TW588353B - Magnetic memory - Google Patents

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經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 588353 ΑΊ _____Β7 五、發明説明（1 ) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於磁性記憶體，而更爲詳細則是有關擁 有重疊具有強磁性隧道接合型等之磁性電阻效果元件之記 憶體陣列之構造，且接合電阻及MR比之特性的不均勻影 響少之大容量高速磁性記憶體。 【先前技術】 採用磁性體膜之磁性電阻效果元件係被使用於磁頭， 磁性感知器等之同時並提案使用於固體磁性記憶體（磁性 電阻效果記憶體：M R A M (M a g n e t i c R a n d 〇 m A c c e s s M e m 〇 r y)) 〇 近年來，提案有針對插入1層電介質於2個磁性金屬 層之間的夾層構造，對於膜面垂直地流動電流，並作爲利用 隧道電流之磁性電阻效果元件，即所謂「強磁性隧道接合 元件（Tun n eli n g Magneto-Resistance effect :TMR 元件」，而 針對強磁性隧道接合元件係因可得到20%以上之磁性電阻 變化率（].Apple.Phys.79,4724( 1 99 6))，故提升對 MRAM 之民 生化應用之可能性。 此強磁性隧道接合元件係於強磁性電極上將 0.6 n m〜2.0 n m厚度之薄A 1 (銘）層成膜之後，可根據將此表面 曝曬於氧輝光放電或氧氣之情況來由形成由 A1203而成 之隧道阻擋層之情況實現。 另外，提案有賦予反強磁性層於此強磁性1重隧道接 合之單側一方的強磁性層，並具有將單方作爲磁化固定層 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇Χ29*7公釐) |裝------訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d -5- 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 之構造之強磁性1重隧道接合（曰本特開平1 0-4227號公 報）。 另外也提案有藉由分散於電介質中之磁性粒子的強磁 性隧道接合及強磁性2重隧道接合（連續膜）（Phys.Rev. B56(10)，R 5 747( 1 997)，應用磁性學會雜誌 23,4-2，（ 1 999 )， Appl.Phys.Lett.7 3(19)，2829( 1998)，Jpn.J.Appl.Phys.39，L1035 (2001))。 即使針對此，當得到20%〜50%之磁性電阻變化率的情 況與，以及即使增加爲了得到所期望之輸出電壓値而施加 於強磁性隧道接合元件之電壓値，從抑制磁性電阻變化率 的減少之情況亦有對MR AM之應用之可能性。 而採用這些強磁性1重隧道接合或強磁性2重隧道接 合之磁性記錄元件係爲不揮發性，且具有寫入讀出時間也 快速維持在1 0毫微秒以下，改寫次數也有1 0的1 5次方次 以上之電位，特別是採用強磁性2重隧道接合之磁性記錄 元件係如上述所述，因爲了得到所期望之輸出電壓値而施 加於強磁性隧道接合元件之電壓値，抑制磁性電阻變化率 的減少，故可得到較大的輸出電壓，並作爲磁性記錄元件來 表示理想之特性。 但，關於記憶體之元件尺寸係採用1Τ】·（電晶體）-lTMR 結構（例如：揭示在USP5,734,605號公報）之情況，有著無法 縮小半導體之 D R A M (D y n a m i c R a n d 〇 m A c c e s s M e m 〇 r y)尺 寸以下之問題。 爲了解決這個問題，提案有於位元線（bit)與數字線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝-

、1T -1¾ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】〇X 297公釐） -6- 588353 A7 B7 五、發明説明（3 (word)之間串聯接續TMR元件與二極體之二極體型結構 (USP5,640,343號公報）及，於位元線（Mt)與數字線（利】.句 之間配置丁MR元件之單純矩陣型元件（DE ι9744〇95， W0 9914760)。 但，爲將S丨思體谷星大谷量化，將位元尺寸微小化時，因 從磁性電阻效果兀件之輸出也將變小，故有著記錄及撥放 之S/N低下之問題。 對此，組合2個磁性電阻效果元件，並對此互補性地記 錄資料，再檢測這些輸出之差分，所謂作爲進行「差動動作 」可倍增輸出信號，且可確保高S/N。 但，對於進行這樣之「差動動作」之情況係必須以相 同的條件來進行對於組合使用之一對磁性電阻效果元件之 記錄及讀出，即因對於任何一方之磁性電阻效果元件之記 錄或讀出不均勻，輸出信號也不均勻，故產生記錄，讀出錯誤 ^^裝 訂 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 須 必 係 化 量 容 大 超 之 體 憶 〇 -三P 性構 磁結 現之 實少 響 影 之 勻 均 之不 隨些 這 要 了 爲 於 對 經濟部智慈財產局員工消賫合作社印製 其 而 成 構 之 成 做 所 識 認 之 題 彐一\ 課 有 據 依 爲 1係 容明 內發 明本 發 用 影 使勻 合均 組不 於的 對件 有條 具之 供出 提讀 ，及 況錄 情 OJ 1111Π 之之。 等件體 作元憶 JfJ果記 動效性 差阻磁 行電的 進性構 於磁結 係對之 的一少 目之響 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公楚） -7- 588353 A7 B7 五、發明説明（4 ) [爲解決課題之手段]: 未達成上述目的，本發明之第1磁性記憶體係具備延 伸在第1方向之第1配線與，形成在前述第1配線之第1 磁性電阻效果元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電 阻效果元件與，針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述 第1方向之第2配線與，針對在前述第1配線之下側，延 伸在與前述第1方向之第3配線。 根據將各自之電流流動於前述第2及第3配線同時也 將電流流動於前述第1配線來對於前述第1及第2磁性電 阻效果元件之記錄層施加電流磁場之情況，記錄2値資訊 之任何一個。 根據檢測由藉由前述第1配線流動讀出電流於前述第 1及第2磁性電阻效果元件所得到之從這些磁性電阻效果 元件之輸出信號之差分的情況，作爲2値資訊之任何一個 進行讀出爲期特徵。 如根據上述構成，根據於第1配線隻上下重疊一對磁 性電阻效果元件來使差動動作之情況，將可消解配線環境 之不勻稱，且具有安定差動動作之同時亦可簡化記憶體元 件之構造，並可實現大容量之高集成化記憶體。 另外，本發明之第2磁性記憶體之特徵係具備延伸在 第1方向之第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁性 電阻效果元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻效 果元件與，針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述第1 方向之第2配線與，針對在前述第1配線之下側，延伸在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐) ~ (諳先閱讀背面之注意事 裝-- .寫本頁) 、11 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -8- 588353 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（5) 與前述第1方向之第3配線，並將前述第2配線的一端與 前述第3配線的一端進行短路來形成一個電流經路，且根 據將電流流動於一個電流經路同時也將電流流動於前述第 1配線來對於前述第1及第2磁性電阻效果元件之記錄層 施加電流磁場之情況，記錄2値資訊之任何一個，檢測由 藉由前述第1配線流動讀出電流於前述第1及第2磁性電 阻效果元件所得到之從這些磁性電阻效果元件之輸出信號 〇 如根據上述構成，將可從一個電源對於第2及第3配 線流動寫入電流，進而可提供記憶體元件之佔有率高之磁 性記憶體。 又在此，「交差」係指針對在空間2條配線並不是平 行且也不是交錯所配置之狀態。 在此，前述第2及第3磁性電阻效果元件之各自係具 有對於前述第1方向由磁化實質固著於略垂直方向之強磁 性體而成之磁化固著層，而前述第2及第3磁性電阻效果 元件之前述記錄層之前述磁化方向亦對於前述第1方向如 爲略垂直構成，可根據第1配線之電流磁場確實且容易地 實現記錄層之磁化反轉。 另外，前述2値資訊之任何一個之記錄時，根據流動前 述電流於前述第1配線之情況，如將前述第1及第2磁性 電阻效果元件之記錄層之磁化作爲相互相反方向，將可確 實且容易地進行差動動作。 另外，前述第1及第2磁性電阻效果元件係如爲具有 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事 >項再填· 裝-- :寫本頁) -'" 4 -9- 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的 A7 ______B7_五、發明説明（6) 略相同之構造，將可根據差動動作倍增輸出信號來進行安 定記錄.讀出。 另一方面，本發明之第3磁性記憶體之特徵係具備延 伸在第1方向之第1配線與，形成在前述第1配線之第1 磁性電阻效果元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電 阻效果元件與，針對在前述第1配線之上側，延伸在與前 述第1方向之第2配線與，針對在前述第1配線之下側， 延伸在與前述第1方向之第3配線，且根據將電流流動於 前述第2及第3配線之至少其中一個來施加電流磁場於前 述第1及第2磁性電阻效果元件之至少其中一個記錄層之 情況，記錄多値資訊之任何一個，並根據檢測由藉由前述 第1配線流動讀出電流於前述第1及第2磁性電阻效果元 件所得到之從這些磁性電阻效果元件之輸出信號之差分的 情況，作爲多値資訊之任何一個來進行讀出。 如根據上述構成，根據於第1配線之上下重疊一對磁 性電阻效果元件來使差動動作之情況，將可消解配線環境 之不勻稱，且可根據安定差動動作進行多値紀錄.讀出之同 時亦可簡化記憶體元件之構造，並可實現大容量之多値紀 錄之高集成化記憶體。 另外又，本發明之第4磁性記憶體之特徵係具備延伸 在第1方向之第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁 性電阻效果元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻 效果元件與，針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述 第1方向之第2配線與，針對在前述第1配線之下側，延 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】〇X29*7公釐） _ -10 - (讀先閱讀背面之注意事- 項再填· 裝— -寫本頁) 訂 4 588353 經濟部智您財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（7) 伸在與前述第1方向之第3配線與，接續在前述第2配線 之一端與前述第3配線之一端之間之開關兀件，另針對由 前述開關元件之連續動作將前述第2配線之前述一端與則 述第3配線之前述一端進行短路來形成一個電流經路之狀 態，根據將電流持續流動於前述一個電流經路同時也將電 流流動於前述第1配線來對於前述第1及第2磁性電阻效 果元件之記錄層施加電流磁場之情況，^錄多値資$之任 何一個，另針對由前述開關元件之遮斷動作，遮斷前述第2 配線之前述一端與前述第3配線之前述一端之狀態，根據 將電流持續流動於前述第2配線與前述第3配線之至少任 何一個同時也將電流流動於前述第1配線來對於前述第1 及第2磁性電阻效果元件之至少任何一個記錄層施加電流 磁場之情況，記錄多値資訊之其他任何一個，並檢測由藉 由前述第1配線流動讀出電流於前述第1及第2磁性電阻 效果元件所得到之從這些磁性電阻效果元件之輸出信號之 情況。 如根據上述構成，將可從一個電源對於第2及第3配 線流動寫入電流，並可提升記憶體之佔有率之高的磁性記 憶體。 又，針對本申請專利明細書，「多値資訊」係指3値以 上之資訊，例如作爲具有「0」標準，「1」標準，「2」標 準，「3」標準之4値之資訊的構成。 如根據本發明，根據接近設置位元線上下一對之磁性 電阻效果元件之情況，將可整合對於這些磁性電阻效果元 本紙張尺度適用中酬家榡準（CNS ) A4規格（210X29*7公楚) ~ (讀先閱讀背面之注意事- 驁 4 ，項再填· 裝— (寫本頁) 訂 -11 - 588353 A7 五、發明説明（8 ) 件支配現環境。 作爲其結果，即使對於實施差動動作及多値紀錄之情 況亦可消解根據信號不勻稱之讀出或寫入之錯誤。 又，因提昇記憶體元件之集程度，並將構造簡單化，故可 容易地實現超大容量.高速之磁性記憶體，在產業上有極大 之優處。 