专利名称：不用基准单元进行数据读出的薄膜磁性体存储器的制作方法
专利说明不用基准单元进行数据读出的薄膜磁性体存储器 [发明领域]本发明涉及薄膜磁性体存储器，更特定地说，涉及具有含磁隧道结(MTJ)的存储单元的随机存取存储器。作为能以低功耗进行非易失性的数据存储的存储器，MRAM(磁随机存储器)器件正引人注目。MRAM器件是利用在半导体集成电路中形成的多个薄膜磁性体进行非易失性的数据存储，可以对每个薄膜磁性体进行随机存取的存储器。
特别是，近年来已发表了借助于将利用磁隧道结(MTJ)的薄膜磁性体用作存储单元、MRAM器件的性能得到飞速进步的情况。关于具有含磁隧道结的存储单元的MRAM器件，已在“A 10ns Read and WriteNon-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction andFET Switch in each Cell”(“在每个单元中使用磁隧道结和FET开关的10ns读写非易失性存储器阵列”)，ISSCC Digest of TechnicalPapers，TA7.2，Feb.2000和“Nonvolatile RAM based on MagneticTunnel Junction Elements”(“基于磁隧道结元件的非易失性RAM”)，ISSCC Digest of Technical Papers，TA7.3，Feb.2000等技术文献中公开。
图17是示出具有磁隧道结的存储单元(以下简称为“MTJ存储单元”)的结构的概略图。
参照图17，MTJ存储单元包含其电阻值随磁写入的存储数据的数据电平而变化的隧道磁阻元件TMR和存取晶体管ATR。存取晶体管ATR在写位线WBL与读位线RBL之间与隧道磁阻元件TMR串联连接。作为典型的存取晶体管ATR，可以使用在半导体衬底上形成的场效应晶体管。
对MTJ存储单元，设置了用于在数据写入时分别流过不同方向的数据写入电流的写位线WBL和写数位线WDL、用于指示数据读出的字线WL以及接受数据读出电流的供给的读位线RBL。在数据读出时，响应于存取晶体管ATR的接通，隧道磁阻元件TMR在被设定为接地电压GND的写位线WBL与读位线RBL之间进行电结合。
图18是说明对MTJ存储单元的数据写入工作的原理图。
参照图18，隧道磁阻元件TMR具有有固定了的恒定磁化方向的强磁性体层(以下简称为“固定磁化层”)FL和在与来自外部的施加磁场相应的方向被磁化的强磁性体层(以下简称为“自由磁化层”)VL。在固定磁化层FL与自由磁化层VL之间设置了由绝缘体膜形成的隧道阻挡层(隧道膜)TB。自由磁化层VL根据被写入的存储数据的电平在与固定磁化层FL相同的方向或者在与固定磁化层FL相反(反平行)的方向磁化。磁隧道结由这些固定磁化层FL、隧道阻挡层TB和自由磁化层VL形成。
隧道磁阻元件TMR的电阻随固定磁化层FL和自由磁化层VL各自的磁化方向的相对关系而变化。具体地说，隧道磁阻元件TMR的电阻当固定磁化层FL的磁化方向与自由磁化层VL的磁化方向平行时为最小值Rmin，当两者的磁化方向为反(反平行)方向时为最大值Rmax。
在数据写入时，字线WL被非激活，存取晶体管ATR被关断。在此状态下，用于对自由磁化层VL磁化的数据写入电流在与写入数据电平相应的方向，分别流过写位线WBL和写数位线WDL。
图19是示出进行数据写入的数据写入电流与隧道磁阻元件的磁化方向的关系的原理图。
参照图19，横轴H(EA)表示在隧道磁阻元件TMR内的自由磁化层VL的易磁化轴(EAEasy Axis)方向施加的磁场。另一方面，纵轴H(HA)表示作用在自由磁化层VL的难磁化轴(HAHard Axis)方向的磁场。磁场H(EA)和H(HA)分别对应由分别流过写位线WBL和写数位线WDL的电流而产生的2个磁场的各一方。
在MTJ存储单元中，固定磁化层FL的固定了的磁化方向沿自由磁化层VL的易磁化轴，而自由磁化层VL则根据存储数据的电平(“1”和“0”)，沿易磁化轴方向，在与固定磁化层FL平行或反平行(相反)的方向磁化。MTJ存储单元能够与自由磁化层VL的2个磁化方向相对应地存储1比特的数据(“1”和“0”)自由磁化层VL的磁化方向仅当施加的磁场H(EA)与H(HA)之和达到图中所示的星形特性线的外侧的区域时才能重新改写。即，当施加的数据写入磁场为相当于星形特性线的内侧的区域的强度时，自由磁化层VL的磁化方向不变。
如星形特性线所示，通过对自由磁化层VL施加难磁化轴方向的磁场，可以降低使沿易磁化轴的磁化方向改变所必需的磁化阈值。
如图19所示的例子那样，在设计数据写入时的工作点时，以其强度为HWR的方式来设计作为数据写入对象的MTJ存储单元中易磁化轴方向的数据写入磁场。即，以可得到该数据写入磁场HWR的方式来设计流过写位线WBL或写数位线WDL的数据写入电流的值。一般地说，数据写入磁场HWR以切换磁化方向所必需的开关磁场HSW和裕量ΔH之和表示。即可表示为HWR＝HSW+ΔH。
为了改写MTJ存储单元的存储数据，即隧道磁阻元件TMR的磁化方向，必须在写数位线WDL和写位线WBL两方流过规定电平以上的数据写入电流。据此，隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层VL根据沿易磁化轴(EA)的数据写入磁场的取向，在与固定磁化层FL平行或相反(反平行)的方向磁化。一旦写入隧道磁阻元件TMR的磁化方向，即MTJ存储单元的存储数据，在进行新的数据写入之前的一段时间能非易失性地保存。
图20是说明从MTJ存储单元进行数据读出的原理图。
参照图20，在数据读出时，存取晶体管ATR响应于字线WL的激活而接通。另外，写位线WBL被设定为接地电压GND。据此，隧道磁阻元件TMR在下拉至接地电压GND的状态下与读位线RBL电结合。
在此状态下，当将读位线RBL上拉至规定的电压时，则在包含读位线RBL和隧道磁阻元件TMR的电流路径中通过与隧道磁阻元件TMR的电阻值相应的，即与MTJ存储单元的存储数据的电平相应的存储单元电流Icell。例如，借助于将该存储单元电流Icell与规定的基准电流相比较，可以从MTJ存储单元中读出存储数据。
这样，由于隧道磁阻元件TMR根据可通过施加的数据写入磁场而改写的磁化方向改变其电阻值，所以通过将隧道磁阻元件TMR的电阻值Rmax和Rmin分别与存储数据的电平(“1”和“0”)相对应，能够进行非易失性的数据存储。
这样，在MRAM器件中，可以利用隧道磁阻元件TMR中的对应于不同存储数据电平的结电阻之差(ΔR＝Rmax-Rmin)进行数据存储。
一般地说，在用于进行数据存储的正规的MTJ存储单元之外，设置了用于产生与存储单元电流Icell进行比较的基准电流的基准单元。由基准单元产生的基准电流被设计为分别与MTJ存储单元的2种电阻值Rmax和Rmin对应的2种存储单元电流Icell的中间值。这些基准单元被设计和制作成基本上与正规MTJ存储单元相同。即，基准单元也包含具有磁隧道结的隧道磁阻元件TMR。
但是，隧道磁阻元件TMR的通过电流较大程度地受作为隧道膜用的绝缘膜的膜厚的影响。因此，如果在正规的MTJ存储单元与基准单元之间，与隧道膜的实际膜厚产生了差异，则难以将基准电流设定在可以检测上述那样微小的电流差的电平上，数据读出精度恐怕会降低。
