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JP3888463B2 - Memory cell and magnetic random access memory - Google Patents

Memory cell and magnetic random access memory Download PDF

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JP3888463B2
JP3888463B2 JP2003397854A JP2003397854A JP3888463B2 JP 3888463 B2 JP3888463 B2 JP 3888463B2 JP 2003397854 A JP2003397854 A JP 2003397854A JP 2003397854 A JP2003397854 A JP 2003397854A JP 3888463 B2 JP3888463 B2 JP 3888463B2
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Description

本発明は磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリに関し、特に、トンネル磁気抵抗素子にトランジスタを組み合わせた磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリに関する。   The present invention relates to a magnetic memory cell and a magnetic random access memory, and more particularly to a magnetic memory cell and a magnetic random access memory in which a transistor is combined with a tunnel magnetoresistive element.

磁気ランダムアクセスメモリ(Magnetic Random Access Memory:以下「MRAM」という)の技術が知られている。MRAMについて、米国特許第6,191,989号公報(特許文献1参照)に公開されている技術を参考にして説明する。   A technique of a magnetic random access memory (hereinafter referred to as “MRAM”) is known. The MRAM will be described with reference to a technique disclosed in US Pat. No. 6,191,989 (see Patent Document 1).

図93は、磁気メモリセルに含まれる磁気抵抗素子の原理を示した図である。磁気抵抗素子107は、反転可能な自発磁化を有するフリー層121と、固定された自発磁化を有するピン層123と、ピン層123とフリー層121との間に介説されたトンネル絶縁層122とを備える。フリー層121は、その自発磁化の向きが、ピン層123の自発磁化の向きと平行、又は反平行に向くことが可能なように形成される。   FIG. 93 is a diagram showing the principle of the magnetoresistive element included in the magnetic memory cell. The magnetoresistive element 107 includes a free layer 121 having reversible spontaneous magnetization, a pinned layer 123 having fixed spontaneous magnetization, and a tunnel insulating layer 122 intervened between the pinned layer 123 and the free layer 121. Is provided. The free layer 121 is formed so that the direction of the spontaneous magnetization can be parallel or antiparallel to the direction of the spontaneous magnetization of the pinned layer 123.

磁気抵抗素子107は、フリー層121の自発磁化の向きがピン層123の自発磁化の向きと平行か、反平行かにより、その電気抵抗が変化するため、トンネル絶縁層122を流れる電流の量が変化する。磁気抵抗素子107は、自発磁化の向きが互いに平行である“平行”状態と、互いに反平行である“反平行”状態のいずれか一方に「1」を、他方に「0」を対応付ける。例えば、図93(a)では、自発磁化の向きが反平行であり、磁気抵抗素子107の抵抗がR+ΔRとなり、印加電圧が一定であれば、電流の量は小さくなる。この状態に「1」を対応付けている。一方、図93(b)では、自発磁化の向きが平行であり、磁気抵抗素子107の抵抗がRとなり、電流の量は大きくなる。この状態に「0」を対応付けている。   The magnetoresistive element 107 has an electric resistance that changes depending on whether the direction of the spontaneous magnetization of the free layer 121 is parallel or antiparallel to the direction of the spontaneous magnetization of the pinned layer 123. Change. The magnetoresistive element 107 associates “1” with one of a “parallel” state in which the directions of spontaneous magnetization are parallel to each other and an “anti-parallel” state with antiparallel to each other, and “0” with the other. For example, in FIG. 93A, if the direction of spontaneous magnetization is antiparallel, the resistance of the magnetoresistive element 107 is R + ΔR, and the applied voltage is constant, the amount of current is small. This state is associated with “1”. On the other hand, in FIG. 93B, the direction of spontaneous magnetization is parallel, the resistance of the magnetoresistive element 107 becomes R, and the amount of current increases. This state is associated with “0”.

この磁気抵抗素子107を含む磁気メモリセルを、メモリセル102として使った半導体記憶装置をMRAMと呼んでいる。ピン層123の磁化の向きは製造時に固定されている。固定は反強磁性体層124を用いて行われることが多い。   A semiconductor memory device using the magnetic memory cell including the magnetoresistive element 107 as the memory cell 102 is called an MRAM. The magnetization direction of the pinned layer 123 is fixed at the time of manufacture. The pinning is often performed using the antiferromagnetic material layer 124.

図94は、メモリセルの断面を示す図である。メモリセル102は、磁気抵抗素子107、MOSトランジスタ106、コンタクト配線126、コンタクト配線127、コンタクト配線128、引き出し配線129を備える。
MOSトランジスタ106は、半導体基板内に設けられた第1拡散層106aと、第2拡散層106cと、第1拡散層106aと第2拡散層106cとの間の半導体基板上に絶縁層を介して設けられた第1ゲート106bとを含む。そして、第1拡散層106aは、コンタクト配線128を介してGND配線124に接続されている。第2拡散層106cは、コンタクト配線127を介して引き出し配線層129の一端に接続されている。ゲート106bは、読み出しワード線104に接続されている。引き出し配線層129は、他端において磁気抵抗素子107の一端側と接続されている。磁気抵抗素子107は、他端側においてコンタクト配線126を介してビット線105と接続されている。また、磁気抵抗素子107に対して、ビット線105と反対の側に引き出し配線層129及び層間絶縁層125を介して、ビット線105と直交するように書き込みワード線103が設けられている。
FIG. 94 is a diagram showing a cross section of the memory cell. The memory cell 102 includes a magnetoresistive element 107, a MOS transistor 106, a contact wiring 126, a contact wiring 127, a contact wiring 128, and a lead wiring 129.
The MOS transistor 106 includes a first diffusion layer 106a, a second diffusion layer 106c, and a semiconductor substrate between the first diffusion layer 106a and the second diffusion layer 106c provided in the semiconductor substrate via an insulating layer. And a first gate 106b provided. The first diffusion layer 106 a is connected to the GND wiring 124 through the contact wiring 128. The second diffusion layer 106 c is connected to one end of the lead wiring layer 129 through the contact wiring 127. The gate 106b is connected to the read word line 104. The lead wiring layer 129 is connected to one end side of the magnetoresistive element 107 at the other end. The magnetoresistive element 107 is connected to the bit line 105 via the contact wiring 126 on the other end side. Further, a write word line 103 is provided on the opposite side of the bit line 105 with respect to the magnetoresistive element 107 via a lead wiring layer 129 and an interlayer insulating layer 125 so as to be orthogonal to the bit line 105.

磁気抵抗素子107におけるフリー層121の自発磁化は、メモリセル102の上を通るビット線105を流れる電流と、メモリセル102の下を通る書き込みワード線103に流れる電流とによって誘起される合成磁場によって、所望の向きに反転される。   The spontaneous magnetization of the free layer 121 in the magnetoresistive element 107 is caused by a combined magnetic field induced by a current flowing through the bit line 105 passing over the memory cell 102 and a current flowing through the write word line 103 passing under the memory cell 102. Inverted in the desired orientation.

図95は、磁気抵抗素子へのデータの書き込みの原理を示す図である。縦軸は、Y軸方向(図93及び図94に対応)の磁場であり、横軸はX軸方向の磁場である。フリー層121の抗磁力は、アステロイドカーブ(磁化反転磁場曲線)と呼ばれる特性を示す。アステロイドカーブの外側の領域にある磁場を印加することは、その磁場が抗磁力を超え、従って、フリー層121の自発磁化が反転されることを意味する。図95のアステロイドカーブは、互いに直交するビット線105と書き込みワード線103により、X軸及びY軸の両方に対して45°の方向を向く合成磁場Hがフリー層121に印加されると、フリー層121の自発磁化は、最も容易に反転されることを示している。
ビット線105と書き込みワード線103とに流れる電流は、それらの電流が発生する磁場の合成磁場Hが、アステロイドカーブの外側の領域にあり、かつ、それぞれの電流が単独に発生する磁場HY0及びHX0が、アステロイドカーブの内側の領域にあるように選択される。各電流をこのように選択することにより、磁気抵抗素子107にデータを書き込むことが出来る。
FIG. 95 is a diagram showing the principle of writing data to the magnetoresistive element. The vertical axis is the magnetic field in the Y-axis direction (corresponding to FIGS. 93 and 94), and the horizontal axis is the magnetic field in the X-axis direction. The coercive force of the free layer 121 exhibits a characteristic called an asteroid curve (magnetization reversal magnetic field curve). Applying a magnetic field in the region outside the asteroid curve means that the magnetic field exceeds the coercive force and thus the spontaneous magnetization of the free layer 121 is reversed. The asteroid curve in FIG. 95 is obtained when a synthetic magnetic field H 0 that is oriented at 45 ° with respect to both the X axis and the Y axis is applied to the free layer 121 by the bit line 105 and the write word line 103 that are orthogonal to each other. It is shown that the spontaneous magnetization of the free layer 121 is most easily reversed.
The current flowing through the bit line 105 and the write word line 103 is a magnetic field H in which the combined magnetic field H 0 of the magnetic fields generated by these currents is in the region outside the asteroid curve and each current is generated independently. Y0 and HX0 are selected to be in the area inside the asteroid curve. By selecting each current in this way, data can be written to the magnetoresistive element 107.

図96は、メモリセルを用いた従来のMRAMを示す図である。従来のMRAMは、メモリセルアレイ101、複数の書き込みワード線103、複数の読み出しワード線104、複数のビット線105、Xセレクタ108、X側電流源回路109、X側電流終端回路110、Yセレクタ111、Y側電流源回路112、読み出し電流負荷回路113、Y側電流終端回路114及びセンスアンプ115を具備する。   FIG. 96 is a diagram showing a conventional MRAM using memory cells. The conventional MRAM includes a memory cell array 101, a plurality of write word lines 103, a plurality of read word lines 104, a plurality of bit lines 105, an X selector 108, an X side current source circuit 109, an X side current termination circuit 110, and a Y selector 111. , A Y-side current source circuit 112, a read current load circuit 113, a Y-side current termination circuit 114, and a sense amplifier 115.

メモリセルアレイ101は、メモリセル102が行列に配列されている。Xセレクタ108は、X軸方向(ワード線方向)に延設されている複数の読み出しワード線104及び複数の書き込みワード線103から、読み出し動作時には所望の選択読み出しワード線104sを、書き込み動作時には所望の選択書き込みワード線103sを選択する。X側電流源回路109は、メモリセル102へのデータ書き込み動作時に、定電流を供給する定電流源である。X側電流終端回路110は、複数の書き込みワード線103を終端する。Yセレクタ111は、Y軸方向(ビット線方向)に延設されている複数のビット線105から、所望の選択ビット線105sを選択する。Y側電流源回路112は、メモリセル102へのデータ書き込み動作時に、定電流を供給する定電流源である。読み出し電流負荷回路113は、メモリセル102からのデータ読み出し動作時に、選択されたメモリセルと、リファレンス用のメモリセル102rに所定の電流を供給する定電流源である。Y側電流終端回路114は、複数のビット線105を終端する。センスアンプ115は、リファレンス用のメモリセル102rにつながるリファレンス用のビット線105rの電圧と、選択されたメモリセル102(以下、選択セル102s)につながるビット線105の電圧との差に基づいて、選択セル102sのデータを出力する。   In the memory cell array 101, memory cells 102 are arranged in a matrix. The X selector 108 selects a desired selected read word line 104s during a read operation from a plurality of read word lines 104 and a plurality of write word lines 103 extending in the X-axis direction (word line direction), and a desired read word line 104s during a write operation. The selective write word line 103s is selected. The X-side current source circuit 109 is a constant current source that supplies a constant current during a data write operation to the memory cell 102. The X-side current termination circuit 110 terminates the plurality of write word lines 103. The Y selector 111 selects a desired selected bit line 105 s from a plurality of bit lines 105 extending in the Y-axis direction (bit line direction). The Y-side current source circuit 112 is a constant current source that supplies a constant current during a data write operation to the memory cell 102. The read current load circuit 113 is a constant current source that supplies a predetermined current to the selected memory cell and the reference memory cell 102r during a data read operation from the memory cell 102. The Y-side current termination circuit 114 terminates the plurality of bit lines 105. The sense amplifier 115 is based on the difference between the voltage of the reference bit line 105r connected to the reference memory cell 102r and the voltage of the bit line 105 connected to the selected memory cell 102 (hereinafter, selected cell 102s). The data of the selected cell 102s is output.

メモリセル102は、読み出しワード線104及び書き込みワード線103と、ビット線105との交点に対応して設けられている。メモリセル102は、メモリセル102の選択時にオンとなるMOSトランジスタ106と、磁気抵抗素子107とを含み、それらが直列に接続されている。磁気抵抗素子107は、データが「1」と「0」とで実効的な抵抗値が変わる(R+ΔRとR)ので可変抵抗記号で示している。   The memory cell 102 is provided corresponding to the intersection of the read word line 104, the write word line 103, and the bit line 105. The memory cell 102 includes a MOS transistor 106 that is turned on when the memory cell 102 is selected, and a magnetoresistive element 107, which are connected in series. The magnetoresistive element 107 is indicated by a variable resistance symbol because the effective resistance value changes between data “1” and “0” (R + ΔR and R).

メモリセル102からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。すなわち、Xセレクタ108で選択された選択読み出しワード線104sと、Yセレクタで選択された選択ビット線105sとの交点に対応する選択セル102sの磁気抵抗素子107に対して、読み出し電流負荷回路113により定電流が供給される。それにより、選択ビット線105sが、磁気抵抗素子107のフリー層121の状態(磁気抵抗素子107の抵抗値)に対応した大きさを有する電圧となる。一方、ビット線105rと選択読み出しワード線104sとで選択されるリファレンス用のメモリセル102rに対しても、同様に定電流が供給され、ビット線105rが、所定のリファレンス電圧となる。そして、センスアンプ115は、両電圧の大きさを比較し、例えば、選択ビット線105sの電圧がリファレンス電圧より大きければ選択セル102sのデータは「1」、小さければ「0」と判定する。   Reading data from the memory cell 102 is performed as follows. That is, the read current load circuit 113 applies the magnetoresistive element 107 of the selected cell 102s corresponding to the intersection of the selected read word line 104s selected by the X selector 108 and the selected bit line 105s selected by the Y selector. A constant current is supplied. As a result, the selected bit line 105s becomes a voltage having a magnitude corresponding to the state of the free layer 121 of the magnetoresistive element 107 (resistance value of the magnetoresistive element 107). On the other hand, a constant current is similarly supplied to the reference memory cell 102r selected by the bit line 105r and the selected read word line 104s, and the bit line 105r becomes a predetermined reference voltage. Then, the sense amplifier 115 compares the magnitudes of both voltages. For example, if the voltage of the selected bit line 105s is larger than the reference voltage, the data of the selected cell 102s is determined to be “1”, and if it is smaller, it is determined to be “0”.

メモリセル102へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。すなわち、Xセレクタ108で選択された選択書き込みワード線103sと、Yセレクタで選択された選択ビット線105sとの交点に対応する選択セル102sの磁気抵抗素子107に対して、磁界HY0と磁界HX0とが発生し、合成磁界Hを生成する。ただし、磁界HY0は、選択書き込みワード線103に、X側電流源回路109により電流が流れることにより発生する。また、磁界HX0は、選択ビット線105に、Y側電流源回路112により書き込むデータに対応した向きを有する電流が流れることにより発生する。磁気抵抗素子107は、合成磁界Hを受け、書き込むデータに対応するように自発磁化の方向を反転する。 Data is written to the memory cell 102 as follows. That is, the magnetic field H Y0 and the magnetic field H are applied to the magnetoresistive element 107 of the selected cell 102s corresponding to the intersection of the selected write word line 103s selected by the X selector 108 and the selected bit line 105s selected by the Y selector. X0 and occurs to generate a composite magnetic field H 0. However, the magnetic field H Y0 is generated when a current flows through the selective write word line 103 by the X-side current source circuit 109. The magnetic field H X0 is generated when a current having a direction corresponding to data written by the Y-side current source circuit 112 flows through the selected bit line 105. The magnetoresistive element 107 receives the combined magnetic field H 0 and reverses the direction of spontaneous magnetization so as to correspond to the data to be written.

ここで示されるMRAMでは、選択書き込みワード線に流れる電流と選択ビット線に流れる電流とで形成される合成磁場Hによりメモリセルへデータを書き込んでいる。この書き込みに用いる電流は、小さ過ぎるとデータの書き込みが出来ない。また、逆に大き過ぎると、選択セルだけでなく、同一の選択書き込みワード線もしくは同一の選択ビット線につながる他のメモリセルにもデータが書き込まれる可能性がある。従って、選択書き込みワード線に流れる電流及び選択ビット線に流れる電流の電流値は、高い正確性が要求されている。 In the MRAM shown here, data is written to the memory cell by the combined magnetic field H 0 formed by the current flowing through the selected write word line and the current flowing through the selected bit line. If the current used for writing is too small, data cannot be written. On the other hand, if it is too large, data may be written not only to the selected cell but also to other memory cells connected to the same selected write word line or the same selected bit line. Accordingly, high accuracy is required for the current values of the current flowing through the selected write word line and the current flowing through the selected bit line.

選択されたメモリセルにデータ書き込みを行うとき、他のメモリセルに対して影響を与えることのない技術が求められている。データ書き込みにおいて、書き込み用の電流のマージンをより大きくすることが出来る技術が望まれている。メモリセルアレイの中からセルを選択する際の選択性が高いメモリセルの構成が求められている。不揮発性メモリを高歩留まりで製造することが可能な技術が望まれている。そして、不揮発性メモリを安価で製造する技術が望まれている。   There is a need for a technique that does not affect other memory cells when data is written to a selected memory cell. In data writing, there is a demand for a technique capable of further increasing a write current margin. There is a need for a memory cell configuration that is highly selective when selecting cells from the memory cell array. A technique capable of manufacturing a nonvolatile memory with a high yield is desired. A technique for manufacturing a nonvolatile memory at low cost is desired.

また、関連する技術として、特開2002−230965号公報(特許文献2)に、不揮発性メモリ装置の技術が公開されている。この技術の不揮発性メモリ装置は、磁化方向によってその抵抗値が変化する磁気抵抗素子をメモリセルに含み、そのメモリセルで1ビットの情報を記録する不揮発性メモリ装置である。ここで、そのメモリセルには、磁気抵抗素子を少なくとも1つ含むサブセルを複数有する。そして、そのサブセルが直列または並列に接続されている。ただし、そのサブセルは、複数の磁気抵抗素子を並列又は直列に接続した1つのサブセルと1つの選択トランジスタとで構成されている。また、メモリセルは、そのサブセルを直列又は並列に複数接続したものであっても良い。
この技術は、MRAMの記録信頼性を向上すること、ある程度の抵抗値のばらつきを前提とした場合であっても信頼性の高い情報の読出しを実現すること、磁気抵抗素子のMR比のバイアス電圧依存性を緩和することを目的としている。
Further, as a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-230965 (Patent Document 2) discloses a technique of a nonvolatile memory device. The nonvolatile memory device of this technology is a nonvolatile memory device that includes a magnetoresistive element whose resistance value changes depending on the magnetization direction in a memory cell, and records 1-bit information in the memory cell. Here, the memory cell has a plurality of subcells including at least one magnetoresistive element. The subcells are connected in series or in parallel. However, the subcell includes one subcell in which a plurality of magnetoresistive elements are connected in parallel or in series and one selection transistor. The memory cell may be a plurality of subcells connected in series or in parallel.
This technique improves the recording reliability of the MRAM, realizes highly reliable reading of information even when a certain amount of resistance value variation is assumed, and bias voltage of MR ratio of the magnetoresistive element Its purpose is to alleviate dependence.

特開2002−140889号公報(特許文献3)に、強磁性体メモリおよびその情報再生方法の技術が開示されている。この技術の強磁性体メモリは、可変抵抗器と、磁界発生手段と、保持回路と、信号検出回路とを有することを特徴とする。ここで、可変抵抗器は、磁性体からなり、磁化の向きにより情報を記憶するハード層、非磁性層、前記ハード層より保磁力が小さな磁性体からなるソフト層を有する。磁界発生手段は、ソフト層の磁化を初期化し、また、初期化状態から反転させる。保持回路は、初期化状態における抵抗値を保持する。信号検出回路は、反転後の可変抵抗器の抵抗値と保持回路に保持された抵抗値とを比較し、再生信号を出力する。
この技術は、1T1R型MRAMにおいて、セル面積を小さくし、かつ、記憶した情報を安定的に検出することを目的としている。
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-140889 (Patent Document 3) discloses a technique of a ferromagnetic memory and an information reproducing method thereof. The ferromagnetic memory according to this technique includes a variable resistor, a magnetic field generation unit, a holding circuit, and a signal detection circuit. Here, the variable resistor is made of a magnetic material, and includes a hard layer for storing information according to the direction of magnetization, a nonmagnetic layer, and a soft layer made of a magnetic material having a smaller coercive force than the hard layer. The magnetic field generating means initializes the magnetization of the soft layer and reverses it from the initialized state. The holding circuit holds the resistance value in the initialized state. The signal detection circuit compares the resistance value of the inverted variable resistor with the resistance value held in the holding circuit, and outputs a reproduction signal.
This technique aims to reduce the cell area and stably detect stored information in the 1T1R type MRAM.

特開2002−100181号公報(特許文献4)に、磁気ランダムアクセスメモリの技術が開示されている。この技術の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のセンス線と複数のセンス線に直交して設けられた複数のワード線と、センス線とワード線との各交点にアレイ状に配置された単位記憶セルとを具備する。ここで、単位記憶セルは、セル選択スイッチと磁気抵抗素子とが直列に接続されている。さらに、電源にスイッチを介して接続されたコンデンサと、そのコンデンサの一端とセンス線との間を接続する電圧降下素子とを有する。そして、コンデンサの一端を前記単位記憶セルの格納された情報に対応する電圧変化の検出端とすることを特徴とする。
この技術は、磁気抵抗素子の特性ばらつきを排除し、動作マージンを広くすること、磁気抵抗素子と直列に接続された配線およびトランジスタの抵抗による電圧降下がもたらす、読み出し回路(センスアンプ)の検出感度の低下を防ぐこと、磁気抵抗のバイアス効果、および、トンネルバリアの破壊を防止することを目的としている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-1000018 (Patent Document 4) discloses a magnetic random access memory technology. A magnetic random access memory according to this technology includes a plurality of sense lines, a plurality of word lines provided orthogonal to the plurality of sense lines, and unit storage cells arranged in an array at each intersection of the sense lines and the word lines It comprises. Here, in the unit memory cell, a cell selection switch and a magnetoresistive element are connected in series. Furthermore, it has a capacitor connected to the power supply through a switch, and a voltage drop element that connects between one end of the capacitor and the sense line. One end of the capacitor is used as a voltage change detection end corresponding to information stored in the unit memory cell.
This technology eliminates variations in the characteristics of magnetoresistive elements, widens operating margins, and leads to voltage drops due to wiring connected in series with the magnetoresistive elements and transistor resistance. Sensitivity of the readout circuit (sense amplifier) It is intended to prevent the decrease in the resistance, the bias effect of the magnetic resistance, and the destruction of the tunnel barrier.

米国特許第6,191,989号公報US Pat. No. 6,191,989 特開2002−230965号公報JP 2002-230965 A 特開2002−140889号公報JP 2002-140889 A 特開2002−100181号公報JP 2002-1000018 A

従って、本発明の目的は、選択されたメモリセルにデータ書き込みを行うとき、残りのメモリセルに対して影響を与えない磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory that do not affect the remaining memory cells when data is written to selected memory cells.

また、本発明の他の目的は、メモリセルにデータを書き込むとき、書き込み用の電流のマージンをより大きくすることが可能な磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory capable of further increasing a write current margin when data is written to the memory cell.

本発明の更に他の目的は、メモリセルアレイの中からメモリセルを選択する際の選択性が高い磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory having high selectivity when selecting a memory cell from a memory cell array.

本発明の別の目的は、高歩留まりで製造することが可能な磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory that can be manufactured at a high yield.

本発明の更に別の目的は、製造コストを抑制し、安価で製造することが可能な磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory that can be manufactured at low cost while suppressing manufacturing costs.

本発明の更に別の目的は、寄生容量を低減し、処理速度を向上することが可能な磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a magnetic memory cell and a magnetic random access memory capable of reducing parasitic capacitance and improving processing speed.

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

従って、上記課題を解決するために、本発明のメモリセルは、第1トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)とを具備する。第1トランジスタ(6)は、第1ゲート(6b)と、第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子と、他方の端子としての第4端子とを含む。第1端子(6a)は、第1ビット線(4)に接続されている。第2端子(6c)は、第2ビット線(5)に接続されている。第1ゲート(6b)は、第1ワード線(3W)に接続されている。第3端子は、第2ワード線(3R)に接続されている。第4端子は、第2端子(6c)に接続されている。   Therefore, in order to solve the above problem, the memory cell of the present invention includes the first transistor (6) and the magnetoresistive element (7). The first transistor (6) includes a first gate (6b), a first terminal (6a) as one terminal other than the first gate (6b), and a second terminal (6c) as the other terminal. Including. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and includes a third terminal as one terminal and a fourth terminal as the other terminal. The first terminal (6a) is connected to the first bit line (4). The second terminal (6c) is connected to the second bit line (5). The first gate (6b) is connected to the first word line (3W). The third terminal is connected to the second word line (3R). The fourth terminal is connected to the second terminal (6c).

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第2ビット線(5)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the current (Iw) flowing between the first bit line (4) and the second bit line (5) when the first transistor (6) is turned on. Based on (1), Iw (0)), data is written to the magnetoresistive element (7). In the data read operation, data is read from the magnetoresistive element (7) based on the current (Is) passing through the second bit line (5) and the magnetoresistive element (7).

上記のメモリセルは、第2トランジスタ(16)を更に具備する。第2トランジスタ(16)は、第1トランジスタ(6)と第2ビット線(5)との間に設けられている。第2ゲート(16b)と、第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。そして、第5端子(16a)は、第2ビット線(5)に接続されている。第6端子(16c)は、第2端子(6c)に接続されている。第2ゲート(16b)は、第1ワード線(3)に接続されている。第3端子は、第2ワード線に代えて、接地(24)に接続される。   The memory cell further includes a second transistor (16). The second transistor (16) is provided between the first transistor (6) and the second bit line (5). It includes a second gate (16b), a fifth terminal (16a) as one terminal other than the second gate (16b), and a sixth terminal (16c) as the other terminal. The fifth terminal (16a) is connected to the second bit line (5). The sixth terminal (16c) is connected to the second terminal (6c). The second gate (16b) is connected to the first word line (3). The third terminal is connected to the ground (24) instead of the second word line.

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)及び第2トランジスタ(16)の各々がオンになることによって第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)にデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)のオンにより第1トランジスタ(6)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on by turning on the first transistor (6) and the second transistor (16). Is written to the magnetoresistive element (7) based on the currents (Iw (1), Iw (0)) flowing between the two. In the data read operation, the data from the magnetoresistive element (7) is based on the current (Is) passing through the first transistor (6) and the magnetoresistive element (7) when the first transistor (6) is turned on. Is read out.

上記のメモリセルにおいて、第1トランジスタ(6)と第2ビット線(5)との間に設けられ、第2ゲート(16b)と、第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、他方の端子としての第6端子(16c)とを含む第2トランジスタ(16)を更に具備する。第5端子(16a)は、第2ビット線(5)に接続される。第6端子(16c)は、第2端子(6c)に接続される。第2ゲート(16b)は、第1ワード線(3)に接続される。第3端子は、第2ワード線(5)に代えて、第3ビット線(35)に接続される。   In the above memory cell, a fifth gate provided between the first transistor (6) and the second bit line (5) and serving as one terminal other than the second gate (16b) and the second gate (16b). A second transistor (16) including a terminal (16a) and a sixth terminal (16c) as the other terminal is further provided. The fifth terminal (16a) is connected to the second bit line (5). The sixth terminal (16c) is connected to the second terminal (6c). The second gate (16b) is connected to the first word line (3). The third terminal is connected to the third bit line (35) instead of the second word line (5).

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)及び第2トランジスタ(16)の各々がオンになることによって第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)にデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)のオンにより第1トランジスタ(6)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on by turning on the first transistor (6) and the second transistor (16). Is written to the magnetoresistive element (7) based on the currents (Iw (1), Iw (0)) flowing between the two. In the data read operation, the data from the magnetoresistive element (7) is based on the current (Is) passing through the first transistor (6) and the magnetoresistive element (7) when the first transistor (6) is turned on. Is read out.

上記のメモリセルは、ダイオード(31)を更に具備する。ダイオード(31)は、磁気抵抗素子(7)と第2ワード線(3R)との間に設けられている。第1極性の第7端子と、第1極性と異なる第2極性の第8端子とを含む。そして、第7端子は、第3端子に接続されている。第8端子は、第2ワード線(3R)に接続されている。   The memory cell further includes a diode (31). The diode (31) is provided between the magnetoresistive element (7) and the second word line (3R). A seventh terminal having a first polarity and an eighth terminal having a second polarity different from the first polarity are included. The seventh terminal is connected to the third terminal. The eighth terminal is connected to the second word line (3R).

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the current (Iw) flowing between the first bit line (4) and the second bit line (5) when the first transistor (6) is turned on. Based on (1), Iw (0)), data is written to the magnetoresistive element (7). Also, in the data read operation, the magnetoresistive element (6) is turned on based on the current (Is) passing through the first bit line (4) and the magnetoresistive element (7). Data is read from 7).

上記のメモリセルは、第2ダイオード(32)と第3ダイオード(33)とを更に具備する。第2ダイオード(32)は、第1トランジスタ(6)と第2ビット線(5)との間に設けられ、第1極性の第9端子と、第1極性と異なる第2極性の第10端子とを含む。第3ダイオード(32)は、第1トランジスタと第2ビット線との間に設けられ、第1極性の第11端子と、前記第2極性の第12端子とを含む。そして、第9端子は、第2ビット線(5)に接続されている。第10端子は、第2端子に接続されている。第11端子は、第2端子に接続されている。第12端子は、第2ビット線(5)に接続されている。第3端子は、第2ワード線に代えて、所定の電圧原(24a)に接続されている。   The memory cell further includes a second diode (32) and a third diode (33). The second diode (32) is provided between the first transistor (6) and the second bit line (5), and has a ninth terminal having a first polarity and a tenth terminal having a second polarity different from the first polarity. Including. The third diode (32) is provided between the first transistor and the second bit line, and includes an eleventh terminal having a first polarity and a twelfth terminal having the second polarity. The ninth terminal is connected to the second bit line (5). The tenth terminal is connected to the second terminal. The eleventh terminal is connected to the second terminal. The twelfth terminal is connected to the second bit line (5). The third terminal is connected to a predetermined voltage source (24a) instead of the second word line.

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the current (Iw) flowing between the first bit line (4) and the second bit line (5) when the first transistor (6) is turned on. Based on (1), Iw (0)), data is written to the magnetoresistive element (7). Also, in the data read operation, the magnetoresistive element (6) is turned on based on the current (Is) passing through the first bit line (4) and the magnetoresistive element (7). Data is read from 7).

上記のメモリセルは、第2ダイオード(32)と第3ダイオード(33)とを更に具備する。第2ダイオード(32)は、第1トランジスタ(6)と第2ビット線(5)との間に設けられている。第1極性の第9端子と、第1極性と異なる第2極性の第10端子とを含む。第3ダイオード(33)は、第2ビット線(5)と第1ダイオード(32)との間に設けられている。第1極性の第11端子と、第2極性の第12端子とを含む。そして、第10端子は、第2端子に接続されている。第9端子は、第11端子に接続されている。第12端子は、第2ビット線(5)に接続されている。第3端子は、第2ワード線に代えて、所定の電圧原に接続されている。前記書き込み動作時に前記第2ダイオード(32)又は前記第3ダイオード(32)のいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧(Vbd)以上である。   The memory cell further includes a second diode (32) and a third diode (33). The second diode (32) is provided between the first transistor (6) and the second bit line (5). It includes a ninth terminal having a first polarity and a tenth terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) is provided between the second bit line (5) and the first diode (32). An eleventh terminal having a first polarity and a twelfth terminal having a second polarity are included. The tenth terminal is connected to the second terminal. The ninth terminal is connected to the eleventh terminal. The twelfth terminal is connected to the second bit line (5). The third terminal is connected to a predetermined voltage source instead of the second word line. The reverse voltage applied to either the second diode (32) or the third diode (32) during the write operation is equal to or higher than the breakdown voltage (Vbd).

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによって第1ビット線(4)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the current (Iw) flowing between the first bit line (4) and the second bit line (5) when the first transistor (6) is turned on. Based on (1), Iw (0)), data is written to the magnetoresistive element (7). Also, in the data read operation, the magnetoresistive element (6) is turned on based on the current (Is) passing through the first bit line (4) and the magnetoresistive element (7). Data is read from 7).

上記のメモリセルは、第3トランジスタ(6−2)と、第4トランジスタ(16−2)とを更に具備する。第3トランジスタ(6−2)は、第3ゲートと、第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、他方の端子としての第8端子とを含む。第4トランジスタ(16−2)は、第4ゲートと、第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、他方の端子としての第10端子とを含む。そして、第3ゲート及び第4ゲートは、第1ワード線(3a)から分岐し、第1ワード線(3a)と実質的に同電位の第3ワード線(3b)に接続されている。第7端子は、第1ビット線(4)に接続されている。第8端子は、第2端子に接続されている。第9端子は、第2ビット線(5)に接続されている。第10端子は、第6端子に接続されている。   The memory cell further includes a third transistor (6-2) and a fourth transistor (16-2). The third transistor (6-2) includes a third gate, a seventh terminal as one terminal other than the third gate, and an eighth terminal as the other terminal. The fourth transistor (16-2) includes a fourth gate, a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate, and a tenth terminal as the other terminal. The third gate and the fourth gate branch from the first word line (3a) and are connected to the third word line (3b) having substantially the same potential as the first word line (3a). The seventh terminal is connected to the first bit line (4). The eighth terminal is connected to the second terminal. The ninth terminal is connected to the second bit line (5). The tenth terminal is connected to the sixth terminal.

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6−1)、第2トランジスタ(16−1)、第3トランジスタ(6−2)及び第4トランジスタ(16−2)の各々がオンになることによって、第1トランジスタ(6−1)及び第3トランジスタ(6−2)と、第2トランジスタ(16−1)及び第4トランジスタ(16−2)との間を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)にデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6−1)及び第3トランジスタ(6−2)のオンにより第1トランジスタ(6−1)及び第3トランジスタ(6−2)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the first transistor (6-1), the second transistor (16-1), the third transistor (6-2), and the fourth transistor (16-2). Each of the transistors is turned on to flow between the first transistor (6-1) and the third transistor (6-2) and the second transistor (16-1) and the fourth transistor (16-2). Data is written to the magnetoresistive element (7) based on the current (Iw (1), Iw (0)). In the data read operation, the first transistor (6-1) and the third transistor (6-2) and the magnetoresistive element (6-2) are turned on by turning on the first transistor (6-1) and the third transistor (6-2). 7), data is read from the magnetoresistive element (7) based on the current (Is) that passes through (7).

また、本発明のメモリセルは、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)と、磁気抵抗素子(7)とを具備する。第2ダイオード(32)は、第1極性の第1端子と、第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む。第3ダイオード(33)は、第1極性の第3端子と、第2極性の第4端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む。そして、第2端子と第3端子とは、第1ワード線(3W)に接続されている。第1端子と第4端子と第5端子とは、ビット線(4)に接続されている。第6端子は、第2ワード線(3R)に接続されている。   In addition, the memory cell of the present invention includes a second diode (32), a third diode (33), and a magnetoresistive element (7). The second diode (32) includes a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a third terminal having a first polarity and a fourth terminal having a second polarity. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and includes a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal. The second terminal and the third terminal are connected to the first word line (3W). The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to the bit line (4). The sixth terminal is connected to the second word line (3R).

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1ワード線(3W)とビット線(4)との間の電位差に基づいて、第1ワード線(3W)とビット線(4)との間をへ流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、ビット線(4)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the data write operation to the memory cell, the first word line (3W) and the bit line (4) are based on the potential difference between the first word line (3W) and the bit line (4). Data is written to the magnetoresistive element (7) based on the currents flowing between (Iw (1), Iw (0)). In the data read operation, data is read from the magnetoresistive element (7) based on the current (Is) passing through the bit line (4) and the magnetoresistive element (7).

上記のメモリセルにおいて、第1極性の第7端子と、第2極性の第8端子とを含む第1ダイオード(31)を更に具備する。第1ダイオード(31)は、磁気抵抗素子(7)と第2ワード線(3R)との間に設けられている。第8端子を第2ワード線(3R)に、第7端子を第6端子に接続されている。   The memory cell further includes a first diode (31) including a seventh terminal having a first polarity and an eighth terminal having a second polarity. The first diode (31) is provided between the magnetoresistive element (7) and the second word line (3R). The eighth terminal is connected to the second word line (3R), and the seventh terminal is connected to the sixth terminal.

更に、本発明のメモリセルは、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、キャパシタ(19)とを具備する。トランジスタ(6)は、ゲート(6b)と、ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を配線(29)を介して第2端子(6c)に接続される。キャパシタ(19)は、一方の端子としての第5端子を接地(24)に、他方の端子としての第6端子を第2端子(6c)に配線(29)を介して接続されている。そして、第1端子(6a)は、書き込み動作時及び読み出し動作時に選択されるビット線(4)に接続されている。第1ゲート(6b)は、書き込み動作時及び読み出し動作時に選択されるワード線(3)に接続されている。   Furthermore, the memory cell of the present invention includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), and a capacitor (19). The transistor (6) includes a gate (6b), a first terminal (6a) as one terminal other than the gate (6b), and a second terminal (6c) as the other terminal. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c) through the wiring (29). The capacitor (19) has a fifth terminal as one terminal connected to the ground (24) and a sixth terminal as the other terminal connected to the second terminal (6c) via a wiring (29). The first terminal (6a) is connected to the bit line (4) selected during the write operation and the read operation. The first gate (6b) is connected to the word line (3) selected during the write operation and the read operation.

ここで、上記のメモリセルへのデータの書き込み動作では、第1トランジスタ(6)がオンになることによってキャパシタ(19)が充電又は放電する際に、配線(29)を流れる電流(Iw(1)、Iw(0))に基づいて、磁気抵抗素子(7)へデータが書き込まれる。また、データの読み出し動作では、第1トランジスタ(6)のオンにより第1トランジスタ(6)と磁気抵抗素子(7)とを通過する電流(Is)に基づいて、磁気抵抗素子(7)からデータが読み出される。   Here, in the above-described data write operation to the memory cell, when the capacitor (19) is charged or discharged by turning on the first transistor (6), a current (Iw (1) flowing through the wiring (29) is obtained. ), Iw (0)), data is written to the magnetoresistive element (7). In the data read operation, the data from the magnetoresistive element (7) is based on the current (Is) passing through the first transistor (6) and the magnetoresistive element (7) when the first transistor (6) is turned on. Is read out.

上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、行列状に設けられた複数の上記のいずれか一項に記載のメモリセル(2)と、その行列に含まれる複数の行の各々に対応して設けられた複数のs第1ワード線(3)と、複数の第1ワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択するXセレクタ(8)とを具備する。そして、書き込み動作の場合、一つのメモリセル(2)に対応するワード線は、第1ワード線(3)の1本である。
すなわち、書き込み動作用のワード線が、一つである。
In order to solve the above-described problem, a magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of memory cells (2) according to any one of the above provided in a matrix and a plurality of rows included in the matrix. A plurality of s first word lines (3) provided in correspondence with each other and an X selector (8) for selecting a selected word line (3s) from the plurality of first word lines (3). In the case of the write operation, the word line corresponding to one memory cell (2) is one of the first word lines (3).
That is, there is one word line for write operation.

上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセル(2)と、メモリ選択部(8)とを具備する。ここで、複数のメモリセル(2)の各々は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する磁気抵抗素子(7)と、少なくとも一つのスイッチング素子(6,16)とを備える。メモリ選択部(8)は、少なくとも一つのスイッチング素子(6,16)をオン及びオフのいずれか一方の状態にする。そして、複数のメモリセル(2)のうちから選択される選択セル(2s)へのデータの書き込み動作時に、メモリ選択部(8)は、選択セル(2s)の少なくとも一つのスイッチング素子(6,16)をオンとする。それにより選択セル(2s)に書き込み電流が流れる。読み出し動作時に、選択セル(2s)の少なくとも一つのスイッチング素子(6,16)をオンとする。それにより選択セル(2s)に読み出し電流が流れる。   In order to solve the above problems, a magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of memory cells (2) and a memory selection unit (8). Here, each of the plurality of memory cells (2) includes a magnetoresistive element (7) having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and at least one switching element (6, 16). Is provided. The memory selection unit (8) puts at least one switching element (6, 16) into one of an on state and an off state. During the data write operation to the selected cell (2s) selected from among the plurality of memory cells (2), the memory selection unit (8) includes at least one switching element (6, 6) of the selected cell (2s). 16) is turned on. As a result, a write current flows through the selected cell (2s). At the time of the read operation, at least one switching element (6, 16) of the selected cell (2s) is turned on. As a result, a read current flows through the selected cell (2s).

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線(4及び5)対と、複数のワード線(3)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(2)とを具備する。複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)を含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
ここで、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
The magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of bit line (4 and 5) pairs, a plurality of word lines (3), a first selector (11), a second selector (14), and a third A selector (8) and a plurality of memory cells (2) are provided. The plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Here, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) includes a second gate (16b) connected to the word line (3) and a fifth terminal (one terminal other than the second gate connected to the second bit line (5)). 16a) and a sixth terminal (16c) as the other terminal connected to the second terminal (6c). The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のように行う。
まず、第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4及び5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。同時に、第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流す。
In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows.
First, the first selector (11) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4 and 5). . At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). At the same time, the third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on both the first transistor (6) and the second transistor (16). . Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on the above is passed through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。
まず、第1セレクタ(11)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。同時に、第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読出しを行う。
In the magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows.
First, the first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). At the same time, the third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3) and turns on the first transistor (6). Then, a predetermined current (Is) is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). The current flows through a path including the 1-bit line (4s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s), and data is read based on the potential of the selected cell (2s) at that time.

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線(4及び5)対及び複数の第3ビット線(35)と、複数のワード線(3)と、第1セレクタ(11−1)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(11−2)と、第4セレクタ(8)と、複数のメモリセル(2)とを具備する。複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)を含む。、複数の第3ビット線(35)は第1方向(Y)に延伸する。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11−1)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(11−2)は、複数の第3ビット線(35)から選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
ここで、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を第3ビット線(35)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
The magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of bit line (4 and 5) pairs, a plurality of third bit lines (35), a plurality of word lines (3), and a first selector (11-1). A second selector (14), a third selector (11-2), a fourth selector (8), and a plurality of memory cells (2). The plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of third bit lines (35) extend in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Here, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) includes a second gate (16b) connected to the word line (3) and a fifth terminal (one terminal other than the second gate connected to the second bit line (5)). 16a) and a sixth terminal (16c) as the other terminal connected to the second terminal (6c). The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and the third terminal as one terminal is connected to the third bit line (35) and the other terminal is used as the other terminal. The fourth terminal is connected to the second terminal (6c).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11−1)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4及び5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。同時に、第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流す。このとき、第3ビット線(35)は、第4端子の電位が第3端子の電位と概ね同電位になるような電位に設定される。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, the first selector (11-1) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4 and 5). select. At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). At the same time, the fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on both the first transistor (6) and the second transistor (16). . Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on the above is passed through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s). At this time, the third bit line (35) is set to a potential such that the potential of the fourth terminal is substantially the same as the potential of the third terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11−1)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(11−2)が、複数の第3ビット線(35)のうちから選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第3ビット線(35s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)と選択第1ビット線(4s)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読出しを行う。   In the magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows. First, the first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the first transistor (6). Then, a predetermined current (Is) is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). The current flows through a path including the magnetoresistive element (7) of the 3-bit line (35s), the selected cell (2s), and the selected first bit line (4s). Read.

上記のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、複数のビット線対(4及び5)の各々は、対応するメモリセル(2a)の第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)との間を通るように設けられている。   In the magnetic random access memory according to any one of the above, each of the plurality of bit line pairs (4 and 5) includes a first transistor (6) and a second transistor (16) of the corresponding memory cell (2a). It is provided to pass between.

上記のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)は、更に、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを接続する配線(27、29及び37)に含まれる引き出し配線(29)を備える。また、磁気抵抗素子(7)は、引き出し配線(29)上に形成されている。その一方の端子は、引き出し配線(29)に接続され、他方の端子は、接地(24)に接続されている。そして、引き出し配線(29)中を流れる電流(Iw(0)、Iw(1))の方向としての配線電流方向に対して、角度としての素子配置角度(θ)だけ傾いた方向に磁化しやすい形状を有する。   In the magnetic random access memory according to any one of the above items, the memory cell (2) further includes wirings (27, 29, and 37) that connect the first transistor (6) and the second transistor (16). The lead-out wiring (29) included is provided. The magnetoresistive element (7) is formed on the lead wiring (29). One terminal is connected to the lead-out wiring (29), and the other terminal is connected to the ground (24). And it is easy to magnetize in the direction inclined by the element arrangement angle (θ) as an angle with respect to the wiring current direction as the direction of the current (Iw (0), Iw (1)) flowing in the lead wiring (29). Has a shape.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、素子配置角度(θ)は、30°乃至60°である。   In the above magnetic random access memory, the element arrangement angle (θ) is 30 ° to 60 °.

上記のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、第1トランジスタ(6)の第1端子(6a)及び第2端子(6c)を形成する各々の拡散層を配置する方向、及び、第2トランジスタ(16)の第5端子(16a)及び第6端子(16c)を形成する各々の拡散層を配置する方向は、実質的に互いに平行で、第1方向(Y)に対して角度としての拡散層配置角度(φ)だけ傾いている。   In the magnetic random access memory according to any one of the above, the direction in which each diffusion layer forming the first terminal (6a) and the second terminal (6c) of the first transistor (6) is disposed, and the first The directions in which the respective diffusion layers forming the fifth terminal (16a) and the sixth terminal (16c) of the two transistors (16) are arranged are substantially parallel to each other and are angled with respect to the first direction (Y). It is inclined by the diffusion layer arrangement angle (φ).

上記のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、複数のワード線(3)の各々と対を成して設けられ、第2方向(X)に延伸する複数の接地配線(24)を更に具備する。また、メモリセル(2d)は、更に、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを接続する配線(27、29及び37)に含まれる引き出し配線(29)を備える。そして、磁気抵抗素子(7)は、接地配線(24)上に形成されている。一方の端子は、接地配線(24)に接続され、他方の端子は、引き出し配線(29)に接続されている。   In the magnetic random access memory according to any one of the above, a plurality of ground wirings (24) provided in pairs with each of the plurality of word lines (3) and extending in the second direction (X). In addition. The memory cell (2d) further includes a lead wiring (29) included in wirings (27, 29, and 37) that connect the first transistor (6) and the second transistor (16). The magnetoresistive element (7) is formed on the ground wiring (24). One terminal is connected to the ground wiring (24), and the other terminal is connected to the lead wiring (29).

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、第1トランジスタ(6)と、第1ビット線(4)と、第2トランジスタ(16)と、第2ビット線(5)と、ワード線(3)と、引き出し配線層(29)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。
第1トランジスタ(6)は、半導体基板内に設けられた第1拡散層(6a)と、第2拡散層(6c)と、第1拡散層(6a)と第2拡散層(6c)との間の半導体基板上に絶縁層を介して設けられた第1ゲート(6b)とを含む。第1ビット線(4)は、半導体基板から離れる方向へ第1拡散層(6a)から延びる第1コンタクト配線(28)を介して、第1拡散層(6a)と接続されている。第2トランジスタ(16)は、半導体基板内に設けられた第3拡散層(16a)と、第4拡散層(16c)と、第3拡散層(16a)と第4拡散層(16c)との間の半導体基板上に絶縁層を介して設けられた第2ゲート(16b)とを含む。第2ビット線(5)は、半導体基板から離れる方向へ3拡散層(16a)から延びる第3コンタクト配線(38)を介して、第3拡散層と接続されている。ワード線(3)は、第1ゲート(6b)と第2ゲート(16b)とに接続している。引き出し配線層(29)は、半導体基板から離れる方向へ第2拡散層(6c)から延びる第2コンタクト配線(27)を介して、一端において第2拡散層(6c)と接続され、半導体基板から離れる方向へ第4拡散層(16c)から延びる第4コンタクト配線(37)を介して、他端において第4拡散層(16c)と接続されている。磁気抵抗素子(7)は、引き出し配線層(29)上に設けられ、一方の端子を引き出し配線層(29)に、他方の端子を第5コンタクト配線(26)を介して接地(24)へ接続されている。
The magnetic random access memory according to the present invention includes a first transistor (6), a first bit line (4), a second transistor (16), a second bit line (5), and a word line (3). And a lead wiring layer (29) and a magnetoresistive element (7).
The first transistor (6) includes a first diffusion layer (6a), a second diffusion layer (6c), a first diffusion layer (6a), and a second diffusion layer (6c) provided in the semiconductor substrate. And a first gate (6b) provided on the semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween. The first bit line (4) is connected to the first diffusion layer (6a) via a first contact wiring (28) extending from the first diffusion layer (6a) in a direction away from the semiconductor substrate. The second transistor (16) includes a third diffusion layer (16a), a fourth diffusion layer (16c), a third diffusion layer (16a), and a fourth diffusion layer (16c) provided in the semiconductor substrate. And a second gate (16b) provided on the semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween. The second bit line (5) is connected to the third diffusion layer via a third contact wiring (38) extending from the third diffusion layer (16a) in a direction away from the semiconductor substrate. The word line (3) is connected to the first gate (6b) and the second gate (16b). The lead-out wiring layer (29) is connected to the second diffusion layer (6c) at one end via a second contact wiring (27) extending from the second diffusion layer (6c) in a direction away from the semiconductor substrate. The other end is connected to the fourth diffusion layer (16c) via a fourth contact wiring (37) extending from the fourth diffusion layer (16c) in the direction of leaving. The magnetoresistive element (7) is provided on the lead wiring layer (29), and one terminal is connected to the lead wiring layer (29), and the other terminal is connected to the ground (24) via the fifth contact wiring (26). It is connected.

更に、本発明の複数の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41、41a)と、アレイセレクタ(17、44)とを具備する。
アレイセレクタ(17、44)は、複数のメモリセルアレイ(41、41a)のうちから選択セルアレイ(41s、41as)を選択する。複数のメモリセルアレイ(41、41a)の各々は、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線(3)と、複数のメモリセル(2)と、第1セレクタ(11’)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)とを備える。
ここで、複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1セレクタ(11’)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。
ただし、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
そして、第1セレクタ(11’)及び第2セレクタ(14)のうちの少なくとも一方は、アレイセレクタ(17、44)に接続されている。
Furthermore, the plurality of magnetic random access memories of the present invention comprise a plurality of memory cell arrays (41, 41a) and an array selector (17, 44).
The array selector (17, 44) selects the selected cell array (41s, 41as) from the plurality of memory cell arrays (41, 41a). Each of the plurality of memory cell arrays (41, 41a) includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word lines (3), a plurality of memory cells (2), and a first selector (11 ′). And a second selector (14) and a third selector (8).
Here, the plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first selector (11 ′) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3).
However, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).
At least one of the first selector (11 ′) and the second selector (14) is connected to the array selector (17, 44).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。
まず、複数のメモリセルアレイ(41、41a)のうちから選択セルアレイ(41s、41as)を選択する。次に、選択セルアレイ(41s、41as)における複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択して、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm、GND)に固定する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、アレイセレクタ(17、44)と第1セレクタ(11’)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(5s)と選択第2ビット線(5s)と第2セレクタ(14)とを含む経路に流す。
Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows.
First, a selected cell array (41s, 41as) is selected from a plurality of memory cell arrays (41, 41a). Next, a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) are selected from the plurality of bit line pairs (4 and 5) in the selected cell array (41s, 41as), and the selected first bit line (5s) is selected. The 2-bit line (5s) is fixed to a predetermined voltage (Vterm, GND). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s). A predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on the selection is selected from the array selector (17, 44), the first selector (11 ′), the selected first bit line (4s), and the selected cell (5s). The current flows through a path including the second bit line (5s) and the second selector (14).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。
まず、複数のメモリセルアレイ(41、41a)のうちから選択セルアレイ(41s、41as)を選択する。次に、選択セルアレイ(41s、41as)における複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、アレイセレクタ(17、44)と第1セレクタ(11’)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(7)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。
Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows.
First, a selected cell array (41s, 41as) is selected from a plurality of memory cell arrays (41, 41a). Next, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4) in the selected cell array (41s, 41as). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). (17, 44), the first selector (11 '), the selected first bit line (4s), and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s). Data is read based on the potential.

更に、本発明の複数の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41h)と、アレイセレクタ(44a)とを具備する。アレイセレクタ(44a)は、複数のメモリセルアレイ(41h)のうちから選択セルアレイ(41hs)を選択する。複数のメモリセルアレイ(41h)の各々は、複数のビット線対(4及び5)及び複数の第3ビット線(35)と、複数のワード線(3)と、複数のメモリセル(2)と、第1セレクタ(11−1a)と、第2セレクタ(14a’)と、第3セレクタ(11−2a)と、第4セレクタ(8)とを備える。
ここで、複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数の第3ビット線(35)は、第1方向(Y)に延伸する。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1セレクタ(11−1a)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14’)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(11−2a)は、複数の第3ビット線(35)から選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。
ただし、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を第3ビット線(35)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
そして、第1セレクタ(11−1a)、第2セレクタ(14)及び第3セレクタ(11−2a)のうちの少なくとも一つは、アレイセレクタ(44a)に接続されている。
Furthermore, the plurality of magnetic random access memories of the present invention comprise a plurality of memory cell arrays (41h) and an array selector (44a). The array selector (44a) selects the selected cell array (41hs) from the plurality of memory cell arrays (41h). Each of the plurality of memory cell arrays (41h) includes a plurality of bit line pairs (4 and 5) and a plurality of third bit lines (35), a plurality of word lines (3), and a plurality of memory cells (2). , A first selector (11-1a), a second selector (14a ′), a third selector (11-2a), and a fourth selector (8).
Here, the plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of third bit lines (35) extend in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first selector (11-1a) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14 ′) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (11-2a) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3).
However, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and the third terminal as one terminal is connected to the third bit line (35) and the other terminal is used as the other terminal. The fourth terminal is connected to the second terminal (6c).
At least one of the first selector (11-1a), the second selector (14), and the third selector (11-2a) is connected to the array selector (44a).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、複数のメモリセルアレイ(41h)のうちから選択セルアレイ(41hs)を選択する。次に、選択セルアレイ(41hs)における複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14a’)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm、GND)に固定する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、アレイセレクタ(44a)と第1セレクタ(11−1a)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(5s)と選択第2ビット線(5s)と第2セレクタ(14a’)とを含む経路に流す。このとき、第3ビット線(35)は、第4端子の電位が第3端子の電位と概ね同電位になるような電位に設定される。   Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, a selected cell array (41hs) is selected from a plurality of memory cell arrays (41h). Next, a pair of a selected first bit line (4s) and a selected second bit line (5s) are selected from a plurality of bit line pairs (4 and 5) in the selected cell array (41hs). At this time, the second selector (14a ') fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm, GND). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s). A predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on the data is selected from the array selector (44a), the first selector (11-1a), the selected first bit line (4s) and the selected cell (5s). It flows through a path including the 2-bit line (5s) and the second selector (14a ′). At this time, the third bit line (35) is set to a potential such that the potential of the fourth terminal is substantially the same as the potential of the third terminal.

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、複数のメモリセルアレイ(41h)のうちから選択セルアレイ(41hs)を選択する。次に、選択セルアレイ(41hs)における複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。複数の第3ビット線(35)のうちから選択第3ビット線(35s)を選択する。複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、アレイセレクタ(44a)と第2セレクタ(11−2a)と選択第3ビット線(35s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)と選択第1ビット線(4s)とを含む経路に流したときの選択セル(7)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows. First, a selected cell array (41hs) is selected from a plurality of memory cell arrays (41h). Next, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4) in the selected cell array (41hs). The selected third bit line (35s) is selected from the plurality of third bit lines (35). The selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). (44a), the second selector (11-2a), the selected third bit line (35s), the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s), and the selected first bit line (4s). Data is read based on the potential of the selected cell (7).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、複数のワード線(3)の各々は、第1ワード線(3a)と第2ワード線(3b)との複数のワード線対(3)である。第3セレクタ(8)は、複数のワード線対(3)から選択ワード線対(3s)を選択する。複数のメモリセル(2h)の各々は、第3トランジスタ(6−2)と、第4トランジスタ(16−2)とを更に備える。第3トランジスタ(6−2)は、第2ワード線(3b)に接続された第3ゲートと、第1ビット線(4)に接続された第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、第2端子に接続された他方の端子としての第8端子とを含む。第4トランジスタ(16−2)は、第2ワード線(3b)に接続された第4ゲートと、第2ビット線(5)に接続された第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、第6端子に接続された他方の端子としての第10端子とを含む。
そして、第1ゲートと第2ゲートとは、第1ワード線(3a)に接続される。
In the magnetic random access memory, each of the plurality of word lines (3) is a plurality of word line pairs (3) of a first word line (3a) and a second word line (3b). The third selector (8) selects the selected word line pair (3s) from the plurality of word line pairs (3). Each of the plurality of memory cells (2h) further includes a third transistor (6-2) and a fourth transistor (16-2). The third transistor (6-2) includes a third gate connected to the second word line (3b) and a seventh terminal as one terminal other than the third gate connected to the first bit line (4). And an eighth terminal as the other terminal connected to the second terminal. The fourth transistor (16-2) has a fourth gate connected to the second word line (3b) and a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate connected to the second bit line (5). And a tenth terminal as the other terminal connected to the sixth terminal.
The first gate and the second gate are connected to the first word line (3a).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2h)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(12)が、複数のビット線対から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線対(3)のうちから一対の選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)を選択して、第1トランジスタ(6−1)と第2トランジスタ(16−1)と第3トランジスタ(6−2)と第4トランジスタ(16−2)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)とにより複数のメモリセル(2h)から選択される選択セル(2hs)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2hs)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2h) as follows. First, the first selector (11) and the second selector (12) select a pair of a selected first bit line (4s) and a selected second bit line (5s) from a plurality of bit line pairs. The third selector (8) selects a pair of the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) from the plurality of word line pairs (3), and the first transistor (6-1) ), The second transistor (16-1), the third transistor (6-2), and the fourth transistor (16-2). The selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) are selected from the plurality of memory cells (2h). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on data is applied to the selected first bit line (4s), the selected cell (2hs), and the selected second bit line ( 5s).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセルへ(2h)のデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線対(3)のうちから一対の選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)を選択して、第1トランジスタ(6−1)と第3トランジスタ(6−2)とをオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)とにより複数のメモリセル(2h)から選択される選択セル(2hs)に対して、所定の電流(Is)を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(2s)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory described above, data (2h) is read from the memory cell as follows. First, the first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (8) selects a pair of the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) from the plurality of word line pairs (3), and the first transistor (6-1) ) And the third transistor (6-2) are turned on. A selected cell (2hs) selected from the plurality of memory cells (2h) by the selected first bit line (4s), the selected first word line (3as), and the selected second word line (3bs). , Based on the potential of the selected cell (2s) when a predetermined current (Is) is passed through a path including the selected first bit line (4s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s). .

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、複数のワード線(3)の各々は、第1ワード線(3a)と第2ワード線(3b)との複数のワード線対(3)である。第4セレクタ(8)は、複数のワード線対(3)から選択ワード線対(3s)を選択する。複数のメモリセル(2)の各々は、第3トランジスタ(6−2)と、第4トランジスタ(16−2)とを更に備える。第3トランジスタ(6−2)は、第2ワード線(3b)に接続された第3ゲートと、第1ビット線(4)に接続された第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、第2端子に接続された他方の端子としての第8端子とを含む。第4トランジスタ(16−2)は、第2ワード線(3b)に接続された第4ゲートと、第2ビット線(5)に接続された第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、第6端子に接続された他方の端子としての第10端子とを含む。
そして、第1ゲートと第2ゲートとは、第1ワード線(3a)に接続される。
In the magnetic random access memory, each of the plurality of word lines (3) is a plurality of word line pairs (3) of a first word line (3a) and a second word line (3b). The fourth selector (8) selects the selected word line pair (3s) from the plurality of word line pairs (3). Each of the plurality of memory cells (2) further includes a third transistor (6-2) and a fourth transistor (16-2). The third transistor (6-2) includes a third gate connected to the second word line (3b) and a seventh terminal as one terminal other than the third gate connected to the first bit line (4). And an eighth terminal as the other terminal connected to the second terminal. The fourth transistor (16-2) has a fourth gate connected to the second word line (3b) and a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate connected to the second bit line (5). And a tenth terminal as the other terminal connected to the sixth terminal.
The first gate and the second gate are connected to the first word line (3a).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11−1)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4及び5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線対(3)のうちから一対の選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)を選択して、第1トランジスタ(6−1)と第2トランジスタ(16−1)と第3トランジスタ(6−2)と第4トランジスタ(16−2)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。このとき、第3ビット線(35)は、第4端子の電位が第3端子の電位と概ね同電位になるような電位に設定される。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, the first selector (11-1) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4 and 5). select. At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). The third selector (8) selects a pair of the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) from the plurality of word line pairs (3), and the first transistor (6-1) ), The second transistor (16-1), the third transistor (6-2), and the fourth transistor (16-2). The selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) are selected from the plurality of memory cells (2). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on data is applied to the selected first bit line (4s), the selected cell (2s) and the selected second bit line ( 5s). At this time, the third bit line (35) is set to a potential such that the potential of the fourth terminal is substantially the same as the potential of the third terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセルへ(2)のデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11−1)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(11−2)が、複数の第3ビット線(35)のうちから選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線対(3)のうちから一対の選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)を選択して、第1トランジスタ(6−1)と第3トランジスタ(6−2)とをオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択第1ワード線(3as)及び選択第2ワード線(3bs)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2hs)に対して、所定の電流(Is)を、選択第3ビット線(35s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)と選択第1ビット線(4s)とを含む経路に流したときの選択セル(2s)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory, the reading of the data (2) to the memory cell is performed as follows. First, the first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects a pair of the selected first word line (3as) and the selected second word line (3bs) from the plurality of word line pairs (3), and the first transistor (6-1) ) And the third transistor (6-2) are turned on. The selected cell (2hs) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected first word line (3as), and the selected second word line (3bs). The selected cell when a predetermined current (Is) is passed through a path including the selected third bit line (35s), the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s), and the selected first bit line (4s). This is performed based on the potential of (2s).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、複数のビット線対(3)の方向に隣り合う二つのメモリセル(2h、2)は、一方のメモリセル(2h、2)の第1端子及び第5端子の拡散層が、それぞれ、他方のメモリセル(2h、2)の第7端子及び第9端子の拡散層と共通である。   In the magnetic random access memory, two memory cells (2h, 2) adjacent in the direction of the plurality of bit line pairs (3) are connected to the first terminal and the fifth terminal of one memory cell (2h, 2). The diffusion layers are respectively common to the diffusion layers of the seventh terminal and the ninth terminal of the other memory cell (2h, 2).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2h、2)は、第2端子と第8端子の拡散層は共通であり、第6端子と第10端子の拡散層が共通である。   In the magnetic random access memory described above, in the memory cells (2h, 2), the diffusion layers of the second terminal and the eighth terminal are common, and the diffusion layers of the sixth terminal and the tenth terminal are common.

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線対と、
第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、第4セレクタ(8−1)と、第5セレクタ(8−2)と、複数のメモリセル(20)とを具備する。
複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線対(3W及び3R)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する第1ワード線(3W)と第2ワード線(3R)とを含む。第1セレクタ(11−1)は、複数の第1ビット線(4)から書き込み動作時に選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から書き込み動作時に選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(11−2)は、複数の第2ビット線(5)から読み出し動作時に選択第2ビット線(5s)を選択する。第4セレクタ(8−1)は、複数の第1ワード線(3W)から選択第1ワード線(3Ws)を選択する。第5セレクタ(8−2)は、複数の第2ワード線(3R)から選択第2ワード線(3Rs)を選択する。複数のメモリセル(20)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線対(3W及び3R)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
ここで、複数のメモリセル(20)の各々は、第1トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)とを具備する。第1トランジスタ(6)は、第1ワード線(3W)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、第2ビット線(5)に接続された他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を第2ワード線(3R)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続される。
The magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word line pairs,
The first selector (11), the second selector (14), the third selector (8), the fourth selector (8-1), the fifth selector (8-2), and a plurality of memory cells (20 ).
The plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word line pairs (3W and 3R) include a first word line (3W) and a second word line (3R) extending in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). Including. The first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4) during the write operation. The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5) during the write operation. The third selector (11-2) selects the selected second bit line (5s) during the read operation from the plurality of second bit lines (5). The fourth selector (8-1) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of first word lines (3W). The fifth selector (8-2) selects the selected second word line (3Rs) from the plurality of second word lines (3R). The plurality of memory cells (20) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word line pairs (3W and 3R) cross each other.
Here, each of the plurality of memory cells (20) includes a first transistor (6) and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has one terminal other than the first gate (6b) connected to the first word line (3W) and the first gate (6b) connected to the first bit line (4). The first terminal (6a) and the second terminal (6c) as the other terminal connected to the second bit line (5). The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data. The third terminal as one terminal is used as the second word line (3R) and the other terminal is used as the other terminal. The fourth terminal is connected to the second terminal (6c).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11−1)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4及び5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)は、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。同時に、第4セレクタ(8−1)が、複数の第1ワード線(3W)のうちから選択第1ワード線(3Ws)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3Ws)とにより複数のメモリセル(20)から選択される選択セル(20s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流す。   Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (20) as follows. First, the first selector (11-1) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4 and 5). select. At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). At the same time, the fourth selector (8-1) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of first word lines (3W), and turns on the first transistor (6). Then, for the selected cell (20s) selected from the plurality of memory cells (20) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3Ws). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on the data is passed through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (20s), and the selected second bit line (5s).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。
まず、第3セレクタ(11−2)が、複数の第2ビット線(5)のうちから選択第2ビット線(5s)を選択する。同時に、第5セレクタ(8−2)が、複数の第2ワード線(3R)のうちから選択第2ワード線(3Rs)を選択する。そして、選択第2ビット線(5s)と、選択第2ワード線(3Rs)とにより複数のメモリセル(20)から選択される選択セル(20s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第2ビット線(5s)と選択セル(20s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(20s)の電位に基づいてデータの読出しを行う。
Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (20) as follows.
First, the third selector (11-2) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). At the same time, the fifth selector (8-2) selects the selected second word line (3Rs) from the plurality of second word lines (3R). A predetermined current (Is) is applied to the selected cell (20s) selected from the plurality of memory cells (20) by the selected second bit line (5s) and the selected second word line (3Rs). The current flows through a path including the selected second bit line (5s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (20s), and data is read based on the potential of the selected cell (20s) at that time.

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線(4)と、複数のワード線(3)と、第1セレクタ(11)、第2セレクタ(8)複数のメモリセル(2f)とを具備する。
複数のビット線(4)は、第1方向(Y)に延伸する。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数のビット線(4)から選択ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(2f)は、複数のビット線(4)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
ここで、複数のメモリセル(2f)の各々は、トランジスタ(6)と、キャパシタ(19)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲート(6b)と、ビット線(4)に接続されたゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。キャパシタ(19)は、接地(24)に接続された一方の端子としての第5端子と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
The magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit lines (4), a plurality of word lines (3), a first selector (11), a second selector (8), a plurality of memory cells (2f), It comprises.
The plurality of bit lines (4) extend in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4). The second selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (2f) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit lines (4) and the plurality of word lines (3) intersect.
Here, each of the plurality of memory cells (2f) includes a transistor (6), a capacitor (19), and a magnetoresistive element (7). The transistor (6) includes a gate (6b) connected to the word line (3), a first terminal (6a) as one terminal other than the gate (6b) connected to the bit line (4), and the other And a second terminal (6c) as a terminal. The capacitor (19) includes a fifth terminal as one terminal connected to the ground (24) and a sixth terminal as the other terminal connected to the second terminal (6c). The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2f)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数のビット線(4)のうちから選択ビット線(4s)を選択し、選択ビット線(4s)を所定の電圧にしてキャパシタ(19)を充電する。次に、第2セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2f)から選択される選択セル(2fs)に対して、キャパシタ(19)の充電後に、選択ビット線(4s)をデータに基づいた所定の電圧にして、キャパシタ(19)と選択ビット線(4s)との間に電流(Iw(1)、Iw(0))を流す。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2f) as follows. First, the first selector (11) selects the selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4), and charges the capacitor (19) with the selected bit line (4s) set to a predetermined voltage. Next, the second selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the first transistor (6). The selected bit line (4s) and the selected word line (3s) are used to select the selected cell (2fs) selected from the plurality of memory cells (2f), after the capacitor (19) is charged, 4s) is set to a predetermined voltage based on the data, and currents (Iw (1), Iw (0)) are passed between the capacitor (19) and the selected bit line (4s).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2f)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数のビット線(4)のうちから選択ビット線(4s)を選択し、選択ビット線(4s)を所定の電圧にしてキャパシタ(19)を充電する。次に、第2セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)を所定の速度以下でオンとする。そして、選択ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2f)から選択される選択セル(2fs)に対して、キャパシタ(19)の充電後に、所定の電流(Is)を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2fs)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2fs)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   In the magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2f) as follows. First, the first selector (11) selects the selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4), and charges the capacitor (19) with the selected bit line (4s) set to a predetermined voltage. Next, the second selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the first transistor (6) at a predetermined speed or less. Then, after the capacitor (19) is charged to the selected cell (2fs) selected from the plurality of memory cells (2f) by the selected bit line (4s) and the selected word line (3s), a predetermined current ( Is) is passed through a path including the selected first bit line (4s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2fs), and data is read based on the potential of the selected cell (2fs) at that time. .

