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JP3392657B2 - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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Publication number
JP3392657B2
JP3392657B2 JP25407496A JP25407496A JP3392657B2 JP 3392657 B2 JP3392657 B2 JP 3392657B2 JP 25407496 A JP25407496 A JP 25407496A JP 25407496 A JP25407496 A JP 25407496A JP 3392657 B2 JP3392657 B2 JP 3392657B2
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JP
Japan
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word
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layer
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JP25407496A
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JPH10106255A (en
Inventor
大三郎 高島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置に
かかわり、特に磁気抵抗の変化を利用して情報の記憶を
行う半導体記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device which stores information by utilizing a change in magnetic resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、半導体メモリは、大型コンピュー
タの主記憶から、パーソナルコンピュータ、家電製品、
及び携帯電話等至る所で利用されている。半導体メモリ
の種類としては、揮発性のDRAM(Dynamic RA
M)、SRAM(StaticRAM)、不揮発性のMROM
(MaskROM)、Flash E2PROM(Electrically E
rasable ProgrammableROM)等が市場に出まわってい
る。特に、DRAMは揮発性メモリであるにも関らず、
その低コスト性(SRAMに比べてセル面積が1/
4)、高速性( FlashE2PROM)の点で優れてお
り、市場の殆どを占めているのが現状である。
2. Description of the Related Art Today, semiconductor memories are used in main memory of large computers, personal computers, home appliances,
It is also used everywhere, including mobile phones. Volatile DRAM (Dynamic RA) is a type of semiconductor memory.
M), SRAM (StaticRAM), non-volatile MROM
(MaskROM), Flash E2PROM (Electrically E
rasable Programmable ROM) is on the market. Especially, although DRAM is a volatile memory,
Its low cost (cell area is 1 / compared to SRAM
4) It is excellent in terms of high speed (Flash E2PROM) and currently occupies most of the market.

【0003】書き換え可能で不揮発性のFlash E2PR
OMは、電源を切ることが可能だが、書き換え回数(W
/E回数)が106程度と少なく、又書き込み時間もマ
イクロ秒程度かかるという欠点がある。さらに書き込み
時に高電圧(12V〜22V)を印可する必要がある等
の問題から、DRAM程は市場が開けていない。
Rewritable and non-volatile Flash E2PR
The OM can be turned off, but the number of rewrites (W
(/ E number of times) is as small as about 10 6 and the writing time also takes about microseconds. Furthermore, due to problems such as the need to apply a high voltage (12V to 22V) at the time of writing, the market is not as open as that of DRAM.

【0004】これに対して、強誘電体キャパシタ(ferr
odielectric capacitor)を用いた不揮発性メモリのF
RAM(Ferrodielectric RAM )は、1980年に提案
されて以来、不揮発性であり、書き換え回数が1012
多く、又読み出し及び書き込み時間がDRAM程度であ
り、3V〜5V動作が可能である等の長所があるため、
各記憶装置メーカが開発を行っている。しかしながら、
書き換え回数が1012では、100nsサイクルタイム
で、(100nsx1012)/(60*60*24秒)
=1.15日である。書き換え回数が10の15乗以上
でないと、10年以上連続動作が出来ず、DRAM等の
メインメモリとしての利用が出来ないのが現状である。
On the other hand, a ferroelectric capacitor (ferroelectric capacitor)
F of non-volatile memory using odielectric capacitor)
A RAM (Ferrodielectric RAM) has been advantageous since it was proposed in 1980, it is non-volatile, has a large number of rewrites of 10 12 , has a read / write time of about DRAM, and can operate at 3V to 5V. Because there is
Each storage device manufacturer is developing it. However,
When the number of rewrites is 10 12 and the cycle time is 100 ns, (100 ns × 10 12 ) / (60 * 60 * 24 seconds)
= 1.15 days. Under the present circumstances, unless the number of rewrites is 10 15 or more, continuous operation cannot be performed for 10 years or more and the memory cannot be used as a main memory such as a DRAM.

【0005】これに対して、近年GMR(Giant Magne
toResistive )膜等の磁気抵抗( MagnetoResistive )
効果を利用した不揮発性の半導体記憶装置の開発がなさ
れている(J. L. Brown et al, IEEE Trans. of Compon
ents Packaging, and Manufacturing Technology-PART
A, Vol. 17, No.3, Sep., 1994. や、 Y. Irie et a
l., Japanese Journal of Applied Physics Letter, Vo
l.34, pp.L415-417, 1995.や、D. D. Tang et al., IEE
E InterMAG'95, AP03, 1995 等)。このような磁気抵抗
効果を利用した記憶装置は、非破壊読みだし、高速動
作、高放射線耐圧等の長所に加え、書き換え回数が10
15以上とDRAMマーケット、全半導体メモリ、及びH
ardDisk(HD)等をそのまま置き換える可能性
がある。
On the other hand, in recent years, GMR (Giant Magnet)
toResistive) Magnetoresistance of film etc. (MagnoResistive)
A non-volatile semiconductor memory device utilizing the effect has been developed (JL Brown et al, IEEE Trans. Of Compon
ents Packaging, and Manufacturing Technology-PART
A, Vol. 17, No. 3, Sep., 1994., Y. Irie et a
l., Japanese Journal of Applied Physics Letter, Vo
l.34, pp.L415-417, 1995., DD Tang et al., IEE
E InterMAG'95, AP03, 1995 etc.). A storage device utilizing such a magnetoresistive effect has advantages such as non-destructive reading, high-speed operation, and high radiation resistance, and a rewrite count of 10
More than 15 and DRAM market, all semiconductor memory, and H
There is a possibility that the ardDisk (HD) or the like will be replaced as it is.

【0006】図17(a)に従来のGMRメモリのセル
平面図を、図17(b)にこの平面図のB−B‘断面図
を示す。図17(a)及び図17(b)に示すように、
GMR膜1はビット線2,3に直列接続し、ワード線4
はGMR膜1の上層にビット線と交叉するように形成さ
れている。GMR膜1には、金属人工格子、ナノグラニ
ュラー合金や、図18(a)に示す様な薄い強磁性層1
1、非磁性導体層12、及び強磁性層13の積層膜から
なる交換結合型GMR膜等がある。その他にもトンネル
型GMR、酸化物磁性体を用いたGMRやCMR(Colo
ssal MR )等も提案されている。
FIG. 17A shows a cell plan view of a conventional GMR memory, and FIG. 17B shows a BB 'sectional view of this plan view. As shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b),
The GMR film 1 is connected in series to the bit lines 2 and 3, and the word line 4
Are formed on the upper layer of the GMR film 1 so as to cross the bit lines. The GMR film 1 includes a metal artificial lattice, a nanogranular alloy, and a thin ferromagnetic layer 1 as shown in FIG.
1, an exchange-coupling type GMR film including a laminated film of a non-magnetic conductor layer 12 and a ferromagnetic layer 13 and the like. In addition, tunnel type GMR, GMR using oxide magnetic material and CMR (Colo
ssal MR) etc. are also proposed.

【0007】次に、GMRメモリの動作を図18(a)
に示す交換結合型GMR膜を用いて説明する。各層の膜
厚は強磁性層11,13が3.0μm、非磁性層導体層
12が2.0μm と電子の平均自由工程lよりも薄い。
非磁性導体層12を上下より挟む強磁性層11,12の
スピン(spin)は、ゼロ磁界では交換相互作用によ
り互いに逆方向のスピンを持つ。そして、図18(b)
に示すワード線電流による磁界と、図18(c)に示す
ビット線電流による磁界により、スピン方向が変化す
る。図18(b),図18(c)中、丸○に点・は紙面
の裏面側から手前側への電流方向を示し、○に×はその
逆方向を示す。矢印は電流磁界を示す。アンペアの右ね
じの法則により、ワード線電流による磁界はビット線と
平行にGMR膜1の2つの強磁性層11、13に作用す
る。ビット線電流による磁界はワード線と平行にGMR
膜1の強磁性層11、13に作用する。各強磁性層のス
ピン方向を変化させて、両強磁性層11,13 のスピン
方向を反対方向とするとGMR膜の電気抵抗は高く、ス
ピン方向を同一方向にすると電気抵抗が低くなる。この
抵抗変化は両側のスピンの相対方向のみにより決まり、
両側のスピンの絶対方向には依存しない(等方性)。G
MRメモリは、このような抵抗の変化に基づいて書き込
み情報を読み出す。
Next, the operation of the GMR memory is shown in FIG.
The exchange coupling type GMR film shown in FIG. The thickness of each layer is 3.0 μm for the ferromagnetic layers 11 and 13 and 2.0 μm for the non-magnetic layer conductor layer 12, which is thinner than the electron mean free path l.
The spins of the ferromagnetic layers 11 and 12 that sandwich the non-magnetic conductor layer 12 from above and below have spins in opposite directions due to exchange interaction in a zero magnetic field. And FIG. 18 (b)
The spin direction is changed by the magnetic field due to the word line current shown in FIG. 18 and the magnetic field due to the bit line current shown in FIG. In FIGS. 18 (b) and 18 (c), a dot and a circle indicate the current direction from the back side to the front side of the paper, and a circle indicates the opposite direction. The arrow indicates the current magnetic field. According to Ampere's right-handed screw law, the magnetic field due to the word line current acts on the two ferromagnetic layers 11 and 13 of the GMR film 1 in parallel with the bit lines. The magnetic field due to the bit line current is parallel to the word line GMR
It acts on the ferromagnetic layers 11, 13 of the film 1. The electric resistance of the GMR film is high when the spin directions of the ferromagnetic layers are changed so that the spin directions of the ferromagnetic layers 11 and 13 are opposite to each other, and when the spin directions are the same, the electric resistance becomes low. This resistance change is determined only by the relative directions of the spins on both sides,
It does not depend on the absolute directions of spins on both sides (isotropic). G
The MR memory reads write information based on such a change in resistance.

