(57)【要約】【課題】マグネティックドメイン移動を利用する磁気メモリ装置を提供する。【解決手段】複数のマグネティックドメインが形成され、このマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存され、基板上にマルチスタックをなすように積層された複数のメモリトラックと、複数のメモリトラックそれぞれに近接に形成されたビットラインと、各メモリトラックとビットラインとの間に形成され、メモリトラックの一データビット領域と共に磁気トンネル接合（ＭＴＪ）セルを構成する連結部と、メモリトラックのデータビット領域に保存されたデータを隣接したデータビット領域に移動するように各メモリトラックに電気的に連結されて、マグネティックドメイン移動信号を入力する第１入力部と、複数のメモリトラックのうち、読み取りまたは書き込みが進められるメモリトラックを選択する選択部と、を備える。【選択図】図１
2007226951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマグネティックドメインが形成され、このマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存され、基板上にマルチスタックをなすように積層された複数のメモリトラックと、
前記複数のメモリトラックのそれぞれに近接して形成されたビットラインと、
各メモリトラックとビットラインとの間に形成され、前記メモリトラックの一データビット領域と共に磁気トンネル接合（ＭＴＪ）セルを構成する連結部と、
前記メモリトラックのデータビット領域に保存されたデータを隣接したデータビット領域に移動するように、前記各メモリトラックに電気的に連結されて、マグネティックドメイン移動信号を入力する第１入力部と、
前記複数のメモリトラックのうち、読み取りまたは書き込みを進めるメモリトラックを選択する選択部と、を備えることを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２】
前記連結部は、
前記メモリトラックの一部領域に対応するように形成され、固定された磁化方向を有する基準層を備え、
前記メモリトラックに前記基準層の有効サイズに相応するマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存されうるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項３】
前記連結部は、前記基準層と前記メモリトラックとの間に非磁性層をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項４】
前記非磁性層は、導電膜やトンネリング障壁としての役割を行う絶縁膜であることを特徴とする請求項３に記載の磁気メモリ装置。
【請求項５】
前記選択部は、
前記複数のメモリトラックのＭＴＪセルを構成するデータビット領域にそれぞれ連結される複数の不純物ドーピング領域と、二つの不純物ドーピング領域の間にそれぞれ形成されるゲートと、を備え、少なくとも一つの不純物ドーピング領域が所定メモリトラックに対してはドレインとして作用し、他のメモリトラックに対してはソースとして作用する共有トランジスタ構造であり、
各不純物ドーピング領域は、各メモリトラックのＭＴＪセルを構成するデータビット領域に導電性プラグによって連結されることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載の磁気メモリ装置。
【請求項６】
各メモリトラックは、
保存しようとするデータビット数に対応するデータビット領域を備えて複数ビットのデータが保存されるデータ保存領域と、
マグネティックドメイン移動時にデータ保存領域の外側に移動するデータを、必要に応じて保存しうるようにデータ保存領域に連続されるバッファ領域と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のうち何れか１項に記載の磁気メモリ装置。
【請求項７】
各メモリトラックは、複数のデータ保存領域を備え、
二つの隣接するデータ保存領域の間には、前記バッファ領域が位置し、
前記連結部及び選択部は、各メモリトラックに設けられた複数のデータ保存領域それぞれに対応するように設けられたことを特徴とする請求項６に記載の磁気メモリ装置。
【請求項８】
前記ビットラインを通じてＭＴＪセルに書き込み電流信号及び読み取り電流信号のうち少なくとも何れか一つを入力する第２入力部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし７のうち何れか１項に記載の磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリに係り、さらに詳細には、マグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存され、マグネティックドメイン移動を利用する磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）は、不揮発性磁気メモリの一つであって、ナノ磁性体特有のスピン依存伝導現象に基づいた磁気抵抗効果を利用する新たな固体磁気メモリである。このようなＭＲＡＭは、電子の有している自由度であるスピンが電子伝達現象に大きい影響を及ぼすことによって生じる巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＧＭＲ）現象やトンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）現象を利用したものである。
【０００３】
ＧＭＲとは、強磁性体／金属非磁性体／強磁性体の連続的な配列をさせて、非磁性体を介して形成された強磁性体間の磁化方向の配列が同じ場合と相互に逆である場合との抵抗の差が生じる現象を意味する。ＴＭＲは、強磁性体／絶縁体／強磁性体の連続的な配列で、二層の強磁性層での磁化方向の配列が同じ場合が他の場合に比べて電流の透過が容易な現象を意味する。ＧＭＲ現象を利用したＭＲＡＭの場合、磁化方向による抵抗値の差が相対的に小さいため、電圧値の差を大きくできない。また、セルを構成するためにＧＭＲ膜と組合わせて使用するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）のサイズを大きくせねばならないという短所があって、現在ではＴＭＲ膜を採用してＭＲＡＭの実用化のための研究がさらに活発になりつつある。