【實施方式】 以下，持續參照圖面就有關本發明之實施形態進行說 明。 圖1係將本發明之磁性記憶體之單位元件之重疊構造 單純化表示之模式剖面圖，而針對在本發明係如同圖所示， 配置有一對磁性電阻效果元件C 1，C2於位元線BL之上下 〇 即，同圖所示之情況，對於位元線BL,交差地配置數字 線DL1及DL2,讀出用配線Ml及M2,並於位元線BL與數 字線DL1，DL2之交差部設置有一對磁性電阻效果元件 Cl，C2。 這些磁性電阻效果元件C1，C2係如後述詳述地各自具 有由強磁性體而成之記錄層，例如：對於這些記錄層記錄相 互相反方向之磁化，也就是，一對磁性電阻效果元件C1,C2 係相捕的作用，並且，由這些磁性電阻效果元件C 1，C2之再 生信號係藉由讀出用配線M1，M2,然後根據放大器SA進行 差動動作，如此，將可倍增由磁性電阻效果元件之再生信號， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）~— ' ' -12- (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i裝· 訂 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ _B7 _五、發明説明（9) 得到S/N(信號對雜波）比高之記錄.再生。 另如後術詳述地，改變這些上下之磁性電阻效果元件 C1，C2之信號輸出之情況，如根據此結構將可進行多値記錄 〇 並且，針對本發明係即使對於根據將爲了進行如此之 差動動作之一對磁性電阻效果元件C 1，C2接近重疊於位元 線BL之上下的情況來使其差動動作之情況亦可抑制根據 配線環境之不同之影響，並同時亦可縮小元件面積來實現 高集成度。 也就是，根據將一對磁性電阻效果元件C1，C2接近設 置在位元線BL之上下的情況，可對於上下之磁性電阻效果 元件C1，C2,藉由同一位元線BL來進行資料的讀出（或寫入 )，並可控制根據配線經路環境之不同之「偏差」，此效果係 特別在採用一對磁性電阻效果元件Cl ,C2來進行差動動作 及多値記錄之情況更爲顯著，並可確實且容易地防止在上 下之磁性電阻效果元件之間根據不同配線環境之情況的讀 出（或寫入）錯誤。 另外，如根據本發明，根據使一對磁性電阻效果元件 C1,C2接近設置於位元線BL之上下的情況，可將元件之構 造簡單化且可小型化，隨之，可實現高集成化，並在容易製造 的點上也爲有利。 如後述之詳述，關於位元線BL，數字線D(D1，D2)與磁 性電阻效果元件C(C 1，C2)之接續關係係可採用各種具體 例，例如，設置讀入用與讀出用之2條位元線來接續在磁性 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇、〆297公釐）~' -13- (請先閱讀背面之注意事- 唪 項再填- 裝！ :寫本頁)

、1T 588353 A7 __B7 五、發明説明（10) 電阻效果元件也可以，另外，位元線係對於磁性電阻效果 元件有接續之情況也有沒接續之情況。 另外在此，針對圖1係表示有針對位元線BL之上下大 略對稱之位置設置一對磁性電阻效果元件C1，C2,但本發明 並不限定此構成，也就是，針對本發明係在上下之磁性電阻 效果元件C 1，C2之間實質上相同配線環境下形成即可。 隨之，例如如圖2例示，也可將這些一對磁性電阻效果 元件C1，C2沿著位元線BL之長度方向做某種程度「偏移 」的設置，另外又，也可將這些磁性電阻效果元件C 1，C 2沿 著位元線BL之寬度方向做相互偏移的設置。 另外，磁性電阻效果元件C(C1，C2)係例如具有「 TMR(Tunneling Magneto-Resistanceeffect)」及「自旋磁阻 」等之構造，另對於此磁性記錄層根據賦予規定方向之磁 化將可記錄資訊。 另一方面，磁性電阻效果元件C係與此磁性記錄層 之其他，例如各自具有固著磁化方向於規定方向之磁化固 著層，並且，針對磁性電阻效果元件C係因應此磁化固著層 與磁性記錄層之磁化方向的關係，輸出信號則產生變化，隨 之，根據上下之磁性電阻效果元件C1，C2之倍增地決定磁 性記錄層或磁化固著層之磁化方向的情況，可以以高S/N 比記錄、再生由差動動作「1」、「0」之2値資訊。 另一方面，這些上下之磁性電阻效果元件C1，C2之輸 出電流標準作爲不同時，將可進行多値記錄，例如後述詳述 地，根據改變上下之磁性電阻效果元件Cl，C2之構造之情 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X297公釐） -裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T if 經濟部智慈財產局工消費合作社印製 -14 - 588353 A7 B7 五、發明説明（11) 況，如改變輸出標準，進行差動動作之情況，將得到進行倍增 或進行取消之2種以外之輸出標準。 對於磁性電阻效果元件C(C1，C2)之資訊之寫入係例 如可根據流動電流脈衝於設置在其上下之數字線 DL(DL1，DL2)，位元線B L之情況產生之磁場來進行，具體 而言，當電流流動至位元線BL與數字線DL1，DL2之各自 時，將於這些周圍各自產生電流磁場，而根據合成這些電流 磁場之寫入磁場，將可使磁性電阻效果元件Cl，C2之磁性 記錄層之磁化反轉，另在此寫入時，爲使磁化反轉爲規定方 向，對於位元線BL與數字線DL1，DL2,欲產生規定方向之 合成慈場地適宜流動最適當之方向的電流脈衝即可。 如根據此，與根據流動電流至位元線與數字線之任何 一個來產生磁化反轉之情況來做比較，將可減低相當配線 之電流量之同時，亦可在寫入時容易選擇元件，而其結果，將 可減少配線之疲勞且可提供信賴性高之磁性記憶體。 圖3係爲說明採用差動動作結構之情況之資料寫入之 槪念圖，即同圖（a)係對於位兀線B L之長度方向之垂直剖 面圖，而同圖（b)係對於長度方向之平行剖面圖。 例示同圖之磁性電阻效果元件C 1，C2係爲依序重疊作 爲記錄層來作用之強磁性層52、隧道阻擋層54、固定磁 化於規定方向之強磁性層（稱爲^ pin層」或「磁化固著層 」之構成）56、反強磁性層58之強磁性隧道接合元件 (Tunneling Magneto-Resistance effect:TMR 元件」，在此反 強磁性層5 8係具有使作爲pi η層作用之強磁性層5 6之磁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（2】0X 297公釐） f裝-- (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 d 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -15- 588353 經濟部智態財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（θ 化固著之作用。 又，針對本發明採用之磁性電阻效果元件C1，C2係並 不限定於TMR元件，亦可採用例如插入非磁性曾於一對之 強磁性層之間之「自旋磁阻」等。 於寫入時係根據各自流動規定之寫入電流I於數字線 DL1，DL2與位元線BL之情況，施力口這些之合成磁場於磁性 電阻效果元件C1，C2之記錄層52來適宜使磁化自旋反轉 〇 針對2値資訊之記錄、讀出使差動動作之情況，對於 上下之磁性電阻效果元件C1，C2寫入相捕的資料，並且，將 這些組合來作爲2値資訊之任何一個進行讀出。 針對圖3係由箭頭表示磁性電阻效果元件C 1，C2之各 磁性層之磁化自旋方法，表示同圖之具體例之情況，上下 之磁性電阻效果元件Cl，C2之強磁性層56之磁化係被固 著在同一方向，並且，上下之記錄層5 2相互成相反方向地 進行寫入。 例如：如圖3所示，關於磁性電阻效果元件C 1係記錄 層5 2之磁化方向則成爲與固著層5 6之磁化同一方向（稱 爲「平行線」）地進行寫入，另關於磁性電阻效果元件C2 係記錄層5 2之磁化方向則成爲與固著層5 6之磁化相反方 向（稱爲「反平行線」）地進行寫入，並且，檢測這些磁性 電阻效果元件C 1及C 2之輸出電壓（或電阻或電流）之差分， 如此，根據差動動作將可倍增輸出信號，並得到高S/N比，而 關於此動作係在後參照實施例進行詳述。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ~ -16- (請先閱讀背面之注意事 項再填* 裝— :寫本頁) 訂 588353 A7 _ _B7 五、發明説明（13) 另外，對於使其差動動作之情況係希望對於數字線DL 之長軸方向來平行地配置磁性電阻效果元件C 1，C 2之磁化 容易軸，也就是，將這些磁化容易軸對於位元線BL呈垂直 方向，當如此進行時，因根據流動電流脈衝至位元線B L之 情況施加於上下之磁性電阻效果元件C 1，C2之磁場對於記 錄層之磁化容易軸來平行或非平行地作用，故對於上下之 磁性電阻效果元件C1，C2可同時地進行寫入，而將可高速 寫入。 另外，針對上述結構係因流動電流於上下之數字線，故 流動數字線之電流之合計將成爲通常的1倍，就消耗電力 來看爲不利，另外因必須流動2倍電流，故供給電流至位元 線之驅動器之面積將變大，對於晶片面積，記憶體區域的比 例（An_ay efficiency)將變小的情況也爲不利。 爲解決此問題係如圖4及圖5所示，將各自接續於磁 性電阻效果元件C1，C2之上下之數字線DL1，DL2之端部 進行短路來進行共通化即可。 即，圖4及圖5所示之構造之情況，可對於位元線BL 之上下係設置配置爲對稱之複數磁性電阻效果元件C1，C2, 並差動放大這些上下之磁性電阻效果元件Cl，C2來檢測「 1」、「0」。 並且，針對如此之縱型差動MRAM，將略直行設至於位 元線BL之2條數字線（寫入數字線）DL1,DL2之端部進行 短路來作爲1條配線，如此可對於數字線DL1，DL2從一個 電源傳送寫入脈衝來實施寫入，也就是，寫入脈衝係連續 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】〇X297公釐] -- -17- -裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 經濟部智1財產局員工消費合作社印製 588353 A7 B7 五、發明説明（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 性地傳送上下之數字線DL1，DL2,例如，從接續在數字線 DL1之前端之電源（無圖示）流動寫入脈衝至數字線DL1，而 此寫入脈衝係流動在數字線DL 1後流動在接續於其他端 之數字線DL2,並且，根據此寫入脈衝，將可對於磁性電阻效 果元件C1,C2幾乎同時進行寫入。 此係因以非常快速1 0 8 cm/秒傳達速度流動在數字線 DL1，DL2之電流（電子），例如例舉施力口以10毫微秒之非 常短寫入脈衝之情況，即使再此情況考慮電流之傳達速度 時，根據此寫入脈衝來施加均一之電流磁場之空間尺寸L 係成爲L=10 8 cm/秒*10毫微秒= lcm。 記憶體的晶片面積係頂多1 cm2程度，而之中記憶體區 域佔友的比例即Array efficiency係爲50%程度，故即使使 電流脈衝往返如亦可在1 0毫微秒之非常短的時間之間施 加脈衝，將可同時進行寫入於上下之磁性電阻效果元件 C1，C2。 也就是如圖4及圖5所示，如在記憶體方塊之前端將 上下之磁性電阻效果元件C1，C2進行短路，並折返就可知 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 道這是可行的。 圖6係以模式化表示夾合於位元線BL與數字線DL 1 之磁性電阻效果元件C 1之磁性記錄層之磁化Μ的反轉方 向平面圖，即，磁畫Μ的反轉方向係因流動在數字線之電流 方向來逆轉，也就是，圖4及圖5之構成的情況，磁畫Μ 的反轉方向係在上下之磁性電阻效果元件Cl，C2,順時鍾旋 轉與逆時鐘旋轉有所不同，但，星形曲線係因任何方向都大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ ~~ -18- 588353 A7 ____B7 _ 五、發明説明（ 略對稱，故沒有問題。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以上，如持續參照圖4乃至圖6進行說明，當使磁性電 阻效果元件C1，C2之上下的數字線DL1，DL2的端部進行 短路來共通化時，即使採用差動放大型結構也不會增加電 流，將不會伴隨消耗電力之增大及驅動器之增大造成 MRAM 記憶體位元之容量減少，並可實現高 Array efficiency ° 另一方面，如根據本發明，根據組合上下之磁性電阻效 果元件C1，C2之輸出之情況，將可多値記錄。 圖7係表示本發明之多値紀錄記憶體元件之模式圖， 即同圖（a)係對於位元線BL之長度方向的垂直剖面圖，而 同圖（b)係對於長度方向的平行剖面圖 對於爲了進行多値記錄係對於上下之磁性電阻效果元 件C1，C2,各自獨立進行寫入，並且演算這些輸出的差。 例如如以下假設磁性電阻效果元件C 1及C2之輸出 經濟部智总財產局肖工消費合作社印製 反平行線 平行線 C1之輸出 a b

