+

KR20200061330A - Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same - Google Patents

Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20200061330A
KR20200061330A KR1020200061192A KR20200061192A KR20200061330A KR 20200061330 A KR20200061330 A KR 20200061330A KR 1020200061192 A KR1020200061192 A KR 1020200061192A KR 20200061192 A KR20200061192 A KR 20200061192A KR 20200061330 A KR20200061330 A KR 20200061330A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
mtj
storage node
node
memory device
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.)
Ceased
Application number
KR1020200061192A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김호정
최현식
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200061192A priority Critical patent/KR20200061330A/en
Publication of KR20200061330A publication Critical patent/KR20200061330A/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1653Address circuits or decoders
    • G11C11/1655Bit-line or column circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1673Reading or sensing circuits or methods
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1675Writing or programming circuits or methods
    • H01L27/228
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

증가된 온/오프 비를 갖는 자기 메모리 소자와 그 제조 및 동작방법에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자는 스위칭 소자와, 이에 연결된 스토리지 노드를 포함하고, 상기 스토리지 노드는 반대되는 2개의 비트가 동시에 기록되는 자성 노드를 포함하며, 상기 2개의 비트 중 하나가 기록되는 상기 자성노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 2개의 비트 중 다른 하나가 기록되는 상기 자성노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일하다. 상기 스위칭 소자의 소스는 이웃한 스위칭 소자와 공유될 수 있다. 상기 스토리지 노드는 수직으로 순차적으로 적층되고, 서로 독립된 2개의 MTJ를 포함할 수 있다. 상기 스토리지 노드에 2개의 비트라인이 연결되고, 상기 스토리지 노드는 상기 2개의 비트라인 사이에 또는 상기 2개의 비트라인 아래에 구비될 수 있다.Disclosed is a magnetic memory device having an increased on/off ratio and a method of manufacturing and operating the same. The magnetic memory device according to an embodiment includes a switching element and a storage node connected thereto, and the storage node includes a magnetic node in which two opposite bits are simultaneously written, and wherein one of the two bits is written The stacking order of the layers constituting a part of the magnetic node and the stacking order of the layers constituting the rest of the magnetic node in which the other of the two bits are recorded are the same. The source of the switching element can be shared with neighboring switching elements. The storage nodes are sequentially stacked vertically, and may include two MTJs that are independent of each other. Two bit lines are connected to the storage node, and the storage node may be provided between the two bit lines or below the two bit lines.

Description

증가된 온/오프 비를 갖는 자기 메모리 소자와 그 제조 및 동작방법{Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same}Magnetic random access memory (MRAM) having increased on/off ratio and methods of manufacturing and operating the same}

본 개시는 메모리 소자와 그 제조 및 동작에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 증가된 온/오프 비를 갖는 자기 메모리 소자와 그 제조 및 동작방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a memory device and its manufacturing and operation, and more particularly, to a magnetic memory device having an increased on/off ratio and a method of manufacturing and operating the same.

자기 메모리 소자(Magnetic Random Access Memory, MRAM)는 MTJ의 자유층(free layer)과 핀드층의 자화상태에 따른 저항차를 측정하여 MTJ에 기록된 데이터를 읽는다. 핀드층의 자화방향은 고정되어 있고, 자유층의 자화 방향은 일정세기 이상의 자기장이 인가될 때 또는 MTJ를 통해 흐르는 전류의 스핀상태에 따라 바뀔 수 있다. 자유층과 핀드층의 자화방향이 같을 때, 측정된 저항을 온(On) 저항이라 하고, 자유층과 핀드층의 자화 방향이 반대일 때, 측정된 저항을 오프(Off) 저항이라 한다. 자기 메모리 소자는 온 저항과 오프 저항의 차이를 이용하여 데이터를 읽을 수 있다. 그러므로 자기 메모리 소자에서 온 저항과 오프 저항의 차이가 작으면, 곧, 온/오프 비(On/Off ratio)가 작으면, 센싱 마진(sensing margin)이 감소하여 읽은 데이터에 대한 신뢰성이 떨어질 수 있고, 셀 산포의 겹침(overlap)과 어레이 사이즈 감소 등의 문제가 발생될 수 있다. 특히, 집적도가 높아지면서 저항이 증가하게 되면 센싱 마진은 더 감소될 수 있다.The magnetic random access memory (MRAM) reads data recorded in the MTJ by measuring the resistance difference according to the magnetization state of the free layer and the pinned layer of the MTJ. The magnetization direction of the pinned layer is fixed, and the magnetization direction of the free layer may be changed when a magnetic field of a certain intensity or more is applied or according to the spin state of the current flowing through the MTJ. When the magnetization directions of the free layer and the pinned layer are the same, the measured resistance is called an on resistance, and when the magnetization directions of the free layer and the pinned layer are opposite, the measured resistance is called an off resistance. The magnetic memory device can read data using a difference between an on-resistance and an off-resistance. Therefore, if the difference between the on-resistance and the off-resistance in the magnetic memory device is small, that is, if the on/off ratio is small, the sensing margin decreases and reliability of the read data may decrease. , Problems such as cell overlap and array size reduction may occur. In particular, if the resistance increases as the degree of integration increases, the sensing margin may be further reduced.

본 개시는 센싱 마진을 증가시킬 수 있는 자기 메모리 소자를 제공한다.The present disclosure provides a magnetic memory device capable of increasing the sensing margin.

본 개시는 이러한 자기 메모리 소자의 동작방법과 제조방법을 제공한다.The present disclosure provides an operating method and a manufacturing method of such a magnetic memory device.

일 실시예에 의한 자기 메모리 소자는 스위칭 소자와, 이에 연결된 스토리지 노드를 포함하고, 상기 스토리지 노드는 반대되는 2개의 비트가 동시에 기록되는 자성 노드를 포함하며, 상기 2개의 비트 중 하나가 기록되는 상기 자성노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 2개의 비트 중 다른 하나가 기록되는 상기 자성노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일하다.The magnetic memory device according to an embodiment includes a switching element and a storage node connected thereto, and the storage node includes a magnetic node in which two opposite bits are simultaneously written, and wherein one of the two bits is written The stacking order of the layers constituting a part of the magnetic node and the stacking order of the layers constituting the rest of the magnetic node in which the other of the two bits are recorded are the same.

이러한 자기 메모리 소자에서, 상기 스위칭 소자는 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 전계 효과 트랜지스터의 소스는 이웃한 전계 효과 트랜지스터와 공유할 수 있다.In such a magnetic memory element, the switching element is a field effect transistor, and the source of the field effect transistor can be shared with neighboring field effect transistors.

상기 스토리지 노드는 2개의 MTJ를 포함할 수 있다.The storage node may include two MTJs.

상기 2개의 MTJ는 순차적으로 적층되고, 서로 독립된 것일 수 있다.The two MTJs may be sequentially stacked and independent of each other.