【０００４】
ＭＲＡＭは、例えば、スイッチング素子であるトランジスタとデータが保存される磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）セルとで構成される。通常、ＭＴＪセルは、磁化方向が固定されている固定強磁性層、前記固定強磁性層に対して磁化方向が平行または反平行に変わりうる自由強磁性層及び前記固定強磁性層と自由強磁性層との間に配置されて、前記強磁性層を磁気的に分離させる非磁性層から形成される。
【０００５】
しかし、一般的に、ＭＴＪセル当り一ビットのデータのみを保存するので、ＭＲＡＭのデータ保存容量の増大には限界がある。したがって、ＭＲＡＭの磁気メモリの情報保存容量をさらに増大させるためには、新たな保存方式が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記のような点を勘案して案出されたものであって、複数のマグネティックドメインが形成されてデータビットがアレイ状に保存され、マグネティックドメイン移動を利用するメモリトラックを備え、このメモリトラックをマルチスタックで形成してデータ保存容量を大きく増大させる磁気メモリ装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明による磁気メモリ装置は、複数のマグネティックドメインが形成され、このマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存され、基板上にマルチスタックをなすように積層された複数のメモリトラックと、前記複数のメモリトラックそれぞれに近接して形成されたビットラインと、各メモリトラックとビットラインとの間に形成され、前記メモリトラックの一データビット領域と共にＭＴＪセルを構成する連結部と、前記メモリトラックのデータビット領域に保存されたデータを隣接したデータビット領域に移動するように、前記各メモリトラックに電気的に連結されてマグネティックドメイン移動信号を入力する第１入力部と、前記複数のメモリトラックのうち、読み取りまたは書き込みを進めるメモリトラックを選択する選択部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記連結部は、前記メモリトラックの一部領域に対応するように形成され、固定された磁化方向を有する基準層を備え、前記メモリトラックに前記基準層の有効サイズに相応するマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存されうるように形成されうる。
【０００９】
前記連結部は、前記基準層と前記メモリトラックとの間に非磁性層をさらに備えうる。
【００１０】
前記非磁性層は、導電膜やトンネリング障壁としての役割を行う絶縁膜でありうる。
【００１１】
前記選択部は、前記複数のメモリトラックのＭＴＪセルを構成するデータビット領域にそれぞれ連結される複数の不純物ドーピング領域と、二つの不純物ドーピング領域の間にそれぞれ形成されるゲートと、を備え、少なくとも一つの不純物ドーピング領域が所定メモリトラックに対してはドレインとして作用し、他のメモリトラックに対してはソースとして作用する共有トランジスタ構造であり、各不純物ドーピング領域は、各メモリトラックのＭＴＪセルを構成するデータビット領域に導電性プラグによって連結されうる。
【００１２】
各メモリトラックは、保存しようとするデータビット数に対応するデータビット領域を備えて複数ビットのデータが保存されるデータ保存領域と、マグネティックドメイン移動時にデータ保存領域の外側に移動するデータを、必要に応じて保存しうるようにデータ保存領域に連続されるバッファ領域とを備えうる。
【００１３】
各メモリトラックは、複数のデータ保存領域を備え、二つの隣接するデータ保存領域の間には、前記バッファ領域が位置し、前記連結部及び選択部は、各メモリトラックに設けられた複数のデータ保存領域それぞれに対応するように設けられうる。
【００１４】
前記ビットラインを通じてＭＴＪセルに書き込み電流信号及び読み取り電流信号のうち少なくとも何れか一つを入力する第２入力部をさらに備えうる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による磁気メモリ装置によれば、複数のマグネティックドメインが形成され、データビットがアレイ状に保存され、マグネティックドメイン移動を利用するメモリトラックを備え、このメモリトラックをマルチスタックで形成するので、データの保存容量を大きく増大させうる。
【００１６】
また、読み取りまたは書き込みを進めるメモリトラックを選択するための選択部を共有トランジスタ構造で備えるので、選択部の構造をさらに簡略化しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による磁気メモリ装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態によるマルチスタックメモリトラックを備える磁気メモリ装置の全体的な構成を概略的に示す図面である。図１で、ＰＵＬＳＥ１は、マグネティックドメイン移動信号、ＰＵＬＳＥ２は、読み取り信号または書き込み信号を意味する。
【００１９】