特别是在一般的MTJ存储单元中，根据存储数据电平而产生的电阻差ΔR不会那么大。作为典型，电阻值Rmin停留在Rmax的百分之几十左右。这样，相应于存储数据电平的存储单元电流Icell的变化也不那么大，停留于微安(μA10-6A)的数量级。因此，必须使正规的MTJ存储单元和基准单元的隧道膜厚制造工序高精度化。
但是，当对制造工艺中的隧道膜厚精度从严时，则担心因制造成品率降低等引起的制造成本升高。由于这样的背景，所以正在寻求在不招致制造工序严格化的条件下，基于MTJ存储单元中的上述电阻值差ΔR对MRAM器件高精度地进行数据读出的结构。本发明的目的在于提供不使用基准单元进行高精度的数据读出的薄膜磁性体存储器的结构。
总括起来说，本发明是一种薄膜磁性体存储器，它包括多个存储单元、数据线、读出电流供给电路和数据读出电路。
各存储单元被写入具有第1和第2电平的某一电平的存储数据，在与存储数据相应的方向磁化，并且具有与磁化方向相应的电阻值。数据线在数据读出工作时具有与多个存储单元中的被选择为数据读出对象的选择存储单元电结合的期间。读出电流供给电路对数据线产生与选择存储单元的电阻值相应的电压。数据读出电路根据在选择存储单元具有与数据读出工作前相同的磁化方向的第1状态下的与选择存储单元电耦合的数据线电压和在规定的磁场对选择存储单元作用以后的第2状态下的与选择存储单元电耦合的数据线的电压，生成与选择存储单元的存储数据相应的读出数据。
这种薄膜磁性体存储器无需使用基准单元，只通过对选择存储单元的存取，即基于由包含同一存储单元和数据线等的同一数据读出路径得到的电压之间的比较，就能够进行数据读出。因此，可以避免由构成数据读出路径的各电路在制造上的分散性而引起的偏差等的影响，从而使数据读出工作高精度化。
薄膜磁性体存储器最好还包含用于对多个存储单元中的1个写入存储数据的写入控制电路。选择存储单元在1次数据读出工作中，在第1状态之后由写入控制电路写入规定电平的数据而变为第2状态。写入控制电路在1次数据读出工作中将与生成的读出数据相同电平的存储数据再写入选择存储单元。
这种薄膜磁性体存储器在1次数据读出工作中，在规定电平的数据写入前和写入后分别对选择存储单元进行数据读出，并基于对两者的比较，不利用基准单元即可进行数据读出。另外，由于在1次数据读出工作中将读出数据再写入了选择存储单元，所以能够使选择存储单元的状态复位到数据读出工作前的状态。
另外，写入控制电路最好在再写入进行前的选择存储单元的存储数据与所生成的读出数据的电平相同时，停止再写入。
其结果是可以省略不必要的再写入工作，减小数据读出工作时的消耗电流。
另外，1次数据读出工作最好包括用于得到与第1状态的选择存储单元电耦合的数据线的电压的初始读出工作；对选择存储单元写入规定电平的数据的第1规定写入工作；用于在第1规定写入工作后得到与选择存储单元电耦合的数据线的电压的第1规定读出工作；在第1规定读出工作后基于在初始读出工作和第1规定读出工作中分别得到的数据线的电压以确定读出数据的读出数据确定工作；以及在读出数据确定工作后将与所确定的读出数据同一电平的存储数据再写入选择存储单元的再写入工作。
这种薄膜磁性体存储器在1次数据读出工作中，在规定电平的数据写入前和写入后分别对选择存储单元进行数据读出，并基于对两者的比较，不利用基准单元即可进行数据读出。另外，由于在1次数据读出工作中将读出数据再写入了选择存储单元，所以能够使选择存储单元的状态复位到数据读出工作前的状态。
另外，各存储单元最好与存储数据相应地在沿易磁化轴方向的方向磁化。薄膜磁性体存储器还包含用于对选择存储单元施加具有沿难磁化轴方向的分量的规定的偏置磁场的偏置磁场施加部。选择存储单元在偏置磁场施加时从第1状态变为第2状态。
这种薄膜磁性体存储器无需伴随对选择存储单元进行规定电平的数据写入，无需使用基准单元，只通过对选择存储单元的存取，就能够进行高精度的数据读出。因此，由于不需要向进行数据读出工作的选择存储单元的再写入工作，所以能求得数据读出工作的高速化。
另外，数据读出电路最好包括对与选择存储单元电耦合的数据线的电压与第1节点的电压差进行放大的读出放大器；用于保持第1节点的电压的电压保持部；在第1状态下将读出放大器的输出节点与第1节点进行连接，而在第2状态下使读出放大器的输出节点与第1节点分离的开关电路；以及在第2状态下根据输出节点的电压生成读出数据的读出数据生成电路。
因此，利用读出放大器的负反馈，可以得到与选择存储单元的存储数据相应的数据线电压。其结果是能够抑制由读出放大器产生的偏差，使数据读出进一步高精度化。图1是示出本发明实施例的MRAM器件1的整体结构的概略方框图。
图2是示出用于对存储器阵列10进行数据读出工作和数据写入工作的读出/写入控制电路的实施例1的结构的电路图。
图3是说明实施例1的1次数据读出工作的流程图。
图4是说明初始数据读出工作时的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图5是说明规定写入工作1的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图6是说明规定读出工作1的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图7是说明规定写入工作2的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图8是说明规定读出工作2的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图9是说明数据再写入工作时的读出/写入控制电路的工作的电路图。
图10是说明实施例1的数据读出工作的工作波形图。
图11是说明实施例1的变例的1次数据读出工作的流程图。
图12是说明实施例2的数据读出工作的原理的原理图。
图13是说明图12所示各状态的隧道磁阻元件的磁化方向的原理图。
图14是示出实施例2的读出/写入控制电路的结构的电路图。
图15是说明实施例2的数据读出工作的工作波形图。
图16是示出实施例2的变例的读出/写入控制电路的结构的电路图。
图17是示出MTJ存储单元的结构的概略图。
图18是说明对MTJ存储单元的数据写入工作的原理图。
图19是示出进行数据写入的数据写入电流与隧道磁阻元件的磁化方向的关系的原理图。
图20是说明从MTJ存储单元进行数据读出的原理图。下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。参照图1，本发明的实施例的MRAM器件1响应于来自外部的控制信号CMD和地址信号ADD而进行随机存取，对被选择为数据读出或数据写入对象的存储单元(以下称“选择存储单元”)进行输入数据DIN的写入和输出数据DOUT的读出。
MRAM器件1具有响应于控制信号CMD而控制MRAM器件1的整体工作的控制电路5和包含配置成行列状的MTJ存储单元MC的存储器阵列10。
在存储器阵列10中，分别与MTJ存储单元的行对应地配置了字线WL和写数位线WDL，分别与MTJ存储单元的列对应地配置了位线BL和源线SL。在图1中，示出了作为代表而示出的1个MTJ存储单元MC、与它对应的字线WL、写数位线WDL、位线BL和源线SL的配置。
MRAM器件1还具有用于进行与由地址信号ADD指示的行地址RA相应的行选择的行选择电路20、21，用于根据由地址信号ADD指示的列地址CA进行存储器阵列10的列选择的列译码器25，以及读出/写入控制电路30、35。
