JPH1186528A - Magnetic memory device - Google Patents

Magnetic memory device

Info

Publication number
JPH1186528A
JPH1186528A JP9248159A JP24815997A JPH1186528A JP H1186528 A JPH1186528 A JP H1186528A JP 9248159 A JP9248159 A JP 9248159A JP 24815997 A JP24815997 A JP 24815997A JP H1186528 A JPH1186528 A JP H1186528A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferromagnetic layer
layer
magnetic
ferromagnetic
longitudinal direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP9248159A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuzo Kamiguchi
裕三 上口
Hideaki Fukuzawa
英明 福澤
Akiko Saito
明子 斉藤
Masashi Sahashi
政司 佐橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9248159A priority Critical patent/JPH1186528A/en
Publication of JPH1186528A publication Critical patent/JPH1186528A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic memory device in which sense currents flow in the direction perpendicular to a film plane and the magnetic memory device which is high in sense sensitivity, is simultaneously nonvolatile and makes it possible to obtain effects of a higher SN, higher speed access and higher integration, etc. SOLUTION: This memory device is provided with a memory section laminated and formed with a first ferromagnetic layer 12, a nonmagnetic layer 13 and a second ferromagnetic layer 14 and a third ferromagnetic layer 11 which is a ferromagnetic layer laminated and formed via the first ferromagnetic layer 12 and the nonmagnetic layer 16 and has a longitudinal direction. The device reads the resistance change according to the magneto-resistive effect of the memory section and the third ferromagnetic layer 11 as memory information.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記憶装置に係
り、特に磁気抵抗の変化を利用して情報の記憶を行う磁
気記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic storage device, and more particularly to a magnetic storage device that stores information by using a change in magnetic resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、半導体記憶装置に代表される記憶
装置(メモリ)は、大型コンピュータの主記憶から、パ
ーソナルコンピュータ、家電製品、及び携帯電話等至る
所で利用されている。半導体メモリの種類としては、揮
発性のDRAM(Dynamic RAM)、SRAM(Static RA
M)、不揮発性のMROM(Mask ROM)、Flash EEP
ROM(Electrically Erasable Programmable ROM)等
が市場に出まわっている。特に、DRAMは揮発性メモリで
あるにも関らず、その低コスト性(SRAMに比べてセ
ル面積が1/4)、高速性(Flash EEPROM)の点で優れ
ており、市場の殆どを占めているのが現状である。
2. Description of the Related Art Today, storage devices (memory) typified by semiconductor storage devices are used everywhere from the main memory of large computers to personal computers, home appliances, cellular phones, and the like. Semiconductor memories include volatile DRAM (Dynamic RAM) and SRAM (Static RA).
M), nonvolatile MROM (Mask ROM), Flash EEP
ROM (Electrically Erasable Programmable ROM) and the like are on the market. In particular, although DRAM is a volatile memory, it is excellent in low cost (cell area is 1/4 compared with SRAM) and high speed (Flash EEPROM), and occupies most of the market. That is the current situation.

【0003】書き換え可能で不揮発性のFlash EEPROM
は、電源を切ることが可能だが、書き換え回数(W/E
回数)が10の6乗程度と少なく、又、書き込み時間も
マイクロ秒程度かかるという欠点がある。さらに、書き
込み時に高電圧(12V〜22V)を印可する必要があ
る等の問題から、DRAM程は市場が開けていない。
[0003] Rewritable and nonvolatile Flash EEPROM
Can be turned off, but the number of rewrites (W / E
(The number of times) is as small as about 10 6, and the writing time also takes about a microsecond. Further, the market is not as open as DRAM because of the problem that a high voltage (12 V to 22 V) needs to be applied at the time of writing.

【0004】これに対して、強誘電体キャパシタ(ferr
oelectric capacitor)を用いた不揮発性メモリのFR
AM(Ferroelectric RAM )は、1980年に提案されて以
来、不揮発性であり、書き換え回数が10の12乗と多
く、又、読み出し及び書き込み時間がDRAM程度であり、
3V〜5V動作が可能である等の長所があるため、各記
憶装置メーカが開発を行っている。しかしながら、書き
換え回数が10の12乗では、100nsサイクルタイム
で、1.15日である。従って、書き換え回数が10の
15乗以上でないと、10年以上連続動作が出来ず、DR
AM等のメインメモリとしての利用が出来ないのが現状で
ある。
On the other hand, a ferroelectric capacitor (ferr
FR of non-volatile memory using oelectric capacitor)
AM (Ferroelectric RAM) has been non-volatile since it was proposed in 1980, has a large number of rewrites of 10 to the 12th power, and has a read and write time of about DRAM.
Each storage device maker is developing it because it has advantages such as operation at 3 V to 5 V. However, when the number of rewrites is 10 to the 12th power, the cycle time is 100 ns, which is 1.15 days. Therefore, if the number of rewrites is not 10 15 or more, continuous operation cannot be performed for more than 10 years, and DR
At present, it cannot be used as a main memory such as AM.

【0005】他方で、近年、巨大磁気抵抗効果GMR
(Giant Magneto Resistive)膜等の磁気抵抗(Magnet
o Resistive )効果を利用した不揮発性の記憶装置の開
発がなされている(J. L. Brown et al, IEEE Trans. o
f Components Packaging, andManufacturing Technolog
y-PART A, Vol. 17, No.3, Sep., 1994. や、 Y. Irie
et al., Japanese Journal of Applied Physics Lette
r, Vol.34, pp.L415-417, 1995.や、D. D. Tang et a
l., IEEE InterMAG'95, AP03, 1995 、S.Tehraniet al
,IEDM 96-193 等)。このような巨大磁気抵抗効果を
利用した記憶装置(以下、GMR メモリとする。)
は、非破壊読みだし、高速動作、高放射線耐圧等の長所
に加え、書き換え回数が10の15乗以上とDRAMマーケ
ット、全半導体メモリ、及びHard Disk (HD)等をそ
のまま置き換える可能性がある。
On the other hand, in recent years, giant magnetoresistance GMR
(Giant Magneto Resistive) Magnetic resistance (Magnet
o A non-volatile storage device utilizing the resistive effect has been developed (JL Brown et al, IEEE Trans. o
f Components Packaging, andManufacturing Technolog
y-PART A, Vol. 17, No. 3, Sep., 1994. and Y. Irie
et al., Japanese Journal of Applied Physics Lette
r, Vol. 34, pp. L415-417, 1995., DD Tang et a
l., IEEE InterMAG'95, AP03, 1995, S. Tehraniet al
, IEDM 96-193, etc.). A storage device utilizing such a giant magnetoresistance effect (hereinafter referred to as a GMR memory)
In addition to the advantages of nondestructive reading, high-speed operation, and high radiation withstand voltage, there is a possibility that the number of rewrites is 10 15 or more, and the DRAM market, all semiconductor memories, Hard Disk (HD), and the like are directly replaced.

【0006】図7(a)に従来のGMRメモリのメモリ
セルの平面図を、図7(b)にこの平面図のA−A' 断
面図を示す。図7(a)及び図7(b)に示すように、
GMR膜1 はビット線2,3 に直列接続し、ワード線4 は
GMR膜1 の上層に形成され、ビット線 2,3 が伸びる
方向と直交している。GMR膜1 は、金属人工格子、ナ
ノグラニュラー合金や、図8に示す様な、薄い強磁性層
1a、非磁性導体層1b、及び強磁性層1cの積層膜からな
る。尚、図8は図7(a)に示すGMR膜1 のC−C'断
面を示す。
FIG. 7A is a plan view of a memory cell of a conventional GMR memory, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 7B. As shown in FIGS. 7A and 7B,
The GMR film 1 is connected in series to the bit lines 2 and 3, and the word line 4 is formed on the GMR film 1 and is orthogonal to the direction in which the bit lines 2 and 3 extend. The GMR film 1 is made of a metal artificial lattice, a nano-granular alloy, or a thin ferromagnetic layer as shown in FIG.
1a, a nonmagnetic conductor layer 1b, and a ferromagnetic layer 1c. FIG. 8 shows a cross section taken along the line CC 'of the GMR film 1 shown in FIG.

