| 【発明の名称】 |
磁性薄膜メモリ、記録方法および再生方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】寺本 洋二
【氏名】平井 匡彦
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| 【要約】 |
【課題】構造が単純であり、所望しないメモリセルに誤って情報が書き込まれることを防止した信頼性の高い磁性薄膜メモリを提供する。
【解決手段】磁性体素子１ａａに情報書込み時に、横方向配線３ａおよび縦方向配線４ａに電流を流すと磁性体素子１ａａに合成磁界が発生し磁化の方向が変化する。このとき、バリスタ素子２ａａにより磁性体素子１ａａに電流が流れないので、他の配線に意図しない電流が流れない。また、情報を読み出すとき、横方向配線３ａと縦方向配線４ａの間にバリスタ素子２の臨界電圧と磁性体素子１の臨界電圧の和よりも大きな電圧を印加すると磁性体素子１ａａに電流が流れ、それによって得られる抵抗値の磁化の方向による差で読み出された情報を判断することができる。このとき、他の磁性体素子１ではバリスタ素子２により意図しない電流が流れない。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリであって、少なくとも１つの薄膜磁性体素子と少なくとも１つのバリスタ素子とが直列接続された少なくとも１つのメモリセルが、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線に接続されてなる構成であることを特徴とする磁性薄膜メモリ。
【請求項２】 前記薄膜磁性体素子は、第１の磁性層と該第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなり、前記第２の磁性層の磁化の方向で前記情報を記憶することを特徴とする、請求項１記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項３】 前記バリスタ素子はＺｎＯ系の材料によるセラミックスバリスタであることを特徴とする、請求項１記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項４】 前記バリスタ素子は２つのツェナーダイオードが逆向きに直列接続されてなることを特徴とする、請求項１記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項５】 前記バリスタ素子により意図しない電流が流れるのを防止することで、所望の前記薄膜磁性体素子のみを選択して前記情報を書込み、また読み出すことを特徴とする、請求項１記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項６】 前記電極配線のみを用いて前記情報を書込み、また読み出すことを特徴とする、請求項１記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項７】 前記第１の磁性層はＮｉＣｏＰｔ合金であることを特徴とする、請求項２記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項８】 前記第２の磁性層はＦｉＦｅ合金であることを特徴とする、請求項２または７記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項９】 前記第１の磁性層はＮｄxＦｅ100-xの垂直磁化膜を主成分とすることを特徴とする、請求項２記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項１０】 前記第２の磁性層はＧｄxＦｅ100-xの垂直磁化膜を主成分とすることを特徴とする、請求項２または９記載の磁性薄膜メモリ。
