(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様な磁気環境を有する磁気メモリであって、
磁化容易軸を有し、アレイを画定するために複数の行および列に配列される複数の磁気メモリセルであって、前記磁気メモリセルが前記アレイ内の内側位置または周辺位置の選択された一方に配置され、前記内側位置を有する前記磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセルによって生成される第１の一様な磁気環境に晒され、前記第１の一様な磁気環境が、前記内側位置を有する磁気メモリセルと前記隣接する磁気メモリセルとによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす、複数の磁気メモリセルと、
行方向および列方向においてそれぞれ前記磁気メモリセルを横切る行導体および列導体と、及び
磁化容易軸を有し、前記周辺位置を有する前記磁気メモリセルのうちの選択された１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接して配置される複数のダミー磁気セルとを含み、前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセルと隣接する前記ダミー磁気セルとによって生成される第２の一様な磁気環境に晒され、前記第２の一様な磁気環境が、前記第１の磁気環境と概ね同じように、前記周辺位置を有する磁気メモリセルと、前記ダミー磁気セルと、前記隣接する磁気メモリセルとによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす、磁気メモリ。
【請求項２】
前記磁気メモリセルの磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの磁化容易軸とが、互いに概ね同一直線をなす、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記磁気メモリセルの磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの磁化容易軸とが、前記行方向と概ね同一直線をなす、請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
前記行上に配置され、前記周辺位置を有する前記磁気メモリセルに隣接して、前記ダミー磁気セルが配置される、請求項３に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの行バンクに配列され、前記行バンク内の前記ダミー磁気セルが、前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、請求項４に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、前記列方向と概ね同一直線をなす、請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記列上に配置され、前記周辺位置を有する磁気メモリセルに隣接して、前記ダミー磁気セルが配置される、請求項６に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの列バンクに配列され、前記列バンク内の前記ダミー磁気セルが、前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、請求項７に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、１つのベクトルと概ね同一直線をなす、請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られる、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１１】
前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶縁される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１２】
前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導体によって横切られない、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１３】
前記ダミー磁気セルは、前記周辺位置を有する磁気メモリセルが前記ダミー磁気セル、および隣接する磁気メモリセルによって対称的に包囲されるように配置される、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１４】
前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導体によって交差されない、請求項１３に記載の磁気メモリ。
【請求項１５】
前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶縁される、請求項１３に記載の磁気メモリ。
【請求項１６】
前記周辺位置を有するメモリセルのうちの選択された１つまたは複数のメモリセルが、前記ダミー磁気セルのうちの少なくとも２つとペアにされる、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項１７】
前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、行方向のペアリング、列方向のペアリングおよび対角線方向のペアリングのうちの選択された１つまたは複数のペアリングを有する、請求項１６に記載の磁気メモリ。
【請求項１８】
