JP2018018844A - Magnetic random-access memory - Google Patents
Magnetic random-access memory Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018018844A JP2018018844A JP2016145088A JP2016145088A JP2018018844A JP 2018018844 A JP2018018844 A JP 2018018844A JP 2016145088 A JP2016145088 A JP 2016145088A JP 2016145088 A JP2016145088 A JP 2016145088A JP 2018018844 A JP2018018844 A JP 2018018844A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- memory cell
- transistor
- magnetic random
- random access
- access memory
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000015654 memory Effects 0.000 title claims abstract description 122
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 101100420776 Arabidopsis thaliana SYN1 gene Proteins 0.000 description 17
- VUDQSRFCCHQIIU-UHFFFAOYSA-N DIF1 Natural products CCCCCC(=O)C1=C(O)C(Cl)=C(OC)C(Cl)=C1O VUDQSRFCCHQIIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 101150001108 DIF1 gene Proteins 0.000 description 17
- 101100396286 Homo sapiens IER3 gene Proteins 0.000 description 16
- 102100036900 Radiation-inducible immediate-early gene IEX-1 Human genes 0.000 description 16
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリに関し、特に磁気ランダムアクセスメモリの耐放射線性に関する。 The present invention relates to a magnetic random access memory, and more particularly to radiation resistance of a magnetic random access memory.
磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM: Magneto-resistive Random Access Memory)は、電荷を用いて情報を記憶するSRAM(Static Random Access Memory)等のメモリに比べ、磁化の向きで情報を記憶するため、放射線耐性が高いことが期待されている。しかしながら、磁気ランダムアクセスメモリの構成要素であるトランジスタには、TID(Total Ionizing Dose)効果による劣化現象が知られている。放射線が酸化膜に入射すると、電子ホールペアが発生する。生成した電子ホールペアの一部は再結合し、消滅する。残りは酸化膜中を移動する。電子はホールに比べ、高い移動度をもち、酸化膜から掃き出されると考えられている。ホールは欠陥サイトに捕捉され、正電荷が酸化膜に蓄積する。半導体装置の酸化膜のうちゲート酸化膜に蓄積した電荷は、トランジスタの閾値電圧を負の方向へシフトする。一方、半導体装置の酸化膜のうちフィールド酸化膜に蓄積した電荷は、リーク電流を誘起する。その結果、放射線下のトランジスタを用いた集積回路は、TID効果によるリーク電力を無駄に消費することになる。 Magnetic random access memory (MRAM) is more resistant to radiation because it stores information in the direction of magnetization compared to SRAM (Static Random Access Memory) and other memories that store information using charges. Expected to be high. However, a deterioration phenomenon due to a TID (Total Ionizing Dose) effect is known for a transistor which is a constituent element of a magnetic random access memory. When radiation enters the oxide film, electron hole pairs are generated. Some of the generated electron hole pairs recombine and disappear. The rest moves through the oxide film. Electrons have higher mobility than holes and are considered to be swept out of the oxide film. The holes are trapped at the defect sites, and positive charges accumulate in the oxide film. The charge accumulated in the gate oxide film of the oxide film of the semiconductor device shifts the threshold voltage of the transistor in the negative direction. On the other hand, the charge accumulated in the field oxide film in the oxide film of the semiconductor device induces a leakage current. As a result, an integrated circuit using a transistor under radiation consumes leakage power due to the TID effect.
特許文献1では、放射線耐性を向上する論理回路のレイアウト技術が提案されている。特許文献1によれば、エッジレストランジスタを用いることにより、フィールド酸化膜に蓄積した電荷によるリーク電流の影響を低減できる。
In
しかしながら、背景技術の磁気ランダムアクセスメモリには解決すべき課題がある。 However, the magnetic random access memory of the background art has a problem to be solved.
磁気ランダムアクセスメモリは、TID効果によりリーク電流が誘起されると、誤読み出しや、誤書き込みが発生する恐れがある。書き込みや読み出し時、選択セルへビット線を介して、読み出し電流、書き込み電流を供給する。この時、TID効果により、同一カラム上の非選択セルのトランジスタのリーク電流が増大する。その結果、所望の電流を選択セルに供給できなくなり、誤動作が引き起こされる可能性がある。 In the magnetic random access memory, when a leakage current is induced by the TID effect, erroneous reading or erroneous writing may occur. At the time of writing or reading, a read current and a write current are supplied to the selected cell via the bit line. At this time, the leakage current of the transistors of the non-selected cells on the same column increases due to the TID effect. As a result, a desired current cannot be supplied to the selected cell, which may cause a malfunction.
同一カラム上の非選択セルのリーク電流の影響を軽減するために、階層ビット線構造が知られている。階層ビット線構造は、グローバルビット線と、複数のローカルビット線と、グローバルビット線とローカルビット線を接続するトランジスタから構成される。書き込み、または、読み出し時、選択されたセルに接続したローカルビット線とグローバルビット線をトランジスタが接続し、書き込み電流、または、読み出し電流を供給する。階層ビット線構造は、ローカルビット線に接続されるセル数を少なく抑えることで、非選択セルのリーク電流を低減できる。しかしながら、グローバルビット線とローカルビット線を接続するトランジスタの面積オーバーヘッドや、メモリアレイ上に配置されるビット線数の増加が課題となる。 Hierarchical bit line structure is known to reduce the influence of leakage current of unselected cells on the same column. The hierarchical bit line structure includes a global bit line, a plurality of local bit lines, and transistors that connect the global bit lines and the local bit lines. At the time of writing or reading, the transistor connects the local bit line connected to the selected cell and the global bit line, and supplies a write current or a read current. The hierarchical bit line structure can reduce the leakage current of unselected cells by suppressing the number of cells connected to the local bit line. However, the area overhead of the transistors connecting the global bit lines and the local bit lines and the increase in the number of bit lines arranged on the memory array are problems.
