JP5315940B2 - Magnetic random access memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗素子(MTJ素子)をメモリセルに利用した磁気ランダムアクセスメモリに関する。 The present invention relates to a magnetic random access memory using a magnetoresistive element (MTJ element) as a memory cell.
磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は、読み書き回数が無制限、低電圧動作、高速動作が可能な不揮発メモリとして期待されるメモリの一つである。MRAMにおいては、TMR(Tunnel MagnetoResistance)効果を示す磁気抵抗素子がメモリセルとして利用される。その磁気抵抗素子には、例えばトンネルバリヤ層が2層の強磁性層で挟まれた磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)が形成される。その2層の強磁性層のうちの1層は、磁化の向きが固定されたピン層であり、他の1層は、磁化の向きが反転可能なフリー層である。 Magnetic random access memory (MRAM) is one of the memories expected as a non-volatile memory that can be read and written indefinitely, can be operated at low voltage, and can operate at high speed. In the MRAM, a magnetoresistive element exhibiting a TMR (Tunnel MagnetoResistance) effect is used as a memory cell. In the magnetoresistive element, for example, a magnetic tunnel junction (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) in which a tunnel barrier layer is sandwiched between two ferromagnetic layers is formed. One of the two ferromagnetic layers is a pinned layer whose magnetization direction is fixed, and the other one is a free layer whose magnetization direction can be reversed.
MRAMセルにおける典型的な書き込み方法は、直交する2本の配線の各々に書き込み電流を流し、その電流が生成する合成磁場によって磁気抵抗素子の磁化を反転させる二軸書き込み方式である。この二軸書き込み方式を採用する場合、メモリセルには、典型的には、1つのMTJ素子とリード時にメモリセルを選択するための1つのセルトランジスタから構成される1T1MTJの構成が採用される。この場合、メモリセル面積はDRAM並みのセルサイズを実現できる可能性がある。しかし、非選択メモリセルにも磁場が印加される状態(半選択状態)が存在するため、書き込みの動作マージンが狭いことが欠点であった。典型的に書き込み電流は5mA程度と大きく、セル占有率を高めて大容量化することが困難であった。 A typical writing method in the MRAM cell is a biaxial writing method in which a writing current is supplied to each of two orthogonal wires, and the magnetization of the magnetoresistive element is reversed by a synthetic magnetic field generated by the current. When this biaxial writing method is employed, the memory cell typically employs a 1T1MTJ configuration including one MTJ element and one cell transistor for selecting the memory cell at the time of reading. In this case, there is a possibility that the memory cell area can realize a cell size similar to that of a DRAM. However, since a non-selected memory cell also has a state in which a magnetic field is applied (semi-selected state), the write operation margin is narrow. Typically, the write current is as large as about 5 mA, and it is difficult to increase the cell occupation ratio and increase the capacity.
この問題を解決するMRAMセルとして、セルトランジスタを介して書き込み電流を選択メモリセルに導通してセル選択性を改善するMRAMセルが提案されている。例えば、2T1MTJセルは、2つのセルトランジスタをオン状態にして書き込み電流を導通することで、選択メモリセルのMTJ素子のみに反転磁場を印加することが可能である。また、スピン注入磁化反転によってデータを書き込む1T1MTJセルも、セルトランジスタを介して選択メモリセルのMTJ素子に書き込み電流を流して書き込みを行うのでセル選択性に優れている。 As an MRAM cell that solves this problem, an MRAM cell has been proposed in which a write current is conducted to a selected memory cell via a cell transistor to improve cell selectivity. For example, a 2T1MTJ cell can apply a reversal magnetic field only to the MTJ element of the selected memory cell by turning on two cell transistors and conducting a write current. In addition, the 1T1MTJ cell in which data is written by spin injection magnetization reversal is excellent in cell selectivity because a write current is supplied to the MTJ element of the selected memory cell via the cell transistor.
これらのMRAMセルに共通の課題は、供給可能な書き込み電流がセルトランジスタのサイズ、即ち、ゲート幅に制限されてしまうことである。書き込み電流が大きいとそのメモリセルサイズはセルトランジスタのサイズに依存する。半導体メモリとして実現するためには、そのセルサイズをSRAMやDRAM並みに小さくする必要があり、即ち、書き込み電流低減は避けられない。例えば、SRAM並みのビットコストを実現するには500μA以下に書き込み電流値を低減する必要があり、また、DRAM並みのビットコストを実現するには200μA以下に低減する必要がある。このレベルまでMTJ素子の磁化反転電流を低減するための磁性薄膜技術の進展が熱望される。 A problem common to these MRAM cells is that the write current that can be supplied is limited by the size of the cell transistor, that is, the gate width. When the write current is large, the memory cell size depends on the size of the cell transistor. In order to realize it as a semiconductor memory, it is necessary to make its cell size as small as that of SRAM or DRAM, that is, reduction of write current is inevitable. For example, it is necessary to reduce the write current value to 500 μA or less in order to realize a bit cost equivalent to SRAM, and it is necessary to reduce it to 200 μA or less in order to realize a bit cost comparable to DRAM. Advances in magnetic thin film technology for reducing the magnetization reversal current of MTJ elements to this level are eagerly desired.
MRAMセルのセルサイズを縮小するアプローチとして、書き込み電流を低減する方法の他にワード線を電源電圧よりも高い電圧を印加するワードブースト技術がある。これにより、セルトランジスタのオン電流を実質的に上げ、より大きな書き込み電流をメモリセルに駆動することが可能となる。 As an approach for reducing the cell size of the MRAM cell, there is a word boost technique in which a voltage higher than the power supply voltage is applied to the word line in addition to a method of reducing the write current. As a result, the on-state current of the cell transistor can be substantially increased, and a larger write current can be driven to the memory cell.
図16A〜図16Cは、2T1MTJセルに対するワードブーストの例を示している。図16Aに示されているように、スタンバイ時には、全てのワード線WLとライトビット線WBLとが接地される。図16Bに示されているように、書き込み時は、選択ワード線に電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhを印加し、ライトビット線WBLの一方に電源電圧Vddを印加し、もう一方のライトビット線/WBLを接地することで書き込み電流Iwを供給する。一方、図16Cに示されているように、読み出し時は、ライトビット線WBL、/WBLの両方を接地し、リードビット線RBLを0.3V程度にクランプして選択メモリセルのMTJ素子を貫通するトンネル電流Isを検出する。 16A to 16C show an example of word boost for 2T1MTJ cells. As shown in FIG. 16A, all word lines WL and write bit lines WBL are grounded during standby. As shown in FIG. 16B, at the time of writing, a boost voltage Vdh higher than the power supply voltage Vdd is applied to the selected word line, a power supply voltage Vdd is applied to one of the write bit lines WBL, and the other write bit is applied. The write current Iw is supplied by grounding the line / WBL. On the other hand, as shown in FIG. 16C, at the time of reading, both the write bit lines WBL and / WBL are grounded, and the read bit line RBL is clamped to about 0.3 V to penetrate the MTJ element of the selected memory cell. The tunnel current Is is detected.
このワードブースト技術によってセルトランジスタのオン電流が実質的に増加するので、書き込み電流値という設計パラメータに対してセルトランジスタのゲート幅サイズを小さくできる。従って、図17に示されているように、書き込み電流を、セルトランジスタを介してメモリセルに導通するタイプのMRAMセルのセルサイズを縮小することが可能である。 Since the on-current of the cell transistor is substantially increased by this word boost technique, the gate width size of the cell transistor can be reduced with respect to the design parameter called the write current value. Accordingly, as shown in FIG. 17, it is possible to reduce the cell size of an MRAM cell of a type in which a write current is conducted to a memory cell via a cell transistor.
上記の書き込み動作、及び、読み出し動作において、選択ワード線に接続された非選択メモリセルのライトビット線WBL、/WBLは接地された状態である。従って、選択ワード線に接続されている全てのセルトランジスタのゲート−ソース間にはブースト電圧Vdhが印加され、セルトランジスタのゲート酸化膜に高電界がかかることになる。これは、セルトランジスタの信頼性を損ない読み書き回数を制限する一要因となり得るため好ましくない。 In the above write operation and read operation, the write bit lines WBL, / WBL of the non-selected memory cells connected to the selected word line are in a grounded state. Accordingly, the boost voltage Vdh is applied between the gates and sources of all the cell transistors connected to the selected word line, and a high electric field is applied to the gate oxide film of the cell transistors. This is not preferable because it can be a factor that impairs the reliability of the cell transistor and limits the number of times of reading and writing.
したがって、本発明は、読み書き回数を維持しつつ、より効率的にビットコストを低減可能な磁気ランダムアクセスメモリを実現することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize a magnetic random access memory that can reduce the bit cost more efficiently while maintaining the number of times of reading and writing.
本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のワード線と、複数のメモリセルと、ロウ選択回路とを備えている。読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちの選択メモリセルに接続するワード線に第1電圧を供給する。書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちの選択メモリセルに接続するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給する。 The magnetic random access memory according to the present invention includes a plurality of word lines, a plurality of memory cells, and a row selection circuit. In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line connected to the selected memory cell among the plurality of memory cells. In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to a word line connected to the selected memory cell of the plurality of memory cells.
本発明によれば、読み書き回数を維持しつつ、より効率的にビットコストを低減可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic random access memory capable of reducing the bit cost more efficiently while maintaining the number of times of reading and writing.
以下、本発明の様々な実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1A〜図1Cは、第1の実施形態のMRAMの構成を示す回路図である。第1の実施形態では、各メモリセルが2つのセルトランジスタと磁気抵抗素子とで構成されている、いわゆる2T1MTJセルのMRAMの構成が示されている。
(First embodiment)
1A to 1C are circuit diagrams illustrating the configuration of the MRAM according to the first embodiment. In the first embodiment, there is shown a so-called 2T1MTJ cell MRAM configuration in which each memory cell is composed of two cell transistors and a magnetoresistive element.
メモリアレイ1には、メモリセルCijが行列に配置されている。各メモリセルCijは、2つのセルトランジスタ4、5と、磁気抵抗素子6とを備えている。本実施形態では、セルトランジスタ4、5としてNMOSトランジスタが使用され、磁気抵抗素子6としてMTJ素子が使用される。メモリアレイ1には、更に、ワード線WLが行方向に延設されると共に、ライトビット線WBL、/WBLとリードビット線RBLとが列方向に延設されている。ワード線WLは、ロウ選択回路2に接続されており、ライトビット線WBL、/WBLとリードビット線RBLは、カラム選択回路3に接続されている。図1A〜図1Cにおいて、実際は多数のメモリセルがメモリアレイ1に行列に配置されているが、説明の便宜上、2行2列のメモリセルC00、C01、C10、C11のみを図示している。
In the
以下、図1A〜図1Cを参照しながら、第1実施形態における選択メモリセルへのアクセスについて説明する。以下の説明では、メモリセルC00が選択メモリセルであるとして説明を行う。即ち、メモリセルC01は選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC10は非選択行と選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC11は非選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセルである。 Hereinafter, access to the selected memory cell in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C. In the following description, it is assumed that the memory cell C00 is a selected memory cell. That is, the memory cell C01 is an unselected memory cell at the intersection of the selected row and the unselected column, the memory cell C10 is an unselected memory cell at the intersection of the unselected row and the selected column, and the memory cell C11 is unselected from the unselected row. Unselected memory cells at the intersection of columns.
図1Aは、スタンバイ状態における各信号線の状態を図示している。詳細には、スタンバイ状態においては、全てのワード線WL、ライトビット線WBL、/WBL、及びリードビット線RBLが接地される。 FIG. 1A illustrates the state of each signal line in the standby state. Specifically, in the standby state, all word lines WL, write bit lines WBL, / WBL, and read bit line RBL are grounded.
一方、図1Bは、書き込み動作における各信号線の状態を図示している。書き込み動作では、選択メモリセルC00に対応するワード線WL0、ライトビット線WBL0、/WBL0が選択され、これにより、選択メモリセルC00にライト電流Iwが流れる。 On the other hand, FIG. 1B illustrates the state of each signal line in the write operation. In the write operation, the word line WL0 and the write bit lines WBL0 and / WBL0 corresponding to the selected memory cell C00 are selected, and the write current Iw flows through the selected memory cell C00.
詳細には、選択ワード線WL0に電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhが印加される。同時に、選択ライトビット線WBL0、/WBL0の一方に電源電圧Vddが印加され、もう一方が接地される。選択ライトビット線WBL0、/WBL0のどちらを接地するかは書き込みデータに応じて決定される。一実施形態では、書き込みデータが“1”の場合に選択ライトビット線/WBL0が接地され、“0”の場合は選択ライトビット線WBL0が接地される。 Specifically, boost voltage Vdh higher than power supply voltage Vdd is applied to selected word line WL0. At the same time, the power supply voltage Vdd is applied to one of the selected write bit lines WBL0 and / WBL0, and the other is grounded. Which of the selected write bit lines WBL0 and / WBL0 is grounded is determined according to the write data. In one embodiment, when the write data is “1”, the selected write bit line / WBL0 is grounded, and when it is “0”, the selected write bit line WBL0 is grounded.
これにより、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5は、そのゲート−ソース間に閾値電圧Vthを超えるブースト電圧Vdhが印加されてオン状態となる。従って、ライト電流Iwが、選択ライトビット線WBL0からメモリセルC00を通って選択ライトビット線/WBL0に(あるいは、選択ライトビット線/WBL0からメモリセルC00を通って選択ライトビット線WBL0に)流れる。ライト電流Iwにより、磁気抵抗素子6のフリー層の磁化が所望の向きに向けられる。即ち、所望のデータが選択メモリセルC00の磁気抵抗素子6に書き込まれる。上述のように、電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhが選択ワード線WL0に供給されるのは、セルトランジスタ4、5のサイズを小さくしながら大きなライト電流Iwを流すためである。書き込み動作時には、リードビット線RBL0は、磁気抵抗素子6を介してライト電流Iwがリークしないように高インピーダンス状態に設定されることが望ましい。
As a result, the
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11には、ライト電流Iwは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続された非選択メモリセルC01については、メモリセルC01のセルトランジスタ4、5は、オン状態になるが、ライトワードWBL1と/WBL1の電位差はゼロである。従って、非選択メモリセルC01にライト電流Iwは流れない。また、非選択ワード線WL1に接続された非選択メモリセルC10、C11については、ワード線WL1が接地されるから、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4、5はオフ状態である。従って、メモリセルC10、C11にもライトIwは流れない。
On the other hand, the write current Iw does not flow through the unselected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the
更に、図1Cは、読み出し動作における各信号線の状態を図示している。読み出し動作時には、書き込み動作時と異なり選択ワード線WL0に電源電圧Vddが印加される。同時に、選択リードビット線RBL0にクランプ電圧Vcが読み出し回路(図示されない)によって印加され、選択ライトビット線WBL0、/WBL0の両方が接地される。これにより、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5がオン状態となり、磁気抵抗素子6にクランプ電圧Vcが印加された状態で選択メモリセルC00にセンス電流Isが流れる。ここで、読み出し動作では、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5のゲート−ソース間には電源電圧Vddが印加される、即ち、過剰な高電圧が印加されないことに留意されたい。センス電流Isが読み出し回路によって検出され、そのセンス電流Isの電流レベルから選択メモリセルC00に記憶されているデータが識別される。一実施形態では、センス電流Isと、選択されたリファレンスセルに流れる参照電流Irefとを比較することで、選択メモリセルC00に記憶されているデータが識別される。
Furthermore, FIG. 1C illustrates the state of each signal line in the read operation. During the read operation, unlike the write operation, the power supply voltage Vdd is applied to the selected word line WL0. At the same time, the clamp voltage Vc is applied to the selected read bit line RBL0 by a read circuit (not shown), and both the selected write bit lines WBL0 and / WBL0 are grounded. As a result, the
MTJ素子のMR比(即ち、“0”状態の抵抗値と“1”状態の抵抗値の比率)は、MTJ素子の両端電圧に依存する特性を有しており、典型的にはその両端電圧が0.3V〜0.5Vの時にセンス信号が最大値となる。従って、上記のクランプ電圧Vcは、好適には、0.3V〜0.5Vの範囲になるように設計される。 The MR ratio of the MTJ element (that is, the ratio between the resistance value in the “0” state and the resistance value in the “1” state) has a characteristic that depends on the voltage across the MTJ element. When the voltage is 0.3V to 0.5V, the sense signal becomes the maximum value. Therefore, the clamp voltage Vc is preferably designed to be in the range of 0.3V to 0.5V.
