JP2010033620A - Magnetic memory - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁性体メモリに関し、特に、MTJ素子(磁気トンネル接合素子)またはMJT素子(スピントンネル接合素子)を記憶素子として利用するメモリに関する。より特定的には、この発明は、MTJ素子(MJT素子)へのデータの書込の信頼性を確保するための構成に関する。 The present invention relates to a magnetic memory, and more particularly to a memory using an MTJ element (magnetic tunnel junction element) or an MJT element (spin tunnel junction element) as a storage element. More specifically, the present invention relates to a configuration for ensuring the reliability of data writing to an MTJ element (MJT element).
データを不揮発的に記憶する半導体記憶装置として、従来からフラッシュメモリが知られている。このフラッシュメモリは、メモリセルが、コントロールゲートとフローティングゲートとを有する積層ゲート型トランジスタで構成される。フローティングゲートの蓄積電荷量に応じてメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化する。このメモリセルトランジスタのしきい値電圧を記憶データに対応付ける。データ読出時には、一定のレベルの電圧をコントロールゲートに与える。メモリセルトランジスタは、そのしきい値電圧に応じて流す電流量が異なる。このメモリセルトランジスタを流れる電流量を検出して、データの読出を行なう。 Conventionally, a flash memory is known as a semiconductor memory device for storing data in a nonvolatile manner. In this flash memory, a memory cell is composed of a stacked gate type transistor having a control gate and a floating gate. The threshold voltage of the memory cell transistor changes according to the amount of charge stored in the floating gate. The threshold voltage of the memory cell transistor is associated with stored data. At the time of data reading, a certain level of voltage is applied to the control gate. The memory cell transistor has a different amount of current flowing according to its threshold voltage. Data is read by detecting the amount of current flowing through the memory cell transistor.
フラッシュメモリにおいては、データの書込は、以下のように行なわれる。書込データに応じて、フローティングゲートと基板領域(チャネル領域)またはフローティングゲートとソース/ドレイン領域の間で電荷を移動させて、フローティングゲートの蓄積電荷量を記憶データに応じて設定する。したがって、フラッシュメモリセルの場合、絶縁膜を介して電荷が移動するため、書込回数は、この絶縁膜の特性により制限される。また、この電荷の移動によりデータの書込を行うため、データ書込時間が長く、アクセス時間が長いという問題がある。 In the flash memory, data is written as follows. In accordance with the write data, charges are moved between the floating gate and the substrate region (channel region) or between the floating gate and the source / drain regions, and the accumulated charge amount of the floating gate is set according to the stored data. Therefore, in the case of a flash memory cell, charge moves through the insulating film, so that the number of times of writing is limited by the characteristics of the insulating film. In addition, since data is written by this movement of charges, there is a problem that the data writing time is long and the access time is long.
このようなフラッシュメモリの問題を解消するために、アクセス時間が短くかつ書換回数に制限がないという特徴を有するMRAM(マグネト−レジスティブ・ランダム・アクセス・メモリ(Magneto-Resistive RAM);磁気メモリ)が開発されている。このMRAMは、メモリセル素子として、可変磁気抵抗素子を利用する。可変磁気抵抗素子において、自由層および固定層と呼ばれる磁性体の積層構造を用いる。これらの磁性体の磁化の方向により抵抗値が異なり、この抵抗値に応じてデータを記憶する。 In order to solve such a problem of the flash memory, an MRAM (Magneto-Resistive RAM) having a feature of a short access time and an unlimited number of rewrites is provided. Has been developed. This MRAM uses a variable magnetoresistive element as a memory cell element. In the variable magnetoresistive element, a laminated structure of magnetic materials called a free layer and a fixed layer is used. The resistance value differs depending on the magnetization direction of these magnetic materials, and data is stored according to the resistance value.
MRAMとして、従来、電流磁場書込方式MRAMにおいては、データの書込時に、互いに直交するディジット線およびビット線に電流を流す。これらのディジット線およびビット線を流れる電流が誘起する磁場の合成磁場により、可変磁気抵抗素子(MTJ素子(磁気トンネル接合素子))の自由層の磁化方向を設定する。固定層の磁化方向は、印加磁場に係らず一定の方向に固定される。 Conventionally, in a current magnetic field writing MRAM as an MRAM, current is passed through digit lines and bit lines orthogonal to each other when data is written. The magnetization direction of the free layer of the variable magnetoresistive element (MTJ element (magnetic tunnel junction element)) is set by a combined magnetic field of magnetic fields induced by currents flowing through these digit lines and bit lines. The magnetization direction of the fixed layer is fixed in a fixed direction regardless of the applied magnetic field.
このような従来のMRAMにおいて、書換に必要な磁場を生成するために、一定の大きさの電流が要求される。したがって、メモリセルの微細化が進むにつれて、電源線の幅も小さくなり、応じて磁界発生に必要となる電流が増大する。また、微細化が進むと、メモリセルの可変磁気抵抗素子間の距離も小さくなる。選択メモリセルへ印加される磁界のリーク磁界により非選択メモリセルの記憶データが変化するという問題が生じる。 In such a conventional MRAM, a constant current is required to generate a magnetic field necessary for rewriting. Therefore, as the miniaturization of the memory cell advances, the width of the power supply line becomes smaller, and accordingly, the current required for generating the magnetic field increases. As the miniaturization progresses, the distance between the variable magnetoresistive elements of the memory cell also decreases. There arises a problem that data stored in unselected memory cells changes due to a leakage magnetic field applied to the selected memory cell.
また、電流磁場書込方式のメモリセルにおいては、磁化容易軸がビット線またはディジット線と平行な方向に配置される。この場合、半選択状態(ディジット線またはビット線が選択されている状態)のメモリセルにおいて、ディジット線またはビット線を流れる電流による磁界により、その記憶データが反転するという1軸ディスターブの問題が生じる。 Further, in the current magnetic field writing type memory cell, the easy magnetization axis is arranged in a direction parallel to the bit line or the digit line. In this case, in a memory cell in a half-selected state (a state in which a digit line or a bit line is selected), there arises a uniaxial disturb problem that the stored data is inverted by a magnetic field due to a current flowing through the digit line or the bit line. .
このような1軸ディスターブの問題を解消するMRAMとして、トグルMRAMおよびスピン注入磁化反転書込方式MRAM(スピン・トルク・トランスファーRAM;以下、スピン注入型MRAMと称す)が開発されている。 Toggle MRAM and spin-injection magnetization reversal writing MRAM (spin torque transfer RAM; hereinafter referred to as “spin-injection MRAM”) have been developed as MRAMs that solve such a problem of uniaxial disturbance.
トグルMRAMにおいては、メモリセルの記憶素子の磁化容易軸および磁化困難軸を、ディジット線およびビット線と45°の角度をなすように配置する。また、自由層を、SAF(シンセティック・アンチフェロマグネティック構造)構造で構成する。このSAF構造においては、2つの強磁性体層を反強磁性結合層を挟んで配置する。データ書込時においては、ディジット線およびビット線に電流を流すタイミングをずらせ、この自由層の磁化を回転させる。ディジット線およびビット線両者を用いて、自由層の磁化方向を回転させるため、1つの軸(ディジット線またはビット線)からのリーク磁界が印加されても、自由層の磁化方向の回転は生じず、1軸ディスターバンスの問題を解消することが可能となる。 In the toggle MRAM, the easy axis and the hard axis of the memory element of the memory cell are arranged at an angle of 45 ° with the digit line and the bit line. In addition, the free layer is composed of a SAF (synthetic antiferromagnetic structure) structure. In this SAF structure, two ferromagnetic layers are arranged with an antiferromagnetic coupling layer interposed therebetween. At the time of data writing, the timing of flowing current to the digit line and the bit line is shifted, and the magnetization of the free layer is rotated. Since the magnetization direction of the free layer is rotated using both the digit line and the bit line, the magnetization direction of the free layer does not rotate even when a leakage magnetic field is applied from one axis (digit line or bit line). It becomes possible to solve the problem of 1-axis disturbance.
スピン注入磁化反転書込方式MRAM(スピン注入型MRAM)においては、固定層の磁化方向により固定層想を通過する電子のスピン分極方向を設定する。このスピンの分極方向が決定される電子を、自由層に流し込むか自由層から引抜くことにより、自由層の電子のスピン分極方向を調整し、応じて自由層の磁化方向を設定する。 In spin injection magnetization reversal writing MRAM (spin injection MRAM), the spin polarization direction of electrons passing through the fixed layer concept is set by the magnetization direction of the fixed layer. The electrons whose spin polarization direction is determined flow into the free layer or are extracted from the free layer, thereby adjusting the spin polarization direction of the free layer electrons and setting the magnetization direction of the free layer accordingly.