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線(4)と、複数のワード線対(3W,3R)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(8)と、複数のメモリセル(30)とを具備する。複数のビット線(4)は、第1方向(Y)に延伸する。複数のワード線対(3W,3R)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸し、第1ワード線(3W)と第2ワード線(3R)とを含む。第1セレクタ(11)は、複数のビット線(4)から書き込み動作時及び読み出し動作時に選択ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(8)は、その書き込み動作時に複数の第1ワード線(3W)から選択第1ワード線(3Ws)を選択し、読み出し動作時に複数の第2ワード線(3R)から選択第2ワード線(3Rs)を選択する。複数のメモリセル(30)は、複数のビット線(4)と複数のワード線対(3W,3R)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(30)の各々は、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。第2ダイオード(32)は、第1極性の第1端子と、その第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む。第3ダイオード(33)は、その第1極性の第3端子と、その第2極性の第4端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む。そして、その第2端子とその第3端子とは、第1ワード線(3W)に接続されている。その第1端子とその第4端子とその第5端子とは、ビット線(4)に接続されている。その第6端子は、第2ワード線(3R)に接続されている。
The magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit lines (4), a plurality of word line pairs (3W, 3R), a first selector (11), a second selector (8), And a memory cell (30). The plurality of bit lines (4) extend in the first direction (Y). The plurality of word line pairs (3W, 3R) extend in the second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y), and the first word line (3W) and the second word line (3R) including. The first selector (11) selects a selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4) during a write operation and a read operation. The second selector (8) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of first word lines (3W) during the write operation, and selects the second word line (3R) from the plurality of second word lines (3R) during the read operation. A word line (3Rs) is selected. The plurality of memory cells (30) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit lines (4) and the plurality of word line pairs (3W, 3R) intersect.
Each of the plurality of memory cells (30) includes a second diode (32), a third diode (33), and a magnetoresistive element (7). The second diode (32) includes a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a third terminal having the first polarity and a fourth terminal having the second polarity. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and includes a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal. The second terminal and the third terminal are connected to the first word line (3W). The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to the bit line (4). The sixth terminal is connected to the second word line (3R).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(30)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数のビット線(4)のうちから選択ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(8)が、複数のワード線対(3W,3R)のうちから選択第1ワード線(3Ws)を選択する。そして、選択ビット線(4s)と第1選択ワード線(3Ws)とにより複数のメモリセル(30)から選択される選択セル(30s)に対して、そのデータに基づく電流を、選択ビット線(4s)と選択セル(30s)の第2ダイオード(32)又は第3ダイオード(33)と選択第1ワード線(3Ws)とを含む経路に流すことにより行う。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (30) as follows. First, the first selector (11) selects a selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4). The second selector (8) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of word line pairs (3W, 3R). Then, a current based on the data is supplied to the selected bit line (30s) selected from the plurality of memory cells (30) by the selected bit line (4s) and the first selected word line (3Ws). 4s) and the second diode (32) or the third diode (33) of the selected cell (30s) and the selected first word line (3Ws).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(30)からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数のビット線(4)のうちから選択ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(8)が、複数のワード線対(3W,3R)のうちから選択第2ワード線(3Rs)を選択する。そして、選択ビット線(4s)と、選択第2ワード線(3Rs)とにより複数のメモリセル(30)から選択される選択セル(30s)に対して、所定の電流を、選択ビット線(4s)と選択セル(30s)の磁気抵抗素子(7)と選択第2ワード線(3Rs)とを含む経路に流したときの選択セル(30s)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory, data is read from the memory cell (30) as follows. First, the first selector (11) selects a selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4). The second selector (8) selects the selected second word line (3Rs) from the plurality of word line pairs (3W, 3R). Then, a predetermined current is applied to the selected bit line (4s) to the selected cell (30s) selected from the plurality of memory cells (30) by the selected bit line (4s) and the selected second word line (3Rs). ), The magnetoresistive element (7) of the selected cell (30s), and the selected second word line (3Rs), based on the potential of the selected cell (30s).

また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41d)と、複数のメモリセルアレイ(41d)のうちから選択セルアレイ(41ds)を選択するアレイセレクタ(17a)とを具備する。
複数のメモリセルアレイ(41d)の各々は、複数のビット線(4)と、複数のワード線対(3W,3R)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(8)と、複数のメモリセル(30)とを具備する。複数のビット線(4)は、第1方向(Y)に延伸する。複数のワード線対(3W,3R)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸し、第1ワード線(3W)と第2ワード線(3R)とを含む。第1セレクタ(11)は、複数のビット線(4)から書き込み動作時及び読み出し動作時に選択ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(8)は、その書き込み動作時に複数の第1ワード線(3W)から選択第1ワード線(3Ws)を選択し、読み出し動作時に複数の第2ワード線(3R)から選択第2ワード線(3Rs)を選択する。複数のメモリセル(30)は、複数のビット線(4)と複数のワード線対(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(30)の各々は、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。第2ダイオード(32)は、第1極性の第1端子と、その第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む。第3ダイオード(33)は、その第1極性の第3端子と、その第2極性の第4端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む。そして、その第2端子とその第3端子とは、第1ワード線(3W)に接続されている。その第1端子とその第4端子とその第5端子とは、ビット線(4)に接続されている。その第6端子は、第2ワード線(3R)に接続されている
第1セレクタ(11)は、アレイセレクタ(17a)に接続されている。
The magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of memory cell arrays (41d) and an array selector (17a) for selecting a selected cell array (41ds) from the plurality of memory cell arrays (41d).
Each of the plurality of memory cell arrays (41d) includes a plurality of bit lines (4), a plurality of word line pairs (3W, 3R), a first selector (11), a second selector (8), And a memory cell (30). The plurality of bit lines (4) extend in the first direction (Y). The plurality of word line pairs (3W, 3R) extend in the second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y), and the first word line (3W) and the second word line (3R) including. The first selector (11) selects a selected bit line (4s) from the plurality of bit lines (4) during a write operation and a read operation. The second selector (8) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of first word lines (3W) during the write operation, and selects the second word line (3R) from the plurality of second word lines (3R) during the read operation. A word line (3Rs) is selected. The plurality of memory cells (30) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit lines (4) and the plurality of word line pairs (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (30) includes a second diode (32), a third diode (33), and a magnetoresistive element (7). The second diode (32) includes a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a third terminal having the first polarity and a fourth terminal having the second polarity. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and includes a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal. The second terminal and the third terminal are connected to the first word line (3W). The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to the bit line (4). The sixth terminal is connected to the second word line (3R). The first selector (11) is connected to the array selector (17a).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(30)は、その第1極性の第7端子と、その第2極性の第8端子とを含む第1ダイオード(31)を更に備える。そして、第1ダイオード(31)は、磁気抵抗素子(7)と第2ワード線(3R)との間に設けられ、その第8端子を第2ワード線(7)に、その第7端子をその第6端子に接続されている。   In the magnetic random access memory, the memory cell (30) further includes a first diode (31) including a seventh terminal having the first polarity and an eighth terminal having the second polarity. The first diode (31) is provided between the magnetoresistive element (7) and the second word line (3R), its eighth terminal is the second word line (7), and its seventh terminal is It is connected to the sixth terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、第1ダイオード(31)、第2ダイオード(32)及び第3ダイオード(33)は、基板(10)から離れた位置に製膜により形成される。   In the magnetic random access memory, the first diode (31), the second diode (32), and the third diode (33) are formed by film formation at a position away from the substrate (10).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(30)は、基板(10)から離れる方向に対して、積層されている。   In the magnetic random access memory, the memory cell (30) is stacked in a direction away from the substrate (10).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、ビット線(4)と、引き出し配線層(29)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)と、磁気抵抗素子(7)と、第1ダイオード(31)と、第1ワード線(3W)と、第2ワード線(3R)とを具備する。
ビット線(4)は、基板(10)上に絶縁層(35)を介して設けられ、基板(10)の表面と平行である。引き出し配線層(29)は、基板(10)から離れる方向へビット線(4)から延びる第1コンタクト配線(53)を介して、一端においてビット線(4)と接続され、基板(10)の表面と平行である。第2ダイオード(32)は、第1極性の第1端子と、その第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含み、基板(10)から離れる方向へ引き出し配線層(29)から延びる第2コンタクト配線(55)の途中に設けられている。第3ダイオード(33)は、その第1極性の第3端子と、その第2極性の第4端子とを含み、基板(10)から離れる方向へ引き出し配線層(29)から延びる第3コンタクト配線(56)の途中に設けられている。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、第5端子と第6端子とを含み、その第5端子を引き出し配線層(29)に接続されている。第1ダイオード(31)は、その第1極性の第7端子と、その第2極性の第8端子とを含み、基板(10)から離れる方向へ磁気抵抗素子(7)のその第6端子から延びる第4コンタクト配線(54)の途中に設けられている。第1ワード線(3W)は、第2コンタクト配線(55)を介して第2ダイオード(32)のその第2端子と接続され、且つ、第3コンタクト配線(56)を介して、第3ダイオード(33)のその第3端子と接続され、基板(10)と平行である。第2ワード線(3R)は、第4コンタクト配線(54)を介して第1ダイオード(31)のその第7端子と接続され、基板(10)と平行である。
そして、引き出し配線層(29)におけるその第5端子の位置は、第2コンタクト配線(55)及び第3コンタクト配線(56)の各々と引き出し配線層(29)とが接続する位置よりも、第1コンタクト配線(53)と引き出し配線層(29)とが接続する位置に近い。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a bit line (4), a lead wiring layer (29), a second diode (32), a third diode (33), a magnetoresistive element (7), A first diode (31), a first word line (3W), and a second word line (3R) are provided.
The bit line (4) is provided on the substrate (10) via an insulating layer (35), and is parallel to the surface of the substrate (10). The lead-out wiring layer (29) is connected to the bit line (4) at one end via a first contact wiring (53) extending from the bit line (4) in a direction away from the substrate (10). Parallel to the surface. The second diode (32) includes a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity, and extends from the lead wiring layer (29) in a direction away from the substrate (10). It is provided in the middle of the extended second contact wiring (55). The third diode (33) includes a third terminal having the first polarity and a fourth terminal having the second polarity, and extends from the lead-out wiring layer (29) in a direction away from the substrate (10). (56) is provided in the middle. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, includes a fifth terminal and a sixth terminal, and the fifth terminal is connected to the lead wiring layer (29). It is connected. The first diode (31) includes a seventh terminal of the first polarity and an eighth terminal of the second polarity, and from the sixth terminal of the magnetoresistive element (7) in a direction away from the substrate (10). It is provided in the middle of the extended fourth contact wiring (54). The first word line (3W) is connected to the second terminal of the second diode (32) via the second contact wiring (55), and is connected to the third diode via the third contact wiring (56). It is connected to the third terminal of (33) and is parallel to the substrate (10). The second word line (3R) is connected to the seventh terminal of the first diode (31) via the fourth contact wiring (54) and is parallel to the substrate (10).
The position of the fifth terminal in the lead wiring layer (29) is more than the position where each of the second contact wiring (55) and the third contact wiring (56) is connected to the lead wiring layer (29). It is close to the position where the one-contact wiring (53) and the lead-out wiring layer (29) are connected.

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4,5)と、複数のワード線線対(3W,3R)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20j)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸し、第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組みである。複数のワード線対(3W,3R)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する第1ワード線(3W)と第2ワード線(3R)との組である。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線対(3W,3R)から選択第1ワード線(3Ws)及び選択第2ワード線(3Rs)の少なくとも一方を選択する。複数のメモリセル(20j)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線対(3W,3R)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20j)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、ダイオード(31)とを備える。トランジスタ(6)は、第1ワード線(3W)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたその第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、第2ビット線(5)に接続された他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、第2ビット線(5)に接続された一方の端子としての第4端子と、他方の端子としての第3端子と含む。ダイオード(31)は、その第3端子と接続された第1極性の第5端子と、第2ワード線(3R)に接続されたその第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。
Further, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a plurality of word line line pairs (3W, 3R), a first selector (11), and a second selector (14). And a third selector (8) and a plurality of memory cells (20j). The plurality of bit line pairs (4, 5) extend in the first direction (Y) and are a set of the first bit line (4) and the second bit line (5). The plurality of word line pairs (3W, 3R) are formed by a first word line (3W) and a second word line (3R) extending in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). It is a pair. The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects at least one of the selected first word line (3Ws) and the selected second word line (3Rs) from the plurality of word line pairs (3W, 3R). The plurality of memory cells (20j) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word line pairs (3W, 3R) intersect.
Each of the memory cells (20j) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), and a diode (31). The transistor (6) includes a gate connected to the first word line (3W), a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line (4), and a second bit And a second terminal as the other terminal connected to the line (5). The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the fourth terminal as one terminal connected to the second bit line (5), and the other terminal It includes a third terminal as a terminal. The diode (31) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the third terminal, and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second word line (3R). .

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20j)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4,5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数の第1ワード線(3W)のうちから選択第1ワード線(3Ws)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3Ws)とにより複数のメモリセル(20j)から選択される選択セル(20js)に対して、そのデータに基づく電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20j)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (20j) as follows. First, the first selector (11) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4, 5). . The third selector (8) selects the selected first word line (3Ws) from the plurality of first word lines (3W), and turns on the transistor (6). For the selected cell (20js) selected from the plurality of memory cells (20j) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3Ws), A current based on the data is passed through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (20j), and the selected second bit line (5s).

請求項36に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20j)からのそのデータの読み出しは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線対(3W,3R)のうちから選択第1ワード線(3Ws)及び選択第2ワード線(3Rs)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択第1ワード線(3Ws)とにより複数のメモリセル(20j)から選択される選択セル(20js)に対して、所定の電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20js)の磁気抵抗素子(7)と選択第2ワード線(3Rs)とを含む経路に流したときの選択セル(20js)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory according to claim 36, the data is read from the memory cell (20j) as follows. First, the first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (8) selects the selected first word line (3Ws) and the selected second word line (3Rs) from the plurality of word line pairs (3W, 3R), and turns on the transistor (6). To do. Then, a predetermined current is selected for the selected cell (20js) selected from the plurality of memory cells (20j) by the selected first bit line (4s) and the selected first word line (3Ws). This is performed based on the potential of the selected cell (20js) when flowing through a path including the bit line (4s), the magnetoresistive element (7) of the selected cell (20js), and the selected second word line (3Rs).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41e)と、複数のメモリセルアレイ(41e)のうちから選択セルアレイ(41es)を選択するアレイセレクタ(17a)とを具備する。
複数のメモリセルアレイ(31e)の各々は、複数のビット線対(4,5)と、複数のワード線線対(3W,3R)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20j)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸し、第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組みである。複数のワード線対(3W,3R)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する第1ワード線(3W)と第2ワード線(3R)との組である。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線対(3W,3R)から選択第1ワード線(3Ws)及び選択第2ワード線(3Rs)の少なくとも一方を選択する。複数のメモリセル(20j)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線対(3W,3R)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20j)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、ダイオード(31)とを備える。トランジスタ(6)は、第1ワード線(3W)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたその第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、第2ビット線(5)に接続された他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、第2ビット線(5)に接続された一方の端子としての第4端子と、他方の端子としての第3端子と含む。ダイオード(31)は、その第3端子と接続された第1極性の第5端子と、第2ワード線(3R)に接続されたその第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。
第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)は、アレイセレクタ(17a)に接続されている。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of memory cell arrays (41e) and an array selector (17a) for selecting a selected cell array (41es) from the plurality of memory cell arrays (41e).
Each of the plurality of memory cell arrays (31e) includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a plurality of word line line pairs (3W, 3R), a first selector (11), and a second selector (14). And a third selector (8) and a plurality of memory cells (20j). The plurality of bit line pairs (4, 5) extend in the first direction (Y) and are a set of the first bit line (4) and the second bit line (5). The plurality of word line pairs (3W, 3R) are formed by a first word line (3W) and a second word line (3R) extending in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). It is a pair. The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects at least one of the selected first word line (3Ws) and the selected second word line (3Rs) from the plurality of word line pairs (3W, 3R). The plurality of memory cells (20j) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word line pairs (3W, 3R) intersect.
Each of the memory cells (20j) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), and a diode (31). The transistor (6) includes a gate connected to the first word line (3W), a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line (4), and a second bit And a second terminal as the other terminal connected to the line (5). The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the fourth terminal as one terminal connected to the second bit line (5), and the other terminal It includes a third terminal as a terminal. The diode (31) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the third terminal, and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second word line (3R). .
The first selector (11) and the second selector (14) are connected to the array selector (17a).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線(3)と、プリチャージワード線(3p)と、プリチャージ線(45)と、複数のプリチャージ電圧線(48)と、プリチャージ部(49)と、複数のメモリセル(2)と、第1セレクタ(11’)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)とを具備する。
ここで、複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。プリチャージワード線(3p)は、第2方向(X)に延伸する。プリチャージ線(45)は、第2方向(X)に延伸し、プリチャージ電圧(Vpr)を供給する。複数のプリチャージ電圧線(48)は、第2方向(X)に延伸し、複数のワード線(3)に対応して設けられ、プリチャージ電圧(Vpr)を供給する。プリチャージ部(49)は、プリチャージワード線(3p)とプリチャージ線(45)と第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とに接続され、プリチャージワード線(3p)からの信号に基づいて、第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とをプリチャージ電圧(Vpr)にプリチャージする。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1セレクタ(11’)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。
複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。
ただし、第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子をプリチャージ電圧線(48)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
そして、プリチャージ電圧(Vpr)は、書き込み動作時にメモリセル(2)に電流が流されるとき、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)と磁気抵抗素子(7)とが接続された節点に生じる電圧と同じになるように設定される。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention comprises a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word lines (3), a precharge word line (3p), a precharge line (45), a plurality of Precharge voltage line (48), precharge unit (49), a plurality of memory cells (2), a first selector (11 ′), a second selector (14), and a third selector (8). It comprises.
Here, the plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The precharge word line (3p) extends in the second direction (X). The precharge line (45) extends in the second direction (X) and supplies a precharge voltage (Vpr). The plurality of precharge voltage lines (48) extend in the second direction (X), are provided corresponding to the plurality of word lines (3), and supply a precharge voltage (Vpr). The precharge unit (49) is connected to the precharge word line (3p), the precharge line (45), the first bit line (4), and the second bit line (5), and the precharge word line (3p). The first bit line (4) and the second bit line (5) are precharged to a precharge voltage (Vpr) based on the signal from The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first selector (11 ′) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3).
Each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7).
However, the first transistor (6) has one terminal other than the first gate (6b) connected to the word line (3) and the first gate (6b) connected to the first bit line (4). The first terminal (6a) and the second terminal (6c) as the other terminal. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data. The third terminal as one terminal is connected to the precharge voltage line (48) and the other terminal as the other terminal. The fourth terminal is connected to the second terminal (6c).
The precharge voltage (Vpr) is connected to the first transistor (6), the second transistor (16), and the magnetoresistive element (7) when a current is passed through the memory cell (2) during the write operation. It is set to be the same as the voltage generated at the node.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、第1ビット線(4)及び第2ビット線(5)は、非選択時に、プリチャージ電圧(Vpr)にプリチャージされる。   In the magnetic random access memory, the first bit line (4) and the second bit line (5) are precharged to the precharge voltage (Vpr) when not selected.

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択して、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(GND)に固定する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(16s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、第1セレクタ(11’)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2)と選択第2ビット線(5s)と第2セレクタ(14)とを通る経路に流す。   Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, a pair of a selected first bit line (4s) and a selected second bit line (5s) are selected from a plurality of bit line pairs (4 and 5), and the selected second bit line (5s) is set to a predetermined value. It is fixed to voltage (GND). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (16s), and the selected word line (3s). The predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on the first selector (11 ′), the selected first bit line (4s), the selected cell (2), and the selected second bit line (5s) It flows on the route passing through the second selector (14).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。次に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、第1セレクタ(11’)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows. First, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4). Next, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). Data is read based on the potential of the selected cell (2s) when flowing through a path including the selector (11 ′), the selected first bit line (4s), and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s). Do.

さらに、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線(3)と、複数のメモリセル(2)と、第1読み出しセレクタ(11’a)と、第1書き込みセレクタ(11’b)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)とを具備する。
ここで、複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1読み出しセレクタ(11’a)は、読み出し動作時に複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第1書き込みセレクタ(11’b)は、書き込み動作時に複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4a)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。
ただし、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word lines (3), a plurality of memory cells (2), and a first read selector (11′a). A first write selector (11′b), a second selector (14), and a third selector (8).
Here, the plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first read selector (11′a) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4) during the read operation. The first write selector (11′b) selects the selected first bit line (4a) from the plurality of first bit lines (4) during the write operation. The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3).
However, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).

ここで、上記に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択して、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(GND)に固定する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、第1書き込みセレクタ(11’a)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)と第2セレクタ(14)とを通る経路に流す。   Here, in the magnetic random access memory described above, data is written to the memory cell (2) as follows. First, a pair of a selected first bit line (4s) and a selected second bit line (5s) are selected from a plurality of bit line pairs (4 and 5), and the selected second bit line (5s) is set to a predetermined value. It is fixed to voltage (GND). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3). A predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on the first write selector (11′a), the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s). ) And the second selector (14).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、第1読み出しセレクタ(11’b)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows. First, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). The data flows based on the potential of the selected cell (2s) at that time through a path including the read selector (11′b), the selected first bit line (4s), and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s). Is read out.

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線(3)と、複数のメモリセル(2)と、第1セレクタ(11’’)と、第2セレクタ(14’’)と、第3セレクタ(8)とを具備する。
ここで、複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1セレクタ(11’’)は、アレイセレクタ(44)と接続され、書き込み動作時に複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)又は複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5)のいずれか一方を選択し、読み出し動作時に選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5)を選択する。第2セレクタ(14’’)は、アレイセレクタ(44)と接続され、書き込み動作時に第1セレクタ(11’’)で選択された選択第1ビット線(4s)又は選択第2ビット線(5s)と対を成す選択第2ビット線(5s)又は選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。
ただし、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word lines (3), a plurality of memory cells (2), and a first selector (11 ''). , A second selector (14 ″) and a third selector (8).
Here, the plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first selector (11 ″) is connected to the array selector (44), and selects a first bit line (4s) or a plurality of second bit lines (5) from the plurality of first bit lines (4) during a write operation. Then, one of the selected second bit lines (5) is selected, and the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5) are selected during the read operation. The second selector (14 ″) is connected to the array selector (44), and the selected first bit line (4s) or the selected second bit line (5s) selected by the first selector (11 ″) during the write operation. The selected second bit line (5s) or the selected first bit line (4s) which is paired with the first bit line is selected. The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3).
However, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4)及び選択第2ビット線(5)を選択する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、第1セレクタ(11’’)と選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)と第2セレクタ(14’’)とを通る経路、又は、第1セレクタ(11’’)と選択第2ビット線(5s)と選択セル(2s)と選択第1ビット線(4s)と第2セレクタ(14’’)とを通る経路に流す。   Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, a pair of a selected first bit line (4) and a selected second bit line (5) are selected from a plurality of bit line pairs (4 and 5). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, data is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s). A predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on the first selector (11 ″), the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s) Or the second selector (14 ″), or the first selector (11 ″), the selected second bit line (5s), the selected cell (2s), the selected first bit line (4s), and the first selector. It flows on the route passing through 2 selectors (14 ″).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。同時に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択し、第1トランジスタ(6)及び第2トランジスタ(16)を共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、第1セレクタ(11’’)と選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   Here, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2) as follows. First, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4). At the same time, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). It flows through a path including the selector (11 ″), the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s). Data is read based on the potential of 2s).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線(3)と、複数のメモリセル(2)と、第1セレクタ(71)と、第2セレクタ(72)と、第3セレクタ(8)と、センスアンプ(81)とを具備する。
複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。第1セレクタ(71)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(72)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数の第1ワード線(3)から選択第1ワード線(3s)を選択する。複数のセンスアンプ(81)は、第1セレクタ(71)から延びる複数の第1ビット線(4)の各々に接続された複数の延長第1ビット線(90内の4)と、複数の第1ビット線(4)の各々に対応する第2セレクタ(72)から延びる複数の第2ビット線(5)の各々に接続された複数の延長第2ビット線(90内の5)とに接続され、延長第1ビット線(90内の4)と延長第2ビット線(90内の5)との電位差を増幅する。
ただし、複数のメモリセル(2)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを含む。第1トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続された第1ゲート(6b)と、第1ビット線(4)に接続された第1ゲート(6b)以外の一方の端子としての第1端子(6a)と、他方の端子としての第2端子(6c)とを含む。第2トランジスタ(16)は、ワード線(3)に接続された第2ゲート(16b)と、第2ビット線(5)に接続された第2ゲート(16b)以外の一方の端子としての第5端子(16a)と、第2端子(6c)に接続された他方の端子としての第6端子(16c)とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地(24)に、他方の端子としての第4端子を第2端子(6c)に接続されている。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word lines (3), a plurality of memory cells (2), a first selector (71), a first selector, 2 selector (72), 3rd selector (8), and sense amplifier (81) are comprised.
The plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word lines (3) extend in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word lines (3) intersect. The first selector (71) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (72) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected first word line (3s) from the plurality of first word lines (3). The plurality of sense amplifiers (81) include a plurality of extended first bit lines (4 in 90) connected to each of the plurality of first bit lines (4) extending from the first selector (71), and a plurality of first amplifiers. Connected to a plurality of extended second bit lines (5 in 90) connected to each of a plurality of second bit lines (5) extending from a second selector (72) corresponding to each of the 1 bit lines (4). The potential difference between the extended first bit line (4 in 90) and the extended second bit line (5 in 90) is amplified.
However, each of the plurality of memory cells (2) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7). The first transistor (6) has a first gate (6b) connected to the word line (3) and a first terminal as one terminal other than the first gate (6b) connected to the first bit line (4). One terminal (6a) and a second terminal (6c) as the other terminal are included. The second transistor (16) has a second gate (16b) connected to the word line (3) and a second terminal as one terminal other than the second gate (16b) connected to the second bit line (5). 5 terminal (16a) and the 6th terminal (16c) as the other terminal connected to the 2nd terminal (6c) are included. The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, the third terminal as one terminal is grounded (24), and the fourth terminal as the other terminal Is connected to the second terminal (6c).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込み(一括書き込み)は、以下のようにして行う。まず、複数の延長第1ビット線(90内の4)と複数の延長第2ビット線(90内の5)とのうちから、順番に、一対の延長選択第1ビット線(90内の4s)及び延長選択第2ビット線(90内の5s)を選択して、延長選択第1ビット線(90内の4s)と延長選択第2ビット線(90内の5s)とにデータに基づく信号を入力する。次に、センスアンプ(81)が、信号を増幅して、延長選択第1ビット線(90内の4s)と延長選択第2ビット線(90内の5s)とに出力する。続いて、第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。次に、第1セレクタ(71)及び第2セレクタ(72)が、複数のビット線対(4及び5)を選択する。そして、複数のビット線対(4及び5)の各々と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される同一の選択ワード線(3s)に接続する複数の選択セル(2s)に対して、増幅された信号に基づいた電流(Iw(0),Iw(1))を、複数の選択セル(2s)に流す。   In the above magnetic random access memory, data writing (batch writing) to the memory cell (2) is performed as follows. First, a pair of extension selected first bit lines (4s in 90) are sequentially selected from the plurality of extension first bit lines (4 in 90) and the plurality of extension second bit lines (5 in 90). ) And the extension selection second bit line (5s in 90), and signals based on the data in the extension selection first bit line (4s in 90) and the extension selection second bit line (5s in 90) Enter. Next, the sense amplifier (81) amplifies the signal and outputs it to the extension selection first bit line (4s in 90) and the extension selection second bit line (5s in 90). Subsequently, the third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on both the first transistor (6) and the second transistor (16). To do. Next, the first selector (71) and the second selector (72) select a plurality of bit line pairs (4 and 5). A plurality of selected cells connected to the same selected word line (3s) selected from the plurality of memory cells (2) by each of the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the selected word line (3s). In contrast to (2s), a current (Iw (0), Iw (1)) based on the amplified signal is supplied to the plurality of selected cells (2s).

なお、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込み(一つのデータ)は、以下のようにして行う。まず、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。同時に、複数のビット線対(4及び5)を選択する。次に、複数の延長第1ビット線(90内の4)と複数の延長第2ビット線(90内の5)とのうちから一対の延長選択第1ビット線(90内の4s)及び延長選択第2ビット線(90内の5s)を選択して、延長選択第1ビット線(90内の4)sと延長選択第2ビット線(90内の5s)とにデータに基づく信号を入力する。続いて、延長選択第1ビット線(90内の4s)と延長選択第2ビット線(90内の5s)とに対応する第1ビット線(4)及び第2ビット線(5)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、信号に基づいた電流(Iw(0),Iw(1))を、選択セル(2s)に流すことにより行う。   In the magnetic random access memory, data writing (one data) to the memory cell (2) is performed as follows. First, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and both the first transistor (6) and the second transistor (16) are turned on. At the same time, a plurality of bit line pairs (4 and 5) are selected. Next, a pair of extension selected first bit lines (4s in 90) and extensions out of the plurality of extension first bit lines (4 in 90) and the plurality of extension second bit lines (5 in 90). Select the selected second bit line (5s in 90) and input a signal based on the data to the extension selected first bit line (4 in 90) and the extension selected second bit line (5s in 90) To do. Subsequently, the first bit line (4) and the second bit line (5) corresponding to the extension selection first bit line (4s in 90) and the extension selection second bit line (5s in 90) are selected. A current (Iw (0), Iw (1)) based on the signal is applied to the selected cell (2s) for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the word line (3s). This is done by flowing it through.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)からのデータの読み出し(一括読み出し)は、以下のようにして行う。まず、第1セレクタ(71)が、複数の第1ビット線(4)を選択する。同時に、第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択し、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、複数の第1ビット線(4)の各々と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される同一の選択ワード線(3s)に接続する複数の選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、複数の第1ビット線(4)の各々と、対応する複数の選択セル(2s)の各々の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(2s)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory, data reading (batch reading) from the memory cell (2) is performed as follows. First, the first selector (71) selects a plurality of first bit lines (4). At the same time, the third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the first transistor (6). A plurality of selected cells (3s) connected to the same selected word line (3s) selected from the plurality of memory cells (2) by each of the plurality of first bit lines (4) and the selected word line (3s). 2s), a predetermined current (Is) is passed through a path including each of the plurality of first bit lines (4) and each of the magnetoresistive elements (7) of the corresponding plurality of selected cells (2s). This is performed based on the potential of the selected cell (2s) when it is flowed.

なお、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)からのデータの読み出し(一つのデータ)は、以下のようにして行う。まず、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。次に、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択し、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流し、そのときの選択セル(2s)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   In the magnetic random access memory, data reading (one data) from the memory cell (2) is performed as follows. First, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4). Next, the selected word line (3s) is selected from the plurality of word lines (3), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). The current flows through a path including the 1 bit line (4s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2s), and data is read based on the potential of the selected cell (2s) at that time.

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4及び5)と、複数のワード線対(3c及び3d)と、複数のメモリセル(2e)とを具備する。
複数のビット線対(4及び5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)とを含む。複数のワード線対(3c及び3d)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する第1ワード線(3c)と第2ワード線(3d)とを含む。複数のメモリセル(2e)は、複数のビット線対(4及び5)と複数のワード線対(3c及び3d)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(2e)の各々は、第1トランジスタ(6)と、第2トランジスタ(16)と、磁気抵抗素子(7)とを備える。
ただし、第1トランジスタ(6)は、ゲート電極(6b)を第1ワード線(3c)に、残りの一方の端子(6a)を第1ビット線(4)に、他方の端子(6c)を磁気抵抗素子(7)に接続されている。第2トランジスタ(16)は、ゲート電極(16c)を第2ワード線(3d)に、残りの一方の端子(16c)を第1トランジスタ(6)の他方の端子(6c)に、他方の端子(16a)を第2ビット線(5)に接続されている。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子を接地(24)に、他方の端子を第1トランジスタ(6)の他方の端子(6c)に接続されている。
そして、第1ビット線(4)と対を成す第2ビット線(5)は、第2ビット線(5)の両隣となる2本の第1ビット線(4)に共用される。
Further, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4 and 5), a plurality of word line pairs (3c and 3d), and a plurality of memory cells (2e).
The plurality of bit line pairs (4 and 5) include a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of word line pairs (3c and 3d) include a first word line (3c) and a second word line (3d) extending in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). Including. The plurality of memory cells (2e) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4 and 5) and the plurality of word line pairs (3c and 3d) intersect.
Each of the plurality of memory cells (2e) includes a first transistor (6), a second transistor (16), and a magnetoresistive element (7).
However, the first transistor (6) has the gate electrode (6b) as the first word line (3c), the remaining one terminal (6a) as the first bit line (4), and the other terminal (6c). The magnetoresistive element (7) is connected. The second transistor (16) has the gate electrode (16c) as the second word line (3d), the remaining one terminal (16c) as the other terminal (6c) of the first transistor (6), and the other terminal. (16a) is connected to the second bit line (5). The magnetoresistive element (7) has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, one terminal being grounded (24) and the other terminal being the other of the first transistor (6). It is connected to the terminal (6c).
The second bit line (5) paired with the first bit line (4) is shared by the two first bit lines (4) adjacent to the second bit line (5).

ここで、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2e)へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。まず、複数のビット線対(4及び5)のうちから一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択して、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。同時に、複数のワード線対(3c及び3d)のうちから一対の選択第1ワード線(3cs)及び選択第2ワード線(3ds)を選択して、第1トランジスタ(6)と第2トランジスタ(16)とを共にオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3cs)及び選択第2ワード線(3ds)とにより複数のメモリセル(2e)から選択される選択セル(2es)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(0)、Iw(1))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2es)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流す。   Here, in the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2e) as follows. First, a pair of a selected first bit line (4s) and a selected second bit line (5s) are selected from a plurality of bit line pairs (4 and 5), and the selected second bit line (5s) is set to a predetermined value. Fix to voltage (Vterm). At the same time, a pair of a selected first word line (3cs) and a selected second word line (3ds) are selected from a plurality of word line pairs (3c and 3d), and a first transistor (6) and a second transistor ( 16) and both are turned on. The selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3cs) and the selected second word line (3ds) are selected from the plurality of memory cells (2e). A predetermined current (Iw (0), Iw (1)) based on data is applied to the selected first bit line (4s), the selected cell (2es), and the selected second bit line ( 5s).

一方、上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2e)からのデータの読出しは、以下のようにして行う。まず、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。同時に、複数の第1ワード線(3c)のうちから選択第1ワード線(3cs)を選択して、第1トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択第1ワード線(3cs)とにより複数のメモリセル(2e)から選択される選択セル(2es)に対して、所定の電流(Is)を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2es)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(2es)の電位に基づいてデータの読み出しを行う。   On the other hand, in the above magnetic random access memory, data is read from the memory cell (2e) as follows. First, the selected first bit line (4s) is selected from the plurality of first bit lines (4). At the same time, the selected first word line (3cs) is selected from the plurality of first word lines (3c), and the first transistor (6) is turned on. Then, a predetermined current (Is) is applied to the selected cell (2es) selected from the plurality of memory cells (2e) by the selected first bit line (4s) and the selected first word line (3cs). Data is read based on the potential of the selected cell (2es) when flowing through the path including the selected first bit line (4s) and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (2es).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4,5)と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20f)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(20f)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20f)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたそのゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源(24a)に接続された他方の端子としての第4端子と含む。第2ダイオード(32)は、その第2端子に接続された第1極性の第5端子と、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性の第7端子と、その第2端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a word line (3), a first selector (11), a second selector (14), and a third selector ( 8) and a plurality of memory cells (20f). The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (20f) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (20f) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal other than the gate connected to the first bit line (4), and a second terminal as the other terminal. Terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and supplies a predetermined voltage to the third terminal as one terminal connected to the second terminal. And a fourth terminal as the other terminal connected to the voltage source (24a). The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal, and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line (5). including. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second bit line (5) and an eighth terminal of the second polarity connected to the second terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20f)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4,5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(20f)から選択される選択セル(20fs)に対して、データに基づく電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20fs)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (20f) as follows. First, the first selector (11) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4, 5). . The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). For the selected cell (20fs) selected from the plurality of memory cells (20f) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3s). The current based on the data is caused to flow through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (20fs), and the selected second bit line (5s).

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20f)からのそのデータの読み出しは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(20f)から選択される選択セル(20fs)に対して、所定の電流を、選択第1ビット線(4sと選択セル(20fs)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(20fs)の電位に基づいて行う。   In the magnetic random access memory, the data is read from the memory cell (20f) as follows. First, the first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). A predetermined current is applied to the selected first bit line for the selected cell (20fs) selected from the plurality of memory cells (20f) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). (Based on the potential of the selected cell (20fs) when flowing through a path including 4s and the magnetoresistive element (7) of the selected cell (20fs)).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4,5)及び複数の第3ビット線(35)と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11−1)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(11−2)と、第4セレクタ(8)と、複数のメモリセル(2)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。複数の第3ビット線(35)は、第1方向(Y)に延伸する。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11−1)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(11−2)は、複数の第3ビット線(35)から選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(2)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(2)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたそのゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、第3ビット線(35)に接続された他方の端子としての第3端子と含む。第2ダイオード(32)は、その第2端子に接続された第1極性の第5端子と、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性の第7端子と、その第2端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4, 5) and a plurality of third bit lines (35), a word line (3), a first selector (11-1), A second selector (14), a third selector (11-2), a fourth selector (8), and a plurality of memory cells (2) are provided. The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of third bit lines (35) extend in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (2) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (2) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal other than the gate connected to the first bit line (4), and a second terminal as the other terminal. Terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a fourth terminal as one terminal connected to the second terminal, and a third bit line ( 35) and the third terminal as the other terminal connected. The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal, and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line (5). including. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second bit line (5) and an eighth terminal of the second polarity connected to the second terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11−1)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4,5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択第1ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(20f)から選択される選択セル(2s)に対して、データに基づく所定の電流(Iw(1)、Iw(0))を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。このとき、第3ビット線(35)は、第4端子の電位が第3端子の電位と概ね同電位になるような電位に設定される。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, the first selector (11-1) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4, 5). select. At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). A selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (20f) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected first word line (3s). A predetermined current (Iw (1), Iw (0)) based on the data is passed through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s). To do. At this time, the third bit line (35) is set to a potential such that the potential of the fourth terminal is substantially the same as the potential of the third terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)からのそのデータの読み出しは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11−1)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(11−2)が、複数の第3ビット線(35)のうちから選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第3ビット線(35s)と選択セル(2s)の磁気抵抗素子(7)と選択第1ビット線(4s)とを含む経路に流したときの選択セル(2s)の電位に基づいて行う。   In the above magnetic random access memory, reading of the data from the memory cell (2) is performed as follows. First, the first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). Then, a predetermined current (Is) is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). This is performed based on the potential of the selected cell (2s) when flowing through a path including the magnetoresistive element (7) of the 3-bit line (35s), the selected cell (2s), and the selected first bit line (4s).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41f)と、複数のメモリセルアレイ(41f)のうちから選択セルアレイ(41fs)を選択するアレイセレクタ(17a)とを具備する。
複数のメモリセルアレイ(41f)の各々は、複数のビット線対(4,5)と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20f)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(20f)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20f)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたその第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源(24a)に接続された他方の端子としての第4端子と含む。第2ダイオード(32)は、その第2端子に接続された第1極性の第5端子と、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、第2ビット線(5)に接続されたその第1極性の第7端子と、その第2端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)は、アレイセレクタ(17a)に接続されている。
The magnetic random access memory according to the present invention further includes a plurality of memory cell arrays (41f) and an array selector (17a) for selecting a selected cell array (41fs) from the plurality of memory cell arrays (41f).
Each of the plurality of memory cell arrays (41f) includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a word line (3), a first selector (11), a second selector (14), and a third selector ( 8) and a plurality of memory cells (20f). The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (20f) are provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (20f) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line (4), and a terminal as the other terminal. A second terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and supplies a predetermined voltage to the third terminal as one terminal connected to the second terminal. And a fourth terminal as the other terminal connected to the voltage source (24a). The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal, and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line (5). including. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second bit line (5) and an eighth terminal of the second polarity connected to the second terminal.
The first selector (11) and the second selector (14) are connected to the array selector (17a).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4,5)と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20g)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(20g)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20g)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたその第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源(24a)に接続された他方の端子としての第4端子と含む。第2ダイオード(32)は、第2ビット線(5)に接続された第1極性の第5端子と、その第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、その第2端子に接続されたその第1極性の第7端子と、その第6端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a word line (3), a first selector (11), a second selector (14), and a third selector ( 8) and a plurality of memory cells (20g). The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (20g) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (20g) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line (4), and a terminal as the other terminal. A second terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and supplies a predetermined voltage to the third terminal as one terminal connected to the second terminal. And a fourth terminal as the other terminal connected to the voltage source (24a). The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line (5) and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal of the second polarity connected to the sixth terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20g)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4,5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(20g)から選択される選択セル(20gs)に対して、そのデータに基づく電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20gs)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。このとき、そのデータに基づいて第2ダイオード(32)又は第3ダイオード(33)のいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧以上である。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (20g) as follows. First, the first selector (11) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4, 5). . The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). Then, for the selected cell (20gs) selected from the plurality of memory cells (20g) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s), A current based on data is caused to flow through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (20gs), and the selected second bit line (5s). At this time, the reverse voltage applied to either the second diode (32) or the third diode (33) based on the data is equal to or higher than the breakdown voltage.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(20g)からのそのデータの読み出しは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(20g)から選択される選択セル(20gs)に対して、所定の電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(20gs)の磁気抵抗素子(7)とを含む経路に流したときの選択セル(20gs)の電位に基づいて行う。   In the above magnetic random access memory, reading of the data from the memory cell (20g) is performed as follows. First, the first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). Then, a predetermined current is applied to a selected cell (20gs) selected from a plurality of memory cells (20g) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). (4 s) and the selected cell (20 gs) based on the potential of the selected cell (20 gs) when flowing through a path including the magnetoresistive element (7).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のビット線対(4,5)、及び複数の第3ビット線と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11−1)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(11−2)と、第4セレクタ(8)と、複数のメモリセル(2)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。複数の第3ビット線(35)は、第1方向(Y)に延伸する。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11−1)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第2セレクタ(11−2)は、複数の第3ビット線(35)から選択第1ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(20は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(2)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたそのゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、第3ビット線(35)に接続された他方の端子としての第3端子と含む。第2ダイオード(32)は、第2ビット線(5)に接続された第1極性の第5端子と、その第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、その第2端子に接続されたその第1極性の第7端子と、その第6端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
Furthermore, the magnetic random access memory of the present invention includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a plurality of third bit lines, a word line (3), a first selector (11-1), a second A selector (14), a third selector (11-2), a fourth selector (8), and a plurality of memory cells (2) are provided. The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The plurality of third bit lines (35) extend in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The second selector (11-2) selects the selected first bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). A plurality of memory cells (20 are provided corresponding to positions where a plurality of bit line pairs (4, 5) and a plurality of word lines (3) cross each other.
Each of the plurality of memory cells (2) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal other than the gate connected to the first bit line (4), and a second terminal as the other terminal. Terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a fourth terminal as one terminal connected to the second terminal, and a third bit line ( 35) and the third terminal as the other terminal connected. The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line (5) and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal of the second polarity connected to the sixth terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)へのデータの書き込みは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11−1)及び第2セレクタ(14)が、複数のビット線対(4,5)から一対の選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)を選択する。このとき、第2セレクタ(14)が、選択第2ビット線(5s)を所定の電圧(Vterm)に固定する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)及び選択第2ビット線(5s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、そのデータに基づく電流を、選択第1ビット線(4s)と選択セル(2s)と選択第2ビット線(5s)とを含む経路に流すことにより行う。このとき、そのデータに基づいて第2ダイオード(32)又は第3ダイオード(33)のいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧以上である。第3ビット線(35)は、第4端子の電位が第3端子の電位と概ね同電位になるような電位に設定される。   In the magnetic random access memory, data is written to the memory cell (2) as follows. First, the first selector (11-1) and the second selector (14) select a pair of the selected first bit line (4s) and the selected second bit line (5s) from the plurality of bit line pairs (4, 5). select. At this time, the second selector (14) fixes the selected second bit line (5s) to a predetermined voltage (Vterm). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). Then, for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s), the selected second bit line (5s), and the selected word line (3s), The current based on the data is performed by passing the current through a path including the selected first bit line (4s), the selected cell (2s), and the selected second bit line (5s). At this time, the reverse voltage applied to either the second diode (32) or the third diode (33) based on the data is equal to or higher than the breakdown voltage. The third bit line (35) is set to a potential such that the potential of the fourth terminal is substantially the same as the potential of the third terminal.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセル(2)からのそのデータの読み出しは、以下のように行う。まず、第1セレクタ(11−1)が、複数の第1ビット線(4)のうちから選択第1ビット線(4s)を選択する。第3セレクタ(11−2)が、複数の第3ビット線(35)のうちから選択第3ビット線(35s)を選択する。第4セレクタ(8)が、複数のワード線(3)のうちから選択ワード線(3s)を選択して、トランジスタ(6)をオンとする。そして、選択第1ビット線(4s)と、選択ワード線(3s)とにより複数のメモリセル(2)から選択される選択セル(2s)に対して、所定の電流(Is)を、選択第3ビット線(35s)と選択セル(20gs)の磁気抵抗素子(7)と選択第1ビット線(4s)とを含む経路に流したときの選択セル(20gs)の電位に基づいて行う。   In the above magnetic random access memory, reading of the data from the memory cell (2) is performed as follows. First, the first selector (11-1) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The third selector (11-2) selects the selected third bit line (35s) from the plurality of third bit lines (35). The fourth selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3), and turns on the transistor (6). Then, a predetermined current (Is) is selected for the selected cell (2s) selected from the plurality of memory cells (2) by the selected first bit line (4s) and the selected word line (3s). This is performed based on the potential of the selected cell (20gs) when flowing through a path including the magnetoresistive element (7) of the 3-bit line (35s), the selected cell (20gs), and the selected first bit line (4s).

更に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセルアレイ(41g)と、複数のメモリセルアレイ(41g)のうちから選択セルアレイ(41gs)を選択するアレイセレクタ(17a)とを具備する。
複数のメモリセルアレイ(41g)の各々は、複数のビット線対(4,5)と、ワード線(3)と、第1セレクタ(11)と、第2セレクタ(14)と、第3セレクタ(8)と、複数のメモリセル(20g)とを具備する。複数のビット線対(4,5)は、第1方向(Y)に延伸する第1ビット線(4)と第2ビット線(5)との組である。ワード線(3)は、第1方向(Y)に実質的に垂直な第2方向(X)に延伸する。第1セレクタ(11)は、複数の第1ビット線(4)から選択第1ビット線(4s)を選択する。第2セレクタ(14)は、複数の第2ビット線(5)から選択第2ビット線(5s)を選択する。第3セレクタ(8)は、複数のワード線(3)から選択ワード線(3s)を選択する。複数のメモリセル(20g)は、複数のビット線対(4,5)と複数のワード線(3)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
複数のメモリセル(20g)の各々は、トランジスタ(6)と、磁気抵抗素子(7)と、第2ダイオード(32)と、第3ダイオード(33)とを備える。トランジスタ(6)は、ワード線(3)に接続されたゲートと、第1ビット線(4)に接続されたその第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む。磁気抵抗素子(7)は、記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、その第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源(24a)に接続された他方の端子としての第4端子と含む。第2ダイオード(32)は、第2ビット線(5)に接続された第1極性の第5端子と、その第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む。第3ダイオード(33)は、その第2端子に接続されたその第1極性の第7端子と、その第6端子に接続されたその第2極性の第8端子とを含む。
第1セレクタ(11)及び第2セレクタ(14)は、アレイセレクタ(41g)に接続されている。そのデータに基づいて、書き込み動作時に、第2ダイオード(32)又は第3ダイオード(33)のいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧以上である。
The magnetic random access memory according to the present invention further includes a plurality of memory cell arrays (41g) and an array selector (17a) for selecting a selected cell array (41gs) from the plurality of memory cell arrays (41g).
Each of the plurality of memory cell arrays (41g) includes a plurality of bit line pairs (4, 5), a word line (3), a first selector (11), a second selector (14), and a third selector ( 8) and a plurality of memory cells (20g). The plurality of bit line pairs (4, 5) are a set of a first bit line (4) and a second bit line (5) extending in the first direction (Y). The word line (3) extends in a second direction (X) substantially perpendicular to the first direction (Y). The first selector (11) selects the selected first bit line (4s) from the plurality of first bit lines (4). The second selector (14) selects the selected second bit line (5s) from the plurality of second bit lines (5). The third selector (8) selects the selected word line (3s) from the plurality of word lines (3). The plurality of memory cells (20g) are provided corresponding to the positions where the plurality of bit line pairs (4, 5) and the plurality of word lines (3) intersect.
Each of the plurality of memory cells (20g) includes a transistor (6), a magnetoresistive element (7), a second diode (32), and a third diode (33). The transistor (6) includes a gate connected to the word line (3), a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line (4), and a terminal as the other terminal. A second terminal. The magnetoresistive element (7) has a spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and supplies a predetermined voltage to the third terminal as one terminal connected to the second terminal. And a fourth terminal as the other terminal connected to the voltage source (24a). The second diode (32) includes a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line (5) and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity. The third diode (33) includes a seventh terminal of the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal of the second polarity connected to the sixth terminal.
The first selector (11) and the second selector (14) are connected to the array selector (41g). Based on the data, the reverse voltage applied to either the second diode (32) or the third diode (33) during the write operation is equal to or higher than the breakdown voltage.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、磁気抵抗素(7)にそのデータを書き込むための書き込み電流(Iw)が流れる経路上のトランジスタの閾値電圧(Vtw)は、電源電圧(Vdd)の1/2以下の電圧がそのトランジスタのソースとドレインとの間に印加される前提で設計される
磁気ランダムアクセスメモリ。
In the magnetic random access memory, the threshold voltage (Vtw) of the transistor on the path through which the write current (Iw) for writing the data to the magnetoresistive element (7) flows is ½ or less of the power supply voltage (Vdd). This is a magnetic random access memory designed on the premise that a voltage of 1 is applied between the source and drain of the transistor.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、トランジスタのゲート長(Lw)は、標準のトランジスタに比較して小さく設計される。ここで、その標準のトランジスタは、その電源電圧(Vdd)の1/2よりも大きい電圧がソースとドレインとの間に印加される前提で設計される。   In the above magnetic random access memory, the gate length (Lw) of the transistor is designed to be smaller than that of a standard transistor. Here, the standard transistor is designed on the assumption that a voltage larger than ½ of the power supply voltage (Vdd) is applied between the source and the drain.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、磁気抵抗素子(7)にそのデータを書き込むための書き込み電流(Iw)が流れる層(29)を挟んで、磁気抵抗素子(7)と反対側に設けられた磁気構造体(7−1)を更に具備する。そして、磁性構造体(7−1)は、書き込み電流(Iw)により磁気抵抗素子(7)付近に発生する磁場(H)に、書き込み電流(Iw)による自身の磁化で発生する磁場(H)を重畳する。 In the magnetic random access memory described above, the magnetism provided on the opposite side of the magnetoresistive element (7) across the layer (29) through which the write current (Iw) for writing data to the magnetoresistive element (7) flows. A structure (7-1) is further provided. The magnetic structure (7-1) has a magnetic field (H I ) generated in the vicinity of the magnetoresistive element (7) by the write current (Iw) and a magnetic field (H I ) generated by its own magnetization by the write current (Iw). J ) is superimposed.

上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、磁気抵抗素子(7)の形状は、記磁気抵抗素子(7)の磁化容易軸に対して、非対称である。   In the magnetic random access memory, the shape of the magnetoresistive element (7) is asymmetric with respect to the easy axis of magnetization of the magnetoresistive element (7).

本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、第1(及び第2)トランジスタを有し、磁気抵抗素子の片方の端子が接続される節点に電流が流れるのは選択セルのみとなる。そのため、書き込み電流が非選択セルに対して印加する磁場は非常に小さく、選択性の高いメモリセルを得ることができている。また、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、読み出しおよび書き込みのどちらの状態でも、行の選択はワード線の活性化によってのみ行われるので、Xセレクタの構成が簡単に出来て、Xセレクタ面積の小さい、ひいてはチップサイズの小さいMRAMを得ることができている。   The magnetic random access memory according to the present invention has first (and second) transistors, and only the selected cell has a current flowing through a node to which one terminal of the magnetoresistive element is connected. Therefore, the magnetic field applied to the non-selected cell by the write current is very small, and a highly selective memory cell can be obtained. In the magnetic random access memory according to the present invention, the row selection is performed only by activation of the word line in both the read state and the write state. Therefore, the configuration of the X selector can be simplified and the area of the X selector is small. As a result, an MRAM with a small chip size can be obtained.

以下、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態について説明する。
(First embodiment)
A magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to a first embodiment of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態の構成について説明する。図1は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第1の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including a magnetic memory cell of the present invention. The MRAM of this embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side current source circuit 12, A side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2が行列に配列されている。ここで、メモリセル2は、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2rと記す。
第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)をワード線3に、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2MOSトランジスタ16のドレイン(第6端子)に接続している。
第2MOSトランジスタ16は、ゲート(第2ゲート)をワード線3に、ソース(第5端子)を第2ビット線5に、ドレイン(第6端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1MOSトランジスタ6のドレイン(第2端子)に接続している。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、磁気抵抗素子7−第1ビット線4に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16は、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を上記各トランジスタに、他端側(第3端子)を接地配線24に接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
In the memory cell array 1, memory cells 2 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2 includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 2 is referred to as a reference cell 2r.
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the word line 3, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. Side (fourth terminal) and the drain (sixth terminal) of the second MOS transistor 16.
The second MOS transistor 16 has a gate (second gate) as the word line 3, a source (fifth terminal) as the second bit line 5, and a drain (sixth terminal) as one end side (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7. And the drain (second terminal) of the first MOS transistor 6.
During the read operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and to pass a current from the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4. During the write operation, the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are used to connect the first bit line 4 and the second bit line 5 and to allow a current to flow in the vicinity of the magnetoresistive element 7.
The magnetoresistive element 7 has one end side (fourth terminal) connected to each of the transistors and the other end side (third terminal) connected to the ground wiring 24. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、Y側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル2は、上記の第1ビット線と第2ビット線との複数の組と複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4, is provided extending in the Y-axis direction, and is connected to the Y-side current termination circuit 14. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
Each of the memory cells 2 is provided corresponding to each of the positions where the plurality of sets of the first bit line and the second bit line intersect with the plurality of word lines.

Xセレクタ8は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
Yセレクタ11は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
ここで、選択ワード線3sと選択第1ビット線4sとで選択されるメモリセル2を、選択セル2sと記す。
The X selector 8 selects one word line 3 as the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in both the data read operation and the write operation.
The Y selector 11 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s in both the data read operation and the data write operation.
Here, the memory cell 2 selected by the selected word line 3s and the selected first bit line 4s is referred to as a selected cell 2s.

Y側電流源回路12は、データの書き込み動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流の供給又は引き込みを行う電流源である。電流の向きを定める電流セレクタ部12bと、定電流を供給する定電流源12aを備える。
Y側電流終端回路14は、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。
Y側電源回路19は、データの書き込み動作時に、Y側電流終端回路14へ所定の電圧を供給する。
ここで、Y側電流源回路12による所定の電流は、書き込むデータに応じて、選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5sの経路を、Yセレクタ11へ流れ込む方向又はYセレクタ11から流れ出す方向に流れる。
The Y-side current source circuit 12 is a current source that supplies or draws a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data write operation. A current selector unit 12b that determines the direction of current and a constant current source 12a that supplies a constant current are provided.
The Y-side current termination circuit 14 selects one second bit line 5 that forms a pair with the selected first bit line 4s as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 during the data write operation. .
The Y-side power supply circuit 19 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 14 during a data write operation.
Here, the predetermined current from the Y-side current source circuit 12 flows in the path of the selected first bit line 4 s -selected cell 2 s -selected second bit line 5 s into the Y selector 11 according to the data to be written, or Y It flows in the direction of flowing out from the selector 11.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同様に、データの読み出し動作時に、リファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2rにつながるリファレンス第1ビット線4rの電圧と、選択セル2sにつながる選択第1ビット線4sの電圧との差に基づいて、選択セル2sからデータを読み出し、そのデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data read operation. Similarly, a predetermined current is supplied to the reference first bit line 4r during a data read operation.
The sense amplifier 15 reads data from the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the reference first bit line 4r connected to the reference cell 2r and the voltage of the selected first bit line 4s connected to the selected cell 2s. Is output.

ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様の構成である。ただし、抵抗値が所定(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)の値に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。そのような設定としては、リファレンスセル2rに流す電流の値の設定や、リファレンスセル2rの磁気抵抗素子7の膜特性(膜厚、材料)等の変更により可能である。   Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is predetermined (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “0” due to the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the minute) and is referred to during the read operation of the other memory cell 2. Such setting can be made by setting the value of the current passed through the reference cell 2r or changing the film characteristics (film thickness, material) of the magnetoresistive element 7 of the reference cell 2r.

図2は、図1に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2を代表して示している。
メモリセル2の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16c(第6端子)に接続している。第2MOSトランジスタ16は、ゲート16b(第2ゲート端子)が、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−2を利用している。ソース16a(第5端子)は、コンタクト配線38を介して第2ビット線5に接続している。
2 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 1 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 2 in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 2, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3-1 branched from the word line 3 in the Y-axis direction. The drain 6c (second terminal) is connected to the drain 16c (sixth terminal) of the second MOS transistor 16 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37. The second MOS transistor 16 uses a word line 3-2 in which a gate 16b (second gate terminal) branches from the word line 3 in the Y-axis direction. The source 16 a (fifth terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 38.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)は接地配線24(図2において図示されず)に接続されている。他端側(第3端子)の接地配線24は、メモリセル2ごとに分離する必要が無いため、一体に形成される。それを示しているのが図3である。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 and the other end (third terminal) is connected to the ground wiring 24 (not shown in FIG. 2). The ground wiring 24 on the other end side (third terminal) does not need to be separated for each memory cell 2 and is formed integrally. This is shown in FIG.

図3は、接地配線を示す図である。接地(GND)配線24は、図2に示すメモリセルアレイ1の更に上方において、メモリセルアレイ全体を覆うように設けられている。ただし、図3においては、1つのメモリセル2を1つの磁気抵抗素子7で代表させて示している。   FIG. 3 is a diagram illustrating the ground wiring. The ground (GND) wiring 24 is provided above the memory cell array 1 shown in FIG. 2 so as to cover the entire memory cell array. However, in FIG. 3, one memory cell 2 is represented by one magnetoresistive element 7.

図4(a)は、メモリセル2の構造を示し、図2におけるAA’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル2の内側に設けられている。
第2MOSトランジスタ16は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第3拡散層としてのソース16aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線38を介して第2ビット線5と接続している。第4拡散層としてのドレイン16cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線37を介して引き出し配線層29の他端に接続している。第2ゲートとしてのゲート16bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−2を利用している。ただし、ドレイン16cは、ソース16aよりもメモリセル2の内側に設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、接地(GND)線24に接続されている。
FIG. 4A shows the structure of the memory cell 2 and shows a cross section taken along the line AA ′ in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6 b as the first gate uses the word line 3-1 branched from the word line 3. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 2 with respect to the source 6a.
The second MOS transistor 16 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 16a as a third diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the second bit line 5 through a contact wiring 38 extending in the Z-axis direction. The drain 16c as the fourth diffusion layer is connected to the other end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 37 extending in the Z-axis direction. The gate 16 b as the second gate uses the word line 3-2 branched from the word line 3. However, the drain 16c is provided inside the memory cell 2 with respect to the source 16a.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end side is connected to a ground (GND) line 24 via a contact wiring 26.

図4(b)は、磁気抵抗素子7の構造を示す断面図である。磁気抵抗素子7は、フリー層21と、ピン層23とトンネル絶縁層22とを備える。ピン層23は、引き出し配線層29上に形成され、トンネル絶縁層22は、ピン層23の上に形成され、フリー層21は、トンネル絶縁層22の上に形成される。ピン層23とフリー層21とは、いずれも強磁性体で形成され、それぞれに自発磁化を有している。ピン層23の自発磁化の方向は、+Xの方向に固定されている。フリー層21の自発磁化の方向は、反転可能であり、+X方向と−X方向との2つの方向を向くことが出来る。メモリセル2に記憶されるデータは、フリー層21の自発磁化の方向として記憶される。そして、自発磁化の方向の違いによる磁気抵抗素子7の抵抗値の違いにより、データを読み出す。トンネル絶縁層22は、絶縁体で形成される。トンネル絶縁層22の膜厚は、トンネル電流が流れる程度に薄い。   FIG. 4B is a cross-sectional view showing the structure of the magnetoresistive element 7. The magnetoresistive element 7 includes a free layer 21, a pinned layer 23, and a tunnel insulating layer 22. The pinned layer 23 is formed on the lead wiring layer 29, the tunnel insulating layer 22 is formed on the pinned layer 23, and the free layer 21 is formed on the tunnel insulating layer 22. Both the pinned layer 23 and the free layer 21 are formed of a ferromagnetic material, and each has spontaneous magnetization. The direction of spontaneous magnetization of the pinned layer 23 is fixed in the + X direction. The direction of the spontaneous magnetization of the free layer 21 can be reversed, and can be directed in two directions, the + X direction and the −X direction. Data stored in the memory cell 2 is stored as the direction of spontaneous magnetization of the free layer 21. Then, data is read based on the difference in resistance value of the magnetoresistive element 7 due to the difference in the direction of spontaneous magnetization. The tunnel insulating layer 22 is formed of an insulator. The film thickness of the tunnel insulating layer 22 is so thin that a tunnel current flows.

図70は、トランジスタのゲート長と閾値電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、閾値電圧Vt、横軸はゲート長Lwである。
一般に、トランジスタのゲート長Lwは、特別な場合を除き、安定した閾値電圧Vtwが得られる最小のゲート長Lwaを持って決定される。そのときのドレイン−ソース間電圧Vdsは電源電圧Vddである(曲線A)。しかし、書込みの電流経路(…−第1ビット線4−メモリセル2−第2ビット線5−…)のみをについて考えると、メモリセル2の両端子側にトランジスタをはじめとする選択素子が存在する。これらの素子は素子抵抗を持つ。各素子を抵抗素子とみなせば、抵抗素子は、電源(Vdd)側と接地(Gnd)側とに等分に分割した方が、効率が良い。その場合、メモリセル2の電位はおよそVdd/2以下となる。
そこで、本発明においては、書込みの電流経路にあるトランジスタ、特にメモリセル2のトランジスタ(第1MOSトランジスタ6及び第2トランジスタ16)のゲート長LwをVdd/2のVdsで最適化する(曲線B)。より低いVdsでは、より細いLwbのところで安定した閾値電圧Vtwが得られる。それにより、Lwbは、Lwaより細くできる。Lwが細くなったことで、直接的に、セル面積を小さくすることが可能となる。
FIG. 70 is a graph showing the relationship between the transistor gate length and the threshold voltage. The vertical axis represents the threshold voltage Vt, and the horizontal axis represents the gate length Lw.
In general, the gate length Lw of a transistor is determined with a minimum gate length Lwa from which a stable threshold voltage Vtw can be obtained unless otherwise specified. The drain-source voltage Vds at that time is the power supply voltage Vdd (curve A). However, when considering only the write current path (... -First bit line 4 -memory cell 2 -second bit line 5-...), There are selection elements including transistors at both terminals of the memory cell 2. To do. These elements have element resistance. If each element is regarded as a resistance element, it is more efficient to divide the resistance element equally between the power supply (Vdd) side and the ground (Gnd) side. In that case, the potential of the memory cell 2 is about Vdd / 2 or less.
Therefore, in the present invention, the gate length Lw of the transistor in the write current path, particularly the transistor of the memory cell 2 (the first MOS transistor 6 and the second transistor 16) is optimized with Vds / 2 of Vdd / 2 (curve B). . With a lower Vds, a stable threshold voltage Vtw is obtained at a thinner Lwb. Thereby, Lwb can be made thinner than Lwa. By reducing Lw, the cell area can be directly reduced.

図71は、トランジスタの電流能力とゲート長の関係を示すグラフである。縦軸は、電流能力Ion、横軸は、ゲート長Lwである。
トランジスタの電流能力Ionは、ゲート長Lwの増加に伴い、単調に減少している。すなわち、図70の説明にあるようにゲート長Lwを小さくすることにより、同じメモリセル面積でより大きな書込み電流を流すことが出来る。これにより、チップ面積を増やすことなく、動作マージンを増大させることが可能になる。
FIG. 71 is a graph showing the relationship between the current capability of a transistor and the gate length. The vertical axis represents the current capability Ion, and the horizontal axis represents the gate length Lw.
The current capability Ion of the transistor monotonously decreases as the gate length Lw increases. That is, as described in FIG. 70, by reducing the gate length Lw, a larger write current can be supplied with the same memory cell area. As a result, it is possible to increase the operation margin without increasing the chip area.

図72は、トランジスタのゲート長と閾値電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、閾値電圧Vt、横軸はゲート長Lwである。
一般に、トランジスタの安定した閾値電圧Vtwは、シリコン基板の不純物注入の濃度等によって制御される。閾値電圧Vtwを低めに設定すると、一般的なトランジスタにおける電流能力の式Ion∝(Vgs−Vtw):(ここでVgsはゲートソース間電圧)より導き出されるように、トランジスタの電流能力を向上することが出来る。しかし、一方で、Vtwを低くすると、Lwが大きくなる。すなわち、図70の曲線AのLwaに対して、図72の曲線CのLwcのように、Lwa<Lwcとなり、必ずしも有利ではない。そのため、Vtwは、総合的に最適化されている。
ここで、図70での説明のように、VdsをVdd/2とすれば、Lwを低くしたまま、低いVtwを設定することができる。それにより、曲線Dに示すように、低いVtwで、より低いゲート長Lwdとすることが出来る。従って、同じメモリセル面積でより大きな書込み電流を流すことが出来る。これにより、チップ面積を増やすことなく、動作マージンを増大させることが可能になる。
FIG. 72 is a graph showing the relationship between the gate length of a transistor and the threshold voltage. The vertical axis represents the threshold voltage Vt, and the horizontal axis represents the gate length Lw.
In general, the stable threshold voltage Vtw of a transistor is controlled by the impurity implantation concentration of the silicon substrate. When the threshold voltage Vtw is set low, the current capability of the transistor is improved as derived from the formula Ion∝ (Vgs−Vtw) 2 : (where Vgs is the gate-source voltage) of a general transistor. I can do it. However, on the other hand, when Vtw is lowered, Lw is increased. That is, Lwa <Lwc is not necessarily advantageous with respect to Lwa of curve A in FIG. 70, as Lwc in curve C in FIG. Therefore, Vtw is comprehensively optimized.
Here, as described with reference to FIG. 70, if Vds is set to Vdd / 2, a low Vtw can be set while Lw is kept low. Thereby, as shown by the curve D, a lower gate length Lwd can be obtained with a low Vtw. Therefore, a larger write current can be passed with the same memory cell area. As a result, it is possible to increase the operation margin without increasing the chip area.

図70から図72の説明は、書き込み電流の経路にトランジスタがある他のメモリセル及びメモリセルアレイについても同様に適用することが出来る。   The description of FIGS. 70 to 72 can be similarly applied to other memory cells and memory cell arrays having transistors in the path of the write current.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態の動作について説明する。
図5は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第1の実施の形態の動作を説明する図である。すなわち、図5は、1つのメモリセル2を例にとって、書き込み及び読み出し経路の回路を例示した回路図を示す。
Next, the operation of the first embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment of the magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. That is, FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the circuit of the write and read paths, taking one memory cell 2 as an example.

メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS01
Xセレクタ8は、行アドレス(2ビット:X0及びX1)の入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(2)ステップS02
Yセレクタ11は、列アドレス(2ビット:Y0及びY1)の入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、読み出しアクティブ信号RAにより、読み出し電流負荷回路13は、選択第1ビット線4sに所定の電流Isを流し、リファレンス第1ビット線4rに所定の電流Irを流す。
このとき、読み出し電流負荷回路13から選択第1ビット線4sを介して、選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Isが流れ込む。同様に、読み出し電流負荷回路13−リファレンス第1ビット線4r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2r)の第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Irが流れ込む。
(3)ステップS03
読み出しアクティブ信号RAにより、センスアンプ15は、所定の電流Isを流したときの選択第1ビット線4sの電圧と、所定の電流Irを流したときのリファレンス第1ビット線4rの電圧との差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
Reading data from the memory cell 2 is performed as follows.
(1) Step S01
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address (2 bits: X0 and X1). The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(2) Step S02
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address (2 bits: Y0 and Y1). Then, in response to the read active signal RA, the read current load circuit 13 passes a predetermined current Is through the selected first bit line 4s and passes a predetermined current Ir through the reference first bit line 4r.
At this time, the current Is flows from the read current load circuit 13 to the ground wiring 24 via the selected first bit line 4 s and the first MOS transistor 6 -magnetoresistance element 7 of the selected cell 2 s. Similarly, the first MOS transistor 6 of the read current load circuit 13-reference first bit line 4r-selected reference cell 2r (reference cell 2r corresponding to the intersection of the selected word line 3s and the reference first bit line 4r) 6-magnetic resistance A current Ir flows into the ground wiring 24 via the element 7.
(3) Step S03
In response to the read active signal RA, the sense amplifier 15 causes the difference between the voltage of the selected first bit line 4s when the predetermined current Is flows and the voltage of the reference first bit line 4r when the predetermined current Ir flows. Based on this, either “1” or “0” is output.

