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JP2007164969A - 選択された基準メモリセルを具備する抵抗型メモリ素子 - Google Patents

選択された基準メモリセルを具備する抵抗型メモリ素子 Download PDF

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寅圭 白
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Abstract

【課題】選択された基準メモリセルを具備する抵抗型メモリ素子を提供する。
【解決手段】抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)は互いに並列に接続された少なくとも3つのReRAM基準セルを有する電流基準回路を具備する。メモリセルデータ判読動作時に、選択されたメモリセルと前記ReRAM基準セルを含む前記電流基準回路が同時に活性化され、ReRAMのセンス増幅器回路は、選択されたメモリセルからの電流と前記電流基準回路からの基準電流が提供されるように構成される。
【選択図】図6

Description

本発明は、一般的に集積回路に関し、特に抵抗型メモリ素子に関するものである。
磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)、相変化ランダムアクセスメモリ(PRAM)、抵抗ランダムアクセスメモリ(RRAM)などのような抵抗基盤メモリ素子(ReRAM)は、内部に含まれたセルの抵抗をプログラムすることによってデータを保存することができる。例えば、図1に示すように、MRAMは比較的低い抵抗を有するようにデータセルをプログラムすることによって「0」の論理データ値を保存することができ、または比較的高い抵抗を有するようにデータセルをプログラムすることによって「1」の論理データ値を保存することができる。
また、図1に示すように、内部に保存された相異なる値により提供される抵抗値は相異なるメモリセルが同一の論理データ値にプログラムされたとしても前記相異なるメモリセルが相異なるレベルの抵抗を示すようにした範囲で分布させることができる。
データがデータセルから判読されるとき、前記プログラムされた値はプログラムされた抵抗を基準抵抗とを比較することによって決定することができる。前記プログラムされた抵抗と基準抵抗は実際ではそれぞれの電流(すなわち、セルに保存された論理データ値に対応する電流及び基準電流)によって提供することができる。よって、データセルが判読される際は、MRAM内の回路が内部に保存された論理データ値を出力するために前記電流に基づき判読されるデータセルによって提供される抵抗のレベルを決定することができる。MRAMは、例えばドラム(Durlam)などの文献(「A low power 1Mbit MRAM based on 1T1MTJ bit cell integrated with Copper Interconnects」2002 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers 158−161(2002))に記載されている。MRAMは、また、例えばデブロス(Debrosse)などの文献(「A High−Speed 128−kb MRAM Core for Future Universal Memory Applications」 IEEE Journal of Solid−State Circuits 39(4):678−683(2004))に記載されている。
MRAMに保存された論理データ値を決定する従来の1つの方法は、例えば、チョー(Cho)の米国特許第6,982,908号に記述されている。チョーの特許において説明されたアプローチは「0」の論理データ値及び「1」の論理データ値を保存するようにプログラムされた基準セルを用いる。これらの基準セルは、例えば、図2に示すように、互いに並列に配置されていて、前記組み合わせによって提供される電流(すなわち、基準電流)が「1」の論理データ値に対応する電流と「0」の論理データ値に対応する電流との間の中間である値を有する。例えば、チョーの図2に示すように、ワードラインのそれぞれは一対の基準セルを含み、前記対の1つの基準セルは、「1」の論理データ値にプログラムされ、前記対の他の基準セルは「0」の論理データ値にプログラムされていて、2つの組み合わせが両方の中間点を基準として提供することができる。
このタイプにおけるアプローチの短所の1つは、データセル(及び基準セル)を判読することで発生する実際の電流が、図3に示すように、提供されたバイアス電圧に基づき変化することができるという点である。上述のチョーの特許は、例えば、チョーの図3に示すように、判読動作のために活性化される各ワードラインに対して2つの基準セルを含ませることによってバイアシングの影響を減少させるアプローチについて記述している。
図4は、基準電流を利用してMRAMセルに保存されたデータ値を決定するのに用いられる従来のセンス増幅器回路S/Aである。特に、基準セルの並列配列は、図5に示すように、理想的には相異なる論理データ値と関係づけられた電流の間の中間に存在するべき基準電流Irefを提供するために、前記セルの半分は「0」の論理データ値を保存し、残りの半分は「1」の論理データ値を保存するようにプログラムすることができる。
図4及び図5により、データセルがアクセスされる際は、電流Icellがセンス増幅器の第1入力端に提供され、基準電流Irefがセンス増幅器の第2入力端に提供される。センス増幅器は、それぞれの電流に応答して発生する電圧を比較し、基準電流と特別なメモリセルをアクセスすることによって実際に提供される電流間の比較に基づいて磁気出力で差を生じる。図5に示すように、データセルによって提供される電流(及び基準セルによって提供される電流)はそれぞれの範囲において分布することができる。
米国特許第6,982,908号明細書 米国特許第6,118,696号明細書 Durlam、「A low power 1Mbit MRAM based on 1T1MTJ bit cell integrated with Copper Interconnects」、2002 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers、(米国)、2002年、p.158−161 Debrosse、「A High−Speed 128−kb MRAM Core for Future Universal Memory Applications」、IEEE Journal of Solid−State Circuits、(米国)、2004年、39(4)巻、p.678−683
