專利名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，特別是涉及將隧道磁阻(TMRTunneling Magneto Resistive)元件用作存儲(chǔ)元件的磁存儲(chǔ)裝置(MRAM磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的寫入配線。
圖17表示已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的等效電路圖。圖18表示TMR元件的概略截面圖。
如圖18所示，位線21和字線19，26相互正交地配置，將TMR元件20配置在這些線中位線21和寫入字線19的交點(diǎn)上。這個(gè)TMR元件20的一端與位線21連接，另一端與晶體管13連接。而且，這個(gè)晶體管13的柵極成為讀出字線26。
上述TMR元件20具有由2個(gè)磁性層和被這些磁性層夾持的非磁性層組成的3層構(gòu)造。即，如圖18所示，TMR元件20由與下部電極17連接的磁化粘合層41，通過(guò)上部電極(圖中未畫出)與位線21連接的磁記錄層43，和被這些磁化粘合層41和磁記錄層43夾持的薄的隧道結(jié)層42構(gòu)成。
這里，磁化粘合層41由反強(qiáng)磁性層和強(qiáng)磁性層構(gòu)成，稱為用于將磁化固定在一個(gè)方向上的釘扎層。另一方面，磁記錄層43由強(qiáng)磁性層構(gòu)成，稱為用于存儲(chǔ)磁化方向自由變化信息的存儲(chǔ)層。這個(gè)磁記錄層43的磁化方向能夠根據(jù)流過(guò)位線21的電流和流過(guò)字線19的電流形成的合成磁場(chǎng)進(jìn)行變化。
圖19表示已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。如圖19所示，例如在P型半導(dǎo)體襯底(或阱)11內(nèi)選擇地形成STI(Shallow TrenchIsolation，淺溝隔離)構(gòu)造的元件分離區(qū)域12，在半導(dǎo)體襯底11上選擇地形成MOSFET 13，在這個(gè)MOSFET 13的兩個(gè)端部下面，例如形成N型的源極/漏極區(qū)域14。這里，MOSFET 13的柵極成為讀出字線26。又，將在半導(dǎo)體襯底11上與源極/漏極區(qū)域14連接的第1接點(diǎn)16a設(shè)置在絕緣膜15內(nèi)，在這個(gè)第1接點(diǎn)16a上設(shè)置第1配線17a。同樣，在絕緣膜15內(nèi)，設(shè)置第2到第4接點(diǎn)16b，16c，16d和第2到第4配線17b，17c，17d。這里，第1配線17a的一部分成為Gnd(接地)線18。又，第3配線17c的一部分成為寫入字線19a，19b，19c。而且，TMR元件20與第4配線17d連接，位線21與這個(gè)TMR元件20連接。
下面，我們簡(jiǎn)單地說(shuō)明在已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中的數(shù)據(jù)寫入·讀出動(dòng)作。
首先，當(dāng)在TMR元件20上寫入“1”，“0”信息時(shí)，選擇一對(duì)寫入字線19和位線21，由于這個(gè)選出的寫入字線19和位線21兩者上流過(guò)電流分別產(chǎn)生電流磁場(chǎng)。因此，磁場(chǎng)與位于寫入字線19和位線21交點(diǎn)上的選擇單元有關(guān)，由于這個(gè)磁場(chǎng)，TMR元件20超過(guò)磁化反轉(zhuǎn)閾值，能夠?qū)懭胄畔ⅰ?br> 這時(shí)，例如，當(dāng)磁化粘合層41和磁記錄層43的磁化方向變成平行時(shí)，通過(guò)在隧道結(jié)層42中流動(dòng)的電流檢測(cè)出的隧道電阻達(dá)到最低值，在這種狀態(tài)能夠存儲(chǔ)“1”。另一方面，當(dāng)磁化粘合層41和磁記錄層43的磁化方向變成反平行時(shí)，通過(guò)在隧道結(jié)層42中流動(dòng)的電流檢測(cè)出的隧道電阻達(dá)到最高值，在這種狀態(tài)能夠存儲(chǔ)“0”。即，在MRAM中，將這個(gè)隧道電阻差作為“1”，“0”信息存儲(chǔ)起來(lái)。
另一方面，當(dāng)讀出寫入TMR元件20的“1”，“0”信息時(shí)，當(dāng)選擇讀出字線26和位線21時(shí)，電流通過(guò)TMR元件20和MOSFET 13從位線21到流到Gnd線18。而且，通過(guò)周圍電路讀取不同的TMR元件20間的隧道電阻的差別作為信息，進(jìn)行“1”，“0”信息的判定。
