[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，尤其是涉及一种具有对应于磁阻元件的电阻值来存储信息的磁性半导体存储器功能的半导体装置。本发明进一步特定地涉及用于改善该磁性半导体存储器的数据读出精度的构成。

背景技术

磁性随机存取存储器（MRAM）是将具有TMR（隧道磁阻）效应的TMR元件或者MTJ（磁性隧道结）元件用作存储器单元（磁性存储器单元）的存储装置。MRAM单元（磁性存储器单元）由2个强磁体薄膜和这2个强磁体薄膜间的隧道绝缘膜构成。该隧道绝缘膜的上下磁体薄膜的磁矩是平行的情况及反平行的情况下，其磁阻为最小值及最大值。利用该磁阻效应，将磁阻值的大小对应赋予逻辑值“0”及“1”。在数据读出时，使电流流经磁性存储器单元，利用其电流量的大小读出存储信息。

MRAM单元的存储信息保存磁矩的状态，直到施加超过阈值电平的反方向磁场、使磁矩的方向变化为止。因此，几乎能非易失性地永久存储存储信息。

MRAM单元（磁性存储器单元）的存储信息的写入使写入电流流过互相正交的数位线（digit line）及位线，利用这些写入电流感应的磁场的合成磁场，变更可变磁阻元件（TMR元件或者MTJ元件）的磁矩的方向。MRAM单元的可变磁阻元件的2个强磁体膜一方用作自由层，另一方用作固定层。固定层中磁矩的方向被固定，另一方面，自由层的磁矩对应于存储信息来设定其方向。由位线及数位线写入电流感应足够大的磁场，进行数据的写入，以便设定自由层的磁矩的方向。

若推进MRAM的高集成化，则会减少单元的占有面积，位线及数位线的线宽也会减小。这时，流过位线及数位线的电流变小，感应磁场的强度降低。为了补偿这种伴随单元细微化的写入磁场的降低，对位线及数位线适用包层布线构造（clad interconnect structure）。这种包层布线构造的实例在专利文献1（日本特开2006-32762号公报）及专利文献2（日本特开2009-38221号公报）中示出。在这些专利文献1及2中，由高导磁率膜包围位线及数位线的3个方向，从未形成高导磁率膜的面对可变磁阻元件施加磁场。通过使用该高导磁率膜用作磁性屏蔽膜将磁场关在里面，使磁场集中地产生，用小的写入电流感应出大的磁场，设定可变磁阻元件的磁化方向（磁矩的方向）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-32762号公报；

专利文献2：日本特开2009-38221号公报。

发明内容

发明要解决的问题

MRAM单元在存储器单元阵列内排列成行列状（矩阵状）。通常，对应于MRAM单元列配置位线，对应于MRAM单元行配置数位线。在数据写入时，写入电流流过对应于选择列配置的位线及对应于选择行配置的数位线。这时，对半选择状态的MRAM单元、即选择行且非选择列上或者非选择行且选择列上的MRAM单元，仅施加流过位线或者数位线的电流所感应的单轴方向的电流感应磁场。在半选择状态的MRAM单元中，因数据写入受到施加磁场干扰，所以存在其存储数据误反转的可能性。该误反转的可能性（误反转概率）与受到的干扰磁场的大小成正比增大。若位（MRAM单元）的误反转概率变大，则作为存储装置使用时的故障率变大，产生可靠性的问题。

在MRAM中，数据读出时，使用参考单元生成用于判别选择MRAM单元的存储数据“1”及“0”的基准电流。在产品出厂时对该参考单元进行固定数据的写入，以后不进行写入。参考单元配置在与用于数据存储的正规MRAM单元相同的阵列内，与正规MRAM单元同样构造的MRAM单元被用作参考单元。不存在在因写入干扰而产生参考单元的存储数据反转时、进行参考单元的存储数据反转的确认及恢复的手段（未设置用于参考单元的存储数据读出的参考单元）。

因此，在使用因这种写入干扰而产生了存储数据反转的参考单元的情况下，全部正规MRAM单元的数据读出产生故障。因此，参考单元要求比正规MRAM单元更高的可靠性。

数据写入时，每个写入动作都对参考单元施加干扰磁场。在将包层布线构造适用于位线及数位线的情况下，由于产生磁场集中，所以施加比较大的干扰磁场，写入干扰余裕降低。另外，即便在干扰磁场弱时，也因反复施加干扰磁场，随时间变化，从而参考单元的存储数据产生反转的可能性变高。