本発明が解決しようとする技術的課題は、判読マージンを改善させるのに好適な抵抗型メモリ素子を提供することにある。
本発明による実施形態は、選択された基準メモリセルを含む抵抗型メモリ素子を提供することができる。これらの実施形態により、抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM(Resistive based Random Access Memory))は互いに並列に接続された少なくとも3つのReRAM基準セルを具備する電流基準回路を含み、前記電流基準回路はReRAMセンス増幅器回路のそれぞれに基準電流を提供するように構成される。
本発明によるいくつかの実施形態において、抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)は該ReRAMの第1ブロック内においける基準セルのビットラインに接続される第1入力端を具備するセンス増幅器回路を含み、前記センス増幅器回路の第1入力端及び前記基準セルのビットラインは前記ReRAMの第2ブロックに対する判読動作に応答して電気的に接続される。
本発明によるいくつかの実施形態において、抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)は該ReRAM内の複数の相異なるブロックのデータセルからデータを受信し、前記相異なるブロックの基準セルから基準電圧を受信するように構成された複数のセンス増幅器回路を含む。複数の基準ブロック選択トランジスタは前記複数のセンス増幅器回路の入力端に接続され、残りのブロック以外の前記ReRAMのブロックに対する判読動作に応答して複数の相異なるブロックに含まれた基準セルに前記入力端を接続するように構成される。
本発明によるいくつかの実施形態において、抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)は基準セルを含む電流基準回路を具備し、前記電流基準回路は前記基準セルとの間で異なるように加重値が加わる抵抗値の分布によって提供される正の活性化時におけるそれぞれの基準電流を接続されたセンス増幅器回路に提供するように構成される。
本発明によるいくつかの実施形態において、抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)は実質的に同一のそれぞれの基準電流を提供するために同一のデータ値を保存するように構成された基準セルを有する電流基準回路を含む。
本発明によれば、実施形態は互いに並列に接続されて、基準電流をそれぞれのReRAMセンス増幅器回路に提供するように構成された少なくとも3つのReRAM基準セルを提供することができる。例えば、本発明のいくつかの実施形態による回路は、比較的多い数の基準セルを提供することができ、半分は「0」の論理データ値にプログラムされ、半分は「1」の論理データ値にプログラムされることによって、前記並列組み合わせは「0」の論理データ値と関係づけられた基準電流の間の中間点を近似値とする基準電流を提供することができる。また、基準電流は、さらに多い基準セルがデータ値の間の真の中間点に、さらに正確な表現を提供することができることから工程中の変動が少なくなる。
本発明によるいくつかの実施形態において、判読動作がメモリの第1ブロックに対して実施される際に、メモリの第2ブロック内の基準セルはメモリの第1ブロックからデータを判読するのに用いられるセンス増幅器に基準電流を提供するために用いられる。本発明による他の実施形態において、センス増幅器回路の入力端のうちある入力端は、基準電流を提供するのに用いられる。特に、センス増幅器回路の入力端は、基準電流が提供されるセンス増幅器回路の入力端と共に接続するように構成された基準ブロック選択トランジスタに接続することができる。
また、他の入力端に接続されるセンス増幅器回路の入力端は、判読動作が実施されるメモリのブロックに応答することができる。よって、メモリの第1ブロックの判読で、センス増幅器回路の第1セットの入力端にデータが提供されることができ、センス増幅器回路の残りの入力端はメモリの第2ブロック内の基準セルに接続することができる。
本発明によるまた他の実施形態において、相異なるブロックからの基準セルは、一緒に接続されるブロックの外部にあるメモリブロックに対する判読動作に応答して一緒に接続することができる。すなわち、メモリの特別なブロックに対する判読によって判読が実施されるブロック以外のブロックからの基準セルが一緒に接続される。
本発明によるまた他の実施形態において、電流基準回路は活性時にそれぞれの基準電流をセンス増幅器に提供できるように構成された多数の基準セルを含むことができる。基準セルによって提供される電流の量は異なるように加重値を与えた抵抗値の分布を有することができる。すなわち、本発明によるいくつかの実施形態において、「1」の論理データ値を保存するのに用いられる基準セルの個数は「0」のデータ値を保存するのに用いられる基準セルの個数と異なることができる。よって、基準回路は、特別な工程パラメーターによって惹起されることがありうるデータセルによって提供された値の特別な分布を補償するように構成することができる。
本発明によるまた他の実施形態において、電流基準回路は、すべての基準セルが接続されたセンス増幅器回路に実質的に同一の基準電流を提供するために同一のデータ値を保存できるように構成することができる。
上述では、本発明の好ましい実施形態を参照しながら説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。
添付図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。しかしながら、本発明はここで説明される実施形態に限られたものとして解釈されてはいけない。むしろ、これらの実施形態は本明細書が徹底的で完全なものに提供することで本発明の範囲を当業者に完全に伝達することができる。ここで用いられるように、用語の“及び/または”は記述された該当項目から1つ以上の項目の如何なる組み合わせをも含むものである。
ここで用いられる専門用語は、特別な実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するためではない。ここで用いられるように、単数表現は文脈において明確に示さない限り複数形態も含むものとして解釈されなければならない。用語の“具備”は、ここで用いられる場合は引用された構成、定数、段階、動作、要素、及び/または構成要素が存在することを明示するものであるが、1つ以上の他の構成、定数、段階、動作、要素、構成要素及び/またはそのグループが存在すること、または追加されることを排除するものではないということは理解できるだろう。