但是，在已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，隨著微細(xì)化的進(jìn)展，單元之間的距離縮短。即，如圖19所示，鄰接的寫入字線間的距離X變成0.1μm以下。所以，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，例如，當(dāng)在寫入字線19b中流過(guò)電流時(shí)，由流過(guò)這個(gè)寫入字線19b的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)到達(dá)鄰接的寫入字線19a，19c。因此，鄰接的寫入字線19a，19c受到反轉(zhuǎn)電流的影響，發(fā)生在鄰接單元中產(chǎn)生誤動(dòng)作的串?dāng)_問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明第2觀點(diǎn)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置具備在第1方向上延伸的多條第1配線，與上述第1配線連接的多個(gè)存儲(chǔ)元件，在與上述第1方向不同的第2方向上延伸的，夾著上述存儲(chǔ)元件那樣地位于上述第1配線的相反一側(cè)上，與上述存儲(chǔ)元件隔開地配置的多條第2配線，和分別與鄰接的上述第2配線連接的第2晶體管或第2二極管。
圖2是表示在圖1所示的A區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
圖3是表示在圖1所示的B區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
圖4A，4B是表示與本發(fā)明的各實(shí)施形態(tài)有關(guān)的1重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件的截面圖。
圖5A，5B是表示與本發(fā)明的各實(shí)施形態(tài)有關(guān)的2重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件的截面圖。
圖6是表示鄰接的寫入字線間的距離和電流磁場(chǎng)之間關(guān)系的圖。
圖7是表示TMR元件的星狀曲線的圖。
圖8是表示與本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖9是表示與本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖10是表示在圖9所示的C區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
圖11是表示與本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖12是表示與本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖13是表示在圖12所示的D區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
圖14是表示與本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖15是表示與本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖16是表示與本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)有關(guān)的其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖17是表示根據(jù)已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。
圖18是表示根據(jù)已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
圖19是表示根據(jù)已有技術(shù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
下面，我們參照


本發(fā)明實(shí)施形態(tài)。當(dāng)進(jìn)行這個(gè)說(shuō)明時(shí)，在所有的圖中，在相同部分上加上相同的參照標(biāo)號(hào)。
(第1實(shí)施形態(tài))
第1實(shí)施形態(tài)通過(guò)在鄰接的寫入字線間導(dǎo)入晶體管，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在與寫入字線鄰接的字線中流動(dòng)著反方向電流。
圖1是表示與本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。圖2是表示在圖1所示的A區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。圖3是表示在圖1所示的B區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
