JP3803503B2 - Magnetic random access memory circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM : Magnetic Random Access Memory)回路(以下「MRAM回路」という。)に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ランダムアクセスメモリにおいては、複数の記憶セルがワード線とビット線の交点に配置されている。基本的には、記憶セルは絶縁層あるいは金属層及びそれを挟んだ二枚の強磁性層から構成されている。デジタル情報は強磁性層の磁化の向きによって表され、その情報は意図的に書き換えられない限り、無限に保持される。記憶セルの状態を書き換えるために、ワード電流とビット電流により閾値より大きな合成磁場を記憶セルに印加し、強磁性層の磁化を反転させる。
【0003】
第1の技術として、米国特許第5748519号及びIEEE Transaction On Components Packaging and Manufacturing Technology-Part A Vol. 170 No. 3 pp373- 379で開示されている、記憶セルとして巨大磁気抵抗効果(GMR : giant magnetoresistive)素子を用いて且つ簡単化されたMRAM回路を図6に示す。このMRAM回路は一般的に半導体基板上に形成され、他の回路が同一基板上に混載される。MRAM回路はメモリアレー(第1アレー604及び第2アレー605)、デコーダ(行デコーダ602及び列デコーダ603)及び比較器606より構成される。行デコーダ602と列デコーダ603は、アドレスバス601にそれぞれ接続されている。第1アレー604及び第2アレー605のうちの一方は読み出し時の参照セルとして用いられる。
【0004】
第2の従来技術として、米国特許第5640343号で開示されている、磁気トンネル接合(MTJ : Magnetic Tunnel Junction)素子を記憶セルとして用いて、それぞれのワード線とセンス線の交点に一つの記憶セルを配したメモリアレーをもつMRAM回路を図7に示す。このMRAM回路は行デコーダ701、702と列デコーダ703、704とこれらに接続される交点に磁気トンネル接合素子を有するマトリックス回路より構成されている。このMRAM回路は、記憶情報をセンス電流の大小に対応させて動作するが、この開示において、電圧の検出方法、比較器(センスアンプ)への接続方法については記述されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
第1の従来技術では、記憶セルと参照セルそれぞれに別のワードラインが必要なため、記憶セルアレイと参照セルアレイが分離され、あるいはそれらの距離が離れている。そのため、それぞれの比較信号に寄生要素が含まれ易く、充分な動作マージンの実現が困難であった。そのため、記憶セルのウェハー上での特性の均一性が要求された。また、記憶セル面積が大きいので、集積化、小型化が困難であった。
【0006】
本発明はウエハー上での場所に依存する磁気抵抗素子の特性のばらつきに特性が依存しないMRAM回路を提供することを目的とする。また、本発明は、配線抵抗の影響を極力排除した感度の高い読み出しが可能なMRAM回路を提供することを目的とする。更に、本発明は、集積化のために有効な回路構成を有するMRAM回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、複数のワード線と、複数の一対のセンス線と、それぞれが前記複数のワード線のうちの1のワード線と前記複数の一対のセンス線のうちの一対のセンス線の一方のセンス線に接続された複数の記憶セルと、それぞれが前記複数のワード線のうちの1のワード線と前記複数の一対のセンス線のうちの一対のセンス線の他方のセンス線に接続された複数の参照セルと、所定の記憶セル及び参照セルに情報の書き込みを行うときに、当該記憶セル及び参照セルに対応する一対のセンス線の両方のセンス線に、書き込むべき情報に対応し且つ当該一対のセンス線それぞれの間で相互に反対方向の電流を流すと共に、当該記憶セル及び参照セルに対応するワード線に所定方向の電流を流す手段と、を備えることを特徴とする。
記憶セルおよび参照セルは、磁気抵抗効果素子を備えることができる。
【0008】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、前記記憶セルと前記参照セルは前記磁気抵抗素子に直列に接続されるダイオードを更に備えることを特徴とする。
【0009】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、前記記憶セルと前記参照セルは前記磁気抵抗素子に直列に接続されるトランジスタを更に備えることを特徴とする。