一要素が他の要素に“連結”または“接続”しているという場合は、一要素が他の要素に直接連結、または接続とすることができ、また介入要素が存在することもできる。対照的に、一要素が他の要素に“直接連結”または“直接接続”しているという場合は、介入要素は存在しない。
用語の第1、第2などは、各種要素を述べるために用いられているが、これらの用語はこれらの用語により限定されないものと理解される。これらの用語は、ただ一要素を他の要素と区別するために用いられる。よって、本発明から逸脱しない範囲において、第1要素を第2要素とも言える。
他に定義されていなければ、ここに用いられるすべての用語(技術的で科学的な用語を含み)は、本発明が属する技術分野において熟練されている者であれば通常に理解できる意味を持つ。通常に用いられる事典で定義されている用語と同じ用語は該当技術の文脈でその意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、ここで明白に定義しない限り、理想的であったりあまり形式的な意味に解釈されないことが理解されるだろう。
実施形態は互いに並列に接続されて、基準電流をそれぞれのReRAMセンス増幅器回路に提供するように構成された少なくとも3つのReRAM基準セルを提供することができる。例えば、本発明のいくつかの実施形態による回路は、比較的多い数の基準セルを提供することができ、半分は「0」の論理データ値にプログラムされ、半分は「1」の論理データ値にプログラムされることによって、前記並列組み合わせは「0」の論理データ値と関係づけられた基準電流の間の中間点を近似値とする基準電流を提供することができる。また、基準電流は、さらに多い基準セルがデータ値の間の真の中間点に、さらに正確な表現を提供することができることから工程中の変動が少なくなる。
本発明によるいくつかの実施形態において、判読動作がメモリの第1ブロックに対して実施される際に、メモリの第2ブロック内の基準セルはメモリの第1ブロックからデータを判読するのに用いられるセンス増幅器に基準電流を提供するために用いられる。本発明による他の実施形態において、センス増幅器回路の入力端のうちある入力端は、基準電流を提供するのに用いられる。特に、センス増幅器回路の入力端は、基準電流が提供されるセンス増幅器回路の入力端と一緒に接続するように構成された基準ブロック選択トランジスタに接続することができる。
また、他の入力端に接続されるセンス増幅器回路の入力端は、判読動作が実施されるメモリのブロックに応答することができる。よって、メモリの第1ブロックの判読で、センス増幅器回路の第1セットの入力端にデータが提供されることができ、センス増幅器回路の残りの入力端はメモリの第2ブロック内の基準セルに接続することができる。
本発明によるまた他の実施形態において、相異なるブロックからの基準セルは、一緒に接続されるブロックの外部にあるメモリブロックに対する判読動作に応答して一緒に接続することができる。すなわち、メモリの特別なブロックに対する判読によって判読が実施されるブロック以外のブロックからの基準セルが一緒に接続される。
本発明によるまた他の実施形態において、電流基準回路は活性時にそれぞれの基準電流をセンス増幅器に提供できるように構成された多数の基準セルを含むことができる。基準セルによって提供される電流の量は異なるように加重値を与えた抵抗値の分布を有することができる。すなわち、本発明によるいくつかの実施形態において、「1」の論理データ値を保存するのに用いられる基準セルの個数は「0」のデータ値を保存するのに用いられる基準セルの個数と異なることができる。よって、基準回路は、特別な工程パラメーターによって惹起されることがありうるデータセルによって提供された値の特別な分布を補償するように構成することができる。
本発明によるまた他の実施形態において、電流基準回路は、すべての基準セルが接続されたセンス増幅器回路に実質的に同一の基準電流を提供するために同一のデータ値を保存できるように構成することができる。
図6は、本発明のいくつかの実施形態によるデータセル及び電流基準セルに接続されたセンス増幅器回路を示す概略回路図である。図6において、メモリブロックMCBは複数のデータセルMCを含み、複数のデータセルMCは複数のデータセルMCに対して実行される判読動作中の後続検索のためにデータが保存できるように構成されている。特に、データセルMCに保存されているデータは、データセルMCに接続されたワードラインMWL1〜m及びビットラインMBL1〜nのバイアシングを介してアクセスすることができる。
データセルMCは磁気ランダムアクセスメモリ、相変化ランダムアクセスメモリなどに提供されるものと同様な抵抗特性に基づいて論理データ値が保存できるように構成されている。よって、「1」または「0」のような論理データ値は、判読動作時に適切なバイアシングがデータセルMCに接続されたワードラインとビットラインに印加される際に、データセルMCに/から流れる電流によって論理データ値が決定されるように相異なる抵抗としてデータセルMCに保存される。
ここでは、データセルMCに/からの単一ビットデータの保存及び検索について説明するが、前記データセルは実際にマルチ−ビット記憶セルを示すということが理解できるだろう。マルチ−ビット配列では、メモリセルごとにデータの少なくとも2つのビットが保存される。例えば、2−ビットメモリセル構成では、各メモリセルに保存された情報の状態は「00」、「01」、「10」または「11」とすることができる。また、各メモリセルは4つの相異なる値の中で1つとして決定されるスレッショルド電圧を有するようにプログラムすることができる。よって、このようなマルチ−ビットメモリ素子は、その情報量のために1−ビットメモリ素子において必要なメモリセルの個数の半分に該当する個数のメモリセルを使って、1−ビットメモリ素子と同様な領域に2つのビットを保存することができる。そうすることで、所定の情報量を保存することにおいて1−ビットメモリ素子と比べてチップの大きさが対応して減少する。メモリセルごとに保存されるビットの数が増加することによって、マルチ−ビットメモリ素子の用量も1−ビットメモリ素子に比べて対応して増加する。マルチ−ビット記憶セルは、例えば、米国特許第6,118,696号により「不揮発性半導体メモリ素子のマルチ−ビットメモリセルアレイ及びその駆動方法」という発明の名称で開示されており、これは本明細書の参照文献となる。