首先，如圖1所示，形成多條位線21和多條字線19，26相互正交地配置，將TMR元件20分別配置在這些線中位線21和寫入字線19交點(diǎn)上的存儲(chǔ)單元陣列構(gòu)造。在這個(gè)存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的外側(cè)，將電流驅(qū)動(dòng)電路33配置在寫入字線19的一端，將晶體管(例如MOSFET)23配置在另一端。
其次，我們說(shuō)明圖1所示的A區(qū)域。這個(gè)A區(qū)域表示MRAM的一般構(gòu)造。即，如圖2所示，例如在P型半導(dǎo)體襯底(或阱)11內(nèi)選擇地形成STI構(gòu)造的元件分離區(qū)域12，在半導(dǎo)體襯底11上選擇地形成MOSFET13，這個(gè)MOSFET 13的兩個(gè)端部下面，例如形成N型的源極/漏極區(qū)域14。這里，MOSFET 13是用于讀出的開關(guān)元件，這個(gè)MOSFET 13的柵極成為讀出字線26。又，在半導(dǎo)體襯底11上將與源極/漏極區(qū)域14連接的第1接點(diǎn)16a設(shè)置在絕緣膜15內(nèi)，在這個(gè)第1接點(diǎn)16a上設(shè)置第1配線17a。同樣，在絕緣膜15內(nèi)，設(shè)置第2到第4接點(diǎn)16b，16c，16d和第2到第4配線17b，17c，17d。這里，第1配線17a的一部分成為Gnd(接地)線18。又，第3配線17c的一部分成為寫入字線19a，19b，19c。而且，TMR元件20與第4配線17d連接，位線21與這個(gè)TMR元件20連接。
其次，我們說(shuō)明圖1所示的B區(qū)域。這個(gè)B區(qū)域表示在本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)中的特征區(qū)域。即，如圖3所示，第3接點(diǎn)16c，第2配線17b，第2接點(diǎn)16b，第1配線17a，第1接點(diǎn)16a依次地與寫入字線19a，19b，19c連接。而且，第1接點(diǎn)16a與在半導(dǎo)體襯底11上形成的晶體管23a，23b的源極/漏極區(qū)域24連接。即，形成在鄰接的寫入字線19a，19b之間導(dǎo)入晶體管23a，在鄰接的寫入字線19b，19c之間導(dǎo)入晶體管23b的構(gòu)造。
其次，我們說(shuō)明TMR元件20的構(gòu)造。這個(gè)TMR元件20，如圖2所示，由磁化粘合層(磁性層)41，隧道結(jié)層(非磁性層)42和磁記錄層(磁性層)43構(gòu)成。而且，TMR元件20形成如下所示的1重隧道結(jié)構(gòu)造或2重隧道結(jié)構(gòu)造，無(wú)論哪個(gè)構(gòu)造都可以。
圖4A，圖4B是表示1重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件的截面圖。下面，我們說(shuō)明1重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件的構(gòu)造。
圖4A所示的TMR元件20由將模板層101，初期強(qiáng)磁性層102，反強(qiáng)磁性層103，基準(zhǔn)強(qiáng)磁性層104順序地層積起來(lái)形成的磁化粘合層41，在這個(gè)磁化粘合層41上形成的隧道結(jié)層42，和在這個(gè)隧道結(jié)層42上順序地層積自由強(qiáng)磁性層105，接點(diǎn)層106形成的磁記錄層43構(gòu)成。
同樣，圖4B所示的TMR元件20由將模板層101，初期強(qiáng)磁性層102，反強(qiáng)磁性層103，強(qiáng)磁性層104′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層104″順序地層積起來(lái)形成的磁化粘合層41，在這個(gè)磁化粘合層41上形成的隧道結(jié)層42，和在這個(gè)隧道結(jié)層42上順序地層積強(qiáng)磁性層105′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層105″，接點(diǎn)層106形成的磁記錄層43構(gòu)成。
此外，在這個(gè)圖4B所示的TMR元件20中，通過(guò)導(dǎo)入由磁化粘合層41內(nèi)的強(qiáng)磁性層104′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層104″組成的3層構(gòu)造，和由磁記錄層43內(nèi)的強(qiáng)磁性層105′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層105″組成的3層構(gòu)造，與圖4A所示的TMR元件20比較，能夠提供抑制在強(qiáng)磁性內(nèi)部發(fā)生磁極，更適合于微細(xì)化的單元構(gòu)造。