读出/写入控制电路30、35统括地表示用于对在存储器阵列10中配置的MTJ存储单元MC进行数据读出工作和数据写入工作的电路组。
另外，下面对信号、信号线和数据等的2值的高电压状态(例如电源电压Vcc)和低电压状态(例如接地电压GND)也分别称为“H电平”和“L电平”。
参照图2，在存储器阵列10中，MTJ存储单元MC配置成行列状。如已说明过的那样，分别与存储单元行对应地配置了字线WL和写数位线WDL，分别与存储单元列对应地配置了位线BL和源线SL。MTJ存储单元MC的每一个都有与图17说明的结构相同的结构，并包含串联连接在对应的位线BL和源线SL之间的隧道磁阻元件TMR和存取晶体管ATR。
如已说明过的那样，隧道磁阻元件TMR具有与磁化方向相应的电阻值。即，在数据读出前，由于各MTJ存储单元中的隧道磁阻元件TMR存储了H电平(“1”)和L电平(“0”)中的某一电平的数据，所以它们沿规定的方向磁化，其电阻值被设定为Rmax和Rmin中的某一个。
各源线SL与接地电压GND耦合。据此，各存取晶体管ATR的源电压被固定为接地电压GND。据此，在对应的字线WL被激活至H电平的选择行，隧道磁阻元件TMR在下拉至接地电压GND的状态下与位线BL连接。
下面对用于进行存储器阵列10的行选择的行选择电路20和21的电路结构进行说明。
行选择电路20和21具有配置于每一存储单元行的行驱动器80。行驱动器80根据表示对应的存储单元行的译码结果的译码信号Rd，控制对应的字线WL和写数位线WDL的激活。
译码信号Rd由图中未示出的译码电路得到，在对应的存储单元行被选择的场合，被设定为H电平(电源电压Vcc)。即，与选择行对应的节点Nd被设定为H电平(电源电压Vcc)，除此以外的节点Nd被设定为L电平(接地电压GND)。至少在1次数据读出工作和1次数据写入工作中，各存储单元行的译码信号Rd被图中未示出的闩锁电路保持在节点Nd上。
行驱动器80具有在节点Nd与写数位线WDL的一端之间设置的晶体管开关82，以及在节点Nd与字线WL的一端之间设置的晶体管开关84。在向MTJ存储单元进行数据写入时被激活至H电平的控制信号WE施加于晶体管开关82的栅极。在从MTJ存储单元进行数据读出时被激活至H电平的控制信号RE输入至晶体管开关84的栅极。
因此，在各行驱动器80中，在数据写入时晶体管开关82接通而晶体管开关84关断，在数据读出时晶体管开关84接通而晶体管开关82关断。
另外，还与各存储单元行对应地配置了用于在包含数据写入时在内的数据读出以外的时间，使字线WL的另一端与接地电压GND耦合的晶体管开关90和用于使写数位线WDL的另一端与接地电压GND连接的晶体管开关92。晶体管开关90和92在各存储单元行中以夹住存储器阵列10的方式配置在与行驱动器80相反的一侧。
晶体管开关90的栅极接受控制信号RE的反转信号/RE，在字线WL与接地电压GND之间进行电耦合。晶体管开关92具有与电源电压Vcc耦合的栅极，在写数位线WDL与接地电压GND之间进行电耦合。在图2的结构例中，晶体管开关82、84、90、92的每一个都由N沟道MOS晶体管构成。
在数据写入时，晶体管开关82响应于控制信号WE而接通，根据节点Nd的电压，即对应的存储单元行的译码信号Rd，激活对应的写数位线WDL。由于被激活的写数位线WDL与被设定为H电平(电源电压Vcc)的节点Nd相连接，所以在从行驱动器80向导通状态的晶体管开关92的方向流过数据写入电流Ip。
在数据读出时，借助于晶体管开关90，各字线WL与接地电压GND分离。另外，晶体管开关84响应于控制信号RE而接通，根据节点Nd的电压，即对应的存储单元行的译码信号Rd，激活对应的字线WL。被激活的字线WL与被设定为H电平(电源电压Vcc)的节点Nd相连接。响应于此，与选择行对应的存取晶体管ATR接通，隧道磁阻元件TMR在位线BL与源线SL之间进行电结合。这样，就进行了存储器阵列10的行选择工作。
同样地，与各存储单元行的字线WL和写数位线WDL对应地设置了相同的结构。还有，如图2所示，行驱动器80对各存储单元行的每一行配置成交错形状。即，行驱动器80一行行交互地配置在字线WL和写数位线WDL的一端，以及在字线WL和写数位线WDL的另一端。据此，可以在小的面积上有效地配置行驱动器80。
读出/写入控制电路30还包含写驱动器控制电路150和开关电路160。写驱动器控制电路150响应于来自控制电路5的工作指令，根据传送至节点N4的写入数据WD和来自列译码器25的列选择结果，对每一存储单元列设定写入控制信号WDTa和WDTb。如将在后面详细说明的那样，写驱动器控制电路150除在数据写入工作时之外，在数据读出工作中也以规定的时序对选择存储单元进行数据写入。
开关电路160使节点Nr和Nw的一方有选择地与节点N4连接。在通常的数据写入工作时，开关电路160使传送来自输入缓冲器175的输入数据DIN的节点Nw与节点N4连接。
另外，读出/写入控制电路30包含对每一存储单元列配置的写驱动器WDVb。同样地，读出/写入控制电路35包含对每一存储单元列设置的写驱动器WDVa。在各存储单元列中，写驱动器WDVa根据对应的写入控制信号WDTa，以电源电压Vcc和接地电压GND的某一方驱动对应的位线BL的一端。同样地，写驱动器WDVb根据对应的写入控制信号WDTb，以电源电压Vcc和接地电压GND的某一方驱动对应的位线BL的另一端。
在数据写入时，与选择列对应的写入控制信号WDTa和WDTb根据写入数据WD的电平分别被设定为H电平和L电平的各一方。例如，在写入H电平(“1”)的数据时，由于在从写驱动器WDVa向WDVb的方向流过数据写入电流+Iw，所以写入控制信号WDTa被设定为H电平，WDTb被设定为L电平。相反，在写入L电平(“0”)的数据时，由于在从写驱动器WDVb向WDVa的方向流过数据写入电流-Iw，所以写入控制信号WDTb被设定为H电平，WDTa被设定为L电平。以下也将不同方向的数据写入电流+Iw和-Iw合在一起记作数据写入电流±Iw。
在非选择列中，写入控制信号WDTa和WDTb两者皆被设定为L电平。另外，在数据写入工作以外的时间，写入控制信号WDTa和WDTb也被设定为L电平。
对在其对应的写数位线WDL和位线BL两方分别流过数据写入电流Ip和+Iw的隧道磁阻元件TMR，磁写入了相应于数据写入电流±Iw的方向的数据。
同样地，与各存储单元列的位线BL对应地设置了同样的结构。在图2的结构中，也可以使写驱动器WDVa和WDVb的驱动电压为接地电压GND和电源电压Vcc以外的电压。
下面对从存储器阵列10的数据读出工作加以说明。
读出/写入控制电路30还包含用于传递与选择存储单元的电阻相应的电压的数据线DIO，以及在数据线DIO与位线BL之间设置的读出选择门RSG。示出对应的存储单元列的选择状态的读列选择线RCSL与形成读出选择门RSG的晶体管的栅极相结合。在对应的存储单元列被选择时，各读列选择线RCSL被激活至H电平。与各存储单元列对应地设置了相同的结构。即，数据线DIO为存储器阵列10上的位线BL所共有。
根据这种结构，选择存储单元在数据读出时经与选择列的位线BL和对应的读出选择门RSG与数据线DIO电结合。
读出/写入控制电路30还包含数据读出电路100和数据读出电流供给电路105。