また、図6に示すように、センス増幅器回路SU1〜nは、2つの入力端を含み、前記入力端の中で1つはメモリブロックMCB内のデータセルMCからのそれぞれのビットラインに接続される。例えば、センス増幅器回路SU1は、メモリブロックMCB内のデータセルMCの第1列に接続されているビットラインMLB1に接続された第1入力端IA1を含む。また、IA2であるセンス増幅器回路SU2の入力端は、メモリブロックMCB内のデータセルMCの第2列にあるビットラインMLB2に接続される。また、図6に示すように、センス増幅器回路SU1〜nのそれぞれに対する第2入力端はノードNDに接続される。任意の個数のセンス増幅器回路SUが用いられることができ、センス増幅器回路のそれぞれはメモリブロックMCB内の列をアクセスするのに用いられるそれぞれのビットラインに接続される。
また、図6に示すように、基準電流回路RCBはノードNDに互いに並列接続された少なくとも3つの基準メモリセルRC1〜RCnを含むように構成され、ここで基準セルRC1〜nのそれぞれは基準ワードラインRWLに接続される。また、基準セルRC1〜nのそれぞれは、電流回路RCBの基準セルRC1〜nを活性化するために基準ワードラインRWLと共に用いられるそれぞれの基準ビットラインRBL1〜nに接続される。
動作時に、メモリブロックMCB内のデータセルMCの行は、ワードラインMWL1〜mとビットラインMLB1〜nの適した組み合わせをバイアシングすることでアクセスされることができる。例えば、メモリブロックMCB内のデータセルMCの第1行をアクセスするために、ワードラインMWL1が活性化されることができ、データセルMCの第1行に保存された論理データ値をアクセスするためにバイアス電圧がビットラインMBL1〜nのそれぞれに印加されることができる。よって、電流IM1〜nは、判読動作中にデータセルMCの適した行の活性化に応答して提供されることができる。判読に応答して提供された電流IM1〜nのそれぞれは判読動作中に入力端に接続されたそれぞれのデータセルMCによって提供される抵抗に比例することができる。
判読動作中に、基準電流回路RCBは入力端のそれぞれからセンス増幅器回路SU1〜nで実質的に等しい基準電流Irefを提供するために基準ワードラインRWL及び基準ビットラインRBL1〜nをバイアシングすることで活性化させることができる。基準電流Irefは互いに並列に接続された少なくとも3つの基準セルの間に分割され、図6に基準電流IR1〜IRnとして示されている。
ここに、センス増幅器回路SU1〜SUnのそれぞれは、それぞれのセンス増幅器回路SU1〜nによって供給される電流IM1〜nと基準電流に比例する、センス増幅器SA1〜nの入力端に提供された電圧レベルを比べる。特に、センス増幅器SA1〜SAnの各入力端は、一対の比較器CMP1、CMP2の出力に応答して動作する一対の制御トランジスタTC1、TC2の動作を介してアクセスすることができるそれぞれの正電流源IS1、IS2に接続される。比較器CMP1、CMP2はそれぞれ制御トランジスタTC1、TC2の動作を提供するためにそれぞれの電流Iref、IM1〜nによる電圧とバイアス電圧Vbとを比べる。
比較器CMP1、CMP2は、入力端(基準セルに接続された入力またはデータセルに接続された入力)の電圧をバイアス電圧Vbと比較し、入力電圧がバイアス電圧Vbよりも小さいと、比較器の出力が増加して正電流源IS1またはIS2によって供給される制御トランジスタTC1またはTC2のドレイン電流も増加し、これによって前記入力端で電圧レベルが上昇する。反面データセルMCからの入力端での電圧がバイアス電圧Vbよりも大きいと、比較器CMP1またはCMP2の出力が減少して制御トランジスタTC1またはTC2のドレイン電流も減少し、これによって、センス増幅器回路SU1〜nの入力端において電圧が減少される。センス増幅器回路SU1〜SUnに含まれた回路の動作をデータセルMCに接続された入力端を参照して上述したが、前記基準セルに接続された回路の動作は類似していることもある。
図6によって、基準電流回路RCBに含まれた基準セルRC1〜RCnは、基準セルRC1〜RCnの半分が「0」の論理データ値を有するようにプログラムされ、基準セルRC1〜RCnの残り(すなわち、他の半分)は「1」の論理データ値を有するようにプログラムされるように構成することができる。よって、センス増幅器回路SU1〜nに/から提供される組み合わせされた基準電流Irefは互いに並列接続された前記基準セルとの間で分割される。
増加した個数の基準セルRC1〜nが基準電流回路RCBに提供されることができるので、電流Irefの分布範囲はより狭くなり、これによってデータセルMCに保存されたデータのより正確な決定をさせることができ、センス増幅器回路SU1〜nの動作マージンの向上が可能となる。
図7は本発明のいくつかの実施形態によるアクセストランジスタを利用する基準セル/データセルに接続されたセンス増幅器回路を示す簡単化された等価回路図である。特に、データセルと基準セルは、図6に示すように、ワードライン及びビットラインWL/BLと基準ワードラインWL(ref)及びそれぞれのビットライン
Figure 2007164969
に接続された抵抗型素子によって示されている。動作時、ワードライン(データセルを活性化させるのに用いられるワードライン及び基準セルを活性化させるのに用いられるワードラインWL(ref))はそれぞれのデータセル/基準セルに接続されたアクセストランジスタに接続される。よって、ここで説明した回路は、適したバイアシングがワードライン及びビットラインに印加される際に、図7に示すようにアクセストランジスタと共に動作することができる。
図8は、図6に示すように抵抗型素子がデータセル及び基準セルを示す“交差点”の構成を示す等価回路図である。動作時、ビットラインBL0〜BL15に提供されるバイアシングとともにデータセルに接続されたワードラインのバイアシングはデータセルに保存されたデータへのアクセスを提供する。同様に、基準セルはビットライン
Figure 2007164969
と共に基準ワードラインWL(ref)のバイアシングに応答して活性化することができる。例えば、本発明によるいくつかの実施形態において、選択されたワードラインWL/WL(ref)には接地電圧を印加することができ、バイアス電圧(約0.4V)はビットラインに印加されるバイアス電圧と共に選択されないワードラインWLに印加される。
図9は、本発明のいくつかの実施形態によって相異なるメモリブロック内の基準セルに選択的に接続されたセンス増幅器回路の概路図である。図9によって、センス増幅器回路SAはブロック0及びブロック1内のデータセル及び基準セルに接続される。動作時、センス増幅器回路SAはブロック1内のデータセルに対する判読動作に応答してブロック0に含まれた基準セルに接続することができる。同様に、センス増幅器回路は、ブロック0内のデータセルに対する判読動作に応答してブロック1に含まれた基準セルに選択的に接続することができる。