圖5A，圖5B是表示具有2重隧道結(jié)層的TMR元件的截面圖。下面，我們說(shuō)明具有2重隧道結(jié)層的TMR元件20的構(gòu)造。
圖5A所示的TMR元件20由將模板層101，初期強(qiáng)磁性層102，反強(qiáng)磁性層103，基準(zhǔn)強(qiáng)磁性層104順序地層積起來(lái)形成的第1磁化粘合層51，在這個(gè)第1磁化粘合層51上形成的第1隧道結(jié)層52，和在這個(gè)第1隧道結(jié)層52上形成的磁記錄層43，在這個(gè)磁記錄層43上形成的第2隧道結(jié)層53，在這個(gè)第2隧道結(jié)層53上順序地層積基準(zhǔn)強(qiáng)磁性層104，反強(qiáng)磁性層103，初期強(qiáng)磁性層102，接點(diǎn)層106形成的第2磁化粘合層54構(gòu)成。
圖5B所示的TMR元件20由將模板層101，初期強(qiáng)磁性層102，反強(qiáng)磁性層103，基準(zhǔn)強(qiáng)磁性層104順序地層積起來(lái)形成的第1磁化粘合層51，在這個(gè)第1磁化粘合層51上形成的第1隧道結(jié)層52，在這個(gè)第1隧道結(jié)層52上順序地層積強(qiáng)磁性層43′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層43″的3層構(gòu)造形成的磁記錄層43，在這個(gè)磁記錄層43上形成的第2隧道結(jié)層53，在這個(gè)第2隧道結(jié)層53上順序地層積強(qiáng)磁性層104′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層104″，反強(qiáng)磁性層103，初期強(qiáng)磁性層102，接點(diǎn)層106形成的第2磁化粘合層54構(gòu)成。
此外，在這個(gè)圖5B所示的TMR元件20中，通過(guò)導(dǎo)入由構(gòu)成磁記錄層43的強(qiáng)磁性層43′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層43″組成的3層構(gòu)造，和由第2磁化粘合層54內(nèi)的強(qiáng)磁性層104′，非磁性層107，強(qiáng)磁性層104″組成的3層構(gòu)造，與圖5A所示的TMR元件20比較，能夠提供抑制在強(qiáng)磁性內(nèi)部發(fā)生磁極，更適合于微細(xì)化的單元構(gòu)造。
通過(guò)使用具有這種2重隧道結(jié)層的TMR元件20，與用1重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件20的情形比較，當(dāng)加上相同的外部偏壓時(shí)的MR(MagnetoResistive，磁阻)比(“1”狀態(tài)與“0”狀態(tài)的電阻變化率)的惡化減少，能夠在更高的偏壓下動(dòng)作。即，這對(duì)當(dāng)將單元內(nèi)的信息讀出到外部時(shí)是有利的。
這種1重隧道結(jié)構(gòu)造或2重隧道結(jié)構(gòu)造的TMR元件20可以用下列材料形成。
例如，可以用Fe，Co，Ni或它們的合金，自旋極化率大的磁鐵石，CrO2，RXMnO3-y，(R稀土類，XCa，Ba，Sr)等的氧化物等，NiMnSb，PtMnSb等的郝斯勒合金等作為磁化粘合層41，51，54和磁記錄層43的材料。又，也可以在這些磁性體中，在不失去強(qiáng)磁性的限制內(nèi)，多少包含一些Ag，Cu，Au，Al，Mg，Si，Bi，Ta，B，C，O，N，Pd，Pt，Zr，Ir，W，Mo，Nb等的非磁性元素。
可以用Fe-Mn，Pt-Mn，Pt-Cr-Mn，Ni-Mn，Ir-Mn，NiO，F(xiàn)e2O3等作為構(gòu)成磁化粘合層41的一部分的反強(qiáng)磁性層103的材料。
能夠使用Al2O3，SiO2，MgO，AlN，Bi2O3，MgF2，CaF2，SrTiO2，AlLaO3等的各種電介質(zhì)作為隧道結(jié)層42，52，53的材料。在這些電介質(zhì)中，即便存在氧，氮，氟的缺損也沒(méi)有關(guān)系。
下面，我們說(shuō)明在與本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中的信息寫入動(dòng)作。
圖6表示寫入字線間的距離X和電流磁場(chǎng)之間的關(guān)系。此外，在圖6中，寫入配線(寫入字線19，寫入位線21)的截面積為0.1μm×0.1μm。
如圖6所示，隨著寫入字線間的距離X和寫入配線中流動(dòng)的電流密度的變化，產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)發(fā)生變化。即，隨著寫入字線間的距離X縮短，產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)變大，又隨著電流密度增大，產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)變大。