상기 스토리지 노드에 2개의 비트라인이 연결되고, 상기 스토리지 노드는 상기 2개의 비트라인 사이에 구비될 수 있다.Two bit lines are connected to the storage node, and the storage node may be provided between the two bit lines.

일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 동작방법은 스위칭 소자와, 이에 연결된 스토리지 노드를 포함하는 자기 메모리 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 스토리지 노드는 서로 반대되는 제1 및 제2 비트 데이터가 기록되는 자성노드를 포함하고, 상기 2개의 비트 데이터 중 하나가 기록되는 상기 자성노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 2개의 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 상기 자성노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일하며, 서로 다른 두 경로를 통해 상기 자성 노드에 동작 전류를 인가하는 과정을 포함한다.A method of operating a magnetic memory device according to an embodiment is a method of operating a magnetic memory device including a switching element and a storage node connected thereto, wherein the storage nodes are magnetic in which first and second bit data opposite to each other are recorded. A stacking order of layers comprising a node and forming part of the magnetic node in which one of the two bit data is recorded, and a stacking order of layers forming the other of the magnetic node in which the other one of the two bit data is recorded. It includes the process of applying an operating current to the magnetic node through two different and identical paths.

이러한 동작방법에서, 상기 동작 전류는 상기 자성 노드에 데이터를 기록하기 위한 쓰기 전류 또는 상기 자성 노드로부터 데이터를 읽기 위한 읽기 전류일 수 있다.In this operating method, the operating current may be a write current for writing data to the magnetic node or a read current for reading data from the magnetic node.

일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 제조방법은 기판에 스위칭 소자를 형성하는 과정, 상기 스위칭 소자에 연결되고, 서로 반대되는 제1 및 제2 비트 데이터가 기록되는 스토리지 노드를 형성하는 과정 및 상기 스토리지 노드에 연결되는 제1 및 제2 비트라인을 형성하는 과정을 포함하고, 상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 하나가 기록되는 상기 스토리지 노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 상기 스토리지 노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일하다.A method of manufacturing a magnetic memory device according to an embodiment includes a process of forming a switching device on a substrate, a process of forming a storage node connected to the switching devices, and recording first and second bit data opposite to each other, and the storage And forming first and second bit lines connected to a node, and stacking order of layers constituting a part of the storage node in which one of the first and second bit data is recorded, and the first and second bit lines. The stacking order of the layers constituting the rest of the storage node in which the other one of the bit data is recorded is the same.

이러한 제조방법에서, 상기 스토리지 노드를 형성하는 과정은,In this manufacturing method, the process of forming the storage node,

상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 하나가 기록되는 제1 MTJ를 형성하는 과정과, 상기 제1 MTJ 상에 상기 스위칭 소자에 연결되는 도전성 패드층을 형성하는 과정과, 상기 도전성 패드층 상에 상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 제2 MTJ를 형성하는 과정을 포함할 수 있다.Forming a first MTJ in which one of the first and second bit data is recorded; forming a conductive pad layer connected to the switching element on the first MTJ; and on the conductive pad layer. And forming a second MTJ in which the other of the first and second bit data is recorded.

상기 제1 및 제2 비트라인 중 하나는 상기 제1 MTJ 아래에 형성하고, 나머지는 상기 제2 MTJ 위에 형성할 수 있다.One of the first and second bit lines may be formed under the first MTJ, and the other may be formed on the second MTJ.

상기 제1 및 제2 비트라인 사이에 상기 스위칭 소자에 연결되는 배선을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 배선은 상기 제1 및 제2 비트라인 아래에 형성할 수도 있다.A process of forming a wire connected to the switching element between the first and second bit lines may be further included. In this case, the wiring may be formed below the first and second bit lines.

일 실시예에 의한 자기 메모리 소자는 단위 셀에 2개의 MTJ를 적층하여 구비한다. 적층된 2개의 MTJ의 저항차이를 측정하여 데이터를 읽는다. 따라서 기존에 하나의 MTJ의 On 상태 저항과 Off 상태 저항의 차이를 이용할 때보다 2배의 센싱 마진을 확보할 수 있다. 또한, 2개의 MTJ는 수직으로 적층되기 때문에, 자기 메모리 소자의 면적 증가없이 센싱 마진을 높일 수 있다.The magnetic memory device according to an embodiment is provided by stacking two MTJs in a unit cell. Read the data by measuring the resistance difference between the two stacked MTJs. Therefore, it is possible to secure a sensing margin twice that of a conventional MTJ on-state resistance and off-state resistance. In addition, since the two MTJs are vertically stacked, the sensing margin can be increased without increasing the area of the magnetic memory element.

도 1은 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 구조를 나타낸 입체도이다.
도 2는 다른 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 구조를 나타낸 입체도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 자기 메모리 소자를 포함하는 메모리의 레이아웃(layout)이다.
도 4는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 셀 어레이이다.
도 5는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 쓰기방법을 설명하기 위한 어레이이다.
도 6은 다른 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 쓰기방법을 설명하기 위한 어레이이다.
도 7은 도 5의 기록방법에서 제1 및 제2 MTJ의 자화상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 6의 기록방법에서 제1 및 제2 MTJ의 자화상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 읽기 방법을 설명하기 위한 어레이를 보여준다.
도 10은 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 3을 10-10'방향으로 절개한 단면도이다.
도 11은 도 10의 트랜지스터를 대체할 수 있는 다른 트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
1 is a three-dimensional view showing the structure of a magnetic memory device according to an embodiment.
2 is a three-dimensional view showing the structure of a magnetic memory device according to another embodiment.
3 is a layout of a memory including the magnetic memory device of FIG. 1 or 2.
4 is a cell array of a magnetic memory device according to an embodiment.
5 is an array for explaining a method of writing a magnetic memory device according to an embodiment.
6 is an array for explaining a method of writing a magnetic memory device according to another embodiment.
7 is a cross-sectional view showing a magnetization state of the first and second MTJ in the recording method of FIG. 5.
8 is a cross-sectional view showing a magnetization state of the first and second MTJ in the recording method of FIG. 6.
9 shows an array for explaining a method of reading a magnetic memory device according to an embodiment.
10 is a view for explaining a method of manufacturing a magnetic memory device according to an embodiment, and is a cross-sectional view of FIG. 3 taken along a 10-10' direction.
11 is a cross-sectional view showing another transistor that can replace the transistor of FIG. 10.

이하, 일 실시예에 의한 증가된 온/오프 비를 갖는 자기 메모리 소자와 그 제조 및 동작 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a magnetic memory device having an increased on/off ratio and a method of manufacturing and operating the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the layers or regions shown in the drawings is exaggerated for clarity of specification.