【0007】次に、GMRメモリの読み出し、書き込み
動作を図8の積層膜を例に説明する。非磁性導体層1bを
上下より挟む強磁性層1a,1cの磁化が、図8に示すよう
に右まわりになっている記憶状態を0 または1とする。
これに対し、左まわりになっている記憶状態はその他方
に対応させる。
Next, the read and write operations of the GMR memory will be described with reference to the laminated film of FIG. 8 as an example. The memory state in which the magnetizations of the ferromagnetic layers 1a and 1c sandwiching the nonmagnetic conductor layer 1b from above and below are clockwise as shown in FIG.
On the other hand, the left-handed storage state corresponds to the other side.

【0008】これらの記憶状態の読み出しは、ビット線
2 、3とワード線4 に同時に図7(a)に示す矢印方向に
電流を流し、これらの合成磁界を生成することにより行
う。つまり、記憶状態が左まわりであれば合成磁界によ
りGMR膜1 の両磁性層1a,1cの磁化の相対角が減少
し、GMR膜の抵抗値は減少する。逆に右まわりであれ
ば、合成磁界を生成しても両磁性層1a,1cの相対角は変
化せず、GMR膜1 の抵抗値は変化しない。このような
抵抗値の変化の有無をビット線2 ,3 にセンス電流を流
すことで記憶状態を判断する。
The reading of these storage states is performed by using a bit line
A current is simultaneously applied to the word lines 2 and 3 and the word line 4 in the direction of the arrow shown in FIG. 7A to generate a combined magnetic field. That is, if the memory state is counterclockwise, the relative angle of the magnetization of the two magnetic layers 1a and 1c of the GMR film 1 decreases due to the combined magnetic field, and the resistance value of the GMR film decreases. On the other hand, if it is clockwise, even if a combined magnetic field is generated, the relative angle between the two magnetic layers 1a and 1c does not change, and the resistance value of the GMR film 1 does not change. The presence or absence of such a change in the resistance value is determined by applying a sense current to the bit lines 2 and 3 to determine the storage state.

【0009】一方、情報の書き込みも図7(a)に示す
ように、ビット線2 ,3 及びワード線4 に同時に電流を
流すことにより発生する合成磁界を利用する。書き込み
時の電流量は読み出し時のそれよりも大きく、GMR膜
1 の強磁性層1a,1cの磁化を反転させることができる程
度とする。このようにして、ワード線4 とビット線2,3
の交点におけるメモリセルのGMR膜1 に選択的に記
憶情報を書き込む。
On the other hand, as shown in FIG. 7 (a), information is written using a combined magnetic field generated by applying currents to the bit lines 2, 3 and the word line 4 at the same time. The amount of current at the time of writing is larger than that at the time of reading, and the GMR film
It is set to such an extent that the magnetization of the ferromagnetic layers 1a and 1c can be reversed. In this way, word line 4 and bit lines 2, 3
The storage information is selectively written into the GMR film 1 of the memory cell at the intersection of.

【0010】このようなGMRメモリは、次に示す問題
によりいまだに実用化されていない。GMR膜1 は金属
膜であるため比抵抗が低く、面抵抗値は10〜30Ω/
□程度であり、略正方形のセルであれば、抵抗値は数1
0Ω程度にしかならず、半導体素子に比べて抵抗値が小
さいからである。このように抵抗値が小さいと、セルの
抵抗値がビット線2 ,3 等の半導体材料の抵抗のばらつ
きにより実質的にみえなくなってしまい、読み出し信号
を抽出するのが難しい。従って、読み出し信号はSN比
が悪く、読み出しに時間がかかる等の問題がある。
[0010] Such a GMR memory has not yet been put into practical use due to the following problems. Since the GMR film 1 is a metal film, the specific resistance is low, and the sheet resistance is 10 to 30 Ω /
□ If the cell is approximately square, the resistance is
This is because the resistance value is only about 0Ω and the resistance value is smaller than that of the semiconductor element. When the resistance value is small as described above, the resistance value of the cell becomes substantially invisible due to variations in the resistance of the semiconductor material such as the bit lines 2 and 3, and it is difficult to extract a read signal. Therefore, there is a problem in that the read signal has a poor SN ratio and takes a long time to read.

【0011】一方で、上述のGMR以外の磁気抵抗効果
を用いた磁気メモリの研究も進められている。例えば、
2 層の強磁性層の間に絶縁体膜を挿入した積層膜により
トンネル接合を形成した強磁性トンネル接合素子、メタ
ルベーストランジスタのベースに磁性体/非磁性体/磁
性体からなる積層膜を挿入した強磁性ホットエレクトロ
ントランジスタ、及び、非磁性層をベース層として用い
て強磁性体層からなるエミッタ及びコレクタを積層して
形成したスピントランジスタ等があげられる。これらの
接合素子及びトランジスタは電流を積層膜の膜面に対し
て垂直方向に流す構造であり、これらの書き込み・読み
出し動作については具体的な手法は考案されていない。
On the other hand, researches on magnetic memories using a magnetoresistance effect other than the above-mentioned GMR are also in progress. For example,
A ferromagnetic tunnel junction device in which a tunnel junction is formed by a laminated film in which an insulator film is inserted between two ferromagnetic layers, and a laminated film consisting of a magnetic material / non-magnetic material / magnetic material is inserted in the base of a metal base transistor. And a spin transistor formed by stacking an emitter and a collector made of a ferromagnetic layer using a nonmagnetic layer as a base layer. These junction elements and transistors have a structure in which current flows in a direction perpendicular to the film surface of the stacked film, and no specific method has been devised for their write / read operations.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のGMRメモリにおいては、非破壊読みだし、高速
動作、高放射線耐圧性、及び10年連続動作が可能であ
る等の長所を備える一方で、得られる出力信号が微弱で
有る為にSN比が低く、読み出しに時間がかかる等の問
題を有する。又、GMR以外の磁気抵抗効果を用いた磁
気メモリは、セル構造は考案されているものの、書き込
み・読み出し動作やセル周辺のビット線、ワード線の構
成について考案されていない。
As described above,
The conventional GMR memory has advantages such as nondestructive reading, high-speed operation, high radiation pressure resistance, and continuous operation for 10 years. On the other hand, since the obtained output signal is weak, the SN ratio is low. It has a problem that it is low and takes a long time to read. In the magnetic memory using the magnetoresistance effect other than the GMR, the cell structure is devised, but the write / read operation and the configuration of the bit lines and word lines around the cell are not devised.

【0013】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、膜面に対して垂直方向にセンス電流が流れる磁気
記憶装置であって、センス感度が高く、同時に、不揮発
性で、高SN比、高速アクセス、高集積化等の効果を得
られる磁気記憶装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a magnetic storage device in which a sense current flows in a direction perpendicular to a film surface. It is an object of the present invention to provide a magnetic storage device that can obtain effects such as an SN ratio, high-speed access, and high integration.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(概要)上記課題を解決するために、本発明の第1は
、第1の強磁性層、第1の非磁性層、及び第2の強磁
性層が積層形成された記憶部と、第2の非磁性層を介し
て第1の強磁性層とが積層形成された、所定方向に長手
方向を備える第3の強磁性層とを備えることを特徴とす
る磁気記憶装置を提供する。
(Summary) In order to solve the above problems, the first of the present invention is
, A storage unit in which a first ferromagnetic layer, a first non-magnetic layer, and a second ferromagnetic layer are stacked, and a first ferromagnetic layer formed through a second non-magnetic layer And a third ferromagnetic layer having a longitudinal direction in a predetermined direction.

【0015】又、上記課題を解決するために、本発明の
第2は、第1の強磁性層、第1の非磁性層、及び第2の
強磁性層が積層形成された記憶部と、第2の非磁性層を
介して第1の強磁性層と積層形成された、所定方向に長
手方向を備える第3の強磁性層と、第1の強磁性層と前
記第3の強磁性層の磁化方向の相対差に基づく第1の強
磁性層と第3の強磁性層間の抵抗変化を読み出す読み出
し手段とを備えることを特徴とする磁気記憶装置を提供
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a storage unit having a first ferromagnetic layer, a first non-magnetic layer, and a second ferromagnetic layer stacked thereon. A third ferromagnetic layer having a longitudinal direction in a predetermined direction and laminated with the first ferromagnetic layer via a second non-magnetic layer; a first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer And a reading means for reading a resistance change between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer based on the relative difference in the magnetization directions of the magnetic storage device.