【請求項１１】 磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリであって、マトリクス状に設けられ、電流が流れたときに得られる抵抗値で、記憶している前記情報を表す複数の薄膜磁性体素子と、前記薄膜磁性体素子と直列接続されてメモリセルを構成し、前記薄膜磁性体素子に意図しない電流が流れるのを防止する複数のバリスタ素子と、前記マトリクスの横方向に互いに平行に設けられ、前記マトリクスの横方向にある前記メモリセルの一方の端子に接続されており、前記情報を書き込むべき前記メモリセルに接続されていれば所定の電流が流れて該メモリセルの前記薄膜磁性体素子に磁界を印加する少なくとも１つの横方向配線と、前記マトリクスの縦方向に互いに平行に設けられ、前記マトリクスの縦方向にある前記メモリセルの他方の端子に接続されており、前記情報を書き込むべき前記メモリセルに接続されていれば所定の電流が流れて該メモリセルの前記薄膜磁性体素子に磁界を印加し、前記横方向配線から印加された磁界との合成磁界で前記薄膜磁性体素子の磁化の方向を変化させ、前記情報を読み出すべき前記メモリセルに接続されていれば該メモリセルに接続された前記横方向配線との間に、前記バリスタ素子の臨界電圧と前記薄膜磁性体素子の臨界電圧の和より大きな電圧を印加して前記薄膜磁性体素子に電流を流す、少なくとも１つの縦方向配線を有することを特徴とする磁性薄膜メモリ。
【請求項１２】 磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリに情報を記録するための記録方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と該第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、該メモリセルを前記電極配線に接続しておき、前記電極配線に正、または負の電流を流すことにより、前記第２の磁性層の磁化の方向を変化させて前記情報を記録することを特徴とする記録方法。
【請求項１３】 磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリに情報を記録するための記録方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と該第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、該メモリセルを前記電極配線に接続しておき、前記電極配線に、前記第２の磁性層の磁化の方向が変化し前記第１の磁性層の磁化の方向が変化しないだけの磁界を生じる電流を流して前記情報を記録することを特徴とする記録方法。
【請求項１４】 磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリから情報を読み出すための再生方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と該第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、該メモリセルを前記電極配線に接続しておき、前記第２の磁性層の磁化の方向によって異なる前記薄膜磁性体素子の抵抗値により前記情報を読み取ることを特徴とする再生方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性メモリに関し、特に、磁性薄膜を用いたメモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁性薄膜メモリ（ＭＲＡＭ）は、電源を断っても記憶した情報を失わない、無限回数の書換えが可能である、放射線の入射に対して耐性を有するなど、半導体メモリと比較して様々な利点を有している。特に近年では、異方性磁気抵抗を用いた磁性薄膜メモリに比べて大きな出力を得ることが可能なトンネル磁気抵抗効果を利用した磁性薄膜メモリ（以下、ＴＭＲメモリと称す）が注目されている。
【０００３】ＴＭＲメモリは、複数のビット線（ＢＬ）と複数のワード線（ＷＬ）とが互いに交差するようにマトリクス状に配線された交点にＴＭＲセルが配置された構成である。任意のビット線およびワード線に電流を流すことで所望の交点にあるＴＭＲセルに合成磁場を発生させることができ、合成磁場でＴＭＲセルの磁性電極スピンを反転させることができる。ＴＭＲ効果によりＴＭＲセルの抵抗値は磁性電極スピンの方向に依存して変化する。ＴＭＲメモリはＴＭＲセルの磁性電極スピンの方向によって情報を記憶するメモリである。なお、一旦反転した磁性電極スピンは印加電圧をゼロに戻しても維持される。