먼저, 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.First, a magnetic memory device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 입체적 구조를 보여준다. 1 shows a three-dimensional structure of a magnetic memory device according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 게이트 적층물(22+24G) 아래에 드레인(20D)과 소스(20S)가 존재한다. 소스(20S)와 드레인(20D)은 이격되어 있다. 소스(20S)와 드레인(20D) 사이에 게이트 적층물(22+20G)이 위치한다. 게이트 적층물(22+20G)은 게이트 절연막(22)과 게이트 전극(20G)이 순차적으로 적층된 것일 수 있다. 게이트 전극(20G), 소스(20S) 및 드레인(20D)는 라인형태로 구비될 수 있다. 게이트 전극(20G), 소스(20S) 및 드레인(20D)은 트랜지스터를 구성할 수 있다. 이러한 트랜지스터는 스위칭 소자의 한 예에 불과하며, 상기 트랜지스터 대신에 다른 스위칭 소자가 구비될 수도 있다. 게이트 전극(20G) 위쪽에 제1 및 제2 배선(90, 92)이 구비되어 있다. 제1 및 제2 배선(90, 92)은 게이트 전극(20G)과 교차하는 방향으로 구비되어 있다. 제1 및 제2 배선(90, 92)은 제1 및 제2 비트라인일 수 있다. 제1 및 제2 배선(90, 92) 사이에 제1 MTJ(30), 도전성 패드층(32) 및 제2 MTJ(40)가 순차적으로 적층되어 있다. 제2 MTJ(40)는 제1 MTJ(30) 바로 위쪽에 구비될 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 이와 같이 수직으로 적층된 입체적인 구조를 갖는 바, 2개의 MTJ(30, 40)를 구비하더라도 메모리 셀의 면적이 추가로 증가되지는 않는다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 스토리지 노드 혹은 자성노드를 구성할 수 있다. 이러한 스토리지 노드에 패드층(32)이 포함될 수도 있다. 제1 MTJ(30)는 제1 배선(90) 상에 구비되고, 제1 MTJ(30)의 핀드층(30p)은 제1 배선(90)과 직접 접촉될 수 있다. 제2 MTJ(40)는 제2 배선(92) 아래에 위치한다. 제2 배선(92)은 제2 MTJ(40)의 자유층(40f)과 직접 접촉될 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 서로 독립적으로 구비되어 있다. 패드층(32)은 제1 MTJ(30)의 자유층(30f)과 접촉되고, 제2 MTJ(40)의 핀드층(40p)과 접촉된다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)은 핀드층(30p, 40p), 터널링막(30t, 40t) 및 자유층(30f, 40f)이 순차적으로 적층되어 구성된 것으로, 층 구성을 동일할 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에는 반대되는 비트(데이터)가 기록될 수 있다. 곧, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 층 구성은 동일한 상태에서 각각에는 반대 방향으로 동작전류, 예컨대 쓰기 전류가 인가될 수 있다. 따라서 제1 MTJ(30)에 예를 들어 1(or 0)이 기록될 경우, 제2 MTJ(40)에는 0(or 1)이 기록된다. 패드층(32)은 도전성 플러그(24)을 통해서 드레인(20D)과 연결된다. 수직 방향의 위치가 제1 및 제2 배선(90, 92) 사이에 해당되는 위치에 제3 배선(94)이 구비되어 있다. 제3 배선(94)은 패드층(32)과 같은 높이에 구비될 수 있다. 제3 배선(94)은 도전성 플러그(26)를 통해서 소스(20S)에 연결된다.Referring to FIG. 1, a drain 20D and a source 20S exist under the gate stack 22+24G. The source 20S and the drain 20D are spaced apart. The gate stack 22+20G is positioned between the source 20S and the drain 20D. In the gate stack 22+20G, the gate insulating layer 22 and the gate electrode 20G may be sequentially stacked. The gate electrode 20G, the source 20S, and the drain 20D may be provided in a line form. The gate electrode 20G, the source 20S, and the drain 20D may constitute a transistor. Such a transistor is only an example of a switching element, and other switching elements may be provided instead of the transistor. First and second wirings 90 and 92 are provided on the gate electrode 20G. The first and second wirings 90 and 92 are provided in a direction crossing the gate electrode 20G. The first and second wirings 90 and 92 may be first and second bit lines. The first MTJ 30, the conductive pad layer 32 and the second MTJ 40 are sequentially stacked between the first and second wirings 90 and 92. The second MTJ 40 may be provided immediately above the first MTJ 30. Since the first and second MTJs 30 and 40 have a vertically stacked three-dimensional structure, even if two MTJs 30 and 40 are provided, the area of the memory cell is not further increased. The first and second MTJs 30 and 40 may constitute a storage node or a magnetic node. The pad layer 32 may be included in the storage node. The first MTJ 30 is provided on the first wiring 90, and the pinned layer 30p of the first MTJ 30 may be in direct contact with the first wiring 90. The second MTJ 40 is located under the second wiring 92. The second wiring 92 may directly contact the free layer 40f of the second MTJ 40. The first and second MTJs 30 and 40 are provided independently of each other. The pad layer 32 is in contact with the free layer 30f of the first MTJ 30 and is in contact with the pinned layer 40p of the second MTJ 40. The first and second MTJs 30 and 40 are formed by sequentially stacking the pinned layers 30p and 40p, the tunneling films 30t and 40t, and the free layers 30f and 40f, and may have the same layer configuration. . Opposing bits (data) may be written to the first and second MTJs 30 and 40. In other words, the layer configurations of the first and second MTJs 30 and 40 may be applied with operating currents, for example, write currents, in opposite directions to each other in the same state. Therefore, when 1 (or 0) is recorded in the first MTJ 30, for example, 0 (or 1) is recorded in the second MTJ 40. The pad layer 32 is connected to the drain 20D through the conductive plug 24. The third wiring 94 is provided at a position where the vertical position corresponds between the first and second wirings 90 and 92. The third wiring 94 may be provided at the same height as the pad layer 32. The third wiring 94 is connected to the source 20S through the conductive plug 26.

도 2는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 다른 입체적 구조를 보여준다. 도 1과 다른 부분에 대해서만 설명한다. 설명되지 않은 나머지 부분은 도 1과 동일할 수 있다.2 shows another three-dimensional structure of a magnetic memory device according to an embodiment. Only parts different from those in FIG. 1 will be described. The remaining part not described may be the same as FIG. 1.

도 2를 참조하면, 제3 배선(94)의 위치가 도 1과 다르다. 곧, 제3 배선(94)은 제1 배선(90)보다 낮은 위치에 구비된다. 도 1과 도 2에서 소스(20s)는 인접한 두 트랜지스터에 공유된다.Referring to FIG. 2, the position of the third wiring 94 is different from that of FIG. 1. That is, the third wiring 94 is provided at a lower position than the first wiring 90. In Figures 1 and 2, the source 20s is shared by two adjacent transistors.

도 3은 도 1 또는 도 2의 자기 메모리 소자를 포함하는 레이아웃(layout)을 보여준다.3 shows a layout including the magnetic memory device of FIG. 1 or 2.