圖7表示TMR元件的星狀曲線。這個(gè)星狀曲線的橫軸表示固定軸方向的磁場(chǎng)，縱軸表示易磁化軸方向磁場(chǎng)。
下面，我們說(shuō)明用這個(gè)星狀曲線，寫入“1”，“0”信息。此外，在下面的說(shuō)明中，寫入字線間的距離X為0.1μm。又，固定軸方向的配線為寫入字線19，易磁化軸方向的配線為位線21。
首先，例如當(dāng)寫入“1”信息時(shí)，需要具有P區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)。即，需要在寫入字線19產(chǎn)生例如10Oe的磁場(chǎng)和在位線21產(chǎn)生例如20～25Oe左右的磁場(chǎng)。所以，在寫入字線19中最好流過(guò)5MA/cm2電流密度的電流，在位線21中最好流過(guò)10MA/cm2電流密度的電流(請(qǐng)參照?qǐng)D6)。這樣，由于產(chǎn)生了P區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)，使磁化方向改變，能夠?qū)懭搿?”信息。
另一方面，例如當(dāng)寫入“0”信息時(shí)，需要具有Q區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)。即，需要在寫入字線19產(chǎn)生例如10Oe的磁場(chǎng)，和在位線21產(chǎn)生例如20～30Oe左右的磁場(chǎng)。所以，在寫入字線19中最好流過(guò)5MA/cm2電流密度的電流，在位線21中最好流過(guò)10MA/cm2電流密度的電流(請(qǐng)參照?qǐng)D6)。這樣，由于產(chǎn)生了Q區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)，使磁化方向改變，能夠?qū)懭搿?”信息。
下面，我們說(shuō)明通過(guò)在寫入字線之間導(dǎo)入晶體管寫入信息時(shí)的動(dòng)作。
首先，如圖1所示，將信息寫入任意單元30的TMR元件20時(shí)，選擇位線21b和寫入字線19b，在這條位線21b和寫入字線19b中流動(dòng)著產(chǎn)生圖7的P區(qū)域或Q區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)的電流25。這里，為了使電流25流過(guò)寫入字線19b，使電流驅(qū)動(dòng)電路33的晶體管31接通，并且也使與這個(gè)晶體管31同電位的晶體管23a，23b接通。結(jié)果，在寫入字線19b中流動(dòng)著電流25通過(guò)晶體管23a，23b，在寫入字線19a，19c中分別流動(dòng)著與電流25方向相反的電流25a，25b。
所以，由在寫入字線19b中流動(dòng)的電流25產(chǎn)生的磁場(chǎng)32和由在寫入字線19a，19c中流動(dòng)的電流25a，25b產(chǎn)生的磁場(chǎng)32a，32b成為相反的周邊磁場(chǎng)。因此，在寫入字線19b中產(chǎn)生的磁場(chǎng)32，即便到達(dá)2條相鄰的寫入字線19a，19c，這個(gè)磁場(chǎng)32也被相鄰的寫入字線19a，19c中產(chǎn)生的磁場(chǎng)32a，32b所抵消。
此外，如上所述，能夠用一般的方法讀出寫入TMR元件20的信息。即，如圖2所示，通過(guò)接通與寫入信息的TMR元件20連接的MOSFET13的柵極，能夠形成從位線21到TMR元件20，接點(diǎn)16a，16b，16c，16d，配線17a，17b，17c，17d和源極/漏極區(qū)域14，電流流動(dòng)的路徑，能夠讀出寫入信息的TMR元件20的電阻值。然后，能夠根據(jù)這個(gè)TMR元件20的電阻值判別“1”，“0”信息。
如果根據(jù)上述第1實(shí)施形態(tài)，則通過(guò)在鄰接的寫入字線之間導(dǎo)入晶體管23，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在與寫入字線19b鄰接的寫入字線19a，19c中能夠流過(guò)反方向的電流。所以，由寫入電流25產(chǎn)生的磁場(chǎng)32被鄰接的寫入字線19a，19c的反方向電流25a，25b產(chǎn)生的磁場(chǎng)32a，32b所抵消。結(jié)果，因?yàn)槟軌蛞种飘a(chǎn)生向鄰接單元的誤寫入，所以能夠避開串?dāng)_問(wèn)題。
此外，如圖8所示，也可以在鄰接的位線21之間導(dǎo)入晶體管23。進(jìn)一步，也可以通過(guò)將圖1，圖8所示的構(gòu)造組合起來(lái)，分別在鄰接的寫入字線19之間，鄰接的位線21之間導(dǎo)入晶體管23。在這些情形中也能夠得到上述第1實(shí)施形態(tài)中的效果。