C2之輸出 c D 對於磁性電阻效果元件C 1及C2可獨立輸出之情況， 作爲從C2之輸出減去C1之輸出的輸出差之組合係如以 下4個構成。 赶^本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） -19- 588353 A7 B7 五、發明説明（16) C1 C2 輸出差 反平行線 反平行線 (C-A) 平行線 反平行線 (C-B) 反平行線 平行線 (D-A) 平行線 平行線 (D-B) 隨之，如將上下之磁性電阻效果元件c 1及C2之輸出 A〜D調節爲適當的値，上述4個輸出差之各自則具有有意 差，而將可進行4値之資訊的記錄，再生。 如此，因將上下之磁性電阻效果元件C1，C2之輸出作 爲相互不同，故圖7之具體力的情況，改變磁性電阻效果元 件之構造，也就是，上側磁性電阻效果元件C 1係對於具有 強磁性1重隧道接合，下側磁性電阻效果元件C2係具有 強磁性2重隧道接合，根據如此改變一對之磁性電阻效果 元件之構造的情況使輸出不同而可進行安定之多値記錄， 但，使上下之磁性電阻效果元件之輸出不同之構成係不限 定圖7所示之構成，其他也可例如將上下之磁性電阻效果 元件之重疊構造作爲相互不同之構成或，至少將構成磁性 電阻效果元件之任合一個層之材料或層厚作爲相互不同之 構成即可。 另外，對於進行多値記錄係對於上下之磁性電阻效果 元件C1，C2,因可求得獨立記錄之情況，故如圖7所示，期望 能對於位元線BL之長軸方向平行地形成記錄層5 2之磁 化容易軸，也就是，對於數字線D L 1，D L 2呈垂直方向配列記 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4. 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -20- 588353 A7 B7 五、發明説明（17) 錄層52之磁化容易軸，如此根據各自獨立流動寫入電流至 數字線D L 1，D L 2之情況，更可對上側磁性電阻效果元件 C1，C2做獨立之寫入，並可多値記錄。 另外，即是針對爲了進行圖7所示之多値記錄之之結 構，爲了將電流流動至上下之數字線D L 1，D L 2，流動在數字 線之電流將比通常的結構還大，對於消耗電力的點極爲不 利，另外，因必須流動較多之電流，故供給電流至數字線之驅 動器面積將變大，並有著對晶片面積記憶體區域之比例（ Array efficiency )便小之不利點。 對於爲了解決此問題係如圖8奶製圖1 1例示地，針對 可多値資訊之縱型差動MRAM，如藉由開關元件可將略直 行設置在位元線BL之2個數字線DL1，DL2之各自的單方 進行短路即可，即只進行開啓（ON)開關元件時，數字線 DL1，DL2係被進行短路。 此理由係亦與有關圖4乃至圖6前述之構成相同，因 流動在數字線之電流（電子）之傳達速度爲108cm/秒之非常 快之速度，即，如前述所述，例如即使施加1 0毫微秒之非常 快速之脈衝之情況，而根據此脈衝在約1 cm之尺寸空間亦 形成電流磁場，而此尺寸係爲充分覆蓋通常之記憶體晶片 之記憶體區域，隨之，即使採用1 0毫微秒之極快速之寫入 脈衝之情況亦可將上下之數字線DL 1，DL2進行短路來使 電流脈衝往返，同時對上下之磁性電阻效果元件C1，C2進 行寫入。 但對於多値記錄之情況係因應寫入位元，必須適宜開 弱^本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） ί裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智祛財產局員工消費合作社印製 -21 - 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（18) 啓、開關元件Trl，也就是，必須因應寫入位元資訊，將上下 之數字線DL1，DL2進行短路、遮斷。 例如，對於寫入各自「0」於上下之磁性電阻效果元件 C1，C2之情況係如圖8所示，開啓開關元件Trl來將上下之 數字線DL1，DL2進行短路，並且，例如從接續在數字線DL1 端部之電源施加寫入脈衝，並將此流動至數字線DL2,而此 寫入之時機係如同圖（c )例示，即，與施加寫入脈衝至位 元線 BL大略相同時機開啓關元件Τι.1，也對於數字線 DL1，DL2流動寫入脈衝即可。 另外，寫入各自「1」於上下之磁性電阻效果元件 C 1，C 2之情況亦大略相同，並如圖9 ( a )所示開啓開關元 件Τι·1來將上下之數字線DL1，DL2進行短路，並且，例如 從接續在數字線DL2端部之電源施加寫入脈衝，並將此流 動至數字線D L 1，而此寫入之時機亦如同圖（c )例示，即， 與施加寫入脈衝至位元線BL大略相同時機開啓關元件 Trl,也對於數字線DL1，DL2流動寫入脈衝即可。 對於此，對於寫入「0」於上下之磁性電阻效果元件 C 1，C 2之任何一方、寫入「1」於任何一方之另一方的情 況係無法將上下之數字線DL 1，DL2進行短路。 例如，如圖1 0 ( a )所示，對於寫入「〇」於具有上側強 磁性1重隧道之磁性電阻效果元件C1，寫入「1」於具有 下側強磁性2重隧道之磁性電阻效果元件C2之情況係關 閉開關元件ΤΠ來將上下之數字線DL1，DL2進行遮斷，並 且，從各自接續在數字線DL1與DL2之端部之電源流動寫 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公楚) '~' ~ -22- (請先閱讀背面之注意事 項再填- 裝-- :寫本頁) 、11 4 • IT n Lr . 588353 A7 _B7 五、發明説明（19) 入脈衝於各自同方向。 此寫入之時機亦如同圖（c )例示，即，與施加寫入脈 衝至位元線BL大略相同時機關閉關元件Τι·1，並且，各自流 動寫入脈衝至數字線DL1與DL2即可，但此時，對於爲了從 一個電源（無圖示）供給各自電流脈衝至上下之數字線 DL1，DL2係如同圖（c )例示，必須錯開寫入時機，也就是， 首先接續電源至數字線DL1，DL2之任何一方來流動寫入 脈衝之後，切換電源於一方的數字線，然後流動寫入脈衝。 另外，在寫入資料於上下之磁性電阻效果元件C1，C2 時，對於即將寫入之資料與已收納之資料相同之情況係並 無需重新寫入，即，如預先讀出收納於磁性電阻效果元件C 1 或C2之資料等來調查後，如寫資料爲相同之情況亦可省略 寫入。 開關元件Tr 1係至少在供給各自電流脈衝於這些上下 之數字線DL1，DL2之間呈關閉狀態。 另外，對於寫入「1」於具有上側強磁性1重隧道之 磁性電阻效果元件C 1，寫入「0」於具有下側強磁性2重 隧道之磁性電阻效果元件C2之情況係如圖11所示，果然 丨丨务開關元件 Trl關閉，並且，切換電源至各自之數字線 DL1，DL2來流動同方向之電流脈衝即可。 以上，如圖8乃至圖1 1例示，可適宜將上下之數字線 DL1，DL2進行短路，遮斷，愣外，電源如亦可根據這些來做適 宜接續，即使採用差動放大型結構也不會增加電流，將不會 伴隨因消耗電力之增加，驅動器之增大造成MRAM記憶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 588353 A7 B7 五、發明説明（20) 位元之容量減少之情況。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，就有關可採用於本發明之磁性記憶體之磁性電 阻效果元件之重疊構成之具體例來做說明。 圖1 2及圖1 3係表不具有強磁性一重隧道接合之磁性 電阻效果元件之剖面構造之模式圖。 即，圖1 2之磁性電阻效果元件之情況，於下地層B F上 依序堆積有反強磁性層AF，強磁性層FM1，隧道阻擋層TB， 強磁性層FM2,保護層PB，另鄰接於反強磁性層AF所重疊 之強磁性層FM 1則作爲磁化固著發揮作用，而堆積在隧道 阻擋層TB上之強磁性層FM2則作爲記錄層來發揮作用。 圖1 3之磁性電阻效果元件之情況，針對在隧道阻擋層 TB之上下各自設置重疊強磁性層FM與非磁性層NM與強 磁性層FM之重疊膜S L，而此情況，設置在反強磁性層AF 與隧道阻擋層TB之間之重疊膜SL亦作爲磁化固著層來 發揮作用，另設置在隧道阻擋層TB上之重疊膜SL則作爲 記錄層來發揮作用。 經濟部智慈財產局8工消費合作社印製 圖1 4乃至圖1 6係表示具有強磁性2重隧道接合之磁 性電阻效果元件之剖面構造之模式圖，而有關這些圖面係 對於關於賦予與圖1 2及圖1 3相同要素之同一符號，故省 略詳細之說明。 例示於圖1 4乃至圖1 6係之構造情況，前述之構成都 設置有2層的隧道阻擋層TB，並於其上下設置有強磁性層 FM或，強磁性層FM與非磁性層NM之重疊膜SL，對於例 示在此之2重隧道接合元件之情況係鄰接設置在其上下之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -24- 588353 A7 B7 五、發明説明（21) 反強磁性層A F之強磁性層F Μ或重疊膜則作爲磁化固著 發揮作用，而設置在2層的隧道阻擋層Τ Β之間之強磁性層 FM或重疊膜SL則作爲記錄層來發揮作用。 當採用如此之性2重隧道接合時則有著可增加對於記 錄層之磁化方向之電流變化的利點。 又，針對本發明之磁性記憶體來採用之磁性電阻效果 元件係並不限於圖1 2乃至圖1 6係所例示之構成，而除此 之外例如也可採用使第1強磁性層與非磁性層與第2強磁 性層重疊之所謂「自旋磁阻構造」之磁性電阻效果元件等 〇 作爲磁性電阻效果元件所採用之任何構造之情況亦可 使作爲將一方的強磁性層實質固著之「磁化固著層亦稱 (Pi η層）」來發揮作用，另可使作爲根據從外部施加磁場將 另一方之強磁性層變化磁化方向之「磁性記錄層」來發揮 作用。 另外，如後述之詳述，根據讀出方式係亦作爲記錄層可 採用鄰接設置於反強磁性層之強磁性層。 針對這些磁性電阻效果元件，可作爲磁化固著層來採 用之強磁性體係可採用例如：Fe(鐵），Co(鈷），Ni(鎳），或這些 合金或，自旋分極率大之磁化強度，Cr〇2，RXMn〇3.y(在此R 係表示希土類，X係表示Ca(鈣），Ba(鋇），Sr(緦））等氧化物，或 NiMnSb(鎳·錳·銻），PtMnSb(白金錳·銻）等之惠斯勒（錳鋁銅） 磁性合金。 由這些合金而成之磁性固化層係期望具有一方向異方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------·裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智祛財產局員工消费合作社印製 25- 588353 A7 B7 五、發明説明（22) 性之情況，另外其厚度係期望在〇.lnm以上l〇〇nm以下，又 此強磁性層之膜厚係必須爲不會成爲超強磁性之程度之厚 度，而更期望的厚度爲〇.4nm以上。 另外，對於作爲磁化固著層來採用之強磁性體係期望 爲附加反強磁性膜來固著磁化之情況，而作爲如此之反強 磁性膜係可舉出Fe(鐵）-Μη(錳）· Pt(白金）-Μη(錳）· Pt(白 金）-Ci·(鉻）-Μη(錳）· Ni(鎳）-Μη(錳）.Ιι·(銥）-Μη(錳）.Ni〇( 氧化鎳）.Fe2〇3(氧化鐵），或上述之磁性板導體。 另外，對這些磁性體係可添加 Ag(銀），Cu(銅），Au(金 )，A1(鋁），Mg(鎂），Si(矽），Bi(鉍），Ta (鉅），B(硼），C(炭），〇（氧），N( 氮），Pd(鈀），Pt(白金），Ζι·(鍩），Ιι·(銥），W(鎢），Mo(鉬），Nb(鈮）H( 氫）等非磁性元素來調節磁性特性或其他調節結晶性，機械 特性，化學特性等各種物性之情況。 另外，作爲磁化固著層亦可採用強磁性層與非磁性層 之重疊膜，例如，可採用圖1 3所例示之強磁性層/非磁性層/ 強磁性層之3層構造，而此情況，期望藉由非磁性層來在兩 側之強磁性層發揮反強磁性之層間的相互作用。 對於更具體來說，作爲固著磁性層於一方向之方法，期 望將 Co(C〇-Fe)/Ru/Co(Co-Fe)，Co(Co-Fe)/ I】·（_)/Co(Co-Fe)，C〇(Co-Fe)/〇S/ Co(Co-Fe)，磁性半導體強磁性層/磁性 半導體非磁性層/磁性半導體強磁性層等之3層構造之重 疊膜作爲磁化固著層，並又於此鄰接設置反強磁性膜。 即使作爲此情況之反強磁性膜亦與前述之構成相同地 可採用 Fe- Mn，Pt- Mn，Pt- Cr- Mn，Ni- Mn，1卜 Mn，Ni〇， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------—I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- 588353 A7 B7 五、發明説明（2$ --------•衣 II (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Fe2〇3，磁性半導體等，當採用此構造時，除了此磁化固著層 之磁化牢固地固著磁化之外，另外可減少由磁化固著層之 拽漏磁場（s t r a y f i e 1 d )，並根據改變形成磁化固著層之2 層強磁性層膜厚之情況，將可調整磁性記錄層之磁化移動 〇 另一方面，即使作爲磁性記錄層之材料亦可與磁化固 著層相同地可採用例如：Fe(鐵），Co(鈷），Ni(鎳），或這些合金 或，自旋分極率大之磁化強度，Cr〇2，RXMn〇3.y(在此R係表 示希土類，X係表示Ca(鈣），Ba(鋇），Sr(緦））等氧化物，或 NiMnSb(鎳.錳·銻），PtMnSb(白金錳.銻）等之惠斯勒（錳鋁銅） 磁性合金。 作爲由這些材料而成之磁性記錄層之強磁性層係期望 對於膜面具有略平型之方向之一軸異方性之情況，另外其 膜厚係期望在O.lnm以上lOOnm以下，又此強磁性層之膜 厚係必須爲不會成爲超強磁性之程度之厚度，而更期望的 厚度爲〇. 4 n m以上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外，作爲磁性記錄層亦可採用軟磁性層/強磁性層之 2層構造或，強磁性層/軟磁性層/強磁性層之3層構造，而 作爲磁性記錄層，根據採用強磁性層/非磁性層/強磁性層之 3層構造或，採用強磁性層/非磁性層/強磁性層/非磁性層 /強磁性層之5層構造來控制強磁性層之層間的相互作用 強度之情況，即使爲記憶體元件之磁性記錄層之元件寬度 成爲亞微 粒亦不用增加電流磁場之消耗電力及可得到更 期望之效果，而5層構造之情況，中間強磁性層係更期望採 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐） -27- 588353 A7 B7 _ _________ 五、發明説明（24) 用軟磁性層或由非磁性元素所分斷之強磁性層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 針對磁性記錄層亦可於磁性體添加A g (銀），C u (銅），A u ( 金），A1(鋁），Mg(鎂），Si(矽），Bi(鉍），Ta(鉅），B(硼），C(炭），〇（氧 )，N(氮），Pd(鈀），Pt(白金），Zi•(鉻），Ir(銥），W(鎢），Mo(鉬），Nb(鈮 )Η(氫）等非磁性元素來調節磁性特性或其他調節結晶性， 機械特性，化學特性等各種物性之情況。 另一方面，對於作爲磁性電阻效果元件來採用TMR元 件之情況，作爲設置在磁化固著層與磁化記錄層之間的隧 道阻擋層Τ Β之材料係可採用A12 0 3 (氧化錕），S i 0 2 (氧化石夕 )，MgO(氧化鎂），A1N(氫化鋁），Bi2〇3(氫化鉍），MgF“氟化鎂 )，CaF2(氟化鈣），SrTi〇2(氧化鈦·總），AlLa〇3(氧化鑭.銘）， ΑΙ-Ν-0(氧化氫化鋁），非磁性半導體（Zn〇，InMn，CaN，