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11については、センス電流Isは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続される非選択メモリセルC01については、非選択リードビット線RBL1は高インピーダンス状態に設定され、更に、非選択ライトビット線WBL1、/WBL1は共に接地される。選択ワード線WL0に接続される非選択メモリセルC01のセルトランジスタ4、5はオン状態になるが、リードビット線RBL1が高インピーダンス状態に設定されて読み出し回路から電気的に切断されるのでセンス電流Isは流れない。なお、読み出し動作時に非選択リードビット線RBL1が接地されてもよい。
On the other hand, the sense current Is does not flow for the non-selected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the non-selected read bit line RBL1 is set to a high impedance state, and the non-selected write bit lines WBL1 and / WBL1 are both grounded. Although the
また、非選択ワード線WL1に接続されるメモリセルC10、C11については、非選択ワード線WL1が接地されるので、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4、5はオフ状態になる。従って、メモリセルC10、11にもセンス電流Isは流れない。
For the memory cells C10 and C11 connected to the non-selected word line WL1, since the non-selected word line WL1 is grounded, the
上記の書き込み動作及び読み出し動作において留意すべきことは、書き込み動作時のみ選択ワード線がブースト電圧Vdhで駆動され、読み出し動作時は選択ワード線が電源電圧Vddで駆動されることである。本実施形態では、書き込み動作時には、大きなライト電流Iwを流すために電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhが選択ワード線WL0のゲートに印加される。しかしながら、読み出し動作時には、セルトランジスタ4、5のゲート酸化膜に高電圧(即ち、ブースト電圧Vdh)が印加される時間を減らすために、選択ワード線WL0は電源電圧Vddで駆動される。これにより、ゲート酸化膜の信頼性を向上させて読み書き回数を維持しつつ、セルトランジスタ4、5の面積、即ち、メモリセルCijの面積を小さくすることができる。
It should be noted in the above write operation and read operation that the selected word line is driven with the boost voltage Vdh only during the write operation, and the selected word line is driven with the power supply voltage Vdd during the read operation. In the present embodiment, during the write operation, a boost voltage Vdh higher than the power supply voltage Vdd is applied to the gate of the selected word line WL0 in order to flow a large write current Iw. However, during the read operation, the selected word line WL0 is driven with the power supply voltage Vdd in order to reduce the time during which a high voltage (that is, the boost voltage Vdh) is applied to the gate oxide films of the
上述のように、ロウ選択回路2は、書き込み時にブースト電圧Vdhを選択ワード線に供給し、読み出し時には電源電圧Vddを選択ワード線に供給する機能を有している。以下では、このような機能を実現するためのロウ選択回路2の構成について説明する。
As described above, the
図2は、ロウ選択回路2の構成の一例を示すブロック図である。図2のロウ選択回路2は、複数のロウデコーダ21と、ワードドライバ22−0〜22−nと、ワード電圧制御部23とを備えている。ロウデコーダ21とワードドライバ22−0〜22−nは、メモリセルCijに対応するワード線を選択するワード線選択回路として機能する。ロウデコーダ21とワードドライバ22−0〜22−nは、列方向に並んで配置されている。ワードドライバ22−0〜22−nは、それぞれ、ワード線WL0〜WLnに対応して設けられている。ロウデコーダ21は、4本のワード線WL当たりに1つずつ設けられている。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the
図3は、ロウデコーダ21、ワードドライバ22−0〜22−n、及び、ワード電圧制御部23の構成の詳細を示す回路図である。ロウデコーダ21は、NMOSトランジスタM11〜M14で構成される。各ワードドライバ22−iは、NMOSトランジスタM15と、PMOSトランジスタM16〜M18とで構成される。ワード電圧制御部23は、PMOSトランジスタM19、M20、M22と、NMOSトランジスタM21とで構成される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing details of the configuration of the
ロウデコーダ21、ワードドライバ22−0〜22−n、及びワード電圧制御部23には、通常の耐圧のトランジスタ(コアトランジスタ)と高耐圧トランジスタの2種類のトランジスタが使用される。高耐圧トランジスタは、ゲート酸化膜がコアトランジスタよりも厚く、ブースト電圧Vdhの印加に耐えられるように構成される。図2(そして図9、図12、図14)において、チャネル部分が二重線になって図示されているMOSトランジスタは、高耐圧トランジスタである。
For the
詳細には、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM11〜M13としては、コアトランジスタが用いられ、NMOSトランジスタM14としては高耐圧トランジスタが使用される。ワードドライバ22−0〜22−nのNMOSトランジスタM15及びPMOSトランジスタM16〜M18としては、高耐圧トランジスタが使用される。また、ワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM20、M22、及びNMOSトランジスタM21としては高耐圧トランジスタが使用され、PMOSトランジスタM19としてはコアトランジスタが使用される。
In detail, a core transistor is used as the NMOS transistors M11 to M13 of the
ロウ選択回路2は、概略的には下記のように動作する。データのアクセスが要求されると、ロウデコーダ21は、ロウアドレスに応答して、選択すべきワード線WLiに対応するワードドライバ22−iを選択し、選択されたワードドライバ22−iに接続されているノードN2iをローレベルにプルダウンする。ワード電圧制御部23は、駆動電圧VDRVをワードドライバ22に供給する機能を有している。ワード電圧制御部23は、書き込み動作時には駆動電圧VDRVをブースト電圧Vdhに設定し、読み出し動作時には駆動電圧VDRVを電源電圧Vddに設定する。選択されたワードドライバ22−iは、ノードN2iのプルダウンに応答して、選択ワード線WLiをワード電圧制御部23から受け取った駆動電圧VDRVに駆動する。ワード電圧制御部23から供給される駆動電圧VDRVは、書き込み動作時にブースト電圧Vdhに設定され、読み出し動作時に電源電圧Vddに設定されるから、結果として、書き込み時にはブースト電圧Vdhが選択ワード線WLiに供給され、読み出し時には電源電圧Vddが選択ワード線WLiに供給される。
The
以下では、図3と図4とを用いてロウ選択回路2によるワード線WLの駆動動作の詳細について説明する。以下では、ワード線WL0〜WL3のいずれかが選択される場合の駆動に関連する動作のみを説明するが、他のワード線WLも同様に駆動されることは、当業者には理解されよう。
Hereinafter, details of the driving operation of the word line WL by the
図3において、制御信号X234、X567、X89は、入力されたロウアドレスをプリデコードすることによって得られる信号であり、それらの振幅は電源電圧Vddと同一である。ここで、制御信号X01e0〜X01e3は、ロウアドレスの下位2ビットをデコードして得られた信号とアクセス・イネーブル信号とのAND論理を取ることによって生成された信号であり、その振幅は、ブースト電圧Vdhと同一である。また、記号“RP”はロウ・プリチャージ信号を表している。ロウ・プリチャージ信号RPは、各ワードドライバ22に接続されているノードN20〜N23をハイレベル(Vdh)にプリチャージすることを指示する信号であり、その振幅はブースト電圧Vdhと同一である。加えて、ワード電圧制御部23にはライトイネーブル信号WEが供給されている。ライトイネーブル信号WEは、書き込み動作時にハイレベル(Vdh)に設定され、読み出し動作時にローレベル(0V)に設定される。
In FIG. 3, control signals X234, X567, and X89 are signals obtained by predecoding input row addresses, and their amplitudes are the same as the power supply voltage Vdd. Here, the control signals X01e0 to X01e3 are signals generated by taking the AND logic of the signal obtained by decoding the lower 2 bits of the row address and the access enable signal, and the amplitude thereof is the boost voltage. It is the same as Vdh. The symbol “RP” represents a low precharge signal. The row precharge signal RP is a signal for instructing to precharge the nodes N20 to N23 connected to each
スタンバイ状態では、制御信号X01e0〜X01e3がローレベル(0V)に、ロウ・プリチャージ信号RPもローレベルに設定され、これにより、NMOSトランジスタM14がオフ状態に、PMOSトランジスタM18はオン状態に設定される。即ち、ノードN20〜N23は、ブースト電圧Vdhにハイ・プリチャージされ、ワード線WL0〜WL3はローレベル(0V)に設定される。PMOSトランジスタM17は、ノードN20〜N23をハイレベル(Vdh)に保持するために設けられており、そのW/L比(ここで、W:ゲート幅、L:ゲート長)は他のMOSトランジスタよりもずっと小さい。 In the standby state, the control signals X01e0 to X01e3 are set to a low level (0V), and the low precharge signal RP is also set to a low level. Thereby, the NMOS transistor M14 is turned off and the PMOS transistor M18 is turned on. The That is, the nodes N20 to N23 are precharged to the boost voltage Vdh, and the word lines WL0 to WL3 are set to a low level (0 V). The PMOS transistor M17 is provided to hold the nodes N20 to N23 at a high level (Vdh), and the W / L ratio (W: gate width, L: gate length) is higher than that of other MOS transistors. Is much smaller.
読み出し動作時には、ライトイネーブル信号WEがローレベル(0V)に設定される。これにより、ワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM19がオン状態に、PMOSトランジスタM20がオフ状態になり、ノードN3に電源電圧Vddが供給される。即ち、各ワードドライバ22に供給される駆動電圧VDRVは、電源電圧Vddに設定される。各ワードドライバ22においては、ロウ・プリチャージ信号RPがハイレベル(Vdh)に設定され、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。更に、選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、更に、制御信号X01e0〜X01e3のうちの選択ワード線WLiに対応する制御信号X01eiがハイレベル(Vdh)に設定される。これにより、NMOSトランジスタM11〜M13とNMOSトランジスタM14−iがオン状態となり、ノードN2iがローレベル(0V)に遷移する。
During a read operation, the write enable signal WE is set to a low level (0 V). As a result, the PMOS transistor M19 of the word
このとき、ワードドライバ22−iのNMOSトランジスタM15がオフに、PMOSトランジスタM16がオンに設定されるため、ノードN3の駆動電圧VDRVが選択ワード線WLiに供給される。上述のように、読み出し動作時には駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに一致するため、結果として、選択ワード線WLiが電源電圧Vddに駆動される。 At this time, the NMOS transistor M15 is turned off of the word driver 22-i, since the PMOS transistor M16 is set to ON, the driving voltage V DRV of the node N3 is supplied to the selected word line WLi. As described above, since the drive voltage V DRV matches the power supply voltage Vdd during the read operation, as a result, the selected word line WLi is driven to the power supply voltage Vdd.
読み出し動作が終了すると、制御信号X01ei及びロウ・プリチャージ信号RPがローレベルに戻される。これにより、NMOSトランジスタM14−iがオフ状態に、PMOSトランジスタM18がオン状態となってノードN2iはハイレベル(Vdh)に遷移し、ワード線WLiはローレベルとなる。 When the read operation is completed, the control signal X01ei and the row precharge signal RP are returned to the low level. As a result, the NMOS transistor M14-i is turned off, the PMOS transistor M18 is turned on, the node N2i transits to the high level (Vdh), and the word line WLi goes to the low level.
一方、書き込み動作時では、ワードイネーブル信号WEがハイレベル(Vdh)に設定され、ワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM19がオフ状態に、PMOSトランジスタM20はオン状態となる。これにより、ノードN3にブースト電圧Vdhが供給される。即ち、各ワードドライバ22に供給される駆動電圧VDRVが、ブースト電圧Vdhに設定される。各ワードドライバ22においては、ロウ・プリチャージ信号RPがハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。更に、選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、更に、制御信号X01e0〜X01e3のうちの選択ワード線WLiに対応する制御信号X01eiがハイレベル(Vdh)に設定される。これにより、NMOSトランジスタM11〜M13とNMOSトランジスタM14−iがオン状態となり、ノードN2iがローレベル(0V)に遷移する。
On the other hand, in the write operation, the word enable signal WE is set to a high level (Vdh), the PMOS transistor M19 of the word
このとき、ワードドライバ22−iのNMOSトランジスタM15がオフに、PMOSトランジスタM16がオンに設定されるため、ノードN3の駆動電圧VDRVが選択ワード線WLiに供給される。読み出し動作時には駆動電圧VDRVがブースト電圧Vdhに一致するため、結果として、選択ワード線WLiがブースト電圧Vdhに駆動される。 At this time, the NMOS transistor M15 is turned off of the word driver 22-i, since the PMOS transistor M16 is set to ON, the driving voltage V DRV of the node N3 is supplied to the selected word line WLi. Since the driving voltage V DRV during a read operation matches the boost voltage Vdh, as a result, the selected word line WLi is driven to boosted voltage Vdh.
書き込み動作が終了すると、制御信号X01ei及びロウ・プリチャージ信号RPがローレベルに戻される。これにより、NMOSトランジスタM14−iがオフ、PMOSトランジスタM18がオン状態となってノードN2iはハイレベル(Vdh)に遷移し、ワード線WLiはローレベルとなる。 When the write operation is completed, the control signal X01ei and the row precharge signal RP are returned to the low level. As a result, the NMOS transistor M14-i is turned off, the PMOS transistor M18 is turned on, the node N2i changes to the high level (Vdh), and the word line WLi becomes the low level.
以上説明した第1の実施形態のMRAMによれば、メモリセルのセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト技術によるセル面積の縮小化が期待できる。つまり、書き込み動作時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し動作時は電源電圧Vddでワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。多くのアプリケーションにおいては、メモリへのデータの書き込みに比べ、データの読み出しを行う回数が多い。従って、読み出し動作時にメモリセルのゲート酸化膜に過剰な電圧を印加しない本実施形態のMRAMの構成によれば、効果的にゲート酸化膜の信頼性を向上できる。 According to the MRAM of the first embodiment described above, the cell area can be reduced by the word boost technique while ensuring the reliability of the gate oxide film of the cell transistor of the memory cell. That is, by driving the word line with the boost voltage Vdh only during the write operation and driving the word line with the power supply voltage Vdd during the read operation, it is possible to reduce the time during which an excessive voltage is applied to the gate oxide film. In many applications, the number of times of reading data is larger than that of writing data to the memory. Therefore, according to the configuration of the MRAM of this embodiment in which an excessive voltage is not applied to the gate oxide film of the memory cell during the read operation, the reliability of the gate oxide film can be effectively improved.