【0016】さらに又、上記課題を解決するために、本
発明の第3は、第1の強磁性層、第1の非磁性層、及び
第2の強磁性層との積層体からなり、所定方向に長手方
向を有する電流路を構成する複数の記憶部と、所定方向
と略直角方向に長手方向を有する複数のストライプ状の
第3の強磁性層であって、第2の非磁性層を介して第1
の強磁性層と積層形成された第3の強磁性層とを備える
ことを特徴とする磁気記憶装置を提供する。
Further, in order to solve the above-mentioned problem, a third aspect of the present invention is to provide a semiconductor device comprising a laminated body of a first ferromagnetic layer, a first non-magnetic layer, and a second ferromagnetic layer. A plurality of storage portions forming a current path having a longitudinal direction in a direction, and a plurality of stripe-shaped third ferromagnetic layers having a longitudinal direction substantially perpendicular to a predetermined direction, wherein the second nonmagnetic layer is First through
And a third ferromagnetic layer formed by lamination.

【0017】(作用)本発明の第1乃至第3は、磁気記
憶装置に関り、記憶部は第1の強磁性層の磁化方向を記
憶情報として保持し、第3の強磁性層と第1の強磁性層
の磁化方向が平行であるか、又は反平行であるかによっ
て電気的特性が変化する、磁気抵抗効果を利用する。例
えば、両強磁性層の磁化方向が平行の状態と、反平行の
状態を夫々「0」状態または「1」状態として記憶する
ことができる。記憶部と第3の強磁性層との間には、第
2の非磁性層が形成され、その電気的性質を選ぶことで
上記磁気抵抗効果として、強磁性トンネル効果、メタル
ベーストランジスタ効果、スピントランジスタ効果を生
じさせることができる。
(Function) The first to third aspects of the present invention relate to a magnetic storage device, wherein the storage unit holds the magnetization direction of the first ferromagnetic layer as storage information, and The magnetoresistive effect, in which electric characteristics change depending on whether the magnetization direction of one ferromagnetic layer is parallel or antiparallel, is used. For example, a state where the magnetization directions of both ferromagnetic layers are parallel and a state where they are antiparallel can be stored as a “0” state or a “1” state, respectively. A second non-magnetic layer is formed between the storage unit and the third ferromagnetic layer, and by selecting its electrical properties, the above-described magnetoresistance effect includes the ferromagnetic tunnel effect, the metal-base transistor effect, and the spin resistance. A transistor effect can be generated.

【0018】強磁性トンネル効果は、記憶部の第1の強
磁性層が絶縁性の第2の非磁性層(トンネル絶縁層)を
介して第3の強磁性層と積層形成することにより得られ
る。絶縁膜を介した両磁性層間に電圧を印加すると、両
磁性層の磁化方向に依存して電流量が変化するトンネル
電流が流れる。すなわち、強磁性層のフェルミ面での状
態密度はスピン(磁化方向)に依存し、状態密度の大き
いスピンバンド間でのトンネル確立が高く、両強磁性層
の磁化方向が互いに平行の状態が反平行の状態よりもコ
ンダクタンスが大きくなるのである。このコンダクタン
スの差をセンスすることにより読み出しを行う。
The ferromagnetic tunnel effect can be obtained by laminating the first ferromagnetic layer of the storage section with the third ferromagnetic layer via the insulating second nonmagnetic layer (tunnel insulating layer). . When a voltage is applied between both magnetic layers via the insulating film, a tunnel current whose current amount changes depending on the magnetization direction of both magnetic layers flows. That is, the state density on the Fermi surface of the ferromagnetic layer depends on the spin (magnetization direction), the tunnel establishment between spin bands having a large state density is high, and the state where the magnetization directions of both ferromagnetic layers are parallel to each other is opposite. The conductance is larger than in the parallel state. Reading is performed by sensing this difference in conductance.

【0019】又、メタルベーストランジスタ効果は、半
導体からなるコレクタ電極とショットキー接合する第3
の強磁性層が導電性の第2の非磁性層を介して積層形成
された第1の強磁性層と共にベース層を構成することに
より得られる。第3の強磁性層と第1の強磁性層の磁化
方向とが平行であれば、コレクタ電流が増大し、磁化方
向が反平行であれば、コレクタ電流が減少する。このコ
レクタ電流の大小を判断することにより情報の読み出し
を行う。ベース層に接続するエミッタに負電圧(―V
(V>0)を加えて、ベース層にホットエレクトロンを
トンネル注入し、ショットキー障壁を越えてコレクター
に流れ込むホットエレクトロン電流をコレクタ電流Icと
して測定する。ベース層を構成する第3の強磁性層と第
2の強磁性層との磁化方向が平行の状態では、反平行の
状態に比べて約9〜19倍の電子透過率が得られ、コレ
クタ電流はこの透過率の相違に起因して変動し、この変
動を利用して記憶された磁化方向を読み出す。
The metal-base transistor effect can be obtained by a third Schottky junction with a collector electrode made of a semiconductor.
Is formed by forming a base layer together with a first ferromagnetic layer formed by lamination via a conductive second nonmagnetic layer. If the magnetization directions of the third ferromagnetic layer and the first ferromagnetic layer are parallel, the collector current increases, and if the magnetization directions are antiparallel, the collector current decreases. Information is read out by judging the magnitude of the collector current. A negative voltage (-V) is applied to the emitter connected to the base layer.
(V> 0), hot electrons are tunnel-injected into the base layer, and the hot electron current flowing into the collector over the Schottky barrier is measured as the collector current Ic. When the magnetization directions of the third ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer forming the base layer are parallel, about 9 to 19 times the electron transmittance is obtained as compared with the antiparallel state, and the collector current Fluctuates due to this difference in transmittance, and the stored magnetization direction is read out using this fluctuation.

【0020】又、スピントランジスタ効果は、第1の強
磁性層と第3の強磁性層とを導電性の第2の非磁性層を
介して積層形成することにより得られる。非磁性導電層
をベース層とし、これに積層形成された両磁性層をエミ
ッタ及びコレクタとすることでスピントランジスタを構
成できる。両磁性層の磁化方向が平行であれば、コレク
タ電圧が上昇し、ベース層からコレクタ層へ電流が流れ
る。逆に両磁性層の磁化方向が反平行であれば、コレク
タ電圧が減少し、コレクタ層からベース層へ電流が流れ
る。このようなコレクタ電圧の変動或いは電流量の大小
を判断して情報の読み出しを行う。
The spin transistor effect can be obtained by laminating a first ferromagnetic layer and a third ferromagnetic layer via a conductive second non-magnetic layer. A spin transistor can be configured by using a nonmagnetic conductive layer as a base layer and using both magnetic layers laminated thereon as an emitter and a collector. If the magnetization directions of both magnetic layers are parallel, the collector voltage increases, and a current flows from the base layer to the collector layer. Conversely, if the magnetization directions of both magnetic layers are antiparallel, the collector voltage decreases, and current flows from the collector layer to the base layer. Information reading is performed by judging such a change in the collector voltage or the magnitude of the current amount.