前記ペアリングの結果として、前記周辺位置を有するメモリセルの対称的な包囲のうちの選択された１つまたは複数と、前記周辺位置を有するメモリセルに隣接して配置される行バンクと、前記周辺位置を有するメモリセルに隣接して配置される列バンクとが形成される、請求項１７に記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全般に磁気ランダムアクセスメモリ内の磁気メモリセルのための一様な磁気環境に関する。より具体的には、本発明は、アレイの周辺部にあるセルが、アレイの内側部分の磁気メモリセルが受ける磁気環境に概ね同一である磁気環境を受ける、磁気メモリセルのアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、高速アクセスの半導体メモリおよびハードディスクドライブのような従来のデータ記憶デバイスに対する代替形態を提供することができる新進の技術である。たとえば、ＭＲＡＭを、コンピュータにおいてＤＲＡＭの代わりに用いることができる。典型的には、ＭＲＡＭは磁気メモリセルのアレイを含み、アレイ内の各セルが１ビットのデータ（すなわち、情報）を格納する。アレイ内の各セルは、薄膜からなるいくつかの層を含み、その層のうちのいくつかが磁気特性を有する。これらの層のうちの１つが、変更可能な磁化の向きを有する薄い磁気データ層である。データ層は、安定し、かつ別個の２つの磁気状態を有するように設計される。それらの安定した磁気状態は、バイナリ１およびバイナリ０を定義する。そのデータは薄い磁気膜に格納されるが、アレイ内の各メモリセルは、非常に注意深く制御される磁気層、導電層および誘電体層を含む。
【０００３】
１つの有名なタイプのＭＲＡＭセルはスピントンネルデバイスである。スピントンネル効果の物理的現象は、ＭＲＡＭの技術分野において良く理解されている。図１ａでは、従来のスピントンネルメモリセル１０１が、変更可能な磁化の向き１０３として１ビットのデータを格納するデータ層１０２と、磁化の向きが固定された方向１０８にピン止めされる（pinned）基準層１０４と、データ層１０２と基準層１０４との間に配置される薄い層１０６とを含む。層１０６は、トンネル磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）内の誘電体層（トンネル障壁層とも呼ばれる）である。層１０６は同様に、巨大磁気抵抗メモリセル（ＧＭＲ）では導電層とすることができる。トンネル障壁層１０６の厚みは通常、２．０ｎｍ未満である。形状異方性のため、従来のメモリセル１０１の幅Ｗおよび高さＨは結果的に、１．０より大きな縦横比（Ｗ／Ｈ）を有し、変更可能な磁化の向き１０３がメモリセル１０１の磁化容易軸ｅに揃えられるようにすることが望ましい。
【０００４】
データ層１０２および基準層１０４の相対的な向き１０３および１０８がバイナリ状態を定義する。たとえば、図１ｂでは、ピン止めされた向き１０８および変更可能な向き１０３が互いに平行である（すなわち、それらが同じ方向を指す）ときに、従来のメモリセル１０１のデータ層１０２にバイナリ１が格納される。対照的に、ピン止めされた向き１０８および変更可能な向き１０３が互いに反平行である（すなわち、それらが反対の方向を指す）ときに、従来のメモリセル１０１のデータ層１０２にバイナリ０が格納される。これらの指示は逆にすることができる。すなわち、平行な向きがバイナリ０であり、反平行な向きがバイナリ１であることもできる。
【０００５】
図１ｃでは、従来のメモリセル１０１が、直交する方向に（すなわち、互いに９０°をなして）メモリセル１０１を横切る２つの導体（１０５および１０７）間の中間に配置される。行導体１０５が、磁化容易軸（図１ｃではＸ軸）に沿ってメモリセル１０１を横切り、列導体１０７が、Ｙ軸に沿ってメモリセル１０１を横切る。導体（１０５、１０７）に流れる電流ＩｙおよびＩｘをそれぞれ用いて磁界ＨｘおよびＨｙを生成することにより、１ビットのデータが書き込まれる。磁界（Ｈｘ、Ｈｙ）はデータ層１０２と相互作用し、変更可能な磁化の向き（図１ｃにはＭとして示される）を、Ｘ軸に関して正の向き（バイナリ「１」）または負の向き（バイナリ「０」）に回転させる。
【０００６】
従来のメモリセル１０１は典型的には、同一のメモリセルからなる大規模アレイ内に配置される。図２では、従来のＭＲＡＭアレイ１００が、複数の従来のメモリセル１０１を含む。メモリセル１０１はそれぞれ、上述の導体（１０５、１０７）間に配置される。たとえば、導体１０５をワード線とし、導体１０７をビット線とすることができる。メモリセル１０１は、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ所定の距離ΔＸおよびΔＹだけ間隔をおいて配置される。結合された磁界（ＨｘおよびＨｙ）が、その現時点の向きから、メモリセル１０１に書き込まれることが望まれるデータを示す新たな向きに、変更可能な磁化の向きを切り替えるだけの十分な大きさを有するように、図１ｃに示されるような電流でメモリセル１０１を横切るワード線およびビット線に磁場を生じさせることにより、アレイ１００内のメモリセル１０１が書込み操作に関して選択される。
【０００７】
ＭＲＡＭアレイ１００の密度（すなわち、単位面積当たりのメモリセル１０１の数）を高めることが望ましい。密度を高めるために、メモリセル１０１のサイズを縮小し、かつメモリセル１０１間の距離（ΔＸおよびΔＹ）を短縮して、セルサイズおよびセル間距離を低減した結果として面積を減少させることにより、ＭＲＡＭアレイ１００が、より小さなフットプリントしか占有しないようにすることが必要とされる。
【０００８】
図２は、メモリセル１０１から構成されるＭＲＡＭ１００の図である。これは例示の目的であり、アレイ１００の実際のサイズは、図示されるものと異なる可能性がある。図２では、メモリセル１０１は、行導体１０５の方向に沿って距離ΔＸだけ、かつ列導体１０７の方向に沿って距離ΔＹだけ間隔をおいて配置される。各メモリセル１０１は、そのセル１０１のための切替え特性に寄与する切替え磁界Ｈｃを有する。すなわち、切替え特性は結合された磁界（ＨｘおよびＨｙ）の大きさであり、セル１０１を横切る行および列導体（１０５、１０７）に流れる書込み電流に応答して、その磁界によりセル１０１がその変更可能な磁化の向き１０３を切り替えることになる。さらに、各メモリセル１０１は、磁界を生成する磁気ビットを含む。アレイ１００内の全てのメモリセル１０１から結合された磁界が磁気環境を作り出す。個々のメモリセル１０１に作用する磁気環境は、アレイ１００内のそのセル１０１の位置に依存するであろう。したがって、メモリセルのうちのいくつか（１０１ｉで示される）はアレイ１００内の内側位置（破線ｉを参照）を有し、一方、他のメモリセル（１０１ｐで示される）はアレイ１００内の周辺位置（すなわち、破線ｉ内ではない位置）を有する。
【０００９】