特許文献1に記載の技術は、論理回路のリーク電流を低減する技術であり、有用である。しかしながら、待機時のリーク電流を削減する観点では、磁気ランダムアクセスメモリは、待機時にメモリセルアレイの電源を遮断し、リーク電流を容易に排除できるため、必須の技術ではない。
The technique described in
特許文献2では、磁気ランダムアクセスメモリにおけるビット線の数を減らし、製造工程を容易化する技術が提案されている。特許文献2によれば、メモリセルアレイ上に配置されるビット線を隣接セル間で共有し、ビット線電圧を適切に制御することにより、非選択セルの誤書き込みを低減しつつ、ビット線数を減らすことを可能にしている。特許文献2に記載の技術は、階層ビット線構造を適用した場合のビット線数の増加を緩和する効果がある。しかしながら、非選択セルの誤書き込みを避けるための回路を必要とする。
本発明の目的は、高い放射線耐性を有する、磁気ランダムアクセスメモリを提供することである。 An object of the present invention is to provide a magnetic random access memory having high radiation resistance.
前記目的を達成するため、本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリは、第1端子及び第2端子を備えた磁気抵抗素子と、トランジスタと、を備え、
上記磁気抵抗素子と上記トランジスタはメモリセルを構成し、
上記磁気抵抗素子の上記第2端子が上記トランジスタの第1の拡散層に接続され、
上記トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方はゲート電極で囲まれている。
To achieve the above object, a magnetic random access memory according to the present invention includes a magnetoresistive element having a first terminal and a second terminal, and a transistor.
The magnetoresistive element and the transistor constitute a memory cell,
The second terminal of the magnetoresistive element is connected to the first diffusion layer of the transistor;
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor is surrounded by a gate electrode.
本発明は、高い放射線耐性を有する、磁気ランダムアクセスメモリを提供することができる。 The present invention can provide a magnetic random access memory having high radiation resistance.
本発明の好ましい実施形態について説明する前に、関連する磁気ランダムアクセスメモリについて、図面を参照しながら説明する。図1(a)は関連する磁気ランダムアクセスメモリのトランジスタ層のメモリセルアレイを示す模式平面図であり、図1(b)は図1(a)のX−X線に沿った断面図である。メモリセルアレイは、N行M列のメモリセルから構成される。図1(a)のメモリセルアレイは、2行2列のメモリセルC00、C10、C01、C11から構成された場合を、例示している。メモリセルアレイは、トランジスタが形成される活性領域と、トランジスタを分離する素子分離領域とから構成される。メモリセルC00は、拡散層DIF0、DIF1、DIF2と、ゲート電極104と、コンタクトCT0、CT1、CT2から構成されるN型トランジスタを含む。ゲート電極104はワード線WL0として機能し、メモリセルを選択する際に、高い電圧が印加される。図1(b)に示すように、半導体基板101の一主表面はフィールド酸化膜103による素子分離領域によって、複数の活性領域に区分されている。各活性領域の半導体基板101の一主表面にはゲート酸化膜102が形成されており、ゲート酸化膜102上にはゲート電極104が形成されている。
Before describing a preferred embodiment of the present invention, a related magnetic random access memory will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic plan view showing a memory cell array of a transistor layer of a related magnetic random access memory, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. The memory cell array is composed of N rows and M columns of memory cells. The memory cell array of FIG. 1A illustrates a case where the memory cell is composed of memory cells C00, C10, C01, C11 of 2 rows and 2 columns. The memory cell array includes an active region where a transistor is formed and an element isolation region that isolates the transistor. Memory cell C00 includes N-type transistors including diffusion layers DIF0, DIF1, and DIF2, a
背景技術の説明で言及したような、放射線が酸化膜に入射して、電子ホールペアが発生して、正電荷が酸化膜に蓄積した場合を考える。活性領域と素子分離領域の境界と、ゲート電極104とが交差する位置E0、E1において、フィールド酸化膜103に蓄積した電荷により、拡散層DIF0と拡散層DIF1間のリーク電流が発生する。活性領域と素子分離領域の境界と、ゲート電極104が交差する位置E2、E3において、フィールド酸化膜103に蓄積した電荷により、拡散層DIF1と拡散層DIF2間のリーク電流が発生する。
Consider the case where radiation is incident on an oxide film as described in the description of the background art, electron hole pairs are generated, and positive charges are accumulated in the oxide film. At positions E0 and E1 where the boundary between the active region and the element isolation region intersects with the
図2は、関連する磁気ランダムアクセスメモリの配線層のメモリセルアレイを示す模式図である。図1(a)と同様に、2行2列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、第1配線層105と、第2配線層106と、コンタクトと、磁気抵抗素子Rと、ビット線対と、を含んでいる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a memory cell array of a wiring layer of a related magnetic random access memory. As in FIG. 1A, a memory cell array of 2 rows and 2 columns is shown. The memory cell array includes a
ビット線対の一方BLB0、BLB1は、第1配線層105に形成されている。ビット線対の他方BL0、BL1は、第2配線層106に形成されている。磁気抵抗素子は、第1配線層105と第2配線層106との間に形成されている。
One of the bit line pairs BLB 0 and
ビット線対BL0、BLB0は、メモリセルC00、C10に接続している。ビット線対BL1、BLB1は、メモリセルC01、C11に接続している。 The bit line pair BL0, BLB0 is connected to the memory cells C00, C10. The bit line pair BL1, BLB1 is connected to the memory cells C01, C11.
