JP2005235244A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体記憶装置に関し、特に、複数の磁気抵抗素子を備えた半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device including a plurality of magnetoresistive elements.
近年、低消費電力で不揮発的なデータ記憶が可能なメモリとして、磁気抵抗素子を用いたMRAM(Magnetic Random Access Memory)が注目されている。図6は、従来のMRAMのメモリセル51の構成を示す回路ブロック図である。
In recent years, MRAM (Magnetic Random Access Memory) using a magnetoresistive element has attracted attention as a memory that can store nonvolatile data with low power consumption. FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration of a
図6において、このメモリセル51は、ワード線WLおよびディジット線DLとビット線対BL,/BLおよび書込ビット線対WBL,/WBLとの交差部に配置され、PチャネルMOSトランジスタ52,53、NチャネルMOSトランジスタ54〜59およびトンネル磁気抵抗素子60,61を含む。
6,
信号ENを「H」レベルにしてNチャネルMOSトランジスタ58,59を導通させるとともに書込ビット線WBL,/WBLを「L」レベルにすると、このメモリセル51はSRAMのメモリセルと同じ構成になる。たとえば、記憶ノードN51、N52にそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルを保持することによってデータ「1」を記憶し、記憶ノードN51、N52にそれぞれ「L」レベルおよび「H」レベルを保持することによってデータ「0」を記憶する。記憶ノードN51,N52の信号の書込/読出動作は、通常のSRAM(Static Random Access Memory)と同様に行なわれる。
When signal EN is set to “H” level to make N
記憶ノードN51,52の信号をトンネル磁気抵抗素子60,61に書き込む場合は、記憶ノードN51,N52の信号をビット線対BL,/BLを介して外部に一旦読出した後、専用の書込回路を使用してディジット線DLおよび書込ビット線WBL,ZWBLに所定の電流を流してトンネル磁気抵抗素子60,61に信号を書き込む。トンネル磁気抵抗素子60,61の各々の抵抗値は、書込まれた信号の論理レベルに応じた値になり、電源電圧VDDを遮断しても変化しない。
When the signals of the storage nodes N51 and 52 are written to the tunnel
電源電圧VDDを遮断し再投入した場合は、信号ENを「H」レベルにすることにより、書込ビット線WBL,/WBLを「L」レベルにする。これにより、トンネル磁気抵抗素子60,61の抵抗値の差によって記憶ノードN51,N52を「L」レベルに引下げる電流駆動力に差が生じ、この差に応じた論理レベルの信号が記憶ノードN1,N2に読み出される。したがって、このMRAMは不揮発性メモリとして動作する(たとえば米国特許第6304477号参照)。
しかし、従来のMRAMでは、トンネル磁気抵抗素子60または61に磁界を印加し、トンネル磁気抵抗素子60または61の抵抗値を変えることによってデータを記憶していたので、外部磁場の影響によって記憶データが破壊されることがあった。
However, since the conventional MRAM stores data by applying a magnetic field to the tunnel
また、トンネル磁気抵抗素子60と61の抵抗値の差は20%程度しかないので、データ読出し時におけるノイズ耐性が弱かった。
Further, since the difference between the resistance values of the tunnel
また、NチャネルMOSトランジスタ56〜59に流れる10mA程度の大電流を用いてトンネル磁気抵抗素子60,61の抵抗値を変更するので、NチャネルMOSトランジスタ56〜59のサイズが大きくなり、メモリセル51のレイアウト面積が大きかった。
Further, since the resistance values of the tunnel
また、初期状態ではメモリセル51の記憶データは不定であり、メモリセル51に何らかの初期データを書き込まないと使用できなかった。
In the initial state, the data stored in the
それゆえに、この発明の主たる目的は、外部磁場の影響を受け難く、ノイズ耐性が強く、レイアウト面積が小さく、初期データを別途書き込む必要がない半導体記憶装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that is not easily affected by an external magnetic field, has high noise resistance, has a small layout area, and does not require separate writing of initial data.