CaAs, Ti〇2, Zn,Te5或塗抹遷移金屬於這些上之構成）等 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這些化合物係從化學量論來看並不需要完全正確之組 合，並即使存在有氧素，氫素，氟素等之欠損或過不足亦可， 另外，此絕緣層（誘電體層）之厚度係期望相當於隧道電流 動之厚度程度，而事實上係期望在l〇nm以下。 如此之磁性電阻效果元件係可採用各種濺射法，蒸鍍 法，分子線外延生長法，c V D法等之通常的薄膜形成手段來 形成在規定之基板上，而作爲此情況之基板係可採用例如： Si(矽），SiCM氧化矽），Al2〇3(氧化鋁），尖晶石，AIN(氫化鋁）， CaAs, CaN等各種之基板。 另外，於基板上，作爲下地層及保護層等，亦可設置由 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) — -28- 588353 A7 B7 五、發明説明（2自 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 a(鉋），Ti(l太），Pt(白金），Pd(IG)，Au(金），Ti(銶）/Ρί(白金）， Ta(鉅）/Pt(白金），Ti(鈦）/Pd(鈀），Ta(鉅）/ Pd(鈀），Cu(銅）， A1(鋁），CaAs，CaN，ZnO, Ti〇2等之半導體下地等而成之層 c 以上，關於針對本發明之磁性記憶體來採用之磁性電 阻效果元件係已說明過。 另外寫入至針對本發明之磁性電阻效果元件C 1，C2之 磁性記錄層之磁化的方向係未必爲直線狀，而亦可因應磁 性路層來具有「邊緣範圍」彎曲之構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 7係例示磁性電阻效果元件之磁性記錄層之平面 形狀與，因應此之磁化方向之模式圖，即，磁性電阻效果元 件之磁性記錄層係可作爲例如如同圖（a)所示，附加突出部 於長方形之一方的對角兩端之形狀及，同圖（b)所示之平 行四邊形，同圖（〇所示之菱形，同圖（d)所示之橢圓形，（e) 邊緣傾斜型等之各種形狀，並且，同圖（a)及（b)所例示之情 況，根據「邊緣範圍」之形成，磁化方向係成彎曲之構成，而 針對本發明係也可採用如此之磁性記錄層，另這些非對稱 之形狀係可根據將針對微縮法採用之分度線之圖案形狀作 爲非對稱形狀容易地制作。 另外，將磁性記錄層圖案型成爲圖1 7 (a)〜（c)，（ e)所示 之形狀之情況，而實際上角部多爲圓狀，但角部即使爲圓狀 也可以，另外在此，對於磁性記錄層係期望賦予磁化方向沿 著一軸的方向地實質上所規定之一軸異方性之情況，爲此 係期望磁性記錄層之寬度W與長度L的比L/D係比1 .2 4：^本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇>< 297公釐） -29- 588353 A7 _____ B7_ 五、發明説明（26) 還大之情況，而如此將容易形成沿著長度L之方向的一軸 異方性。 以上，就有關本發明之磁性記憶體之基本構造及在此 採用之磁性電阻效果元件已做說明。 接著，就有關本發明之磁性記憶體之元件構造來舉出 具體例來做說明。 圖1 8係表示採用CMOS之情況之本申請專利之結構 構造模式圖。 作爲開關兀件採用C Μ〇S (C 〇 m p 1 e m e n t a 1· y M e t a 1 -〇X i d e -Semiconductor)之情況，於進行讀出時係將下部選擇電晶體 CMOS開啓，並藉由位元線BL來流動讀出電流至各自之磁 性電阻效果元件C1，C2,再從讀出用配線M1，M2取出，然後 根據放大器S A進行差動動作。 另外，對於磁性電阻效果元件C 1，C2之寫入係根據流 動各自寫入電流於垂直之位元線BL與數字線DL1，DL2進 1'了，並且，有關圖3及圖4，如則述所述地，可根據改變磁性電 阻效果元件C 1，C 2之記錄層5 2之磁化容易軸之方向的情 況來形成差動動作型或多値記憶型之記憶體。 另外，對於爲了實現更超大容量化之記憶體係期望採 用可將記憶體元件重疊化之結構來進行多層化。 圖1 9係表示針對本發明可採用之構造的第2具體例 模式圖，即，同圖係表示記憶體元件之剖面構造，而針對此結 構係並列接續磁性電阻效果元件Cl，C2於讀出/寫入用位 元線BL，另對於各自之磁性電阻效果元件C之另一端係藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X29*7公釐) — ^辦衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 d 經濟部智慧財產局员工消费合作社印製 -30- 588353 A7 ___ B7 五、發明説明（27) 由二極體D來接續讀出/寫入用字元線W。 ^批衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於讀出時係根據各自選擇電晶體STB，STw選擇接 續在同樣目的之磁性電阻效果元件C之位元線BL與數字 線DL來流動寫入電流，此時合成各自產生在位元線BL與 數字線DL之磁場的寫入磁場則根據將磁性電阻效果元件 C之磁性記錄層的磁化朝規定方向之情況將可進行寫入。 二極體D係具有於這些讀出時獲寫入時，遮斷藉由配 置爲矩陣狀之其他磁性電阻效果元件C來流動之迂迴電 流的作用。 圖20係表示採用圖1 9之結構構成之差動動作型之記 憶、體元件之剖面模式圖。 另外，圖2 1係表示採用圖1 9之結構構成之多値記錄 型之記憶體元件之剖面模式圖。 d 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 又，針對圖20及圖21係爲求簡單只表示位元線BL， 磁性電阻效果元件C，二極體D，數字線DL，除此之外的 要素則省略，另圖2 1係例示爲了改變一對之磁性電阻效果 元件C1，C2之輸出電壓，磁性電阻效果元件C1係作爲強 磁性1重隧道接合，而另一方之磁性電阻效果元件C2係採 用強磁性2重隧道接合之情況，而這些記憶體元件之動作 原理係有關圖1乃至圖1 9可與前述之構成相同。 在此，作爲配線（數字線DL，位元線BL)之材料係例如 採用Cu(銅），且理想則賦予如後述所述之由磁性體而成之 覆蓋層，作爲覆蓋層之材料係可採用FeOx(氧化鐵）， CoZnNb(鈷亞鉛鈮）等之磁性非晶型材料，CoFeNi(鈷鎳）， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公H ~ -31 - 588353 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ NiFe(鎳鐡），坡莫合金等磁性合金。 另外，針對圖21(a)及（b)係表示爲了容易進行多値記錄， 將上側之磁性電阻效果元件C1作爲強磁性1重隧道接合， 而下側之磁性電阻效果元件C2作爲強磁性2重隧道接合 來將這些輸出作爲相互不同之情況，但，亦可代替此，作爲磁 性電阻效果元件C2,採用如圖21(c)所例示之1重隧道接合 之構成，此情況，與上側之磁性電阻效果元件C 1作比較，例 如根據改變任何一層之材料或層厚之情況，將可得到與磁 性電阻效果元件C不同之輸出，即使如此亦可容易地進行 多値記錄。 接著5就有關可採用在本發明之磁性記憶體之結構的 第3具體例來做說明。 圖2 2係表示可將記憶體元件重疊化之結構的第3具 體例模式圖，即，同圖係表示記憶體元件之剖面構造。 針對此結構係作爲並連接續複數之磁性電阻效果元件 C於讀出/寫入用位元線BLw與讀出用位元線BLr之間之 「梯形」的構成，又，接近各自之磁性電阻效果元件C來配 線寫入字元線W於與位元線交差之方向。 對磁性電阻效果元件之寫入係可根據使由流動寫入電 流於讀出/寫入用位元線BLw之情況產生之磁場與，使由 流動寫入電流於讀出/寫入用數字線DL之情況產生之磁場 的合成磁場作用在磁性電阻效果元件之磁性記憶層之情況 進行之。 另一方面，對於讀出時係在位元線BLw及BLi·之間施 (請先閲讀背面之注意事 I ΙΦΜ 項再填寫. 裝-- 本頁) 訂 J0 ^☆本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -32- 588353 A7 B7 經濟部智慈財產局員工消费合作社印製 五、發明説明（29) 加電壓，如此，在這些之間將電流流動至並聯所接續之所有 的磁性電阻效果元件，根據寫入放大器S A邊檢測此電流之 €計邊施加寫入電流至接近在目的之磁性電阻效果元件之 ¥元:線W來改寫目的之磁性電阻效果元件之磁性記錄層 之磁化成規定之方向，另根據檢測此時之電流變化之情況， 將可進行目的之磁性電阻效果元件之讀出。 即，改寫之磁性電阻效果元件之磁化方向如與改寫後 之磁化方向相同，根據寫入放大器SA所檢測之電流係無變 化，但，對於在改寫前後，磁性記錄層之磁化方向反轉之情況 係根據寫入放大器SA所檢測之電流則根據磁性電阻效果 進行變化，如此5改寫前之磁性記錄層之磁化方向，即，可讀 出收納之資料。 但，此方法係在讀出時使收納資料變化，所謂因應「破 壞讀出」。 對此，對於將磁性電阻效果元件之構成作爲磁化自由 層/絕緣層（非磁性層）/磁性記錄層之構造係所謂可「非破 壞讀出」，即，對於採用磁性電阻效果元件之情況係記錄磁 化方向於磁性記錄層，並對於讀出時係根據使磁化自由層 之磁化方向作適宜變化來比較讀出電流之情況，將可讀出 磁性記錄層之磁化方向，但對於此情況係有必要將磁化自 由層之磁化反轉磁場設計比磁性記錄層之磁化反轉磁場還 小0 圖2 3 (a)係表示採用圖2 2之結構構成之差動動作型之 記憶體兀件之剖面模式圖，另外同圖（b)係例示其磁性電阻 (諳先閱讀背面之注意事 t 4 _項再填· 裝— :寫本頁) 訂 d. • L—_ ·!Γ. 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -33- 588353 A7 B7 經濟部智慈財產局負工消費合作社印製 五、發明説明（3d) 效果元件C 1, C 2之重疊構造之模式圖，另對於差動動作型 之情況係將上下之磁性電阻效果元件C 1，C 2如此配置將可 得到相同的輸出。 另外，圖24(a)係表示採用圖22之結構構成之多値記 錄型之記憶體元件之剖面模式圖，又，即使針對圖23及圖 24,亦爲求簡單只表示位元線Bl，磁性電阻效果元件C， 數字線D L，而除此之外的要素則省略，另這些記憶體元件 之動作原理係有關圖1乃至圖1 9可作爲與前述之構成相 同。 即使針對圖24(a)所例示，爲了改變一對之磁性電阻效 果元件C 1，C 2之輸出電壓，如同圖（b)所示地磁性電阻效 果元件C 1係可作爲強磁性1重隧道接合，而另一方之磁性 電阻效果兀件C 2係採用強磁性2重隧道接合之情況，另外， 如同圖（c)所示地，根據下側之磁性電阻效果元件c 2仍持 續作爲1重隧道接合，而至少將任何~層之材料或層厚改 變爲上側之元件C 1之情況，得到與C 1不同之輸出也可以 〇 在此，作爲配線（數字線DL，位元線Bl)之材料係亦可 例如採用C u (銅），且理想則賦予如後述所述之由磁性體而 成之覆蓋層，作爲覆蓋層之材料係可採用FeOx(氧化鐵）， CoZnNb(鈷亞鉛鈮）等之磁性非晶型材料，CoFeNi(銘鎳）， NiFe(鎳鐡），坡莫合金等磁性合金。 接著，就有關可採用在本發明之磁性記憶體之結構之 具體例來做說明。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 項再填· 裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ C \ v\ -34- 588353 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（31) 圖25係表示可將記憶體元件重疊化之結構的第4具 體例模式圖，即，同圖係表示記憶體元件之剖面構造圖。 針對此結構係並聯接續複數之磁性電阻效果元件C 於讀出/寫入用位元線BLw，另對於這些磁性電阻效果元件 係接續各自讀出用位元線BLi·爲矩陣狀。 又，接近於這些讀出用位元線BL配置寫入用數字線 DL。 對磁性電阻效果元件之寫入係可根據使由流動寫入電 流於讀出/寫入用位元線BLw之情況產生之磁場與，使由 流動寫入電流於讀出/寫入用數字線DL之情況產生之磁場 的合成磁場作用在磁性電阻效果元件之磁性記憶層之情況 進行之。 另一方面，對於讀出時係可根據由選擇電晶體ST選擇 位元線BLw，BLr之情況，將讀出電流流動至目的之磁性電 阻效果元件來由讀出放大器SA進行檢測。 圖26係表示採用圖25之結構構成之差動動作型之記 憶體元件之剖面模式圖。 另外，圖27係表示採用圖25之結構構成之多値記錄 型之記憶體元件之剖面模式圖，又，即使針對圖26及圖27, 亦爲求簡單只表示位元線BL，磁性電阻效果元件C,數 字線DL，而除此之外的要素則省略，另這些記憶體元件之 動作原理係有關圖1乃至圖1 9可作爲與前述之構成相同 〇 另外，即使針對圖27所例示之記憶體元件，/亦爲了改 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 4 •項再填< 裝— :寫本頁)