【0008】GMR膜1には、図16(a),図16
(b),及び図16(c)に示す様なスピンバルブ型G
MR膜が提案されている。図16(a)は交換結合型G
MR膜を示す。この膜は下から順に強磁性層23(C
o,NiFe,CoFe,NiFeCoのいずれか一種
を主な構成要素とする。)、非磁性導体層22(Co,
Ag,Auのいずれか一種を主な構成要素とする。)及
び強磁性層21(Co、NiFe,CoFe,NiF
e,Coのいずれか一種を主な構成要素とする。)の積
層体である。この型のデータ記憶法式の例は、低磁界で
は反対方向にスピンを持たせ、これを“1”データと
し、飽和磁界以上では同一方向のスピンを持たせ、これ
を“0”データとする。他の記憶方式としては、強磁性
層21、22にワード線の電流方向に対して逆方向のス
ピンを持たせて、これを“0”データとし、ワード線に
大電流を流し両強磁性層のスピンをビット線方向に向
け、さらに反対方向を向いているスピン方向と逆方向に
回転磁界を発生するようにビット線に電流を流し、絶対
方向が逆のスピン方向に上下強磁性層のスピンを反転さ
せ“1”データとする。単に、回転磁界だけではスピン
は反転せず、ワード線電流による磁界とビット線電流に
よる磁界の合成磁界が反転に必要なエネルギーを越えた
場合にのみ反転する。読み出しはまずワード線方向と逆
方向に書き込み時より小さな電流を流し、両方のスピン
の方向を同一ビット線方向に向ける。次ぎに、“1”デ
ータを書き込んだ場合と同じように、回転磁界を発生さ
せる方向にビット線電流を流す。この時、“1”データ
であれば、スピン方向と回転磁界が同じ方向であるた
め、スピンはワード線方向に互いに反対方向に向き、結
果として非磁性導体膜の抵抗は高抵抗となる。“0”デ
ータであれば、スピン方向と回転磁界が異なる方向であ
るため、ワード線電流による両方のスピンの方向が同一
ビット線方向に向く力が強まる(ワード線電流が小さい
ため、反転はしない)。結果として、ビット線の抵抗は
低抵抗となる(J. L. Brown et al, IEEE Trans. of Co
mponents Packaging, and Manufacturing Technology-P
ART A, Vol. 17, No.3,Sep., 1994. )。
The GMR film 1 has a structure shown in FIGS.
(B) and spin valve type G as shown in FIG. 16 (c)
MR films have been proposed. FIG. 16A shows an exchange coupling type G.
An MR film is shown. This film is a ferromagnetic layer 23 (C
One of o, NiFe, CoFe, and NiFeCo is a main constituent element. ), The non-magnetic conductor layer 22 (Co,
One of Ag and Au is a main constituent element. ) And the ferromagnetic layer 21 (Co, NiFe, CoFe, NiF)
One of e and Co is a main constituent element. ) Is a laminated body. In the example of this type of data storage method, spins are provided in opposite directions in a low magnetic field, which is "1" data, and spins in the same direction above a saturation magnetic field are "0" data. As another storage method, the ferromagnetic layers 21 and 22 are provided with spins in the direction opposite to the current direction of the word line, and this is set as "0" data, and a large current is passed through the word line to cause both ferromagnetic layers to flow. Current is directed to the bit line so that a rotating magnetic field is generated in the direction opposite to the spin direction facing in the opposite direction, and the spin of the upper and lower ferromagnetic layers is rotated in the spin direction opposite in absolute direction. Is inverted to obtain "1" data. The spin is not simply reversed by the rotating magnetic field, but is reversed only when the combined magnetic field of the magnetic field of the word line current and the magnetic field of the bit line current exceeds the energy required for the reversal. In reading, first, a current smaller than that in writing is made to flow in the direction opposite to the word line direction, and the directions of both spins are directed to the same bit line direction. Next, as in the case of writing "1" data, a bit line current is caused to flow in the direction in which a rotating magnetic field is generated. At this time, if the data is "1", the spin direction and the rotating magnetic field are in the same direction, so the spins are directed in opposite directions in the word line direction, and as a result, the resistance of the nonmagnetic conductor film becomes high. In the case of “0” data, the spin direction and the rotating magnetic field are different directions, so that the force of both spin directions due to the word line current is directed toward the same bit line direction (the word line current is small, so there is no inversion). ). As a result, the resistance of the bit line is low (JL Brown et al, IEEE Trans. Of Co
mponents Packaging, and Manufacturing Technology-P
ART A, Vol. 17, No.3, Sep., 1994.).

【0009】図16 (b)は非結合型スピンバルブ膜
の構造を示し、その特徴は導体層の下の軟磁性層(Ni
Fe(Co))が他の層とは独立に動作することにあ
る。図16(b)に示す膜は下から順に軟磁性層(Ni
Fe(Co))26、非磁性導体層(Cu)25、及び
( 半) 硬質磁性層(CoPt)24を積層膜であり、
(半)硬質磁性層24のスピン方向が反転する磁界強度
は大きく、軟磁性層26のスピン方向が反転する磁界強
度は小さい( Y. Irie et al., Japanese Journalof Ap
plied Physics Letter, Vol.34, pp.L415-417, 1995.
等)。よって、図16(b)中、例えば、紙面裏側より
手前側に大きなワード線電流を流すと、(半)硬質磁性
層は“0”データを記憶し、紙面手前側から裏側に大き
なワード線電流を流すと、(半)硬質磁性層は“1”デ
ータを記憶する。読み出し時は、例えば、“0”データ
の場合、紙面手前側から裏面側へ小さいワード線電流を
流すと、軟磁性層26は硬質磁性層24とは逆スピンと
なり抵抗が高くなる。“1”データの場合、軟磁性層2
6と硬質磁性層24のスピンは同方向となり低抵抗とな
る。この抵抗値の相違を記録情報として読み出す。
FIG. 16 (b) shows the structure of the non-bonded spin valve film, which is characterized by the soft magnetic layer (Ni) under the conductor layer.
Fe (Co)) operates independently of other layers. The film shown in FIG. 16B is a soft magnetic layer (Ni
Fe (Co)) 26, non-magnetic conductor layer (Cu) 25, and
(Semi) hard magnetic layer (CoPt) 24 is a laminated film,
The magnetic field strength for reversing the spin direction of the (semi) hard magnetic layer 24 is large, and the magnetic field strength for reversing the spin direction of the soft magnetic layer 26 is small (Y. Irie et al., Japanese Journal of Ap.
plied Physics Letter, Vol.34, pp.L415-417, 1995.
etc). Therefore, in FIG. 16B, for example, when a large word line current is passed from the back side of the paper to the front side, the (semi) hard magnetic layer stores “0” data, and a large word line current is passed from the front side to the back side of the paper. Is flowed, the (semi) hard magnetic layer stores "1" data. At the time of reading, for example, in the case of “0” data, when a small word line current is passed from the front side to the back side of the paper, the soft magnetic layer 26 has a spin opposite to that of the hard magnetic layer 24, and the resistance becomes high. In the case of "1" data, the soft magnetic layer 2
6 and the hard magnetic layer 24 have the same spin and have low resistance. This difference in resistance value is read out as recording information.

【0010】図16(c)は、他の非結合型スピンバル
ブ膜の例を示す。この膜は下から順に軟磁性層(NiF
e(Co))30、非磁性導体層(Cu)29、軟磁性
層(NiFe(Co))28、及び反強磁性層(FeM
n)27からなる積層体である。軟磁性層28は反強磁
性層27と交換結合により強く結びつき、固定スピンを
もつ。一方、軟磁性層30は外部磁界によりスピンが反
転してスピンの反転、非反転により情報を記憶する(D.
D. Tang et al., IEEE InterMAG'95, AP03, 1995
等)。
FIG. 16C shows an example of another non-bonded spin valve film. This film is a soft magnetic layer (NiF
e (Co)) 30, non-magnetic conductor layer (Cu) 29, soft magnetic layer (NiFe (Co)) 28, and antiferromagnetic layer (FeM)
n) a laminated body composed of 27. The soft magnetic layer 28 is strongly connected to the antiferromagnetic layer 27 by exchange coupling and has a fixed spin. On the other hand, in the soft magnetic layer 30, spins are inverted by an external magnetic field, and information is stored by spin inversion and non-inversion (D.
D. Tang et al., IEEE InterMAG'95, AP03, 1995
etc).

【0011】このようなGMRメモリは、次に示す問題
によりいまだに実用化されていない。これは、現状のG
MR膜では、ワード線に100mA〜数Aの大きな電流
を流して、大きい磁界により磁気抵抗変化率(室温で1
00%等が可能)を稼ぐことができるものの消費電流が
増大する為である。特に、ワード線からGMR膜とビッ
ト線からGMR膜には、距離差があるため、ワード線電
流による磁界はビット線による磁界よりも弱くなってし
まい、ワード線には大きな電流が必要となる。現状のま
までは、高信頼なLSIを作る上で必須であるセンス感
動の良い高い抵抗変化率(高MR率)の材料を用いる
と、大きなワード線電流をchip内で流す必要があ
り、更に、複数のワード線を選択すると、さらに大きな
消費電流が流れ、実用化に程遠いものとなる大きな欠点
が存在する。以上の問題は図16(d)に示す磁界[O
e]とMR変化率(%)の関係で説明できる。現状のG
MR膜では、変化率が高いが必要磁界が大きい(A線に
示す。)か、変化率は低いが必要磁界が低い(B線に示
す。)しか無く、C線の様に低必要磁界、高MR率の理
想的な膜が存在しない。
Such a GMR memory has not been put to practical use due to the following problems. This is the current G
In the MR film, a large current of 100 mA to several A is applied to the word line, and a large magnetic field causes a change rate of magnetoresistance (1 at room temperature).
This is because the current consumption increases although it is possible to earn (such as 00%). In particular, since there is a distance difference between the word line and the GMR film and between the bit line and the GMR film, the magnetic field due to the word line current becomes weaker than the magnetic field due to the bit line, and a large current is required for the word line. In the current state, if a material having a high sense of resistance and a high resistance change rate (high MR rate), which is indispensable for producing a highly reliable LSI, is used, a large word line current needs to flow in the chip. If a plurality of word lines are selected, a larger current consumption will flow, and there is a big drawback that it is far from practical use. The above problem is caused by the magnetic field [O
e] and the MR change rate (%). Current G
In the MR film, the change rate is high but the required magnetic field is large (shown by the line A), or the change rate is low but the required magnetic field is low (shown by the line B). There is no ideal film with high MR ratio.

【0012】さらに、従来技術では、選択したワード線
に電流を流して磁界を発生させると、隣接する非選択の
ワード線のメモリセルにも磁界の影響が及ぶため、デー
タ書き込み時では隣接セルのデータの破壊が起こり、デ
ータ読み出し時には選択セルと逆データが隣接セルに書
き込まれていた場合に選択セルの抵抗変化を弱める働き
をする。これは、微細化が進むほど、顕著になる。
Further, in the prior art, when a current is applied to a selected word line to generate a magnetic field, the magnetic field also affects the memory cells of the adjacent non-selected word line. When the data is destroyed and the reverse data of the selected cell is written in the adjacent cell at the time of reading the data, it works to weaken the resistance change of the selected cell. This becomes remarkable as the miniaturization progresses.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のGMRメモリにおいては、非破壊読みだし、高速
動作、及び高放射線耐圧性等の長所に加え、書き換え回
数1015以上と10年連続動作が可能であるが、高信頼
なLSIを作る上で必須のセンス感動の良い、高い抵抗
変化率(高MR率)の材料を用いると、大きなワード線
電流をchip内で流す必要があり、更に、複数のワー
ド線を選択すると、さらに大きな消費電流が流れ、実用
化に程遠いものとなる大きな欠点が存在していた。又、
微細化が進むと、漏れ磁界により隣接セルデータが破壊
される傾向にあるという欠点を持っていた。
As described above,
In addition to the advantages of non-destructive read, high-speed operation, high radiation resistance, etc., the conventional GMR memory is capable of rewriting 10 15 or more and continuous operation for 10 years. If a material with a high sense of sensitivity and high resistance change rate (high MR rate) is used, it is necessary to pass a large word line current in the chip. Furthermore, if a plurality of word lines are selected, a further large current consumption will occur. There were major drawbacks that made it far from practical use. or,
As miniaturization progresses, there is a drawback that adjacent cell data tends to be destroyed by the leakage magnetic field.

【0014】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、磁気抵抗の変化により情報を記憶する記憶装置に
おいて、低消費電力でありかつセンス感度の高い記憶装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a memory device which stores information by a change in magnetic resistance, which has low power consumption and high sense sensitivity. And

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(概要)上記課題を解決するために本発明の第1 は、複
数本のビット線と、前記ビット線と交叉すると共に、互
いに直列接続する平行な複数層のワード線層からなる複
数本のワード線と、前記ビット線と前記ワード線の交叉
する領域に形成され、前記ビット線に直列接続する磁気
抵抗効果膜を備える複数のメモリセルとが備えられたこ
とを特徴とする半導体記憶装置を提供する。
(Summary) In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention is to provide a plurality of word lines, each of which is composed of a plurality of bit lines and a plurality of parallel word line layers that intersect with the bit lines and are connected in series. Provided is a semiconductor memory device, comprising: a line; and a plurality of memory cells each having a magnetoresistive film formed in a region where the bit line and the word line cross each other and connected in series to the bit line. To do.