数据读出电流供给电路105具有在电源电压Vcc与数据线DIO之间进行电耦合的电流供给晶体管107。电流供给晶体管107由接受控制信号/RE(在数据读出时激活至L电平)的P沟道MOS晶体管构成。电流供给晶体管107在数据读出时借助于使数据线DIO与电源电压Vcc耦合而产生数据读出电流Is。
数据读出电流Is流过数据线DIO～选择列的读出选择门RSG～选择列的位线BL～选择存储单元的隧道磁阻元件TMR～存取晶体管ATR～源线SL(接地电压GND)这一路径。与此相应，在数据线DIO上产生了与选择存储单元的电阻相应的电压。
另外。在图2中示出了结构最简单的数据读出电流供给电路的例子，但是，为了更加精密地提供数据读出电流Is，例如也可以用具有电流镜结构等的恒流供给电路构成数据读出电流供给电路105。
数据读出电路100还包含开关电路110，电压保持电容器111～113，读出放大器120、125、130，以及闩锁电路140。
开关电路110在1次数据读出工作中使从节点N1～N3中轮流选择的节点逐个地与数据线DIO连接。电压保持电容器111～113为保持节点N1～N3的每一个上的电压而设置。
读出放大器120将节点N1与N2的电压差放大后输出。读出放大器125将节点N1与N3的电压差放大后输出。读出放大器130将读出放大器120与125各自的输出端之间的电压差放大后输出。闩锁电路140对规定时序中的读出放大器130的输出电压进行闩锁，将具有与选择存储单元的存储数据相应的电平的读出数据RD向节点Nr输出。
向节点Nr输出的读出数据RD经输出缓冲器170作为来自数据输出端点4a的输出数据DOUT而被输出。另一方面，向数据输入端点4b的输入数据DIN经输入缓冲器175传送至节点Nw。
如已说明过的那样，在通常的数据写入工作时，开关电路160使节点Nw与节点N4连接。另一方面，在数据读出工作时，开关电路160为了根据来自控制电路5的指令将读出数据RD再写入选择存储单元而使节点Nr与节点N4之间电结合。
下面对依赖于这样构成的读出/写入控制电路的实施例1的数据读出工作进行详细说明。
下面利用图3的流程图对实施例1的1次数据读出工作进行说明。
参照图3，在实施例1的结构中，当1次数据读出工作开始时(步骤S100)，首先，作为初始数据读出工作，从选择存储单元中进行存储数据的读出。即，在初始数据读出工作时，选择存储单元的磁化方向与数据读出工作前的相同。该状态下的数据线DIO的电压被传递至并保持在节点N1(步骤S110)上。
接着，作为规定写入工作1，向选择存储单元写入规定电平(例如“1”)的数据。即，选择存储单元接受用于写入规定电平的数据的数据写入磁场的施加(步骤S120)。进而，作为规定读出工作1，从写入了规定电平的数据的选择存储单元进行数据读出。使该状态下的数据线DIO的电压保持在节点N2上(步骤S130)。
之后，作为规定写入工作2，进而对选择存储单元写入与规定写入工作1不同电平(例如“0”)的数据。即，选择存储单元接受用于写入该电平的数据的数据写入磁场的施加(步骤S140)。进而，作为规定读出工作2，进行来自选择存储单元的在规定写入工作2中被写入的存储数据(“0”)的读出。使该状态下的数据线DIO的电压保持在节点N3(步骤S150)。
这样，从初始数据读出工作到规定读出工作2结束的时刻，即在节点N1～N3的每一个与数据线DIO连接后，在节点N1～N3上分别保持了与存储数据对应的数据线电压、与“1”数据对应的数据线电压、以及与“0”数据对应的数据线电压。在此状态下，基于节点N1～N3的电压的比较，确定了表示来自选择存储单元的存储数据的读出数据RD(步骤S160)。
进而，在读出数据RD确定后，对选择存储单元进行读出数据RD的再写入(步骤S170)。据此，能够在一系列读出工作中，对接受了规定的数据写入的选择存储单元，再现其存储数据，再现数据读出前的状态。
参照图4，在1次读出工作中，与选择行对应的节点Nd维持H电平。在初始数据读出工作时，控制信号RE被设定为H电平，控制信号WE被设定为L电平。另外，当图中用斜线表示的MTJ存储单元是作为存取对象的选择存储单元时，对应的字线WL和读列选择线RCSL被激活至H电平。与此相应，对应的读出选择门RSG和选择存储单元的存取晶体管ATR接通，数据读出电流Is流过选择存储单元的隧道磁阻元件TMR。
据此，在数据线DIO上产生了与选择存储单元的存储数据相应的电压。开关电路110在初始数据读出工作时使数据线DIO与节点N1连接。节点N1的电压被电压保持电容器111保持。因此，在与图3中的步骤S110对应的初始数据读出工作时，与选择存储单元的存储数据相应的数据线电压被传递至并保持在节点N1上。
参照图5，在规定数据写入工作1中，控制信号RE被设定为L电平，控制信号WE被设定为H电平。另外，各读列选择线RCSL被非激活而至L电平，在各存储单元列中，读出选择门RSG关断。据此，各位线BL从数据线DIO断开。另外，开关电路110使数据线DIO不与节点N1～N3的任何一个连接。从控制电路5对写驱动器控制电路150发出用于写入“1”数据的工作指令。
因此，选择行的写数位线WDL被激活，流过数据写入电流Ip。另外，在选择列的位线中，用于写入规定数据(“1”)的数据写入电流+Iw从写驱动器WDVa向WDVb的方向在选择列的位线上流过。
即，写驱动器控制电路150响应于来自控制电路5的写入指令，将选择列的写入控制信号WDTa设定为H电平，将WDTb设定为L电平。另外，与其他存储单元列对应的写入控制信号WDTa和WDTb都被设定为L电平。据此，对选择存储单元强制性地写入规定电平的数据(“1”)。
参照图6，在规定读出工作1中，控制信号RE被设定为H电平，控制信号WE被设定为L电平。另外，为了从选择存储单元再次进行数据读出，对应的字线WL和读列选择线RCSL被激活至H电平。另外，开关电路110使数据线DIO与节点N2连接。节点N2的电压被电压保持电容器112保持。
因此，在与图3中的步骤130对应的规定读出工作1中，从选择存储单元读出“1”数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N2上。
参照图7，在规定写入工作2中，与规定写入工作1时一样，控制信号RE被设定为L电平，控制信号WE被设定为H电平，同时各位线BL从数据线DIO断开。另外，开关电路110使数据线DIO不与节点N1～N3的任何一个连接。从控制电路5对写驱动器控制电路150发出用于写入“0”数据的工作指令。
因此，对应的写数位线WDL被激活，流过数据写入电流Ip。另外，在选择列的位线中，用于写入这样的数据(“0”)的数据写入电流-Iw从写驱动器WDVb向WDVa的方向在选择列的位线上流过。
即，写驱动器控制电路150响应于来自控制电路5的写入指令，将选择列的写入控制信号WDTa设定为L电平，将WDTb设定为H电平。另外，与其他存储单元列对应的写入控制信号WDTa和WDTb都被设定为L电平。据此，对选择存储单元强制性地写入与规定写入工作1不同电平的数据(“0”)。
参照图8，在规定读出工作2中，控制信号RE也被设定为H电平，控制信号WE也被设定为L电平。另外，为了从选择存储单元再次进行数据读出，对应的字线WL和读列选择线RCSL被激活至H电平。另外，开关电路110使数据线DIO与节点N3连接。节点N3的电压被电压保持电容器113保持。
因此，在与图3中的步骤150对应的规定读出工作2中，从选择存储单元读出“0”数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N3上。