メモリセルC00において、ビット線BLB0はコンタクトを介して拡散層DIF0、DIF2に接続している。ビット線BL0は、磁気抵抗素子Rとコンタクトを介して、拡散層DIF1に接続している。 In the memory cell C00, the bit line BLB0 is connected to the diffusion layers DIF0 and DIF2 through contacts. The bit line BL0 is connected to the diffusion layer DIF1 via the magnetoresistive element R and a contact.
図3は、関連する磁気ランダムアクセスメモリの回路図である。図1(a)と同様に、2行2列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、ビット線BL0、BLB0、BL1、BLB1と、ワード線WL0、WL1と、メモリセルC00、C10、C01、C11と、を含んで構成される。ビット線BLB0、BLB1、BL0、BL1は、第1の方向に延伸しており、第1の方向の一例として垂直方向に延伸している。ワード線WL0、WL1は、第2の方向に延伸しており、第2の方向の一例として水平方向に延伸している。 FIG. 3 is a circuit diagram of a related magnetic random access memory. As in FIG. 1A, a memory cell array of 2 rows and 2 columns is shown. The memory cell array includes bit lines BL0, BLB0, BL1, and BLB1, word lines WL0 and WL1, and memory cells C00, C10, C01, and C11. The bit lines BLB0, BLB1, BL0, and BL1 extend in the first direction, and extend in the vertical direction as an example of the first direction. The word lines WL0 and WL1 extend in the second direction, and extend in the horizontal direction as an example of the second direction.
ビット線BL0、BLB0は、メモリセルC00、C10に接続している。ビット線BL1、BLB1は、メモリセルC01、C11に接続している。ワード線WL0は、メモリセルC00、C01に接続している。ワード線WL1は、メモリセルC10、C11に接続している。 Bit lines BL0 and BLB0 are connected to memory cells C00 and C10. Bit lines BL1 and BLB1 are connected to memory cells C01 and C11. The word line WL0 is connected to the memory cells C00 and C01. The word line WL1 is connected to the memory cells C10 and C11.
メモリセルC00は、トランジスタと磁気抵抗素子を含んで構成される。磁気抵抗素子の一方の端子は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方の端子に接続する。磁気抵抗素子の他方の端子は、ビット線BL0に接続する。トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方の端子はビット線BLB0に接続する。トランジスタのゲート電極は、ワード線WL0に接続する。 The memory cell C00 includes a transistor and a magnetoresistive element. One terminal of the magnetoresistive element is connected to one terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor. The other terminal of the magnetoresistive element is connected to the bit line BL0. The other terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor is connected to the bit line BLB0. The gate electrode of the transistor is connected to the word line WL0.
図4は、関連する磁気ランダムアクセスメモリの読み出し動作を示す模式図である。メモリセルC00のデータを読み出す時、ワード線WL0に高電圧VHIGHを印加し、トランジスタを導通状態にする。ワード線WL1に低い電圧VLOWを印加し、トランジスタを非導通状態にする。さらに、ビット線BL0に読み出し電圧VSを印加し、ビット線BLB0、BL1、BLB1に低い電圧VLOWを印加する。読み出し電流Isは、ビット線BL0を経由し、選択したメモリセルC00の磁気抵抗素子Rと、オン状態のトランジスタを流れる。読み出し電流Isは、選択セルの記憶データに応じて変化する。これは、磁気抵抗素子の抵抗値が、記憶データに応じて、異なった値をとるためである。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a read operation of a related magnetic random access memory. When reading data from the memory cell C00, the high voltage V HIGH is applied to the word line WL0 to turn on the transistor. A low voltage V LOW is applied to the word line WL1, and the transistor is turned off. Further, a read voltage V S is applied to the bit line BL0, and a low voltage V LOW is applied to the bit lines BLB0, BL1, and BLB1. Read current I s is via the bit line BL0, flows and the magnetic resistance element R of the memory cell C00 selected, the transistors in the ON state. Read current I s varies according to the data stored in the selected cell. This is because the resistance value of the magnetoresistive element takes different values depending on the stored data.
TID効果により、非選択のメモリセルにリーク電流Ileakが流れる。読み出し電流Isとリーク電流Ileakの合計値がセンスアンプで測定され、磁気抵抗素子のデータを判定する。図4では、非選択セルは1つのみの場合を示しているが、通常ビット線上には複数の非選択セルが存在するため、Ileakは無視できない大きさになる。その結果、S/N比(Signal to Noise ratio)が劣化し、誤読み出しが発生しうる。 Due to the TID effect, a leak current I leak flows through the non-selected memory cells. The sum of the read current I s and the leak current I leak is measured by the sense amplifier determines the data of the magnetoresistive element. Although FIG. 4 shows a case where there is only one non-selected cell, since there are a plurality of non-selected cells on the normal bit line, I leak becomes a size that cannot be ignored. As a result, the S / N ratio (Signal to Noise ratio) deteriorates, and erroneous reading may occur.