【0010】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、 アドレスの一部をデコードする行デコーダと、アドレスの残りの部分をデコードする列デコーダとをさらに備え、前記行デコーダのデコード端子には前記複数の一対のセンス線が接続され、前記列デコーダのデコード端子には前記複数のワード線が接続され、前記行デコーダは2つあり、前記列デコーダは2つあり、前記複数の一対のセンス線の各々は、前記2つの行デコーダの各々のデコード端子間を接続し、前記複数のワード線の各々は、前記2つの列デコーダの各々のデコード端子間を接続することを特徴とする。
【0011】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、書き込み時に、前記2つの行デコーダは、選択された行の一対のセンス線の両方の線に互いに反対方向の電流を流し、前記2つの列デコーダは、選択された列のワード線に電流を流すことを特徴とする。
【0012】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、読み出し時に、前記行デコーダと前記列デコーダは、選択された行と選択された列との交点にあるセルペアの記憶セルと参照セルに同一の値の電流を流すことを特徴とする。
【0013】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、読み出し時に、選択された行と選択された列との交点にあるセルペアの記憶セルのセンス線側の端子の電圧と当該セルペアの参照セルのセンス線側の端子の電圧とを比較する比較手段を更に備えることを特徴とする。
【0014】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、前記比較手段は、比較器と、各々が前記比較器の2つの入力端子に接続される2本の補助線と、前記2本の補助線の一方を選択された行の記憶セルが接続されるセンス線と接続するための複数のトランジスタと、前記2本の補助線の他方を選択された行の参照セルが接続されるセンス線と接続するための複数のトランジスタと、を備えることを特徴とする。
【0015】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリは、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、読み出し時に、読み出す記憶セルとそれと対をなす参照セルに電流を流す手段と、前記読み出す記憶セルとそれと対をなす参照セルにおける電流を流したときのこれらにおける電圧降下を四端子法により検出する手段を備えることを特徴とする。
【0016】
更に、本発明による磁気ランダムアクセスメモリ回路は、上記の磁気ランダムアクセスメモリ回路において、前記磁気抵抗素子はスピントンネル素子であることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1乃至図5を参照して詳細に説明する。
【0018】
[実施形態1]
まず本発明の実施形態1について説明する。
【0019】
図1は実施形態1によるMRAM回路を示す。このMRAM回路はメモリアレー106、デコーダセット、比較器107により構成される。メモリアレー106は複数の記憶セル21a、21b、21c、22a、22b、22c及びそれらと対をなす参照セル21ra、21rb、21rc、22ra、22rb、22rcより構成され、これらの記憶セルと参照セルはワード線2a、2b、2cとセンス線21、21r、22、22rの交点に配置されている。
【0020】
デコーダセットは、行デコーダ102、103と列デコーダ104、105より構成されており、これらはアドレスバス101に接続されている。列デコーダ104はスイッチトランジスタ111、112、113を、列デコーダ105はスイッチトランジスタ121、122、123を有しており、これらのオン/オフによりワード線2a、2b、2cを書き込み状態又はグランドレベル状態にスイッチさせる。行デコーダ102はスイッチトランジスタ131、132、133、134を、行デコーダ103はスイッチトランジスタ141、142、143、144を有しており、オンの時にセンス線21、22、21r、22rを行デコーダ102内の所定の回路に接続させる。
【0021】
センス線(補助線)24の一端はパストランジスタ151、153を介してセンス線21、22に接続されている。センス線24の他端は比較器107のプラス側入力端子に接続されている。センス線(補助線)25の一端はパストランジスタ152、154を介してセンス線21r、22rに接続されている。センス線25の他端は比較器26のマイナス側入力端子に接続されている。
【0022】