、1T 4 -35- 588353 A7 B7 五、發明説明（32) 變一對之磁性電阻效果元件c 1，c 2之輸出電壓，磁性電阻 效果元件C 1係作爲強磁性1重隧道接合，而另一方之磁性 電阻效果元件C 2係採用強磁性2重隧道接合之情況。 即使針對圖27 (a)所例示之記憶體元件，亦爲了改變一 對之磁性電阻效果元件C1，C2之輸出電壓，如同圖（b)所 示地磁性電阻效果元件C 1係可作爲強磁性1重隧道接合， 而另一方之磁性電阻效果元件C2係採用強磁性2重隧道 接合之情況，另外，如同圖（c)所示地，根據下側之磁性電阻 效果元件C2仍持續作爲1重隧道接合，而至少將任何一層 之材料或層厚改變爲上側之元件c 1之情況，得到與C1不 同之輸出也可以。 另外，關於配線（數字線DL，位元線BL)之材料及設置 在其周圍的2覆蓋層，有關圖19乃至圖24可作爲與前述 之構成相同。 接著，就有關可採用在本發明之磁性記憶體之結構之 第5具體例來做說明。 圖2 8係表示可適用本申請專利之結構的第5具體例 模式圖，即，同圖係表示記憶體元件之剖面構造圖，藉由讀出 L來接續讀出用位元線BLr至磁性電阻效果元件，並對於 磁性電阻效果元件正下方係有著配置寫入用數字線之不同 點，如此，將可使磁性電阻效果元件與數字線比圖2 5之構 造更爲接近，而作爲其結果，將可對於磁性電阻效果元件使 從數字線之寫入磁場更有效地作用。 圖29乃至圖31係表示採用圖28之結構構成之差動 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^批衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 it 經濟部智悲財產局員工消費合作社印製 -36- 588353 A7 __B7_ 五、發明説明（33) 動作型之記憶體元件之剖面模式圖。 圖32係表示採用圖28之結構構成之多値記錄型之記 憶體元件之剖面模式圖，又，即使針對圖26及圖27,亦爲求 簡單只表示位元線BL，磁性電阻效果元件C，數字線DL， 而除此之外的要素則省略。 另外，即使針對圖32所例示之記憶體元件，亦爲了改 變一對之磁性電阻效果元件Cl，C2之輸出電壓，磁性電阻 效果元件C 1係作爲強磁性1重隧道接合，而另一方之磁性 電阻效果元件C2係採用強磁性2重隧道接合之情況，而這 些記憶體元件之動作原理係有關圖1乃至圖1 9可作爲與 前述之構成相同。 在此，圖29所示之記憶體元件係作爲磁性電阻效果元 件C 1 ,C2來採用強磁性1重隧道接合元件之構成。 另外，圖3 0所示之記憶體元件係作爲磁性電阻效果 元件C 1 ,C2來採用強磁性2重隧道接合元件之構成。 另一方面，圖31所示之記憶體元件係作爲磁性電阻 效果元件C1，C2,具有強磁性1重隧道接合，且將記錄層作 爲強磁性層FM與非磁性層NM與強磁性層FM之3層構 造。 另外，針對圖32(a)及（b)係表示爲了容易進行多値記錄， 將上側之磁性電阻效果元件C1作爲強磁性1重隧道接合， 而下側之磁性電阻效果元件C2作爲強磁性2重隧道接合 來將這些輸出作爲相互不同之情況5但，亦可代替此，作爲磁 性電阻效果兀件C 2，採用如圖3 2 (c)所例示之1重隨道接合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） --— -37- --------—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 4 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 588353 A7 ____B7_ 五、發明説明（34) 之構成，此情況，與上側之磁性電阻效果元件C 1作比較，例 如根據改變任何一層之材料或層厚之情況，將可得到與磁 性電阻效果元件C不同之輸出，即使如此亦可容易地進行 多値記錄。 接著，就有關可設置再本發明之計一體元件之配線的 覆蓋層S Μ來進行說明。 圖33乃至圖35係例示設置覆蓋層SM之記憶體元件 之剖面模式圖，即，同圖（a)係對於其位元線BL之長度方向 之垂直剖面圖，同圖（b)係對於其位元線BL之長度方向之 平行剖面圖。 圖33係例示針對記憶體元件設置覆蓋層SM，另於配 線（數字線DL，位元線BL)之外緣賦予由磁性體而成之覆 蓋層SM，即，在由銅（Cu)而成之配線（數字線DL，位元線 BL)之外緣之中，由磁性體而成之覆蓋層SM覆蓋釋放寫入 磁場之不必要的部份，如此，將可防止根據由數字線DL及 位元線BL所放出之寫入磁場之寫入串音，即，對於鄰接在 橫向方向及重疊方向之其他磁性電阻效果元件之不必要之 寫入。 隨之，覆蓋層SM係具有防止磁場之洩漏的作用，而作 爲其材料係可採用FeOx(氧化鐡），CoZnNb(鈷亞鉛鈮）等之 磁性非晶型材料，CoFeNi(鈷鎳），NiFe(鎳鐵），坡莫合金等磁 性合金。 另外，此覆蓋層SM係如圖34所例示，延伸設置至磁性 電阻效果元件C1，C2也可以，如此，將可有效防止從寫入用 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐）"" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· *11 經濟部智恶財產局員工消費合作社印製 -38- 588353 A7 B7 經濟部智慈財產局a(工消費合作社印製 五、發明説明（35) 數字線DL1，DL2之寫入磁場之散發，並亦可有效使其集中 於磁性電阻效果元件C 1，C2之記錄層，此時，由磁性金屬而 成之覆蓋層SM係亦具有所謂作爲「磁性偏轉線圈」之作 用，隨之，使覆蓋層SM延伸至磁性電阻效果元件C1，C2之 記錄層之附近時，藉由這些覆蓋層SM來使寫入電流磁場 集中於記錄層亦可改善寫入效率。 另外，對於如圖34之使覆蓋層SM延伸之情況係延伸 部未必爲一體，即，只要覆蓋數字線DL1，DL2之周圍的覆蓋 層SM之部分與，設置在數字線DL1，DL2之附近的覆蓋層 SM之部分係磁性的結合即可，而於這些部份之間無界再空 間或其他材料亦可。 圖3 5係例式針對圖29所示之記憶體元件來設置覆蓋 層SM之情況，即於配線（數字線DL，位元線BL)之外緣 赋予由磁性體而成之覆蓋層SM，如此，將可防止根據由數 字線DL及位元線BL所放出之寫入磁場之寫入串音，即，對 於鄰接在橫向方向及重疊方向之其他磁性電阻效果元件之 不必要之寫入。 另外，對於此具體例之情況亦如圖34所例示地，根據 使覆蓋層SM延伸至磁性電阻效果元件Cl，C2之側面之情 況，將可防止寫入磁場之散發，作爲磁性偏轉線圈可得到 使電流磁場集中於記錄層。 圖3 6係例示重疊例示在圖29之差動動作型結構之記 憶體元件之磁性記憶體的剖面構造模式圖，如此，根據重疊 矩陣狀之差動動作型記憶體元件之情況，將可實現高集成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) "' -39- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、v" d 588353 Α7 Β7 經濟部智祛財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（36) 度之大容量記憶體，又，像如此之構造係並不侷限於圖29 所例示之結構，而即使有關其他前述之任何差動動作型之 結構亦同爲可行。 圖37係例示重疊例示在圖24之多値記錄型結構之記 憶體元件之磁性記憶體的剖面構造模式圖，對於多値記錄 型之情況亦如此地，根據重疊矩陣狀之記憶體元件之情況， 將可實現高集成度之大容量記憶體，又，像如此之構造係並 不侷限於圖24所例示之多値記錄型結構，而即使有關其他 前述之任何多値記錄型之結構亦同爲可行。 即使針對圖37(a)所例示之記憶體元件，亦爲了改變一 對之磁性電阻效果元件C1，C2之輸出電壓，如同圖（b)所 示地磁性電阻效果元件C1係可作爲強磁性1重隧道接合， 而另一方之磁性電阻效果元件C2係採用強磁性2重隧道 接合之情況，另外，如同圖（c)所示地，根據下側之磁性電阻 效果元件C2仍持續作爲1重隧道接合，而至少將任何一層 之材料或層厚改變爲上側之元件C 1之情況，得到與C 1不 同之輸出也可以。 另一方面，針對本發明係根據爲了進行差動動作或多 値記錄，於位元線BL之上下設置組合來採用之一對磁性電 阻效果元件Cl，C2之情況，將可抑制上下磁性電阻效果元 件之間的配線經路之不均勻，但又根據關於讀出用配線 Μ 1 ,M2等下工夫在其配線構造之情況，將可將路徑長度即 寄生容量等之配線環境均一化。 圖3 8係表示可將讀出用配線Μ 1及Μ 2之配線環境均 4涵本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2】0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -項再填· 裝 訂 4 -40- 588353 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 kl ___ B7_五、發明説明（37) 一化之記憶體剖面構造模式圖，即，磁性記憶體係將複數之 記憶體元件集成爲矩陣狀，但針對將此分配於複數之記憶 體方塊MB，且這些記憶體方塊MB之間，使讀出用配線Ml 及M2交差，也就是，於每個記憶體方塊上下關係反轉地配 置讀出用配線Ml及M2。 在此，「記憶體方塊」係指例如如由25 6個之規定數 而成之鄰接的記憶體元件之集團，但含在一個磁性記憶體 之記憶體方塊之記憶體元件數係針對所有的記憶體方塊並 不需要一樣。 作爲如圖3 8所示時，實質上可將讀出用配線Μ 1及M2 之配線長及，寄生容量之配線環境作爲相同，也就是，可將信 號標準之降低量及傳送速度之延遲亮等作爲相同，而作爲 其結果，將可整合從設置在位元線BL之上下的一對磁性電 阻效果元件C1，C2之讀出信號之標準降低及延遲量，進而 可安定實行差動動作及多値記錄。 又，如圖3 8所示例之爲了將配線環境均一化之構造係 並不侷限於讀出用配線Ml及M2,而其他因應記憶體元件 構造，即使關於位元線及字元線同樣的實施亦可得到相同 之效果。 【實施例】 以下，持續參照實施例，就有關本發明之實施形態進行 更詳細之說明。 „本紙張尺度適用中國國家標準（匚\5)六4規格（2】0乂 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 4 -項再填t :寫本頁) 裝· 訂 t -41 - 588353 A7 B7 五、發明説明（3沒 (第1實施例） 首先，作爲本發明之地1實施形態，將圖3 3所示例隻 單純矩陣構造隻記憶體陣列作爲基本，於3 * 3之縱向形成 使具有2個TMR元件隻記憶體元件重疊2層之磁性記憶 體，但，針對本實施例係將上側之磁性電阻效果元件C 1作 爲1重隧道接合，而將下側之磁性電阻效果元件C2作爲1 重隧道接合。 關於此磁性記憶體之構造，如沿著其製造順序來說明 則如以下所述。 首先於無圖示之基板上，首先作爲下層之配線Μ 2及數 字線D L 2，由金屬鑲炭法製作由銅（C u)而成之厚度1 μ ηι之 配線層，然後，以CVD(Chemical Vapor Deposition)法來製作 絕緣層，再以RIE (R e a c t i v e I ο η E t c h i n g)法進行穿孔後，進行 C Μ P (C h e m i c a ] M e c h a n i c a 1 D e p o s i t i ο η)，再進行平坦化。 之後，根據濺射法將下部接續配線MX2,具有強磁性2 重隧道接合隻TMR元件C2之重疊構造膜進行成膜，而其 各層之才値及層後係從下側依序爲，Ta(30nm)/Ru(3nm)/ I r - Μ η ( 8 n m) / C 〇 F e ( 3 n m) / R u (1 n m) / C 〇 F e ( 3 n m) / A1 0 X (1 n m) / CoFeNi(2nm)/Cu(l .5nm)/CoFeNi(2nm)/A10x(lnm)/ C o F e (3 n m) / R u (1 n m) / C o F e (3 n m) /1 r Μ n (8 n in) / T a (9 n m) / R u (3 0 n m) o 接著，根據由作爲金屬光罩來採用最上層之Rn(釕）層， 另採用氯系之腐蝕氣體之RIE，將重疊構造膜腐蝕至下側 之Ru/Ta之情況，製作TMR元件C2之獨立圖案。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填· :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -42 - 經濟部智&財產局员工消費合作社印紫