この発明に係る半導体記憶装置は、第1の記憶ノードと基準電位のラインとの間に接続された第1の磁気抵抗素子と、第2の記憶ノードと前記基準電位のラインとの間に並列接続された複数の第2の磁気抵抗素子とを含み、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合が破壊されている場合は第1の論理信号を記憶し、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合が破壊されていない場合は第2の論理信号を記憶する記憶部と、書込動作時に、第1の記憶ノードに書込電位を印加して第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合を破壊し、第1の磁気抵抗素子の抵抗値を複数の第2の磁気抵抗素子の並列接続体の抵抗値よりも小さくさせる書込回路と、読出動作時に、第1の磁気抵抗素子の抵抗値と複数の第2の磁気抵抗素子の並列接続体の抵抗値とを比較し、比較結果に基づいて記憶部に記憶された第1または第2の論理信号を読出す読出回路を備えたものである。 The semiconductor memory device according to the present invention includes a first magnetoresistive element connected between a first storage node and a reference potential line, and a parallel connection between a second storage node and the reference potential line. A plurality of connected second magnetoresistive elements, and when the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element is broken, the first logic signal is stored, and the magnetic tunnel of the first magnetoresistive element is stored. If the junction is not broken, the storage portion for storing the second logic signal and the write potential is applied to the first storage node during the write operation to destroy the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element And a write circuit that makes the resistance value of the first magnetoresistive element smaller than the resistance value of the parallel connection body of the plurality of second magnetoresistive elements, and the resistance value of the first magnetoresistive element during the read operation. The resistance value of the parallel connection of the plurality of second magnetoresistive elements And, those having a reading read circuit of the first or second logic signal stored in the storage unit based on the comparison result.
この発明に係る半導体記憶装置では、第1の記憶ノードと基準電位のラインとの間に第1の磁気抵抗素子を接続するとともに、第2の記憶ノードと基準電位のラインとの間に複数の第2の磁気抵抗素子を並列接続し、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合を破壊することによって第1の論理信号を記憶し、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合を破壊しないことによって第2の論理信号を記憶する。したがって、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合の破壊の有無によってデータを記憶するので、外部磁場によってデータが破壊されることはない。また、磁気トンネル結合の破壊によって第1の磁気抵抗素子の抵抗値の1/10程度になり、第1の磁気抵抗素子の抵抗値と第2の磁気抵抗素子の抵抗値の差は2倍以上になるので、読出動作時におけるノイズ耐性が強い。また、第1の磁気抵抗素子のみに書込電流を流せばよいので、書込電流を流すトランジスタ数が少なくて済み、レイアウト面積が小さくて済む。また、第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合を破壊していない初期状態では、常に、第1の磁気抵抗素子の抵抗値が第2の磁気抵抗素子の抵抗値よりも大きいので、初期データを別途書き込む必要がない。 In the semiconductor memory device according to the present invention, the first magnetoresistive element is connected between the first storage node and the reference potential line, and a plurality of the second storage node and the reference potential line are connected. By connecting the second magnetoresistive elements in parallel, destroying the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element, storing the first logic signal, and not destroying the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element A second logic signal is stored. Therefore, since data is stored depending on whether or not the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element is broken, the data is not destroyed by the external magnetic field. Further, the breakdown of the magnetic tunnel coupling causes the resistance value of the first magnetoresistive element to be about 1/10, and the difference between the resistance value of the first magnetoresistive element and the resistance value of the second magnetoresistive element is twice or more. Therefore, the noise tolerance during the read operation is strong. Further, since the write current only needs to flow through the first magnetoresistive element, the number of transistors through which the write current flows can be reduced, and the layout area can be reduced. Further, in the initial state where the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element is not destroyed, the resistance value of the first magnetoresistive element is always larger than the resistance value of the second magnetoresistive element. There is no need to write separately.