スピン・トルク・トランスファーRAMと呼ばれるスピン注入型MRAMにおいては、データ書込時には、メモリセルの可変磁気抵抗素子(MTJ素子)を介して電流を流す。したがって、電子スピンを利用しており、磁場は誘起されないため、1軸ディスターバンスの問題を解消することができる。 In a spin injection type MRAM called a spin torque transfer RAM, a current is passed through a variable magnetoresistive element (MTJ element) of a memory cell at the time of data writing. Therefore, since the electron spin is used and the magnetic field is not induced, the problem of uniaxial disturbance can be solved.
メモリ装置は、複数のメモリセルを有する。例えば記憶容量が1メガビットのメモリ装置では、約100万個のメモリセルが設けられる。これらの複数のメモリセル間には、微妙な特性のばらつきが存在する。したがって、すべてのメモリセルに対し、同一の条件でデータの書換を行なう場合、複数のメモリセルの書換可能な範囲の重なり合う領域を書換条件として設定する必要がある。したがって、書換を行なうための書込条件が狭い範囲となり、書込不良が発生する確率が高くなる。 The memory device has a plurality of memory cells. For example, in a memory device having a storage capacity of 1 megabit, about 1 million memory cells are provided. There are subtle variations in characteristics between the plurality of memory cells. Therefore, when data is rewritten to all the memory cells under the same conditions, it is necessary to set an overlapping area of a rewritable range of a plurality of memory cells as a rewrite condition. Therefore, the write condition for rewriting is in a narrow range, and the probability that a write failure will occur increases.
データ書込時に、正確にデータの書込が行なわれたかの判定を行なう書込ベリファイ操作が、従来から、フラッシュメモリ等において行なわれている。 Conventionally, a write verify operation for determining whether data has been correctly written at the time of data writing has been performed in a flash memory or the like.
たとえば、特許文献1(特開平10−302487号公報)においては、また、書込ベリファイ動作を最初に実行し、書込データと書込対象のメモリセルの記憶データが一致している場合には、以後の書込を停止する。各書込ごとにベリファイ動作を行ない、書込対象のメモリセルの記憶データが書込データと一致するまで、この書込およびベリファイ操作を所定回数実行する。各書込ごとに、書込パルス幅を変更して、書込を行なう。ベリファイが所定回数に達しても、データの書込が正確に行なわれていない場合には、書込対象のメモリセルは不良であるとして、外部にエラーフラグを発行して、書込を終了する。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-302487), when the write verify operation is executed first and the write data and the storage data of the write target memory cell match, Then, the subsequent writing is stopped. A verify operation is performed for each write, and the write and verify operations are executed a predetermined number of times until the data stored in the write target memory cell matches the write data. For each writing, the writing pulse width is changed and writing is performed. If the data has not been written correctly even after the verification has reached the predetermined number of times, it is determined that the memory cell to be written is defective, an error flag is issued to the outside, and the writing is terminated. .
この特許文献1は、書込および書込ベリファイを交互に実行することにより、書込が不要なメモリセルに対する書込を停止し、メモリセルのしきい値電圧制御をビット毎に行なって、データの書換を安定に行なうことを図る。
In this
特許文献2(特開2005-44454号公報)では、フラッシュメモリにおいて、書込後書込ベリファイを行ない、メモリセルトランジスタのしきい値が所定の範囲内にあるかを判定する。このベリファイ後の書込時においては、書込パルス電圧および/またはパルス幅を変更して、書込を実行する。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-44454), in a flash memory, write verification after writing is performed to determine whether the threshold value of the memory cell transistor is within a predetermined range. At the time of writing after the verification, writing is executed by changing the writing pulse voltage and / or the pulse width.
この特許文献2は、書込後のメモリセルのしきい値電圧分布幅を所定範囲に維持し、書込後のしきい値電圧および消去後のしきい値電圧の差を広く取り、メモリ装置の特性劣化を抑制することを図る。
This
特許文献3(特開2004−22112号公報)は、ページプログラムを高速に行なうことを目的とするフラッシュメモリを開示する。この特許文献3に示される構成においては、1ページのデータに対し、ページ単位での書込およびベリファイを実行し、各ベリファイごとに書込完了セルについては、以後の書込を停止する。
Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-22112) discloses a flash memory whose purpose is to perform page programming at high speed. In the configuration disclosed in
この特許文献3は、複数アドレス単位で書込およびベリファイを繰返す。書込およびベリファイ読出を各アドレスごとに行なう場合に比べて、プログラムに要する時間を短縮し、高速のページプログラムを実現することを図る。
In
また、特許文献4(特開2003-346484号公報)も、書込ベリファイを行なう絶縁膜電荷トラップ型メモリを開示する。この特許文献4に示される構成においては、書込ベリファイ後、書込不良のメモリセルに対しては、書込電圧レベルを調整して再書込を実行する。書込ベリファイ回数に対しては、最大値が設定され、この最大値に達しても対象のセルが書込不良の場合には、このメモリセルは不良と判定される。この特許文献4は、書込およびベリファイを行なうことにより、書込パルスが印加される回数を低減し、書込パルスがメモリセルトランジスタ(NROMセルトランジスタ)の絶縁膜に過剰に印加されるのを防止し、信頼性を維持することを図る。
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-346484) also discloses an insulating film charge trap type memory that performs write verify. In the configuration disclosed in
この特許文献4においては、また、再書き込み時に、段階的に書込を行なうことにより、過剰な電圧が、メモリセルトランジスタ(NROMトランジスタセル)に印加されるのを防止することを図る。
In
また、データプログラムに要する最大時間を可観測とすることを目的とするフラッシュメモリの構成が、特許文献5(特開平11−86575号公報)に示される。この特許文献5に示される構成においては、テストモード時、予め設定された最大ベリファイ回数、メモリセルに対する書込およびベリファイを実行する。この最大回数の書込/ベリファイ完了時に、外部にビジー信号BUSYを発行する。ビジー信号を外部で観測することにより、最大プログラム時間を測定することを可能とする。これにより、最悪ケースのプログラム時間を仕様値として保証し、システム設計を容易化することを図る。
Further, Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-86575) discloses a configuration of a flash memory for the purpose of observing the maximum time required for a data program. In the configuration disclosed in
また、特許文献6(特開平11−260084号公報)は、データ書込時間を短縮することを図るフラッシュメモリを開示する。この特許文献6においては、書込動作時に流れる書込電流値が書込完了判定値よりも小さくなったかを判定する。この書込電流が判定値よりも小さくなったときに書込を停止させる。これにより、データ書込後に書込対象のメモリセルからデータを読出し、ベリファイ動作を行なう必要性をなくし、書込時間を短縮することを図る。 Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-260084) discloses a flash memory that shortens the data writing time. In Patent Document 6, it is determined whether a write current value flowing during a write operation is smaller than a write completion determination value. When this write current becomes smaller than the determination value, writing is stopped. This eliminates the need to read data from the memory cell to be written after data writing and perform a verify operation, thereby shortening the writing time.
また、相変化メモリにおいて、書込および書込ベリファイを行なう構成が、特許文献7(特開2005−100617号公報)に示される。この特許文献7は、メモリセルを高抵抗状態のリセット状態に設定する際の書込を対象とする。すなわち相変化メモリセルへの書込時において、書込対象の相変化メモリセルの記憶値を読出し、書込データと比較する。この比較結果が、不一致を示している場合には、書込電流を供給する。この書込を繰返すごとに、書込電流量が増大される。 In addition, a configuration for performing writing and write verification in a phase change memory is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-100617. This patent document 7 is directed to writing when a memory cell is set to a reset state of a high resistance state. That is, at the time of writing to the phase change memory cell, the stored value of the phase change memory cell to be written is read and compared with the write data. When the comparison result indicates a mismatch, a write current is supplied. Each time this writing is repeated, the write current amount is increased.
