【手続補正書】
【提出日】平成17年1月5日(2005.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
トンネル磁気抵抗効果によりデータを記憶する磁気記憶装置であって、
差動検出可能なように積層された少なくとも２つのトンネル磁気抵抗効果素子を備えた、磁気記憶装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
文献８：R. Scheuerlein et al., "A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell", 2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference
上記文献８で提案されたアーキテクチャは、図２９に示す構成を有している。図２９を参照して、このアーキテクチャでは、２つの素子選択用トランジスタ２０６ａ、２０６ｂと２つの強磁性トンネル接合素子２０１ａ、２０１ｂとが１ビットとされる。そして、常に２つの強磁性トンネル接合素子２０１ａ、２０１ｂの一方は平行に、他方は反平行になるように書込みが行なわれ、その記憶状態が差動検出法で読出される。つまり２つの強磁性トンネル接合素子２０１ａ、２０１ｂの一方の出力信号に対する他方の出力信号の差により記憶状態が判定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このように差動検出法でデータを読出しているため、ＴＭＲ効果に伴う抵抗変化｜Ｒａｐ−Ｒｐ｜の全体を用いて記憶状態の判定がなされていることになる。よって、出力信号の大きさを図２８に示すアーキテクチャの場合の２倍以上と大きくでき、Ｓ／Ｎ比を改善することが可能となる。しかし、２素子で１ビットを構成するため、１ビット当りのセルサイズが大きくなり、大容量のＭＲＡＭを実現するにあたって問題となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気記憶装置は、トンネル磁気抵抗効果によりデータを記憶する磁気記憶装置であって、差動検出可能なように積層された少なくとも２つのトンネル磁気抵抗効果素子を備えている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の磁気記憶装置によれば、積層された２つのトンネル磁気抵抗効果素子だけで差動検出可能であるため、メモリセルにトランジスタは不要となり、微細なセル面積を実現することができる。また差動検出により記憶データを読出すことができるため、十分なＳ／Ｎ比を得ることができる。よって、十分なＳ／Ｎ比と微細なセル面積との双方を満たす磁気記憶装置を実現することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
このように第１配線が、積層された２つのトンネル磁気抵抗効果素子の間に延びるように配置されているため、第１配線に電流を流すことにより生ずる磁界で、２つのトンネル磁気抵抗効果素子の各磁性層を互いに逆向きに磁化することができる。これにより、２つのトンネル磁気抵抗効果素子の一方は平行に、他方は反平行に磁化して書込みを行なうことができる。よって、２つのトンネル磁気抵抗効果素子を用いて差動検出法によるデータの読出を行なうことが可能となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
次に、本実施の形態の磁気記憶装置の読出し動作について説明する。
図３を参照して、読出し時には、所定のトランジスタ５がオンされて、そのオン状態のトランジスタ５に接続されたワード線３が選択される。これにより、選択されたワード線３に接続されたトンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの各々にワード線３からトンネル電流が流される。その際の各トンネル電流あるいは各負荷電圧がビット線２ａ、２ｂとトランジスタ８ａ、８ｂとを経由してアンプ４に入力される。そして、２つのトンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一方のトンネル電流あるいは負荷電圧に対して他方のトンネル電流あるいは負荷電圧が高いか、低いかにより差動方式で記憶状態が判定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
本実施の形態では、差動方式で記憶状態を読出しているため、ＴＭＲ効果に伴う抵抗変化｜Ｒａｐ−Ｒｐ｜の全体を用いて記憶状態の判定がなされることになる。よって、図２８に示すアーキテクチャの場合と比較して信号電圧は２倍以上大きくなる。さらに、メモリセルＭＣには素子選択用トランジスタは含まれていないため、そのトランジスタによるノイズの影響を受けない。このため、図２８に示すアーキテクチャの場合と比較して、Ｓ／Ｎ比は１０倍以上大きくなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