磁気ランダムアクセスメモリの書き込み動作も同様に、選択セルと同一カラム上の非選択セルのリーク電流により、選択セルに書き込み電流を十分供給できず、誤書き込みが発生する危険がある。 Similarly, in the write operation of the magnetic random access memory, the write current cannot be sufficiently supplied to the selected cell due to the leakage current of the non-selected cell on the same column as the selected cell, and there is a risk that erroneous writing occurs.
〔第1の実施形態〕
第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリについて、説明する。図5は、本発明の第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリのトランジスタ層のメモリセルアレイを示す模式図である。図6(a)は図5のA−A線に沿った断面図であり、図6(b)は図5のB−B線に沿った断面図である。メモリセルアレイは、N行M列のメモリセルから構成される。図5のメモリセルアレイは、2行2列のメモリセルC00、C10、C01、C11から構成された場合を、例示している。メモリセルアレイは、トランジスタが形成される活性領域と、トランジスタを分離する素子分離領域から構成される。
[First Embodiment]
The magnetic random access memory according to the first embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a memory cell array of a transistor layer of the magnetic random access memory according to the first embodiment of the present invention. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The memory cell array is composed of N rows and M columns of memory cells. The memory cell array of FIG. 5 illustrates a case where the memory cell is composed of memory cells C00, C10, C01 and C11 of 2 rows and 2 columns. The memory cell array includes an active region where a transistor is formed and an element isolation region that isolates the transistor.
メモリセルC00は、拡散層DIF0、DIF1、DIF2と、ゲート電極4と、コンタクトCT0、CT1、CT2から構成されるN型トランジスタを含む。拡散層DIF1と拡散層DIF0、DIF2とのうちの一方がN型トランジスタのソース領域であり、拡散層DIF1と拡散層DIF0、DIF2とのうちの他方がN型トランジスタのドレイン領域である。ゲート電極4はワード線WL0として機能し、メモリセルを選択する際に、高い電圧が印加される。図6(a)及び図6(b)に示すように、半導体基板1の一主表面はフィールド酸化膜3による素子分離領域によって、複数の活性領域に区分されている。各活性領域の半導体基板1の一主表面にはゲート酸化膜2が形成されており、ゲート酸化膜2上にはゲート電極4が形成されている。
Memory cell C00 includes N-type transistors including diffusion layers DIF0, DIF1, and DIF2, a
背景技術の説明で言及したような、放射線が酸化膜に入射して、電子ホールペアが発生して、正電荷が酸化膜に蓄積した場合を考える。活性領域と素子分離領域の境界と、ゲート電極4が交差する位置E0、E1において、フィールド酸化膜3に蓄積した電荷により、拡散層DIF0と拡散層DIF2間のリーク電流が発生しうる。しかしながら、本実施形態では拡散層DIF0と拡散層DIF2は常に同電位が与えられるので、リーク電流は生じない。拡散層DIF1は、ゲート電極4で囲まれている。図5に示すように、ゲート電極4は直線状部分と環状部分4rを含んでおり、拡散層DIF1はゲート電極4の環状部分4rで囲まれている。すなわち、拡散層DIF1を囲んでいるゲート電極4は、活性領域と素子分離領域の境界から分離されており、フィールド酸化膜3に蓄積した電荷の影響を受けない。ゲート電極4が、活性領域と素子分離領域の境界と交差している箇所は、上記環状部分4r以外の直線状部分である。
Consider the case where radiation is incident on an oxide film as described in the description of the background art, electron hole pairs are generated, and positive charges are accumulated in the oxide film. Leakage current between the diffusion layer DIF0 and the diffusion layer DIF2 can be generated by charges accumulated in the
図7は、本発明の第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリの配線層のメモリセルアレイを示す模式図である。図5と同様にメモリセルアレイの一例として、2行2列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、第1配線層5と、第2配線層6と、コンタクトと、磁気抵抗素子Rと、ビット線対と、を含んでいる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a memory cell array in the wiring layer of the magnetic random access memory according to the first embodiment of the present invention. Similar to FIG. 5, a memory cell array of 2 rows and 2 columns is shown as an example of the memory cell array. The memory cell array includes a
ビット線対の一方BLB0、BLB1は、第1配線層5に形成されている。ビット線対の他方BL0、BL1は、第2配線層6に形成されている。磁気抵抗素子Rは、第1配線層5と第2配線層6との間に形成されている。
One of the bit line pairs BLB 0 and
ビット線対BL0、BLB0は、メモリセルC00、C10に接続している。ビット線対BL1、BLB1は、メモリセルC01、C11に接続している。 The bit line pair BL0, BLB0 is connected to the memory cells C00, C10. The bit line pair BL1, BLB1 is connected to the memory cells C01, C11.
