專利名稱：磁隨機(jī)存取存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁隨機(jī)存取存儲器。
背景技術(shù)：
磁隨機(jī)存取存儲器(Magnetic Random Access MemoryMRAM)作為可高速寫入，且具有高擦寫次數(shù)的非易失性存儲器而受到關(guān)注。
圖1表示在美國專利(USP 5、640、343)中公開的典型的MRAM。該MRAM包括將存儲單元101配置為矩陣的存儲單元陣列。存儲單元101，設(shè)置在沿X軸方向(字線方向)延伸的字線102和沿Y軸方向(位線方向)延伸的位線103之間。
如圖2A和圖2B所示，各存儲單元101包括磁阻元件(自旋閥)。磁阻元件具有由強(qiáng)磁性材料形成的引腳(pin)層104和自由(free)層105以及設(shè)置在引腳層104和自由層105之間的非磁性的間隔(spacer)層106。為了將期望的偏置外加在存儲單元101上也可將引腳層104連接在二極管107上。在非磁性的間隔層106為非常薄的絕緣層時(shí)，將磁阻元件稱作MTJ(Magnetic Tunnel Junction)。由強(qiáng)磁性材料形成的引腳層104和自由層105，任意一個(gè)都具有自發(fā)磁化(殘留磁化)。將引腳層104的自發(fā)磁化固定在+X方向，自由層105的自發(fā)磁化可在+X方向和-X方向自由反向。在自由層105上付與各向異性，其自發(fā)磁化按照易朝向X軸方向的方式形成。
存儲單元101，將1位數(shù)據(jù)作為自由層105的自發(fā)磁化的方向進(jìn)行存儲。存儲單元101取得兩個(gè)狀態(tài)引腳層104的自發(fā)磁化的方向與自由層105的自發(fā)磁化方向相同的“平行”狀態(tài)，和引腳層104的自發(fā)磁化方向與自由層105的自發(fā)磁化的方向相反的“反向平行”狀態(tài)。存儲單元101將“平行”狀態(tài)和“反向平行”狀態(tài)中的一方作為“0”，將另一方作為“1”，存儲1位的數(shù)據(jù)。
從存儲單元101數(shù)據(jù)讀出，通過檢測磁阻效應(yīng)的存儲單元101的電阻的變化而進(jìn)行。引腳層104以及自由層105的自發(fā)磁化的方向通過磁阻效應(yīng)對存儲單元101的電阻帶來影響。存儲單元101的電阻，在引腳層104和自由層105的自發(fā)磁化為平行狀態(tài)的情況下為第1值R(圖2B)，在為反向平行狀態(tài)的情況下為第2值R+ΔR(圖2A)。因此通過檢測存儲單元101的電阻，能夠檢測存儲在單元中的數(shù)據(jù)。
對多個(gè)存儲單元101中的期望的選擇存儲單元的數(shù)據(jù)寫入通過以下的步驟進(jìn)行。參照圖1，將字線102中有關(guān)選擇存儲單元的字線選為選擇字線，將位線103中有關(guān)選擇存儲單元的位線選為選擇位線。在選擇字線和選擇位線上流過電流，根據(jù)由選擇字線所產(chǎn)生的磁場和由選擇位線產(chǎn)生的磁場的合成磁場，使選擇存儲單元的自由層105的自發(fā)磁化朝向期望的方向。
由選擇位線產(chǎn)生的磁場和由選擇字線所產(chǎn)生的磁場，其作用不同。由選擇位線產(chǎn)生的磁場決定選擇存儲單元的自由層105的自發(fā)磁化的方向。沿Y軸方向延伸的選擇位線上一流過電流，在+X方向或-X方向上就產(chǎn)生磁場，根據(jù)該磁場選擇存儲單元的自由層105的自發(fā)磁化的方向變?yōu)?X方向或-X方向。在沒有連接在選擇位線上的存儲單元101上，不外加使自由層105的自發(fā)磁化反轉(zhuǎn)的磁場，因此保存與選擇位線不交差的自由層105的自發(fā)磁化的方向。
另一方面，由選擇字線所產(chǎn)生的磁場，使選擇存儲單元的自由層105的自發(fā)磁化的反向變地更容易。由選擇字線所產(chǎn)生的磁場的方向?yàn)?Y方向或-Y方向，是與自由層105的自發(fā)磁化的所能朝向的方向垂直的方向。因此，由選擇字線所產(chǎn)生的磁場不直接決定自由層105的自發(fā)磁化的方向。然而，自由層105的強(qiáng)磁性材料通過外加與自發(fā)磁化的方向垂直的方向的磁場，容易反轉(zhuǎn)其自發(fā)磁化。由選擇字線所產(chǎn)生的磁場朝向與自由層105的自發(fā)磁化垂直的方向，因此選擇存儲單元的自由層105的矯頑力變小。
另一方面，在與選擇位線連接的存儲單元101中，沒有被選擇的未選擇存儲單元中，不外加由選擇字線所產(chǎn)生的磁場。因此，未選擇存儲單元的自由層105的矯頑力沒有變小。這意味著由選擇存儲單元和未選擇存儲單元在自由層105的矯頑力上存在差值。根據(jù)選擇存儲單元和未選擇存儲單元之間的矯頑力的差值，可在選擇存儲單元中選擇性地寫入數(shù)據(jù)。
從圖3A到圖3C是表示對以上所說明的選擇存儲單元選擇性地寫入數(shù)據(jù)的原理的圖。自由層105的矯頑力表示稱作星形曲線(asteroid curve)(磁化反轉(zhuǎn)磁場曲線)的特性。該特性發(fā)揮著作為閾值函數(shù)的作用。通過外加位于星形曲線外側(cè)的區(qū)域上的磁場，磁場超過矯頑力，從而將自由層105的自發(fā)磁化反向。從圖3A到圖3C的星形曲線表示一旦將由選擇位線和選擇字線在X軸和Y軸的兩方向上形成45°方向的合成磁場外加在自由層105上，則自由層105的自發(fā)磁化最容易被反轉(zhuǎn)。
流過選擇位線和選擇字線的電流，按照分別由選擇位線和選擇字線所產(chǎn)生的磁場的合成磁場，存在于星形曲線的外側(cè)的區(qū)域，且由選擇位線和選擇字線分別單獨(dú)產(chǎn)生的磁場，存在于星形曲線的外側(cè)的區(qū)域中的方式被選擇。通過由這種方式選擇流過選擇位線和選擇字線的電流，在選擇存儲單元上可選擇性地寫入數(shù)據(jù)。
有關(guān)上述的MRAM的數(shù)據(jù)寫入動作的技術(shù)的課題之一是消耗電能。如上所述MRAM的數(shù)據(jù)寫入，采用由電流產(chǎn)生的磁場，通過使自發(fā)磁化反向而進(jìn)行。由此需要較大的電流。該大電流使MRAM的數(shù)據(jù)的寫入動作時(shí)的消耗電能增大。
用于使數(shù)據(jù)寫入動作時(shí)的消耗電能減小的MRAM，在特開2001-273760號公報(bào)中被公開。MRAM在進(jìn)行寫入的電流線的上面或下面具備由高導(dǎo)磁率材料構(gòu)成的高導(dǎo)磁率層。高導(dǎo)磁率層使由電流線產(chǎn)生的磁場集中在存儲單元中，可有效抑制數(shù)據(jù)寫入時(shí)的消耗電能。
用于使數(shù)據(jù)寫入動作時(shí)的消耗電能減少的其它的MRAM在特開2002-110938號公報(bào)中被公開。該現(xiàn)有例的MRAM在字線的上面以及側(cè)面，位線的底面以及側(cè)面上具備磁性膜。磁性膜由高飽和磁化軟磁性材料或金屬—非金屬納米粒狀(nano grannular)材料形成。磁性膜可使磁場在存儲單元上有效發(fā)揮作用，可有效抑制數(shù)據(jù)寫入時(shí)的消耗電能。
在MRAM的數(shù)據(jù)寫入動作中的其它技術(shù)的課題為選擇存儲單元的選擇性。如上所述在MRAM中，通過配合自由層的星形曲線形狀，適當(dāng)選擇流過選擇位線和選擇字線的寫入電流的大小，實(shí)現(xiàn)對選擇存儲單元的寫入。因此，需要將流過選擇位線和選擇字線的寫入電流和自由層的星形曲線進(jìn)行高精度調(diào)整。但是起因于制造工藝的差異或MRAM的使用環(huán)境的變化，故很難避免流過選擇位線和選擇字線的寫入電流或星形曲線存在某種程度的變動。該變動使選擇存儲單元的選擇性惡化，在數(shù)據(jù)的寫入時(shí)存在發(fā)生使非期望的數(shù)據(jù)寫入未選擇存儲單元中這樣的誤動作。
有關(guān)上述說明的磁隨機(jī)存取存儲器在日本公開公報(bào)(JP-P2002-8367A)中被公開。在該現(xiàn)有例中磁隨機(jī)存取存儲器具有多條傳感線以及多條字線，在傳感線和字線的交點(diǎn)上分別將單位存儲單元設(shè)置為二維陣列狀。各單位存儲單元包括具備壓降元件功能的單元選擇開關(guān)和磁阻元件的串聯(lián)連接。在傳感線的每一個(gè)上具備電容部，存儲在電容部上的電荷順次通過傳感線、單元選擇開關(guān)以及磁電阻元件進(jìn)行放電，根據(jù)由放電所產(chǎn)生的電容部的電壓變化判斷磁阻元件的磁保持狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高存儲單元的選擇性，使寫入動作可穩(wěn)定化的磁隨機(jī)存取存儲器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過將層疊亞鐵磁性材料(ferry)結(jié)構(gòu)體設(shè)置在存儲單元上而提高存儲單元的選擇性的磁隨機(jī)存取存儲器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過調(diào)整層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體內(nèi)的非磁性層的膜厚而提高存儲單元的選擇性的磁隨機(jī)存取存儲器。
根據(jù)本發(fā)明的第1方案，磁隨機(jī)存取存儲器具備多條第1信號線，其按照在第1方向上延伸的方式設(shè)定；和多條第2信號線，其按照在與第1方向?qū)嵸|(zhì)垂直的第2方向上延伸的方式設(shè)定；和多個(gè)存儲單元，其被分別設(shè)置在多條第1信號線和多條第2信號線之間的交差點(diǎn)上；和多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體，其分別對多個(gè)存儲單元而設(shè)置。多個(gè)存儲單元的每一個(gè)，具有磁阻元件，該磁阻元件包括具有第1閾值函數(shù)的自發(fā)磁化層，自發(fā)磁化層的方向在外加具有第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的元件外加磁場時(shí)反轉(zhuǎn)。多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)，具有第2閾值函數(shù)，響應(yīng)結(jié)構(gòu)體外加磁場生成磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，在結(jié)構(gòu)體外加磁場具有第2閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度時(shí)，生成作為磁性材料構(gòu)造體磁場的第3磁場，在結(jié)構(gòu)體外加磁場未達(dá)到第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度時(shí)，磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的生成比第3磁場弱的第4磁場。在作為第1選擇信號線的多條第1信號線中的一條上流過第1寫入電流而生成第1磁場，在作為第2選擇信號線的多條第2信號線中的一條上生成流過第2寫入電流第2磁場，將第1磁場和第2磁場之間的第1合成磁場，作為結(jié)構(gòu)體外加磁場外加在磁性材料結(jié)構(gòu)體上。按照對設(shè)置在第1選擇信號線和第2選擇信號線的交差點(diǎn)上的選擇存儲單元外加具有第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的元件外加磁場，在選擇存儲單元以外的未選擇存儲單元的每一個(gè)上外加具有未達(dá)到第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的元件外加磁場的方式，將第1合成磁場和磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場之間的第2合成磁場作為元件外加磁場生成。
在此，多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)具備由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和在第1磁性層和第2磁性層之間設(shè)置的非磁性層。非磁性層具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚。特別優(yōu)選第2閾值函數(shù)基于非磁性層的膜厚確定。優(yōu)選在沒有外加結(jié)構(gòu)體外加磁場時(shí)，由磁性材料結(jié)構(gòu)體生成的磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上為0的偏置方案。
此外，在對應(yīng)選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體上，外加作為結(jié)構(gòu)體外加磁場，具有比第2閾值函數(shù)值大的強(qiáng)度的第1合成磁場，對應(yīng)選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體生成作為磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的第3磁場，將第1合成磁場和第3磁場的合成磁場，作為具有第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的元件外加磁場，外加在選擇存儲的磁阻元件上；在對應(yīng)未選擇存儲單元的每一個(gè)的磁性材料結(jié)構(gòu)體上，具有未達(dá)到第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的第1合成磁場，作為結(jié)構(gòu)體外加磁場進(jìn)行外加，對應(yīng)未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體，生成作為磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的第4磁場，也可以將第1合成磁場和第4磁場的合成磁場，作為具有未達(dá)到第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的元件外加磁場，外加在選擇存儲的磁阻元件上。
或者，在對應(yīng)選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體上，具有未達(dá)到第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的第1合成磁場作為結(jié)構(gòu)體外加磁場進(jìn)行外加，對應(yīng)選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體生成作為磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的第4磁場，將第1合成磁場和第4磁場的合成磁場，作為具有第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的元件外加磁場，外加在選擇存儲的磁阻元件上；在對應(yīng)未選擇存儲單元的每一個(gè)的磁性材料結(jié)構(gòu)體上，具有第2閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的第1合成磁場，作為結(jié)構(gòu)體外加磁場進(jìn)行外加，在對應(yīng)未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體生成作為磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的第3磁場，也可以將第1合成磁場和第3磁場的合成磁場，作為具有未達(dá)到第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的元件外加磁場，外加在選擇存儲的磁阻元件上。