図1は、この発明の一実施の形態によるMRAMの要部を示す回路図である。図1において、このMRAMは、1対のビット線BL,/BLと、NチャネルMOSトランジスタ1およびPチャネルMOSトランジスタ2とを備える。トランジスタ1,2は、イコライザを構成する。NチャネルMOSトランジスタ1は、ビット線BLと/BLの間に接続され、そのゲートはビット線イコライズ信号EQを受ける。PチャネルMOSトランジスタ2は、ビット線BLと/BLの間に接続され、そのゲートはビット線イコライズ信号EQの反転信号/EQを受ける。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of an MRAM according to an embodiment of the present invention. 1, this MRAM includes a pair of bit lines BL, / BL, an N channel MOS transistor 1 and a P
ビット線イコライズ信号EQが活性化レベルの「H」レベルの場合は、トランジスタ1、2が導通してビット線BLと/BLが同一電位にされる。ビット線イコライズ信号EQが非活性化レベルの「L」レベルにされると、トランジスタ1,2が非導通になってビット線BL,/BLのイコライズが停止される。
When bit line equalize signal EQ is at the “H” level of the activation level,
また、このMRAMは、NチャネルMOSトランジスタ3,4およびNORゲート5,6を備える。NチャネルMOSトランジスタ3,4およびNORゲート5,6は、ライトドライバを構成する。NチャネルMOSトランジスタ3,4のソースはともに接地電位GNDを受け、それらのドレインはそれぞれビット線/BL,BLに接続される。NORゲート5は、書込データ信号DIの反転信号/DIと第1書込指示信号/WE1とを受け、その出力信号はNチャネルMOSトランジスタ3のゲートに入力される。NORゲート6は、書込データ信号DIと第1書込指示信号/WE1とを受け、その出力信号はNチャネルMOSトランジスタ4のゲートに入力される。
The MRAM includes N channel MOS transistors 3 and 4 and
書込データ信号DIが「H」レベルの場合は、信号/WE1が活性化レベルの「L」レベルにされると、NORゲート5の出力信号が「H」レベルに立ち上げられてNチャネルMOSトランジスタ3が導通し、ビット線/BLが接地電位GNDにされる。書込データ信号DIが「L」レベルの場合は、信号/WE1が活性化レベルの「L」レベルにされると、NORゲート6の出力信号が「H」レベルに立ち上げられてNチャネルMOSトランジスタ4が導通し、ビット線/BLが接地電位GNDにされる。
When write data signal DI is at "H" level, when signal / WE1 is set to activation level "L", the output signal of NOR gate 5 is raised to "H" level and N channel MOS Transistor 3 becomes conductive, and bit line / BL is set to ground potential GND. When write data signal DI is at "L" level, when signal / WE1 is set to activation level "L", the output signal of
また、このMRAMは、PチャネルMOSトランジスタ7,8およびNチャネルMOSトランジスタ9〜15を備える。トランジスタ7〜11は、センスアンプを構成する。PチャネルMOSトランジスタ7,8のソースはともに電源電位VDD(たとえば1.2V)を受け、それらのソースはそれぞれビット線/BL,BLに接続され、それらのゲートはそれぞれビット線BL,/BLに接続される。NチャネルMOSトランジスタ9,10のドレインはそれぞれビット線/BL,BLに接続され、それらのソースはともにノードN11に接続され、それらのゲートはそれぞれビット線BL,/BLに接続される。NチャネルMOSトランジスタ11は、ノードN11と接地電位GNDのラインとの間に接続され、そのゲートはセンスアンプ活性化信号SEを受ける。
The MRAM includes P channel MOS transistors 7 and 8 and N
センスアンプ活性化信号SEが活性化レベルの「H」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ11が導通してセンスアンプが活性化される。ビット線/BLの電位がビット線BLよりも低い場合は、トランジスタ8,9の抵抗値がトランジスタ7,10の抵抗値よりも小さくなり、ビット線/BLの電位が接地電位GNDに引き下げられ、ビット線BLの電位が電源電位VDDに引き上げられる。ビット線/BLの電位がビット線BLよりも高い場合は、トランジスタ7,10の抵抗値がトランジスタ8,9の抵抗値よりも小さくなり、ビット線/BLの電位が電源電位VDDに引き上げられ、ビット線BLの電位が接地電位GNDに引き下げられる。
When sense amplifier activation signal SE is set to the “H” level of the activation level, N