据此，在规定读出工作2结束时，借助于电压保持电容器111～113，在节点N1上保持了与选择存储单元的存储数据对应的电压，在节点N2上保持了从选择存储单元读出“1”数据时的数据线电压，在节点N3上保持了从选择存储单元读出“0”数据时的数据线电压。
因此，在读出放大器120和125的某一方，由于2个输入电压成为同电平，所以其输出几乎不被放大。另一方面，在另一读出放大器中，其输出电压被大幅度地放大。具体而言，在选择存储单元的存储数据为“1”时，读出放大器120的输出几乎不被放大，而读出放大器125的输出被放大至最大。相反，在选择存储单元的存储数据为“0”时，读出放大器125的输出几乎不被放大，而读出放大器120的输出被放大至最大。
第2级读出放大器130根据第1级读出放大器120和125的输出电压的比较，产生与选择存储单元的存储数据对应的电压。读出放大器130的输出，以与图3中的步骤S160所示的读出数据确定工作对应的时序，被闩锁电路140保持。闩锁电路140在节点Nr生成与保持电压相应的读出数据RD。
参照图9，在数据再写入工作时，对选择存储单元再写入读出数据RD。即，开关电路160在节点Nr与N4之间进行连接。另外，从控制电路5对写驱动器控制电路150发出用于实施再写入工作的工作指令。
因此，写驱动器控制电路150，以产生与读出数据RD的电平相应的方向的数据写入电流+Iw或-Iw的方式，对选择列的位线BL设定对应的写入控制信号WDTa和WDTb的电平。同样地，控制信号WE被接通，数据写入电流Ip在选择行的写数位线WDL上流过。
据此，由于在选择存储单元中再写入了与数据读出工作前的选择存储单元的存储数据对应的读出数据RD，所以选择存储单元的状态返回到数据读出工作前的状态。
下面利用图10对实施例1的数据读出工作进行说明。
参照图10，构成图3所示的1次数据读出工作的各工作可以与例如时钟信号CLK同步进行。
即，在时钟信号CLK的激活边沿的时刻t0，片选信号CS和读指令RC被取入，从而进行初始数据读出工作。在初始数据读出工作中，选择行的字线WL被激活，同时对选择列的位线BL供给数据读出电流Is。由数据读出电流Is在数据线DIO上产生的电压，即从选择存储单元读出存储数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N1上。
从与下一个时钟信号CLK的激活边沿对应的时刻t1起，进行规定输入工作1。与此对应，在选择行的写数位线WDL上流过数据写入电流Ip，在选择列的位线BL上流过数据写入电流+Iw，对选择存储单元强制性地写入规定电平的数据(“1”)。
进而，从下一个时钟信号CLK的激活边沿的时刻t2起，进行规定读出工作1。即，在选择行的字线WL被激活的状态下，对选择列的位线BL供给数据读出电流Is。由数据读出电流Is在数据线DIO上产生的电压，即从选择存储单元读出“1”数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N2上。
从下一个时钟信号CLK的激活边沿的时刻t3起，进行规定写入工作2。据此，在选择行的写数位线WDL上流过数据写入电流Ip，在选择列的位线BL上流过数据写入电流-Iw，对选择存储单元强制性地写入与规定写入工作1不同电平的数据(“0”)。
进而，从下一个时钟信号CLK的激活边沿的时刻t4起，进行规定读出工作2。即，在选择行的字线WL被激活的状态下，对选择列的位线BL供给数据读出电流Is。从选择存储单元读出“0”数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N3上。
由于规定读出工作2的进行，在节点N1～N3上保持了分别与选择存储单元的存储数据、数据“1”和数据“0”对应的电压。因此，能够根据节点N1～N3的电压生成读出数据RD。
进而，从与下一个时钟信号CLK的激活边沿相当的时刻t5起，与读出数据RD相应的输出数据DOUT从数据输出端点4a输出。与此同时，对选择存储单元进行数据再写入工作。即在选择行的写数位线WDL上流过数据写入电流Ip，在选择列的位线BL上，根据读出数据RD的电平流过数据写入电流+Iw或-Iw。据此，对选择存储单元写入与读出数据RD同一电平的数据，选择存储单元复位到与数据读出工作前相同的状态。
另外，也可以以图2所示的、用于进行1比特的数据读出和数据写入的结构作为1个块，由多个块来构成MRAM器件。在图10中将这种结构的数据读出工作合在一起表示出来。
在具有多个块的MRAM器件中，对各个块并行地进行由图3所示的流程构成的数据读出工作。即，在具有与图2相同的结构的其他块中，也进行相同的数据读出工作，在时刻t4，在各块中生成来自选择存储单元的读出数据RD。
在这样的结构中，例如，从与下一个时钟信号CLK的激活边沿相当的时刻t5起，可以将来自多个块的每一个块的读出数据RD作为输出数据DOUT成组地输出。在图10中示出了在时刻t5与来自1个块的读出数据RD对应地，“0”被作为输出数据DOUT输出，从下一个时钟信号CLK的激活边沿的时刻t6起，与另1个块中的读出数据RD对应地将“1”作为输出数据DOUT而输出的工作例子。
另外，在图10中，虽然示出了分别响应于各时钟信号CLK的激活边沿进行构成1次数据读出工作的各工作的结构，但本发明的应用并不限定于这样的工作。即，也可以制成如下的结构响应于时钟信号CLK，进而在内部产生时序控制信号，响应于该时序控制信号，在时钟信号CLK的1个时钟周期内，进行图3所示的1次数据读出工作。关于这样的1次数据读出工作所需要的时钟周期数(时钟信号CLK)，可以根据1次数据读出工作的所需时间与作为工作时钟的时钟信号CLK的频率的关系适当地定出。
这样，根据实施例1的结构，在对选择存储单元的数据读出工作中，可以不用基准单元，只对选择存储单元进行存取就能进行数据读出。即，基于由包含同一存储单元、同一位线、同一数据线和同一读出放大器的同一数据读出路径进行的电压比较，生成读出数据。由于不需要基准单元，所以能够对各MTJ存储单元进行数据存储，将所有的MTJ存储单元作为有效位使用。
因此，能够避免由构成数据读出路径的各电路在制造上的分散性引起的偏差等影响，使数据读出工作高精度化。即，基于与基准单元等其他存储单元和附属于它的数据读出电路组的比较，比起从选择存储单元进行数据读出，可以排除制造上的分散性等的影响，进行高精度的数据读出。
参照图11，在实施例1的变例的数据读出工作中，与图3所示的流程图相比，不同点在于确定读出数据的步骤S160与进行数据再写入工作的步骤S170之间还具有判断是否要数据再写入工作的步骤S165。
在步骤S165中，判断在步骤S160中确定的读出数据RD是否与在规定写入工作2中被写入的数据(“0”)相同。当两者的电平相同时，由于在进行数据再写入工作前，选择存储单元的存储数据已经与打算在下面的步骤S170中再写入的数据(读出数据RD)有相同电平，所以无需进行数据再写入工作。
这样，当数据再写入工作进行前的选择存储单元的存储数据与被确定的读出数据RD为相同电平时，跳过数据再写入工作(步骤S170)，结束1次数据读出工作(步骤S180)。当两者不一致时，与实施例1一样，进行数据再写入工作(步骤S170)。其结果是省略了不必要的再写入工作，可以减少数据读出工作时的电流消耗。