【0016】又、上記課題を解決する為に、本発明の第
2は、複数本のビット線と、前記ビット線と交叉すると
共に、同一電流源からの電流が供給される複数層のワー
ド線層からなる複数本のワード線と、前記ビット線と前
記ワード線とが交叉する領域に形成され、前記ビット線
に直列接続する磁気抵抗効果膜を備える複数のメモリセ
ルとが備えられたことを特徴とする半導体記憶装置を提
供する。
In order to solve the above problems, a second aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines and a plurality of layers of word lines which intersect with the bit lines and are supplied with current from the same current source. A plurality of word lines made of layers, and a plurality of memory cells each having a magnetoresistive film formed in a region where the bit lines intersect the word lines and connected in series to the bit lines. A characteristic semiconductor memory device is provided.

【0017】この第1及び第2の発明において好ましい
構成を以下に示す。 a)磁気抵抗効果膜の上層或いは下層のいずれかに形成
された複数の前記ワード線層の電流方向は互いに同一方
向である。 b)磁気抵抗効果膜の上層に形成された前記ワード線層
の電流方向と前記磁気抵抗効果膜の下層に形成された前
記ワード線層の電流方向は互いに逆方向である。 c)磁気抵抗効果膜の上層に形成された前記ワード線層
と、前記磁気抵抗効果膜の下層に形成された前記ワード
線層はワード線方向に配列したセルアレイの一端におい
て接続されている。 d)上層のワード線層と、前記下層の前記ワード線層と
で構成される複数のワード線は前記セルアレイの両端に
おいてワード線駆動回路に交互に接続されている。 e)磁気抵抗効果膜の上層に第1 のワード線層が形成さ
れ、さらに第1のワード線層の上層に第2のワード線層
が形成され、前記磁気抵抗効果膜の下層に第3のワード
線層が形成され、さらに第3のワード線層の下層に第4
のワード線層が形成され、前記第1 のワード線層と前記
第4のワード線層とがセルアレイの一端において接続さ
れ、前記第2のワード線層と前記第4のワード線層とが
他端において接続されている。 上記課題を解決する為に、本発明の第3は、複数本のビ
ット線と、前記ビット線と交叉する複数本のワード線
と、前記ワード線を駆動する複数のワード線駆動回路
と、前記ビット線と前記ワード線とが交叉する領域に形
成され、前記ビット線に直列接続する磁気抵抗効果膜を
備える複数のメモリセルと、ワード線方向のセルアレイ
端において、前記ワード線にその他端の電位よりも低い
電位を供給する第1の電源線と、この第1 の電源線に接
続される第2の電源線であり、別のセルアレイの一端に
おいて、前記ワード線にその他端の電位よりも高い電位
を供給する第2の電源線とが備えられたことを特徴とす
る半導体記憶装置を提供する。
Preferred configurations in the first and second inventions are shown below. a) The current directions of the plurality of word line layers formed in either the upper layer or the lower layer of the magnetoresistive film are the same. b) The current direction of the word line layer formed in the upper layer of the magnetoresistive film and the current direction of the word line layer formed in the lower layer of the magnetoresistive film are opposite to each other. c) The word line layer formed in the upper layer of the magnetoresistive film and the word line layer formed in the lower layer of the magnetoresistive film are connected at one end of a cell array arranged in the word line direction. d) A plurality of word lines composed of an upper word line layer and the lower word line layer are alternately connected to word line drive circuits at both ends of the cell array. e) A first word line layer is formed on an upper layer of the magnetoresistive effect film, a second word line layer is further formed on an upper layer of the first word line layer, and a third word line layer is formed on a lower layer of the magnetoresistive effect film. A word line layer is formed, and a fourth layer is formed below the third word line layer.
Word line layer is formed, the first word line layer and the fourth word line layer are connected at one end of the cell array, and the second word line layer and the fourth word line layer are connected to each other. Connected at the ends. In order to solve the above problems, a third aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, a plurality of word line drive circuits for driving the word lines, and A plurality of memory cells each having a magnetoresistive film formed in a region where a bit line and the word line intersect with each other and serially connected to the bit line, and a potential at the other end of the word line at the cell array end in the word line direction. A first power supply line that supplies a lower potential and a second power supply line that is connected to the first power supply line. At one end of another cell array, the word line has a higher potential than the other end. There is provided a semiconductor memory device including a second power supply line for supplying a potential.

【0018】又、上記課題を解決するために、本発明の
第4は、複数本のビット線と、前記ビット線と交叉する
複数本のワード線と、前記ワード線を駆動する複数のワ
ード線駆動回路と、前記ビット線と前記ワード線とが交
叉する領域に形成され、前記ビット線に直列接続する複
数の磁気抵抗効果膜とを備える複数のメモリセルと、前
記ビット線方向のセルアレイの一端に、他端の電位より
も低い電位を供給する第1の電源線と、この第1 の電源
線と接続される第2の電源線であり、別のセルアレイの
ビット線の一端に、他端の電位よりも高い電位を供給す
る第2の電源線とが備えられたことを特徴とする半導体
記憶装置を提供する。
In order to solve the above problems, a fourth aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, and a plurality of word lines for driving the word lines. A plurality of memory cells each including a drive circuit, a plurality of magnetoresistive films formed in a region where the bit line and the word line intersect, and connected in series to the bit line, and one end of a cell array in the bit line direction. Is a first power supply line that supplies a potential lower than the potential of the other end and a second power supply line that is connected to the first power supply line. One end of the bit line of another cell array and the other end And a second power supply line that supplies a potential higher than the potential of the semiconductor memory device.

【0019】又、上記課題を解決するために、本発明の
第5は、複数本のビット線と、前記ビット線と交叉する
複数本のワード線と、前記ワード線を駆動する複数のワ
ード線駆動回路と、前記ビット線と前記ワード線とが交
叉する領域に形成されると共に、前記ビット線の各々に
直列接続する磁気抵抗効果膜を備える複数のメモリセル
とが備えられ、選択された正電流が流れる前記ワード線
とこれに隣接する前記ワード線間に、前記正電流よりも
小さい逆電流が流れる配線とが備えられたことを特徴と
する半導体記憶装置を提供する。
In order to solve the above problems, a fifth aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, and a plurality of word lines for driving the word lines. A driving circuit and a plurality of memory cells each having a magnetoresistive film formed in a region where the bit line and the word line intersect each other and serially connected to each of the bit lines are provided. There is provided a semiconductor memory device, comprising: the word line through which a current flows and a wiring through which a reverse current smaller than the positive current flows between the word line adjacent to the word line.

【0020】又、上記課題を解決するために、本発明の
第6は、複数本のビット線と、前記ビット線と交叉する
複数本のワード線と、前記ワード線を駆動する複数のワ
ード線駆動回路と、前記ビット線と前記ワード線の交叉
する領域に形成され、前記ビット線に直列接続する磁気
抵抗効果膜を備える複数のメモリセルとが備えられ、選
択された正電流が流れる前記ワード線に隣接する他の前
記ワード線には、前記正電流よりも小さい逆電流が流れ
ることを特徴とする半導体記憶装置を提供する。
In order to solve the above problems, a sixth aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, and a plurality of word lines for driving the word lines. The word is provided with a drive circuit and a plurality of memory cells formed in a region where the bit line and the word line intersect and provided with a magnetoresistive film connected in series to the bit line. A semiconductor memory device is provided, in which a reverse current smaller than the positive current flows through the other word line adjacent to the line.

【0021】又、上記課題を解決するために、本発明の
第7は、複数本のビット線と、前記ビット線と交叉する
複数のワード線と、前記ビット線と前記ワード線が交叉
する領域に形成され、前記ビット線と直列接続する磁気
抵抗効果膜とが備えられ、前記ワード線の水平投影は前
記ビット線と重なる領域を有することを特徴とする半導
体記憶装置を提供する。
In order to solve the above problems, a seventh aspect of the present invention is to provide a plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, and a region where the bit lines intersect with the word lines. And a magnetoresistive effect film connected in series with the bit line, the horizontal projection of the word line having a region overlapping with the bit line.

【0022】(作用)本発明の第1 及び第2 によれば、
磁気抵抗効果膜は、複数層のワード線による複数のワー
ド線層の電流により生成される合成磁界の影響を受け
る。従って、1層のワード線を用いた従来の磁気抵抗効
果膜を用いた記憶装置に対してワード線の層数にほぼ比
例する大きい磁界が得られる。そして、複数のワード線
層をセル端等で接続することで直列接続させ、同一電流
源から流れる電流を用いれば、従来の記憶装置に対して
ほぼ同等の電流量で、ワード線の層数に比例した大きな
合成磁界を発生させることができる。従って、小さいワ
ード線電流、小さなchip消費電流で大きな磁気抵抗
変化率を実現することができる。
(Operation) According to the first and second aspects of the present invention,
The magnetoresistive film is affected by the combined magnetic field generated by the currents in the plurality of word line layers by the plurality of word lines. Therefore, a large magnetic field that is almost proportional to the number of layers of word lines can be obtained with respect to the memory device using the conventional magnetoresistive film using one layer of word lines. Then, if a plurality of word line layers are connected in series by connecting at cell ends and the like and the currents flowing from the same current source are used, the number of word line layers can be made almost equal to that of the conventional memory device. It is possible to generate a proportionally large synthetic magnetic field. Therefore, a large magnetoresistance change rate can be realized with a small word line current and a small chip consumption current.

【0023】又、本発明の第3 によれば、互いに平行に
形成される複数層のワード線の層間に複数の磁気抵抗効
果膜がアレイ状に形成され、磁気抵抗効果膜を中央にし
て互いに対向するワード線には互いに逆方向に電流が流
される。そして、異なるセルアレイの複数のワード線駆
動回路の電源を直列接続すれば、複数のセルアレイのワ
ード線を同時に動作させても消費電流が増加されずに、
複数のセルアレイ全体の消費電力を抑えることが出来
る。
According to the third aspect of the present invention, a plurality of magnetoresistive effect films are formed in an array between the plurality of layers of word lines formed in parallel with each other, and the magnetoresistive effect films are located at the center of each other. Currents flow in opposite directions to the opposing word lines. Then, by connecting the power supplies of the plurality of word line drive circuits in different cell arrays in series, the current consumption is not increased even if the word lines of the plurality of cell arrays are simultaneously operated,
The power consumption of the entire plurality of cell arrays can be suppressed.

【0024】又、本発明の第4 によれば、異なるセルア
レイのビット線駆動回路の電源を直列接続すれば、複数
のセルアレイのビット線を同時に動作させても、消費電
流が増加されずに、chipの消費電力を抑えることが
出来る。
According to the fourth aspect of the present invention, if the power supplies of the bit line drive circuits of different cell arrays are connected in series, even if the bit lines of a plurality of cell arrays are operated at the same time, the current consumption does not increase, The power consumption of the chip can be suppressed.

【0025】又、本発明の第5 によれば、選択ワード線
に流れる磁界により、隣接するメモリセルへのもれ磁界
の影響を、ワード線間に配設した制御線に、選択ワード
線と逆方向の電流を流し、前記もれ磁界の大きさを弱め
る方向に磁界を発生させることにより、弱めさせること
が出来る。
According to the fifth aspect of the present invention, the influence of the leakage magnetic field on the adjacent memory cells due to the magnetic field flowing in the selected word line is controlled by the control line arranged between the word lines and the selected word line. The current can be weakened by passing a current in the opposite direction and generating a magnetic field in a direction that weakens the magnitude of the leakage magnetic field.

【0026】又、本発明の第6 によれば、選択ワード線
に流れる磁界により、隣接するメモリセルへのもれ磁界
の影響を、隣接ワード線に僅かな選択ワード線と逆方向
の電流を流し、前記もれ磁界の大きさを弱める方向に磁
界を発生させることにより、弱めさせることが出来る。
According to the sixth aspect of the present invention, the influence of the leakage magnetic field on the adjacent memory cell is caused by the magnetic field flowing in the selected word line, and a slight current in the opposite direction to the selected word line is applied to the adjacent word line. The leakage can be weakened by generating a magnetic field in the direction of weakening the magnitude of the leakage magnetic field.