優(yōu)選將第1信號線和第2信號線，設(shè)置在對應(yīng)多個(gè)存儲單元中的存儲單元和對應(yīng)存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體之間，將磁性材料結(jié)構(gòu)體直接或間接設(shè)置在第1信號線上。此外，也可將多個(gè)存儲單元的每一個(gè)和對應(yīng)存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體，設(shè)置在對應(yīng)存儲單元的第1信號線和對應(yīng)存儲單元的第2信號線之間。在此，磁性材料結(jié)構(gòu)體也可具有圓形的平面結(jié)構(gòu)，磁性材料結(jié)構(gòu)體也可具有橢圓形的平面結(jié)構(gòu)。此時(shí)，磁性材料結(jié)構(gòu)體的橢圓形的長軸也可以朝向第1方向和第2方向，也可朝向第1方向和第2方向以外的方向。優(yōu)選磁性材料結(jié)構(gòu)體的橢圓形的長軸朝向?qū)Φ?方向和第2方向的每一個(gè)呈45°的方向。
在本發(fā)明的第2方案中，磁隨機(jī)存取存儲器，具備多條第1信號線，其按照在第1方向上延伸的方式設(shè)定；和多條第2信號線，其按照在與第1方向?qū)嵸|(zhì)垂直的第2方向上延伸的方式設(shè)定；和多個(gè)存儲單元，其分別包括具有根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)將磁化方向反轉(zhuǎn)的自發(fā)磁化的磁阻元件，分別設(shè)置在多條第1信號線和多條第2信號線交差位置的每一個(gè)上；和多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體，其對應(yīng)多個(gè)存儲單元的每一個(gè)而設(shè)置，根據(jù)感應(yīng)的磁化，在對應(yīng)的存儲單元所包括的磁阻元件上外加磁場。在多個(gè)存儲單元中，將對應(yīng)從多條第1信號線中選擇的第1選擇信號線和從多條第2信號線中選擇的第2選擇信號線交差的交點(diǎn)而設(shè)置的存儲單元作為選擇存儲單元；在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體；在與第1選擇信號線交差的多個(gè)存儲單元中，將選擇存儲單元以外的存儲單元作為第1未選擇存儲單元。在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)第1未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，由在寫入動作時(shí)流過第1選擇信號線的第1寫入電流、和在寫入動作時(shí)流過第2選擇信號線的第2寫入電流外加在選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場Hxy，和由合成磁場Hxy在選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mxy，和在寫入動作時(shí)由第1寫入電流外加在第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hy，和由磁場Hy，在第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化My滿足下述關(guān)系Mxy/Hxy≠M(fèi)y/Hy。
此外，在與第2選擇信號線交差的多個(gè)存儲單元中，優(yōu)選將選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，合成磁場Hxy，和磁化Mxy，和在寫入動作時(shí)通過第2寫入電流外加在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx，和由磁場Hx在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mx滿足下述關(guān)系Mxy/Hxy≠M(fèi)x/Hx。
此外，優(yōu)選將多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體設(shè)置如下的位置上在由第1寫入電流和第2寫入電流外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場、和由第1寫入電流外加在第1未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場增強(qiáng)的方向上感應(yīng)出磁化Mxy和磁場My的位置上；磁場Hy、合成磁場Hxy、磁化My以及磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＞My/Hy。
在此，將第1信號線和第2信號線設(shè)置在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體和多個(gè)存儲單元之間；磁場Hy、合成磁場Hxy、磁化My以及磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＞My/Hy。此時(shí)，優(yōu)選在與第2選擇信號線交差的多個(gè)存儲單元中，將選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，合成磁場Hxy，和磁化Mxy，和在寫入動作時(shí)由第2寫入電流外加在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx，和由磁場Hx在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)出的磁化Mx滿足Mxy/Hxy＞Mx/Hx。
此外，優(yōu)選將多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體設(shè)置在如下的位置上由第1寫入電流和第2寫入電流外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場、和由第1寫入電流外加在第1未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場減弱的方向上感應(yīng)出磁化Mxy和磁場My的位置上；磁場Hy、合成磁場Hxy、磁化My以及磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＜My/Hy。
此外，優(yōu)選將多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體和多個(gè)存儲單元設(shè)置在第1信號線和第2信號線之間；磁場Hy、合成磁場Hxy、磁化My以及磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＜My/Hy。
優(yōu)選在與第2選擇信號線交差的多個(gè)存儲單元中，將選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，合成磁場Hxy，和磁化Mxy，和在寫入動作時(shí)由第2寫入電流外加在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx，和由磁場Hx在第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mx滿足Mxy/Hxy＜Mx/Hx。此時(shí)，優(yōu)選多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在第1磁性層和第2磁性層之間，具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚。
此外，優(yōu)選多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在第1磁性層和第2磁性層之間，具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，合成磁場Hxy比在合成磁場Hxy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更大；磁場Hy比在磁場Hy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更小。
此外，優(yōu)選多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在第1磁性層和第2磁性層之間，具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚；合成磁場Hxy比在合成磁場Hxy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更大；磁場Hx比在磁場Hx的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htx更??；磁場Hy比在磁場Hy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更小。
在磁阻元件上，按照磁阻元件具有的自發(fā)磁化的方向與第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，也可按照第1磁性層和第2磁性層具有的自發(fā)磁化的方向朝向與第1方向不垂直的第3方向的方式付與各向異性。此時(shí)優(yōu)選第1方向和第3方向形成的角實(shí)質(zhì)上為45°。
優(yōu)選合成磁場Hxy的方向?qū)嵸|(zhì)上相對第3方向垂直。
此外，優(yōu)選多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在第1磁性層和第2磁性層之間，具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚；合成磁場Hxy比在合成磁場Hxy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更小；磁場Hy比在磁場Hy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更大。
此外，優(yōu)選在磁阻元件上，按照磁阻元件具有的自發(fā)磁化的方向與第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，按照第1磁性層和第2磁性層所具有的自發(fā)磁化的方向與第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性。
優(yōu)選多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；和由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在第1磁性層和第2磁性層之間，具有第1磁性層和第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，合成磁場Hxy比在合成磁場Hxy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更?。淮艌鯤x比在磁場Hx的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htx更大；磁場Hy比在磁場Hy的方向中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更大。
優(yōu)選在磁阻元件上，按照磁阻元件具有的自發(fā)磁化的方向與第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，按照第1磁性層和第2磁性層具有的自發(fā)磁化的方向朝向與第1方向不垂直的第3方向的方式付與各向異性。此時(shí)，優(yōu)選合成磁場Hxy的方向?qū)嵸|(zhì)上與第3方向相同。


圖1是表示現(xiàn)有的磁隨機(jī)存取存儲器(MRAM)的圖。
圖2A和2B是表示在現(xiàn)有的MRAM中所使用的存儲單元的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3A到3C是表示對現(xiàn)有的MRAM的存儲單元的寫入原理的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的MRAM的電路構(gòu)成的電路圖。
圖5是表示第1實(shí)施例的MRAM的存儲單元的剖視圖。
圖6是表示存儲單元內(nèi)的磁阻元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖7A到7C是表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的第1磁性層和第2磁性層之間的耦合常數(shù)的圖。
圖9是表示磁阻元件和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖10A和10B是表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體特性的圖。
圖11A是表示外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2xy的圖。
圖11B是表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場H2x的圖。
圖11C是表示外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場H2y的圖。
圖12是表示作用在磁阻元件上的磁場H1y、H2y以及H3y的圖。
圖13是表示外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hs、和外加在字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus。
圖14是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的MRAM電路的電路圖。
圖15是表示第2實(shí)施例的MRAM的存儲單元的剖視圖。
圖16是表示在第2實(shí)施例中的磁阻元件和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體之間的設(shè)置的平面圖。
圖17A是表示在第2實(shí)施例中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的難軸方向的磁場—磁化特性的圖。
圖17B是表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向的磁場—磁化特性的圖。
圖17C是表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的中間方向的磁場—磁化特性的圖。
圖18是表示第2實(shí)施例中的作用在磁阻元件上的磁場H1y、H2y以及H3y的圖。
圖19A是表示外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2xy的圖。
圖19B是表示外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場H2y的圖。
圖19C是表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場H2x的圖。
圖20是表示外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hs、和外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus1、和外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus2的圖。
圖21是本發(fā)明的第3實(shí)施例的MRAM的存儲單元的剖視圖。
圖22是表示關(guān)于第3實(shí)施例的磁阻元件和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體之間設(shè)置的平面圖。
圖23A是表示在第3實(shí)施例中，外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2xy的圖。