メモリセルC00において、ビット線BLB0はコンタクトを介して拡散層DIF0、DIF2と接続している。ビット線BL0は、磁気抵抗素子R、第1配線層5a、コンタクトを介して、拡散層DIF1に接続している。
In the memory cell C00, the bit line BLB0 is connected to the diffusion layers DIF0 and DIF2 through contacts. The bit line BL0 is connected to the diffusion layer DIF1 through the magnetoresistive element R, the
図8は、第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリの回路図である。図5と同様にメモリセルアレイの一例として、2行2列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、ビット線BL0、BLB0、BL1、BLB1と、ワード線WL0、WL1と、メモリセルC00、C10、C01、C11と、を含んで構成される。 FIG. 8 is a circuit diagram of the magnetic random access memory according to the first embodiment. Similar to FIG. 5, a memory cell array of 2 rows and 2 columns is shown as an example of the memory cell array. The memory cell array includes bit lines BL0, BLB0, BL1, and BLB1, word lines WL0 and WL1, and memory cells C00, C10, C01, and C11.
ビット線BL0、BLB0は、メモリセルC00、C10に接続する。ビット線BL1、ビット線BLB1は、メモリセルC01、C11に接続する。ワード線WL0は、メモリセルC00、C01に接続する。ワード線WL1は、メモリセルC10、C11に接続する。 Bit lines BL0 and BLB0 are connected to memory cells C00 and C10. Bit line BL1 and bit line BLB1 are connected to memory cells C01 and C11. The word line WL0 is connected to the memory cells C00 and C01. The word line WL1 is connected to the memory cells C10 and C11.
メモリセルC00は、二つのトランジスタと、磁気抵抗素子Rと、を含んで構成される。磁気抵抗素子Rの一方の端子は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方の端子に接続する。磁気抵抗素子Rの他方の端子は、ビット線BL0に接続する。トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方の端子は、ビット線BLB0に接続する。トランジスタのゲート電極は、ワード線WL0に接続する。 The memory cell C00 includes two transistors and a magnetoresistive element R. One terminal of the magnetoresistive element R is connected to one terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor. The other terminal of the magnetoresistive element R is connected to the bit line BL0. The other terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor is connected to the bit line BLB0. The gate electrode of the transistor is connected to the word line WL0.
(動作)
図9は第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリの読み出し動作を示す模式図である。メモリセルC00のデータを読み出す時、ワード線WL0に高電圧VHIGHを印加し、トランジスタを導通状態にする。ワード線WL1に低い電圧VLOWを印加し、トランジスタを非導通状態にする。さらに、ビット線BL0に読み出し電圧VSを印加し、ビット線BLB0、BL1、BLB1に低い電圧VLOWを印加する。読み出し電流Isは、ビット線BL0を経由し、選択したメモリセルC00の磁気抵抗素子Rと、オン状態のトランジスタを流れる。読み出し電流Isは選択セルの記憶データに応じて変化する。これは、磁気抵抗素子の抵抗値が、記憶データに応じて、異なった値をとるためである。
(Operation)
FIG. 9 is a schematic diagram showing a read operation of the magnetic random access memory according to the first embodiment. When reading data from the memory cell C00, the high voltage V HIGH is applied to the word line WL0 to turn on the transistor. A low voltage V LOW is applied to the word line WL1, and the transistor is turned off. Further, a read voltage V S is applied to the bit line BL0, and a low voltage V LOW is applied to the bit lines BLB0, BL1, and BLB1. Read current I s is via the bit line BL0, flows and the magnetic resistance element R of the memory cell C00 selected, the transistors in the ON state. Read current I s varies according to the data stored in the selected cell. This is because the resistance value of the magnetoresistive element takes different values depending on the stored data.
(効果)
第1の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリは、動作時のリーク電流による誤動作に着目してなされており、非選択のメモリセルに流れるリーク電流Ileakを低減できる。読み出し電流Isとリーク電流Ileakの合計値がセンスアンプで測定され、磁気抵抗素子のデータを判定する。TID効果の影響を低減できるため、センスアンプのS/N比が改善し、誤読み出しが発生する可能性は低くなる。
(effect)
The magnetic random access memory according to the first embodiment is made paying attention to a malfunction caused by a leakage current during operation, and can reduce a leakage current I leak flowing in a non-selected memory cell. The sum of the read current I s and the leak current I leak is measured by the sense amplifier determines the data of the magnetoresistive element. Since the influence of the TID effect can be reduced, the S / N ratio of the sense amplifier is improved and the possibility of erroneous reading is reduced.
本実施形態によれば、磁気ランダムアクセスメモリの書き込み動作も同様に、選択セルと同一カラム上の非選択セルへリーク電流を低減できる。これにより、選択セルに書き込み電流を十分供給でき、誤書き込みが発生する可能性を低くできる。 According to this embodiment, the write current of the magnetic random access memory can similarly reduce the leakage current to the non-selected cell on the same column as the selected cell. As a result, a sufficient write current can be supplied to the selected cell, and the possibility of erroneous writing can be reduced.
よって、本実施形態の磁気ランダムアクセスメモリは高い放射線耐性を提供できる。 Therefore, the magnetic random access memory of this embodiment can provide high radiation resistance.
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリについて、説明する。図10は、本発明の第2の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリのトランジスタ層のメモリセルアレイを示す模式図である。メモリセルアレイは、N行M列のメモリセルから構成される。図10のメモリセルアレイは、1行4列のメモリセルC00、C10、C01、C11から構成された場合を、例示している。メモリセルアレイは、トランジスタが形成される活性領域と、トランジスタを分離する素子分離領域から構成される。
[Second Embodiment]
A magnetic random access memory according to the second embodiment will be described. FIG. 10 is a schematic diagram showing a memory cell array of a transistor layer of the magnetic random access memory according to the second embodiment of the present invention. The memory cell array is composed of N rows and M columns of memory cells. The memory cell array of FIG. 10 illustrates a case where the memory cell array is composed of memory cells C00, C10, C01, and C11 in one row and four columns. The memory cell array includes an active region where a transistor is formed and an element isolation region that isolates the transistor.