第1の実施形態のMRAMの変形例として、書き込み時に相補の電圧が与えられる書き込み配線を直角に配置した構成のMRAMが挙げられる。この変形例では、書き込み配線の一方がカラム選択回路に接続され、書き込み配線の他方がロウ選択回路2に接続される。書き込み時には、ロウ選択回路2は、ワード線にブースト電圧Vdhおよび接地電圧を供給するように構成されるともに、それに接続されている書き込み配線に電源電圧Vddまたは接地電圧を供給するように構成される。このため、この変形例においては、ロウ選択回路2は、3つの電圧を出力可能に構成される必要がある。このような動作を実現する一つの方法として、第1の実施形態のロウ選択回路2に、ロウデコーダ21、ワードドライバ22に加えて、書き込みロウデコーダおよび書き込みワードドライバを追加する方法が挙げられる。ワードドライバ22は振幅がブースト電圧Vdhに等しい選択信号を用いてロウデコーダ21により選択される一方、書き込み配線に接続された書き込みワードドライバは振幅が電源電圧Vddに等しい選択信号を用いて書き込みロウデコーダにより選択される。ロウデコーダ21の出力の振幅はVdhであり、書き込みロウデコーダの出力の振幅はVddであるため、これらのロウデコーダは共通化できず、回路面積が増大する。
As a modification of the MRAM of the first embodiment, there is an MRAM having a configuration in which write wirings to which a complementary voltage is applied at the time of writing are arranged at right angles. In this modification, one of the write wirings is connected to the column selection circuit, and the other of the write wirings is connected to the
一方、図1A〜図1Cの構成のMRAMでは、書き込み時に相補の電圧が与えられる書き込み配線として平行な2本のライトビット線WBLi、/WBLiを用いることにより、ロウ選択回路2とカラム選択回路3の構成を簡単にでき、これらの回路面積を小さくできる。つまり、書き込み時、ロウ選択回路2はワード線にブースト電圧Vdhまたは接地電位Gndの2つの電圧を供給するだけでよく、電源電圧Vddを供給する必要はない。また、カラム選択回路3において、一方のライトビット線WBLiに電圧を供給する書き込みドライバと、他方のライトビット線WBLiに電圧を供給する書き込みドライバは、どちらも振幅が電源電圧Vddである選択信号を用いてカラムデコーダ(図示されない)により選択可能である。このため、これらの書き込みドライバを選択するカラムデコーダの一部を共通化できる。結果として、上述の変形例と比較してロウ選択回路2とカラム選択回路3の面積を小さくできる。
On the other hand, in the MRAM configured as shown in FIGS. 1A to 1C, the
本実施形態において、ロウ選択回路2の構成としては、図3に図示された構成以外の様々な構成に変更可能である。図5は、ロウ選択回路2の構成の他の一例を示す。図5のロウ選択回路2においては、複数のワード電圧制御部23が設けられる。一実施形態では、ロウ選択回路2に4つのワード電圧制御部23が設けられ、各ワード電圧制御部23−iが4つおきのワードドライバ22に接続される。ワード電圧制御部23−0〜23−3には、それぞれ、制御信号WE0〜WE3が供給される。制御信号WE0〜WE3は、ロウアドレスの下位2ビットをデコーダして得られた信号とライトイネーブル信号WEとのAND論理を取ることによって生成される。ワード電圧制御部23−0〜23−3のそれぞれの構成は、図3のワード電圧制御部23と同一である。
In the present embodiment, the configuration of the
なお、ワード電圧制御部23の数は4に限定されないことに留意されたい。このとき、制御信号WEiの生成に使用されるロウアドレスの下位ビットの数は、ワード電圧制御部23の数にあわせて変更される。2N個のワード電圧制御部23が設けられる場合、ロウアドレスの下位Nビットとライトイネーブル信号WEから制御信号WE0〜WE(2N−1)が生成される。
It should be noted that the number of word
読み出し動作時では、制御信号WE0〜WE3が全てローレベルに設定され、4つのワード電圧制御部23−0〜23−3は、それぞれノードN30〜N33に電源電圧Vddを供給する。即ち、ノードN30−N33に生成される駆動電圧VDRVは、いずれも電源電圧Vddである。選択ワード線WLiに対応するワードドライバ21は、ロウアドレスをプリデコードして得られる信号(図示していない)に応答して、ノードN2iをローレベルに設定し、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、選択ワード線WLiを、対応するワード電圧制御部23から供給された駆動電圧VDRVに駆動する。読み出し動作時には、ノードN30〜N33のいずれに生成される駆動電圧VDRVも電源電圧Vddに一致するから、結果として、選択ワード線WLiは電源電圧Vddに駆動される。
During the read operation, all the control signals WE0 to WE3 are set to the low level, and the four word voltage control units 23-0 to 23-3 supply the power supply voltage Vdd to the nodes N30 to N33, respectively. That is, the drive voltage V DRV generated at the nodes N30 to N33 is the power supply voltage Vdd. The
書き込み動作時では、選択されたロウアドレスの下位2ビットに応じて、制御信号WE0〜WE3のうちの1つがハイレベルに、他の3つがローレベルに設定される。以下では、制御信号WE0がハイレベルである場合を例にとって説明する。制御信号WE0によって選択されたワード電圧制御部23−0は、ノードN30にブースト電圧Vdhを供給する。即ち、ワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVは、ブースト電圧Vdhに一致する。他の3つのワード電圧制御部23−1〜23−3はノードN31〜N33に電源電圧Vddを供給する。選択ワード線WLiに対応するワードドライバ21は、ロウアドレスをプリデコードして得られる信号(図示していない)に応答して、ノードN2iをローレベルにし、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、選択されたワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVに駆動する。書き込み動作時には、選択されたワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVがブースト電圧Vdhに一致するから、結果として、選択ワード線WLiはブースト電圧Vdhに駆動される。
During the write operation, one of the control signals WE0 to WE3 is set to the high level and the other three are set to the low level according to the lower 2 bits of the selected row address. Hereinafter, a case where the control signal WE0 is at a high level will be described as an example. The word voltage control unit 23-0 selected by the control signal WE0 supplies the boost voltage Vdh to the node N30. That is, the drive voltage V DRV supplied from the word voltage control unit 23-0 matches the boost voltage Vdh. The other three word voltage controllers 23-1 to 23-3 supply the power supply voltage Vdd to the nodes N31 to N33. In response to a signal (not shown) obtained by predecoding the row address, the
図5のロウ選択回路2の構成では、ワード選択回路の消費電力を図2のロウ選択回路2に比較して小さくすることができる。図2のロウ選択回路2では、書き込み動作に続いて読み出し動作が行われた場合、又は読み出し動作に続いて書き込み動作が行われた場合、ノードN3の電圧をブースト電圧Vdhから電源電圧Vddに、又は、その逆に切り換える必要がある。ノードN3の寄生容量は大きいので、ノードN3の電圧を切り換えるために大きな消費電力が必要である。一方、図5のロウ選択回路2では、ノードN30〜N33のそれぞれに接続されるワードドライバ22の数がノードN3より少ないため、ノードN30〜N33の寄生容量は、図2のノードN3よりも小さい。図5の回路構成では、ノードN30〜N33のうちの一つのみがブースト電圧Vdhから電源電圧Vddに、又は、その逆に切り換えられるため、当該一つのノードを駆動するために必要な電力は、図2のロウ選択回路2のノードN3を駆動するために必要な電力よりも小さい。したがって、図5の回路構成によれば、消費電力を小さくできる。
In the configuration of the
さらに、図5の回路構成によれば、ワード選択回路の動作を図2の回路構成に比較して早くすることができる。図5の回路構成では、電位がブースト電圧Vdhから電源電圧Vddに、又は、その逆に切り換えられるノード(即ち、ノードN30〜N33)の寄生容量が小さい。したがって、当該ノードの電位をブースト電圧Vdhから電源電圧Vddに、又は、その逆に切り替える場合に、当該ノードの抵抗及び寄生容量による遅延時間を短くすることができる。 Furthermore, according to the circuit configuration of FIG. 5, the operation of the word selection circuit can be accelerated compared to the circuit configuration of FIG. In the circuit configuration of FIG. 5, the parasitic capacitance of the nodes (that is, the nodes N30 to N33) whose potential is switched from the boost voltage Vdh to the power supply voltage Vdd or vice versa is small. Therefore, when the potential of the node is switched from the boost voltage Vdh to the power supply voltage Vdd or vice versa, the delay time due to the resistance and parasitic capacitance of the node can be shortened.
図6は、ロウ選択回路2の構成の更に他の例を示す回路図である。図6のロウ選択回路2でも、ロウデコーダ21とワードドライバ22が列方向に並べられており、複数のワード電圧制御部23が設けられている。図6では、2つのワード電圧制御部23−0、23−1が設けられている。一方のワード電圧制御部23−0は、下半分のワードドライバ22−0〜22−(m−1)に接続され、他方のワード電圧制御部23−1は、上半分のワードドライバ22−m〜22−nに接続されている。ワード電圧制御部23−0、23−1は、ロウデコーダ21の間に配置することも可能である。ワード電圧制御部23−0〜23−1のそれぞれの構成は、図3のワード電圧制御部23と同一である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing still another example of the configuration of the
制御信号WE0、WE1は、ロウアドレスの上位1ビットをデコードして得られる信号とライトイネーブル信号WEとのAND論理を取ることによって生成される信号である。なお、ワード電圧制御部23の数は2に限定されないことに留意されたい。このとき、制御信号WEiの生成に使用されるロウアドレスの下位ビットの数は、ワード電圧制御部23の数にあわせて変更される。
The control signals WE0 and WE1 are signals generated by taking the AND logic of the signal obtained by decoding the upper 1 bit of the row address and the write enable signal WE. It should be noted that the number of word
読み出し動作時では、制御信号WE0、WE1はいずれもローレベルに設定される。これにより、2つのワード電圧制御部23−0、23−1は、それぞれノードN30,N31に電源電圧Vddを供給する。即ち、ノードN30、N31に供給される駆動電圧VDRVは、いずれも電源電圧Vddに一致する。ワードドライバ21は、ロウアドレスをプリデコードして得られる信号(図示していない)に応答して、ノードN20〜N2nのうちの1つのノードN2iをローレベルに設定し、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、ワード電圧制御部23−0又は23−1から供給される駆動電圧VDRVを用いて、選択ワード線WLiを駆動する。駆動電圧VDRVは、電源電圧Vddに一致するから、選択ワード線WLiは電源電圧Vddに駆動される。
During the read operation, both the control signals WE0 and WE1 are set to a low level. Accordingly, the two word voltage control units 23-0 and 23-1 supply the power supply voltage Vdd to the nodes N30 and N31, respectively. That is, the drive voltage V DRV supplied to the nodes N30 and N31 both matches the power supply voltage Vdd. In response to a signal (not shown) obtained by predecoding the row address, the
書き込み動作時では、選択メモリセルのロウアドレスの上位1ビットに応じて、制御信号WE0、WE1のうち一方がハイレベルであり、他方はローレベルに設定される。以下では、制御信号WE0がハイレベルに設定される場合(即ち、ワード線WL0〜WL(m−1)のいずれかが選択ワード線として選択される場合)を例にとって説明する。選択されたワード電圧制御部23−0は、ノードN30にブースト電圧Vdhを供給する。即ち、ワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVは、ブースト電圧Vdhに一致する。他方のワード電圧制御部23−1はノードN31に電源電圧Vddを供給する。ロウデコーダ21は、ロウアドレスをプリデコードして得られる信号(図示していない)に応答して、ノードN20〜N2mのうちの1つのノードN2i(iは、0以上m−1以下の整数)をローレベルにし、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、選択されたワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVを用いて、選択ワード線WLiを駆動する。書き込み動作時には、選択されたワード電圧制御部23−0から供給される駆動電圧VDRVがブースト電圧Vdhに一致するから、結果として、選択ワード線WLiはブースト電圧Vdhに駆動される。
During the write operation, one of the control signals WE0 and WE1 is set to the high level and the other is set to the low level according to the upper 1 bit of the row address of the selected memory cell. Hereinafter, a case where the control signal WE0 is set to a high level (that is, one of the word lines WL0 to WL (m−1) is selected as a selected word line) will be described as an example. The selected word voltage control unit 23-0 supplies the boost voltage Vdh to the node N30. That is, the drive voltage V DRV supplied from the word voltage control unit 23-0 matches the boost voltage Vdh. The other word voltage control unit 23-1 supplies the power supply voltage Vdd to the node N31. The
図6のセル選択回路2の構成によれば、図2の回路構成に較べて消費電力を低減できる上、ワード選択回路の動作を早くすることができる。図6の回路構成では、ノードN30、N31のそれぞれに接続されるワードドライバ22の数を低減できる上に、ノードN30、N31の長さを図2の回路のノードN3よりも短くできる。即ち、図6の回路によれば、ノードN30、N31の寄生容量及び配線抵抗を図2の回路のノードN3よりも小さくすることができる。したがって、図6の回路構成によれば、消費電力を低減できる上、ワード選択回路の動作を早くすることができる。
According to the configuration of the
図7は、ロウ選択回路2の構成の更に他の例を示す図である。図7の構成では、ワード線が階層化される。即ち、メモリアレイ1にメインワード線MWLに加え、サブワード線SWLが設けられる。サブワード線SWLの長さは、メインワード線MWLに比べて短い。加えて、ロウ選択回路2が、メインロウ選択回路12とサブロウ選択回路13とで構成される。一実施形態では、メモリアレイ1内に2つのサブロウ選択回路13−0、13−1が設けられる。メインロウ選択回路12の構成及び動作は、ワード線WLの代わりにメインワード線MWLを駆動する点以外、図4のロウ選択回路2と同じである。メインロウ選択回路12は、メインワード線MWLを介して、各サブロウ選択回路13−0、13−1に接続されている。メモリアレイ1は、4つのサブメモリアレイ11−0〜11−3に分割される。サブメモリアレイ11−0、11−1は、サブロウ選択回路13−0に接続され、サブメモリアレイ11−2、11−3は、サブロウ選択回路13−1に接続される。各サブロウ選択回路13はメインワード線MWLの電圧レベル及びカラムアドレス信号Y0、Y0Bに応答して、サブワード線SWLを選択する。
FIG. 7 is a diagram showing still another example of the configuration of the
一実施形態においては、サブロウ選択回路13−0は、PMOSトランジスタM000〜M003とNMOSトランジスタM100〜103とを含んでいる。同様に、サブロウ選択回路13−1は、PMOSトランジスタM010−M013とNMOSトランジスタM110−113を含んでいる。これらのMOSトランジスタとしては、高耐圧トランジスタが使用される。サブロウ選択回路13−0、13−1に供給されるカラムアドレス信号Y0、Y0Bは、ハイレベルでブースト電圧Vdh、ローレベルで接地電位Gndである。 In one embodiment, the sub row selection circuit 13-0 includes PMOS transistors M000 to M003 and NMOS transistors M100 to 103. Similarly, the sub row selection circuit 13-1 includes PMOS transistors M010-M013 and an NMOS transistor M110-113. As these MOS transistors, high breakdown voltage transistors are used. The column address signals Y0 and Y0B supplied to the sub-row selection circuits 13-0 and 13-1 are at the boost voltage Vdh at the high level and the ground potential Gnd at the low level.