センスアンプ活性化信号SEが非活性化レベルの「L」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ11が非導通になり、センスアンプが非活性化される。ただし、イコライザによってビット線BLと/BLが接続されると、PチャネルMOSトランジスタ7,8を介してビット線BL,/BLは電源電位VDDにされる。ライトドライバによってビット線/BLが「L」レベルにされると、PチャネルMOSトランジスタ8が導通してビット線BLが電源電位VDDにされ、ビット線BLが「L」レベルにされると、PチャネルMOSトランジスタ7が導通してビット線/BLが電源電位VDDにされる。
When sense amplifier activation signal SE is set to the “L” level of the inactivation level, N
NチャネルMOSトランジスタ12,13のドレインはそれぞれビット線/BL,BLに接続され、それらのゲートはともに信号ENを受ける。NチャネルMOSトランジスタ14,15のドレインはそれぞれNチャネルMOSトランジスタ12,13のソースに接続され、それらのゲートはともに参照電位VRを受け、それらのソースはそれぞれ記憶ノードN1,N2に接続される。
The drains of N
信号ENが「H」レベルにされるとNチャネルMOSトランジスタ12,13が導通し、信号ENが「L」レベルにされるとNチャネルMOSトランジスタ12,13が非導通になる。参照電位VRは、0Vまたは0.8Vにされる。参照電位VRが0Vにされると、NチャネルMOSトランジスタ14,15が非導通になる。参照電位VRが0.8Vにされた場合は、ビット線/BL,BLが電源電位VDDにされ、かつNチャネルMOSトランジスタ12,13が導通したときでも、記憶ノードN1,N2の電位は参照電位VRからNチャネルMOSトランジスタ14,15のしきい値電圧(0.4Vとする)を減算した電位すなわち0.8V−0.4V=0.4V以下の電位に制限される。
When signal EN is set to “H” level, N
さらに、このMRAMは、NチャネルMOSトランジスタ16、ANDゲート17およびトンネル磁気抵抗素子21〜23を備える。NチャネルMOSトランジスタ16は、外部電源電位ExVDD(たとえば3V)のラインと記憶ノードN1との間に接続される。ANDゲート17は、ビット線BLの電位VBLと第2書込指示信号WE2とを受け、その出力信号はNチャネルMOSトランジスタ16のゲートに与えられる。
The MRAM further includes an N
ビット線BLの電位VBLが「H」レベル(電源電位VDD)にされ、かつ第2書込指示信号WE2が活性化レベルの「H」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ16が導通し、外部電源電位ExVDDが記憶ノードN1に与えられる。
When the potential VBL of the bit line BL is set to the “H” level (power supply potential VDD) and the second write instruction signal WE2 is set to the activation level “H” level, the N-
トンネル磁気抵抗素子21は、図2に示すように、電極25と、電極25の表面に順次積層された固定磁化層26、トンネルバリア層27および自由磁化層28と、自由磁化層28の表面に形成された電極29とを含む。固定磁化層26は、固定された一定の磁化方向を有する強磁性体層である。トンネルバリア層27は、絶縁体膜で形成される。自由磁化層28は、外部からの印加磁界に応じた方向に磁化される強磁性体層である。これらの固定磁化層26、トンネルバリア層27および自由磁化層28によって磁気トンネル接合が形成される。電極25は接地電位GNDを受け、電極29は記憶ノードN1に接続される。
As shown in FIG. 2, the
自由磁化層28は、トンネル磁気抵抗素子21の製造時に強磁界を印加することにより、固定磁化層26と同一方向または反対方向に磁化される。電極25,29間の電気抵抗値は、自由磁化層28と固定磁化層26の磁化方向が同一の場合は約30KΩになり、自由磁化層28と固定磁化層26の磁化方向が反対の場合は約36KΩになる。ここでは、自由磁化層28と固定磁化層26の磁化方向が同一にされているものとする。電極25,29間に高電圧を印加すると磁気トンネル接合が破壊され、電極25,29間の電気抵抗値は約3KΩに低下する。トンネル磁気抵抗素子22,23もトンネル磁気抵抗素子21と同じ構成である。
The free
トンネル磁気抵抗素子21は記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間に接続され、トンネル磁気抵抗素子22,23は記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間に並列接続される。したがって、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊されていない場合は、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1は30KΩになり、記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R2は15KΩになり、R1>R2となる。トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊されると、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1は3KΩになり、R1とR2の大小関係が逆転してR2>R1となる。よって、トンネル磁気抵抗素子21〜23からなる記憶部は、R1>R2の第1状態とR2>R1の第2状態を有し、第1状態によってデータ「0」とデータ「1」のうちの一方のデータを記憶し、第2状態によって他方のデータを記憶することができる。