(第2實(shí)施形態(tài))第2實(shí)施形態(tài)通過(guò)在鄰接的寫入字線之間導(dǎo)入晶體管，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在與寫入字線鄰接的寫入字線中流過(guò)反方向的電流。
圖9是表示與本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。圖10是表示在圖9所示的C區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。此外，因?yàn)閳D9所示的A區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖與第1實(shí)施形態(tài)的圖2相同，所以省略對(duì)它的說(shuō)明。
首先，如圖9所示，形成多條位線21和多條字線19，26相互正交地配置，將TMR元件20分別配置在這些線中位線21和寫入字線19交點(diǎn)上的存儲(chǔ)單元陣列構(gòu)造。在這個(gè)存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的外側(cè)，將電流驅(qū)動(dòng)電路33配置在寫入字線19的一端，將二極管61配置在另一端。
其次，我們說(shuō)明圖9所示的C區(qū)域。這個(gè)C區(qū)域表示在本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)中的特征區(qū)域。即，如圖10所示，第3接點(diǎn)16c，第2配線17b，第2接點(diǎn)16b，第1配線17a，第1接點(diǎn)16a依次地與寫入字線19a，19b連接。而且，第1接點(diǎn)16a與在半導(dǎo)體襯底11內(nèi)形成的PN結(jié)二極管61連接。即，形成在鄰接的寫入字線19a，19b之間導(dǎo)入二極管61的構(gòu)造。
下面，我們說(shuō)明當(dāng)在寫入字線之間導(dǎo)入二極管時(shí)的寫入動(dòng)作。
首先，如圖9所示，當(dāng)將信息寫入任意單元30的TMR元件20時(shí)，選擇位線21b和寫入字線19b，在這條位線21b和寫入字線19b中流動(dòng)著產(chǎn)生圖7的P區(qū)域或Q區(qū)域內(nèi)的合成磁場(chǎng)的電流25。這里，為了在寫入字線19b中流過(guò)電流25，在電流驅(qū)動(dòng)電路33的晶體管31上加上順?lè)较虻钠珘海闺娏?5也流過(guò)二極管61a，61b。結(jié)果，在寫入字線19a，19c中分別流動(dòng)著與電流25方向相反的電流25a，25b。
所以，由在寫入字線19b中流動(dòng)的電流25產(chǎn)生的磁場(chǎng)32和由在寫入字線19a，19c中流動(dòng)的電流25a，25b產(chǎn)生的磁場(chǎng)32a，32b成為相反的周邊磁場(chǎng)。因此，寫入字線19b產(chǎn)生的磁場(chǎng)32，即便到達(dá)2條相鄰的寫入字線19a，19c，這個(gè)磁場(chǎng)32也被相鄰的寫入字線19a，19c產(chǎn)生的磁場(chǎng)32a，32b所抵消。
此外，如上所述，因?yàn)橛门c第1實(shí)施形態(tài)相同的方法讀出寫入TMR元件20的信息，所以省略對(duì)讀出動(dòng)作的說(shuō)明。
如果根據(jù)第2實(shí)施形態(tài)，則能夠得到與第1實(shí)施形態(tài)相同的效果。
此外，如圖11所示，也可以在鄰接的位線21之間導(dǎo)入二極管61。進(jìn)一步，也可以通過(guò)將圖9，圖11所示的構(gòu)造組合起來(lái)，分別在鄰接的寫入字線19之間，鄰接的位線21之間導(dǎo)入二極管端61。在這些情形中也能夠得到上述第2實(shí)施形態(tài)中的效果。
(第3實(shí)施形態(tài))第3實(shí)施形態(tài)是第1實(shí)施形態(tài)的變形例，用二極管代替晶體管作為用于讀出的開關(guān)元件。
圖12是表示與本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。圖13是表示在圖12所示的D區(qū)域中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的截面圖。
如圖12所示，B區(qū)域，與第1實(shí)施形態(tài)相同，形成在鄰接的寫入字線19a，19b之間導(dǎo)入晶體管23a，在鄰接的寫入字線19b，19c之間導(dǎo)入晶體管23b的構(gòu)造。
如圖13所示，D區(qū)域，形成將TMR元件20配置在位線21與寫入字線19a，19b，19c的各交點(diǎn)上，使PN結(jié)二極管71與這個(gè)TMR元件20串聯(lián)地連接的構(gòu)造。