도 3을 참조하면, 제1 및 제2 배선(90, 92)(제1 및 제2 비트라인)은 게이트 전극(20G), 곧 워드라인과 수직으로 교차한다. 그리고 게이트 전극(20G)과 소스(20S), 곧 소스 라인은 평행하다. 참조번호 20은 인접한 2개의 트랜지스터를 나타낸다. 인접한 2개의 트랜지스터(20)는 소스(20S)를 공유한다.Referring to FIG. 3, the first and second wirings 90 and 92 (first and second bit lines) vertically cross the gate electrode 20G, that is, the word line. And the gate electrode 20G and the source 20S, that is, the source line are parallel. Reference numeral 20 denotes two adjacent transistors. Two adjacent transistors 20 share the source 20S.

도 4는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 셀 어레이를 보여준다.4 shows a cell array of a magnetic memory device according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 복수의 트랜지스터(T1)가 행렬로 배열되어 있다. 각 트랜지스터(T1)는 소스는 소스라인(SL)에 연결되고, 게이트는 워드라인(WL)에 연결된다. 각 트랜지스터(T1)에 2개의 MTJ(30, 40)가 배치되어 있다. 2개의 MTJ(30, 40)는 이격되어 있고, 트랜지스터(T1)의 드레인은 2개의 MTJ(30, 40) 사이에서 양쪽 MTJ(30, 40)에 연결된다. 2개의 MTJ(30, 40) 중 제1 MTJ(30)는 제1 비트라인(BL1)에 연결되고, 제2 MTJ(40)는 제2 비트라인(BL2)에 연결된다.Referring to FIG. 4, a plurality of transistors T1 are arranged in a matrix. Each transistor T1 has a source connected to a source line SL and a gate connected to a word line WL. Two MTJs 30 and 40 are arranged in each transistor T1. The two MTJs 30 and 40 are spaced apart, and the drain of the transistor T1 is connected to both MTJs 30 and 40 between the two MTJs 30 and 40. The first MTJ 30 of the two MTJs 30 and 40 is connected to the first bit line BL1, and the second MTJ 40 is connected to the second bit line BL2.

다음에는 도 5 및 도 6을 참조하여 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 동작방법을 설명한다.Next, an operation method of a magnetic memory device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 제1 기록방법(제1 쓰기방법)을 설명하는데 사용되는 어레이를 보여준다. 도 5에서는 편의 상 2개의 단위 메모리 셀만 도시한다.5 shows an array used to describe the first recording method (first writing method). In FIG. 5, for convenience, only two unit memory cells are illustrated.

도 5를 참조하면, 데이터를 기록하려 하는 선택된 메모리 셀(95)에 연결된 소스라인(SL)과 비트라인들(BL1, BL2) 사이에 전위차를 형성한다. 곧, 소스라인(SL)에 0V, 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)에 제1 쓰기전압(Vw)을 인가한다. 또한 선택된 메모리 셀(95)의 트랜지스터(23)에 연결된 워드라인(WL)에는 구동전압(VDD)이 인가되어 트랜지스터(23)는 턴온 상태가 된다. 이에 따라 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)에서 제1 및 제2 MTJ(30, 40)와 트랜지스터(23)를 지나 소스라인(SL)으로 제1 및 제2 전류(I1, I2)가 흐른다. 제1 MTJ(30)를 통과하는 제1 전류(I1)의 양은 제2 MTJ(40)를 통과하는 제2 전류(I2)의 양과 동일할 수 있다. 그러나 제1 및 제2 MTJ(30, 40)를 통과하는 제1 및 제2 전류(I1, I2)의 방향은 반대이다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 층구성이 동일한 상태에서 제1 및 제2 전류(I1, I2)의 방향이 반대이므로, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에는 서로 반대되는 비트 데이터가 기록될 수 있다. 예컨대, 제1 전류(I1)에 의해 제1 MTJ(30)의 자유층의 자화방향은 핀드층의 자화 방향과 동일한 방향이 될 수 있고, 따라서 제1 MTJ(30)는 상대적으로 저항이 작은 상태(비트 데이터 "1"에 해당)가 된다. 반면, 제2 전류(I2)에 의해 제2 MTJ(40)의 자유층의 자화 방향은 핀드층의 자화 방향과 반대가 될 수 있고, 따라서 제2 MTJ(40)는 상대적으로 저항이 큰 상태(비트 데이터 "0"에 해당)가 된다. 제1 MTJ(30)의 상대적으로 저항이 작은 상태를 비트 데이터 "1"(또는 "0")이 기록된 것으로 간주하고, 제2 MTJ(40)의 상대적으로 저항이 큰 상태는 비트 데이터 "0"(또는 "1")이 기록된 것으로 간주할 수 있다.Referring to FIG. 5, a potential difference is formed between the source line SL and the bit lines BL1 and BL2 connected to the selected memory cell 95 to write data. That is, 0 V is applied to the source line SL, and the first write voltage Vw is applied to the first and second bit lines BL1 and BL2. In addition, a driving voltage VDD is applied to the word line WL connected to the transistor 23 of the selected memory cell 95, so that the transistor 23 is turned on. Accordingly, the first and second currents I1 and I2 are passed from the first and second bit lines BL1 and BL2 to the source line SL after the first and second MTJs 30 and 40 and the transistor 23. Flows. The amount of the first current I1 passing through the first MTJ 30 may be the same as the amount of the second current I2 passing through the second MTJ 40. However, the directions of the first and second currents I1 and I2 passing through the first and second MTJs 30 and 40 are opposite. Since the directions of the first and second currents I1 and I2 are opposite when the first and second MTJs 30 and 40 have the same layer configuration, the first and second MTJs 30 and 40 are opposite to each other. Bit data can be recorded. For example, the magnetization direction of the free layer of the first MTJ 30 by the first current I1 may be the same direction as the magnetization direction of the pinned layer, so the first MTJ 30 has a relatively low resistance. (Corresponding to bit data "1"). On the other hand, the magnetization direction of the free layer of the second MTJ 40 may be opposite to the magnetization direction of the pinned layer by the second current I2, so the second MTJ 40 has a relatively large resistance ( Bit data "0"). Bit data "1" (or "0") is regarded as a state in which the first MTJ 30 has a relatively low resistance, and bit data "0" in a state where the second MTJ 40 has a relatively high resistance. "(Or "1") can be regarded as recorded.

도 6은 제2 기록방법(제2 쓰기방법)을 설명하는데 사용되는 어레이를 보여준다. 도 6에서 편의 상 2개의 단위 메모리 셀만 도시한다. 도 5의 제1 기록방법과 다른 부분만 설명한다.Fig. 6 shows an array used to describe the second recording method (second writing method). For convenience, only two unit memory cells are illustrated in FIG. 6. Only parts different from the first recording method in FIG. 5 will be described.