【0021】尚、上記本発明の第1及び第2において、
以下の構成を備えることが好ましい。 1) 第3の強磁性層の長手方向の長さを幅方向の長さ
の5倍以上とする。このようにすることで、第3の強磁
性層の反磁界を十分小さくでき、第1の配線の磁化によ
る記憶情報の変動を十分に抑制できる。 2) 第3の強磁性層の磁化方向をその長手方向と略同
一とする。第3の強磁性層の磁化方向が長手方向に対し
て垂直方向に近ずくにつれ、第1の配線の磁化による記
憶情報は破壊されやすく、略平行であればこのような弊
害は抑制できる。尚、記憶部が第3の強磁性層に対して
垂直な長手方向を備える場合、磁化のカーリングが発生
する。従って、このような構造を備える場合には、カー
リングの発生に対応すべく、磁化方向を平行から若干ず
らした方が好ましい。 3)第1の強磁性層の磁化容易軸が第3の強磁性層の長
手方向と略同一方向である。 4)記憶部と積層形成された配線を備える。この配線を
用いて、記憶部への情報の書き込みを行うことも可能で
ある。 4―1)配線は、非磁性層及び磁性層とからなる積層膜
からなる。このような積層膜にすることで、小電流で大
きい電流磁界を生成することができる。 5)記憶部はビット線に接続され、第3の強磁性層はト
ランジスタを介してプレート電位に接続される。プレー
ト電位は固定方式或いは変動方式のいずれも適用可能で
ある。 6)第1の強磁性層と第3の強磁性層とは絶縁性の第2
の非磁性層を介して積層形成されることで強磁性トンネ
ル接合が形成されている。 7)第1の強磁性層と第3の強磁性層とは導電性の第2
の非磁性層と共にベース層を構成し、第3の強磁性層は
第2の非磁性層と接合する面の対向面において半導体層
とショットキー接合している。 8)第1の強磁性層はエミッタ層を構成し、第3の強磁
性層はコレクタ層であり、導電性の第2の非磁性層がベ
ース層を構成している。
In the first and second aspects of the present invention,
It is preferable to have the following configuration. 1) The length of the third ferromagnetic layer in the longitudinal direction is set to 5 times or more the length in the width direction. By doing so, the demagnetizing field of the third ferromagnetic layer can be made sufficiently small, and the fluctuation of the stored information due to the magnetization of the first wiring can be sufficiently suppressed. 2) The magnetization direction of the third ferromagnetic layer is substantially the same as its longitudinal direction. As the magnetization direction of the third ferromagnetic layer approaches the direction perpendicular to the longitudinal direction, the stored information due to the magnetization of the first wiring is easily destroyed. When the storage unit has a longitudinal direction perpendicular to the third ferromagnetic layer, curling of magnetization occurs. Therefore, when such a structure is provided, it is preferable that the magnetization direction be slightly shifted from the parallel direction in order to cope with the occurrence of curling. 3) The easy axis of magnetization of the first ferromagnetic layer is substantially the same as the longitudinal direction of the third ferromagnetic layer. 4) A storage unit and a wiring formed by lamination are provided. It is also possible to write information to the storage unit by using this wiring. 4-1) The wiring is formed of a laminated film including a non-magnetic layer and a magnetic layer. With such a laminated film, a large current magnetic field can be generated with a small current. 5) The storage unit is connected to a bit line, and the third ferromagnetic layer is connected to a plate potential via a transistor. As the plate potential, either a fixed system or a variable system can be applied. 6) The first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer are formed of an insulating second ferromagnetic layer.
The ferromagnetic tunnel junction is formed by laminating through the non-magnetic layer. 7) the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer
And the third ferromagnetic layer is in Schottky junction with the semiconductor layer on the surface opposite to the surface joined to the second nonmagnetic layer. 8) The first ferromagnetic layer constitutes an emitter layer, the third ferromagnetic layer constitutes a collector layer, and the conductive second nonmagnetic layer constitutes a base layer.

【0022】尚、第1の強磁性層を硬質磁性体等の保磁
力の高い磁性体で構成すれば、第2の強磁性層を備える
ことは必ずしも必須ではない。但し、硬質磁性膜を用い
た場合には、この磁化反転を起こさせるほどの大きい書
き込み電流が必要となり、第2の強磁性層を備える構造
よりも消費電力が増大すると考えられる。
If the first ferromagnetic layer is made of a magnetic material having a high coercive force, such as a hard magnetic material, it is not always essential to provide the second ferromagnetic layer. However, when a hard magnetic film is used, a write current large enough to cause the magnetization reversal is required, and it is considered that power consumption is increased as compared with the structure including the second ferromagnetic layer.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第1乃至第3の
実施の形態に関る磁気記憶装置を図面を参照しつつ説明
する。 (第1の実施の形態)第1の実施の形態は、メモリセル
にトンネル接合を有する。図1(a)に示すように、メ
モリセル10はCoFe等からなる第1の強磁性層12、Cu,Au
等の良導電体からなる非磁性層13、及びCoFe等からなる
第2の強磁性層14からなる記憶部と、第1の強磁性層12
の上層に例えば SiO2 ,Al23 等からなる非磁性のト
ンネル絶縁層16を介して積層形成された硬質磁性材料か
らなる第3の強磁性層11とで構成されている。トンネル
接合は第1の強磁性層12、絶縁層16、及び第3の強磁性
層11で構成される。第2の強磁性層14を備えることで、
第1の強磁性層12との間で磁束を還流させることができ
る。尚、図1(a)は図1(b)におけるA ―A’断面
を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, magnetic storage devices according to first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) In a first embodiment, a memory cell has a tunnel junction. As shown in FIG. 1A, a memory cell 10 includes a first ferromagnetic layer 12 made of CoFe or the like, Cu, Au, or the like.
A storage unit including a nonmagnetic layer 13 made of a good conductor such as CoFe and a second ferromagnetic layer 14 made of CoFe or the like;
And a third ferromagnetic layer 11 made of a hard magnetic material laminated on a nonmagnetic tunnel insulating layer 16 made of, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 or the like. The tunnel junction includes a first ferromagnetic layer 12, an insulating layer 16, and a third ferromagnetic layer 11. By providing the second ferromagnetic layer 14,
The magnetic flux can be returned to the first ferromagnetic layer 12. FIG. 1A shows a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 1B.

【0024】このメモリセル10は、例えばSi等の非磁性
体からなる半導体基板15やAl23・TiC等の非磁性体か
らなる基板15の主表面上に順次積層形成される。この
際、必要に応じてメモリセル10と基板15間には、バッフ
ァ層等が挿入される。
The memory cells 10 are sequentially laminated on a main surface of a semiconductor substrate 15 made of a non-magnetic material such as Si or a substrate 15 made of a non-magnetic material such as Al 2 O 3 .TiC. At this time, a buffer layer or the like is inserted between the memory cell 10 and the substrate 15 as necessary.

【0025】図1(b)は、図1(a )の3つのメモリ
セル10i,j 、10i-1,j 、10i-2,j を第3の強磁性層11の
上方からみた平面図である。長手方向を備える第3の強
磁性層11 i, 、11i-1 、11i-2 がy方向にその長手方向
を有するストライプ状に形成されている。尚、ストライ
プ状に形成された複数の第3の強磁性層間には酸化シリ
コン層等の非磁性絶縁層が形成されている。第1の強磁
性層12、非磁性層13、第2の強磁性層14からなる積層体
は、第3の強磁性層とは直交する方向(x方向)に長手
方向を備えB.L.j を構成する。この積層体と第3の強磁
性層11との交点に各メモリセル10が配置されている。
尚、積層体は各B.L.と第3の強磁性層の交点にのみ形成
し、x方向にアレイ状に配置された積層体間は互いに導
電層により接続することでビット線を構成してもよい。
又、非磁性層13は導電性であっても、絶縁性であっても
よい。
FIG. 1B shows the three memory cells 10 i, j , 10 i-1, j and 10 i-2, j of FIG. 1A as viewed from above the third ferromagnetic layer 11. It is a top view. The third ferromagnetic layers 11 i , 11 i-1 and 11 i-2 having a longitudinal direction are formed in a stripe shape having the longitudinal direction in the y direction. Note that a non-magnetic insulating layer such as a silicon oxide layer is formed between the plurality of third ferromagnetic layers formed in a stripe shape. A stacked body including the first ferromagnetic layer 12, the nonmagnetic layer 13, and the second ferromagnetic layer 14 has a longitudinal direction in a direction (x direction) orthogonal to the third ferromagnetic layer to constitute BLj. . Each memory cell 10 is arranged at an intersection of the stacked body and the third ferromagnetic layer 11.
The stacked body may be formed only at the intersection of each BL and the third ferromagnetic layer, and the stacked bodies arranged in an array in the x direction may be connected to each other by a conductive layer to form a bit line. .
Further, the non-magnetic layer 13 may be conductive or insulating.