メモリセルC00は、拡散層DIF0、DIF1、DIF2と、ゲート電極14と、コンタクトCT0、CT1、CT2から構成されるN型トランジスタを含む。拡散層DIF1と拡散層DIF0、DIF2とのうちの一方がN型トランジスタのソース領域であり、拡散層DIF1と拡散層DIF0、DIF2とのうちの他方がN型トランジスタのドレイン領域である。ゲート電極14はワード線WL0として機能し、メモリセルを選択する際に、高い電圧が印加される。
Memory cell C00 includes N-type transistors including diffusion layers DIF0, DIF1, and DIF2, a
背景技術の説明で言及したような、放射線が酸化膜に入射して、電子ホールペアが発生して、正電荷が酸化膜に蓄積した場合を考える。活性領域と素子分離領域の境界と、ゲート電極14が交差する位置E0において、フィールド酸化膜に蓄積した電荷により、拡散層DIF0と拡散層DIF2間のリーク電流が発生しうる。しかしながら、本実施形態では拡散層DIF0と拡散層DIF2は常に同電位が与えられるので、リーク電流は生じない。拡散層DIF1は、ゲート電極14で囲まれている。ゲート電極14は環状部分14rを含んでおり、拡散層DIF1はゲート電極14の環状部分14rで囲まれている。図10に示すように、ゲート電極14は直線状部分と環状部分14rを含んでおり、拡散層DIF1はゲート電極14の環状部分14rで囲まれている。すなわち、拡散層DIF1を囲んでいるゲート電極14は、活性領域と素子分離領域の境界から分離されており、フィールド酸化膜に蓄積した電荷の影響を受けない。ゲート電極14が、活性領域と素子分離領域の境界と交差している箇所は、上記環状部分14r以外の直線状部分である。
Consider the case where radiation is incident on an oxide film as described in the description of the background art, electron hole pairs are generated, and positive charges are accumulated in the oxide film. At the position E0 where the
さらに、メモリセルC00とメモリセルC10は、ワード線が延在する方向である、ワード線方向に隣接して配置される。メモリセルC00とメモリセルC10は、拡散層DIF2を共有する。メモリセルC10のゲート電極、拡散層のレイアウトは、メモリセルC00のゲート電極、拡散層のレイアウトを概180度回転した配置となっている。 Furthermore, the memory cell C00 and the memory cell C10 are arranged adjacent to each other in the word line direction, which is the direction in which the word line extends. Memory cell C00 and memory cell C10 share diffusion layer DIF2. The layout of the gate electrode and diffusion layer of the memory cell C10 is an arrangement obtained by rotating the layout of the gate electrode and diffusion layer of the memory cell C00 by approximately 180 degrees.
図11は、本発明の第2の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリの配線層のメモリセルアレイを示す模式図である。図10と同様にメモリセルアレイの一例として、1行4列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、第1配線層15と、第2配線層16と、コンタクトと、磁気抵抗素子Rと、ビット線対と、を含んでいる。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a memory cell array in the wiring layer of the magnetic random access memory according to the second embodiment of the present invention. Similar to FIG. 10, a memory cell array of 1 row and 4 columns is shown as an example of the memory cell array. The memory cell array includes a
ビット線対のうちのビット線BLB0、BLB1は、第1配線層15に形成されている。ビット線対のうちのビット線BL0_L、BL0_R、BL1_L、BL1_Rは、第2配線層16に形成されている。磁気抵抗素子Rは、第1配線層15と第2配線層16の間に形成されている。
Bit lines BLB 0 and
ビット線対のうちのビット線BLB0、BLB1は、隣接するセル間で共有している。すなわち、ビット線BLB0は、メモリセルC00とメモリセルC10が共有している。ビット線BLB1は、メモリセルC01とメモリセルC11が共有している。 The bit lines BLB0 and BLB1 of the bit line pair are shared between adjacent cells. That is, the bit line BLB0 is shared by the memory cell C00 and the memory cell C10. The bit line BLB1 is shared by the memory cell C01 and the memory cell C11.
ビット線BL0_Rは、メモリセルC00に接続している。ビット線BL0_Lは、メモリセルC10に接続している。ビット線BL1_Rは、メモリセルC01に接続している。ビット線BL1_Lは、メモリセルC11に接続している。 The bit line BL0_R is connected to the memory cell C00. The bit line BL0_L is connected to the memory cell C10. The bit line BL1_R is connected to the memory cell C01. The bit line BL1_L is connected to the memory cell C11.
メモリセルC00において、ビット線BLB0はコンタクトを介して拡散層DIF0、DIF2と接続している。ビット線BL0_Rは、磁気抵抗素子Rとコンタクトを介して拡散層DIF1に接続している。 In the memory cell C00, the bit line BLB0 is connected to the diffusion layers DIF0 and DIF2 through contacts. The bit line BL0_R is connected to the diffusion layer DIF1 through a contact with the magnetoresistive element R.