도 6을 참조하면, 소스라인(SL)에 0V가 인가하고, 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)에 제2 쓰기 전압(-Vw)을 인가한다. 이에 따라 소스 라인(SL)에서 선택된 트랜지스터(23)와 제1 및 제2 MTJ(30, 40)를 각각 통과하여 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)으로 흐르는 제3 및 제4 전류(I3,I4)가 발생된다. 제3 및 제4 전류(I3, I4)의 양은 동일할 수 있다. 그러나 제1 MTJ(30)를 통과하는 제3 전류(I3)의 방향과 제2 MTJ(40)를 통과하는 제4 전류(I4)의 방향은 반대이다. 이러한 제3 및 제4 전류(I3, I4)에 의해 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 저항 상태는 도 5의 경우와 반대가 될 수 있다. 곧, 제1 MTJ(30)는 상대적으로 저항이 큰 상태가 되고, 제2 MTJ(40)는 상대적으로 저항이 작은 상태가 된다. 따라서 도 6의 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에 기록되는 비트 데이터는 도 5의 제1 및 제2 MTJ(30,40)에 기록되는 비트 데이터와 반대가 될 수 있다.Referring to FIG. 6, 0V is applied to the source line SL and a second write voltage (-Vw) is applied to the first and second bit lines BL1 and BL2. Accordingly, the third and fourth currents flowing through the transistor 23 and the first and second MTJs 30 and 40 selected from the source line SL to the first and second bit lines BL1 and BL2, respectively. I3, I4) are generated. The amounts of the third and fourth currents I3 and I4 may be the same. However, the direction of the third current I3 passing through the first MTJ 30 and the direction of the fourth current I4 passing through the second MTJ 40 are opposite. The resistance states of the first and second MTJs 30 and 40 may be reversed from those of FIG. 5 by the third and fourth currents I3 and I4. That is, the first MTJ 30 is in a relatively high resistance state, and the second MTJ 40 is in a relatively small resistance state. Accordingly, the bit data recorded in the first and second MTJs 30 and 40 of FIG. 6 may be opposite to the bit data recorded in the first and second MTJs 30 and 40 of FIG. 5.

도 7은 도 5의 제1 기록방법에서 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 저항 상태를 보여준다.7 shows resistance states of the first and second MTJs 30 and 40 in the first recording method of FIG. 5.

도 7을 참조하면, 제1 전류(I1)에 의해 제1 MTJ(30)의 자유층(30f)의 자화방향은 핀드층(30p)의 자화방향과 동일하게 된다. 따라서 제1 MTJ(30)의 저항은 상대적으로 작게 된다(On 저항 상태). 또한, 제1 전류(I1)와 반대 방향으로 제2 전류(I2)가 제2 MTJ(40)를 통과하면서 제2 MTJ(40)의 자유층(40f)의 자화방향은 핀드층(40p)의 자화방향과 반대가 된다. 다라서 제2 MTJ(40)의 저항은 상대적으로 크게 된다(Off 저항 상태).Referring to FIG. 7, the magnetization direction of the free layer 30f of the first MTJ 30 is the same as the magnetization direction of the pinned layer 30p by the first current I1. Therefore, the resistance of the first MTJ 30 becomes relatively small (On resistance state). In addition, the magnetization direction of the free layer 40f of the second MTJ 40 while the second current I2 passes through the second MTJ 40 in the direction opposite to the first current I1 is the pinned layer 40p. It is opposite to the magnetization direction. Therefore, the resistance of the second MTJ 40 becomes relatively large (Off resistance state).

도 8은 도 6의 제2 기록방법에서 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 저항 상태를 보여준다.8 shows resistance states of the first and second MTJs 30 and 40 in the second recording method of FIG. 6.

도 8을 참조하면, 제1 전류(I1)와 반대 방향인 제3 전류(I3)가 제1 MTJ(30)를 통과하면서 제1 MTJ(30)의 자유층(30f)의 자화방향은 핀드층(30p)의 자화방향과 반대가 된다. 따라서 제1 MTJ(30)의 저항은 상대적으로 크게 된다(Off 저항 상태). 제2 전류(I2)와 반대 방향인 제4 전류(I4)가 제2 MTJ(40)를 통과하면서 제2 MTJ(40)의 자유층(40f)의 자화방향은 핀드층(40p)의 자화방향과 동일하게 된다. 따라서 제2 MTJ(40)의 저항은 상대적으로 작게 된다(On 저항 상태).Referring to FIG. 8, while the third current I3 opposite to the first current I1 passes through the first MTJ 30, the magnetization direction of the free layer 30f of the first MTJ 30 is a pinned layer. It is opposite to the magnetization direction of (30p). Therefore, the resistance of the first MTJ 30 becomes relatively large (Off resistance state). The magnetization direction of the free layer 40f of the second MTJ 40 is the magnetization direction of the pinned layer 40p while the fourth current I4 opposite to the second current I2 passes through the second MTJ 40. Will be the same as Therefore, the resistance of the second MTJ 40 becomes relatively small (On resistance state).

이와 같이, 어떤 경우던지, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 서로 반대되는 비트 데이터가 기록되어 어느 한 MTJ는 On 저항 상태가 되고, 나머지는 Off 저항 상태가 되므로, 제1 및 제2 MTJ(30, 40) 사이의 저항차는 크게 된다.As such, in any case, the first and second MTJs 30 and 40 are bit data opposite to each other, so that one MTJ is turned on and the other is turned off, so the first and second MTJs The resistance difference between MTJs 30 and 40 becomes large.

도 9는 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자의 동작방법(읽기 방법)을 설명하기 위한 어레이를 보여준다. 편의 상, 도 9에는 2개의 단위 메모리 셀만 도시한다.9 illustrates an array for explaining a method (read method) of a magnetic memory device according to an embodiment. For convenience, only two unit memory cells are shown in FIG. 9.

도 9를 참조하면, 소스라인(SL)에 0V를 인가하고, 선택된 메모리 셀(95)에 연결된 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)에만 동작전압(읽기전압)(Vr)을 인가한다. 이에 따라 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)과 소스라인(SL) 사이에 전위차가 형성되고, 제1 및 제2 비트라인(BL1, BL2)에서 소스라인(SL) 방향으로 제5 및 제6 전류(I5, I6)가 흐른다. 제5 및 제6 전류(I5, I6)은 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에 기록된 데이터를 읽기 위한 동작전류이다. 제5 및 제6 전류(I5, I6)는 제1 내지 제4 전류(I1-I4)보다 작다. 따라서 제5 및 제6 전류(I5, I6)가 제1 및 제2 MTJ(30, 40)을 통과하더라도 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 저항상태는 달라지지 않는 바, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에 기록된 데이터는 그대로 유지된다.Referring to FIG. 9, 0 V is applied to the source line SL and an operating voltage (read voltage) Vr is applied only to the first and second bit lines BL1 and BL2 connected to the selected memory cell 95. . Accordingly, a potential difference is formed between the first and second bit lines BL1 and BL2 and the source line SL, and the fifth and the second and third bit lines BL1 and BL2 are directed to the source line SL. The sixth currents I5 and I6 flow. The fifth and sixth currents I5 and I6 are operating currents for reading data recorded in the first and second MTJs 30 and 40. The fifth and sixth currents I5 and I6 are smaller than the first to fourth currents I1-I4. Therefore, even though the fifth and sixth currents I5 and I6 pass through the first and second MTJs 30 and 40, the resistance states of the first and second MTJs 30 and 40 do not change. The data recorded in the second MTJ 30, 40 is retained.