【0027】又、上記本発明の第6によれば、ワード線
と磁気抵抗効果膜間の距離を従来よりも短かくできる。
又、上記本発明では、磁気抵抗変化率が大きいが、消費
電流が多い材料、構造で、消費電流を減らしたいものが
最適である。例えば、GMR膜がある。このうち、交換
結合型GMR膜はCu、Au、Ag、Cr等の非強磁性
導体層の上下層にCo、Ni、Fe等及びこれらの合金
の強磁性層が形成された膜である。又、スピンバルブ型
GMR膜はCu,Au,Ag,Cr等の非強磁性導体層
の片側にCoPt等の(半)硬質磁性層、他の片側にN
iFe,NiFeCo等の軟磁性層を形成した膜であ
る。又、他のスピンバルブ型GMR膜として、 Cu,
Au,Ag,Cr等の非強磁性導体層の片側にNiF
e,NiFeCo等の軟磁性層とFeMn等の反強磁性
層、他の片側にNiFe,NiFeCo等の軟磁性層を
形成した膜である。又、Al2O2等の非強磁性絶縁層
の両側にFe等の強磁性層を接続したトンネル型GMR
膜、Pr,Sr,Mn,O等を含むCMR(Colos
sal MagnetoResistive)膜があ
る。
According to the sixth aspect of the present invention, the distance between the word line and the magnetoresistive film can be made shorter than before.
Further, in the above-mentioned present invention, it is optimal to use a material or structure which has a large rate of change in magnetic resistance but consumes a large amount of current and which is desired to reduce the amount of current consumed. For example, there is a GMR film. Among them, the exchange coupling type GMR film is a film in which ferromagnetic layers of Co, Ni, Fe and the like and alloys thereof are formed on the upper and lower layers of a non-ferromagnetic conductor layer of Cu, Au, Ag and Cr. The spin-valve type GMR film is a (semi) hard magnetic layer such as CoPt on one side of a non-ferromagnetic conductor layer such as Cu, Au, Ag and Cr, and an N on the other side.
It is a film in which a soft magnetic layer such as iFe or NiFeCo is formed. As another spin valve type GMR film, Cu,
NiF on one side of the non-ferromagnetic conductor layer of Au, Ag, Cr, etc.
e, a soft magnetic layer such as NiFeCo and an antiferromagnetic layer such as FeMn, and a soft magnetic layer such as NiFe and NiFeCo formed on the other side. Also, a tunnel type GMR in which ferromagnetic layers such as Fe are connected to both sides of a non-ferromagnetic insulating layer such as Al2O2.
Film, CMR (Colos containing Pr, Sr, Mn, O, etc.)
sal Magneto Resistive) membrane.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
各実施形態を説明する。 (第1の実施の形態)図1(a)は本発明の第1の実施
形態である磁気抵抗効果を利用した半導体記憶装置を説
明するためのメモリセル断面図である。又、図1(b)
は互いに隣接する複数のメモリセルを示した平面図であ
り、図1(c)はセルアレイのワード線方向の断面図と
ワード線駆動回路を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1A is a sectional view of a memory cell for explaining a semiconductor memory device utilizing a magnetoresistive effect according to a first embodiment of the present invention. Also, FIG. 1 (b)
Is a plan view showing a plurality of memory cells adjacent to each other, and FIG. 1C shows a cross-sectional view of the cell array in the word line direction and a word line drive circuit.

【0029】本実施の形態では図1(a)、及び(b)
に示すように、ビット線31と、これより上層及び下層
に各々形成された上層ワード線32、下層ワード線33
とが立体的に交叉して形成されており、交叉する領域に
両端がビット線31に接続されたGMR膜34が形成さ
れている。 つまり、 GMR膜34の直上に上層ワー
ド線32が形成され、直下に下層ワード線33が設けら
れている。又、上層及び下層ワード線32、33はGM
R膜34及び層間膜をはさんで基板主表面の鉛直方向に
重なり合うように形成されている。層間膜は上層、下層
ワード線32、33間及びこれらとGMR膜34及びビ
ット線31間を電気的に絶縁している。
In the present embodiment, FIGS. 1A and 1B are used.
As shown in FIG. 3, the bit line 31, and the upper layer word line 32 and the lower layer word line 33 formed in the upper and lower layers, respectively.
Are three-dimensionally crossed, and a GMR film 34 having both ends connected to the bit line 31 is formed in the crossing region. That is, the upper layer word line 32 is formed immediately above the GMR film 34, and the lower layer word line 33 is provided immediately below. The upper and lower word lines 32 and 33 are GM.
The R film 34 and the interlayer film are formed so as to overlap each other in the vertical direction of the main surface of the substrate. The interlayer film electrically insulates between the upper and lower word lines 32 and 33 and between these and the GMR film 34 and the bit line 31.

【0030】次に、このメモリセルの上層ワード線32
に、例えば紙面の裏面側より手前側(○に・)に電流を
流し、下層ワード線33には、紙面の手前側より裏面側
(○に×)に電流を流す。すると、上層ワード線32及
び下層ワード線33の電流により発生する磁界は、アン
ペアの右ねじの法則により、図中右側方向に向き、結果
として、セルには2 層のワード線による磁界を合わせた
合成磁界が発生して、GMR膜34に作用する。この合
成磁界は、電流量を同等とすると1 層のワード線(従来
技術)により発生する磁界の約2倍の磁界強度である。
Next, the upper word line 32 of this memory cell
In addition, for example, a current is passed from the front side of the paper to the front side (in the circle), and a current is passed to the lower word line 33 from the front side of the paper to the back side (in the circle). Then, the magnetic field generated by the current in the upper layer word line 32 and the lower layer word line 33 is directed to the right direction in the figure according to Ampere's right-handed screw law, and as a result, the magnetic fields produced by the two layers of word lines are aligned with the cell. A synthetic magnetic field is generated and acts on the GMR film 34. This combined magnetic field has a magnetic field strength about twice that of a magnetic field generated by a single-layer word line (prior art) when the current amount is the same.

【0031】ここで、例えば図1(c)に示すように、
上層及び下層ワード線32,33を、セルアレイの左端
セル36aから、右端セル36lまで引き伸ばし、両者
をセルアレイの左端でコンタクト37により直列接続す
ると、消費電流は従来と同一でありながら、2 層のワー
ド線に流れる電流の合成磁界は従来の約2倍発生させる
ことができる。
Here, for example, as shown in FIG.
When the upper and lower word lines 32 and 33 are extended from the left end cell 36a of the cell array to the right end cell 36l and both are connected in series by the contact 37 at the left end of the cell array, the current consumption is the same as the conventional one, but the two layer word lines are used. The composite magnetic field of the current flowing through the line can be generated about twice as much as the conventional one.

【0032】各層への電圧の印加は、上層ワード線32
にはワード線駆動回路35よりV1の電圧を印可し、下
層ワード線33にはワード線駆動回路35よりV2の電
位に接続される。V1>V2の場合、上層ワード線32
には、紙面左向きに電流が流れ、下層ワード線33に
は、紙面右向きの電流が流れる。 V1>V2の例とし
て、V1=Vcc、V2=0Vであっても良いし、V2
>V1の例として、V2=Vcc、V1=0Vであって
も良く、又所望の電流を流す為に、上記関係を満たすよ
うにV1、V2を任意の電位として良い。データ書き込
み/読みだしでの上層ワード線と下層ワード線の差は、
書き込み時にV1−V2を大きく、読みだし時にV1−
V2を小さめにとれば消費電流を抑制できる。
The voltage is applied to each layer by applying the upper word line 32.
Is applied with a voltage of V1 from the word line drive circuit 35, and the lower layer word line 33 is connected to the potential of V2 from the word line drive circuit 35. When V1> V2, the upper word line 32
, A current flows leftward on the paper, and a current flows rightward on the lower word line 33. As an example of V1> V2, V1 = Vcc and V2 = 0V may be used, or V2
As an example of> V1, V2 = Vcc and V1 = 0V may be used, and V1 and V2 may be set to arbitrary potentials so as to satisfy the above relationship in order to flow a desired current. The difference between the upper word line and the lower word line when writing / reading data is
When writing, V1-V2 is increased, and when reading, V1-V2
If V2 is set to be small, current consumption can be suppressed.

【0033】本実施形態によれば、同じ必要磁界をより
小さいワード線消費電流により発生できる。又、センス
感度の良い大きな磁気抵抗変化率の材料、構造のものを
用いても、低消費電流のLSIが実現でき、低消費電力
と、センス感度向上の両立が可能となる。
According to this embodiment, the same required magnetic field can be generated with a smaller word line consumption current. Further, even if a material or structure having a high sense resistance and a large magnetoresistance change rate is used, an LSI with low current consumption can be realized, and low power consumption and improvement in sense sensitivity can both be achieved.

【0034】本実施形態は、図1(c)に示したものに
限られず、各層を直列接続する構成であれば他の構造、
形態も含まれる。本実施形態及び以下に説明する他の実
施形態には、上述したGMR(Giant MagnetoResisto)
膜としてCu、Au、Ag、Cr等の非強磁性導体層の
両側にCo、Ni、Fe等及びこれらの合金の強磁性層
を接続させた交換結合型GMR膜、或は Cu、Au、
Ag、Cr等の非強磁性導体層の片側に、CoPt等の
(半)硬質磁性層、他側にNiFe、NiFeCo等の
軟磁性層を接続したスピンバルブ型GMR膜、或は C
u、Au、Ag、Cr等の非強磁性導体層の片側に、N
iFe、NiFeCo等の軟磁性層とFeMn等の反強
磁性層、他の片側にNiFe、NiFeCo等の軟磁性
層を接続したスピンバルブ型GMR膜等がある。又、ト
ンネル型GMR膜として、Al2O2等の非強磁性絶縁
層の両側にFe等の強磁性層を接続したもの等がある。
又、GMR膜の他に膜として、Pr、Sr、Mn、O等
を含む膜CMR(Colossal MagnetoResisto )等があ
る。又、一方向に磁気異方性を示すAMR効果をもつパ
ーマロイ等を用いることも可能である。
The present embodiment is not limited to that shown in FIG. 1C, but other structures can be used as long as the layers are connected in series.
Morphology is also included. In this embodiment and other embodiments described below, the GMR (Giant MagnetoResisto) described above is used.
An exchange-coupling type GMR film in which ferromagnetic layers of Co, Ni, Fe, etc. and their alloys are connected to both sides of a non-ferromagnetic conductor layer of Cu, Au, Ag, Cr or the like, or Cu, Au,
A spin valve type GMR film in which a (semi) hard magnetic layer such as CoPt is connected to one side of a non-ferromagnetic conductor layer such as Ag or Cr and a soft magnetic layer such as NiFe or NiFeCo is connected to the other side, or C
On one side of the non-ferromagnetic conductor layer of u, Au, Ag, Cr, etc., N
Examples include a soft magnetic layer such as iFe and NiFeCo, an antiferromagnetic layer such as FeMn, and a spin valve type GMR film in which a soft magnetic layer such as NiFe and NiFeCo is connected to the other side. Further, as the tunnel type GMR film, there is a film in which a ferromagnetic layer such as Fe is connected to both sides of a non-ferromagnetic insulating layer such as Al2O2.
In addition to the GMR film, there is a film CMR (Colossal MagnetoResisto) containing Pr, Sr, Mn, O, etc. as a film. It is also possible to use permalloy or the like having an AMR effect that exhibits magnetic anisotropy in one direction.