【0026】第3の強磁性層は上述のように一方向に磁
化が固定されるものであるから、例えば、CoPt等の硬質
磁性材料や、強磁性層とFeMn、IrMn、PtMn、PdMn 等のMn
系の反強磁性層とが反強磁性的に交換結合した積層膜
や、CoZrNb、FeNi等の様な軟質磁性材料からなり、その
長手方向と略同一方向の磁化容易軸を備える軟質磁性層
等があげられる。
Since the magnetization of the third ferromagnetic layer is fixed in one direction as described above, for example, a hard magnetic material such as CoPt, or a ferromagnetic layer such as FeMn, IrMn, PtMn, PdMn, etc. Mn
Laminated film in which the antiferromagnetic layer of the system is antiferromagnetically exchange-coupled, or a soft magnetic layer made of a soft magnetic material such as CoZrNb or FeNi and having an easy axis of magnetization substantially in the same direction as the longitudinal direction. Is raised.

【0027】又、第3の強磁性層はメモリセルに対して
静磁気的な影響を与えないことが記憶情報の変動、書き
込み及び読み出し時のノイズの発生、及び出力の低下等
の弊害を防ぐために好ましい。静磁気的な影響を防ぐ為
に、第3の強磁性層のアスペクト比(長さ/幅)を5以
上とすれば、第3の磁性層の長手方向端から発生する磁
界を小さくとどめることが可能となり、上記弊害を防止
することができる。
The fact that the third ferromagnetic layer does not have a magnetostatic effect on the memory cell prevents adverse effects such as fluctuation of stored information, generation of noise during writing and reading, and reduction of output. It is preferable for If the aspect ratio (length / width) of the third ferromagnetic layer is set to 5 or more in order to prevent magnetostatic effects, the magnetic field generated from the longitudinal end of the third ferromagnetic layer can be kept small. This makes it possible to prevent the above adverse effects.

【0028】これらの記憶状態の読み出しは、第3の強
磁性層11と第1の強磁性層12、との間に電圧を印加し、
流れるトンネル電流の大小を判定することにより行う。
つまり、磁性導電層12の磁化方向が第3の磁性層11と平
行である場合には、磁性導電層12の磁化方向が第3の磁
性層11と反平行である場合に比べ、トンネル接合を流れ
る電流量が増大する。この電流量を第1の強磁性層12の
長手方向端と第3の強磁性層11の長手方向端間の電位差
で読み出すことで記憶状態を判断する。図1(b)では
10i-1,j のセルの記憶情報を第1の配線11i-1 端とj 列
のビット線B.L.j 端で判断している。
To read these stored states, a voltage is applied between the third ferromagnetic layer 11 and the first ferromagnetic layer 12,
This is performed by determining the magnitude of the flowing tunnel current.
That is, when the magnetization direction of the magnetic conductive layer 12 is parallel to the third magnetic layer 11, the tunnel junction is formed more easily than when the magnetization direction of the magnetic conductive layer 12 is antiparallel to the third magnetic layer 11. The amount of current flowing increases. The storage state is determined by reading this amount of current using the potential difference between the longitudinal end of the first ferromagnetic layer 12 and the longitudinal end of the third ferromagnetic layer 11. In FIG. 1 (b)
The storage information of the cell 10 i−1, j is determined by the end of the first wiring 11 i−1 and the end of the j-th bit line BL j .

【0029】一方、情報の書き込みは図1(b)に示す
ように、第1の磁性層12、非磁性層13、及び第2の磁性
層14の少なくともいずれかに電流Iwを、第3の磁性層11
に電流Iw' を同時に流して発生する合成磁界を用いる。
書き込み時の電流量は読み出し時のそれよりも大きく、
第1及び第2の強磁性層12,14の磁化を反転できる程度
とする。このようにして交点のメモリセル10に選択的に
記憶情報を書き込む。
On the other hand, when writing information, as shown in FIG. 1B, the current Iw is applied to at least one of the first magnetic layer 12, the non-magnetic layer 13, and the second magnetic layer 14, and the third Magnetic layer 11
And a combined magnetic field generated by flowing a current Iw 'at the same time.
The amount of current during writing is larger than that during reading,
The magnetization of the first and second ferromagnetic layers 12 and 14 is set to such an extent that the magnetization can be reversed. In this way, the storage information is selectively written in the memory cell 10 at the intersection.

【0030】記憶状態を図1のメモリセル10i-1,j 、10
i,j を例に図2(a)及び図2(b)を用いて説明す
る。図2(a)は図1(b)のB-B'断面を、図2(b)
は図1(b)のC-C'断面を示す。第3の強磁性層11i-1
の磁化方向は紙面左方向に固定されている。第1及び第
2の強磁性層12、14は磁束が還流している。図2(a)
では、第1の強磁性層12の磁化方向は第3の強磁性層11
i-1 の磁化方向と平行であり、この記憶状態を例えば
「0」とすると、図2(b)では、第1の強磁性層12の
磁化方向と第3の強磁性層11iの磁化方向は反平行であ
り、メモリセル10i,j の記憶状態を例えば「1」とする
ことができる。
The storage state is changed to the memory cells 10 i-1, j and 10 shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 2A and 2B using i and j as examples. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
Shows a cross section taken along the line CC ′ of FIG. Third ferromagnetic layer 11 i-1
Is fixed in the left direction of the drawing. The first and second ferromagnetic layers 12 and 14 return a magnetic flux. FIG. 2 (a)
Then, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 12 is
Assuming that the storage state is "0", for example, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 12 and the magnetization direction of the third ferromagnetic layer 11i in FIG. Are antiparallel, and the storage state of the memory cell 10 i, j can be set to, for example, “1”.

【0031】尚、第3の強磁性層11n をワード線、これ
に垂直な長手方向を有する積層体をビット線B.L.m とす
ると、図6(c)に示すように、メモリセル10n,m をビ
ット線方向、ワード線方向にアレイ状に配置した集積化
した記憶装置を構成することができる。
[0031] Incidentally, the third ferromagnetic layer 11 n word lines, if the bit line BL m a laminate having a longitudinal direction perpendicular thereto, as shown in FIG. 6 (c), the memory cell 10 n, An integrated storage device in which m are arranged in an array in the bit line direction and the word line direction can be configured.

【0032】次に、第1の実施の形態の変形例を図3
(a)乃至図3(b)の断面図及び平面図を用いて説明
する。尚、図3(a)は図3(b)のA−A' 断面を示
す。この変形例では、第1の強磁性層12、非磁性層13、
第2の強磁性層14からなる記憶部C は、Al23 等の非
磁性絶縁層16を介して読み出し用ワード線(配線)を構
成する第3の強磁性層11上に積層形成されている。さら
に、記憶部C上にはAl等からなるパッシベーション膜17
を介して非磁性導電層18、及び強磁性層19の積層膜から
なる書き込み用ワード線Write W.L.を構成する配線が図
3(a)の紙面垂直方向(図3(b)のy方向)に伸び
ている。第3の強磁性層は図3(a)の紙面垂直方向に
長手方向(図3(b)y方向)を有し、ストライプ状に
形成されている。尚、同列の記憶部Ci-1,j とCi,j
Cu等の導電層59により電気的に接続され、y方向に延び
るビット線B.L.を構成している。第3の強磁性層11の磁
化方向は長手方向と略同一方向に固定されており、この
方向は図3(a)において紙面表から裏に向う方向(図
3(b)のy方向)である。書き込み用ワード線Write
W.L.は非磁性導電層18、強磁性層19の2層からなり、少
ない消費電流で効率的な書き込み動作が行えるという効
果を有する。
Next, a modification of the first embodiment is shown in FIG.
This will be described with reference to the cross-sectional views and plan views of FIGS. FIG. 3A shows a cross section taken along line AA ′ of FIG. 3B. In this modification, the first ferromagnetic layer 12, the nonmagnetic layer 13,
The storage section C composed of the second ferromagnetic layer 14 is formed on the third ferromagnetic layer 11 constituting a read word line (wiring) via a nonmagnetic insulating layer 16 such as Al 2 O 3. ing. Further, a passivation film 17 made of Al or the like is provided on the storage section C.
The wiring constituting the write word line Write WL composed of a laminated film of the nonmagnetic conductive layer 18 and the ferromagnetic layer 19 is arranged in the direction perpendicular to the plane of FIG. 3A (the y direction in FIG. 3B). It is growing. The third ferromagnetic layer has a longitudinal direction (y direction in FIG. 3B) in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3A and is formed in a stripe shape. The storage units C i-1, j and C i, j in the same column are
A bit line BL electrically connected by a conductive layer 59 of Cu or the like and extending in the y direction is configured. The magnetization direction of the third ferromagnetic layer 11 is fixed to be substantially the same as the longitudinal direction, and this direction is the direction from the front to the back of the drawing in FIG. 3A (the y direction in FIG. 3B). is there. Write word line Write
WL is composed of two layers, a nonmagnetic conductive layer 18 and a ferromagnetic layer 19, and has an effect that an efficient write operation can be performed with a small current consumption.