제1 MTJ(30)를 통과한 전류와 제2 MTJ(40)를 통과한 전류는 각 MTJ의 저항 상태에 따라 다를 것이므로, 이를 센싱하여 제1 및 제2 MTJ(30, 40)에 기록된 데이터를 구분할 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)를 통과한 전류를 측정함으로써, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)의 저항차이를 측정할 수 있다. 이와 같이 온 저항 상태의 한 MTJ와 오프 저항 상태의 다른 MTJ 사이의 저항차이를 직접 측정하여 데이터를 읽기 때문에, 한 개의 MTJ의 온 저항과 오프 저항을 측정한 후, 측정값을 상기 온 저항과 오프 저항 사이에 있는 기준값과 비교하여 데이터를 읽는 기존의 경우에 비해 센싱 마진은 2배로 증가될 수 있다. 또한 전류 센스 증폭기(current sense amplifier)를 이용함으로써, 고속 읽기동작이 가능하다.Since the current passing through the first MTJ 30 and the current passing through the second MTJ 40 will be different depending on the resistance state of each MTJ, data sensed and recorded in the first and second MTJs 30 and 40 Can be distinguished. By measuring the current passing through the first and second MTJs 30 and 40, the difference in resistance between the first and second MTJs 30 and 40 can be measured. Since the data is read by directly measuring the difference in resistance between one MTJ in the on-resistance state and another MTJ in the off-resistance state, after measuring the on-resistance and off-resistance of one MTJ, the measured values are turned on and off. The sensing margin can be doubled compared to the conventional case of reading data compared to a reference value between resistors. Also, by using a current sense amplifier, a high-speed read operation is possible.

다음에는 도 10을 참조하여 일 실시예에 의한 자기 메모리 소자(MRAM)의 제조방법을 설명한다. 도 10은 도 3을 10-10'방향으로 절개한 단면을 보여준다.Next, a method of manufacturing a magnetic memory device (MRAM) according to an embodiment will be described with reference to FIG. 10. FIG. 10 shows a cross-section of FIG. 3 taken in a 10-10' direction.

도 10을 참조하면, 기판(10)의 일부 영역 상에 게이트 적층물(70)을 형성한다. 기판(10)을 소정의 불순물이 도핑된 반도체 기판일 수 있다. 예를 들면 실리콘 기판일 수 있다. 게이트 적층물(70)은 게이트 절연막과 게이트 전극을 순차적으로 적층한 것을 포함할 수 있다. 게이트 적층물(70) 양측의 기판(10)에 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74)을 형성한다. 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74)은 도전성 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 도전성 불순물은 기판(10)에 도핑된 것과 반대되는 타입일 수 있다. 예컨대, 기판(10)에 p형 불순물이 도핑되었다면, 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74)은 n형 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74) 중 하나는 소스 영역(소스 라인), 나머지는 드레인 영역일 수 있다. 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74)과 게이트 적층물(70)과 기판(10)은 전계 효과 트랜지스터를 구성할 수 있다. 제1기판(10) 상에 상기 전계 효과 트랜지스터를 덮는 제1 층간 절연층(76)을 형성한다. 제1 층간 절연층(76)은 BPSG, 실리콘 산화막 등과 같은 알려진 물질로 형성할 수 있다. 제1 층간 절연층(76) 상에 제1 배선(90)을 형성한다. 제1 배선(90) 상에 제1 MTJ(30)를 형성한다. 이어서 제1 배선(90)을 덮고 제1 MTJ(30)를 둘러싸는 제2 층간 절연층(80)을 형성한다. 제2 층간 절연층(80)은 제1 층간 절연층(76)과 동일할 수 있다. 제1 MTJ(30) 상에 도전성 패드층(32)을 형성한다. 패드층(32)은 제1 불순물 영역(72)에 연결될 수 있다. 제2 층간 절연층(80) 상에 패드층(32)을 둘러싸는 제3 층간 절연층(82)을 형성한다. 제3 층간 절연층(82)은 제1 층간 절연층(76)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 패드층(32) 상에 제2 MTJ(40)를 형성한다. 이때, 제2 MTJ(40)는 제1 MTJ(30) 바로 위에 위치하도록 형성할 수 있다. 이렇게 해서, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 수직으로 적층된 구조가 된다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 각각 독립적이다. 제2 MTJ(40)는 제1 MTJ(30)와 동일한 층 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 제2 MTJ(40)는 핀드층, 터널링막 및 자유층을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있는데, 제1 MTJ(30)도 동일한 층 구성을 갖도록 형성할 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 하나의 스토리지 노드를 구성할 수 있다. 이때, 패드층(32)도 상기 하나의 스토리지 노드에 포함될 수 있다. 제1 및 제2 MTJ(30, 40)는 자성층들을 포함하므로, 제1 및 제2 MTJ(30, 40)를 포함하여 구성되는 스토리지 노드는 자성노드로 간주할 수도 있다. 제3 층간 절연층(82) 상에 제2 MTJ(40)를 둘러싸는 제4 층간 절연층(84)을 형성한다. 제4 층간 절연층(84)은 제3 층간 절연층(82)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 제4 층간 절연층(84) 상에 제3 배선(92)을 형성한다. 제3 배선(92)은 제2 MTJ(40)의 상부면과 접촉되도록 형성한다.Referring to FIG. 10, a gate stack 70 is formed on a portion of the substrate 10. The substrate 10 may be a semiconductor substrate doped with a predetermined impurity. For example, it may be a silicon substrate. The gate stack 70 may include a stack of a gate insulating film and a gate electrode sequentially. First and second impurity regions 72 and 74 are formed on the substrate 10 on both sides of the gate stack 70. The first and second impurity regions 72 and 74 may be formed by ion implantation of conductive impurities. At this time, the conductive impurities may be of the opposite type to that doped to the substrate 10. For example, if the substrate 10 is doped with p-type impurities, the first and second impurity regions 72 and 74 may be formed by ion implantation of n-type impurities. One of the first and second impurity regions 72 and 74 may be a source region (source line) and the other may be a drain region. The first and second impurity regions 72 and 74, the gate stack 70 and the substrate 10 may constitute a field effect transistor. A first interlayer insulating layer 76 covering the field effect transistor is formed on the first substrate 10. The first interlayer insulating layer 76 may be formed of a known material such as BPSG or silicon oxide film. The first wiring 90 is formed on the first interlayer insulating layer 76. The first MTJ 30 is formed on the first wiring 90. Subsequently, a second interlayer insulating layer 80 covering the first wiring 90 and surrounding the first MTJ 30 is formed. The second interlayer insulating layer 80 may be the same as the first interlayer insulating layer 76. The conductive pad layer 32 is formed on the first MTJ 30. The pad layer 32 may be connected to the first impurity region 72. A third interlayer insulating layer 82 surrounding the pad layer 32 is formed on the second interlayer insulating layer 80. The third interlayer insulating layer 82 may be formed of the same material as the first interlayer insulating layer 76. The second MTJ 40 is formed on the pad layer 32. At this time, the second MTJ 40 may be formed to be located directly above the first MTJ 30. In this way, the first and second MTJs 30 and 40 are vertically stacked. The first and second MTJs 30, 40 are each independent. The second MTJ 40 may be formed to have the same layer structure as the first MTJ 30. For example, the second MTJ 40 may be formed by sequentially stacking a pinned layer, a tunneling film, and a free layer, and the first MTJ 30 may also be formed to have the same layer configuration. The first and second MTJs 30 and 40 may constitute one storage node. At this time, the pad layer 32 may also be included in the one storage node. Since the first and second MTJs 30 and 40 include magnetic layers, a storage node including the first and second MTJs 30 and 40 may be regarded as a magnetic node. A fourth interlayer insulating layer 84 surrounding the second MTJ 40 is formed on the third interlayer insulating layer 82. The fourth interlayer insulating layer 84 may be formed of the same material as the third interlayer insulating layer 82. The third wiring 92 is formed on the fourth interlayer insulating layer 84. The third wiring 92 is formed to contact the upper surface of the second MTJ 40.