図１を参照すれば、本発明による磁気メモリ装置は、基板上にマルチスタックをなすように積層された第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０と、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０それぞれに近接して形成された第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０と、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０と第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０との間に形成された第１ないし第３連結部１５，３５，５５と、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に電気的に連結されてマグネティックドメイン移動信号を入力する第１入力部８０と、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のうち、読み取りまたは書き込みを進めるメモリトラックを選択する選択部９０と、を備える。
【００２０】
本発明による磁気メモリ装置は、図１に示したように、基板１に選択部９０が形成され、その上に第１メモリトラック１０、第１ビットライン２０、第２メモリトラック３０、第２ビットライン４０、第３メモリトラック５０、第３ビットライン６０の順に積層され、これら構成要素の層の間には絶縁層が位置しうる。図１で、各構成要素間の空いている空間が絶縁層に該当する。このような層構造を製造する過程は、多様な公知の方法が可能であるので、ここでは、このような層構造を積層する過程についての説明は省略する。
【００２１】
前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０は、記録層であって、水平磁化方向を有するか、または垂直磁化方向を有しつつ、磁化方向のスイッチングが可能に設けられる。前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０には、複数のマグネティックドメインが形成され、このマグネティックドメインからなるデータビットがアレイ状に保存されうる。ここで、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０には、それぞれマグネティックドメイン障壁が形成され、このマグネティックドメイン障壁によって、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０には、複数のマグネティックドメインが形成される。
【００２２】
前記第１ないし第３連結部１５，３５，５５それぞれは、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０と第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０との間に形成され、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の一つのデータビット領域１１，３１，５１と共にＭＴＪセルを構成する。前記第１ないし第３連結部１５，３５，５５の一端は、第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０に接触し、他端は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の一部領域（すなわち、ＭＴＪセルを構成する特定データビット領域１１，３１，５１）に接触する。
【００２３】
このようなＭＴＪセルを構成するように、前記第１ないし第３連結部１５，３５，５５は、それぞれ第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の一部領域に対応するように形成され、固定された磁化方向を有する基準層１９を備える。前記基準層１９は、固定された水平磁化方向を有するか、または固定された垂直磁化方向を有するように形成されうる。前記第１ないし第３連結部１５，３５，５５は、基準層１９と第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０との間に非磁性層１７をさらに備えうる。この非磁性層１７は、Ｃｕのような導電膜であるか、またはトンネリング障壁としての役割を行うアルミニウム酸化膜のような絶縁膜でありうる。
【００２４】
ここで、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０は、磁化方向のスイッチングが可能であり、基準層１９は、磁化方向が固定されねばならない。このために、基準層１９には、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎのような反強磁性を使用する多層薄膜構造を適用しうる。他の例として、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０と基準層１９とを同一物質で形成しつつ、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０は、相対的に小さい保磁力、基準層１９は、相対的に大きい保磁力を有するように形成されうる。このような保磁力は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０及び基準層１９の形成に使われる物質の元素の組成比を変えることによって調節されうる。
【００２５】
第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に形成されるマグネティックドメインからなる各データビット領域は、１ビットのデータを表すものであって、それぞれ第１ないし第３連結部１５，３５，５５の基準層１９の有効サイズに相応するサイズを有しうる。これにより、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に前記基準層１９の有効サイズに相応するマグネティックドメインからなるデータビットをアレイ状に保存しうる。ここで、１ビットのデータを表すデータビット領域は、単一マグネティックドメインからなることが望ましい。
【００２６】
本発明による磁気メモリ装置において、データの書き込みまたは保存されたデータの読み取りは、前記基準層１９の有効サイズに対応する第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の面積単位でなされうる。したがって、前記基準層１９の有効サイズは、実質的に第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の一つのデータビット領域（すなわち、マグネティックドメイン）のサイズを決定する。