【０００４】図８は、ＴＭＲメモリの基本的なメモリセルの構成を示す構造図である。ＴＭＲメモリを構成するメモリセルをＴＭＲセルと呼ぶこととする。
【０００５】図８を参照すると、ＴＭＲセル９０は、相対的に保磁力の大きな磁性層９１と保磁力の小さな磁性層９２とで絶縁層９１を挟み込んだ形状である。磁性層９１，９２には、電気的特性を取り出すための電極がそれぞれ設けられている。電源３によって２つの電極間に電圧を印加したときに流れる電流は磁性層９１と磁性層９２の磁化の方向関係に依存した値となる。また、ＴＭＲセル９０の抵抗値は印加電圧と電流を測定することで得られる。
【０００６】ＴＭＲセルに記憶された情報を読み出す方法としては、従来から様々な方法が提案されており、それによってＴＭＲメモリの構成も異なる。従来のＴＭＲメモリの構成としては、例えば、日本応用磁気学会誌２０、３６９（１９９６）に示されたようなＴＭＲセルをマトリクス状に複数個配置したものがある。この構造を有するメモリはメモリセル数が増加すると、所望しないＴＭＲセルに回り込み電流が流れ、信号レベルの低下を招く。そこで、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８１（８）３７５８（１９９７）に示されたような各ＴＭＲセルにＦＥＴをそれぞれ設けたもの、米国特許第５６４０３４３号に示されたような各ＴＭＲセルにダイオードをそれぞれ設けることにより、回り込み電流を回避する方法が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ビット線およびワード線がそれぞれ２本で１組となっており、各２本づつのビット線とワード線の交点にＴＭＲセルが配置された構成の従来のＴＭＲメモリや、各ＴＭＲセルにＦＥＴをそれぞれ設けた構成の従来のＴＭＲメモリは、構造が複雑であり形成プロセスが煩雑になり、また、セル面積が大きく大容量化や小型化が難しい。
【０００８】また、各ＴＭＲセルにダイオードをそれぞれ設けた構成の従来のＴＭＲメモリは構造が単純で小型化が可能であるが、ビット線とワード線とが兼用されているため回り込み電流の影響を受ける。これにより書込み電流がＴＭＲセルに流れ、意図しない誤った情報が他のＴＭＲセルに書き込まれることがある。
【０００９】本発明の目的は、構造が単純であり、所望しないＴＭＲメモリセルに誤って情報が書き込まれることを防止した信頼性の高い磁性薄膜メモリ、およびその記録方法、再生方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため本発明の磁性薄膜メモリは、磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリであって、少なくとも１つの薄膜磁性体素子と少なくとも１つのバリスタ素子とが直列接続された少なくとも１つのメモリセルが、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線に接続されてなる構成である。
【００１１】したがって、薄膜磁性体素子に直列接続されたバリスタ素子で、書込み時に横方向配線と縦方向配線の間にかかる電圧によって薄膜磁性体素子に電流が流れるのを防止することができるので、書込み時に意図しない電流が流れて情報を書き込もうとする以外の薄膜磁性体素子の磁化が変化してしまうことがない。
【００１２】本発明の実施態様によれば、薄膜磁性体素子は、第１の磁性層と第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなり、第２の磁性層の磁化の方向で前記情報を記憶する。
【００１３】本発明の実施態様によれば、バリスタ素子はＺｎＯ系の材料によるセラミックスバリスタであってよい。
【００１４】本発明の他の実施態様によれば、バリスタ素子は２つのツェナーダイオードが逆向きに直列接続されてなる構成であってよい。
【００１５】本発明の実施態様によれば、バリスタ素子により意図しない電流が流れるのを防止することで、所望の薄膜磁性体素子のみを選択して情報を書込み、また読み出す。
【００１６】本発明の実施態様によれば、電極配線のみを用いて情報を書込み、また読み出す。
【００１７】本発明の実施態様によれば、第１の磁性層はＮｉＣｏＰｔ合金であってよい。