従来のＭＲＡＭアレイ１００の１つの欠点は、ある特定の位置において、メモリセル１０１間の距離（ΔＸおよびΔＹ）が、個々のメモリセル１０１が隣接するメモリセル１０１によって生成される磁気環境によって影響を受けるようになるほど小さくなることである。この磁気環境は、個々のメモリセル１０１の切替え特性に影響を及ぼす。理想的には、アレイ１００内の全てのメモリセル１０１間で、ばらつきの少ない（tight）切替え特性分布（すなわち、低σの保磁力分布）を有することが望ましい。しかしながら、特定のメモリセル１０１が内側位置を有するか、周辺位置を有するかに応じて、切替え特性がアレイ１００にわたって変動する。これにより、アレイ１００の切替え特性分布が増加する。磁気環境がアレイ１００にわたって変動するために、切替え特性は変動する。
【００１０】
図２では、内側位置を有する（たとえば、アレイ１００の中央にある）メモリセル１０１ｉは、隣接するメモリセルによって対称的に包囲される（破線矢印Ｓを参照）。メモリセル１０１ｉに作用する磁気環境は、周辺位置に配置され、隣接するメモリセルによって非対称的に包囲される（破線矢印ａを参照）メモリセル１０１ｐおよび１０１ｐ’に作用する磁気環境とは異なる。したがって、メモリセル１０１ｐおよび１０１ｐ’の切替え特性は、メモリセル１０１ｉの切替え特性とは異なる。
【００１１】
図４では、メモリセル１０１ｐ’が、行および列導体（１０５、１０７）の端部に周辺位置を有する。メモリセル１０１は、上述の磁気環境に寄与する磁極（＋および−）を有し、メモリセル１０１の磁化容易軸１０３は、行導体１０５に揃えられる。破線矢印ａは、メモリセル１０１間の磁界相互作用を示す。メモリセル１０１ｐ’は、３つのメモリセルとのみ磁気的に相互作用し、メモリセル１０１ｐ’の正極＋は、対応する負極−を持たない。なぜなら、それが、行および列導体（１０５、１０７）の端部にあるためである。その不釣合いの結果として、メモリセル１０１ｐ’の切替え特性は、１０１ｉまたは１０１ｐの場合とは異なることになる。磁化容易軸１０３に沿った（すなわち、行導体１０５に沿った）磁界が列導体１０７に沿った磁界よりも強くなるので、メモリセル１０１ｐ’の切替え特性は、メモリセル１０１ｐ’の右隣に配置されるメモリセル１０１ｐの切替え特性よりも大きく悪影響を及ぼされる。
【００１２】
結果として、メモリセル１０１間の距離が減少すると、個々のセル１０１間の相互作用が増加する。図３では、ΔＸが０．３０μｍ未満であるとき、距離ΔＸが減少すると、メモリセル１０１の切替え磁界が著しく増加する。それゆえ、アレイ１００にわたって磁気環境が変動する結果として、切替え特性もアレイ１００にわたって変動することになる。それらの切替え特性の変動は、周辺位置を有するメモリセル１０１の場合にさらに大きくなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、アレイ内の全てのメモリセルに対して一様な磁気環境を有するＭＲＡＭアレイが必要とされている。また、周辺位置を有するメモリセルに対して、内側位置を有するメモリセルのための磁気環境と概ね同じ磁気環境を提供することも必要とされている。最後に、アレイ内の全てのメモリセル間で、ばらつきの少ない切替え特性分布を有するＭＲＡＭアレイを提供することが必要とされている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一様な磁気環境を有するＭＲＡＭは上述の問題点を解決する。切替え特性の変動を伴う上述の問題は、周辺メモリセルに作用する磁気環境が、内側位置を有するメモリセルの磁気環境に概ね同一になるように、周辺メモリセルに隣接する位置に、電気的には不活性（inactive）なダミー磁気セルを配置することにより解決される。
【００１５】
ダミー磁気セルは、ＭＲＡＭアレイ内の電気的に活性(active)なメモリセルを形成するために用いられる同じ材料の層を用いて形成され得る。ダミー磁気セルは、ダミー磁気セルの磁化容易軸が活性なメモリセルの磁化容易軸に揃えられるように、かつ周辺メモリセルの磁極がダミー磁気セル上の極と相補的に釣り合うように配置され得る。さらに、ダミー磁気セルは、周辺メモリセルが、隣接する磁気セルとダミー磁気セルとの組み合わせによって対称的に包囲されるように配置され得る。
【００１６】
概して、本発明は一様な磁気環境を有する磁気メモリにおいて具現化される。その磁気メモリは、内側位置および周辺位置を有するアレイを画定するために行および列に配列された複数の磁気メモリセルを含む。その磁気メモリセルは、内側または周辺位置のいずれか一方に配置される。各磁気メモリセルは磁化容易軸を含み、１つの行導体および１つの列導体によって横切られる。
【００１７】
内側位置に配置される磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセルによって形成される第１の一様な磁気環境に晒される。磁化容易軸を有する複数の電気的に不活性なダミー磁気セル（すなわち、それらはデータを格納せず、読出しまたは書込みが行われない）が、周辺位置にある１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接して配置される。
【００１８】
周辺位置にある磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセルと隣接するダミー磁気セルとによって形成される第２の一様な磁気環境に晒される。第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境に概ね等しい。結果として、磁気メモリは、アレイの全体にわたって一様な磁気環境を有し、その結果、アレイ内の磁気メモリセル間（すなわち、周辺位置および内側位置の磁気メモリセル間）の切替え特性も一様になる。
【００１９】
本発明の一実施形態では、第１の一様な磁気環境が、内側位置と、隣接する磁気メモリセルとを有する磁気メモリセルによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。また、第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境と概ね同じように、周辺位置と、ダミー磁気セルと、隣接する磁気メモリセルとを有する磁気メモリセルによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。
【００２０】