【００２７】
一データビット領域内には、単一マグネティックドメインのみが存在することが望ましいので、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に形成されるマグネティックドメインは、少なくとも基準層１９の有効サイズに相応するサイズに形成されることが望ましい。
【００２８】
また、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０は、前記基準層１９の有効サイズ、すなわち、マグネティックドメイン移動方向の幅に対応するデータビット領域の数程度の長さに形成されることが望ましい。これにより、基準層１９の有効サイズ単位で単一マグネティックドメインからなる複数のデータビット領域アレイが形成されて、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０には、複数ビットのデータをアレイ状に保存しうる。
【００２９】
前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０は、図１のように、保存しようとするデータビット数に対応するデータビット領域を備えて、複数ビットのデータが保存されるデータ保存領域７１と、マグネティックドメイン移動時にデータ保存領域７１の外側に移動するデータを臨時保存しうるように、データ保存領域７１に連続されるバッファ領域７５を備えうる。バッファ領域７５は、データ保存領域７１の少なくとも一側に位置しうる。ここで、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０においては、データ保存領域とバッファ領域との区分がないようにすることもできる。
【００３０】
また、本発明による磁気メモリ装置は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０それぞれに複数のデータ保存領域７１を備え、二つの隣接するデータ保存領域７１の間には、バッファ領域７５が位置する構成を有しうる。このとき、第１ないし第３連結部１５，３５，５５及び選択部９０は、図１に示したように、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に設けられた複数のデータ保存領域７１にそれぞれ対応するように設けられることが望ましい。
【００３１】
一方、前記選択部９０は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のうち、読み取りまたは書き込みを進めるメモリトラックを選択するためのものであって、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のＭＴＪセルを構成するデータビット領域１１，３１，５１にそれぞれ連結される第１ないし第３不純物ドーピング領域９１，９３，９５と、第１及び第２不純物ドーピング領域９１，９３の間及び第２及び第３不純物ドーピング領域９３，９５の間にそれぞれ形成される第１及び第２ゲートＧ１，Ｇ２（ワードライン）とを備え、少なくとも一つの不純物ドーピング領域が所定メモリトラックに対してはドレインとして作用し、他のメモリトラックに対してはソースとして作用する共有トランジスタ構造を有しうる。
【００３２】
例えば、第１不純物ドーピング領域９１、第１ゲートＧ１、第２不純物ドーピング領域９３は、第１及び第２メモリトラック１０，３０のためのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２となり、第２不純物ドーピング領域９３、第２ゲートＧ２及び第３不純物ドーピング領域９５は、第３メモリトラック５０のためのトランジスタＴｒ３となりうる。このとき、第１メモリトラック１０に対しては、第１不純物ドーピング領域９１は、ソースとなり、第２不純物ドーピング領域９３は、ドレインとなる。第２メモリトラック３０に対しては、第１不純物ドーピング領域９１はドレインとなり、第２不純物ドーピング領域９３はソースとなる。また、第３メモリトラック５０に対しては、第２不純物ドーピング領域９３はドレインとなり、第３不純物ドーピング領域９５はソースとなる。
【００３３】
他の例として、第１不純物ドーピング領域９１、第１ゲートＧ１、第２不純物ドーピング領域９３は、第１メモリトラック１０のためのトランジスタＴｒ１となり、第２不純物ドーピング領域９３、第２ゲートＧ２及び第３不純物ドーピング領域９５は、第２及び第３メモリトラック３０，５０のためのトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３となるようにすることもできる。
【００３４】
ここで、前記基板１は、半導体基板でありうる。この基板１上にゲート絶縁膜とゲート電極とを備える層構造の第１及び第２ゲートＧ１，Ｇ２を形成し、この第１及び第２ゲートＧ１，Ｇ２の間及びその両側の基板１の一部領域を不純物でドーピングし、ソース及びドレインとして使われる第１ないし第３不純物ドーピング領域９１，９３，９５を形成すれば、共有トランジスタ構造が形成される。このような共有トランジスタ構造の選択部９０を基板１に形成した後、順に、前記第１メモリトラック１０、第１連結部１５、第１ビットライン２０、第２メモリトラック３０、第２連結部３５、第２ビットライン４０、第３メモリトラック５０、第３連結部５５、第３ビットライン６０の積層構造を形成する。もちろん、前述したように、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０、第１ないし第３連結部１５，３５，５５及び第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０は、他の部材との接続部分及び電気的な連結のための部分を除いては、絶縁物質で覆い包まれ、各層の間には絶縁層が形成されうる。
【００３５】