この特許文献7は、相変化メモリセルにおいて、下部電極と相変化素子の接触面積にばらつきがあり、不完全な非結晶化により抵抗値がばらついた場合においても、データの誤読出を防止することを図る。すなわち、この書込および書込ベリファイを繰返すことにより、リセット状態の相変化メモリセルの抵抗値を、その相変化素子と下部電極とのコンタクト面積の大きさにかかわらず所定値以上に設定して、抵抗値のばらつきを小さくする。 This Patent Document 7 prevents erroneous reading of data even when the contact area between the lower electrode and the phase change element varies in the phase change memory cell and the resistance value varies due to incomplete non-crystallization. Plan. That is, by repeating this write and write verify, the resistance value of the phase change memory cell in the reset state is set to a predetermined value or more regardless of the contact area between the phase change element and the lower electrode. Reduce the variation in resistance value.
また、相変化メモリにおける書込およびベリファイを行なう構成が、特許文献8(特開2004−362761号公報)に示される。この特許文献8は、相変化メモリセルの低抵抗のセット状態への書込時、セット状態のメモリセルの抵抗値がリセット状態時の抵抗値に依存するため、セット状態への誤書込が生じるのを防止することを図る。この特許文献8においては、セット状態への書込時、ビット線電圧をモニタし、このビット線電圧が所定の基準電圧に到達すれば、セット状態への書込は停止する。ビット線電圧が基準電圧よりも小さくなれば、書込対象のメモリセルが低抵抗のセット状態になったことが示される。これにより、メモリセルへの書込後のセット状態の抵抗値のばらつきを抑制する。
上述の特許文献1から8は、フラッシュメモリ、NROMまたは相変化メモリの書込の安定化を図る構成を示す。すなわち、特許文献1においては、まずメモリセルに対する書込ベリファイを行ない、その後に、ベリファイ結果に従ってデータの書込を実行する。この書込ベリファイ後の再書込時においては、書込パルスの時間幅を調整して、フローティングゲートへの注入電荷量を制御する。しかしながら、特許文献1に示される構成は、フラッシュメモリを対象としており、書込を行なった場合、フローティング電荷(電子)が注入されており、そのしきい値電圧が異なる。このため、再書込を行なう場合、セルの状態が前回の書込時と異なるため、書込後のしきい値電圧のバラツキを小さくするためには、微妙に書込パルス幅を調整して書込を行なうことが要求される。一方、MRAMの場合、書込不良の場合、書込後のメモリセルは、書込前と同じ状態であり、出発状態が同じである。したがって、この特許文献1のように、小刻みに書込パルス幅を調整して書込を繰返すと、却って書込/書込ベリファイの回数が増大し、書込時間が長くなる可能性がある。従って、この特許文献1の構成をMRAMにそのまま適用することはできない。
The above-mentioned
特許文献2に示される構成においては、書換可能なメモリセル(NROMセル)において、絶縁膜に電荷をトラップして、そのメモリセルトランジスタのしきい値電圧を調整する。したがって、書込時において、絶縁膜に電荷が蓄積されて、各書込ごとに、このメモリセルのしきい値電圧が変化する。したがって、この特許文献2も、MRAMのように、書込不良が生じた場合メモリセルが書込前の状態に復帰するメモリ装置に対して、そのまま適用することはできない。
In the configuration disclosed in
特許文献3においては、ページプログラムを示しているものの、フローティングゲートの電荷の蓄積によりメモリセルトランジスタのしきい値電圧を変化させてデータを記憶している。従って、特許文献1および2と同様、MRAMのデータ書込の構成に対しては、そのまま適用することができない。
In
特許文献4は、フラッシュメモリにおける書込ベリファイを示す。しかしながら、この場合においても、各書込ごとにメモリセルトランジスタのしきい値電圧は変化している。従って、同様、特許文献4の構成は、MRAMの書込の構成に対しては、そのまま適用することはできない。
特許文献5は、単に、テストモード時に最大プログラム時間の間、換およびベリファイを行なっている。また、テストモード時、書込時の最大プログラム時間を外部で観測可能としている。したがって、特許文献5に示される構成においても、メモリセルは、フラッシュメモリセルであり、書込ごとに、メモリセルのしきい値電圧が変化する。このため、特許文献5の構成も、書込不良時メモリセルが初期状態(元の状態)に復帰するMRAMの構成に対しては、そのまま適用することはできない。
また、特許文献6に示される構成においては、データ書込時、書込電流をモニタして、書込が完了したかを判定している。したがって、トグルMRAMのように、ビット線およびディジット線に書込データにかかわらず同じ大きさの電流が流れる構成には、この特許文献6に示される構成は適用することができない。また、スピン注入磁化反転書込方式のスピン・トルク・トランスファーRAMなどのスピン注入型MRAMにおいては、書込データの論理値に応じて、書込電流の流れる方向が変化する。したがって、この特許文献6に示される構成は、そのまま、MRAMには適用することができない。 In the configuration shown in Patent Document 6, when writing data, the write current is monitored to determine whether the writing is completed. Therefore, the configuration shown in Patent Document 6 cannot be applied to a configuration in which a current of the same magnitude flows in the bit line and the digit line regardless of the write data as in the toggle MRAM. In a spin-injection MRAM such as a spin-injection magnetization reversal writing spin-torque transfer RAM, the direction in which the write current flows changes according to the logical value of the write data. Therefore, the configuration shown in Patent Document 6 cannot be applied to the MRAM as it is.
特許文献7においては、相変化メモリセルの書込およびベリファイが示される。この相変化メモリセルにおいては、高抵抗のリセット状態の抵抗値は、低抵抗状態のセット状態時の抵抗値に依存し、またセット状態のメモリセルの抵抗値は、リセット状態のメモリセルの抵抗値に依存する。MRAMにおいては、データ書込前のメモリセルの抵抗値とデータ書込後のメモリセルの抵抗値の直接的な依存関係が存在しない。従って、MRAMにおいて、書込ベリファイごとに、書込電流の大きさを変化させる構成を利用した場合、書込完了後にも、書込電流が供給され、不必要に書込が行なわれる状態が生じる。このため、特許文献7の書込シーケンスも、また、MRAMにそのまま適用することはできない。 Patent Document 7 shows writing and verifying of a phase change memory cell. In this phase change memory cell, the resistance value in the high resistance reset state depends on the resistance value in the low resistance set state, and the resistance value of the memory cell in the set state is the resistance of the memory cell in the reset state. Depends on the value. In the MRAM, there is no direct dependency between the resistance value of the memory cell before data writing and the resistance value of the memory cell after data writing. Therefore, in the MRAM, when a configuration in which the magnitude of the write current is changed for each write verify is used, the write current is supplied even after the writing is completed, and a state where writing is performed unnecessarily occurs. . For this reason, the writing sequence of Patent Document 7 cannot be applied to the MRAM as it is.
特許文献8に示される構成においては、相変化メモリセルのビット線電圧を所定の基準電圧と変化している。したがって、トグルMRAMのように書込状態にかかわらず一定の大きさの電流が流れる場合、この特許文献8に示される構成は適用することができない。同様、スピン注入型MRAMにおいても、書込データごとに、ビット線を流れる電流の方向が異なり、一方方向にビット線電流が流れる相変化メモリの書込シーケンスを示す特許文献8の構成を、MRAMに適用することはできない。
In the configuration disclosed in
それゆえ、この発明の目的は、正確にデータの書込を行なうことのできるMRAMを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an MRAM that can accurately write data.
この発明の他の目的は、安定にデータを書込むことのできるトグルMRAMまたはスピン注入型MRAMなどの1軸ディスターブフリーMRAMを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a single-axis disturb-free MRAM such as a toggle MRAM or a spin injection type MRAM that can stably write data.
この発明に係る磁気メモリ(不揮発性磁気メモリ)は、要約すれば、データ書込時、データ書込およびベリファイを行なうものである。このベリファイ時にデータ書込不良が検出された場合、メモリセルは、書込前と同じ状態になり、同じ状態から再書込を行なう。 In summary, the magnetic memory (nonvolatile magnetic memory) according to the present invention performs data writing and verification at the time of data writing. If a data write failure is detected during this verify, the memory cell is in the same state as before writing, and rewriting is performed from the same state.