【0033】この変形例では、上述の第1の実施の形態
と異なり、書き込み用ワード線Write W.L.とビット線B.
L.に同時に電流を流すことにより合成磁界を形成して記
憶部C に記憶情報を書き込む。一方、読み出しはB.L.と
読み出し用ワード線11を用いて第1の実施の形態と同様
にして行う。
In this modification, unlike the first embodiment, the write word line Write WL and the bit line B.
By passing a current through L. at the same time, a combined magnetic field is formed and stored information is written into the storage unit C. On the other hand, reading is performed in the same manner as in the first embodiment using the BL and the reading word line 11.

【0034】このように書き込み用ワード線Write W.L.
と読み出し用ワード線Read W.L. とを別の層とすること
で、書き込み用ワード線の構成を最小電流で書き込める
ように最適化できる、という効果を備える。
As described above, the write word line Write WL
By making the read word line and the read word line Read WL in different layers, the configuration of the write word line can be optimized so that writing can be performed with the minimum current.

【0035】図4(a)はこのような記憶部C の一端に
読み出し選択用のトランジスタTrを接続し、このトラン
ジスタTrを介して記憶部C をプレート電位に接続し、記
憶部C の他端をビット線B.L.に接続した場合の回路図で
ある。読み出し選択用トランジスタTrは読み出し用W.L.
により制御されて、記憶部C をプレートに接続/切断す
る。
FIG. 4 (a) shows a transistor Tr for reading selection connected to one end of the storage section C, the storage section C connected to a plate potential via the transistor Tr, and the other end of the storage section C connected. FIG. 3 is a circuit diagram in a case where is connected to a bit line BL. The read selection transistor Tr is the read WL
To connect / disconnect the storage unit C to / from the plate.

【0036】又、図4(b)は図4(a)の回路部10'
に対応する素子構造の一例を示す断面図である。半導体
基板21の主表面上に素子分離領域22が形成され、この素
子分離領域22により隣接する素子領域間を絶縁された素
子領域にソース・ドレイン拡散層23及びゲート電極Gを
備える読み出し選択用のトランジスタTrが形成されてい
る。このトランジスタを覆う層間絶縁膜25が基板21上に
形成され、この層間絶縁膜25上に一方向に磁化方向が固
定され、長手方向(図4(b)の紙面垂直方向)を有す
る第3の強磁性層11及び記憶部Cが積層形成されてい
る。第3の強磁性層は層間絶縁膜25内に形成されたコン
タクト24を介して読み出し選択用トランジスタのソース
・ドレイン拡散層23の一方と接続される。他方のソース
・ ドレイン拡散層23はプレート電位に接続しており、読
み出し選択用トランジスタをOFF 状態からON状態にする
ことにより第3の強磁性層11をプレートに接続すること
ができる。尚、選択Trは、磁気抵抗効果の抵抗変化率
に応じた数の直列接続する記憶部毎に設けることができ
る。つまり、抵抗変化率がスイッチング動作として読め
る程度に十分に高ければ、選択トランジスタTrは設け
る必要がなく、変化率が低くなるほど、選択Trに接続す
るセルブロック内の記憶部の数は少なくする必要があ
る。
FIG. 4 (b) shows the circuit section 10 'of FIG. 4 (a).
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of an element structure corresponding to FIG. An element isolation region 22 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21, and a source / drain diffusion layer 23 and a gate electrode G are provided in an element region insulated between adjacent element regions by the element isolation region 22. A transistor Tr is formed. An interlayer insulating film 25 covering this transistor is formed on the substrate 21, and a third magnetization direction is fixed on the interlayer insulating film 25 in one direction and has a longitudinal direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4B). The ferromagnetic layer 11 and the storage section C are stacked. The third ferromagnetic layer is connected to one of the source / drain diffusion layers 23 of the readout selection transistor via a contact 24 formed in the interlayer insulating film 25. The other source / drain diffusion layer 23 is connected to the plate potential, and the third ferromagnetic layer 11 can be connected to the plate by turning the read selection transistor from the OFF state to the ON state. Note that the selection Tr can be provided for each of the serially connected storage units corresponding to the resistance change rate of the magnetoresistance effect. That is, if the rate of change in resistance is high enough to be read as a switching operation, the selection transistor Tr does not need to be provided, and the lower the rate of change, the smaller the number of storage units in the cell block connected to the selected Tr. is there.

【0037】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態は、メタルベーストランジスタを備える磁気記憶
装置に関する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention relates to a magnetic storage device having a metal base transistor.

【0038】図5(a)はメモリセル30に書き込み用ワ
ード線Write W.L.、読み出し用ワード線Read W.L. 、ビ
ット線B.L.、及びプレート電位Plate 等が接続された簡
単な回路図を示す。メモリセル30はメタルベーストラン
ジスタからなり、コレクタは読み出し用ワード線Read
W.L. に接続され、エミッタはビット線B.L.に接続され
る。ベース層は読み出し用選択トランジスタTrを介して
プレート電位Plate に接続されている。
FIG. 5A is a simple circuit diagram in which a memory cell 30 is connected to a write word line Write WL, a read word line Read WL, a bit line BL, a plate potential Plate, and the like. The memory cell 30 is composed of a metal base transistor, and the collector is a read word line Read.
WL, and the emitter is connected to bit line BL. The base layer is connected to a plate potential Plate via a read selection transistor Tr.

【0039】図5(b)はメモリセル30を構成するメタ
ルベーストランジスタの断面図である。ベース層B は、
CoPt等からなり、紙面垂直方向に長手方向を有する第3
の強磁性層31、Cu,Au 等からなる非磁性導電層32、CoFe
等からなる第1の強磁性層33からなり、第1の強磁性層
33上にはAl23 ,STO 等の非磁性トンネル絶縁層34を
介して、Cu,Au 等の非磁性導電層35及び第2の強磁性層
36からなるエミッタEが形成されている。第3の強磁性
層31は半導体基板37等からなるコレクタC にショットキ
ー接合している。
FIG. 5B is a sectional view of a metal base transistor constituting the memory cell 30. Base layer B is
Third made of CoPt or the like and having a longitudinal direction perpendicular to the paper surface.
Ferromagnetic layer 31, nonmagnetic conductive layer 32 of Cu, Au, etc., CoFe
And a first ferromagnetic layer 33 composed of
A non-magnetic conductive layer 35 of Cu, Au or the like and a second ferromagnetic layer are formed on the layer 33 via a non-magnetic tunnel insulating layer 34 of Al 2 O 3 , STO or the like.
An emitter E consisting of 36 is formed. The third ferromagnetic layer 31 has a Schottky junction with a collector C composed of a semiconductor substrate 37 and the like.

【0040】記録磁化の読み出しは、エミッタE に負電
圧(―V(V>0)を加えて、ベース層Bにホットエレ
クトロンをトンネル注入し、ショットキー障壁を越えて
コレクターに流れ込むホットエレクトロン電流をコレク
タ電流Icとして測定する。電圧Vがショットキー障壁の
障壁高さを超えるとIcが流れる。ベース層を構成する第
3の強磁性層31と第1の強磁性層33との磁化方向が平行
の状態では、反平行の状態に比べて約9〜19倍の電子
透過率が得られる。コレクタ電流はこの透過率の相違に
起因して変動し、その大小を判断することにより、第1
の強磁性層33に記憶された磁化方向を読み出す。
To read the recorded magnetization, a negative voltage (-V (V> 0) is applied to the emitter E, hot electrons are tunnel-injected into the base layer B, and the hot electron current flowing into the collector over the Schottky barrier is detected. It is measured as a collector current Ic.Ic flows when the voltage V exceeds the barrier height of the Schottky barrier.The magnetization directions of the third ferromagnetic layer 31 and the first ferromagnetic layer 33 constituting the base layer are parallel. In the state (1), the electron transmissivity is about 9 to 19 times as large as that in the antiparallel state.The collector current fluctuates due to the difference in the transmissivity.
The magnetization direction stored in the ferromagnetic layer 33 is read out.