还有，在实施例1及其变例中，虽然对在规定写入工作1和规定写入工作2中强制性地分别写入“1”和“0”的工作例进行了说明，但这些工作的数据电平的设定也可与此相反。即，也可以是在规定写入工作1中写入“0”数据、在规定写入工作2中写入“1”数据的结构。
另外，在实施例1及其变例中，对在1次数据读出工作中进行与2种数据电平“1”和“0”的每一个对应的、每回2次的规定写入工作和规定读出工作的结构进行了说明，但也可以是在1次数据读出工作中进行只与某一方的数据电平对应的、每回1次的规定写入工作和规定读出工作的结构。
在制成这样的结构的场合，也可以制成根据在初始数据读出工作中的数据线电压与规定写入工作后的规定读出工作中的数据线电压之间是否产生了规定电平以上的电压差，来生成读出数据RD的结构。例如，若在省略图2所示的数据读出电路100中的与节点N3对应的电压保持电容器113和读出放大器125的配置的同时，以向读出放大器130输入的一方为中间基准电压，也能够进行这样的数据读出。据此，可以减少数据读出电路100的部件数，可以求得小面积化和低成本化。在实施例2中，采用了结构较为简化的数据读出电路，与实施例1一样，对只是借助于对选择存储单元的存取进行数据读出的结构进行说明。
在图12中，示出了对MTJ存储单元供给的数据写入电流与MTJ存储单元的电阻值的关系(滞后特性)。
参照图12，横轴表示流过位线的位线电流I(BL)，纵轴表示MTJ存储单元电阻Rcell。由位线电流I(BL)产生的磁场在MTJ存储单元的自由磁化层VL中具有沿易磁化轴方向(EA)的方向。另一方面，由流过写数位线WDL的数位线电流I(WDL)产生的磁场在自由磁化层VL中具有沿难磁化轴方向(HA)的方向。
因此，当位线电流I(BL)超过使自由磁化层VL的磁化方向反转的阈值时，自由磁化层VL的磁化方向反转，存储单元电阻Rcell发生变化。在图12中，当正方向的位线电流I(BL)以超过阈值的值流过时，存储单元电阻Rcell为最大值Rmax，当负方向的位线电流I(BL)以超过阈值的值流过时，存储单元电阻Rcell为最小值Rmin。这样的位线电流I(BL)的阈值，随流过写数位线WDL的电流I(WDL)而不同。
首先，流过写数位线WDL的数位线电流I(WDL)＝0时的存储单元电阻Rcell的滞后特性在图12中以虚线示出。这时的位线电流I(BL)的正方向和负方向的阈值分别为It0和-It0。
与此相对照，当在写数位线WDL上流过电流时，位线电流I(BL)的阈值降低。在图12中以实线示出了数位线电流I(WDL)＝Ip时的存储单元电阻Rcell的滞后特性。受由数位线电流I(WDL)产生的难磁化轴方向的磁场的影响，位线电流I(BL)的正方向和负方向的阈值分别变为It1(It1＜It0)和-It1(-It1＞-It0)。该滞后特性表示了数据写入工作时的存储单元电阻Rcell的变化状态。因此，数据写入工作时的位线电流I(BL)，即数据写入电流+Iw和-Iw被设定在It1＜+Iw＜It0和-It0＜-Iw＜-It1的范围内。
另一方面，由于数据读出工作时的位线电流I(BL)，即数据读出电流Is作为以选择存储单元、寄生电容等为RC负载进行连接的数据线DIO的充电电流流过，所以当与数据写入时的位线电流I(BL)，即数据写入电流±Iw相比较时，其电平一般小2～3个数量级。因此，在图12中，可以看成数据读出电流Is0。
隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层的磁化方向被设定成使数据读出前的状态为图12中的(a)或(c)的状态，即选择存储单元具有电阻值Rmin或Rmax的某一个。
在图13中，示出了图12所示的各状态中的隧道磁阻元件的磁化方向。
图13中的(a)示出了图12中的(a)的状态的磁化方向。在该状态中，由于自由磁化层VL的磁化方向与固定磁化层FL的磁化方向平行，所以存储单元电阻Rcell成为最小值Rmin。
图13中的(c)示出了图12中的(c)的状态的磁化方向。在该状态中，由于自由磁化层VL的磁化方向与固定磁化层FL的磁化方向反平行(逆方向)，所以存储单元电阻Rcell成为最大值Rmax。
在这一状态下，当在写数位线WDL流过规定电流(例如数据写入电流Ip)时，自由磁化层VL的磁化方向虽然未达到被反转的状态，但有某种程度的旋转，因而隧道磁阻元件TMR的电阻Rcell发生变化。
例如，如图13中的(b)所示，在从图13中的(a)的磁化状态再施加由数位线电流I(WDL)引起的难磁化轴(HA)方向的规定偏置磁场的场合，自由磁化层VL的磁化方向作稍许旋转，与固定磁化层FL的磁化方向成一规定的角度。据此，在与图13中的(b)对应的磁化状态下，存储单元电阻Rcell从最小值Rmin上升为Rm0。
同样地，在图13中的(c)的磁化状态下，再施加同样的规定偏置磁场的场合，自由磁化层VL的磁化方向作稍许旋转，与固定磁化层FL的磁化方向成一规定的角度。据此，在与图13中的(d)对应的磁化状态下，存储单元电阻Rcell从最大值Rmax下降为Rm1。
这样，借助于施加难磁化轴(HA)方向的偏置磁场，一方面，存储与最大值Rmax对应的数据的MTJ存储单元的存储单元电阻Rcell下降，而另一方面，存储与最小值Rmin对应的数据的MTJ存储单元的存储单元电阻Rcell上升。
这样，当对写入了某一存储数据的MTJ存储单元施加难磁化轴方向的偏置磁场时，能够在存储单元电阻Rcell中在与存储数据相应的极性上产生阻值变化。即，响应于偏置磁场的施加而产生的存储单元电阻Rcell的变化随存储数据电平而有不同的极性。在实施例2中，利用这种MTJ存储单元的磁化特性进行了数据读出。
参照图14，实施例2的结构与图2所示的实施例1的结构相比，有如下的不同点读出/写入控制电路30包含数据读出电路200，以取代数据读出电路100；省略了开关电路160的配置。
数据读出电路200包括在数据线DIO与节点N1、N2之间设置的开关电路210，分别与节点N1、N2对应设置的电压保持电容器211、212，读出放大器220、230，以及闩锁电路240。
开关电路210在1次数据读出工作中使从节点N1和N2中轮流地被选择的每个节点与数据线DIO连接。电压保持电容器211、212为保持节点N1和N2各自的电压而设置。
读出放大器220对节点N1和N2的电压差进行放大。第2级读出放大器230对读出放大器220的输出进一步进行放大，并传递至闩锁电路240。闩锁电路240将规定时序的读出放大器230的输出放大至最大，并进行闩锁，将具有与选择存储单元的存储数据相应电平的读出数据RD向节点Nr输出。
实施例2的1次数据读出工作由相当于实施例1的初始数据读出工作的第1读出工作和在使偏置电流流过选择行的写数位线WDL的状态下进行的第2读出工作构成。特别是也可以将在数据写入时流过写数位线WDL的数据写入电流Ip用作该偏置电流。这时，由于没有必要新配置用于在数据读出时供给偏置电流的电路，所以能够简化电路结构。
在第1读出工作中，在电流不流过对应的写数位线WDL的状态(I(WDL)＝0)，即选择存储单元的磁化方向与数据读出工作前相同的状态下，从选择存储单元进行数据读出。开关电路210将数据线DIO与节点N1进行连接。据此，第1读出工作的数据线电压被电压保持电容器211保持在节点N1上。