588353 A7 _B7_ 五、發明説明（39) 接著，根據由採用RIE來選擇性腐蝕至由Ru/Ta而成 之配線M2之情況，形成下層之接續配線MX2。 之後，作爲絕緣體根據低溫TEOS法堆積SiOx，然後由 CMP平坦化後，將位元線BL成膜，由圖案化形成。 之後，根據濺射法將具有強磁性1重隧道接合隻 TMR元件C1之重疊構造膜進行成膜，而其各層之才値及 層後係從下側依序爲 Ta(5nn〇/ CoFeNi(2nm)/ Cu(1.5nm)/ C o F e N i ( 2 n m) / A10 x (1 n m) / C o F e (3 n m) / R u (1 n m) / C o F e (3 n m) / IrMn(8nm)/ Ta(9nm)/ Ru(30nm) o 以與上述之相同的方法來形成TMR元件C 1，並進行平 坦化之後，將接續配線MX 1成膜，進行圖案化。 之後，以同樣的方法形成穿孔，再以電鍍法形成銅（Cu) 配線DL1。 之後，導入可施加磁場之熱處理爐，並各自將一軸異方 性導入至TMR元件C1，C2之磁性記錄層52及磁性固著層 5 6,此時將記憶體作爲差動動作型之情況係將一軸異方性 賦予至與數字線DL之長度方向相同之方向，而將記憶體作 爲多値記錄型之情況係將一軸異方性賦予至與位元線BL 之長度方向相同之方向。 針對如此所製作之本發明之磁性記憶體，測定信號輸 出，並進行調查差動動作，多値化之效果的實驗。 圖39係表示針對在本實施例所得到之磁性電阻效果 元件C]，C2之輸出電壓之測定値表，即，有關TMR元件C1 及C 2來表示針對反平行線之狀態之輸出電壓v A P與，針 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-43- 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 ____ B7五、發明説明（4d) 對平行線之狀態之輸出電壓VP，由此結果了解到具有2重 接合之TMR元件C2的反平行線狀態與平行線狀態之輸出 差則變大。 圖39係表示針對在本實施例之記憶體元件來使差動 動作型動作之結果曲線圖，持續流動規定之電流於數字線 DL1，DL2,並如同圖（a)所示地對於位元線BL流動脈衝狀之 寫入電流脈衝，根據如此進行，將同時實施反方向之寫入至 TMR元件C1及C2之記錄層52,並可記錄因應2値資訊之 中「1」之資訊。 接著，根據對位元線BL來流動朝反方向之寫入電流脈 衝之情況，進行使TMR元件C1及C2之記錄層52各自朝 相反方向磁化之寫入，由此，將可記錄因應2値資訊之中「 〇」之資訊。 如此所得到之「0」與「1」之輸出差係對於使差動動 作進行之情況係達到250m V，而此係相當於加算以單獨進 行寫入至丁MR元件C2之情況的輸出差（Va-Vb)之170mV 與，以單獨進行寫入至TMR元件Cl之情況的輸出差（Vc-Vd)之80mV之數字。 也就是，根據進行差動動作之情況，將可變大2値之輸 出差，進而可以以高S/N比來進行記錄，再生，並如根據本發 明，根據使這些磁性電阻效果元件C 1，C 2接近於共通知位 元線BL·之上下來進行重疊之情況，關於這些元件c 1，C2可 實質將配線環境作爲相同，解決使差動動作進行之情況之 寫入磁場及讀取値之「偏差」等問題。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） --- -44- (請先閱讀背面之注意事- I# 項再填· 裝-- (寫本頁)

、1T 4 588353 A7 __B7_ 五、發明説明（41) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，另外根據於共通知位元線BL之上下重疊這些磁性 電阻效果元件Cl，C2之情況，將可將磁性記憶體小型化且 簡略的構成，並亦可容易地進彳T局集成化。 接著，圖4 1係針對在本實施例之記憶體元件來表示使 多値記錄型之動作進行之結果的圖表圖，對於多値記錄動 作之情況係根據持續流動電流於位元線B L，並如同圖（a)所 示地對於數字線DL 1 ,DL2適宜流動寫入電流脈衝之情況， 將可對於上下之磁性電阻效果元件C1，C2,適宜，獨立地進 行寫入。 因應圖41 (a)所例示之寫入脈衝來將磁性電阻效果元 件C 1，C2進行差動動作，即，由取得這些輸出差之情況所得 到之信號輸出係如圖41(b)所示。 即，首先，將上下之磁性電阻效果元件C1，C2之兩方做 爲反平行線之狀態的情況，其輸出差係爲Va- Vd 160mV， 而將此作爲「Ο」標準。 經濟部智¾財產局g(工消費合作社印製 另外，對於將磁性電阻效果元件C2做爲反平行線，磁 性電阻效果元件C1做爲平行線之狀態的情況係其輸出差 係爲Va- Vc即80mV，而將此作爲「1」標準。 又，對於將磁性電阻效果元件C2做爲平行線，磁性 電阻效果元件C 1做爲反平行線之狀態的情況係其輸出差 係爲Vb- Vd即-10mV，而將此作爲「2」標準。 並且，對於將磁性電阻效果元件C 1及C2都做爲平行 線之狀態的情況係其輸出差係爲Vb- Vc即-90inV，而將此 作爲「3」標準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -45 - 588353 A7 __B7_ 五、發明説明（β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 也就是，針對本實施例係可以80mV乃至90mV之間隔 來設定「0」〜「4」之4値之資料，並可給予充分之分解能 於資料之間來確實且容易進行4値資訊之記錄.再生。 並且，如根據本發明，根據使這些磁性電阻效果元件 C 1，C2接近於共通之位元線BL之上下來重疊之情況，關 於這些元件C 1，C2可實質將配線環境作爲相同，解決使差 動動作進行之情況之寫入磁場及讀取値之「偏差」等問題 〇 又，另外根據於共通知位元線BL之上下重疊這些磁性 電阻效果元件C1，C2之情況，將可將磁性記憶體小型化且 簡略的構成，並亦可容易地進行高集成化。 (第2實施例） 經濟部智慧財產局肖工消贽合作社印製 接著，作爲本發明之地2實施例，將圖24所示例之「 梯型」構造之記憶體陣列作爲基本，於3*3個之縱向形成 使具有2個TMR元件之記憶體元件重疊2層之磁性記憶 體，又，即使針對本實施例係亦如圖24(b)所示，將上側之磁 性電阻效果元件C 1作爲1重隧道接合，而將下側之磁性電 阻效果元件C2作爲2重隧道接合。 關於此磁性記憶體之構造，如沿著其製造順序來說明 則如以下所述。 於無圖示之基板上，首先作爲下層之數字線DL2,由金 屬鑲崁法製作由銅（Cu)而成之厚度ΐμηι之配線層，然後，以 CVD來製作絕緣層，再以CMP進行平坦化，之後，作爲下層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 588353 A7 B7 五、發明説明（43) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之位元線BL，由濺射法將由Cu/Ta而成之厚度1μηι之配線 層進行成膜，再根據濺射法將具有強磁性接合之TMR元件 C2之重疊構造膜進行成膜。 TMR元件C2之各層的材料及層厚係由下側依序爲 T a ( 2 n m) / R u ( 3 n m) / P t - M m (1 2 n m) / C 〇 F e (2.5 n m) / R u (1 n m) / CoFe(3nm)/A10x( 1 nm)/CoFeNi( 1.8nm)/Ru( 1. 5nm)/

CoFeNi( 1 . 8nm)/A10x( 1 nm)/CoFe(3nm)/Ru( 1 nm)/CoFe(2.5nm) / I r Μ n (9 n m) / T a (9 n m) / R u (3 0 n m)。 接著，根據由作爲金屬光罩來採用最上層之RU(釕）層， 另採用氯系之腐鈾氣體之RIE，將重疊構造膜腐蝕至下側 之Ru/Ta/Cu之配線層BL1之情況，製作TMR元件C2之獨 立圖案。 接著，根據由採用RIE來選擇性腐蝕至由Ru/Ta/Cu 而成之BL 1之情況，形成下層之位元線BL。 之後，作爲絕緣體根據低溫T E〇S法堆積S i〇X，然後由 CMP平坦化後，將位元線BL2成膜，由圖案化形成。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 之後，根據濺射法將具有強磁性1重隧道接合之 TMR元件C1之重疊構造膜進行成膜，而其各層之才値及 層後係從下側依序爲 Ta(10nm)/ CoFeNi(2nm)/ Ru(1.5nm)/ C o F e N i ( 2 n m) / A10 x (1 n m) / C o F e (3 n m) / R u (1 n m) / C o F e (2.2 n m) / I r Μ n (8 n m) / T a (9 n m) / R u (3 0 n m) o 以與TMR元件C2之相同的方法來形成TMR元件C]， 並進行平坦化之後，將位元線BL3進行成膜，進行圖案化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -47- 588353 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（44) 之後德處理係與關於第1實施例所前述之構成槪略相 同，故省略其說明。 之後，導入可施加磁場之熱處理爐，並各自將一軸異方 性導入至TMR元件C1，C2之磁性記錄層52及磁性固著層 5 6,此時將記憶體作爲差動動作型之情況係將一軸異方性 賦予至與數字線DL之長度方向相同之方向，而將記憶體作 爲多値記錄型之情況係將一軸異方性賦予至與位元線BL 之長度方向相同之方向。 針對如此所製作之本發明之磁性記憶體，測定信號輸 出，並進行調查差動動作，多値化之效果的實驗。 圖4 2係表示針對在本實施例所得到之磁性電阻效果 元件C1，C2之輸出電壓之測定値表，即，有關TMR元件C1 及C2來表示針對反平行線之狀態之輸出電壓VAP與，針 對平行線之狀態之輸出電壓VP，由此結果了解到具有2重 接合之TMR元件C2的反平行線狀態與平行線狀態之輸出 差則變大。 圖4 3係表示針對在本實施例之記憶體元件來使差動 動作型動作之結果曲線圖，持續流動規定之電流於數字線 DL1，DL2,並如同圖（a)所示地對於位元線BL流動脈衝狀之 寫入電流脈衝，根據如此進行，將同時實施反方向之寫入至 TMR元件C1及C2之記錄層52,並可記錄因應2値資訊之 中「1」之資訊。 接著，根據對位元線BL來流動朝反方向之寫入電流脈 衝之情況，進行使TMR元件C1及C2之記錄層52各自朝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公麓 1 (請先閱讀背面之注意事 4 項再填* :寫本頁) -48- 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（45) 相反方向磁化之寫入，由此，將可記錄因應2値資訊之中「 〇」之資訊。 如此所得到之「〇」與「1」之輸出差係對於使差動動 作進行之情況係達到2 80mV，而此係相當於加算以單獨進 行寫入至TMR元件C2之情況的輸出差（Va-Vb)之185mV 與，以單獨進行寫入至TMR元件Cl之情況的輸出差（Vc-Vd)之95mV之數字。 也就是，根據進行差動動作之情況，將可變大2値之輸 出差，進而可以以高S/N比來進行記錄，再生，並如根據本發 明，根據使這些磁性電阻效果元件C1，C2接近於共通知位 元線B L之上下來進行重疊之情況，關於這些元件C 1, C 2可 實質將配線環境作爲相同，解決使差動動作進行之情況之 寫入磁場及讀取値之「偏差」等問題。 又，另外根據於共通知位元線BL之上下重疊這些磁性 電阻效果元件Cl，C2之情況，將可將磁性記憶體小型化且 簡略的構成，並亦可容易地進行高集成化。 接著，圖44係針對在本實施例之記憶體元件來表示使 多値記錄型之動作進行之結果的圖表圖，對於多値記錄動 作之情況係根據持續流動電流於位元線BL,並如同圖U)所 示地對於數字線DL 1，DL2適宜流動寫入電流脈衝之情況， 將可對於上下之磁性電阻效果元件C1，C2,適宜，獨立地進 行寫入。 因應圖44(a)所例示之寫入脈衝來將磁性電阻效果元 件C ] ,C2進行差動動作，即，由取得這些輸出差之情況所得 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-49- 588353 A7 _ B7 五、發明説明（46) 到之信號輸出係如圖44(b)所示。 即，首先，將上下之磁性電阻效果元件C1，C2之兩方做 爲反平行線之狀態的情況，其輸出差係爲 Va- Vd即 187.5mV，而將此作爲「0」標準。 另外，對於將磁性電阻效果元件C2做爲反平行線，磁 性電阻效果元件C1做爲平行線之狀態的情況係其輸出差 係爲Va-Vc即92.5mV，而將此作爲「l」標準。 又，對於將磁性電阻效果元件C2做爲平行線，磁性 電阻效果元件C 1做爲反平行線之狀態的情況係其輸出差 係爲Vb- Vd即2.5mV，而將此作爲「2」標準。 