以上の読み出し動作により、選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, data of the selected cell 2s can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS11
Xセレクタ8は、行アドレス(2ビット:X0及びX1)の入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(2)ステップS12
Yセレクタ11は、列アドレス(2ビット:Y0及びY1)の入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、書き込みアクティブ信号WAにより、Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
このとき、Y側電流終端回路14は、選択第2ビット線5sに、所定の電圧Vtermを印加する。Y側電流源回路12は、書き込みアクティブ信号WAとデータ信号Dataに基づいて、データ信号Dataに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Y側電流源回路12に引き込む方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流源回路12から流れ出る方向)を選択第1ビット線4s−選択セル2sへ流す。
電流Iw(0)又は電流Iw(1)は、選択第2ビット線5s−選択セル2sの第2MOSトランジスタ16(−選択セル2sの引き出し配線層29)−選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−選択第1ビット線4sの経路を、順又は逆の方向に流れる。
(3)ステップS13
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dataに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S11
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address (2 bits: X0 and X1). The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(2) Step S12
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address (2 bits: Y0 and Y1). Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5 s from the plurality of second bit lines 5 by the write active signal WA. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
At this time, the Y-side current termination circuit 14 applies a predetermined voltage Vterm to the selected second bit line 5s. Based on the write active signal WA and the data signal Data, the Y-side current source circuit 12 has a current Iw (0) (in the case of “0”: Y-side current source circuit 12 having a predetermined magnitude corresponding to the data signal Data. Current Iw (1) (in the case of “1”, the direction of flowing out from the Y-side current source circuit 12) is supplied to the selected first bit line 4s−selected cell 2s.
The current Iw (0) or the current Iw (1) is generated by selecting the selected second bit line 5s-the second MOS transistor 16 of the selected cell 2s (-the lead wiring layer 29 of the selected cell 2s) -the first MOS transistor 6 of the selected cell 2s. The path of the first bit line 4s flows in the forward or reverse direction.
(3) Step S13
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead-out wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal Data is stored.

なお、リファレンスアクティブ信号SRは、リファレンスセル2rに書き込みを行う際に、リファレンスセル2rを選択する信号であり、通常のメモリセル2における書き込みアクティブ信号WAに対応する。   The reference active signal SR is a signal for selecting the reference cell 2r when writing to the reference cell 2r, and corresponds to the write active signal WA in the normal memory cell 2.

以上の書き込み動作により、選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 2s.

図6は、選択セル2sの磁気抵抗素子7に印加される磁場Hとアステロイト゛カーブとの比較を示すグラフである。印加される磁場H(H(0)及びH(1))がアステロイドカーブの外側になるように、電流Iw(0)及び電流Iw(1)の大きさを設定する。選択されないメモリセル2(以下、「非選択セル2」という)には一切電流が流れないので非選択セル2への誤書き込みの恐れがなく、十分に大きな電流を設定することができる。 FIG. 6 is a graph showing a comparison between the magnetic field H 0 applied to the magnetoresistive element 7 of the selected cell 2 s and the asteroid curve. The magnitudes of the current Iw (0) and the current Iw (1) are set so that the applied magnetic field H 0 (H 0 (0) and H 0 (1)) is outside the asteroid curve. Since no current flows through the unselected memory cell 2 (hereinafter referred to as “non-selected cell 2”), there is no fear of erroneous writing to the non-selected cell 2, and a sufficiently large current can be set.

書き込み動作における電流Iw(0)及びIw(1)は、選択セル2s以外の他のメモリセル2及びその近傍には流れることは無く、他のメモリセル2へ影響を及ぼさない。従って、メモリセルの信頼性を向上することが可能となる。   The currents Iw (0) and Iw (1) in the write operation do not flow to other memory cells 2 other than the selected cell 2s and the vicinity thereof, and do not affect the other memory cells 2. Therefore, the reliability of the memory cell can be improved.

更に、書き込み用の電流Iw(0)及びIw(1)は、選択セル2s以外の他のメモリセル2及びその近傍には流れることは無い。それにより、メモリセル2を選択する際の選択性を高くすることが可能となる。   Further, the write currents Iw (0) and Iw (1) do not flow in the memory cells 2 other than the selected cell 2s and in the vicinity thereof. Thereby, it is possible to increase the selectivity when the memory cell 2 is selected.

本実施の形態のXセレクタ8は、従来の技術(書き込みワード線及び読み出しワード線の2本が必要、それに対応して2つの出力部も必要)と異なり、X軸方向の選択をワード線3のみで行う。従って、Xセレクタ8の回路面積、X側電流源回路の回路面積及び1種類分のワード線の回路面積を減らすことが出来る。   The X selector 8 of the present embodiment is different from the conventional technique (two write word lines and two read word lines are required, and two output units are also required corresponding thereto), and the selection in the X-axis direction is performed on the word line 3. Do it only. Therefore, the circuit area of the X selector 8, the circuit area of the X-side current source circuit, and the circuit area of one type of word line can be reduced.

また、図4に示されるように、選択セル2sにおいて、磁気抵抗素子7と引き出し配線層29とは極めて近いため、引き出し配線層29を通る書き込み用の電流Iw(0)及びIw(1)を、より小さくすることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 4, in the selected cell 2s, the magnetoresistive element 7 and the lead-out wiring layer 29 are extremely close to each other, so that write currents Iw (0) and Iw (1) passing through the lead-out wiring layer 29 are generated. It becomes possible to make it smaller.

本実施の形態において、引き出し配線層に積層フェリ構造体を配置することも可能である。それを示したのが図73である。
図73は、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態の他の応用例を示す断面図である。すなわち、メモリセル2の構造の他の応用例を示し、図2におけるAA’断面を示す図である。
In the present embodiment, it is also possible to arrange a laminated ferri structure in the lead-out wiring layer. This is shown in FIG.
FIG. 73 is a sectional view showing another application example of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 3 is a diagram showing another application example of the structure of the memory cell 2 and showing a cross section taken along line AA ′ in FIG. 2.

この図の引き出し配線層29は、その磁気抵抗素子7と反対の側(基板側)に積層フェリ構造体7−1が配置されている。形状は、例えば磁気抵抗素子7と同じかそれよりも大きいことが好ましい。位置は、引き出し配線層29を挟んで磁気抵抗素子7の直下であることが好ましい。磁気抵抗素子7に対する積層フェリ構造体7−1による磁場の影響を大きくすることが可能となる。   In the drawing wiring layer 29 in this figure, the laminated ferrimagnetic structure 7-1 is disposed on the side (substrate side) opposite to the magnetoresistive element 7. For example, the shape is preferably the same as or larger than that of the magnetoresistive element 7. The position is preferably directly below the magnetoresistive element 7 with the lead wiring layer 29 interposed therebetween. It becomes possible to increase the influence of the magnetic field by the laminated ferrimagnetic structure 7-1 on the magnetoresistive element 7.

図74は、積層フェリ構造体7−1の特性を示すグラフである。縦軸は、自発磁化(M)横軸は、磁場(H)である。このグラフのように、磁場(H)の絶対値が、閾値(Ht)以下の状態では、自発磁化(M)が0となるように、積層フェリ構造体7−1の構造が設計されている。   FIG. 74 is a graph showing the characteristics of the laminated ferri structure 7-1. The vertical axis represents spontaneous magnetization (M), and the horizontal axis represents magnetic field (H). As shown in this graph, the structure of the laminated ferrimagnetic structure 7-1 is designed so that the spontaneous magnetization (M) becomes 0 when the absolute value of the magnetic field (H) is equal to or less than the threshold value (Ht). .

図75は、積層フェリ構造体7−1の構造を示している。積層フェリ構造体7−1は、積層フェリ構造を有しており、図75(a)に示されているように、第1磁性層7−2と、非磁性スペーサ層7−3と、第2磁性層7−4とを含む。第1磁性層7−2と第2磁性層7−4とは、いずれも、強磁性体で形成され、第1磁性層7−2と第2磁性層7−4との間に介設される非磁性スペーサ層7−3は、非磁性体で形成される。   FIG. 75 shows a structure of the laminated ferri structure 7-1. The laminated ferri structure 7-1 has a laminated ferri structure, and as shown in FIG. 75A, the first magnetic layer 7-2, the nonmagnetic spacer layer 7-3, 2 magnetic layer 7-4. The first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4 are both made of a ferromagnetic material, and are interposed between the first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4. The nonmagnetic spacer layer 7-3 is made of a nonmagnetic material.

積層フェリ構造体7−1の非磁性スペーサ層7−3の膜厚tは、第1磁性層7−2と第2磁性層7−4とが反強磁性的に結合するように定められる。従って、積層フェリ構造体7−1に磁場が印加されてない状態では、図75(c)に示されているように、第1磁性層7−2と第2磁性層7−4とは、互いに逆の方向の自発分極を有しており、この状態では、積層フェリ構造体7−1全体の磁化は実質的に0である。即ち、積層フェリ構造体7−1に磁場が印加されてない状態において、積層フェリ構造体7−1は、実質的に、磁気モーメントを有しない。   The film thickness t of the nonmagnetic spacer layer 7-3 of the laminated ferrimagnetic structure 7-1 is determined so that the first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4 are antiferromagnetically coupled. Therefore, in a state where no magnetic field is applied to the laminated ferrimagnetic structure 7-1, as shown in FIG. 75C, the first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4 are In this state, the magnetization of the whole laminated ferrimagnetic structure 7-1 is substantially zero. That is, in a state where a magnetic field is not applied to the laminated ferri structure 7-1, the laminated ferri structure 7-1 has substantially no magnetic moment.

第1磁性層7−2と第2磁性層7−4とが反強磁性的に結合し、積層フェリ構造体7−1が全体として磁気モーメントを有しないことは、磁気抵抗素子7のオフセット磁場を小さくする点で好ましい。
例えば、積層フェリ構造体7−1が全体として磁気モーメントを有する場合、磁気モーメントが発生する磁場が磁気抵抗素子7に印加される。従って、引き出し配線層29に書き込み電流Iwが印加されていない状態でも、磁気抵抗素子7には、磁気モーメントが発生する磁場が印加される。この磁場は、磁気抵抗素子7のフリー層の自発磁化が反転される反転磁場(抗磁力)を非対称化し、磁気抵抗素子7がオフセット磁場を有する原因となる。磁気抵抗素子7におけるオフセット磁場の存在は、書き込み電流Iwを増大し、メモリセル2の動作余裕を減少させる点で好ましくない。積層フェリ構造体7−1が磁気モーメントを有しないことは、磁気抵抗素子7におけるオフセット磁場の発生を効果的に防止する。
The fact that the first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4 are antiferromagnetically coupled and the laminated ferrimagnetic structure 7-1 does not have a magnetic moment as a whole is that the offset magnetic field of the magnetoresistive element 7. Is preferable in terms of reducing the size.
For example, when the laminated ferri structure 7-1 has a magnetic moment as a whole, a magnetic field in which the magnetic moment is generated is applied to the magnetoresistive element 7. Therefore, even when the write current Iw is not applied to the lead-out wiring layer 29, a magnetic field that generates a magnetic moment is applied to the magnetoresistive element 7. This magnetic field makes the reversal magnetic field (coercive force) in which the spontaneous magnetization of the free layer of the magnetoresistive element 7 is reversed asymmetric, causing the magnetoresistive element 7 to have an offset magnetic field. The presence of the offset magnetic field in the magnetoresistive element 7 is not preferable in that the write current Iw is increased and the operation margin of the memory cell 2 is decreased. The fact that the laminated ferrimagnetic structure 7-1 does not have a magnetic moment effectively prevents the generation of an offset magnetic field in the magnetoresistive element 7.

図75(b)は、好適な積層フェリ構造体7−1の構造を示している。好適な積層フェリ構造体7−1では、第1磁性層7−2は、NiFe層7−2aとCoFe層7−2bとを含み、第2磁性層7−4は、CoFe層7−4aとNiFe層7−4bとを含む。非磁性スペーサ層7−3は、Ru層で形成される。NiFe層7−2aの上には、CoFe層7−2bが形成され、CoFe層7−2bの上には、Ru層7−3が形成される。Ru層7−3の上には、CoFe層7−4aが形成され、CoFe層7−4aの上には、NiFe層7−4bが形成される。   FIG. 75B shows a structure of a preferred laminated ferri structure 7-1. In the preferred laminated ferri structure 7-1, the first magnetic layer 7-2 includes the NiFe layer 7-2a and the CoFe layer 7-2b, and the second magnetic layer 7-4 includes the CoFe layer 7-4a. NiFe layer 7-4b. The nonmagnetic spacer layer 7-3 is formed of a Ru layer. A CoFe layer 7-2b is formed on the NiFe layer 7-2a, and a Ru layer 7-3 is formed on the CoFe layer 7-2b. A CoFe layer 7-4a is formed on the Ru layer 7-3, and a NiFe layer 7-4b is formed on the CoFe layer 7-4a.

このような積層フェリ構造体7−1の構造は、積層フェリ構造体7−1の特性の調節が容易であり、従って設計が容易という利点を有している。積層フェリ構造体7−1の磁化の大きさは、NiFe層7−2aとNiFe層7−4bとの厚さによって独立的に決定できる。更に、第1磁性層7−2と第2磁性層7−4との間の結合定数はRu層7−3の厚さによって独立に決定できる。このように、積層フェリ構造体7−1は、その特性を、NiFe層7−2a、NiFe層7−4b及びRu層7−3の厚さによって自在に決定できる。   Such a structure of the laminated ferri structure 7-1 has an advantage that the characteristics of the laminated ferri structure 7-1 can be easily adjusted, and thus the design is easy. The magnitude of the magnetization of the laminated ferri structure 7-1 can be determined independently by the thicknesses of the NiFe layer 7-2a and the NiFe layer 7-4b. Further, the coupling constant between the first magnetic layer 7-2 and the second magnetic layer 7-4 can be determined independently by the thickness of the Ru layer 7-3. Thus, the characteristics of the laminated ferrimagnetic structure 7-1 can be freely determined by the thicknesses of the NiFe layer 7-2a, the NiFe layer 7-4b, and the Ru layer 7-3.

図76は、磁気抵抗素子と積層フェリ構造体とで構成される磁性構造体の働きを示す図である。積層フェリ構造体7−1は、書込み電流Iwによって発生する磁場Hにより磁化される。ここで、H>Htである。この磁化は、磁場Hを発生する。それにより、磁気抵抗素子7の場所では、実効的な磁場Hが、H=H+Hとなる。すなわち、書込み電流Iwのみによる磁場Hより大きくなる。従って、同じメモリセル面積で同じ電流を流しても、書き込み動作時の磁場を大きくすることができる。これにより、チップ面積を増やすことなく、動作マージンを増大させることが可能になる。 FIG. 76 is a diagram illustrating the function of a magnetic structure including a magnetoresistive element and a laminated ferrimagnetic structure. Synthetic antiferromagnet structure 7-1 is magnetized by a magnetic field H I generated by the write current Iw. Here, H I > Ht. This magnetization produces a magnetic field H J. Thereby, the location of the magneto-resistance element 7, the effective magnetic field H becomes the H = H I + H J. That is, greater than the magnetic field H I according to only the write current Iw. Therefore, even when the same current flows in the same memory cell area, the magnetic field during the write operation can be increased. As a result, it is possible to increase the operation margin without increasing the chip area.

図73から図76の説明は、本明細書中における他のメモリセル及びメモリセルアレイについても同様に適用することが出来る。   The description of FIGS. 73 to 76 can be similarly applied to other memory cells and memory cell arrays in this specification.

(第2の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第2の実施の形態の構成について説明する。図7は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第2の実施の形態の構成を示す図である。図7は、図1に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41−0〜41−3、セルアレイセレクタ17、Y側電流源回路12、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   A configuration of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. FIG. 7 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 1 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41-0 to 41-3, a cell array selector 17, a Y-side current source circuit 12, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

セルアレイ41−0〜41−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11’、Y側電流終端回路14、Y側電源回路19を備える。各構成は、Yセレクタ11’が第1ビット線4の選択だけでなくリファレンス第1ビット線4rの選択も可能であること以外は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
なお、図7においては、4つのセルアレイ41を示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 41-0 to 41-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). An X selector 8, a Y selector 11 ′, a Y side current termination circuit 14, and a Y side power supply circuit 19. Each configuration is the same as in the first embodiment except that the Y selector 11 ′ can select not only the first bit line 4 but also the reference first bit line 4 r, and the description thereof will be omitted. To do.
In FIG. 7, four cell arrays 41 are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ17は、セルアレイ41を選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41の番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ17−1及び17−2により、選択セルアレイ41−iを選択する。選択セルアレイ41−iと、Y側電流源回路12と、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続され、第1の実施の形態と同様の動作を行う。   The cell array selector 17 selects the selected cell array 41-i by the selector transistors 17-1 and 17-2 based on a cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: an integer of the cell array 41) for selecting the cell array 41. select. The selected cell array 41-i, the Y-side current source circuit 12, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are connected by a first main bit line 18-1 and a second main bit line 18-2, The same operation as in the first embodiment is performed.

Y側電流源回路12、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Since the Y-side current source circuit 12, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are the same as those in the first embodiment, their descriptions are omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第2の実施の形態の動作について説明する。ただし、YSWj(j=0〜m:m+1は第1ビット線4の数)はj番の第1ビット線4を選択する信号であり、WAは書き込みアクティブ信号であり、RAは読み出しアクティブ信号であり、YSWRは読み出し動作時及び書き込み動作時にリファレンスセルを選択する信号であり、YSWRWは書き込み動作時にリファレンスセル2rを選択する信号である。SRはリファレンスセル2rに書き込みを行う際にリファレンスセル2rをアクティブにする信号である。本明細書中において同じである。   Next, the operation of the second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. However, YSWj (j = 0 to m: m + 1 is the number of first bit lines 4) is a signal for selecting the j-th first bit line 4, WA is a write active signal, and RA is a read active signal. YSWR is a signal for selecting a reference cell during a read operation and a write operation, and YSWRW is a signal for selecting a reference cell 2r during a write operation. SR is a signal for activating the reference cell 2r when writing to the reference cell 2r. The same applies throughout this specification.

図7のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS21
セルアレイセレクタ17は、セルアレイ41−i(i=0〜n:n+1はセルアレイの数)のいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17−1及び17−2をオンにし、選択セルアレイ41−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41−iと、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS22
以下、上記ステップS01〜ステップS03の動作を行う。
ただし、ステップS02において、Yセレクタ11’は、選択第1ビット線4sに加えて、必要に応じてリファレンス第1ビット線4rを選択する。
In the MRAM shown in FIG. 7, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S21
The cell array selector 17 selects the corresponding selector transistors 17-1 and 17-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41-i (where i = 0 to n: n + 1 is the number of cell arrays). Is turned on, and the selected cell array 41-i is selected.
At this time, the selected cell array 41-i, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S22
Thereafter, the operations in steps S01 to S03 are performed.
However, in step S02, the Y selector 11 ′ selects the reference first bit line 4r as necessary in addition to the selected first bit line 4s.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS31
セルアレイセレクタ17は、セルアレイ41−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17−1及び17−2をオンにし、選択セルアレイ41−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41−iと、Y側電流源回路12とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS32
以下、上記ステップS11〜ステップS13の動作を行う。Yセレクタ11’は、選択第1ビット線4sに加えて、必要に応じてリファレンス第1ビット線4rを選択する。
(1) Step S31
The cell array selector 17 turns on the corresponding selector transistors 17-1 and 17-2 and selects the selected cell array 41-i based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41-i.
At this time, the selected cell array 41-i and the Y-side current source circuit 12 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S32
Thereafter, the operations in steps S11 to S13 are performed. The Y selector 11 ′ selects the reference first bit line 4r as necessary in addition to the selected first bit line 4s.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   Through the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41-i.

なお、リファレンスセル2rに書き込みを行う際は、リファレンスアクティブ信号SRの入力と共に、Yセレクタ11’においてリファレンス第1ビット線4rを、Y側電流終端回路14においてリファレンス第2ビット線5r選択する。   When writing to the reference cell 2r, the reference first bit line 4r is selected in the Y selector 11 'and the reference second bit line 5r is selected in the Y-side current termination circuit 14 together with the input of the reference active signal SR.

本発明により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。また、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。   According to the present invention, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

(第3の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第3の実施の形態の構成について説明する。図8は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第3の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、書き込みYセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電源回路19、Y側電流源回路12、Y側電流終端回路14及び電流センスアンプ15aを具備する。   First, the configuration of the third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a write X selector 8-1, and a read. An X selector 8-2, a write Y selector 11-1, a read Y selector 11-2, a Y side power supply circuit 19, a Y side current source circuit 12, a Y side current termination circuit 14 and a current sense amplifier 15a are provided.

メモリセルアレイ10は、メモリセル20が行列に配列されている。ここで、メモリセル20は、第1MOSトランジスタ6と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル20をリファレンスセル20rと記す。リファレンスセル20rは、「0」が書き込まれ、通常、書き込み動作は行われない。
第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)を書き込みワード線3Wに、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2ビット線5に接続している。なお、メモリセル20は、第2MOSトランジスタ16を有していない点で第1の実施の形態のメモリセル2と異なる。
第1MOSトランジスタ6は、書き込み動作時において、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を第1MOSトランジスタ6のドレインに、他端側(第3端子)を読み出しワード線3Rに接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
In the memory cell array 10, memory cells 20 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 20 includes a first MOS transistor 6 and a magnetoresistive element 7. Note that the reference memory cell 20 is referred to as a reference cell 20r. In the reference cell 20r, “0” is written, and usually no write operation is performed.
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the write word line 3W, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as the magnetoresistive element 7. It is connected to one end side (fourth terminal) and the second bit line 5. Note that the memory cell 20 is different from the memory cell 2 of the first embodiment in that it does not have the second MOS transistor 16.
The first MOS transistor 6 is used for flowing a current in the vicinity of the magnetoresistive element 7 by connecting the first bit line 4 and the second bit line 5 during a write operation.
The magnetoresistive element 7 has one end side (fourth terminal) connected to the drain of the first MOS transistor 6 and the other end side (third terminal) connected to the read word line 3R. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、書き込みYセレクタ11−1に接続されている。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、一端をY側電流終端回路14に、他端を読み出しYセレクタ11−2に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
書き込みワード線3Wは、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、書き込みXセレクタ8−1に接続されている。
読み出しワード線3Rは、書き込みワード線3Wと対を成し、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、読み出しXセレクタ8−2に接続されている。
そして、上記各メモリセル20は、上記の第1ビット線と第2ビット線との複数の組と、書き込みワード線3Wと読み出しワード線3Rとの複数の組とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the write Y selector 11-1. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4 and extends in the Y-axis direction. One end is connected to the Y-side current termination circuit 14 and the other end is connected to the read Y selector 11-2. ing. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The write word line 3W is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the write X selector 8-1.
The read word line 3R is paired with the write word line 3W, is provided to extend in the X-axis direction (word line direction), and is connected to the read X selector 8-2.
Each memory cell 20 corresponds to each of the positions where the plurality of sets of the first bit line and the second bit line intersect with the plurality of sets of the write word line 3W and the read word line 3R. Is provided.

書き込みXセレクタ8−1は、データの書き込み動作時に、複数の書き込みワード線3Wから、1つの書き込みワード線3Wを選択書き込みワード線3Wsとして選択する。
読み出しXセレクタ8−2は、データの書き込み動作時に、複数の読み出しワード線3Rから、1つの読み出しワード線3Rを選択読み出しワード線3Rsとして選択し、GND(接地)に固定する。また、データの読み出し動作時に、複数の読み出しワード線3Rから、1つの読み出しワード線3Rを選択読み出しワード線3Rsとして選択し、所定の読み出し電圧Vread(例示:0.5V)に固定する。
書き込みYセレクタ11−1は、書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
読み出しYセレクタ11−2は、データの読み出し動作時に、複数の第2ビット線5から、1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。
ここで、選択書き込み/読み出しワード線3Ws/3Rsと選択第1/第2ビット線4s/5sとで選択されるメモリセル2を、選択セル2sと記す。
The write X selector 8-1 selects one write word line 3W as the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W during the data write operation.
The read X selector 8-2 selects one read word line 3R as a selected read word line 3Rs from a plurality of read word lines 3R and fixes it to GND (ground) during a data write operation. In the data read operation, one read word line 3R is selected as the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R, and is fixed to a predetermined read voltage Vread (for example, 0.5 V).
The write Y selector 11-1 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s during the write operation.
The read Y selector 11-2 selects one second bit line 5 from the plurality of second bit lines 5 as the selected second bit line 5s during the data read operation.
Here, the memory cell 2 selected by the selected write / read word line 3Ws / 3Rs and the selected first / second bit line 4s / 5s is referred to as a selected cell 2s.

Y側電流源回路12は、データの書き込み動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流の供給又は引き込みを行う電流源である。電流の向きを定める電流セレクタ部12bと、定電流を供給する定電流源12aを備える。
Y側電流終端回路14は、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。
Y側電源回路19は、データの書き込み動作時に、Y側電流終端回路14へ所定の電圧を供給する。
ここで、Y側電流源回路12による所定の電流は、書き込むデータに応じて、選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5sの経路を、書き込みYセレクタ11−1へ流れ込む方向又は書き込みYセレクタ11−1から流れ出す方向に流れる。
The Y-side current source circuit 12 is a current source that supplies or draws a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data write operation. A current selector unit 12b that determines the direction of current and a constant current source 12a that supplies a constant current are provided.
The Y-side current termination circuit 14 selects one second bit line 5 that forms a pair with the selected first bit line 4s as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 during the data write operation. .
The Y-side power supply circuit 19 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 14 during a data write operation.
Here, the predetermined current from the Y-side current source circuit 12 flows into the write Y selector 11-1 through the path of the selected first bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s in accordance with the data to be written. Flows in the direction or the direction flowing out from the write Y selector 11-1.

電流センスアンプ15aは、リファレンスセル20rにつながるリファレンス第2ビット線5rを流れる電流と、選択セル2sにつながる選択第2ビット線5sを流れる電流と差に基づいて、選択セル2sからデータを読み出し、そのデータを出力する。   The current sense amplifier 15a reads data from the selected cell 2s based on the difference between the current flowing through the reference second bit line 5r connected to the reference cell 20r and the current flowing through the selected second bit line 5s connected to the selected cell 2s. Output the data.

図9は、図8に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル20を代表して示している。
メモリセル20の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、書き込みワード線3WからY軸方向に枝分かれした書き込みワード線3−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2ビット線5に接続している。
FIG. 9 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 8 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 20 in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 20, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the write word line 3-1 branched from the write word line 3W in the Y-axis direction. The drain 6 c (second terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向に流れるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)は読み出しワード線3Rに接続されている。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead-out wiring layer 29, and the other end (third terminal) is connected to the read word line 3R.

図10は、メモリセル20の構造を示し、図9におけるBB’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、書き込みワード線3Wから枝分かれした書き込みワード線3−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル20の内側に設けられている。引き出し配線層29の他端は、第2ビット線5からZ軸方向に延びるコンタクト配線37に接続されている。引き出し配線層は、基板と平行に設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、読み出しワード線3Rに接続されている。
FIG. 10 shows the structure of the memory cell 20 and is a diagram showing a BB ′ cross section in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6b as the first gate uses a write word line 3-1 branched from the write word line 3W. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 20 relative to the source 6a. The other end of the lead wiring layer 29 is connected to a contact wiring 37 extending from the second bit line 5 in the Z-axis direction. The lead wiring layer is provided in parallel with the substrate.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end is connected to the read word line 3R via the contact wiring 26.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第3の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the magnetic memory cell and magnetic random access memory according to the third embodiment of the present invention will be described.

メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS41
読み出しXセレクタ8−2は、行アドレスの入力により、複数の読み出しワード線3Rから選択読み出しワード線3Rsを選択する。
(2)ステップS42
読み出しYセレクタ11−2は、列アドレスの入力により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。これにより、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−選択セル20s(の磁気抵抗素子7)−選択第2ビット線5s−読み出しYセレクタ11−2−電流センスアンプ15aの経路には、読み出しXセレクタ8−2と電流センスアンプ15aとの電圧差により、選択セル20sのデータを反映した電流Isが流れる。一方、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンス第2ビット線5r−電流センスアンプ15aの経路には、リファレンスセル20rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(3)ステップS43
電流センスアンプ15aは、電流Isと電流Irとの差に基づいて、ほぼ同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
Reading data from the memory cell 2 is performed as follows.
(1) Step S41
The read X selector 8-2 selects the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R in response to the input of the row address.
(2) Step S42
The read Y selector 11-2 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. Accordingly, the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-selected cell 20s (the magnetoresistive element 7) -selected second bit line 5s-read Y selector 11-2-current sense amplifier 15a includes: Due to the voltage difference between the read X selector 8-2 and the current sense amplifier 15a, a current Is reflecting the data of the selected cell 20s flows. On the other hand, the data “0” of the reference cell 20r is in the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs−reference cell 20r (the magnetoresistive element 7) −reference second bit line 5r−current sense amplifier 15a. The current Ir reflecting the current flows.
(3) Step S43
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the current sense amplifier 15a determines that the read data is “0” if they are almost the same, and “1” if they are different (example: smaller), and the result Is output.

以上の読み出し動作により、選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, data of the selected cell 2s can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS51
書き込みXセレクタ8−1は、行アドレスの入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(2)ステップS52
書き込みYセレクタ11−1は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、書き込みアクティブ信号WAにより、Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。読み出しワード線3Rは、GNDに固定される。
このとき、Y側電源回路19は、選択第2ビット線5sに、所定の電圧Vtermを印加する。Y側電流源回路12は、書き込みアクティブ信号WAとデータ信号Dataに基づいて、データ信号Dataに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Y側電流源回路12に引き込む方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流源回路12から流れ出る方向)を選択第1ビット線4s−選択セル2sへ流す。
電流Iw(0)又は電流Iw(1)は、選択第2ビット線5s(−選択セル2sの引き出し配線層29)−選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−選択第1ビット線4sの経路を、順又は逆の方向に流れる。
(3)ステップS53
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dataに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S51
The write X selector 8-1 selects the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 of each memory cell 2 is turned on.
(2) Step S52
The write Y selector 11-1 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5 s from the plurality of second bit lines 5 by the write active signal WA. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected. The read word line 3R is fixed to GND.
At this time, the Y-side power supply circuit 19 applies a predetermined voltage Vterm to the selected second bit line 5s. Based on the write active signal WA and the data signal Data, the Y-side current source circuit 12 has a current Iw (0) (in the case of “0”: Y-side current source circuit 12 having a predetermined magnitude corresponding to the data signal Data. Current Iw (1) (in the case of “1”, the direction of flowing out from the Y-side current source circuit 12) is supplied to the selected first bit line 4s−selected cell 2s.
The current Iw (0) or the current Iw (1) is obtained by selecting the path of the selected second bit line 5s (-the lead wiring layer 29 of the selected cell 2s) -the first MOS transistor 6 of the selected cell 2s and the selected first bit line 4s. Flow in forward or reverse direction.
(3) Step S53
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead-out wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal Data is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 2s.

本実施の形態により、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、メモリセルの第2MOSトランジスタを使用しないので、その回路面積の分、MRAMをコンパクト化することが可能となる。
According to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment can be obtained.
Further, since the second MOS transistor of the memory cell is not used, the MRAM can be made compact by the circuit area.

(第4の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第4の実施の形態について説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第4の実施の形態の構成について説明する。図11は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第4の実施の形態の構成を示す図である。図11は、図8に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ51−0〜51−3、セルアレイセレクタ17、Y側電流源回路12及び電流センスアンプ15aを具備する。   The configuration of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. FIG. 11 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 8 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 51-0 to 51-3, a cell array selector 17, a Y-side current source circuit 12, and a current sense amplifier 15a.

セルアレイ51−0〜51−3は、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、Yセレクタ11’’、Y側電流終端回路14、Y側電源回路19を備える。各構成は、Yセレクタ11’’が書き込みYセレクタ11−1及び読み出しYセレクタ11−2を併せ、かつ、リファレンス第1ビット線4r及びリファレンス第2ビット線5rの選択も可能であること以外は、第3の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
なお、図11においては、4つのセルアレイ51を示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 51-0 to 51-3 include a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second cells. A bit line 5 (including a reference second bit line 5r), a write X selector 8-1, a read X selector 8-2, a Y selector 11 '', a Y side current termination circuit 14, and a Y side power supply circuit 19 are provided. In each configuration, except that the Y selector 11 ″ combines the write Y selector 11-1 and the read Y selector 11-2, and the reference first bit line 4r and the reference second bit line 5r can be selected. Since it is the same as that of the third embodiment, its description is omitted.
In FIG. 11, four cell arrays 51 are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ17は、セルアレイ51を選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ51の番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ17−1及び17−2により、選択セルアレイ51−iを選択する。選択セルアレイ51−iと、Y側電流源回路12と、電流センスアンプ15aとは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続され、第3の実施の形態と同様の動作を行う。   The cell array selector 17 selects the selected cell array 51-i by the selector transistors 17-1 and 17-2 based on a cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: an integer of the cell array 51) for selecting the cell array 51. select. The selected cell array 51-i, the Y-side current source circuit 12, and the current sense amplifier 15a are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2, and are the same as in the third embodiment. The same operation is performed.

Y側電流源回路12及びセンスアンプ15aは、第3の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Since the Y-side current source circuit 12 and the sense amplifier 15a are the same as those in the third embodiment, description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第4の実施の形態の動作について説明する。ただし、YSWj(j=0〜m:m+1は第1ビット線4の数)はj番の第1ビット線4を選択する信号であり、WAは書き込みアクティブ信号であり、RAは読み出しアクティブ信号であり、YSWRは読み出し動作時及び書き込み動作時にリファレンスセルを選択する信号であり、YSWRWは書き込み動作時にリファレンスセルを選択する信号である。SRはリファレンスセル2rに書き込みを行う際にリファレンスセル2rをアクティブにする信号である。本明細書中において同じである。   Next, the operation of the magnetic memory cell and magnetic random access memory according to the fourth embodiment of the present invention will be described. However, YSWj (j = 0 to m: m + 1 is the number of first bit lines 4) is a signal for selecting the j-th first bit line 4, WA is a write active signal, and RA is a read active signal. YSWR is a signal for selecting a reference cell during a read operation and a write operation, and YSWRW is a signal for selecting a reference cell during a write operation. SR is a signal for activating the reference cell 2r when writing to the reference cell 2r. The same applies throughout this specification.

図11のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS61
セルアレイセレクタ17は、セルアレイ51−i(i=0〜n:n+1はセルアレイの数)のいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17−1及び17−2をオンにし、選択セルアレイ51−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ51−iと、電流センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS62
以下、上記ステップS41〜ステップS43の動作を行う。
ただし、ステップS41〜ステップS43における読み出しYセレクタ11−2は、Yセレクタ11’’に置き換わる。また、ステップS42において、Yセレクタ11’’は、リファレンス第2ビット線5rを選択する。
In the MRAM shown in FIG. 11, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S61
The cell array selector 17 selects the corresponding selector transistors 17-1 and 17-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 51-i (i = 0 to n: n + 1 is the number of cell arrays). Is turned on, and the selected cell array 51-i is selected.
At this time, the selected cell array 51-i and the current sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S62
Thereafter, the operations of Steps S41 to S43 are performed.
However, the read Y selector 11-2 in steps S41 to S43 is replaced with a Y selector 11 ''. In step S42, the Y selector 11 '' selects the reference second bit line 5r.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ51−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 51-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS71
セルアレイセレクタ17は、セルアレイ51−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17−1及び17−2をオンにし、選択セルアレイ51−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ51−iと、Y側電流源回路12とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS72
以下、上記ステップS51〜ステップS53の動作を行う。
ただし、ステップS51〜ステップS53における書き込みYセレクタ11−1は、Yセレクタ11’’に置き換わる。また、ステップS52において、Yセレクタ11’’は、リファレンス第1ビット線4rを選択する。
(1) Step S71
The cell array selector 17 turns on the corresponding selector transistors 17-1 and 17-2 to select the selected cell array 51-i based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 51-i.
At this time, the selected cell array 51-i and the Y-side current source circuit 12 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S72
Thereafter, the operations in steps S51 to S53 are performed.
However, the write Y selector 11-1 in steps S51 to S53 is replaced with a Y selector 11 ''. In step S52, the Y selector 11 '' selects the reference first bit line 4r.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ51−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 51-i.

なお、リファレンスセル2rに書き込みを行う際は、リファレンスアクティブ信号SRの入力と共に、Yセレクタ11’’においてリファレンス第1ビット線4rを、Y側電流終端回路14においてリファレンス第2ビット線5rを選択する。   When writing to the reference cell 2r, the reference first bit line 4r is selected by the Y selector 11 ″ and the reference second bit line 5r is selected by the Y-side current termination circuit 14 together with the input of the reference active signal SR. .

本実施の形態により、第2の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、メモリセルの第2MOSトランジスタを使用しないので、その回路面積の分、MRAMをコンパクト化することが可能となる。
According to this embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
Further, since the second MOS transistor of the memory cell is not used, the MRAM can be made compact by the circuit area.

(第5の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第5の実施の形態について説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第5の実施の形態の構成について説明する。図1は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第5の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。
図1の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the fifth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side current source circuit 12, Y A side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15 are provided.
Since the configuration of FIG. 1 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

図12は、図1に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2a(ここでは、図2の場合と構造が異なるため、メモリセル2aと表示)を代表して示している。
本実施の形態のメモリセル2aは、枝分かれしたワード線3−1(ゲート6b)及びワード線3−2(ゲート16b)の内側に挟まれる形で、第1ビット線4及び第2ビット線5が設けられている点で、第1の実施の形態の図2と異なる。
ただし、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16の配置の変更、及び、それに伴う第1ビット線4及び第2ビット線5の配置の変更がある他は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 12 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 1 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 2a in the memory cell array 1 (here, shown as memory cells 2a because the structure is different from the case of FIG. 2) are shown as representatives.
The memory cell 2a of the present embodiment has a first bit line 4 and a second bit line 5 sandwiched between the branched word line 3-1 (gate 6b) and word line 3-2 (gate 16b). Is different from FIG. 2 of the first embodiment.
However, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the arrangement of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 is changed and the arrangement of the first bit line 4 and the second bit line 5 is changed accordingly. Therefore, the description is omitted.

このような配置にすることにより、引き出し配線層29の形状のマージンが大きくなる。それにより、引き出し配線層29の形状を長く、広く取ることが出来、その上に形成される磁気抵抗素子7を大きくすることが出来る。   With such an arrangement, the margin of the shape of the lead-out wiring layer 29 is increased. Thereby, the shape of the lead wiring layer 29 can be made long and wide, and the magnetoresistive element 7 formed thereon can be enlarged.

図13は、メモリセル2aの構造を示し、図12におけるCC’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6のソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。ドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。ゲート6bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−1を利用している。ただし、ソース6aは、ドレイン6cよりもメモリセル2aの内側に設けられている。
同様に第2MOSトランジスタ16のソース16aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線38を介して第2ビット線5と接続している。ドレイン16cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線37を介して引き出し配線層29の他端に接続している。ゲート16bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−2を利用している。ただし、ソース16aは、ドレイン16cよりもメモリセル2aの内側に設けられている。
引き出し配線層29は、メモリセル2aを通る第1ビット線4及び第2ビット線5を覆うように設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、接地(GND)線24に接続されている。
FIG. 13 shows the structure of the memory cell 2a, and shows a CC ′ cross section in FIG.
The source 6a of the first MOS transistor 6 is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 through a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6b uses the word line 3-1 branched from the word line 3. However, the source 6a is provided inside the memory cell 2a with respect to the drain 6c.
Similarly, the source 16a of the second MOS transistor 16 is connected to the second bit line 5 via a contact wiring 38 extending in the Z-axis direction. The drain 16c is connected to the other end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 37 extending in the Z-axis direction. The gate 16b uses the word line 3-2 branched from the word line 3. However, the source 16a is provided inside the memory cell 2a with respect to the drain 16c.
The lead wiring layer 29 is provided so as to cover the first bit line 4 and the second bit line 5 passing through the memory cell 2a.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end side is connected to a ground (GND) line 24 via a contact wiring 26.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第5の実施の形態の動作については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, since the operation of the fifth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as that of the first embodiment, description thereof will be omitted.

本実施の形態における第1ビット線4及び第2ビット線5は、第1の実施の形態の両ビット線よりも近い。しかし、本実施の形態の両ビット線は、磁気抵抗素子7に対して、メモリセル2a内の引き出し配線層29よりは遠い。そのため、両ビット線に引き出し配線層29と同じ電流が流れていても、磁気抵抗素子7に届く磁場は小さい。しかも、本発明のメモリセル2aの場合、第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場は、磁気抵抗素子7の異方性とは直交の方向にかかる。これらを示しているのが図14である。   The first bit line 4 and the second bit line 5 in the present embodiment are closer than both bit lines in the first embodiment. However, both the bit lines of the present embodiment are farther from the magnetoresistive element 7 than the lead wiring layer 29 in the memory cell 2a. Therefore, the magnetic field reaching the magnetoresistive element 7 is small even if the same current as that of the lead-out wiring layer 29 flows through both bit lines. Moreover, in the case of the memory cell 2 a of the present invention, the magnetic fields from the first bit line 4 and the second bit line 5 are applied in a direction orthogonal to the anisotropy of the magnetoresistive element 7. These are shown in FIG.

図14は、選択セル(図14(a))及び非選択セル(図14(b))にかかる可能性のある磁場を示すグラフである。図14(b)の非選択セルには、第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場HX1によりX軸方向の磁場がかかっている。しかし、その大きさが十分小さいので影響は無い。図14(a)の選択セルの場合は、第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場HX1と、引き出し配線層29による磁場HY1との合成磁場Hとなっている。すなわち、図6の第1の実施の形態の場合と比較して、より近くにある第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場の影響により、Hy軸から少しずれている。しかし、アステロイドカーブとの関係を見ると、より小さい磁場で自発磁化を反転できるようになっていることが分かる。すなわち、選択セル2aにおいては、両ビット線からの磁場HX1は、磁化反転を助ける方向に働くことがわかる。 FIG. 14 is a graph showing the magnetic field that may be applied to the selected cell (FIG. 14A) and the non-selected cell (FIG. 14B). A magnetic field in the X-axis direction is applied to the non-selected cell in FIG. 14B by the magnetic field H X1 from the first bit line 4 and the second bit line 5. However, since the size is sufficiently small, there is no influence. If the selected cell in FIG. 14 (a), and has a magnetic field H X1 from the first bit line 4 and the second bit line 5, by lead wiring layer 29 and the synthetic magnetic field H 1 of the magnetic field H Y1. That is, as compared with the case of the first embodiment in FIG. 6, it is slightly shifted from the Hy axis due to the influence of the magnetic field from the first bit line 4 and the second bit line 5 which are closer. However, looking at the relationship with the asteroid curve, it can be seen that the spontaneous magnetization can be reversed with a smaller magnetic field. In other words, in the selected cell 2a, it can be seen that the magnetic field H X1 from both bit lines works in a direction that assists magnetization reversal.

本実施の形態についても第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、引き出し配線層29の形状や磁気抵抗素子7のマージンが大きくなり、設計ルールを緩めることが出来るので、歩留まりを向上させることが出来る。
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In addition, since the shape of the lead wiring layer 29 and the margin of the magnetoresistive element 7 are increased and the design rule can be relaxed, the yield can be improved.

そして、磁気抵抗素子7を大きくでき、又、第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場の効果により、より低い書き込み用の電流Iw(0)及びIw(1)で選択セルにおける磁気抵抗素子の自発磁化を反転することが可能となる。   The magnetoresistive element 7 can be enlarged, and the magnetic field in the selected cell can be reduced with lower write currents Iw (0) and Iw (1) due to the magnetic field effect from the first bit line 4 and the second bit line 5. It becomes possible to reverse the spontaneous magnetization of the resistance element.

(第6の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第6の実施の形態について説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第6の実施の形態の構成について説明する。図8は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第6の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、書き込みYセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電源回路19、Y側電流源回路12、Y側電流終端回路14及び電流センスアンプ15aを具備する。
図8の構成は、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the sixth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a sixth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a write X selector 8-1, and a read. An X selector 8-2, a write Y selector 11-1, a read Y selector 11-2, a Y side power supply circuit 19, a Y side current source circuit 12, a Y side current termination circuit 14, and a current sense amplifier 15a are provided.
Since the configuration of FIG. 8 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

図15は、図8に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル20a(ここでは、図9の場合と構造が異なるため、メモリセル20aと表示)を代表して示している。また、図9に記されている読み出しワード線3Rについては、図9と同様に磁気抵抗素子7上に設けられるが、見易さの観点から本図では省略する。
本実施の形態のメモリセル20aは、枝分かれした書き込みワード線3−1(ゲート6b)よりもメモリセル20aの内側に、第1ビット線4が設けられている点で、第3の実施の形態の図9と異なる。
ただし、第1MOSトランジスタ6の配置の変更、及び、それに伴う第1ビット線4の配置の変更がある他は、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 15 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 8 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 20a in the memory cell array 1 (in this case, the structure is different from the case of FIG. 9 and is displayed as a memory cell 20a) is shown as a representative. Also, the read word line 3R shown in FIG. 9 is provided on the magnetoresistive element 7 as in FIG. 9, but is omitted in this figure from the viewpoint of easy viewing.
The memory cell 20a of the present embodiment is different from that of the third embodiment in that the first bit line 4 is provided inside the memory cell 20a with respect to the branched write word line 3-1 (gate 6b). This is different from FIG.
However, since the arrangement of the first MOS transistor 6 and the accompanying change in the arrangement of the first bit line 4 are the same as in the third embodiment, the description thereof is omitted.

このような配置にすることにより、引き出し配線層29の形状のマージンが大きくなる。それにより、引き出し配線層29の形状を長く、広く取ることが出来、その上に形成される磁気抵抗素子7を大きくすることが出来る。   With such an arrangement, the margin of the shape of the lead-out wiring layer 29 is increased. Thereby, the shape of the lead wiring layer 29 can be made long and wide, and the magnetoresistive element 7 formed thereon can be enlarged.

図16は、メモリセル20aの構造を示し、図15におけるDD’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6のソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。ドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。ゲート6bは、書き込みワード線3Wから枝分かれした書き込みワード線3−1を利用している。ただし、ソース6aは、ドレイン6cよりもメモリセル20aの内側に設けられている。
引き出し配線層29は、メモリセル20aを通る第1ビット線4を覆うように設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、読み出しワード線3Rに接続されている。
FIG. 16 shows the structure of the memory cell 20a, and shows a DD ′ section in FIG.
The source 6a of the first MOS transistor 6 is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 through a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6b uses a write word line 3-1 branched from the write word line 3W. However, the source 6a is provided inside the memory cell 20a rather than the drain 6c.
The lead wiring layer 29 is provided so as to cover the first bit line 4 passing through the memory cell 20a.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end is connected to the read word line 3R via the contact wiring 26.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第6の実施の形態の動作については第3の実施の形態の動作と同様であるので、その説明を省略する。   Next, the operation of the sixth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory according to the present invention is the same as the operation of the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施の形態により、第3及び第5の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。   According to this embodiment, the same effects as those of the third and fifth embodiments can be obtained.

(第7の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第7の実施の形態について説明する。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第7の実施の形態の構成について説明する。図1は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第7の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。
図1の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a seventh embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including a magnetic memory cell of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side current source circuit 12, Y A side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15 are provided.
Since the configuration of FIG. 1 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

図17は、図1に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2b(ここでは、図2の場合と構造が異なるため、メモリセル2bと表示)を代表して示している。
磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。本実施の形態では、磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して所定の角度θだけ傾けることとする。図17の例では、磁気抵抗素子7の形状で異方性をつけ、磁気抵抗素子7をY軸に対して45°傾けている(θ=45°)。これにより、書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減できる。それを説明したのが図18である。
FIG. 17 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 1 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 2b in the memory cell array 1 (here, shown as a memory cell 2b because the structure is different from that in FIG. 2) is shown as a representative.
The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. In the present embodiment, the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 is inclined by a predetermined angle θ with respect to the Y axis. In the example of FIG. 17, the shape of the magnetoresistive element 7 is made anisotropic, and the magnetoresistive element 7 is inclined 45 ° with respect to the Y axis (θ = 45 °). Thereby, the write current can be set small, and the current consumption can be reduced. This is illustrated in FIG.

図18は、書き込み電流により生じる磁場と磁気抵抗素子7が磁化されるのに必要な磁場を示すアステロイドカーブとを示すグラフである。図17のメモリセル2bの場合、書き込み電流による磁場は磁気抵抗素子7の磁性体の異方性とは45°ずれた方向にかかる。図18のアステロイドカーブと、書き込み電流で発生する磁場Hとの比較から、図6の場合と比較して、磁場Hを小さく出来ることが分かる。すなわち、書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減することが出来る。
磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して傾ける際の所定の角度は、Y軸に対してわずかだけ傾けても効果はある。より好ましくは、10°〜80°である。更に好ましくは、30°〜60°である。Y軸の反対の側に同様に傾けても、同様の効果がある。
FIG. 18 is a graph showing a magnetic field generated by a write current and an asteroid curve indicating a magnetic field necessary for the magnetoresistive element 7 to be magnetized. In the case of the memory cell 2b of FIG. 17, the magnetic field due to the write current is applied in a direction shifted by 45 ° from the anisotropy of the magnetic material of the magnetoresistive element 7. From the comparison of the asteroid curve in FIG. 18 and the magnetic field H 0 generated by the write current, it can be seen that the magnetic field H 0 can be made smaller than in the case of FIG. That is, the write current can be set small, and the current consumption can be reduced.
Even if the predetermined angle for tilting the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 with respect to the Y axis is slightly tilted with respect to the Y axis, it is effective. More preferably, it is 10 ° -80 °. More preferably, it is 30 to 60 degrees. The same effect can be obtained by tilting to the opposite side of the Y axis in the same manner.

図17におけるその他の構成は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   The other configuration in FIG. 17 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第7の実施の形態の動作については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, since the operation of the seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、磁気抵抗素子7の磁性体の異方性を傾けることにより書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減することが出来るので、それにより、メモリセル2bのトランジスタサイズを小さくすることできる。従って、チップサイズを小さくすることができ、コストの削減が可能となる。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In addition, by tilting the anisotropy of the magnetic material of the magnetoresistive element 7, the write current can be set small, and the current consumption can be reduced, so that the transistor size of the memory cell 2b can be reduced. Therefore, the chip size can be reduced and the cost can be reduced.

上記実施の形態では、磁気抵抗素子7を傾けている。それに加えて、磁気抵抗素子7を、その磁化容易軸方向に対して非対称にすることで、上記実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。それを示したのが図77である。
図77は、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第7の実施の形態の他の応用例を示す構成を示す図である。この図では、引き出し配線層29の磁気抵抗素子7部分のみを示している。図17の場合と比較して、この場合では、磁気抵抗素子7は、容易軸方向(図中、Hxの方向)に非対称である。
In the above embodiment, the magnetoresistive element 7 is inclined. In addition, by making the magnetoresistive element 7 asymmetric with respect to the direction of the easy axis of magnetization, the same effect as in the above embodiment can be obtained. This is shown in FIG.
FIG. 77 is a diagram showing a configuration showing another application example of the seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention. In this figure, only the magnetoresistive element 7 portion of the lead wiring layer 29 is shown. Compared to the case of FIG. 17, in this case, the magnetoresistive element 7 is asymmetrical in the easy axis direction (direction Hx in the figure).

図78は、図77の場合のアステロイド特性を示すグラフである。縦軸はY方向の磁場(Hy)、横軸はX方向の磁場(Hx)である。このように非対称の磁気抵抗素子7の磁性体のアステロイド特性は、隣り合う2つの象限(例示:第1象限と第2象限)について非対称になる。この場合、書き込み動作に第2象限と第4象限とを使用すると、第1象限と第3象限とを使用する場合や通常の場合に比較して、非対称性により書き込み電流Iwを下げることが出来る。これにより、チップ面積を増やすことなく、動作マージンを増大させることが出来る。   FIG. 78 is a graph showing the asteroid characteristics in the case of FIG. The vertical axis represents the magnetic field (Hy) in the Y direction, and the horizontal axis represents the magnetic field (Hx) in the X direction. As described above, the asteroid characteristic of the magnetic material of the asymmetrical magnetoresistive element 7 is asymmetric with respect to two adjacent quadrants (example: first quadrant and second quadrant). In this case, when the second quadrant and the fourth quadrant are used for the write operation, the write current Iw can be reduced due to asymmetry as compared with the case where the first quadrant and the third quadrant are used or in the normal case. . As a result, the operation margin can be increased without increasing the chip area.

図77から図78の説明は、本明細書中における他のメモリセル及びメモリセルアレイについても同様に適用することが出来る。   The description of FIGS. 77 to 78 can be similarly applied to other memory cells and memory cell arrays in this specification.

(第8の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第8の実施の形態について説明する。
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第8の実施の形態の構成について説明する。図8は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第8の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、書き込みYセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、Y側電流終端回路14及び電流センスアンプ15aを具備する。
図8の構成は、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the eighth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an eighth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a write X selector 8-1, and a read. An X selector 8-2, a write Y selector 11-1, a read Y selector 11-2, a Y side current source circuit 12, a Y side power supply circuit 19, a Y side current termination circuit 14, and a current sense amplifier 15a are provided.
Since the configuration of FIG. 8 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

図19は、図8に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル20b(ここでは、図9の場合と構造が異なるため、メモリセル20bと表示)を代表して示している。また、図9に記されている読み出しワード線3Rについては、図9と同様に磁気抵抗素子7上に設けられるが、見易さの観点から本図では省略する。
磁気抵抗素子7は、第7の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
また、図19におけるその他の構成は、第3の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
FIG. 19 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 8 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 20b in the memory cell array 10 (here, shown as a memory cell 20b because the structure is different from that in FIG. 9) is shown as a representative. Also, the read word line 3R shown in FIG. 9 is provided on the magnetoresistive element 7 as in FIG. 9, but is omitted in this figure from the viewpoint of easy viewing.
Since the magnetoresistive element 7 is the same as that of the seventh embodiment, the description thereof is omitted.
Further, since the other configuration in FIG. 19 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第8の実施の形態の動作については、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, since the operation of the eighth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態により、第3及び第7の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。   According to the present embodiment, the same effects as those of the third and seventh embodiments can be obtained.

(第9の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第9の実施の形態について説明する。
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第9の実施の形態の構成について説明する。図20は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第9の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3(2本のワード線3a及びワード線3bで一組)、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the ninth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a ninth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including a magnetic memory cell according to the present invention. The MRAM of this embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3 (a set of two word lines 3a and 3b), a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, A selector 8, a Y selector 11, a Y-side current source circuit 12, a Y-side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y-side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ1は、2つのメモリセル2c−1及び2c−2が一組になり、行列に配列されている。ここで、2つのメモリセル2c−1及び2c−2の各々は、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2r−1及び2r−2と記す。
メモリセル2c−1は、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のゲートをワード線3aに接続している。また、メモリセル2c−2は、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のゲートをワード線3bに接続している。
メモリセル2c−1及びメモリセル2c−2は、それぞれの第1MOSトランジスタ6のソースを接続し、共通の配線(後述)で第1ビット線4に接続している。また、メモリセル2c−1及びメモリセル2c−2は、それぞれの第2MOSトランジスタ16のソースを接続し、共通の配線(後述)で第2ビット線5に接続している。
上記構成のようにメモリセル2c−1及びメモリセル2c−2は、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のソースを共通化することにより、メモリセル2(2c−1及び2c−2)の回路面積を低減している。
In the memory cell array 1, two memory cells 2c-1 and 2c-2 are paired and arranged in a matrix. Here, each of the two memory cells 2c-1 and 2c-2 includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 2 is referred to as reference cells 2r-1 and 2r-2.
In the memory cell 2c-1, the gates of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are connected to the word line 3a. In the memory cell 2c-2, the gates of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are connected to the word line 3b.
The memory cell 2c-1 and the memory cell 2c-2 are connected to the first bit line 4 through a common wiring (described later) by connecting the sources of the first MOS transistors 6 respectively. In addition, the memory cell 2c-1 and the memory cell 2c-2 are connected to the second bit line 5 through a common wiring (described later) by connecting the sources of the second MOS transistors 16.
As in the configuration described above, the memory cell 2c-1 and the memory cell 2c-2 share the sources of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16, thereby making the circuit of the memory cell 2 (2c-1 and 2c-2). The area is reduced.

ただし、ワード線3a及びワード線3bは、構造的に組になっている以外は、第1の実施の形態のワード線3と同様である。また、メモリセル2c−1及びメモリセル2c−2は、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のソースを共通化している以外は、第1の実施の形態の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16と同様である。従って、それらの説明を省略する。
更に、図20の他の構成については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
However, the word line 3a and the word line 3b are the same as the word line 3 of the first embodiment except that they are structurally combined. In addition, the memory cell 2c-1 and the memory cell 2c-2 are the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of the first embodiment except that the sources of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are shared. It is the same. Therefore, those descriptions are omitted.
Furthermore, since the other configuration of FIG. 20 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図21は、図20に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の4×4(2組×2組)のメモリセル2c(2c−1及び2c−2)を代表して示している。
メモリセル2c−1の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3aを利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16c(第6端子)に接続している。第2MOSトランジスタ16は、ゲート16b(第2ゲート端子)が、ワード線3aを利用している。ソース16a(第5端子)は、コンタクト配線38を介して第2ビット線5に接続している。
一方、メモリセル2c−2の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3bを利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16c(第6端子)に接続している。第2MOSトランジスタ16は、ゲート16b(第2ゲート端子)が、ワード線3bを利用している。ソース16a(第5端子)は、コンタクト配線38を介して第2ビット線5に接続している。
FIG. 21 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 20 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 4 × 4 (2 sets × 2 sets) of memory cells 2c (2c-1 and 2c-2) in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 2 c-1, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3a. The drain 6c (second terminal) is connected to the drain 16c (sixth terminal) of the second MOS transistor 16 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37. In the second MOS transistor 16, the gate 16b (second gate terminal) uses the word line 3a. The source 16 a (fifth terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 38.
On the other hand, in the first MOS transistor 6 of the memory cell 2 c-2, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 through the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3b. The drain 6c (second terminal) is connected to the drain 16c (sixth terminal) of the second MOS transistor 16 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37. In the second MOS transistor 16, the gate 16b (second gate terminal) uses the word line 3b. The source 16 a (fifth terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 38.

ここで、拡散層(各MOSトランジスタのソース(6a及び16a)及びドレイン(6c及び16c))は、第1ビット線4及び第2ビット線5に対して、所定の角度φ(図21においては、φ=45°)だけ傾けてレイアウトされている。このようなレイアウトにより、拡散層を配置する密度をあげることができ、メモリセル2cのサイズを小さくすることができる。また、本実施の形態では、第1ビット線4及び第2ビット線5と各メモリセル2cとを接続する配線(28及び38)を共通化している。この配線の共通化によってもメモリセル2cのサイズを小さくすることができる。
なお、所定の角度φは、メモリセル2cのコンパクト化の観点から、30°〜60°が好ましい。より好ましくは、40°〜50°である。両ビット線(4及び5)に対して、どちら側に傾けても良い。
Here, the diffusion layer (sources (6a and 16a) and drains (6c and 16c) of each MOS transistor) is at a predetermined angle φ (in FIG. 21) with respect to the first bit line 4 and the second bit line 5. , Φ = 45 °). With such a layout, it is possible to increase the density at which the diffusion layers are arranged, and to reduce the size of the memory cell 2c. In the present embodiment, the wirings (28 and 38) for connecting the first bit line 4 and the second bit line 5 and the memory cells 2c are shared. This common wiring can also reduce the size of the memory cell 2c.
The predetermined angle φ is preferably 30 ° to 60 ° from the viewpoint of making the memory cell 2c compact. More preferably, the angle is 40 ° to 50 °. It may be tilted to either side with respect to both bit lines (4 and 5).

なお、このレイアウトでは第1ビット線4及び第2ビット線5が磁気抵抗素子7の下に配置される。従って、両ビット線からの磁場は、磁気抵抗素子7に影響を与える。その様子を示したのが図22である。
図22は、選択セルにかかる可能性のある磁場を示すグラフである。図22(b)は、選択セル2cにかかる可能性のある第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場HX1を示す。この磁場HX1の大きさは、十分に小さく磁気抵抗素子7の自発磁化には影響しない。ただし、その磁場により、図22(a)に示すように、選択セル2cには、第1ビット線4及び第2ビット線5からの磁場HX1と、引き出し配線層29による磁場HY1との合成磁場Hがかかることになる。その場合、図22(c)に示すように、磁気抵抗素子7の向きを第7の実施の形態のようにY軸から45°ずらしていた場合、磁場HX1の分の角度Δだけ予めずらして設計すれば良い。磁気抵抗素子7の磁気異方性の方向を少し(Δ)ずらしておけば、動作マージンの減少はなく、書き込み用の磁場の大きさが大きくなる(H)だけにできるので両ビット線の電流からの磁場は、良い方向にのみ働くようにすることができる。
In this layout, the first bit line 4 and the second bit line 5 are arranged below the magnetoresistive element 7. Therefore, the magnetic field from both bit lines affects the magnetoresistive element 7. This is shown in FIG.
FIG. 22 is a graph showing a magnetic field that may be applied to the selected cell. FIG. 22B shows the magnetic field H X1 from the first bit line 4 and the second bit line 5 that may be applied to the selected cell 2c. The magnitude of the magnetic field H X1 is sufficiently small and does not affect the spontaneous magnetization of the magnetoresistive element 7. However, due to the magnetic field, as shown in FIG. 22A, the selected cell 2 c has a magnetic field H X1 from the first bit line 4 and the second bit line 5 and a magnetic field H Y1 from the extraction wiring layer 29. synthetic magnetic field H 1 becomes can take. In this case, as shown in FIG. 22C, when the direction of the magnetoresistive element 7 is shifted by 45 ° from the Y axis as in the seventh embodiment, the magnetic field element H X1 is shifted in advance by an angle Δ. Design. If the direction of the magnetic anisotropy of the magnetoresistive element 7 is slightly shifted (Δ), the operation margin is not reduced, and the magnitude of the magnetic field for writing can be increased (H 1 ). The magnetic field from the current can only work in a good direction.

その他の構成については、第7の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Since other configurations are the same as those of the seventh embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第9の実施の形態の動作については、第1ビット線4及び第2ビット線5と各メモリセル2cとを接続する配線(28及び38)を共通化し、各拡散層がφ傾き、引き出し配線層29の下に第1ビット線4及び第2ビット線5が通っている他は第7の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, with regard to the operation of the ninth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention, the wiring (28 and 28) connecting the first bit line 4 and the second bit line 5 to each memory cell 2c. 38), the diffusion layers are φ-inclined, and the first bit line 4 and the second bit line 5 pass under the lead-out wiring layer 29. Description is omitted.

本実施の形態により、第7の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、各トランジスタの拡散層を配置する密度をあげること、及び、各ビット線と各メモリセル2cとを接続する配線を共通化することにより、メモリセル2cのサイズを小さくすることができる。従って、チップサイズを小さくすることができ、コストの削減が可能となる。
According to this embodiment, the same effect as that of the seventh embodiment can be obtained.
Further, the size of the memory cell 2c can be reduced by increasing the density at which the diffusion layers of the transistors are arranged and by making the wirings connecting the bit lines and the memory cells 2c common. Therefore, the chip size can be reduced and the cost can be reduced.

(第10の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第10の実施の形態について説明する。
(Tenth embodiment)
A tenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第10の実施の形態の構成について説明する。図23は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第10の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線(2本の書き込みワード線3aW及び書き込みワード線3bWで一組)、複数の読み出しワード線(2本の読み出しワード線3aR及び読み出しワード線3bRで一組)、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、書き込みYセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、Y側電流終端回路14及び電流センスアンプ15aを具備する。   First, the configuration of the tenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a tenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM of the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines (a set of two write word lines 3aW and a write word line 3bW), and a plurality of read word lines (two read word lines 3aR and a read). A set of word lines 3bR), a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a write X selector 8-1, a read X selector 8-2, a write Y selector 11-1, and a read Y selector 11- 2, Y-side current source circuit 12, Y-side power supply circuit 19, Y-side current termination circuit 14 and current sense amplifier 15a.

メモリセルアレイ10は、2つのメモリセル20c−1及び20c−2が一組になり、行列に配列されている。ここで、2つのメモリセル20c−1及び20c−2の各々は、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル20をリファレンスセル20r−1及び20r−2と記す。
メモリセル20c−1は、第1MOSトランジスタ6のゲートを書き込みワード線3aWに接続している。また、メモリセル20c−2は、第1MOSトランジスタ6のゲートを書き込みワード線3bWに接続している。
メモリセル20c−1及びメモリセル20c−2は、それぞれの第1MOSトランジスタ6のソースを、共通の配線(後述)で第1ビット線4に接続している。同様にして、それぞれの第1MOSトランジスタ6のドレインを、共通の配線(後述)で第2ビット線5に接続している。
上記構成のようにメモリセル20c−1及びメモリセル20c−2は、第1MOSトランジスタ6のソース及びドレインを共通化することにより、メモリセル20(20c−1及び20c−2)の回路面積を低減している。
In the memory cell array 10, two memory cells 20c-1 and 20c-2 are paired and arranged in a matrix. Here, each of the two memory cells 20c-1 and 20c-2 includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 20 is referred to as reference cells 20r-1 and 20r-2.
In the memory cell 20c-1, the gate of the first MOS transistor 6 is connected to the write word line 3aW. In the memory cell 20c-2, the gate of the first MOS transistor 6 is connected to the write word line 3bW.
In the memory cell 20c-1 and the memory cell 20c-2, the source of each first MOS transistor 6 is connected to the first bit line 4 by a common wiring (described later). Similarly, the drain of each first MOS transistor 6 is connected to the second bit line 5 by a common wiring (described later).
As described above, the memory cell 20c-1 and the memory cell 20c-2 reduce the circuit area of the memory cell 20 (20c-1 and 20c-2) by sharing the source and drain of the first MOS transistor 6. is doing.

ただし、書き込みワード線3aW及び書き込みワード線3bWは、構造的に組になっている以外は、第3の実施の形態の書き込みワード線3Wと同様である。また、読み出しワード線3aR及び読み出しワード線3bRは、構造的に組になっている以外は、第3の実施の形態の読み出しワード線3Rと同様である。
また、メモリセル20c−1及びメモリセル20c−2は、第1MOSトランジスタ6のソース及びドレインを共通化している以外は、第3の実施の形態の第1MOSトランジスタ6と同様である。従って、それらの説明を省略する。
更に、図23の他の構成については、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
However, the write word line 3aW and the write word line 3bW are the same as the write word line 3W of the third embodiment except that they are structurally combined. The read word line 3aR and the read word line 3bR are the same as the read word line 3R of the third embodiment except that they are structurally combined.
The memory cell 20c-1 and the memory cell 20c-2 are the same as the first MOS transistor 6 of the third embodiment except that the source and drain of the first MOS transistor 6 are shared. Therefore, those descriptions are omitted.
Furthermore, since the other configuration of FIG. 23 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

図24は、図23に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の4×4(2組×2組)のメモリセル2c(2c−1及び2c−2)を代表して示している。また、図9に記されている読み出しワード線3aR及び読み出しワード線3bRについては、図9と同様に磁気抵抗素子7上に設けられるが、見易さの観点から本図では省略する。   FIG. 24 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 23 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (positive direction of the Z axis). In this figure, 4 × 4 (2 sets × 2 sets) of memory cells 2c (2c-1 and 2c-2) in the memory cell array 1 are shown as representatives. Further, the read word line 3aR and the read word line 3bR shown in FIG. 9 are provided on the magnetoresistive element 7 similarly to FIG. 9, but are omitted in this figure from the viewpoint of easy viewing.

メモリセル20c−1の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、書き込みワード線3aWを利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2ビット線5に接続している。
一方、メモリセル02c−2の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、書き込みワード線3bWを利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2ビット線5に接続している。
図24のその他の構成は、第9の実施の形態の図21と同様であるので、その説明を省略する。
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 20 c-1, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the write word line 3aW. The drain 6 c (second terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37.
On the other hand, in the first MOS transistor 6 of the memory cell 02c-2, the source 6a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the write word line 3bW. The drain 6 c (second terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37.
The other configuration in FIG. 24 is the same as that in FIG. 21 of the ninth embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第10の実施の形態の動作については、第1ビット線4及び第2ビット線5と各メモリセル20cとを接続する配線(28及び37)を共通化し、各拡散層がφ傾き、引き出し配線層29の下に第1ビット線4及び第2ビット線5が通っている他は、第8の実施の形態の動作と同様であるので、その説明を省略する。   Next, regarding the operation of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the tenth embodiment of the present invention, the wiring (28 and 28) connecting the first bit line 4 and the second bit line 5 to each memory cell 20c. 37) in common, the diffusion layers are inclined by φ, and the first bit line 4 and the second bit line 5 pass under the lead-out wiring layer 29, and the operation is the same as in the eighth embodiment. Therefore, the description is omitted.

本実施の形態により、第8の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、各トランジスタの拡散層を配置する密度をあげること、及び、各ビット線と各メモリセル20cとを接続する配線を共通化することにより、メモリセル20cのサイズを小さくすることができる。従って、チップサイズを小さくすることができ、コストの削減が可能となる。
According to the present embodiment, the same effect as that of the eighth embodiment can be obtained.
Further, the size of the memory cell 20c can be reduced by increasing the density at which the diffusion layers of the transistors are arranged and by sharing the wiring connecting the bit lines and the memory cells 20c. Therefore, the chip size can be reduced and the cost can be reduced.