なお、サブロウ選択回路13の数は2に限定されないことに留意されたい。サブロウ選択回路13の数はメモリアレイ1の分割に合わせて変更される。
Note that the number of sub-row selection circuits 13 is not limited to two. The number of sub-row selection circuits 13 is changed according to the division of the
続いて、図7のロウ選択回路(即ち、メインロウ選択回路12とサブロウ選択回路13)の動作を説明する。読み出し動作時では、ライトイネーブル信号WEがローレベルに設定され、ワード電圧制御部23がノードN3に供給される駆動電圧VDRVを電源電圧Vddに設定する。選択メインワード線MWLiに対応するワードドライバ22−iは、ロウアドレス信号に応答してノードN2iをローレベルに設定し、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、選択メインワード線MWLiを、ワード電圧制御部23から供給された駆動電圧VDRVに駆動する。読み出し動作時には、ノードN3に供給される駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに設定されるので、結果として、選択メインワード線MWLiは電源電圧Vddに駆動される。非選択のワードドライバ22は、他のメインワード線MWLを接地電圧に設定する。
Next, the operation of the row selection circuit (that is, the main row selection circuit 12 and the sub row selection circuit 13) in FIG. 7 will be described. In the read operation, the write enable signal WE is set to a low level, and the word
以下では、選択メモリセルがサブメモリアレイ11−0又は11―1に含まれ、サブメモリアレイ11−2、11−3に含まれない場合について説明する。選択メインワード線MWLiは、サブメモリアレイ11−0及び11−1に対応するサブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM00iに電源電圧Vddを供給する。カラムアドレス信号Y0はローレベルに設定され、サブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM000〜M003がオン状態、NMOSトランジスタM100〜M103がオフ状態となる。選択サブワード線SWLi0は、電源電圧Vddに駆動される。一方、他のメインワード線MWLは、サブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM00i以外のPMOSトランジスタM00xに接地電圧を供給する。したがって、サブロウ選択回路13−0に接続されている非選択のサブワード線SWLは、接地電圧に駆動される。 Hereinafter, a case where the selected memory cell is included in the sub memory array 11-0 or 11-1 and not included in the sub memory arrays 11-2 and 11-3 will be described. The selected main word line MWLi supplies the power supply voltage Vdd to the PMOS transistor M00i of the sub row selection circuit 13-0 corresponding to the sub memory arrays 11-0 and 11-1. The column address signal Y0 is set to the low level, and the PMOS transistors M000 to M003 of the sub-row selection circuit 13-0 are turned on, and the NMOS transistors M100 to M103 are turned off. The selected sub word line SWLi0 is driven to the power supply voltage Vdd. On the other hand, the other main word line MWL supplies the ground voltage to the PMOS transistors M00x other than the PMOS transistor M00i of the sub-row selection circuit 13-0. Therefore, the non-selected sub word line SWL connected to the sub row selection circuit 13-0 is driven to the ground voltage.
さらに、選択メインワード線MWLiは、サブロウ選択回路13−1のPMOSトランジスタM01iにも電源電圧Vddを供給する。しかしながら、カラムアドレス信号Y0Bがハイレベルに設定され、サブロウ選択回路13−1のPMOSトランジスタM010〜M013はオフ状態、NMOSトランジスタM110〜M113はオン状態となり、結果として、サブロウ選択回路13−1に接続されている全てのサブワード線SWL01−31が接地される。 Further, the selected main word line MWLi supplies the power supply voltage Vdd to the PMOS transistor M01i of the sub-row selection circuit 13-1. However, the column address signal Y0B is set to the high level, the PMOS transistors M010 to M013 of the sub-row selection circuit 13-1 are turned off, and the NMOS transistors M110 to M113 are turned on. As a result, they are connected to the sub-row selection circuit 13-1. All the sub-word lines SWL01-31 that are connected are grounded.
書き込み動作時には、ライトイネーブル信号WEがハイレベルに設定され、ワード電圧制御部23がノードN3に供給される駆動電圧VDRVをブースト電圧Vdhに設定する。選択メインワード線MWLiに対応するワードドライバ22−iは、ロウアドレス信号に応答して、ノードN2iをローレベルに設定し、これにより、1つのワードドライバ22−iが選択される。選択されたワードドライバ22−iは、選択メインワード線MWLiを、ワード電圧制御部23から供給された駆動電圧VDRVに駆動する。書き込み動作時には、ノードN3にはブースト電圧Vdhが供給されるので、結果として、選択メインワード線MWLiはブースト電圧Vdhに駆動される。
In the write operation, the write enable signal WE is set to the high level, setting the drive voltage V DRV word
以下では、選択メモリセルがサブメモリアレイ11−0又は11―1に含まれ、サブメモリアレイ2−3に含まれない場合について説明する。選択メインワード線MWLiは、サブメモリアレイ11−0及び11−1に対応するサブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM00iにブースト電圧Vdhを供給する。カラムアドレス信号Y0はローレベルに設定され、サブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM000〜M003がオン状態、NMOSトランジスタM100〜M103がオフ状態となり、選択サブワード線SWLi0は、ブースト電圧Vdhに駆動される。他のメインワード線MWLは、サブロウ選択回路13−0のPMOSトランジスタM00i以外のPMOSトランジスタM00xに接地電圧を供給する。したがって、サブロウ選択回路13−0に接続されている非選択のサブサード線SWLは、接地電圧に駆動される。 Hereinafter, a case where the selected memory cell is included in the sub memory array 11-0 or 11-1 and not included in the sub memory array 2-3 will be described. The selected main word line MWLi supplies the boost voltage Vdh to the PMOS transistor M00i of the sub row selection circuit 13-0 corresponding to the sub memory arrays 11-0 and 11-1. The column address signal Y0 is set to the low level, the PMOS transistors M000 to M003 of the sub row selection circuit 13-0 are turned on, the NMOS transistors M100 to M103 are turned off, and the selected sub word line SWLi0 is driven to the boost voltage Vdh. . The other main word line MWL supplies the ground voltage to the PMOS transistors M00x other than the PMOS transistor M00i of the sub-row selection circuit 13-0. Therefore, the non-selected sub third line SWL connected to the sub row selection circuit 13-0 is driven to the ground voltage.
さらに、選択メインワード線MWLiは、対応するサブロウ選択回路1のPMOSトランジスタM01iにもブースト電圧Vdhを供給する。しかしながら、カラムアドレス信号Y0Bはハイレベルに設定され、サブロウ選択回路13−1のPMOSトランジスタM010〜M013はオフ状態、NMOSトランジスタM110〜M113はオン状態となり、結果として、サブロウ選択回路13−1に接続されている全てのサブワード線SWL01−31が接地される。
Further, the selected main word line MWLi supplies the boost voltage Vdh also to the PMOS transistor M01i of the corresponding
図7のロウ選択回路2の構成によれば、メモリセルのセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト技術によるセル面積の縮小かが期待できる。つまり、書き込み動作時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し動作時は電源電圧Vddでワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。さらに、ワード線が階層化されているため、同時に選択されるメモリセルの数を減少できる。これにより、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。多くのアプリケーションにおいては、メモリへのデータの書き込みに比べ、データの読み出しを行う回数が多い。従って、本実施形態のMRAMの構成によれば、より効果的にゲート酸化膜の信頼性を向上できる。
According to the configuration of the
なお、本実施形態のMRAMは、説明の便宜上、メインワード線とサブワード線の数が同じになっているが、サブロウ選択回路13にロウアドレスをプリデコードして得られる信号を供給することにより、メインワード線の数を減らす構成をとることもできることに留意されたい。 In the MRAM of the present embodiment, the number of main word lines and sub word lines is the same for convenience of explanation, but by supplying a signal obtained by predecoding a row address to the sub row selection circuit 13, It should be noted that a configuration in which the number of main word lines is reduced can be taken.
(第2の実施形態)
図8A〜図8Cは、本発明の第2の実施形態のMRAMの構成を示す回路図である。第2の実施形態では、データ読み出しに、2行のリファレンスセルロウに配置されたリファレンスセルRijが用いられる。各リファレンスセルRijの構成は、メモリセルCijと同一である。メモリアレイ1には、リファレンスセルRijを選択するためのリファレンスワード線WLR0、WLR1が行方向に延設される。加えて、本実施形態は、リードビット線RBLに加え、リードビット線/RBLがメモリアレイ1に配置される。
(Second Embodiment)
8A to 8C are circuit diagrams showing a configuration of the MRAM according to the second exemplary embodiment of the present invention. In the second embodiment, reference cells Rij arranged in two rows of reference cell rows are used for data reading. The configuration of each reference cell Rij is the same as that of the memory cell Cij. In the
図8A〜図8Cにおいて、実際には多数のメモリセルがメモリアレイ1に行列に配置されるが、説明の便宜上、2行2列のメモリセルC00、C01、C10、C11のみを図示している。リファレンスセルについても同様に、実際は多数のリファレンスセルがリファレンスロウに配置されるが、説明の便宜上、2行2列のリファレンスセルR00、R01、R10、R11のみを図示している。なお、リファレンスセルの列数はメモリセルの列数と同じであることが好ましい。本実施形態では、メモリアレイ1において、偶数行のメモリセルが、奇数行のメモリセルに対してメモリセルの行方向の長さの半分だけシフトして配置される。また、2つのリファレンスロウにおいて、一方のリファレンスロウのリファレンスセルが他方のリファレンスロウのリファレンスセルに対してメモリセルの行方向の長さの半分だけシフトして配置される。
8A to 8C, a large number of memory cells are actually arranged in a matrix in the
以下、図8A〜図8Cを参照しながら、第2の実施形態における選択メモリセルへのアクセスについて説明する。以下の説明では、メモリセルC00が選択メモリセルであるとして説明を行う。即ち、メモリセルC01は選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC10は非選択行と選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC11は非選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセルである。 The access to the selected memory cell in the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 8A to 8C. In the following description, it is assumed that the memory cell C00 is a selected memory cell. That is, the memory cell C01 is an unselected memory cell at the intersection of the selected row and the unselected column, the memory cell C10 is an unselected memory cell at the intersection of the unselected row and the selected column, and the memory cell C11 is unselected from the unselected row. Unselected memory cells at the intersection of columns.
図8Aは、スタンバイ状態における各信号線の状態を図示している。詳細には、スタンバイ状態においては、全てのワード線WL、ライトビット線WBL、/WBL、及びリードビット線RBL、/RBLが接地される。 FIG. 8A illustrates the state of each signal line in the standby state. Specifically, in the standby state, all word lines WL, write bit lines WBL, / WBL, and read bit lines RBL, / RBL are grounded.
一方、図8Bは、書き込み動作における各信号線の状態を図示している。書き込み動作時においては、ワード線WL0が選択され、且つ、ライトビット線WBL0、/WBL0、リードビット線RBL0が選択され、これにより、メモリセルC00が選択される。詳細には、選択ワード線WL0に電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhが印加される。同時に、選択ライトビット線WBL0、/WBL0の一方に電源電圧Vddが印加され、もう一方が接地される。選択ライトビット線WBL0、/WBL0のどちらを接地するかは書き込みデータに応じて決定される。一実施形態では、書き込みデータが“1”の場合に選択ライトビット線/WBL0が接地され、“0”の場合は選択ライトビット線WBL0が接地される。 On the other hand, FIG. 8B illustrates the state of each signal line in the write operation. In the write operation, the word line WL0 is selected, and the write bit lines WBL0 and / WBL0 and the read bit line RBL0 are selected, and thereby the memory cell C00 is selected. Specifically, boost voltage Vdh higher than power supply voltage Vdd is applied to selected word line WL0. At the same time, the power supply voltage Vdd is applied to one of the selected write bit lines WBL0 and / WBL0, and the other is grounded. Which of the selected write bit lines WBL0 and / WBL0 is grounded is determined according to the write data. In one embodiment, when the write data is “1”, the selected write bit line / WBL0 is grounded, and when it is “0”, the selected write bit line WBL0 is grounded.
これにより、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5は、そのゲート−ソース間に閾値電圧Vthを超えるブースト電圧Vdhが印加されてオン状態となる。従って、ライト電流Iwが、選択ライトビット線WBL0からメモリセルC00を導通して選択ライトビット線/WBL0に(あるいは、選択ライトビット線/WBL0からメモリセルC00を導通して選択ライトビット線WBL0に)流れる。ライト電流Iwにより、磁気抵抗素子6のフリー層の磁化が所望の向きに向けられる、即ち、所望のデータが選択メモリセルC00の磁気抵抗素子6に書き込まれる。この時、リードビット線RBL0はMTJ素子を介してライト電流がリークしないように高インピーダンス状態にすることが望ましい。
As a result, the
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11には、ライト電流Iwは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続された非選択メモリセルC01については、メモリセルC01のセルトランジスタ4、5はオン状態になるが、ライトワードWBL1と/WBL1の電位差はゼロである。従って、メモリセルC01にライト電流Iwは流れない。また、非選択ワード線WL1に接続された非選択メモリセルC10、C11については、ワード線WL1が接地されるため、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4、5はオフ状態である。従って、メモリセルC10、C11にもライト電流Iwは流れない。
On the other hand, the write current Iw does not flow through the unselected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the
リファレンスセルR00、01、10、11についても同様に、ライト電流Iwは流れない。即ち、書き込み動作時にはリファレンスワード線WLR0、WLR1は接地されるから、各リファレンスセルのセルトランジスタ4、5はオフ状態になる。従って、書き込み動作時には、リファレンスセルR00、01、10、11にライト電流Iwは導通しない。
Similarly, the write current Iw does not flow in the reference cells R00, 01, 10, and 11. That is, during the write operation, the reference word lines WLR0 and WLR1 are grounded, so that the
更に図8Cは、読み出し動作における各信号線の状態を図示している。読み出し動作時では、書き込み動作時と異なり選択ワード線WL0に電源電圧Vddが印加される。同時に、選択リードビット線RBL0にクランプ電圧Vcが読み出し回路(図示されない)によって印加され、選択ライトビット線WBL0、/WBL0の両方が接地される。これにより、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5がオン状態となり、磁気抵抗素子6にクランプ電圧Vcが印加された状態で選択メモリセルC00にセンス電流Isが流れる。ここで、読み出し動作では、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4、5のゲート−ソース間には電源電圧Vddが印加される、即ち、過剰な高電圧が印加されないことに留意されたい。
Further, FIG. 8C illustrates the state of each signal line in the read operation. In the read operation, unlike the write operation, the power supply voltage Vdd is applied to the selected word line WL0. At the same time, the clamp voltage Vc is applied to the selected read bit line RBL0 by a read circuit (not shown), and both the selected write bit lines WBL0 and / WBL0 are grounded. As a result, the
加えて、読み出し動作では、リファレンスワード線WLR1が選択され、且つ、ライトビット線WBL1、/WBL0、及びリードビット線/RBL0が選択される。即ち、リファレンスワード線WLR1と、ライトビット線WBL1、/WBL0及びリードビット線/RBL0の交点に位置するリファレンスセルR10が選択される。 In addition, in the read operation, the reference word line WLR1 is selected, and the write bit lines WBL1, / WBL0 and the read bit line / RBL0 are selected. That is, the reference cell R10 located at the intersection of the reference word line WLR1, the write bit lines WBL1, / WBL0 and the read bit line / RBL0 is selected.
詳細には、選択リファレンスワード線WLR1に電源電圧Vddが印加される。同時に、選択リードビット線/RBL0にクランプ電圧Vcが読み出し回路により印加され、選択ライトビット線WBL1、/WBL0の両方が接地される。選択リファレンスセルR10のセルトランジスタ4、5がオン状態となり、磁気抵抗素子6にクランプ電圧Vcが印加された状態で選択リファレンスセルR10にリファレンス電流Irefが流れる。ここで、選択リファレンスセルR10のセルトランジスタ4、5のゲート−ソース間には電源電圧Vddが印加される、即ち、過剰な高電圧が印加されないことに留意されたい。
Specifically, the power supply voltage Vdd is applied to the selected reference word line WLR1. At the same time, the clamp voltage Vc is applied to the selected read bit line / RBL0 by the read circuit, and both the selected write bit lines WBL1 and / WBL0 are grounded. When the
選択メモリセルC00を流れるセンス電流Isと、選択リファレンスセルR10に流れる参照電流Irefとを比較することで、選択メモリセルC00に記憶されているデータが識別される。 The data stored in the selected memory cell C00 is identified by comparing the sense current Is flowing through the selected memory cell C00 with the reference current Iref flowing through the selected reference cell R10.