因?yàn)檫@種在第3實(shí)施形態(tài)中的信息寫入與上述第1實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它的說(shuō)明。另一方面，如下進(jìn)行在第3實(shí)施形態(tài)中的信息讀出。即，為了使電流流過(guò)與寫入信息的TMR元件20連接的二極管71，調(diào)整偏壓，讀出與這個(gè)二極管71連接的TMR元件20的電阻值。然后，能夠根據(jù)這個(gè)TMR元件20的電阻值，判別“1”，“0”信息。
如果根據(jù)上述第3實(shí)施形態(tài)，則能夠得到與第1實(shí)施形態(tài)相同的效果。
進(jìn)一步，通過(guò)用二極管71作為開關(guān)元件，與第1和第2實(shí)施形態(tài)比較，能夠縮小存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的專用面積。
此外，如圖14所示，也可以在鄰接的位線21之間導(dǎo)入晶體管23。進(jìn)一步，也可以通過(guò)將圖12，圖14所示的構(gòu)造組合起來(lái)，分別在鄰接的寫入字線19之間，鄰接的位線21之間導(dǎo)入晶體管23。在這些情形中也能夠得到上述第3實(shí)施形態(tài)中的效果。
(第4實(shí)施形態(tài))第4實(shí)施形態(tài)是第2實(shí)施形態(tài)的變形例，用二極管代替晶體管作為用于讀出的開關(guān)元件。
圖15是表示與本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電路圖。如圖15所示，C區(qū)域，與第2實(shí)施形態(tài)相同，形成在鄰接的寫入字線19a，19b之間導(dǎo)入二極管61a，在鄰接的寫入字線19b，19c之間導(dǎo)入二極管61b的構(gòu)造。另一方面，D區(qū)域，與第3實(shí)施形態(tài)相同，形成將TMR元件20配置在位線21和寫入字線19的交點(diǎn)上，使PN結(jié)二極管71與這個(gè)TMR元件20串聯(lián)地連接的構(gòu)造。
因?yàn)檫@種在第4實(shí)施形態(tài)中的信息寫入與上述第2實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它的說(shuō)明。另一方面，因?yàn)樵诘?實(shí)施形態(tài)中的信息讀出與上述第3實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它的說(shuō)明。
如果根據(jù)上述第4實(shí)施形態(tài)，則能夠得到與第2實(shí)施形態(tài)相同的效果。
進(jìn)一步，通過(guò)用二極管71作為開關(guān)元件，與第1和第2實(shí)施形態(tài)比較，能夠縮小存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的專用面積。
此外，如圖16所示，也可以在鄰接的位線21之間導(dǎo)入二極管61。進(jìn)一步，也可以通過(guò)將圖15，圖16所示的構(gòu)造組合起來(lái)，分別在鄰接的寫入字線19之間，鄰接的位線21之間導(dǎo)入二極管61。在這些情形中也能夠得到上述第4實(shí)施形態(tài)中的效果。
在上述那樣的各實(shí)施形態(tài)中，也可以用由2個(gè)磁性層和被這些磁性層夾持的導(dǎo)體層組成的GMR(Giant Magneto Resistive，巨磁阻)元件代替TMR元件。又，在上述各實(shí)施形態(tài)中，可以適當(dāng)?shù)刈兏鎯?chǔ)單元陣列區(qū)域的構(gòu)造。
對(duì)于熟練的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，能夠容易地理解諸附加的優(yōu)點(diǎn)和修改。所以，本發(fā)明在其更廣泛的方面不限定于這里表示和描述的具體細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施形態(tài)。因此，我們可以進(jìn)行各種不同的修改而沒(méi)有偏離由所附權(quán)利要求書及其等效物定義的一般發(fā)明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它具備在第1方向上延伸的多條第1配線，與上述第1配線連接的多個(gè)存儲(chǔ)元件，在與上述第1方向不同的第2方向上延伸的，夾著上述存儲(chǔ)元件那樣地位于上述第1配線的相反一側(cè)上，與上述存儲(chǔ)元件隔開地配置的多條第2配線，和分別與鄰接的上述第2配線連接的第1晶體管或第1二極管。