参照符号21a、21b、21c、22a、22b、22cが付されているのは記憶セルである。参照符号21ra、21rb、21rc、22ra、22rb、22rcが付されているのは参照セルであり、これらを記憶セルの近傍に配置することにより配線抵抗の広域的なばらつきの影響を軽減することが可能となる。またこのMRAM回路においては1ビットの情報を二つのスピントンネル素子(記憶セルと参照セル)に記憶する。これにより記憶セルのS/Nを高めたり同相雑音除去を行ったりすることが可能となる。
【0023】
図2は記憶セル21aの構造を示す。他の記憶セル21b、21c、22a、22b、22c、及び参照セル21ra、21rb、21rc、22ra、22rb、22rcも記憶セル21aと同じ構造を有する。
【0024】
記憶セル21aは第一強磁性層81と第二強磁性層82が絶縁層83を介して積層されている。強磁性層81、82には例えばNi−Fe−Coのような強磁性材料を用い、絶縁層83には例えばAl2O3を用いる。これらの3つの層81,82、83はスピントンネル効果素子を構成している。また、絶縁層83とセンス線21との間には層間絶縁膜84が配設される。ワード線2aは第一強磁性層81の下に配置し、その電流により発生した磁場をスピントンネル効果素子に印加する。センス線21は第二強磁性層82に接続される。
【0025】
強磁性層81、82への情報の書き込みは、ワード線にワード電流を、センス線にセンス電流を流し、それらにより発生した合成磁界が強磁性層81、82の磁化の向きを反転させることにより行われる。記憶セル21aの情報の読み出しはワード線2aとセンス線21間の電圧を検出することにより行われる。
【0026】
図3は記憶セルの抵抗(これには出力電圧が対応する。)と印加した磁界との関係を示す。横軸は印加磁界の方向と強度を示す。縦軸は記憶セル21aの抵抗値を示す。図3に示すように、記憶セルの抵抗と印加した磁界との関係はヒステレシス特性を示す。ゼロ磁場におけるセル21aの抵抗値は磁場ベクトル方向によらず、同じ値を示す。磁場をゼロからH1に増加させると、合成磁界により記憶セルの片側の強磁性層の磁化方向のみ回転して、記憶セルの2つの強磁性層の磁化方向は互いに逆向きとなり、抵抗が増加する。合成磁界強度がH1からH2に向かって増加し、H2に達すると、磁化方向が変化していなかった側の磁化方向も回転し、H2において抵抗が減少する。同様に反対方向の磁場の印加によってもゼロ磁場、H3、H4において同様な現象が起こる。
【0027】
記憶セル21a、参照セル21raへの情報の書き込み方法について次に説明する。
【0028】
センス線21、21rを選択するためにトランジスタ131、141、132、142を導通状態にする。またワード線2aを選択するためにトランジスタ111、121を導通状態にする。記憶セル21aに”1”の情報を、そして、参照セルに”0”の情報を書き込む場合は、センス電流92、103及びワード電流91をそれぞれセンス線21、21r、ワード線2aに流す。逆に、記憶セル21aに”0”の情報を、そして、参照セル21raに”1”の情報を書き込む場合は、センス電流92、103とは逆向きのセンス電流93、102及び参照セルに”0”の情報を書き込む場合と同一のワード電流91をそれぞれセンス線21,21r、ワード線2aに流す。
【0029】
記憶セル21a、参照セル21raからの情報の読み出し方法について次に説明する。
【0030】
センス線21、21rとワード線2aを選択するためにトランジスタ131、132、121を導通状態にする。次に定電流を記憶セル21a及び参照セル21raに流す。センス電流Isはトランジスタ131、センス線21、記憶セル21a、ワード線2a、トランジスタ121を経て行デコーダ102と列デコーダ105の間を流れる。一方、参照センス電流Irはトランジスタ132、センス線21r、記憶セル21ra、ワード線2a、トランジスタ121を経て行デコーダ102と列デコーダ105の間を流れる。その状態でトランジスタ151、152を導通状態とし、記憶セル21a及び参照セル21raのセンス線側の電位を比較器107で検出する。これは電気伝導の測定のための所謂四端子法に基づいた方法である。つまり、電流が流れる経路と電圧を検出する経路とを別々に設ける測定方法である。四端子法に関しては、例えば、「実験化学講座9電気・磁気(第4版)」(日本化学会編)の第165頁〜第167頁に記載されている。記憶セル21aと参照セル21raは近接して配設されるので配線抵抗の影響は小さく、比較器107で検出される記憶セル21a及び参照セル21raのセンス線側の電位は、各々記憶セル21a及び参照セル21raの抵抗値に比例する。比較器107に入力された電位の差分に対応して判定された2値情報がビット線26に出力される。
【0031】
また、図4に示すように記憶セルとしてセンス線とワード線の間にスピントンネル効果素子401とダイオード402を直列につないだ記憶セルを用いることにより、記憶セル間の選択性が更に向上する。すなわち、選択されていない記憶セルに電流が流れることによる選択されている記憶セルへの選択されていない記憶セルによる影響を減少することができる。