すなわち、この発明の一つの実施形態において、磁性体メモリは、複数のメモリセルと、これら複数のメモリセルのうちの書込対象のメモリセルに書込データを書込む書込系回路と、この書込対象の記憶データと書込データとを比較する書込制御回路を備える。複数のメモリセルの各々は、可変磁気抵抗素子を含み、この可変磁気抵抗素子の抵抗値によりデータを記憶する。書込制御回路は、書込対象のメモリセルへのデータの書込後に書込対象のメモリセルの記憶データと書込データとを比較する。この比較結果に従って、書込対象のメモリセルに対し、書込回路に選択的に書込を実行させる。書込対象のメモリセルは、再書込されるとき、書込前と同じ初期状態から再書込される。 That is, in one embodiment of the present invention, a magnetic memory includes a plurality of memory cells, a write system circuit that writes write data to a write target memory cell among the plurality of memory cells, A write control circuit for comparing the storage data to be written and the write data is provided. Each of the plurality of memory cells includes a variable magnetoresistive element, and stores data according to the resistance value of the variable magnetoresistive element. The write control circuit compares the stored data of the memory cell to be written with the write data after the data is written to the memory cell to be written. In accordance with the comparison result, the write circuit is selectively written to the write target memory cell. When the memory cell to be written is rewritten, it is rewritten from the same initial state as before writing.
本発明においては、書込が正確に行なわれたかのベリファイを行なっている。したがって、データ書込不良が発生するのを抑制することができ、信頼性の高いデータ書込を実現することができる。 In the present invention, verifying whether writing has been performed correctly is performed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of defective data writing and to realize highly reliable data writing.
また、書込不良のメモリセルは、前回の書込と同じ状態から再書込が行なわれる。したがって、一実施形態において、ベリファイ後の書込条件を書込ごとに調整することにより、メモリセルの特性のばらつきに応じて再書き込みを行うことができ、正確な再書込を実現することができる。 In addition, the memory cell in which writing is defective is rewritten from the same state as the previous writing. Therefore, in one embodiment, by adjusting the write condition after verification for each write, rewrite can be performed according to variations in the characteristics of the memory cell, and accurate rewrite can be realized. it can.
[原理的構成]
メモリセルの可変磁気抵抗素子の構成1:
図1は、メモリセルに含まれる可変磁気抵抗素子VRとして用いられるトグルMRAMセルのMTJ(Magnet Tunneling Junction)素子の構造を概略的に示す図である。図1において、可変磁気抵抗素子VRは、フリー層1と、ピン層2と、これらの自由層1およびピン層2の間に設けられるトンネルバリア層3を含む。フリー層1は、ほぼ同じ磁気モーメントを有する強磁性膜FM1およびF2と、これらの強磁性膜FM1およびFM2の間に設けられる非磁性膜AFを含む。
[Principle configuration]
Configuration of variable magnetoresistive element of memory cell 1:
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an MTJ (Magnet Tunneling Junction) element of a toggle MRAM cell used as a variable magnetoresistive element VR included in a memory cell. In FIG. 1, the variable magnetoresistive element VR includes a
フリー層1は、2つの強磁性膜FM1およびF2が非磁性層AFをサンドイッチする3層構造の反平行結合素子(SAF)である。フリー層1においては、非磁性層AFが反強磁性結合層として機能する。強磁性膜FM1およびFM2は、磁場が印加されない状態においては、交換結合により磁化方向は反対方向である(反平行状態である)。
The
ピン層2は、たとえば強磁性膜および反強磁性膜で構成され、その反強磁性交換結合により、磁化方向は印加磁場の方向にかかわらず固定される。強磁性膜FM2およびピン層2の磁化方向が同一方向(平行状態)であるか反平行状態であるかに応じて、この可変磁気抵抗素子VR(MJT素子:サブチェンコMJT素子)の抵抗値が異なる。この抵抗値を2値情報に対応させる。
The pinned
磁場が印加されない状態においては、フリー層1およびピン層2の磁化方向は変化しない。また、単に磁化方向により情報を記憶する。従って、リーク電流などの影響は生じず、データを不揮発的に記憶することができる。
In a state where no magnetic field is applied, the magnetization directions of the
図2は、この可変磁気抵抗素子VRのアレイ内における配置を概略的に示す図である。可変磁気抵抗素子VRに対して、ビット線BLおよびディジット線DLが設けられる。このビット線BLおよびディジット線DLは互いに直交するように設けられる。可変磁気抵抗素子VRの磁化容易軸XEは、これらのビット線BLおよびディジット線DLと実質的に45°の角度をなすように可変磁気抵抗素子VRが配置される。通常、磁場が印加されない状態においては、可変磁気抵抗素子VRの磁化方向は、容易軸XEの方向に沿っている。この磁化容易軸XEと直交する方向に、磁化困難軸XHが存在する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the arrangement of the variable magnetoresistive elements VR in the array. A bit line BL and a digit line DL are provided for the variable magnetoresistive element VR. The bit line BL and the digit line DL are provided so as to be orthogonal to each other. The variable magnetoresistive element VR is arranged so that the easy axis XE of the variable magnetoresistive element VR forms an angle of substantially 45 ° with the bit line BL and the digit line DL. Usually, in a state where no magnetic field is applied, the magnetization direction of the variable magnetoresistive element VR is along the direction of the easy axis XE. A hard magnetization axis XH exists in a direction orthogonal to the easy magnetization axis XE.
図3は、トグルMRAMセルのデータ書込時のMJT素子の磁化回転シーケンスを示す図である。以下、図3を参照して、メモリセルのデータ書込動作について説明する。 FIG. 3 is a diagram showing a magnetization rotation sequence of the MJT element when data is written to the toggle MRAM cell. Hereinafter, the data write operation of the memory cell will be described with reference to FIG.
まず、期間♯0においては、ディジット線DLおよびビット線BLには電流は流れない。したがって、可変磁気抵抗素子VRにおいて、磁化容易軸XEに従ってフリー層の磁化方向が設定されて維持される。
First, in
期間♯1において、ディジット線DLにのみ電流を流す。これにより、ビット線延在方向に沿って磁場H1が生成される。この磁場H1により、フリー層において交換結合が崩れ(スピンフロップ状態)、フリー層の2つの強磁性膜(FM1,FM2)の合成磁場が、この誘起磁場H1と同一方向となる。
In
期間♯2において、ディジット線DLに電流を流した状態で、さらにビット線BLに電流を流す。この場合、ビット線BLの電流により、磁場H2が、ディジット線延在方向と平行な方向に生成される。これらの磁場H1およびH2の合成磁場とフリー層の合成磁場とが同一方向となるように、フリー層の2つの強磁性膜の磁化が回転する。
In
期間♯3において、ディジット線DLの電流を遮断し、ビット線BLにのみ電流を流す。この場合、磁場H2のみが、ディジット線DLと平行な方向に生成される。したがって、フリー層の合成磁場が、ビット線電流の誘起磁場H2と同じ方向となり、フリー層の磁化がさらに回転する。
In
期間♯4において、ビット線BLの電流の供給を遮断する。このとき、ディジット線DLにも電流は供給されていない。この場合、フリー層において、交換結合が支配的となり、このフリー層の磁化が、磁化容易軸XE方向に配向されて反転する。
In the
したがって、期間♯0および期間♯4において、フリー層の磁化方向が反転している。可変磁気抵抗素子VR(サブチェンコMJT素子)の抵抗値は、フリー層1の強磁性膜FM2とピン層2の磁化方向により設定される。したがって、期間♯0および期間♯4においては、可変磁気抵抗素子VRの抵抗値は変化しており、2値データを記憶することができる。
Therefore, in the
上述のように、トグルMRAMにおいては、単極性の電流パルスで、磁化を回転することができ、応じてデータを書込むことができる。この書込シーケンスにおいては、可変磁気抵抗素子の初期状態に関係なく、1つの書込シーケンスでフリー層の磁化の方向が180°回転する。したがって、メモリセルへのデータ書込時、書込前に記憶データを読出して、記憶データと書込データとが異なる場合にのみ、メモリセルの可変磁気抵抗素子の磁化方向を反転させる。 As described above, in toggle MRAM, magnetization can be rotated by a unipolar current pulse, and data can be written accordingly. In this write sequence, the magnetization direction of the free layer is rotated by 180 ° in one write sequence regardless of the initial state of the variable magnetoresistive element. Therefore, when data is written to the memory cell, the stored data is read before writing, and the magnetization direction of the variable magnetoresistive element of the memory cell is reversed only when the stored data and the written data are different.