図10は、入力端に接続された制御トランジスタを含むセンス増幅器回路の簡単化された概路図である。特に、センス増幅器回路SAの第1入力端はブロック1の判読を示す信号の制御の下で動作する制御トランジスタに接続される。センス増幅器回路SAの残りの入力端はブロック0の判読を指示する信号に応答して動作する制御トランジスタと共に接続される。動作時、ブロック1に対して判読動作が実行される際に、センス増幅器回路の上部入力端はブロック0に含まれた基準セルと共に接続することができる。対照的に、ブロック0に対して判読動作が実行される際に、センス増幅器回路の下部入力端はブロック1に含まれた基準セルと共に接続される。よって、特別なブロックに対する判読動作において、センス増幅器回路の他の入力端は判読が実行されるメモリブロック以外のメモリブロック内の基準セルに接続することができる。
図11は、本発明のいくつかの実施形態によるデータセル及び基準セルを含むメモリブロックの概路図である。図11において、第1ハーフブロックHBK1及び第2ハーフブロックHBK2のそれぞれはデータセル及び基準セルを活性化するのに用いられるそれぞれの行及び列デコーダを含む。例えば、第1行デコーダ13a及び第1列デコーダ11aは、HBK1の第1ハーフブロックに含まれたメモリブロックMBLK1〜MBLKiに含まれたデータセル及び基準セルを活性化するのに用いられる。
また、図11に示すように、センス増幅器ブロックSABは、入力/出力端1〜nをそれぞれ提供するセンス増幅器回路SU1〜nを含む。センス増幅器回路SU1〜nはハーフブロックHBK1、HBK2に含まれたデータセル及び基準セルに接続される。
また、図11に示すように、データセル及び基準セルはデータセル/基準セルを活性化するのに用いられるそれぞれのアクセストランジスタに接続される。例えば、ハーフブロックHBK1の第1行に含まれたデータセルは、すべてのメモリブロックMBLK1〜MBLKiのワードラインMWL1及びビットラインBL1〜nによって活性化されることができる。また、メモリブロックMBLK1〜MBLKiを含む基準セルRC1〜RCnはそれぞれのアクセストランジスタによって制御される。
動作時、図9及び図10を参照して説明したように、ハーフブロックHBK1/HBK2のうち1つに対する判読動作により、センス増幅器回路SU1〜SUnにおける入力端のうちの1つが他のハーフブロックHBK1/HBK2内の基準セルに接続される。例えば、ハーフブロックHBK1の判読によって、MBLK1〜MBLKiに含まれたデータセルは入力端をセンス増幅器回路SU1〜SUnに提供するためにワードライン及びビットラインを適切にバイアシングすることによって活性化される。
制御信号ΦR1は、第1ハーフブロックHBK1に対する判読を指定することによって、センス増幅器回路SU1〜SUnの残りの入力端がHBK2の第2ハーフブロック内の基準セルに接続できるようにしたことが理解できるだろう。特に、(HBK2内におけるMBLK1及びMBLKiのための)ビットラインBSL1〜nと共に第2行デコーダ13bによって提供される基準ワードラインは内部に含まれた基準セルを活性化するのに用いられる。よって、図11は、図9及び図10を参照して上述したように、そして、図12の簡単化された等価回路に示すように、データセル及び基準セルの活性化にアクセストランジスタを利用しながら判読動作が実行されるメモリブロック以外のメモリブロックに含まれた基準セルの利用を例示することができる。
図13は、図8の“交差点”の構成にデータセル及び基準セルを示す抵抗型ランダムアクセスメモリ素子の概路図である。例えば、図13において、ハーフブロックHBK1’の第1行に含まれたデータセルはMBLK1’及びMBLKi’のためのビットラインBL1〜nに接続され、ブロックスイッチングトランジスタTBに、そして、例えば判読動作に応答して適切なバイアシングを提供するために行バイアスユニットRBU1に接続される。
動作時、センス増幅器ブロックSABに含まれたセンス増幅器回路は、図14に簡単化された等価回路として例示された他のハーフブロックHBK1’/HBK2’に含まれた基準セルに接続されながらハーフブロックHBK1’/HBK2’のうち1つのデータセルからデータを受けており、図14はメモリブロックMBLK1’、MBLK2’それぞれのメモリブロック内のデータセル0〜15からデータ0〜31が提供されるセンス増幅器回路SA0〜15を示し、MBLK1/2のそれぞれは16個のデータセルを含む。よって、センス増幅器回路SA0〜SA15はHBK1’に対する判読に応答してHBK2’に含まれた基準セル0〜15に接続される。
図15は、センス増幅器回路SA0〜7の入力端に接続されたメモリブロック0〜7及びメモリブロック8〜15の概路図であり、ここで、センス増幅器回路は、判読動作が実行されるメモリブロック以外のメモリブロックに有する複数のメモリブロックに含まれた基準セルに選択的に接続される。例えば、ブロック8〜15に含まれたデータセルに対する判読動作に応答して、センス増幅器回路SA0〜7のそれぞれに対する入力端の中の1つはブロック0〜7に含まれた基準セルに選択的に接続される反面に、センス増幅器回路SA0〜7の残りの入力端は図16の簡単化された等価回路に例示されたメモリブロック8〜15に含まれたデータセルに選択的に接続される。
図17は、データセル/基準セルに保存された論理データ値と関係づけられる電流分布の範囲内での変動の概路図である。特に、図17は、論理データ1に対応する状態を有する抵抗型メモリセルのプログラムと関係づけられた電流は、論理データ0にプログラムされたセルにより発生された電流の変動に比べて広く変化する抵抗であることを示している。よって、論理データ0にプログラムされたセルにより発生する電流は、「1」の論理データ値を保存するようにプログラムされたメモリセルにより発生する電流よりもさらに狭い範囲の電流を提供することができる。
図18は、「1」の論理データ値を保存するデータセルにより発生する電流及び「0」の論理データ値を保存するメモリセルにより発生する電流に対する比較的に狭い分布範囲を示す概路図である。