【0032】
[実施形態2]
次に本発明の実施形態2について説明する。
【0033】
図5は実施形態2によるMRAM回路を示す。このMRAM回路はメモリアレー506、デコーダセット、比較器107より構成される。メモリアレー506は複数の記憶セル31a、31b、31c、32a、32b、32c、及びそれと対をなす参照セル31ra、31rb、31rc、32ra、32rb、32rcより構成される。これらの記憶セルと参照セルは、直列に接続されるスピントンネル効果素子とパストランジスタとより構成され、ワード線2a、2b、2cとセンス線21、21r、22、22rの交点に配置されている。このMRAM回路においては1ビットの情報を二つのスピントンネル素子(記憶セルと参照セル)に記憶する。これにより記憶セルのマージンを増やすことが可能となる。
【0034】
本実施形態における記憶セル31a、参照セル31raへの情報の書き込み方法は実施形態1と同様であるので説明を省略する。
【0035】
記憶セル31a、参照セル31raからの情報の読み出し方法について次に説明する。
【0036】
センス線21、21rとワード線2aを選択するためにトランジスタ131、132、121を導通状態にする。次に、配線71を高電位状態とし、配線71に接続されているトランジスタを導通状態とする。次に、定電流を記憶セル31a及び参照セル31raに流す。センス電流Isはトランジスタ131、センス線21、記憶セル31a、ワード線2a、トランジスタ121を経て行デコーダ102と列デコーダ105の間を流れる。一方、参照センス電流Irはトランジスタ132、センス線21r、記憶セル31ra、ワード線2a、トランジスタ121を経て行デコーダ102と列デコーダ105の間を流れる。その状態でトランジスタ151、152を導通状態とし、記憶セル31a及び参照セル31raのセンス線側の電位を比較器107で検出する。これは所謂四端子法に基づく方法である。
【0037】
記憶セル31aと参照セル31raとは近接して配設されるので配線抵抗の影響は小さく、比較器107で検出される記憶セル31a及び参照セル31raのセンス線側の電位は、記憶セル31a及び参照セル31raの抵抗値に比例する。比較器107に入力された電位の差分に対応して判定された2値情報がビット線26に出力される。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるMRAM回路の特性は、記憶セルと参照セルを近接して配設することにより、ウエハー上での磁気抵抗素子の広域的な特性のばらつきに依存せずに安定する。
【0039】
また、本発明によれば、電圧検出法として4端子法に基づく測定法を用いることにより、配線抵抗等の影響を極めて排除した感度の高い情報の読み出しが可能となる。
【0040】
更に、配線を微細化して配線抵抗が増大しても、配線抵抗の影響が少ないので、本発明によるMRAM回路を高集積化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1による磁気ランダムアクセスメモリ回路の構成を示す回路図である。
【図2】記憶セル及び参照セルとして用いられる磁気抵抗素子の構造を示す断面図及び平面図である。
【図3】磁気抵抗素子の抵抗対磁界との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施形態1による磁気ランダムアクセスメモリ回路の記憶セル及び参照セルの第2の例の回路図である。
【図5】本発明の実施形態2による磁気ランダムアクセスメモリ回路の構成を示す回路図である。
【図6】第1の従来例による磁気ランダムアクセスメモリの構成を示す回路図である。
【図7】第2の従来例による磁気ランダムアクセスメモリの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
2a、2b、2c ワード線
21、21r、22、22r、24、25 センス線
21a、21b、21c、22a、22b、22c 記憶セル
21ra、21rb、21rc、22ra、22rb、22rc 参照セル
26 ビット線
31a、31b、31c、32a、32b、32c 記憶セル
31ra、31rb、31rc、32ra、32rb、32rc 参照セル
111、112、113、121、122、123 トランジスタ
131、132、133、134 トランジスタ
141、142、143、144 トランジスタ
101 アドレス線
102、103 行デコーダ
104、105 列デコーダ
106、506 メモリーアレー
107 比較器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic random access memory (MRAM) circuit (hereinafter referred to as “MRAM circuit”).
