KR20050053746A - 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치 - Google Patents

강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치 Download PDF

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KR20050053746A
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가쯔또시 모리야마
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Abstract

한쌍의 강자성 터널 접합 소자에의 기억 데이터의 기입을 정확하게 행할 수 있게 하여 신뢰성을 향상시킨 상보형의 자기 기억 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 따라서, 본 발명에서는, 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자에 각각 상반하는 기억 데이터를 기억시키는 상보형의 자기 기억 장치로서, 반도체 기판 상에 상기 제1 강자성 터널 접합 소자와 상기 제2 강자성 터널 접합 소자를 인접시켜 형성하고, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제1 기입용 배선을 형성함과 함께, 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제2 기입용 배선을 형성하고, 또한, 상기 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 상기 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하였다.

Description

강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치{MAGNETIC STORAGE DEVICE USING FERROMAGNETIC TUNNEL JUNCTION ELEMENT}
본 발명은, 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터의 기억 매체로서는, 고속으로 기입이 가능하고, 기입 횟수에 제한이 없으며, 또한 불휘발성인 것이 요망되고 있고, 이들 성능을 가진 기억 매체로서, 고정 자화층과 자유 자화층을, 터널 장벽층을 개재하여 적층함으로써 형성한 강자성 터널 접합 소자가 주목받고 있다.
이러한 강자성 터널 접합 소자는, 자유 자화층을 고정 자화층의 자화 방향과 동일 방향(평행 방향)으로 자화한 경우에는 터널 장벽층에서의 저항값이 소정의 저항값보다 낮게 되는(이를 저저항 상태라고 함) 한편, 자유 자화층을 고정 자화층의 자화 방향과 반대 방향(반평행 방향)으로 자화한 경우에는 터널 장벽층에서의 저항값이 소정의 저항값보다 높게 된다(이를 고저항 상태라고 함)고 하는 특성을 갖고 있다.
그리고, 강자성 터널 접합 소자는, 자유 자화층에서의 자화 방향에 따라 터널 장벽층에서의 저항값이 상이하다고 하는 상기의 특성을 이용하여, 자유 자화층을 고정 자화층의 자화 방향과 동일 방향으로 자화할지 혹은 자유 자화층을 고정 자화층의 자화 방향과 반대 방향으로 자화할지에 의해, 2 가지의 상이한 자화 방향의 상태를 형성하고, 이러한 2 가지의 상이한 자화 방향의 상태를 「0」 또는 「1」의 데이터에 대응시킴으로써, 강자성 터널 접합 소자에 데이터를 기억하게 한 것이다.
이러한 강자성 터널 접합 소자를 기억 매체로서 이용한 자기 기억 장치는, 강자성 터널 접합 소자가 2 종류의 데이터 중 어느 데이터를 기억하고 있는지를 판정함으로써, 강자성 터널 접합 소자로부터 데이터를 판독하도록 하고 있고, 이를 위해서는, 강자성 터널 접합 소자가 고저항 상태로 되어 있는지 혹은 저저항 상태로 되어 있는지를 판정할 필요가 있다.
이러한 강자성 터널 접합 소자의 저항 상태가 고저항 상태인지 저저항 상태인지를 간단한 구성으로 판정할 수 있도록 한 자기 기억 장치로서는, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 각각 상반하는 기억 데이터를 기억시키고, 제1 강자성 터널 접합 소자의 저항값과 제2 강자성 터널 접합 소자의 저항값을 비교함으로써, 제1 강자성 터널 접합 소자의 저항 상태가 고저항 상태인지 저저항 상태인지를 판단하는 상보형의 자기 기억 장치가 알려져 있다.
이러한 상보형의 자기 기억 장치는, 1개의 데이터를 기억하기 위해 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자의 한쌍(2개)의 강자성 터널 접합 소자를 동일 반도체 기판 상에 인접시켜 형성하고, 기입 시에는, 제1 강자성 터널 접합 소자에 기억 데이터를 기입함과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자에 제1 강자성 터널 접합 소자와 상반하는 기억 데이터를 기입하고, 그 후, 판독 시에는, 이들 2개의 강자성 터널 접합 소자의 저항값을 비교하여, 제1 강자성 터널 접합 소자의 저항값이 제2 강자성 터널 접합 소자의 저항값보다 높은 경우에는 제1 강자성 터널 접합 소자가 고저항 상태로 되어 있다고 판정하는 한편, 제1 강자성 터널 접합 소자의 저항값이 제2 강자성 터널 접합 소자의 저항값보다 낮은 경우에는 제1 강자성 터널 접합 소자가 저저항 상태로 되어 있다고 판정하도록 하고 있었다(예를 들면, 미국특허 제6191989호 명세서 참조).