並且，對於將磁性電阻效果元件C1及C2都做爲平行 線之狀態的情況係其輸出差係爲Vb- Vc即-92.5mV，而將 此作爲「3」標準。 也就是，針對本實施例係可以90mV乃至95mV之間隔 來設定「〇」〜「3」之4値之資料，並可給予充分之分解能 於資料之間來確實且容易進行4値資訊之記錄.再生。 並且，如根據本發明，根據使這些磁性電阻效果元件 C1，C2接近於共通之位元線BL之上下來重疊之情況，關 於這些元件Cl，C2可實質將配線環境作爲相同，解決使差 動動作進行之情況之寫入磁場及讀取値之「偏差」等問題 〇 又，另外根據於共通知位元線BL之上下重疊這些磁性 電阻效果元件Cl，C2之情況，將可將磁性記憶體小型化且 簡略的構成，並亦可容易地進行高集成化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） — (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T .4 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -50- 588353 A7 ________B7_ 五、發明説明（47) (第3實施例） 接著，作爲本發明之地3實施例，就關於具有圖4及圖 5所例示之配線構造之磁性記憶體之全體構造來做說明。 11 45係例示本實施例之磁性記憶體之全體構成之槪 念圖，即如圖4乃至圖6所述，而針對本發明係根據將設置 在進行動作之一對磁性電阻效果元件C 1，C2之上下之數字 線DL1，DL2之前端進行短路之情況，將可由一個電源來傳 達寫入脈衝。 具有如此之配線構造之磁性記憶體係如圖45所例示 地，對於記憶體陣列1 1 〇之兩端，即，位元線之配線方向之 兩端係具有爲了供給電流於位元線之驅動器與，爲從位元 線BL吸入電流之薄版（SINKER)。 針對本發明係對於位元線BL，因流動正負兩方向之電 流，故各自設置驅動器2 1 0,230於記憶體陣列110之兩端， 另外，同樣地設置薄版（SINKER)220,240於記憶體陣列110 之兩5¾¾。 從驅動器210供給至位元線 BL之電流係由薄版 (SINKER) 240所吸入，另外從驅動器230供給至位元線BL 之電流係由薄版（SINKER)220所吸入。 另一方面，由數字線DL1,DL2之配線方向來看時，只有 在記憶體陣列1 1 0之一端設置有驅動器3 1 0即薄版 (SINKER) 3 20,而此係如圖4乃至圖6所述，將上下之數字 線DL1，DL2之多端進行短路來構成一個配線經路，隨之， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）~ (請先閱讀背面之注意事 項再填· :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -51 - 588353 A7 B7 五、發明説明（48) 從驅動器310供給至任合一個數字線DL1，DL2之電流係 藉由設置在記憶體陣列1 1 0之多端的短路部來流入折返於 數字線DL1，DL2之任何一個的另一方，再係入至薄版 (SINKER)320。 如根據本實施例，可對於上下2對之數字線DL1，DL2, 由一個驅動器310及薄版（SINKER) 320來流動電流，作爲其 結果，將不需增設驅動器及薄版（SINKER)，而將可提升記憶 體陣列之佔有率，即Array efficiency。 (第4實施例） 接著，作爲本發明之地4實施例，就關於具有圖8及圖 Π所例示之配線構造之磁性記憶體之全體構造來做說明 〇 圖46係例示本實施例之磁性記憶體之全體構成之槪 念圖，即如圖8乃至圖11所述，而針對本發明係根據設置 開關元件Trl於設置在爲了多値記錄所進行動作之一對磁 性電阻效果元件C1，C2之上下的數字線DL1，DL2之一端 來適宜進行短路之情況，將可由一個電源來傳達寫入脈衝 〇 具有如此之配線構造之磁性記憶體之情況亦如圖46(a) 所例示，對於記憶體陣列1 1 0之兩端，即，位元線之配線 方向之兩端係具有爲了供給電流於位元線之驅動器與，爲 從位元線BL吸入電流之薄版（SINKER)。 此係如圖45所前述，對於位元線BL，因流動正負兩方 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格（210X297公釐） --------^批衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T d 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 - 52- 588353 經濟部智慧財麦局員工消費合作社印製 A7 _B7____五、發明説明（49) 向之電流，故各自設置驅動器2 1 0,230於記憶體陣列110之 兩端，另外，同樣地設置薄版（SINKER) 220,240於記憶體陣 列1 1 0之兩端。 另一方面，由數字線D L 1，D L 2之配線方向來看時，對於 記憶體陣列1 1 0之兩端，藉由開關部4 0 0，4 1 0來設置驅動器 310,330及薄版（SINKER)320,340，而此係如圖8乃至圖11 所述，有必要因應記錄模式來改變流向至數字線之電流方 向。 即，有關如圖8及圖9所前述地，有必要將設置在數字 線之另一端的開關元件Tr 1開啓然後使其短路，再從驅動 器3 10流動電流至數字線DL1，DL2之任何一方，再從數字 線之任何一方之另一方吸入電流至薄版（SINKER) 3 20,而根 據使開關部400動作之情況，因應流動電流之方向來將驅 動器310與薄版（SINKER) 3 20切換爲各個數字線DL1，DL2 之任何一方來接續。 另外，有關如圖10及圖1 1所前述地，亦有將開關元 件Tr 1關閉來遮斷上下之數字線，再將同方向之寫入電流 流動至這些數字線之情況，而此時，根據依序切換供給電源 之側的開關部4 1 0,420之情況，將可從驅動器3 1 0,3 3 0之任 何一個依序供給寫入電流脈衝至上下之數字線DL1，DL2, 而此電流係根據藉由開關部所接續之薄版（SINKER)吸取於 數字線DL1,DL2之另一端。 如根據本實施例，將可對於上下之 2對數字線 D L 1，D L 2，由2組之驅動器及薄版（SIN K E R)來流動電流，作本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） '~ (請先閱讀背面之注意事 * 4 -項再填· 裝— .寫本頁) 、11 4 >53- 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 588353 A7 B7 五、發明説明（50) 爲其結果，將不需增設驅動器及薄版（SINKER)，而將可提升 百己ti；體陣列之佔有率，即A1· r a y e f f i c i e n c y。 以上，持續參照具體例，就有關本發明之實施形態已做 過說明，但，本發明係並不侷限於這些具體例，例如：有關構 成磁性電阻效果元件之強磁性體，絕緣膜，反強磁性體，非磁 性金屬層，電極等之具體的材料及，膜厚，形狀，尺寸等係根 據該業者做適當選擇，同樣實施本發明，而得到相同效果之 構成亦包含在本發明之範圍。 同樣地，關於以構成本發明之磁性記憶體之位元線， 數字線，字元線，覆蓋層，選擇電晶體，二極體作爲各要素之 構造，材質，形狀，尺寸，亦根據該業者做適當選擇，同樣實施 本發明，而得到相同效果之構成亦包含在本發明之範圍。 其他，作爲本發明之實施形態將上述之磁性記憶體作 爲基礎，有關該業者適宜作設計變更來實施之所有的磁性 記憶體亦同樣屬於本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 【圖1】 將本發明之磁性記憶體之單位元件之重疊構造單純化 表示之模式剖面圖。 【圖2】 表示沿著位元線BL之長度方向「偏移」設置一對磁 性電阻效果元件C 1 ,C2之具體例之模式圖。 【圖3】 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 0^------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * 54 - 588353 A7 ^_ 67_______ 五、發明説明（51) 爲說明採用差動動作結構之情況之資料寫入之槪念圖 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 【圖4】 表示將各自接續於磁性電阻效果元件C1，C2之上下的 字線DL1，DL2之端部進行短路共通化之配線構造模式 圖。 【圖5】 表示將各自接續於磁性電阻效果元件C 1，C2之上下的 ^字線DL1，DL2之端部進行短路共通化之配線構造模式 Η 〇 【圖6】 以模式化表示夾合於位元線BL與數字線DL 1之磁性 電阻效果元件C1之磁性記錄層之磁化Μ的反轉方向平面 圖。 【圖7】 表示本發明之多値紀錄記憶體元件之模式圖。 【圖8】 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 表示多値資訊針對在可記錄之縱型差動MRAM，可將 於位元線BL略直行所設置之2個數字線DL1，DL2之各自 端部的單方，藉由開關元件來進行短路之配線構造之模式 圖。 【圖9】 表示多値資訊針對在可記錄之縱型差動MR AM，可將 於位元線BL略直行所設置之2個數字線DL1，DL2之各自 本纸張尺度適用中國國家標準（CN’S ) A4規格「210X297公釐） ~ 一 ί - 55 - 588353 A7 B7 五、發明説明（52) 端部的單方，藉由開關元件來進行短路之配線構造之模式 圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 【圖10】 表示多値資訊針對在可記錄之縱型差動MR AM，可將 於位元線BL略直行所設置之2個數字線DL1，DL2之各自 端部的單方，藉由開關元件來進行短路之配線構造之模式 圖。 【圖11】 表示多値資訊針對在可記錄之縱型差動MRAM，可將 於位元線BL略直行所設置之2個數字線DL1,DL2之各自 端部的單方，藉由開關元件來進行短路之配線構造之模式 圖。 【圖12】 表示具有強磁性一重隧道接合之磁性電阻效果元件之 剖面構造之模式圖。 【圖13】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表示具有強磁性一重隧道接合之磁性電阻效果元件之 剖面構造之模式圖。 【圖14】 表示具有強磁性2重隧道接合之磁性電阻效果元件之 剖面構造之模式圖。 【圖15】 表示具有強磁性2重隧道接合之磁性電阻效果元件之 剖面構造之模式圖。 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） ' — -56- 588353 A7 B7 經濟部智慧財產局Da(工消費合作社印紫 五、發明説明（53) 【圖16】 表示具有強磁性2重隧道接合之磁性電阻效果元件之 剖面構造之模式圖。 【圖17】 例示磁性電阻效果元件之磁性記錄層之平面形狀與， 因應此之磁化方向之模式圖。 【圖18】 表示採用CMOS之情況之本申請專利之結構構造。 【圖19】 表示針對本發明可採用之構造的第2具體例模式圖。 【圖20】 表示採用圖1 9之結構構成之差動動作型之記憶體元 件之剖面模式圖。 【圖21】 表示採用圖1 9之結構構成之多値記錄型之記憶體元 件之剖面模式圖。 【圖22】 表示可將記憶體元件重疊化之結構的第3具體例模式 圖。 【圖23】 表示採用圖22之結構構成之差動動作型之記憶體元 件之剖面模式圖。 【圖2 4】 表示採用圖22之結構構成之多値記錄型之記憶體元 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 項再填· 裝· 訂 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -57- 588353 kl B7__ 五、發明説明（54) 件之剖面模式圖。 【圖25】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 表示可將記憶體元件重疊化之結構的第4具體例模式 圖。 【圖26】 表示採用圖2 5之結構構成之差動動作型之記憶體元 件之剖面模式圖。 【圖27】 表示採用圖2 5之結構構成之多値記錄型之記憶體兀 件之剖面模式圖。 【圖28】 表示針對本發明可採用之構造的第5具體例模式圖。 【圖29】 表示採用圖2 8之結構作爲磁性電阻效果元件C 1, C 2 根據強磁性1重隧道接合元件構成之差動動作型之記憶體 元件之剖面模式圖。 【圖30】 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 表示採用圖28之結構作爲磁性電阻效果元件C1，C2 根據強磁性2重隧道接合元件構成之差動動作型之記憶體 元件之剖面模式圖。 【圖31】 表示採用圖28之結構作爲磁性電阻效果元件C1，C2, 具有強磁性1重隧道接合，且將記錄層作爲強磁性層FM 與非磁性層NM與強磁性層FM之3層構造之差動動作型 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） — '~~' -58- °«353 A7