本発明の他の態様および利点は、一例として本発明の原理を例示する、添付図面とともに取り上げられる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明および図面のうちのいくつかの図において、類似の要素は同じ参照番号で特定される。
【００２２】
例示のための図面に示されるように、本発明は、一様な磁気環境を有する磁気メモリにおいて具現化される。磁気メモリは、磁化容易軸を有し、アレイを画定するために複数の行および列で配列される複数の磁気メモリセルを含む。磁気メモリセルは、アレイ内の内側位置または周辺位置のいずれかに配置される。行導体および列導体は、行方向および列方向においてそれぞれ、アレイの磁気メモリセルを横切る。内側位置に配置される磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセルによって生成される第１の一様な磁気環境に晒される。
【００２３】
磁気メモリセルは、磁化容易軸を有し、周辺位置に配置される選択された１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接して配置される複数のダミー磁気セルも含む。結果として、周辺位置に配置される磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセルおよび隣接するダミー磁気セルによって生成される第２の一様な磁気環境に晒される。第２の一様な磁気環境は第１の一様な磁気環境に概ね等しく、アレイ全体の磁気メモリセルが一様な磁気環境に晒されるようにする。一様な磁気環境は、アレイ内の磁気メモリセル間での切替え磁界の変動を伴う前述の問題に対処する。
【００２４】
本発明の磁気メモリセルおよびダミー磁気セルは、以下に限定はしないが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）磁気メモリセル、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）磁気メモリセル、磁気的に軟らかい基準層を含むＴＭＲまたはＧＭＲ磁気メモリセル、単一ＴＭＲ磁気メモリセル、および二重ＴＭＲ磁気メモリセルを含む任意の磁気メモリシステムを形成するために、ＭＲＡＭの技術分野において知られている薄い材料からなるいくつかの層から形成され得る。磁気メモリセルが行および列導体の両方によって横切られ、選択された磁気メモリセルにデータを書き込むために、行および列導体に流れる電流によって生成される磁界が、磁気メモリセルのデータ層と協働して相互作用することができる点で、ダミー磁気セルと磁気メモリセルとは異なる。また、行および列導体を用いて、選択された磁気メモリセルに格納された１ビットのデータを読み出すために、データ層の磁化の向きの状態をセンシング（検出）することもできる。著しく対照的に、本発明のダミー磁気セルは、行導体および列導体の双方によっては横切られず、行導体のみによって、列導体のみによって横切られることができるか、または行および列導体の双方よって横切られず、誘電体材料によってその導体から電気的に絶縁されることができる。
【００２５】
図５ａおよび図５ｂでは、一様な磁気環境を有する磁気メモリ１０が、アレイ２０を画定するために行および列（図５ａおよび図５ｂのｒｏｗおよびｃｏｌを参照）に配列される複数の磁気メモリセル（ＩおよびＰとして示される）を含む。磁気メモリセルＩは、アレイ２０内の内側位置（メモリセルＩを囲む破線ＩＡによって示される）に配置され、磁気メモリセルＰはアレイ２０内の周辺位置（太い破線ＰＡによって示される）に配置される。すなわち、磁気メモリセルＰは、破線ＩＡの外側、かつ破線ＰＡの内側に配置される。磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）は、磁化容易軸Ｅを含む。ここに示されるようなアレイ２０のサイズは、単なる例示であって、任意のサイズのアレイが使用され得る。
【００２６】
行導体１３および列導体１５は、行方向Ｒおよび列方向Ｃにおいてそれぞれ磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）を横切る。典型的には、行および列導体（１３、１５）は、直交する方向に磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）を横切る（すなわち、導体が互いに９０°の角度で配置される）。
【００２７】
内側位置ＩＡを有する磁気メモリセルＩは、隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）によって生成される第１の一様な磁気環境に晒される。磁化容易軸Ｅを有する複数のダミー磁気セルＤが、周辺位置ＰＡを有する１つまたは複数の磁気メモリセルＰに隣接して配置される。周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルは、隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）と隣接するダミー磁気セルＤとによって生成される第２の一様な磁気環境に晒される。第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境に概ね等しく、磁気メモリ１０を構成する活性なメモリセルは、アレイ２０の全体にわたって一様な類似の磁気環境を有するようになる。
【００２８】
本発明の一実施形態では、第１の一様な磁界は、内側位置ＩＡを有する磁気メモリセルＩと、内側位置ＩＡを有するそれらの磁気メモリセルＩに隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。同様に、第２の一様な磁気環境も、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰと、ダミー磁気セルＤと、周辺位置ＰＡを有するそれらの磁気メモリセルＰに隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。第２の一様な磁気環境は、第１の一様な磁気環境が内側位置ＩＡを有する磁気メモリセルＩによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼすのと概ね同じように、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす。結果として、アレイ２０の全体にわたる磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の切替え特性は概ね同じになり、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）間に、ばらつきの少ない切替え特性分布がもたされる。