그런데, 상기 종래의 상보형의 자기 기억 장치에서는, 1개의 기억 데이터를 기억하기 위해 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 상반하는 기억 데이터를 기억시키고 있어, 1개의 기억 데이터를 기억하기 위해 2개의 강자성 터널 접합 소자에 기억을 행해야만 되며, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 자화 방향을 변경시키기 위한 기입 전류가 배증하여, 자기 기억 장치의 소비 전력이 증대할 우려가 있었다.
한편, 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치에서는, 기입 시의 소비 전력을 저감하기 위해, 강자성 터널 접합 소자의 주위에 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감은 구조의 것이 알려져 있다(예를 들면, 미국특허 제5732016호 명세서 참조).
이러한 자기 기억 장치에서는, 기입용 배선을 코일 형상으로 형성하고 있기 때문에, 적은 기입 전류로 효율적으로 기입 자력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라, 기입 시의 소비 전력을 저감시키고 있다.
따라서, 상기 종래의 기입용 배선을 코일 형상으로 형성하는 기술을 상보형의 자기 기억 장치에 적용한 구성으로 하는 것이 생각된다. 즉, 반도체 기판 상에 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자를 인접시켜 형성하고, 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제1 기입용 배선을 배설함과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제2 기입용 배선을 배설하여, 상보형의 자기 기억 장치를 구성하는 것이 생각된다.
그런데, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제1 및 제2 기입용 배선을 형성하는 경우에, 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 동일 방향으로 하게 되면, 제1 기입용 배선에의 통전에 의해 생기는 기입 자력의 방향과 제2 기입용 배선에의 통전에 의해 생기는 기입 자력의 방향도 동일 방향으로 된다.
그리고, 이 경우에는, 제1 기입용 배선의 외부에 형성되는 자력의 방향과 제2 기입용 배선의 외부에 형성되는 자력의 방향이 동일 방향으로 되어, 외부의 자력끼리 서로 간섭하여 기입 자력의 크기나 방향이 변화되어, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 기억 데이터를 정확하게 기입할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 상기 문제점을 해소하기 위해, 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자 사이에 자기 실드를 형성하여 외부의 자력끼리의 간섭을 방지하는 것도 가능하지만, 이 경우에는, 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자 사이에 자기 실드를 형성하기 위한 스페이스가 필요하게 되어, 자기 기억 장치가 대형화될 우려가 있다.
도 1은 강자성 터널 접합 소자를 도시하는 설명도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 기억 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 동 평면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 기억 장치를 도시하는 사시도.
도 5는 동 평면도.
따라서, 본 발명 중 제1 발명에서는, 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자에 각각 상반하는 기억 데이터를 기억시키는 상보형의 자기 기억 장치로서, 반도체 기판 상에 상기 제1 강자성 터널 접합 소자와 상기 제2 강자성 터널 접합 소자를 인접시켜 형성하고, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제1 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감음과 함께, 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제2 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감고, 또한, 상기 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 상기 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하였다.
또한, 본 발명 중 제2 발명에서는, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 제1 기입용 배선의 종단부에 상기 제2 기입용 배선의 시단부를 접속하여 일련의 기입용 배선으로 하였다.
또한, 본 발명 중 제3 발명에서는, 상기 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서, 상기 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선은, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성하였다.
또한, 본 발명 중 제4 발명에서는, 상기 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서, 상기 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선은, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 위쪽 및 아래쪽에서 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 고정 자화층의 자화 방향과 대략 직교하는 방향으로 신장시킨 상하측 기입용 배선을 갖고, 또한, 상기 상하측 기입용 배선 중 적어도 어느 한쪽에, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 상기 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성하였다.
본 발명에 따른 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치는, 동일한 반도체 기판 상에 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자를 동 강자성 터널 접합 소자의 고정 자화층의 자화 방향과 직교하는 방향을 향하여 간격을 두고 인접시켜 형성하고, 이들 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자에 각각 상반하는 기억 데이터(예를 들면, 「0」과 「1」)를 기억시키는 상보형의 자기 기억 장치이다.