【0035】(第2の実施の形態)以下、本発明の第2
の実施形態の半導体記憶装置を説明する。図2(a)は
メモリセル断面図、図2(b)はセルアレイのワード線
方向断面図とワード線駆動回路を示す。本実施形態で
は、第1及び第2 のワード線層43a,43bと、これ
らの下層に形成されたGMR膜45と、この下層に形成
された第1及び第2のワード線層44a,44bを設け
ている。ビット線42は4層のワード線層43a,43
b,44a,44bと交叉し、GMR膜45はこの交叉
部に形成されている。
(Second Embodiment) The second embodiment of the present invention will be described below.
The semiconductor memory device of the embodiment will be described. 2A shows a memory cell sectional view, and FIG. 2B shows a word line direction sectional view of the cell array and a word line drive circuit. In the present embodiment, the first and second word line layers 43a and 43b, the GMR film 45 formed below these layers, and the first and second word line layers 44a and 44b formed below these layers are formed. It is provided. The bit line 42 includes four word line layers 43a and 43.
B, 44a and 44b are crossed, and the GMR film 45 is formed at this crossing portion.

【0036】次に、このメモリセル41に発生する磁界
について説明する。メモリセル41の第1 及び第2 のワ
ード線層43a,43bに同一方向の電流を流し、第3
及び第4の下層ワード線44a,44bに、第1及び第
2のワード線層と逆方向の電流を流すことにより、1本
のワード線の電流量は従来と同等であっても、合成磁界
により従来に比べ約4倍の磁界を発生でき、 GMR膜
45はこの合成磁界の作用を受ける。合成磁界は層の増
加に比例して増大する。
Next, the magnetic field generated in the memory cell 41 will be described. A current in the same direction is applied to the first and second word line layers 43a and 43b of the memory cell 41, and
By passing a current in the direction opposite to that of the first and second word line layers to the fourth and fourth lower word lines 44a and 44b, even if the current amount of one word line is the same as the conventional one, the combined magnetic field As a result, a magnetic field that is approximately four times that of the conventional one can be generated, and the GMR film 45 is affected by this composite magnetic field. The resultant magnetic field increases in proportion to the number of layers.

【0037】次に、各ワード線層の接続について説明す
る。本実施の形態では第1のワード線層43aと第4の
ワード線層44b、第2 のワード線層43bと第4のワ
ード線層44a、及び第2 のワード線層43bと第4の
ワード線層44aを、図2(b)に示すように、セルア
レイの両端で、コンタクト46a,46b,46cによ
り直列接続させている。従って、従来と同じ消費電流で
あっても4 倍の合成磁界を実現でき、第1 の実施形態よ
りもさらに低い消費電流のLSIが実現できる。又、G
MR膜45により高い磁性抵抗変化率材料を適用するこ
とが可能になる。
Next, the connection of each word line layer will be described. In this embodiment mode, the first word line layer 43a and the fourth word line layer 44b, the second word line layer 43b and the fourth word line layer 44a, and the second word line layer 43b and the fourth word line layer 43a. As shown in FIG. 2B, the line layer 44a is connected in series by the contacts 46a, 46b, 46c at both ends of the cell array. Therefore, even if the current consumption is the same as the conventional one, a composite magnetic field that is four times larger can be realized, and an LSI with a current consumption lower than that of the first embodiment can be realized. Also, G
The MR film 45 makes it possible to apply a high magnetoresistance change material.

【0038】尚、ここで述べた各層を直列に接続する方
法は図2(b)に示すものに限られない。ワード線への
印加電圧V1,V2に関しては第1 の実施の形態と同様
に行えばよく、ここでは詳しい説明を省略する。
The method of connecting the layers described above in series is not limited to that shown in FIG. The voltages V1 and V2 applied to the word lines may be the same as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted here.

【0039】(第3の実施の形態)次に本発明の第3の
実施形態について説明する。上述した第2 の実施形態の
ように磁気抵抗効果膜の上、下のワード線を多層に形成
する際、最小加工寸法でワード線ピッチを画定すると、
次のような問題が発生すると思われる。つまり、コンタ
クト46aが形成されるために、下層のワード線層の最
上層(第2の実施の形態の例では第3ワード線層44
a)とワード線駆動回路57とを接続することが困難と
なる。第3 の実施形態では、この問題を解決する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. When the word lines below and above the magnetoresistive film are formed in multiple layers as in the second embodiment described above, if the word line pitch is defined by the minimum processing dimension,
The following problems are likely to occur. That is, since the contact 46a is formed, the uppermost layer of the lower word line layer (the third word line layer 44 in the example of the second embodiment).
It becomes difficult to connect a) with the word line drive circuit 57. The third embodiment solves this problem.

【0040】本実施形態では図3に示すように、セルア
レイ毎に、左右交互にワード線駆動回路57に接続し
(図3では片側に接続するワード線駆動回路を省略し
た。)、第2コンタクトによりワード線駆動回路への接
続が困難なワード線層を第2 コンタクト56bのわきに
引き出すことにより上記問題を解決している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the cell arrays are alternately connected to the left and right word line drive circuits 57 (the word line drive circuits connected to one side are omitted in FIG. 3), and the second contacts are formed. Thus, the above problem is solved by drawing out the word line layer, which is difficult to connect to the word line drive circuit, to the side of the second contact 56b.

【0041】この際、ワード線駆動回路との接続を相対
称に行っているセルアレイ同士は図3に示すよう左右に
ずらして配設する。セルアレイAの第2の上層ワード線
のように駆動回路との接続を行わない層はセルアレイ内
側で、第1、第3コンタクトを取れば、相対象に形成さ
れたセルアレイBの第1の下層ワード線は、セルアレイ
A方向に1ピッチずらす。
At this time, the cell arrays, which are connected symmetrically with the word line drive circuit, are arranged so as to be shifted left and right as shown in FIG. A layer such as the second upper layer word line of the cell array A, which is not connected to the driving circuit, is inside the cell array, and if the first and third contacts are made, the first lower layer word of the cell array B formed as a phase object. The lines are shifted by 1 pitch in the cell array A direction.

【0042】本実施形態におけるワード線の配設は、直
列接続のためにコンタクトを要する3 層以上のワード線
が形成されたセルアレイに適用できる。 (第4の実施の形態)次に本発明の第4の実施形態を説
明する。
The arrangement of the word lines in this embodiment can be applied to a cell array in which word lines of three layers or more which require contacts for series connection are formed. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0043】上述したように、1 層のワード線を用いて
交換結合型GMR膜に“1”及び“0”データを記憶さ
せる方式が文献( J. L. Brown et al, IEEE Trans. of
Components Packaging, and Manufacturing Technolog
y-PART A, Vol. 17, No.3, Sep., 1994.)により公知で
ある。この記憶方式では読み出し、書き込み時にワード
線電流は逆方向に流してる。
As described above, the method of storing "1" and "0" data in the exchange-coupling type GMR film by using the word line of one layer is described in JL Brown et al, IEEE Trans.
Components Packaging, and Manufacturing Technolog
y-PART A, Vol. 17, No. 3, Sep., 1994.). In this storage method, the word line current flows in the opposite direction during reading and writing.

【0044】これに対し、多層のワード線を用いた本発
明では、読みだし時と書き込み時のワード線電流は同一
方向に流すことができ、両強磁性層のスピンの方向を同
一ビット線方向に向けても記憶装置として動作可能であ
る。上述した方式で“1”データを書き込んだ場合と同
様に、両強磁性層のスピン方向と逆方向にビット線電流
による回転磁界を発生させる。この時、“1”データで
あれば、スピン方向と回転磁界が同じ方向であるため、
ワード線電流に関らずスピンはワード線方向に互いに逆
方向に向く。結果として、ビット線の抵抗は高抵抗とな
る。“0”データであれば両強磁性層のスピン方向と回
転磁界が異なる方向であるため、ワード線電流による両
強磁性層のスピンの方向が同一ビット線方向に向く力が
強まる(ワード線電流が小さいため、反転はしない)。
結果として、ビット線の抵抗は低抵抗となり、メモリセ
ル動作が可能になる。即ち、ワード線電流は、読み出し
/書き込み共に1方向で済む。従って、図4に示すよう
に、複数のワード線駆動回路をセルアレイの1方端に配
置し、各セルアレイに接続する各ワード線の一端部、例
えばV2電位を与えるワード線層の端部を共通化するこ
とができる。例えば、第3のワード線層は、第2コンタ
クトの手前で共通化され、ビット線方向に引出されて、
セルアレイ外に引き出される。
On the other hand, in the present invention using a multi-layered word line, the word line currents at the time of reading and writing can be made to flow in the same direction, and the spin directions of both ferromagnetic layers are set to the same bit line direction. It is possible to operate as a storage device even when facing toward. Similar to the case where "1" data is written by the method described above, a rotating magnetic field due to the bit line current is generated in the direction opposite to the spin direction of both ferromagnetic layers. At this time, if the data is “1”, the spin direction and the rotating magnetic field are in the same direction.
The spins are directed in opposite directions in the word line direction regardless of the word line current. As a result, the resistance of the bit line becomes high. In the case of "0" data, the spin directions of both ferromagnetic layers are different from the rotating magnetic field, so that the force of the spin directions of both ferromagnetic layers toward the same bit line direction due to the word line current is increased (word line current). Because it is small, it is not inverted).
As a result, the resistance of the bit line becomes low, and the memory cell operation becomes possible. That is, the word line current can be read / written in one direction. Therefore, as shown in FIG. 4, a plurality of word line drive circuits are arranged at one end of the cell array, and one end of each word line connected to each cell array, for example, the end of a word line layer for applying a V2 potential is shared. Can be converted. For example, the third word line layer is made common before the second contact and is drawn out in the bit line direction,
It is pulled out of the cell array.

【0045】本実施形態を第2 の実施形態のように上
層、及び下層に各々複数層のワード線がコンタクトによ
り直列接続されるセル構造に適用するとV2電位は接地
側で各ワード線に共通に行う事ができるので、ワード線
駆動回路、及びワード線を最小設計ルールで構成するこ
とができる。
When this embodiment is applied to a cell structure in which word lines of a plurality of layers are connected in series in the upper layer and the lower layer as in the second embodiment by contacts, the V2 potential is common to each word line on the ground side. Since it can be performed, the word line drive circuit and the word line can be configured with the minimum design rule.

【0046】(第5の実施の形態)次に本発明の第5の
実施形態を図5(a)及び(b)を用いて説明する。本
実施形態は図5(a)に示すように、GMRセル71の
上層のワード線を2層(第1ワード線73a、第2ワー
ド線73b)として、各層に同一方向の電流を流してそ
の合成磁界により、従来の1 層のワード線による磁界の
約2倍にすることを特徴とする。本実施形態では、第1
から第4の実施形態のようにGMR膜の下方にはワード
線層を備えていない。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the word lines in the upper layer of the GMR cell 71 are two layers (first word line 73a and second word line 73b), and a current in the same direction is applied to each layer to The feature is that the combined magnetic field doubles the magnetic field of the conventional one-layer word line. In this embodiment, the first
Thus, unlike the fourth embodiment, the word line layer is not provided below the GMR film.