【００２９】
図５ａおよび図５ｂでは、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、互いに概ね同一直線をなすことができる。すなわち、磁化容易軸Ｅは概ね同じ方向に揃えられることができる。
【００３０】
図５ａに示されるように、本発明の一実施形態では、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、概ね行方向Ｒと同一直線にある。
【００３１】
また図５ａに示される本発明の別の実施形態では、ダミー磁気セルＤは、行上（すなわち、行導体１３の端部）に配置され、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰに隣接して配置されることができる。磁気メモリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは行方向Ｒと概ね同一直線上にある。
【００３２】
図７に示されるように、本発明のさらに別の実施形態では、ダミー磁気セルＤが、少なくとも１つの行バンク２５（２つが示される）に配列され、行バンク２５内のダミー磁気セルＤは、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰとペアにされる。それゆえ、図７では、周辺位置ＰＡを有し、かつ行導体１３の端部にも位置する磁気メモリセルＰが、隣接する行バンク２５内のダミー磁気セルＤとペアにされる。たとえば、前述したように、第２の一様な磁気環境が第１の一様な磁気環境に概ね等しくなるように、２つ以上の行バンク２５が必要とされる場合がある。図７には示されないが、磁気メモリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、行方向Ｒと概ね同一直線をなす。行バンク２５内のダミー磁気セルＤは行導体１３によって横切られるが、列導体１５によっては横切られない。前述したように、ダミー磁気セルＤは、行および列導体（１３、１５）の双方によっては横切られず、行導体１３のみか、列導体１５のみによって横切られることができるか、あるいは行または列導体（１３、１５）の一方または双方によって横切られず、以下に説明されるように、誘電体材料によってそれらの導体（１３、１５）の一方または双方から電気的に絶縁される。
【００３３】
図５ｂに示されるように、本発明の一実施形態では、磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一直線をなす。
【００３４】
また、図５ｂに示されるように、本発明の別の実施形態では、ダミー磁気セルＤは、列上（すなわち、列導体１５の端部）に配置され、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰに隣接して配置されることができる。磁気メモリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一直線をなす。
【００３５】
図８に示されるように、本発明のさらに別の実施形態では、ダミー磁気セルＤは少なくとも１つの列バンク２７に配列され（２つが示される）、列バンク２７内のダミー磁気セルＤは、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰとペアにされる。それゆえ、図８では、周辺位置ＰＡを有し、列導体１５の端部にも位置する磁気メモリセルＰは、隣接する列バンク２７内のダミー磁気セルＤとペアにされる。前述したように、第２の一様な磁気環境が第１の一様な磁気環境と概ね等しくなるように、２つ以上の列バンク２７が必要とされる場合がある。図８には示されないが、磁気メモリセルＰおよびダミー磁気セルＤの磁化容易軸Ｅは、列方向Ｃと概ね同一直線をなす。列バンク２７内のダミー磁気セルＤは、列導体１５によって横切られるが、行導体１３によっては横切られない。ダミー磁気セルＤは、行および列導体（１３、１５）のいずれか一方によっては横切られず、行導体１３のみか、列導体１５のみによって横切られることができるか、あるいは行または列導体（１３、１５）の双方によって横切られず、以下に説明されるように、誘電体材料によってそれらの導体（１３、１５）の一方または双方から電気的に絶縁される。
【００３６】
磁気メモリ１０は、図１３に示されるように、アレイ２０の周囲に配置される複数の上述した行および列バンク（２５、２７）を含むことができる。行および列バンク（２５、２７）内に存在しないさらなるダミー磁気セルＤがアレイ２０の周囲に配置され、図９および図１０を参照して以下に説明されるように、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰのうちのいくつかまたは全てを対称的に包囲することができる。
【００３７】
図９では、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰがダミー磁気セルＤと、隣接する磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって対称的に包囲されるように、ダミー磁気セルＤがアレイ２０内に配置される。すなわち、周辺位置ＰＡを有する全ての磁気メモリセルＰが、１つまたは複数のダミー磁気セルＤと、１つまたは複数の磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）とによって対称的に包囲される。
【００３８】
たとえば、図９では、アレイ２０の右上角部において、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰ（すなわち、それは行および列の端部にある）は、ダミー磁気セルＤのうちの５つと、磁気メモリセルＰのうちの２つ（同様に周辺位置ＰＡを有する）と、１つの磁気メモリセルＩとによって対称的に包囲される（破線外郭線ＳＳ１および隣接するセルＤ、Ｉ、Ｐ間の両方向矢印を参照）。矢印２９は、行または列上に配置されず、かつ行および列導体（１３、１５）によって横切られないダミー磁気セルＤを示す。それらのダミー磁気セルＤは、アレイ２０の周辺の角部に配置される磁気メモリセルＰに対して対角線状に配置される。それらのダミー磁気セルＤ（すなわち２９）は、アレイ２０の角部に配置される全ての磁気メモリセルＰの上述の対称的な包囲ＳＳ１を達成するために必要とされる対称性を提供する。