또한, 본 발명에서는, 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제1 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감음과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제2 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감은 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제1 및 제2 기입용 배선을 코일 형상으로 형성함으로써, 적은 기입 전류로 효율적으로 기입 자력을 발생시킬 수 있고, 이에 의해, 자기 기억 장치를 상보형으로 구성한 경우에도 기입 시의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하고 있다.
이와 같이, 인접하는 제1 기입용 배선과 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하면, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 상반하는 기억 데이터를 기입할 때에 발생하는 자계가 폐루프로 되어, 제1 강자성 터널 접합 소자의 자유 자화층을 자화하기 위한 자력과 제2 강자성 터널 접합 소자의 자유 자화층을 자화하기 위한 자력의 간섭이 없게 되어, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 기억 데이터를 정확하게 기입할 수 있어, 자기 기억 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 제1 기입용 배선의 종단부에 상기 제2 기입용 배선의 시단부를 접속하여 일련의 기입용 배선으로 한 경우에는, 기입용 배선의 점유 면적을 가급적 적게 할 수 있어, 자기 기억 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선의 구성으로서, 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 위쪽 및 아래쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 고정 자화층의 자화 방향과 대략 직교하는 방향으로 신장시킨 상하측 기입용 배선을 갖고, 또한, 상하측 기입용 배선 중 적어도 어느 한쪽에, 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성한 구성으로 한 경우에는, 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 흐르는 기입 전류에 의해 발생하는 자력의 작용에 의해서, 자유 자화층에 작용하는 기입 자력의 방향이 고정 자화층의 자화 방향에 대하여 기울어, 어시스트 효과를 일으킬 수 있어, 적은 기입 전류에 의해서도 자유 자화층의 자화 방향을 원활하게 변경할 수 있으므로, 자기 기억 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
특히, 평행 배선부를 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에 형성함으로써, 평행 배선부와 강자성 터널 접합 소자의 거리를 가급적 짧게 할 수 있고, 이에 의해, 어시스트 효과를 증대시킬 수 있다.
이하에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 본 발명에 따른 자기 기억 장치(1)의 설명에 앞서, 강자성 터널 접합 소자(2)의 구조에 대하여 설명하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 강자성 터널 접합 소자(2)는, 박막 형상의 고정 자화층(3)과 박막 형상의 자유 자화층(4)을, 터널 장벽층(5)을 개재하여 적층한 것이다.
여기서, 고정 자화층(3)은 강자성체(예를 들면, CoFe)로 이루어지고, 항상 일정한 방향을 향하여 자화되어 있다. 또한, 자유 자화층(4)은 강자성체(예를 들면, NiFe)로 이루어지고, 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향(평행 방향) 또는 반대 방향(반평행 방향)을 향하여 자화되어 있다. 또한, 터널 장벽층(5)은 절연체(예를 들면, Al2O3)로 이루어진다.
이러한 강자성 터널 접합 소자(2)는, 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향으로 자화한 경우(도 1 중, 일점 쇄선으로 나타내는 경우)에는 터널 장벽층(5)에서의 저항값이 소정의 저항값보다 낮게 되는 한편, 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향으로 자화한 경우(도 1 중, 이점 쇄선으로 나타내는 경우)에는 터널 장벽층(5)에서의 저항값이 소정의 저항값보다 높게 된다고 하는 특성을 갖고 있고, 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향으로 자화할지 혹은 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향으로 자화할지에 의해 2 가지의 상이한 자화 방향의 상태를 형성하고, 이러한 2 가지의 상이한 자화 방향의 상태를 「0」 또는 「1」의 데이터에 대응시킴으로써, 강자성 터널 접합 소자(2)에 데이터를 기억하게 한 것이다.
다음으로, 본 발명에 따른 자기 기억 장치(1)의 구조에 대하여 설명한다.
(제1 실시예)
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 기억 장치(1)를 도시한 도면이다.