接着，在第2读出工作中，在偏置电流流过与选择行对应的写数位线WDL的状态(I(WDL)＝Ip)，即沿难磁化轴方向的规定的偏置磁场对选择存储单元发生作用的状态下，从选择存储单元进行数据读出。
在第2数据读出时，开关电路210使数据线DIO与节点N2连接。因此，第2数据读出时的数据线电压被传递至节点N2，并被电压保持电容器212保持。
如已说明过的那样，借助于施加这样的偏置磁场，选择存储单元的存储单元电阻Rcell在与存储数据电平相应的极性上改变其在第1读出工作时，即数据读出工作前的值。据此，第2读出工作时的数据线DIO的电压比第1读出工作时的或上升，或下降。
具体而言，当在选择存储单元中存储与电阻值Rmax对应的存储数据(例如“1”)时，第2读出工作时的数据线电压比第1读出工作时的高。这是由于相应于在由数位线电流I(WDL)引起的偏置磁场的作用下存储单元电阻Rcell减小，流过隧道磁阻元件TMR的电流增加的缘故。与此相对照，当在选择存储单元中存储与电阻值Rmin对应的存储数据(例如“0”)时，第2读出工作时的数据线电压比第1读出工作时的低。这是由于相应于在由数位线电流I(WDL)引起的偏置磁场的作用下存储单元电阻Rcell增大，流过隧道磁阻元件TMR的电流减小的缘故。
读出放大器220对分别保持在节点N1和N2上的电压，即第1和第2读出工作各自的数据线电压进行比较。借助于在第2读出工作进行后，对读出放大器220的输出进一步进行放大的读出放大器230的输出被闩锁电路240放大和闩锁，生成读出数据RD，读出数据RD有与选择存储单元的存储数据相应的电平。
这样，在实施例2的结构中，就不需要像实施例1的结构那样，强制性地写入规定电平的存储数据的规定写入工作及与之相伴的规定读出工作。
另外，隧道磁阻元件TMR的磁化方向不因由流过写数位线WDL的偏置电流(数据写入电流Ip)施加于选择存储单元的磁场而反转。因此，由于在消除偏置磁场的时刻，选择存储单元的磁化方向恢复到与数据读出工作前相同的状态，所以在1次数据读出工作中，也不需要实施例1那样的数据再写入工作。
其结果是写驱动器控制电路150只是根据控制电路5的指令，依照数据写入工作的写入程序进行工作。另外，也可以不要用于向写驱动器控制电路150传递读出数据RD的开关电路160的配置，写驱动器控制电路150根据向数据输入端子4b的输入数据DIN而产生写入控制信号WDTa和WDTb。
参照图15，实施例2的1次数据读出工作例如可以与时钟信号CLK同步进行。
即，在时钟信号CLK的激活边沿的时刻t0，片选信号CS和读指令RC如被取入，则进行与初始数据读出工作相当的第1读出工作。在第1读出工作中，选择行的字线WL被激活，同时对选择列的位线BL供给数据读出电流Is。由数据读出电流Is在数据线DIO上产生的电压，即从选择存储单元读出存储数据时的数据线电压被传递至并保持在节点N1上。
从与下一个时钟信号CLK的激活边沿对应的时刻t1起，进行第2读出工作。即，在对选择行的写数位线WDL流过与数据写入电流Ip相等的偏置电流的状态下，在选择行的字线WL被激活的同时，对选择列的位线BL供给数据读出电流Is。由此，在数据线DIO上产生的电压被传递至并保持在节点N2上。在第2读出工作以后，可以根据节点N1与N2的电压比较，生成读出数据RD。
进而，从与下一个时钟信号CLK的激活边沿相当的时刻t2起，与读出数据RD相应的输出数据DOUT从数据输出端子4a输出。
另外，在实施例2的结构中，也可以与图10说明的一样，以图14所示的、用于进行1比特的数据读出和数据写入的结构作为1个块，用多个块来构成MRAM器件。这时，也可以借助于通过对各个块并行地进行相同的数据读出工作，从时刻t1起开始进行的第2读出工作，生成来自各个块的选择存储单元的读出数据RD。因此，从与下一个时钟信号CLK的激活边沿相当的时刻t2起，可以将来自多个块的每一个块的读出数据RD作为输出数据DOUT成组地输出。在图15中示出了在时刻t2与来自1个块的读出数据RD对应地，“0”被作为输出数据DOUT输出，从与下一个时钟信号CLK的激活边沿的时刻t3起，与另1个块的读出数据RD对应地，“1”被作为输出数据DOUT输出的工作例子。
另外，在图15中，虽然示出了分别响应于各时钟信号CLK的激活边沿，进行构成1次数据读出工作的各工作的结构，但本发明的应用并不限定于这样的工作。即，也可以制成如下的结构响应于时钟信号CLK，进而在内部产生时序控制信号，响应于该时序控制信号，在时钟信号CLK的1个时钟周期内，进行实施例2的1次数据读出工作。如已说明过的那样，1次数据读出工作所需要的时钟周期数(时钟信号CLK)可以根据1次数据读出工作的所需时间与工作时钟的频率的关系适当地定出。
这样，根据实施例2的结构，与实施例1一样，无需使用基准单元，只通过对选择存储单元的存取，就能够进行高精度的数据读出。另外，由于能够减少数据读出电路中的读出放大器的配置个数，以及作为比较对象的电压数，所以在可以求得由数据读出电路的部件数减少所致的小面积化和低成本化的同时，还可以减轻电压比较工作的偏差的影响，使数据读出工作有更高的精度。
另外，由于不需要向进行数据读出工作的选择存储单元进行数据再写入的工作，所以能够比实施例1的数据读出工作更为高速化。参照图16，实施例2的变例的结构与图14所示的实施例2的结构相比，所不同的是读出/写入控制电路具有数据读出电路300，以取代数据读出电路200。因其他部分的结构和工作与实施例2的相同，所以不再重复进行详细说明。
数据读出电路300包括将数据线DIO与节点Nf的电压差进行放大的读出放大器310，将读出放大器310的输出反馈到节点Nf的负反馈开关320，用于保持节点Nf的电压的电压保持电容器325，将读出放大器310的输出进一步放大的读出放大器330，以及以规定的时序放大并闩锁读出放大器330的输出、生成被送到节点Nr的读出数据RD的闩锁电路340。
在实施例2的变例的数据读出工作中，在数位线电流I(WDL)＝0、并且负反馈开关320导通的状态下，与选择存储单元对应的字线WL和读列选择线RCSL被激活至H电平。据此，对选择存储单元进行与实施例2的第1读出工作相同的数据读出。
在第1读出工作中，借助于读出放大器310的负反馈，节点Nf的电压向数据线DIO的电压，即与选择存储单元的存储数据相应的电压靠近。节点Nf的电压一旦达到稳定的状态，负反馈开关320就关断。
在负反馈开关320关断后，在与选择存储单元对应的字线WL和读列选择线RCSL的激活状态被维持的状态下，偏置电流开始缓慢流到选择行的写数位线WDL。与此相应，可以对选择存储单元进行与实施例2的第2读出工作相同的数据读出。
其结果是，选择存储单元的存储单元电阻Rcell在与存储数据电平相应的极性上变化。与此相应，数据线DIO的电压也相应于选择存储单元的存储数据电平而缓慢上升或下降。
因此，读出放大器310的输出也随选择存储单元的存储数据电平而有不同的极性。其结果是，负反馈开关320关断，并且能够根据在写数位线WDL上流过偏置电流Ip后的规定时序的读出放大器310的输出，生成具有与选择存储单元的存储数据电平对应的电平的读出数据RD。这样，在实施例2的变例的数据读出工作中，连续地进行了实施例2的第1和第2读出工作。
通过制成这样的结构，与实施例2一样，能够进行高精度并且高速度的数据读出。还有，在实施例2的变例的结构中，由于可以利用单一的读出放大器310的负反馈，得到与选择存储单元的存储数据相应的数据线电压，所以能够抑制读出放大器中的偏差，使数据读出进一步高精度化。