前記第１ないし第３不純物ドーピング領域９１，９３，９５は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のＭＴＪセルを構成する特定データビット領域１１，３１，５１に導電性プラグ８６，８７，８８によって電気的に連結される。導電性プラグ８６，８７，８８の一端は、第１ないし第３不純物ドーピング領域９１，９３，９５に接触され、他端は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のＭＴＪセルを構成する特定データビット領域１１，３１，５１に接触しうる。
【００３６】
前記のように、選択部９０を共有トランジスタ構造に形成することによって、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に対してそれぞれのトランジスタを形成する場合に比べて、選択部９０の構造が簡略化されうる。すなわち、それぞれのトランジスタを形成する場合には、３個のゲート、６個の不純物ドーピング領域が必要である一方、共有トランジスタ構造を使用すれば、２個のゲート、３個の不純物ドーピング領域によっても、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のうち何れか一つを選択する動作が可能である。
【００３７】
一方、前記第１入力部８０は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のマグネティックドメインを移動させて、データビット領域に保存されたデータ（すなわち、水平磁化または垂直磁化）を隣接したデータビット領域に移動させるように、前記第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０に電気的に連結される。前記第１入力部８０と第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０との間には、選択された特定メモリトラックにのみマグネティックドメイン移動信号が入力されうるようにスイッチ（図示せず）がさらに備えられうる。
【００３８】
前記第１入力部８０を通じて第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０にマグネティックドメイン移動信号（ＰＵＬＳＥ１）が印加される。この第１入力部８０を通じて入力された移動信号、すなわち、移動電流信号によってマグネティックドメインの磁化方向は、隣接したマグネティックドメインに移動する。これをマグネティックドメイン移動という。
【００３９】
前記移動信号は、後述する図５に示されたように、一定周期で入力されるパルス電流（ＰＵＬＳＥ１）でありうる。前記移動信号は、単一マグネティックドメインを含むデータビット領域単位でマグネティックドメイン移動がなされるように入力されうる。ここで、マグネティックドメイン移動は、実質的には所定マグネティックドメインの磁化方向を隣接したマグネティックドメインに移動させることであるので、移動信号は、データビット領域単位でマグネティックドメイン移動がなされる時間の間に持続され、データビット領域単位でマグネティックドメイン移動がなされるように周期的に印加されることが望ましい。
【００４０】
一方、本発明による磁気メモリ装置は、データ書き込み及びデータ読み取りのうち少なくとも何れか一つ、さらに望ましくは、データ書き込み及びデータ読み取りが電流によってなされるように設けられうる。
【００４１】
このために、本発明による磁気メモリ装置は、第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０を通じてＭＴＪセルに書き込み電流信号及び読み取り電流信号のうち少なくとも何れか一つを入力する第２入力部８５をさらに備えることが望ましい。このような本発明による磁気メモリ装置は、ＭＴＪセルに磁場を付加して情報の書き込みを行う通常的な磁気メモリ装置に比べて、電極パッド層が不要であり、連結部１５，３５，５５、ＭＴＪセルを構成するメモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１、この特定データビット領域１１，３１，５１と選択部９０の不純物ドーピング領域９１，９３，９５とを連結する導電性プラグ８６，８７，８８を一列として配置することが可能であるので、磁気メモリ装置の構造がさらに簡略化されうる。
【００４２】
以下では、本発明による磁気メモリ装置がデータ書き込み及びデータ読み取りを何れも電流によって行う場合を例として説明する。
【００４３】
前記第２入力部８５は、第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０に電気的に連結される。したがって、第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０を通じて、第２入力部８５は、ＭＴＪセルを構成する第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１と基準層１９とに電気的に連結される。前記第２入力部８５と第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０との間には、選択されたビットラインを通じて選択された特定メモリトラックにのみ書き込み信号または読み取り信号が入力されうるようにスイッチ（図示せず）がさらに備えられうる。
【００４４】
図２Ａは、第１メモリトラック１０で書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。第１メモリトラック１０に書き込みまたは読み取りを進める時には、第１ゲートＧ１をオン（ＯＮ）、第２ゲートＧ２をオフ（ＯＦＦ）にし、第２入力部８５からの書き込みまたは読み取り信号が第１ビットライン２０に入力される。このとき、第１不純物ドーピング領域９１はソース、第２不純物ドーピング領域９３はドレインとなる。
【００４５】
図２Ｂは、第２メモリトラック３０に書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。第２メモリトラック３０に書き込みまたは読み取りを進める時には、第１ゲートＧ１をオン、第２ゲートＧ２をオフにし、第２入力部８５からの書き込みまたは読み取り信号が第２ビットライン４０に入力される。このとき、第１不純物ドーピング領域９１はドレイン、第２不純物ドーピング領域９３はソースとなる。