자기 기억 장치(1)는, 동일한 반도체 기판(6)의 표면 상에 제1 강자성 터널 접합 소자(7)와 제2 강자성 터널 접합 소자(8)를 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)의 고정 자화층(3)(도 1 참조)의 자화 방향(도 2 및 도 3에서는 전후 방향으로 함)과 직교하는 방향을 향하여 간격을 두고 인접시켜 형성하고 있고, 이들 제1 강자성 터널 접합 소자(7)와 제2 강자성 터널 접합 소자(8)에 각각 상반하는 기억 데이터(예를 들면, 「O」과 「1」)를 기억시키는 상보형의 기억 디바이스로 한 것이다.
여기서, 자기 기억 장치(1)는, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)와 제2 강자성 터널 접합 소자(8)에 의해 1 비트분의 기억 소자(9)를 구성하고 있다. 또한, 실제로는, 자기 기억 장치(1)는, 동일 반도체 기판(6)에 복수 비트분의 기억 소자(9)를 좌우 및 상하에 간격을 두고 형성하고 있지만, 여기서는 이해를 용이하게 하기 위해 1 비트분의 기억 소자(9)에 주목하여 설명을 행한다.
기억 소자(9)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 주위에 코일 형상의 제1 기입용 배선(10)을 형성함과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 주위에 코일 형상의 제2 기입용 배선(11)을 형성하고, 또한, 제1 기입용 배선(10)의 종단부(12)에 제2 기입용 배선(11)의 시단부(13)를, 연결부(14)를 통하여 접속하여 일련의 기입용 배선(15)으로 하고 있고, 또한, 제1 기입용 배선(10)의 돌려감는 방향(도 2에서는 시계 회전)과 제2 기입용 배선(11)의 돌려감는 방향(도 2에서는 반시계 회전)을 상호 역 방향으로 하고 있다.
기입용 배선(15)의 구성에 대하여 상세히 설명하면, 제1 기입용 배선(10)은, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 위쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 3에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 6개의 상측 기입용 배선(16)과, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 아래쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 3에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 6개의 하측 기입용 배선(17)을, 상측 기입용 배선(16) 및 하측 기입용 배선(17)의 좌우 단연부에서 스루홀(18)을 통하여 접속하여, 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 주위에 시계 방향으로 코일 형상으로 돌려감은 구성으로 되어 있다.
또한, 제1 기입용 배선(10)은, 하측 기입용 배선(17)의 단부 또는 중도부에 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(19)를 형성하고 있다.
제2 기입용 배선(11)은, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 위쪽에서 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 3에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 6개의 상측 기입용 배선(20)과, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 아래쪽에서 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 3에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 6개의 하측 기입용 배선(21)을, 상측 기입용 배선(20) 및 하측 기입용 배선(21)의 좌우 단연부에서 스루홀(22)을 통하여 접속하여, 도 2에 도시하는 바와 같이 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 주위에 반시계 방향으로 코일 형상으로 돌려감은 구성으로 되어 있다.
또한, 제2 기입용 배선(11)은, 하측 기입용 배선(21)의 단부 또는 중도부에 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(23)를 형성하고 있다.
또한, 제1 기입용 배선(10)의 종단부(12)로 되는 상측 기입용 배선(16)의 우측 단부는, 제2 기입용 배선(11)의 시단부(13)로 되는 상측 기입용 배선(20)의 우측 단부에 연결부(14)를 통하여 접속되어 있다. 도면 중, 참조 부호 24 및 25는, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)의 자유 자화층(4)에 접속된 판독용 배선이다.
자기 기억 장치(1)는 이상에 설명한 바와 같이 구성되어 있어, 기입용 배선(15)에 통전함으로써, 코일 형상의 제1 및 제2 기입용 배선(10, 11)에서 반대 방향의 자력이 발생하고, 이러한 자력이 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)의 자유 자화층(4)에 작용하여, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)과 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 자유 자화층(4)을 반대 방향으로 자화하고, 이에 의해, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)와 제2 강자성 터널 접합 소자(8)에 각각 상반하는 기억 데이터를 기억시킬 수 있다.
즉, 기입용 배선(15)의 시단부(26)로부터 종단부(27)를 향하여 통전하면, 제1 기입용 배선(10)에서는 시단부(26)로부터 종단부(12)를 향하여 통전하고, 이에 의해, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)에 대하여 전방으로부터 후방을 향한 자력(즉, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향의 자력)이 발생하여, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향을 향하여 자화시킬 수 있고, 한편, 제2 기입용 배선(11)에서는 시단부(13)로부터 종단부(27)를 향하여 통전하고, 이에 의해, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 자유 자화층(4)에 대하여 후방으로부터 전방을 향한 자력(즉, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향의 자력)이 발생하여, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향을 향하여 자화시킬 수 있다.