(第11の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第11の実施の形態について説明する。
(Eleventh embodiment)
An eleventh embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第11の実施の形態の構成について説明する。図1は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第11の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。
図1の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the eleventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an eleventh embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side current source circuit 12, Y A side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15 are provided.
Since the configuration of FIG. 1 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

図25は、図1に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2d(ここでは、図2の場合と構造が異なるため、メモリセル2dと表示)を代表して示している。
本実施の形態のメモリセルアレイ1は、接地配線24が、互いに隣り合う2本のワード線3の間にX軸方向に延設されている。また、その接地配線24は、X軸方向に並んだメモリセル2dにおいて、引き出し配線層29の下側(半導体基板側)の位置になるように設けられている。これにより、磁気抵抗素子7は、接地配線24の上に設けられる。そして、一端を接地配線24に、他端を引き出し配線層29に接続している。
また、接地配線24上に磁気異方性の方向をY軸方向に平行して形成された磁気抵抗素子7に対して、引き出し配線層29が所定の角度ψ(図25では、45°)傾いている。これにより、第7の実施の形態のように、書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減することが出来る効果を持たすことが出来る。
FIG. 25 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 1 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 2d in the memory cell array 1 (here, the structure is different from the case of FIG. 2 and is displayed as a memory cell 2d) is shown as a representative.
In the memory cell array 1 of the present embodiment, the ground wiring 24 is extended in the X-axis direction between two adjacent word lines 3. The ground wiring 24 is provided at a position below the lead wiring layer 29 (on the semiconductor substrate side) in the memory cells 2d arranged in the X-axis direction. Thereby, the magnetoresistive element 7 is provided on the ground wiring 24. One end is connected to the ground wiring 24 and the other end is connected to the lead wiring layer 29.
Further, the lead wiring layer 29 is inclined at a predetermined angle ψ (45 ° in FIG. 25) with respect to the magnetoresistive element 7 formed on the ground wiring 24 with the direction of magnetic anisotropy parallel to the Y-axis direction. ing. As a result, the write current can be set small as in the seventh embodiment, and the effect of reducing current consumption can be obtained.

なお、引き出し配線層29と磁気抵抗素子7の磁化異方性の方向とによる所定の角度ψは、第7の実施の形態に示すように、わずかだけ傾けても効果はある。ただし、配線の関係から、より好ましくは30°〜60°である。更に好ましくは、40°〜50°である。   It should be noted that even if the predetermined angle ψ depending on the direction of magnetization anisotropy of the lead wiring layer 29 and the magnetoresistive element 7 is slightly inclined as shown in the seventh embodiment, there is an effect. However, from the relationship of wiring, it is more preferably 30 ° to 60 °. More preferably, the angle is 40 ° to 50 °.

メモリセルアレイ1のその他の構成及び、図25のその他の構成については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   The other configuration of the memory cell array 1 and the other configuration of FIG. 25 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

このような配置にすることにより、引き出し配線層29の厚みを容易に厚くすることが出来る。それにより、書き込み用の電流が大きく、信頼性を上げるため引き出し配線層29の厚みを厚くしたい場合にも、容易に適切な厚みに変更することが可能となる。   With this arrangement, the thickness of the lead wiring layer 29 can be easily increased. Thereby, even when the current for writing is large and it is desired to increase the thickness of the lead-out wiring layer 29 in order to increase the reliability, it is possible to easily change the thickness to an appropriate thickness.

図26は、メモリセル2dの構造を示し、図25におけるEE’断面を示す図である。
ワード線3と平行に延びる接地配線24の上に、磁気抵抗素子7が設けられ、その上に、引き出し配線層29が設けられている。引き出し配線層29の両端は、図示されないが、一方がZ軸方向に延びるコンタクト配線27を介して第1MOSトランジスタ6のドレイン6cに、他方がZ軸方向に延びるコンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16cに接続している。
その他のメモリセル2dの構成は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 26 shows the structure of the memory cell 2d, and shows a cross section taken along line EE ′ in FIG.
The magnetoresistive element 7 is provided on the ground wiring 24 extending in parallel with the word line 3, and the lead wiring layer 29 is provided thereon. Although not shown in the drawing, both ends of the lead wiring layer 29 are connected to the drain 6c of the first MOS transistor 6 through a contact wiring 27 that extends in the Z-axis direction, and the second MOS transistor through a contact wiring 37 that extends in the Z-axis direction. 16 drains 16c.
The other configuration of the memory cell 2d is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第11の実施の形態の動作については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, since the operation of the eleventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態についても第1及び第7の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、引き出し配線層29の形状(厚み)のマージンが大きくなり、書き込み用の電流の大きさに対応した、引き出し配線層29の形状を形成することが可能となる。そして、それにより、メモリセル2の信頼性を向上させることが可能となる。
Also in this embodiment, the same effects as those in the first and seventh embodiments can be obtained.
Further, the margin of the shape (thickness) of the lead wiring layer 29 is increased, and the shape of the lead wiring layer 29 corresponding to the magnitude of the write current can be formed. Thereby, the reliability of the memory cell 2 can be improved.

(第12実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第12の実施の形態について説明する。
(Twelfth embodiment)
A twelfth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第12の実施の形態の構成について説明する。図8は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第12の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、書き込みYセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、Y側電流終端回路14及び電流センスアンプ15aを具備する。
図8の構成は、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
First, the configuration of the twelfth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a twelfth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a write X selector 8-1, and a read. An X selector 8-2, a write Y selector 11-1, a read Y selector 11-2, a Y side current source circuit 12, a Y side power supply circuit 19, a Y side current termination circuit 14, and a current sense amplifier 15a are provided.
Since the configuration of FIG. 8 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

図27は、図8に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル20d(ここでは、図9の場合と構造が異なるため、メモリセル20dと表示)を代表して示している。
本実施の形態のメモリセルアレイ10は、読み出しワード線3Rが、互いに隣り合う2本の書き込みワード線3Wの間であって、メモリセル20dに重ならない位置でX軸方向に延設されている。また、その読み出しワード線3Rは、メモリセル20dごとに枝分かれした読み出しワード線3R−1を有している。そして、読み出しワード線3R−1は、X軸方向に並んだメモリセル20dにおいて、引き出し配線層29の下側(半導体基板側)の位置に入るように設けられている。これにより、磁気抵抗素子7は、読み出しワード線3R−1の上に設けられる。そして、一端を読み出しワード線3R−1に、他端を引き出し配線層29に接続している。
27 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 8 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 20d in the memory cell array 10 (in this case, the memory cell 20d is displayed because it has a different structure from that in FIG. 9) is shown as a representative.
In the memory cell array 10 of the present embodiment, the read word line 3R extends between the two adjacent write word lines 3W in the X-axis direction at a position that does not overlap the memory cell 20d. The read word line 3R has a read word line 3R-1 branched for each memory cell 20d. The read word line 3R-1 is provided so as to enter a position below the lead wiring layer 29 (semiconductor substrate side) in the memory cells 20d arranged in the X-axis direction. Thereby, the magnetoresistive element 7 is provided on the read word line 3R-1. One end is connected to the read word line 3R-1 and the other end is connected to the lead-out wiring layer 29.

メモリセルアレイ10のその他の構成及び、図27のその他の構成については、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   The other configuration of the memory cell array 10 and the other configuration of FIG. 27 are the same as those of the third embodiment, and thus description thereof is omitted.

このような配置にすることにより、引き出し配線層29の厚みを容易に厚くすることが出来る。それにより、書き込み用の電流が大きく、信頼性を上げるため引き出し配線層29の厚みを厚くしたい場合にも、容易に適切な厚みに変更することが可能となる。   With this arrangement, the thickness of the lead wiring layer 29 can be easily increased. Thereby, even when the current for writing is large and it is desired to increase the thickness of the lead-out wiring layer 29 in order to increase the reliability, it is possible to easily change the thickness to an appropriate thickness.

図28は、メモリセル20dの構造を示し、図27におけるFF’断面を示す図である。
書き込みワード線3Wと平行に延びる読み出しワード線3Rから枝分かれした読み出しワード線3R−1の上に、磁気抵抗素子7が設けられ、その上に、引き出し配線層29が設けられている。引き出し配線層29の両端は、一方がZ軸方向に延びるコンタクト配線27を介して第1MOSトランジスタ6のドレイン6cに、他方がZ軸方向に延びるコンタクト配線37を介して第2ビット線5に接続している。
その他のメモリセル20dの構成は、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 28 shows the structure of the memory cell 20d and is a view showing the FF ′ cross section in FIG.
The magnetoresistive element 7 is provided on the read word line 3R-1 branched from the read word line 3R extending in parallel with the write word line 3W, and the lead-out wiring layer 29 is provided thereon. One end of the lead wiring layer 29 is connected to the drain 6c of the first MOS transistor 6 through a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction, and the other is connected to the second bit line 5 through a contact wiring 37 extending in the Z-axis direction. is doing.
Since the configuration of the other memory cell 20d is the same as that of the third embodiment, description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第12の実施の形態の動作については、第3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, the operation of the twelfth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as that of the third embodiment, so that the description thereof is omitted.

本実施の形態についても第3の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、引き出し配線層29の形状(厚み)のマージンが大きくなり、書き込み用の電流の大きさに対応した、引き出し配線層29の形状を形成することが可能となる。そして、それにより、メモリセル20の信頼性を向上させることが可能となる。
Also in this embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
Further, the margin of the shape (thickness) of the lead wiring layer 29 is increased, and the shape of the lead wiring layer 29 corresponding to the magnitude of the write current can be formed. As a result, the reliability of the memory cell 20 can be improved.

(第13の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第13の実施の形態について説明する。
(Thirteenth embodiment)
A thirteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第13の実施の形態の構成について説明する。図29は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第13の実施の形態の構成を示す図である。図29は、図1に示すMRAMの回路例を階層化し、一部変更した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41a−0〜41a−3(本実施の形態と類似の第2の実施の形態における図7のセルアレイ41と一部変更しているため41aと表示)、セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the thirteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a thirteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. FIG. 29 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41a-0 to 41a-3 (shown as 41a because the cell array 41 in FIG. 7 in the second embodiment similar to the present embodiment is partially changed). A selector 44, a Y-side current source circuit 42, a read current load circuit 13 and a sense amplifier 15 are provided.

セルアレイ41a−0〜41a−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11’、Y側電流終端回路14を備える。各構成は、Yセレクタ11’が第1ビット線4の選択だけでなくリファレンス第1ビット線4rの選択も可能であること以外は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
なお、図29においては、4つのセルアレイ41aを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 41a-0 to 41a-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). A line 5r), an X selector 8, a Y selector 11 ', and a Y-side current termination circuit 14. Each configuration is the same as in the first embodiment except that the Y selector 11 ′ can select not only the first bit line 4 but also the reference first bit line 4 r, and the description thereof will be omitted. To do.
In FIG. 29, four cell arrays 41a are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ44は、セルアレイ41aを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41aの番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ44−1及び44−2により、選択セルアレイ41a−iを選択する。選択セルアレイ41a−iは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により、Y側電流源回路42と、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とに接続され、データの書き込み、読み出しの動作を行う。   The cell array selector 44 uses the selector transistors 44-1 and 44-2 to select the selected cell array 41a-i based on a cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: an integer of the cell array 41a) for selecting the cell array 41a. select. The selected cell array 41a-i is connected to the Y-side current source circuit 42, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2, and the data Write and read operations.

Y側電流源回路42は、データの書き込み動作時に、選択セルアレイ41a−iの選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとの間へ、所定の電流の供給及び引き込みを行う電流源である。例えば、データ「1」の書き込み動作時に、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−選択セルアレイ41a−iへ電流を供給し、Yセレクタ11’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流源終端回路14−セルアレイセレクタ44−第2メインビット線18−2(第2メインビット線18−2は接地に固定)の経路で電流を流す。データ「0」の書き込み動作時には、逆向きに、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−選択セルアレイ41a−iへ電流を供給し、Y側電流源終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’−セルアレイセレクタ44−第1メインビット線18−1(第1メインビット線18−1は接地に固定)の経路で電流を供給する。ただし、42aは、定電流を発生し、42bが電流の供給方向を選択する。   The Y-side current source circuit 42 is a current source that supplies and draws a predetermined current between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s of the selected cell array 41a-i during a data write operation. is there. For example, during the write operation of data “1”, a current is supplied to the first main bit line 18-1—cell array selector 44—selected cell array 41a-i, and Y selector 11′—selected first bit line 4s—selected cell 2s. Current is passed through the path of the selected second bit line 5s-Y side current source termination circuit 14, the cell array selector 44, and the second main bit line 18-2 (the second main bit line 18-2 is fixed to the ground). During the write operation of data “0”, the current is supplied to the second main bit line 18-2-cell array selector 44-selected cell array 41a-i in the reverse direction, and the Y-side current source termination circuit 14-selected second bit line is supplied. 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11'-cell array selector 44-first main bit line 18-1 (first main bit line 18-1 is fixed to ground) to supply current To do. However, 42a generates a constant current, and 42b selects a current supply direction.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択セルアレイ41a−iの選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同時に、選択セルアレイ41a−iのリファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。すなわち、データの読み出し動作時には、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−Yセレクタ11’−選択セル2s経由で電流を流す。同時に、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−Y側電流終端回路14−リファレンスセル2r経由で電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2rにつながる第2メインビット線18−2の電圧と、選択セル2sにつながる第1メインビット線18−1の電圧との差に基づいて、選択セル2sの読み出したデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s of the selected cell array 41a-i during the data read operation. At the same time, a predetermined current is supplied to the reference first bit line 4r of the selected cell array 41a-i. That is, during the data read operation, a current is passed through the first main bit line 18-1−cell array selector 44−Y selector 11′−selected cell 2s. At the same time, current flows through the second main bit line 18-2-cell array selector 44-Y side current termination circuit 14-reference cell 2r.
The sense amplifier 15 reads the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the second main bit line 18-2 connected to the reference cell 2r and the voltage of the first main bit line 18-1 connected to the selected cell 2s. Output data.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第13の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the thirteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図29のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS81
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ41a−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ41a−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41a−iと、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS82
選択セルアレイ41a−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS83
選択セルアレイ41a−iのYセレクタ11’は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。同時に、Y側電流終端回路14は、リファレンス第2ビット線5rを選択する。そして、読み出しアクティブ信号により、読み出し電流負荷回路13は、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−Yセレクタ11’−選択第1ビット線4s−選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Isを流し込む。同時に、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−Y側電流終端回路14−リファレンス第2ビット線5r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2r)の第2MOSトランジスタ16−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Irを流し込む。
(4)ステップS84
読み出しアクティブ信号により、センスアンプ15は、第1メインビット線18−1の電位と第2メインビット線18−2の電位との電位差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
In the MRAM of FIG. 29, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S81
The cell array selector 44 turns on the corresponding selector transistors 44-1 and 44-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41a-i to select the selected cell array 41a-i.
At this time, the selected cell array 41a-i, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S82
The X selector 8 of the selected cell array 41a-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S83
The Y selector 11 ′ of the selected cell array 41 a-i selects the selected first bit line 4 s from the plurality of first bit lines 4 in response to column address input. At the same time, the Y-side current termination circuit 14 selects the reference second bit line 5r. Then, in response to the read active signal, the read current load circuit 13 causes the first main bit line 18-1-cell array selector 44-Y selector 11'-selected first bit line 4s-selected cell 2s first MOS transistor 6-magnetic resistance. The current Is is supplied to the ground wiring 24 via the element 7. At the same time, the second main bit line 18-2-cell array selector 44-Y side current termination circuit 14-reference second bit line 5r-selected reference cell 2r (corresponding to the intersection of the selected word line 3s and the reference first bit line 4r) Current Ir flows into the ground wiring 24 via the second MOS transistor 16-the magnetoresistive element 7 of the reference cell 2r).
(4) Step S84
Based on the read active signal, the sense amplifier 15 sets either “1” or “0” based on the potential difference between the potential of the first main bit line 18-1 and the potential of the second main bit line 18-2. Output.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41a−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41a-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS91
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ41a−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ41a−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41a−iと、Y側電流源回路42は、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS92
選択セルアレイ41a−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS93
選択セルアレイ41a−iのYセレクタ11’は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、書き込みアクティブ信号により、Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
(a)「1」を書き込む場合
第2メインビット線18−2が接地に固定される。すなわち、選択第2ビット線5sは、Y側電流終端回路14経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「1」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(1)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−Yセレクタ11’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14−第2メインビット線18−2−接地の経路で流す。
(b)「0」を書き込む場合
第1メインビット線18−1が接地に固定される。すなわち、選択第1ビット線4sは、Yセレクタ11’経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「0」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−Y側電流終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’−第1メインビット線18−1−接地の経路で流す。
(4)ステップS94
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(−X方向)又は電流Iw(1)(+X方向)が流れることにより、+Y方向、又は、−Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S91
The cell array selector 44 turns on the corresponding selector transistors 44-1 and 44-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41a-i to select the selected cell array 41a-i.
At this time, the selected cell array 41a-i and the Y-side current source circuit 42 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S92
The X selector 8 of the selected cell array 41a-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S93
The Y selector 11 ′ of the selected cell array 41 a-i selects the selected first bit line 4 s from the plurality of first bit lines 4 in response to column address input. Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 by the write active signal. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
(A) When “1” is written Second main bit line 18-2 is fixed to the ground. That is, the selected second bit line 5 s is fixed to the ground via the Y-side current termination circuit 14. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“1”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The first main bit line 18-1—cell array selector 44—Y selector 11′—selected first bit line 4s—selected cell 2s—selected second bit line 5s—Y-side current termination circuit 14—second main bit line 18-2 Flow through the grounding path.
(B) When “0” is written First main bit line 18-1 is fixed to ground. That is, the selected first bit line 4s is fixed to the ground via the Y selector 11 ′. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“0”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The second main bit line 18-2-cell array selector 44-Y side current termination circuit 14-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11'-first main bit line 18-1-flow through grounding path.
(4) Step S94
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (−X direction) or the current Iw (1) (+ X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + Y direction or −Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41a−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   Through the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41a-i.

本発明により、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
また、Y側電流源回路12の定電流源42aは、単方向(本実施の形態では、流れ出る方向)のみに対応していれば良く、設計の融通性を向上させることが出来る。
According to the present invention, the MRAM can be made compact by layering the cell array and sharing some circuits.
In addition, the constant current source 42a of the Y-side current source circuit 12 only needs to correspond to a single direction (in this embodiment, the flowing-out direction), and the design flexibility can be improved.

(第14の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第14の実施の形態について説明する。
(Fourteenth embodiment)
A fourteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第14の実施の形態の構成について説明する。図30は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第14の実施の形態の構成を示す図である。図30は、図8に示すMRAMの回路例を階層化し、一部変更した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ51a−0〜51a−3(本実施の形態と類似の第4の実施の形態における図11のセルアレイ51と一部変更しているため51aと表示)、セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42及び電流センスアンプ15aを具備する。   A configuration of a fourteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described. FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a fourteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. FIG. 30 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. The MRAM in this embodiment includes cell arrays 51a-0 to 51a-3 (displayed as 51a because the cell array 51 in FIG. 11 in the fourth embodiment similar to the present embodiment is partially changed). A selector 44, a Y-side current source circuit 42, and a current sense amplifier 15a are provided.

セルアレイ51a−0〜51a−3は、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、Yセレクタ11’、Y側電流終端回路14を備える。   The cell arrays 51a-0 to 51a-3 include a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second cells. A bit line 5 (including a reference second bit line 5r), a write X selector 8-1, a read X selector 8-2, a Y selector 11 ', and a Y-side current termination circuit 14 are provided.

ただし、メモリセルアレイ10のメモリセル20は、第1MOSトランジスタ6を有せず、第2MOSトランジスタ16(ゲート(第1ゲート)を書き込みワード線3Wに、ソース(第1端子)を第2ビット線5に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1ビット線4に接続)を有している点を除けば、第3の実施の形態と同様である。リファレンスセル20rは、第3の実施の形態と同様である。   However, the memory cell 20 of the memory cell array 10 does not have the first MOS transistor 6, the second MOS transistor 16 (the gate (first gate) is the write word line 3W, and the source (first terminal) is the second bit line 5). In addition, the third embodiment is the same as the third embodiment except that the drain (second terminal) is connected to one end side (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 and the first bit line 4). . The reference cell 20r is the same as that in the third embodiment.

第1ビット線4は、Y軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11’に接続されている。リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、一端をY側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
書き込みワード線3と読み出しワード線3Rは、第3の実施の形態と同様である。
そして、上記各メモリセル20は、上記の第1ビット線と第2ビット線との複数の組と、書き込みワード線3Wと読み出しワード線3Rとの複数の組とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction), and is connected to the Y selector 11 ′. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4 and is provided extending in the Y-axis direction. One end of the second bit line 5 is connected to the Y-side current termination circuit 14. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The write word line 3 and the read word line 3R are the same as those in the third embodiment.
Each memory cell 20 corresponds to each of the positions where the plurality of sets of the first bit line and the second bit line intersect with the plurality of sets of the write word line 3W and the read word line 3R. Is provided.

書き込みXセレクタ8−1と読み出しXセレクタ8−2は、第3の実施の形態と同様である。
Yセレクタ11’は、書き込み動作時及び読み出し動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。また、リファレンスセル20rの書き込み動作時に、リファレンス第1ビット線4rを選択する。
Y側電流終端回路14は、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。また、読み出し動作時及びリファレンスセル20rの書き込み動作時に、リファレンス第2ビット線5rを選択する。
ここで、選択書き込み/読み出しワード線3Ws/3Rsと選択第1/第2ビット線4s/5sとで選択されるメモリセル2を、選択セル2sと記す。
なお、図30においては、4つのセルアレイ51aを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The write X selector 8-1 and the read X selector 8-2 are the same as those in the third embodiment.
The Y selector 11 ′ selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4 s during the write operation and the read operation. Further, the reference first bit line 4r is selected during the write operation of the reference cell 20r.
The Y-side current termination circuit 14 selects one second bit line 5 that forms a pair with the selected first bit line 4s as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 during the data write operation. . Further, the reference second bit line 5r is selected during the read operation and the write operation of the reference cell 20r.
Here, the memory cell 2 selected by the selected write / read word line 3Ws / 3Rs and the selected first / second bit line 4s / 5s is referred to as a selected cell 2s.
In FIG. 30, four cell arrays 51a are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ44は、セルアレイ51aを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41aの番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ44−1及び44−2により、選択セルアレイ51a−iを選択する。選択セルアレイ51a−iは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により、Y側電流源回路42と、電流センスアンプ15aとに接続され、データの書き込み、読み出しの動作を行う。   The cell array selector 44 uses the selector transistors 44-1 and 44-2 to select the selected cell array 51a-i based on a cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: an integer of the cell array 41a) for selecting the cell array 51a. select. The selected cell array 51a-i is connected to the Y-side current source circuit 42 and the current sense amplifier 15a by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2, and performs data write / read operations. I do.

Y側電流源回路42は、データの書き込み動作時に、選択セルアレイ51a−i(i=0〜n:n+1はセルアレイの数)の選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとの間へ、所定の電流の供給及び引き込みを行う電流源である。例えば、データ「1」の書き込み動作時に、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−選択セルアレイ51a−iへ電流を供給し、Yセレクタ11’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流源終端回路14−セルアレイセレクタ44−第2メインビット線18−2(第2メインビット線18−2は接地に固定)の経路で電流を流す。データ「0」の書き込み動作時には、逆向きに、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−選択セルアレイ51a−iへ電流を供給し、Y側電流源終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’−セルアレイセレクタ44−第1メインビット線18−1(第1メインビット線18−1は接地に固定)の経路で電流を供給する。ただし、42aは、定電流を発生し、42bが電流の供給方向を選択する。
電流センスアンプ15aは、リファレンスセル20rにつながるリファレンス第2ビット線5r(第2メインビット線18−2)を流れる電流と、選択セル2sにつながる選択第1ビット線4s(第1メインビット線18−1)を流れる電流と差に基づいて、選択セル2sからデータを読み出し、そのデータを出力する。
During the data write operation, the Y-side current source circuit 42 moves between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s of the selected cell array 51a-i (i = 0 to n: n + 1 is the number of cell arrays). A current source for supplying and drawing a predetermined current. For example, during the write operation of data “1”, current is supplied to the first main bit line 18-1—cell array selector 44—selected cell array 51a-i, and Y selector 11′—selected first bit line 4s—selected cell 2s. Current is passed through the path of the selected second bit line 5s-Y side current source termination circuit 14, the cell array selector 44, and the second main bit line 18-2 (the second main bit line 18-2 is fixed to the ground). During the write operation of data “0”, the current is supplied to the second main bit line 18-2-cell array selector 44—selected cell array 51a-i in the reverse direction, and the Y-side current source termination circuit 14—selected second bit line. 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11'-cell array selector 44-first main bit line 18-1 (first main bit line 18-1 is fixed to ground) to supply current To do. However, 42a generates a constant current, and 42b selects a current supply direction.
The current sense amplifier 15a includes a current flowing through the reference second bit line 5r (second main bit line 18-2) connected to the reference cell 20r and a selected first bit line 4s (first main bit line 18) connected to the selected cell 2s. Based on the current flowing through -1) and the difference, data is read from the selected cell 2s and the data is output.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第14の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the fourteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図30のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS101
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ51a−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ51a−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ51a−iと、電流センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS102
選択セルアレイ51a−iの読み出しXセレクタ8−2は、行アドレスの入力により、複数の読み出しワード線3Wから選択読み出しワード線3Rsを選択する。
(3)ステップS103
選択セルアレイ51a−iのYセレクタ11’は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。同時に、Y側電流終端回路14は、リファレンス第2ビット線5rを選択する。これにより、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−選択セル20s(の磁気抵抗素子7)−選択第2ビット線5s−Yセレクタ11’−第1メインビット線18−1−電流センスアンプ15aの経路には、読み出しXセレクタ8−2と電流センスアンプ15aとの電圧差により、選択セル20sのデータを反映した電流Isが流れる。一方、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンス第2ビット線5r−第2メインビット線18−2−電流センスアンプ15aの経路には、リファレンスセル20rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(4)ステップS104
電流センスアンプ15aは、電流Isと電流Irとの差に基づいて、ほぼ同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
In the MRAM of FIG. 30, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S101
The cell array selector 44 turns on the corresponding selector transistors 44-1 and 44-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 51a-i to select the selected cell array 51a-i.
At this time, the selected cell array 51a-i and the current sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S102
The read X selector 8-2 of the selected cell array 51a-i selects the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3W in response to the input of the row address.
(3) Step S103
The Y selector 11 ′ of the selected cell array 51a-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. At the same time, the Y-side current termination circuit 14 selects the reference second bit line 5r. Thus, the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-selected cell 20s (the magnetoresistive element 7) -selected second bit line 5s-Y selector 11'-first main bit line 18-1-current sense. A current Is reflecting the data of the selected cell 20s flows through the path of the amplifier 15a due to a voltage difference between the read X selector 8-2 and the current sense amplifier 15a. On the other hand, the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-reference cell 20r (the magnetoresistive element 7) -reference second bit line 5r-second main bit line 18-2-current sense amplifier 15a The current Ir reflecting the data “0” of the reference cell 20r flows.
(4) Step S104
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the current sense amplifier 15a determines that the read data is “0” if they are almost the same, and “1” if they are different (example: smaller), and the result Is output.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ51a−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 51a-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS111
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ51a−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ51a−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ51a−iと、Y側電流源回路42は、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS112
選択セルアレイ51a−iの書き込みXセレクタ8−1は、行アドレスの入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。各メモリセル20の第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS113
選択セルアレイ51a−iのYセレクタ11’は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、書き込みアクティブ信号により、Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
(a)「1」を書き込む場合
第2メインビット線18−2が接地に固定される。すなわち、選択第2ビット線5sは、Y側電流終端回路14経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「1」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(1)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第1メインビット線18−1−セルアレイセレクタ44−Yセレクタ11’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14−第2メインビット線18−2−接地の経路で流す。
(b)「0」を書き込む場合
第1メインビット線18−1が接地に固定される。すなわち、選択第1ビット線4sは、Yセレクタ11’経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「0」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−Y側電流終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’−第1メインビット線18−1−接地の経路で流す。
(4)ステップS114
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(−X方向)又は電流Iw(1)(+X方向)が流れることにより、+Y方向、又は、−Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S111
The cell array selector 44 turns on the corresponding selector transistors 44-1 and 44-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 51a-i to select the selected cell array 51a-i.
At this time, the selected cell array 51a-i and the Y-side current source circuit 42 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S112
The write X selector 8-1 of the selected cell array 51a-i selects the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W in response to the input of the row address. The second MOS transistor 16 of each memory cell 20 is turned on.
(3) Step S113
The Y selector 11 ′ of the selected cell array 51a-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 by the write active signal. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
(A) When “1” is written Second main bit line 18-2 is fixed to the ground. That is, the selected second bit line 5 s is fixed to the ground via the Y-side current termination circuit 14. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“1”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The first main bit line 18-1—cell array selector 44—Y selector 11′—selected first bit line 4s—selected cell 2s—selected second bit line 5s—Y-side current termination circuit 14—second main bit line 18-2 Flow through the grounding path.
(B) When “0” is written First main bit line 18-1 is fixed to ground. That is, the selected first bit line 4s is fixed to the ground via the Y selector 11 ′. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“0”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The second main bit line 18-2-cell array selector 44-Y side current termination circuit 14-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11'-first main bit line 18-1-flow through grounding path.
(4) Step S114
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (−X direction) or the current Iw (1) (+ X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + Y direction or −Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ51a−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 51a-i.

本発明により、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
また、Y側電流源回路12の定電流源42aは、単方向(本実施の形態では、流れ出る方向)のみに対応していれば良く、設計の融通性を向上させることが出来る。
According to the present invention, the MRAM can be made compact by layering the cell array and sharing some circuits.
In addition, the constant current source 42a of the Y-side current source circuit 12 only needs to correspond to a single direction (in this embodiment, the flowing-out direction), and the design flexibility can be improved.

(第15の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第15の実施の形態について説明する。
(Fifteenth embodiment)
A fifteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第15の実施の形態の構成について説明する。図31は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第15の実施の形態の構成を示す図である。図31は、図1に示すMRAMの回路例を階層化し、一部変更した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41c−0〜41c−3(本実施の形態と類似の第13の実施の形態における図29のセルアレイ41aと一部変更しているため41cと表示)、セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the fifteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a fifteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. FIG. 31 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. The MRAM of this embodiment includes cell arrays 41c-0 to 41c-3 (displayed as 41c because it is partially changed from the cell array 41a of FIG. 29 in the thirteenth embodiment similar to this embodiment), A selector 44, a Y-side current source circuit 42, a read current load circuit 13 and a sense amplifier 15 are provided.

セルアレイ41c−0〜41c−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11’(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、Y側電流終端回路14、プリチャージワード線3p、プリチャージ線45、複数のプリチャージ電圧線48、プリチャージ電源46、プリチャージセレクタ47及びプリチャージトランジスタ49(49−1及び49−2)を備える。
なお、図31においては、4つのセルアレイ41cを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 41c-0 to 41c-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). Line 5r), X selector 8, Y selector 11 '(however, selection / non-selection of the reference first bit line 4r is also performed), Y-side current termination circuit 14, precharge word line 3p, precharge line 45, A plurality of precharge voltage lines 48, a precharge power supply 46, a precharge selector 47, and precharge transistors 49 (49-1 and 49-2) are provided.
In FIG. 31, four cell arrays 41c are shown, but the present invention is not limited to this number.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2が行列に配列されている。ここで、メモリセル2は、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2rと記す。
第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16は、第13の実施の形態と同様である。
磁気抵抗素子7は、一端側を上記各トランジスタのドレインに、他端側をプリチャージ電圧線48に接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、第1ビット線4−磁気抵抗素子7−プリチャージ電圧線48に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16は、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
In the memory cell array 1, memory cells 2 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2 includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 2 is referred to as a reference cell 2r.
The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are the same as in the thirteenth embodiment.
The magnetoresistive element 7 has one end connected to the drain of each transistor and the other end connected to the precharge voltage line 48. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.
During the read operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and to pass a current through the first bit line 4 -the magnetoresistive element 7 -the precharge voltage line 48. During the write operation, the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are used to connect the first bit line 4 and the second bit line 5 and to allow a current to flow in the vicinity of the magnetoresistive element 7.

プリチャージ電源46は、プリチャージ線45及び複数のプリチャージ電圧線48へ所定のプリチャージ電圧Vprを印加する。プリチャージ電圧Vprは、メモリセル2へデータを書き込むためにメモリセル2に電流が流される際、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とが接続された節点における電圧と同じ電圧になるように設定される。
プリチャージセレクタ47は、プリチャージワード線3pを活性化させる。
プリチャージワード線3pは、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、プリチャージセレクタ47に接続されている。
プリチャージ線45は、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、プリチャージ電源46に接続されている。プリチャージ電圧Vprを、プリチャージトランジスタ49−1及び49−2を介して、第1ビット線4及び第2ビット線5へ供給する。
複数のプリチャージ電圧線48は、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、プリチャージ電源46に接続されている。複数のプリチャージ電圧線48の各々は、メモリセル2の列ごとに配線されている。そして、メモリセル2の磁気抵抗素子7における第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16との節点とは反対側の節点に、プリチャージ電圧Vprを供給する。
プリチャージトランジスタ49−1(プリチャージ部)は、ゲートをプリチャージワード線3pに、ソースを第1ビット線4に、ドレインをプリチャージ線45に接続されている。プリチャージトランジスタ49−2(プリチャージ部)は、ゲートをプリチャージワード線3pに、ソースを第2ビット線5に、ドレインをプリチャージ線45に接続されている。
The precharge power supply 46 applies a predetermined precharge voltage Vpr to the precharge line 45 and the plurality of precharge voltage lines 48. The precharge voltage Vpr is the same voltage as the voltage at the node where the first MOS transistor 6, the second MOS transistor 16, and the magnetoresistive element 7 are connected when a current is passed through the memory cell 2 to write data to the memory cell 2. Is set to be
The precharge selector 47 activates the precharge word line 3p.
The precharge word line 3p is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) and is connected to the precharge selector 47.
The precharge line 45 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) and is connected to a precharge power supply 46. The precharge voltage Vpr is supplied to the first bit line 4 and the second bit line 5 through the precharge transistors 49-1 and 49-2.
The plurality of precharge voltage lines 48 are provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) and are connected to the precharge power supply 46. Each of the plurality of precharge voltage lines 48 is wired for each column of the memory cells 2. Then, the precharge voltage Vpr is supplied to the node opposite to the node between the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 in the magnetoresistive element 7 of the memory cell 2.
The precharge transistor 49-1 (precharge unit) has a gate connected to the precharge word line 3p, a source connected to the first bit line 4, and a drain connected to the precharge line 45. The precharge transistor 49-2 (precharge unit) has a gate connected to the precharge word line 3p, a source connected to the second bit line 5, and a drain connected to the precharge line 45.

セルアレイ41cのその他の構成は、第13の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the other configuration of the cell array 41c is the same as that of the thirteenth embodiment, the description thereof is omitted.

セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15は、第13の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the cell array selector 44, the Y-side current source circuit 42, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are the same as those in the thirteenth embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第15の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the fifteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図31のMRAMにおいて、第1ビット線4及び第2ビット線5の非選択時には、プリチャージセレクタ47によるプリチャージワード線3pの活性化によりプリチャージトランジスタ49−1とプリチャージトランジスタ49−2がオンとなっている。それに伴い、プリチャージ電源46からプリチャージ線45とプリチャージトランジスタ49−1及びプリチャージトランジスタ49−2を介して、第1ビット線4と第2ビット線5がプリチャージ電圧Vprへプリチャージされている。   In the MRAM of FIG. 31, when the first bit line 4 and the second bit line 5 are not selected, the precharge transistor 49-1 and the precharge transistor 49-2 are activated by the activation of the precharge word line 3p by the precharge selector 47. Is on. Accordingly, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to the precharge voltage Vpr from the precharge power supply 46 through the precharge line 45, the precharge transistor 49-1, and the precharge transistor 49-2. ing.

図31のMRAMにおける、メモリセル2からのデータの読み出し動作、及び、メモリセル2へのデータの書き込み動作は、読み出しの際の電流Is及び電流Irが接地配線24ではなく、プリチャージ電圧線48を介してプリチャージ電源46へ流れ込むこと以外は、第13の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   In the read operation of data from the memory cell 2 and the write operation of data to the memory cell 2 in the MRAM of FIG. 31, the current Is and current Ir at the time of reading are not the ground wiring 24 but the precharge voltage line 48. Since it is the same as in the thirteenth embodiment except that it flows into the precharge power supply 46 via the, the description thereof is omitted.

本発明により、データの書き込み動作時には、磁気抵抗素子7の両端が同じ電圧(プリチャージ電圧Vpr)になり電位差が無くなるので、書き込み電流のメモリセル2内での損失を防止することが出来る。すなわち、書き込み電流の精度を向上させることが可能となる。   According to the present invention, both ends of the magnetoresistive element 7 have the same voltage (precharge voltage Vpr) and no potential difference is lost during the data write operation, so that loss of write current in the memory cell 2 can be prevented. That is, it is possible to improve the accuracy of the write current.

また、第1ビット線4及び第2ビット線をプリチャージ電圧Vprにすることにより、第1ビット線4及び第2ビット線が異電位のために寄生容量間の電荷のやり取りによる電流でメモリセル2が書き込まれてしまうことを抑制することが出来る。   In addition, by setting the first bit line 4 and the second bit line to the precharge voltage Vpr, the first bit line 4 and the second bit line have different potentials, so that the current is generated by the exchange of charges between the parasitic capacitances. 2 can be prevented from being written.

また、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。   Further, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

(第16の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第16の実施の形態について説明する。
(Sixteenth embodiment)
A sixteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第16の実施の形態の構成について説明する。図32は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第16の実施の形態の構成を示す図である。図32は、図8に示すMRAMの回路例を階層化し、一部変更した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ51c−0〜51c−3(本実施の形態と類似の第14の実施の形態における図30のセルアレイ51aと一部変更しているため51cと表示)、セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42及び電流センスアンプ15を具備する。   The configuration of the sixteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 32 is a diagram showing a configuration of a sixteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. FIG. 32 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. The MRAM of this embodiment includes cell arrays 51c-0 to 51c-3 (displayed as 51c because it is partially changed from the cell array 51a of FIG. 30 in the fourteenth embodiment similar to this embodiment), A selector 44, a Y-side current source circuit 42, and a current sense amplifier 15 are provided.

セルアレイ51c−0〜51c−3は、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、Yセレクタ11’(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、Y側電流終端回路14、X側電源回路46a、プリチャージワード線3p、プリチャージ線45、プリチャージ電源46、プリチャージセレクタ47及びプリチャージトランジスタ49(49−1及び49−2)を備える。
なお、図32においては、4つのセルアレイ51cを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 51c-0 to 51c-3 include a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second cells. Bit line 5 (including reference second bit line 5r), write X selector 8-1, read X selector 8-2, Y selector 11 ′ (however, selection / non-selection of reference first bit line 4r is also performed), A Y-side current termination circuit 14, an X-side power supply circuit 46a, a precharge word line 3p, a precharge line 45, a precharge power supply 46, a precharge selector 47, and precharge transistors 49 (49-1 and 49-2) are provided.
In FIG. 32, four cell arrays 51c are shown, but the present invention is not limited to this number.

プリチャージ電源46は、プリチャージ線45及び読み出しXセレクタ8−2を介して読み出しワード線3Rへ所定のプリチャージ電圧Vprを印加する。プリチャージ電圧Vprは、メモリセル20へデータを書き込むためにメモリセル20に電流が流される際、第1MOSトランジスタ6又は第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とが接続された節点における電圧と同じ電圧になるように設定される。
X側電源回路46aは、読み出し動作時に、読み出しXセレクタ8−2を介して読み出しワード線3Rへ、所定の読み出し電圧Vreadを印加する。
プリチャージセレクタ47、プリチャージワード線3p、プリチャージ線45、プリチャージトランジスタ49−1及び49−2(プリチャージ部)は、第15の実施の形態と同様であり、セルアレイ51cの他の構成は第14の実施の形態の図30と同様であるので、その説明を省略する。
The precharge power supply 46 applies a predetermined precharge voltage Vpr to the read word line 3R via the precharge line 45 and the read X selector 8-2. The precharge voltage Vpr is the same voltage as the voltage at the node where the first MOS transistor 6 or the second MOS transistor 16 and the magnetoresistive element 7 are connected when a current is passed through the memory cell 20 to write data to the memory cell 20. Is set to be
The X-side power supply circuit 46a applies a predetermined read voltage Vread to the read word line 3R via the read X selector 8-2 during a read operation.
The precharge selector 47, precharge word line 3p, precharge line 45, precharge transistors 49-1 and 49-2 (precharge unit) are the same as those in the fifteenth embodiment, and other configurations of the cell array 51c. Since this is the same as FIG. 30 of the fourteenth embodiment, its description is omitted.

セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路42及び電流センスアンプ15aは、第14の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the cell array selector 44, the Y-side current source circuit 42, and the current sense amplifier 15a are the same as those in the fourteenth embodiment, description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第16の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the sixteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図32のMRAMにおいて、第1ビット線4及び第2ビット線5の非選択時には、プリチャージセレクタ47によるプリチャージワード線3pの活性化によりプリチャージトランジスタ49−1とプリチャージトランジスタ49−2がオンとなっている。それに伴い、プリチャージ電源46からプリチャージ線45とプリチャージトランジスタ49−1及びプリチャージトランジスタ49−2を介して、第1ビット線4と第2ビット線5がプリチャージ電圧Vprへプリチャージされている。   In the MRAM of FIG. 32, when the first bit line 4 and the second bit line 5 are not selected, the precharge transistor 49-1 and the precharge transistor 49-2 are activated by the activation of the precharge word line 3p by the precharge selector 47. Is on. Accordingly, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to the precharge voltage Vpr from the precharge power supply 46 through the precharge line 45, the precharge transistor 49-1, and the precharge transistor 49-2. ing.

図32のMRAMにおける、メモリセル20からのデータの読み出し動作、及び、メモリセル20へのデータの書き込み動作は、第14の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   The data read operation from the memory cell 20 and the data write operation to the memory cell 20 in the MRAM of FIG. 32 are the same as those in the fourteenth embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本発明により、第15の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
本発明により、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
According to the present invention, an effect similar to that of the fifteenth embodiment can be obtained.
According to the present invention, the MRAM can be made compact by layering the cell array and sharing some circuits.

(第17の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第17の実施の形態について説明する。
(Seventeenth embodiment)
A seventeenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第17の実施の形態の構成について説明する。図33は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第17の実施の形態の構成を示す図である。図33は、図1に示すMRAMの回路例を階層化し、一部変更した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41b−0〜41b−3(本実施の形態と類似の第13の実施の形態における図29のセルアレイ41aと一部変更しているため41bと表示)、セルアレイセレクタ44a、Y側電流源回路42、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   A configuration of a seventeenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described. FIG. 33 is a diagram showing the configuration of a seventeenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. FIG. 33 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. The MRAM of this embodiment includes cell arrays 41b-0 to 41b-3 (displayed as 41b because it is partially changed from the cell array 41a of FIG. 29 in the thirteenth embodiment similar to this embodiment), A selector 44a, a Y-side current source circuit 42, a read current load circuit 13 and a sense amplifier 15 are provided.

セルアレイ41b−0〜41b−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、第1Yセレクタ11’a(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、第2Yセレクタ11’b(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、Y側電流終端回路14を備える。
なお、図33においては、4つのセルアレイ41bを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 41b-0 to 41b-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). Line 5r), X selector 8, first Y selector 11'a (however, selection / non-selection of the reference first bit line 4r), second Y selector 11'b (however, the reference first bit line 4r) The Y-side current termination circuit 14 is provided.
In FIG. 33, four cell arrays 41b are shown, but the present invention is not limited to this number.

第1Yセレクタ11’aは、書き込み動作時に、第1の実施の形態のYセレクタ11と同様の動作を行う。ただし、それに加えて、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う。
また、第2Yセレクタ11’bは、読み出し動作時に、第1の実施の形態のYセレクタ11と同様の動作を行う。ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う。
The first Y selector 11′a performs the same operation as the Y selector 11 of the first embodiment during the write operation. However, in addition, the selection / non-selection of the reference first bit line 4r is also performed.
The second Y selector 11′b performs the same operation as the Y selector 11 of the first embodiment during the read operation. However, the selection / non-selection of the reference first bit line 4r is also performed.

その他の第1Yセレクタ11’a及び第2Yセレクタ11’bの機能及び、他の構成については実施の形態1と同様であるのでその説明を省略する。   The other functions of the first Y selector 11 ′ a and the second Y selector 11 ′ b and other configurations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41aを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41aの番号)に基づいて、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2により、選択セルアレイ41b−iを選択する。選択セルアレイ41b−iは、第1書き込みメインビット線68−1及び第2書き込みメインビット線68−2により、Y側電流源回路42に接続されデータの書き込み動作を行う。また、第1読み出しメインビット線69−1及び第2読み出しメインビット線69−2により、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とに接続され、データの読み出し動作を行う。   The cell array selector 44a is based on a cell array selection signal MWSi for selecting the cell array 41a (integer of i = 0-3: number of the cell array 41a), selector write transistor 44a-1a, selector read transistor 44a-1b, selector selector. The selected cell array 41b-i is selected by the read transistor 44a-1c and the selector write transistor 44a-2. The selected cell array 41b-i is connected to the Y-side current source circuit 42 by the first write main bit line 68-1 and the second write main bit line 68-2 and performs a data write operation. Further, the first read main bit line 69-1 and the second read main bit line 69-2 are connected to the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 to perform a data read operation.

Y側電流源回路42は、データの書き込みに、選択セルアレイ41b−iの選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとの間へ、所定の電流の供給及び引き込みを行う電流源である。
例えば、データ「1」の書き込み動作時に、第2書き込みメインビット線68−2−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a)−選択セルアレイ41b−iへ電流を供給し、第1Yセレクタ11’a−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流源終端回路14−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−2)−第1書き込みメインビット線68−1(第1書き込みメインビット線68−2は接地に固定)の経路で電流を流す。
データ「0」の書き込み動作時には、逆向きに、第1書き込みメインビット線68−1−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−2)−選択セルアレイ41a−iへ電流を供給し、Y側電流源終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−第1Yセレクタ11’a−セルアレイセレクタ44(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a)−第1書き込みメインビット線68−1(第1メインビット線68−1は接地に固定)の経路で電流を供給する。ただし、42aは、定電流を発生し、42bが電流の供給方向を選択する。
The Y-side current source circuit 42 is a current source that supplies and draws a predetermined current between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s of the selected cell array 41b-i for data writing. .
For example, during the write operation of data “1”, current is supplied to the second write main bit line 68-2-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-1a) -selected cell array 41b-i, and the first Y selector 11 ′. a-selected first bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s-Y-side current source termination circuit 14-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-2) -first write main bit line 68-1 A current is passed through a path (first write main bit line 68-2 is fixed to ground).
During the write operation of data “0”, the current is supplied to the first write main bit line 68-1-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-2) -selected cell array 41a-i in the reverse direction, and the Y-side current Source termination circuit 14-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-first Y selector 11'a-cell array selector 44 (selector write transistor 44a-1a) -first write main bit line 68 -1 (the first main bit line 68-1 is fixed to the ground) is supplied with current. However, 42a generates a constant current, and 42b selects a current supply direction.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択セルアレイ41b−iの選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同時に、選択セルアレイ41b−iのリファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。すなわち、データの読み出し動作時には、第2読み出しメインビット線69−1−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b)−第2Yセレクタ11’b−選択第1ビット線4s−選択セル2s経由で電流を流す。同時に、第1読み出しメインビット線69−1−セルアレイセレクタ44(セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c)−第2Yセレクタ11’b−選択第1ビット線4s−リファレンスセル2r経由で電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2rにつながる第2読み出しメインビット線69−2の電圧と、選択セル2sにつながる第1読み出しメインビット線69−1の電圧との差に基づいて、選択セル2sの読み出したデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s of the selected cell array 41b-i during the data read operation. At the same time, a predetermined current is supplied to the reference first bit line 4r of the selected cell array 41b-i. That is, during the data read operation, the second read main bit line 69-1-cell array selector 44a (selector read transistor 44a-1b) -second Y selector 11'b-selected first bit line 4s-selected cell 2s. Apply current. At the same time, a current flows through the first read main bit line 69-1-cell array selector 44 (selector read transistor 44a-1c) -second Y selector 11'b-selected first bit line 4s-reference cell 2r.
The sense amplifier 15 determines the voltage of the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the second read main bit line 69-2 connected to the reference cell 2r and the voltage of the first read main bit line 69-1 connected to the selected cell 2s. Output the read data.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第17の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the seventeenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図33のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS121
セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41b−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c及びセレクタ用読み出しトランジスタ44a−1bをオンにし、選択セルアレイ41b−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41b−iと、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とは、第1読み出しメインビット線69−1及び第2読み出しメインビット線69−2により接続される。
(2)ステップS122
選択セルアレイ41b−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS123
選択セルアレイ41b−iの第2Yセレクタ11’bは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。同時に、第2Yセレクタ11’bは、リファレンス第1ビット線4rを選択する。そして、読み出しアクティブ信号により、読み出し電流負荷回路13は、第2読み出しメインビット線69−2−第2Yセレクタ11’b−選択第1ビット線4sを介して、選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Isを流し込む。同時に、第1読み出しメインビット線69−1−第2Yセレクタ11’b−リファレンス第1ビット線4r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2r)の第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Irを流し込む。
(4)ステップS124
読み出しアクティブ信号により、センスアンプ15は、第2読み出しメインビット線69−2の電位と第1読み出しメインビット線69−1の電位との電位差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
In the MRAM shown in FIG. 33, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S121
The cell array selector 44a turns on the read transistor for selector 44a-1c and the read transistor for selector 44a-1b based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41b-i, and selects the selected cell array 41b-i. select.
At this time, the selected cell array 41b-i, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are connected by the first read main bit line 69-1 and the second read main bit line 69-2.
(2) Step S122
The X selector 8 of the selected cell array 41b-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S123
The second Y selector 11′b of the selected cell array 41b-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 according to the input of the column address. At the same time, the second Y selector 11′b selects the reference first bit line 4r. Then, in response to the read active signal, the read current load circuit 13 causes the first MOS transistor 6 of the selected cell 2s to pass through the second read main bit line 69-2-second Y selector 11′b-selected first bit line 4s. A current Is is caused to flow into the ground wiring 24 via the magnetoresistive element 7. At the same time, the first read main bit line 69-1-second Y selector 11'b-reference first bit line 4r-selected reference cell 2r (reference cell corresponding to the intersection of the selected word line 3s and the reference first bit line 4r) 2r) through the first MOS transistor 6 and the magnetoresistive element 7, current Ir flows into the ground wiring 24.
(4) Step S124
Depending on the read active signal, the sense amplifier 15 is either “1” or “0” based on the potential difference between the potential of the second read main bit line 69-2 and the potential of the first read main bit line 69-1. Output one.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41b−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41b-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS131
セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41b−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2をオンにし、選択セルアレイ41b−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41b−iと、Y側電流源回路42とは、第2書き込みメインビット線68−2及び第1書き込みメインビット線68−1により接続される。
(2)ステップS132
選択セルアレイ41b−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS133
選択セルアレイ41b−iの第1Yセレクタ11’aは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、Y側電流終端回路14は、書き込みアクティブ信号により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
(a)「1」を書き込む場合
第1書き込みメインビット線68−1が接地に固定される。すなわち、選択第2ビット線5sは、Y側電流終端回路14経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「1」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(1)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第2書き込みメインビット線68−2−セルアレイセレクタ44a−第1Yセレクタ11’a−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14−セルアレイセレクタ44a−第1書き込みメインビット線68−1−接地の経路で流す。
(b)「0」を書き込む場合
第2書き込みメインビット線68−2が接地に固定される。すなわち、選択第1ビット線4sは、第1Yセレクタ11’a経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「0」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第1書き込みメインビット線68−1−セルアレイセレクタ44a−Y側電流終端回路14−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−第1Yセレクタ11’a−セルアレイセレクタ44a−第2書き込みメインビット線68−2−接地の経路で流す。
(4)ステップS134
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(−X方向)又は電流Iw(1)(+X方向)が流れることにより、+Y方向、又は、−Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S131
The cell array selector 44a turns on the selector write transistor 44a-1a and the selector write transistor 44a-2 to turn on the selected cell array 41b-i based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41b-i. select.
At this time, the selected cell array 41b-i and the Y-side current source circuit 42 are connected by the second write main bit line 68-2 and the first write main bit line 68-1.
(2) Step S132
The X selector 8 of the selected cell array 41b-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S133
The first Y selector 11′a of the selected cell array 41b-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. The Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in accordance with the write active signal. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
(A) When writing “1” The first write main bit line 68-1 is fixed to the ground. That is, the selected second bit line 5 s is fixed to the ground via the Y-side current termination circuit 14. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“1”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The second write main bit line 68-2-cell array selector 44a-first Y selector 11'a-selected first bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s-Y-side current termination circuit 14-cell array selector 44a-first write main bit line 68-1--flow through the ground path.
(B) Writing “0” The second write main bit line 68-2 is fixed to the ground. That is, the selected first bit line 4s is fixed to the ground via the first Y selector 11′a. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“0”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). First write main bit line 68-1-cell array selector 44a-Y side current termination circuit 14-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-first Y selector 11'a-cell array selector 44a-second write main bit line 68-2-flows through a ground path.
(4) Step S134
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (−X direction) or the current Iw (1) (+ X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + Y direction or −Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41b−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41b-i.

セルアレイセレクタ44aにおいて、読み出し用のトランジスタと書き込み用のトランジスタを分けて使用することが出来るので、書き込み電流と読み出し電流の大きさが異なる際などにトランジスタサイズを別にすることが出来る。それにより、書き込み電流と読み出し電流の大きさが異なる場合でも、書き込み動作及び読み出し動作を安定的に行わせることが出来る。
また、本発明により、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
In the cell array selector 44a, the read transistor and the write transistor can be used separately, so that the transistor size can be made different when the write current and the read current are different. Thereby, even when the magnitudes of the write current and the read current are different, the write operation and the read operation can be stably performed.
Further, according to the present invention, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

(第18の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第18の実施の形態について説明する。
(Eighteenth embodiment)
An eighteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第18の実施の形態の構成について説明する。図34は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第18の実施の形態の構成を示す図である。
図34は、第14の実施の形態の図30と比較して、書き込み専用として、Yセレクタ11’として第1Yセレクタ11’aを、第1及び第2メインビット線18−1及び18−2として第1及び第2書き込みメインビット線68−1及び68−2を設け、書き込み動作時にはそれらを用いている。また、読み出し専用として、Yセレクタ11’として第2Yセレクタ11’bを、第1及び第2メインビット線18−1及び18−2として第1及び第2読み出しメインビット線69−1及び69−2を設け、読み出し動作時にはそれらを用いている。
そして、セルアレイセレクタ44aが、セルアレイ41aを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41aの番号)に基づいて、書き込み動作時に、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2により選択セルアレイ41−iを選択し、読み出し動作時に、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b及びセレクタ用読み出しトランジスタ44a−1cにより選択セルアレイ41−iを選択する。
その他の構成は、第14の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
The configuration of the eighteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 34 is a diagram showing a configuration of an eighteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention.
34, compared with FIG. 30 of the fourteenth embodiment, the first Y selector 11′a as the Y selector 11 ′ and the first and second main bit lines 18-1 and 18-2 are exclusively used for writing. As shown, first and second write main bit lines 68-1 and 68-2 are provided and used during a write operation. For read only, the second Y selector 11′b is used as the Y selector 11 ′, and the first and second read main bit lines 69-1 and 69− are used as the first and second main bit lines 18-1 and 18-2. 2 are used during read operation.
Then, the cell array selector 44a selects the selector write transistor 44a-1a and the selector write transistor based on the cell array selection signal MWSi for selecting the cell array 41a (i = 0 to 3, an integer of the cell array 41a). The selected cell array 41-i is selected by 44a-2, and during the read operation, the selected cell array 41-i is selected by the selector read transistor 44a-1b and the selector read transistor 44a-1c.
Other configurations are the same as those in the fourteenth embodiment, and thus the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第18の実施の形態の動作については、書き込み動作時に書き込み専用の構成(第1Yセレクタ11’a、第1及び第2書き込みメインビット線68−1及び68−2、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2)を用い、読み出し動作時に読み出し専用の構成(第2Yセレクタ11’b、第1及び第2読み出しメインビット線69−1及び69−2、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b及びセレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c)を用いる以外は、第14の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Next, with regard to the operation of the eighteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention, a write-only configuration (first Y selector 11′a, first and second write main bit lines during the write operation) 68-1 and 68-2, selector write transistor 44a-1a and selector write transistor 44a-2), and a read-only configuration during the read operation (second Y selector 11′b, first and second read main bits) Except for the lines 69-1 and 69-2, the selector read transistor 44a-1b and the selector read transistor 44a-1c), the description is omitted because it is the same as the fourteenth embodiment.

本発明により、第17の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。   According to the present invention, the same effect as in the seventeenth embodiment can be obtained.

(第19の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第19の実施の形態について説明する。
(Nineteenth embodiment)
A nineteenth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第19の実施の形態の構成について説明する。図35は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第19の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41d−0〜41d−3(本実施の形態と類似の第13の実施の形態における図29のセルアレイ41aと一部変更しているため41dと表示)、セルアレイセレクタ44、Y側電流源回路43、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。
なお、図35においては、4つのセルアレイ41dを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The configuration of the nineteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 35 is a diagram showing a configuration of a nineteenth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM of this embodiment includes cell arrays 41d-0 to 41d-3 (displayed as 41d because it is partially changed from the cell array 41a of FIG. 29 in the thirteenth embodiment similar to this embodiment), A selector 44, a Y-side current source circuit 43, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15 are provided.
In FIG. 35, four cell arrays 41d are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイ41d−0〜41d−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11’’(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、Y側電流終端回路14’’(ただし、リファレンス第2ビット線5rの選択/非選択も行う)を備える。   The cell arrays 41d-0 to 41d-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). Line 5r), X selector 8, Y selector 11 '' (however, the reference first bit line 4r is also selected / deselected), Y-side current termination circuit 14 '' (however, the reference second bit line 5r) Is also selected / deselected).

メモリセルアレイ1は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the memory cell array 1 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、一方をYセレクタ11’’に、他方をY側電流終端回路14’’に接続されている。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、一方をYセレクタ11’’に、他方をY側電流終端回路14’’に接続されている。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル2は、上記の第1ビット線4と第2ビット線5との複数の組と複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and one is connected to the Y selector 11 ″ and the other is connected to the Y-side current termination circuit 14 ″. ing.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4 and extends in the Y-axis direction. One of the second bit lines 5 is connected to the Y selector 11 ″ and the other is connected to the Y-side current termination circuit 14 ″. ing.
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
Each memory cell 2 is provided corresponding to each of positions where a plurality of sets of the first bit line 4 and the second bit line 5 and a plurality of word lines intersect.

Xセレクタ8は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、X軸方向(ワード線方向)に延設されている複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
Yセレクタ11’’は、データの読み出し動作時に、Y軸方向(ビット線方向)に延設されている複数の第1ビット線4及び複数の第2ビット線5から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとし、それと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。また、書き込み動作時に、書き込むデータ(「0」又は「1」のいずれか一方)に対応して、選択第1ビット線4s又は選択第2ビット線5sのいずれか一方を選択する。
Y側電流終端回路14’’は、データの読み出し動作時に、リファレンス第1ビット線4s及びリファレンス第2ビット線5rを選択する。また、書き込み動作時に、書き込むデータ(「1」又は「0」のいずれか一方)に対応して、選択第1ビット線4s又は選択第2ビット線5sのいずれか一方を選択する。
The X selector 8 selects one word line 3 from a plurality of word lines 3 extending in the X-axis direction (word line direction) in both the data read operation and the write operation. Select as line 3s.
The Y selector 11 ″ uses one first bit line from a plurality of first bit lines 4 and a plurality of second bit lines 5 extending in the Y-axis direction (bit line direction) during a data read operation. 4 is selected as the selected first bit line 4s, and one second bit line 5 paired therewith is selected as the selected second bit line 5s. Further, during the write operation, either the selected first bit line 4s or the selected second bit line 5s is selected corresponding to the data to be written (either “0” or “1”).
The Y-side current termination circuit 14 ″ selects the reference first bit line 4s and the reference second bit line 5r during the data read operation. Further, during the write operation, either the selected first bit line 4s or the selected second bit line 5s is selected corresponding to the data to be written (either “1” or “0”).

Y側電流源回路43は、データの書き込み動作時に、第2メインビット線18−2を介して、選択第1ビット線4s又は選択第2ビット線5sへ、所定の電流の供給を行う電流源である。ただし、43aは、定電流を発生し、43bが電流のデータの入力に応じたオンオフを行う。
ここで、Y側電流源回路43による所定の電流は、書き込むデータに応じて、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−(選択セルアレイ41a−iの)Y側電流終端回路14’’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Yセレクタ11’’−セルアレイセレクタ44−第1メインビット線18−1、又は、第2メインビット線18−2−セルアレイセレクタ44−(選択セルアレイ41a−iの)Y側電流終端回路14’’−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’’−セルアレイセレクタ44−第1メインビット線18−1と流れ、Y側電流源回路43へ戻る。
The Y-side current source circuit 43 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s or the selected second bit line 5s via the second main bit line 18-2 during the data write operation. It is. However, 43a generates a constant current, and 43b turns on / off according to the input of current data.
Here, the predetermined current generated by the Y-side current source circuit 43 is determined by the second main bit line 18-2-cell array selector 44- (of the selected cell array 41a-i) according to the data to be written. -Selected first bit line 4s-Selected cell 2s-Selected second bit line 5s-Y selector 11 "-Cell array selector 44-First main bit line 18-1 or second main bit line 18-2-cell array Selector 44-Y-side current termination circuit 14 "(of selected cell array 41a-i)-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11"-cell array selector 44-first It flows through the main bit line 18-1 and returns to the Y-side current source circuit 43.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択セル2sへ所定の電流を流す。同様に、データの読み出し動作時に、リファレンスセル2rへ所定の電流を流す。
ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様である。ただし、抵抗値が所定の値(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected cell 2s during a data read operation. Similarly, a predetermined current is passed through the reference cell 2r during a data read operation.
Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is a predetermined value (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the magnetoresistive element 7 having data “0” by the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the voltage drop), and is referenced during the read operation of another memory cell 2.

セルアレイセレクタ44及びセンスアンプ15は、第17の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Since the cell array selector 44 and the sense amplifier 15 are the same as those in the seventeenth embodiment, description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第19の実施の形態の動作について説明する。ただし、YSWRRは、読み出し動作時にリファレンスセル2rを選択する信号である。本明細書中において同じである。   The operation of the nineteenth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described next. YSWRR is a signal for selecting the reference cell 2r during the read operation. The same applies throughout this specification.

図35のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS141
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ41d−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41dの番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ41d−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41d−iと、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS152
選択セルアレイ41d−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS153
選択セルアレイ41d−iのYセレクタ11’’は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択すると共に、複数の第2ビット線5から選択第1ビット線4sと対を成す選択第2ビット線5sを選択する。同時に、Y側電流終端回路14は、リファレンス第1ビット線4r及びリファレンス第2ビット線5rを選択する。そして、読み出しアクティブ信号により、読み出し電流負荷回路13は、第1メインビット線18−1−Yセレクタ11’’−選択第1ビット線4s及び選択第2ビット線5sを介して、選択セル2sの第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Isを流し込む。同時に、第2メインビット線18−2−Y側電流終端回路14’’−リファレンス第1ビット線4r及びリファレンス第2ビット線5r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2r)の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Irを流し込む。
(4)ステップS154
読み出しアクティブ信号により、センスアンプ15は、第1メインビット線18−1の電位と第2メインビット線18−2の電位との電位差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
In the MRAM of FIG. 35, data is read from the memory cell 2 as follows.
(1) Step S141
The cell array selector 44 selects the selector transistors 44-1 and 44-2 based on the cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: the number of the cell array 41d) for selecting any one of the cell arrays 41d-i. Turn on and select the selected cell array 41d-i.
At this time, the selected cell array 41d-i, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S152
The X selector 8 of the selected cell array 41d-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S153
The Y selector 11 ″ of the selected cell array 41d-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 and selects the first bit from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. The selected second bit line 5s paired with the line 4s is selected. At the same time, the Y-side current termination circuit 14 selects the reference first bit line 4r and the reference second bit line 5r. Then, in response to the read active signal, the read current load circuit 13 causes the selected cell 2s to pass through the first main bit line 18-1-Y selector 11 ″ -selected first bit line 4s and selected second bit line 5s. The current Is flows into the ground wiring 24 via the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 -the magnetoresistive element 7. At the same time, the second main bit line 18-2-Y side current termination circuit 14 ''-reference first bit line 4r and reference second bit line 5r-selected reference cell 2r (selected word line 3s and reference first bit line 4r). Current Ir flows into the ground wiring 24 via the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of the reference cell 2r) corresponding to the intersection with the magnetoresistive element 7.
(4) Step S154
Based on the read active signal, the sense amplifier 15 sets either “1” or “0” based on the potential difference between the potential of the first main bit line 18-1 and the potential of the second main bit line 18-2. Output.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41d−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41d-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS161
セルアレイセレクタ44は、セルアレイ41d−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、セレクタ用トランジスタ44−1及び44−2をオンにし、選択セルアレイ41d−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41d−iと、Y側電流源回路12と、センスアンプ15とは、第1メインビット線18−1及び第2メインビット線18−2により接続される。
(2)ステップS162
選択セルアレイ41d−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS163
選択セルアレイ41d−iのYセレクタ11’’に列アドレスとデータ信号が入力され、データ信号に応じて選択第1ビット線4s又は選択第2ビット線5sを選択する。また、書き込みアクティブ信号と列アドレスとデータ信号により、Y側電流終端回路14は、データ信号に応じて選択第2ビット線5s又は選択第1ビット線4sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択されている。
(a)「1」を書き込む場合
Y側電流終端回路14は、選択第1ビット線4sを選択する。Yセレクタ11’’は、選択第1ビット線4sと対を成す選択第2ビット線5sを選択する。
そして、Y側電流源回路43は、所定の大きさを有する電流Iw(1)を、Y側電流源回路43−第2メインビット線18−2−Y側電流終端回路14’’−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Yセレクタ11’’−第1メインビット線18−1−Y側電流源回路43の経路で流す。
(b)「0」を書き込む場合
Y側電流終端回路14は、選択第2ビット線5sを選択する。Yセレクタ11’’は、選択第2ビット線5sと対を成す選択第1ビット線4sを選択する。
そして、Y側電流源回路43は、所定の大きさを有する電流Iw(0)を、Y側電流源回路43−第2メインビット線18−2−Y側電流終端回路14’’−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11’’−第1メインビット線18−1−Y側電流源回路43の経路で流す。
(4)ステップS164
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(−X方向)又は電流Iw(1)(+X方向)が流れることにより、+Y方向、又は、−Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S161
The cell array selector 44 turns on the selector transistors 44-1 and 44-2 to select the selected cell array 41d-i based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41d-i.
At this time, the selected cell array 41d-i, the Y-side current source circuit 12, and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 18-1 and the second main bit line 18-2.
(2) Step S162
The X selector 8 of the selected cell array 41d-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S163
A column address and a data signal are input to the Y selector 11 ″ of the selected cell array 41d-i, and the selected first bit line 4s or the selected second bit line 5s is selected according to the data signal. Further, based on the write active signal, the column address, and the data signal, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s or the selected first bit line 4s according to the data signal. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
(A) Writing “1” The Y-side current termination circuit 14 selects the selected first bit line 4s. The Y selector 11 ″ selects the selected second bit line 5s that forms a pair with the selected first bit line 4s.
Then, the Y-side current source circuit 43 applies a current Iw (1) having a predetermined magnitude to the Y-side current source circuit 43-second main bit line 18-2-Y-side current termination circuit 14 ''-selection. The current flows through the path of 1 bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s-Y selector 11 ''-first main bit line 18-1-Y side current source circuit 43.
(B) Writing “0” The Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s. The Y selector 11 ″ selects the selected first bit line 4s that forms a pair with the selected second bit line 5s.
Then, the Y-side current source circuit 43 applies a current Iw (0) having a predetermined magnitude to the Y-side current source circuit 43-second main bit line 18-2-Y-side current termination circuit 14 ''-selection. The current flows through the path of 2 bit line 5s−selected cell 2s−selected first bit line 4s−Y selector 11 ″ −first main bit line 18-1-Y side current source circuit 43.
(4) Step S164
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (−X direction) or the current Iw (1) (+ X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + Y direction or −Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41a−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   Through the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41a-i.

本発明により、Y側電流源回路43のメインビット線の選択回路が省略され、単純な電源接続回路43bにすることが出来る。
また、読み出し電流Is(及びIr)は、2つのMOSトランジスタを使って読み出されるので、メモリセル内のMOSトランジスタのばらつきの影響を抑制することが可能となる。
さらに、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
According to the present invention, the main bit line selection circuit of the Y-side current source circuit 43 is omitted, and a simple power supply connection circuit 43b can be obtained.
Further, since the read current Is (and Ir) is read using the two MOS transistors, it is possible to suppress the influence of the variation of the MOS transistors in the memory cell.
Furthermore, the MRAM can be made compact by layering the cell array and sharing some circuits.

(第20の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第20の実施の形態について説明する。
(20th embodiment)
A twentieth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第20の実施の形態の構成について説明する。図36は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第20の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、第1Yセレクタ71、第2Yセレクタ72、複数のセンスアンプ73、複数の読み出し電流負荷回路74、複数の第3トランジスタ77、複数のコラム選択トランジスタ75(75−1及び75−2)、リファレンス選択トランジスタ76(76−1及び76−2)、センス線81(81−1及び81−2)、読み出し電流信号線82、比較信号線83、データバス線84(84−1及び84−2)、コラム信号線85を備える。ここで、センス線81−1からデータバス線84までをデータ処理部90とも記す。   The configuration of the twentieth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 36 is a diagram showing a configuration of a twentieth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including a magnetic memory cell according to the present invention. The MRAM of this embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bit lines 5r). X selector 8, first Y selector 71, second Y selector 72, a plurality of sense amplifiers 73, a plurality of read current load circuits 74, a plurality of third transistors 77, and a plurality of column selection transistors 75 (75-1 and 75). 75-2), reference selection transistor 76 (76-1 and 76-2), sense line 81 (81-1 and 81-2), read current signal line 82, comparison signal line 83, data bus line 84 (84-). 1 and 84-2), and a column signal line 85 is provided. Here, the sense line 81-1 to the data bus line 84 are also referred to as a data processing unit 90.