【００４６】
ここで、選択部９０の第２不純物ドーピング領域９３、第２ゲートＧ２及び第３不純物ドーピング領域９５は、第２及び第３メモリトラック５０のためのトランジスタとして使用する場合には、第１ゲートＧ１をオフ、第２ゲートＧ２をオンにする。
【００４７】
図２Ｃは、第３メモリトラック５０に書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。第３メモリトラック５０に書き込みまたは読み取りを進める時には、第１ゲートＧ１をオフ、第２ゲートＧ２をオンにし、第２入力部８５からの書き込みまたは読み取り信号が第３ビットライン６０に入力される。このとき、第２不純物ドーピング領域９３はドレイン、第３不純物ドーピング領域９５はソースとなる。
【００４８】
前記書き込みまたは読み取り信号は、マグネティックドメイン移動信号と同期されて入力される。
【００４９】
本発明による磁気メモリ装置では、前記第１入力部８０を通じて選択されたメモリトラックに印加されるマグネティックドメイン移動信号、及びこの移動信号と同期されて前記第２入力部８５から選択されたビットラインを通じて選択されたメモリトラックのＭＴＪセルを構成する特定データビット領域に印加される書き込み電流信号（例えば、図５でのＰＵＬＳＥ２(ＷＲＩＴＩＮＧ)）によって、選択されたメモリトラックの連続されたマグネティックドメインを移動しつつ、選択されたメモリトラックのＭＴＪセルを構成する特定データビット領域（前記基準層１９に対応する特定位置のマグネティックドメイン）にデータビット、すなわち、“０”または“１”を記録する。このとき、書き込み電流信号によって、スピン転換トルク、すなわち、電流誘導マグネティックスイッチング（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＣＩＭＳ）方法を利用して選択的に磁化反転され、データビット、すなわち、“０”または“１”が記録される。
【００５０】
書き込み信号は、前記第２入力部８５から第１ないし第３ビットライン２０，４０，６０のうち選択された一つのビットラインを通じて、選択されたメモリトラックの特定データビット領域及び基準層１９に入力され、この書き込み信号によって、例えば、基準層１９上に位置した選択されたメモリトラックの特定データビット領域の磁化方向が指定される。
【００５１】
前記第２入力部８５から入力される書き込み信号によって前記特定データビット領域の磁化方向が決定される。例えば、特定データビット領域が所定の磁化方向である時、印加される書き込み信号によって特定データビット領域の磁化方向が反転されるか、または元来の磁化方向が維持される。このように指定された磁化方向が記録されたデータビットを表す。
【００５２】
前記書き込み信号は、後述する図５に示されたように、パルス形態のスイッチング電流であって、このスイッチング電流の極性によって選択されたメモリトラックの特定データビット領域の磁化方向が選択的にスイッチングされ、その特定データビット領域には、データビット、すなわち、“０”または“１”の値が保存される。
【００５３】
例えば、スイッチング電流を印加することにより、特定データビット領域の磁化方向と基準層１９の磁化方向とが同じになる場合、すなわち、平行である場合に、データビットが“０”と指定されるならば、逆極性のスイッチング電流を印加することにより、特定データビット領域が基準層１９と逆の磁化方向を有するようになる場合には、データビットは、“１”に指定されうる。このように、スイッチング電流の極性を変えることによって、特定データビット領域の磁化方向を基準層１９と同じ磁化方向にするか、または基準層１９と逆の磁化方向にして、データを保存する。
【００５４】
ここで、基準層１９の磁化方向は、あらかじめ決まる。したがって、例えば、あらかじめ決まった基準層１９の磁化方向に対して、選択されたメモリトラックの特定データビット領域の磁化方向が平行である時にデータビットを“０”、反平行である時にデータビットを“１”に決めれば、メモリトラックの特定データビット領域の磁化方向をスイッチングすることによって所望のデータを保存しうる。
【００５５】
本発明による磁気メモリ装置では、前記第１入力部８０から選択されたメモリトラックに印加される移動信号（ＰＵＬＳＥ１）、及びこの移動信号と同期して前記第２入力部８５から選択されたビットラインを通じて選択されたメモリトラックのＭＴＪセル（特定データビット領域及び基準層１７）に印加される読み取り電流信号、例えば、読み取り用のパルス電流信号（図５でのＰＵＬＳＥ２(ＲＥＡＤＩＮＧ)）によって、マグネティックドメインを移動しつつ、例えば、スピントンネリング現象によってメモリトラックのマグネティックドメインに保存された情報データが読み取る。
【００５６】
したがって、前記基準層１９の磁化方向に対して、前記選択されたメモリトラックの特定データビット領域の磁化方向によって電流の通過程度や抵抗値が変わり、このような差に基づいてデータ情報を読み取る。
【００５７】
前記読み取り用のパルス電流は、図５に示したように、記録のための前記スイッチング電流よりは小さいパルス電流でありうる。この読み取り用のパルス電流は、前記ドメイン移動信号と同期して印加される。これにより、マグネティックドメイン移動と読み取り基準層１９上に位置する特定データビット領域の磁化方向とによる保存データ情報を読み取られる。
【００５８】
前記のような構成を有する本発明による磁気メモリ装置では、記録用スイッチング電流または読み取り用のパルス電流の入力と移動信号の入力とは、交互になされる。これにより、データ書き込みまたは保存されたデータ読み取りとマグネティックドメイン移動とが交互になされ、複数のデータビット領域に複数ビットのデータを順次に記録、またはその複数のデータビット領域に保存された複数ビットのデータを順次に読み取る。本発明による磁気メモリ装置の第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０のうち、選択されたメモリトラック、例えば、第１メモリトラック１０でのデータ書き込みまたは保存されたデータ読み取りに対しては、図３Ａないし図３Ｃ、図４Ａないし図４Ｂを参照して説明すれば、次の通りである。ここでは、メモリトラックのデータ保存領域７１が６個のデータビット領域を備える場合を例として説明する。