【００３９】
対照的に、アレイ２０の左下部分の周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰは、ダミー磁気セルＤのうちの３つと、磁気メモリセルＰのうちの３つ（同様に周辺位置ＰＡを有する）と、磁気メモリセルＩのうちの２つとによって対称的に包囲される（破線外郭線ＳＳ２および隣接するセルＤ、Ｉ、Ｐ間の両方向矢印を参照）。
【００４０】
図９では、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は、行または列方向（Ｒ、Ｃ）のうちのいずれか一方と同一直線をなすことができる。代案として、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は、ベクトルＶ（図１２を参照）と概ね同一直線をなすことができる。ベクトルＶは、行または列方向（Ｒ、Ｃ）に対して測られる角度を有することができるか、あるいはアレイ２０に対する任意の予め選択された原点に対して測られる角度を有することができる。
【００４１】
図１０では、周辺位置ＰＡを有する、選択された１つまたは複数の磁気メモリセルＰが、ダミー磁気セルＤのうちの少なくとも２つとペアにされる。周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰとダミー磁気セルＤのうちの少なくとも２つとのペアリングは、破線外郭線ＰＰ１によって示されるような行方向の（すなわち、行方向Ｒに沿った）ペアリング、破線外郭線ＰＰ２によって示されるような列方向の（すなわち、列方向Ｃに沿った）ペアリング、破線外郭線ＰＰ３によって示されるような対角線方向の（すなわち、メモリセルＰに対して対角線状に配置されるダミー磁気セルとの）ペアリング、またはＰＰ１、ＰＰ２およびＰＰ３の任意の組み合わせとすることができる。
【００４２】
対角線方向のペアリングＰＰ３、列方向のペアリングＰＰ２および行方向のペアリングＰＰ１（またはそれらの組み合わせ）の結果として、図１０に示されるように、かつ図９に関して前述したように（ＳＳ１およびＳＳ２を参照）、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰのうちのいくつかまたは全ての対称的な包囲を形成することができる。
【００４３】
列方向のペアリングＰＰ２および行方向のペアリングＰＰ１の結果として、図７および図８に関して前述したように、１つまたは複数の行あるいは列バンク（２５、２７）を形成することもできる。
【００４４】
図１０では、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は行または列方向（Ｒ、Ｃ）のうちのいずれか一方と同一直線をなすことができる。一方、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅ（図示せず）は、ベクトルＶ（図１２を参照）と概ね同一直線をなすこともできる。ベクトルＶは、行または列方向（Ｒ、Ｃ）に対して測られる角度を有することができるか、あるいはアレイ２０に対する任意の予め選択された原点に対して測られる角度を有することができる。
【００４５】
図６ａおよび図６ｂでは、第２の一様な磁界を達成するためのダミー磁気セルの配置が、アレイ２０の一部を参照して示される。ＭＲＡＭの技術分野では、形状異方性を解消するために、磁気メモリセルの幅と高さとの比が１．０より大きくされる（すなわち、セルは１より大きな縦横比を有する）ことが良く理解されている。そのため、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の磁化容易軸Ｅは、そのセルの幅寸法に沿って揃うように設定されることができる。図６ａおよび図６ｂでは、ダミー磁気セルＤおよび磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）の幅ｗおよび高さｈ（ダミー磁気セル２９を参照）が、１．０より大きい縦横比（ｗ／ｈ）を与えるように選択される。そのセルがｈ寸法の高さより、ｗ寸法の長さが著しく長くなるように、縦横比は約３．０であることが好ましい。
【００４６】
磁化容易軸Ｅが行方向Ｒに揃えられる場合（図６ａを参照）、あるいは列方向Ｃに揃えられる場合（図６ｂを参照）、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰ上の磁極（＋）は、行（図６ａ）または列（図６ｂ）上に配置される隣接するダミー磁気セルＤ上の対応する磁極（−）によって補整され（破線外郭線ＣＣを参照）、またはその逆の場合も成り立つ。セル（Ｉ、Ｐ）の変更可能な磁化の向き（図示せず）が磁化容易軸Ｅ（両方向矢印によって示されるようないずれかの方向）に沿っているので、任意の所与のメモリセル（Ｉ、Ｐ）の切替え磁界の影響は、磁化容易軸Ｅに沿って最も強くなり、磁化容易軸Ｅを横切る（すなわち、９０°をなす）方向において最も弱くなる。その横切る方向は磁化困難軸Ｈとも呼ばれる。たとえば、磁化容易軸Ｅが行方向Ｒに揃えられるとき、磁化困難軸Ｈは列方向Ｃに沿って揃えられ、磁化容易軸Ｅが列方向Ｃに揃えられるとき、磁化困難軸Ｈは行方向Ｒに沿って揃えられる。
【００４７】
切替え磁界の強さは、メモリセル（Ｉ、Ｐ）間の距離ΔＬが磁化容易軸Ｅに沿って減少するのに応じて、著しく増加する。切替え磁界の強さは、メモリセル（Ｉ、Ｐ）間の距離ΔＷが磁化困難軸Ｈに沿って減少する際に、それよりは少ない程度に増加する。それゆえ、最初の状況に従って、ダミー磁気セルＤの最も有益な配置は、図６ａおよび図６ｂに示されるように、磁化容易軸Ｅに揃えられる行または列の端部に存在することである。
【００４８】
したがって、アレイ２０にわたって切替え特性を釣り合わせるために、ダミー磁気セルＤは、図６ａに示されるように、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰの磁化容易軸Ｅに揃えられる磁化容易軸Ｅを有する行１３の端部に配置されることができる。結果として、磁化容易軸に沿った磁極は補整され、第２の一様な磁界が第１の一様な磁界と概ね同じになる。