【００１８】また、第２の磁性層はＦｉＦｅ合金であってよい。
【００１９】本発明の他の実施態様によれば、第１の磁性層はＮｄxＦｅ100-xの垂直磁化膜を主成分としてよい。
【００２０】また、第２の磁性層はＧｄxＦｅ100-xの垂直磁化膜を主成分としてよい。
【００２１】本発明の他の磁性薄膜メモリは、磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリであって、マトリクス状に設けられ、電流が流れたときに得られる抵抗値で、記憶している情報を表す複数の薄膜磁性体素子と、記薄膜磁性体素子と直列接続されてメモリセルを構成し、薄膜磁性体素子に意図しない電流が流れるのを防止する複数のバリスタ素子と、マトリクスの横方向に互いに平行に設けられ、マトリクスの横方向にあるメモリセルの一方の端子に接続されており、情報を書き込むべきメモリセルに接続されていれば所定の電流が流れてメモリセルの薄膜磁性体素子に磁界を印加する少なくとも１つの横方向配線と、マトリクスの縦方向に互いに平行に設けられ、マトリクスの縦方向にあるメモリセルの他方の端子に接続されており、情報を書き込むべきメモリセルに接続されていれば所定の電流が流れてメモリセルの薄膜磁性体素子に磁界を印加し、横方向配線から印加された磁界との合成磁界で薄膜磁性体素子の磁化の方向を変化させ、情報を読み出すべきメモリセルに接続されていればメモリセルに接続された横方向配線との間に、バリスタ素子の臨界電圧と薄膜磁性体素子の臨界電圧の和より大きな電圧を印加して薄膜磁性体素子に電流を流す、少なくとも１つの縦方向配線を有している。
【００２２】本発明の記録方法は、磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリに情報を記録するための記録方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、メモリセルを電極配線に接続しておき、電極配線に正、または負の電流を流すことにより、第２の磁性層の磁化の方向を変化させて情報を記録することを特徴とする。
【００２３】本発明の他の記録方法は、磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリに情報を記録するための記録方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、メモリセルを電極配線に接続しておき、電極配線に、第２の磁性層の磁化の方向が変化し第１の磁性層の磁化の方向が変化しないだけの磁界を生じる電流を流して情報を記録することを特徴とする。
【００２４】本発明の再生方法は、磁性体の磁化の方向によって情報を記憶する磁性薄膜メモリから情報を読み出すための再生方法であって、予め、少なくとも１つの横方向配線と少なくとも１つの縦方向配線とからなる単純マトリクス構造の電極配線と、第１の磁性層と第１の磁性層よりも保磁力の小さい第２の磁性層とで絶縁層が挟まれてなる薄膜磁性体素子にバリスタ素子が直列接続されてなる少なくとも１つのメモリセルを備え、メモリセルを電極配線に接続しておき、第２の磁性層の磁化の方向によって異なる薄膜磁性体素子の抵抗値により情報を読み取ることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】図１は、本発明の一実施形態のＴＭＲメモリの回路構成を示す構成図である。
【００２７】図１を参照すると、本実施形態のＴＭＲメモリは２×３のマトリクス状にＴＭＲメモリセルが設けられたものであり、横方向配線３ａ，３ｂと縦方向配線４ａ，４ｂ，４ｃと磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃ，１ｂａ，１ｂｂ，１ｂｃとバリスタ素子２ａａ，２ａｂ，２ａｃ，２ｂａ，２ｂｂ，２ｂｃを有している。
【００２８】磁性体素子１ａａとバリスタ素子２ａａ、磁性体素子１ａｂとバリスタ素子２ａｂ、磁性体素子１ａｃとバリスタ素子２ａｃ、磁性体素子１ｂａとバリスタ素子２ｂａ、磁性体素子１ｂｂとバリスタ素子２ｂｂ、磁性体素子１ｂｃとバリスタ素子２ｂｃでそれぞれＴＭＲメモリセルを構成している。