[0002]
[Prior art]
In a magnetic random access memory, a plurality of memory cells are arranged at the intersections of word lines and bit lines. Basically, the memory cell is composed of an insulating layer or a metal layer and two ferromagnetic layers sandwiching it. Digital information is represented by the direction of magnetization of the ferromagnetic layer, and the information is held indefinitely unless it is intentionally rewritten. In order to rewrite the state of the memory cell, a synthetic magnetic field larger than the threshold value is applied to the memory cell by the word current and the bit current to reverse the magnetization of the ferromagnetic layer.
[0003]
As a first technique, a giant magnetoresistive (GMR) is disclosed as a memory cell disclosed in US Pat. No. 5,748,519 and IEEE Transaction On Components Packaging and Manufacturing Technology-Part A Vol. 170 No. 3 pp373-379. FIG. 6 shows a simplified MRAM circuit using elements. This MRAM circuit is generally formed on a semiconductor substrate, and other circuits are mixedly mounted on the same substrate. The MRAM circuit includes a memory array (
[0004]
As a second conventional technique, a magnetic tunnel junction (MTJ) element disclosed in US Pat. No. 5,640,343 is used as a memory cell, and one memory cell is formed at the intersection of each word line and sense line. FIG. 7 shows an MRAM circuit having a memory array in which is arranged. This MRAM circuit is composed of
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the first prior art, since a separate word line is required for each of the memory cell and the reference cell, the memory cell array and the reference cell array are separated or their distances are separated. Therefore, parasitic elements are easily included in each comparison signal, and it is difficult to realize a sufficient operation margin. Therefore, the uniformity of the characteristics of the memory cell on the wafer is required. Further, since the memory cell area is large, integration and miniaturization are difficult.
[0006]
An object of the present invention is to provide an MRAM circuit whose characteristics do not depend on variations in characteristics of magnetoresistive elements depending on the location on the wafer. It is another object of the present invention to provide an MRAM circuit capable of reading with high sensitivity that eliminates the influence of wiring resistance as much as possible. It is another object of the present invention to provide an MRAM circuit having a circuit configuration effective for integration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A magnetic random access memory circuit according to the present invention includes a plurality of word lines, a plurality of pairs of sense lines, and a pair of one of the plurality of word lines and a pair of the plurality of sense lines. A plurality of memory cells connected to one of the sense lines, each of which is one word line of the plurality of word lines and the other of the pair of sense lines of the pair of sense lines When writing information to a plurality of reference cells connected to a sense line, a predetermined memory cell and a reference cell, data should be written to both sense lines of a pair of sense lines corresponding to the memory cell and the reference cell. Means for flowing currents in opposite directions between the pair of sense lines corresponding to the information and flowing currents in a predetermined direction to the word lines corresponding to the memory cells and the reference cells. And wherein the Rukoto.
The memory cell and the reference cell can include magnetoresistive elements.
[0008]
Furthermore , the magnetic random access memory circuit according to the present invention is characterized in that, in the magnetic random access memory circuit, the memory cell and the reference cell further include a diode connected in series to the magnetoresistive element.
[0009]
Furthermore, the magnetic random access memory circuit according to the present invention is characterized in that, in the magnetic random access memory circuit, the memory cell and the reference cell further include a transistor connected in series to the magnetoresistive element.
[0010]
Furthermore, the magnetic random access memory circuit according to the present invention further comprises a row decoder for decoding a part of the address and a column decoder for decoding the remaining part of the address in the magnetic random access memory circuit described above. the decoding terminal coupled said plurality of pairs of sense lines, said decode terminal of the column decoder is connected to said plurality of word lines, the row decoder are two, said column decoder are two, the Each of the plurality of pairs of sense lines connects between the decode terminals of the two row decoders, and each of the plurality of word lines connects between the decode terminals of the two column decoders. Features.
[0011]
Furthermore, in the magnetic random access memory circuit according to the present invention, in the magnetic random access memory circuit described above, at the time of writing, the two row decoders cause currents in opposite directions to flow in both lines of the pair of sense lines in the selected row. The two column decoders are characterized in that a current flows through the word line of the selected column.
[0012]
Furthermore, in the magnetic random access memory circuit according to the present invention, in the magnetic random access memory circuit described above, at the time of reading, the row decoder and the column decoder store a cell pair at an intersection of a selected row and a selected column. A current having the same value is allowed to flow in the cell and the reference cell.