次に、このMRAMの動作について説明する。図3は、書込データ信号DIをセンスアンプにラッチさせる動作を示す図である。信号EN,EQ,WE2はともに「L」レベルに固定され、VRは0Vに固定されている。今、書込データ信号DIは「H」レベルにされているものとする。ある時刻にセンスアンプ活性化信号SEが非活性化レベルの「L」レベルに立ち下げられ、NチャネルMOSトランジスタ11が非導通にされる。次いで第1書込指示信号/WE1が活性化レベルの「L」レベルに立ち下げられると、NチャネルMOSトランジスタ3が導通してビット線/BLの電位が引き下げられ、PチャネルMOSトランジスタ8を介してビット線BLの電位が引き上げられる。次いでセンスアンプ活性化信号SEが「H」レベルに立ち上げられると、NチャネルMOSトランジスタ11が導通してセンスアンプが活性化され、ビット線BL,/BLの電位がそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにラッチされる。第1書込指示信号/WE1が非活性化レベルの「H」レベルに立ち上げられると、書込動作が終了する。書込データ信号DIが「L」レベルにされている場合は、同様にしてビット線BL,/BLの電位がそれぞれ「L」レベルおよび「H」レベルにラッチされる。
Next, the operation of this MRAM will be described. FIG. 3 is a diagram showing an operation of latching the write data signal DI in the sense amplifier. Signals EN, EQ, and WE2 are all fixed at “L” level, and VR is fixed at 0V. Now, it is assumed that write data signal DI is at “H” level. At a certain time, sense amplifier activation signal SE falls to “L” level, which is an inactivation level, and N
図4は、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合を破壊させる動作を示す図である。信号EN,EQはともに「L」レベルに固定され、信号/WE1は「H」レベルに固定され、VRは0Vに固定されている。今、ビット線BLの電位VBLは「H」レベルにされているものとする。ある時刻に第2書込指示信号WE2が「H」レベルに立ち上げられると、ANDゲート17の出力信号が「H」レベルに立ち上げられてNチャネルMOSトランジスタ16が導通し、記憶ノードN1に外部電源電位ExVDDが印加される。これにより、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊され、トンネル磁気抵抗素子21の抵抗値R1が30KΩから3KΩに低下する。第2書込指示信号WE2が「L」レベルに立ち下げられると、ANDゲート17の出力信号が「L」レベルに立ち下げられてNチャネルMOSトランジスタ16が非導通になり、書込動作が終了する。ビット線BLの電位VBLが「L」レベルにされている場合は、第2書込データ信号WE2が「H」レベルにされてもANDゲート17の出力信号は「L」レベルのまま変化せず、NチャネルMOSトランジスタ16が導通しないので、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合は破壊されない。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation for destroying the magnetic tunnel junction of the
図5は、トンネル磁気抵抗素子21〜23に記憶されたデータをセンスアンプに読み出す動作を示すタイムチャートである。信号/WE1は「H」レベルに固定され、信号WE2は「L」レベルに固定されている。今、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊されており、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1は3KΩになり、記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R2は15KΩになり、R2>R1になっているものとする。ある時刻に、センスアンプ活性化信号SEが「L」レベルに立ち下げられるとともにビット線イコライズ信号EQが活性化レベルの「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタ1,2が導通し、PチャネルMOSトランジスタ7,8を介してビット線BL,/BLの電位が「H」レベルにイコライズされる。
FIG. 5 is a time chart showing an operation of reading data stored in the tunnel magnetoresistive