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11については、センス電流Isは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続された非選択メモリセルC01については、非選択リードビット線RBL1は高インピーダンス状態に設定され、更に、非選択ライトビット線WBL1、/WBL1は共に接地される。選択ワード線WL0に接続される非選択メモリセルC01のセルトランジスタ4、5はオン状態になるが、リードビット線RBL1が高インピーダンス状態に設定されて読み出し回路から電気的に切断されるのでセンス電流Isは流れない。なお、読み出し動作時には非選択リードビット線RBL1が接地されてもよい。
On the other hand, the sense current Is does not flow for the non-selected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the non-selected read bit line RBL1 is set to a high impedance state, and the non-selected write bit lines WBL1 and / WBL1 are both grounded. Although the
更に、非選択ワード線WL1に接続されるメモリセルC10、C11については、非選択ワード線WL1が接地されるので、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4、5はオフ状態になる。従って、メモリセルC10、11にもセンス電流Isは流れない。
Further, for the memory cells C10 and C11 connected to the non-selected word line WL1, since the non-selected word line WL1 is grounded, the
更に、非選択リファレンスセルR00、R01、R11についても、リファレンス電流Irefは流れない。まず、選択リファレンスワード線WLR1に接続されたリファレンスセルR11については、非選択リードビット線/RBL1を高インピーダンス状態に設定され、非選択ライトビット線WBL1、/WBL1は共に接地される。リファレンスセルR11のセルトランジスタ4、5はオン状態になるが、リードビット線/RBL1が高インピーダンス状態に設定されて読み出し回路から電気的に切断されるのでリファレンス電流Irefは流れない。なお、読み出し動作時には非選択リードビット線/RBL1が接地されてもよい。
Further, the reference current Iref does not flow for the non-selected reference cells R00, R01, R11. First, for the reference cell R11 connected to the selected reference word line WLR1, the unselected read bit line / RBL1 is set to a high impedance state, and the unselected write bit lines WBL1 and / WBL1 are both grounded. The
図9は、上記アクセス方法を実現するためのロウ選択回路2の構成の例を示す回路図である。図9のロウ選択回路2は、ロウデコーダ21と、ワードドライバ22と、ワード電圧制御部23と、リファレンスロウデコーダ24と、ワードドライバ25とを備えている。ロウデコーダ21とワードドライバ22とは、ワード線WLを選択するワード線選択回路として機能する。一方、リファレンスロウデコーダ24とワードドライバ25は、リファレンスワード線WLRを選択するリファレンスワード線選択回路として機能する。図9において、実際には(例えば図2に示されているように)複数のロウデコーダ21と、ワード線WLと同数のワードドライバ22とが設けられるが、図9には、1つのロウデコーダ21と、4つのワード線WLを駆動するワードドライバ22−0〜22−3しか図示されていない。また、図9には、1つのリファレンスロウデコーダ24しか図示されていないが、リファレンスワード線WLRが4本よりも多い場合には、複数のリファレンスロウデコーダ24が設けられ得る。図9のロウデコーダ21の構成は、図2のロウデコーダ21と同一であり、図9のワード電圧制御部23の構成は、図2のワード線圧制御部23と同一である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
リファレンスロウデコーダ24は、NMOSトランジスタM11Rと、M14R−0〜M14R−3を備えている。NMOSトランジスタM11Rとしては、コアトランジスタ(即ち、通常の耐圧のMOSトランジスタ)が用いられる。一方、NMOSトランジスタM14R−0〜M14R−3としては、ゲート酸化膜がコアトランジスタよりも厚い高耐圧トランジスタが使用される。
The
ワードドライバ25−0〜25−3のそれぞれは、NMOSトランジスタM15Rと、PMOSトランジスタM16R〜M18Rで構成される。NMOSトランジスタM15Rと、PMOSトランジスタM16R〜M18Rとしては、ゲート酸化膜がコアトランジスタよりも厚い高耐圧トランジスタが用いられる。 Each of the word drivers 25-0 to 25-3 includes an NMOS transistor M15R and PMOS transistors M16R to M18R. As the NMOS transistor M15R and the PMOS transistors M16R to M18R, high breakdown voltage transistors whose gate oxide films are thicker than the core transistors are used.
以下では、図9、図10A、図10Bを用いて、第2の実施形態におけるロウ選択回路2の動作について説明する。図9において、制御信号X234、X567、X89は、入力されたロウアドレスをプリデコードして得られる信号であり、それらの振幅はVddである。また、制御信号X01e0〜X01e3は、ロウアドレスの下位2ビットをデコードして得られる信号とアクセス・イネーブル信号とのAND論理を取ることによって生成される信号である。
Hereinafter, the operation of the
また、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3は、ロウ・プリチャージ信号RPから生成される信号であり、その振幅はVdhである。ここで、各ロウ・プリチャージ信号RPiは、ノードN2iとノードN2iRとをプリチャージすることを指示する信号であり、制御信号x01eiとロウ・プリチャージ信号RPとライトイネーブル信号WEに基づいて、図10Bの論理に従って生成される。つまり、ロウ・プリチャージ信号RPiは、制御信号x01eiが“1”である場合にはロウ・プリチャージ信号RPと同じ値をとる。一方、ロウ・プリチャージ信号RPiは、制御信号x01eiが“0”である場合には、ロウ・プリチャージ信号RPが“1”であっても、読み出し時には(即ち、ライトイネーブル信号WEが“0”である場合には)活性化されない。 The row precharge signals RP0 to RP3 are signals generated from the row precharge signal RP, and the amplitude thereof is Vdh. Here, each row precharge signal RPi is a signal instructing to precharge the node N2i and the node N2iR. Based on the control signal x01ei, the row precharge signal RP, and the write enable signal WE, Generated according to 10B logic. That is, the row precharge signal RPi has the same value as the row precharge signal RP when the control signal x01ei is “1”. On the other hand, when the control signal x01ei is “0”, the row precharge signal RPi is read (that is, the write enable signal WE is “0”) even if the row precharge signal RP is “1”. It is not activated.
ライトイネーブル信号WEは、ワード電圧制御部23に供給される。ライトイネーブル信号WEは、書き込み動作時にハイレベル(Vdh)になり、読み出し動作時にローレベル(0V)になる。
The write enable signal WE is supplied to the word
スタンバイ状態では、制御信号X01e0〜X01e3がローレベル(0V)に設定されると共に、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3もローレベルに設定される。これにより、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM14−0〜M14−3がオフ状態に、ワードドライバ22−0〜22−3のPMOSトランジスタM18がオン状態に設定される。即ち、ノードN20〜N23がブースト電圧Vdhにハイ・プリチャージされ、ワード線WLにはローレベル(0V)が出力される。ワードドライバ22のPMOSトランジスタM17は、ノードN20〜N23をハイレベル(Vdh)に保持するために設けられており、そのW/L比(W:ゲート幅、L:ゲート長)は他のトランジスタよりもずっと小さい。
In the standby state, the control signals X01e0 to X01e3 are set to a low level (0 V), and the row precharge signals RP0 to RP3 are also set to a low level. As a result, the NMOS transistors M14-0 to M14-3 of the
一方、リファレンスロウデコーダ24及びワードドライバ25−0〜25−3についても同様に、リファレンスロウデコーダ24のNMOSトランジスタM14R−0〜M14R−3がオフ状態に、ワードドライバ25のPMOSトランジスタM18Rがオン状態に設定される。即ち、ノードN20R〜N23RはVdhにハイ・プリチャージされ、リファレンスワード線WLRにはローレベル(0V)が出力される。PMOSトランジスタM17Rは、ノードN20Rをハイレベル(Vdh)に保持するために設けられており、そのW/L(W:ゲート幅、L:ゲート長)は他のトランジスタよりもずっと小さい。
On the other hand, for the
読み出し動作時では、ライトイネーブル信号WEがローレベル(0V)に設定され、ワード電圧制御部23は、ノードN3に電源電圧Vddを供給する。即ち、ワード電圧制御部23は、駆動電圧VDRVを電源電圧Vddに設定する。以下では、ワード線WL0及びリファレンスワード線WLR1が選択される場合を例にとって説明する。
In the read operation, the write enable signal WE is set to a low level (0 V), and the word
ワード線WLに接続された各ワードドライバ22においては、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3がハイレベル(Vdh)に設定され、PMOSトランジスタM18がオフ状態になる。また、選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、NMOSトランジスタM11〜M13がオン状態になる。更に、ワード線WL0に対応する制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)になると、NMOSトランジスタM14−0がオン状態になり、ノードN20がローレベル(0V)に遷移する。このとき、ワードドライバ22−0では、NMOSトランジスタM15がオフ状態に、PMOSトランジスタM16がオン状態となり、ノードN3の駆動電圧VDRVがワード線WL0に伝わる。ここで、駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに一致するため、結果としてワード線WL0は電源電圧Vddに駆動される。
In each
リファレンスワード線WLRに接続されるワードドライバ25でも同様に、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3がハイレベル(Vdh)となるため、PMOSトランジスタM18Rがオフ状態となる。また、選択されたリファレンスロウデコーダ21においては、制御信号XREFがハイレベル(Vdd)に設定され、NMOSトランジスタM11Rがオン状態になる。更に、制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)になると、NMOSトランジスタM14R−1がオン状態となり、ノードN21Rがローレベル(0V)に遷移する。ここで、制御信号X01e0〜X01e3の並びがリファレンスロウデコーダ24とロウデコーダ21で異なっていることに注意が必要である。このとき、NMOSトランジスタM15Rがオフ、PMOSトランジスタM16Rがオンとなるから、ノードN3の駆動電圧VDRVがリファレンスワード線WLR1に伝わる。ここで、駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに一致するため、結果として、リファレンスワード線WLR1は電源電圧Vddに駆動される。
Similarly, in the word driver 25 connected to the reference word line WLR, since the row precharge signals RP0 to RP3 are at the high level (Vdh), the PMOS transistor M18R is turned off. In the selected
読み出し動作が終了すると、制御信号X01e0及びロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3がローレベルに戻される。これにより、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM14−0がオフ状態に、ワードドライバ22のPMOSトランジスタM18がオン状態となって、ノードN20はハイレベル(Vdh)に遷移する。このため、ワード線WL0がローレベルに戻る。同様に制御X01e0がローレベルに戻されることにより、リファレンスロウデコーダ24のNMOSトランジスタM14R1がオフ状態に、ワードドライバ25のPMOSトランジスタM18Rがオン状態となってノード21Rはハイレベル(Vdh)に遷移する。これにより、リファレンスワード線WLR1がローレベルに戻る。
When the read operation is completed, the control signal X01e0 and the row precharge signals RP0 to RP3 are returned to the low level. As a result, the NMOS transistor M14-0 of the
書き込み動作時では、ライトイネーブル信号WEがハイレベル(Vdh)に設定され、ワード電圧制御部23はノードN3にブースト電圧Vdhを供給する。即ち、ワード電圧制御部23は、駆動電圧VDRVをブースト電圧Vdhに設定する。以下では、ワード線WL0が選択される場合の動作について説明する。
In the write operation, the write enable signal WE is set to the high level (Vdh), and the word
ワード線WL0に対応するワードドライバ22−0においては、ロウ・プリチャージ信号RP0がハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。また、ロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、これにより、NMOSトランジスタM11〜M13がオン状態になる。更に、制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)に設定されてNMOSトランジスタM14−0がオン状態となり、ノードN20がローレベル(0V)に遷移する。このとき、ワードドライバ22−0のNMOSトランジスタM15がオフに、PMOSトランジスタM16がオンとなるため、ノードN3の駆動電圧VDRVがワード線WL0に伝わる。ここで駆動電圧VDRVがブースト電圧Vdhに一致するため、結果として、ワード線WL0はブースト電圧Vdhに駆動される。
In the word driver 22-0 corresponding to the word line WL0, the row precharge signal RP0 is at the high level (Vdh), and the PMOS transistor M18 is turned off. In the
一方、リファレンスワード線WLRに対応するワード線ドライバ25−0においては、ロウ・プリチャージ信号RP0がハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18Rがオフ状態となる。また、リファレンスロウデコーダ24においては、制御信号XREFがローレベル(Gnd)に設定されるから、NMOSトランジスタM11Rはオフ状態のままである。よって、制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)になってNMOSトランジスタM14R−1がオン状態となっても、ノードN20R〜ノードN23Rはハイレベル(Vdh)のままである。従って、リファレンスワード線WLR0〜WLR3はローレベル(Gnd)のまま維持される。
On the other hand, in the word line driver 25-0 corresponding to the reference word line WLR, the row precharge signal RP0 is at the high level (Vdh), and the PMOS transistor M18R is turned off. In the
書き込み動作が終了すると、制御信号X01e0及びロウ・プリチャージ信号RP0がローレベルに戻される。このとき、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM14−0がオフに、ワードドライバ22−0のPMOSトランジスタM18がオン状態となる。これにより、ノードN20がハイレベル(Vdh)に遷移し、選択ワード線WL0はローレベルに戻される。一方、リファレンスロウデコーダ24のNMOSトランジスタM14R−1がオフになり、ワード線ドライバ25−0のPMOSトランジスタM18Rがオン状態となってもノードN20はハイレベル(Vdh)のままであり、従って、リファレンスワード線WLR0〜WLR3はローレベル(Gnd)のまま維持される。
When the write operation is completed, the control signal X01e0 and the row precharge signal RP0 are returned to the low level. At this time, the NMOS transistor M14-0 of the
図9の構成のロウ選択回路2の一つの利点は、読み出し動作中にライト命令が来た場合にも速やかに書き込み動作を開始できることにある。以下では、この利点について詳細に説明する。
One advantage of the
MRAMのライト動作の仕様では、SRAM等と互換性をもたせるために、読み出し動作の後に同一アドレスに書き込み動作を行うことが許容される場合がある。このような動作を高速に行うためには、選択ワード線を接地することなしに(即ち、選択ワード線を一旦非選択にすることなく)電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに直接に遷移させることが好ましい。 According to the specification of the write operation of the MRAM, there is a case where it is allowed to perform a write operation to the same address after the read operation in order to make it compatible with an SRAM or the like. In order to perform such an operation at high speed, the selected word line is directly shifted from the power supply voltage Vdd to the boost voltage Vdh without grounding the selected word line (that is, without temporarily deselecting the selected word line). preferable.