メモリセルアレイ1(メモリセル2を含む)は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the memory cell array 1 (including the memory cell 2) is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、一方を第1Yセレクタ71に接続している。そして、更に第1Yセレクタ71からデータバス線84まで延伸している。ここでは、その信号をBLiT(ただし、i=0〜nの整数:第1ビット線4の番号)と記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、一方を第2Yセレクタ72に接続されている。そして、更に第2Yセレクタ72からデータバス線84まで延伸している。ここでは、その信号をBLiN(ただし、i=0〜nの整数:第1ビット線4の番号)と記す。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。ここでは、その信号をWLk(ただし、k=0〜mの整数:ワード線3の番号)と記す。
そして、上記各メモリセル2は、上記の第1ビット線4と第2ビット線5との複数の組と複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and one of the first bit lines 4 is connected to the first Y selector 71. Further, the first Y selector 71 extends to the data bus line 84. Here, the signal is described as BLiT (where i is an integer from 0 to n: the number of the first bit line 4).
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4 and is provided extending in the Y-axis direction. One of the second bit lines 5 is connected to the second Y selector 72. Further, the second Y selector 72 extends to the data bus line 84. Here, the signal is referred to as BLiN (where i = 0 to n: the number of the first bit line 4).
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8. Here, the signal is referred to as WLk (where k is an integer from 0 to m: the number of the word line 3).
Each memory cell 2 is provided corresponding to each of positions where a plurality of sets of the first bit line 4 and the second bit line 5 and a plurality of word lines intersect.

Xセレクタ8は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
第1Yセレクタ71は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
第2Yセレクタ72は、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。
センスアンプ73は、Y軸方向に延伸する第1ビット線4及び第2ビット線5と、X軸方向に延伸するセンス線81−1及びセンス線81−2とで囲まれる領域に設けられている。センス線81−1及び81−2からのSAP信号で活性化され、第1ビット線4及び第2ビット線5との間の電位差を高速に増幅する。
The X selector 8 selects one word line 3 as the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in both the data read operation and the write operation.
The first Y selector 71 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as a selected first bit line 4s during a data read operation and a write operation.
The second Y selector 72 selects one second bit line 5 from the plurality of second bit lines 5 as the selected second bit line 5s during the data write operation.
The sense amplifier 73 is provided in a region surrounded by the first bit line 4 and the second bit line 5 extending in the Y-axis direction, and the sense line 81-1 and the sense line 81-2 extending in the X-axis direction. Yes. Activated by the SAP signal from the sense lines 81-1 and 81-2, the potential difference between the first bit line 4 and the second bit line 5 is amplified at high speed.

読み出し電流負荷回路74は、Y軸方向に延伸する第1ビット線4(又はリファレンス第1ビット線4)と、X軸方向に延伸する読み出し電流信号線82とが交差する点に設けられている。データの読み出し動作時に、読み出し電流信号線82からのLDA信号により活性化され、選択第1ビット線4s(又はリファレンス第1ビット線4r)を介して選択セル2s(又はリファレンスセル2r)へ所定の電流を流す。
ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様である。ただし、抵抗値が所定の値(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。
The read current load circuit 74 is provided at a point where the first bit line 4 (or the reference first bit line 4) extending in the Y-axis direction and the read current signal line 82 extending in the X-axis direction intersect. . During a data read operation, the data is activated by an LDA signal from the read current signal line 82, and is supplied to the selected cell 2s (or reference cell 2r) via the selected first bit line 4s (or reference first bit line 4r). Apply current.
Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is a predetermined value (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the magnetoresistive element 7 having data “0” by the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the voltage drop), and is referenced during the read operation of another memory cell 2.

第3トランジスタ77は、ゲートを比較信号線83に、他の2端子のうちの一方を第2ビット線5に、他方をリファレンス第1ビット線4rに接続されている。比較信号線83からのRTG信号の入力によりオンとなり、第2ビット線5の電位をリファレンス第1ビット線4rの電位と同じにする。
コラム選択トランジスタ75−1及び75−2は、ゲートをコラム信号線85に、他の2端子のうちの一方を、第1ビット線4及び第2ビット線5のメモリセルアレイ1側に、他方を第1ビット線4及び第2ビット線5のデータバス線84側に接続している。コラム信号線85からのYSWi信号(ただし、i=0〜nの整数:第1ビット線4の番号)に基づいて、それぞれ第1ビット線4の電圧(BLiT)、及び第2ビット線5の電圧(BLiN)を、データバス線84−1及び84−2へ出力する。
リファレンス選択トランジスタ76−1及び76−2は、ゲートをコラム信号線85に、他の2端子のうちの一方を、リファレンス第1ビット線4r及びリファレンス第2ビット線5rのメモリセルアレイ1側に、他方をリファレンス第1ビット線4r及びリファレンス第2ビット線5rのデータバス線84側に接続している。コラム信号線85からのRYSW信号に基づいて、それぞれリファレンス第1ビット線4rの電圧(BLRU)、及びリファレンス第2ビット線5rの電圧(BLRL)を、データバス線84−1及び84−2へ出力する。
The third transistor 77 has a gate connected to the comparison signal line 83, one of the other two terminals connected to the second bit line 5, and the other connected to the reference first bit line 4r. The signal is turned on by the input of the RTG signal from the comparison signal line 83, and the potential of the second bit line 5 is made the same as the potential of the reference first bit line 4r.
The column selection transistors 75-1 and 75-2 have gates connected to the column signal line 85, one of the other two terminals connected to the memory cell array 1 side of the first bit line 4 and the second bit line 5, and the other connected to the other. The first bit line 4 and the second bit line 5 are connected to the data bus line 84 side. Based on the YSWi signal from the column signal line 85 (where i is an integer from 0 to n: the number of the first bit line 4), the voltage (BLiT) of the first bit line 4 and the second bit line 5 The voltage (BLiN) is output to the data bus lines 84-1 and 84-2.
The reference selection transistors 76-1 and 76-2 have a gate to the column signal line 85 and one of the other two terminals to the memory cell array 1 side of the reference first bit line 4 r and the reference second bit line 5 r. The other is connected to the data bus line 84 side of the reference first bit line 4r and the reference second bit line 5r. Based on the RYSW signal from the column signal line 85, the voltage (BLRU) of the reference first bit line 4r and the voltage (BLRL) of the reference second bit line 5r are respectively sent to the data bus lines 84-1 and 84-2. Output.

センス線81(81−1及び81−2)は、センスアンプ73にSAP信号を出力する。読み出し電流信号線82は、読み出し電流負荷回路74にLDA信号を出力する。比較信号線83は、第3トランジスタ77にRTG信号を出力する。データバス線84(84−1及び84−2)は、第1ビット線4及び第2ビット線5からデータとしての電圧を取得する。コラム信号線85は、YSWi信号又はRYSW信号を出力する。   The sense lines 81 (81-1 and 81-2) output an SAP signal to the sense amplifier 73. The read current signal line 82 outputs an LDA signal to the read current load circuit 74. The comparison signal line 83 outputs an RTG signal to the third transistor 77. The data bus line 84 (84-1 and 84-2) acquires a voltage as data from the first bit line 4 and the second bit line 5. The column signal line 85 outputs a YSWi signal or a RYSW signal.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第20の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twentieth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図37は、図36のMRAMの読み出し動作時における各信号(電圧)の変化を示す図である。ここでは、各信号が“High”及び“Low”の状態に成ることを単に、H及びLと記すこととする。
メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
A.1選択セル2s分の読み出し動作
ここでは、0番目の第1ビット線4及び第2ビット線5と、0番目のワード線で選択されるメモリセル2を選択セル2sとする。
(1)ステップS171
時刻tR1において、Xセレクタ8は、WL0信号のHの入力により、選択ワード線3sを選択する。同時に、第1Yセレクタ71は、RWTG信号のHの入力により、選択第1ビット線4sを選択する。これらの動作により選択セル2sが選択される。さらに、第3トランジスタ77は、RTG信号のHの入力によりオンとなり、選択第1ビット線4sと対を成す選択第2ビット線5sのデータ処理部90の側を、リファレンス第1ビット線4rと同電位とする。
(2)ステップS172
時刻tR2において、選択第1ビット線4sに接続された読み出し電流負荷回路74は、LDA信号のHの入力により、選択第1ビット線4sへ所定の大きさの電流Isを供給する。同様に、リファレンス第1ビット線4rに接続された読み出し電流負荷回路74は、LDA信号のHの入力により、リファレンス第1ビット線4rへ所定の大きさの電流Irを供給する。電流Isは選択セル2sにおいて、電流Irはリファレンスセル2rにおいて、それぞれの磁気抵抗素子7を経由して接地配線24へ流れ込む。
このとき、時刻tR3(〜tR5)において、選択セル2sの磁気抵抗素子7に含まれるデータを反映した電圧が、BL0T信号として現れる。また、リファレンスセル2rの磁気抵抗素子7に含まれる予め設定(固定)されたデータを反映した電圧が、BLRU信号として現れる。
それに伴い、時刻tR3において、選択第1ビット線4s及び選択第2ビット線5sとの間にあるセンスアンプ81の選択第1ビット線4s側の電圧BLS0Tは、BL0T信号を反映した電圧となる。同様に、選択第2ビット線5s側の電圧BLS0Nは、BLRU信号を反映した電圧となる。
(3)ステップS173
時刻tR4において、LDA信号がLとなり、各読み出し電流負荷回路74からの電流が停止する。そして、時刻tR5において、RWTG信号、RTG信号がLとなり、データ処理部90と、メモリセルアレイ1とが分離される。このとき、センスアンプ81の電圧BLS0Tと電圧BLS0Nの相対的な大小関係は維持される。
(4)ステップS174
時刻tR6において、センスアンプ73は、SAP信号のHの入力により活性化する。そして、電圧BLS0Tと電圧BLS0Nとの電圧の差が増幅され、読み出したデータ(センスアンプ81の電圧BLS0Tに対応)を反映した電圧となる。例えば、読み出したデータが「1」ならば、電圧BLS0Tは図中「H」で示されるように増幅され、電圧BLS0Nは図中「L」で示されるように小さくなる。「1」ならば逆になる。
(5)ステップS175
時刻tR7において、YSW0信号が入力され、コラム選択トランジスタ75がオンとなる。それにより、増幅又は小さくされた電圧BLS0Tがデータバス線84−1へ、電圧BLS0Nがデータバス線84−2へ出力される。
そして、時刻tR7から時刻tR8までの間に、データバス線84−1の出力/RIO信号と、データバス線84−2の出力RIO信号が取り出される。
(6)ステップS176
時刻tR8においてYSW0信号がLとなり、時刻tR9においてSAP信号がLとなる。それに伴い、時刻tR10において電圧BLS0T及び電圧BLS0NがLとなる。そして、時刻tR11においてWL0信号がLとなる。
FIG. 37 is a diagram showing changes in each signal (voltage) during the read operation of the MRAM in FIG. Here, the fact that each signal is in a “High” and “Low” state is simply referred to as H and L.
Reading data from the memory cell 2 is performed as follows.
A. Read Operation for 1 Selected Cell 2s Here, the memory cell 2 selected by the 0th first bit line 4 and second bit line 5 and the 0th word line is defined as a selected cell 2s.
(1) Step S171
At time tR1, the X selector 8 selects the selected word line 3s in response to the H input of the WL0 signal. At the same time, the first Y selector 71 selects the selected first bit line 4s in response to the H input of the RWTG signal. The selected cell 2s is selected by these operations. Further, the third transistor 77 is turned on by the input of the RTG signal H, and the data processing unit 90 side of the selected second bit line 5s paired with the selected first bit line 4s is connected to the reference first bit line 4r. Same potential.
(2) Step S172
At time tR2, the read current load circuit 74 connected to the selected first bit line 4s supplies a current Is having a predetermined magnitude to the selected first bit line 4s by the input of H of the LDA signal. Similarly, the read current load circuit 74 connected to the reference first bit line 4r supplies a current Ir having a predetermined magnitude to the reference first bit line 4r by the input of H of the LDA signal. The current Is flows into the ground line 24 via the respective magnetoresistive elements 7 in the selected cell 2s and the current Ir flows in the reference cell 2r.
At this time, at time tR3 (to tR5), a voltage reflecting data included in the magnetoresistive element 7 of the selected cell 2s appears as the BL0T signal. In addition, a voltage reflecting preset (fixed) data included in the magnetoresistive element 7 of the reference cell 2r appears as a BLRU signal.
Accordingly, at time tR3, the voltage BLS0T on the selected first bit line 4s side of the sense amplifier 81 between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s becomes a voltage reflecting the BL0T signal. Similarly, the voltage BLS0N on the selected second bit line 5s side is a voltage reflecting the BLRU signal.
(3) Step S173
At time tR4, the LDA signal becomes L, and the current from each read current load circuit 74 stops. At time tR5, the RWTG signal and the RTG signal become L, and the data processing unit 90 and the memory cell array 1 are separated. At this time, the relative magnitude relationship between the voltage BLS0T and the voltage BLS0N of the sense amplifier 81 is maintained.
(4) Step S174
At time tR6, the sense amplifier 73 is activated by the H input of the SAP signal. Then, the voltage difference between the voltage BLS0T and the voltage BLS0N is amplified and becomes a voltage reflecting the read data (corresponding to the voltage BLS0T of the sense amplifier 81). For example, if the read data is “1”, the voltage BLS0T is amplified as indicated by “H” in the figure, and the voltage BLS0N is reduced as indicated by “L” in the figure. If “1”, the opposite is true.
(5) Step S175
At time tR7, the YSW0 signal is input, and the column selection transistor 75 is turned on. Thereby, the amplified or reduced voltage BLS0T is output to the data bus line 84-1, and the voltage BLS0N is output to the data bus line 84-2.
Then, between time tR7 and time tR8, the output / RIO signal of data bus line 84-1 and the output RIO signal of data bus line 84-2 are taken out.
(6) Step S176
The YSW0 signal becomes L at time tR8, and the SAP signal becomes L at time tR9. Accordingly, the voltage BLS0T and the voltage BLS0N become L at time tR10. At time tR11, the WL0 signal becomes L.

以上の読み出し動作により、所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, data of a desired selected cell 2s can be read.

B.選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2の読み出し動作
図38は、図36のMRAMの読み出し動作時における各信号(電圧)の変化を示す図である。図37及び図38を参照して、選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2の読み出し動作は、上記のステップS175において、以下のような操作を行う。
B. Read Operation of All Memory Cells 2 on Selected Word Line 3s FIG. 38 is a diagram showing changes in signals (voltages) during the read operation of the MRAM in FIG. Referring to FIG. 37 and FIG. 38, the read operation of all the memory cells 2 on the selected word line 3s is performed as follows in step S175.

ただし、この場合、図37において、BL0Tは、BLkT(ただし、k=1〜n:nは、ビット線の対(第1ビット線4及び第2ビット線5)の数)を示し、BLS0T及びBLLS0Nは、BLSkT及びBLLSkN(ただし、k=1〜n)を示す。また、YSW0、RIO及び/RIOは、図38のタイミングチャートとする。
また、各センスアンプ73は、時刻tR2〜tR5において、選択ワード線3s上のメモリセル2のデータを、一括して読み出す。そして、時刻tR6において、増幅又は小さくされた電圧BLSkT及び電圧BLSkNを発生している。
However, in this case, in FIG. 37, BL0T indicates BLkT (where k = 1 to n: n is the number of bit line pairs (first bit line 4 and second bit line 5)), and BLS0T and BLLS0N indicates BLSkT and BLLSkN (where k = 1 to n). YSW0, RIO, and / RIO are in the timing chart of FIG.
In addition, each sense amplifier 73 reads the data of the memory cells 2 on the selected word line 3s at a time from time tR2 to tR5. At time tR6, the amplified or reduced voltage BLSkT and voltage BLSkN are generated.

(5−1)ステップS175−1
時刻tR7=時刻tR7_10〜時刻tR7_11、…時刻tR7_k0〜時刻tR7_k1…、時刻tR7_n0〜時刻tR7_n1=時刻tR8の各期間ごとに、k=1からnまで連続的に、YSWk信号をk番目のコラム選択トランジスタ75に入力する。それにより、k番目のコラム選択トランジスタ75がオンになり、増幅又は小さくされた電圧BLSkTがデータバス線84−1へ、電圧BLSkNがデータバス線84−2へ出力される。そして、データバス線84−1の出力/RIO信号と、データバス線84−2の出力RIO信号として、時刻tR7_k0から時刻tR7_k1までの間にk番目のメモリセル2のデータが取り出され、時刻tR7_n0から時刻tR7_n1までの間にn番目のメモリセル2のデータが取り出される。
(5-1) Step S175-1
Time tR7 = time tR7_10 to time tR7_11,... Time tR7_k0 to time tR7_k1..., Time tR7_n0 to time tR7_n1 = time tR8. Input to 75. As a result, the kth column selection transistor 75 is turned on, and the amplified or reduced voltage BLSkT is output to the data bus line 84-1, and the voltage BLSkN is output to the data bus line 84-2. Then, as the output / RIO signal of the data bus line 84-1 and the output RIO signal of the data bus line 84-2, the data of the kth memory cell 2 is extracted from the time tR7_k0 to the time tR7_k1, and the time tR7_n0. To the time tR7_n1, the data of the nth memory cell 2 is taken out.

すなわち、センスアンプ73には、各メモリセル2のデータが、一括して読み出されているので、YSW信号を連続的に活性化するとデータを連続的に読み出すことが出来る。それにより、データの読み出しのスループットが向上する。   That is, since the data of each memory cell 2 is read in batches to the sense amplifier 73, the data can be read continuously by activating the YSW signal continuously. Thereby, the throughput of reading data is improved.

以上の読み出し動作により、所望の選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2のデータを一括して読み出すことができる。   With the above read operation, the data of all the memory cells 2 on the desired selected word line 3s can be read at once.

図39は、図36のMRAMの書き込み動作時における各信号(電圧)の変化を示す図である。メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。
A.1選択セル2s分の書き込み動作
ここでは、0番目の第1ビット線4及び第2ビット線5と、0番目のワード線で選択されるメモリセル2を選択セル2sとする。
(1)ステップS181
時刻tW10において、Xセレクタ8は、WL0信号をHとし、選択ワード線3sを選択する。このとき、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のゲート電位は、通常の電源電圧に比べて所定の電圧Vαだけ高く設定される。同時に、第1Yセレクタ71は、RWTG信号をHとし、選択第1ビット線4sを選択する。更に、第2Yセレクタ72は、WTG信号をHとし、選択第2ビット線5sを選択する。これらの動作により選択セル2sが選択される。
(2)ステップS182
時刻tW20において、データバス線84−1にデータを示すDIO信号が入力され、データバス線84−2にDIO信号の反転信号/DIO信号がそれぞれ入力される。同時に、コラム選択トランジスタ75−1及び75−2は、YSW0信号のHの入力によりオンとなる。それにより、データ処理部90側において選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sが選択され、それぞれにDIO信号及び/DIO信号が入力される。
(3)ステップS183
時刻tW30において、選択第1ビット線4sの電位(電圧BLOT)と、選択第2ビット線5s(電圧BLON)の電位は、データに対応した電位になる。そして、電圧BLOTと電圧BLONとの差に応じて、選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとの間を、選択セル2s(の第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ)を介して書き込み用の電流が流れる。書き込み用の電流は、DIO信号及び/DIO信号により流れる。
(4)ステップS184
時刻tR40において、YSW0信号がLとなり、DIO信号及び/DIO信号が停止する。それにより、電圧BLOTと電圧BLONとがLとなる。これにより、書き込み動作が終了する。時刻tR50において、WL0信号、RWTG信号、WTG信号をLとする。
FIG. 39 is a diagram showing changes in signals (voltages) during the write operation of the MRAM in FIG. Data is written to the memory cell 2 as follows.
A. Write Operation for 1 Selected Cell 2s Here, the memory cell 2 selected by the 0th first bit line 4 and second bit line 5 and the 0th word line is defined as a selected cell 2s.
(1) Step S181
At time tW10, the X selector 8 sets the WL0 signal to H and selects the selected word line 3s. At this time, the gate potentials of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are set higher by a predetermined voltage Vα than the normal power supply voltage. At the same time, the first Y selector 71 sets the RWTG signal to H and selects the selected first bit line 4s. Further, the second Y selector 72 sets the WTG signal to H and selects the selected second bit line 5s. The selected cell 2s is selected by these operations.
(2) Step S182
At time tW20, a DIO signal indicating data is input to data bus line 84-1, and an inverted signal / DIO signal of the DIO signal is input to data bus line 84-2. At the same time, the column selection transistors 75-1 and 75-2 are turned on by the input of H of the YSW0 signal. Thereby, the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s are selected on the data processing unit 90 side, and the DIO signal and the / DIO signal are input to each.
(3) Step S183
At time tW30, the potential of the selected first bit line 4s (voltage BLOT) and the potential of the selected second bit line 5s (voltage BLON) become potentials corresponding to data. Then, according to the difference between the voltage BLOT and the voltage BLON, writing is performed between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s via the selected cell 2s (the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor). Current for use flows. The write current flows according to the DIO signal and the / DIO signal.
(4) Step S184
At time tR40, the YSW0 signal becomes L, and the DIO signal and the / DIO signal are stopped. Thereby, the voltage BLOT and the voltage BLON become L. Thereby, the write operation is completed. At time tR50, the WL0 signal, the RWTG signal, and the WTG signal are set to L.

以上の書き込み動作により、所望の選択セル2sへデータを書き込むことができる。
選択ワード線3s上のデータを全て書きかえる必要がない場合、選択ワード線3sが活性化されている状態で、YSW信号を活性化し、データバス線84からセンスアンプ73を介さずに書き込むこの方法が、スループットや電力消費の観点から好ましい。
Data can be written to a desired selected cell 2s by the above write operation.
When it is not necessary to rewrite all the data on the selected word line 3s, this method activates the YSW signal while the selected word line 3s is activated and writes the data from the data bus line 84 without passing through the sense amplifier 73. Is preferable from the viewpoint of throughput and power consumption.

B.選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2の書き込み動作
図40は、図36のMRAMの書き込み動作時における各信号(電圧)の変化を示す図である。選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2の書き込み動作は、以下のようにして行う。
(1)ステップS191
時刻tW1−1〜時刻tW2−1、…時刻tW1−k〜時刻tW2−k…、時刻tW1−n〜時刻tW2−nの各期間ごとに、k=1からnまで連続的に、選択ワード線3s上のk番目のメモリセル2に書き込むデータ(DIO信号及びDIO信号の反転信号/DIO信号)が、データバス線84−1及び84−2に入力され、YSWk信号がHとなる。それにより、各期間ごとに、k番目のコラム選択トランジスタ75−1及び75−2がオンとなり、k番目のセンスアンプ73の両端に、k番目のデータに対応した電圧BLSOTと電圧BLSONが発生する。
(2)ステップS192
時刻tW2−nにおいて、すべてのセンスアンプ73は、SAP信号のHの入力により活性化する。そして、電圧BLSOTと電圧BLSONの大きい方を増幅し、小さい方を小さくする。
(3)ステップS193
時刻tW3において、Xセレクタ8は、WL0信号をHとし、選択ワード線3sを選択する。このとき、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のゲート電位は、通常の電源電圧に比べて所定の電圧Vαだけ高く設定される。同時に、第1Yセレクタ71は、RWTG信号をHとし、すべての選択第1ビット線4sを選択する。更に、第2Yセレクタ72は、WTG信号をHとし、すべての選択第2ビット線5sを選択する。これらの動作により選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2が選択される。
このとき、電圧BLSOTと電圧BLSONとの差に応じて、選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2の各々において、第1ビット線4sと第2ビット線5sとの間を、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタを介して書き込み用の電流が流れる。この場合、書き込み電流の電流源はセンスアンプ73となる。
なお、所定の電圧Vαは、書き込み電流が流れたときのトランジスタのオン抵抗によるトランジスタのチャネル部の電位の上昇分程度である。
(4)ステップS194
時刻tR4において、WL0信号、RWTG信号、WTG信号をLとする。これにより、書き込み動作が終了する。時刻tR5において、SAP信号及びSAN信号がLとなる。それに伴い、時刻tR6において電圧BLS0T及び電圧BLS0NがLとなる。
B. Write Operation of All Memory Cells 2 on Selected Word Line 3s FIG. 40 is a diagram showing changes in signals (voltages) during the write operation of the MRAM in FIG. The write operation of all the memory cells 2 on the selected word line 3s is performed as follows.
(1) Step S191
Selected word lines from k = 1 to n continuously for each period from time tW1-1 to time tW2-1, time tW1-k to time tW2-k, time tW1-n to time tW2-n Data (DIO signal and inverted signal / DIO signal / DIO signal) to be written in the kth memory cell 2 on 3s is input to the data bus lines 84-1 and 84-2, and the YSWk signal becomes H. Thereby, for each period, the kth column selection transistors 75-1 and 75-2 are turned on, and the voltage BLSOT and the voltage BLSON corresponding to the kth data are generated at both ends of the kth sense amplifier 73. .
(2) Step S192
At time tW2-n, all the sense amplifiers 73 are activated by the input of H of the SAP signal. Then, the larger one of the voltage BLSOT and the voltage BLSON is amplified, and the smaller one is reduced.
(3) Step S193
At time tW3, the X selector 8 sets the WL0 signal to H and selects the selected word line 3s. At this time, the gate potentials of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are set higher by a predetermined voltage Vα than the normal power supply voltage. At the same time, the first Y selector 71 sets the RWTG signal to H and selects all the selected first bit lines 4s. Further, the second Y selector 72 sets the WTG signal to H and selects all the selected second bit lines 5s. By these operations, all the memory cells 2 on the selected word line 3s are selected.
At this time, according to the difference between the voltage BLSOT and the voltage BLSON, the first MOS transistor 6 is connected between the first bit line 4s and the second bit line 5s in each of all the memory cells 2 on the selected word line 3s. A write current flows through the second MOS transistor. In this case, the current source of the write current is the sense amplifier 73.
Note that the predetermined voltage Vα is about an increase in the potential of the channel portion of the transistor due to the on-resistance of the transistor when a write current flows.
(4) Step S194
At time tR4, the WL0 signal, the RWTG signal, and the WTG signal are set to L. Thereby, the write operation is completed. At time tR5, the SAP signal and the SAN signal become L. Accordingly, the voltage BLS0T and the voltage BLS0N become L at time tR6.

以上の書き込み動作により、所望の選択ワード線3s上のすべてのメモリセル2にデータを一括して書き込むことができる。それにより、データ処理のスループットが向上する。   Through the above write operation, data can be written in a batch to all the memory cells 2 on the desired selected word line 3s. Thereby, the throughput of data processing is improved.

書き込みの際、第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16のゲート電位は、通常の電源電圧に比べて所定の電圧Vαだけ高く設定されるので、より大きな書き込み電流を流すことが出来る。それにより、より確実に選択セルにデータを書き込むことが可能となる。
なお、通常は、電源電圧以上の電圧をゲートに加えると、ゲート酸化膜に負担がかかるが、書き込み中は、書き込み電流が流れるため、トランジスタのオン抵抗により、トランジスタのチャネル部の電位が上昇しているため、問題とならない。
At the time of writing, the gate potentials of the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are set higher by a predetermined voltage Vα than the normal power supply voltage, so that a larger write current can flow. This makes it possible to write data to the selected cell more reliably.
Normally, when a voltage higher than the power supply voltage is applied to the gate, a burden is applied to the gate oxide film. However, since a write current flows during writing, the on-resistance of the transistor increases the potential of the channel portion of the transistor. Because it is not a problem.

本発明により、DRAMと同様に、各ビット線(第1ビット線4と第2ビット線5との間)に取り付けられているセンスアンプを用いてデータの読み出し動作/書き込み動作を行うことが可能となる。   According to the present invention, similarly to a DRAM, it is possible to perform a data read operation / write operation using a sense amplifier attached to each bit line (between the first bit line 4 and the second bit line 5). It becomes.

(第21の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第21の実施の形態について説明する。
(Twenty-first embodiment)
A twenty-first embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第21の実施の形態の構成について説明する。図41は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第21の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数の第1ワード線3c、複数の第2ワード線3d、複数の第1ビット線4、複数の共通第2ビット線5’、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-first embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 41 is a diagram showing the configuration of a twenty-first embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of first word lines 3c, a plurality of second word lines 3d, a plurality of first bit lines 4, a plurality of common second bit lines 5 ′, an X selector 8, A Y selector 11, a Y side current source circuit 12, a Y side power supply circuit 19, a read current load circuit 13 and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2eが行列に配列されている。ここで、メモリセル2eは、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2erとする。
第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)を第1ワード線3cに、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2MOSトランジスタ16のドレイン(第6端子)に接続している。
第2MOSトランジスタ16は、ゲート(第2ゲート)を第2ワード線3dに、ソース(第5端子)を共通第2ビット線5’に、ドレイン(第6端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1MOSトランジスタ6のドレイン(第2端子)に接続している。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、磁気抵抗素子7−第1ビット線4に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16は、第1ビット線4と共通第2ビット線5’とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を上記各トランジスタに、他端側(第3端子)を接地配線24に接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
In the memory cell array 1, memory cells 2e are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2 e includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. Note that the reference memory cell 2 is referred to as a reference cell 2er.
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the first word line 3c, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as the magnetoresistive element 7. Are connected to one end side (fourth terminal) and the drain (sixth terminal) of the second MOS transistor 16.
The second MOS transistor 16 has a gate (second gate) as the second word line 3d, a source (fifth terminal) as the common second bit line 5 ', and a drain (sixth terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. (Fourth terminal) and the drain (second terminal) of the first MOS transistor 6 are connected.
During the read operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and to pass a current from the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4. During the write operation, the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are used to connect the first bit line 4 and the common second bit line 5 ′ to flow current near the magnetoresistive element 7.
The magnetoresistive element 7 has one end side (fourth terminal) connected to each of the transistors and the other end side (third terminal) connected to the ground wiring 24. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。図41において、共通第2ビット線5の左側を第1ビット線4L、右側を第1ビット線4Rともいう。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
共通第2ビット線5は、その両側に配設された2本の第1ビット線4と組を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、Y側電源回路19に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
第1ワード線3cは、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。
第2ワード線3dは、第1ワード線3cと対を成し、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、Xセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル2eは、上記の第1ビット線4及び共通第2ビット線5’の組(複数)と、第1ワード線3c及び第2ワード線3dの組(複数)とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11. In FIG. 41, the left side of the common second bit line 5 is also referred to as a first bit line 4L, and the right side is also referred to as a first bit line 4R. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The common second bit line 5 forms a pair with the two first bit lines 4 disposed on both sides thereof, is provided extending in the Y-axis direction, and is connected to the Y-side power supply circuit 19. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The first word line 3c is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
The second word line 3d is paired with the first word line 3c, is provided to extend in the X-axis direction (word line direction), and is connected to the X selector 8.
In each memory cell 2e, the set (plurality) of the first bit line 4 and the common second bit line 5 ′ and the set (plurality) of the first word line 3c and the second word line 3d intersect. It is provided corresponding to each position.

Xセレクタ8は、データの読み出し動作時に、複数の第1ワード線3cから、1つの第1ワード線3cを選択第1ワード線3csとして選択する。また、データの書き込み動作時に、複数の第1ワード線3cから、1つの第1ワード線3cを選択第1ワード線3csとして選択するとともに、複数の第2ワード線3dから、1つの第2ワード線3dを選択第2ワード線3dsとして選択する。
Yセレクタ11は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
ただし、選択セル2esは、選択ワード線3sと選択第1ビット線4sと選択共通第2ビット線5’sとで選択されるメモリセル2eである。
The X selector 8 selects one first word line 3c as a selected first word line 3cs from the plurality of first word lines 3c during a data read operation. In the data write operation, one first word line 3c is selected as the selected first word line 3cs from the plurality of first word lines 3c, and one second word is selected from the plurality of second word lines 3d. The line 3d is selected as the selected second word line 3ds.
The Y selector 11 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s in both the data read operation and the data write operation.
However, the selected cell 2es is a memory cell 2e selected by the selected word line 3s, the selected first bit line 4s, and the selected common second bit line 5's.

Y側電流源回路12は、データの書き込み動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流の供給又は引き込みを行う電流源である。
Y側電源回路19は、常に、共通第2ビット線5’へ所定の電圧を供給する。
ここで、Y側電流源回路12による所定の電流は、書き込むデータに応じて、選択第1ビット線4s−選択セル2es−選択共通第2ビット線5’s(選択第1ビット線4sに対応する共通第2ビット線5’)の経路を、Yセレクタ11へ流れ込む方向又はYセレクタ11から流れ出す方向に流れる。
The Y-side current source circuit 12 is a current source that supplies or draws a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data write operation.
The Y-side power supply circuit 19 always supplies a predetermined voltage to the common second bit line 5 ′.
Here, the predetermined current by the Y-side current source circuit 12 corresponds to the selected first bit line 4s-selected cell 2es-selected common second bit line 5's (corresponding to the selected first bit line 4s) according to the data to be written. The common second bit line 5 ′) flows in the direction flowing into the Y selector 11 or flowing out from the Y selector 11.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同様に、データの読み出し動作時に、リファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2erにつながるリファレンス第1ビット線4rの電圧と、選択セル2esにつながる選択第1ビット線4sの電圧との差に基づいて、選択セル2esの読み出したデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data read operation. Similarly, a predetermined current is supplied to the reference first bit line 4r during a data read operation.
The sense amplifier 15 outputs the data read from the selected cell 2es based on the difference between the voltage of the reference first bit line 4r connected to the reference cell 2er and the voltage of the selected first bit line 4s connected to the selected cell 2es. .

ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様である。ただし、抵抗値が所定の値(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。   Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is a predetermined value (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the magnetoresistive element 7 having data “0” by the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the voltage drop), and is referenced during the read operation of another memory cell 2.

図42は、図41に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2eを代表して示している。
メモリセル2eの第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、第1ワード線3cからY軸方向に枝分かれした第1ワード線3c−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16c(第6端子)に接続している。第2MOSトランジスタ16は、ゲート16b(第2ゲート端子)が、第2ワード線3dからY軸方向に枝分かれした第2ワード線3d−2を利用している。ソース16a(第5端子)は、コンタクト配線38を介して共通第2ビット線5’に接続している。
メモリセル2eは、第1ワード線3cと、第2ワード線3dと、第1ビット線4と、共通第2ビット線5’で囲まれる領域に配置されている。
磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。本実施の形態では、磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して所定の角度だけ傾けることとする。図41の例では、磁気抵抗素子7の形状で異方性をつけ、磁気抵抗素子7をY軸に対して45°傾けている。これにより、書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減できる(図18における説明を参照のこと)。
磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して傾ける際の所定の角度は、Y軸に対してわずかだけ傾けても効果はある。より好ましくは、10°〜80°である。更に好ましくは、30°〜60°である。Y軸の反対の側に同様に傾けても、同様の効果がある。
接地(GND)配線24は、図41に示すメモリセルアレイ1の更に上方において、メモリセルアレイ全体を覆うように設けられている。
42 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 41 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 2e in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 2 e, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the first word line 3c-1 branched from the first word line 3c in the Y-axis direction. The drain 6c (second terminal) is connected to the drain 16c (sixth terminal) of the second MOS transistor 16 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37. The second MOS transistor 16 uses a second word line 3d-2 whose gate 16b (second gate terminal) branches off from the second word line 3d in the Y-axis direction. The source 16 a (fifth terminal) is connected to the common second bit line 5 ′ via the contact wiring 38.
The memory cell 2e is arranged in a region surrounded by the first word line 3c, the second word line 3d, the first bit line 4, and the common second bit line 5 ′.
The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. In the present embodiment, the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 is inclined by a predetermined angle with respect to the Y axis. In the example of FIG. 41, the shape of the magnetoresistive element 7 is anisotropy, and the magnetoresistive element 7 is inclined 45 ° with respect to the Y axis. As a result, the write current can be set small, and the current consumption can be reduced (see the description in FIG. 18).
Even if the predetermined angle for tilting the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 with respect to the Y axis is slightly tilted with respect to the Y axis, it is effective. More preferably, it is 10 ° -80 °. More preferably, it is 30 to 60 degrees. The same effect can be obtained by tilting to the opposite side of the Y axis in the same manner.
The ground (GND) wiring 24 is provided above the memory cell array 1 shown in FIG. 41 so as to cover the entire memory cell array.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第21の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-first embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

メモリセル2eからのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS201
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数の第1ワード線3cから選択第1ワード線3csを選択する。そして、X側電源回路9は、所定の電圧V1が選択ワード線3sに印加する。各メモリセル2eの第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(2)ステップS202
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、読み出しアクティブ信号RAにより、読み出し電流負荷回路13は、選択第1ビット線4sに所定の電流Isを、及び、リファレンス第1ビット線4rに所定の電流Irをそれぞれ流す。
このとき、読み出し電流負荷回路13から選択第1ビット線4sを介して、選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ、所定の電流Isが流れ込む。同様に、読み出し電流負荷回路13−リファレンス第1ビット線4r−選択リファレンスセル2r(選択第1ワード線3csとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2er)の第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ、所定の電流Irが流れ込む。
(3)ステップS203
読み出しアクティブ信号RAにより、センスアンプ15は、選択第1ビット線4sの電圧とリファレンス第1ビット線4rの電圧との差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
Reading of data from the memory cell 2e is performed as follows.
(1) Step S201
The X selector 8 selects the selected first word line 3cs from the plurality of first word lines 3c in response to the input of the row address. The X-side power supply circuit 9 applies a predetermined voltage V1 to the selected word line 3s. The first MOS transistor 6 of each memory cell 2e is turned on.
(2) Step S202
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, in response to the read active signal RA, the read current load circuit 13 supplies a predetermined current Is to the selected first bit line 4s and a predetermined current Ir to the reference first bit line 4r.
At this time, a predetermined current Is flows from the read current load circuit 13 to the ground line 24 via the selected first bit line 4 s and the first MOS transistor 6 -magnetoresistance element 7 of the selected cell 2 s. Similarly, the first MOS transistor 6- of the read current load circuit 13-reference first bit line 4r-selected reference cell 2r (reference cell 2er corresponding to the intersection of the selected first word line 3cs and the reference first bit line 4r). A predetermined current Ir flows into the ground wiring 24 via the magnetoresistive element 7.
(3) Step S203
Based on the read active signal RA, the sense amplifier 15 outputs either “1” or “0” based on the difference between the voltage of the selected first bit line 4s and the voltage of the reference first bit line 4r.

以上の読み出し動作により、選択セル2esのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the selected cell 2es can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS211
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数の第1ワード線3cから選択第1ワード線3csを選択する。同時に、複数の第2ワード線3dから、選択第1ワード線3csと対を成す選択第2ワード線3dsを選択する。選択第1ワード線3cs及び選択第2ワード線3dsに接続する各メモリセル2eの第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(2)ステップS212
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。Y側電源回路19は、選択共通第2ビット線5’s(選択第1ビット線4sと対を成す共通第2ビット線5’)を含む複数の共通第2ビット線5’(リファレンス第2ビット線5rを含む)に、所定の電圧Vtermを固定的に印加している。
Y側電流源回路12は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「1」又は「0」)に基づいて、選択セル2esにデータ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(Y側電流源回路12に引き込む方向)又は電流Iw(1)(Y側電流源回路12から流れ出る方向)を流す。
電流Iw(0)又は電流Iw(1)は、選択共通第2ビット線5’s−選択セル2esの第2MOSトランジスタ16(−選択セル2esの引き出し配線層29)−選択セル2esの第1MOSトランジスタ6−選択第1ビット線4sの経路を、順又は逆の方向に流れる。
(3)ステップS213
選択セル2esにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dataに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S211
The X selector 8 selects the selected first word line 3cs from the plurality of first word lines 3c in response to the input of the row address. At the same time, the selected second word line 3ds paired with the selected first word line 3cs is selected from the plurality of second word lines 3d. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2e connected to the selected first word line 3cs and the selected second word line 3ds are turned on.
(2) Step S212
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. The Y-side power supply circuit 19 includes a plurality of common second bit lines 5 ′ (reference second) including a selected common second bit line 5 ′s (common second bit line 5 ′ paired with the selected first bit line 4s). A predetermined voltage Vterm is fixedly applied to the bit line 5r).
Based on the write active signal and the data signal (“1” or “0”), the Y-side current source circuit 12 causes the selected cell 2 es to have a current Iw (0) (Y side) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal. Current Iw (1) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 12).
The current Iw (0) or the current Iw (1) is generated by selecting the selected second bit line 5's-the second MOS transistor 16 of the selected cell 2es (-the lead wiring layer 29 of the selected cell 2es) -the first MOS transistor of the selected cell 2es. 6 Flow through the path of the selected first bit line 4s in the forward or reverse direction.
(3) Step S213
In the selected cell 2es, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal Data is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル2esにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 2es.

本発明により、第1の実施の形態と同様の効果(ただし、X軸方向ワード線が1本で済むことを除く)を得ることが出来る。   According to the present invention, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment (except that only one X-axis direction word line is sufficient).

本発明により、第2ビット線5を2つのメモリセル2で共有でき、その分の回路面積を削減することが可能となる。また、Y側電流終端回路が必要ないので、その分の回路面積を削減することが出来る。すなわち、チップサイズを小さくすることが出来、コストを削減することが可能となる。   According to the present invention, the second bit line 5 can be shared by the two memory cells 2, and the circuit area can be reduced accordingly. Further, since the Y-side current termination circuit is not necessary, the circuit area can be reduced accordingly. That is, the chip size can be reduced, and the cost can be reduced.

(第22の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第22の実施の形態について説明する。
(Twenty-second embodiment)
A twenty-second embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第22の実施の形態の構成について説明する。図43は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第22の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電源回路58、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 43 is a diagram showing a configuration of a twenty-second embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. The MRAM of this embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side power supply circuit 58, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15. It has.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2fが行列に配列されている。ここで、メモリセル2fは、第1MOSトランジスタ6と磁気抵抗素子7とキャパシタ19を含む。なお、リファレンス用のメモリセル2fをリファレンスセル2frと記す。
第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)をワード線3に、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及びキャパシタ19の一端に接続している。
キャパシタ19は、一端を第1MOSトランジスタ6のドレインに、他端を接地配線24に接続している。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、磁気抵抗素子7−第1ビット線4に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6は、第1ビット線4とキャパシタ19とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を上記第1MOSトランジスタ6に、他端側(第3端子)を接地配線24に接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
In the memory cell array 1, memory cells 2f are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2 f includes a first MOS transistor 6, a magnetoresistive element 7, and a capacitor 19. The reference memory cell 2f is referred to as a reference cell 2fr.
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the word line 3, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. Side (fourth terminal) and one end of the capacitor 19.
The capacitor 19 has one end connected to the drain of the first MOS transistor 6 and the other end connected to the ground wiring 24.
During the read operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and to pass a current from the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4. During the write operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the first bit line 4 and the capacitor 19 to flow current near the magnetoresistive element 7.
The magnetoresistive element 7 has one end side (fourth terminal) connected to the first MOS transistor 6 and the other end side (third terminal) connected to the ground wiring 24. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、Xセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル2fは、上記の複数の第1ビット線4と、複数のワード線3とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11.
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
Each memory cell 2f is provided corresponding to each of the positions where the plurality of first bit lines 4 and the plurality of word lines 3 intersect.

Xセレクタ8は、データの読み出し/書き込み動作時に、複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
X側電源回路9は、データの読み出し/書き込み動作時に選択ワード線3sに、所定の電圧を供給する電源である。
Yセレクタ11は、データの読み出し/書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
Y側電源回路58は、データの書き込み動作時に、選択第1ビット線4sへ、データに対応した所定の電圧の供給を行う。
The X selector 8 selects one word line 3 from the plurality of word lines 3 as a selected word line 3s during a data read / write operation.
The X-side power supply circuit 9 is a power supply that supplies a predetermined voltage to the selected word line 3s during a data read / write operation.
The Y selector 11 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as a selected first bit line 4s during a data read / write operation.
The Y-side power supply circuit 58 supplies a predetermined voltage corresponding to the data to the selected first bit line 4s during the data write operation.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同様に、データの読み出し動作時に、リファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。
ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様である。ただし、抵抗値が所定の値(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。
センスアンプ15は、リファレンス用のメモリセル2rにつながるリファレンス第1ビット線4rの電圧と、選択セル2sにつながる選択第1ビット線4sの電圧との差に基づいて、選択セル2sの読み出したデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data read operation. Similarly, a predetermined current is supplied to the reference first bit line 4r during a data read operation.
Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is a predetermined value (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the magnetoresistive element 7 having data “0” by the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the voltage drop), and is referenced during the read operation of another memory cell 2.
The sense amplifier 15 reads the data read from the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the reference first bit line 4r connected to the reference memory cell 2r and the voltage of the selected first bit line 4s connected to the selected cell 2s. Is output.

図44は、図43に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2fを代表して示している。
メモリセル2fの第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29を介して、キャパシタ19及び磁気抵抗素子7に接続している。
接地配線24は、複数のワード線3の各々と対を成し、X軸方向にワード線3と平行に延設されている。そして、各メモリセル2fごとに枝分かれした接地配線24−1を含む。各メモリセル2fにおける接地配線24−1は、磁気抵抗素子7及びキャパシタ19に接続されている。
磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。本実施の形態では、磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して所定の角度だけ傾けることとする。図43の例では、磁気抵抗素子7の形状で異方性をつけ、磁気抵抗素子7をY軸に対して45°傾けている。これにより、書き込み電流を小さく設定でき、消費電流を低減できる(図18における説明を参照のこと)。
磁気抵抗素子7の磁化異方性をY軸に対して傾ける際の所定の角度は、Y軸に対してわずかだけ傾けても効果はある。より好ましくは、10°〜80°である。更に好ましくは、30°〜60°である。Y軸の反対の側に同様に傾けても、同様の効果がある。
FIG. 44 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. In this figure, 2 × 2 memory cells 2 f in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 2 f, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3-1 branched from the word line 3 in the Y-axis direction. The drain 6 c (second terminal) is connected to the capacitor 19 and the magnetoresistive element 7 through the contact wiring 27 and the lead-out wiring layer 29.
The ground wiring 24 is paired with each of the plurality of word lines 3 and extends in parallel with the word lines 3 in the X-axis direction. A ground wiring 24-1 branched for each memory cell 2f is included. The ground wiring 24-1 in each memory cell 2f is connected to the magnetoresistive element 7 and the capacitor 19.
The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. In the present embodiment, the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 is inclined by a predetermined angle with respect to the Y axis. In the example of FIG. 43, the shape of the magnetoresistive element 7 is anisotropy, and the magnetoresistive element 7 is inclined 45 ° with respect to the Y axis. As a result, the write current can be set small, and the current consumption can be reduced (see the description in FIG. 18).
Even if the predetermined angle for tilting the magnetization anisotropy of the magnetoresistive element 7 with respect to the Y axis is slightly tilted with respect to the Y axis, it is effective. More preferably, it is 10 ° -80 °. More preferably, it is 30 to 60 degrees. The same effect can be obtained by tilting to the opposite side of the Y axis in the same manner.

図45は、メモリセル2fの構造を示し、図44におけるGG’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向上方に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の下側の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル2aの内側に設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29の上側に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、接地(GND)線24から枝分かれした接地配線24−1の下側に接続されている。
キャパシタ19は、一端側を下方に延びるコンタクト配線59を介して引き出し配線層29の他端の上部に、他端側をその上部を覆うように設けられた配線層60に接続している。配線層60は、一端において、その下側に延びるコンタクト配線61により、接地配線24−1に接続している。
FIG. 45 shows the structure of the memory cell 2f and shows a cross section GG ′ in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one lower end of the lead wiring layer 29 through a contact wiring 27 extending upward in the Z-axis direction. The gate 6 b as the first gate uses the word line 3-1 branched from the word line 3. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 2a with respect to the source 6a.
The magnetoresistive element 7 is connected to the upper side of the lead wiring layer 29 on one end side. The other end side is connected to the lower side of the ground wiring 24-1 branched from the ground (GND) line 24 through the contact wiring 26.
The capacitor 19 is connected to the upper part of the other end of the lead-out wiring layer 29 through a contact wiring 59 extending downward on one end side, and to the wiring layer 60 provided to cover the upper end of the other end side. The wiring layer 60 is connected to the ground wiring 24-1 at one end by a contact wiring 61 extending below the wiring layer 60.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第22の実施の形態の動作について図44を参照して説明する。   Next, the operation of the twenty-second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described with reference to FIG.

メモリセル2fからのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
(1)ステップS221
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。選択第1ビット線4sは、所定の中間電位Vmに設定される。
(2)ステップS222
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。ただし、Xセレクタ8は、電圧を少しずつ増加させて、所定の時間をかけて、選択ワード線3sに所定の電圧V1を印加する。所定の時間は、メモリセル2fのキャパシタ19を所定の中間電位Vmで充電する際にキャパシタ19へ流れ込む電流が、磁気抵抗素子7の書き込みを行えない程度に小さくなるように選択される。キャパシタ19は、所定の時間後に充電される。
(3)ステップS223
読み出しアクティブ信号RAにより、読み出し電流負荷回路13は、選択第1ビット線4sに所定の電流Isを、及び、リファレンス第1ビット線4rに所定の電流Irをそれぞれ流す。
このとき、読み出し電流負荷回路13から選択第1ビット線4sを介して、選択セル2fsの第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Isが流れ込む。同様に、読み出し電流負荷回路13−リファレンス第1ビット線4r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2fr)の第1MOSトランジスタ6−磁気抵抗素子7を経由して、接地配線24へ電流Irが流れ込む。
(4)ステップS224
読み出しアクティブ信号RAにより、センスアンプ15は、選択第1ビット線4sの電圧とリファレンス第1ビット線4rの電圧との差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
Reading data from the memory cell 2f is performed as follows.
(1) Step S221
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. The selected first bit line 4s is set to a predetermined intermediate potential Vm.
(2) Step S222
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. However, the X selector 8 increases the voltage little by little and applies the predetermined voltage V1 to the selected word line 3s over a predetermined time. The predetermined time is selected so that the current flowing into the capacitor 19 when the capacitor 19 of the memory cell 2f is charged with the predetermined intermediate potential Vm is so small that the magnetoresistive element 7 cannot be written. The capacitor 19 is charged after a predetermined time.
(3) Step S223
In response to the read active signal RA, the read current load circuit 13 supplies a predetermined current Is to the selected first bit line 4s and a predetermined current Ir to the reference first bit line 4r.
At this time, the current Is flows from the read current load circuit 13 to the ground wiring 24 via the selected first bit line 4 s and the first MOS transistor 6 -magnetoresistance element 7 of the selected cell 2 fs. Similarly, the first MOS transistor 6 of the read current load circuit 13-reference first bit line 4r-selected reference cell 2r (reference cell 2fr corresponding to the intersection of the selected word line 3s and the reference first bit line 4r) 6-magnetic resistance A current Ir flows into the ground wiring 24 via the element 7.
(4) Step S224
Based on the read active signal RA, the sense amplifier 15 outputs either “1” or “0” based on the difference between the voltage of the selected first bit line 4s and the voltage of the reference first bit line 4r.

以上の読み出し動作により、選択セル2fsのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, data of the selected cell 2fs can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。   Data is written to the memory cell 2 as follows.

(1)ステップS231
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。選択第1ビット線4sは、所定の中間電位Vmに設定される。
(2)ステップS232
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。キャパシタ19は中間電位Vmにより充電される。
(3)ステップS233
Y側電源回路58は、書き込みアクティブ信号WAとデータ信号(「1」又は「0」)に基づいて、選択セル2fsにデータ信号に対応した所定の大きさの電圧を印加する。例えば、データ信号Data「1」の場合、中間電位Vmよりも高い電圧、「0」の場合、中間電位Vmよりも低い電圧とする。それにより、中間電位Vmよりも高い電圧の場合には、キャパシタ19への蓄電に伴う電流Iw(1)(Y側電源回路58から流れ出る方向)が、中間電位Vmよりも低い電圧の場合には、キャパシタ19からの放電に伴うを有する電流Iw(0)(Y側電源回路58に引き込む方向)が流れる。
(4)ステップS234
選択セル2fsにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S231
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. The selected first bit line 4s is set to a predetermined intermediate potential Vm.
(2) Step S232
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The capacitor 19 is charged with the intermediate potential Vm.
(3) Step S233
The Y-side power supply circuit 58 applies a voltage having a predetermined magnitude corresponding to the data signal to the selected cell 2fs based on the write active signal WA and the data signal (“1” or “0”). For example, in the case of the data signal Data “1”, the voltage is higher than the intermediate potential Vm, and in the case of “0”, the voltage is lower than the intermediate potential Vm. Accordingly, when the voltage is higher than the intermediate potential Vm, the current Iw (1) (the direction of flowing out from the Y-side power supply circuit 58) accompanying the storage of the capacitor 19 is lower than the intermediate potential Vm. , A current Iw (0) (in the direction of being drawn into the Y-side power supply circuit 58) flows along with discharge from the capacitor 19.
(4) Step S234
In the selected cell 2fs, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル2fsにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 2fs.

本発明により、第1の実施の形態と同様の効果(ただし、X軸方向ワード線が1本で済むことを除く)を得ることが出来る。   According to the present invention, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment (except that only one X-axis direction word line is sufficient).

書き込み動作における電流Iw(0)及びIw(1)は、選択セル2s以外の他のメモリセル2及びその近傍には流れることは無く、他のメモリセル2へ影響を及ぼさないためメモリセル2を選択する際の選択性、メモリセルの信頼性を向上することが可能となる。   The currents Iw (0) and Iw (1) in the write operation do not flow in the memory cell 2 other than the selected cell 2s and in the vicinity thereof, and do not affect the other memory cell 2, so that the memory cell 2 The selectivity at the time of selection and the reliability of the memory cell can be improved.

本実施の形態のXセレクタ8は、従来の技術と異なり、X軸方向の選択をワード線3のみで行う。従って、Xセレクタ8の回路面積及び1種類分のワード線の回路面積を減らすことが出来る。また、Y側電流終端回路を用いないので、その回路面積を減らすことが出来る。すなわち、チップサイズを小さくすることが可能となる。   Unlike the conventional technique, the X selector 8 of the present embodiment performs selection in the X-axis direction using only the word line 3. Therefore, the circuit area of the X selector 8 and the circuit area of one type of word line can be reduced. In addition, since the Y-side current termination circuit is not used, the circuit area can be reduced. That is, the chip size can be reduced.

また、図45に示されるように、選択セル2fsにおいて、磁気抵抗素子7と引き出し配線層29とは極めて近いため、引き出し配線層29を通る書き込み用の電流Iw(0)及びIw(1)を、より小さくすることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 45, in the selected cell 2fs, the magnetoresistive element 7 and the lead wiring layer 29 are very close to each other, and therefore, write currents Iw (0) and Iw (1) passing through the lead wiring layer 29 are generated. It becomes possible to make it smaller.

なお、各実施の形態における各Xセレクタ、各Yセレクタ、各Y側電流終端回路、各Y側電流源回路、各読み出し電流負荷回路、各センスアンプ、各セルアレイセレクタなどの回路は、各図に示される回路に制限されるものではない。それらについて、本発明の技術的思想の範囲内において、他の構成の回路を適宜使用することが可能である。   Each X selector, each Y selector, each Y side current termination circuit, each Y side current source circuit, each read current load circuit, each sense amplifier, each cell array selector, etc. in each embodiment is shown in each figure. It is not limited to the circuit shown. With respect to these, circuits having other configurations can be used as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention.

(第23の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第23の実施の形態について説明する。
(Twenty-third embodiment)
A twenty-third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第23の実施の形態の構成について説明する。図46は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第23の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数のビット線4、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、X側電源回路9、Yセレクタ11、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13、センスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 46 is a diagram showing the configuration of a twenty-third embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of bit lines 4, a write X selector 8-1, a read X selector 8-2, and an X-side power supply circuit. 9, a Y selector 11, a Y-side voltage source circuit 12v, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

メモリセルアレイ10は、メモリセル30が行列に配列されている。ここで、メモリセル30は、第1ダイオード31と第2ダイオード32と第3ダイオード33と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル30をリファレンスセル30rと記す。リファレンスセル30rは、「0」が書き込まれ、通常、書き込み動作は行われない。   In the memory cell array 10, memory cells 30 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 30 includes a first diode 31, a second diode 32, a third diode 33, and the magnetoresistive element 7. The reference memory cell 30 is referred to as a reference cell 30r. In the reference cell 30r, “0” is written, and usually no write operation is performed.

第2ダイオード32は、第1極性(p極)の第1端子と、第2極性(n極)の第2端子とを含む。第3ダイオード33は、第1極性(p極)の第3端子と、第2極性(n極)の第4端子とを含む。第2端子とその第3端子とは、書き込みワード線3Wに接続されている。第1端子と第4端子とは、ビット線4と磁気抵抗素子7に接続されている。第2ダイオード32と第3ダイオード33は、書き込み動作時において、ビット線4と書き込みワード線3Wとを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
第1ダイオード31は、第1極性(p極)の第7端子と、その第2極性(n極)の第8端子とを含む。第1ダイオード31は、第7端子を磁気抵抗素子7に、第8端子を読み出しワード線3Rに接続されている。第1ダイオード31は、読み出し動作時において、ビット線4と読み出しワード線3Rとを接続して所定の方向に磁気抵抗素子7に電流を流すために用いる。
The second diode 32 includes a first terminal having a first polarity (p pole) and a second terminal having a second polarity (n pole). The third diode 33 includes a third terminal having a first polarity (p pole) and a fourth terminal having a second polarity (n pole). The second terminal and the third terminal are connected to the write word line 3W. The first terminal and the fourth terminal are connected to the bit line 4 and the magnetoresistive element 7. The second diode 32 and the third diode 33 are used to connect the bit line 4 and the write word line 3W to cause a current to flow in the vicinity of the magnetoresistive element 7 during a write operation.
The first diode 31 includes a seventh terminal having a first polarity (p pole) and an eighth terminal having a second polarity (n pole). The first diode 31 has a seventh terminal connected to the magnetoresistive element 7 and an eighth terminal connected to the read word line 3R. The first diode 31 is used to connect the bit line 4 and the read word line 3R and allow a current to flow through the magnetoresistive element 7 in a predetermined direction during a read operation.

ここで、各ダイオードの特性について説明する。図47は、ダイオードの特性を説明するグラフである。縦軸は、ダイオードを流れる電流である。横軸は、ダイオードに印加される電圧である。Vthは順方向の閾値電圧を示し、Vbdは逆方向のブレークダウン電圧を示す。
図47(a)は、一つのダイオードの特性を示す。閾値電圧Vth(例示:0.7V)の絶対値は、ブレークダウン電圧Vbdの絶対値よりも小さい。
図47(b)は、第2ダイオード32と第3ダイオード33とを逆の向きに並列に接続した場合(メモリセル30参照)の特性を示す。すなわち、一端側は第1端子と第4端子とを接続し、他端側は第2端子と第3端子とを接続している。いずれも互いに異なる特性の端子同士を接続している。この場合、一端側と他端側との間に印加する電圧は、いずれかのダイオードにおいて順方向になる。従って、+方向電圧の場合、閾値電圧Vth+(例示:+0.7V)を持ち、−方向電圧の場合、閾値電圧Vth−(例示:−0.7V)を持つ。すなわち、印加される電圧VinがVth−<Vin<Vth+ならばオフ、それ以外ならばオンとなるスイッチング素子とみなすことが出来る。
Here, the characteristics of each diode will be described. FIG. 47 is a graph illustrating the characteristics of the diode. The vertical axis represents the current flowing through the diode. The horizontal axis is the voltage applied to the diode. Vth indicates a forward threshold voltage, and Vbd indicates a reverse breakdown voltage.
FIG. 47A shows the characteristics of one diode. The absolute value of the threshold voltage Vth (example: 0.7V) is smaller than the absolute value of the breakdown voltage Vbd.
FIG. 47B shows characteristics when the second diode 32 and the third diode 33 are connected in parallel in opposite directions (see the memory cell 30). That is, one end side connects the first terminal and the fourth terminal, and the other end side connects the second terminal and the third terminal. In either case, terminals having different characteristics are connected to each other. In this case, the voltage applied between the one end side and the other end side is forward in any diode. Therefore, in the case of the + direction voltage, it has a threshold voltage Vth + (example: + 0.7V), and in the case of the − direction voltage, it has a threshold voltage Vth− (example: −0.7V). That is, it can be regarded as a switching element that is turned off if the applied voltage Vin is Vth− <Vin <Vth +, and turned on otherwise.

図46を参照して、磁気抵抗素子7は、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む。そして、第5端子は、第1端子と第4端子とビット線4とに接続されている第6端子は、読み出しワード線3Rに接続されている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。   Referring to FIG. 46, magnetoresistive element 7 includes a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal. The fifth terminal is connected to the first terminal, the fourth terminal, and the bit line 4, and the sixth terminal is connected to the read word line 3R. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。リファレンス用のビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
書き込みワード線3Wは、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられている。そして、書き込みXセレクタ8−1に接続されている。
読み出しワード線3Rは、書き込みワード線3Wと対を成し、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられている。そして、読み出しXセレクタ8−2に接続されている。
上記各メモリセル20は、上記のビット線4と、書き込みワード線3W及び読み出しワード線3Rの複数の組とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11. The reference bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The write word line 3W is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction. The write X selector 8-1 is connected.
The read word line 3R is paired with the write word line 3W and is provided to extend in the X-axis direction (word line direction). The read X selector 8-2 is connected.
Each of the memory cells 20 is provided corresponding to each of the positions where the bit line 4 and a plurality of sets of the write word line 3W and the read word line 3R intersect.

書き込みXセレクタ8−1は、複数の書き込みワード線3Wを中間電位Vhalf(例えば、電源電圧=2.5VでVhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、データの書き込み動作時に、複数の書き込みワード線3Wから、1つの書き込みワード線3Wを選択書き込みワード線3Wsとして選択する。そのとき、選択書込みワード線3Wsを、書き込みデータ(D)に応じてVh+もしくはVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。
読み出しXセレクタ8−2は、複数の読み出しワード線3Rを中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、データの読み出し動作時に、複数の読み出しワード線3Rから、1つの読み出しワード線3Rを選択読み出しワード線3Rsとして選択する。そのとき、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。
Yセレクタ11は、複数のビット線4を中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、書き込み動作時及び読み出し動作時に、複数のビット線4から、1つのビット線4を選択ビット線4sとして選択する。そして、書き込み動作時には、選択ビット線4sを、選択書込みワード線3Wsとは逆の電位のVh−もしくはVh+にする。読み出し動作時には、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
ここで、選択書き込み/読み出しワード線3Ws/3Rsと選択ビット線4sとで選択されるメモリセル30を、選択セル30sと記す。
The write X selector 8-1 precharges a plurality of write word lines 3W to an intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V and Vhalf = 1.25V). Then, during the data write operation, one write word line 3W is selected as the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W. At this time, the selected write word line 3Ws is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V.
The read X selector 8-2 precharges the plurality of read word lines 3R to an intermediate potential Vhalf (eg, Vhalf = 1.25V). Then, during the data read operation, one read word line 3R is selected as the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R. At that time, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V).
The Y selector 11 precharges the plurality of bit lines 4 to an intermediate potential Vhalf (example: Vhalf = 1.25 V). Then, during the write operation and the read operation, one bit line 4 is selected as the selected bit line 4s from the plurality of bit lines 4. During the write operation, the selected bit line 4s is set to Vh− or Vh + having a potential opposite to that of the selected write word line 3Ws. During the read operation, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
Here, the memory cell 30 selected by the selected write / read word line 3Ws / 3Rs and the selected bit line 4s is referred to as a selected cell 30s.

Y側電圧源回路12vは、データの書き込み動作時に、Yセレクタ11(選択ビット線4s)へ所定の電圧の供給を行う電源である。
読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、Yセレクタ11(選択ビット線4s)及びリファレンスビット線4rへ所定の電圧の供給を行う電源である。
センスアンプ15は、リファレンスセル30rにつながるリファレンスビット線4rを流れる電流と、選択セル30sにつながる選択ビット線4sを流れる電流との差に基づいて、選択セル30sからデータを読み出し、そのデータを出力する。
X側電源回路9は、書き込みXセレクタ8−1及び読み出しXセレクタ8−2に対して、所定の電圧(プリチャージ電圧Vhalf、書き込み/読み出し用の電圧Vh+又はVh−)を供給する。
The Y-side voltage source circuit 12v is a power source that supplies a predetermined voltage to the Y selector 11 (selected bit line 4s) during a data write operation.
The read current load circuit 13 is a power source that supplies a predetermined voltage to the Y selector 11 (selected bit line 4s) and the reference bit line 4r during a data read operation.
The sense amplifier 15 reads data from the selected cell 30s based on the difference between the current flowing through the reference bit line 4r connected to the reference cell 30r and the current flowing through the selected bit line 4s connected to the selected cell 30s, and outputs the data. To do.
The X-side power supply circuit 9 supplies a predetermined voltage (precharge voltage Vhalf, write / read voltage Vh + or Vh−) to the write X selector 8-1 and the read X selector 8-2.

図48は、図46に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル30を代表して示している。
メモリセル30の第2ダイオード32はコンタクト配線55を介して、第3ダイオード33はコンタクト配線56を介して、それぞれ引き出し配線層29と書き込みワード線3Wとの間に設けられている。また、第1ダイオード31は、コンタクト配線54を介して、読み出しワード線3Rと磁気抵抗素子7との間に設けられている。
FIG. 48 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 46 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 30 in the memory cell array 10 are representatively shown.
The second diode 32 of the memory cell 30 is provided between the lead-out wiring layer 29 and the write word line 3W via the contact wiring 55 and the third diode 33 via the contact wiring 56, respectively. The first diode 31 is provided between the read word line 3 </ b> R and the magnetoresistive element 7 via the contact wiring 54.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、Y軸方向に流れるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はX軸方向である。従って、X軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、X軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。
引き出し配線層29は、コンタクト53を介してビット線4と接続している。
The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the Y-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the X-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the X-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the X-axis direction or a shape similar to an ellipse.
The lead wiring layer 29 is connected to the bit line 4 through the contact 53.

図49は、メモリセル30の構造を示し、図48におけるgg’断面を示す図である。
メモリセル30は、基板10の表面に設けられた層間絶縁膜35上に設けられている。ビット線4は、基板10上に層間絶縁膜35を介して設けられている。基板10の表面と平行に、Y軸方向に延伸している。引き出し配線層29は、基板10から離れる方向へビット線4から延びるコンタクト配線53を介して、一端においてビット線4と接続されている。基板10の表面と平行である。第2ダイオード32は、第1極性(p)の第1端子と、第2極性(n)の第2端子とを含む。基板10から離れる方向へ引き出し配線層29から延びコンタクト配線55の途中に設けられている。第3ダイオード33は、第1極性(p)の第3端子と、第2極性(n)の第4端子とを含む。基板10から離れる方向へ引き出し配線層29から延びるコンタクト配線56の途中に設けられている。磁気抵抗素子7は、第5端子と第6端子とを含む。第5端子を引き出し配線層29に接続されている。第1ダイオード31は、第1極性(p)の第7端子と、第2極性(n)の第8端子とを含む。基板10から離れる方向へ磁気抵抗素子7の第6端子から延びるコンタクト配線54の途中に設けられている。書き込みワード線3Wは、コンタクト配線55を介して第2ダイオード32の第2端子と接続され、且つ、コンタクト配線56を介して、第3ダイオード33の第3端子と接続されている。基板10の表面と平行に、X軸方向に延伸している。読み出しワード線3Rは、コンタクト配線54を介して第1ダイオード31の第7端子と接続されている。基板10の表面と平行に、X軸方向に延伸している。
そして、引き出し配線層29における第5端子の位置は、コンタクト配線55及びコンタクト配線56の各々と引き出し配線層29とが接続する位置よりも、コンタクト配線53と引き出し配線層29とが接続する位置に近い。
FIG. 49 shows the structure of the memory cell 30 and shows a cross section gg ′ in FIG.
The memory cell 30 is provided on an interlayer insulating film 35 provided on the surface of the substrate 10. The bit line 4 is provided on the substrate 10 via an interlayer insulating film 35. The substrate 10 extends in the Y-axis direction in parallel with the surface of the substrate 10. The lead wiring layer 29 is connected to the bit line 4 at one end through a contact wiring 53 extending from the bit line 4 in a direction away from the substrate 10. It is parallel to the surface of the substrate 10. The second diode 32 includes a first terminal having a first polarity (p) and a second terminal having a second polarity (n). It extends from the lead wiring layer 29 in a direction away from the substrate 10 and is provided in the middle of the contact wiring 55. The third diode 33 includes a third terminal having a first polarity (p) and a fourth terminal having a second polarity (n). It is provided in the middle of the contact wiring 56 extending from the lead-out wiring layer 29 in a direction away from the substrate 10. The magnetoresistive element 7 includes a fifth terminal and a sixth terminal. The fifth terminal is connected to the lead wiring layer 29. The first diode 31 includes a seventh terminal having a first polarity (p) and an eighth terminal having a second polarity (n). It is provided in the middle of the contact wiring 54 extending from the sixth terminal of the magnetoresistive element 7 in the direction away from the substrate 10. The write word line 3W is connected to the second terminal of the second diode 32 through the contact wiring 55 and is connected to the third terminal of the third diode 33 through the contact wiring 56. The substrate 10 extends in the X-axis direction in parallel with the surface of the substrate 10. The read word line 3 </ b> R is connected to the seventh terminal of the first diode 31 through the contact wiring 54. The substrate 10 extends in the X-axis direction in parallel with the surface of the substrate 10.
The position of the fifth terminal in the lead-out wiring layer 29 is at a position where the contact wiring 53 and the lead-out wiring layer 29 are connected to each other than a position where each of the contact wiring 55 and the contact wiring 56 is connected to the lead-out wiring layer 29. close.