参照電位VRが0.8Vにされた後に信号ENが「H」レベルに立ち上げられると、NチャネルMOSトランジスタ12,13が導通し、ビット線/BLからNチャネルMOSトランジスタ12,14、記憶ノードN1およびトンネル磁気抵抗素子21を介して接地電位GNDのラインに電荷が流出するとともに、ビット線BLからNチャネルMOSトランジスタ13,15、記憶ノードN2およびトンネル磁気抵抗素子22,23を介して接地電位GNDのラインに電荷が流出する。このとき、NチャネルMOSトランジスタ14,15によって記憶ノードN1,N2の電位は0.4V以下に制限され、記憶ノードN1,N2の電位によってトンネル磁気抵抗素子21〜23が破壊されることが防止される。なお、このときの記憶ノードN1,N2の電位が低過ぎると、ビット線BL,/BLの電位差が小さ過ぎてセンスアンプが正常に動作しない場合がある。
When signal EN is raised to “H” level after reference potential VR is set to 0.8 V, N
ここでは、R2>R1になっているので、ビット線/BLの電位がビット線BLの電位よりも低くなる。次いで、信号ENが「L」レベルにされてNチャネルMOSトランジスタ12,13が非導通になり、センスアンプ活性化信号SEが「H」レベルにされてセンスアンプが活性化され、ビット線BL,/BLの電位がそれぞれ「H」レベルおよび「L」レベルにラッチされる。参照電位VRが0Vにされて読出動作が終了する。つまり、イコライザ、センスアンプおよびNチャネルMOSトランジスタ12〜15は、読出回路を構成し、トンネル磁気抵抗素子21の抵抗値R1とトンネル磁気抵抗素子22,23の並列接続体の抵抗値R2とを比較し、比較結果に基づいてトンネル磁気抵抗素子21〜23に記憶されたデータ「1」またはデータ「0」を読み出す。R1>R2にされている場合は、同様にして、ビット線BL,/BLの電位がそれぞれ「L」レベルおよび「H」レベルにラッチされる。
Here, since R2> R1, the potential of the bit line / BL is lower than the potential of the bit line BL. Next, signal EN is set to “L” level, N-
この実施の形態では、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間にトンネル磁気抵抗素子21を接続するとともに、記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間に2つのトンネル磁気抵抗素子22,23を並列接続し、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合を破壊するか否かによってデータ「1」またはデータ「0」を記憶する。したがって、外部磁場の影響によって記憶データが破壊されることがない。
In this embodiment, the
また、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊されていない場合は、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1は30KΩになり、記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R2は15KΩになり、R1はR2の2倍になる。トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合が破壊されると、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1は3KΩになり、R2はR1の5倍になる。したがって、読出し動作時におけるノイズ耐性が強く、トンネル磁気抵抗素子21〜23の記憶データを安定に読み出すことができる。
Further, when the magnetic tunnel junction of the
また、トンネル磁気抵抗素子21のみに書込電流を流せばよいので、書込電流を流すトランジスタ16の数が少なくて済み、レイアウト面積が小さくて済む。
Further, since the write current only needs to flow through the
また、トンネル磁気抵抗素子21の磁気トンネル接合を破壊していない初期状態では、常に、記憶ノードN1と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R1が記憶ノードN2と接地電位GNDのラインとの間の抵抗値R2よりも大きく、初期データは決定されているので、初期データを別途書き込む必要がない。
In the initial state in which the magnetic tunnel junction of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,3,4,9〜16,54〜59 NチャネルMOSトランジスタ、2,52,53 PチャネルMOSトランジスタ、5,6 NORゲート、17 ANDゲート、21〜23,60,61 トンネル磁気抵抗素子、25,29 電極、26 固定磁化層、27 トンネルバリア層、28 自由磁化層。 1, 3, 4, 9-16, 54-59 N-channel MOS transistor, 2, 52, 53 P-channel MOS transistor, 5, 6 NOR gate, 17 AND gate, 21-23, 60, 61 tunnel magnetoresistive element, 25, 29 electrodes, 26 fixed magnetic layer, 27 tunnel barrier layer, 28 free magnetic layer.
