[发明专利]存储装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年6月30日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-150178所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及包括多个存储器件并根据自旋矩磁化反转法(spin-torquemagnetization inverting method)在各存储器件中记录数据的存储装置(或存储器)。

背景技术

随着从移动终端到高性能服务器等各种信息设备的高速发展，上述设备中采用的构成存储器和逻辑电路的器件也必须显示出高度集成化、能够高速操作并且低耗电等高性能。

特别地，半导体非易失性存储器(semiconductor nonvolatile memory)取得了显著发展。例如，作为大容量文件存储器的闪存迅速普及以至于有取代硬盘驱动器的趋势。

与此同时，以代码存储器(code memory)应用和向工作存储器(working memory)的进一步发展为目标，被认为可替代现在普遍使用的存储器的半导体非易失性存储器的开发正在进展中。上述现在普遍使用的存储器的代表性示例是NOR闪存、DRAM等，而上述被认为可替代现在普遍使用的存储器的半导体非易失性存储器的代表性示例是铁电随机存取存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FeRAM)、磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)、相变随机存取存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)等。上述被认为可替代现在普遍使用的存储器的半导体非易失性存储器中的部分存储器已经投入到实际应用中。

作为典型的半导体非易失性存储器的MRAM基于构成MRAM的磁体的磁化方向来存储数据。因此，能够以高速更新存储的数据。另外，存储于存储位置处的数据能够被无限次的更新。具体来讲，存储于存储位置处的数据能够被更新10¹⁵次以上。MRAM已经被用于工业自动化和航空电子设备等领域。

由于MRAM操作的高速度和高可靠性，期望未来MRAM向着代码存储器和/或工作存储器发展。

然而，MRAM仍面临着需要努力降低耗电、提高存储容量的问题。

这些问题是由MRAM的记录原理所导致的本质问题。根据基于MRAM的记录原理的记录方法，流过配线的电流产生的磁场引起磁化反转。

作为解决上述问题的一种方法，正在研究不依赖于这种由电流产生的磁场的记录方法(即，磁化反转法)。该记录方法包括自旋矩磁化反转法，这种方法成为了广泛研究和密集研究的主题。关于自旋矩磁化反转法的更多信息，建议读者参看例如美国专利第5,695,864号和日本专利特开第2003-17782号等文件。

如同MRAM，根据自旋矩磁化反转法操作的存储器件配置有磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)。

存储器件的MTJ包括磁化固定层和存储层。磁化固定层是以某一固定方向进行磁化的层，存储层是不以固定方向进行磁化的层。通过在磁化固定层与存储层之间设置隧道绝缘层来形成隧道结。

通过所谓的隧道磁阻效应(tunnel magnetic resistance effect)从MTJ读出数据0或数据1，在隧道磁阻效应中，MTJ的电阻根据磁化固定层的固定的磁化方向与存储层的磁化方向之间形成的角度而变化。

另一方面，在写入操作中，当通过磁化固定层的自旋极化离子(spinpolarized ion)进入存储层时，电子对磁性层施加转矩，并且如果由于该转矩而流过幅度至少等于提前预定的阈值的电流，存储层的磁化方向就会反转。

通过改变流入存储器件的电流的极性来对写入操作中被写入存储器件的数据0或数据1进行选择。

在存储器件的尺寸约为0.1μm的情况下，用于使存储器件的存储层的磁化方向反转的电流的绝对值不大于1mA。

另外，该电流值与存储器件的体积成比例的减小，这使得能够进行缩放。

最重要的是，这种方式不需要MRAM所要求的用于产生电流生成的磁场的字线，该磁场作为用于记录数据的磁场。因此，这种存储器件具有单元结构简单的优点。

在下面的说明中，将采用自旋矩磁化反转法的MRAM称为ST-MRAM(自旋矩磁性随机存取存储器)。