【００５９】
図３Ａないし図３Ｃは、本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックにデータ書き込み動作が進められる過程を示す図面である。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックから保存されたデータの読み取り動作が進められる過程を示す図面である。図５は、本発明による磁気メモリ装置に適用されるマグネティックドメイン移動電流ＰＵＬＳＥ１(ＭＯＴＩＯＮ)、読み取り用パルス電流ＰＵＬＳＥ２(ＲＥＡＤＩＮＧ)、書き込み用スイッチング電流信号ＰＵＬＳＥ２(ＷＲＩＴＩＮＧ)を概略的に示すグラフである。図５で、横軸は、時間ｔである。
【００６０】
データ記録は、次のように進められる。図３Ａのように選択された第１メモリトラック１０の第３データビット領域Ｄ３にスイッチング電流を印加すれば、図３Ｂに示したように、第３データビット領域Ｄ３の磁化方向が反転される。次いで、第１メモリトラック１０に移動電流を印加すれば、図３Ｃのように各データビット領域の磁化方向が隣接したデータビット領域に移動する。すなわち、図３Ｂのようなデータ保存領域７１の第１ないし第６データビット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６の磁化方向は、それぞれ、図３Ｃのように、第２ないし第６データビット領域Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６及び隣接したバッファ領域７５の第１データビット領域Ｂ１にそれぞれ一データビット領域だけ移動する。
【００６１】
前記のように、特定データビット領域１１の磁化方向を指定した後、一定時間が経過した後に特定データビット領域１１のデータ（磁化方向）を隣接したデータビット領域、すなわち、第４データビット領域Ｄ４に移動し、特定データビット領域１１に再び書き込み信号を入力して再び磁化方向を指定する過程を進める。図５に例示的に示された周期的に印加される移動電流、及びこれと同期して周期的に印加される書き込み用スイッチング電流によって、このような磁化方向の指定過程及び移動過程は交互になされ、前記第１メモリトラック１０の複数データビット領域には、複数ビットのデータがアレイ状に記録される。データ記録の完了後、データ保存位置をそのまま維持するか、またはそれと逆方向にマグネティックドメインを移動する移動信号を入力して、データがデータ保存領域７１の第１ないし第６データビット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に保存された状態に維持させることもできる。
【００６２】
保存されているデータの読み取りは、次のように進められる。図４Ａを参照すれば、第３データビット領域Ｄ３に読み取り用パルス電流を印加し、第３データビット領域Ｄ３のデータを読み取る。次いで、図４Ｂのように、第１メモリトラック１０に移動電流を印加し、データビット領域の磁化方向を隣接データビット領域に移動する。図４Ａのように、データ保存領域７１の第１ないし第６データビット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６の磁化方向は、図４Ｂに示したように、第２ないし第６データビット領域Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６及び隣接したバッファ領域７５の第１データビット領域Ｂ１にそれぞれ一データビット領域ほど移動する。
【００６３】
前記のように、特定データビット領域１１の磁化方向を指定した後、一定時間が経過した後に特定データビット領域１１のデータ（磁化方向）を隣接したデータビット領域、すなわち、第４データビット領域Ｄ４に移動し、特定データビット領域１１に対して再び読み取り信号を入力してデータ読み取りを進める。図５に例示的に示された周期的に印加される移動電流、及びこれと同期して周期的に印加される読み取り用パルス電流によって、このような読み取り過程及び移動過程は、前記第１メモリトラック１０に保存された複数データビットに対して読み取りを完了するまで交互になされる。データ読み取りの完了後、データ保存位置をそのまま維持するか、またはそれと逆方向にマグネティックドメインを移動する移動信号を入力して、データがデータ保存領域７１の第１ないし第６データビット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に保存された状態に維持させることもできる。
【００６４】
ここで、第２及び第３メモリトラック３０，５０でのデータ書き込みまたは読み取り過程も、図３Ａないし図３Ｃ、図４Ａ及び図４Ｂのようになされうる。
【００６５】
読み取りの間に、前記読み取り用パルス電流は、図５に例示的に示されたように、極性の反転なしにドメイン移動信号と同期して周期的に印加される。読み取り用パルス電流を基準層１９及び第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１に印加する時、例えば、トンネル障壁を通過する電流量及びこれによる抵抗値は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１の磁化方向が基準層１９の磁化方向と平行であるか反平行であるかによって変わる。例えば、基準層１９と第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１との磁化方向が平行である時が、反平行である時より抵抗値がより小さくなる。このような抵抗差によって、特定データビット領域１１，３１，５１に保存されたデータ値を認識する。
【００６６】
以上では、一データビット領域単位でなされ、マグネティックドメイン移動及びデータビットの書き込みまたは読み取りが交互になされると説明及び図示したが、これは、例示的なものであって、多様な変形例が可能である。例えば、複数のデータビット領域を移動させた後に、読み取りまたは書き込みがなされるようにすることもできる。