【0047】このように、GMR膜の上側か下側の一方
にのみ形成されたワード線層を形成に同一方向の電流を
流すには、互いに直列接続することはできない。そこ
で、本実施形態では図5(b)に示すようにワード線層
を配設する。ワード線層に平行に形成されたセルアレイ
Aの右端のワード線駆動回路75aから電圧V12が供
給される第1ワード線層73aはセルアレイ左端まで伸
ばされる。選択した第1ワード線層につながるスイッチ
Q1のみONすることにより各ワード線に共通の第1の
電源線76に接続させる。第1の電源線76は、ビット
線方向に配設され、数ワード線を単位として、セルアレ
イ右端に引き伸ばされる。引き伸ばすことにより、ビッ
ト線72と交差するが、この交差部には、メモリセルを
配置しなければ問題は発生しない。第1の電源線76
は、右セルアレイ端で、ビット線方向に引き伸ばされ、
スイッチを介して各セルアレイの第2のワード線73b
に接続される。選択したワード線スイッチQ2をオンす
ることにより、結果として、第1ワード線の下に同一方
向に第2ワード線電流を流すことが可能になる。第2ワ
ード線の左端はV2電位を与える駆動回路75bに接続
される。
As described above, in order to pass currents in the same direction in forming the word line layer formed only on one of the upper side and the lower side of the GMR film, they cannot be connected in series. Therefore, in this embodiment, the word line layer is arranged as shown in FIG. The first word line layer 73a to which the voltage V12 is supplied from the word line drive circuit 75a at the right end of the cell array A formed in parallel with the word line layer is extended to the left end of the cell array. Only the switch Q1 connected to the selected first word line layer is turned on to connect to the first power supply line 76 common to each word line. The first power supply line 76 is arranged in the bit line direction and extends to the right end of the cell array in units of several word lines. Although it intersects with the bit line 72 by being stretched, no problem occurs unless a memory cell is arranged at this intersection. First power line 76
Is stretched in the bit line direction at the right cell array edge,
The second word line 73b of each cell array via the switch
Connected to. By turning on the selected word line switch Q2, as a result, the second word line current can be made to flow in the same direction below the first word line. The left end of the second word line is connected to the drive circuit 75b that applies the V2 potential.

【0048】以上、説明したようにセルアレイに直列接
続する複数層のワード線を配設することにより、同じ必
要磁界をより小さいワード線消費電流により発生できる
といえる。又、センス感度の良い大きな磁気抵抗変化率
の材料、構造のものを用いても、低消費電流のLSIが
実現でき、低消費電力と、センス感度向上の両立が可能
となる。
As described above, it can be said that the same required magnetic field can be generated with a smaller word line consumption current by arranging a plurality of layers of word lines connected in series to the cell array. Further, even if a material or structure having a high sense resistance and a large magnetoresistance change rate is used, an LSI with low current consumption can be realized, and low power consumption and improvement in sense sensitivity can both be achieved.

【0049】(第6の実施の形態)次に、本発明の第6
の実施形態を説明する。本実施形態は第5 の実施形態と
同じようにワード線をGMR膜の上層あるいは下層の片
側に複数層形成したセル構造を採用した場合のワード線
の他の配設である。第4の実施形態で説明したように、
一方向に流れるワード線電流により、読み込み及び書き
込みが行える為、セルアレイの一端(図6では左端)の
駆動回路は省略でき、各セルアレイに共通のV2電源に
接続出来る。そして他端(図6 では右端)ではV1を供
給するワード線駆動回路85を複数のセルアレイで共有
する。ワード線駆動回路85をスイッチとして用い、Q
3の様なスイッチを介して任意のワード線を選択出来
る。WS0―1、WSn―1は、ワード線選択制御信号
を示す。
(Sixth Embodiment) Next, the sixth embodiment of the present invention will be described.
Will be described. Similar to the fifth embodiment, this embodiment is another arrangement of the word lines when the cell structure is adopted in which a plurality of word lines are formed on one side of the upper or lower layer of the GMR film. As described in the fourth embodiment,
Since reading and writing can be performed by the word line current flowing in one direction, the drive circuit at one end (the left end in FIG. 6) of the cell array can be omitted and the V2 power supply common to each cell array can be connected. At the other end (right end in FIG. 6), the word line drive circuit 85 that supplies V1 is shared by a plurality of cell arrays. Using the word line drive circuit 85 as a switch,
An arbitrary word line can be selected through a switch such as 3. WS0-1 and WSn-1 indicate word line selection control signals.

【0050】(第7の実施の形態)次に、本発明の第7
の実施形態を説明する。上述の第1乃至第6の実施形態
では、多層のワード線層を直列接続することにより層数
に比例して配線全体の抵抗が大きくなるという問題があ
る。各ワード線層の配線抵抗が小さい場合は問題ない
が、配線抵抗が大きい場合、電圧降下やRC遅延が問題
となる。本実施形態のようにワード線分割を行うことに
より上記問題が解決できる。
(Seventh Embodiment) Next, the seventh embodiment of the present invention will be described.
Will be described. In the above-described first to sixth embodiments, there is a problem that the resistance of the entire wiring increases in proportion to the number of layers by connecting multiple word line layers in series. When the wiring resistance of each word line layer is small, there is no problem, but when the wiring resistance is large, voltage drop and RC delay become problems. The above problem can be solved by performing word line division as in this embodiment.

【0051】本実施形態では図7に示すように、セルア
レイを複数のサブアレイ91に分割して、セル アレイ
端にメイン ロウ デコーダー(Main Row Decoder)
92、各サブアレイ91端に、サブロー デコーダー
(Sub Row Decoder )93を配置する。そして、 メ
イン ロー デコーダー92とサブ ロー デコーダー
93はメインワード線(Main Word−Lin
e)94により接続し、サブ ロー デコーダー93か
らサブアレイ91へ配設するワード線には、本発明の多
層ワード線を適用する。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the cell array is divided into a plurality of sub-arrays 91, and a main row decoder is provided at the cell array end.
92, a sub row decoder 93 is arranged at the end of each sub array 91. The main row decoder 92 and the sub row decoder 93 are connected to the main word line (Main Word-Lin).
e) The multilayer word line of the present invention is applied to the word line which is connected by 94 and is arranged from the sub row decoder 93 to the sub array 91.

【0052】このようにデコーダーを分割することで、
本発明の直列接続された多層ワード線を適用しても電圧
降下やRC遅延の増大は抑制できる。
By dividing the decoder in this way,
Even if the series-connected multilayer word lines of the present invention are applied, the voltage drop and the increase in RC delay can be suppressed.

【0053】(第8の実施の形態)次に本発明の第8の
実施形態を説明する。従来のMRAMでは、DRAMの
ように複数のセルアレイブロックの複数のワード線を同
時に選択すると、選んだワード線本数に比例した消費電
流が発生する。1本のワード線を選択しても大量の電流
が流れるGMRメモリには致命的である。
(Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the conventional MRAM, when a plurality of word lines of a plurality of cell array blocks are simultaneously selected like a DRAM, a current consumption proportional to the number of selected word lines is generated. Even if one word line is selected, it is fatal to a GMR memory in which a large amount of current flows.

【0054】本実施形態では複数のセルアレイの複数の
ワード線を同時に選択してもその消費電流を1 のセルア
レイの1 ワード線を選択したと同等に低減できる。又、
本実施形態により低消費電力で複数のワード線の活性化
が行え、多数本のビット線データを入出力できる。
In the present embodiment, even if a plurality of word lines in a plurality of cell arrays are selected at the same time, the current consumption can be reduced to the same level as when one word line in one cell array is selected. or,
According to this embodiment, a plurality of word lines can be activated with low power consumption, and a large number of bit line data can be input / output.

【0055】図8に示す2つのセルアレイブロックA,
Bを例に第8 の実施形態を説明する。セルアレイBには
ローデコーダBが接続され、さらにローデコーダAに接
続されセルアレイBの任意のワード線102Bの駆動に
用いた電流をセルアレイAの任意のワード線102Aの
駆動に用いる。これは、セルアレイBに接続したローデ
コーダBのワード線駆動回路の最終段ドライバの接地側
電源と、ローデコーダAのワード線駆動回路の最終段ド
ライバの電源側とを接続し、接続点に(V1+V2)/
2[V](V1,V2は各セルアレイにワード線駆動回
路101A,101Bより与えられる電圧)を付与する
ことで達成する。図8の中間電源は(V1+V2)/2
発生し、スタンドバイ中は固定し、メモリセルの動作時
にはQ10をOFFしてワード線との接続を絶つ。これ
により、セルアレイBのワード線にまず電圧が印可さ
れ、次ぎに、セルアレイAのワード線に印可されてしま
う不都合や、clockSkewによる不安定動作を防
ぐ。
Two cell array blocks A shown in FIG.
The eighth embodiment will be described by taking B as an example. The row decoder B is connected to the cell array B, and further connected to the row decoder A and the current used for driving the arbitrary word line 102B of the cell array B is used for driving the arbitrary word line 102A of the cell array A. This connects the ground side power supply of the final stage driver of the word line drive circuit of the row decoder B connected to the cell array B and the power supply side of the final stage driver of the word line drive circuit of the row decoder A to the connection point ( V1 + V2) /
This is achieved by applying 2 [V] (V1 and V2 are voltages supplied from the word line drive circuits 101A and 101B to each cell array). The intermediate power supply of FIG. 8 is (V1 + V2) / 2
It is generated and fixed during standby, and when the memory cell is operating, Q10 is turned off to disconnect from the word line. This prevents inconvenience that a voltage is first applied to the word line of the cell array B and then applied to the word line of the cell array A, and unstable operation due to clock skew is prevented.

【0056】以上説明したように、本実施形態により複
数のセルアレイブロックの複数のワード線を同時に選択
した場合でも、1個のセルアレイブロックの1本のワー
ド線を選んだ場合と同程度に消費電流を抑えられる。
又、上述したように複数のワード線の活性化が可能にな
り、結果として、多数本のワード線データをchip外
へ出力、chip内へ入力することが可能になる。
As described above, even when a plurality of word lines of a plurality of cell array blocks are selected at the same time according to the present embodiment, the current consumption is about the same as when one word line of one cell array block is selected. Can be suppressed.
Further, as described above, it becomes possible to activate a plurality of word lines, and as a result, it becomes possible to output a large number of word line data to the outside of the chip and input to the inside of the chip.

【0057】尚、上述の説明では2つのセルアレイブロ
ックを用いて説明したが、3 つ以上のセルアレイブロッ
クについても本実施の形態は適用可能である。 (第9の実施の形態)従来のMRAMでは、DRAMの
ように複数のセルアレイブロックの複数のビット線を同
時に選択すると、選んだビット線本数に比例した消費電
流が発生する。1本のビット線を選択しても大量の電流
が流れるGMRメモリには致命的である。
Although two cell array blocks are used in the above description, the present embodiment can be applied to three or more cell array blocks. (Ninth Embodiment) In a conventional MRAM, when a plurality of bit lines of a plurality of cell array blocks are simultaneously selected like a DRAM, a current consumption proportional to the number of selected bit lines is generated. Even if one bit line is selected, it is fatal to a GMR memory in which a large amount of current flows.

【0058】本実施形態では複数のセルアレイの複数の
ビット線を同時に選択してもその消費電流を1 のセルア
レイの1 ビット線を選択したと同等に低減できる。又、
本実施形態により低消費電力で複数のビット線を活性化
でき、多数のビット線データをチップ外へ出力、チップ
内へ入力できる。
In the present embodiment, even if a plurality of bit lines of a plurality of cell arrays are selected at the same time, the current consumption can be reduced to the same level as when one bit line of one cell array is selected. or,
According to this embodiment, a plurality of bit lines can be activated with low power consumption, and a large number of bit line data can be output outside the chip and input inside the chip.