圖23B是表示外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2y的圖。
圖20C是表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2x的圖。
圖24A是表示，在“0”的寫入時(shí)，外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hs、和外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus1、和外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus2的圖。
圖24B是表示，在“1”的寫入時(shí)，外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hs、和外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus1、和外加在應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus2的圖。
圖25是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的MRAM的存儲單元的剖視圖。
圖26是表示關(guān)于第4實(shí)施例的磁阻元件和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體之間的設(shè)置的平面圖。
圖27A是表示在第4實(shí)施例中，外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2xy的圖。
圖27B是表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2x的圖。
圖27C是表示外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場H2y的圖。
圖28是表示在第4實(shí)施例中，外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hs、和外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus1、和外加在位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件上的磁場Hus2的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的磁隨機(jī)存取存儲器(MRAM)。
(第1實(shí)施方式)本發(fā)明的第1實(shí)施例的MRAM，如圖4所示，具備將存儲單元2設(shè)置為矩陣的存儲單元陣列1。在存儲單元陣列1上設(shè)置沿X軸方向延伸的寫入字線3、與寫入字線3平行設(shè)置的讀出字線4、沿Y軸方向延伸的位線5。X軸方向和Y軸方向?qū)嵸|(zhì)上垂直。在本說明書中，“X軸方向”包括X軸正方向(+X方向)和X軸負(fù)方向(-X方向)兩個(gè)方向，“Y軸方向”包括Y軸正方向(+Y方向)和Y軸負(fù)方向(-Y方向)兩個(gè)方向，故在使用中應(yīng)注意。將存儲單元2分別設(shè)置在寫入字線3和位線5交差的交點(diǎn)上。
存儲單元2包括MOS晶體管6和磁阻元件(自旋閥)7。將MOS晶體管6設(shè)置在磁阻元件7和接地端子14之間。在讀出動作時(shí)，為了將磁阻元件7連接在接地端子14上而使用MOS晶體管6。磁阻元件7具有可反轉(zhuǎn)的自發(fā)磁化，對應(yīng)該自發(fā)磁化的方向保持存儲數(shù)據(jù)。將磁阻元件7設(shè)置在MOS晶體管6和位線5之間。關(guān)于磁阻元件7的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)內(nèi)容在下面講述。
將寫入字線3連接在寫入X選擇器8上。寫入X選擇器8在寫入動作時(shí)，從寫入字線3中選擇一條作為選擇寫入字線。將寫入X選擇器8連接在X側(cè)電流源電路9上。X側(cè)電流源電路9生成寫入電流Ix，將生成的寫入電流Ix介由寫入X選擇器8供給到選擇寫入字線上。
將讀出字線4連接在讀出X選擇器10上。讀出X選擇器10在讀出動作時(shí)，從讀出字線4中選擇1條作為選擇讀出字線，將選擇讀出字線置為高電位(High)。將連接在選擇讀出字線上的MOS晶體管6導(dǎo)通，導(dǎo)通的MOS晶體管6將磁阻元件7連接在接地端子14上。在將磁阻元件7電連接在接地端子14上的狀態(tài)下，一旦將電壓外加在位線5上檢測電流就流過磁阻元件7。根據(jù)檢測電流檢測磁阻元件7的電阻，根據(jù)被檢測的電阻判斷存儲單元2的數(shù)據(jù)。
將位線5連接在Y選擇器11上。Y選擇器11在寫入動作時(shí)以及讀出動作時(shí)，從多條位線5中選擇1條作為選擇位線。將Y選擇器11連接在Y側(cè)電流源電路12和讀出放大器13上。Y側(cè)電流源電路12生成寫入電流Iy，將寫入電流Iy供給到選擇位線上。將讀出放大器13在讀出動作時(shí)連接在選擇位線上，根據(jù)流過磁阻元件7的電流判斷存儲在存儲單元2上的數(shù)據(jù)。
圖5是表示存儲單元2的結(jié)構(gòu)剖視圖。參照圖5，將MOS晶體管6形成在半導(dǎo)體基板21的表面部上。MOS晶體管6的源極6a介由連接器22連接在具有接地電位的接地線23上。將接地線23作為接地端子14使用。將MOS晶體管6的柵極6b作為讀出字線4使用。MOS晶體管6的漏極6c介由連接器24連接在沿Y軸方向延伸的引出的布線層25上。將磁阻元件7形成在引出的布線層25的上方。
圖6是詳細(xì)表示磁阻元件7的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。參照圖6，磁阻元件7包括引腳層26、絕緣勢壘層27以及自由層28。將引腳層26形成在引出的布線層25的上方，將絕緣勢壘層27形成在引腳層26的上方，將自由層28形成在絕緣勢壘層27的上方。引腳層26和自由層28任一個(gè)都由強(qiáng)磁性材料形成，分別具有自發(fā)磁化。將引腳層26的自發(fā)磁化固定在+X方向。自由層28的自發(fā)磁化可反轉(zhuǎn)，可朝向+X方向和-X方向兩個(gè)方向。將存儲在存儲單元2上的數(shù)據(jù)作為自由層28的自發(fā)磁化的方向存儲。在引腳層26和自由層28之間設(shè)置的絕緣勢壘層27由絕緣體形成。絕緣勢壘層27的膜厚根據(jù)在膜厚方向(Z軸方向)上流過隧道(tunnel)電流的程度而變薄。
圖9是存儲單元2的俯視圖。如圖9所示，磁阻元件7實(shí)質(zhì)上具有橢圓形。磁阻元件7的長軸與X軸方向平行。這種結(jié)構(gòu)在磁阻元件7上付與引腳層26以及自由層27的自發(fā)磁化的方向變?yōu)閄軸方向的各向異性。
再次參照圖5，磁阻元件7介由連接器29連接在位線5上。如上所述，位線5按照沿Y軸方向延伸的方式設(shè)置。在位線5的上側(cè)形成寫入字線3。將位線5和寫入字線3由層間絕緣膜分離。如上所述，寫入字線3按照沿X軸方向延伸的方式設(shè)置。
在寫入字線3的上方局部形成層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30。將層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30設(shè)置在每個(gè)存儲單元2上。如下所述，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的每一個(gè)具有增強(qiáng)外加在對應(yīng)的存儲單元2所包括的磁阻元件7上的磁場的作用。
從圖7A到7C表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的剖面結(jié)構(gòu)。如圖7A所示，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30包括第1磁性層31、非磁性間隔層32以及第2磁性層33。第1磁性層31和第2磁性層33任一個(gè)都由強(qiáng)磁性材料形成，設(shè)置在第1磁性層31和第2磁性層33之間的非磁性間隔層32由非磁性材料形成。如圖9所示，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30在平面上實(shí)質(zhì)為圓形，具有各向同性的形狀。這種結(jié)構(gòu)在X-Y平面內(nèi)將層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性各向同性化。
參照圖7A，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的非磁性間隔層32的膜厚t按照第1磁性層31和第2磁性層33反強(qiáng)磁性耦合的方式設(shè)定。因此，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上不外加磁場的狀態(tài)下，如圖7C所示第1磁性層31和第2磁性層33具有相互逆方向的自發(fā)極化，第1磁性層31和第2磁性層33反強(qiáng)磁性耦合。在該狀態(tài)中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30整體的磁化實(shí)質(zhì)上為零。即在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上不外加磁場的狀態(tài)中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30實(shí)質(zhì)上沒有磁矩。優(yōu)選層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30沒有磁矩而使磁阻元件7的偏置磁場變小。在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30作為整體具有磁矩的情況下，將由磁矩產(chǎn)生的磁場外加在磁阻元件7上。因此，在選擇寫入字線以及選擇位線上沒有外加寫入電流Ix、Iy的狀態(tài)中，在磁阻元件7上外加由磁矩產(chǎn)生的磁場。該磁場將反向磁阻元件7的自由層28的自發(fā)磁化的反向磁場(矯頑力)非對稱化，這就是磁阻元件7具有偏置磁場的原因。不優(yōu)選在磁阻元件7中存在偏置磁場使寫入電流Ix以及Iy增大，使存儲單元2的動作余裕減少。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30沒有磁矩，可有效防止在磁阻元件7中產(chǎn)生偏置磁場。
圖8是表示第1磁性層31和第2磁性層33之間的耦合系數(shù)的曲線圖。參照圖8，耦合系數(shù)按照在第1磁性層31和第2磁性層33反強(qiáng)磁性耦合的情況下為正的方式被定義。在非磁性間隔層32的膜厚t非常接近0的情況下，第1磁性層31和第2磁性層33之間的耦合系數(shù)為負(fù)，存在于第1磁性層31和第2磁性層33強(qiáng)磁性耦合的強(qiáng)磁性區(qū)域中。膜厚t從0開始增大，在某一膜厚時(shí)耦合系數(shù)變?yōu)檎?，?磁性層31和第2磁性層33就變?yōu)榉磸?qiáng)磁性耦合。進(jìn)一步耦合系數(shù)在某一膜厚為最大值。進(jìn)一步膜厚增加，耦合系數(shù)邊減小邊振蕩。非磁性間隔層32的膜厚t按照第1磁性層31和第2磁性層33之間的耦合系數(shù)為正的方式而被設(shè)定。非磁性間隔層32的膜厚t實(shí)質(zhì)上適于按照耦合系數(shù)為最大的方式而設(shè)定膜厚，以便對于非磁性間隔層32的膜厚t的偏差，第1磁性層31和第2磁性層33之間的反強(qiáng)磁性的耦合穩(wěn)定。
圖7B表示合適的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的剖面結(jié)構(gòu)。在合適的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30中，第1磁性層31包括NiFe層31a和CoFe層31b，第2磁性層33包括CoFe層33a和NiFe層33b。非磁性間隔層32由Ru層形成。在NiFe層31a的上方形成CoFe層31b，在CoFe層31b的上方形成Ru層32。在Ru層32的上方形成CoFe層33a，在CoFe層33a的上方形成NiFe層33b。
這種層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的結(jié)構(gòu)使層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的特性的調(diào)節(jié)變得更容易，因此具有設(shè)計(jì)便利的優(yōu)點(diǎn)。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁化的大小由NiFe層31a和NiFe層33b之間的厚度單獨(dú)決定。進(jìn)一步，第1磁性層31和第2磁性層33之間的耦合常數(shù)由Ru層32的厚度單獨(dú)決定。由此層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的特性由NiFe層31a、NiFe層33b以及Ru層32的厚度自由決定。
圖10A和10B表示具有這種結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性。圖10B表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的理想的磁場—磁化特性。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性，在與閾值磁場Ht相比外部磁場大的區(qū)域和小的區(qū)域中，其動作不同。該閾值依賴于磁場的方向而不同，作為閾值函數(shù)發(fā)揮作用。閾值磁場Ht是第1磁性層31和第2磁性層33之間的反強(qiáng)磁性耦合實(shí)質(zhì)上完全消失的磁場。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的整體的磁化M，在理想的情況下在外部磁場H未達(dá)到閾值磁場Ht時(shí)非常小。磁化M在閾值磁場Ht中不連續(xù)增加，在外部磁場H超過閾值磁場Ht的區(qū)域中，磁化M相對外部磁場H線性增加。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30表示為相關(guān)的磁場—磁化特性，在未達(dá)到閾值磁場Ht時(shí)根據(jù)在第1磁性層31和第2磁性層33之間的反強(qiáng)磁性的耦合磁化M變小，另一方面，外部磁場H一旦超過閾值磁場Ht，第1磁性層31和第2磁性層33之間的反強(qiáng)磁性耦合就變?yōu)閺?qiáng)磁性耦合，這正是在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上產(chǎn)生與外部磁場大致成比例的磁化M的原因。
但是，實(shí)質(zhì)上層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30常常表示在圖10A中所示的那種特性。即層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30在外部磁場H未達(dá)到閾值磁場Ht的區(qū)域中，相對磁場H磁化M非線性增加，表現(xiàn)為以下凸的磁場—磁化特性，在外部磁場H超過閾值磁場Ht的區(qū)域中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁化M，表現(xiàn)相對磁場H線性增加的磁場—磁化特性。特別具有在圖9中所示的那種各向同性的形狀的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30，由于內(nèi)部具有小磁區(qū)，所以根據(jù)該磁區(qū)的磁化在未達(dá)到閾值磁場Ht的區(qū)域中，表示在圖10A中所示的那種非線性特性的傾向很強(qiáng)。