반대로, 기입용 배선(15)의 종단부(27)로부터 시단부(26)를 향하여 통전하면, 제1 기입용 배선(10)에서는 종단부(12)로부터 시단부(26)를 향하여 통전하고, 이에 의해, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)에 대하여 후방으로부터 전방을 향한 자력(즉, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향의 자력)이 발생하여, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 동일 방향을 향하여 자화시킬 수 있고, 한편, 제2 기입용 배선(11)에서는 종단부(27)로부터 시단부(13)를 향하여 통전하고, 이에 의해, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 자유 자화층(4)에 대하여 전방으로부터 후방을 향한 자력(즉, 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향의 자력)이 발생하여, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)을 고정 자화층(3)의 자화 방향과 반대 방향을 향하여 자화시킬 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 제1 및 제2 기입용 배선(10, 11)을 코일 형상으로 형성하고 있기 때문에, 적은 기입 전류로 효율적으로 기입 자력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 기입 시의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 기입용 배선(10)의 돌려감는 방향과 제2 기입용 배선(11)의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하고 있기 때문에, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)에 상반하는 기억 데이터를 기입할 때에, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)에 작용하는 자력과 제2 강자성 터널 접합 소자(8)에 작용하는 자력이 상호 반대 방향으로 되어, 자계가 폐루프 형상으로 형성되게 되고, 제1 강자성 터널 접합 소자(7)의 자유 자화층(4)을 자화하기 위한 자력과 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 자유 자화층(4)을 자화하기 위한 자력의 간섭이 없게 되어, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)에 기억 데이터를 정확하게 기입할 수 있어, 자기 기억 장치(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 소정의 기억 소자(9)에 기억 데이터를 기입할 때에, 기입 자력이 폐루프로 되므로, 소정의 기억 소자(9)에의 기입 자력이 주위의 다른 기억 소자(9)에 영향을 미치는 일이 없게 되어, 다른 기억 소자(9)의 기억 상태를 변경하는 일이 없고, 이에 의해서도 자기 기억 장치(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 기입용 배선(10)의 종단부(12)에 제2 기입용 배선(11)의 시단부(13)를 접속하여 일련의 기입용 배선(15)으로 하고 있기 때문에, 기입용 배선(15)의 시단부(26)로부터 종단부(27)를 향하여 혹은 기입용 배선(15)의 종단부(27)로부터 시단부(26)를 향하여 통전하는 것만으로, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(7, 8)에 상호 상반하는 기억 데이터를 기억시킬 수 있어, 기입용 배선(11)의 구성을 간단하고 또한 제조 용이한 것으로 할 수 있어 자기 기억 장치(1)의 제조 코스트의 저렴화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 기판(6)에서의 기입용 배선(15)의 점유 면적을 가급적 적게 할 수 있어 자기 기억 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 기입용 배선(10) 및 제2 기입용 배선(11)의 하측 기입용 배선(17, 21)에 제1 강자성 터널 접합 소자(7) 및 제2 강자성 터널 접합 소자(8)의 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(19, 23)를 형성하고 있기 때문에, 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(19, 23)를 흐르는 기입 전류에 의해 발생하는 자력의 작용에 의해, 자유 자화층(4)에 작용하는 기입 자력의 방향이 고정 자화층(3)의 자화 방향에 대하여 기우는 것에 의한 어시스트 효과를 일으킬 수 있어, 적은 기입 전류에 의해서도 자유 자화층(4)의 자화 방향을 원활하게 변경할 수 있으므로, 자기 기억 장치(1)의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
(제2 실시예)
상술한 제1 실시예에서는 제1 및 제2 기입용 배선(10, 11)의 하측 기입용 배선(17, 21)에만 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(19, 23)를 형성하고 있지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니고, 제1 기입용 배선 또는 제2 기입용 배선의 상측 기입용 배선 또는 하측 기입용 배선 중 적어도 어느 한쪽에 평행 배선부가 형성되어 있으면 되고, 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선의 상측 기입용 배선 및 하측 기입용 배선에 평행 배선부를 형성하여도 된다.