図12は、第2の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリの回路図である。図10と同様にメモリセルアレイの一例として、1行4列のメモリセルアレイを示している。メモリセルアレイは、ビット線BL0_R、BL0_L、BLB0、BL1_R、BL1_L、BLB1と、ワード線WL0、WL1と、メモリセルC00、C10、C01、C11と、を含んで構成される。ビット線BLB0、BL0_L、BL0_R、BLB1、BL1_L、BL1_Rは、第1の方向に延伸しており、第1の方向の一例として垂直方向に延伸している。ワード線WL0、WL1は、第2の方向に延伸しており、第2の方向の一例として水平方向に延伸している。 FIG. 12 is a circuit diagram of the magnetic random access memory according to the second embodiment. Similar to FIG. 10, a memory cell array of 1 row and 4 columns is shown as an example of the memory cell array. The memory cell array includes bit lines BL0_R, BL0_L, BLB0, BL1_R, BL1_L, BLB1, word lines WL0, WL1, and memory cells C00, C10, C01, C11. The bit lines BLB0, BL0_L, BL0_R, BLB1, BL1_L, and BL1_R extend in the first direction, and extend in the vertical direction as an example of the first direction. The word lines WL0 and WL1 extend in the second direction, and extend in the horizontal direction as an example of the second direction.
ビット線BL0_R、BLB0は、メモリセルC00に接続する。ビット線BL0_L、BLB0は、メモリセルC10に接続する。ビット線BL1_R、BLB1は、メモリセルC01に接続する。ビット線BL1_L、BLB1は、メモリセルC11に接続する。ワード線WL0は、メモリセルC00、C01に接続する。ワード線WL1は、メモリセルC10、C11に接続する。 The bit lines BL0_R and BLB0 are connected to the memory cell C00. The bit lines BL0_L and BLB0 are connected to the memory cell C10. The bit lines BL1_R and BLB1 are connected to the memory cell C01. The bit lines BL1_L and BLB1 are connected to the memory cell C11. The word line WL0 is connected to the memory cells C00 and C01. The word line WL1 is connected to the memory cells C10 and C11.
メモリセルC00は、二つのトランジスタと、磁気抵抗素子Rと、を含んで構成される。磁気抵抗素子Rの一方の端子は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方の端子に接続する。磁気抵抗素子Rの他方の端子は、ビット線BL0_Rに接続する。トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方の端子は、ビット線BLB0に接続する。トランジスタのゲート電極は、ワード線WL0に接続する。 The memory cell C00 includes two transistors and a magnetoresistive element R. One terminal of the magnetoresistive element R is connected to one terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor. The other terminal of the magnetoresistive element R is connected to the bit line BL0_R. The other terminal of the source electrode or the drain electrode of the transistor is connected to the bit line BLB0. The gate electrode of the transistor is connected to the word line WL0.
(動作)
図12のメモリセルC00のデータを読み出す時、ワード線WL0に高電圧VHIGHを印加し、トランジスタを導通状態にする。ワード線WL1に低い電圧VLOWを印加し、トランジスタを非導通状態にする。さらに、ビット線BL0_Rに読み出し電圧VSを印加し、ビット線BLB0、BL0_L、BLB1、BL1_L、BL1_Rに低い電圧VLOWを印加する。読み出し電流Isは、ビット線BL0_Rを経由し、選択したメモリセルC00の磁気抵抗素子Rと、オン状態のトランジスタを流れる。読み出し電流Isは選択セルの記憶データに応じて変化する。これは、磁気抵抗素子の抵抗値が、記憶データに応じて、異なった値をとるためである。
(Operation)
When reading data from the memory cell C00 in FIG. 12, a high voltage V HIGH is applied to the word line WL0 to turn on the transistor. A low voltage V LOW is applied to the word line WL1, and the transistor is turned off. Further, the read voltage V S is applied to the bit line BL0_R, the bit line BLB0, BL0_L, BLB1, BL1_L, a low voltage is applied V LOW to BL1_R. Read current I s is via the bit line BL0_R, flows and the magnetic resistance element R of the memory cell C00 selected, the transistors in the ON state. Read current I s varies according to the data stored in the selected cell. This is because the resistance value of the magnetoresistive element takes different values depending on the stored data.
(効果)
本実施形態の磁気ランダムアクセスメモリでは、第1の実施形態と同様に、非選択のメモリセルに流れるリーク電流Ileakを低減できる。読み出し電流Isとリーク電流Ileakの合計値がセンスアンプで測定され、磁気抵抗素子のデータを判定する。TID効果の影響を低減できるため、センスアンプのS/N比が改善し、誤読み出しが発生する可能性は低くなる。
(effect)
In the magnetic random access memory according to the present embodiment, the leakage current I leak flowing through the non-selected memory cells can be reduced as in the first embodiment. The sum of the read current I s and the leak current I leak is measured by the sense amplifier determines the data of the magnetoresistive element. Since the influence of the TID effect can be reduced, the S / N ratio of the sense amplifier is improved and the possibility of erroneous reading is reduced.
本実施形態によれば、磁気ランダムアクセスメモリの書き込み動作も同様に、選択セルと同一カラム上の非選択セルへリーク電流を低減できる。これにより、選択セルに書き込み電流を十分供給でき、誤書き込みが発生する可能性を低くできる。よって、本実施形態の磁気ランダムアクセスメモリは、高い放射線耐性を実現できる。 According to this embodiment, the write current of the magnetic random access memory can similarly reduce the leakage current to the non-selected cell on the same column as the selected cell. As a result, a sufficient write current can be supplied to the selected cell, and the possibility of erroneous writing can be reduced. Therefore, the magnetic random access memory according to the present embodiment can realize high radiation resistance.