在圖10A和圖10B的任一個(gè)情況下都將閾值磁場作為界限，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性改變其動作。如下所述，這種層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性，在提高存儲單元2的選擇性中起重要的作用。閾值磁場Ht的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)第1磁性層31和第2磁性層33之間的耦合系數(shù)而可進(jìn)行調(diào)節(jié)。以下，將磁場的大小未達(dá)到閾值磁場Ht的區(qū)域稱作非線性磁化區(qū)域，將磁場的大小超過閾值磁場Ht的區(qū)域稱作線性磁化區(qū)域。在將非線性磁化區(qū)域的任意的磁場HNL和線性磁化區(qū)域的任意的磁場HL分別外加在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上時(shí)，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上所感應(yīng)的磁化MNL和ML滿足下述關(guān)系ML/HL＞MNL/HNL(1)式1表示在線性磁化區(qū)域中的有效磁化率χL(＝ML/HL)比在非線性磁化區(qū)域中的有效磁化率xNL(＝MNL/HNL)更大。
在第1實(shí)施例的MRAM中，根據(jù)具有上述特性的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的作用，將外加在作為寫入地址的選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場選擇性地增大，由此提高了選擇存儲單元的選擇性。以下說明其詳細(xì)內(nèi)容。
參照圖4，第1實(shí)施例的MRAM的寫入動作由選擇選擇存儲單元開始。由寫入X選擇器8選擇寫入字線3中的1條作為選擇寫入字線，由Y選擇器11選擇位線5中的一條作為選擇位線。將存儲單元2中有關(guān)選擇寫入字線和選擇位線之間的交點(diǎn)的存儲單元選為選擇存儲單元。以下，將在存儲單元2中與選擇位線相關(guān)、但與選擇寫入字線無關(guān)的存儲單元，記為位線選擇字線未選擇存儲單元；與選擇寫入字線相關(guān)、與選擇位線無關(guān)的存儲單元記為字線選擇位線未選擇存儲單元。在選擇選擇寫入字線和選擇位線之后，在選擇寫入字線上，通過X側(cè)電流源電路9，寫入電流Ix流過+X方向，在選擇位線上，通過Y側(cè)電流源電路12寫入電流Iy流過+Y方向或-Y方向。寫入電流Iy的方向由在選擇存儲單元中寫入的數(shù)據(jù)決定。
參照圖5，根據(jù)流過+X方向的寫入電流Ix，在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件7上外加+Y方向的磁場H1y。進(jìn)一步，根據(jù)流過+Y方向(或-Y方向)的寫入電流Iy，在位線選擇字線未選擇存儲單元的磁阻元件7上外加-X方向(或+X方向)的磁場H1x。進(jìn)一步在選擇存儲單元的磁阻元件7上外加上述的磁場H1x和磁場H1y的合成磁場H1xy。
在將寫入字線3和位線5設(shè)置在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30和磁阻元件7之間的情況下，上述的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30在流過寫入電流Ix以及寫入電流Iy時(shí)，具有增強(qiáng)外加在字線選擇位線未選擇存儲單元、位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場的作用。
參照圖12，對字線選擇位線未選擇存儲單元進(jìn)行說明。由于在選擇寫入字線上流過+X方向的寫入電流Ix，如圖12所示在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件7上外加+Y方向的磁場H1y。進(jìn)一步，由寫入電流Ix在與字線選擇位線未選擇存儲單元相對應(yīng)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上外加-Y方向的磁場H2y。根據(jù)磁場H2y的外加，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上在-Y方向上感應(yīng)磁場My。在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上感應(yīng)的磁場My，將磁場H3y外加在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件7上。在將選擇寫入字線設(shè)置在磁阻元件7和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30之間的情況下，磁場H3y與磁場H1y相同都為+Y方向。因此，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30，在選擇寫入字線上流過寫入電流Ix時(shí)，有增強(qiáng)外加在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場的作用。同樣可知與位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元的每一個(gè)相對應(yīng)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30，有增強(qiáng)外加在位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場的作用。
由此，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30具有增強(qiáng)外加在磁阻元件7上的磁場的作用，在第1實(shí)施例的MRAM中，利用上述的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性，將外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場選擇性地顯著增強(qiáng)。該動作可有效提高選擇存儲單元的選擇性。以下，說明利用層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場—磁化特性，提高選擇存儲單元的選擇性的詳細(xì)內(nèi)容。
在以下的說明中，如圖11A所示那樣，將通過分別流過選擇寫入字線以及選擇位線的寫入電流Ix、Iy外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上的磁場作為H2xy。進(jìn)一步，如圖11B所示那樣，將通過流過選擇位線的寫入電流Iy外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上的磁場作為H2x。進(jìn)一步，如圖11C所示那樣，將根據(jù)流過選擇寫入字線的寫入電流Ix外加在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上的磁場作為H2y。磁場H2xy是磁場H2x和H2y的合成磁場。
參照圖11A到11C，提高選擇存儲單元的選擇性，通過按照滿足以下的條件的方式選擇寫入電流Ix、Iy以及閾值磁場Ht而達(dá)到。
H2xy＞HtH2x＜Ht(2)H2x＞Ht即寫入電流Ix、Iy按照下述方式選擇外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上的合成磁場H2xy存在于線性磁化區(qū)域中，外加在與位線選擇字線未選擇存儲單元以及字線選擇位線未選擇存儲單元的每一個(gè)相對應(yīng)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上的磁場H2x、磁場H2y存在于非線性區(qū)域中。此外，也可以將磁場H2x、磁場H2y、對選擇存儲器的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的磁場的合成磁場選在非線性區(qū)域中。
磁場H2xy在線性磁化區(qū)域中，且磁場H2x以及磁場H2y在非線性化區(qū)域中，因此根據(jù)式(1)式(3)成立。
Mxy/H2xy＞Mx/H2xMxy/H2xy＞My/H2y(3)式中，Mxy是在外加磁場H2xy時(shí)在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上感應(yīng)的磁化，Mx是在外加磁場H2x時(shí)在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上感應(yīng)的磁化，My是在外加磁場H2y時(shí)在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上感應(yīng)的磁化。
式(3)表示對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的有效磁化率χxy(＝Mxy/H2xy)，與位線選擇字線未選擇存儲單元以及字線選擇位線未選擇存儲單元的每一個(gè)相對應(yīng)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的有效磁化率χx(＝Mx/H2x)、χy(＝My/H2y)不同或更大。
由層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在磁阻元件7上的磁場與在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30上感應(yīng)的磁化的大小成比例，因此由式(3)可推導(dǎo)出下式(4)。
H3xy/H2xy＞H3x/H2xH3xy/H2xy＞H3y/H2y(4)即H3xy/H3x＞H2xy/H2xH3xy/H3y＞H2xy/H2y(4)’式中，H3xy是由對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場，H3x是由對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在位線選擇字線未選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場，H3y是由對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場。
式(4)’表示外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場，與在字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7相比明顯增強(qiáng)。例如，磁場H2x和磁場H2y大小相等，因此考慮磁場H3x和磁場H3y大小相等的情況。作為磁場H2x和磁場H2y的合成磁場的磁場H2xy是磁場H2x(H2y)的21/2倍。另一方面，根據(jù)式(4)’得到下述式(5)。
H3xy＞21/2H3x(21/2H3y) (5)即由對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場H3xy，比由對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元(以及位線選擇字線未選擇存儲單元)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場H3x的21/2倍更大。
式(5)表示外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場與外加在字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場進(jìn)行比較，明顯增強(qiáng)(參照圖13)。通過選擇性顯著增強(qiáng)外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場而提高選擇存儲單元的選擇性。
由此在第1實(shí)施例中，外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場與外加在字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場進(jìn)行比較，明顯選擇性地增強(qiáng)。通過選擇性地增強(qiáng)外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場，有效提高選擇存儲單元的選擇性。
在本實(shí)施例中，代替層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30，將由反強(qiáng)磁性材料膜形成的磁性材料結(jié)構(gòu)體設(shè)置在存儲單元2的每一個(gè)上，理論上應(yīng)該也能得到同樣的效果。但是實(shí)質(zhì)上，由于反強(qiáng)磁性體的閾值磁場Ht非常大，所以外加在對應(yīng)選擇存儲單元的磁性構(gòu)造體上的合成磁場H2xy很難變得比閾值磁場Ht更大。優(yōu)選層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的使用可實(shí)質(zhì)提高上述作用的選擇存儲單元的選擇性。
(第2實(shí)施例)圖14表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的MRAM。第2實(shí)施例的MRAM在存儲單元中不包括晶體管，具有所謂交差點(diǎn)型單元陣列的構(gòu)成。
第2實(shí)施例的MRAM具備將存儲單元42設(shè)置為矩陣的交差點(diǎn)型單元陣列41。在交差點(diǎn)型單元陣列41上設(shè)置沿X軸方向延伸的字線43和沿Y軸方向延伸的位線44。將存儲單元2分別設(shè)置在字線43和位線44交差的交點(diǎn)上。存儲單元42包括磁阻元件45。磁阻元件45具有可反轉(zhuǎn)的自發(fā)磁化，根據(jù)其自發(fā)磁化的方向保持?jǐn)?shù)據(jù)。將磁阻元件45的每一個(gè)設(shè)置在字線43和位線44之間。
將字線43連接在X選擇器46上。X選擇器46在寫入動作時(shí)以及讀出動作時(shí)，從字線43中選擇一條作為選擇字線。將X選擇器46連接在X側(cè)電流源電路47上。X側(cè)電流源電路47生成寫入電流Ix，供給到選擇寫入字線中。
將位線44連接在Y選擇器48上。Y選擇器48在寫入動作時(shí)以及讀出動作時(shí)從多條位線44中選擇1條作為選擇位線。將Y選擇器48連接在Y側(cè)電流源電路49和讀出放大器50上。Y側(cè)電流源電路49生成寫入電流Iy，將生成的寫入電流Iy供給到選擇位線上。讀出放大器50在讀出動作時(shí)連接在選擇位線上，根據(jù)流過磁阻元件45的電流判斷存儲在存儲單元42中的數(shù)據(jù)。
圖15是表示存儲單元42的結(jié)構(gòu)的剖視圖。參照圖15，在基板51的上方形成層間絕緣膜52。在層間絕緣膜52的上方形成位線44。如上所述，位線44沿Y軸方向延伸。位線44介由連接器53連接在各存儲單元42的磁阻元件45上。
磁阻元件45具有與在圖6中所示的磁阻元件7相同的剖面結(jié)構(gòu)。即磁阻元件45具備引腳層26，其具有固定在+X方向的自發(fā)磁化；和自由層27，其具有在+X方向和-X方向上可反轉(zhuǎn)的自發(fā)磁化；和絕緣勢壘28，其被設(shè)置在引腳層26和自由層27之間。如圖16所示，磁阻元件45實(shí)質(zhì)上具有橢圓的平面形狀。磁阻元件45的長軸與X軸方向平行。這種結(jié)構(gòu)在磁阻元件45上付與引腳層27以及自由層27的自發(fā)磁化的方向變?yōu)閄軸方向的各向異性。
如圖15所示，將層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55介由連接器54設(shè)置在磁阻元件45上，并與其連接。將層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55介由連接器56連接在字線43上。如上所述，將字線43沿X軸方向設(shè)置。