【００２９】横方向配線３ａ，３ｂと縦方向配線４ａ，４ｂ，４ｃとは互いに直交している。磁性体素子１ａａとバリスタ素子２ａａが横方向配線３ａと縦方向配線４ａの間に直列に接続されている。同様にして、磁性体素子１ａｂとバリスタ素子２ａｂが横方向配線３ａと縦方向配線４ｂの間に、磁性体素子１ａｃとバリスタ素子２ａｃが横方向配線３ａと縦方向配線４ｃの間に、磁性体素子１ｂａとバリスタ素子２ｂａが横方向配線３ｂと縦方向配線４ａの間に、磁性体素子１ｂｂとバリスタ素子２ｂｂが横方向配線３ｂと縦方向配線４ｂの間に、磁性体素子１ｂｃとバリスタ素子２ｂｃが横方向配線３ｂと縦方向配線４ｃの間に直列に接続されている。磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃ，１ｂａ，１ｂｂ，１ｂｃは、それぞれ対応する交点の付近で直上、直下、または直横に配置されている。
【００３０】なお、磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃ，１ｂａ，１ｂｂ，１ｂｃとバリスタ素子２ａａ，２ａｂ，２ａｃ，２ｂａ，２ｂｂ，２ｂｃはマトリクスにおけるアドレスを示してそれぞれを区別する必要がないときには、単に磁性体素子１、バリスタ素子２と称することとする。
【００３１】また、例えば、図中のα点とβ点との間に印加された電圧をＶαβと、横方向配線３ａの電圧をＶ３ａと、縦方向配線４ａの電圧をＶ４ａと称することとする。さらに、横方向配線３ａの電流をＩ３ａと、縦方向配線４ａの電流をＩ４ａと称することとする。
【００３２】図２を参照すると、磁性体素子１は、相対的に保磁力の大きな磁性層１１と保磁力の小さな磁性層１２とで絶縁層１３とで構成された薄膜磁性体であり、磁性層１１と磁性層１２で絶縁層１３を挟み込んだ形状に積層されている。
【００３３】磁性層１１は、例えば、ＮｉＣｏＰｔ、ＮｉＣｏＴａ、ＮｉＣｏＺｒ、ＮｉＣｏなどの合金層の面内磁化膜や、ＮｄxＦｅ100-x、ＴｂxＦｅ100-xなどを主成分とする垂直磁化膜である。なお、ｘは垂直磁化膜の元素組織における元素数を示しており、ここでは１０〜３５程度が好ましい。また、さらにＣｏ等の元素を加えてもよい。さらに、磁性層１１の膜厚は５〜３０ｎｍ程度が好ましい。
【００３４】磁性層１２は、例えば、ＮｉＦｅなどの面内磁化膜やＧｄxＦｅ100-xなどの垂直磁化膜である。なお、ここではｘは１０〜３５程度が好ましい。また、さらにＣｏ等を加えてもよい。さらに、磁性層１２の膜厚は５〜３５ｎｍ程度、保磁力は０．５〜５０ｅ程度が好ましい。
【００３５】また、磁性層１１は磁性層１２よりも十分に強い保磁力を有し、磁性層１１が磁化反転を開始する磁界強度は、磁性層１２の磁化反転が十分に飽和する磁界強度よりも大きいことが望ましい。
【００３６】絶縁層１３は、絶縁性を有するものであればよく特に限定されないが、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの酸化物が好ましい。絶縁層の厚さは１〜１０ｎｍ程度が好ましい。
【００３７】次に、本実施形態のＴＭＲメモリの書込み時の動作について説明する。本実施形態のＴＭＲメモリは各磁性体素子１の磁性層１２の磁化を特定の方向にすることで情報を記憶する。
【００３８】ＴＭＲメモリを磁気シールドする前に、磁性層１１，１２の磁化の方向を面に水平方向、あるいは垂直方向に揃えておく。また、書込みを行わないとき横方向配線３ａ，３ｂと縦方向配線４ａ，４ｂ，４ｃに電流は流れていないので磁界は発生していない。
【００３９】図３は本実施形態のＴＭＲメモリの構成を示す模式図である。本実施形態のＴＭＲメモリの横方向配線３ａ，３ｂおよび縦方向配線４ａ，４ｂ，４ｃと各磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃ，１ｂａ，１ｂｂ，１ｂｃの位置関係は図３に示すようになっている。
【００４０】したがって、図４を参照すると、横方向配線３ａに電圧Ｖ３ａを印加すると電流Ｉ３ａが流れて磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃに磁界Ｈ３ａが発生し、縦方向配線４ａに電圧Ｖ４ａを印加すると電流Ｉ４ａが流れて磁性体素子１ａａ，１ｂａに磁界Ｈ４ａが発生する。磁性体素子１ａａには磁界Ｈ３ａと磁界Ｈ４ａの合成磁界Ｈａａが発生していることになる。ここでは合成磁界Ｈａａは磁性層１１の保磁力よりも弱く、磁性層１２の保磁力よりも強い値となるように設定されているので、磁性体素子１ａａでは磁性層１２のみが合成磁界Ｈａａの方向に磁化される。