図19は、基準電流Iref’を基準電流回路RCB’にそれぞれ提供する4つのセンス増幅器回路SU1〜4に接続された3つの基準セルRS1〜RS3を含む基準電流回路RCB’の概路図である。すべての基準セルRS1〜3は同一状態でプログラムされていることが理解できる。例えば、基準セルRS1〜RS3のそれぞれは、「1」の論理データ値または「0」の論理データ値にプログラムすることができる。よって、電流Iref’は基準セルRS1〜RS3のそれぞれに提供される電流の約3/4と同一とすることができる。よって、基準電流は、前記基準セルの間において異なるように加重値が与えられた抵抗値の分布による量として提供されることができる。すなわち、上述のように、基準セルは、相異なる値の同一数(すなわち、論理データ値「0」及び論理データ値「1」にプログラムされたセルの同一数)とは反対に単一値としてプログラムすることができる。
また、図19を参照して説明したように、データセルに保存された相異なるデータ値との間で決定するために、センス増幅器によって用いられる基準電流は論理データ値のうち1つに関係する非常に広い分布範囲が補償できるように、ただ論理データ値の中の1つによって設定されることができる。例えば、図17に示すように、論理データ値「1」に対する比較的広い分布範囲は、基準電流が2つの論理データ値の間の中間点として発生する場合に問題を起こすことがありうる。すなわち、前記基準電流が論理データ値「1」と論理データ値「0」との間の中間点として発生される場合、基準電流は論理データ値「1」の分布の上部範囲と重畳することがあり、よって、データセルを判読する際にエラーが発生することがありうる。対照的に、図18に示すように、基準電流は、より狭い分布範囲を有する論理データ値「1」に、さらに近づけるように発生することができる。
図20は、本発明によるいくつかの実施形態において、センス増幅器回路SU1〜SU4に接続された基準セルを示す概路図である。特に、基準セルは、各並列レッグ(leg)が少なくとも2つの基準セルを直列に有する並列配列として配列することができる。また、並列レッグの各直列素子は、別の基準ワードラインRWL1、RWL2によって活性化されることができる。図20において、センス増幅器回路SU1〜4により提供される基準電流は、論理データ値「0」/「1」の分布が、例えば図18に示すように特別に広い状況において、データセルから判読されたデータの特性を間違って示すことを減少させるために、基準電流回路RCB”の各並列レッグに提供される電流の約2倍になるように発生されることができる。
「0」の論理データ値、または「1」の論理データ値を保存するセルにより提供される相異なる抵抗レベルのグラフである。 2つの基準セルを有する従来MRAMの回路図である。 基準セルと関係づけられる抵抗の変化が提供された電圧バイアシングの関数のグラフである。 データセル及び基準セルにより提供される電流を比較するのに用いられる従来のセンス増幅器回路の概略回路図である。 「1」及び「0」の論理データ値を保存するデータセルにより提供される電流及びデータセルにより提供される電流レベルとの間である概して中間の基準セルにより提供される基準電流を示すグラフである。 本発明のいくつかの実施形態によるデータセル及び電流基準セルに接続されたセンス増幅器回路を示す概略回路図である。 本発明のいくつかの実施形態によるアクセストランジスタを用いる基準セル/データセルに接続されたセンス増幅器回路を示す簡単化された等価回路図である。 本発明のいくつかの実施形態により抵抗型素子がデータセル及び基準セルを示す“交差点”の構成を示す等価回路図である。 本発明のいくつかの実施形態により相異なるメモリブロック内の基準セルに選択的に接続されたセンス増幅器回路の概路図である。 本発明のいくつかの実施形態により入力端に接続された制御トランジスタを有するセンス増幅器回路の概路図である。 本発明のいくつかの実施形態によりデータセル及び基準セルを有するメモリブロックの概路図である。 本発明のいくつかの実施形態により図11に示されたデータセル及び基準セルを有するメモリブロックの簡単化された等価回路図である。 本発明のいくつかの実施形態によりデータセル及び基準セルを“交差点”の構成として示す抵抗型ランダムアクセスメモリ素子の概路図である。 本発明のいくつかの実施形態により図13のセンス増幅器回路SA0〜15を示す簡単化された等価回路である。 本発明のいくつかの実施形態によりセンス増幅器回路SA0〜7の入力端に接続されたメモリブロック0〜7及びメモリブロック8〜15の概路図である。 図15に示されたセンス増幅器回路SA0〜7の入力端に接続されたメモリブロック0〜7及びメモリブロック8〜15の簡単化された等価回路図である。 データセル/基準セルに保存された論理データ値と関係づけられた電流の分布範囲内での変動の概路図である。 「1」の論理データ値を保存するデータセルにより発生される電流及び「0」の論理データ値を保存するメモリセルにより発生される電流の比較的狭い分布範囲を示す概路図である。 本発明のいくつかの実施形態により基準電流Iref’を基準電流回路RCB’にそれぞれ提供する4つのセンス増幅器回路SU1〜4に接続された3つの基準セルRS1〜RS3を有する基準電流回路RCB’の概路図である。 本発明によるいくつかの実施形態においてセンス増幅器回路SU1〜SU4に接続された基準セルを示す概路図である。
符号の説明
CMP1、CMP2 比較器
IA1 第1入力端
IM1〜n 電流
Iref,IR1〜IRn 基準電流
IS1、IS2 正電流源
MBL1〜n ビットライン
MC データセル
MCB メモリブロック
MWL1〜m ワードライン
ND ノード
RBL1〜n 基準ビットライン
RC1〜RCn 基準メモリセル
RCB 基準電流回路
RWL 基準ワードライン
SA1〜SAn センス増幅器
SU1〜n センス増幅器回路
TC1、TC2制御トランジスタ
Vb バイアス電圧

Claims (37)

  1. 抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)において、
    互いに並列に接続された少なくとも3つのReRAM基準セルを具備する電流基準回路を含み、前記電流基準回路は各ReRAMセンス増幅器回路に基準電流を提供するように構成されていることを特徴とする抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  2. 前記基準セルにそれぞれ接続された少なくとも3つのビットラインをさらに含み、
    前記少なくとも3つのビットラインは前記ReRAMの判読動作中に活性化されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  3. 前記少なくとも3つの基準セルに接続されたワードラインをさらに含み、
    前記ワードラインは前記ReRAMの判読動作中に活性化されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  4. 前記基準セルにそれぞれ接続され、前記ReRAMでの判読動作中に活性化されるように構成された少なくとも3つのビットラインと、