한편, 기판(10), 제1 및 제2 불순물 영역(72, 74), 게이트 적층물(70)로 이루어지는 트랜지스터는 도 11에 도시한 바와 같이 소스/드레인이 채널층 위에 구비된 트랜지스터로 대체될 수도 있다.On the other hand, the transistor formed of the substrate 10, the first and second impurity regions 72 and 74, and the gate stack 70 is replaced by a transistor provided with a source/drain on the channel layer as shown in FIG. It might be.

도 11을 참조하면, 기판(100) 상에 채널층(102)이 존재하고, 채널층(102) 상에 이격된 제1 및 제2 전극(104, 106)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 전극(104, 106) 중 하나는 소스 전극, 나머지는 드레인 전극일 수 있다. 제1 및 제2 전극(104, 106) 사이의 채널층(102) 상에 게이트 절연막(108)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(108) 상에는 게이트 전극(110)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 11, a channel layer 102 is present on the substrate 100, and first and second electrodes 104 and 106 spaced apart from the channel layer 102 are formed. One of the first and second electrodes 104 and 106 may be a source electrode and the other may be a drain electrode. The gate insulating layer 108 is formed on the channel layer 102 between the first and second electrodes 104 and 106, and the gate electrode 110 is formed on the gate insulating layer 108.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.Although many matters are specifically described in the above description, they should be interpreted as examples of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

10, 100:기판 20:인접한 2개의 트랜지스터
20D:드레인 20G, 110:게이트 전극
20S:소스 22, 108:게이트 절연막
23:선택된 메모리 셀의 트랜지스터
24, 26:도전성 플러그 30, 40:제1 및 제2 MTJ
30f, 40f:자유층 30p,40p:핀드층
30t, 40t:터널링막 32:패드층
70:게이트 적층물 72, 74:제1 및 제2 불순물 영역
76, 80, 82, 84:제1 내지 제4 층간 절연층
90, 92, 94:제1 내지 제3 배선 95:선택된 메모리 셀
102:채널층 104, 106:제1 및 제2 전극
BL1, BL2:제1 및 제2 비트라인 I1-I6:제1 내지 제6 전류
Vw:제1 쓰기전압 -Vw:제2 쓰기전압
SL:소스라인 T1:트랜지스터
WL:워드라인
10, 100: substrate 20: two adjacent transistors
20D: Drain 20G, 110: Gate electrode
20S: source 22, 108: gate insulating film
23: Transistor of the selected memory cell
24, 26: conductive plug 30, 40: first and second MTJ
30f, 40f: free layer 30p, 40p: pinned layer
30t, 40t: Tunneling film 32: Pad layer
70: gate stack 72, 74: first and second impurity regions
76, 80, 82, 84: first to fourth interlayer insulating layers
90, 92, 94: first to third wiring 95: selected memory cell
102: channel layer 104, 106: first and second electrodes
BL1, BL2: first and second bit lines I1-I6: first to sixth currents
Vw: 1st write voltage -Vw: 2nd write voltage
SL: Source line T1: Transistor
WL: Wordline

Claims (15)