層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有與從圖4A到4C所示的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30相同的剖面結(jié)構(gòu)。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55包括第1磁性層31、第2磁性層33和設(shè)置在第1磁性層31和第2磁性層33之間的非磁性間隔層32。非磁性間隔層32的膜厚按照第1磁性層31和第2磁性層33反強(qiáng)磁性耦合的方式選擇。但是如圖16所示，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的平面結(jié)構(gòu)與層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30的平面結(jié)構(gòu)不同。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55實(shí)質(zhì)上具有橢圓的平面形狀，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的長軸與X軸方向平行。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的形狀的各向異性在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性上付與各向異性。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的形狀的各向異性，使層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的第1磁性層31和第2磁性層33分別具有的自發(fā)磁化的方向容易朝向X軸方向，很難朝向Y軸方向。但是，第1磁性層31和第2磁性層33反強(qiáng)磁性耦合，因此第1磁性層31和第2磁性層33之間的自發(fā)磁化互相反向平行(anti-parallel)。將自發(fā)磁化容易朝向的方向稱作容易軸方向，將自發(fā)磁化難以朝向的方向稱作難軸方向。在第2實(shí)施例中，容易軸方向?yàn)閄軸方向，難軸方向?yàn)閅軸方向。
從圖17A到17C表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性。如圖17A所示，在難軸方向(Y軸方向)上外加外部磁場Hhard的情況下，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55表示相對外部磁場Hhard線性的磁場—磁化特性。另一方面，如圖17B所示，在容易軸方向(X軸方向)上外加外部磁場Heasy的情況下，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55根據(jù)外部磁場Heasy是否超過閾值磁場Ht而表示不同的動作。在外部磁場Heasy未達(dá)到閾值磁場Ht的情況下，為了不破壞層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的內(nèi)部的反強(qiáng)磁性耦合，很難感應(yīng)磁化，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場實(shí)質(zhì)上為零。另一方面，在閾值磁場Ht中層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化不連續(xù)增加，在外部磁場Heasy不超過閾值磁場Ht的區(qū)域中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化相對外部磁場Heasy線性增加。圖17B表示層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的理想的特性。但是，通過提高層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的各向異性，可將與這種理想特性接近的特性付與在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上。在難軸方向和容易軸方向之間的方向(中間方向)上外加外部磁場Hmid的情況下，如圖17C所示，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55表示將在圖17A和圖17B中所示的磁場—磁化特性折中的磁場—磁化特性。在中間方向上外加比閾值磁場Ht小的外部磁場Hmid的情況下，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55感應(yīng)微小且對外部磁場Hmid呈線性的磁化。在閾值磁場Htmid中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化不連續(xù)增大，在外部磁場Hmid超過閾值磁場Htmid的區(qū)域中，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化相對外部磁場Hmid線性增加。在超過閾值磁場Htmid的區(qū)域中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化增加率比在未達(dá)到閾值磁場Htmid的區(qū)域中的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁化增加率更大。中間方向的磁場—磁化特性的閾值磁場Ht比容易軸方向的磁場—磁化特性的閾值磁場Ht更小。中間方向的磁場—磁化特性的閾值磁場Ht，外部磁場的方向從容易軸方向分離越遠(yuǎn)則變地越小。因此，相對外部磁場Hmid的閾值磁場Ht的軌跡(Ht曲線)變?yōu)閺膱D19A到19C所示的那樣的形狀。
與第1實(shí)施例相同，將磁場比閾值磁場Ht更大的區(qū)域定義為線性磁化區(qū)域，將磁場比閾值磁場Ht小的區(qū)域定義為非線性磁化區(qū)域。但是，在將磁場外加在難軸方向上的情況下，由于與磁場的大小無關(guān)的磁化相對磁場線性增加，所以對難軸方向的閾值磁場Ht為零。即對于難軸方向，任意大小的磁場存在于線性磁化區(qū)域。
在第2實(shí)施例中，由具有上述特性的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的作用，提高選擇存儲單元的選擇性。以下說明其詳細(xì)內(nèi)容。
參照圖14，第2實(shí)施例的MRAM的寫入動作由選擇選擇存儲單元開始。通過X選擇器46將字線43中的一條選為選擇字線，通過Y選擇器48將位線44中的一條選為選擇位線。將存儲單元42中的選擇字線和選擇位線交差點(diǎn)的存儲單元選為選擇存儲單元。與第1實(shí)施例相同，將在存儲單元42中連接在選擇位線上但沒有連接在選擇字線上的未選擇存儲單元記為位線選擇字線未選擇存儲單元，與選擇字線連接但沒有與選擇位線連接的未選擇存儲單元記為字線選擇位線未選擇存儲單元。在選擇選擇字線和選擇位線之后，在選擇字線上通過X側(cè)電流源電路47寫入電流Ix流過+X方向，在選擇位線上通過Y側(cè)電流源電路49寫入電流Iy流過+Y方向或-Y方向。寫入電流Iy的方向根據(jù)在選擇存儲單元中寫入的數(shù)據(jù)決定。
參照圖18，根據(jù)流過+X方向的寫入電流Ix，在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件45上外加+Y方向的磁場H1y。進(jìn)一步根據(jù)流過+Y方向(或-Y方向)的寫入電流Iy，在位線選擇字線未選擇存儲單元的磁阻元件45上外加-X方向(或+X方向)的磁場H1x。進(jìn)一步在選擇存儲單元的磁阻元件45上外加上述磁場H1x和上述磁場H1y之間的合成磁場H1xy。將磁阻元件45和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55設(shè)置在字線43和位線44之間。由此，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，在已流過寫入電流Ix以及寫入電流Iy時(shí)，具有減弱外加在字線選擇位線未選擇存儲單元、位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元的磁阻元件45上的磁場的作用。
以下對字線選擇位線未選擇存儲單元進(jìn)行說明。
參照圖18，在選擇字線上流過+X方向的寫入電流Ix，在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件45上外加+Y方向的磁場H1y。進(jìn)一步，寫入電流Ix在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元設(shè)置的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加+Y方向的磁場H2y。通過磁場H2y的外加，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)+Y方向的磁場My。在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化My將磁場H3y外加在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件45上。在將磁阻元件45和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55設(shè)置在選擇字線的同一側(cè)的情況下，磁場H3y為與磁場H1y相反的-Y方向。因此，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，在寫入電流Ix流過選擇字線時(shí)，具有減弱外加在字線選擇位線未選擇存儲單元的磁阻元件45上的磁場的作用。
根據(jù)同樣的研究可知，分別對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元設(shè)置的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有減弱外加在位線選擇字線未選擇存儲單元以及該選擇存儲單元的磁阻元件45上的磁場的作用。
在第2實(shí)施例的MRAM中，利用上述的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性，外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場相比較，明顯減弱。這種動作可有效提高對字線選擇位線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。以下說明利用層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性，提高選擇存儲單元的選擇性的詳細(xì)內(nèi)容。
參照圖17A到17C，在第2實(shí)施例中，對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55、對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55以及對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有互相不同的磁場—磁化特性。在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加由流過選擇位線的寫入電流Iy生成的X軸方向(容易軸方向)的磁場H2x和由流過選擇字線的寫入電流Ix生成的Y軸方向(難軸方向)的磁場H2y的合成磁場H2xy。因此，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上在中間方向上外加磁場。故對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有在圖17C中所示的磁場—磁化特性。
另一方面，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上只外加Y軸方向(難軸方向)的磁場H2y，因此對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有在圖17A中所示的磁場—磁化特性。進(jìn)一步，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上只外加X軸方向(容易軸方向)的磁場H2x，因此對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有在圖17B中所示的磁場—磁化特性。在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55具有上述特性的情況下，通過按照滿足下述條件式(6-1)、(6-2)的方式設(shè)定寫入電流Ix、Iy的大小，可只在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)大的磁化。
H2x＜Hteasy(6-1)H2xy＜Htmid(6-2)式中，Hteasy是關(guān)于容易軸方向的閾值，Htmid是關(guān)于合成磁場H2xy的方向(中間方向)的閾值。
在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加難軸方向(Y軸方向)的磁場H2y。即如圖17B所示，磁場H2y存在于線性化區(qū)域中。因此從圖17A可知，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)相對磁場H2y線性增加的磁化My。
另一方面，如式(6-1)所示，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將比閾值磁場Hteasy小的磁場H2x外加在容易軸方向(X軸方向)上。即如圖19C所示，磁場H2x存在于非線性磁化區(qū)域中。因此，從圖17B可知在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化Mx非常小。進(jìn)一步，如式(6-2)所示，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上將比閾值磁場Htmid小的磁場H2xy外加在中間方向上。即如圖19A所示，磁場H2xy存在于非線性磁化區(qū)域中。因此，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化Mxy非常小。
根據(jù)以上的研究，由于滿足式(6-1)、(6-2)，可知下式(7)成立My/H2y》Mx/H2x(≈0)，My/H2y》Mxy/H2xy(≈0)，(7)式(7)表示對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效的磁化率χy(＝My/H2y)，明顯比對應(yīng)選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效的磁化率χxy(＝Mxy/H2xy)、χx(＝Mx/H2x)大。
在通過層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件45上的磁場，與在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化的大小成比例。因此，式(7)表示在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將明顯比對應(yīng)選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55大的磁場外加在磁阻元件45上。此時(shí)，Hteasy、Hthard、Htmid發(fā)揮作為閾值函數(shù)的功能。
