[发明专利]半导体器件

说明书

本申请是申请日为2007年2月27日、申请号为200710084807.8、 发明名称为“半导体器件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体器件，尤其涉及利用磁阻变化的存储器单元的 写入控制方法。

背景技术

在非易失性存储器中，利用磁阻变化的MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)有作为可高速动作的RAM的可能性。现有 的MRAM的单元结构，由1个隧道磁阻元件TMR和用于读出的选择 晶体管MCT、写入字线WWL、位线BL、以及源极线SL构成。如图 30所示，在隧道磁阻元件TMR中，至少有2层磁性层，其中，一层 由自旋方向固定的固定层PL构成，另一层由自旋方向相对于固定层 呈平行状态和反平行状态这2个状态的自由层FL构成。利用该自由 层的自旋方向进行信息存储，在反平行状态，隧道磁阻元件的电阻为 高阻抗状态，在平行状态，隧道磁阻元件的电阻为低阻抗状态。在读 出动作中，读出隧道磁阻元件TMR的电阻大小。而在重写动作中， 使电流流过写入的字线WWL和位线BL，此时，由在隧道磁阻元件 TMR中激励的合成磁场控制自由层的自旋方向。但是，在该重写方 式中，随着隧道磁阻元件TMR的微细化，重写所需的磁场强度变大， 因此存在流过写入的字线和位线的电流也变大的问题。针对该问题， 在非专利文献1中公开了一种MRAM(Spin RAM)，该MRAM利 用了通过使电流垂直地流过上述的隧道磁阻元件TMR来改变自由层 的自旋方向的自旋注入磁化反转技术。上述重写方式，如图31所示， 能够利用与固定层、隧道膜、自由层垂直的方向的电流来控制自由层 的自旋方向。因此，由于重写所需的电流与隧道磁阻元件TMR的尺 寸成比例，所以能够随着隧道磁阻元件TMR的微细化降低重写电流， 在可扩缩性方面是优异的。

专利文献1：日本特开2005-116923号公报

非专利文献1：2005 International Electron Device Meeting Technical Digest Papers pp.473-476

发明内容

在自旋注入型MRAM中，当前重写所需的电流密度(阈值电流) 需要满足1×10⁶～10⁷A/cm²，在用50nm×100nm的元件考虑此条件 的情况下，需要50μA的电流，这是与最小加工尺寸的MOS晶体管 能够驱动的电流相等的水平。

另外，发明人在研究中发现，该重写所需的电流密度(阈值电流) 是写入时间(重写脉冲宽度)的函数，即，若要以短写入时间充分地 使自旋方向反转就需要很大的电流。也就是说，当为自旋注入型 MRAM时，可扩缩性优异，且高速写入性能优良，但在高速地进行 写入时，需要用于流过大电流的大MOS晶体管，相反地，在为了减 小面积而使用小MOS晶体管时，则无法高速地进行写入。

另外，自旋注入型MRAM，可扩缩性优异，能够进行微细化。但 是，若进行微细化，则每个存储器单元的制造离差变大，写入电流会 在每个存储器单元上产生离差。因此，在写入时需要降低流过存储器 单元的电流的离差。

进而，在自旋注入型MRAM中，写入与读出的差别仅是流过的 电流量不同。因此，存在因读出导致的误写入的隐患。为避免上述隐 患需要降低读出干扰。

为了解决上述问题，本申请的说明书所公开的主要发明如下。

第一，在自旋注入型MRAM的写入动作时，使第一电流流过隧 道磁阻元件后，使比第一电流大的第二电流流过。

第二，在自旋注入型MRAM的读出时，使电流流过存储器单元 的时间比重写动作的时间短，电流值为相同程度。

第三，在自旋注入型MRAM的写入动作时，流过对电容进行充 电的电荷。

第四，在自旋注入型MRAM的写入动作时，使用写入辅助线来 产生磁场，对隧道磁阻元件产生影响。

第五，在自旋注入型MRAM的写入动作前，使电流流过位线来 产生磁场，对隧道磁阻元件产生影响。

本发明的效果是能够实现高速写入或稳定动作。

附图说明

图1是本发明的第一实施例。

图2是本发明的第一实施例的动作例。