【００４１】また、磁界Ｈ３ａと磁界Ｈ４ａは磁性層１２の保磁力よりも弱い値に設定されているので、磁性体素子１ａａ以外の磁性体素子の磁性層の磁化の方向は変化しない。
【００４２】さらに、図５に示すように、バリスタ素子２は印加電圧が所定の臨界電圧以下のとき抵抗値が非常に大きな値となり電流がほとんど流れず、印加電圧が臨界電圧を超えると急激に抵抗値が小さくなり電流が流れるという特性を有している。したがって、α点とβ点との間の電圧Ｖαβをバリスタ素子２の臨界電圧よりも低く設定しておけば磁性体素子１ａａには電流が流れない。よって、横方向配線３ａおよび縦方向配線４ａ以外の配線に回り込みによる意図しない電流が流れないので磁性体素子１ａａ以外の素子の磁化が誤って変化してしまうことがない。
【００４３】一方、横方向配線３ａに電圧−Ｖ３ａを印加すると電流−Ｉ３ａが流れて磁性体素子１ａａ，１ａｂ，１ａｃに磁界−Ｈ３ａが発生し、縦方向配線４ａに電圧−Ｖ４ａを印加すると電流−Ｉ４ａが流れて磁性体素子１ａａ，１ｂａに磁界−Ｈ４ａが発生する。磁性体素子１ａａには磁界−Ｈ３ａと磁界−Ｈ４ａの合成磁界−Ｈａａが発生するので、磁性体素子１ａａは合成磁界−Ｈａａの方向に磁化される。
【００４４】例えば、磁性体素子１が合成磁界Ｈａａの方向に磁化されたとき“１”が記憶され、合成磁界−Ｈａａの方向に磁化されたときに情報“０”が記憶される。
【００４５】次に、本実施形態のＴＭＲメモリの磁性体素子１の情報の書込み時の動作について説明する。
【００４６】図６は、磁性層１１，１２の外部印加磁界Ｈに対する磁化Ｍの変化の特性と、外部印加磁界Ｈに対する抵抗ＭＲの変化の特性を示す説明図である。
【００４７】図６を参照すると、磁性体素子１に磁界Ｈ１を印加すると磁性層１１，１２の磁化は同一方向となる。この状態から磁界Ｈ２を通過し、磁界０の状態にまで変化させても磁性層１１，１２の磁化の方向は変化せず、互いに同一方向である。
【００４８】さらに、印加する磁界Ｈを磁界Ｈ３にまで変化させると磁性層１２の磁化のみが反転し、磁性層１１と磁性層１２の磁化が互いに逆方向となる。磁性層１１と磁性層１２の磁化が互いに逆方向のとき抵抗ＭＲの値は大きくなる。例えば、このとき磁性体素子１に情報“１”が記憶される。
【００４９】この後に、印加する磁界Ｈを磁界Ｈ２にまで変化させると磁性層１２の磁化は再び反転し、磁性層１１と磁性層１２の磁化が互いに同一方向に戻る。磁性層１１と磁性層１２の磁化が互いに同一方向のとき抵抗ＭＲの値は小さくなる。例えば、このとき磁性体素子１に情報“０”が記憶される。
【００５０】図７に示すように、印加する磁界Ｈを磁界Ｈ２と磁界Ｈ３の間で変化させることでＴＭＲメモリに情報“１”または情報“０”を書込み、また、書き換えることができる。２値の情報は磁界ゼロの状態でも抵抗ＭＲの値として記憶されており、これを電圧に変換すれば書き込まれた情報を取り出すことができる。
【００５１】次に、本実施形態のＴＭＲメモリの読み出し時の動作について説明する。
【００５２】例えば、磁性体素子１ａａに記憶された情報を読み出す場合、横方向配線３ａと縦方向配線４ａの間にバリスタ素子２の臨界電圧と磁性体素子１の臨界電圧の和よりも大きな電圧を印加すると磁性体素子１ａａに電流が流れる。このとき、他の磁性体素子１ではバリスタ素子２の臨界電圧を超えないので、意図しない電流が流れることはない。
【００５３】磁性体素子１ａａの磁性層１１と磁性層１２の磁化が同一方向か反対方向かで異なる抵抗ＭＲの値によって、各配線の抵抗やバリスタ素子が有する内部抵抗を考慮しても電圧Ｖαβの値に十分な差（磁気抵抗効果）が生じるので情報“１”または“０”を判断することができる。
【００５４】磁性体素子１と直列にバリスタ素子２を設け、書込み時に横方向配線３と縦方向配線４の間にかかる電圧Ｖαβをバリスタ素子２の臨界電圧よりも小さな値としているので、書込み時に磁性体素子１に意図しない電流が流れず、情報を書き込もうとする以外の磁性体素子１の磁化が誤って変化してしまうことがなくＴＭＲメモリの信頼性が向上する。
【００５５】次に、本実施形態のＴＭＲメモリの具体例を示す。