2.半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它具備在第1方向上延伸的多條第1配線，與上述第1配線連接的多個(gè)存儲(chǔ)元件，在與上述第1方向不同的第2方向上延伸的，夾著上述存儲(chǔ)元件那樣地位于上述第1配線的相反一側(cè)上，與上述存儲(chǔ)元件隔開地配置的多條第2配線，和分別與鄰接的上述第1配線連接的第2晶體管或第2二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它進(jìn)一步具備分別與鄰接的上述第1配線連接的第2晶體管或第2二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它進(jìn)一步具備分別與鄰接的上述第2配線連接的第1晶體管或第1二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它進(jìn)一步具備與上述存儲(chǔ)元件連接的第3晶體管或第3二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，它進(jìn)一步具備與上述存儲(chǔ)元件連接的第3晶體管或第3二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述存儲(chǔ)元件是由第1磁性層，第2磁性層和非磁性層的至少3層構(gòu)成的TMR元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述存儲(chǔ)元件是由第1磁性層，第2磁性層和非磁性層的至少3層構(gòu)成的TMR元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述TMR元件為具有1層的上述非磁性層的1重結(jié)構(gòu)造或具有2層的上述非磁性層的2重結(jié)構(gòu)造。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述TMR元件為具有1層的上述非磁性層的1重結(jié)構(gòu)造或具有2層的上述非磁性層的2重結(jié)構(gòu)造。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述存儲(chǔ)元件是由第1磁性層，第2磁性層和導(dǎo)體層的至少3層構(gòu)成的GMR元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述存儲(chǔ)元件是由第1磁性層，第2磁性層和導(dǎo)體層的至少3層構(gòu)成的GMR元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，將上述第1晶體管或上述第1二極管配置在配置了上述存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的外側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，將上述第2晶體管或上述第2二極管配置在配置了上述存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)單元陣列區(qū)域的外側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述第1方向和上述第2方向正交。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述第1方向和上述第2方向正交。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，當(dāng)將信息寫入任意的上述存儲(chǔ)元件時(shí)，通過(guò)在選出的上述第2配線中在第3方向上流動(dòng)電流，使這個(gè)電流流過(guò)上述第1晶體管或上述第1二極管，上述電流在與上述選出的第2配線鄰接的上述第2配線中在與上述第3方向相反的第4方向上流動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，當(dāng)將信息寫入任意的上述存儲(chǔ)元件時(shí)，通過(guò)在選出的上述第1配線中在第5方向上流動(dòng)電流，使這個(gè)電流流過(guò)上述第2晶體管或上述第2二極管，上述電流在與上述選出的第1配線鄰接的上述第1配線中在與上述第5方向相反的第6方向上流動(dòng)。
全文摘要
與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置具備在第1方向上延伸的多條第1配線,與上述第1配線連接的多個(gè)存儲(chǔ)元件,在與上述第1方向不同的第2方向上延伸的,夾著上述存儲(chǔ)元件那樣地位于上述第1配線的相反一側(cè)上,與上述存儲(chǔ)元件隔開地配置的多條第2配線,和分別與鄰接的上述第2配線連接的第1晶體管或第1二極管。
文檔編號(hào)G11C5/06GK1363955SQ01143959
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者淺尾吉昭, 伊藤洋 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