如上所述，由層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件45上的磁場，在減弱由寫入電流Ix、Iy外加在磁阻元件45上的磁場的方向上作用，因此如圖20所示，外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus1比外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hs明顯減弱。由此，有效提高對字線選擇位線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。但是，根據(jù)上述的提高選擇性的原理分析可知，在第2實(shí)施例的MRAM中，不能提高對位線選擇字線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。
如上所述，在第2實(shí)施例的MRAM中，外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場，與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場相比明顯減弱。由此，相對提高了對字線選擇位線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。
在第2實(shí)施例中，由于層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的長軸與Y軸方向平行，在對位線選擇字線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性變化時(shí)，也能提高對字線選擇位線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。但是，如本實(shí)施例所述，優(yōu)選層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的長軸與X軸方向平行。如上所述，磁阻元件45的引腳層26和自由層28的自發(fā)磁化朝向X軸方向。將引腳層26和自由層28的自發(fā)磁化朝向X軸方向，在MRAM的制造工序的過程中，通過將外部磁場外加在X軸方向上而進(jìn)行。對X軸方向的外部磁場的外加，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上付與X軸方向的各向異性，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向的磁場—磁化特性接近圖14B所示的理想的特性。這非常適于提高對字線選擇位線未選擇存儲單元的選擇存儲單元的選擇性。
(第3實(shí)施例)接著，參照圖21和圖22，對本發(fā)明的第3實(shí)施例的MRAM進(jìn)行說明。第3實(shí)施例的MRAM，如圖21以及圖22所示，改變了磁阻元件45和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的設(shè)置。如圖21所示，在存儲單元42的剖面結(jié)構(gòu)中，將磁阻元件45和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的位置進(jìn)行交換。進(jìn)一步，如圖22所示，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55實(shí)質(zhì)上具有橢圓的平面形狀。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的長軸對X軸只傾斜角θ。θ為典型的45°。第3實(shí)施例的MRAM的其它部分的結(jié)構(gòu)與第2實(shí)施例相同。第3實(shí)施例的MRAM電路與在圖14中所示的第2實(shí)施例的MRAM電路相同。如圖23A到23C所示，由于層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55對X軸只傾斜角θ，所以層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向以及難軸方向也只傾斜角θ。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向是對+X方向形成角θ的方向，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的難軸方向是對+Y方向形成角θ的方向。在此，在圖23A到23C中所示的Hx是+X方向的磁場，Hy是+Y方向的磁場，Heasy是容易軸方向的磁場，Hhand是難軸方向的磁場。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，在容易軸方向上外加磁場時(shí)，閾值磁場Ht變?yōu)樽畲?，在難軸方向上外加磁場時(shí)，閾值磁場Ht實(shí)質(zhì)上為零。與第2實(shí)施例相同，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55如從圖17A到17C中所示，對容易軸方向、難軸方向以及中間方向表示不同的磁場—磁化特性。
利用這種層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的特性，在第3實(shí)施例的MRAM的寫入動作中，提高對字線選擇位線未選擇存儲單元和位線選擇字線未選擇存儲單元的兩方的選擇存儲單元的選擇性。
在第3實(shí)施例的MRAM中，按照滿足下述的任一個(gè)條件的方式，在選擇字線以及選擇位線上分別流過寫入電流Ix以及Iy。
條件A在選擇字線上，流過+X方向的寫入電流Ix。
在選擇位線上，流過+Y方向的寫入電流Iy。
條件B在選擇字線上，流過-X方向的寫入電流Ix。
在選擇位線上，流過-Y方向的寫入電流Iy。
根據(jù)寫入的數(shù)據(jù)決定選擇條件A、B中的哪一個(gè)。在本實(shí)施例中，在將“0”寫入到選擇存儲單元上的情況下，選擇條件A；在將“1”寫入到選擇存儲單元上的情況下，選擇條件B。由流過寫入電流Ix以及寫入電流Iy，在字線選擇位線未選擇存儲單元、位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上外加磁場。如第2實(shí)施例所說明過的那樣，由于將磁阻元件45和層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55設(shè)置在字線43和位線44之間，所以層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，在流過寫入電流Ix以及寫入電流Iy時(shí)，具有減弱外加在字線選擇位線未選擇存儲單元、位線選擇字線未選擇存儲單元以及選擇存儲單元的磁阻元件45上的磁場的作用。
在第3實(shí)施例的MRAM中，利用上述的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性，在字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上外加磁場。此時(shí)的磁場，與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場相比明顯減弱。這種動作可有效提高對字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元的兩方的選擇存儲單元的選擇性。以下，詳細(xì)說明利用層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的磁場—磁化特性，提高選擇存儲單元的選擇性。
以下對將“0”寫入選擇存儲單元的情況進(jìn)行說明。在將“0”寫入選擇存儲單元的情況下，根據(jù)+X方向的寫入電流Ix，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加+Y方向的磁場H2y。如圖23B所示，磁場H2y朝向容易軸方向和難軸方向之間的中間方向。進(jìn)一步，根據(jù)+Y方向的寫入電流Iy，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加+X方向的磁場H2x。如圖23C所示，磁場H2x朝向容易軸方向和難軸方向之間的中間方向。在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，外加+X方向的磁場H2x和+Y方向的磁場H2y的合成磁場H2xy。寫入電流Ix和寫入電流Iy的大小，按照外加在對應(yīng)選擇存儲單元的磁阻元件55上的合成磁場H2xy的方向和磁阻元件55的容易軸方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式，即按照合成磁場H2xy實(shí)質(zhì)上朝向與X軸方向形成角θ方向的方式?jīng)Q定。
由此在決定寫入電流Ix和寫入電流Iy的大小的情況下，如圖23A所示，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加朝向容易軸方向的合成磁場H2xy。因此，對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55表示在圖17B中所示的磁場—磁化特性。另一方面，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上只外加中間方向的磁場H2y。因此，對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，表示在圖17C中所示的磁場—磁化特性。
同樣，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上只外加中間方向的磁場H2x。因此，對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，表示在圖17C中表示的磁場—磁化特性。此時(shí)，為了提高選擇存儲單元的選擇性，寫入電流Ix和寫入電流Iy按照滿足下述條件(8-1)、(8-2)、(8-3)的方式而被決定。
H2x＞Htx(8-1)H2y＞Hty(8-2)H2xy＜Hteasy(8-3)式中，Hteasy是對容易軸方向的閾值，Htx是對磁場H2x的方向(中間方向)的閾值，Hty是對磁場H2y的方向(中間方向)的閾值。雖然合成磁場H2xy的大小比磁場H2x以及磁場H2y的大小大，但由于對容易軸方向的閾值磁場Hteasy比對中間方向的閾值磁場Htx、Hty更大，所以可按照滿足式(8-1)～(8-3)的方式?jīng)Q定寫入電流Ix和寫入電流Iy。
根據(jù)式(8-1)，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將比閾值磁場Htx大的磁場H2x外加在中間方向上。即如圖23C所示，磁場H2x存在于線性磁化區(qū)域。因此，根據(jù)圖17C可知，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上生成對磁場H2x線性增加的磁化Mx。
同樣，根據(jù)式(8-2)，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將比閾值磁場Hty大的磁場H2y外加在中間方向上。即，如圖23B所示，磁場H2x存在于線性磁化區(qū)域。因此，從圖14C可知，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)對磁場H2y線性增加的磁化My。
另一方面，如式(8-3)所示，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，在容易軸方向上外加比閾值磁場Hteasy小的合成磁場H2xy。即如圖23A所示，合成磁場H2xy存在于非線性磁化區(qū)域。因此在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化Mxy非常小。
根據(jù)以上的研究，由滿足式(8-1)～(8-3)，可知下述式(9)成立。
Mx/H2x》Mxy/H2xy(≈0)，My/H2y》Mxy/H2xy(≈0)，(9)式(9)表示分別對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元和字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效的磁化率χx(＝Mx/H2x)、χy(＝My/H2y)明顯比對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效磁化率χxy(＝Mxy/H2xy)大。
由于層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件45上的磁場，因?yàn)榕c在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化的大小成比例，所以式(9)表示分別對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元和字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55將明顯比對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55大的磁場外加在磁阻元件45上。
如上所述，由層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件45上的磁場，在減弱由寫入電流Ix、Iy外加在磁阻元件45上的磁場的方向上作用。因此，如圖24A所示，外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus1和外加在位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus2，與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hs相比明顯減弱。
關(guān)于在選擇存儲單元上寫入“0”的情況，通過進(jìn)行與在選擇存儲單元上寫入“0”的情況相同的研究，如圖24B所示，可知外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus1和外加在位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus2，與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hs相比明顯減弱。
如上所述，在第3實(shí)施例中外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus1和外加在位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hus2，與外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件45上的磁場Hs相比明顯減弱。由此，有效提高了選擇存儲單元的選擇性。
在第3實(shí)施例中，不需要外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的合成磁場H2xy的方向與容易軸的方向完全相同。合成磁場H2xy的方向也可朝向中間方向。但是，合成磁場H2xy的方向要求比磁場H2x以及磁場H2y的方向更接近容易軸。進(jìn)一步，合成磁場H2xy要求滿足代替式(8-3)的式(8-3)’H2xy＜Htxy(8-3)’式中，Htxy是有關(guān)合成磁場H2xy的方向的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的閾值。式(8-3)表示合成磁場H2xy存在于非線性磁化區(qū)域，因此在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化Mxy小。