    前記基準セルにそれぞれ接続された少なくとも3つのアクセストランジスタと、
    前記アクセストランジスタのゲートに接続され、前記判読動作中に活性化されるように構成された基準ワードラインと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  5. 前記基準セルにそれぞれ接続され、前記ReRAMでの判読動作中に活性化されるように構成された少なくとも3つのビットラインと、
    前記基準セルに接続され、前記判読動作中に活性化されるように構成された基準ワードラインと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  6. 第1及び第2入力端を具備するセンス増幅器回路をさらに含み、
    前記第1入力端は前記ReRAMでデータセルのビットラインに接続され、前記第2入力端は前記電流基準回路に接続されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  7. 前記基準電流は前記第2入力端から前記少なくとも基準セルに流れることを特徴とする請求項6記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  8. 前記データセルのビットライン及び前記第1入力端とともに直列に接続された第1制御トランジスタと、
    前記基準セル及び前記第2入力端とともに直列に接続された第2制御トランジスタと、
    前記第1及び第2制御トランジスタのゲートにそれぞれ接続された第1及び第2比較器回路と、をさらに具備し、
    前記第1及び第2比較器回路は前記第1または第2入力端の電圧をバイアス電圧レベルまで駆動するために前記第1及び第2制御トランジスタのゲートの電圧レベルを増加または減少させるように構成されていることを特徴とする請求項7記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  9. 前記ReRAMは、PRAMまたはMRAMを含むことを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  10. 前記ReRAM基準セルのそれぞれは、前記ReRAMに保存されたデータ値を示すそれぞれの抵抗値を提供するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  11. 前記ReRAMは、マルチ−ビットデータを保存するように構成されたReRAMデータセルをさらに具備することを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  12. 第1及び第2入力端を具備するセンス増幅器回路をさらに含み、
    前記第1入力端は前記ReRAMでデータ/基準セルの第1ビットラインに接続され、前記第2入力端はデータ/基準セルの第2ビットラインに接続されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  13. 前記センス増幅器回路は第1センス増幅器回路を具備し、
    前記ReRAMは、
    第1及び第2入力端を含む第2センス増幅器回路と、
    前記第1センス増幅器回路の前記第1入力端と前記第2センス増幅器回路の前記第1入力端との間に接続された基準ブロック選択トランジスタと、をさらに具備し、
    前記基準ブロック選択トランジスタは前記基準セルを含むブロック以外の前記ReRAMのブロックに対する判読動作に応答して前記第1及び第2センス増幅器回路の第1入力端を前記基準セルに接続するように構成されていることを特徴とする請求項12記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  14. 複数の制御トランジスタに接続された第1入力端をそれぞれ有する複数のセンス増幅器回路をさらに具備し、
    前記制御トランジスタは、前記第1入力端を判読動作が実行されるブロック以外の前記ReRAMのブロック内の基準セルに接続するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  15. 複数の制御トランジスタに接続された第1入力端をそれぞれ有する複数のセンス増幅器回路をさらに具備し、
    前記制御トランジスタは、前記第1入力端を判読動作が実行されるブロック以外の前記ReRAMの相異なるブロック内の基準セルに接続するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  16. 抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)において、
    第2ブロックに対する判読動作に応答して、前記ReRAMにおける第1ブロック内の基準セルのビットラインに接続される第1入力端を含むセンス増幅器回路を具備することを特徴とする抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  17. 第1ブロックに対する判読動作に応答して第2ブロック内の基準セルに接続された前記センス増幅器回路の第2入力端をさらに具備することを特徴とする請求項16記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  18. 前記第1及び第2ブロックは、前記ReRAMにおけるそれぞれのビットライン及びそれぞれのワードラインにそれぞれ接続されたデータセルのアレイを具備することを特徴とする請求項17記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  19. 前記第1及び第2ブロックは、それぞれのビットライン及びそれぞれのアクセストランジスタにそれぞれ接続されたデータセルのアレイを具備し、
    前記アクセストランジスタはそれぞれのデータセルに接続されていることを特徴とする請求項17記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  20. 前記データセルのそれぞれは、それぞれのワードラインを利用したそれぞれのアクセストランジスタの活性化、及びそれぞれのアクセストランジスタに接続されたそれぞれのビットラインの活性化に応答するアクセスのために構成されていることを特徴とする請求項19記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  21. 前記データセルのそれぞれはそれぞれのアクセストランジスタに接続されたそれぞれのワードラインの活性化、及びそれぞれのアクセストランジスタに接続されたそれぞれのビットラインの活性化に応答するアクセスのために構成されていることを特徴とする請求項18記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  22. 前記センス増幅器回路は第1センス増幅器回路を具備し、