权利要求
1.一种薄膜磁性体存储器，其特征在于，包括各自具有与磁化方向相应的电阻值的多个存储单元，各上述存储单元被写入具有第1和第2电平的某一电平的存储数据，在与上述存储数据相应的方向磁化；在数据读出工作时，具有与上述多个存储单元中的被选择为数据读出对象的选择存储单元电结合的期间的数据线；为了在上述数据线上产生与上述选择存储单元的电阻相应的电压，预先向数据线提供数据读出电流的读出电流供给电路；根据上述选择存储单元具有与上述数据读出工作前相同的磁化方向的第1状态中的与上述选择存储单元电耦合的数据线电压和规定的磁场对上述选择存储单元作用以后的第2状态中的与上述选择存储单元电耦合的数据线电压，生成相应于上述选择存储单元的存储数据的读出数据的数据读出电路。
2.如权利要求1所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于还包括用于对上述多个存储单元中的1个写入上述存储数据的写入控制电路，上述选择存储单元在1次数据读出工作中，在上述第1状态之后被上述写入控制电路写入规定电平的存储数据，变为上述第2状态，上述写入控制电路在上述1次数据读出工作中进行用于将与所生成的上述读出数据相同电平的上述存储数据再写入上述选择存储单元的再写入工作。
3.如权利要求2所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述写入控制电路在上述再写入进行前的上述选择存储单元的存储数据与上述所生成的读出数据的电平相同时，停止上述再写入工作。
4.如权利要求2所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述选择存储单元在上述第2状态后，借助于上述写入控制电路写入与上述规定电平不同电平的存储数据，变为第3状态，上述数据读出电路根据上述第1、第2和第3状态的每一状态的、与上述选择存储单元电耦合的数据线电压，生成上述读出数据。
5.如权利要求4所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述数据读出电路具有用于在上述1次数据读出工作中依次切换上述数据线的连接端的开关电路；在上述第1状态下，借助于上述开关电路与上述数据线连接的第1节点；在上述第2状态下，借助于上述开关电路与上述数据线连接的第2节点；在上述第3状态下，借助于上述开关电路与上述数据线连接的第3节点；用于保持上述第1、第2和第3节点的电压的电压保持部；放大上述第1与第2节点的电压差的第1读出放大器；放大上述第1与第3节点的电压差的第2读出放大器；放大上述第1与第2读出放大器各自输出的电压之差的第3读出放大器；以及在第1、第2和第3节点分别与上述数据线连接后，根据上述第3读出放大器的输出，生成上述读出数据的闩锁电路。
6.如权利要求4所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述写入控制电路在上述再写入进行前的上述选择存储单元的存储数据与上述所生成的读出数据的电平相同的场合，停止上述再写入。
7.如权利要求1所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述数据读出电路包括多个节点；用于分别保持上述多个节点的电压的多个电压保持电路；在上述数据线与上述多个节点之间设置的、用于在1次数据读出工作中将按规定的顺序从上述多个节点中选择的1个个节点与上述数据线连接的开关电路；以及根据上述多个节点各自的电压生成上述读出数据的读出数据发生电路，上述开关电路在上述第1状态下使上述多个节点之中的1个节点与上述选择存储单元电结合的上述数据线连接，并且在上述第2状态下使上述多个节点之中的另1个节点与上述选择存储单元电结合的上述数据线连接。
8.如权利要求1所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于各上述存储单元根据上述存储数据在沿易磁化轴方向的方向磁化，上述薄膜磁性体存储器还包括用于对上述选择存储单元施加具有沿难磁化轴方向的分量的规定的偏置磁场的偏置磁场施加部，上述选择存储单元在上述偏置磁场施加时从上述第1状态变为上述第2状态。
9.如权利要求8所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述数据读出电路具有用于在1次数据读出工作中依次切换上述数据线的连接端的开关电路；在上述第1状态下，借助于上述开关电路与上述数据线连接的第1节点；在上述第2状态下，借助于上述开关电路与上述数据线连接的第2节点；用于保持上述第1和第2节点的电压的电压保持部；放大上述第1与第2节点的电压差的读出放大器；以及在第1和第2节点分别与上述数据线连接后，根据上述读出放大器的输出生成上述读出数据的闩锁电路。
10.如权利要求8所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于在上述第1与第2状态之间发生的上述选择存储单元的电阻值的变化示出了随上述存储数据的电平而不同的极性。
11.如权利要求8所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于在1次数据读出工作中，上述选择存储单元连续地从上述第1状态向第2状态变化。
12.如权利要求8所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述数据读出电路具有用于放大与上述选择存储单元电耦合的数据线电压与第1节点的电压之差的读出放大器；用于保持上述第1节点的电压的电压保持部；在上述第1状态下使上述读出放大器的输出节点与第1节点连接，而在上述第2状态下使上述读出放大器的输出节点与上述第1节点分离的开关电路；以及在上述第2状态下，根据上述输出节点的电压生成上述读出数据的读出数据生成电路。
13.如权利要求8所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于偏置磁场施加部包括；分别与存储单元行对应配置的多条写数位线；以及根据行选择结果用于激活与选择行对应的写数位线的行驱动器，在数据写入工作中，在被上述行驱动器激活的写数位线上流过用于产生沿上述难磁化轴方向的规定磁场的电流，上述行驱动器部在上述数据读出时的上述第2状态与上述数据写入工作时同样地激活与上述选择行对应的写数位线。
14.如权利要求1所述的薄膜磁性体存储器，其特征在于上述多个存储单元的全部都作为有效位进行数据存储。
全文摘要
在数据读出时，数据线接受来自数据读出电流供给电路的数据读出电流的供给，与选择存储单元电结合。开关电路使第1至第3节点中逐个轮流与数据线连接。根据分别由第1至第3电压保持电容器保持的第1至第3节点的电压间的比较，生成表示选择存储单元的存储数据的读出数据。借助于开关电路，与选择存储单元的存储数据相应的数据线电压被传递至第1节点，选择存储单元存储“1”数据时的数据线电压被传递至第2节点，选择存储单元存储“0”数据时的数据线电压被传递至第3节点。
文档编号G11C11/02GK1426066SQ02142400
公开日2003年6月25日 申请日期2002年9月27日 优先权日2001年12月12日
发明者大石司 申请人:三菱电机株式会社