【0059】本実施形態を図9の示す2 つのセルアレイ
ブロックを例に説明する。2つのセルアレイブロック
A、BのうちセルアレイBのビット線電流発生回路で用
いた電流を、セルアレイAのビット線電流発生回路の電
流に再利用している。即ちセルアレイBのビット線電流
発生回路の最終段ドライバの接地側の電源と、セルアレ
イAのビット線電流発生回路の最終段ドライバの電源側
とを接続して、同時に動作させる。
This embodiment will be described by taking the two cell array blocks shown in FIG. 9 as an example. The current used in the bit line current generating circuit of the cell array B of the two cell array blocks A and B is reused as the current of the bit line current generating circuit of the cell array A. That is, the power supply on the ground side of the final stage driver of the bit line current generation circuit of the cell array B and the power supply side of the final stage driver of the bit line current generation circuit of the cell array A are connected and operated simultaneously.

【0060】本実施形態により、複数のセルアレイブロ
ックの複数のビット線(或は同一セルアレイの複数のビ
ット線)を同時に選択した場合でも、その消費電流を、
1個のセルアレイブロックの1つのビット線対を選んだ
場合と同等に出来る。又、本実施形態により複数のビッ
ト線の同時活性化が可能になり、結果として多数ビット
データをchip外へ出力、chip内へ入力すること
が可能になる。
According to the present embodiment, even when a plurality of bit lines of a plurality of cell array blocks (or a plurality of bit lines of the same cell array) are selected at the same time, the current consumption thereof is
This can be made equivalent to the case of selecting one bit line pair of one cell array block. Further, according to the present embodiment, it is possible to simultaneously activate a plurality of bit lines, and as a result, it is possible to output a large number of bit data outside the chip and input inside the chip.

【0061】次に、第9 の実施形態の詳細を図10を用い
て説明する。図10は図9のセルアレイAのメモリセル1
11、ローデコーダに接続するワード線WL0 〜WL7、
ビット線電流発生回路に接続するメインビット線BL
0、BL0‘、BL1、BL1’、次に所定のビット線
を選択するカラムデコーダを示す。
Next, details of the ninth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the memory cell 1 of the cell array A of FIG.
11, word lines WL0 to WL7 connected to the row decoder,
Main bit line BL connected to bit line current generation circuit
0, BL0 ′, BL1, BL1 ′, and then a column decoder for selecting a predetermined bit line are shown.

【0062】GMR膜の電気抵抗変化率は5%〜100
%程度しか実現出来なく、1 本のビット線に複数(例え
ばn段)のセルを接続すると、抵抗変化率が1/nにな
り問題となる。それで、図10に示すように、例えば、
4段(111a,111b,111c,111d)のセ
ルを接続して、選択するカラム制御線CSLn−2のト
ランジスタQ12を介して、メインビット線BL1に接
続する。BL1へはトランジスタQ15、16を介して
行う。又、GMRメモリは、消費電流が大きいため、温
度が上昇しセル抵抗が変化する。
The rate of change in electric resistance of the GMR film is 5% to 100.
However, if a plurality of cells (for example, n stages) are connected to one bit line, the rate of resistance change becomes 1 / n, which is a problem. So, as shown in FIG.
The cells of four stages (111a, 111b, 111c, 111d) are connected and connected to the main bit line BL1 via the transistor Q12 of the column control line CSLn-2 to be selected. BL1 is performed through transistors Q15 and Q16. Further, since the GMR memory consumes a large amount of current, the temperature rises and the cell resistance changes.

【0063】そこで、選択ワード線に隣接する非選択セ
ルにつながるビット線(BL0、BL0’)をrefe
renceビット線として、選択セルがつながるビット
線と共にセンスアンプ回路、及びビット線電流発生回路
に接続する。
Therefore, the bit lines (BL0, BL0 ') connected to the non-selected cells adjacent to the selected word line are referred to.
The rence bit line is connected to the sense amplifier circuit and the bit line current generation circuit together with the bit line connected to the selected cell.

【0064】図11(a)は、図9のビット線電流発生
回路の詳細を示す。図11(a)に於いて、各ビット線
(BLi、BLi‘)は互いにデータの読み出し/書き
込みの為に、ビット線iからビット線i’に電流を流し
たり、ビット線i‘からビット線iに電流を流す必要が
ある。一つのビット線対(BL0とBL0’、BL1と
BL1‘)の各々に電源V3から電源V4に電流を流す
回路が必要である。そこで、BL0からBL0’へ、B
L1からBL1‘へ電流を流す場合、トランジスタQ1
7、Q18、Q19、Q20をONする。定電流制御
は、V3とV4間の電位差の制御と、抵抗Rにより行
う。このように、ビット線電流発生回路の電源V3’と
V4を接続して、同時に動作する多ビット線対の消費電
流を1個の場合と同等まで低減出来る。図11(b)に
は図9のセンスアンプを示す。
FIG. 11A shows details of the bit line current generating circuit of FIG. In FIG. 11A, the bit lines (BLi, BLi ′) pass a current from the bit line i to the bit line i ′, or a bit line i ′ to the bit line for reading / writing data from each other. It is necessary to pass a current through i. It is necessary to provide a circuit for supplying a current from the power supply V3 to the power supply V4 to each one bit line pair (BL0 and BL0 ', BL1 and BL1'). So, from BL0 to BL0 ', B
When a current flows from L1 to BL1 ', the transistor Q1
Turn on 7, Q18, Q19, and Q20. The constant current control is performed by controlling the potential difference between V3 and V4 and the resistor R. In this way, by connecting the power supplies V3 'and V4 of the bit line current generating circuit, it is possible to reduce the current consumption of multiple bit line pairs operating simultaneously to the same level as in the case of one. FIG. 11B shows the sense amplifier of FIG.

【0065】次に、これまで説明した各実施形態及び従
来技術における電圧降下を定量的に見積もってみる。図
12は、ワード線から、GMR膜中央部にどれくらいの
磁界が発生するか見積もる為に用いた図である。この見
積もりは以下の様に行った。四角形に形成されたワード
線の断面を複数に等分割して、その分割領域1個の電流
を計算する。各分割領域からGMR膜までの距離、角度
を計算してビオサバールの法則(数式1)により水平磁
界Hx、及び垂直磁界H y 成分を計算する。この磁界
成分を全ての分割電流について行い全ての水平磁界H
x、垂直磁界Hyの合成磁界をもとめると以下のように
なった。この見積もりでは、各ワード線層に流す電流量
は30mアンペアに統一した。
Next, the voltage drop in each of the above-described embodiments and the prior art will be quantitatively estimated. FIG. 12 is a diagram used for estimating how much magnetic field is generated in the central portion of the GMR film from the word line. This estimate was made as follows. The cross section of the word line formed in a quadrangle is equally divided into a plurality of parts, and the current of one of the divided regions is calculated. The distance and angle from each divided region to the GMR film are calculated, and the horizontal magnetic field Hx and the vertical magnetic field Hy components are calculated according to Biot-Savart's law (Formula 1). This magnetic field component is applied to all the divided currents and all horizontal magnetic fields H
x and the resultant magnetic field of the vertical magnetic field Hy are as follows. In this estimation, the amount of current passed through each word line layer is unified to 30 mAmps.

【0066】図13(a)、図13(b), 及び図13
(c)は従来技術の例を示す。膜厚が0.4 μm のワード
線4とGMR膜1間の距離を0.6μm とすると75
[Oe]が発生した(図13(a))。膜厚が0.2μm
のワード線4とGMR膜1間の距離を0.6μm とする
と81[Oe]が発生した(図13(b))。又、膜厚
が0.4μm のワード線4とGMR膜1間の距離を0.3
μm とすると114[Oe]が発生した(図13
(c))。ここで1[Oe]は約80(A/m)であ
る。図13(b)のように、ワード線4の膜厚を薄くす
ると僅かに磁界は上がる。これは、ビオサバールの式
(式1)より、磁界は距離rに反比例するためである。
図13(c)のように、ワード線4とGMR膜1との距
離を小さくするとさらに大きい磁界が発生する。しかし
ながら、従来の図13(a)図13(b), 及び図13
(c)の構成では、GMR膜1に接続するビット線2が
邪魔で、距離は近つけられない。
13 (a), 13 (b), and 13
(C) shows an example of the prior art. If the distance between the word line 4 having a film thickness of 0.4 μm and the GMR film 1 is 0.6 μm, 75
[Oe] is generated (FIG. 13A). Thickness is 0.2μm
When the distance between the word line 4 and the GMR film 1 was set to 0.6 μm, 81 [Oe] was generated (FIG. 13B). The distance between the word line 4 having a thickness of 0.4 μm and the GMR film 1 is 0.3.
114 [Oe] was generated at μm (Fig. 13).
(C)). Here, 1 [Oe] is about 80 (A / m). As shown in FIG. 13B, when the film thickness of the word line 4 is reduced, the magnetic field slightly increases. This is because the magnetic field is inversely proportional to the distance r from the Biot-Savart equation (Equation 1).
As shown in FIG. 13C, when the distance between the word line 4 and the GMR film 1 is reduced, a larger magnetic field is generated. However, as shown in FIG. 13 (a), FIG. 13 (b) and FIG.
In the configuration of (c), the bit line 2 connected to the GMR film 1 is an obstacle, and the distance cannot be reduced.

【0067】図13(e)、図13(f)、図13
(g)及び図13(h)は本発明の多層ワード線層によ
る磁界を示す。図13(e)のように、単純に、1層上
に増やすだけで、磁界は従来の倍近くになる。図13
(f)に示すように、ワード線層を薄くすればさらに効
果があり、図13(g)に示すように、ワード線層とG
MR膜を近つけると、218(Oe)にも磁界が増加す
る。図13(h)に示すように、ビット線の上下にワー
ド線層を設けると、図13(a)の2倍の磁界が発生す
る。この例からも、1定電流でも多層にすると磁界は非
常に大きくなることがわかる。
13 (e), 13 (f), 13
13 (g) and FIG. 13 (h) show the magnetic field generated by the multilayer word line layer of the present invention. As shown in FIG. 13 (e), the magnetic field becomes nearly double that of the conventional one simply by increasing the number of layers above one layer. FIG.
As shown in FIG. 13F, it is more effective to make the word line layer thinner. As shown in FIG.
When the MR film is brought closer, the magnetic field also increases to 218 (Oe). As shown in FIG. 13 (h), when the word line layers are provided above and below the bit line, a magnetic field twice as large as that in FIG. 13 (a) is generated. From this example as well, it can be seen that the magnetic field becomes extremely large even if one constant current is used in multiple layers.

【0068】尚、図11(d)は、ビット線電流による
強磁性膜中央に発生する磁界を示す。距離rが近い為
に、僅か5mAで、107(Oe)の磁界が発生出来
る。いかに、ワード線の発生磁界の効率が悪いかが分か
FIG. 11D shows the magnetic field generated at the center of the ferromagnetic film by the bit line current. Since the distance r is short, a magnetic field of 107 (Oe) can be generated with only 5 mA. You can see how the efficiency of the magnetic field generated by the word line is poor.

【0069】(第10の実施の形態)次に本発明の第1
0の実施形態について説明する。図13(a),図13
(b), 及び図13(c)に従来の構造ではGMR膜1
に接続するビット線2により、ワード線4とGMR膜1
の間の距離は短くできない。上述したよう、磁界強度を
大きくするにはこの距離を短くするとよい。
(Tenth Embodiment) Next, the first embodiment of the present invention
No. 0 embodiment will be described. 13 (a) and 13
(B) and FIG. 13 (c) show the GMR film 1 in the conventional structure.
The bit line 2 connected to the word line 4 and the GMR film 1
The distance between cannot be shortened. As described above, this distance may be shortened to increase the magnetic field strength.

【0070】本実施形態では、図14(a)、(b)に
示すように、ビット線配線層間、ワード線配線層をうめ
込んだり、ワード線をビット線層より下に形成すれば、
距離を近つけられる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 14A and 14B, if the bit line wiring layers, the word line wiring layers are embedded, or the word lines are formed below the bit line layers,
You can get closer.