    前記ReRAMは、
    第1及び第2入力端を具備する第2センス増幅器回路と、
    前記第1センス増幅器回路の前記第1入力端と前記第2センス増幅器回路の前記第1入力端との間に接続された基準ブロック選択トランジスタと、を具備し、
    前記基準ブロック選択トランジスタは、前記基準セルを含むブロック以外の前記ReRAMのブロックに対する判読動作に応答して前記第1及び第2センス増幅器回路の第1入力端を前記基準セルに接続するように構成されていることを特徴とする請求項17記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  23. 抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)において、
    前記ReRAM内の複数の相異なるブロックのデータセルからデータを受信し、前記相異なるブロックの基準セルから基準電圧を受信するように構成された複数のセンス増幅器回路と、
    前記複数のセンス増幅器回路の入力端に接続され、残りのブロック以外の前記ReRAMのブロックに対する判読動作に応答して複数の相異なるブロックに含まれた基準セルに前記入力端を接続するように構成された複数の基準ブロック選択トランジスタと、
    を具備することを特徴とする抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  24. 抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)において、
    基準セルとの間において異なるように加重値が与えられた抵抗値の分布により提供される正の活性化時におけるそれぞれの基準電流を接続されたセンス増幅器回路に提供するように構成された基準セルを含む電流基準回路を具備することを特徴とする抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  25. 前記抵抗値は、前記ReRAM内のデータセルの間で、より狭い範囲の値を有する抵抗値の方へ加重値が与えられることを特徴とする請求項24記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  26. 前記ReRAMは、PRAMまたはOxRAM、またはポリマーRAMを具備することを特徴とする請求項24記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  27. 前記異なるように加重値が与えられた抵抗値の分布は、前記ReRAMにデータを保存するのに用いられる抵抗値の中から1つのみに基づくことを特徴とする請求項24記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  28. 前記抵抗値の中から1つのみが、より狭い範囲の値を有する抵抗値を含むことを特徴とする請求項27記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  29. 前記電流基準回路は、
    第1抵抗値を保存するように構成された第1個数の第1基準セルと、
    第2抵抗値を保存するように構成された第2個数の第2セルと、を具備し、
    前記第1及び第2個数は異なることを特徴とする請求項24記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  30. 前記第1抵抗値の範囲が前記第2抵抗値の範囲より狭ければ、前記第1基準セルの個数は前記第2基準セルの個数よりも多いことを特徴とする請求項29記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  31. 抵抗基盤ランダムアクセスメモリ(ReRAM)において、
    実質的に等しいそれぞれの基準電流を提供するためにすべて同一データ値を保存するように構成された基準セルを含む電流基準回路を具備することを特徴とする抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  32. 前記同一データ値は、前記ReRAMでの値のより狭い範囲を有する抵抗値に対応することを特徴とする請求項31記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  33. 前記抵抗値は、比較的低い抵抗を含むことを特徴とする請求項32記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  34. 前記抵抗値は、比較的高い抵抗を含むことを特徴とする請求項32記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  35. 前記基準セルのそれぞれに接続されて、前記ReRAMでの判読動作に応答して基準電流を提供するために前記基準セルを活性化するように構成された単一基準ワードラインと、
    前記基準セルのそれぞれのために別のビットラインをさらに具備することを特徴とする請求項31記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  36. 前記電流基準回路は第1基準セルを含む第1電流基準回路を具備し、
    前記ReRAMは前記第1電流基準回路と並列に接続された第2電流基準回路をさらに具備し、
    前記第2電流基準回路はそれぞれの実質的に等しい基準電流を提供するためにすべて同一データ値を保存するように構成された第2基準セルを含み、
    前記第1及び第2電流基準回路に保存された前記同一データ値は実質的に等しいことを特徴とする請求項31記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
  37. 前記第1及び第2電流基準回路にそれぞれ接続され、前記ReRAMでの判読動作に応答して基準電流を提供するために前記基準回路を活性化するように構成された第1及び第2基準ワードラインをさらに具備することを特徴とする請求項36記載の抵抗基盤ランダムアクセスメモリ。
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