選択ワード線を接地することなしに電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに遷移させる最も簡便な方法は、ワード電圧制御部23から出力される駆動電圧VDRVを電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに切り換えることである。しかし、このような動作を行う場合に問題になるのは、読み出し動作時に選択されていたリファレンスワード線WLRも、電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに遷移してしまうことである。書き込み動作時には全てのリファレンスワード線WLRは、ローレベルに設定されなくてはならない。図9に示したロウ選択回路2の構成では、読み出し動作時に選択されていたリファレンスワード線WLRiに対応するワードドライバ25−iに接続されるノードN2iRのみを選択的にプリチャージしてリファレンスワード線WLRiを非選択にすることができる。このため、選択ワード線を接地することなしに電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに直接に遷移させることができる。
The most convenient way to transition without grounding the selected word line from the power supply voltage Vdd to boost voltage Vdh, by switching the driving voltage V DRV outputted from the word
以下では、図9と図10Cを用いて読み出し動作中にライト命令が来た場合のロウ選択回路2の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
読み出し動作時には、ライトイネーブル信号WEがローレベル(0V)に設定され、ワード電圧制御部23は、ノードN3に電源電圧Vddを供給する。即ち、ワード電圧制御部23は、駆動電圧VDRVを電源電圧Vddに設定する。以下では、読み出し動作時、及びそれに引き続いて行われる書き込み動作時に、ワード線WL0及びリファレンスワード線WLR1が選択される場合を例にとって説明する。
During the read operation, the write enable signal WE is set to a low level (0 V), and the word
ワード線WLに対応するワードドライバ22においては、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3がハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。また、選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)となり、NMOSトランジスタM11〜M13がオン状態になる。さらに制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)になると、NMOSトランジスタM14−0がオン状態となり、ノードN20がローレベル(0V)に遷移する。このとき、ワードドライバ22−0ではNMOSトランジスタM15がオフ、PMOSトランジスタM16がオンとなり、ノードN3の駆動電圧VDRVがワード線WL0に伝わる。読み出し動作では駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに設定されるので、結果として、ワード線WL0は電源電圧Vddに駆動される。
In the
一方、リファレンスワード線WLRに対応するワードドライバ25においては、ロウ・プリチャージ信号RP0〜RP3がハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18Rがオフ状態となる。また、選択されたリファレンスロウデコーダ24においては、制御信号XREFがハイレベル(Vdd)となり、NMOSトランジスタM11Rがオン状態になる。さらに制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)に設定され、NMOSトランジスタM14R−1がオン状態となり、ノードN21Rはローレベル(0V)に遷移する。ここで、制御信号X01e0−X01e3の並びがリファレンスロウデコーダ24とロウデコーダ21で異なっていることに留意されたい。このとき、ワードドライバ25−1では、NMOSトランジスタM15Rがオフ、PMOSトランジスタM16Rがオンとなり、ノードN3の駆動電圧VDRVがリファレンスワード線WLR1に伝わる。読み出し動作では駆動電圧VDRVが電源電圧Vddに設定されるので、結果として、リファレンスワード線WLR1は電源電圧Vddに駆動される。
On the other hand, in the word driver 25 corresponding to the reference word line WLR, the row precharge signals RP0 to RP3 are at the high level (Vdh), and the PMOS transistor M18R is turned off. In the selected
読み出し動作中にライト命令が来た場合、ライトイネーブル信号WEがハイレベル(Vdh)になり、ワード電圧制御部23はノードN3を電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに駆動する。即ち、駆動電圧VDRVが電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに切り換えられる。更に、ノードN3の駆動電圧VDRVがワード線WL0に伝わるため、結果として、ワード線WL0は電源電圧Vddからブースト電圧Vdhに駆動される。
When a write command is received during the read operation, the write enable signal WE becomes high level (Vdh), and the word
一方、リファレンスワード線WRLに対応するワードドライバ25については、ロウ・プリチャージ信号RP1〜RP3がローレベルとなり、更にリファレンスロウデコーダ24に供給される制御信号XREFがローレベルに設定される。これにより、リファレンスロウデコーダ24のNMOSトランジスタM11Rがオフに、ワードドライバ25−1のPMOSトランジスタM18Rがオン状態となってノード21Rはハイレベル(Vdh)に遷移する。これにより、リファレンスワード線WLR1がローレベルとなる。このため、リファレンスセルに書き込み電流Iwは導通しない。
On the other hand, for the word driver 25 corresponding to the reference word line WRL, the row precharge signals RP1 to RP3 are set to the low level, and the control signal XREF supplied to the
書き込み動作が終了すると、制御信号X01e0及びロウ・プリチャージ信号RP0がローレベルとなる。このとき、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM14−0がオフになり、ワードドライバ22−0のPMOSトランジスタM18がオン状態となる。これにより、ノードN20がハイレベル(Vdh)に遷移し、ワード線WL0はローレベルとなる。
When the write operation is completed, the control signal X01e0 and the row precharge signal RP0 become low level. At this time, the NMOS transistor M14-0 of the
以上説明した第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、メモリセルに集積化されたセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト技術によるセル面積の縮小化が期待できる。つまり、書き込み時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し時は電源電圧Vddでワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。従って、読み出し時にメモリセルのゲート酸化膜に過剰な電圧を印加しない本実施形態のMRAMは、効果的にゲート酸化膜の信頼性を向上できる。 In the second embodiment described above, the cell area can be reduced by the word boost technique while ensuring the reliability of the gate oxide film of the cell transistor integrated in the memory cell, as in the first embodiment. I can expect. That is, by driving the word line with the boost voltage Vdh only at the time of writing and driving the word line with the power supply voltage Vdd at the time of reading, the time for applying the excessive voltage to the gate oxide film can be reduced. Therefore, the MRAM according to this embodiment that does not apply an excessive voltage to the gate oxide film of the memory cell at the time of reading can effectively improve the reliability of the gate oxide film.
さらに、また、第2の実施形態によれば、読み出し中にライト命令が来た場合にメモリセルを選択するロウデコーダのリセット期間を設けずに、書き込み動作に移行できるため、高速に動作できる。つまり、リファレンスワード線に対応するワードドライバのみプリチャージ動作することで、選択ワード線を立ち上げる期間を必要とせず、高速に動作できる。 Furthermore, according to the second embodiment, when a write command is received during reading, it is possible to shift to a write operation without providing a reset period for a row decoder that selects a memory cell, so that a high-speed operation can be performed. That is, only the word driver corresponding to the reference word line performs the precharge operation, so that it is possible to operate at high speed without requiring a period for raising the selected word line.
なお、第2の実施形態においては、ファレンスセルを選択するワードドライバ25がワード電圧制御部23と接続されず、ワードドライバ25の出力段のトランジスタ(即ち、PMOSトランジスタM16R)に、常に電源電圧Vddが供給されてもよい。
In the second embodiment, the word driver 25 that selects the reference cell is not connected to the word
(第3の実施形態)
図11A〜図11Cは、本発明の第3の実施形態のMRAMの構成を示す回路図である。第3の実施形態では、スピン注入磁化反転を用いて磁気抵抗素子のフリー層の磁化を反転させる、即ちデータを書き込むように構成されたメモリセル(スピン注入セル)が使用される。スピン注入磁化反転とは、強磁性体にスピン偏極電流(spin-polarized current)を注入すると、その電流を担う伝導電子のスピンと導体の磁気モーメントとの間の直接相互作用によって磁化が反転する現象のことである。書き込み動作をスピン注入磁化反転によって行うMRAMは、メモリセルを微細化すると共に書き込み電流も減少するので、高集積度化に有利である。
(Third embodiment)
11A to 11C are circuit diagrams showing the configuration of the MRAM according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a memory cell (spin injection cell) configured to invert the magnetization of the free layer of the magnetoresistive element using spin injection magnetization reversal, that is, to write data, is used. Spin-injection magnetization reversal means that when a spin-polarized current is injected into a ferromagnet, the magnetization is reversed due to the direct interaction between the spin of the conduction electron carrying the current and the magnetic moment of the conductor. It is a phenomenon. An MRAM that performs a write operation by spin-injection magnetization reversal is advantageous for high integration because the memory cell is miniaturized and the write current is reduced.
以下では、第3の実施形態のMRAMの構成を詳細に説明する。メモリアレイ1には、メモリセルCijが行列に配置されている。各メモリセルCijは、1つのセルトランジスタ4と、磁気抵抗素子6とを備えている。本実施形態では、磁気抵抗素子6としてMTJ素子が使用される。メモリアレイ1には、更に、行方向にワード線WLが延設されると共に、ビット線BL、/BLが列方向に延設されている。ワード線WLは、ロウ選択回路2に接続されており、ビット線BL、/BLは、カラム選択回路3に接続されている。図11A〜図11Cにおいて、実際は多数のメモリセルがメモリアレイ1に行列に配置されているが、説明の便宜上、2行2列のメモリセルC00、C01、C10、C11のみを図示している。
Hereinafter, the configuration of the MRAM according to the third embodiment will be described in detail. In the
続いて、図11A〜図11Cを参照しながら、第3の実施形態における選択メモリセルへのアクセスについて説明する。以下の説明では、メモリセルC00が選択メモリセルであるとして説明を行う。即ち、メモリセルC01は選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC10は非選択行と選択列の交点にある非選択メモリセル、メモリセルC11は非選択行と非選択列の交点にある非選択メモリセルである。 Next, access to the selected memory cell in the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11A to 11C. In the following description, it is assumed that the memory cell C00 is a selected memory cell. That is, the memory cell C01 is an unselected memory cell at the intersection of the selected row and the unselected column, the memory cell C10 is an unselected memory cell at the intersection of the unselected row and the selected column, and the memory cell C11 is unselected from the unselected row. Unselected memory cells at the intersection of columns.
図11Aは、スタンバイ状態における各信号線の状態を図示している。スタンバイ状態においては、全てのワード線WL、及びビット線BL、/BLが接地される。 FIG. 11A illustrates the state of each signal line in the standby state. In the standby state, all word lines WL and bit lines BL and / BL are grounded.
一方、図11Bは、書き込み動作における各信号線の状態を図示している。書き込み動作では、選択メモリセルC00に対応するワード線WL0、ビット線BL0、/BL0が選択され、これにより、選択メモリセルC00にライト電流Iwが流れる。 On the other hand, FIG. 11B illustrates the state of each signal line in the write operation. In the write operation, the word line WL0 and the bit lines BL0 and / BL0 corresponding to the selected memory cell C00 are selected, whereby the write current Iw flows through the selected memory cell C00.
詳細には、選択ワード線WL0に電源電圧Vddよりも高いブースト電圧Vdhが印加される。同時に、選択ビット線BL0と/BL0のどちらか一方に電源電圧Vddが印加され、もう一方が接地される。選択ビット線BL0、/BL0のいずれを接地するかは書き込みデータに応じて決定される。例えば、書き込みデータが“1”の場合にビット線/BL0が接地され、“0”の場合にビット線BL0が接地される。 Specifically, boost voltage Vdh higher than power supply voltage Vdd is applied to selected word line WL0. At the same time, the power supply voltage Vdd is applied to one of the selected bit lines BL0 and / BL0, and the other is grounded. Which of the selected bit lines BL0 and / BL0 is grounded is determined according to the write data. For example, when the write data is “1”, the bit line / BL0 is grounded, and when it is “0”, the bit line BL0 is grounded.
これにより、メモリセルC00のセルトランジスタ4はオン状態になり、ライト電流Iwが、ビット線BL0からメモリセルC00を通ってビット線/BL0に、(あるいは、選択ライトビット線/WBL0からメモリセルC00を通って選択ライトビット線WBL0に)に流れる。ライト電流Iwにより、磁気抵抗素子6のフリー層の磁化が所望の向きに向けられる、即ち、所望のデータが選択メモリセルC00の磁気抵抗素子6に書き込まれる。
As a result, the
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11には、ライト電流Iwは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続された非選択メモリセルC01については、メモリセルC01のセルトランジスタ4がオン状態になるが、ワードBL1、/BL1の電位差はゼロである。従って、非選択メモリセルC01にライト電流Iwは流れない。また、非選択ワード線WL1に接続された非選択メモリセルC10、C11については、ワード線WL1が接地されるから、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4、5はオフ状態である。従って、メモリセルC10、C11にもライトIwは流れない。なお、書き込み動作時に、非選択のワードBL1、/BL1は、高インピーダンス状態に設定されることも可能である。
On the other hand, the write current Iw does not flow through the unselected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the
更に図11Cは、読み出し動作における各信号線の状態を図示している。読み出し動作時には、書き込み動作時と異なり選択ワード線WL0に電源電圧Vddが印加される。同時に、一方の選択ビット線/BL0にクランプ電圧Vcが読み出し回路(図示されない)によって印加され、もう一方の選択ビット線BL0が接地される。これにより、選択メモリセルC00のセルトランジスタ4がオン状態となり、磁気抵抗素子6にほぼクランプ電圧Vcが印加された状態で選択メモリセルC00にセンス電流Isが流れる。
Further, FIG. 11C illustrates the state of each signal line in the read operation. During the read operation, unlike the write operation, the power supply voltage Vdd is applied to the selected word line WL0. At the same time, the clamp voltage Vc is applied to one selected bit line / BL0 by a read circuit (not shown), and the other selected bit line BL0 is grounded. As a result, the
一方、非選択メモリセルC01、C10、C11については、センス電流Isは流れない。まず、選択ワード線WL0に接続される非選択メモリセルC01については、非選択ビット線BL1が高インピーダンス状態に設定され、非選択ビット線/BL1が接地される。選択ワード線WL0に接続される非選択メモリセルC01のセルトランジスタ4はオン状態になるが、ビット線WL1が高インピーダンス状態に設定されて読み出し回路から電気的に切断されるのでセンス電流Isは流れない。なお、読み出し動作時には非選択ビット線BL1が接地されてもよい。
On the other hand, the sense current Is does not flow for the non-selected memory cells C01, C10, and C11. First, for the non-selected memory cell C01 connected to the selected word line WL0, the non-selected bit line BL1 is set to a high impedance state, and the non-selected bit line / BL1 is grounded. Although the
また、非選択ワード線WL1に接続されるメモリセルC10、C11については、非選択ワード線WL1が接地されるので、メモリセルC10、C11のセルトランジスタ4はオフ状態になる。従って、メモリセルC10、11にもセンス電流Isは流れない。
For the memory cells C10 and C11 connected to the non-selected word line WL1, since the non-selected word line WL1 is grounded, the
ロウ選択回路2としては、図2と同じ構成のものが使用可能である。ロウ選択回路2についての説明は省略する。
As the
以上説明した第3の実施形態によれば、メモリセルに含まれるセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト技術によるセル面積の縮小化が期待できる。つまり、書き込み時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し時は電源電圧Vddでワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。多くのアプリケーションにおいては、メモリへのデータの書き込みに比べ、データの読み出しを行う回数が多い。従って、読み出し時にメモリセルのゲート酸化膜に過剰な電圧を印加しない本実施形態のMRAMは、効果的にゲート酸化膜の信頼性を向上できる。 According to the third embodiment described above, the cell area can be reduced by the word boost technique while ensuring the reliability of the gate oxide film of the cell transistor included in the memory cell. That is, by driving the word line with the boost voltage Vdh only at the time of writing and driving the word line with the power supply voltage Vdd at the time of reading, the time for applying the excessive voltage to the gate oxide film can be reduced. In many applications, the number of times of reading data is larger than that of writing data to the memory. Therefore, the MRAM according to this embodiment that does not apply an excessive voltage to the gate oxide film of the memory cell at the time of reading can effectively improve the reliability of the gate oxide film.
