性体の磁化容
   易方向は、それぞれ前記データ選択線の長手方向に本質
   的に平行又は反平行であることを特徴とする磁気記憶装
   置。
2. 【請求項２】第１の磁性体と、第１の磁性体より保磁力
   が小さい第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁性体
   との間に介在して形成された非磁性体とを含むデータ転
   送線と、 前記データ転送線に対して交差配置されたデータ選択線
   とを具備し、 第１の磁性体と第２の磁性体との配置間隔は、前記非磁
   性体中の電気伝導を担うキャリアの平均自由行程より短
   く、 第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁性体の磁化容
   易方向は、それぞれ前記データ選択線の長手方向に本質
   的に平行又は反平行であり、 前記データ転送線が行方向に複数本配列形成され、且つ
   前記データ選択線が列方向に複数本配列形成されている
   ことを特徴とする磁気記憶装置。
3. 【請求項３】前記データ転送線の一端が、一定の電圧を
   印加する電圧源に接続されていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の磁気記憶装置。
4. 【請求項４】第１の磁性体と、第１の磁性体より保磁力
   が小さい第２の磁性体と、第１の磁性体と第２の磁性体
   との間に介在して形成された非磁性体とを含むデータ転
   送線と、前記データ転送線に対して交差配列されたデー
   タ選択線とを具備し、前記データ転送線と前記データ選
   択線との交差部の該データ転送線にメモリセルが形成さ
   れた磁気記憶装置の駆動方法であって、 前記メモリセルからのデータの読み出し動作時、第１の
   磁性体の保持力よりも小さく、且つ第２の磁性体の保持
   力よりも大きな磁場を、前記データ選択線に流れる電流
   によって形成される磁場と前記データ転送線に流れる電
   流によって形成される磁場との合成磁場により、前記メ
   モリセルに印加することを特徴とする磁気記憶装置の駆
   動方法。
5. 【請求項５】第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁
   性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選択線の長
   手方向に本質的に平行又は反平行な方向であり、 前記メモリセルへのデータの書き込み動作時、前記デー
   タ選択線に一定方向の電流を供給し、第１の磁性体の保
   持力よりも大きな前記合成磁場を前記メモリセルに印加
   することを特徴とする請求項４に記載の磁気記憶装置の
   駆動方法。
6. 【請求項６】第１の磁性体の磁化容易方向及び第２の磁
   性体の磁化容易方向は、それぞれ前記データ選択線の長
   手方向に本質的に平行又は反平行な方向であり、 前記データ転送線は行方向に複数本配列形成され、且つ
   前記データ選択線は列方向に複数本配列形成され、 前記メモリセルへのデータの書き込み動作時、前記デー
   タ選択線に前記読み出し動作時に供給される電流の方向
   と同一な方向の電流を供給し、第１の磁性体の保持力よ
   りも大きな前記合成磁場を前記メモリセルに印加するこ
   とを特徴とする請求項４に記載の磁気記憶装置の駆動方
   法。