また、可変磁気抵抗素子において、書込電流を流すビット線およびディジット線各々に対して磁化容易軸が45°の角度を有している。したがって、1つの電流供給線だけでは、ビット反転を行なうことができないため、1軸ディスターブの問題は発生しない。ただし、外部磁場の強度が強い場合、フリー層の2つの強磁性膜の磁化がともに外部磁場方向に配向され、磁界強度を低減したとき、これらの磁化が元の方向に配向されるとは限らない。したがって、データ書込時において、最適書込磁場は、この書込に必要な磁場強度よりも大きく、かつフリー層の2つの強磁性膜の磁化が同一方向を向く磁場強度よりも小さい大きさを有する。 In the variable magnetoresistive element, the easy axis of magnetization has an angle of 45 ° with respect to each of the bit line and digit line through which the write current flows. Therefore, since the bit inversion cannot be performed with only one current supply line, the problem of one-axis disturb does not occur. However, when the strength of the external magnetic field is strong, the magnetizations of the two ferromagnetic films of the free layer are both oriented in the direction of the external magnetic field, and when the magnetic field strength is reduced, these magnetizations are not always oriented in the original direction. Absent. Therefore, at the time of data writing, the optimum write magnetic field is larger than the magnetic field intensity necessary for the writing and smaller than the magnetic field intensity in which the magnetizations of the two ferromagnetic films of the free layer are directed in the same direction. Have.
また、データ書込時においては、単極性の電流パルスが用いられており、書込電流を発生する部分の構成を簡略化することができる。 Further, at the time of data writing, a unipolar current pulse is used, and the configuration of the portion that generates the write current can be simplified.
可変磁気抵抗素子の構成2:
図4は、可変磁気抵抗素子の他の構成を概略的に示す図である。この図4においては、可変磁気抵抗素子VRとして、スピン注入磁化反転書込方式のMRAMセル(スピン注入型MRAM)の構造が示される。可変磁気抵抗素子VRは、MJT素子(Magnetic Junction Tunneling素子)で構成され、フリー層11およびピン層12と、フリー層11およびピン層12の間のトンネル絶縁膜13を含む。
Configuration of variable magnetoresistive element 2:
FIG. 4 is a diagram schematically showing another configuration of the variable magnetoresistive element. FIG. 4 shows the structure of an MRAM cell (spin injection MRAM) of the spin injection magnetization reversal writing system as the variable magnetoresistive element VR. The variable magnetoresistive element VR is composed of an MJT element (Magnetic Junction Tunneling element) and includes a
フリー層11およびピン層12は、強磁性体で構成される。この可変磁気抵抗素子VRにおいては、ピン層12からトンネル絶縁膜13に電子が流れ込む際に、この電子のスピンの向きを揃える。このときの揃えられた電子のスピントルク作用を利用して、フリー層11の電子のスピンの向きを揃え、磁化方向を設定する。このMJT素子においても、フリー層11とピン層12の磁化方向により抵抗値が異なり、この抵抗値によりデータを記憶する。
The
なお、以下の説明においては、電流磁場反転型の磁気抵抗素子をMTJ素子と称し、スピン注入磁場反転型の磁気抵抗素子を、MJT素子と称す。 In the following description, a current magnetic field inversion type magnetoresistive element is referred to as an MTJ element, and a spin injection magnetic field inversion type magnetoresistive element is referred to as an MJT element.
図5(A)および(B)は、図4に示すMJT素子のデータ書込時の電流の流れを模式的に示す図である。図5(A)において、ピン層12からフリー層11に向かって書込電流Iwを流す。この場合、電子eは、フリー層11からピン層12へ流れる。この電子eは、スピン方向がピン層12のスピン偏極方向と異なる場合、トンネル絶縁膜13で反射され、フリー層11の電子のスピン方向をピン層12と逆の方向に変化させる。ピン層12のスピン偏極方向と同一のスピン偏極を有する電子eは、ピン層12を通過する。したがって、フリー層11においては、スピントルクの伝達により、ピン層12の磁化方向と逆方向に磁化方向が設定される。
FIGS. 5A and 5B are diagrams schematically showing the flow of current when data is written in the MTJ element shown in FIG. In FIG. 5A, a write current Iw flows from the pinned
この状態においては、フリー層11とピン層12の磁化方向が反平行方向であり、高抵抗状態である。この状態は、たとえばデータ“H”(論理ハイレベル)が記憶された状態に対応付ける。
In this state, the magnetization directions of the
図5(B)において、フリー層11からピン層12に向かって書込電流Iw流す。この場合、電子eがピン層12からフリー層11へ流れる。この電子eは、ピン層12のスピン偏極方向にそのスピン偏極方向が配向される。したがって、フリー層11へトンネル絶縁膜13を介して注入される電子eは、ピン層12のスピン偏極方向と同一のスピン偏極方向を有する。したがって、フリー層11は、このピン層12の磁化方向と同一方向に磁化される。この状態は、低抵抗状態であり、たとえばデータ“L”(論理ローレベル)を記憶する状態に対応付ける。
In FIG. 5B, a write current Iw flows from the
データ読出時は、フリー層11からピン層12へ向かって読出電流を流す。この場合、読出電流によりフリー層11の磁化方向が反転しないように、この読出電流は、書込電流よりも十分小さくされる。
At the time of data reading, a read current is passed from the
この図4に示す可変磁気抵抗素子VRの場合、データ書込時に電流誘起磁場は利用されない。すなわち、スピン注入磁化反転書込方式のMRAMセルにおいては、選択メモリセルに、電流が供給されるだけである。したがって、半選択状態のメモリセルにおいては、書込電流は流れず、また、リーク磁界も存在しないため1軸ディスターブの問題は十分に抑制される。 In the case of the variable magnetoresistive element VR shown in FIG. 4, the current-induced magnetic field is not used during data writing. That is, in the spin injection magnetization reversal writing type MRAM cell, only a current is supplied to the selected memory cell. Therefore, in the memory cell in the half-selected state, no write current flows and no leakage magnetic field exists, so that the problem of uniaxial disturbance is sufficiently suppressed.
これらのMTJ素子およびMJT素子は、ともに1軸ディスターブの生じさせないメモリを構成することができる。本発明においては、特に、このような1軸ディスターブフリーのMRAMにおいてデータ書込の安定化を図る。 Both the MTJ element and the MJT element can constitute a memory that does not cause uniaxial disturbance. In the present invention, in particular, data writing is stabilized in such a one-axis disturb-free MRAM.
図6は、この発明に従う磁気メモリの全体の原理的構成を示す図である。図6において、磁気メモリは、メモリセルMCが行列状に配列されるメモリセルアレイ20を含む。このメモリセルMCは、図1および図4に示したMTJ素子およびMJT素子のいずれを記憶素子として含む構成であってもよい。本発明は、図1に示すトグルMRAMセルおよび図4に示すスピン注入型MRAMセルのいずれに対しても適用することができる。
FIG. 6 is a diagram showing an overall principle configuration of a magnetic memory according to the present invention. In FIG. 6, the magnetic memory includes a
磁気メモリは、さらに、メモリセルMCに対するデータの書込を行なう書込系回路22と、メモリセルのデータの読出を行う読出系回路23と、書込系回路22の書込動作を制御する書込制御回路24を含む。
The magnetic memory further includes a
書込系回路22は、書込データWDに従って、書込対象のメモリセルに対するデータを書込むための書込電流を供給する。この書込系回路22は、したがって、メモリセルMCが、トグルMRAMセルおよびスピン注入型MRAMセルに応じて、その内部構成が異なる。ここでは、この書込系回路22は、単に、書込対象のメモリセルMCに対して、書込電流を供給することにより、メモリセルMCの可変磁気抵抗素子の抵抗値を設定することを示す。この書込系回路22の具体的構成については、後に説明する具体的な実施の形態において詳細に説明する。
Write
読出系回路23は、データ読出時、選択メモリセルに読出電流を供給し、この電流値に従ってメモリセルの記憶データを読出す。すなわち、メモリセルにおいては、可変磁気抵抗素子の抵抗値により流れる電流量が異なる。この電流量を読出系回路23において検出して読出データRDを生成する。
Read
書込制御回路24は、書込対象のメモリセルMCから読出系回路23を介して記憶データRDを読出し、この読出したデータRDと書込データWDの論理のレベルの一致/不一致を判定する。この判定結果が、書込不良を示すときに、書込データに従って書込対象のメモリセルに対して書込を行う。書込制御回路24の構成についても、後に説明する各実施の形態において後に詳細に説明する。
Write
図7は、図6に示す磁気メモリが、トグルMRAMの場合の書込動作を示すフロー図である。また、図8は、この図6に示す磁気メモリが、スピン注入型MRAMの場合のデータ書込の動作を示すフロー図である。以下、図7および図8をそれぞれ参照して、図6に示す磁気メモリの書込動作シーケンスについて説明する。 FIG. 7 is a flowchart showing a write operation when the magnetic memory shown in FIG. 6 is a toggle MRAM. FIG. 8 is a flowchart showing the data writing operation when the magnetic memory shown in FIG. 6 is a spin injection type MRAM. The write operation sequence of the magnetic memory shown in FIG. 6 will be described below with reference to FIGS. 7 and 8 respectively.