(第4實(shí)施例)圖25表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的MRAM的剖面結(jié)構(gòu)。第4實(shí)施例的MRAM與第1實(shí)施例相同，在各存儲單元2上具有設(shè)置MOS晶體管6的結(jié)構(gòu)，第4實(shí)施例的MRAM的電路結(jié)構(gòu)與在圖4中表示的第1實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)相同。第4實(shí)施例的MRAM與第1實(shí)施例的MRAM在下述方面不同將在圖5中所示的第1實(shí)施例的MRAM的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30置換為第2實(shí)施例以及第3實(shí)施例的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55。相對第1實(shí)施例的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體30在xy平面上具有各向同性的特性，在第4實(shí)施例中所使用的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55，如圖26所示，實(shí)質(zhì)上具有橢圓的平面形狀，在X-Y平面上具有各向異性的特性。與第3實(shí)施例相同，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的長軸對X軸只傾斜角θ。θ為典型的45°。由于層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55對X軸只傾斜角θ，所以層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向以及難軸方向也只傾斜角θ。層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的容易軸方向是對+X方向形成角θ的方向，層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的難軸方向是對+Y方向形成角θ的方向。
在第4實(shí)施例的MRAM中，利用層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的特性，選擇性增強(qiáng)外加在選擇存儲單元的磁阻元件7上的磁場，由此提高了選擇存儲單元的選擇性。以下，說明其詳細(xì)內(nèi)容。
第4實(shí)施例的MRAM的數(shù)據(jù)的寫入與第1實(shí)施例相同，通過在選擇寫入字線上流過寫入電流Ix，在選擇位線上流過寫入電流Iy而進(jìn)行。通過流過寫入電流Ix、寫入電流Iy，在選擇存儲單元、字線選擇位線未選擇存儲單元以及位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上外加磁場。通過流過寫入電流Ix以及寫入電流Iy，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上外加磁場，感應(yīng)磁化。第4實(shí)施例的MRAM與第1實(shí)施例相同，將寫入字線3和位線5設(shè)置在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55和磁阻元件7之間，在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化起增強(qiáng)外加在磁阻元件7上磁場的作用。
圖27A表示外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的合成磁場H2xy，圖27B表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的磁場H2x，圖27C表示外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的磁場H2y。合成磁場H2xy是磁場H2x和磁場H2y的合成磁場。
如圖27A所示，寫入電流Ix和寫入電流Iy的大小，按照外加在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的合成磁場H2xy實(shí)質(zhì)上與層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的難軸方向相同的方式設(shè)定。由于在難軸方向上閾值磁場Ht為0，所以合成磁場H2xy存在于線性磁化區(qū)域中。對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55表示在圖17A中所示的磁化—磁場特性，在對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，由合成磁場H2xy感應(yīng)較大的磁化Mxy。
進(jìn)一步，寫入電流Ix和寫入電流Iy的大小，按照外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的磁場H2x和外加在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上的磁場H2y滿足下述條件(10-1)、(10-2)的方式進(jìn)行選擇H2x＜Htx(10-1)H2y＜Hty(10-2)式中，Htx是關(guān)于磁場H2x的方向(中間方向)的閾值，Hty是關(guān)于磁場H2y的方向(中間方向)的閾值。
根據(jù)式(10-1)，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將比閾值磁場Htx小的磁場H2x外加在中間方向上。即如圖27B所示，磁場H2x存在于非線性磁化區(qū)域中。因此，從圖17C可知，在對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化Mx非常小。
同樣，根據(jù)式(10-2)，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上，將比閾值磁場Hty小的磁場H2y外加在中間方向上。即如圖27C所示，磁場H2y存在于非線性磁化區(qū)域中。因此，從圖17C可知，在對應(yīng)字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化My非常小。
根據(jù)以上的分析，由于滿足式(10-1)、(10-2)，可知下述式(11)成立Mxy/H2xy》Mx/H2x(≈0)，Mxy/H2xy》My/H2y(≈0)，(11)式(11)表示對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效磁化率χxy(＝Mxy/H2xy)明顯比分別對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元和字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55的有效的磁化率χx(＝Mx/H2x)、χy(＝My/H2y)更大。
由于層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件7上的磁場與在層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55上感應(yīng)的磁化的大小成比例，所以式(11)表示對應(yīng)選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55將明顯比分別對應(yīng)位線選擇字線未選擇存儲單元和字線選擇位線未選擇存儲單元的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55更大的磁場外加在磁阻元件7上。
如上所述，將由層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體55外加在磁阻元件7上的磁場，在增強(qiáng)由寫入電流Ix、Iy外加在磁阻元件7上的磁場的方向上生成。因此，如圖27A到27C所示，外加在選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場Hs，與外加在字線選擇位線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場Hus1和外加在位線選擇字線未選擇存儲單元所包括的磁阻元件7上的磁場Hus2相比明顯增強(qiáng)。由此，有效提高了選擇存儲單元的選擇性。
在特開2002-110938號公報(bào)中所述的現(xiàn)有的MRAM中，由包括含有鈷的高飽和磁化軟磁性材料以及金屬—非金屬納米粒狀膜中的任意一個(gè)的磁性膜將字線或位線除去一面而圍起來。該現(xiàn)有的MRAM，只不過是以增強(qiáng)磁場為重點(diǎn)。此外，雖然講述了如果不用上述的磁性膜而采用強(qiáng)磁性膜/非磁性層/強(qiáng)磁性層的三層膜，在這些強(qiáng)磁性層之間介由非磁性層進(jìn)行反強(qiáng)磁性的相互作用，但是沒有對其結(jié)構(gòu)和作用的進(jìn)行詳細(xì)記載。假設(shè)三層膜按照將字線或位線除去一面圍起來的方式形成。此外，沒有進(jìn)行對三層膜的磁化閾值的用法以及其磁化強(qiáng)度的關(guān)系的研究。在本發(fā)明中，通過對該關(guān)系的研究，提供一種提高選擇存儲單元的選擇性，使MRAM的寫入動作穩(wěn)定化的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，具備多條第1信號線，其按照在第1方向上延伸的方式設(shè)定；多條第2信號線，其按照在與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)垂直的第2方向上延伸的方式設(shè)定；多個(gè)存儲單元，其被分別設(shè)置在所述多條第1信號線和所述多條第2信號線之間的交差點(diǎn)上；多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體，其分別對所述多個(gè)存儲單元設(shè)置，其中，所述多個(gè)存儲單元的每一個(gè)，具有磁阻元件，該磁阻元件包括具有第1閾值函數(shù)的自發(fā)磁化層，所述自發(fā)磁化層的方向在外加具有所述第1閾值函數(shù)值以上強(qiáng)度的元件外加磁場時(shí)反轉(zhuǎn)，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)，具有第2閾值函數(shù)，響應(yīng)結(jié)構(gòu)體外加磁場生成磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，在所述結(jié)構(gòu)體外加磁場具有第2閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度時(shí)，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場生成第3磁場，在所述結(jié)構(gòu)體外加磁場具有未達(dá)到所述第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度時(shí)，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，生成比所述第3磁場弱的第4磁場，在作為第1選擇信號線的所述多條第1信號線中的一條上流過第1寫入電流生成第1磁場，在作為第2選擇信號線的所述多條第2信號線中的一條上流過第2寫入電流生成第2磁場，將所述第1磁場和所述第2磁場之間的第1合成磁場，作為所述結(jié)構(gòu)體外加磁場，外加在所述磁性材料結(jié)構(gòu)體上，對設(shè)置在所述第1選擇信號線和所述第2選擇信號線的交差點(diǎn)上的選擇存儲單元，外加具有所述第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的所述元件外加磁場；在所述選擇存儲單元以外的未選擇存儲單元的每一個(gè)上，外加具有未達(dá)到所述第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的所述元件外加磁場，由此將所述第1合成磁場和所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場之間的第2合成磁場作為所述元件外加磁場生成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)具備由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和在所述第1磁性層和所述第2磁性層之間設(shè)置的非磁性層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述非磁性層具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述第2閾值函數(shù)基于所述非磁性層的膜厚而決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在沒有外加所述結(jié)構(gòu)體外加磁場時(shí)，由所述磁性材料結(jié)構(gòu)體生成的磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場的強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上為“0”。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，強(qiáng)度比所述第2閾值函數(shù)值大的所述第1合成磁場，作為所述結(jié)構(gòu)體外加磁場外加在對應(yīng)所述選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體上，對應(yīng)所述選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，生成所述第3磁場，將所述第1合成磁場和所述第3磁場的合成磁場，作為具有所述第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的所述元件外加磁場，外加在所述選擇存儲的所述磁阻元件上；具有未達(dá)到所述第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的所述第1合成磁場，作為所述結(jié)構(gòu)體外加磁場，外加在對應(yīng)所述未選擇存儲單元的每一個(gè)的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體上，對應(yīng)所述未選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，生成有所述第4磁場，由此將所述第1合成磁場和所述第4磁場的合成磁場，作為具有未達(dá)到所述第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的所述元件外加磁場，外加在所述選擇存儲的所述磁阻元件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，具有未達(dá)到所述第2閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的所述第1合成磁場，作為所述結(jié)構(gòu)體外加磁場，外加在對應(yīng)所述選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體上，對應(yīng)所述選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，生成所述第4磁場，將所述第1合成磁場和所述第4磁場的合成磁場，作為具有所述第1閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的所述元件外加磁場，外加在所述選擇存儲的所述磁阻元件上；具有所述第2閾值函數(shù)值以上的強(qiáng)度的所述第1合成磁場，作為所述結(jié)構(gòu)體外加磁場，外加在對應(yīng)所述未選擇存儲單元的每一個(gè)的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體上，對應(yīng)所述未選擇存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體，作為所述磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場，生成所述第3磁場，將所述第1合成磁場和所述第3磁場的合成磁場，作為具有未達(dá)到所述第1閾值函數(shù)值的強(qiáng)度的所述元件外加磁場，外加在所述選擇存儲的所述磁阻元件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述第1信號線和所述第2信號線，設(shè)置在對應(yīng)所述多個(gè)存儲單元中的存儲單元和對應(yīng)所述存儲單元的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體之間；將所述磁性材料結(jié)構(gòu)體直接或間接設(shè)置在所述第1信號線上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述多個(gè)存儲單元的每一個(gè)和與所述存儲單元和所述存儲單元相對應(yīng)的所述磁性材料結(jié)構(gòu)體，設(shè)置在對應(yīng)所述存儲單元的所述第1信號線和對應(yīng)所述存儲單元的所述第2信號線之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述磁性材料結(jié)構(gòu)體具有圓形的平面結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6～9中的任一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述磁性材料結(jié)構(gòu)體具有橢圓形的平面結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述磁性材料結(jié)構(gòu)體的所述橢圓形的長軸，朝向除所述第1方向和所述第2方向以外的方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述磁性材料結(jié)構(gòu)體的所述橢圓形的長軸，朝向相對于所述第1方向和所述第2方向中的每一個(gè)呈45°的方向。