この構成により、ビット線4−引き出し配線層29−第2ダイオード32又は第3ダイオード33の経路で電流が流れるとき、引き出し配線層29に接する磁気抵抗素子7に対してデータを書き込むことが可能となる。   With this configuration, data can be written to the magnetoresistive element 7 in contact with the lead-out wiring layer 29 when a current flows through the path of the bit line 4-lead-out wiring layer 29 -second diode 32 or third diode 33. Become.

図49のメモリセル30は、基板10(例示:シリコン)上の素子(例示:MOSトランジスタ)を用いていない。従って、メモリセル30を積層して設けることが出来る。それを図50に示す。
図50は、メモリセル30を積層した場合の断面構造を示す図である。この場合には、2層に積層している。このように、本実施の形態におけるメモリセル30は、Z軸方向に複数の層にして設けることが出来る。従って、実効的なセル面積を小さくすることが可能になる。
The memory cell 30 in FIG. 49 does not use an element (example: MOS transistor) on the substrate 10 (example: silicon). Accordingly, the memory cells 30 can be provided by being stacked. This is shown in FIG.
FIG. 50 is a diagram showing a cross-sectional structure when the memory cells 30 are stacked. In this case, two layers are stacked. As described above, the memory cell 30 in this embodiment can be provided in a plurality of layers in the Z-axis direction. Therefore, the effective cell area can be reduced.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第23の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

メモリセル30からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、書込みワード線3W、読出しワード線3R、ビット線4は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS241
読み出しXセレクタ8−2は、行アドレス及びRA(Read Active)信号の入力により、複数の読み出しワード線3Rから選択読み出しワード線3Rsを選択する。そして、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。
(2)ステップS242
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数のビット線4から選択ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
これにより、読み出しXセレクタ8−2によるVh−の電位と、Yセレクタ11によるVh+の電位とが、選択セル30sに印加される。この電位差((Vh+)−(Vh−)=1.0V)は、第1ダイオード31の閾値電圧Vth(例示:0.7V)よりも大きくなるように設定されている(図47(a)参照)。従って、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−選択セル30s(の磁気抵抗素子7)−選択ビット線4s−Yセレクタ11−センスアンプ15の経路において、選択セル30sのデータを反映した電流Isが流れる。同様に、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル30r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(3)ステップS243
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
Reading data from the memory cell 30 is performed as follows. However, the write word line 3W, the read word line 3R, and the bit line 4 are precharged to an intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S241
The read X selector 8-2 selects the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R by the input of the row address and the RA (Read Active) signal. Then, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V).
(2) Step S242
The Y selector 11 selects the selected bit line 4s from the plurality of bit lines 4 in response to the column address input. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
As a result, the potential of Vh− by the read X selector 8-2 and the potential of Vh + by the Y selector 11 are applied to the selected cell 30s. This potential difference ((Vh +) − (Vh −) = 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth (example: 0.7 V) of the first diode 31 (see FIG. 47A). ). Therefore, the data of the selected cell 30s is reflected in the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-selected cell 30s (the magnetoresistive element 7) -selected bit line 4s-Y selector 11-sense amplifier 15. A current Is flows. Similarly, the data “0” of the reference cell 30r is reflected in the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-reference cell 30r (the magnetoresistive element 7) -reference bit line 4r-sense amplifier 15. Current Ir flows.
(3) Step S243
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、選択セル30sのデータを読み出すことができる。   Through the above read operation, data of the selected cell 30s can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。ただし、書込みワード線3W、読出しワード線3R、ビット線4は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. However, the write word line 3W, the read word line 3R, and the bit line 4 are precharged to the intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS251
書き込みXセレクタ8−1は、行アドレス及びWA(Write Active)信号の入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。そして、選択書込みワード線3Wsを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。
(2)ステップS252
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数のビット線4から選択ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、選択書込みワード線3Wsの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。
これにより、書き込みXセレクタ8−1によるVh+又はVh−の電位と、Yセレクタ11によるVh−又はVh+の電位とが、選択セル30sに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、第2ダイオード32と第3ダイオード33とを並列接続させた場合の閾値電圧Vth+又はVth−(例示:±0.7V)よりも大きくなるように設定されている(図47(b)参照)。従って、書き込みXセレクタ8−1−選択書き込みワード線3Ws−選択セル30s(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択ビット線4s−Yセレクタ11の経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11へ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、書き込みセレクタ8−1へ向かう方向)が流れる。
(3)ステップS253
選択セル30sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(1)(+Y方向)又は電流Iw(0)(−Y方向)が流れることにより、+X方向、又は、−X方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S251
The write X selector 8-1 selects a selected write word line 3Ws from a plurality of write word lines 3W by inputting a row address and a WA (Write Active) signal. Then, the selected write word line 3Ws is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V.
(2) Step S252
The Y selector 11 selects the selected bit line 4s from the plurality of bit lines 4 in response to the column address input. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected write word line 3Ws.
As a result, the potential Vh + or Vh− by the write X selector 8-1 and the potential Vh− or Vh + by the Y selector 11 are applied to the selected cell 30s. This potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V) is the threshold voltage Vth + or Vth− (example: when the second diode 32 and the third diode 33 are connected in parallel). It is set to be larger than ± 0.7 V) (see FIG. 47B). Therefore, in the path of write X selector 8-1 -select write word line 3 Ws -selected cell 30 s (near the magnetoresistive element 7) -selected bit line 4 s -Y selector 11, a predetermined magnitude corresponding to the data signal D Current Iw (0) (in the case of “0”: direction toward the Y selector 11) or current Iw (1) (in the direction of “1”, direction toward the write selector 8-1) flows.
(3) Step S253
In the selected cell 30s, when the current Iw (1) (+ Y direction) or the current Iw (0) (−Y direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + X direction or −X Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル30sにデータを書き込むことができる。
この場合、書き込み動作時及び読み出し動作時において、選択セルのみに電流を流すことが可能となる。そして、書込みたい選択セルのみに電流が流れるため、多重選択の問題をなくすことが出来る。
With the above write operation, data can be written to the selected cell 30s.
In this case, it is possible to pass a current only to the selected cell during the write operation and the read operation. Since the current flows only in the selected cell to be written, the problem of multiple selection can be eliminated.

本実施の形態により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、シリコン基板上の素子を使っていないため、メモリセル30を積層することが出来る。そして、実効的なセル面積を小さくすることが可能となる。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Further, since no element on the silicon substrate is used, the memory cell 30 can be stacked. In addition, the effective cell area can be reduced.

(第24の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第24の実施の形態について説明する。
(24th Embodiment)
A twenty-fourth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第24の実施の形態の構成について説明する。図51は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第24の実施の形態の構成を示す図である。図51は、図46に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41d−0〜41d−3、セルアレイセレクタ17a、Y側電圧源回路12、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the twenty-fourth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 51 is a diagram showing a configuration of a twenty-fourth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. FIG. 51 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 46 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41d-0 to 41d-3, a cell array selector 17a, a Y-side voltage source circuit 12, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

セルアレイ41d−i(i=0〜3の整数)は、メモリセルアレイ30、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数のビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、書き込みXセレクタ8−1、読み出しXセレクタ8−2、Yセレクタ11d、リファレンスYセレクタ11r、を備える。各構成は、第23の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。ただし、Yセレクタ11dは、Yセレクタ11と同じであるが、Yセレクタ11のうちのリファレンスビット線4の選択機能は無い。リファレンスビット線4の選択機能は、リファレンスYセレクタ11rが有する。ここでは、各セレクタに対するプリチャージ電圧Vhalfは、図示しない電源により各セレクタへ供給される。また、読み出しXセレクタ8−2には、読み出し動作時に、図示されないX側電源回路9からVh−の電位が供給される。
なお、図51においては、4つのセルアレイ41dを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell array 41d-i (an integer from 0 to 3) includes a memory cell array 30, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a write An X selector 8-1, a read X selector 8-2, a Y selector 11d, and a reference Y selector 11r are provided. Since each configuration is the same as that of the twenty-third embodiment, its description is omitted. However, the Y selector 11d is the same as the Y selector 11, but does not have a function of selecting the reference bit line 4 in the Y selector 11. The reference Y selector 11r has a function of selecting the reference bit line 4. Here, the precharge voltage Vhalf for each selector is supplied to each selector by a power source (not shown). The read X selector 8-2 is supplied with a Vh− potential from an X-side power supply circuit 9 (not shown) during a read operation.
In FIG. 51, four cell arrays 41d are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41dを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3:セルアレイ41dの番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ17a−1〜17a−3により、選択セルアレイ41d−iを選択する。選択セルアレイ41d−iは、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15のそれぞれと、第1メインビット線62、第2メインビット線63及び第3メインビット線64により接続され、第23の実施の形態と同様の動作を行う。   The cell array selector 17a selects the selected cell array 41d-i by the selector transistors 17a-1 to 17a-3 based on the cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: the number of the cell array 41d) for selecting the cell array 41d. . The selected cell array 41d-i is connected to the Y-side voltage source circuit 12v, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 by the first main bit line 62, the second main bit line 63, and the third main bit line 64, respectively. The same operation as in the twenty-third embodiment is performed.

Y側電流源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15は、セルアレイ41dの外にあり各セルアレイ41d−iと共通であるほかは、第23の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   The Y-side current source circuit 12v, the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 are the same as those in the twenty-third embodiment except that they are outside the cell array 41d and are common to the cell arrays 41d-i. Omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第24の実施の形態の動作について説明する。ただし、WAは書き込みアクティブ信号であり、RAは読み出しアクティブ信号であり、SRはリファレンスセル30rに書き込みを行う際にリファレンスセル30rをアクティブにする信号である。本明細書中において同じである。   Next, the operation of the twenty-fourth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. However, WA is a write active signal, RA is a read active signal, and SR is a signal that activates the reference cell 30r when writing to the reference cell 30r. The same applies throughout this specification.

図51のMRAMにおいて、メモリセル30からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、書込みワード線3W、読出しワード線3R、ビット線4は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS261
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41d−i(i=0〜n:nはセレクタアレイの番号)のいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41d−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41d−iと、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15とは、第1メインビット線62及び第2メインビット線63により接続される。
(2)ステップS262
読み出しXセレクタ8−2は、行アドレス及びRA信号の入力により、複数の読み出しワード線3Rから選択読み出しワード線3Rsを選択する。そして、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。
(3)ステップS263
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数のビット線4から選択ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第1メインビット線62を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
リファレンスYセレクタ11rは、RA信号の入力により、リファレンスビット線4rを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第2メインビット線63を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
これにより、読み出しXセレクタ8−2によるVh−の電位と、Yセレクタ11dによるVh+の電位とが、選択セル30sに印加される。この電位差((Vh+)−(Vh−)=1.0V)は、第1ダイオード31の閾値電圧Vth(例示:0.7V)よりも大きくなるように設定されている。従って、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−選択セル30s(の磁気抵抗素子7)−選択ビット線4s−Yセレクタ11d−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路において、選択セル30sのデータを反映した電流Isが流れる。同様に、読み出しXセレクタ8−2−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル30r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−リファレンスYセレクタ11r−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(3)ステップS264
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
In the MRAM shown in FIG. 51, data is read from the memory cell 30 as follows. However, the write word line 3W, the read word line 3R, and the bit line 4 are precharged to an intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S261
The cell array selector 17a selects the corresponding selector transistors 17a-1, 17a- based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41d-i (i = 0 to n: n is the number of the selector array). 2 and 17a-3 are turned on, and the selected cell array 41d-i is selected.
At this time, the selected cell array 41d-i, the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 62 and the second main bit line 63.
(2) Step S262
The read X selector 8-2 selects the selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R by the input of the row address and the RA signal. Then, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V).
(3) Step S263
The Y selector 11d selects the selected bit line 4s from the plurality of bit lines 4 in response to the column address input. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V). The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 via the first main bit line 62.
The reference Y selector 11r sets the reference bit line 4r to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V) in response to the input of the RA signal. The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 through the second main bit line 63.
As a result, the potential of Vh− by the read X selector 8-2 and the potential of Vh + by the Y selector 11d are applied to the selected cell 30s. This potential difference ((Vh +) − (Vh −) = 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth (example: 0.7 V) of the first diode 31. Accordingly, in the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-selected cell 30s (the magnetoresistive element 7) -selected bit line 4s-Y selector 11d-cell array selector 17a-sense amplifier 15, the selected cell 30s A current Is reflecting the data flows. Similarly, the path of the read X selector 8-2-selected read word line 3Rs-reference cell 30r (the magnetoresistive element 7) -reference bit line 4r-reference Y selector 11r-cell array selector 17a-sense amplifier 15 has a reference path. A current Ir reflecting data “0” of the cell 30r flows.
(3) Step S264
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41d−iにおける所望の選択セル30sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 30s in the desired selected cell array 41d-i can be read.

メモリセル30へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。ただし、書込みワード線3W、読出しワード線3R、ビット線4は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 30 as follows. However, the write word line 3W, the read word line 3R, and the bit line 4 are precharged to the intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS271
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41d−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41d−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41d−iは、Y側電圧源回路12v及びセンスアンプ15と、第1メインビット線62〜第3メインビット線64により接続される。
(2)ステップS272
書き込みXセレクタ8−1は、行アドレス及びWA信号の入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。そして、選択書込みワード線3Wsを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。Vh+又はVh−の電位は、第3メインビット線64を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
(3)ステップS273
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数のビット線4から選択ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、選択書込みワード線3Wsの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。Vh−又はVh+の電位は、第1メインビット線62を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
これにより、書き込みXセレクタ8−1によるVh+又はVh−の電位と、Yセレクタ11にdよるVh−又はVh+の電位とが、選択セル30sに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、第2ダイオード32と第3ダイオード33とを並列接続させた場合の閾値電圧Vth+又はVth−(例示:±0.7V)よりも大きくなるように設定されている。従って、書き込みXセレクタ8−1−選択書き込みワード線3Ws−選択セル30s(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択ビット線4s−Yセレクタ11d−セルアレイセレクタ17a−Y側電圧源回路12vの経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11dへ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、書き込みセレクタ8−1へ向かう方向)が流れる。
(3)ステップS274
選択セル30sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(1)(+Y方向)又は電流Iw(0)(−Y方向)が流れることにより、+X方向、又は、−X方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S271
The cell array selector 17a turns on the corresponding selector transistors 17a-1, 17a-2, and 17a-3 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41d-i, and selects the selected cell array 41d-i. Select.
At this time, the selected cell array 41d-i is connected to the Y-side voltage source circuit 12v and the sense amplifier 15 by the first main bit line 62 to the third main bit line 64.
(2) Step S272
The write X selector 8-1 selects the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W based on the input of the row address and the WA signal. Then, the selected write word line 3Ws is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. The potential of Vh + or Vh− is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the third main bit line 64.
(3) Step S273
The Y selector 11d selects the selected bit line 4s from the plurality of bit lines 4 in response to the column address input. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected write word line 3Ws. The potential of Vh− or Vh + is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the first main bit line 62.
As a result, the potential of Vh + or Vh− by the write X selector 8-1 and the potential of Vh− or Vh + by the Y selector 11 are applied to the selected cell 30s. This potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V) is the threshold voltage Vth + or Vth− (example: when the second diode 32 and the third diode 33 are connected in parallel). It is set to be larger than ± 0.7V). Therefore, in the path of write X selector 8-1 -select write word line 3 Ws -select cell 30 s (near the magnetoresistive element 7) -select bit line 4 s -Y selector 11 d -cell array selector 17 a -Y side voltage source circuit 12 v. , Current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal D (in the case of “0”: direction toward the Y selector 11d) or current Iw (1) (in the case of “1”, the write selector 8-1 Direction).
(3) Step S274
In the selected cell 30s, when the current Iw (1) (+ Y direction) or the current Iw (0) (−Y direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + X direction or −X Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41d−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   Through the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41d-i.

なお、リファレンスセル2rに書き込みを行う際は、リファレンスアクティブ信号SRの入力と共に、リファレンスYセレクタ11rにおいてリファレンスビット線4rを選択する。   When writing to the reference cell 2r, the reference bit line 4r is selected by the reference Y selector 11r together with the input of the reference active signal SR.

本実施の形態により、第23の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。また、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。   According to this embodiment, the same effect as that of the twenty-third embodiment can be obtained. Further, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

(第25の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第25の実施の形態について説明する。
(25th embodiment)
A twenty-fifth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第25の実施の形態の構成について説明する。図52は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第25の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14、Y側電源回路19及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-fifth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 52 is a diagram showing the configuration of the twenty-fifth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, A Y-side voltage source circuit 12v, a read current load circuit 13, a Y-side current termination circuit 14, a Y-side power supply circuit 19 and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ10は、メモリセル20jが行列に配列されている。ここで、メモリセル20jは、第1MOSトランジスタ6と磁気抵抗素子7と第1ダイオード31を含む。なお、リファレンス用のメモリセル20jをリファレンスセル20rと記す。リファレンスセル20rは、「0」が書き込まれ、通常、書き込み動作は行われない。   In the memory cell array 10, memory cells 20j are arranged in a matrix. Here, the memory cell 20 j includes the first MOS transistor 6, the magnetoresistive element 7, and the first diode 31. The reference memory cell 20j is referred to as a reference cell 20r. In the reference cell 20r, “0” is written, and usually no write operation is performed.

第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)を書き込みワード線3Wに、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2ビット線5に接続している。第1MOSトランジスタ6は、書き込み動作時及び読み出し動作時において、メモリセル20jの一つを選択するために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を第1MOSトランジスタ6のドレインに、他端側(第3端子)を第1ダイオード31の第5端子に接続されている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
第1ダイオード31は、第1極性(p極)の第5端子と、その第2極性(n極)の第6端子とを含む。第1ダイオード31は、第5端子を磁気抵抗素子7に、第6端子を読み出しワード線3Rに接続されている。第1ダイオード31は、読み出し動作時において、第1ビット線4と読み出しワード線3Rとを接続して磁気抵抗素子7に所定の方向の電流を流すために用いる。第1ダイオード31は、第23の実施の形態(図47)で説明したとおりである。
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the write word line 3W, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as the magnetoresistive element 7. It is connected to one end side (fourth terminal) and the second bit line 5. The first MOS transistor 6 is used to select one of the memory cells 20j during the write operation and the read operation.
The magnetoresistive element 7 has one end side (fourth terminal) connected to the drain of the first MOS transistor 6 and the other end side (third terminal) connected to the fifth terminal of the first diode 31. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.
The first diode 31 includes a fifth terminal having a first polarity (p pole) and a sixth terminal having a second polarity (n pole). The first diode 31 has a fifth terminal connected to the magnetoresistive element 7 and a sixth terminal connected to the read word line 3R. The first diode 31 is used to connect the first bit line 4 and the read word line 3R to flow a current in a predetermined direction through the magnetoresistive element 7 during a read operation. The first diode 31 is as described in the twenty-third embodiment (FIG. 47).

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、Y側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
書き込みワード線3Wは、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、Xセレクタ8に接続されている。
読み出しワード線3Rは、書き込みワード線3Wと対を成し、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、Xセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル20jは、上記の第1ビット線4と第2ビット線5との複数の組と、書き込みワード線3Wと読み出しワード線3Rとの複数の組とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4, is provided extending in the Y-axis direction, and is connected to the Y-side current termination circuit 14. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The write word line 3W is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
The read word line 3R is paired with the write word line 3W, is provided to extend in the X-axis direction (word line direction), and is connected to the X selector 8.
Each of the memory cells 20j has a position where a plurality of sets of the first bit line 4 and the second bit line 5 and a plurality of sets of the write word line 3W and the read word line 3R intersect each other. It is provided corresponding to.

Xセレクタ8は、複数の読み出しワード線3Rを中間電位Vhalf(例えば、電源電圧=2.5VでVhalf=1.25V)にプリチャージしている。データの書き込み動作時に、複数の書き込みワード線3Wから、1つの書き込みワード線3Wを選択書き込みワード線3Wsとして選択する。また、読み出し動作時に、複数の書き込みワード線3Wから、1つの書き込みワード線3Wを選択書き込みワード線3Wsとして選択する。同時に、複数の読み出しワード線3Rから、1つの読み出しワード線3Rを選択読み出しワード線3Rsとして選択する。そのとき、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。
Yセレクタ11は、複数の第1ビット線4を中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。そのとき、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+もしくはVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。また、読み出し動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。そのとき、択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5を中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。選択第1ビット線4sとは逆の電位のVh−もしくはVh+にする。
ここで、選択書き込み/読み出しワード線3Ws/3Rsと選択第1/第2ビット線4s/5sとで選択されるメモリセル20jを、選択セル20jsと記す。
The X selector 8 precharges the plurality of read word lines 3R to an intermediate potential Vhalf (for example, power supply voltage = 2.5V and Vhalf = 1.25V). During the data write operation, one write word line 3W is selected as the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W. In the read operation, one write word line 3W is selected as the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W. At the same time, one read word line 3R is selected as a selected read word line 3Rs from the plurality of read word lines 3R. At that time, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V).
The Y selector 11 precharges the plurality of first bit lines 4 to an intermediate potential Vhalf (example: Vhalf = 1.25 V). Then, during the write operation, one first bit line 4 is selected from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s. At this time, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. In the read operation, one first bit line 4 is selected from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s. At this time, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
The Y-side current termination circuit 14 precharges the plurality of second bit lines 5 to the intermediate potential Vhalf (for example, Vhalf = 1.25 V). Then, during the data write operation, one second bit line 5 paired with the selected first bit line 4s is selected as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5. The potential is set to Vh− or Vh + which is opposite to the potential of the selected first bit line 4s.
Here, the memory cell 20j selected by the selected write / read word line 3Ws / 3Rs and the selected first / second bit line 4s / 5s is referred to as a selected cell 20js.

Y側電圧源回路12vは、データの書き込み動作時に、Yセレクタ11(選択第1ビット線4s)へ所定の電圧の供給する。
Y側電源回路19は、データの書き込み動作時に、Y側電流終端回路14(選択第2ビット線5s)へ所定の電圧を供給する。
読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、Yセレクタ11(選択ビット線4s)及びリファレンスビット線4rへ所定の電圧の供給を行う電源である。
センスアンプ15は、リファレンスセル20rにつながるリファレンスビット線4rに流れる電流と、選択セル20jsにつながる選択ビット線4sに流れる電流との差に基づいて、選択セル20jsからデータを読み出し、そのデータを出力する。
X側電源回路9は、Xセレクタ8に対して、所定の電圧(第1MOSトランジスタのオン、プリチャージ電圧Vhalf、読み出し用の電圧Vh+又はVh−)を供給する。
The Y-side voltage source circuit 12v supplies a predetermined voltage to the Y selector 11 (selected first bit line 4s) during a data write operation.
The Y-side power supply circuit 19 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 14 (selected second bit line 5s) during a data write operation.
The read current load circuit 13 is a power source that supplies a predetermined voltage to the Y selector 11 (selected bit line 4s) and the reference bit line 4r during a data read operation.
The sense amplifier 15 reads data from the selected cell 20js based on the difference between the current flowing through the reference bit line 4r connected to the reference cell 20r and the current flowing through the selected bit line 4s connected to the selected cell 20js, and outputs the data. To do.
The X-side power supply circuit 9 supplies a predetermined voltage (first MOS transistor on, precharge voltage Vhalf, read voltage Vh + or Vh−) to the X selector 8.

図53は、図8に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル20jを代表して示している。
メモリセル20の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、書き込みワード線3WからY軸方向に枝分かれした書き込みワード線3W−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2ビット線5に接続している。
53 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 8 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 20j in the memory cell array 10 is shown as a representative.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 20, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses a write word line 3W-1 branched from the write word line 3W in the Y-axis direction. The drain 6 c (second terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向に流れるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)はコンタクト配線54−第1ダイオード31を介して読み出しワード線3Rに接続されている。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead-out wiring layer 29, and the other end (third terminal) is connected to the read word line 3R via the contact wiring 54-first diode 31.

この構成により、第1ビット線4−第1MOSトランジスタ6−引き出し配線層29−第2ビット線5の経路で電流が流れるとき、引き出し配線層29に接する磁気抵抗素子7に対してデータを書き込むことが可能となる。   With this configuration, when current flows through the path of the first bit line 4 -first MOS transistor 6 -leading wiring layer 29 -second bit line 5, data is written to the magnetoresistive element 7 in contact with the leading wiring layer 29. Is possible.

図54は、メモリセル20jの構造を示し、図53におけるHH’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、書き込みワード線3Wから枝分かれした書き込みワード線3W−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル20jの内側に設けられている。引き出し配線層29の他端は、第2ビット線5からZ軸方向に延びるコンタクト配線37に接続されている。引き出し配線層は、基板と平行に設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線54に接続している。コンタクト配線54は、途中に第1ダイオード31を含み、読み出しワード線3Rに接続されている。
FIG. 54 shows a structure of the memory cell 20j, and shows a cross section taken along line HH ′ in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6b as the first gate uses the write word line 3W-1 branched from the write word line 3W. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 20j with respect to the source 6a. The other end of the lead wiring layer 29 is connected to a contact wiring 37 extending from the second bit line 5 in the Z-axis direction. The lead wiring layer is provided in parallel with the substrate.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end side is connected to the contact wiring 54. The contact wiring 54 includes the first diode 31 in the middle and is connected to the read word line 3R.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第25の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-fifth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、読出しワード線3R、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS281
Xセレクタ8は、行アドレス及びRA信号の入力により、複数の読み出しワード線3Rから選択読み出しワード線3Rsを選択する。そして、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。同時に、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。これにより、第1MOSトランジスタがオンとなる。
(2)ステップS282
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択第1ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
これにより、Xセレクタ8によるVh−の電位と、Yセレクタ11によるVh+の電位とが、選択セル20jsに印加される。この電位差((Vh+)−(Vh−)=1.0V)は、第1ダイオード31の閾値電圧Vth(例示:0.7V)よりも大きくなるように設定されている。従って、Xセレクタ8−選択読み出しワード線3Rs−選択セル20js(の磁気抵抗素子7)−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11−センスアンプ15の経路において、選択セル20jsのデータを反映した電流Isが流れる。同様に、Xセレクタ8−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(3)ステップS283
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
Reading data from the memory cell 2 is performed as follows. However, the read word line 3R, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (eg, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S281
The X selector 8 selects a selected read word line 3Rs from a plurality of read word lines 3R by inputting a row address and an RA signal. Then, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V). At the same time, the selected write word line 3Ws is selected from the plurality of write word lines 3W. As a result, the first MOS transistor is turned on.
(2) Step S282
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
As a result, the potential of Vh− by the X selector 8 and the potential of Vh + by the Y selector 11 are applied to the selected cell 20js. This potential difference ((Vh +) − (Vh −) = 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth (example: 0.7 V) of the first diode 31. Therefore, the current reflecting the data of the selected cell 20js in the path of the X selector 8-selected read word line 3Rs-selected cell 20js (the magnetoresistive element 7) -selected first bit line 4s-Y selector 11-sense amplifier 15. Is flows. Similarly, the current Ir reflecting the data “0” of the reference cell 30 r is in the path of the X selector 8 -selected read word line 3 Rs-reference cell 20 r (the magnetoresistive element 7) -reference bit line 4 r -sense amplifier 15. Flows.
(3) Step S283
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、選択セル20jsのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the selected cell 20js can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。ただし、読出しワード線3R、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. However, the read word line 3R, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (eg, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS291
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。各メモリセル20jの第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(2)ステップS292
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。また、Y側電流終端回路14は、列アドレスの入力により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。そして、選択第2ビット線5sを、選択第1ビット線4sの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。
これにより、Yセレクタ11によるVh+又はVh−の電位と、Y側電流終端回路14によるVh−又はVh+の電位とが、選択セル20jsに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)により、Yセレクタ11−選択第1ビット線4s−選択セル20js(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14の経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11へ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流終端回路14)が流れる。
(3)ステップS293
選択セル20jsにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S291
The X selector 8 selects the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 of each memory cell 20j is turned on.
(2) Step S292
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected. Then, the selected second bit line 5s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected first bit line 4s.
As a result, the potential of Vh + or Vh− by the Y selector 11 and the potential of Vh− or Vh + by the Y-side current termination circuit 14 are applied to the selected cell 20js. By this potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V), the Y selector 11−the selected first bit line 4s−the selected cell 20js (in the vicinity of the magnetoresistive element 7) −the selected first In the path of the 2-bit line 5s-Y side current termination circuit 14, a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal D (in the case of “0”: a direction toward the Y selector 11) or a current Iw ( 1) (In the case of “1”, the Y-side current termination circuit 14) flows.
(3) Step S293
In the selected cell 20js, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル20jsにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 20js.

本実施の形態により、第1の実施の形態及び第3の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、第1ダイオード31を用いているので、用いない場合に比較して、読み出し動作時における電流の選択性を改善することが出来る。それにより、読み出しのスピードを高速にすることが可能となる。
According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment and the third embodiment can be obtained.
Further, since the first diode 31 is used, the current selectivity during the read operation can be improved as compared with the case where the first diode 31 is not used. As a result, the reading speed can be increased.

(第26の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第26の実施の形態について説明する。
(Twenty-sixth embodiment)
A twenty-sixth embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第26の実施の形態の構成について説明する。図55は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第26の実施の形態の構成を示す図である。図55は、図52に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41e−0〜41e−3、セルアレイセレクタ17a、Y側電流源回路12、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the twenty-sixth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 55 is a diagram showing the configuration of a twenty-sixth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. FIG. 55 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 52 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41e-0 to 41e-3, a cell array selector 17a, a Y-side current source circuit 12, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

セルアレイ41e−i(i=0〜3の整数)は、メモリセルアレイ10、複数の書き込みワード線3W、複数の読み出しワード線3R、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11d、リファレンスYセレクタ11r、Y側電流終端回路14を備える。各構成は、第26の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。ただし、Yセレクタ11dは、Yセレクタ11と同じであるが、Yセレクタ11のうちのリファレンスビット線4の選択機能は無い。リファレンスビット線4の選択機能は、リファレンスYセレクタ11rが有する。ここでは、各セレクタに対するプリチャージ電圧Vhalfは、図示しない電源により各セレクタへ供給される。また、Xセレクタ8には、読み出し動作時に、図示されないX側電源回路9からVh−の電位が供給される。
なお、図55においては、4つのセルアレイ41eを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell array 41e-i (i = 0 to 3) is a memory cell array 10, a plurality of write word lines 3W, a plurality of read word lines 3R, and a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r). , A plurality of second bit lines 5 (including a reference second bit line 5r), an X selector 8, a Y selector 11d, a reference Y selector 11r, and a Y-side current termination circuit 14. Since each configuration is the same as that of the twenty-sixth embodiment, the description thereof is omitted. However, the Y selector 11d is the same as the Y selector 11, but does not have a function of selecting the reference bit line 4 in the Y selector 11. The reference Y selector 11r has a function of selecting the reference bit line 4. Here, the precharge voltage Vhalf for each selector is supplied to each selector by a power source (not shown). The X selector 8 is supplied with a Vh− potential from an X-side power supply circuit 9 (not shown) during a read operation.
In FIG. 55, four cell arrays 41e are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41eを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ51の番号)に基づいて、セレクタ用トランジスタ17a−1〜17a−3により、選択セルアレイ41e−iを選択する。選択セルアレイ41e−iは、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15のそれぞれと、第1メインビット線62、第2メインビット線63及び第3メインビット線64により接続され、第25の実施の形態と同様の動作を行う。   The cell array selector 17a selects the selected cell array 41e-i by the selector transistors 17a-1 to 17a-3 based on the cell array selection signal MWSi (i = 0 to 3: the number of the cell array 51) for selecting the cell array 41e. select. The selected cell array 41e-i is connected to the Y-side voltage source circuit 12v, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 by the first main bit line 62, the second main bit line 63, and the third main bit line 64, respectively. The same operation as in the twenty-fifth embodiment is performed.

Y側電流源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15は、セルアレイ41eの外にあり各セルアレイ41e−iと共通であるほかは、第25の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   The Y-side current source circuit 12v, the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 are the same as those in the twenty-fifth embodiment except that they are outside the cell array 41e and are common to the cell arrays 41e-i. Omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第26の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-sixth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図55のMRAMにおいて、メモリセル20jからのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、読出しワード線3R、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS301
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41e−i(i=0〜n:nはセレクタアレイの番号)のいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41e−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41e−iと、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15とは、第1メインビット線62及び第2メインビット線63により接続される。
(2)ステップS302
Xセレクタ8は、行アドレス及びRA信号の入力により、複数の読み出しワード線3Rから選択読み出しワード線3Rsを選択する。そして、選択読み出しワード線3Rsを、Vh−(例示:Vh−=0.75V)の電位にする。同時に、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。これにより、第1MOSトランジスタがオンとなる。
(3)ステップS303
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第1メインビット線62を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
リファレンスYセレクタ11rは、RA信号の入力により、リファレンスビット線4rを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第2メインビット線63を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
これにより、Xセレクタ8によるVh−の電位と、Yセレクタ11dによるVh+の電位とが、選択セル20jsに印加される。この電位差((Vh+)−(Vh−)=1.0V)は、第1ダイオード31の閾値電圧Vth(例示:0.7V)よりも大きくなるように設定されている。従って、Xセレクタ8−選択読み出しワード線3Rs−選択セル20js(の磁気抵抗素子7)−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11d−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路において、選択セル20jsのデータを反映した電流Isが流れる。同様に、Xセレクタ8−選択読み出しワード線3Rs−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−リファレンスYセレクタ11r−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(4)ステップS304
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
In the MRAM in FIG. 55, data is read from the memory cell 20j as follows. However, the read word line 3R, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (eg, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S301
The cell array selector 17a selects the corresponding selector transistors 17a-1, 17a- based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41e-i (i = 0 to n: n is the number of the selector array). 2 and 17a-3 are turned on, and the selected cell array 41e-i is selected.
At this time, the selected cell array 41e-i, the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 62 and the second main bit line 63.
(2) Step S302
The X selector 8 selects a selected read word line 3Rs from a plurality of read word lines 3R by inputting a row address and an RA signal. Then, the selected read word line 3Rs is set to a potential of Vh− (example: Vh− = 0.75V). At the same time, the selected write word line 3Ws is selected from the plurality of write word lines 3W. As a result, the first MOS transistor is turned on.
(3) Step S303
The Y selector 11d selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V). The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 via the first main bit line 62.
The reference Y selector 11r sets the reference bit line 4r to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V) in response to the input of the RA signal. The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 through the second main bit line 63.
As a result, the potential of Vh− by the X selector 8 and the potential of Vh + by the Y selector 11d are applied to the selected cell 20js. This potential difference ((Vh +) − (Vh −) = 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth (example: 0.7 V) of the first diode 31. Therefore, in the path of X selector 8 -selected read word line 3Rs -selected cell 20js (of magnetoresistive element 7) -selected first bit line 4s -Y selector 11d -cell array selector 17a -sense amplifier 15, the data of selected cell 20js The current Is reflecting the current flows. Similarly, the path of the X selector 8 -selection read word line 3Rs -reference cell 20r (the magnetoresistive element 7) -reference bit line 4r -reference Y selector 11r -cell array selector 17a -sense amplifier 15 has a path of the reference cell 30r. A current Ir reflecting data “0” flows.
(4) Step S304
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41e−iにおける所望の選択セル20jsのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 20js in the desired selected cell array 41e-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。ただし、読出しワード線3R、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. However, the read word line 3R, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (eg, power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS311
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41e−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41e−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41e−iは、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15と、第1メインビット線62〜第3メインビット線64により接続される。
(2)ステップS312
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数の書き込みワード線3Wから選択書き込みワード線3Wsを選択する。各メモリセル20jの第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(3)ステップS313
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。Vh+又はVh−の電位は、第1メインビット線62を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
また、Y側電流終端回路14は、列アドレスの入力により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。そして、選択第2ビット線5sを、選択第1ビット線4sの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。Vh−又はVh+の電位は、第3メインビット線64を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
これにより、Yセレクタ11dによるVh+又はVh−の電位と、Y側電流終端回路14によるVh−又はVh+の電位とが、選択セル20jsに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)により、Yセレクタ11d−選択第1ビット線4s−選択セル20js(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14の経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11へ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流終端回路14)が流れる。
(4)ステップS314
選択セル20jsにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S311
The cell array selector 17a turns on the corresponding selector transistors 17a-1, 17a-2, and 17a-3 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41e-i, and selects the selected cell array 41e-i. Select.
At this time, the selected cell array 41e-i is connected to the Y-side voltage source circuit 12v, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 by the first main bit line 62 to the third main bit line 64.
(2) Step S312
The X selector 8 selects the selected write word line 3Ws from the plurality of write word lines 3W in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 of each memory cell 20j is turned on.
(3) Step S313
The Y selector 11d selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. The potential of Vh + or Vh− is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the first main bit line 62.
Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected. Then, the selected second bit line 5s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected first bit line 4s. The potential of Vh− or Vh + is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the third main bit line 64.
As a result, the potential of Vh + or Vh− by the Y selector 11d and the potential of Vh− or Vh + by the Y-side current termination circuit 14 are applied to the selected cell 20js. By this potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V), the Y selector 11d−the selected first bit line 4s−the selected cell 20js (in the vicinity of the magnetoresistive element 7) −the selected first In the path of the 2-bit line 5s-Y side current termination circuit 14, a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal D (in the case of “0”: a direction toward the Y selector 11) or a current Iw ( 1) (In the case of “1”, the Y-side current termination circuit 14) flows.
(4) Step S314
In the selected cell 20js, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41e−iにおける所望の選択セル20jsにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the desired selected cell 20js in the desired selected cell array 41e-i.

なお、リファレンスセル20rに書き込みを行う際は、リファレンスアクティブ信号SRの入力と共に、Yセレクタ11dにおいてリファレンス第1ビット線4rを、Y側電流終端回路14においてリファレンス第2ビット線5rを選択する。   When writing to the reference cell 20r, the reference first bit line 4r is selected in the Y selector 11d and the reference second bit line 5r is selected in the Y-side current termination circuit 14 together with the input of the reference active signal SR.

本実施の形態により、第25の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。また、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。   According to this embodiment, the same effect as that of the 25th embodiment can be obtained. Further, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

(第27の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第27の実施の形態について説明する。
(Twenty-seventh embodiment)
A twenty-seventh embodiment of a magnetic memory cell and a magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第27の実施の形態の構成について説明する。図56は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第27の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14、Y側電源回路19及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 56 is a diagram showing the configuration of a twenty-seventh embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side voltage source circuit 12v, and a read A current load circuit 13, a Y-side current termination circuit 14, a Y-side power supply circuit 19 and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ10は、メモリセル20fが行列に配列されている。ここで、メモリセル20fは、第1MOSトランジスタ6と磁気抵抗素子7と第2ダイオード32と第3ダイオード33とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル20fをリファレンスセル20rと記す。リファレンスセル20rは、「0」が書き込まれ、通常、書き込み動作は行われない。   In the memory cell array 10, memory cells 20f are arranged in a matrix. Here, the memory cell 20 f includes a first MOS transistor 6, a magnetoresistive element 7, a second diode 32, and a third diode 33. The reference memory cell 20f is referred to as a reference cell 20r. In the reference cell 20r, “0” is written, and usually no write operation is performed.

第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)を書き込みワード線3Wに、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)、第2ダイオード32及び第3ダイオード33に接続している。第1MOSトランジスタ6は、書き込み動作時及び読み出し動作時において、メモリセル20fの一つを選択するために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を第1MOSトランジスタ6のドレインに、他端側(第3端子)を所定の電圧源24a(Vhalf)源に接続している。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
第2ダイオード32は、第1極性(p極)の第5端子と、第2極性(n極)の第6端子とを含む。第3ダイオード33は、第1極性(p極)の第7端子と、第2極性(n極)の第8端子とを含む。第6端子とその第7端子とは、第2ビット線5に接続されている。第5端子と第8端子とは、磁気抵抗素子7の第4端子に接続されている。第2ダイオード32と第3ダイオード33は、書き込み動作時において、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the write word line 3W, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as the magnetoresistive element 7. One end side (fourth terminal) is connected to the second diode 32 and the third diode 33. The first MOS transistor 6 is used to select one of the memory cells 20f during the write operation and the read operation.
The magnetoresistive element 7 has one end (fourth terminal) connected to the drain of the first MOS transistor 6 and the other end (third terminal) connected to a predetermined voltage source 24a (Vhalf) source. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.
The second diode 32 includes a fifth terminal having a first polarity (p pole) and a sixth terminal having a second polarity (n pole). The third diode 33 includes a seventh terminal having a first polarity (p pole) and an eighth terminal having a second polarity (n pole). The sixth terminal and the seventh terminal are connected to the second bit line 5. The fifth terminal and the eighth terminal are connected to the fourth terminal of the magnetoresistive element 7. The second diode 32 and the third diode 33 are used to connect the first bit line 4 and the second bit line 5 to cause a current to flow in the vicinity of the magnetoresistive element 7 during a write operation.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、Yセレクタ11に接続されている。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、Y側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられ、Xセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル20fは、上記の第1ビット線4と第2ビット線5との複数の組と、ワード線3とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and is connected to the Y selector 11. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4, is provided extending in the Y-axis direction, and is connected to the Y-side current termination circuit 14. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
Each memory cell 20f is provided corresponding to each of the positions where the plurality of sets of the first bit line 4 and the second bit line 5 and the word line 3 intersect.

Xセレクタ8は、データの書き込み動作時及び読み出し動作時に、複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
Yセレクタ11は、複数の第1ビット線4を中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。そのとき、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+もしくはVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。また、読み出し動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。そのとき、択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
Y側電流終端回路14は、複数の第2ビット線5を中間電位Vhalf(例示:Vhalf=1.25V)にプリチャージしている。そして、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。選択第1ビット線4sとは逆の電位のVh−もしくはVh+にする。
ここで、選択書き込み/読み出しワード線3Ws/3Rsと選択第1/第2ビット線4s/5sとで選択されるメモリセル20fを、選択セル20fsと記す。
The X selector 8 selects one word line 3 from the plurality of word lines 3 as the selected word line 3s during the data write operation and the read operation.
The Y selector 11 precharges the plurality of first bit lines 4 to an intermediate potential Vhalf (example: Vhalf = 1.25 V). Then, during the write operation, one first bit line 4 is selected from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s. At this time, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. In the read operation, one first bit line 4 is selected from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s. At this time, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
The Y-side current termination circuit 14 precharges the plurality of second bit lines 5 to the intermediate potential Vhalf (for example, Vhalf = 1.25 V). Then, during the data write operation, one second bit line 5 paired with the selected first bit line 4s is selected as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5. The potential is set to Vh− or Vh + which is opposite to the potential of the selected first bit line 4s.
Here, the memory cell 20f selected by the selected write / read word line 3Ws / 3Rs and the selected first / second bit line 4s / 5s is referred to as a selected cell 20fs.

Y側電圧源回路12v、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、センスアンプ15は、第25の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since the Y-side voltage source circuit 12v, the Y-side power supply circuit 19, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are the same as those in the twenty-fifth embodiment, description thereof is omitted.

図57は、図56に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル20fを代表して示している。
メモリセル20の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線55又はコンタクト配線56を介して第2ビット線5に接続している。コンタクト配線55及びコンタクト配線56の途中には、それぞれ第2ダイオード32及び第3ダイオード33とが設けられている。
57 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 56 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 20f in the memory cell array 10 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 20, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3-1 branched from the word line 3 in the Y-axis direction. The drain 6 c (second terminal) is connected to the second bit line 5 via the contact wiring 27 -the lead wiring layer 29 -the contact wiring 55 or the contact wiring 56. In the middle of the contact wiring 55 and the contact wiring 56, a second diode 32 and a third diode 33 are provided, respectively.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向に流れるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)は電位Vhalfを供給する電圧源24aへの配線(図示されず)に接続されている。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end side (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead-out wiring layer 29, and the other end side (third terminal) is connected to a wiring (not shown) to the voltage source 24a that supplies the potential Vhalf.

この構成により、第1ビット線4−第1MOSトランジスタ6−引き出し配線層29−第2ビット線5の経路で電流が流れるとき、引き出し配線層29に接する磁気抵抗素子7に対してデータを書き込むことが可能となる。   With this configuration, when current flows through the path of the first bit line 4 -first MOS transistor 6 -leading wiring layer 29 -second bit line 5, data is written to the magnetoresistive element 7 in contact with the leading wiring layer 29. Is possible.

図58は、メモリセル20fの構造を示し、図57におけるII’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル20fの内側に設けられている。引き出し配線層29の他端は、第2ビット線5からZ軸方向に延びるコンタクト配線55及びコンタクト配線56とに接続されている。引き出し配線層は、基板と平行に設けられている。コンタクト配線55及びコンタクト配線56の途中には、それぞれ第2ダイオード32及び第3ダイオード33とが設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26に接続している。コンタクト配線26は、電圧源24aへの配線に接続されている。
FIG. 58 shows the structure of the memory cell 20f, and shows a II ′ cross section in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6 b as the first gate uses the word line 3-1 branched from the word line 3. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 20f than the source 6a. The other end of the lead wiring layer 29 is connected to a contact wiring 55 and a contact wiring 56 that extend from the second bit line 5 in the Z-axis direction. The lead wiring layer is provided in parallel with the substrate. In the middle of the contact wiring 55 and the contact wiring 56, a second diode 32 and a third diode 33 are provided, respectively.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end side is connected to the contact wiring 26. The contact wiring 26 is connected to the wiring to the voltage source 24a.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第27の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-seventh embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS321
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。これにより、第1MOSトランジスタ6がオンとなる。
(2)ステップS322
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。
これにより、電圧源24aのVhalfの電位と、Yセレクタ11によるVh+の電位とが、選択セル20fsに印加される。この電位差((Vh+)−(Vhalf)=0.5V)は、第2ダイオード32及び第3ダイオード33のいずれの閾値電圧Vthよりも小さく設定されている。それにより、各ダイオードには、電流は流れず、電圧源24a−選択セル20fs(の磁気抵抗素子7)−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11−センスアンプ15の経路において、選択セル20fsのデータを反映した電流Isが流れる。この場合、第2ダイオード32及び第3ダイオード33は、閾値電圧が0.7Vに設定されているので、両ダイオードに電流が流れることは無い。
同様に、電圧源24a−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(3)ステップS323
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
Reading data from the memory cell 2 is performed as follows. However, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (example: power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S321
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. As a result, the first MOS transistor 6 is turned on.
(2) Step S322
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V).
As a result, the potential Vhalf of the voltage source 24a and the potential Vh + of the Y selector 11 are applied to the selected cell 20fs. This potential difference ((Vh +) − (Vhalf) = 0.5 V) is set to be smaller than any threshold voltage Vth of the second diode 32 and the third diode 33. As a result, no current flows through each diode, and the voltage of the selected cell 20fs in the path of the voltage source 24a, the selected cell 20fs (the magnetoresistive element 7), the selected first bit line 4s, the Y selector 11 and the sense amplifier 15 is obtained. A current Is reflecting the data flows. In this case, since the threshold voltage of the second diode 32 and the third diode 33 is set to 0.7 V, no current flows through both diodes.
Similarly, a current Ir reflecting data “0” of the reference cell 30 r flows through the path of the voltage source 24 a, the reference cell 20 r (the magnetoresistive element 7), the reference bit line 4 r, and the sense amplifier 15.
(3) Step S323
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、選択セル20fsのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the selected cell 20fs can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. The first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (example: power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS331
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル20fの第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(2)ステップS332
Yセレクタ11は、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。また、Y側電流終端回路14は、列アドレスの入力により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。そして、選択第2ビット線5sを、選択第1ビット線4sの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。
これにより、Yセレクタ11によるVh+又はVh−の電位と、Y側電流終端回路14によるVh−又はVh+の電位とが、選択セル20fsに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、第2ダイオード32及び第3ダイオード33のいずれの閾値電圧Vthよりも大きく設定されている。それにより、Yセレクタ11−選択第1ビット線4s−選択セル20fs(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14の経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11へ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流終端回路14)が流れる。
(3)ステップS333
選択セル20fsにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S331
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 of each memory cell 20f is turned on.
(2) Step S332
The Y selector 11 selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected. Then, the selected second bit line 5s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected first bit line 4s.
As a result, the potential of Vh + or Vh− by the Y selector 11 and the potential of Vh− or Vh + by the Y-side current termination circuit 14 are applied to the selected cell 20fs. This potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth of the second diode 32 and the third diode 33. As a result, in the path of Y selector 11 -selected first bit line 4 s -selected cell 20 fs (in the vicinity of magnetoresistive element 7) -selected second bit line 5 s -Y side current termination circuit 14, it corresponds to data signal D. A current Iw (0) having a predetermined magnitude (in the case of “0”: a direction toward the Y selector 11) or a current Iw (1) (in the case of “1”, the Y-side current termination circuit 14) flows.
(3) Step S333
In the selected cell 20fs, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、選択セル20fsにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 20fs.

本実施の形態により、第1の実施の形態及び第3の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。半導体基板を直接用いる素子の数を減らし、素子を小型化できる。
また、ワード線を読出し用と書込み用に分ける必要がなく、制御がやさしくなりデコーダ回路が単純にできる。それにより、チップサイズを小さくすることが出来る。
According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment and the third embodiment can be obtained. The number of elements directly using a semiconductor substrate can be reduced and the elements can be miniaturized.
Further, it is not necessary to divide the word line for reading and writing, and the control becomes easy and the decoder circuit can be simplified. Thereby, the chip size can be reduced.

(第28の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第28の実施の形態について説明する。
(Twenty-eighth embodiment)
A twenty-eighth embodiment of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第28の実施の形態の構成について説明する。図59は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第28の実施の形態の構成を示す図である。図59は、図56に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41f−0〜41f−3、セルアレイセレクタ17a、Y側電流源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the twenty-eighth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 59 is a diagram showing the configuration of the twenty-eighth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. FIG. 59 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 56 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41f-0 to 41f-3, a cell array selector 17a, a Y-side current source circuit 12v, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

セルアレイ41f−i(i=0〜3の整数)は、メモリセルアレイ10、複数のワード線3W、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、Xセレクタ8、Yセレクタ11d、リファレンスYセレクタ11r、Y側電流終端回路14を備える。各構成は、第27の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。ただし、Yセレクタ11dは、Yセレクタ11と同じであるが、Yセレクタ11のうちのリファレンスビット線4の選択機能は無い。リファレンスビット線4の選択機能は、リファレンスYセレクタ11rが有する。ここでは、各セレクタに対するプリチャージ電圧Vhalfは、図示しない電源が各セレクタへ供給される。
なお、図59においては、4つのセルアレイ41fを示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell array 41f-i (i = 0 to 3) is a memory cell array 10, a plurality of word lines 3W, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (Including the reference second bit line 5r), an X selector 8, a Y selector 11d, a reference Y selector 11r, and a Y-side current termination circuit 14. Since each configuration is the same as that of the 27th embodiment, its description is omitted. However, the Y selector 11d is the same as the Y selector 11, but does not have a function of selecting the reference bit line 4 in the Y selector 11. The reference Y selector 11r has a function of selecting the reference bit line 4. Here, as the precharge voltage Vhalf for each selector, a power source (not shown) is supplied to each selector.
In FIG. 59, four cell arrays 41f are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ17aは、第26の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
また、Y側電流源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15は、セルアレイ41fの外にあり各セルアレイ41f−iと共通であるほかは、第27の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
Since the cell array selector 17a is the same as that in the twenty-sixth embodiment, its description is omitted.
The Y-side current source circuit 12v, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 are the same as those in the twenty-seventh embodiment except that they are outside the cell array 41f and are common to the cell arrays 41f-i. Description is omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第28の実施の形態の動作について説明する。   Next, the operation of the twenty-eighth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.

図59のMRAMにおいて、メモリセル20fからのデータの読み出しは、以下のようにして行う。ただし、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。
(1)ステップS341
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41f−i(i=0〜n:nはセレクタアレイの番号)のいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41f−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41e−iと、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15とは、第1メインビット線62及び第2メインビット線63により接続される。
(2)ステップS342
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。これにより、第1MOSトランジスタ6がオンとなる。
(3)ステップS343
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択ビット線4sを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第1メインビット線62を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
リファレンスYセレクタ11rは、列アドレス及びRA信号の入力により、リファレンスビット線4rを、Vh+(例示:Vh+=1.75V)の電位にする。Vh+の電位は、第2メインビット線63を介して読み出し電流負荷回路13により印加される。
これにより、電圧源24aのVhalfの電位と、Yセレクタ11dによるVh+の電位とが、選択セル20fsに印加される。この電位差((Vh+)−(Vhalf)=0.5V)は、第2ダイオード32又は第3ダイオード33の閾値電圧Vth(0.7V)よりも小さくなるように設定されている。従って、電圧源24a−選択セル20fs(の磁気抵抗素子7)−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11d−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路において、選択セル20fsのデータを反映した電流Isが流れる。同様に、電圧源24a−リファレンスセル20r(の磁気抵抗素子7)−リファレンスビット線4r−リファレンスYセレクタ11r−セルアレイセレクタ17a−センスアンプ15の経路には、リファレンスセル30rのデータ「0」を反映した電流Irが流れる。
(4)ステップS344
センスアンプ15は、電流Isと電流Irとの差に基づいて、予め設定された値の範囲で同じであれば読み出したデータを「0」とし、異なれば(例示:より小さければ)「1」と判定し、その結果を出力する。
In the MRAM in FIG. 59, data is read from the memory cell 20f as follows. However, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (example: power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).
(1) Step S341
The cell array selector 17a selects the corresponding selector transistors 17a-1, 17a- based on the cell array selection signal MWSi for selecting one of the cell arrays 41f-i (i = 0 to n: n is the number of the selector array). 2 and 17a-3 are turned on, and the selected cell array 41f-i is selected.
At this time, the selected cell array 41e-i, the read current load circuit 13 and the sense amplifier 15 are connected by the first main bit line 62 and the second main bit line 63.
(2) Step S342
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. As a result, the first MOS transistor 6 is turned on.
(3) Step S343
The Y selector 11d selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected bit line 4s is set to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V). The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 via the first main bit line 62.
The reference Y selector 11r sets the reference bit line 4r to a potential of Vh + (example: Vh + = 1.75V) by inputting a column address and an RA signal. The potential Vh + is applied by the read current load circuit 13 through the second main bit line 63.
Thereby, the potential of Vhalf of the voltage source 24a and the potential of Vh + by the Y selector 11d are applied to the selected cell 20fs. This potential difference ((Vh +) − (Vhalf) = 0.5 V) is set to be smaller than the threshold voltage Vth (0.7 V) of the second diode 32 or the third diode 33. Therefore, in the path of voltage source 24a-selected cell 20fs (magnetoresistance element 7) -selected first bit line 4s-Y selector 11d-cell array selector 17a-sense amplifier 15, current Is reflecting the data of selected cell 20fs is obtained. Flowing. Similarly, the data "0" of the reference cell 30r is reflected in the path of the voltage source 24a-reference cell 20r (the magnetoresistive element 7) -reference bit line 4r-reference Y selector 11r-cell array selector 17a-sense amplifier 15. Current Ir flows.
(4) Step S344
Based on the difference between the current Is and the current Ir, the sense amplifier 15 sets the read data to “0” if they are the same within a preset value range, and “1” if they are different (example: smaller). And output the result.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41f−iにおける所望の選択セル20fsのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 20fs in the desired selected cell array 41f-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。ただし、第1ビット線4及び第2ビット線5は、中間電位Vhalf(例示:電源電圧=2.5V、Vhalf=1.25V)にプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. However, the first bit line 4 and the second bit line 5 are precharged to an intermediate potential Vhalf (example: power supply voltage = 2.5V, Vhalf = 1.25V).

(1)ステップS351
セルアレイセレクタ17aは、セルアレイ41f−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、対応するセレクタ用トランジスタ17a−1、17a−2及び17a−3をオンにし、選択セルアレイ41f−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41f−iは、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15と、第1メインビット線62〜第3メインビット線64により接続される。
(2)ステップS352
Xセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル20fの第1MOSトランジスタ6はオンになる。
(3)ステップS353
Yセレクタ11dは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。そして、選択第1ビット線4sを、書き込みデータ(D)に応じてVh+又はVh−の電位にする。例えば、Vh+は1.75VでありVh−は0.75Vである。Vh+又はVh−の電位は、第1メインビット線62を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
また、Y側電流終端回路14は、列アドレスの入力により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。そして、選択第2ビット線5sを、選択第1ビット線4sの電位とは逆のVh−又はVh+の電位にする。Vh−又はVh+の電位は、第3メインビット線64を介してY側電圧源回路12vにより印加される。
これにより、Yセレクタ11dによるVh+又はVh−の電位と、Y側電流終端回路14によるVh−又はVh+の電位とが、選択セル20fsに印加される。この電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、第2ダイオード32及び第3ダイオード33のいずれの閾値電圧Vthよりも大きく設定されている。それにより、Yセレクタ11d−選択第1ビット線4s−選択セル20fs(の磁気抵抗素子7の近傍)−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14の経路において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Yセレクタ11へ向かう方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流終端回路14)が流れる。
(4)ステップS354
選択セル20fsにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dに対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S351
The cell array selector 17a turns on the corresponding selector transistors 17a-1, 17a-2, and 17a-3 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41f-i, and selects the selected cell array 41f-i. Select.
At this time, the selected cell array 41f-i is connected to the Y-side voltage source circuit 12v, the read current load circuit 13, and the sense amplifier 15 by the first main bit line 62 to the third main bit line 64.
(2) Step S352
The X selector 8 selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 of each memory cell 20f is turned on.
(3) Step S353
The Y selector 11d selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. Then, the selected first bit line 4s is set to a potential of Vh + or Vh− according to the write data (D). For example, Vh + is 1.75V and Vh− is 0.75V. The potential of Vh + or Vh− is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the first main bit line 62.
Further, the Y-side current termination circuit 14 selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 in response to the input of the column address. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected. Then, the selected second bit line 5s is set to a potential of Vh− or Vh + opposite to the potential of the selected first bit line 4s. The potential of Vh− or Vh + is applied by the Y-side voltage source circuit 12v through the third main bit line 64.
As a result, the potential Vh + or Vh− by the Y selector 11d and the potential Vh− or Vh + by the Y-side current termination circuit 14 are applied to the selected cell 20fs. This potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0 V) is set to be larger than the threshold voltage Vth of the second diode 32 and the third diode 33. As a result, in the path of Y selector 11d-selected first bit line 4s-selected cell 20fs (in the vicinity of magnetoresistive element 7) -selected second bit line 5s-Y-side current termination circuit 14, it corresponds to data signal D. A current Iw (0) having a predetermined magnitude (in the case of “0”: a direction toward the Y selector 11) or a current Iw (1) (in the case of “1”, the Y-side current termination circuit 14) flows.
(4) Step S354
In the selected cell 20fs, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal D is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41f−iにおける所望の選択セル20fsにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the desired selected cell 20fs in the desired selected cell array 41f-i.

なお、リファレンスセル20rに書き込みを行う際は、リファレンスアクティブ信号SRの入力と共に、Yセレクタ11dにおいてリファレンス第1ビット線4rを、Y側電流終端回路14においてリファレンス第2ビット線5rを選択する。   When writing to the reference cell 20r, the reference first bit line 4r is selected in the Y selector 11d and the reference second bit line 5r is selected in the Y-side current termination circuit 14 together with the input of the reference active signal SR.

本実施の形態により、第27の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。また、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
(第29の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第29の実施の形態について説明する。
According to this embodiment, the same effect as that of the 27th embodiment can be obtained. Further, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.
(Twenty-ninth embodiment)
A twenty-ninth embodiment of the magnetic memory cell and the magnetic random access memory according to the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第29の実施の形態の構成について説明する。図60は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第29の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ10、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電圧源回路12v、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14、Y側電源回路19及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the twenty-ninth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 60 is a diagram showing the configuration of a twenty-ninth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 10, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, a Y selector 11, a Y-side voltage source circuit 12v, and a read A current load circuit 13, a Y-side current termination circuit 14, a Y-side power supply circuit 19 and a sense amplifier 15 are provided.

メモリセルアレイ10は、メモリセル20gが行列に配列されている。ここで、メモリセル20gは、第1MOSトランジスタ6と磁気抵抗素子7と第2ダイオード32と第3ダイオード33とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル20gをリファレンスセル20rと記す。リファレンスセル20rは、「0」が書き込まれ、通常、書き込み動作は行われない。   In the memory cell array 10, memory cells 20g are arranged in a matrix. Here, the memory cell 20 g includes the first MOS transistor 6, the magnetoresistive element 7, the second diode 32, and the third diode 33. The reference memory cell 20g is referred to as a reference cell 20r. In the reference cell 20r, “0” is written, and usually no write operation is performed.

本実施の形態におけるメモリセル20gは、第2ダイオード32と第3ダイオード33が、互いのn極同士を接合する形で向かい合わせにしている点で、第27の実施の形態のメモリセル20fと異なる。すなわち、第2ダイオード32は、第2ビット線5に接続された第1極性(p)の第5端子と、第2極性(n)の第6端子とを含む。第3ダイオード33は、第2端子に接続されたその第1極性(p)の第7端子と、その第6端子に接続されたその第2極性(n)の第8端子とを含む。   The memory cell 20g in the present embodiment differs from the memory cell 20f in the twenty-seventh embodiment in that the second diode 32 and the third diode 33 face each other so that the n-poles are joined to each other. Different. That is, the second diode 32 includes a fifth terminal having the first polarity (p) connected to the second bit line 5 and a sixth terminal having the second polarity (n). The third diode 33 includes a seventh terminal having the first polarity (p) connected to the second terminal and an eighth terminal having the second polarity (n) connected to the sixth terminal.

ここで、第2ダイオード32と第3ダイオード33とを向かい合わせに接合した素子(以下、「直列ダイオード素子」ともいう)の特性について説明する。図61は、直列ダイオード素子の特性を説明するグラフである。縦軸は、ダイオードを流れる電流である。横軸は、ダイオードに印加される電圧である。Vbd+又はVbd−は、第2ダイオード32及びと第3ダイオード33のそれぞれの逆方向のブレークダウン電圧を示す。直列ダイオード素子は、理想的には電流を流さない。しかし、ブレークダウンをしやすいようにデバイスを設計すると、比較的低い電圧の逆バイアスで、ブレークダウン電圧(Vbd+又はVbd−)を超えることが出来る。ブレークダウン電圧以上では、PN接合を乗り越えて電流を流すことが出来る。それにより、直列ダイオード素子は、印加される電圧VinがVbd−<Vin<Vbd+ならばオフ、それ以外ならばオンとなるスイッチング素子とみなすことが出来る。
図47(a)は、一つのダイオードの特性を示す。閾値電圧Vth(例示:0.7V)の絶対値は、ブレークダウン電圧Vbdの絶対値よりも小さい。
Here, the characteristics of an element (hereinafter also referred to as “series diode element”) in which the second diode 32 and the third diode 33 are joined to face each other will be described. FIG. 61 is a graph for explaining the characteristics of the series diode element. The vertical axis represents the current flowing through the diode. The horizontal axis is the voltage applied to the diode. Vbd + or Vbd− indicates a breakdown voltage in the reverse direction of each of the second diode 32 and the third diode 33. The series diode element ideally does not pass current. However, if the device is designed to facilitate breakdown, the breakdown voltage (Vbd + or Vbd−) can be exceeded with a relatively low voltage reverse bias. Above the breakdown voltage, current can flow over the PN junction. Accordingly, the series diode element can be regarded as a switching element that is turned off if the applied voltage Vin is Vbd− <Vin <Vbd +, and turned on otherwise.
FIG. 47A shows the characteristics of one diode. The absolute value of the threshold voltage Vth (example: 0.7V) is smaller than the absolute value of the breakdown voltage Vbd.

その他の構成については、第27の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。   Other configurations are the same as those in the twenty-seventh embodiment, and a description thereof will be omitted.

図62は、図60に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ10の中の2×2のメモリセル20gを代表して示している。
本実施の形態におけるメモリセル20gは、第2ダイオード32と第3ダイオード33が、コンタクト配線54の途中に、重なるように設けられている点で、第27の実施の形態のメモリセル20fと異なる。その他の構成については、第27の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
FIG. 62 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 60 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, a 2 × 2 memory cell 20g in the memory cell array 10 is shown as a representative.
The memory cell 20g in the present embodiment differs from the memory cell 20f in the 27th embodiment in that the second diode 32 and the third diode 33 are provided so as to overlap each other in the middle of the contact wiring 54. . Other configurations are the same as those in the twenty-seventh embodiment, and a description thereof will be omitted.

図63は、メモリセル20gの構造を示し、図62におけるJJ’断面を示す図である。
本実施の形態におけるメモリセル20gは、第2ダイオード32と第3ダイオード33が、コンタクト配線54の途中に、重なるように設けられている点で、第27の実施の形態のメモリセル20fと異なる。その他の構成については、第27の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
FIG. 63 shows the structure of the memory cell 20g, and shows a JJ ′ cross section in FIG.
The memory cell 20g in the present embodiment differs from the memory cell 20f in the 27th embodiment in that the second diode 32 and the third diode 33 are provided so as to overlap each other in the middle of the contact wiring 54. . Other configurations are the same as those in the twenty-seventh embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第29の実施の形態の動作については、第27の実施の形態の動作(ステップS321〜S323、ステップS331〜S333)と同様であるのでその説明を省略する。
ただし、読み出し動作時、選択セル20gsに印加される電位差((Vh+)−(Vhalf)=0.5V)は、直列ダイオード素子のブレークダウン電圧(Vbd+及びVbd−)よりも小さく設定されている。それにより、各ダイオードには、電流は流れない。
書き込み動作時、選択セル20gsに印加される電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、直列ダイオード素子のブレークダウン電圧(Vbd+及びVbd−)よりも大きく設定されている。それにより、選択セル20fsの磁気抵抗素子7の近傍において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)又は電流Iw(1)が流れる。
Next, the operation of the twenty-ninth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as the operation of the twenty-seventh embodiment (steps S321 to S323, steps S331 to S333). The description is omitted.
However, the potential difference ((Vh +) − (Vhalf) = 0.5 V) applied to the selected cell 20gs during the read operation is set to be smaller than the breakdown voltages (Vbd + and Vbd−) of the series diode elements. Thereby, no current flows through each diode.
During the write operation, the potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0V) applied to the selected cell 20gs is larger than the breakdown voltage (Vbd + and Vbd−) of the series diode element. Is set. Thereby, current Iw (0) or current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal D flows in the vicinity of the magnetoresistive element 7 of the selected cell 20fs.

本実施の形態により、第27の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。半導体基板を直接用いる素子を減らせるので、メモリセルを小型化できる。また、メモリセルの2つのダイオードを重ねて作成するので、チップサイズをより小さくすることが出来る。   According to this embodiment, the same effect as that of the 27th embodiment can be obtained. Since the number of elements that directly use the semiconductor substrate can be reduced, the memory cell can be reduced in size. In addition, since the two diodes of the memory cell are formed in an overlapping manner, the chip size can be further reduced.

(第30の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第30の実施の形態について説明する。
(Thirty Embodiment)
A thirtieth embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第30の実施の形態の構成について説明する。図64は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第30の実施の形態の構成を示す図である。図64は、図60に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41g−0〜41g−3、セルアレイセレクタ17a、Y側電流源回路12v、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the 30th embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. FIG. 64 is a diagram showing a configuration of a thirtieth embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. FIG. 64 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 60 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41g-0 to 41g-3, a cell array selector 17a, a Y-side current source circuit 12v, a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

各構成は、28の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
ただし、本実施の形態におけるメモリセル20gは、第2ダイオード32と第3ダイオード33が、互いのn極同士を接合する形で向かい合わせにしている点で、第28の実施の形態のメモリセル20fと異なる。すなわち、第2ダイオード32は、第2ビット線5に接続された第1極性(p)の第5端子と、第2極性(n)の第6端子とを含む。第3ダイオード33は、第2端子に接続されたその第1極性(p)の第7端子と、その第6端子に接続されたその第2極性(n)の第8端子とを含む。
Since each configuration is the same as that of the twenty-eighth embodiment, the description thereof is omitted.
However, the memory cell 20g in the present embodiment is different from the memory cell in the 28th embodiment in that the second diode 32 and the third diode 33 face each other so that the n-poles are joined to each other. Different from 20f. That is, the second diode 32 includes a fifth terminal having the first polarity (p) connected to the second bit line 5 and a sixth terminal having the second polarity (n). The third diode 33 includes a seventh terminal having the first polarity (p) connected to the second terminal and an eighth terminal having the second polarity (n) connected to the sixth terminal.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第30の実施の形態の動作については、第28の実施の形態の動作(ステップS341〜S344、ステップS351〜S354)と同様であるのでその説明を省略する。
ただし、読み出し動作時、選択セル20gsに印加される電位差((Vh+)−(Vhalf)=0.5V)は、直列ダイオード素子のブレークダウン電圧(Vbd+及びVbd−)よりも小さく設定されている。それにより、各ダイオードには、電流は流れない。
書き込み動作時、選択セル20gsに印加される電位差((Vh+又はVh−)−(Vh−又はVh+)=±1.0V)は、直列ダイオード素子のブレークダウン電圧(Vbd+及びVbd−)よりも大きく設定されている。それにより、選択セル20fsの磁気抵抗素子7の近傍において、データ信号Dに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)又は電流Iw(1)が流れる。
Next, the operation of the 30th embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention is the same as the operation of the 28th embodiment (steps S341 to S344, steps S351 to S354). The description is omitted.
However, the potential difference ((Vh +) − (Vhalf) = 0.5 V) applied to the selected cell 20gs during the read operation is set to be smaller than the breakdown voltages (Vbd + and Vbd−) of the series diode elements. Thereby, no current flows through each diode.
During the write operation, the potential difference ((Vh + or Vh −) − (Vh− or Vh +) = ± 1.0V) applied to the selected cell 20gs is larger than the breakdown voltage (Vbd + and Vbd−) of the series diode element. Is set. Thereby, current Iw (0) or current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal D flows in the vicinity of the magnetoresistive element 7 of the selected cell 20fs.