まず、図7を参照して、図6に示す磁気メモリが、トグルMRAMの場合のデータ書込シーケンスについて説明する。 First, a data write sequence in the case where the magnetic memory shown in FIG. 6 is a toggle MRAM will be described with reference to FIG.
書込制御回路24は、図示しない外部からのコマンドをモニタし、データ書込が指定されたかを判定する(ステップS1)。データ書込が指定されるまで、コマンドをモニタして、書込コマンドが与えられるのを待つ。
The
データ書込が指定されると、書込制御回路24は、読出系回路23を駆動し、メモリセルアレイ20内の書込対象のメモリセルのデータRDを読出す(S2)。
When data writing is designated, write
次いで、この読出したデータRDと書込データWDの論理レベルが同じであるかの判定を行なう(ステップSS3)。書込対象のメモリセルMCの記憶データRDが書込データWDの論理値と同じ場合には、この書込対象のメモリセルへの書込は行なわれない。 Next, it is determined whether the logical level of the read data RD and the write data WD is the same (step SS3). When the storage data RD of the write target memory cell MC is the same as the logical value of the write data WD, writing to the write target memory cell is not performed.
一方、この書込データWDと読出データRDの論理値が異なる場合、書込対象のメモリセルへデータを書込む(ステップS4)。データ書込時においては、書込制御回路24が、判定結果に従って書込系回路24を駆動する。
On the other hand, if the logical values of write data WD and read data RD are different, data is written to the memory cell to be written (step S4). At the time of data writing, write
この書込系回路22による書込対象のメモリセルMCへのデータ書込後、再び、書込制御回路24が、この書込対象のメモリセルの記憶データを読出す(ステップS5)。このステップS5においては、ステップS2のプレリード(pre-read)と同じ動作が行なわれる。この後、再び、ステップS3に戻り、読出データRDと書込データWDの論理値の一致/不一致が判定される。書込データWDと読出データRDの論理値が一致するまで、これらのステップS3からステップS5の操作が繰返し実行される。
After the data is written to the write target memory cell MC by the
次に、図8を参照して、図6に示す磁気メモリが、スピン注入型RAMの場合のデータ書込シーケンスについて説明する。 Next, a data write sequence when the magnetic memory shown in FIG. 6 is a spin injection type RAM will be described with reference to FIG.
書込制御回路24が、外部からのコマンドをモニタし、書込を指示するコマンドが与えられたかを判定する(ステップS10)。
The
データ書込が指示されると、書込系回路22は、書込制御回路24の制御の下に、メモリセルアレイ20内の書込対象のメモリセルMCに対しデータの書込を行なう(ステップS11)。この場合、書込データの論理値に応じて、メモリセルMCのMJT素子を流れる電流の方向が設定される。
When data writing is instructed,
書込完了後、読出系回路23により、この書込対象のメモリセルの記憶データを書込制御回路24の制御の下に読出す(ステップS12)。
After completion of writing, the
次いで、書込制御回路24が、読出データRDと書込データWDの論理値が一致しているかの判定を行なう(ステップS13)。
Next, the
この判定結果が一致を示している場合には、この書込対象のメモリセルに対するデータの書込を終了する。一方、書込データと読出データの論理値が異なっている場合、再びステップS11へ戻り、書込対象のメモリセルへのデータの書込が行なわれる。この書込対象のメモリセルの読出したデータRDと書込データWDの論理値が一致するまで、これらのステップS11からステップS13のベリファイ動作が繰返し実行される。 If the determination result indicates coincidence, the writing of data to the write target memory cell is terminated. On the other hand, when the logical values of the write data and the read data are different, the process returns to step S11, and the data is written into the memory cell to be written. These verify operations from step S11 to step S13 are repeatedly executed until the logical values of the read data RD and the write data WD of the memory cell to be written match.
これらの図7および図8に示すように、データ書込時、書込対象のメモリセルの記憶データが、書込データの論理値に一致するのを検出した後に、この書込対象のメモリセルへの書込を停止する。したがって、書込対象のメモリセルに対して、確実にデータを書込むことができ、データ書込の信頼性を保証することができる。 As shown in FIG. 7 and FIG. 8, at the time of data writing, after detecting that the storage data of the write target memory cell matches the logical value of the write data, Stop writing to. Therefore, data can be reliably written into the memory cell to be written, and the reliability of data writing can be guaranteed.
図9(A)から図9(C)は、MRAMセルの書込特性と不良発生率とを示す図である。図9(A)から図9(C)において、上側のグラフにおいて、メモリセルの書込特性を示し、下側に不良発生確率を示す。これらの書込特性および不良発生確率を示す図において、書込磁場の大きさを一致させて示している。また、図9(A)から図9(C)においては、1FITの不良発生確率のセルに対する書換の条件を示す。1FITより大きな不良発生確率の書込条件は、斜線で示す。1FITは、10E5時間(10万時間)に1回不良が発生することを示す。 FIG. 9A to FIG. 9C are diagrams showing the write characteristics and defect occurrence rate of the MRAM cell. 9A to 9C, the upper graph shows the write characteristics of the memory cell, and the lower side shows the probability of occurrence of a defect. In the figures showing the write characteristics and the probability of occurrence of defects, the magnitudes of the write magnetic fields are shown to coincide. 9A to 9C show rewriting conditions for a cell having a failure occurrence probability of 1 FIT. Writing conditions with a probability of occurrence of defects greater than 1 FIT are indicated by hatching. 1 FIT indicates that a defect occurs once in 10E5 hours (100,000 hours).
MRAMセルは、再書込時においては、前回の書込時と同様の状態にある(磁化方向が平行または反平行状態)。MRAMセルは、基本的に、磁性体の磁気分極を利用する。この磁気分極の元となる電子のスピン分極において、熱の影響によりスピン歳差運動の方向は、確率論的に変化する。したがって、図9(A)から図9(C)に示すように、同一の条件で書込を行なっても、この確率論により、書込回数を増加させることにより、書込不良が発生する確率が低下する可能性がある。 At the time of rewriting, the MRAM cell is in the same state as at the previous writing (the magnetization direction is parallel or antiparallel). An MRAM cell basically uses the magnetic polarization of a magnetic material. In the spin polarization of electrons that are the source of this magnetic polarization, the direction of spin precession changes stochastically due to the influence of heat. Therefore, as shown in FIGS. 9A to 9C, even if writing is performed under the same conditions, the probability of writing failure occurring by increasing the number of writings by this probability theory. May be reduced.
また、再書込ごとに、書込条件を変化させることにより、各MRAMセル(MJT素子およびMTJ素子)の同一状態からの書込時において、メモリセルが確実に書込まれる条件を設定することが可能となり、確実に書込を行なうことができる。 In addition, by changing the write condition for each rewrite, the condition for reliably writing the memory cell is set when writing from the same state of each MRAM cell (MJT element and MTJ element). Thus, writing can be performed reliably.
この書込条件の変更時、メモリセルの可変磁気抵抗素子においては、磁化方向の反平行状態および平行状態の中間状態から書込が行なわれるのではなく、書込前の平行状態または反平行の状態から書込が行なわれる。したがって、再書込時の初期状態は、同じであり、フラッシュメモリセルのように、過書込の問題を考慮する必要がない。また、この過書込を解消するために小刻みに徐々にしきい値電圧を変化させるような書込は行なう必要がない。書込時の最適値から書込条件を順次変更することにより書込を行なうことができ、短時間で正確な書込を行なうことができる。 When the write condition is changed, the variable magnetoresistive element of the memory cell is not written from the intermediate state between the antiparallel state and the parallel state of the magnetization direction, but in the parallel state or antiparallel state before writing. Writing is performed from the state. Therefore, the initial state at the time of rewriting is the same, and there is no need to consider the problem of overwriting unlike the flash memory cell. Further, it is not necessary to perform writing that gradually changes the threshold voltage in small increments in order to eliminate this overwriting. Writing can be performed by sequentially changing the writing conditions from the optimum value at the time of writing, and accurate writing can be performed in a short time.