第3の実施形態のMRAMの変形例として、書き込み時に相補の電圧が与えられる書き込み配線を直角に配置した構成のMRAMが挙げられる。この変形例では、書き込み配線の一方がカラム選択回路に接続され、書き込み配線の他方がロウ選択回路2に接続される。書き込み時には、ロウ選択回路2は、ワード線にブースト電圧Vdhおよび接地電圧を供給するように構成されるともに、それに接続されている書き込み配線に電源電圧Vddまたは接地電圧を供給するように構成される。このため、この変形例においては、ロウ選択回路2は、3つの電圧を出力可能に構成される必要がある。このような動作を実現する一つの方法として、第1の実施形態のロウ選択回路2に、ロウデコーダ21、ワードドライバ22に加えて、書き込みロウデコーダおよび書き込みワードドライバを追加する方法が挙げられる。ワードドライバ22は振幅がブースト電圧Vdhに等しい選択信号を用いてロウデコーダ21により選択される一方、書き込み配線に接続された書き込みワードドライバは振幅が電源電圧Vddに等しい選択信号を用いて書き込みロウデコーダにより選択される。ロウデコーダ21の出力の振幅はVdhであり、書き込みロウデコーダの出力の振幅はVddであるため、これらのロウデコーダは共通化できず、回路面積が増大する。
As a modification of the MRAM of the third embodiment, there is an MRAM having a configuration in which write wirings to which a complementary voltage is applied at the time of writing are arranged at right angles. In this modification, one of the write wirings is connected to the column selection circuit, and the other of the write wirings is connected to the
一方、図11A〜図11Cの構成のMRAMでは、書き込み時に相補の電圧が与えられる書き込み配線として平行な2本のライトビット線WBLi、/WBLiを用いることにより、ロウ選択回路2とカラム選択回路3の構成を簡単にでき、これらの回路面積を小さくできる。つまり、書き込み時、ロウ選択回路2はワード線にブースト電圧Vdhまたは接地電位Gndの2つの電圧を供給するだけでよく、電源電圧Vddを供給する必要はない。また、カラム選択回路3において、一方のライトビット線WBLiに電圧を供給する書き込みドライバと、他方のライトビット線WBLiに電圧を供給する書き込みドライバは、どちらも振幅が電源電圧Vddである選択信号を用いてカラムデコーダ(図示されない)により選択可能である。このため、これらの書き込みドライバを選択するカラムデコーダの一部を共通化できる。結果として、上述の変形例と比較してロウ選択回路2とカラム選択回路3の面積を小さくできる。
On the other hand, in the MRAM configured as shown in FIGS. 11A to 11C, the
(第4の実施形態)
図12は、本発明の第4の実施形態におけるロウ選択回路2の構成を示す回路図である。第4の実施形態では、ロウ選択回路2が、書き込み動作時にブースト電圧Vdhをワード線に供給する一方で、読み出し動作時にブースト電圧VdhからNMOSトランジスタの閾値電圧分低い電圧をワード線に供給するように構成される。本実施形態では、このような動作が、書き込み動作時にはワード線WLをプルアップするトランジスタとしてPMOSトランジスタを使用し、読み出し動作時にはワード線WLをプルアップするトランジスタとしてNMOSトランジスタを使用することによって実現されている。以下、第4の実施形態におけるロウ選択回路2について詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of the
第4の実施形態のロウ選択回路2は、ロウデコーダ21と、ワードドライバ22と、ワード電圧制御部23とを備えている。図12において、実際には(例えば図2に示されているように)複数のロウデコーダ21と、ワード線WLと同数のワードドライバ22とが設けられるが、図9には、1つのロウデコーダ21と、4つのワード線WLを駆動するワードドライバ22−0〜22−3しか図示されていない。
The
ロウデコーダ21は、NMOSトランジスタM11〜M13と、M14−0〜M14−3とで構成される。各ワードドライバ22−iは、NMOSトランジスタM15、M19、M20と、PMOSトランジスタM16〜M18、M21とで構成される。ワード電圧制御部23は、PMOSトランジスタM22で構成される。
The
ロウデコーダ21、ワードドライバ22−i、及びワード電圧制御部23には、通常の耐圧のトランジスタ(コアトランジスタ)と高耐圧トランジスタの2種類のトランジスタが使用される。詳細には、ロウデコーダ21のNMOSトランジスタM11〜M13としては、コアトランジスタが用いられ、NMOSトランジスタM14−0〜M14−3としては高耐圧トランジスタが使用される。また、ワードドライバ22−iの全てのMOSトランジスタM15及びPMOSトランジスタM16〜M18としては、及びワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM22としては、高耐圧トランジスタが使用される。
For the
図12と図13を用いて、第4の実施形態のロウ選択回路2の動作について説明する。以下では、読み出し動作及び書き込み動作においてワード線WL0が選択されるものとしてロウ選択回路2の動作を説明する。制御信号X234、X567、X89は、入力されたロウアドレスをプリデコードして得られる信号であり、それらの振幅はVddである。ここで、また、制御信号X01e0〜X01e3は、ロウアドレスの下位2ビットをデコードして得られる信号とアクセス・イネーブル信号とのAND論理を取って得られる信号である。また、記号”RP”はロウ・プリチャージ信号を示しており、ロウ・プリチャージ信号RPの振幅はVdhである。ロウ・プリチャージ信号RPは、ノードN20〜N23をハイレベル(Vdh)にプリチャージすることを指示する信号である。ライトイネーブル信号WEBは、ワード電圧制御部23に供給される。ライトイネーブル信号WEBは、ローアクティブの信号であり、読み出し動作時にハイレベル(Vdh)に設定され、書き込み動作時にローレベル(0V)に設定される。
The operation of the
スタンバイ状態では、制御信号X01e0〜X01e3及びロウ・プリチャージ信号RPがローレベル(0V)に設定され、NMOSトランジスタM14−0〜M14−3はオフ状態に、PMOSトランジスタM18はオン状態に設定される。即ち、ノードN20〜N23は、ブースト電圧Vdhにハイ・プリチャージされ、ワード線WL0はローレベル(0V)に設定される。PMOSトランジスタM17は、ノードN20〜N23をハイレベル(Vdh)に保持するために設けられており、そのW/L(W:ゲート幅、L:ゲート長)は他のトランジスタよりもずっと小さい。 In the standby state, the control signals X01e0 to X01e3 and the row precharge signal RP are set to a low level (0 V), the NMOS transistors M14-0 to M14-3 are set to an off state, and the PMOS transistor M18 is set to an on state. . That is, the nodes N20 to N23 are high precharged to the boost voltage Vdh, and the word line WL0 is set to a low level (0 V). The PMOS transistor M17 is provided to hold the nodes N20 to N23 at a high level (Vdh), and its W / L (W: gate width, L: gate length) is much smaller than other transistors.
読み出し動作時では、ライトイネーブル信号WEBがハイレベル(Vdh)に設定されて、ワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM22がオフ状態にとなる。これにより、ノードN3は高インピーダンス状態になる。更に、ロウ・プリチャージ信号RPがハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、NMOSトランジスタM11〜M13がオン状態に設定される。更に、制御信号X01e0がハイレベル(Vdh)に設定されてNMOSトランジスタM14−0がオン状態に設定されると、ノードN20がローレベル(0V)に遷移する。このとき、ワードドライバ22−0のNMOSトランジスタM15がオフ状態に、PMOSトランジスタM16がオン状態となる。ただし、ノードN3が高インピーダンス状態であるから、PMOSトランジスタM16がオン状態となっても選択ワード線WL0の電位には影響がない。ノードN20がローレベルに遷移したことに応答して、NMOSトランジスタM20がオフ状態に、PMOSトランジスタM21がオン状態に、NMOSトランジスタM19がオン状態になる。NMOSトランジスタM19がオン状態になることにより、ワード線WL0がブースト電圧Vdhを有する電源線に接続される。ただし、NMOSトランジスタM19における電圧降下により、ワード線WL0は、ブースト電圧VdhからNMOSトランジスタM19の閾値電圧分だけ低い電圧になる。
During the read operation, the write enable signal WEB is set to a high level (Vdh), and the PMOS transistor M22 of the word
読み出し動作が終了すると、制御信号X01e0とロウ・プリチャージ信号RPがローレベルに戻される。これにより、NMOSトランジスタM14−0がオフ状態に、PMOSトランジスタM18がオン状態となってノードN20がハイレベル(Vdh)に遷移し、ワード線WL0がローレベルに戻る。 When the read operation is completed, the control signal X01e0 and the row precharge signal RP are returned to the low level. As a result, the NMOS transistor M14-0 is turned off, the PMOS transistor M18 is turned on, the node N20 transits to the high level (Vdh), and the word line WL0 returns to the low level.
書き込み動作時では、ライトイネーブル信号WEBがローレベル(0V)に設定される。これにより、ワード電圧制御部23のPMOSトランジスタM22がオン状態となり、ノードN3にブースト電圧Vdhが供給される。各ワードドライバ22においては、ロウ・プリチャージ信号RPがハイレベル(Vdh)となり、PMOSトランジスタM18がオフ状態となる。更に、選択されたロウデコーダ21においては、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)に設定され、NMOSトランジスタM11〜M13がオン状態になる。さらに制御信号X01eがハイレベル(Vdh)になると、NMOSトランジスタM14−0がオン状態となり、ノードN20がローレベル(0V)に遷移する。これにより、NMOSトランジスタM15がオフ、PMOSトランジスタM16がオンとなり、ノードN3のブースト電圧Vdhがワード線WL0に伝わり、ワード線WL0がブースト電圧Vdhに駆動される。このとき、NMOSトランジスタM19もオン状態となり、ワード線WL0の駆動時に急速にワード線WL0を充電するのに寄与する。
During the write operation, the write enable signal WEB is set to a low level (0 V). As a result, the PMOS transistor M22 of the word
書き込み動作が終了すると、制御信号X01e0とロウ・プリチャージ信号RPがローレベルに戻される。これにより、NMOSトランジスタM14−0がオフ状態に、PMOSトランジスタM18がオン状態となってノードN20がハイレベル(Vdh)に遷移し、ワード線WL0がローレベルに戻る。 When the write operation is completed, the control signal X01e0 and the row precharge signal RP are returned to the low level. As a result, the NMOS transistor M14-0 is turned off, the PMOS transistor M18 is turned on, the node N20 transits to the high level (Vdh), and the word line WL0 returns to the low level.
以上説明した第4の実施形態のロウ選択回路2を使用しても、メモリセルのセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト技術によるセル面積の縮小化が可能である。つまり、書き込み時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し時はブースト電圧Vdhからトランジスタの閾値分低い電圧でワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。
Even when the
(第5の実施形態)
図14は、本発明の第5の実施形態におけるロウ選択回路2の構成を示す回路図である。本実施形態のロウ選択回路2も、他の実施形態と同様に、書き込み時にブースト電圧Vdhを選択ワード線に供給し、読み出し時に電源電圧Vddを選択ワード線に供給するように構成される。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of the
図14のロウ選択回路2は、ロウデコーダ21と、ワードドライバ22と、ワード電圧制御部23とを備えている。図14において、実際には(例えば図2に示されているように)複数のロウデコーダ21と、ワード線WLと同数のワードドライバ22とが設けられるが、図14には、1つのロウデコーダ21と、1つのワード線WL0を駆動するワードドライバ22−0しか図示されていない。
The
本実施形態では、ロウデコーダ21がNAND回路で構成され、各ワードドライバ22がNMOSトランジスタM10、M12、M13、M14、及びPMOSトランジスタM11で構成される。ワード電圧制御部23は、NMOSトランジスタM15、PMOSトランジスタM16、M17、NAND回路ND1、ND2、及びインバータINV1、INV2で構成される。
In the present embodiment, the
ロウデコーダ21のNAND回路は、(通常の耐圧の)コアトランジスタで構成されている。また、ワードドライバ22のNMOSトランジスタM10、NMOSトランジスタM11としては、コアトランジスタが使用される。一方、ワードドライバ22のNMOSトランジスタM12〜M14と、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15、PMOSトランジスタM16及びM17としては、ゲート酸化膜がコアトランジスタよりも厚い高耐圧トランジスタが使用される。更に、ワード電圧制御部23のインバータINV1、INV2及びNAND回路ND1、ND2は、高耐圧トランジスタで構成される。
The NAND circuit of the
続いて、図14と図15を用いて第5の実施形態のロウ選択回路2の動作について説明する。以下では、読み出し動作及び書き込み動作においてワード線WL0が選択されるものとしてロウ選択回路2の動作を説明する。
Subsequently, the operation of the
第5の実施形態におけるロウ選択回路2の動作の第1、第2、及び第4の実施形態との相違点は、ワード電圧制御部23から出力される駆動電圧VDRVの電圧レベルの遷移にある。第1、第2、及び第4の実施形態では、ワード電圧制御部23から出力される駆動電圧VDRVが、常に電源電圧Vdd又はブースト電圧Vdhに維持され、ローレベルにはならない。一方、第5の実施形態においては、ワード電圧制御部23から出力される駆動電圧VDRVが、読み出し動作が開始されたときにローレベルから電源電圧Vddにプルアップされ、また、書き込み動作が開始されたときにローレベルからブースト電圧Vdhにプルアップされる。読み出し動作及び書き込み動作が終了すると、ワード電圧制御部23から出力される駆動電圧VDRVが、ローレベルに戻される。以下、第5の実施形態におけるロウ選択回路2の動作の詳細を説明する。
The difference of the operation of the
制御信号X234、X567、X89は、入力されたロウアドレスをプリデコードして得られる信号である。また、制御信号X01e信号は、ロウアドレスの下位2ビットをデコードして得られる信号とアクセス・イネーブル信号とのAND論理を取って得られる信号である。制御信号X01eの振幅はVdhであり、それ以外の振幅はVddである。ライトイネーブル信号WEは、ワード電圧制御部23に供給されている。ライトイネーブル信号WEは、書き込み動作時にハイレベル(Vdh)に設定され、読み出し動作時にローレベル(0V)に設定される。
Control signals X234, X567, and X89 are signals obtained by predecoding the input row address. The control signal X01e is a signal obtained by ANDing the signal obtained by decoding the lower 2 bits of the row address and the access enable signal. The amplitude of the control signal X01e is Vdh, and the other amplitude is Vdd. The write enable signal WE is supplied to the word
スタンバイ状態では、制御信号X01eがローレベル(0V)に設定され、これにより、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15はオン状態に、PMOSトランジスタM16、M17がオフ状態になる。即ち、ノードN3はローレベルである。さらに、制御信号X234、X567、X89はローレベル(0V)であり、NMOSトランジスタM13はオン状態、NMOSトランジスタM14はオフ状態に設定される。これにより、全てのワード線WLにローレベル(0V)が出力される。
In the standby state, the control signal X01e is set to a low level (0 V), whereby the NMOS transistor M15 of the word
読み出し動作時では、選択されたロウデコーダ21において、制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)となり、ノードN1はローレベル(0V)、ノードN2はハイレベル(Vdd)となる。更に、ライトイネーブル信号がローレベル(0V)に制御信号X01eがハイレベル(Vdh)に設定され、これにより、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15、PMOSトランジスタM16はオフ状態に、PMOSトランジスタM17はオン状態になる。この結果、ノードN3はローレベルから電源電圧Vddに遷移する。このとき、ワードドライバ22−0のNMOSトランジスタM14のゲートの電圧レベルがNMOSトランジスタM14のゲート−ドレイン間容量により押し上げられ、ワード線WL0には電源電圧Vddと同一の電圧が供給される。
In the read operation, in the selected
読み出し動作が終了すると、制御信号X01eがローレベルに設定される。このとき、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15がオン状態に、PMOSトランジスタM16、M17がオフ状態となってノードN3がローレベル(0V)に遷移し、ワード線WL0はローレベルとなる。
When the read operation ends, the control signal X01e is set to a low level. At this time, the NMOS transistor M15 of the word
書き込み動作時では、選択されたロウデコーダ21において制御信号X234、X567、X89がハイレベル(Vdd)となり、ノードN1がローレベル(0V)に、ノードN2がハイレベル(Vdd)となる。更に、ライトイネーブル信号WEがハイレベル(Vdh)に設定され、制御信号X01eがハイレベル(Vdh)に設定される。これにより、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15、PMOSトランジスタM17はオフ状態に、PMOSトランジスタM16はオン状態となり、ノードN3はブースト電圧Vdhに遷移する。このとき、ワードドライバ22−0のNMOSトランジスタM14のゲートの電圧レベルがNMOSトランジスタM14のゲート−ドレイン間容量により押し上げられ、ワード線WL0にブースト電圧Vdhの電圧が供給される。
During the write operation, in the selected
書き込み動作が終了すると、制御信号X01eがローレベルとなる。このとき、ワード電圧制御部23のNMOSトランジスタM15がオン状態に、PMOSトランジスタM16、M17がオフ状態となってノードN3がローレベル(0V)に遷移し、ワード線WL0はローレベルとなる。
When the write operation is completed, the control signal X01e becomes low level. At this time, the NMOS transistor M15 of the word
以上説明した第5の実施形態のロウ選択回路2を使用しても、メモリセルのセルトランジスタのゲート酸化膜の信頼性を確保しつつ、ワードブースト効果によるセル面積の縮小化が期待できる。つまり、書き込み時のみブースト電圧Vdhでワード線を駆動し、読み出し時は電源電圧Vddでワード線を駆動することで、ゲート酸化膜に過剰電圧が印加される時間を減らすことができる。
Even when the
以上には本発明の具体的な実施形態が記述されているが、本発明の技術思想の範囲内において様々に変更され得ることは当業者には自明的である。また、上記の実施形態は、矛盾がない限り、組み合わせて実施可能であることに留意されたい。 Although specific embodiments of the present invention have been described above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. It should be noted that the above embodiments can be implemented in combination as long as there is no contradiction.