【００５６】保磁力の異なる磁性層１１，１２の間に絶縁層１３を設けて積層された多層膜が磁性薄膜メモリ素子として用いられ、磁性薄膜メモリ素子と少なくとも１つのバリスタ素子が１対の電極配線間に直列に接続された構成の薄膜を形成した。
【００５７】基板としてはＳｉ基板上に熱酸化法によって約１０００ÅのＳｉＯ2膜を形成したものを用いた。また、バリスタ素子としてはＺｎＯ系のバリスタ材料を用いた。
【００５８】まず、電極として基板上に５ｎｍのＴｉを成膜した後に５０ｎｍのＰｔを成膜した。この成膜は５０Ｗで２ｍＴｏｒｒのＡｒガス中という条件を設定してＲＦマグネトロンスパッタ法で行った。次に、ゾルゲル法によりバリスタを形成した後、機械研磨により表面を平滑化した。バリスタの膜厚は１０００ｎｍとした。
【００５９】さらに、ＮｉＣｏＰｔ合金（Ｎｉ３９％、Ｃｏ５９％、Ｐｔ２％）で膜厚２０ｎｍの磁性層１１と、Ａｌ2Ｏ3の絶縁層１３と、ＮｉＦｅ合金（Ｎｉ８０％、Ｆｅ２０％）で膜厚２５ｎｍの磁性層１２を成膜し、その後に電極としてＴｉ（５ｎｍ）とＰｔ（５０ｎｍ）を成膜した。この成膜はＲＦマグネトロンスパッタ法で行った。また、これらの成膜は同一の装置で連続的に行った。
【００６０】その後、通常のフォトリソ技術を用いて５μｍ×５μｍのメモリ素子をマトリクス状に作製した。
【００６１】このメモリ素子の各磁化の状態での抵抗ＭＲの値を測定したところ、２５％の磁気抵抗効果を得ることができた。
【００６２】次に、本実施形態のＴＭＲメモリの他の具体例を示す。
【００６３】保磁力の異なる磁性層１１，１２の間に絶縁層１３を設けて積層された多層膜が磁性薄膜メモリ素子として用いられ、磁性薄膜メモリ素子と少なくとも１つのバリスタ素子が１対の電極配線間に直列に接続された構成の薄膜を形成した。
【００６４】基板としてはＳｉ基板上に熱酸化法によって約１０００ÅのＳｉＯ２膜を形成したものを用いた。また、バリスタ素子としてはＺｎＯ系のバリスタ材料を用いた。
【００６５】まず、電極として基板上にＴｉ（５ｎｍ）とＰｔ（５０ｎｍ）を成膜した。この成膜は５０Ｗで２ｍＴｏｒｒのＡｒガス中という条件を設定してＲＦマグネトロンスパッタ法で行った。次に、ゾルゲル法によりバリスタを形成した後、機械研磨により表面を平滑化した。バリスタの膜厚は１０００ｎｍとした。
【００６６】さらに、ＮｄxＦｅ100-xで膜厚２０ｎｍの磁性層１１と、Ａｌ２Ｏ３の絶縁層１３と、ＧｄxＦｅ100-xで膜厚３０ｎｍの磁性層１２を成膜し、その後に電極としてＴｉ（５ｎｍ）とＰｔ（５０ｎｍ）を成膜した。この成膜はＲＦマグネトロンスパッタ法で行った。また、これらの成膜は同一の装置で連続的に行った。
【００６７】その後、通常のフォトリソ技術を用いて５μｍ×５μｍのメモリ素子をマトリクス状に作製した。
【００６８】このメモリ素子の各磁化の状態での抵抗ＭＲの値を測定したところ、５％の磁気抵抗効果を得ることができた。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、以下のような効果を有する。
【００７０】書込み時に横方向配線と縦方向配線の間にかかる電圧により薄膜磁性体素子に電流が流れるのをバリスタ素子で防止することができるので、情報を書き込もうとする以外の薄膜磁性体素子の磁化が変化することがなく、磁性薄膜メモリの信頼性が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年８月１０日（２０００．８．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８３２８
【弁理士】
【氏名又は名称】金田 暢之 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−５６６６６（Ｐ２００２−５６６６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月２２日（２００２．２．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２４２８６１（Ｐ２０００−２４２８６１） |
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