【００６７】
また、以上では、本発明による磁気メモリ装置が複数ビットのデータを読み取れる磁性素子（すなわち、ＭＴＪまたはＧＭＲセンサー）とスピン転換トルク方法による記録用磁性素子との構成を単一素子で具現できるように設けられた場合を例として説明及び図示したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明による磁気メモリ装置は、マグネティックドメイン移動を使用して複数ビットのデータを読み取れる磁性素子（すなわち、ＭＴＪまたはＧＭＲセンサー）として適用されるか、またはマグネティックドメイン移動を使用して複数ビットのデータを記録できるスピン転換トルク方法による記録用磁性素子として適用されるようにすることもできる。
【００６８】
また、以上では、本発明による磁気メモリ装置が、基準層１９及びこの基準層１９上に位置した第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の特定データビット領域１１，３１，５１、その間の非磁性層１７によって形成されるＭＴＪセルに書き込み電流信号を直接的に印加して、スピン転換トーク方式によってデータを書き込むように設けられた場合を例として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００６９】
すなわち、本発明による磁気メモリ装置は、第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０の少なくとも一メモリトラックの特定データビット領域のマグネティックドメインを、電流によって誘導された磁場によって選択的に磁化反転させることによって、データビットを記録するように設けられうる。この場合、例えば、本発明による磁気メモリ装置は、メモリトラックに直接的に書き込み電流信号または読み取り電流信号を印加する第２入力部８５の代りに、メモリトラックの特定データビット領域の選択的な磁化反転のための磁場を発生させる構造と、メモリトラックに保存されているデータビットを読み取るために電界効果トランジスタを含む構成を有するようにすることもできる。
【００７０】
また、以上では、本発明による磁気メモリ装置が、マルチスタック構造の第１ないし第３メモリトラック１０，３０，５０を備えると説明及び図示したが、これは、具体的な実施形態を示したものに過ぎず、マルチスタックで形成されるメモリトラックの数は、多様に変形されうる。
【００７１】
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、磁気メモリ装置関連の技術分野に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態によるマルチスタックメモリトラックを備える磁気メモリ装置の全体的な構成を概略的に示す図面である。
【図２Ａ】第１ないし第３メモリトラックで書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。
【図２Ｂ】第１ないし第３メモリトラックで書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。
【図２Ｃ】第１ないし第３メモリトラックで書き込みまたは読み取りが進められる時の作動状態を示す図面である。
【図３Ａ】本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックにデータの書き込み動作が進められる過程を示す図面である。
【図３Ｂ】本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックにデータの書き込み動作が進められる過程を示す図面である。
【図３Ｃ】本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックにデータの書き込み動作が進められる過程を示す図面である。
【図４Ａ】本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックで保存されたデータの読み取り動作が進められる過程を示す図面である。
【図４Ｂ】本発明による磁気メモリ装置の選択されたメモリトラックで保存されたデータの読み取り動作が進められる過程を示す図面である。
【図５】本発明による磁気メモリ装置に適用されるマグネティックドメイン移動電流信号ＰＵＬＳＥ１(ＭＯＴＩＯＮ)、読み取り用のパルス電流信号ＰＵＬＳＥ２(ＲＥＡＤＩＮＧ)、書き込み用のスイッチング電流信号ＰＵＬＳＥ２(ＷＲＩＴＩＮＧ)を概略的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０，３０，５０  第１ないし第３メモリトラック
１１，３１，５１  一データビット領域
１５，３５，５５  第１ないし第３連結部
１７  非磁性層
１９  基準層
２０，４０，６０  第１ないし第３ビットライン
７１  データ保存領域
７５  バッファ領域
８０，８５  第１及び第２入力部
８６，８７，８８  導電性プラグ
９０  選択部
９１，９３，９５  第１ないし第３不純物ドーピング領域
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３  トランジスタ
Ｇ１，Ｇ２  第１及び第２ゲート
ＰＵＬＳＥ１  マグネティックドメイン移動信号
ＰＵＬＳＥ２  読み取り信号または書き込み信号
【図１】
2007226951.tif 000003
【図２Ａ】
2007226951.tif 000004
【図２Ｂ】
2007226951.tif 000005
【図２Ｃ】
2007226951.tif 000006
【図３Ａ】
2007226951.tif 000007
【図３Ｂ】
2007226951.tif 000008
【図３Ｃ】
2007226951.tif 000009
【図４Ａ】
2007226951.tif 000010
【図４Ｂ】
2007226951.tif 000011
【図５】
2007226951.tif 000012