즉, 도 4 및 도 5에 도시하는 자기 기억 장치(31)는, 상기 자기 기억 장치(1)와 마찬가지로, 동일한 반도체 기판(36)의 표면 상에 제1 강자성 터널 접합 소자(37)와 제2 강자성 터널 접합 소자(38)를 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(37, 38)의 고정 자화층(3)(도 1 참조)의 자화 방향(도 4 및 도 5에서는 전후 방향으로 함)과 직교하는 방향을 향하여 간격을 두고 인접시켜 형성하고 있다. 또한, 자기 기억 장치(31)는, 제1 강자성 터널 접합 소자(37)와 제2 강자성 터널 접합 소자(38)에 의해 1 비트분의 기억 소자(39)를 구성하고 있고, 동일 반도체 기판(36)에 복수 비트분의 기억 소자(39)를 좌우 및 상하로 간격를 두고 형성하고 있지만, 여기서는 이해를 용이하게 하기 위해 1 비트분의 기억 소자(39)에 주목하여 설명을 행한다.
기억 소자(39)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 주위에 코일 형상의 제1 기입용 배선(40)을 형성함과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 주위에 코일 형상의 제2 기입용 배선(41)을 형성하고, 또한, 제1 기입용 배선(40)의 종단부(42)에 제2 기입용 배선(41)의 시단부(43)를, 연결부(44)를 통하여 접속하여 일련의 기입용 배선(45)으로 하고 있고, 또한, 제1 기입용 배선(40)의 돌려감는 방향(도 4에서는 시계 회전)과 제2 기입용 배선(41)의 돌려감는 방향(도 4에서는 반시계 회전)을 상호 역 방향으로 하고 있다.
기입용 배선(45)의 구성에 대하여 상세히 설명하면, 제1 기입용 배선(40)은, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 위쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 5에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 4개의 상측 기입용 배선(46)과, 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 아래쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 5에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 5개의 하측 기입용 배선(47)을, 상측 기입용 배선(46) 및 하측 기입용 배선(47)의 좌우 단연부에서 스루홀(48)을 통하여 접속하여, 도 4에 도시하는 바와 같이 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 주위에 시계 방향으로 코일 형상으로 돌려감은 구성으로 되어 있다.
또한, 제1 기입용 배선(40)은, 상측 기입용 배선(46)의 단부 또는 중도부에 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 바로 위쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(49a)를 형성하고 있다.
또한, 제1 기입용 배선(40)은, 하측 기입용 배선(47)의 단부 또는 중도부에 제1 강자성 터널 접합 소자(37)의 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(49b)를 형성하고 있다.
제2 기입용 배선(41)은, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 위쪽에서 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 5에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 4개의 상측 기입용 배선(50)과, 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 아래쪽에서 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 고정 자화층(3)의 자화 방향(도 5에서는 하향)과 대략 직교하는 방향으로 신장하는 5개의 하측 기입용 배선(51)을, 상측 기입용 배선(50) 및 하측 기입용 배선(51)의 좌우 단연부에서 스루홀(52)을 통하여 접속하여, 도 4에 도시하는 바와 같이 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 주위에 반시계 방향으로 코일 형상으로 돌려감은 구성으로 되어 있다.
또한, 제2 기입용 배선(41)은, 상측 기입용 배선(50)의 단부 또는 중도부에 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 바로 위쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(53a)를 형성하고 있다.
또한, 제2 기입용 배선(41)은, 하측 기입용 배선(51)의 단부 또는 중도부에 제2 강자성 터널 접합 소자(38)의 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층(3)의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부(53b)를 형성하고 있다.
또한, 제1 기입용 배선(40)의 종단부(42)로 되는 하측 기입용 배선(47)의 좌측 단부는, 제2 기입용 배선(41)의 시단부(43)로 되는 하측 기입용 배선(51)의 좌측 단부에 연결부(44)를 통하여 접속되어 있다. 도면 중, 참조 부호 54 및 55는 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자(37, 38)의 자유 자화층(4)에 접속된 판독용 배선이다.
이와 같이, 본 실시예에서는 제1 기입용 배선(40) 및 제2 기입용 배선(41)의 상측 기입용 배선(46, 50) 및 하측 기입용 배선(47, 51)에 평행 배선부(49a, 49b, 53a, 53b)를 각각 형성하고 있다.