14.一種磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，具備多條第1信號線，其按照在第1方向上延伸的方式設(shè)定；多條第2信號線，其按照在與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)垂直的第2方向上延伸的方式設(shè)定；多個(gè)存儲單元，其分別包括具有根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)將磁化方向反轉(zhuǎn)的自發(fā)磁化的磁阻元件，分別設(shè)置在所述多條第1信號線和所述多條第2信號線交差位置的每一個(gè)上；和多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體，其對所述多個(gè)存儲單元的每一個(gè)設(shè)置，根據(jù)感應(yīng)的磁化，在對應(yīng)的所述存儲單元所包括的所述磁阻元件上外加磁場；其中，在所述多個(gè)存儲單元中，將對應(yīng)從所述多條第1信號線中選擇的第1選擇信號線和從所述多條第2信號線中選擇的第2選擇信號線交差的交點(diǎn)而設(shè)置的存儲單元作為選擇存儲單元；在所述多個(gè)存儲單元中，將對應(yīng)所述選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體；在與所述第1選擇信號線交差的所述多個(gè)存儲單元中，將所述選擇存儲單元以外的存儲單元作為第1未選擇存儲單元；在所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)所述第1未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，由在寫入動作時(shí)流過所述第1選擇信號線的第1寫入電流、和在所述寫入動作時(shí)流過所述第2選擇信號線的第2寫入電流，外加在所述選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的合成磁場Hxy，和由所述合成磁場Hxy在所述選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mxy，和在所述寫入動作時(shí)由所述第1寫入電流外加在所述第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hy，和由所述磁場Hy在所述第1未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化My滿足下述關(guān)系Mxy/Hxy≠M(fèi)y/Hy。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在與所述第2選擇信號線交差的所述多個(gè)存儲單元中，將所述選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)所述第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，所述合成磁場Hxy、所述磁化Mxy、在所述寫入動作時(shí)由所述第2寫入電流外加在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx、由所述磁場Hx在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mx滿足下述關(guān)系Mxy/Hxy≠M(fèi)x/Hx。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體設(shè)置在如下的位置上在由所述第1寫入電流和所述第2寫入電流外加在所述選擇存儲單元所包括的所述磁阻元件上的磁場、和由所述第1寫入電流外加在所述第1未選擇存儲單元所包括的所述磁阻元件上的磁場增強(qiáng)的方向上感應(yīng)出的所述磁化Mxy和所述磁場My的位置；所述磁場Hy、所述合成磁場Hxy、所述磁化My以及所述磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＞My/Hy。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述第1信號線和所述第2信號線設(shè)置在所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體和所述多個(gè)存儲單元之間；所述磁場Hy、所述合成磁場Hxy、所述磁化My以及所述磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＞My/Hy。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在所述第2選擇信號線交差的所述多個(gè)存儲單元中，將所述選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)所述第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，所述合成磁場Hxy、所述磁化Mxy、在所述寫入動作時(shí)由所述第2寫入電流外加在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx、由所述磁場Hx在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mx滿足Mxy/Hxy＞Mx/Hx。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體設(shè)置在如下的位置上在由所述第1寫入電流和所述第2寫入電流外加在所述選擇存儲單元所包括的所述磁阻元件上的磁場、和由所述第1寫入電流外加在所述第1未選擇存儲單元所包括的所述磁阻元件上的磁場減弱的方向上感應(yīng)所述磁化Mxy和所述磁場My的位置；所述磁場Hy、所述合成磁場Hxy、所述磁化My以及所述磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＜My/Hy。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，將所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體和所述多個(gè)存儲單元位于所述第1信號線和所述第2信號線之間；所述磁場Hy、所述合成磁場Hxy、所述磁化My以及所述磁化Mxy滿足Mxy/Hxy＜My/Hy。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在所述第2選擇信號線交差的所述多個(gè)存儲單元中，將所述選擇存儲單元以外的存儲單元作為第2未選擇存儲單元；在所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，將對應(yīng)所述第2未選擇存儲單元的磁性材料結(jié)構(gòu)體作為第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，所述合成磁場Hxy、所述磁化Mxy、在所述寫入動作時(shí)由所述第2寫入電流外加在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁場Hx、由所述磁場Hx在所述第2未選擇磁性材料結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的磁化Mx滿足Mxy/Hxy＜Mx/Hx。
22.根據(jù)權(quán)利要求14～21中任一項(xiàng)所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在所述第1磁性層和第2磁性層之間，具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚。
23.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在所述第1磁性層和第2磁性層之間，具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，其中，所述合成磁場Hxy，比在所述合成磁場Hxy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更大，所述磁場Hy，比在所述磁場Hy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更小。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在所述第1磁性層和第2磁性層之間，具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，其中，所述合成磁場Hxy，比在所述合成磁場Hxy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更大；所述磁場Hx，比在所述磁場Hx的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htx更小；所述磁場Hy，比在所述磁場Hy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更小。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在所述磁阻元件上，按照所述磁阻元件所具有的自發(fā)磁化的方向與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，按照所述第1磁性層和所述第2磁性層所具有的自發(fā)磁化的方向朝向與所述第1方向不垂直的第3方向的方式付與各向異性。
26.根據(jù)權(quán)利要求25中所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述第1方向和所述第3方向形成的角度實(shí)質(zhì)上為45°。
27.根據(jù)權(quán)利要求25中所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述合成磁場Hxy的方向?qū)嵸|(zhì)上相對所述第3方向垂直。
28.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在所述第1磁性層和第2磁性層之間，具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，其中，所述合成磁場Hxy比在所述合成磁場Hxy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更小；所述磁場Hy比在所述磁場Hy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更大。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在所述磁阻元件上，按照所述磁阻元件所具有的自發(fā)磁化的方向與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，按照所述第1磁性層和所述第2磁性層所具有的自發(fā)磁化的方向與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述多個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)是包括下述結(jié)構(gòu)的層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體由強(qiáng)磁性材料形成的第1磁性層；由強(qiáng)磁性材料形成的第2磁性層；和非磁性層，其被設(shè)置在所述第1磁性層和第2磁性層之間，具有所述第1磁性層和所述第2磁性層反強(qiáng)磁性耦合的膜厚，其中，所述合成磁場Hxy比在所述合成磁場Hxy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htxy更?。凰龃艌鯤x比在所述磁場Hx的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Htx更大；所述磁場Hy比在所述磁場Hy的方向中的所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體的閾值磁場Hty更大。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，在所述磁阻元件上，按照所述磁阻元件所具有的自發(fā)磁化的方向與所述第1方向?qū)嵸|(zhì)上相同的方式付與各向異性；在所述層疊亞鐵磁性材料結(jié)構(gòu)體上，按照所述第1磁性層和所述第2磁性層具有的自發(fā)磁化的方向朝向與所述第1方向不垂直的第3方向的方式付與各向異性。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁隨機(jī)存取存儲器，其特征在于，所述合成磁場Hxy的方向?qū)嵸|(zhì)上與所述第3方向相同。
全文摘要
一種磁隨機(jī)存取存儲器，其具備磁性材料結(jié)構(gòu)體，該磁性材料結(jié)構(gòu)體與設(shè)置在多條第1信號線和具有與第1信號線的方向垂直的方向的多條第2信號線之間的每個(gè)交點(diǎn)上的存儲單元相對應(yīng)。每個(gè)存儲單元具有包括由第1閾值函數(shù)以上的外加磁場使自發(fā)磁化的方向反向的自發(fā)磁化層的磁阻元件。在每個(gè)磁性材料結(jié)構(gòu)體中，由第2閾值函數(shù)以上的外加磁場生成的磁場比由未達(dá)到第2閾值的外加磁場生成的磁場強(qiáng)。在將由被選擇的第1和第2信號線生成的第1合成磁場外加在磁性材料結(jié)構(gòu)體上的磁隨機(jī)存取存儲器中，按照對選擇存儲單元變?yōu)榈?閾值函數(shù)以上的強(qiáng)度，在非選擇存儲單元上變?yōu)槲催_(dá)到第1閾值函數(shù)的強(qiáng)度的方式生成第1合成磁場和磁性材料結(jié)構(gòu)體磁場之間的第2合成磁場的元件外加磁場。
文檔編號G11C11/02GK1672213SQ0381779
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者杉林直彥, 本田雄士, 崎村升, 松寺久雄, 上條敦, 志村健一, 森馨 申請人:日本電氣株式會社