Claims (4)
第1の記憶ノードと基準電位のラインとの間に接続された第1の磁気抵抗素子と、第2の記憶ノードと前記基準電位のラインとの間に並列接続された複数の第2の磁気抵抗素子とを含み、前記第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合が破壊されている場合は第1の論理信号を記憶し、前記第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合が破壊されていない場合は第2の論理信号を記憶する記憶部、
書込動作時に、前記第1の記憶ノードに書込電位を印加して前記第1の磁気抵抗素子の磁気トンネル接合を破壊し、前記第1の磁気抵抗素子の抵抗値を前記複数の第2の磁気抵抗素子の並列接続体の抵抗値よりも小さくさせる書込回路、および
読出動作時に、前記第1の磁気抵抗素子の抵抗値と前記複数の第2の磁気抵抗素子の並列接続体の抵抗値とを比較し、比較結果に基づいて前記記憶部に記憶された第1または第2の論理信号を読出す読出回路を備える、半導体記憶装置。 A semiconductor memory device,
A first magnetoresistive element connected between the first storage node and the reference potential line; and a plurality of second magnetism connected in parallel between the second storage node and the reference potential line. When the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element is broken, the first logic signal is stored, and the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element is not broken Is a storage unit for storing the second logic signal,
During a write operation, a write potential is applied to the first storage node to break the magnetic tunnel junction of the first magnetoresistive element, and the resistance value of the first magnetoresistive element is set to the plurality of second magnetoresistive elements. And a write circuit for making the resistance value of the parallel connection body of the plurality of magnetoresistive elements smaller than the resistance value of the parallel connection body of the plurality of second magnetoresistance elements. A semiconductor memory device comprising a read circuit that compares values and reads the first or second logic signal stored in the storage unit based on the comparison result.
前記書込回路は、
書込データ信号に従って前記第1および第2のデータ線のうちのいずれか一方のデータ線を第1の電位にし、他方のデータ線を第2の電位にする第1の駆動回路、および
前記第1および第2のデータ線のうちの予め選択されたデータ線が前記第1の電位にされたことに応じて前記第1の記憶ノードに前記書込電位を印加する第2の駆動回路を含む、請求項1に記載の半導体記憶装置。 And a first data line and a second data line,
The writing circuit includes:
A first driving circuit for setting one data line of the first and second data lines to a first potential and setting the other data line to a second potential in accordance with a write data signal; A second drive circuit for applying the write potential to the first storage node in response to a preselected data line of the first and second data lines being set to the first potential; The semiconductor memory device according to claim 1.
前記読出回路は、
前記第1および第2のデータ線を同じ電位にするイコライザ、
前記イコライザによって同じ電位にされた前記第1および第2のデータ線をそれぞれ前記第1および第2の記憶ノードに接続する切換回路、および
前記第1および第2のデータ線間に生じた電位差を増幅する増幅回路を含む、請求項1に記載の半導体記憶装置。 And a first data line and a second data line,
The readout circuit includes:
An equalizer for setting the first and second data lines to the same potential;
A switching circuit for connecting the first and second data lines, which are set to the same potential by the equalizer, to the first and second storage nodes, respectively, and a potential difference generated between the first and second data lines. The semiconductor memory device according to claim 1, comprising an amplifier circuit for amplifying.
Priority Applications (1)
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JP2004039365A JP2005235244A (en) | 2004-02-17 | 2004-02-17 | Semiconductor memory device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013537679A (en) * | 2010-08-03 | 2013-10-03 | クアルコム,インコーポレイテッド | Generation of an irreversible state in a bit cell having a first magnetic tunnel junction structure and a second magnetic tunnel junction structure |
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2004
- 2004-02-17 JP JP2004039365A patent/JP2005235244A/en active Pending
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JP2013537679A (en) * | 2010-08-03 | 2013-10-03 | クアルコム,インコーポレイテッド | Generation of an irreversible state in a bit cell having a first magnetic tunnel junction structure and a second magnetic tunnel junction structure |
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