본 발명은 이상에 설명한 바와 같은 형태로 실시되고, 이하에 기재되는 바와 같은 효과를 발휘한다.
(1) 본 발명의 제1 발명에서는, 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제1 기입용 배선을 형성함과 함께, 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 코일 형상의 제2 기입용 배선을 형성하고 있기 때문에, 적은 기입 전류로 효율적으로 기입 자력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라, 기입 시의 소비 전력을 저감시킬 수 있기 때문에, 자기 기억 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 하고 있기 때문에, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 상반하는 기억 데이터를 기입할 때에 발생하는 자계가 폐루프로 되어, 제1 강자성 터널 접합 소자의 자유 자화층을 자화하기 위한 자력과 제2 강자성 터널 접합 소자의 자유 자화층을 자화하기 위한 자력의 간섭이 없게 되어, 제1 및 제2 강자성 터널 접합 소자에 기억 데이터를 정확하게 기입할 수 있어, 자기 기억 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
(2) 본 발명의 제2 발명에서는, 제1 기입용 배선의 종단부에 상기 제2 기입용 배선의 시단부를 접속하여 일련의 기입용 배선으로 하고 있기 때문에, 기입용 배선의 점유 면적을 가급적 적게 할 수 있어, 자기 기억 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
(3) 본 발명의 제3 발명에서는, 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선이 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 갖고 있기 때문에, 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 흐르는 기입 전류에 의해 발생하는 자력의 작용에 의해, 자유 자화층에 작용하는 기입 자력의 방향이 고정 자화층의 자화 방향에 대하여 기울어, 어시스트 효과를 일으킬 수 있어, 적은 기입 전류에 의해서도 자유 자화층의 자화 방향을 원활하게 변경할 수 있으므로, 자기 기억 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
(4) 본 발명의 제4 발명에서는, 제1 기입용 배선 및 제2 기입용 배선의 구성으로서, 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 위쪽 및 아래쪽에서 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 고정 자화층의 자화 방향과 대략 직교하는 방향으로 신장시킨 상하측 기입용 배선을 갖고, 또한, 상하측 기입용 배선 중 적어도 어느 한쪽에, 제1 강자성 터널 접합 소자 및 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성한 구성으로 하고 있기 때문에, 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 흐르는 기입 전류에 의해 발생하는 자력의 작용에 의해서, 자유 자화층에 작용하는 기입 자력의 방향이 고정 자화층의 자화 방향에 대하여 기울어, 어시스트 효과를 일으킬 수 있어, 적은 기입 전류에 의해서도 자유 자화층의 자화 방향을 원활하게 변경할 수 있으므로, 자기 기억 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1 강자성 터널 접합 소자와 제2 강자성 터널 접합 소자에 각각 상반하는 기억 데이터를 기억시키는 상보형의 자기 기억 장치로서,
    반도체 기판 상에 상기 제1 강자성 터널 접합 소자와 상기 제2 강자성 터널 접합 소자를 인접시켜 형성하고, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제1 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감음과 함께, 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 주위에 제2 기입용 배선을 코일 형상으로 돌려감고, 상기 제1 기입용 배선의 돌려감는 방향과 상기 제2 기입용 배선의 돌려감는 방향을 상호 역 방향으로 한 것을 특징으로 하는 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기입용 배선의 종단부에 상기 제2 기입용 배선의 시단부를 접속하여 일련의 기입용 배선으로 한 것을 특징으로 하는 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기입용 배선 및 상기 제2 기입용 배선은, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성한 것을 특징으로 하는 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기입용 배선 및 상기 제2 기입용 배선은, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 위쪽 및 아래쪽에서 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 고정 자화층의 자화 방향과 대략 직교하는 방향으로 신장시킨 상하측 기입용 배선을 갖고, 또한, 상기 상하측 기입용 배선 중 적어도 어느 한쪽에, 상기 제1 강자성 터널 접합 소자 및 상기 제2 강자성 터널 접합 소자의 바로 위쪽 위치 또는 바로 아래쪽 위치에서 상기 고정 자화층의 자화 방향과 대략 평행한 방향으로 신장하는 평행 배선부를 형성한 것을 특징으로 하는 강자성 터널 접합 소자를 이용한 자기 기억 장치.
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