[0013]
Furthermore, in the magnetic random access memory circuit according to the present invention, in the magnetic random access memory circuit described above, the voltage at the terminal on the sense line side of the memory cell of the cell pair at the intersection of the selected row and the selected column at the time of reading. And comparing means for comparing the voltage at the terminal on the sense line side of the reference cell of the cell pair.
[0014]
Furthermore, in the magnetic random access memory circuit according to the present invention, in the magnetic random access memory circuit described above, the comparing means includes a comparator and two auxiliary lines each connected to two input terminals of the comparator. A plurality of transistors for connecting one of the two auxiliary lines to a sense line to which a memory cell in a selected row is connected, and a reference cell in the selected row on the other of the two auxiliary lines. And a plurality of transistors for connecting to a sense line to be connected.
[0015]
Furthermore, the magnetic random access memory according to the present invention is the above-described magnetic random access memory circuit, wherein in the magnetic random access memory circuit, means for flowing a current to the memory cell to be read and a reference cell paired therewith, and the reference to be paired with the memory cell to be read. Means is provided for detecting a voltage drop in the cells when a current is passed by a four-terminal method.
[0016]
Furthermore, the magnetic random access memory circuit according to the present invention is characterized in that in the magnetic random access memory circuit, the magnetoresistive element is a spin tunnel element.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0018]
[Embodiment 1]
First,
[0019]
FIG. 1 shows an MRAM circuit according to the first embodiment. The MRAM circuit includes a memory array 106, a decoder set, and a
[0020]
The decoder set includes
[0021]
One end of the sense line (auxiliary line) 24 is connected to the sense lines 21 and 22 via
[0022]
[0023]
FIG. 2 shows the structure of the memory cell 21a.
[0024]
In the memory cell 21a, a first ferromagnetic layer 81 and a second ferromagnetic layer 82 are stacked with an insulating
[0025]
Information is written to the ferromagnetic layers 81 and 82 by causing a word current to flow through the word line and a sense current to flow through the sense line, and the resultant magnetic field generated by them reverses the magnetization direction of the ferromagnetic layers 81 and 82. Done. Reading of information in the memory cell 21a is performed by detecting a voltage between the word line 2a and the
[0026]
FIG. 3 shows the relationship between the resistance of the memory cell (which corresponds to the output voltage) and the applied magnetic field. The horizontal axis indicates the direction and strength of the applied magnetic field. The vertical axis represents the resistance value of the memory cell 21a. As shown in FIG. 3, the relationship between the resistance of the memory cell and the applied magnetic field exhibits hysteresis characteristics. The resistance value of the cell 21a in the zero magnetic field shows the same value regardless of the magnetic field vector direction. When the magnetic field is increased from zero to H 1 , only the magnetization direction of the ferromagnetic layer on one side of the memory cell is rotated by the combined magnetic field, the magnetization directions of the two ferromagnetic layers of the memory cell are opposite to each other, and the resistance increases. To do. When the combined magnetic field intensity increases from H 1 to H 2 and reaches H 2 , the magnetization direction on the side where the magnetization direction has not changed also rotates, and the resistance decreases at H 2 . Similarly, when a magnetic field in the opposite direction is applied, the same phenomenon occurs in the zero magnetic field, H 3 and H 4 .
[0027]
Next, a method of writing information to the memory cell 21a and the reference cell 21ra will be described.
[0028]
In order to select the sense lines 21 and 21r, the
[0029]
Next, a method for reading information from the memory cell 21a and the reference cell 21ra will be described.
[0030]
In order to select the sense lines 21, 21r and the word line 2a, the
[0031]
Further, as shown in FIG. 4, by using a memory cell in which a spin
[0032]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0033]
FIG. 5 shows an MRAM circuit according to the second embodiment. This MRAM circuit includes a memory array 506 , a decoder set, and a
[0034]
Since the method of writing information to the memory cell 31a and the reference cell 31ra in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.
[0035]
Next, a method for reading information from the memory cell 31a and the reference cell 31ra will be described.