1:メモリアレイ
2:ロウ選択回路
3:カラム選択回路
4、5:MOSトランジスタ
6:磁気抵抗素子
11:サブメモリアレイ
12:メインロウ選択回路
13:サブロウ選択回路
21:ロウデコーダ
22:ワードドライバ
23:ワード電圧制御部
24:リファレンスロウデコーダ
25:ワードドライバ
1: Memory array 2: Row selection circuit 3:
Claims (13)
それぞれが磁気抵抗素子を含む複数のメモリセルと、
ロウ選択回路
とを備え、
読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給し、
選択メモリセルのアドレスを変化させずに読み出し動作に引き続いて書き込み動作が行われる場合、前記ロウ選択回路は、前記選択メモリセルに接続するワード線を、接地することなしに前記第1電圧から前記第2電圧に遷移させるように構成された
磁気ランダムアクセスメモリ。 Multiple word lines,
A plurality of memory cells each including a magnetoresistive element;
A row selection circuit,
In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to the word line corresponding to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells ,
When a write operation is performed subsequent to a read operation without changing the address of the selected memory cell, the row selection circuit starts from the first voltage without grounding the word line connected to the selected memory cell. A magnetic random access memory configured to transition to a second voltage .
更に、
カラム選択回路と、
前記複数のワード線と交差する方向に延伸するように設けられた複数の第1ビット線と複数の第2ビット線
とを備え、
前記メモリセルは、前記ワード線と前記第1ビット線と第2ビット線との交差部に設けられ、
書き込み動作において、前記カラム選択回路は、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに接続する第1ビット線に、書き込みデータに応じて第3電圧または接地電圧の一方を供給し、選択メモリセルに接続する第2ビット線に前記第3電圧または前記接地電圧の他方を供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to claim 1,
Furthermore,
A column selection circuit;
A plurality of first bit lines and a plurality of second bit lines provided to extend in a direction intersecting with the plurality of word lines;
The memory cell is provided at an intersection of the word line, the first bit line, and the second bit line,
In the write operation, the column selection circuit supplies one of a third voltage and a ground voltage to the first bit line connected to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells according to the write data. A magnetic random access memory for supplying the other of the third voltage and the ground voltage to a second bit line connected to a selected memory cell.
更に、前記複数のワード線と交差する方向に延伸するように設けられた複数の読み出しビット線を備え、
前記複数のメモリセルのそれぞれが、第1トランジスタと第2トランジスタとを更に備え、
前記第1トランジスタは、ゲートが対応するワード線に接続され、一方のソース/ドレインが対応する第1ビット線に接続され、他方のソース/ドレインが前記磁気抵抗素子の一端と前記第2トランジスタの一方のソース/ドレインに接続され、
前記第2トランジスタは、ゲートが前記対応するワード線に接続され、他方のソース/ドレインが対応する第2ビット線に接続され、
前記磁気抵抗素子の他端が対応する読み出しビット線に接続された
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to claim 2,
And a plurality of read bit lines provided to extend in a direction intersecting with the plurality of word lines,
Each of the plurality of memory cells further comprises a first transistor and a second transistor,
The first transistor has a gate connected to a corresponding word line, one source / drain connected to a corresponding first bit line, and the other source / drain connected to one end of the magnetoresistive element and the second transistor. Connected to one source / drain,
The second transistor has a gate connected to the corresponding word line, and the other source / drain connected to the corresponding second bit line,
A magnetic random access memory in which the other end of the magnetoresistive element is connected to a corresponding read bit line.
前記複数のメモリセルのそれぞれが、第1トランジスタを更に備え、
前記第1トランジスタは、ゲートが対応するワード線に接続され、一方のソース/ドレインが対応する第1ビット線に接続され、他方のソース/ドレインが磁気抵抗素子に接続され、
前記磁気抵抗素子の他端が対応する第2ビット線に接続された
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to claim 2,
Each of the plurality of memory cells further comprises a first transistor;
The first transistor has a gate connected to a corresponding word line, one source / drain connected to a corresponding first bit line, and the other source / drain connected to a magnetoresistive element,
A magnetic random access memory in which the other end of the magnetoresistive element is connected to a corresponding second bit line.
更に、複数のサブロウ選択回路と複数のサブワード線とを備え、
前記サブワード線の長さは、前記ワード線に比べて短く、
読み出し動作では、前記サブロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するサブワード線に前記第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記サブロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するサブワード線に前記第2電圧を供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to any one of claims 1 to 4,
Furthermore, a plurality of sub-row selection circuits and a plurality of sub-word lines are provided,
The length of the sub word line is shorter than that of the word line,
In a read operation, the sub row selection circuit supplies the first voltage to a sub word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In a write operation, the sub-row selection circuit supplies the second voltage to a sub-word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells. Magnetic random access memory.
更に、複数のリファレンスセルを備え、
前記読み出し動作では、前記ロウ選択回路は、前記複数のリファレンスセルのうちから選択された選択リファレンスセルに接続するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路は、前記複数のリファレンスセルに接続するワード線を接地する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to any one of claims 1 to 5,
Furthermore, a plurality of reference cells are provided,
In the read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line connected to a selected reference cell selected from the plurality of reference cells,
In a write operation, the row selection circuit grounds a word line connected to the plurality of reference cells. Magnetic random access memory.
前記ロウ選択回路は、
ワード電圧制御部と、
前記複数のメモリセルに接続されるワード線に接続された第1ワードドライバと、
前記第1ワードドライバを選択するためのロウデコーダ
とを備え、
読み出し動作では、前記ワード電圧制御部は前記第1電圧を前記第1ワードドライバへ供給し、前記ロウデコーダにより選択された前記第1ワードドライバは、前記第1ワードドライバの第1トランジスタを介して前記第1電圧を前記選択メモリセルに接続するワード線に供給し、
書き込み動作では、前記ワード電圧制御部は前記第2電圧を前記第1ワードドライバへ供給し、前記ロウデコーダにより選択された前記第1ワードドライバは、前記第1ワードドライバの前記第1トランジスタを介して前記第2電圧を前記選択メモリセルに接続するワード線に供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to any one of claims 1 to 6 ,
The row selection circuit includes:
A word voltage controller;
A first word driver connected to a word line connected to the plurality of memory cells;
A row decoder for selecting the first word driver;
In a read operation, the word voltage control unit supplies the first voltage to the first word driver, and the first word driver selected by the row decoder passes through a first transistor of the first word driver. Supplying the first voltage to a word line connected to the selected memory cell;
In the write operation, the word voltage controller supplies the second voltage to the first word driver, and the first word driver selected by the row decoder passes through the first transistor of the first word driver. And supplying the second voltage to a word line connected to the selected memory cell.
前記ロウ選択回路は、更に、
前記複数のリファレンスセルに接続されるワード線に接続された第2ワードドライバと、
前記第2ワードドライバを選択するためのリファレンスロウデコーダ
とを備え、
読み出し動作では、前記ワード電圧制御部は前記第1電圧を前記第2ワードドライバへ供給し、前記リファレンスロウデコーダにより選択された前記第2ワードドライバは、前記第2ワードドライバの第2トランジスタを介して前記第1電圧をワード線に供給し、
書き込み動作では、前記第2ワードドライバは、前記第2ワードドライバの第3トランジスタを介して接地電位をワード線に供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to claim 7 ,
The row selection circuit further includes:
A second word driver connected to a word line connected to the plurality of reference cells;
A reference row decoder for selecting the second word driver;
In a read operation, the word voltage control unit supplies the first voltage to the second word driver, and the second word driver selected by the reference row decoder passes through a second transistor of the second word driver. Supplying the first voltage to the word line,
In a write operation, the second word driver supplies a ground potential to a word line via a third transistor of the second word driver. Magnetic random access memory.
それぞれが磁気抵抗素子を含む複数のメモリセルと、
ロウ選択回路と、
複数のリファレンスセル
とを備え、
読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給し、
前記読み出し動作では、前記ロウ選択回路は、前記複数のリファレンスセルのうちから選択された選択リファレンスセルに接続するワード線に前記第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路は、前記複数のリファレンスセルに接続するワード線を接地し、
前記複数のワード線は、ロウアドレスに応じて複数のグループに分けられ、
選択メモリセルに接続されたワード線を含む第1グループと選択リファレンスセルに接続されたワード線を含む第2グループは異なり、
前記第1グループのワード線に接続する前記第1ワードドライバには、前記第1ワード線ドライバのプリチャージを指示する第1プリチャージ信号が供給され、
前記第2グループのワード線に接続する前記第2ワードドライバには、前記第2ワード線ドライバのプリチャージを指示する第2プリチャージ信号が供給され、
読み出し動作においては、前記第1プリチャージ信号と前記第2プリチャージ信号が非活性化され、
書き込み動作においては、前記第1プリチャージ信号が非活性化され、前記第2プリチャージ信号が活性化される
磁気ランダムアクセスメモリ。 Multiple word lines,
A plurality of memory cells each including a magnetoresistive element;
A row selection circuit;
Multiple reference cells
And
In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to the word line corresponding to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the read operation, the row selection circuit supplies the first voltage to a word line connected to a selected reference cell selected from the plurality of reference cells,
In a write operation, the row selection circuit grounds a word line connected to the plurality of reference cells,
The plurality of word lines are divided into a plurality of groups according to row addresses,
The first group including the word line connected to the selected memory cell is different from the second group including the word line connected to the selected reference cell.
A first precharge signal for instructing precharge of the first word line driver is supplied to the first word drivers connected to the word lines of the first group;
A second precharge signal instructing precharge of the second word line driver is supplied to the second word driver connected to the second group of word lines;
In the read operation, the first precharge signal and the second precharge signal are deactivated,
In the write operation, the first precharge signal is deactivated and the second precharge signal is activated. Magnetic random access memory.
それぞれが磁気抵抗素子を含む複数のメモリセルと、
ロウ選択回路
とを備え、
読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給し、
前記ロウ選択回路は、ワードドライバを備え、
読み出し動作時には、前記ワードドライバが、前記ワードドライバに含まれるNMOSトランジスタを介して前記第2電圧から前記NMOSトランジスタの閾値電圧だけ低い前記第1電圧を、前記選択メモリセルに接続するワード線に供給し、
書き込み動作時には、前記ワードドライバが、前記ワードドライバに含まれるPMOSトランジスタを介して前記第2電圧を前記選択メモリセルに接続するワード線に供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 Multiple word lines,
A plurality of memory cells each including a magnetoresistive element;
Row selection circuit
And
In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to the word line corresponding to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
The row selection circuit includes a word driver,
During a read operation, the word driver supplies the first voltage, which is lower than the second voltage by the threshold voltage of the NMOS transistor, to the word line connected to the selected memory cell via the NMOS transistor included in the word driver. And
In a write operation, the word driver supplies the second voltage to a word line connected to the selected memory cell via a PMOS transistor included in the word driver. Magnetic random access memory.
前記ロウ選択回路は、
ワード電圧供給部と、
ワードドライバ
とを備え、
スタンバイ状態では、前記ワード電圧供給部がローレベルの電圧を前記ワードドライバに供給すると共に前記ワードドライバが前記複数のワード線をローレベルに設定し、
読み出し動作では、前記ワード電圧供給部が前記ワードドライバに前記第1電圧を供給し、且つ、前記ワードドライバが第1トランジスタを介して前記第1電圧を前記選択メモリセルに接続するワード線に供給し、
書き込み動作では、前記ワード電圧供給部が前記ワードドライバに前記第2電圧を供給し、且つ、前記ワードドライバが前記第1トランジスタを介して前記第2電圧を前記選択メモリセルに接続するワード線に供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to any one of claims 1 to 6 ,
The row selection circuit includes:
A word voltage supply unit ;
With a word driver,
In the standby state, the word voltage supply unit supplies a low level voltage to the word driver and the word driver sets the plurality of word lines to a low level,
In a read operation, the word voltage supply unit supplies the first voltage to the word driver, and the word driver supplies the first voltage to a word line connected to the selected memory cell via a first transistor. And
In a write operation, the word voltage supply unit supplies the second voltage to the word driver, and the word driver applies to the word line that connects the second voltage to the selected memory cell via the first transistor. Supply magnetic random access memory.
それぞれが磁気抵抗素子を含む複数のメモリセルと、
ロウ選択回路
とを備え、
読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給し、
前記ロウ選択回路は、前記メモリセルに集積化されたMOSトランジスタよりゲート酸化膜の厚さが厚いMOSトランジスタを含む
磁気ランダムアクセスメモリ。 Multiple word lines,
A plurality of memory cells each including a magnetoresistive element ;
Row selection circuit
And
In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to the word line corresponding to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
The row selection circuit includes a MOS transistor having a gate oxide film thicker than a MOS transistor integrated in the memory cell.
それぞれが磁気抵抗素子を含む複数のメモリセルと、
ロウ選択回路と、
複数のサブロウ選択回路と、
複数のサブワード線
とを備え、
読み出し動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記ロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するワード線に第1電圧より高い第2電圧を供給し、
前記サブワード線の長さは、前記ワード線に比べて短く、
読み出し動作では、前記サブロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するサブワード線に前記第1電圧を供給し、
書き込み動作では、前記サブロウ選択回路が、前記複数のメモリセルのうちから選択された選択メモリセルに対応するサブワード線に前記第2電圧を供給し、
前記サブロウ選択回路は、ゲート酸化膜の厚さがセルトランジスタより厚いトランジスタを含む
磁気ランダムアクセスメモリ。 Multiple word lines,
A plurality of memory cells each including a magnetoresistive element;
A row selection circuit;
A plurality of sub-row selection circuits;
Multiple sub word lines
And
In a read operation, the row selection circuit supplies a first voltage to a word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In the write operation, the row selection circuit supplies a second voltage higher than the first voltage to the word line corresponding to the selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
The length of the sub word line is shorter than that of the word line,
In a read operation, the sub row selection circuit supplies the first voltage to a sub word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
In a write operation, the sub row selection circuit supplies the second voltage to a sub word line corresponding to a selected memory cell selected from the plurality of memory cells,
The sub-row selection circuit includes a transistor in which a gate oxide film is thicker than a cell transistor. Magnetic random access memory.
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