【００４９】
一方、アレイ２０にわたって切替え特性を釣り合わせるために、ダミー磁気セルＤは、図６ｂに示されるように、周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰの磁化容易軸Ｅに揃えられる磁化容易軸Ｅを有する列１５の端部に配置されることができる。結果として、磁化容易軸に沿った磁極は補整され、第２の一様な磁界が第１の一様な磁界と概ね同じになる。
【００５０】
図６ａおよび図６ｂでは、メモリセルＰ（破線外郭線ＣＣを参照）は、ダミー磁気セルＤによる左側にある磁化容易軸Ｅに沿って、かつメモリセル（Ｉ、Ｐ）のいずれか一方による右側にある磁化容易軸Ｅに沿って釣り合った状態にされる。
【００５１】
周辺位置ＰＡを有する磁気メモリセルＰを包囲する磁気環境においてさらなる対称性を与えるために、ダミー磁気セルＤは、前述されたように、対角線の位置（参照番号２９を参照）に配置されることができる。
【００５２】
磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤは、半導体処理技術においてよく知られている超小型電子プロセスを用いて形成され得る。図１１では、シリコン（Ｓｉ）基板のような基板５０が、複数の磁気メモリセル（Ｉ、Ｐ）およびダミー磁気セルＤを含むことができる。誘電体層５１（たとえばＳｉＯ２）が基板５０上に堆積され得る。ダマシンプロセスを用いてトレンチ５９を形成することができ、トレンチ５９には、行または列導体（１３、１５）のいずれか一方を形成するために、第１の導体５４が堆積され、その後、平坦化される。次に、メモリセル（Ｉ、ＰまたはＤ１）の種々の層が導体５４上に形成される。メモリセル（Ｉ、ＰまたはＤ１）は、ピン止めされた基準層５３を形成する１つまたは複数の層と、薄いトンネル障壁層５７を形成する１つまたは複数の層と、データ層５５を形成する１つまたは複数の層とを含むことができる。メモリセル（Ｉ、Ｐ）の場合、行または列導体（１３、１５）のいずれか一方を形成するために第２の導体５２が堆積される。第２の導体５２はダミー磁気セルＤ１上には堆積されない。それゆえ、ダミー磁気セルＤは第１の導体５４によってのみ横切られる。
【００５３】
一方、ダミー磁気セルＤ２は、平坦化された誘電体層５１上に形成され得る。層５３、５７および５５を形成した後に、ダミー磁気セルＤ２が第２の導体５２によってのみ横切られるように、第２の導体５２が堆積される。
【００５４】
代案として、ダミー磁気セルＤ３が、平坦化された誘電体層５１上に形成され得る。ダミー磁気セルＤ３は、第１および第２の導体（５４、５２）によって横切られない。この構成は、対角線状に配置されるダミー磁気セルＤ（図６ａ、図６ｂおよび図９の参照番号２９を参照）に使用され得る。
【００５５】
さらに別の構成では、ダミー磁気セルＤ４が、平坦化された誘電体層５１上に形成され得る。ダミー磁気セルＤ４は第１の導体５２によって横切られ、誘電体材料５６がダミー磁気セルＤ４を第１の導体５２から電気的に絶縁する。同様に、ダミー磁気セルＤ５は第２の導体５４によって横切られ、誘電体材料５６がダミー磁気セルＤ５を第２の導体５４から電気的に絶縁する。誘電体材料５６は、たとえば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような誘電体材料からなる層とすることができる。この構成は、対角線状に配置されるダミー磁気セルＤ（図６ａ、図６ｂおよび図９の参照番号２９を参照）を含む、本明細書に説明される実施形態の任意のものに使用され得る。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態が開示および図示されてきたが、本発明は、そのように説明および図示される特定の形態または部品の構成に限定されない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００５７】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．一様な磁気環境を有する磁気メモリであって、
磁化容易軸を有し、アレイを画定するために複数の行および列に配列される複数の磁気メモリセルであって、前記磁気メモリセルが前記アレイ内の内側位置または周辺位置の選択された一方に配置され、前記内側位置を有する前記磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセルによって生成される第１の一様な磁気環境に晒される、複数の磁気メモリセルと、
行方向および列方向においてそれぞれ前記磁気メモリセルを横切る行導体および列導体と、及び
磁化容易軸を有し、前記周辺位置を有する前記磁気メモリセルのうちの選択された１つまたは複数の磁気メモリセルに隣接して配置される複数のダミー磁気セルとを含み、
前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、隣接する前記磁気メモリセルと隣接する前記ダミー磁気セルとによって生成される第２の一様な磁気環境に晒され、前記第２の一様な磁気環境が前記第１の磁気環境に概ね等しい、磁気メモリ。
２．前記第１の一様な磁気環境が、前記内側位置を有する磁気メモリセルと前記隣接する磁気メモリセルとによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼし、前記第２の一様な磁気環境が、前記第１の磁気環境と概ね同じように、前記周辺位置を有する磁気メモリセルと、前記ダミー磁気セルと、前記隣接する磁気メモリセルとによって生成される切替え磁界の大きさに影響を及ぼす、上記１に記載の磁気メモリ。
３．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、互いに概ね同一直線をなす、上記１に記載の磁気メモリ。
４．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、前記行方向と概ね同一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。
５．前記ダミー磁気セルが、前記行上に配置され、前記周辺位置を有する前記磁気メモリセルに隣接して配置される、上記４に記載の磁気メモリ。