本実施の形態により、第28の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、メモリセルの2つのダイオードを重ねて作成するので、チップサイズをより小さくすることが出来る。
According to the present embodiment, the same effect as in the twenty-eighth embodiment can be obtained.
In addition, since the two diodes of the memory cell are formed in an overlapping manner, the chip size can be further reduced.

(第31の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第31の実施の形態について説明する。
(Thirty-first embodiment)
A thirty-first embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

まず、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第31の実施の形態の構成について説明する。図65は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第31の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数の第1ワード線3a、複数の第2ワード線3b、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、Xセレクタ8、Yセレクタ11、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15を具備する。   First, the configuration of the thirty-first embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 65 is a diagram showing the configuration of a thirty-first embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of first word lines 3a, a plurality of second word lines 3b, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, an X selector 8, and a Y selector. 11, a Y-side current source circuit 12, a Y-side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y-side current termination circuit 14, and a sense amplifier 15.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2が行列に配列されている。ここで、メモリセル2hは、第1MOSトランジスタ6−1、第2MOSトランジスタ16−1、第3MOSトランジスタ6−2、第4MOSトランジスタ16−2及び磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2rと記す。   In the memory cell array 1, memory cells 2 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2h includes a first MOS transistor 6-1, a second MOS transistor 16-1, a third MOS transistor 6-2, a fourth MOS transistor 16-2, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 2 is referred to as a reference cell 2r.

第1の実施の形態では、一組の第1MOSトランジスタ6−1、第2MOSトランジスタ16−1及びビット線3で、磁気抵抗素子7に対してメモリセルを選択する機能を果たしていた。本発明においては、同じ機能を、二組((第1MOSトランジスタ6−1、第2MOSトランジスタ16−1及び第1ビット線3a)及び(第3MOSトランジスタ6−2、第4MOSトランジスタ16−2及び第2ビット線3b))で行う点で、第1の実施の形態と異なる。この場合、電流を流すMOSトランジスタが2倍になるので、読み出し動作時及び書き込み動作時に流す電流を増加させることが出来る。それにより、セルアレイの信頼性を向上させることが可能となる。   In the first embodiment, the set of the first MOS transistor 6-1, the second MOS transistor 16-1, and the bit line 3 fulfill the function of selecting a memory cell for the magnetoresistive element 7. In the present invention, two functions ((first MOS transistor 6-1, second MOS transistor 16-1, and first bit line 3a) and (third MOS transistor 6-2, fourth MOS transistor 16-2, and second function) The second embodiment is different from the first embodiment in that it is performed by a 2-bit line 3b)). In this case, since the number of MOS transistors through which current flows is doubled, it is possible to increase the current flowing during the read operation and the write operation. Thereby, the reliability of the cell array can be improved.

第1MOSトランジスタ6−1は、ゲート(第1ゲート)を第1ワード線3aに、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2MOSトランジスタ16−1のドレイン(第6端子)に接続している。
第2MOSトランジスタ16−1は、ゲート(第2ゲート)を第1ワード線3aに、ソース(第5端子)を第2ビット線5に、ドレイン(第6端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1MOSトランジスタ6のドレイン(第2端子)に接続している。
第3MOSトランジスタ6−2は、ゲート(第3ゲート)を第2ワード線3bに、ソース(第7端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第8端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1MOSトランジスタ6−1のドレイン(第2端子)に接続している。
第4MOSトランジスタ16−2は、ゲート(第4ゲート)を第2ワード線3bに、ソース(第9端子)を第2ビット線5に、ドレイン(第10端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2MOSトランジスタ16−2のドレイン(第6端子)に接続している。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6−1及び第3MOSトランジスタ6−2は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、磁気抵抗素子7−第1ビット線4に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6−1、第2MOSトランジスタ16−1、第3MOSトランジスタ6−2及び第4MOSトランジスタ16−2は、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
The first MOS transistor 6-1 has a gate (first gate) as the first word line 3a, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as one end side of the magnetoresistive element 7. (Fourth terminal) and the drain (sixth terminal) of the second MOS transistor 16-1.
The second MOS transistor 16-1 has a gate (second gate) as the first word line 3a, a source (fifth terminal) as the second bit line 5, and a drain (sixth terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. (Fourth terminal) and the drain (second terminal) of the first MOS transistor 6 are connected.
The third MOS transistor 6-2 has a gate (third gate) as the second word line 3b, a source (seventh terminal) as the first bit line 4, and a drain (eighth terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. (Fourth terminal) and the drain (second terminal) of the first MOS transistor 6-1.
The fourth MOS transistor 16-2 has a gate (fourth gate) as the second word line 3b, a source (ninth terminal) as the second bit line 5, and a drain (tenth terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. (Fourth terminal) and the drain (sixth terminal) of the second MOS transistor 16-2.
During the read operation, the first MOS transistor 6-1 and the third MOS transistor 6-2 connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and cause a current to flow through the magnetoresistive element 7-first bit line 4. Used. During the write operation, the first MOS transistor 6-1, the second MOS transistor 16-1, the third MOS transistor 6-2, and the fourth MOS transistor 16-2 connect the first bit line 4 and the second bit line 5 to each other. It is used to flow current near the magnetoresistive element 7.

第1ワード線3aは、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。
第2ワード線3bは、X軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。第1ワード線3aと第2ワード線3bとは、一つのワード線3がXセレクタ8から出た時点で分岐されたものである。従って、両者は常に同電位であり、Xセレクタ8により同時に選択される。
The first word line 3 a is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
The second word line 3b is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) and is connected to the X selector 8. The first word line 3 a and the second word line 3 b are branched when one word line 3 leaves the X selector 8. Therefore, both are always at the same potential and are simultaneously selected by the X selector 8.

その他の構成については、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

図66は、図65に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2を代表して示している。
メモリセル2hの第1MOSトランジスタ6−1は、ソース6−1a(第1端子)が、コンタクト配線28−1を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6−1b(第1ゲート端子)は、第1ワード線3aを利用している。ドレイン6−1c(第2端子)は、コンタクト配線27に接続している。同様に、第3MOSトランジスタ6−2は、ソース6−2a(第7端子)が、コンタクト配線28−2を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6−2b(第3ゲート端子)は、第2ワード線3bを利用している。ドレイン6−2c(第8端子)は、コンタクト配線27に接続している。
このとき、ドレイン6−1c(第2端子)とドレイン6−2c(第8端子)とは、共通の拡散層6dで形成されている。また、ソース6−1a(第1端子)と隣接するメモリセル2hのソース6−2a(第7端子)とは、共通の他の拡散層6dで形成されている。
FIG. 66 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 65 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 2 in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6-1 of the memory cell 2h, the source 6-1a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28-1. The gate 6-1b (first gate terminal) uses the first word line 3a. The drain 6-1 c (second terminal) is connected to the contact wiring 27. Similarly, in the third MOS transistor 6-2, the source 6-2a (seventh terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28-2. The gate 6-2b (third gate terminal) uses the second word line 3b. The drain 6-2c (eighth terminal) is connected to the contact wiring 27.
At this time, the drain 6-1c (second terminal) and the drain 6-2c (eighth terminal) are formed of a common diffusion layer 6d. The source 6-1a (first terminal) and the source 6-2a (seventh terminal) of the adjacent memory cell 2h are formed by another common diffusion layer 6d.

第2MOSトランジスタ16−1は、ソース16−1a(第5端子)は、コンタクト配線38−1を介して第2ビット線5に接続している。ゲート16−1b(第2ゲート端子)は、第1ワード線3aを利用している。ドレイン16−1c(第6端子)は、コンタクト配線37に接続している。同様に、第4MOSトランジスタ16−2は、ソース16−2a(第9端子)は、コンタクト配線38−2を介して第2ビット線5に接続している。ゲート16−2b(第4ゲート端子)は、第2ワード線3bを利用している。ドレイン16−2c(第10端子)は、コンタクト配線37に接続している。
このとき、ドレイン16−1c(第6端子)とドレイン16−2c(第10端子)とは、共通の拡散層6eで形成されている。また、ソース16−1a(第5端子)と隣接するメモリセル2hのソース16−2a(第9端子)とは、共通の他の拡散層6eで形成されている。
コンタクト配線27とコンタクト配線37とは、引き出し配線層29を介して接続している。
In the second MOS transistor 16-1, the source 16-1a (fifth terminal) is connected to the second bit line 5 via the contact wiring 38-1. The gate 16-1b (second gate terminal) uses the first word line 3a. The drain 16-1 c (sixth terminal) is connected to the contact wiring 37. Similarly, in the fourth MOS transistor 16-2, the source 16-2a (the ninth terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 38-2. The gate 16-2b (fourth gate terminal) uses the second word line 3b. The drain 16-2c (tenth terminal) is connected to the contact wiring 37.
At this time, the drain 16-1c (sixth terminal) and the drain 16-2c (tenth terminal) are formed of a common diffusion layer 6e. Further, the source 16-1a (fifth terminal) and the source 16-2a (ninth terminal) of the adjacent memory cell 2h are formed of another common diffusion layer 6e.
The contact wiring 27 and the contact wiring 37 are connected via a lead wiring layer 29.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)は接地配線24(図66において図示されず)に接続されている。他端側(第3端子)の接地配線24は、メモリセル2hごとに分離する必要が無いため、図3に示すように一体に形成される。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29, and the other end (third terminal) is connected to the ground wiring 24 (not shown in FIG. 66). The ground wiring 24 on the other end side (third terminal) does not need to be separated for each memory cell 2h, and thus is integrally formed as shown in FIG.

このように、隣接するMOSトランジスタ同士で、ソース又はドレイン、及び、コンタクト配線を共有化させている。従って、トランジスタ間の分離領域が必要ではなくなるため、メモリセルを効率よく狭い面積内に配置することができる。すなわち、チップの面積を広げることなく、メモリセル内のMOSトランジスタを増やすことができる。それにより、メモリセルを流れる電流を大きくとることが可能となる。   In this way, adjacent MOS transistors share the source or drain and the contact wiring. Accordingly, an isolation region between the transistors is not necessary, so that the memory cell can be efficiently arranged in a small area. That is, the number of MOS transistors in the memory cell can be increased without increasing the chip area. This makes it possible to increase the current flowing through the memory cell.

図67は、メモリセル2hの構造を示し、図66におけるKK’断面を示す図である。第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタが、分離した以外は第1の実施の形態(図4)と同様であるのでその説明を省略する。   FIG. 67 shows the structure of the memory cell 2h, and shows the KK ′ cross section in FIG. Since the first MOS transistor and the second MOS transistor are the same as those in the first embodiment (FIG. 4) except that they are separated from each other, the description thereof is omitted.

図68は、図65に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た、メモリセル2hの他の構成を示す図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2を代表して示している。
この構成では、磁気抵抗素子7を拡散層上に直接配置している。それにより、引き出し配線層29、コンタクト配線27及び37を省略することができる。その他は、図66と同様である。
FIG. 68 is a diagram showing another configuration of the memory cell 2h of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. In this figure, 2 × 2 memory cells 2 in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In this configuration, the magnetoresistive element 7 is disposed directly on the diffusion layer. Thereby, the lead wiring layer 29 and the contact wirings 27 and 37 can be omitted. Others are the same as in FIG.

図69は、メモリセル2hの他の構成の構造を示し、図68におけるLL’断面を示す図である。図67と比較して、引き出し配線層29、コンタクト配線27及び37が省略され、磁気抵抗素子7が拡散層上に直接配置されている。   FIG. 69 shows a structure of another configuration of the memory cell 2h, and is a diagram showing a cross-section LL 'in FIG. As compared with FIG. 67, the lead-out wiring layer 29 and the contact wirings 27 and 37 are omitted, and the magnetoresistive element 7 is directly disposed on the diffusion layer.

このように、各ビット線より下に、磁気抵抗素子7を配置することにより、MOSトランジスタから引き出し配線層29までのコンタクト配線のための面積が必要なくなる。従って、メモリセルを効率よく狭い面積内に配置することができる。また、高さ方向においても、メモリセルについて、低く配置することができる。   Thus, by arranging the magnetoresistive element 7 below each bit line, an area for contact wiring from the MOS transistor to the lead-out wiring layer 29 becomes unnecessary. Therefore, the memory cells can be efficiently arranged in a small area. Also, the memory cells can be arranged low in the height direction.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第31の実施の形態の動作については、第1の実施の形態における第1MOSトランジスタ6−1及び第2MOSトランジスタ16−1を、それぞれ(第1MOSトランジスタ6−1と第2MOSトランジスタ16−1及び第3MOSトランジスタ6−2と第4MOSトランジスタ16−2に変更した以外は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。   Next, regarding the operation of the 31st embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention, the first MOS transistor 6-1 and the second MOS transistor 16-1 in the first embodiment are respectively ( Except for the first MOS transistor 6-1, the second MOS transistor 16-1, the third MOS transistor 6-2, and the fourth MOS transistor 16-2, the configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. .

本発明により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、MOSトランジスタから引き出し配線層29までのコンタクト配線のための面積が必要なくなる。従って、メモリセルを効率よく狭い面積内に配置することができる。そして、トランジスタ間の分離領域が必要ではなくなるため、メモリセルを効率よく狭い面積内に配置することができる。すなわち、チップの面積を広げることなく、メモリセル内のMOSトランジスタを増やすことができる。それにより、メモリセルを流れる電流を大きくとることが可能となる。
According to the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Further, an area for contact wiring from the MOS transistor to the lead-out wiring layer 29 is not necessary. Therefore, the memory cell can be efficiently arranged in a small area. Since no isolation region between the transistors is necessary, the memory cell can be efficiently arranged in a small area. That is, the number of MOS transistors in the memory cell can be increased without increasing the chip area. This makes it possible to increase the current flowing through the memory cell.

(第32の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第32の実施の形態について説明する。
(Thirty-second embodiment)
A thirty-second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第32の実施の形態の構成について説明する。図79は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第32の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態のMRAMは、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4、複数の第2ビット線5、複数のリファレンスビット線35、Xセレクタ8、Yセレクタ11−1、読み出しYセレクタ11−2、Y側電流源回路12、Y側電源回路19、読み出し電流負荷回路13、Y側電流終端回路14及びセンスアンプ15aを具備する。   The configuration of the thirty-second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 79 is a diagram showing the configuration of a thirty-second embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells according to the present invention. The MRAM according to the present embodiment includes a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4, a plurality of second bit lines 5, a plurality of reference bit lines 35, an X selector 8, and a Y selector 11-1. A read Y selector 11-2, a Y side current source circuit 12, a Y side power supply circuit 19, a read current load circuit 13, a Y side current termination circuit 14 and a sense amplifier 15a.

メモリセルアレイ1は、メモリセル2が行列に配列されている。ここで、メモリセル2は、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16と磁気抵抗素子7とを含む。なお、リファレンス用のメモリセル2をリファレンスセル2rと記す。
第1トランジスタとしての第1MOSトランジスタ6は、ゲート(第1ゲート)をワード線3に、ソース(第1端子)を第1ビット線4に、ドレイン(第2端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第2MOSトランジスタ16のドレイン(第6端子)に接続している。
第2MOSトランジスタ16は、ゲート(第2ゲート)をワード線3に、ソース(第5端子)を第2ビット線5に、ドレイン(第6端子)を磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)及び第1MOSトランジスタ6のドレイン(第2端子)に接続している。
読み出し動作時において、第1MOSトランジスタ6は、磁気抵抗素子7を第1ビット線4に接続し、リファレンスビット線35−磁気抵抗素子7−第1ビット線4に電流を流すために用いられる。書き込み動作時において、第1MOSトランジスタ6と第2MOSトランジスタ16は、第1ビット線4と第2ビット線5とを接続して磁気抵抗素子7近傍に電流を流すために用いる。
磁気抵抗素子7は、一端側(第4端子)を上記各トランジスタに、他端側(第3端子)をリファレンスビット線35に接続さている。記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有する。
In the memory cell array 1, memory cells 2 are arranged in a matrix. Here, the memory cell 2 includes a first MOS transistor 6, a second MOS transistor 16, and a magnetoresistive element 7. The reference memory cell 2 is referred to as a reference cell 2r.
The first MOS transistor 6 as the first transistor has a gate (first gate) as the word line 3, a source (first terminal) as the first bit line 4, and a drain (second terminal) as one end of the magnetoresistive element 7. Side (fourth terminal) and the drain (sixth terminal) of the second MOS transistor 16.
The second MOS transistor 16 has a gate (second gate) as the word line 3, a source (fifth terminal) as the second bit line 5, and a drain (sixth terminal) as one end side (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7. And the drain (second terminal) of the first MOS transistor 6.
During the read operation, the first MOS transistor 6 is used to connect the magnetoresistive element 7 to the first bit line 4 and to pass a current through the reference bit line 35 -the magnetoresistive element 7 -the first bit line 4. During the write operation, the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 are used to connect the first bit line 4 and the second bit line 5 and to allow a current to flow in the vicinity of the magnetoresistive element 7.
The magnetoresistive element 7 has one end (fourth terminal) connected to each of the transistors and the other end (third terminal) connected to the reference bit line 35. It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data.

第1ビット線4は、第1方向としてのY軸方向(ビット線方向)へ延伸するように設けられ、一端をYセレクタ11−1に、他端をY側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第1ビット線4を、リファレンス第1ビット線4rと記す。
第2ビット線5は、第1ビット線4と対を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、Y側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の第2ビット線5を、リファレンス第2ビット線5rと記す。
読み出しビット線35は、第1ビット線4及び第2ビット線5と組を成し、Y軸方向へ延伸して設けられ、一端を読み出しYセレクタ11−2に、他端をY側電流終端回路14に接続されている。なお、リファレンス用の読み出しビット線35を、リファレンス読み出しビット線35rと記す。
ワード線3は、Y軸方向に実質的に垂直な第2方向としてのX軸方向(ワード線方向)へ延伸するように設けられXセレクタ8に接続されている。
そして、上記各メモリセル2は、上記の第1ビット線、第2ビット線及び読み出しビット線の複数の組と複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられている。
The first bit line 4 is provided so as to extend in the Y-axis direction (bit line direction) as the first direction, and has one end connected to the Y selector 11-1 and the other end connected to the Y-side current termination circuit 14. Yes. The reference first bit line 4 is referred to as a reference first bit line 4r.
The second bit line 5 is paired with the first bit line 4, is provided extending in the Y-axis direction, and is connected to the Y-side current termination circuit 14. The reference second bit line 5 is referred to as a reference second bit line 5r.
The read bit line 35 is paired with the first bit line 4 and the second bit line 5, and is provided extending in the Y-axis direction. One end is provided to the read Y selector 11-2 and the other end is provided to the Y side current termination. It is connected to the circuit 14. The reference read bit line 35 is referred to as a reference read bit line 35r.
The word line 3 is provided so as to extend in the X-axis direction (word line direction) as a second direction substantially perpendicular to the Y-axis direction, and is connected to the X selector 8.
Each memory cell 2 is provided corresponding to each of the positions where a plurality of sets of the first bit line, the second bit line, and the read bit line intersect with a plurality of word lines.

Xセレクタ8は、データの読み出し動作時及び書き込み動作時のいずれの場合にも、複数のワード線3から、1つのワード線3を選択ワード線3sとして選択する。
Yセレクタ11−1は、書き込み動作時に、複数の第1ビット線4から、1つの第1ビット線4を選択第1ビット線4sとして選択する。
読み出しYセレクタ11−2は、データの読み出し動作時に、複数の読み出しビット線35から、1つの読み出しビット線35を選択読み出しビット線35sとして選択する。
ここで、選択ワード線3sと選択第1ビット線4sとで選択されるメモリセル2を、選択セル2sと記す。
The X selector 8 selects one word line 3 as the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in both the data read operation and the write operation.
The Y selector 11-1 selects one first bit line 4 from the plurality of first bit lines 4 as the selected first bit line 4s during the write operation.
The read Y selector 11-2 selects one read bit line 35 as a selected read bit line 35s from the plurality of read bit lines 35 during a data read operation.
Here, the memory cell 2 selected by the selected word line 3s and the selected first bit line 4s is referred to as a selected cell 2s.

Y側電流源回路12は、データの書き込み動作時に、選択第1ビット線4sへ所定の電流の供給又は引き込みを行う電流源である。
Y側電流終端回路14は、データの書き込み動作時に、複数の第2ビット線5から、選択第1ビット線4sと対を成す1つの第2ビット線5を選択第2ビット線5sとして選択する。また、データの読み出し動作時に、選択読み出しビット線35を所定の電圧にプリチャージする。第1ビット線4及び第2ビット線を制御するY側電流終端回路14b、及び、読み出しビット線35を制御するY側電流終端回路14aを備える。
Y側電源回路19は、データの書き込み動作時及び読み出し動作時に、Y側電流終端回路14へ所定の電圧を供給する。
ここで、Y側電流源回路12による所定の電流は、書き込むデータに応じて、選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5sの経路を、Yセレクタ11−1へ流れ込む方向又はYセレクタ11−1から流れ出す方向に流れる。
The Y-side current source circuit 12 is a current source that supplies or draws a predetermined current to the selected first bit line 4s during a data write operation.
The Y-side current termination circuit 14 selects one second bit line 5 that forms a pair with the selected first bit line 4s as the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 during the data write operation. . Further, the selective read bit line 35 is precharged to a predetermined voltage during the data read operation. A Y-side current termination circuit 14b for controlling the first bit line 4 and the second bit line and a Y-side current termination circuit 14a for controlling the read bit line 35 are provided.
The Y-side power supply circuit 19 supplies a predetermined voltage to the Y-side current termination circuit 14 during a data write operation and a read operation.
Here, the predetermined current from the Y-side current source circuit 12 flows in the path of the selected first bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s into the Y selector 11-1 in accordance with the data to be written. Or it flows in the direction of flowing out from the Y selector 11-1.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択読み出しビット線35s−選択セル2s−選択第1ビット線4sへ所定の電流を流す。同様に、データの読み出し動作時に、リファレンス読み出しビット線35r−リファレンスセル2r−リファレンス第1ビット線4rへ所定の電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2rにつながるリファレンス読み出しビット線35rの電圧と、選択セル2sにつながる選選択読み出しビット線35sの電圧との差に基づいて、選択セル2sからデータを読み出し、そのデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected read bit line 35s-selected cell 2s-selected first bit line 4s during a data read operation. Similarly, during a data read operation, a predetermined current is passed through the reference read bit line 35r, the reference cell 2r, and the reference first bit line 4r.
The sense amplifier 15 reads data from the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the reference read bit line 35r connected to the reference cell 2r and the voltage of the selected read bit line 35s connected to the selected cell 2s. Output.

ここで、リファレンスセル2rは、基本構造は通常のメモリセル2と同様の構成である。ただし、抵抗値が所定(読み出し電流負荷回路13が流す所定の電流により、「1」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分と、「0」のデータを有する磁気抵抗素子7の電圧降下分との中間の電圧降下を有する)の値に固定され、他のメモリセル2の読み出し動作の際、参照される。そのような設定としては、リファレンスセル2rに流す電流の値の設定や、リファレンスセル2rの磁気抵抗素子7の膜特性(膜厚、材料)等の変更により可能である。   Here, the basic structure of the reference cell 2r is the same as that of the normal memory cell 2. However, the resistance value is predetermined (the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “1” and the voltage drop of the magnetoresistive element 7 having data “0” due to the predetermined current flowing through the read current load circuit 13. And has a voltage drop that is intermediate to the minute) and is referred to during the read operation of the other memory cell 2. Such setting can be made by setting the value of the current passed through the reference cell 2r or changing the film characteristics (film thickness, material) of the magnetoresistive element 7 of the reference cell 2r.

図80は、図79に示すMRAMのメモリセルアレイについて、メモリセルアレイを製造する基板の上方(Z軸の正方向)から見た図である。この図では、メモリセルアレイ1の中の2×2のメモリセル2を代表して示している。
メモリセル2の第1MOSトランジスタ6は、ソース6a(第1端子)が、コンタクト配線28を介して第1ビット線4に接続している。ゲート6b(第1ゲート端子)は、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−1を利用している。ドレイン6c(第2端子)は、コンタクト配線27−引き出し配線層29−コンタクト配線37を介して第2MOSトランジスタ16のドレイン16c(第6端子)に接続している。第2MOSトランジスタ16は、ゲート16b(第2ゲート端子)が、ワード線3からY軸方向に枝分かれしたワード線3−2を利用している。ソース16a(第5端子)は、コンタクト配線38を介して第2ビット線5に接続している。
FIG. 80 is a view of the memory cell array of the MRAM shown in FIG. 79 as viewed from above the substrate on which the memory cell array is manufactured (in the positive direction of the Z axis). In this figure, 2 × 2 memory cells 2 in the memory cell array 1 are shown as representatives.
In the first MOS transistor 6 of the memory cell 2, the source 6 a (first terminal) is connected to the first bit line 4 via the contact wiring 28. The gate 6b (first gate terminal) uses the word line 3-1 branched from the word line 3 in the Y-axis direction. The drain 6c (second terminal) is connected to the drain 16c (sixth terminal) of the second MOS transistor 16 through the contact wiring 27, the lead-out wiring layer 29, and the contact wiring 37. The second MOS transistor 16 uses a word line 3-2 in which a gate 16b (second gate terminal) branches from the word line 3 in the Y-axis direction. The source 16 a (fifth terminal) is connected to the second bit line 5 through the contact wiring 38.

磁気抵抗素子7は、引き出し配線層29上に設けられている。引き出し配線層29を流れる電流により、自発磁化の方向を反転される。ここでは、引き出し配線層29を流れる電流は、X軸方向にながれるので、磁気抵抗素子7が感じる磁界の方向はY軸方向である。従って、Y軸方向に磁化容易となる形状で設けられる。例えば、Y軸方向に平行な長軸を有する楕円又は楕円に類似の形状である。磁気抵抗素子7の一端側(第4端子)は引き出し配線層29に、他端側(第3端子)は読み出しビット線35に接続されている。   The magnetoresistive element 7 is provided on the lead wiring layer 29. The direction of spontaneous magnetization is reversed by the current flowing through the lead wiring layer 29. Here, since the current flowing through the lead wiring layer 29 flows in the X-axis direction, the direction of the magnetic field felt by the magnetoresistive element 7 is the Y-axis direction. Therefore, it is provided in a shape that facilitates magnetization in the Y-axis direction. For example, an ellipse having a long axis parallel to the Y-axis direction or a shape similar to an ellipse. One end (fourth terminal) of the magnetoresistive element 7 is connected to the lead-out wiring layer 29, and the other end (third terminal) is connected to the read bit line 35.

図81は、メモリセル2の構造を示し、図80におけるMM’断面を示す図である。
第1MOSトランジスタ6は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第1拡散層としてのソース6aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線28を介して第1ビット線4と接続している。第2拡散層としてのドレイン6cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線27を介して引き出し配線層29の一端に接続している。第1ゲートとしてのゲート6bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−1を利用している。ただし、ドレイン6cは、ソース6aよりもメモリセル2の内側に設けられている。
第2MOSトランジスタ16は、半導体基板の表面部に形成される。半導体基板内に設けられた第3拡散層としてのソース16aは、Z軸方向に延びるコンタクト配線38を介して第2ビット線5と接続している。第4拡散層としてのドレイン16cは、Z軸方向に延びるコンタクト配線37を介して引き出し配線層29の他端に接続している。第2ゲートとしてのゲート16bは、ワード線3から枝分かれしたワード線3−2を利用している。ただし、ドレイン16cは、ソース16aよりもメモリセル2の内側に設けられている。
磁気抵抗素子7は、一端側において引き出し配線層29上に接続して設けられている。他端側は、コンタクト配線26を介して、読み出しビット線35に接続されている。
FIG. 81 shows the structure of the memory cell 2 and shows a cross section taken along line MM ′ in FIG.
The first MOS transistor 6 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 6a as a first diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the first bit line 4 via a contact wiring 28 extending in the Z-axis direction. The drain 6c as the second diffusion layer is connected to one end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 27 extending in the Z-axis direction. The gate 6 b as the first gate uses the word line 3-1 branched from the word line 3. However, the drain 6c is provided inside the memory cell 2 with respect to the source 6a.
The second MOS transistor 16 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate. A source 16a as a third diffusion layer provided in the semiconductor substrate is connected to the second bit line 5 through a contact wiring 38 extending in the Z-axis direction. The drain 16c as the fourth diffusion layer is connected to the other end of the lead-out wiring layer 29 via a contact wiring 37 extending in the Z-axis direction. The gate 16 b as the second gate uses the word line 3-2 branched from the word line 3. However, the drain 16c is provided inside the memory cell 2 with respect to the source 16a.
The magnetoresistive element 7 is connected to the lead wiring layer 29 on one end side. The other end is connected to the read bit line 35 via the contact wiring 26.

本実施の形態のメモリセルアレイは、第1の実施の形態におけるメモリセルアレイに比較して、寄生容量をより小さくすることができる。それを図82及び図83を用いて説明する。
図82は、第1の実施の形態のメモリセル2における寄生容量を示す図である。寄生容量を考える場合、選択セルは一つであり、非選択セルを中心に考えるものとする。この図のメモリセルは非選択セル(第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタはオフ)とする。この場合、拡散層(6a、6c、16a、16c)による拡散容量素子(Cdif)は、対極が基板電位である。第1の実施の形態の場合、基板電位はGND電位であり、電位が動かないので、寄生容量値は概ね固定された状態にある。図82では、一つのトランジスタについてCdifの2個分となる。磁気抵抗素子7の寄生容量素子はCtmrであり、一端がGND電位であるので、この場合もCtmrは概ね固定でされた状態にある。ここで、セル節点N1における実効的な容量値Ccは、次のような容量素子の直列結合で表される。
1/Cc=1/C(Ctmr)+1/2×C(Cdif) (a)
ただし、C(Ctmr)及びC(Cdif)は、それぞれCtmr+Cdifの容量値である。ここでは、Cdif及びCtmrが固定されているので、Ccも概ね固定された値となる。
The memory cell array according to the present embodiment can have a smaller parasitic capacitance than the memory cell array according to the first embodiment. This will be described with reference to FIGS. 82 and 83. FIG.
FIG. 82 is a diagram illustrating parasitic capacitance in the memory cell 2 according to the first embodiment. When the parasitic capacitance is considered, there is one selected cell, and the non-selected cell is mainly considered. The memory cell in this figure is a non-selected cell (the first MOS transistor 6 and the second MOS transistor are off). In this case, in the diffusion capacitor element (Cdif) including the diffusion layers (6a, 6c, 16a, 16c), the counter electrode is the substrate potential. In the case of the first embodiment, since the substrate potential is the GND potential and the potential does not move, the parasitic capacitance value is substantially fixed. In FIG. 82, there are two Cdif for one transistor. Since the parasitic capacitance element of the magnetoresistive element 7 is Ctmr and one end is at the GND potential, Ctmr is also generally fixed in this case. Here, the effective capacitance value Cc at the cell node N1 is represented by the following series coupling of capacitive elements.
1 / Cc = 1 / C (Ctmr) + 1/2 × C (Cdif) (a)
However, C (Ctmr) and C (Cdif) are capacitance values of Ctmr + Cdif, respectively. Here, since Cdif and Ctmr are fixed, Cc is also substantially fixed.

図83は、本実施の形態のメモリセル2における寄生容量を示す図である。本実施の形態の場合、磁気抵抗素子7の一方の端子がGNDではなく、読み出しビット線35に接続されている。そのため、読み出しビット線35の電位により、磁気抵抗素子7の寄生容量素子のC(Ctmr)は変動する。上記(a)式を参照して、C(Cdif)を一定とすると、Ccは、C(Ctmr)が無限大のときに最大となる。しかし、その場合でも、Ccは従来の2×C(Cdif)を超えることはない。実際には、C(Ctmr)が2×C(Cdif)程度なので、Ccは、第1の実施の形態の半分になる。すなわち、本実施の形態のメモリセルアレイは、第1の実施の形態におけるメモリセルアレイに比較して、寄生容量をより小さくすることができる。   FIG. 83 is a diagram showing parasitic capacitance in the memory cell 2 of the present embodiment. In the case of the present embodiment, one terminal of the magnetoresistive element 7 is connected to the read bit line 35 instead of GND. Therefore, C (Ctmr) of the parasitic capacitance element of the magnetoresistive element 7 varies depending on the potential of the read bit line 35. With reference to the above equation (a), if C (Cdif) is constant, Cc becomes maximum when C (Ctmr) is infinite. However, even in that case, Cc does not exceed the conventional 2 × C (Cdif). Actually, since C (Ctmr) is about 2 × C (Cdif), Cc is half that of the first embodiment. That is, the memory cell array according to the present embodiment can reduce the parasitic capacitance as compared with the memory cell array according to the first embodiment.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第32の実施の形態の動作について説明する。
図84は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第32の実施の形態の動作を説明する図である。すなわち、図84は、1つのメモリセル2を例にとって、書き込み及び読み出し経路の回路を例示した回路図を示す。図85は、その読み出し動作におけるタイミングチャートを示す図である。図86は、その書き込み動作におけるタイミングチャートを示す図である。
Next, the operation of the thirty-second embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained.
FIG. 84 is a diagram for explaining the operation of the 32nd embodiment of the magnetic random access memory (MRAM) including the magnetic memory cell of the present invention. That is, FIG. 84 is a circuit diagram illustrating a circuit for writing and reading paths, taking one memory cell 2 as an example. FIG. 85 is a diagram showing a timing chart in the read operation. FIG. 86 shows a timing chart in the write operation.

図84を参照して、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。
まず、読み出し動作中において、第1ビット線4及び第2ビット線5(リファレンス第1及び第2ビット線4r、5rを含む)は、Y側電流終端回路14bにより常にGND電位である(図85では、BLU5及びBLL4が常にGND電位となっている)。また、複数の読み出しビット線35(リファレンス読み出しビット線35rを含む)は、全てプリチャージ電位Vprにプリチャージされている(図85では、RBLi35がtR1でVprになっている)。
(1)ステップS361
Xセレクタ8は、行アドレス(2ビット:X0及びX1)の入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する(図85では、WL3がtR1でhighになる)。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(2)ステップS362
Y側電流終端回路14aは、読み出しアクティブ信号RAを入力される(図85では、RAがtR1でhighになる)。それにより、複数の読み出しビット線35とプリチャージ電位Vprとの接続をオフにする。一方、読み出しYセレクタ11−2は、列アドレス(2ビット:Y0及びY1)を入力される。これにより、複数の読み出しビット線35から選択読み出しビット線35sを選択する。そして、読み出しアクティブ信号RAにより、読み出し電流負荷回路13は、選択セル2s及びリファレンスセル2rの磁気抵抗素子7に概ねプリチャージ電圧Vprの電位がかかるようにする。それにより、選択読み出しビット線35sに所定の電流Isを流し、リファレンス読み出しビット線35rに所定の電流Irを流す。この場合、選択読み出しビット線35sには、プリチャージ電圧が印加され続けているため、ビット線の寄生容量を充電することなく、電流Isを流すことができる。
このとき、読み出し電流負荷回路13から選択読み出しビット線35s(概ねプリチャージ電圧)を介して、選択セル2sの磁気抵抗素子7−第1MOSトランジスタ6を経由して、選択第1ビット線4s(GND電位)へ電流Isが流れ込む(図85では、RBLi35がtR2からtR5の間、選択セル2sのデータに応じてVpr又はVpr−Δになる)。同様に、読み出し電流負荷回路13−リファレンス読み出しビット線35r−選択リファレンスセル2r(選択ワード線3sとリファレンス第1ビット線4rとの交点に対応するリファレンスセル2r)の磁気抵抗素子7−第1MOSトランジスタ6を経由して、リファレンス第1ビット線4rへ電流Irが流れ込む。
(3)ステップS363
読み出しアクティブ信号RAにより、センスアンプ15は、所定の電流Isを流したときの選択読み出しビット線35sの電圧と、所定の電流Irを流したときのリファレンス読み出しビット線35rの電圧との差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する(図85では、OUTがtR3からtR6の間、選択セル2sのデータに応じて所定の値を出力する)。
その後、Xセレクタ8が選択ワード線3を開放し、読み出しアクティブ信号RAがlowになり(図85ではtR4)、電流Isが止まり(図85ではtR5)、出力が止まり(図85ではtR6)、読み出し動作が終了する(図85ではtR7)。
Referring to FIG. 84, reading of data from memory cell 2 is performed as follows.
First, during the read operation, the first bit line 4 and the second bit line 5 (including the reference first and second bit lines 4r and 5r) are always at the GND potential by the Y-side current termination circuit 14b (FIG. 85). Then, BLU5 and BLL4 are always at GND potential). Further, the plurality of read bit lines 35 (including the reference read bit line 35r), all the precharge potential Vpr are precharged to (in FIG. 85, RBLi35 is turned Vpr with t R1).
(1) Step S361
X selector 8, a row address: the input (2 bits X0 and X1), selects a selected word line 3s of a plurality of word lines 3 (in FIG. 85, WL3 becomes high at t R1). The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(2) Step S362
The Y-side current termination circuit 14a receives the read active signal RA (in FIG. 85, RA becomes high at t R1 ). Thereby, the connection between the plurality of read bit lines 35 and the precharge potential Vpr is turned off. On the other hand, the column address (2 bits: Y0 and Y1) is input to the read Y selector 11-2. As a result, the selected read bit line 35 s is selected from the plurality of read bit lines 35. Then, by the read active signal RA, the read current load circuit 13 causes the precharge voltage Vpr to be applied to the magnetoresistive elements 7 of the selected cell 2s and the reference cell 2r. Thereby, a predetermined current Is is supplied to the selected read bit line 35s, and a predetermined current Ir is supplied to the reference read bit line 35r. In this case, since the precharge voltage is continuously applied to the selected read bit line 35s, the current Is can be supplied without charging the parasitic capacitance of the bit line.
At this time, the selected first bit line 4s (GND) is connected from the read current load circuit 13 via the selected read bit line 35s (generally precharge voltage) via the magnetoresistive element 7-first MOS transistor 6 of the selected cell 2s. Current Is flows into (potential) (in FIG. 85, RBLi35 becomes Vpr or Vpr−Δ depending on the data of the selected cell 2s during t R2 to t R5 ). Similarly, magnetoresistive element 7-first MOS transistor of read current load circuit 13-reference read bit line 35r-selected reference cell 2r (reference cell 2r corresponding to the intersection of selected word line 3s and reference first bit line 4r). 6, the current Ir flows into the reference first bit line 4r.
(3) Step S363
Based on the read active signal RA, the sense amplifier 15 is based on the difference between the voltage of the selected read bit line 35s when the predetermined current Is is passed and the voltage of the reference read bit line 35r when the predetermined current Ir is passed. Then, either “1” or “0” is output (in FIG. 85, when OUT is between t R3 and t R6 , a predetermined value is output according to the data of the selected cell 2s).
Thereafter, the X selector 8 releases the selected word line 3, the read active signal RA becomes low (t R4 in FIG. 85), the current Is stops (t R5 in FIG. 85), and the output stops (t in FIG. 85). R6 ), the read operation is completed (t R7 in FIG. 85).

以上の読み出し動作により、選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, data of the selected cell 2s can be read.

図84を参照して、メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。
まず、書き込み動作中において、複数の読み出しビット線35(リファレンス読み出しビット線35rを含む)は、全てプリチャージ電位Vprにプリチャージされている(図86では、RBLi35が常にVprになっている)。
Referring to FIG. 84, data is written to memory cell 2 as follows.
First, during the write operation, all of the plurality of read bit lines 35 (including the reference read bit line 35r) are precharged to the precharge potential Vpr (in FIG. 86, RBLi35 is always at Vpr).

(1)ステップS371
Xセレクタ8は、行アドレス(2ビット:X0及びX1)の入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する(図86では、WL3がtW1でhighになる)。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(2)ステップS372
Yセレクタ11−1は、列アドレス(2ビット:Y0及びY1)の入力される。これにより、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。Y側電流終端回路14bは、書き込みアクティブ信号WAを入力される(図86では、WAがtW1でhighになる)。これにより、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
このとき、Y側電流終端回路14bは、選択第2ビット線5sに、所定の電圧Vtermを印加する。Y側電流源回路12は、書き込みアクティブ信号WAとデータ信号Dataに基づいて、データ信号Dataに対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(「0」の場合:Y側電流源回路12に引き込む方向)又は電流Iw(1)(「1」の場合、Y側電流源回路12から流れ出る方向)を選択第1ビット線4s−選択セル2sへ流す(図86では、BLU5及びBLL4が、tW2からtR4の間、選択セル2sのデータに応じてGND電位とVtremとの間の2種類の電位のいずれかになる)。
電流Iw(0)又は電流Iw(1)は、選択第2ビット線5s−選択セル2sの第2MOSトランジスタ16(−選択セル2sの引き出し配線層29)−選択セル2sの第1MOSトランジスタ6−選択第1ビット線4sの経路を、順又は逆の方向に流れる。
(3)ステップS373
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(+X方向)又は電流Iw(1)(−X方向)が流れることにより、−Y方向、又は、+Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号Dataに対応する自発磁化を記憶する。
その後、Xセレクタ8が選択ワード線3を開放し、書き込みアクティブ信号WAがlowになり(図86ではtW3)、電流Isが止まり(図86ではtW4)、書き込み動作が終了する(図86ではtW5)。
(1) Step S371
X selector 8, a row address: the input (2 bits X0 and X1), selects a selected word line 3s of a plurality of word lines 3 (in FIG. 86, WL3 becomes high at t W1). The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(2) Step S372
A column address (2 bits: Y0 and Y1) is input to the Y selector 11-1. As a result, the selected first bit line 4s is selected from the plurality of first bit lines 4. Y-side current termination circuit 14b is input to the write active signal WA (in FIG 86, WA is high at t W1). As a result, the selected second bit line 5s is selected from the plurality of second bit lines 5. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
At this time, the Y-side current termination circuit 14b applies a predetermined voltage Vterm to the selected second bit line 5s. Based on the write active signal WA and the data signal Data, the Y-side current source circuit 12 has a current Iw (0) (in the case of “0”: Y-side current source circuit 12 having a predetermined magnitude corresponding to the data signal Data. ) Or current Iw (1) (in the case of “1”, the direction of flowing out from the Y-side current source circuit 12) flows to the selected first bit line 4s−selected cell 2s (in FIG. 86, BLU5 and BLL4 are between t W2 of t R4, it becomes one of two potential between the GND potential and Vtrem according to the data of the selected cell 2s).
The current Iw (0) or the current Iw (1) is generated by selecting the selected second bit line 5s-the second MOS transistor 16 of the selected cell 2s (-the lead wiring layer 29 of the selected cell 2s) -the first MOS transistor 6 of the selected cell 2s. The path of the first bit line 4s flows in the forward or reverse direction.
(3) Step S373
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (+ X direction) or the current Iw (1) (−X direction) flows on the lead-out wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the −Y direction or + Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal Data is stored.
Thereafter, the X selector 8 releases the selected word line 3, the write active signal WA becomes low (t W3 in FIG. 86), the current Is stops (t W4 in FIG. 86), and the write operation ends (FIG. 86). Then t W5 ).

なお、リファレンスアクティブ信号SRは、リファレンスセル2rに書き込みを行う際に、リファレンスセル2rを選択する信号であり、通常のメモリセル2における書き込みアクティブ信号WAに対応する。   The reference active signal SR is a signal for selecting the reference cell 2r when writing to the reference cell 2r, and corresponds to the write active signal WA in the normal memory cell 2.

以上の書き込み動作により、選択セル2sにデータを書き込むことができる。   With the above write operation, data can be written to the selected cell 2s.

なお、プリチャージ電位Vprを、書き込み動作時における磁気抵抗素子7の引き出し配線層29の電位と同程度にすることで、書き込み時に磁気抵抗素子7中にトンネル電流を流さないように設定することも可能である。すなわち、データの書き込み動作時には、磁気抵抗素子7の両端が同じ電圧(プリチャージ電圧Vpr)になり電位差が無くなるので、書き込み電流のメモリセル2内での損失を防止することが出来る。すなわち、書き込み電流の精度を向上させることが可能となる。   Note that by setting the precharge potential Vpr to the same level as the potential of the lead-out wiring layer 29 of the magnetoresistive element 7 during the write operation, it may be set so that no tunnel current flows in the magnetoresistive element 7 during the write operation. Is possible. That is, at the time of data write operation, both ends of the magnetoresistive element 7 are at the same voltage (precharge voltage Vpr) and the potential difference is eliminated, so that loss of write current in the memory cell 2 can be prevented. That is, it is possible to improve the accuracy of the write current.

本実施の形態により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、磁気抵抗素子の一端を読み出しビット線に接続し、読み出しビット線の電位を概ね所定のプリチャージ電圧にしているため、ビット線の寄生容量に充電することなく、その影響をより小さくすることが可能となる。すなわち、ビット線の寄生容量を実効的に小さくでき、素子の動作速度を向上することが可能となる。
According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In addition, since one end of the magnetoresistive element is connected to the read bit line and the potential of the read bit line is set to a predetermined precharge voltage, the influence is further reduced without charging the parasitic capacitance of the bit line. It becomes possible. That is, the parasitic capacitance of the bit line can be effectively reduced, and the operation speed of the element can be improved.

(第33の実施の形態)
本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第33の実施の形態について説明する。
(Thirty-third embodiment)
A thirty-third embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described.

本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第33の実施の形態の構成について説明する。図87は、本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第33の実施の形態の構成を示す図である。図87は、図79に示すMRAMの回路例を階層化した構成を示している。本実施の形態のMRAMは、セルアレイ41h−0〜41h−3、セルアレイセレクタ44a、Y側電流源回路42、Y側電流終端回路14a’’、読み出し電流負荷回路13及びセンスアンプ15を具備する。   The configuration of the 33rd embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be described. FIG. 87 is a diagram showing the configuration of a thirty-third embodiment of a magnetic random access memory (MRAM) including magnetic memory cells of the present invention. FIG. 87 shows a configuration in which the circuit example of the MRAM shown in FIG. 79 is hierarchized. The MRAM according to the present embodiment includes cell arrays 41h-0 to 41h-3, a cell array selector 44a, a Y-side current source circuit 42, a Y-side current termination circuit 14a '', a read current load circuit 13, and a sense amplifier 15.

セルアレイ41h−0〜41h−3は、メモリセルアレイ1、複数のワード線3、複数の第1ビット線4(リファレンス第1ビット線4rを含む)、複数の第2ビット線5(リファレンス第2ビット線5rを含む)、複数の読み出しビット線35(リファレンス読み出しビット線35rを含む)Xセレクタ8、Yセレクタ11−1a(ただし、リファレンス第1ビット線4rの選択/非選択も行う)、読み出しYセレクタ11−2a、Y側電流終端回路14a’、Y側電流終端回路14b’を備える。各構成は、Yセレクタ11−1aが第1ビット線4の選択だけでなくリファレンス第1ビット線4rの選択も可能であること、Y側電流終端回路14b’の電源が外部にある以外は、第32の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
なお、図87においては、4つのセルアレイ41を示しているが、本発明は、この数に制限されるものではない。
The cell arrays 41h-0 to 41h-3 include a memory cell array 1, a plurality of word lines 3, a plurality of first bit lines 4 (including a reference first bit line 4r), and a plurality of second bit lines 5 (reference second bits). A plurality of read bit lines 35 (including a reference read bit line 35r), an X selector 8 and a Y selector 11-1a (however, selection / non-selection of the reference first bit line 4r), read Y A selector 11-2a, a Y-side current termination circuit 14a ′, and a Y-side current termination circuit 14b ′ are provided. Each configuration is such that the Y selector 11-1a can select not only the first bit line 4 but also the reference first bit line 4r, and the Y-side current termination circuit 14b ′ has an external power source. Since this is the same as in the thirty-second embodiment, its description is omitted.
In FIG. 87, four cell arrays 41 are shown, but the present invention is not limited to this number.

セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41hを選択するセルアレイ選択信号MWSi(i=0〜3の整数:セルアレイ41hの番号)に基づいて、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2により、選択セルアレイ41h−iを選択する。選択セルアレイ41h−iは、第1書き込みメインビット線68−1及び第2書き込みメインビット線68−2により、Y側電流源回路42に接続されデータの書き込み動作を行う。また、第1読み出しメインビット線69−1及び第2読み出しメインビット線69−2により、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15と、Y側電流終端回路14a’’とに接続され、データの読み出し動作を行う。   The cell array selector 44a is based on a cell array selection signal MWSi for selecting the cell array 41h (i = integer of 0-3: number of the cell array 41h), a selector write transistor 44a-1a, a selector read transistor 44a-1b, and a selector The selected cell array 41h-i is selected by the read transistor 44a-1c and the selector write transistor 44a-2. The selected cell array 41h-i is connected to the Y-side current source circuit 42 by the first write main bit line 68-1 and the second write main bit line 68-2 and performs a data write operation. The first read main bit line 69-1 and the second read main bit line 69-2 are connected to the read current load circuit 13, the sense amplifier 15, and the Y-side current termination circuit 14a '', and Read operation is performed.

Y側電流終端回路14a’’は、読み出しアクティブ信号RA(後述)のhighのとき以外において、第1読み出しメインビット線69−1及び第2読み出しメインビット線69−2をプリチャージ電圧Vprにプリチャージする。   The Y-side current termination circuit 14a '' precharges the first read main bit line 69-1 and the second read main bit line 69-2 to the precharge voltage Vpr except when the read active signal RA (described later) is high. Charge.

Y側電流源回路42は、データの書き込みに、選択セルアレイ41h−iの選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとの間へ、所定の電流の供給及び引き込みを行う電流源である。
例えば、データ「1」の書き込み動作時に、第2書き込みメインビット線68−2−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a)−選択セルアレイ41h−iへ電流を供給し、Yセレクタ11−1a−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流源終端回路14b’−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−2)−第1書き込みメインビット線68−1(第1書き込みメインビット線68−2は接地に固定)の経路で電流を流す。
データ「0」の書き込み動作時には、逆向きに、第1書き込みメインビット線68−1−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−2)−選択セルアレイ41h−iへ電流を供給し、Y側電流源終端回路14b’−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11−1a−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a)−第1書き込みメインビット線68−1(第1メインビット線68−1は接地に固定)の経路で電流を供給する。ただし、42aは、定電流を発生し、42bが電流の供給方向を選択する。
The Y-side current source circuit 42 is a current source that supplies and draws a predetermined current between the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s of the selected cell array 41h-i for data writing. .
For example, during the write operation of data “1”, current is supplied to the second write main bit line 68-2-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-1a) -selected cell array 41h-i, and the Y selector 11-1a. -Selected first bit line 4s-Selected cell 2s-Selected second bit line 5s-Y-side current source termination circuit 14b '-Cell array selector 44a (selector write transistor 44a-2)-First write main bit line 68-1 A current flows through a path (first write main bit line 68-2 is fixed to ground).
During the write operation of data “0”, the current is supplied to the first write main bit line 68-1-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-2) -selected cell array 41h-i in the reverse direction, and the Y-side current Source termination circuit 14b'-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11-1a-cell array selector 44a (selector write transistor 44a-1a) -first write main bit line 68 -1 (the first main bit line 68-1 is fixed to the ground) is supplied with current. However, 42a generates a constant current, and 42b selects a current supply direction.

読み出し電流負荷回路13は、データの読み出し動作時に、選択セルアレイ41h−iの選択読み出しビット線35sへ所定の電流を流す。同時に、選択セルアレイ41h−iのリファレンス読み出しビット線35rへ所定の電流を流す。すなわち、データの読み出し動作時には、第2読み出しメインビット線69−1−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c)−読み出しYセレクタ11−2a−選択読み出しビット線35s−選択セル2s経由で電流を流す。同時に、第1読み出しメインビット線69−1−セルアレイセレクタ44a(セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b)−選択読み出しビット線35s−リファレンスセル2r経由で電流を流す。
センスアンプ15は、リファレンスセル2rにつながる第2読み出しメインビット線69−2の電圧と、選択セル2sにつながる第1読み出しメインビット線69−1の電圧との差に基づいて、選択セル2sの読み出したデータを出力する。
The read current load circuit 13 supplies a predetermined current to the selected read bit line 35s of the selected cell array 41h-i during the data read operation. At the same time, a predetermined current is supplied to the reference read bit line 35r of the selected cell array 41h-i. That is, during the data read operation, the current flows through the second read main bit line 69-1-cell array selector 44a (selector read transistor 44a-1c) -read Y selector 11-2a-selected read bit line 35s-selected cell 2s. Shed. At the same time, a current flows through the first read main bit line 69-1-cell array selector 44a (selector read transistor 44a-1b) -selected read bit line 35s-reference cell 2r.
The sense amplifier 15 determines the voltage of the selected cell 2s based on the difference between the voltage of the second read main bit line 69-2 connected to the reference cell 2r and the voltage of the first read main bit line 69-1 connected to the selected cell 2s. Output the read data.

次に、本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第33の実施の形態の動作について説明する。ただし、YSWj(j=0〜m:m+1は第1ビット線4の数)はj番の第1ビット線4を選択する信号であり、WAは書き込みアクティブ信号であり、RAは読み出しアクティブ信号であり、YSWRは読み出し動作時及び書き込み動作時にリファレンスセルを選択する信号であり、YSWRWは書き込み動作時にリファレンスセル2rを選択する信号である。SRはリファレンスセル2rに書き込みを行う際にリファレンスセル2rをアクティブにする信号である。本明細書中において同じである。   Next, the operation of the 33rd embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of the present invention will be explained. However, YSWj (j = 0 to m: m + 1 is the number of first bit lines 4) is a signal for selecting the j-th first bit line 4, WA is a write active signal, and RA is a read active signal. YSWR is a signal for selecting a reference cell during a read operation and a write operation, and YSWRW is a signal for selecting a reference cell 2r during a write operation. SR is a signal for activating the reference cell 2r when writing to the reference cell 2r. The same applies throughout this specification.

図87のMRAMにおいて、メモリセル2からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。複数の読み出しビット線35(リファレンス読み出しビット線35rを含む)は、セルアレイ選択信号MWSiのhighのとき以外において、Y側電流終端回路14a’により全てプリチャージ電位Vprにプリチャージされている。
(1)ステップS381
セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41h−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1c、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1b、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1aをオンにし、選択セルアレイ41h−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41h−iと、読み出し電流負荷回路13と、センスアンプ15と、Y側電流終端回路14a’’とは、第1読み出しメインビット線69−1及び第2読み出しメインビット線69−2により接続される。
(2)ステップS382
選択セルアレイ41h−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS383
選択セルアレイ41h−iの読み出しYセレクタ11−2aは、列アドレスの入力により、複数の読み出しビット線35から選択読み出しビット線35sを選択する。Yセレクタ11−1aは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択し、リファレンス第1ビット線4rを選択する。このとき、リファレンス読み出しビット線35rは、セレクタ用読み出しトランジスタ44a−1bで選択されている。そして、読み出しアクティブ信号により、読み出し電流負荷回路13は、第2読み出しメインビット線69−2−読み出しYセレクタ11−2a−選択読み出しビット線35sを介し、選択セル2sの磁気抵抗素子7−第1MOSトランジスタ6を経由して、選択第1ビット線4s−Yセレクタ11−1a−第2書き込みメインビット線68−2(GND電位)へ電流Isを流し込む。同時に、第1読み出しメインビット線69−1−リファレンス読み出しビット線35r−選択リファレンスセル2rの磁気抵抗素子7−第1MOSトランジスタ6を経由して、リファレンス第1ビット線4r−Yセレクタ11−1a−第2書き込みメインビット線68−2(GND電位)へ電流Irを流し込む。
(4)ステップS384
読み出しアクティブ信号により、センスアンプ15は、第2読み出しメインビット線69−2の電位と第1読み出しメインビット線69−1の電位との電位差に基づいて、「1」又は「0」のいずれか一方を出力する。
In the MRAM shown in FIG. 87, data is read from the memory cell 2 as follows. The plurality of read bit lines 35 (including the reference read bit line 35r) are all precharged to the precharge potential Vpr by the Y-side current termination circuit 14a ′ except when the cell array selection signal MWSi is high.
(1) Step S381
The cell array selector 44a turns on the selector read transistor 44a-1c, the selector read transistor 44a-1b, and the selector write transistor 44a-1a based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41h-i. The selected cell array 41h-i is selected.
At this time, the selected cell array 41h-i, the read current load circuit 13, the sense amplifier 15, and the Y-side current termination circuit 14a '' have the first read main bit line 69-1 and the second read main bit line 69. -2 to connect.
(2) Step S382
The X selector 8 of the selected cell array 41h-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S383
The read Y selector 11-2a of the selected cell array 41h-i selects the selected read bit line 35s from the plurality of read bit lines 35 in response to the column address input. The Y selector 11-1a selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 and selects the reference first bit line 4r by the input of the column address. At this time, the reference read bit line 35r is selected by the selector read transistor 44a-1b. Then, in response to the read active signal, the read current load circuit 13 causes the magnetoresistive element 7-first MOS of the selected cell 2s to pass through the second read main bit line 69-2-read Y selector 11-2a-selected read bit line 35s. The current Is is supplied to the selected first bit line 4s-Y selector 11-1a-second write main bit line 68-2 (GND potential) via the transistor 6. At the same time, the first read main bit line 69-1—the reference read bit line 35r—the magnetoresistive element 7 of the selected reference cell 2r—the first MOS transistor 6 and the reference first bit line 4r—the Y selector 11-1a— The current Ir is supplied to the second write main bit line 68-2 (GND potential).
(4) Step S384
Depending on the read active signal, the sense amplifier 15 is either “1” or “0” based on the potential difference between the potential of the second read main bit line 69-2 and the potential of the first read main bit line 69-1. Output one.

以上の読み出し動作により、所望の選択セルアレイ41b−iにおける所望の選択セル2sのデータを読み出すことができる。   With the above read operation, the data of the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41b-i can be read.

メモリセル2へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。書き込み動作中において、複数の読み出しビット線35(リファレンス読み出しビット線35rを含む)は、Y側電流終端回路14a’により全てプリチャージ電位Vprにプリチャージされている。   Data is written to the memory cell 2 as follows. During the write operation, the plurality of read bit lines 35 (including the reference read bit line 35r) are all precharged to the precharge potential Vpr by the Y-side current termination circuit 14a '.

(1)ステップS391
セルアレイセレクタ44aは、セルアレイ41h−iのいずれか1つを選択するセルアレイ選択信号MWSiに基づいて、セレクタ用書き込みトランジスタ44a−1a及びセレクタ用書き込みトランジスタ44a−2をオンにし、選択セルアレイ41h−iを選択する。
このとき、選択セルアレイ41h−iと、Y側電流源回路42とは、第2書き込みメインビット線68−2及び第1書き込みメインビット線68−1により接続される。
(2)ステップS392
選択セルアレイ41h−iのXセレクタ8は、行アドレスの入力により、複数のワード線3から選択ワード線3sを選択する。各メモリセル2の第1MOSトランジスタ6及び第2MOSトランジスタ16はオンになる。
(3)ステップS393
選択セルアレイ41h−iの第1Yセレクタ11’aは、列アドレスの入力により、複数の第1ビット線4から選択第1ビット線4sを選択する。また、Y側電流終端回路14b’は、書き込みアクティブ信号により、複数の第2ビット線5から選択第2ビット線5sを選択する。選択第1ビット線4sと選択第2ビット線5sとは、対を成しているものが選択される。
(a)「1」を書き込む場合
第1書き込みメインビット線68−1が接地に固定される。すなわち、選択第2ビット線5sは、Y側電流終端回路14b’経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「1」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(1)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第2書き込みメインビット線68−2−セルアレイセレクタ44a−Yセレクタ11−1a−選択第1ビット線4s−選択セル2s−選択第2ビット線5s−Y側電流終端回路14b’−セルアレイセレクタ44a−第1書き込みメインビット線68−1−接地の経路で流す。
(b)「0」を書き込む場合
第2書き込みメインビット線68−2が接地に固定される。すなわち、選択第1ビット線4sは、Yセレクタ11−1a経由で、接地に固定される。Y側電流源回路42は、書き込みアクティブ信号とデータ信号(「0」)に基づいて、データ信号に対応した所定の大きさを有する電流Iw(0)(Y側電流源回路42から流れ出る方向)を、第1書き込みメインビット線68−1−セルアレイセレクタ44a−Y側電流終端回路14b’−選択第2ビット線5s−選択セル2s−選択第1ビット線4s−Yセレクタ11−1a−セルアレイセレクタ44a−第2書き込みメインビット線68−2−接地の経路で流す。
(4)ステップS394
選択セル2sにおいては、磁気抵抗素子7の接する引き出し配線層29上に電流Iw(0)(−X方向)又は電流Iw(1)(+X方向)が流れることにより、+Y方向、又は、−Y方向に磁界が発生する。その磁界により、磁気抵抗素子7のフリー層21の自発磁界が反転し、データ信号に対応する自発磁化を記憶する。
(1) Step S391
The cell array selector 44a turns on the selector write transistor 44a-1a and the selector write transistor 44a-2 based on the cell array selection signal MWSi for selecting any one of the cell arrays 41h-i, and selects the selected cell array 41h-i. select.
At this time, the selected cell array 41h-i and the Y-side current source circuit 42 are connected by the second write main bit line 68-2 and the first write main bit line 68-1.
(2) Step S392
The X selector 8 of the selected cell array 41h-i selects the selected word line 3s from the plurality of word lines 3 in response to the input of the row address. The first MOS transistor 6 and the second MOS transistor 16 of each memory cell 2 are turned on.
(3) Step S393
The first Y selector 11′a of the selected cell array 41h-i selects the selected first bit line 4s from the plurality of first bit lines 4 in response to the input of the column address. In addition, the Y-side current termination circuit 14b ′ selects the selected second bit line 5s from the plurality of second bit lines 5 by the write active signal. A pair of the selected first bit line 4s and the selected second bit line 5s is selected.
(A) When writing “1” The first write main bit line 68-1 is fixed to the ground. That is, the selected second bit line 5s is fixed to the ground via the Y-side current termination circuit 14b ′. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (1) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“1”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). The second write main bit line 68-2-cell array selector 44a-Y selector 11-1a-selected first bit line 4s-selected cell 2s-selected second bit line 5s-Y-side current termination circuit 14b'-cell array selector 44a-first write main bit line 68-1--flow through the ground path.
(B) Writing “0” The second write main bit line 68-2 is fixed to the ground. That is, the selected first bit line 4s is fixed to the ground via the Y selector 11-1a. The Y-side current source circuit 42 has a current Iw (0) having a predetermined magnitude corresponding to the data signal based on the write active signal and the data signal (“0”) (direction flowing out from the Y-side current source circuit 42). First write main bit line 68-1-cell array selector 44a-Y-side current termination circuit 14b'-selected second bit line 5s-selected cell 2s-selected first bit line 4s-Y selector 11-1a-cell array selector 44a-second write main bit line 68-2-flows through a ground path.
(4) Step S394
In the selected cell 2s, when the current Iw (0) (−X direction) or the current Iw (1) (+ X direction) flows on the lead wiring layer 29 in contact with the magnetoresistive element 7, the + Y direction or −Y Magnetic field is generated in the direction. The spontaneous magnetic field of the free layer 21 of the magnetoresistive element 7 is reversed by the magnetic field, and the spontaneous magnetization corresponding to the data signal is stored.

以上の書き込み動作により、所望の選択セルアレイ41h−iにおける所望の選択セル2sにデータを書き込むことができる。   Through the above write operation, data can be written to the desired selected cell 2s in the desired selected cell array 41h-i.

本実施の形態により、第32の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、セルアレイセレクタ44aにおいて、読み出し用のトランジスタと書き込み用のトランジスタを分けて使用することが出来るので、書き込み電流と読み出し電流の大きさが異なる際などにトランジスタサイズを別にすることが出来る。それにより、書き込み電流と読み出し電流の大きさが異なる場合でも、書き込み動作及び読み出し動作を安定的に行わせることが出来る。
また、本発明により、セルアレイを階層化し、一部の回路を共通化することにより、MRAMをコンパクト化することが出来る。
According to the present embodiment, the same effect as in the thirty-second embodiment can be obtained.
In addition, since the read transistor and the write transistor can be used separately in the cell array selector 44a, the transistor size can be made different when the write current and the read current are different. Thereby, even when the magnitudes of the write current and the read current are different, the write operation and the read operation can be stably performed.
Further, according to the present invention, the MRAM can be made compact by hierarchizing the cell array and sharing some circuits.

図88は、図20に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。その構成及び動作は、ビット線方向に隣接するトランジスタの拡散層を共有しているほかは図79と同様である(一部、図20の動作を参照)のでその説明を省略する。この場合にも第32の実施の形態と同様の効果、及び図20の場合と同様の効果(拡散層を共有でき、素子を小型化できる等)を得ることができる。   FIG. 88 is an application of the memory cell shown in FIG. 20 to the memory cell shown in FIG. Its configuration and operation are the same as those in FIG. 79 except that it shares the diffusion layer of the transistors adjacent in the bit line direction (partly refer to the operation in FIG. 20), and a description thereof will be omitted. In this case as well, the same effects as those of the thirty-second embodiment and the same effects as in the case of FIG.

図89は、図41に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。その構成及び動作は、ビット線が2本に別れ2つのトランジスタを別々に制御するほかは図79と同様である(一部、図41の動作を参照)のでその説明を省略する。この場合にも第32の実施の形態と同様の効果、及び図41の場合と同様の効果(第2ビット線を2つのメモリセル2で共有でき、素子を小型化できる等)を得ることができる。   FIG. 89 is an application of the memory cell shown in FIG. 41 to the memory cell shown in FIG. The configuration and operation are the same as those in FIG. 79 except that the bit line is divided into two and the two transistors are controlled separately (partly refer to the operation in FIG. 41), and the description thereof is omitted. Also in this case, it is possible to obtain the same effect as that of the thirty-second embodiment and the same effect as in the case of FIG. 41 (the second bit line can be shared by two memory cells 2 and the element can be miniaturized, etc.). it can.

図90は、図56に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。その構成及び動作は、図79における第2MOSトランジスタが2つのダイオードに置き換わっているほかは図79と同様である(一部、図56の動作を参照)のでその説明を省略する。この場合にも第32の実施の形態と同様の効果、及び図56の場合と同様の効果(半導体基板を直接用いる素子の数を減らし、素子を小型化できる等)を得ることができる。   FIG. 90 is an application of the memory cell shown in FIG. 56 to the memory cell shown in FIG. The configuration and operation are the same as those in FIG. 79 except that the second MOS transistor in FIG. 79 is replaced with two diodes (partly refer to the operation in FIG. 56), and thus description thereof is omitted. Also in this case, the same effect as that of the thirty-second embodiment and the same effect as in the case of FIG. 56 (the number of elements directly using the semiconductor substrate can be reduced and the elements can be reduced in size) can be obtained.

図91は、図60に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。その構成及び動作は、図79における第2MOSトランジスタが2つのダイオードに置き換わっているほかは図79と同様である(一部、図60の動作を参照)のでその説明を省略する。この場合にも第32の実施の形態と同様の効果、及び図60の場合と同様の効果(半導体基板を直接用いる素子の数を減らし、素子を小型化できる等)を得ることができる。   FIG. 91 is an application of the memory cell shown in FIG. 60 to the memory cell shown in FIG. The configuration and operation are the same as those in FIG. 79 except that the second MOS transistor in FIG. 79 is replaced with two diodes (partly refer to the operation in FIG. 60), and thus the description thereof is omitted. Also in this case, the same effect as that of the thirty-second embodiment and the same effect as in the case of FIG. 60 (the number of elements directly using the semiconductor substrate can be reduced and the elements can be reduced in size) can be obtained.

図92は、図65に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。その構成及び動作は、図79における2つのトランジスタをそれぞれ2つに増やしている以外は図79と同様である(一部、図65の動作を参照)のでその説明を省略する。この場合にも第32の実施の形態と同様の効果、、及び図65の場合と同様の効果(チップの面積を広げることなくメモリセル内のMOSトランジスタを増やすことができ、メモリセルを流れる電流を大きくとることができる等)を得ることができる。   FIG. 92 is an application of the memory cell shown in FIG. 65 to the memory cell shown in FIG. The configuration and operation are the same as those in FIG. 79 except that the number of the two transistors in FIG. 79 is increased to two (partly refer to the operation in FIG. 65), and thus description thereof is omitted. Also in this case, the same effect as in the thirty-second embodiment and the same effect as in the case of FIG. 65 (the number of MOS transistors in the memory cell can be increased without increasing the chip area, and the current flowing through the memory cell) Etc.) can be obtained.

上記全ての実施の形態において、各セレクタ、各電流源回路、各電流負荷回路、各センスアンプ、各電流終端回路として示される具体的な回路は、例示である。従って、本発明は、それらに限定されるものではなく、同様の機能、動作を有しているものならば、他の回路構成でも同様に用いることができる。   In all the embodiments described above, specific circuits shown as each selector, each current source circuit, each current load circuit, each sense amplifier, and each current termination circuit are examples. Therefore, the present invention is not limited to them, and can be used in other circuit configurations as long as they have similar functions and operations.

上記各実施の形態の項に記載されている技術は、技術的に矛盾を生じない限り、他の実施の形態においても同様に使用することができる。   The techniques described in the above embodiments can be used in other embodiments as long as there is no technical contradiction.

本発明のMRAMは、書き込み動作において、メモリセルに対する選択性が高いので、誤動作を著しく低減させることが出来る。それにより、高い歩留まりでMRAMを製造することが出来、結果として安価な不揮発性メモリを製造することが可能になる。本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得ることは明らかである。   Since the MRAM of the present invention has high selectivity for memory cells in the write operation, malfunctions can be significantly reduced. Thereby, the MRAM can be manufactured with a high yield, and as a result, an inexpensive nonvolatile memory can be manufactured. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention.