【0041】尚、エミッタを構成する第2の強磁性層36
により、第1の強磁性層33との間で磁束が還流し、良好
な記憶状態をたもつことができる。尚、本実施の形態で
は、コレクタCに接続する読み出し用ワード線Read W.
L. の他にエミッタE 上に非磁性絶縁層を介して書き込
み用ワード線Write W.L.を積層形成した。
The second ferromagnetic layer 36 constituting the emitter
As a result, the magnetic flux returns between the first ferromagnetic layer 33 and a good storage state. In the present embodiment, the read word line Read W.
In addition to L., a write word line Write WL was formed on the emitter E via a non-magnetic insulating layer.

【0042】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施
の形態は、スピントランジスタを備える磁気記憶装置に
関する。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention relates to a magnetic storage device having a spin transistor.

【0043】図6(a)、図6(b)は互いに異なる記
憶状態のスピントランジスタを示す断面図である。第2
の強磁性層41、非磁性層42、第1の強磁性層43の積層体
は記憶部であると共に、エミッタE を構成し、第1の強
磁性層43上にはベース層である非磁性導電層44を介して
第3の強磁性層45からなるコレクタが形成されている。
第3の強磁性層45は図6(a)の紙面垂直方向に長手方
向を有し、この長手方向と略同一の磁化方向を有する。
一方、第1の強磁性層43は、エミッタ及びコレクタに電
流を流すことにより発生する合成磁界により磁化方向が
書き込まれ、書き込まれた磁化方向と第3の強磁性層45
の固定された磁化方向との相対角度により、コレクタ電
流量、コレクタ電圧の高低が決まる。これらの相対差を
判断することで、記憶状態を読み取ることができる。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing spin transistors in different storage states. Second
The stacked body of the ferromagnetic layer 41, the nonmagnetic layer 42, and the first ferromagnetic layer 43 constitutes a storage section and also constitutes an emitter E. On the first ferromagnetic layer 43, a nonmagnetic layer serving as a base layer is formed. A collector including the third ferromagnetic layer 45 is formed via the conductive layer 44.
The third ferromagnetic layer 45 has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the plane of FIG. 6A, and has substantially the same magnetization direction as the longitudinal direction.
On the other hand, in the first ferromagnetic layer 43, the magnetization direction is written by a synthetic magnetic field generated by flowing a current to the emitter and the collector, and the written magnetization direction and the third ferromagnetic layer 45 are written.
The amount of the collector current and the level of the collector voltage are determined by the relative angle with respect to the fixed magnetization direction. By judging these relative differences, the storage state can be read.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、膜面に対して垂直方向
にセンス電流が流れる磁気記憶装置であって、センス感
度が高く、同時に、不揮発性で、高SN比、高速アクセ
ス、高集積化等の効果を得られる磁気記憶装置が得られ
る。
According to the present invention, there is provided a magnetic storage device in which a sense current flows in a direction perpendicular to a film surface, which has a high sense sensitivity, is nonvolatile, has a high SN ratio, has a high speed access, and has a high integration. As a result, a magnetic storage device that can obtain the effect of the structure and the like can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に関る磁気記憶装置
を説明するための、3つのセルにわたる断面図及び平面
図である。
1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view illustrating three cells for explaining a magnetic storage device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施の形態の磁気記憶装置の動作を説明
するための記憶セルの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a storage cell for describing an operation of the magnetic storage device according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態の変形例に関る磁気記憶装置
を説明するための2つのセルにわたる断面図及び平面図
である。
FIGS. 3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view illustrating two cells for describing a magnetic storage device according to a modification of the first embodiment; FIGS.

【図4】第1の実施の形態の変形例に関る磁気記憶装置
のメモリセルを含むその周辺の回路図及び断面図であ
る。
FIGS. 4A and 4B are a circuit diagram and a cross-sectional view of a periphery including a memory cell of a magnetic storage device according to a modification of the first embodiment;

【図5】本発明の第2の実施の形態に関る磁気記憶装置
を説明するためのメモリセルを含むその周辺の回路図及
びメモリセルの断面図である。
5A and 5B are a circuit diagram around a memory cell including a memory cell and a cross-sectional view of the memory cell for explaining a magnetic storage device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態に関る磁気記憶装置
を説明するためのメモリセル断面図、及び本発明の磁気
記憶装置に関るメモリセルが集積された装置の平面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a memory cell for explaining a magnetic storage device according to a third embodiment of the present invention, and a plan view of a device in which memory cells of the magnetic storage device of the present invention are integrated. is there.

【図7】本発明の従来の技術に関る磁気記憶装置のメモ
リセルの平面図及び断面図と、GMR膜のMR変化率を示
す特性図である。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of a memory cell of a magnetic storage device according to the related art of the present invention, and a characteristic diagram showing an MR change rate of a GMR film.

【図8】従来の技術に関るGMR膜の記憶磁化を説明す
るための断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining storage magnetization of a GMR film according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …GMR膜 2,3 …ビット線 4 …ワード線 1a,1C,11,12,14,19,31,33,36,41,43,45 …強磁性層 1b,13,18,32,35,42,44…非磁性層 10,30 …メモリセル 16…トンネル絶縁層 17…パッシベーション膜 21・・・ 半導体基板 22・・・ 素子分離領域 23…ソース・ ドレイン拡散層 24…コンタクト 25…層間絶縁膜 34…絶縁層 37・・・ 半導体基板 59…導電層 C ・・・ 記憶部 G …ゲート 1… GMR film 2,3… bit line 4… word line 1a, 1C, 11,12,14,19,31,33,36,41,43,45… ferromagnetic layer 1b, 13,18,32,35 , 42,44… Nonmagnetic layer 10,30… Memory cell 16… Tunnel insulating layer 17… Passivation film 21… Semiconductor substrate 22… Element isolation region 23… Source / drain diffusion layer 24… Contact 25… Interlayer insulation Film 34: insulating layer 37: semiconductor substrate 59: conductive layer C: storage unit G: gate

フロントページの続き (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内Continued on the front page (72) Inventor Masashi Sahashi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Kawasaki Plant