６．前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの行バンクに配列され、前記行バンク内の前記ダミー磁気セルが、前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、上記５に記載の磁気メモリ。
７．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、前記列方向と概ね同一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。
８．前記ダミー磁気セルが、前記列上に配置され、前記周辺位置を有する磁気メモリセルに隣接して配置される、上記７に記載の磁気メモリ。
９．前記ダミー磁気セルが、少なくとも１つの列バンクに配列され、前記列バンク内の前記ダミー磁気セルが、前記周辺位置を有する磁気メモリセルとペアにされる、上記８に記載の磁気メモリ。
１０．前記磁気メモリセルの前記磁化容易軸と、前記ダミー磁気セルの前記磁化容易軸とが、１つのベクトルと概ね同一直線をなす、上記３に記載の磁気メモリ。
１１．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られる、上記１に記載の磁気メモリ。
１２．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶縁される、上記１に記載の磁気メモリ。
１３．前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導体によって横切られない、上記１に記載の磁気メモリ。
１４．前記ダミー磁気セルは、前記周辺位置を有する磁気メモリセルが前記ダミー磁気セル、および隣接する磁気メモリセルによって対称的に包囲されるように配置される、上記１に記載の磁気メモリ。
１５．前記ダミー磁気セルが前記行導体および前記列導体によって交差されない、上記１４に記載の磁気メモリ。
１６．前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの選択された一方によって横切られ、前記ダミー磁気セルが、前記行導体および前記列導体のうちの前記選択された一方から誘電体材料によって電気的に絶縁される、上記１４に記載の磁気メモリ。
１７．前記周辺位置を有するメモリセルのうちの選択された１つまたは複数のメモリセルが、前記ダミー磁気セルのうちの少なくとも２つとペアにされる、上記１に記載の磁気メモリ。
１８．前記周辺位置を有する磁気メモリセルが、行方向のペアリング、列方向のペアリングおよび対角線方向のペアリングのうちの選択された１つまたは複数のペアリングを有する、上記１７に記載の磁気メモリ。
１９．前記ペアリングの結果として、前記周辺位置を有するメモリセルの対称的な包囲のうちの選択された１つまたは複数と、前記周辺位置を有するメモリセルに隣接して配置される行バンクと、前記周辺位置を有するメモリセルに隣接して配置される列バンクとが形成される、上記１８に記載の磁気メモリ。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、周辺位置を有するメモリセルに対して、内側位置を有するメモリセルのための磁気環境と概ね同じ磁気環境を提供でき、アレイ内の全てのメモリセルに対して一様な磁気環境を有するＭＲＡＭアレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】従来のスピン依存トンネルメモリセルの斜視図である。
【図１ｂ】図１ａの従来のスピン依存トンネルメモリセルのデータ層の論理状態を示す図である。
【図１ｃ】従来のスピン依存トンネルメモリセルにデータを書き込むための行導体および列導体を示す概略図である。
【図２】従来のＭＲＡＭアレイを画定するように構成される図１ｃの構成の概略図である。
【図３】従来のＭＲＡＭアレイ内の従来のスピン依存トンネルメモリセル間の距離を減少させると切替え磁界が増加することを示すグラフである。
【図４】従来のＭＲＡＭアレイ内の周辺位置を有する従来のメモリセルのための一様でない磁界環境を示す概略図である。
【図５ａ】本発明による一様な磁気環境を有するＭＲＡＭアレイの概略図である。
【図５ｂ】本発明による一様な磁気環境を有するＭＲＡＭアレイの概略図である。
【図６ａ】本発明による、行端において周辺位置を有するメモリセルのための一様な磁気環境の概略図である。
【図６ｂ】本発明による、列端において周辺位置を有するメモリセルのための一様な磁気環境の概略図である。
【図７】本発明による行バンクで配列されるダミー磁気セルを示す概略図である。
【図８】本発明による列バンクで配列されるダミー磁気セルを示す概略図である。
【図９】本発明による、対称的に包囲された周辺メモリセルを示す概略図である。
【図１０】本発明による、ダミー磁気セルとペアにされる周辺メモリセルを示す概略図である。
【図１１】本発明による磁気メモリセルおよびダミー磁気セルの断面図である。
【図１２】本発明による、１つのベクトルと同一直線上にある磁化容易軸を有するダミー磁気セルおよび活性な磁気メモリセルを示す概略図である。
【図１３】本発明による、複数の行バンクおよび列バンクで配列されるダミー磁気セルを示す概略図である。
【符号の説明】
10  磁気メモリ
13  行導体
15  列導体
20  アレイ
50  基板
51  誘電体層
53  基準層
55  データ層
56  誘電体材料
57  トンネル障壁層
Ｄ  ダミー磁気セル
Ｅ  磁化容易軸
【図１ａ】
0004608177.tif 000002
【図１ｂ】
0004608177.tif 000003
【図１ｃ】
0004608177.tif 000004
【図２】
0004608177.tif 000005
【図３】
0004608177.tif 000006
【図４】
0004608177.tif 000007
【図５ａ】
0004608177.tif 000008
【図５ｂ】
0004608177.tif 000009
【図６ａ】
0004608177.tif 000010
【図６ｂ】
0004608177.tif 000011
【図７】
0004608177.tif 000012
【図８】
0004608177.tif 000013
【図９】
0004608177.tif 000014
【図１０】
0004608177.tif 000015
【図１１】
0004608177.tif 000016
【図１２】
0004608177.tif 000017
【図１３】
0004608177.tif 000018