本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第1、5、7、11の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st, 5th, 7th, 11th embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図1に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 1 from the upper direction (positive direction of a Z-axis). 接地配線を示す図である。It is a figure which shows a ground wiring. (a)メモリセルの図2におけるAA’断面を示す図である。(b)磁気抵抗素子の構造を示す断面図である。(A) It is a figure which shows the AA 'cross section in FIG. 2 of a memory cell. (B) It is sectional drawing which shows the structure of a magnetoresistive element. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of 1st Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 選択セルの磁気抵抗素子に印加される磁場Hとアステロイト゛カーブとの比較を示すグラフである。Is a graph showing a comparison between the magnetic field H 0 and Asuteroito Bu curve applied to the magneto-resistance element of the selected cell. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第2の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第3、6、8、12の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 3rd, 6th, 8th, 12th embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図8に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in Drawing 8 from the upper part (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図9におけるBB’断面を示す図である。It is a figure which shows the BB 'cross section in FIG. 9 of a memory cell. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第4の実施の形態の構成を示す図である。セルアレイ41’−1〜41’−4It is a figure which shows the structure of 4th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. Cell array 41'-1 to 41'-4 図1に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 1 from the upper direction (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図12におけるCC’断面を示す図である。It is a figure which shows CC 'cross section in FIG. 12 of a memory cell. (a)(b)選択セル及び非選択セルにかかる可能性のある磁場を示すグラフである。(A) (b) It is a graph which shows the magnetic field which may be applied to a selection cell and a non-selection cell. 図8に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in Drawing 8 from the upper part (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図15におけるDD’断面を示す図である。It is a figure which shows DD 'cross section in FIG. 15 of a memory cell. 図1に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 1 from the upper direction (positive direction of a Z-axis). 書き込み電流の磁場と磁気抵抗素子のアステロイドカーブとを示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic field of a write current, and the asteroid curve of a magnetoresistive element. 図8に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in Drawing 8 from the upper part (positive direction of a Z-axis). 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第9の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 9th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図20に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 20 from upper direction (positive direction of Z-axis). (a)〜(c)選択セルにかかる可能性のある磁場に関するグラフである。(A)-(c) It is a graph regarding the magnetic field which may be applied to a selection cell. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第10の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 10th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図23に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 23 from upper direction (positive direction of Z-axis). 図1に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 1 from the upper direction (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図25におけるEE’断面を示す図である。It is a figure which shows the EE 'cross section in FIG. 25 of a memory cell. 図8に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in Drawing 8 from the upper part (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図27におけるFF’断面を示す図である。It is a figure which shows the FF 'cross section in FIG. 27 of a memory cell. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第13の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 13th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第14の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 14th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第15の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 15th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第16の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 16th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第17の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 17th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第18の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 18th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第19の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 19th Embodiment of the magnetic random access memory (MRAM) containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の第20の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 20th Embodiment of the magnetic random access memory (MRAM) containing the magnetic memory cell of this invention. 図36のMRAMの読み出し動作時における各信号の変化を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing changes in signals during a read operation of the MRAM in FIG. 36. 図36のMRAMの読み出し動作時における各信号の変化を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing changes in signals during a read operation of the MRAM in FIG. 36. 図36のMRAMの書き込み動作時における各信号の変化を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing changes in signals during the write operation of the MRAM in FIG. 36. 図36のMRAMの書き込み動作時における各信号の変化を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing changes in signals during the write operation of the MRAM in FIG. 36. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第21の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 21st Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図41に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 41 from upper direction (positive direction of Z-axis). 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第22の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 22nd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図43に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 43 from upper direction (positive direction of Z-axis). メモリセルの図43におけるGG’断面を示す図である。FIG. 44 is a diagram showing a GG ′ cross section of the memory cell in FIG. 43. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第23の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 23rd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. (a)(b)ダイオードの特性を説明するグラフである。(A) (b) It is a graph explaining the characteristic of a diode. 図46に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 46 from upper direction (positive direction of Z-axis). メモリセルの図48におけるgg’断面を示す図である。FIG. 49 is a diagram showing a gg ′ cross section of the memory cell in FIG. 48. メモリセルを積層した場合の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure at the time of laminating | stacking a memory cell. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第24の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 24th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第25の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 25th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図8に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in Drawing 8 from the upper part (positive direction of a Z-axis). メモリセルの図53におけるHH’断面を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing a HH ′ cross section of the memory cell in FIG. 53. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第26の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 26th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第27の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 27th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図56に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。It is the figure which looked at MRAM shown in FIG. 56 from upper direction (positive direction of Z-axis). メモリセルの図57におけるII’断面を示す図である。FIG. 58 is a diagram showing a II ′ cross section of the memory cell in FIG. 57. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第28の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 28th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第29の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 29th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. ダイオードの特性を説明するグラフである。It is a graph explaining the characteristic of a diode. 図60に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。FIG. 61 is a view of the MRAM shown in FIG. 60 as viewed from above (the positive direction of the Z axis). メモリセルの図62におけるJJ’断面を示す図である。FIG. 63 is a diagram showing a JJ ′ cross section of the memory cell in FIG. 62. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第29の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 29th Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第31の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 31st Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図65に示すMRAMを上方(Z軸の正方向)から見た図である。FIG. 66 is a view of the MRAM shown in FIG. 65 as viewed from above (in the positive direction of the Z axis). メモリセルの図66におけるKK’断面を示す図である。FIG. 67 is a diagram showing a KK ′ cross section of the memory cell in FIG. 66. 図65に示すMRAMの他の構成を上方(Z軸の正方向)から見た図である。FIG. 66 is a diagram of another configuration of the MRAM shown in FIG. 65 viewed from above (the positive direction of the Z axis). メモリセルの他の構成の図68におけるLL’断面を示す図である。FIG. 69 is a diagram showing a LL ′ cross section in FIG. 68 of another configuration of the memory cell. トランジスタのゲート長と閾値電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gate length of a transistor, and a threshold voltage. トランジスタの電流能力とゲート長の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the current capability of a transistor, and gate length. トランジスタのゲート長と閾値電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gate length of a transistor, and a threshold voltage. 本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第1の実施の形態の他の応用例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other application example of 1st Embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of this invention. 積層フェリ構造体の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a laminated ferri structure. (a)〜(c)積層フェリ構造体の構造を示している。(A)-(c) The structure of a laminated ferri structure is shown. 磁気抵抗素子と積層フェリ構造体とで構成される磁性構造体の働きを示す図である。It is a figure which shows the function of the magnetic structure comprised by a magnetoresistive element and a laminated ferri structure. 本発明の磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの第7の実施の形態の他の応用例を示す構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which shows the other application example of the 7th Embodiment of the magnetic memory cell and magnetic random access memory of this invention. 図77の場合のアステロイド特性を示すグラフである。縦軸はY方向の磁場、横軸はX方向の磁場である。It is a graph which shows the asteroid characteristic in the case of FIG. The vertical axis represents the magnetic field in the Y direction, and the horizontal axis represents the magnetic field in the X direction. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第32の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 32nd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図79に示すMRAMの上方(Z軸の正方向)から見た図である。FIG. 80 is a diagram seen from above (the positive direction of the Z axis) of the MRAM shown in FIG. 79. メモリセル2の図80におけるMM’断面を示す図である。FIG. 81 is a diagram showing a MM ′ cross section of the memory cell 2 in FIG. 80. 第1の実施の形態のメモリセル2における寄生容量を示す図である。It is a figure which shows the parasitic capacitance in the memory cell 2 of 1st Embodiment. 本実施の形態のメモリセル2における寄生容量を示す図である。It is a figure which shows the parasitic capacitance in the memory cell 2 of this Embodiment. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第32の実施の形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of 32nd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 読み出し動作におけるタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart in read-out operation | movement. 書き込み動作におけるタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart in write-in operation | movement. 本発明の磁気メモリセルを含む磁気ランダムアクセスメモリの第33の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 33rd Embodiment of the magnetic random access memory containing the magnetic memory cell of this invention. 図20に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。The memory cell shown in FIG. 20 is applied to the memory cell shown in FIG. 図41に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。The memory cell shown in FIG. 41 is applied to the memory cell shown in FIG. 図56に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。The memory cell shown in FIG. 56 is applied to the memory cell shown in FIG. 図60に示すメモリセルを図79に示すメモリセルに応用したものである。The memory cell shown in FIG. 60 is applied to the memory cell shown in FIG. 図65に示すメモリセル20を図79に示すメモリセルに応用したものである。The memory cell 20 shown in FIG. 65 is applied to the memory cell shown in FIG. (a)(b)磁気メモリセルに含まれる磁気抵抗素子の原理を示した図である。(A) (b) It is the figure which showed the principle of the magnetoresistive element contained in a magnetic memory cell. メモリセルの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a memory cell. 磁気抵抗素子へのデータの書き込みの原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the writing of the data to a magnetoresistive element. メモリセルを用いた従来のMRAMを示す図であるIt is a figure which shows the conventional MRAM using a memory cell.

符号の説明Explanation of symbols

1、10 メモリセルアレイ
2、2a、2b、2c−1〜2、2d、2e、2f、2h、
20、20a、20b、20c−1〜2、20d、
20f、20g、20h、20j、30 メモリセル
2r(−1〜2)、20r(−1〜2)、30r リファレンスセル
2s、20s 選択セル
3、3a、3b、3−1〜2 ワード線
3c(−1) 第1ワード線
3d(−2) 第2ワード線
3s 選択ワード線
3p プリチャージワード線
3W(a,b) 書き込みワード線
3R(a,b) 読み出しワード線
4(a,b) 第1ビット線
4r リファレンス第1ビット線
4s 選択第1ビット線
5 第2ビット線
5r リファレンス第2ビット線
5s 選択第2ビット線
6(−1) 第1MOSトランジスタ
6−2 第3MOSトランジスタ
6a ソース 6b ゲート 6c ドレイン
6d、6e 拡散層
7 磁気抵抗素子
7−1 積層フェリ構造体
7−2 第1磁性層
7−3 非磁性スペーサ層
7−4 第2磁性層
8 Xセレクタ
9 X側電源回路
10 基板
11(’、’’、d)、11−1 Yセレクタ
11−2 読み出しYセレクタ
11’a 第1Yセレクタ
11’b 第2Yセレクタ
11r リファレンスセルセレクタ
12 Y側電流源回路
12v Y側電圧流源回路
13 読み出し電流負荷回路
14(’’) Y側電流終端回路
15 センスアンプ
16(−1) 第2MOSトランジスタ
16−2 第4MOSトランジスタ
16a ソース 16b ゲート 16c ドレイン
17(a) セルアレイセレクタ
17−1〜2 セレクタ用トランジスタ
19 Y側電源回路
18−1 第1メインビット線
18−2 第2メインビット線
21 フリー層
22 トンネル絶縁層
23 ピン層23
24(−1) 接地(GND)配線
25、35 層間絶縁層
26、27、28(−1,2)、37、38(−1,2)、53(a,b)、54(a,b)、55(a,b)、56(a,b)、59、61 コンタクト配線
29(a,b) 引き出し配線層
31(a,b) 第1ダイオード
32(a,b) 第2ダイオード
33(a,b) 第3ダイオード
35 読み出しビット線
35s 選択読み出しビット線
35r リファレンス読み出しビット線
41(’)−1〜4、41a−1〜4、41b−1〜4、41c−1〜4、41d−0〜3、41e−0〜3、41f−0〜3、41g−0〜3、41h−0〜3 セルアレイ
41(’)s、41as、41bs、41cs 選択セルアレイ
42 Y側電流源回路
44、44a セルアレイセレクタ
44−1〜2 セレクタ用トランジスタ
44a−1a セレクタ用書き込みトランジスタ
44a−1b セレクタ用読み出しトランジスタ
44a−1c セレクタ用読み出しトランジスタ
44a−2 セレクタ用書き込みトランジスタ
45 プリチャージ線
46 プリチャージ電源
47 プリチャージセレクタ
48 プリチャージ電圧線
49(−1〜2) プリチャージトランジスタ
51b−1〜4、51c−1〜4 セルアレイ
58 Y側電源回路
60 配線層
62 第1メインビット線
63 第2メインビット線
64 第3メインビット線
68−1 第1書き込みメインビット線
68−2 第2書き込みメインビット線
69−1 第1読み出しメインビット線
69−2 第2読み出しメインビット線
71 第1Yセレクタ
72 第2Yセレクタ
73 センスアンプ
74 読み出し電流負荷回路
75(−1〜2) コラム選択トランジスタ
76(−1〜2) リファレンス選択トランジスタ
77 第3トランジスタ
81(−1〜2) センス線
82 読み出し電流信号線
83 比較信号線
84(−1〜2) データバス線
85 コラム信号線
90 データ処理部
101 メモリセルアレイ
102 メモリセル
103 書き込みワード線
104 読み出しワード線
105 ビット線
106 MOSトランジスタ
107 磁気抵抗素子
108 Xセレクタ
109 X側電流源回路
110 X側電流終端回路
111 Yセレクタ
112 Y側電流源回路
113 読み出し電流負荷回路
114 Y側電流終端回路
115 センスアンプ
121 フリー層
122 トンネル絶縁層
123 ピン層
124 反強磁性体層
126、127、128 コンタクト配線
129 引き出し配線
1, 10 memory cell array 2, 2a, 2b, 2c-1 to 2, 2d, 2e, 2f, 2h,
20, 20a, 20b, 20c-1 to 2, 20d,
20f, 20g, 20h, 20j, 30 Memory cells 2r (-1 to 2), 20r (-1 to 2), 30r Reference cells 2s, 20s Selected cells 3, 3a, 3b, 3-1 to 2 Word lines 3c ( -1) First word line 3d (-2) Second word line 3s Selected word line 3p Precharge word line 3W (a, b) Write word line 3R (a, b) Read word line 4 (a, b) 1 bit line 4r reference first bit line 4s selection first bit line 5 second bit line 5r reference second bit line 5s selection second bit line 6 (-1) first MOS transistor 6-2 third MOS transistor 6a source 6b gate 6c Drain 6d, 6e Diffusion layer 7 Magnetoresistive element 7-1 Laminated ferri structure 7-2 First magnetic layer 7-3 Nonmagnetic spacer layer 7-4 2 Magnetic layer 8 X selector 9 X side power supply circuit 10 Substrate 11 (','', d), 11-1 Y selector 11-2 Read Y selector 11'a First Y selector 11'b Second Y selector 11r Reference cell selector 12 Y side current source circuit 12v Y side voltage source circuit 13 Read current load circuit 14 ('') Y side current termination circuit 15 Sense amplifier 16 (-1) 2nd MOS transistor 16-2 4th MOS transistor 16a Source 16b Gate 16c Drain 17 (a) Cell array selector 17-1 to 2 Selector transistor 19 Y side power supply circuit 18-1 First main bit line 18-2 Second main bit line 21 Free layer 22 Tunnel insulating layer 23 Pin layer 23
24 (-1) Ground (GND) wiring 25, 35 Interlayer insulating layer 26, 27, 28 (-1, 2), 37, 38 (-1, 2), 53 (a, b), 54 (a, b) ), 55 (a, b), 56 (a, b), 59, 61 Contact wiring 29 (a, b) Lead wiring layer 31 (a, b) First diode 32 (a, b) Second diode 33 ( a, b) Third diode 35 Read bit line 35s Select read bit line 35r Reference read bit line 41 (')-1-4, 41a-1-4, 41b-1-4, 41c-1-4, 41d- 0-3, 41e-0-3, 41f-0-3, 41g-0-3, 41h-0-3 Cell array 41 (') s, 41as, 41bs, 41cs Selected cell array 42 Y side current source circuit 44, 44a Cell array selector 44- ˜2 Selector transistor 44a-1a Selector write transistor 44a-1b Selector read transistor 44a-1c Selector read transistor 44a-2 Selector write transistor 45 Precharge line 46 Precharge power supply 47 Precharge selector 48 Precharge voltage line 49 (−1-2) Precharge transistors 51b-1-4, 51c-1-4 Cell array 58 Y side power supply circuit 60 Wiring layer 62 First main bit line 63 Second main bit line 64 Third main bit line 68- DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st write main bit line 68-2 2nd write main bit line 69-1 1st read main bit line 69-2 2nd read main bit line 71 1st Y selector 72 2nd Y selector 73 sense amplifier 74 Read current load circuit 75 (−1 to 2) Column selection transistor 76 (−1 to 2) Reference selection transistor 77 Third transistor 81 (−1 to 2) Sense line 82 Read current signal line 83 Comparison signal line 84 (− 1-2) Data bus line 85 Column signal line 90 Data processing unit 101 Memory cell array 102 Memory cell 103 Write word line 104 Read word line 105 Bit line 106 MOS transistor 107 Magnetoresistive element 108 X selector 109 X side current source circuit 110 X Side current termination circuit 111 Y selector 112 Y side current source circuit 113 Read current load circuit 114 Y side current termination circuit 115 Sense amplifier 121 Free layer 122 Tunnel insulating layer 123 Pin layer 124 Antiferromagnetic layer 126, 127, 1 8 contact wiring 129 lead-out wiring

Claims (74)

第1ゲートと、前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子と、他方の端子としての第4端子とを含む磁気抵抗素子と
を具備し、
前記第1端子は、第1ビット線に接続され、
前記第2端子は、第2ビット線に接続され、
前記第1ゲートは、第1ワード線に接続され、
前記第3端子は、第2ワード線に接続され、
前記第4端子は、前記第2端子に接続される
メモリセル。
A first transistor including a first gate, a first terminal as one terminal other than the first gate, and a second terminal as the other terminal;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and including a third terminal as one terminal and a fourth terminal as the other terminal;
The first terminal is connected to a first bit line;
The second terminal is connected to a second bit line;
The first gate is connected to a first word line;
The third terminal is connected to a second word line;
The fourth terminal is a memory cell connected to the second terminal.
請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記磁気抵抗素子と前記第2ワード線との間に設けられ、第1極性の第7端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第8端子とを含むダイオード
を更に具備し、
前記第7端子は、前記第3端子に接続され、
前記第8端子は、第2ワード線に接続される
メモリセル。
The memory cell of claim 1, wherein
A diode provided between the magnetoresistive element and the second word line, the diode including a seventh terminal having a first polarity and an eighth terminal having a second polarity different from the first polarity;
The seventh terminal is connected to the third terminal;
The eighth terminal is a memory cell connected to a second word line.
請求項1又は2に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの書込みは、
前記第1ワード線が選択されて、前記第1トランジスタがオンになり、
前記第1ビット線と前記第2ビット線との間における前記第1トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 1 or 2,
Writing data to the memory cell
The first word line is selected and the first transistor is turned on;
A current flows in a direction based on data through a path including the first transistor between the first bit line and the second bit line, so that a magnetic field generated around the path causes the magnetoresistive element to Memory cells.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルからのデータの読出しは
前記第2ビット線と前記磁気抵抗素子と前記第2ワード線とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to any one of claims 1 to 3,
Reading said data from said memory cell,
A memory cell configured to measure a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the second bit line, the magnetoresistive element, and the second word line.
請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記第1トランジスタと前記第2ビット線との間に設けられ、第2ゲートと、前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタ
を更に具備し、
前記第5端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第6端子は、前記第2端子に接続され、
前記第2ゲートは、前記第1ワード線に接続され、
前記第3端子は、前記第2ワード線に代えて、接地に接続される
メモリセル。
The memory cell of claim 1, wherein
A second gate provided between the first transistor and the second bit line, including a second terminal, a fifth terminal as one terminal other than the second gate, and a sixth terminal as the other terminal; Further comprising two transistors,
The fifth terminal is connected to the second bit line;
The sixth terminal is connected to the second terminal;
The second gate is connected to the first word line;
The third terminal is a memory cell connected to a ground instead of the second word line.
請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記第1トランジスタと前記第2ビット線との間に設けられ、第2ゲートと、前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタ
を更に具備し、
前記第5端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第6端子は、前記第2端子に接続され、
前記第2ゲートは、前記第1ワード線に接続され、
前記第3端子は、前記第2ワード線に代えて、第3ビット線に接続される
メモリセル。
The memory cell of claim 1, wherein
A second gate provided between the first transistor and the second bit line, including a second terminal, a fifth terminal as one terminal other than the second gate, and a sixth terminal as the other terminal; Further comprising two transistors,
The fifth terminal is connected to the second bit line;
The sixth terminal is connected to the second terminal;
The second gate is connected to the first word line;
The third terminal is a memory cell connected to a third bit line instead of the second word line.
請求項5又は6に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの書込みは、
前記第1ワード線が選択されて、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタがオンになり、
前記第1ビット線と前記第2ビット線との間における前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 5 or 6,
Writing data to the memory cell
When the first word line is selected, the first transistor and the second transistor are turned on,
When a current flows in a direction based on data in a path including the first transistor and the second transistor between the first bit line and the second bit line, the magnetic field generated around the path causes the current to flow. A memory cell for a magnetoresistive element.
請求項5乃至7のいずれか一項に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルからのデータの読出しは
前記第2ビット線と前記第2トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to any one of claims 5 to 7,
Reading said data from said memory cell,
A memory cell configured to measure a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the second bit line, the second transistor, and the magnetoresistive element.
請求項5又は6に記載のメモリセルにおいて、
第3ゲートと、前記第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、他方の端子としての第8端子とを含む第3トランジスタと、
第4ゲートと、前記第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、他方の端子としての第10端子とを含む第4トランジスタと、
を更に具備し、
前記第3ゲート及び前記第4ゲートは、前記第1ワード線から分岐し、前記第1ワード線と実質的に同電位の第3ワード線に接続され、
前記第7端子は、前記第1ビット線に接続され、
前記第8端子は、前記第2端子に接続され、
前記第9端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第10端子は、前記第6端子に接続される
メモリセル。
The memory cell according to claim 5 or 6,
A third transistor including a third gate, a seventh terminal as one terminal other than the third gate, and an eighth terminal as the other terminal;
A fourth transistor including a fourth gate, a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate, and a tenth terminal as the other terminal;
Further comprising
The third gate and the fourth gate branch from the first word line and are connected to a third word line having substantially the same potential as the first word line,
The seventh terminal is connected to the first bit line;
The eighth terminal is connected to the second terminal;
The ninth terminal is connected to the second bit line;
The tenth terminal is a memory cell connected to the sixth terminal.
請求項9に記載のメモリセルにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択ワード線対が選択されて、前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell of claim 9, wherein
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
The selected word line pair is selected, and the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor are turned on,
A current flows in a direction based on data through a path including the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor between the selected first bit line and the selected second bit line. A memory cell that performs the magnetoresistive element by a magnetic field generated around the path.
請求項9又は10に記載のメモリセルにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択第2ビット線と前記第2トランジスタ及び前記第4トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 9 or 10,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A memory cell configured to measure a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected second bit line, the second transistor, the fourth transistor, and the magnetoresistive element.
請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記第1トランジスタと前記第2ビット線との間に設けられ、第1極性の第9端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第10端子とを含む第2ダイオードと、
前記第1トランジスタと前記第2ビット線との間に設けられ、前記第1極性の第11端子と、前記第2極性の第12端子とを含む第3ダイオードと
を更に具備し、
前記第9端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第10端子は、前記第2端子に接続され、
前記第11端子は、前記第2端子に接続され、
前記第12端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第3端子は、前記第2ワード線に代えて、所定の電圧原に接続される
メモリセル。
The memory cell of claim 1, wherein
A second diode provided between the first transistor and the second bit line and including a ninth terminal having a first polarity and a tenth terminal having a second polarity different from the first polarity;
A third diode provided between the first transistor and the second bit line and including an eleventh terminal having the first polarity and a twelfth terminal having the second polarity;
The ninth terminal is connected to the second bit line;
The tenth terminal is connected to the second terminal;
The eleventh terminal is connected to the second terminal;
The twelfth terminal is connected to the second bit line;
The third terminal is a memory cell connected to a predetermined voltage source instead of the second word line.
請求項1に記載のメモリセルにおいて、
前記第1トランジスタと前記第2ビット線との間に設けられ、第1極性の第9端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第10端子とを含む第2ダイオードと
前記第2ビット線と前記第2ダイオードとの間に設けられ、前記第1極性の第11端子と、前記第2極性の第12端子とを含む第3ダイオードと
を更に具備し、
前記第9端子は、前記第2ビット線に接続され、
前記第10端子は、前記第12端子に接続され、
前記第11端子は、前記第2端子に接続され、
前記第3端子は、前記第2ワード線に代えて、所定の電圧原に接続される
前記書き込み動作時に前記第2ダイオード又は前記第3ダイオードのいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧以上である
メモリセル。
The memory cell of claim 1, wherein
A second diode provided between the first transistor and the second bit line and including a ninth terminal having a first polarity and a tenth terminal having a second polarity different from the first polarity; and the second bit A third diode provided between a line and the second diode and including an eleventh terminal of the first polarity and a twelfth terminal of the second polarity;
The ninth terminal is connected to the second bit line;
The tenth terminal is connected to the twelfth terminal;
The eleventh terminal is connected to the second terminal;
The third terminal is connected to a predetermined voltage source instead of the second word line. A reverse voltage applied to either the second diode or the third diode during the write operation is a breakdown voltage. A memory cell that is above the voltage.
請求項12又は13に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの書込みは、
前記第1ワード線が選択されて、前記第1トランジスタがオンになり、
前記第1ビット線と前記第2ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードの閾値電圧に基づいて設定される電圧差により、前記第1ビット線と前記第2ビット線との間における前記第1トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 12 or 13,
Writing data to the memory cell
The first word line is selected and the first transistor is turned on;
A voltage difference set based on a threshold voltage of the second diode and the third diode between the first bit line and the second bit line causes a difference between the first bit line and the second bit line. A memory cell that is applied to the magnetoresistive element by a magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including the first transistor.
請求項12乃至14のいずれか一項に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルからのデータの読出しは
前記第2ビット線と前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to any one of claims 12 to 14,
Reading said data from said memory cell,
A memory cell that is measured by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the second bit line and the magnetoresistive element.
第1極性の第1端子と、前記第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む第2ダイオードと、
前記第1極性の第3端子と、前記第2極性の第4端子とを含む第3ダイオードと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む磁気抵抗素子とを具備し、
前記第2端子と前記第3端子とは、第1ワード線に接続され、
前記第1端子と前記第4端子と前記第5端子とは、ビット線に接続され、
前記第6端子は、第2ワード線に接続される
メモリセル。
A second diode including a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity;
A third diode including a third terminal of the first polarity and a fourth terminal of the second polarity;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and including a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal;
The second terminal and the third terminal are connected to a first word line,
The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to a bit line,
The sixth terminal is a memory cell connected to a second word line.
請求項16に記載のメモリセルにおいて、
前記第1極性の第7端子と、前記第2極性の第8端子とを含む第1ダイオードを更に具備し、
前記第1ダイオードは、前記磁気抵抗素子と前記第2ワード線との間に設けられ、前記第8端子を前記第2ワード線に、前記第7端子を前記第6端子に接続される
メモリセル。
The memory cell of claim 16, wherein
A first diode including a seventh terminal having the first polarity and an eighth terminal having the second polarity;
The first diode is provided between the magnetoresistive element and the second word line, and the eighth terminal is connected to the second word line and the seventh terminal is connected to the sixth terminal. .
請求項16又は17に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの書込みは、
前記第1ワード線と前記ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードの閾値電圧に基づいて設定される電圧差により、前記第1ワード線と前記ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードのいずれか一方を含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 16 or 17,
Writing data to the memory cell
Due to a voltage difference set based on a threshold voltage of the second diode and the third diode between the first word line and the bit line, the second word between the first word line and the bit line. A memory cell that is applied to the magnetoresistive element by a magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including one of two diodes and the third diode.
請求項16乃至18のいずれか一項に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルからのデータの読出しは
前記ビット線と前記磁気抵抗素子と前記第2ワード線とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to any one of claims 16 to 18, wherein
Reading said data from said memory cell,
A memory cell that is measured by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the bit line, the magnetoresistive element, and the second word line.
ゲートと、前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に配線を介して接続された磁気抵抗素子と、
一方の端子としての第5端子を接地に、他方の端子としての第6端子を前記第2端子に前記配線を介して接続されたキャパシタと
を具備し、
前記第1端子は、ビット線に接続され、
前記第1ゲートは、ワード線に接続されている
メモリセル。
A transistor comprising a gate, a first terminal as one terminal other than the gate, and a second terminal as the other terminal;
It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and the third terminal as one terminal is connected to the ground, and the fourth terminal as the other terminal is connected to the second terminal through a wiring. Magnetoresistive element,
A capacitor having a fifth terminal as one terminal connected to the ground and a sixth terminal serving as the other terminal connected to the second terminal via the wiring;
The first terminal is connected to a bit line;
The first gate is a memory cell connected to a word line.
請求項20に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの書き込みは、
前記ワード線が選択されて前記トランジスタがオンになり、
前記ビット線が選択されて、前記キャパシタが充電され、
前記キャパシタが充電された後に、前記ビット線をデータに基づいた所定の電圧にして、前記キャパシタと前記ビット線との間に流れる電流に基づいて発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
メモリセル。
The memory cell of claim 20, wherein
Writing data to the memory cell
The word line is selected and the transistor is turned on;
The bit line is selected and the capacitor is charged;
After the capacitor is charged, the memory is performed with respect to the magnetoresistive element by a magnetic field generated based on a current flowing between the capacitor and the bit line by setting the bit line to a predetermined voltage based on data cell.
請求項20又は21に記載のメモリセルにおいて、
前記メモリセルへのデータの読出しは、
前記ビット線が選択され、前記キャパシタが充電され、
前記ワード線が選択され、前記トランジスタが所定の速度以下でオンとなり、
前記選択ビット線と、前記選択ワード線とにより前記複数のメモリセルから選択される選択セルに対して、前記キャパシタの充電後に、所定の電流を、前記選択第1ビット線と前記選択セルの磁気抵抗素子とを含む経路に流したときの前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
メモリセル。
The memory cell according to claim 20 or 21 ,
Reading data into the memory cell is as follows:
The bit line is selected, the capacitor is charged,
The word line is selected and the transistor is turned on at a predetermined speed or less,
For a selected cell selected from the plurality of memory cells by the selected bit line and the selected word line, a predetermined current is applied to the selected cell after the capacitor is charged. A memory cell that is measured by measuring a resistance of the magnetoresistive element when flowing through a path including the resistive element.
行列状に設けられた複数の請求項1乃至8、12乃至22のいずれか一項に記載のメモリセルと、
前記行列に含まれる複数の行の各々に対応して設けられた複数の前記第1ワード線と、
前記複数の前記第1ワード線から選択第1ワード線を選択するXセレクタと
を具備し、
書き込み動作の場合、一つの前記メモリセルに対応するワード線は、前記第1ワード線の1本である
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cells according to any one of claims 1 to 8, 12 to 22 provided in a matrix,
A plurality of first word lines provided corresponding to each of a plurality of rows included in the matrix;
An X selector that selects a selected first word line from the plurality of first word lines;
In a write operation, the word line corresponding to one memory cell is one of the first word lines. Magnetic random access memory.
複数のメモリセルと、
ここで、前記複数のメモリセルの各々は、
第1ゲートと、前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子と、他方の端子としての第4端子とを含む磁気抵抗素子と
を備え、
前記第1端子は、第1ビット線に接続され、
前記第2端子は、第2ビット線に接続され、
前記第1ゲートは、第1ワード線に接続され、
前記第3端子は、第2ワード線又は接地に接続され、
前記第4端子は、前記第2端子に接続され、
前記第1トランジスタをオン及びオフのいずれか一方の状態にするメモリ選択部と
を具備し、
前記メモリ選択部は、前記複数のメモリセルのうちから選択される選択セルへのデータの書き込み動作時に、前記第1ワード線を選択して前記選択セルの前記第1トランジスタをオンとし、それにより前記第1ビット線と前記第2ビット線との間における前記選択セルの近傍の前記第1トランジスタを含む経路にデータに基づく向きに書き込み電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cells;
Here, each of the plurality of memory cells includes
A first transistor including a first gate, a first terminal as one terminal other than the first gate, and a second terminal as the other terminal;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and including a third terminal as one terminal and a fourth terminal as the other terminal;
The first terminal is connected to a first bit line;
The second terminal is connected to a second bit line;
The first gate is connected to a first word line;
The third terminal is connected to a second word line or ground;
The fourth terminal is connected to the second terminal;
A memory selection unit that turns the first transistor on or off;
The memory selection unit selects the first word line and turns on the first transistor of the selected cell during a data write operation to a selected cell selected from the plurality of memory cells, thereby A write current flows in a direction based on data in a path including the first transistor in the vicinity of the selected cell between the first bit line and the second bit line, so that a magnetic field generated around the path A magnetic random access memory for the magnetoresistive element.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対と、
前記複数の第1ビット線から書き込み動作時に選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から前記書き込み動作時に選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第2ビット線から読み出し動作時に選択第2ビット線を選択する第3セレクタと、
前記複数の第1ワード線から前記書き込み動作時に選択第1ワード線を選択する第4セレクタと、
前記複数の第2ワード線から選択第2ワード線を選択する第5セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記第1ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、前記第2ビット線に接続された他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を前記第2ワード線に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続される磁気抵抗素子と
を具備する
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of a first word line and a second word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector that selects a selected first bit line during a write operation from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line during the write operation from the plurality of second bit lines;
A third selector that selects a selected second bit line during a read operation from the plurality of second bit lines;
A fourth selector for selecting a selected first word line during the write operation from the plurality of first word lines;
A fifth selector for selecting a selected second word line from the plurality of second word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word line pairs intersect, and
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the first word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and the other connected to the second bit line. A first transistor including a second terminal as a terminal;
It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and a third terminal as one terminal is connected to the second word line, and a fourth terminal as the other terminal is connected to the second terminal And a magnetic random access memory.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線対から選択第1ワード線及び選択第2ワード線の少なくとも一方を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた、複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記第1ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、前記第2ビット線に接続された他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2ビット線に接続された一方の端子としての第4端子と、他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第3端子と接続された第1極性の第5端子と、前記第2ワード線に接続された前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含むダイオードと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of a first word line and a second word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting at least one of the selected first word line and the selected second word line from the plurality of word line pairs;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word line pairs intersect,
Each of the plurality of memory cells includes
As a gate connected to the first word line, a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line, and as the other terminal connected to the second bit line A transistor including a second terminal of
Magnetoresistance having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data and including a fourth terminal as one terminal connected to the second bit line and a third terminal as the other terminal Elements,
A magnetic random access memory comprising: a diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the third terminal and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second word line. .
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線線対と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線対から選択第1ワード線及び選択第2ワード線の少なくとも一方を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記第1ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、前記第2ビット線に接続された他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2ビット線に接続された一方の端子としての第4端子と、他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第3端子と接続された第1極性の第5端子と、前記第2ワード線に接続された前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含むダイオードと
を含み、
前記第1セレクタ及び前記第2セレクタは、前記アレイセレクタに接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of first and second word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting at least one of the selected first word line and the selected second word line from the plurality of word line pairs;
A plurality of memory cells provided corresponding to respective positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word line pairs intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
As a gate connected to the first word line, a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line, and as the other terminal connected to the second bit line A transistor including a second terminal of
Magnetoresistance having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data and including a fourth terminal as one terminal connected to the second bit line and a third terminal as the other terminal Elements,
A diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the third terminal and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second word line;
The first selector and the second selector are connected to the array selector. Magnetic random access memory.
請求項26又は27に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択第1ワード線が選択されて、前記トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 26 or 27,
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
The selected first word line is selected and the transistor is turned on;
A current flows in a direction based on data through a path including the transistor between the selected first bit line and the selected second bit line, and a magnetic field generated around the path causes the magnetoresistive element to flow. Magnetic random access memory.
請求項26乃至28のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択第2ビット線と前記磁気抵抗素子と前記選択第2ワード線とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 26 to 28,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory that performs measurement by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected second bit line, the magnetoresistive element, and the selected second word line.
半導体基板内に設けられた第1拡散層と、第2拡散層と、前記第1拡散層と前記第2拡散層との間の前記半導体基板上に絶縁層を介して設けられた第1ゲートとを含む第1トランジスタと、
前記半導体基板から離れる方向へ前記第1拡散層から延びる第1コンタクト配線を介して、前記第1拡散層と接続された第1ビット線と、
前記半導体基板内に設けられた第3拡散層と、第4拡散層と、前記第3拡散層と前記第4拡散層との間の前記半導体基板上に絶縁層を介して設けられた第2ゲートとを含む第2トランジスタと、
前記半導体基板から離れる方向へ前記第3拡散層から延びる第3コンタクト配線を介して、前記第3拡散層と接続された第2ビット線と、
前記第1ゲートと前記第2ゲートとに接続したワード線と、
前記半導体基板から離れる方向へ前記第2拡散層から延びる第2コンタクト配線を介して、一端において前記第2拡散層と接続され、前記半導体基板から離れる方向へ前記第4拡散層から延びる第4コンタクト配線を介して、他端において前記第4拡散層と接続された引き出し配線層と、
前記引き出し配線層上に設けられ、一方の端子を前記引き出し配線層に、他方の端子を接地へ第5コンタクト配線を介して接続された磁気抵抗素子と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A first diffusion layer provided in a semiconductor substrate, a second diffusion layer, and a first gate provided on the semiconductor substrate between the first diffusion layer and the second diffusion layer via an insulating layer A first transistor including:
A first bit line connected to the first diffusion layer via a first contact wiring extending from the first diffusion layer in a direction away from the semiconductor substrate;
A third diffusion layer provided in the semiconductor substrate, a fourth diffusion layer, and a second diffusion layer provided on the semiconductor substrate between the third diffusion layer and the fourth diffusion layer via an insulating layer; A second transistor including a gate;
A second bit line connected to the third diffusion layer via a third contact wiring extending from the third diffusion layer in a direction away from the semiconductor substrate;
A word line connected to the first gate and the second gate;
A fourth contact is connected to the second diffusion layer at one end via a second contact wiring extending from the second diffusion layer in a direction away from the semiconductor substrate, and extends from the fourth diffusion layer in a direction away from the semiconductor substrate. A lead wiring layer connected to the fourth diffusion layer at the other end via the wiring;
A magnetic random access memory comprising: a magnetoresistive element provided on the lead-out wiring layer and having one terminal connected to the lead-out wiring layer and the other terminal connected to the ground via a fifth contact wiring.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal Magnetic random access memory comprising the element.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対、及び、複数の第3ビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第3ビット線から選択第3ビット線を選択する第3セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第4セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を前記第3ビット線に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction, and a plurality of third bit lines;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected third bit line from the plurality of third bit lines;
A fourth selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and a third terminal as one terminal is connected to the third bit line, and a fourth terminal as the other terminal is connected to the second terminal. And a magnetic random access memory.
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含み、
前記第1セレクタ及び前記第2セレクタのうちの少なくとも一方は、前記アレイセレクタに接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal Including elements and
At least one of the first selector and the second selector is connected to the array selector Magnetic random access memory.
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対、及び、複数の第3ビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第3ビット線から選択第2ビット線を選択する第3セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第4セレクタと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を前記第3ビット線に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含み、
前記第1セレクタ、前記第2セレクタ及び前記第3セレクタのうちの少なくとも一つは、前記アレイセレクタに接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction, and a plurality of third bit lines;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected second bit line from the plurality of third bit lines;
A fourth selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and a third terminal as one terminal is connected to the third bit line and a fourth terminal as the other terminal is connected to the second terminal. A magnetoresistive element, and
At least one of the first selector, the second selector, and the third selector is connected to the array selector. Magnetic random access memory.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記第2方向に延伸するプリチャージワード線と、
前記第2方向に延伸し、プリチャージ電圧を供給するプリチャージ線と、
前記第2方向に延伸し、前記複数のワード線に対応して設けられ、前記プリチャージ電圧を供給する複数のプリチャージ電圧線と、
前記プリチャージワード線と前記プリチャージ線と前記第1ビット線と前記第2ビット線とに接続され、前記プリチャージワード線からの信号に基づいて、前記第1ビット線と前記第2ビット線とを前記プリチャージ電圧にプリチャージするプリチャージ部と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を前記プリチャージ電圧線に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含み、
前記プリチャージ電圧は、前記書き込み動作時に前記メモリセルに電流が流されるとき、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタと前記磁気抵抗素子とが接続された節点に生じる電圧と同じになるように設定される
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A precharge word line extending in the second direction;
A precharge line extending in the second direction and supplying a precharge voltage;
A plurality of precharge voltage lines extending in the second direction and provided corresponding to the plurality of word lines and supplying the precharge voltage;
The first bit line and the second bit line are connected to the precharge word line, the precharge line, the first bit line, and the second bit line, and based on a signal from the precharge word line. And a precharge unit for precharging to the precharge voltage,
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
It has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and the third terminal as one terminal is connected to the precharge voltage line, and the fourth terminal as the other terminal is connected to the second terminal Magnetoresistive element and
The precharge voltage is set to be the same as a voltage generated at a node where the first transistor, the second transistor, and the magnetoresistive element are connected when a current flows through the memory cell during the write operation. Magnetic random access memory.
請求項35に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記第1ビット線及び前記第2ビット線は、非選択時に、前記プリチャージ電圧にプリチャージされる
磁気ランダムアクセスメモリ。
36. The magnetic random access memory according to claim 35.
The magnetic random access memory, wherein the first bit line and the second bit line are precharged to the precharge voltage when not selected.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
読み出し動作時に前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1読み出しセレクタと、
書き込み動作時に前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1書き込みセレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含む
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
A first read selector that selects a selected first bit line from the plurality of first bit lines during a read operation;
A first write selector that selects a selected first bit line from the plurality of first bit lines during a write operation;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal Magnetic random access memory including an element and.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第1ワード線から選択第1ワード線を選択する第3セレクタと、
前記第1セレクタから延びる前記複数の第1ビット線の各々に接続された複数の延長第1ビット線と、前記複数の第1ビット線の各々に対応する前記第2セレクタから延びる前記複数の第2ビット線の各々に接続された複数の延長第2ビット線とに接続され、前記延長第1ビット線と前記延長第2ビット線との電位差を増幅する複数のセンスアンプと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含む
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected first word line from the plurality of first word lines;
A plurality of extended first bit lines connected to each of the plurality of first bit lines extending from the first selector; and the plurality of first bits extending from the second selector corresponding to each of the plurality of first bit lines. A plurality of sense amplifiers connected to a plurality of extended second bit lines connected to each of the two bit lines and amplifying a potential difference between the extended first bit line and the extended second bit line;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal Magnetic random access memory including an element and.
請求項31乃至38のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択ワード線が選択されて、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 31 to 38,
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
When the selected word line is selected, the first transistor and the second transistor are turned on,
A magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including the first transistor and the second transistor between the selected first bit line and the selected second bit line. Magnetic random access memory that is performed on the magnetoresistive element by
請求項31乃至39のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択第2ビット線と前記第2トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 31 to 39,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory that performs measurement by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected second bit line, the second transistor, and the magnetoresistive element.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
書き込み動作時に前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線又は前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線のいずれか一方を選択し、読み出し動作時に前記選択第1ビット線及び前記選択第2ビット線を選択する第1セレクタと、
書き込み動作時に前記第1セレクタで選択された前記選択第1ビット線又は前記選択第2ビット線と対を成す選択第2ビット線又は選択第1ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続された第1ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第1ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含む第1トランジスタと、
前記ワード線に接続された第2ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第2ゲート以外の一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含む第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を含む
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Select one of the selected first bit lines from the plurality of first bit lines or the selected second bit line from the plurality of second bit lines during a write operation, and select the selected first bit line and the selection during a read operation A first selector for selecting a second bit line;
A second selector for selecting a selected second bit line or a selected first bit line that forms a pair with the selected first bit line or the selected second bit line selected by the first selector during a write operation;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
Each of the plurality of memory cells includes
A first gate connected to the word line; a first terminal as one terminal other than the first gate connected to the first bit line; and a second terminal as the other terminal. A transistor,
A second gate connected to the word line; a fifth terminal as one terminal other than the second gate connected to the second bit line; and a second terminal connected to the second terminal. A second transistor including a sixth terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal Magnetic random access memory including an element and.
請求項41に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択ワード線が選択されて、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 41.
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
When the selected word line is selected, the first transistor and the second transistor are turned on,
A magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including the first transistor and the second transistor between the selected first bit line and the selected second bit line. Magnetic random access memory that is performed on the magnetoresistive element by
請求項41又は42に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記第1ビット線と前記第1トランジスタと前記磁気抵抗素子及び前記選択第2ビット線と前記第2トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 41 or 42,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
Based on a current flowing through a path including the first bit line, the first transistor, the magnetoresistive element, the selected second bit line, the second transistor, and the magnetoresistive element, the resistance of the magnetoresistive element is determined. Magnetic random access memory to be measured.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対と、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
書き込み動作時に前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
書き込み動作時に前記複数の第1ワード線から選択第1ワード線及び前記複数の第2ワード線から選択第2ワード線を選択し、読み出し動作時に前記選択第1ワード線を選択する第3セレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
ゲート電極を前記第1ワード線に、残りの一方の端子を前記第1ビット線に、他方の端子を前記磁気抵抗素子に接続されている第1トランジスタと、
ゲート電極を前記第2ワード線に、残りの一方の端子を前記第1トランジスタの他方の端子に、他方の端子を前記第2ビット線に接続されている第2トランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子を接地に、他方の端子を前記第1トランジスタの他方の端子に接続された磁気抵抗素子と
を備え、
前記第1ビット線と対を成す前記第2ビット線は、前記第2ビット線の両隣となる2本の前記第1ビット線に共用される
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of a first word line and a second word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit line pairs and the plurality of word line pairs intersect;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines during a write operation;
A third selector that selects a selected first word line from the plurality of first word lines and a selected second word line from the plurality of second word lines during a write operation, and selects the selected first word line during a read operation; Comprising
Each of the plurality of memory cells includes
A first transistor having a gate electrode connected to the first word line, the remaining one terminal connected to the first bit line, and the other terminal connected to the magnetoresistive element;
A second transistor having a gate electrode connected to the second word line, a remaining one terminal connected to the other terminal of the first transistor, and the other terminal connected to the second bit line;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, one terminal connected to the ground, and the other terminal connected to the other terminal of the first transistor;
The magnetic random access memory, wherein the second bit line paired with the first bit line is shared by the two first bit lines adjacent to the second bit line.
請求項44に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択第1ワード線及び前記選択第2ワード線が選択されて、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
45. The magnetic random access memory of claim 44.
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
The selected first word line and the selected second word line are selected, and the first transistor and the second transistor are turned on,
A magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including the first transistor and the second transistor between the selected first bit line and the selected second bit line. Magnetic random access memory that is performed on the magnetoresistive element by
請求項44又は45に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記第1ビット線と前記第1トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 44 or 45,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory configured to measure a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the first bit line, the first transistor, and the magnetoresistive element.
請求項31に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のワード線の各々は、第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対であり、
前記第3セレクタは、前記複数のワード線対から選択ワード線対を選択し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記第2ワード線に接続された第3ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第8端子とを含む第3トランジスタと、
前記第2ワード線に接続された第4ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、前記第6端子に接続された他方の端子としての第10端子とを含む第4トランジスタと
を更に備え、
前記第1ゲートと前記第2ゲートとは、前記第1ワード線に接続される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 31,
Each of the plurality of word lines is a plurality of word line pairs of a first word line and a second word line;
The third selector selects a selected word line pair from the plurality of word line pairs;
Each of the plurality of memory cells includes
A third gate connected to the second word line, a seventh terminal as one terminal other than the third gate connected to the first bit line, and the other terminal connected to the second terminal A third transistor including an eighth terminal as
A fourth gate connected to the second word line; a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate connected to the second bit line; and the other terminal connected to the sixth terminal A fourth transistor including a tenth terminal as
The magnetic random access memory, wherein the first gate and the second gate are connected to the first word line.
請求項32に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のワード線の各々は、第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対であり、
前記第4セレクタは、前記複数のワード線対から選択ワード線対を選択し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記第2ワード線に接続された第3ゲートと、前記第1ビット線に接続された前記第3ゲート以外の一方の端子としての第7端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第8端子とを含む第3トランジスタと、
前記第2ワード線に接続された第4ゲートと、前記第2ビット線に接続された前記第4ゲート以外の一方の端子としての第9端子と、前記第6端子に接続された他方の端子としての第10端子とを含む第4トランジスタと
を更に備え、
前記第1ゲートと前記第2ゲートとは、前記第1ワード線に接続される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 32.
Each of the plurality of word lines is a plurality of word line pairs of a first word line and a second word line;
The fourth selector selects a selected word line pair from the plurality of word line pairs;
Each of the plurality of memory cells includes
A third gate connected to the second word line, a seventh terminal as one terminal other than the third gate connected to the first bit line, and the other terminal connected to the second terminal A third transistor including an eighth terminal as
A fourth gate connected to the second word line; a ninth terminal as one terminal other than the fourth gate connected to the second bit line; and the other terminal connected to the sixth terminal A fourth transistor including a tenth terminal as
The magnetic random access memory, wherein the first gate and the second gate are connected to the first word line.
請求項47又は48に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のビット線対の方向に隣り合う二つの前記メモリセルは、一方の前記メモリセルの前記第1端子及び前記第5端子の拡散層が、それぞれ、他方の前記メモリセルの前記第7端子及び前記第9端子の拡散層と共通である
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 47 or 48,
Two memory cells adjacent to each other in the direction of the plurality of bit line pairs have diffusion layers of the first terminal and the fifth terminal of one of the memory cells, respectively, and the seventh terminal of the other memory cell. And a magnetic random access memory in common with the diffusion layer of the ninth terminal.
請求項47乃至49のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択ワード線対が選択されて、前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ及び前記第4トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 47 to 49,
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
The selected word line pair is selected, and the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor are turned on,
A current flows in a direction based on data through a path including the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor between the selected first bit line and the selected second bit line. A magnetic random access memory that performs the magnetic resistance element with a magnetic field generated around the path.
請求項47乃至50のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択第2ビット線と前記第2トランジスタ及び前記第4トランジスタと前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 47 to 50,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory configured to measure a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected second bit line, the second transistor, the fourth transistor, and the magnetoresistive element.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、所定の電圧を供給する電圧源に接続された他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2端子に接続された第1極性の第5端子と、前記第2ビット線に接続された前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと
前記第2ビット線に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第2端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
A fourth terminal as one terminal connected to the second terminal, and a second terminal connected to a voltage source for supplying a predetermined voltage, having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data A magnetoresistive element including a third terminal as a terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line; A magnetic random access memory comprising: a third diode including a seventh terminal having the first polarity connected to a line and an eighth terminal having the second polarity connected to the second terminal.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対、及び複数の第3ビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第3ビット線から選択第3ビット線を選択する第3セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第4セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、前記第3ビット線に接続された他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2端子に接続された第1極性の第5端子と、前記第2ビット線に接続された前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと
前記第2ビット線に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第2端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction, and a plurality of third bit lines;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected third bit line from the plurality of third bit lines;
A fourth selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
As the fourth terminal as one terminal connected to the second terminal and the other terminal connected to the third bit line, having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data A magnetoresistive element including the third terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line; A magnetic random access memory comprising: a third diode including a seventh terminal having the first polarity connected to a line and an eighth terminal having the second polarity connected to the second terminal.
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源に接続された他方の端子としての第4端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2端子に接続された第1極性の第5端子と、前記第2ビット線に接続された前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと
前記第2ビット線に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第2端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を含み、
前記第1セレクタ及び前記第2セレクタは、前記アレイセレクタに接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
The third terminal as one terminal connected to the second terminal and the other connected to the voltage source for supplying a predetermined voltage has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data A magnetoresistive element including a fourth terminal as a terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second terminal and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity connected to the second bit line; A third diode including a seventh terminal of the first polarity connected to a line and an eighth terminal of the second polarity connected to the second terminal;
The first selector and the second selector are connected to the array selector. Magnetic random access memory.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、所定の電圧を供給する電圧源に接続された他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2ビット線に接続された第1極性の第5端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと、
前記第2端子に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第6端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
A fourth terminal as one terminal connected to the second terminal, and a second terminal connected to a voltage source for supplying a predetermined voltage, having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data A magnetoresistive element including a third terminal as a terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity;
A magnetic random access memory comprising: a third diode including a seventh terminal having the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal having the second polarity connected to the sixth terminal.
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対、及び複数の第3ビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数の第3ビット線から選択第3ビット線を選択する第3セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第4セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第4端子と、前記第3ビット線に接続された他方の端子としての第3端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2ビット線に接続された第1極性の第5端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと、
前記第2端子に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第6端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction, and a plurality of third bit lines;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected third bit line from the plurality of third bit lines;
A fourth selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
As the fourth terminal as one terminal connected to the second terminal and the other terminal connected to the third bit line, having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed in accordance with stored data A magnetoresistive element including the third terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity;
A magnetic random access memory comprising: a third diode including a seventh terminal having the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal having the second polarity connected to the sixth terminal.
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する第1ビット線と第2ビット線との複数のビット線対と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸するワード線と、
前記複数の第1ビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数の第2ビット線から選択第2ビット線を選択する第2セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第3セレクタと、
前記複数のビット線対と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記第1ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、前記第2端子に接続された一方の端子としての第3端子と、所定の電圧を供給する電圧源に接続された他方の端子としての第4端子と含む磁気抵抗素子と、
前記第2ビット線に接続された第1極性の第5端子と、前記第1極性と異なる第2極性の第6端子とを含む第2ダイオードと、
前記第2端子に接続された前記第1極性の第7端子と、前記第6端子に接続された前記第2極性の第8端子とを含む第3ダイオードと
を含み、
前記第1セレクタ及び前記第2セレクタは、前記アレイセレクタに接続され、
前記データに基づいて、書き込み動作時に、前記第2ダイオード又は前記第3ダイオードのいずれか一方にかかる逆方向の電圧は、ブレークダウン電圧以上である
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit line pairs of a first bit line and a second bit line extending in a first direction;
A word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of first bit lines;
A second selector for selecting a selected second bit line from the plurality of second bit lines;
A third selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions at which the plurality of bit line pairs and the plurality of word lines intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the first bit line, and a second terminal as the other terminal;
The third terminal as one terminal connected to the second terminal and the other connected to the voltage source for supplying a predetermined voltage has spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data A magnetoresistive element including a fourth terminal as a terminal of
A second diode including a fifth terminal having a first polarity connected to the second bit line and a sixth terminal having a second polarity different from the first polarity;
A third diode including a seventh terminal of the first polarity connected to the second terminal and an eighth terminal of the second polarity connected to the sixth terminal;
The first selector and the second selector are connected to the array selector;
Based on the data, a reverse voltage applied to either the second diode or the third diode during a write operation is greater than or equal to a breakdown voltage. Magnetic random access memory.
請求項52乃至57のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択ワード線が選択されて、前記トランジスタがオンになり、
前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードの閾値電圧に基づいて設定される電圧差により、前記選択第1ビット線と前記選択第2ビット線との間における前記トランジスタを含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 52 to 57,
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
The selected word line is selected and the transistor is turned on;
The selected first bit line and the selected second bit are determined by a voltage difference set based on a threshold voltage of the second diode and the third diode between the selected first bit line and the selected second bit line. A magnetic random access memory, which is performed on the magnetoresistive element by a magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including the transistor between the bit line and the bit line.
請求項52乃至58のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択第2ビット線と前記磁気抵抗素子とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
A magnetic random access memory according to any one of claims 52 to 58,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory, which is performed by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected second bit line and the magnetoresistive element.
基板上に絶縁層を介して設けられ、前記基板の表面と平行なビット線と、
前記基板から離れる方向へ前記ビット線から延びる第1コンタクト配線を介して、一端において前記ビット線と接続され、前記基板の表面と平行な引き出し配線層と、
第1極性の第1端子と前記第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含み、前記基板から離れる方向へ前記引き出し配線層から延びる第2コンタクト配線の途中に設けられた第2ダイオードと、
前記第1極性の第3端子と前記第2極性の第4端子とを含み、前記基板から離れる方向へ前記引き出し配線層から延びる第3コンタクト配線の途中に設けられた第3ダイオードと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、第5端子と第6端子とを含み、前記第5端子を前記引き出し配線層に接続された磁気抵抗素子と、
前記第1極性の第7端子と前記第2極性の第8端子とを含み、前記基板から離れる方向へ前記磁気抵抗素子の前記第6端子から延びる第4コンタクト配線の途中に設けられた第1ダイオードと、
前記第2コンタクト配線を介して前記第2ダイオードの前記第2端子と接続され、且つ、前記第3コンタクト配線を介して、前記第3ダイオードの前記第3端子と接続され、前記基板と平行な第1ワード線と、
前記第4コンタクト配線を介して前記第1ダイオードの前記第7端子と接続され、前記基板と平行な第2ワード線と
を具備し、
前記引き出し配線層における前記第5端子の位置は、前記第2コンタクト配線及び前記第3コンタクト配線の各々と前記引き出し配線層とが接続する位置よりも、前記第1コンタクト配線と前記引き出し配線層とが接続する位置に近い
磁気ランダムアクセスメモリ。
A bit line provided on the substrate via an insulating layer and parallel to the surface of the substrate;
A lead-out wiring layer connected to the bit line at one end through a first contact wiring extending from the bit line in a direction away from the substrate and parallel to the surface of the substrate;
A second terminal provided in the middle of a second contact wiring including a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity and extending from the lead-out wiring layer in a direction away from the substrate; A diode,
A third diode provided in the middle of a third contact wiring including a third terminal having the first polarity and a fourth terminal having the second polarity and extending from the lead-out wiring layer in a direction away from the substrate;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, including a fifth terminal and a sixth terminal, wherein the fifth terminal is connected to the lead-out wiring layer;
A first terminal provided in the middle of a fourth contact wiring including a seventh terminal having the first polarity and an eighth terminal having the second polarity and extending from the sixth terminal of the magnetoresistive element in a direction away from the substrate; A diode,
Connected to the second terminal of the second diode via the second contact wiring, and connected to the third terminal of the third diode via the third contact wiring, and parallel to the substrate A first word line;
A second word line connected to the seventh terminal of the first diode via the fourth contact wiring and parallel to the substrate;
The position of the fifth terminal in the lead-out wiring layer is such that the first contact wiring, the lead-out wiring layer, and the second contact wiring and the third contact wiring are connected to the lead-out wiring layer. Magnetic random access memory close to where it connects.
第1方向に延伸する複数のビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対と、
前記複数のビット線から書き込み動作時及び読み出し動作時に選択ビット線を選択する第1セレクタと、
前記書き込み動作時に前記複数の第1ワード線から選択第1ワード線を選択し、読み出し動作時に前記複数の第2ワード線から選択第2ワード線を選択する第2セレクタと、
前記複数のビット線と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
第1極性の第1端子と、前記第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む第2ダイオードと、
前記第1極性の第3端子と、前記第2極性の第4端子とを含む第3ダイオードと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む磁気抵抗素子と
を備え、
前記第2端子と前記第3端子とは、前記第1ワード線に接続され、
前記第1端子と前記第4端子と前記第5端子とは、前記ビット線に接続され、
前記第6端子は、前記第2ワード線に接続される
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit lines extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of a first word line and a second word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector that selects a selected bit line during a write operation and a read operation from the plurality of bit lines;
A second selector that selects a selected first word line from the plurality of first word lines during the write operation, and selects a selected second word line from the plurality of second word lines during a read operation;
A plurality of memory cells provided corresponding to respective positions where the plurality of bit lines and the plurality of word line pairs intersect;
Each of the plurality of memory cells includes
A second diode including a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity;
A third diode including a third terminal of the first polarity and a fourth terminal of the second polarity;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and including a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal;
The second terminal and the third terminal are connected to the first word line,
The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to the bit line,
The sixth terminal is connected to the second word line. Magnetic random access memory.
複数のメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルアレイのうちから選択セルアレイを選択するアレイセレクタと
を具備し、
前記複数のメモリセルアレイの各々は、
第1方向に延伸する複数のビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する第1ワード線と第2ワード線との複数のワード線対と、
前記複数のビット線から書き込み動作時及び読み出し動作時に選択ビット線を選択する第1セレクタと、
前記書き込み動作時に前記複数の第1ワード線から選択第1ワード線を選択し、読み出し動作時に前記複数の第2ワード線から選択第2ワード線を選択する第2セレクタと、
前記複数のビット線と前記複数のワード線対とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を備え、
前記複数のメモリセルの各々は、
第1極性の第1端子と、前記第1極性とは異なる第2極性の第2端子とを含む第2ダイオードと、
前記第1極性の第3端子と、前記第2極性の第4端子とを含む第3ダイオードと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第5端子と、他方の端子としての第6端子とを含む磁気抵抗素子と
を含み、
前記第2端子と前記第3端子とは、前記第1ワード線に接続され、
前記第1端子と前記第4端子と前記第5端子とは、前記ビット線に接続され、
前記第6端子は、前記第2ワード線に接続される
前記第1セレクタは、前記アレイセレクタに接続されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of memory cell arrays;
An array selector for selecting a selected cell array from the plurality of memory cell arrays;
Each of the plurality of memory cell arrays includes
A plurality of bit lines extending in a first direction;
A plurality of word line pairs of a first word line and a second word line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector that selects a selected bit line during a write operation and a read operation from the plurality of bit lines;
A second selector that selects a selected first word line from the plurality of first word lines during the write operation, and selects a selected second word line from the plurality of second word lines during a read operation;
A plurality of memory cells provided corresponding to each of the positions where the plurality of bit lines and the plurality of word line pairs intersect, and
Each of the plurality of memory cells includes
A second diode including a first terminal having a first polarity and a second terminal having a second polarity different from the first polarity;
A third diode including a third terminal of the first polarity and a fourth terminal of the second polarity;
A magnetoresistive element having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, and including a fifth terminal as one terminal and a sixth terminal as the other terminal;
The second terminal and the third terminal are connected to the first word line,
The first terminal, the fourth terminal, and the fifth terminal are connected to the bit line,
The sixth terminal is connected to the second word line. The first selector is connected to the array selector. Magnetic random access memory.
請求項61又は62項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記メモリセルは、
前記第1極性の第7端子と、前記第2極性の第8端子とを含む第1ダイオードを更に備え、
前記第1ダイオードは、前記磁気抵抗素子と前記第2ワード線との間に設けられ、前記第8端子を前記第2ワード線に、前記第7端子を前記第6端子に接続される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 61 or 62,
The memory cell is
A first diode including a seventh terminal having the first polarity and an eighth terminal having the second polarity;
The first diode is provided between the magnetoresistive element and the second word line, and the eighth terminal is connected to the second word line and the seventh terminal is connected to the sixth terminal. Access memory.
請求項63に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記第1ダイオード、前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードは、基板から離れた位置に製膜により形成される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 63,
The magnetic random access memory, wherein the first diode, the second diode, and the third diode are formed at a position away from a substrate.
請求項64に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記メモリセルは、前記基板から離れる方向に対して、積層されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
65. The magnetic random access memory of claim 64.
The memory cell is stacked in a direction away from the substrate. Magnetic random access memory.
請求項61乃至65のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々へのデータの書込みは、
前記選択第1ワード線と前記選択ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードの閾値電圧に基づいて設定される電圧差により、前記選択第1ワード線と前記選択ビット線との間における前記第2ダイオード及び前記第3ダイオードのいずれか一方を含む経路に、データに基づく向きに電流が流れることで、前記経路の周囲に発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 61 to 65,
Writing data to each of the plurality of memory cells includes:
A voltage difference set based on a threshold voltage of the second diode and the third diode between the selected first word line and the selected bit line causes a difference between the selected first word line and the selected bit line. Magnetic randomness is performed on the magnetoresistive element by a magnetic field generated around the path when a current flows in a direction based on data through a path including one of the second diode and the third diode between Access memory.
請求項61乃至66のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルの各々からのデータの読出しは
前記選択ビット線と前記磁気抵抗素子と前記選択第2ワード線とを含む経路に流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 61 to 66,
Reading said data from each of said plurality of memory cells,
A magnetic random access memory that performs measurement by measuring a resistance of the magnetoresistive element based on a current flowing through a path including the selected bit line, the magnetoresistive element, and the selected second word line.
第1方向に延伸する複数のビット線と、
前記第1方向に実質的に垂直な第2方向に延伸する複数のワード線と、
前記複数のビット線から選択第1ビット線を選択する第1セレクタと、
前記複数のワード線から選択ワード線を選択する第2セレクタと、
前記複数のビット線と前記複数のワード線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
前記ワード線に接続されたゲートと、前記ビット線に接続された前記ゲート以外の一方の端子としての第1端子と、他方の端子としての第2端子とを含むトランジスタと、
接地に接続された一方の端子としての第5端子と、前記第2端子に接続された他方の端子としての第6端子とを含むキャパシタと、
記憶されるデータに応じて磁化方向が反転される自発磁化を有し、一方の端子としての第3端子を接地に、他方の端子としての第4端子を前記第2端子に接続された磁気抵抗素子と
を具備する
磁気ランダムアクセスメモリ。
A plurality of bit lines extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
A first selector for selecting a selected first bit line from the plurality of bit lines;
A second selector for selecting a selected word line from the plurality of word lines;
A plurality of memory cells provided corresponding to respective positions where the plurality of bit lines and the plurality of word lines intersect with each other;
Each of the plurality of memory cells includes
A transistor including a gate connected to the word line, a first terminal as one terminal other than the gate connected to the bit line, and a second terminal as the other terminal;
A capacitor including a fifth terminal as one terminal connected to ground and a sixth terminal as the other terminal connected to the second terminal;
Magnetoresistive having spontaneous magnetization whose magnetization direction is reversed according to stored data, a third terminal as one terminal connected to the ground, and a fourth terminal as the other terminal connected to the second terminal A magnetic random access memory comprising:
請求項68に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記メモリセルへのデータの書き込みは、
前記第1セレクタが、前記複数のビット線のうちから選択ビット線を選択し、前記選択ビット線を所定の電圧にして前記キャパシタを充電し、
前記第2セレクタが、前記複数のワード線のうちから前記選択ワード線を選択して、前記第1トランジスタをオンとし、
前記選択ビット線と、前記選択ワード線とにより前記複数のメモリセルから選択される選択セルに対して、前記キャパシタの充電後に、前記選択ビット線を前記データに基づいた所定の電圧にして、前記キャパシタと前記選択ビット線との間に流れる電流に基づいて発生する磁界により前記磁気抵抗素子に対して行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory of claim 68.
Writing data to the memory cell
The first selector selects a selected bit line from the plurality of bit lines, charges the capacitor with the selected bit line set to a predetermined voltage,
The second selector selects the selected word line from the plurality of word lines and turns on the first transistor;
For a selected cell selected from the plurality of memory cells by the selected bit line and the selected word line, after the capacitor is charged, the selected bit line is set to a predetermined voltage based on the data, and A magnetic random access memory that is performed on the magnetoresistive element by a magnetic field generated based on a current flowing between a capacitor and the selected bit line.
請求項68又は69に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記メモリセルへのデータの読出しは、
前記第1セレクタが、前記複数のビット線のうちから選択ビット線を選択し、前記選択ビット線を所定の電圧にして前記キャパシタを充電し、
前記第2セレクタが、前記複数のワード線のうちから前記選択ワード線を選択して、前記第1トランジスタを所定の速度以下でオンとし、
前記選択ビット線と、前記選択ワード線とにより前記複数のメモリセルから選択される選択セルに対して、前記キャパシタの充電後に、所定の電流を、前記選択第1ビット線と前記選択セルの磁気抵抗素子とを含む経路に流したときの前記磁気抵抗素子の抵抗を測定することにより行う
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to claim 68 or 69,
Reading data into the memory cell is as follows:
The first selector selects a selected bit line from the plurality of bit lines, charges the capacitor with the selected bit line set to a predetermined voltage,
The second selector selects the selected word line from the plurality of word lines and turns on the first transistor at a predetermined speed or less;
A predetermined current is applied to a selected cell selected from the plurality of memory cells by the selected bit line and the selected word line after the capacitor is charged, and the magnetic field of the selected first bit line and the selected cell is increased. A magnetic random access memory which is performed by measuring a resistance of the magnetoresistive element when flowing through a path including the resistive element.
請求項24乃至59、68乃至70のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気抵抗素子に前記データを書き込むための書き込み電流が流れる経路上のトランジスタの閾値電圧は、電源電圧の1/2以下の電圧が前記トランジスタのソースとドレインとの間に印加される前提で設計される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 24 to 59 and 68 to 70,
The threshold voltage of the transistor on the path through which the write current for writing the data to the magnetoresistive element flows is designed on the assumption that a voltage of 1/2 or less of the power supply voltage is applied between the source and drain of the transistor Magnetic random access memory.
請求項71に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記トランジスタのゲート長は、標準のトランジスタに比較して小さく設計され、ここで、前記標準のトランジスタは、前記電源電圧の1/2よりも大きい電圧がソースとドレインとの間に印加される前提で設計される
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory of claim 71.
The gate length of the transistor is designed to be smaller than that of a standard transistor, where the standard transistor has a premise that a voltage larger than ½ of the power supply voltage is applied between a source and a drain. Designed with magnetic random access memory.
請求項24乃至72のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気抵抗素子に前記データを書き込むための書き込み電流が流れる層を挟んで、前記磁気抵抗素子と反対側に設けられた磁気構造体を更に具備し、
前記磁性構造体は、前記書き込み電流により前記磁気抵抗素子付近に発生する磁場に、前記書き込み電流による自身の磁化で発生する磁場を重畳する
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 24 to 72,
Further comprising a magnetic structure provided on the opposite side of the magnetoresistive element across a layer through which a write current for writing the data to the magnetoresistive element flows.
The magnetic random access memory, wherein the magnetic structure superimposes a magnetic field generated by the magnetization of the write current on a magnetic field generated near the magnetoresistive element by the write current.
請求項24乃至73のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気抵抗素子の形状は、前記磁気抵抗素子の磁化容易軸に対して、非対称である
磁気ランダムアクセスメモリ。
The magnetic random access memory according to any one of claims 24 to 73,
The shape of the magnetoresistive element is asymmetric with respect to the easy axis of the magnetoresistive element. Magnetic random access memory.
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