【0071】(第11の実施の形態)図12は本発明の
第11の実施形態を示す。メモリセルの微細化が進み、
ワード線ピッチが縮小し、各層の厚みがそれ程、縮小さ
れないと、図15(c)の従来構造に示した黒矢印のよ
うに、選択ワード線4の隣の非選択ワード線4‘にもれ
磁界が発生し、隣のセルのデータ破壊等が心配される。
そこで、図15(a)に示すように、ワード線間にダミ
ーのワード線134を配置し、ワード線電流より小さい
逆方向電流を流せば、白矢印の様な磁界が発生し、黒矢
印の磁界をほどんどキャンセル出来る。このワード線は
図15(a)のように、ダミー線であっても良いし、図
15(c)のように、隣接ワード線を用いてもよい。図
15(c)の場合、合成磁界は上方向成分が残るが、G
MR素子は上方向に対して、スピン方向が変わらないた
め、この磁界は影響を与えない。このように、隣接ワー
ド線を用いる際には、図15(b)に示すように、ワー
ド線とビット線の1交叉部おきにセル配置を行ったり、
また、ワード線とビット線の全交叉部にセルがある場合
でも、隣接セルに僅かな逆電流を流すことにより効果が
得られる。
(Eleventh Embodiment) FIG. 12 shows an eleventh embodiment of the present invention. As memory cells become finer,
If the word line pitch is reduced and the thickness of each layer is not reduced so much, leakage to the non-selected word line 4'next to the selected word line 4 occurs as shown by the black arrow in the conventional structure of FIG. A magnetic field is generated, and there is a concern that data in adjacent cells will be destroyed.
Therefore, as shown in FIG. 15A, if a dummy word line 134 is arranged between the word lines and a reverse current smaller than the word line current is passed, a magnetic field like a white arrow is generated and a black arrow shows. You can almost cancel the magnetic field. This word line may be a dummy line as shown in FIG. 15 (a), or an adjacent word line may be used as shown in FIG. 15 (c). In the case of FIG. 15C, an upward component remains in the composite magnetic field, but G
Since the spin direction of the MR element does not change with respect to the upward direction, this magnetic field has no effect. Thus, when the adjacent word lines are used, as shown in FIG. 15B, cells are arranged at every other intersection of the word line and the bit line,
Further, even when cells are provided at all the intersections of the word lines and the bit lines, the effect can be obtained by passing a slight reverse current to the adjacent cells.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上詳述してきたように本発明によれ
ば、不揮発性で、磁気抵抗の変化により情報を記憶する
メモリにおいて、小さいワード線電流、小さなchip
消費電流で大きな磁気抵抗変化率を実現し、低消費電力
と、センス感度の向上の両立が可能となる。又、微細化
した場合の隣接セルのデータ破壊を防ぐことが可能とな
る。
As described above in detail, according to the present invention, in a non-volatile memory which stores information by a change in magnetic resistance, a small word line current and a small chip are provided.
A large magnetoresistance change rate can be realized with current consumption, and low power consumption and improved sense sensitivity can both be achieved. Further, it becomes possible to prevent the data destruction of the adjacent cells when miniaturized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を説明するための、磁
気抵抗効果メモリセルの断面図、隣接する複数のメモリ
セルの平面図及びセルアレイ断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive effect memory cell, a plan view of a plurality of adjacent memory cells, and a cell array cross-sectional view for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態を説明するための、
磁気抵抗効果メモリセルの断面図、及びセルアレイ断面
図。
FIG. 2 is a view for explaining a second embodiment of the present invention,
A sectional view of a magnetoresistive effect memory cell, and a cell array sectional view.

【図3】本発明の第3の実施形態を説明するための、セ
ルアレイ平面図。
FIG. 3 is a plan view of a cell array for explaining a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態を説明するための、セ
ルアレイ平面図。
FIG. 4 is a plan view of a cell array for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施形態を説明するための、
磁気抵抗効果メモリセルの断面図、及びワード線配線
図。
FIG. 5 illustrates a fifth embodiment of the present invention,
Sectional drawing of a magnetoresistive effect memory cell, and a word line wiring diagram.

【図6】本発明の第6の実施形態を説明するための、ワ
ード線配線図。
FIG. 6 is a word line wiring diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施形態を説明するための、メ
イン/サブデコーダ及びワード線配線図。
FIG. 7 is a wiring diagram of main / sub decoders and word lines for explaining a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8の実施形態を説明するための、複
数のセルアレイに関わるワード線配線、ローデコーダ、
及び駆動電源の構成図。
FIG. 8 is a diagram for explaining an eighth embodiment of the present invention, in which word line wirings related to a plurality of cell arrays, row decoders,
And a configuration diagram of a driving power supply.

【図9】本発明の第9の実施形態を説明するための、複
数のセルアレイに関するビット線配線、センスアンプ回
路、及びビット線電流発生回路等の構成図。
FIG. 9 is a configuration diagram of a bit line wiring, a sense amplifier circuit, a bit line current generation circuit, and the like relating to a plurality of cell arrays, for explaining a ninth embodiment of the present invention.

【図10】第9 の実施形態を説明するためのセルアレイ
に関わるビット線、ワード線配線図。
FIG. 10 is a wiring diagram of bit lines and word lines related to a cell array for explaining the ninth embodiment.

【図11】第9 の実施形態を説明するためのFIG. 11 is a view for explaining a ninth embodiment.

【図12】本発明の効果を説明するための断面図。FIG. 12 is a sectional view for explaining the effect of the present invention.

【図13】従来技術と比較して本発明の効果を説明する
ための図面。
FIG. 13 is a view for explaining the effect of the present invention as compared with the related art.

【図14】本発明の第10の実施形態を説明するためのセ
ル断面図。
FIG. 14 is a cell cross-sectional view for explaining the tenth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第11の実施形態を説明するための
断面図、平面図及び従来技術のセル断面図。
FIG. 15 is a sectional view for explaining an eleventh embodiment of the present invention, a plan view and a cell sectional view of a conventional technique.

【図16】各種GMR膜の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of various GMR films.

【図17】本発明の従来技術を説明する為のセル平面図
及び断面図。
FIG. 17 is a cell plan view and a sectional view for explaining a conventional technique of the present invention.

【図18】本発明の従来技術を説明する為のGMR膜断
面図、及びワード線、ビット線による発生磁界を示す
図。
FIG. 18 is a sectional view of a GMR film for explaining the conventional technique of the present invention, and a diagram showing magnetic fields generated by word lines and bit lines.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、34,45,75,121,131...GMR膜 丸に点...紙面裏面側より手前側への電流方向。 丸にX...紙面手前側より裏面側への電流方向。 4、4‘,32,33,43a,43b,44a,44
b,53a,54a,63a,64a,73a,73
b,95,96,102A,102B,122,13
2,132‘...ワード線 2, 3,31,31a,31l,42,42a,5
2,72,123…ビット線 Q11, Q12, Q13, Q14,...トラン
ジスタ WSi...ワード線選択制御信号 MWL...メインワード線 SWL...サブワード線 WL、WLi...ワード線 BL、BLi、BLi‘ ...ビット線 CSLi ...カラム選択線
1, 34, 45, 75, 121, 131. . . Dot on GMR film circle. . . Current direction from the back side of the paper to the front side. Circle the X. . . Current direction from the front side of the paper to the back side. 4, 4 ', 32, 33, 43a, 43b, 44a, 44
b, 53a, 54a, 63a, 64a, 73a, 73
b, 95, 96, 102A, 102B, 122, 13
2,132 '. . . Word lines 2, 3, 31, 31a, 31l, 42, 42a, 5
2, 72, 123 ... Bit lines Q11, Q12, Q13, Q14 ,. . . Transistor WSi. . . Word line selection control signal MWL. . . Main word line SWL. . . Sub word lines WL, WLi. . . Word lines BL, BLi, BLi '. . . Bit line CSLi. . . Column selection line

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数本のビット線と、 前記ビット線と交叉する複数本のワード線と前記ワード
線を駆動する複数のワード線駆動回路と、 前記ビット線と前記ワード線とが交叉する領域に形成さ
れ、前記ビット線の各々に直列接続する磁気抵抗効果膜
を備える複数のメモリセルとが備えられ、 選択された正電流が流れる前記ワード線とこれに隣接す
る前記ワード線間に前記ワード線と平行して配設され、
前記正電流よりも小さい逆電流が流れる配線とが備えら
れたことを特徴とする半導体記憶装置。
1. A plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, a plurality of word line driving circuits for driving the word lines, and a region where the bit lines intersect with the word lines. are formed on, the word between each of said bit lines and a plurality of memory cells with a magnetoresistive film to be connected in series provided on the word lines adjacent and to the word lines through which positive current selected Arranged parallel to the line,
A semiconductor memory device, comprising: a wiring through which a reverse current smaller than the positive current flows.
【請求項2】 複数本のビット線と、 前記ビット線と直交する複数本のワード線と前記ワード
線を駆動する複数のワード線駆動回路と、 前記ビット線と前記ワード線の直交する領域に形成さ
れ、前記ビット線に直列接続する磁気抵抗効果膜を備え
る複数のメモリセルとが備えられ、前記ワード線のうち、 選択された正電流が流れる第1の
ワード線に隣接して平行に配設されている第2のワード
線間には、前記正電流よりも小さい逆電流が流れること
を特徴とする半導体記憶装置。
2. A plurality of bit lines, a plurality of word lines orthogonal to the bit lines, a plurality of word line drive circuits for driving the word lines, and a region where the bit lines and the word lines intersect at right angles. A plurality of memory cells each having a magnetoresistive film connected in series to the bit line, the word line being adjacent to a first word line in which a selected positive current flows . 2. A semiconductor memory device characterized in that a reverse current smaller than the positive current flows between the second word lines arranged in parallel with each other.
【請求項3】 複数本のビット線と、 前記ビット線と交叉する複数本のワード線と前記ワード
線を駆動する複数のワード線駆動回路と、 前記ビット線と前記ワード線とが交叉する領域に形成さ
れ、前記ビット線の各々に直列接続する磁気抵抗効果膜
を備える複数のメモリセルとが備えられ、 選択された正電流が流れる前記ワード線とこれに隣接す
る前記ワード線間に、前記正電流よりも小さく方向が1
80°異なる電流が流れる配線とが備えられたことを特
徴とする半導体記憶装置。
3. A plurality of bit lines, a plurality of word lines intersecting with the bit lines, a plurality of word line driving circuits for driving the word lines, and a region where the bit lines intersect with the word lines. A plurality of memory cells each having a magnetoresistive film connected in series with each of the bit lines, the selected positive current flowing between the word line and the word line adjacent to the word line. rather smaller than the positive current direction is 1
A semiconductor memory device, comprising: a wiring through which currents different by 80 ° flow.
【請求項4】 複数本のビット線と、 前記ビット線と直交する複数本のワード線と前記ワード
線を駆動する複数のワード線駆動回路と、 前記ビット線と前記ワード線の直交する領域に形成さ
れ、前記ビット線に直列接続する磁気抵抗効果膜を備え
る複数のメモリセルとが備えられ、前記ワード線のうち、 選択された正電流が流れる第1の
ワード線に隣接して配設されている第2のワード線間に
は、前記正電流よりも小さく方向が180°異なる電流
が流れることを特徴とする半導体記憶装置。
4. A plurality of bit lines, a plurality of word lines orthogonal to the bit lines, a plurality of word line drive circuits for driving the word lines, and a region in which the bit lines and the word lines are orthogonal to each other. A plurality of memory cells each having a magnetoresistive film connected in series to the bit line, the word line being adjacent to a first word line in which a selected positive current flows . between the second word lines being disposed Te, the semiconductor memory device small rather direction than the positive current, characterized in that the flow 180 ° different currents.
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