스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자에 연결된 스토리지 노드;를 포함하고,
상기 스토리지 노드는 반대되는 2개의 비트가 동시에 기록되는 자성 노드를 포함하고,
상기 2개의 비트 중 하나가 기록되는 상기 자성노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 2개의 비트 중 다른 하나가 기록되는 상기 자성노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일한 자기 메모리 소자.
Switching element; And
Includes; a storage node connected to the switching element,
The storage node includes a magnetic node in which two opposite bits are simultaneously written,
A stacking order of layers constituting a part of the magnetic node in which one of the two bits is written, and a stacking order of layers constituting the rest of the magnetic node in which the other one of the two bits is written are the same as each other.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 전계 효과 트랜지스터이고,
상기 전계 효과 트랜지스터는 이웃한 전계 효과 트랜지스터와 공유하는 소스를 포함하는 자기 메모리 소자.
According to claim 1,
The switching element is a field effect transistor,
The field effect transistor is a magnetic memory device including a source shared with a neighboring field effect transistor.
제 1 항에 있어서,
상기 스토리지 노드는 상기 자성노드로써, 2개의 MTJ를 포함하는 자기 메모리 소자.
According to claim 1,
The storage node is a magnetic node, and a magnetic memory device including two MTJs.
제 3 항에 있어서,
상기 2개의 MTJ는 순차적으로 적층되어 있고, 서로 독립되어 있는 자기 메모리 소자.
The method of claim 3,
The two MTJs are sequentially stacked and are independent of each other.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 스토리지 노드에 2개의 비트라인이 연결되고, 상기 스토리지 노드는 상기 2개의 비트라인 사이에 구비된 자기 메모리 소자.
The method of claim 1 or 3,
Two bit lines are connected to the storage node, and the storage node is a magnetic memory device provided between the two bit lines.
스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 연결된 스토리지 노드를 포함하는 자기 메모리 소자의 동작 방법에 있어서,
상기 스토리지 노드는 서로 반대되는 제1 및 제2 비트 데이터가 기록되는 자성 노드를 포함하고,
상기 2개의 비트 데이터 중 하나가 기록되는 상기 자성노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 2개의 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 상기 자성노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일하며,
서로 다른 두 경로를 통해 상기 자성노드에 동작전류를 인가하는 단계를 포함하는 자기 메모리 소자의 동작방법.
In the operating method of a magnetic memory device comprising a switching element and a storage node connected to the switching element,
The storage node includes magnetic nodes to which first and second bit data opposite to each other are recorded,
The stacking order of the layers constituting a part of the magnetic node in which one of the two bit data is recorded and the stacking order of the layers constituting the rest of the magnetic node in which the other one of the two bit data is recorded are the same,
And applying an operating current to the magnetic node through two different paths.
제 6 항에 있어서,
상기 동작 전류는 상기 자성 노드에 데이터를 기록하기 위한 쓰기 전류인 자기 메모리 소자의 동작방법.
The method of claim 6,
The operating current is a write current for writing data to the magnetic node.
제 6 항에 있어서,
상기 동작 전류는 상기 자성 노드로부터 데이터를 읽기 위한 읽기 전류인 자성 메모리 소자의 동작방법.
The method of claim 6,
The operating current is a read current for reading data from the magnetic node.
제 6 항에 있어서,
상기 스토리지 노드는 순차적으로 적층되고 독립된 2개의 MTJ를 포함하는 자기 메모리 소자의 동작방법.
The method of claim 6,
The storage node is sequentially stacked and operating method of a magnetic memory device including two independent MTJ.
제 9 항에 있어서,
상기 스토리지 노드에 2개의 비트라인이 연결되고, 상기 스토리지 노드는 상기 2개의 비트라인 사이에 구비된 자기 메모리 소자의 동작방법.
The method of claim 9,
A method of operating a magnetic memory device in which two bit lines are connected to the storage node, and the storage node is provided between the two bit lines.
기판에 스위칭 소자를 형성하는 단계;
상기 스위칭 소자에 연결되고, 서로 반대되는 제1 및 제2 비트 데이터가 기록되는 스토리지 노드를 형성하는 단계; 및
상기 스토리지 노드에 연결되는 제1 및 제2 비트라인을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 하나가 기록되는 상기 스토리지 노드의 일부를 이루는 층들의 적층 순서와 상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 상기 스토리지 노드의 나머지를 이루는 층들의 적층순서는 서로 동일한 자기 메모리 소자의 제조방법.
Forming a switching element on the substrate;
Forming a storage node connected to the switching element and having opposite first and second bit data; And
And forming first and second bit lines connected to the storage node.
Stacking order of layers constituting part of the storage node in which one of the first and second bit data is written, and stacking order in layers constituting the rest of the storage node in which the other of the first and second bit data is written Is a manufacturing method of the same magnetic memory device.
제 11 항에 있어서,
상기 스토리지 노드를 형성하는 단계는,
상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 하나가 기록되는 제1 MTJ를 형성하는 단계
상기 제1 MTJ 상에 상기 스위칭 소자에 연결되는 도전성 패드층을 형성하는 단계 및
상기 도전성 패드층 상에 상기 제1 및 제2 비트 데이터 중 다른 하나가 기록되는 제2 MTJ를 형성하는 단계를 포함하는 자기 메모리 소자의 제조방법.
The method of claim 11,
The forming of the storage node may include:
Forming a first MTJ in which one of the first and second bit data is recorded
Forming a conductive pad layer connected to the switching element on the first MTJ; and
And forming a second MTJ on which the other of the first and second bit data is written on the conductive pad layer.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비트라인 중 하나는 상기 제1 MTJ 아래에 형성하고, 나머지는 상기 제2 MTJ 위에 형성하는 자기 메모리 소자의 제조방법.
The method of claim 12,
A method of manufacturing a magnetic memory device, wherein one of the first and second bit lines is formed below the first MTJ, and the other is formed on the second MTJ.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비트라인 사이에 상기 스위칭 소자에 연결되는 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 자기 메모리 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
And forming a wire connected to the switching element between the first and second bit lines.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비트라인 아래에 상기 스위칭 소자에 연결되는 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 자기 메모리 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
And forming wirings connected to the switching elements below the first and second bit lines.
KR1020200061192A 2020-05-21 2020-05-21 Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same Ceased KR20200061330A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200061192A KR20200061330A (en) 2020-05-21 2020-05-21 Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200061192A KR20200061330A (en) 2020-05-21 2020-05-21 Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130016600A Division KR20140102993A (en) 2013-02-15 2013-02-15 Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200061330A true KR20200061330A (en) 2020-06-02

Family

ID=71090567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200061192A Ceased KR20200061330A (en) 2020-05-21 2020-05-21 Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200061330A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7952916B2 (en) Resistance-change memory
US6356477B1 (en) Cross point memory array including shared devices for blocking sneak path currents
US6944048B2 (en) Magnetic random access memory
US6912152B2 (en) Magnetic random access memory
US8902644B2 (en) Semiconductor storage device and its manufacturing method
JP5100514B2 (en) Semiconductor memory
US8199550B2 (en) Magnetic memory device
US20030128580A1 (en) High-density magnetic random access memory device and method of operating the same
US9007821B2 (en) Semiconductor storage device
US8233310B2 (en) Resistance-change memory
JP5277312B2 (en) Semiconductor memory device
US6862210B2 (en) Magnetic random access memory for storing information utilizing magneto-resistive effects
JP3857658B2 (en) Magnetic random access memory
JP2013026600A (en) Semiconductor device and magnetic random access memory
JP2020113702A (en) Resistive random access memory
US9196340B2 (en) Magnetic random access memory having increased on/off ratio and methods of manufacturing and operating the same
US20100002492A1 (en) Resistance change memory
KR100785008B1 (en) Magnetic memory device and data recording method
JP2012256693A (en) Semiconductor storage device
KR20200061330A (en) Magnetic Random Access Memory(MRAM) having increased On/Off ratio and methods of manufacturing and operating the same
US10510392B1 (en) Integrated circuits having memory cells with shared bit lines and shared source lines
US7142447B2 (en) Nonvolatile memory device with variable resistance element
JP2005277189A (en) Magnetic storage device
US11929105B2 (en) Method of fabricating a semiconductor device
KR100680422B1 (en) Magnetoresistive ram

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20200521

Patent event code: PA01071R01D

Filing date: 20130215

Application number text: 1020130016600

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20200611

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R04I

Patent event date: 20200521

Comment text: Divisional Application of Patent

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200618

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20201228

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20200618

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20201228

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20200813

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0601 Decision of rejection after re-examination

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06014S01D

Patent event date: 20210209

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20210127

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06011S01I

Patent event date: 20201228

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20200813

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20200618

X601 Decision of rejection after re-examination
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载