さらに、本実施形態の磁気ランダムアクセスメモリは、隣接カラム間でビット線を共有しているので、ビット線の数を減らすことができる。本実施形態では、関連する磁気ランダムメモリのビット線の数を2本/カラムから、3本/2カラム=1.5本/カラムへ低減している。さらに、本実施形態の磁気ランダムアクセスメモリでは、特許文献2に記載の非選択セルの誤書き込みを避けるための回路は不要である。
Furthermore, since the magnetic random access memory of this embodiment shares bit lines between adjacent columns, the number of bit lines can be reduced. In the present embodiment, the number of bit lines of the related magnetic random memory is reduced from 2 / column to 3/2 columns = 1.5 / column. Furthermore, the magnetic random access memory according to the present embodiment does not require a circuit for avoiding erroneous writing of unselected cells described in
よって本実施形態によれば、高い放射線耐性を有すると共に、ビット線の数を減らし、製造工程を容易化した磁気ランダムアクセスメモリを提供することができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a magnetic random access memory that has high radiation resistance, reduces the number of bit lines, and facilitates the manufacturing process.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. It goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.
1 半導体基板
2 ゲート酸化膜
3 フィールド酸化膜
4、14 ゲート電極
5、15 第1配線層
6、16 第2配線層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
トランジスタと、を備え、
前記磁気抵抗素子と前記トランジスタはメモリセルを構成し、
前記磁気抵抗素子の前記第2端子が前記トランジスタの第1の拡散層に接続され、
前記トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方はゲート電極で囲まれている、磁気ランダムアクセスメモリ。 A magnetoresistive element having a first terminal and a second terminal;
A transistor,
The magnetoresistive element and the transistor constitute a memory cell,
The second terminal of the magnetoresistive element is connected to a first diffusion layer of the transistor;
A magnetic random access memory in which one of a source electrode or a drain electrode of the transistor is surrounded by a gate electrode.
前記トランジスタのソース電極またはドレイン電極の前記一方は、前記ゲート電極の前記環状部分で囲まれている、請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 The gate electrode includes an annular portion;
The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the one of the source electrode and the drain electrode of the transistor is surrounded by the annular portion of the gate electrode.
第2のメモリセルと、
第1の方向に延伸した複数のビット線対と、
第2の方向に延伸した複数のワード線と、を備え、
前記第1のメモリセルと、前記第2のメモリセルは、少なくとも一つのビット線を共有し、
前記第1のメモリセルと前記第2のメモリセルは前記第2の方向に沿って配置される、請求項1又は請求項2に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。 A first memory cell;
A second memory cell;
A plurality of bit line pairs extending in a first direction;
A plurality of word lines extending in a second direction,
The first memory cell and the second memory cell share at least one bit line;
3. The magnetic random access memory according to claim 1, wherein the first memory cell and the second memory cell are arranged along the second direction. 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016145088A JP2018018844A (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Magnetic random-access memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016145088A JP2018018844A (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Magnetic random-access memory |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018018844A true JP2018018844A (en) | 2018-02-01 |
Family
ID=61081841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016145088A Pending JP2018018844A (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Magnetic random-access memory |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018018844A (en) |
-
2016
- 2016-07-25 JP JP2016145088A patent/JP2018018844A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7106620B2 (en) | Memory cell having improved read stability | |
| JP4559728B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| US5838609A (en) | Integrated semiconductor device having negative resistance formed of MIS switching diode | |
| KR100423896B1 (en) | A scalable two transistor memory device | |
| US8743595B2 (en) | Size-reduced magnetic memory cell | |
| US20160372181A1 (en) | Memory circuit having shared word line | |
| JP5100514B2 (en) | Semiconductor memory | |
| US8971101B2 (en) | Magnetic memory cell structure with improved read margin | |
| CN106663465B (en) | Nonvolatile semiconductor memory | |
| JP2011222829A (en) | Resistance change memory | |
| US8503223B2 (en) | Semiconductor storage device | |
| US20120313177A1 (en) | Multiple Finger Structure | |
| JP5027503B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| US10090062B2 (en) | Magnetic memory device and controlling method thereof | |
| JP2012256693A (en) | Semiconductor storage device | |
| CN109817253B (en) | An MRAM chip that controls body potential | |
| CN115482868A (en) | Memory Structure and Memory Layout | |
| TW202537399A (en) | Semiconductor storage device, method for manufacturing semiconductor storage device, method for writing storage data, method for reading storage data, and storage system | |
| JP2018018844A (en) | Magnetic random-access memory | |
| JP2005277189A (en) | Magnetic storage device | |
| US12424269B2 (en) | Semiconductor memory device capable of adaptively controlling bias and method of operating the same | |
| US20240243492A1 (en) | Memory Cell Comprising First and Second Transistors and Methods of Operating | |
| KR100892731B1 (en) | 1-transistor type DRAM driving method | |
| KR20250102592A (en) | Three terminal two transistor dram cell and opertion method thereof | |
| US20180374893A1 (en) | Differential sensing cell design for stt mram |