以上のように、この発明に従えば、データ書込時、書込データが正確に書込まれたかのベリファイ動作を行なっている。したがって、メモリセルの特性が変化する場合においても、正確な書込を保証することができる。 As described above, according to the present invention, at the time of data writing, a verify operation is performed as to whether write data has been written correctly. Therefore, accurate writing can be ensured even when the characteristics of the memory cell change.
[実施の形態1]
図10は、この発明の実施の形態1に従うトグルMRAMの全体の構成を概略的に示す図である。図10において、メモリセルアレイ20において、メモリセルMCが行列状に配列される。このメモリセルの列に対応してビット線BLが配設され、メモリセルMCの行に対応してディジット線DLおよびワード線WLが設けられる。
[Embodiment 1]
FIG. 10 schematically shows an overall configuration of the toggle MRAM according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 10, in the
メモリセルMCは、可変磁気抵抗素子VR(MTJ素子)と、この可変磁気抵抗素子VRと直列に接続されるアクセストランジスタTRSとを含む。このアクセストランジスタTRSは、対応のワード線WLの選択時導通し、可変磁気抵抗素子VRをソース線(接地ノードで示す)に結合する。データ書込時においては、ワード線WLは非選択状態であり、アクセストランジスタTRSは、非導通状態にある。可変磁気抵抗素子VRは、ディジット線DLおよびビット線BLの交差部に対応するように配置される。ディジット線DLは、一端が、電源ノードに接続され、また、ビット線BLも一端が、電源ノードに結合される。 Memory cell MC includes a variable magnetoresistive element VR (MTJ element) and an access transistor TRS connected in series with the variable magnetoresistive element VR. Access transistor TRS is rendered conductive when a corresponding word line WL is selected, and couples variable magnetoresistive element VR to a source line (indicated by a ground node). At the time of data writing, word line WL is in a non-selected state, and access transistor TRS is in a non-conductive state. Variable magnetoresistive element VR is arranged to correspond to the intersection of digit line DL and bit line BL. Digit line DL has one end connected to the power supply node, and bit line BL also has one end coupled to the power supply node.
書込制御回路24は、パッドPADを介して与えられるコマンドをデコードし、書込指示信号Writeおよび読出指示信号Readを生成するコマンドデコーダ62と、コマンドデコーダ62からの動作モード指示信号に従って書込ビット線駆動信号W_BLおよび書込ディジット線駆動信号W_DLなどのタイミング制御信号を生成するタイミングジェネレータ64と、このメモリセルアレイ20の選択メモリセルからリードアンプ58を介して読出されたデータと入力データラッチ65から与えられるデータを比較する比較器66を含む。
Write
タイミングジェネレータ64は、たとえばシーケンスコントローラで構成され、所定のシーケンスに従ってデータの書込、書込ベリファイおよびデータ読出動作を制御する。図10においては、このタイミングジェネレータ64においては書込に関連する制御信号を発生するように示す。
Timing
書込系回路20は、ディジット線DLおよびワード線WLに対して設けられるXデコーダ50およびDLドライバ/WLドライバ52と、ビット線BLに対して設けられるビット線ドライバ56およびYデコーダ54を含む。
Write
Xデコーダ50は、アドレスラッチ69からの内部アドレス信号ADD(Xアドレス信号)をデコードし、アドレス指定されたメモリセル行を指定する信号を生成する。
The
DLドライバ/WLドライバ52は、このXデコーダ50からのメモリセル行指定信号とタイミングジェネレータからの書込モード指示信号とに従って、ディジット線DLおよびワード線WLを駆動する。データ書込時においては、DLドライバ/WLドライバ52は、選択メモリセル行に対応するディジット線DLの放電経路を形成する。これにより、選択メモリセル行のディジット線DLには電源ノードからDLドライバを介して接地ノードへ電流が流れる。WLドライバは、データ読出時、アドレス指定されたメモリセル行に対応して配置されるワード線WLを選択状態へ駆動する。応じて、選択メモリセルにおいてアクセストランジスタTRSが導通し、対応のビット線BLとソース線(接地ノード)の間に電流が流れる経路を形成する。
DL driver /
Yデコーダ54は、アドレスラッチ69からの内部アドレス信号ADD(Yアドレス信号)を受け、メモリセルアレイ20のアドレス指定されたメモリセル列を選択する信号を生成する。
The
ビット線ドライバ56は、データ書込時、選択ビット線を放電する。ビット線BLが非選択状態のときには、ビット線ドライバ56は、この非選択ビット線BLを電源電圧レベルに維持する。データ読出時においては、ビット線ドライバ56は、出力ハイインピーダンス状態となる。
The
リードアンプ58は、データ読出時、選択ビット線を流れる電流を基準値(電圧)と比較し、このメモリセルMCの記憶データを示す内部信号を生成する。リードアンプは、一例として、選択ビット線を流れる電流に対応する電圧を基準電圧と比較する。
When reading data, read
リードアンプ58における比較基準電圧、ビット線ドライバ56の放電電流量を規定する基準電圧、およびDLドライバのディジット線DLの放電電流量を規定する基準電圧は、各々、Vref発生回路60から発生される。
A comparison reference voltage in the
なお、入力データラッチ65は、パッドPADに与えられる入力データDIを取込んで内部書込データを生成する。出力データラッチ67は、リードアンプ58から読出されたデータを取り込んで対応のパッドを介して外部読出データDOとして出力する。アドレスラッチ69は、外部からパッドを介して与えられるアドレス信号ADをラッチして内部アドレス信号AD(XおよびYアドレス信号)を生成する。これらのラッチのラッチタイミングは、タイミングジェネレータ64により設定される。コマンドがアクセスモード(データ書込または読出モード)を指定するときに、これらのラッチ65、67および69がタイミングジェネレータ64の制御の下にラッチ状態となる。
Input data latch 65 takes in input data DI applied to pad PAD and generates internal write data. Output data latch 67 takes in the data read from read
図11は、図10に示すトグルMRAMの要部の構成をより具体的に示す図である。図11においては、メモリセルアレイ20に設けられるビット線BLおよびディジット線DLに関連する部分の構成を代表的に示す。
FIG. 11 is a diagram more specifically showing the configuration of the main part of the toggle MRAM shown in FIG. FIG. 11 representatively shows a configuration of a portion related to bit line BL and digit line DL provided in
図11において、Xデコーダ50は、ディジット線DLに対応して設けられるディジット線デコード回路70を含む。このディジット線デコード回路70は、書込時に活性化信号を生成するANDゲートG1と、Xアドレス信号XADDをデコードするANDゲートG2と、これらのANDゲートG1およびG2の出力信号に従って対応のディジット線を選択する信号を生成するNANDゲートNG1を含む。
In FIG. 11,
ANDゲートG1は、書込ディジット線駆動信号W_DLと比較器66の出力信号P/Fと書込指示信号Writeとを受ける。ANDゲートG2は、Xアドレス信号XADDを受け、このXアドレス信号XADDが対応のディジット線アドレスを指定するときに活性状態の信号を生成する。
AND gate G1 receives write digit line drive signal W_DL, output signal P / F of
NANDゲートNG1は、これらのANDゲートG1およびG2の出力信号がともに活性状態(Hレベル)のときに、活性状態(Lレベル)の信号を生成する。 NAND gate NG1 generates an active state (L level) signal when the output signals of AND gates G1 and G2 are both in an active state (H level).