—^ _EL &、發明説明（55) 之記憶體元件剖面模式圖。 【圖32】 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表示採用圖2 8之結構構成之多値記錄型之記憶體元 件之剖面模式圖。 【圖33】 例示設置覆蓋層SM之記憶體元件之剖面模式圖。 【圖34】 例示設置覆蓋層SM之記憶體元件之剖面模式圖。 【圖35】 例示設置覆蓋層SM之記憶體元件之剖面模式圖。 【圖3 6】 例示重疊例示在圖2 9之差動動作型結構之記憶體元 件之磁性記憶體的剖面構造模式圖。 【圖37】 例示重疊例示在圖24之多値記錄型結構之記憶體元 件之磁性記憶體的剖面構造模式圖。 【圖38】 經濟部智毯財^局員工消費合作社印繁 表示可將讀出用配線Μ 1及M2之配線環境均一化之 口己1思體剖面構造模式圖。 【圖3 9】 表示針對在本發明之第1實施例所得到之磁性電阻效 果元件C 1，C2之輸出電壓之測定値表。 【圖4 0】 表示使差動動作型之動作進行之結果的圖表圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） -59- 588353 A7 B7 經濟部智站財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（56) 【圖41】 表示使多値記錄型之動作進行之結果的圖表圖。 【圖42】 表示針對在本發明之第2實施例所得到之磁性電阻效 果元件C 1，C 2之輸出電壓之測定値表。 【圖43】 表示使差動動作型之動作進行之結果的圖表圖。 【圖44】 表示使多値記錄型之動作進行之結果的圖表圖。 【圖4 5】 表示本發明之第3實施例之磁性記憶體之全體構成之 槪念圖。 【圖46】 表示本發明之第4實施例之磁性記憶體之全體構成之 槪念圖。 【符號說明】 1. 數字線DL1.DL2 2. 磁性電阻效果元件C1.C2 3. 位元線BL 4. 強性磁性層FM 5. 非磁性層NM 6. SA放大器 7. 讀出用配線Ml.M2 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) J· 項再填< 裝· 、11 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） -60- 588353 ΑΊ Β7 8. 9. 10. 1 1 . 12. 13. 14. 15. 五、發明説明（57) 非強性磁性層AF 遂道阻擋層TB 重疊膜SL 覆蓋層SM 記憶體元件 驅動器3 1 0 薄板（SINKER)320 開關元件丁rl (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局g(工消費合作社印紫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -61 -

Claims (1)

1. 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍J 1. 一種磁性記憶體，其特徵爲具備延伸在第1方向之 第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁性電阻效果元 件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻效果元件與， 針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述第1方向之第2 配線與，針對在前述第1配線之下側，延伸在與前述第1 方向之第3配線，並根據將各自之電流流動於前述第2及 第3配線同時也將電流流動於前述第1配線來對於前述第 1及第2磁性電阻效果元件之記錄層施加電流磁場之情況， 記錄2値資訊之任何一個，再根據檢測由藉由前述第1配 線流動讀出電流於前述第1及第2磁性電阻效果元件所得 到之從這些磁性電阻效果元件之輸出信號之差分的情況， 作爲2値資訊之任何一個進行讀出。 2. 如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲前 述第1及第2磁性電阻效果元件之各自係具有對於前述第 1方向實質固著磁化於略垂直方向之由強磁性體而成之磁 化固著層，另前述第1及第2磁性電阻效果元件之前述記 錄層之前述磁化的方向亦對於前述第1方向爲略垂直之情 況。 3. 如申請專利範園第1項之磁性記憶體，其特徵爲前 述2値資訊之任何一個之記錄時，根據流動電流於前述第1 配線之情況，將前述第1及第2磁性電阻效果元件之記錄 層之磁化作爲相互相反之方向。 4·如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲前 述第1及第2磁性電阻效果元件係具有略相同之構造。 本&張尺度適用中國國家標準（CNS )六4祕（2】GX297公董)' '—： -62- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝· 、11 4 588353 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍2 5 ·如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲更 具備接續在前述第1磁性電阻效果元件，爲了檢測其輸出 信號之第1讀出用配線與，接續在前述第2磁性電阻效果 元件，爲了檢測其輸出信號之第2讀出用配線，另前述第1 及第2讀出用配線系上下關係反轉第形成在每個記憶體方 6·如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲第 1及第2磁性電阻效果元件之前述記錄層係具有其磁化容 易沿著規定的軸之一軸異方性。 7. 如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲前 述第1及第2磁性電阻效果元件係對於前述第1配線被設 置爲略上下對稱之位置關係。 8. 如申請專利範圍第1項之磁性記憶體，其特徵爲前 述第2及第3配線係對於前述第1方向延在於略垂直之方 向。 9· 一種磁性記憶體，其特徵爲具備延伸在第1方向之 第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁性電阻效果元. 件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻效果元件與， 針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述第1方向之第2 配線與，針對在前述第1配線之下側，延伸在與前述第1 方向之第3配線，並將前述第2配線的一端與前述第3配 線的一端進行短路來形成一個電流經路，且根據將電流流 動於一個電流經路同時也將電流流動於前述第Γ配線來對 於前述第1及第2磁性電阻效果元件之記錄層施加電流磁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事 ··1· 項再填· 裝-- :寫本頁) 、1T if -63- 588353 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8々、申請專利範圍 3 場之情況，記錄2値資訊之任何一個，檢測由藉由前述第1 配線流動讀出電流於前述第1及第2磁性電阻效果元件所 得到之從這些磁性電阻效果元件之輸出信號。 10. 如申請專利範圍第9項之磁性記憶體，其特徵爲， 其特徵爲前述第1及第2磁性電阻效果元件之各自係具有 對於前述第1方向實質固著磁化於略垂直方向之由強磁性 體而成之磁化固著層，另前述第1及第2磁性電阻效果元 件之前述記錄層之前述磁化的方向亦對於前述第1方向爲 略垂直之情況。 11. 如申請專利範圍第9項之磁性記憶體，其特徵爲 前述2値資訊之任何一個之記錄時，根據流動電流於前述 第1配線之情況，將前述第1及第2磁性電阻效果元件之 記錄層之磁化作爲相互相反之方向。 1 2.如申請專利範圍第9項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第1及第2磁性電阻效果元件係具有略相同之構造。 1 3. —種磁性記憶體，其特徵爲具備延伸在第1方向 之第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁性電阻效果. 元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻效果元件與， 針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述第1方向之第2 配線與，針對在前述第1配線之下側，延伸在與前述第1 方向之第3配線，且根據將電流流動於前述第2及第3配 線之至少其中一個來施加電流磁場於前述第1及第2磁性 電阻效果元件之至少其中一個記錄層之情況，記錄多値資 訊之任何一個，並根據檢測由藉由前述第1配線流動讀出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X29*7公釐） (請先閱讀背面之注意事 I 丨· 項再填· 裝-- 寫本頁) 、11 4 -64- 588353 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 _ 電流於前述第1及第2磁性電阻效果元件所得到之從這些 磁性電阻效果元件之輸出信號之差分的情況，作爲多値資 訊之任何一個來進行讀出。 14·如申請專利範圍第13項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第1及第2磁性電阻效果元件之各自係具有對於前述 第1方向實質固著磁化於略平行或反平行之方向的由強磁 性體而成之磁化固著層，另前述第1及第2磁性電阻效果 元件之前述記錄層之前述磁化的方向亦對於前述第1方向 爲略平行或反平行之情況。 15.如申請專利範圍第13項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第1及第2.磁性電阻效果元件係具有相互不同之構造 〇 1 6.如申請專利範圍第1 3項之磁性記憶體，其特徵爲 更具備接續在前述第1磁性電阻效果元件，爲了檢測其輸 出信號之第1讀出用配線與，接續在前述第2磁性電阻效 果元件，爲了檢測其輸出信號之第2讀出用配線，另前述第 1及第2讀出用配線系上下關係反轉第形成在每個記憶體. 方塊。 ]7.如申請專利範圍第1 3項之磁性記憶體，其特徵爲 第1及第2磁性電阻效果元件之前述記錄層係.具有其磁化 容易沿著規定的軸之一軸異方性。 1 8.如申請專利範圍第13項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第1及第2磁性電阻效果元件係對於前述第1配線被 設置爲略上下對稱之位置關係。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^¾-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -65- 588353 ABCD 六、申請專利範圍 5 19. 如申請專利範圍第13項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第2及第3配線係對於前述第1方向延在於略垂直之 方向。 20. —種磁性記憶體，其特徵爲具備延伸在第1方向 之第1配線與，形成在前述第1配線之第1磁性電阻效果 元件與，形成在前述第1配線之第2磁性電阻效果元件與， 針對在前述第1配線之上側，延伸在與前述第1方向之第2 配線與，針對在前述第1配線之下側，延伸在與前述第1 方向之第3配線與，接續在前述第2配線之一端與前述第3 配線之一端之間之開關元件，另針對由前述開關元件之連 續動作將前述第2配線之前述一端與前述第3配線之前述 一端進行短路來形成一個電流經路之狀態，根據將電流持 續流動於前述一個電流經路同時也將電流流動於前述第1 配線來對於前述第1及第2磁性電阻效果元件之記錄層施 加電流磁場之情況，記錄多値資訊之任何一個，另針對由前 述開關元件之遮斷動作，遮斷前述第2配線之前述一端與 前述第3配線之前述一端之狀態，根據將電流持續流動於 前述第2配線與前述第3配線之至少任何一個同時也將電 流流動於前述第]配線來對於前述第1及第2磁性電阻效 果元件之至少任何一個記錄層施加電流磁場之情況，記錄 多値資訊之其他任何一個，並檢測由藉由前述第1配線流 動讀出電流於前述第1及第2磁性電阻效果元件所得到之 從這些磁性電阻效果元件之輸出信號之情況。 2 1 .如申請專利範圍第20項之磁性記憶體，其特徵爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -66- 588353 ABCD 々、申請專利範圍6 前述第1及第2磁性電阻效果元件之各自係具有對於前述 第1方向實質固著磁化於略平行或反平行之方向的由強磁 性體而成之磁化固著層，另前述第1及第2磁性電阻效果 元件之前述記錄層之前述磁化的方向亦對於前述第1方向 爲略平行或反平行之情況。 22·如申請專利範圍第20項之磁性記憶體，其特徵爲 前述第1及第2磁性電阻效果元件係具有相互不同之構造 〇 23.如申請專利範圍第20項之磁性記憶體，其特徵爲 第1及第2磁性電阻效果元件之前述記錄層係具有其磁化 容易沿著規定的軸之一軸異方性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 CN ✓—\ 準 標 家 國 國 I中 用 I適 一釐 公 7 9 2 X 67