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の強磁性層、及び第2の強磁性層が第
1の非磁性層を介して積層形成された記憶部と、第2の
非磁性層を介して前記第1の強磁性層と積層形成され
た、所定方向に長手方向を備える第3の強磁性層とを備
えることを特徴とする磁気記憶装置。
A first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer laminated with a first non-magnetic layer interposed therebetween; and a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer laminated via a second non-magnetic layer. A magnetic storage device comprising: a ferromagnetic layer and a third ferromagnetic layer having a longitudinal direction in a predetermined direction and formed in a stacked manner.
【請求項2】第1の強磁性層、及び第2の強磁性層が第
1の非磁性層を介して積層形成された記憶部と、第2の
非磁性層を介して前記第1の強磁性層と積層形成され
た、所定方向に長手方向を備える第3の強磁性層と、前
記第1の強磁性層と前記第3の強磁性層の磁化方向の相
対差に基づく前記第1の強磁性層と前記第3の強磁性層
間の抵抗変化を読み出す読み出し手段とを備えることを
特徴とする磁気記憶装置。
2. A storage section in which a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer are formed via a first nonmagnetic layer, and the first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer via the second nonmagnetic layer. A third ferromagnetic layer laminated and formed with a ferromagnetic layer and having a longitudinal direction in a predetermined direction, and the first ferromagnetic layer based on a relative difference between magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer. And a reading means for reading a resistance change between the third ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer.
【請求項3】第1の強磁性層、及び第2の強磁性層が第
1の非磁性層を介してなる積層体であって、所定方向に
長手方向を有する電流路を構成する複数の記憶部と、前
記所定方向と略直行する長手方向を有する複数のストラ
イプ状の層であって、第2の非磁性層を介して前記第1
の強磁性層と積層形成された第3の強磁性層とを備える
ことを特徴とする磁気記憶装置。
3. A laminate comprising a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer with a first non-magnetic layer interposed therebetween, and a plurality of current paths having a longitudinal direction in a predetermined direction. A memory section, and a plurality of stripe-shaped layers having a longitudinal direction substantially perpendicular to the predetermined direction;
And a third ferromagnetic layer formed by lamination.
【請求項4】前記第3の強磁性層の長さがその幅の5倍
以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
に記載の磁気記憶装置。
4. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the length of said third ferromagnetic layer is at least five times its width.
【請求項5】前記第3の強磁性層の磁化方向がその長手
方向と略同一であることを特徴とする請求項1乃至4の
いずれかに記載の磁気記憶装置。
5. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a magnetization direction of said third ferromagnetic layer is substantially the same as a longitudinal direction thereof.
【請求項6】前記第1の強磁性層の磁化容易軸が前記第
3の強磁性層の長手方向と略同一であることを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気記憶装置。
6. The magnetic memory according to claim 1, wherein an axis of easy magnetization of said first ferromagnetic layer is substantially the same as a longitudinal direction of said third ferromagnetic layer. apparatus.
【請求項7】前記記憶部と積層形成された配線であっ
て、その長手方向が前記第3の強磁性層の長手方向と一
致する配線を備えることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれかに記載の磁気記憶装置。
7. The wiring according to claim 1, further comprising a wiring laminated on said storage section, wherein the wiring has a longitudinal direction coinciding with the longitudinal direction of said third ferromagnetic layer. A magnetic storage device according to any one of the above.
【請求項8】前記配線は、非磁性層及び強磁性層の積層
膜からなることを特徴とする請求項7記載の磁気記憶装
置。
8. The magnetic memory device according to claim 7, wherein said wiring comprises a laminated film of a nonmagnetic layer and a ferromagnetic layer.
【請求項9】一、又は電流路を構成する複数の前記記憶
部は、前記記憶部を選択する選択トランジスに接続され
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
磁気記憶装置。
9. The magnetic storage according to claim 1, wherein one or a plurality of the storage units forming a current path are connected to a selection transistor for selecting the storage unit. apparatus.
【請求項10】前記第2の非磁性層は絶縁性であって、
前記第1の強磁性層と前記第3の強磁性層間にはトンネ
ル接合が形成されることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれかに記載の磁気記憶装置。
10. The second non-magnetic layer is insulative,
4. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a tunnel junction is formed between the first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer.
【請求項11】前記第1の強磁性層、前記第2の非磁性
層、及び前記第3の強磁性層は共にベース層を構成し、
前記第3の強磁性層にショットキー接合する半導体層が
形成され、前記第2の強磁性層はエミッタを構成するこ
とを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気
記憶装置。
11. The first ferromagnetic layer, the second nonmagnetic layer, and the third ferromagnetic layer together form a base layer,
4. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a semiconductor layer having a Schottky junction is formed on the third ferromagnetic layer, and the second ferromagnetic layer forms an emitter.
【請求項12】前記第1の強磁性層はエミッタ層を構成
し、前記第3の強磁性層はコレクタ層を構成し、前記第
2の非磁性層はベース層を構成することを特徴とする請
求項1乃至3のいずれかに記載の磁気記憶装置。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first ferromagnetic layer forms an emitter layer, said third ferromagnetic layer forms a collector layer, and said second nonmagnetic layer forms a base layer. The magnetic storage device according to claim 1.
JP9248159A 1997-09-12 1997-09-12 Magnetic memory device Abandoned JPH1186528A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9248159A JPH1186528A (en) 1997-09-12 1997-09-12 Magnetic memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9248159A JPH1186528A (en) 1997-09-12 1997-09-12 Magnetic memory device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1186528A true JPH1186528A (en) 1999-03-30

Family

ID=17174107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9248159A Abandoned JPH1186528A (en) 1997-09-12 1997-09-12 Magnetic memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1186528A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000353791A (en) * 1999-05-17 2000-12-19 Motorola Inc Magnetic random access memory and manufacture thereof
JP2001358315A (en) * 2000-04-14 2001-12-26 Infineon Technologies Ag Mram memory
JP2002329846A (en) * 2001-03-28 2002-11-15 Hynix Semiconductor Inc Magnetic ram and its formation method
JP2003115188A (en) * 2001-08-02 2003-04-18 Mitsubishi Electric Corp Thin film magnetic memory device
WO2003036725A1 (en) * 2001-10-23 2003-05-01 Sony Corporation Magnetic memory device
US6678187B2 (en) 2001-01-16 2004-01-13 Nec Corporation Semiconductor memory apparatus using tunnel magnetic resistance elements
JP2004119771A (en) * 2002-09-27 2004-04-15 Toshiba Corp Spin valve transistor, magnetic head, magnetic information reproducing system, and magnetic storage device
JP2011054271A (en) * 2010-10-15 2011-03-17 Renesas Electronics Corp Semiconductor integrated circuit

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000353791A (en) * 1999-05-17 2000-12-19 Motorola Inc Magnetic random access memory and manufacture thereof
JP2001358315A (en) * 2000-04-14 2001-12-26 Infineon Technologies Ag Mram memory
US6678187B2 (en) 2001-01-16 2004-01-13 Nec Corporation Semiconductor memory apparatus using tunnel magnetic resistance elements
JP2002329846A (en) * 2001-03-28 2002-11-15 Hynix Semiconductor Inc Magnetic ram and its formation method
JP2003115188A (en) * 2001-08-02 2003-04-18 Mitsubishi Electric Corp Thin film magnetic memory device
WO2003036725A1 (en) * 2001-10-23 2003-05-01 Sony Corporation Magnetic memory device
US6967386B2 (en) 2001-10-23 2005-11-22 Sony Corporation Magnetic memory device
JP2004119771A (en) * 2002-09-27 2004-04-15 Toshiba Corp Spin valve transistor, magnetic head, magnetic information reproducing system, and magnetic storage device
JP2011054271A (en) * 2010-10-15 2011-03-17 Renesas Electronics Corp Semiconductor integrated circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3913971B2 (en) Magnetic memory device
Reohr et al. Memories of tomorrow
US6473336B2 (en) Magnetic memory device
JP4896341B2 (en) Magnetic random access memory and operating method thereof
US6404674B1 (en) Cladded read-write conductor for a pinned-on-the-fly soft reference layer
US6538920B2 (en) Cladded read conductor for a pinned-on-the-fly soft reference layer
US6421271B1 (en) MRAM configuration
US8514615B2 (en) Structures and methods for a field-reset spin-torque MRAM
US20060203539A1 (en) Magnetization reversal methods for magnetic film, magnetoresistive films, and magnetic memories using them
KR100829557B1 (en) MRAM using thermo-magnetic spontaneous hall effect and method for writing and reading data using the same
JP2003218328A (en) Highly integrated magnetic memory element and driving method therefor
US6822897B2 (en) Thin film magnetic memory device selecting access to a memory cell by a transistor of a small gate capacitance
JP3868699B2 (en) Magnetic memory device
CN111223506B (en) MRAM memory unit and memory array based on spin orbit torque
US20060267058A1 (en) Magnetic storage element storing data by magnetoresistive effect
JP2000187976A (en) Magnetic thin film memory and its recording and reproducing method
JPH11354728A (en) Magnetic thin film memory and its recording, reproducing and driving method
JPH1186528A (en) Magnetic memory device
JP2004303837A (en) Magnetic storage cell, magnetic memory device, and its manufacturing method
US6787372B1 (en) Method for manufacturing MTJ cell of magnetic random access memory
JP2003188359A (en) Magneto-resistive device including magnetically soft synthetic ferrimagnet reference layer
JP2004087870A (en) Magnetoresistive effect element and magnetic memory device
JP2003142753A (en) Method of inversion of magnetization for magnetic film, magnetic resistance effect film and magnetic memory employing the same
US7522450B2 (en) Magnetic storage cell, magnetic memory device and magnetic memory device manufacturing method
KR100436671B1 (en) Magnetic memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040601

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050414

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20070717