このようにワード線３とビット線２ａとにより書込む方式においても、ワード線３単独で書込む方式と同様、ワード線３の下にある記録層１３ａと上にある記録層１３ｂとを互いに逆向きに磁化することができるため、同様に差動検出を行なうことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
本実施の形態の書込み時には、ワード線３に接続されたトランジスタ５をオフ状態にしておき、互いに直交する２本のビット線２ａ、２ｂの各々に電流が流される。これにより、ビット線２ａで生じた磁場とビット線２ｂで生じた磁場との合成磁場により図６および図７で説明した原理と同様の原理に基づき、記録層１３ａ、１３ｂの各々は互いに同じ方向に磁化される。この磁化により、トンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一方の固着層と記録層との磁化方向は互いに平行となり、他方の固着層と記録層との磁化方向は互いに反平行となる。したがって、実施の形態１と同様、差動方式の読出しが可能となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
本実施の形態の書込み時には、ワード線３に接続されたトランジスタ５をオフ状態にしておき、互いに直交する２本のビット線２ａ、２ｂの各々に電流が流される。これにより、ビット線２ａで生じた磁場とビット線２ｂで生じた磁場との合成磁場により図６および図７で説明した原理と同様の原理に基づき、記録層１３ａ、１３ｂの各々は互いに同じ方向に磁化される。この磁化により、トンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一方の固着層と記録層との磁化方向は互いに平行となり、他方の固着層と記録層との磁化方向は互いに反平行となる。したがって、実施の形態１と同様、差動方式の読出しが可能となる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
本実施の形態の書込時には、ワード線３に接続されたトランジスタ５をオフ状態にしておき、互いに直交する２本のビット線２ａ、２ｂの各々に電流が流される。これにより、ビット線２ａで生じた磁場とビット線２ｂで生じた磁場との合成磁場により図６および図７で説明した原理と同様の原理に基づき、記録層１３ａ、１３ｂのうち磁化しやすい一方が先に所定方向に磁化し、磁化しにくい他方が一方とは逆側に磁化することになる。この磁化により、トンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一方の固着層と記録層との磁化方向は互いに平行となり、他方の固着層と記録層との磁化方向は互いに反平行となる。したがって、実施の形態１と同様、差動方式の読出しが可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
ここで、記録層１３ａには矢印５３ａで示す向きの磁場と矢印５８ａで示す向きの磁場との合成磁場が印加されることになる。また、記録層１３ｂには矢印５３ｂで示す向きの磁場と矢印５４ｂで示す向きの磁場との合成磁場が印加されることになる。これらの合成磁場により図６および図７で説明した原理と同様の原理に基づき、トンネル磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの一方の固着層と記録層との磁化方向は互いに平行となり、他方の固着層と記録層との磁化方向は互いに反平行となる。したがって、実施の形態１と同様、差動方式の読出しが可能となる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の磁気記憶装置によれば、積層された２つのトンネル磁気抵抗効果素子だけで差動検出可能であるため、メモリセルにトランジスタは不要となり、微細なセル面積を実現することができる。また差動検出により記憶データを読出すことができるため、十分なＳ／Ｎ比を得ることができる。よって、十分なＳ／Ｎ比と微細なセル面積との双方を満たす磁気記憶装置を実現することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
上記の磁気記憶装置において好ましくは、積層された２つのトンネル磁気抵抗効果素子の間に延び、かつ２つのトンネル磁気抵抗効果素子の双方に電気的に接続された第１配線がさらに備えられている。このように第１配線が、積層された２つのトンネル磁気抵抗効果素子の間に延びるように配置されているため、第１配線に電流を流すことにより生ずる磁界で、２つのトンネル磁気抵抗効果素子の各磁性層を互いに逆向きに磁化することができる。これにより、２つのトンネル磁気抵抗効果素子の一方は平行に、他方は反平行に磁化して書込みを行なうことができる。よって、２つのトンネル磁気抵抗効果素子を用いて差動検出法によるデータの読出を行なうことが可能となる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２９】  差動検出を行なう従来の磁気記憶装置の回路図である。