[0036]
In order to select the sense lines 21, 21r and the word line 2a, the
[0037]
Since the memory cell 31a and the reference cell 31ra are arranged close to each other, the influence of the wiring resistance is small, and the potential on the sense line side of the memory cell 31a and the reference cell 31ra detected by the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the characteristics of the MRAM circuit according to the present invention are stable without depending on the wide-range characteristics of the magnetoresistive element on the wafer by arranging the memory cell and the reference cell close to each other. To do.
[0039]
Further, according to the present invention, by using a measurement method based on the four-terminal method as a voltage detection method, it is possible to read out highly sensitive information that greatly eliminates the influence of wiring resistance and the like.
[0040]
Furthermore, even if the wiring resistance is increased by miniaturizing the wiring, the influence of the wiring resistance is small, so that the MRAM circuit according to the present invention can be highly integrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic random access memory circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view and a plan view showing a structure of a magnetoresistive element used as a memory cell and a reference cell.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between resistance and magnetic field of a magnetoresistive element.
FIG. 4 is a circuit diagram of a second example of a storage cell and a reference cell of the magnetic random access memory circuit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic random access memory circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic random access memory according to a first conventional example.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a magnetic random access memory according to a second conventional example.
[Explanation of symbols]
2a, 2b,
Claims (9)
複数の一対のセンス線と、
それぞれが前記複数のワード線のうちの1のワード線と前記複数の一対のセンス線のうちの一対のセンス線の一方のセンス線に接続された複数の記憶セルと、
それぞれが前記複数のワード線のうちの1のワード線と前記複数の一対のセンス線のうちの一対のセンス線の他方のセンス線に接続された複数の参照セルと、
所定の記憶セル及び参照セルに情報の書き込みを行うときに、当該記憶セル及び参照セルに対応する一対のセンス線の両方のセンス線に、書き込むべき情報に対応し且つ当該一対のセンス線それぞれの間で相互に反対方向の電流を流すと共に、当該記憶セル及び参照セルに対応するワード線に所定方向の電流を流す手段と、
を備えることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ回路。Multiple word lines,
A plurality of pairs of sense lines;
A plurality of memory cells each connected to one of the plurality of word lines and one sense line of the pair of sense lines of the plurality of pairs of sense lines;
A plurality of reference cells each connected to one word line of the plurality of word lines and the other sense line of the pair of sense lines of the pair of sense lines;
When writing information into a predetermined memory cell and reference cell, both sense lines of the pair of sense lines corresponding to the memory cell and reference cell correspond to information to be written and each of the pair of sense lines. Means for causing currents in opposite directions to flow between each other, and for causing current in a predetermined direction to flow through the word lines corresponding to the memory cell and the reference cell,
A magnetic random access memory circuit comprising:
アドレスの一部をデコードする行デコーダと、
前記アドレスの残りの部分をデコードする列デコーダとをさらに備え、
前記行デコーダのデコード端子には前記複数の一対のセンス線が接続され、
前記列デコーダのデコード端子には前記複数のワード線が接続され、
前記行デコーダは2つあり、前記列デコーダは2つあり、前記複数の一対のセンス線の各々は、前記2つの行デコーダの各々のデコード端子間を接続し、前記複数のワード線の各々は、前記2つの列デコーダの各々のデコード端子間を接続することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ回路。The magnetic random access memory circuit according to any one of claims 1 to 3 ,
A row decoder that decodes part of the address;
A column decoder for decoding the remaining portion of the address;
The plurality of pairs of sense lines are connected to the decode terminal of the row decoder,
The plurality of word lines are connected to the decode terminal of the column decoder,
There are two row decoders, two column decoders, each of the plurality of pairs of sense lines is connected between the decode terminals of the two row decoders, and each of the plurality of word lines is A magnetic random access memory circuit for connecting between the decode terminals of each of the two column decoders.
読み出し時に、選択された行と選択された列との交点にあるセルペアの記憶セルのセンス線側の端子の電圧と当該セルペアの参照セルのセンス線側の端子の電圧とを比較する比較手段を更に備えることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ回路。The magnetic random access memory circuit according to claim 5 ,
Comparing means for comparing the voltage of the sense line side terminal of the memory cell of the cell pair at the intersection of the selected row and the selected column with the voltage of the sense line side terminal of the reference cell of the cell pair at the time of reading. A magnetic random access memory circuit, further comprising:
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