DLドライバ/WLドライバ52に含まれるDLドライバは、ディジット線DL各々に対して設けられるディジット線ドライブ回路72を含む。このディジット線ドライブ回路72は、対応のXデコード回路70の出力信号がLレベルのときに、ディジット線DLを放電する。すなわち、ディジット線ドライブ回路72は、NANDゲートNG1の出力信号をそれぞれ受けるインバータ回路IVK1およびIVK2と、インバータ回路IVK1の出力信号に従って対応のディジット線DLを電源ノードに結合するpチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)PQ1と、インバータ回路IVK2の出力信号に従ってディジット線DLを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQ1を含む。
The DL driver included in the DL driver /
インバータ回路IVK1は、ハイ側電源ノード上の電圧とロー側電源ノード(接地ノード)上の電圧を動作電源電圧として受ける。インバータ回路IVK2は、基準電圧Vrefをハイ側電源電圧として受ける。したがって、インバータ回路IVK2の出力信号の振幅は、基準電圧Vrefである。このインバータ回路IVK2に動作電源電圧として基準電圧Vrefを与えることにより、MOSトランジスタNQ1のゲート電圧のレベルを調節する。これにより、MOSトランジスタNQ1の電流駆動力が調整され、ディジット線DLを流れる電流量が調整される。 Inverter circuit IVK1 receives the voltage on the high-side power supply node and the voltage on the low-side power supply node (ground node) as operating power supply voltages. Inverter circuit IVK2 receives reference voltage Vref as a high-side power supply voltage. Therefore, the amplitude of the output signal of the inverter circuit IVK2 is the reference voltage Vref. By applying reference voltage Vref as an operating power supply voltage to inverter circuit IVK2, the level of the gate voltage of MOS transistor NQ1 is adjusted. As a result, the current driving capability of MOS transistor NQ1 is adjusted, and the amount of current flowing through digit line DL is adjusted.
このディジット線ドライブ回路72において、Xデコード回路70の出力信号がLレベルのときには、インバータ回路IVK1およびインバータ回路IVK2の出力信号がHレベルとなる。この状態において、MOSトランジスタPQ1が非導通状態、MOSトランジスタNQ1が導通状態となる。MOSトランジスタNQ1は、そのゲートに基準電圧Vrefレベルの信号を受けており、この基準電圧Vrefにより規定される電流駆動力で、ディジット線DLを放電する(ディジット線DLの一端は電源ノードに結合されている)。このデジット線を流れる電流により磁界が誘起される。
In digit
Xデコード回路70の出力信号がHレベルのときには、インバータ回路IVK1およびIVK2の出力信号はともにLレベルとなる。この状態においては、MOSトランジスタPQ1が導通状態、MOSトランジスタNQ1が非導通状態となる。したがって、ディジット線DLは、両端が電源ノードに結合され、電源電圧(VDD)レベルに維持される。この状態においてはディジット線DLには電流は流れないため、磁界は誘起されない。
When the output signal of
Yデコーダ54は、メモリセルアレイ20のビット線に共通に設けられるデコード制御回路73と、ビット線BLそれぞれに対応して設けられるYデコード回路74を含む。デコード制御回路73は、ベリファイリード活性化信号VFRENと読出指示信号Readを受けるORゲートG5と、書込ビット線駆動信号W_BLと比較器66の出力信号P/Fと書込指示信号Writeとを受けるANDゲートG3を含む。
ベリファイリード活性化信号VFRENは、プレリード時および書込後のライトベリファイ時に活性化される。通常のデータ読出を指定されたときには、読出指示信号Readが活性化され(Hレベルに駆動され)、書込時のベリファイ動作(プレリードを含む)を行なうときに、ベリファイリード活性化信号VFRENが活性化される(Hレベルに駆動される)。したがって、ORゲートOG1からは、メモリセルMCのデータを読出すときに活性状態となる信号が生成される。 Verify read activation signal VFREN is activated at the time of pre-read and at the time of write verify after writing. When normal data reading is designated, read instruction signal Read is activated (driven to H level), and verify read activation signal VFREN is activated when a verify operation (including pre-read) at the time of writing is performed. (Driven to H level). Therefore, a signal that is activated when data in memory cell MC is read is generated from OR gate OG1.
ANDゲートG3は、与えられた信号がすべて活性状態(Hレベル)のときに、活性状態(Hレベル)の信号を生成する。したがって、ANDゲートG3からは、データ書込時、ビット線に書込電流を流す期間を規定する信号が生成される。 AND gate G3 generates an active state (H level) signal when all applied signals are in an active state (H level). Therefore, the AND gate G3 generates a signal that defines a period during which a write current flows through the bit line during data writing.
Yデコード回路74は、Yアドレス信号YADDを受けるANDゲートG4と、ANDゲートG3およびG4の出力信号を受けるNANDゲートNG2を含む。したがって、Yデコード回路74からは、Yアドレス信号YADDが対応のビット線BLを指定されたとき、対応のビット線に書込電流を流す期間活性状態となる信号が出力される。
ビット線ドライバ56は、ビット線BLそれぞれに対応して設けられるビット線ドライブ回路76を含む。ビット線ドライブ回路76は、デコード制御回路73のORゲートOG1の出力信号を反転するインバータIV3と、インバータIV3の出力信号とNANDゲートNG2の出力信号とを受けるNAND回路NK1と、ORゲートOG1の出力信号とNANDゲートNG2の出力信号を受けるNOR回路NRK1を含む。NAND回路NK1は、電源電圧および接地電圧をそれぞれハイ側およびロー側電源電圧として受ける。NOR回路NRK1は、基準電圧Vrefをハイ側電源電圧として受ける。したがって、NAND回路NK1の出力信号の振幅は、電源電圧VDDレベルであり、一方、NOR回路NRK1の出力信号の振幅は、基準電圧Vrefレベルである。
ビット線ドライブ回路76は、さらに、NAND回路NK1の出力信号に従ってビット線BLを電源ノードに結合するPチャネルMOSトランジスタPQ2と、NOR回路NRK1の出力信号に従ってビット線BLを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQ2を含む。
Bit
データ書込時においては、ORゲートOG1の出力信号はLレベルであり、応じて、インバータIV3の出力信号がHレベルである。選択ビット線BLに書込電流を流す場合、NANDゲートNG2の出力信号はLレベルである。この状態においては、NAND回路NK1の出力信号が電源電圧レベルのHレベル、NOR回路NRK1の出力信号が基準電圧VrefレベルのHレベルとなる。したがって、MOSトランジスタPQ2が非導通状態、MOSトランジスタNQ2が導通状態となる。応じて、ビット線BLは、MOSトランジスタNQ2を介して放電される(ビット線BLの一端は、電源ノードに結合されている)。このビット線BLを介して電源ノードから接地ノードへ流れる電流量は、MOSトランジスタNQ2のゲートに与えられる電圧、すなわち基準電圧Vrefの電圧レベルにより設定される。 At the time of data writing, the output signal of OR gate OG1 is at L level, and accordingly, the output signal of inverter IV3 is at H level. When a write current is passed through the selected bit line BL, the output signal of the NAND gate NG2 is at L level. In this state, the output signal of the NAND circuit NK1 becomes the H level of the power supply voltage level, and the output signal of the NOR circuit NRK1 becomes the H level of the reference voltage Vref level. Therefore, MOS transistor PQ2 is turned off and MOS transistor NQ2 is turned on. Accordingly, bit line BL is discharged via MOS transistor NQ2 (one end of bit line BL is coupled to the power supply node). The amount of current flowing from the power supply node to the ground node via bit line BL is set by the voltage applied to the gate of MOS transistor NQ2, that is, the voltage level of reference voltage Vref.
なお、データ書込時において、非選択列のビット線BLは、インバータIV3の出力信号がHレベルとなり、また、NANDゲートNG2の出力信号もHレベルとなるため、MOSトランジスタPQ2が導通し、ビット線BLは両端が電源ノードに結合される。 At the time of data writing, the bit line BL of the non-selected column has the output signal of the inverter IV3 at the H level and the output signal of the NAND gate NG2 at the H level, so that the MOS transistor PQ2 becomes conductive and the bit line BL Line BL is coupled at both ends to the power supply node.
リードアンプ58は、図11に示す構成においては、ビット線BLそれぞれに対応して設けられるセンスアンプ回路78を含む。センスアンプ回路78は、ビット線BLの電圧と読出基準電圧VREFRとを比較する比較回路CMPと、デコード制御回路73に含まれるOR回路OG1の出力信号とYアドレスデコード回路74に含まれるANDゲートG4の出力信号を受け、比較回路CMPを活性化するセンス活性化信号ENを生成するANDゲートG5を含む。
In the configuration shown in FIG. 11, read
データ読出時においては、デコード回路74のNANDゲートNG2の出力信号はHレベルである。したがって、ビット線ドライブ回路76において、NOR回路NRK1の出力信号はLレベルとなり、MOSトランジスタNQ2が非導通状態となる。また、データ読出時、ORゲートOG1の出力信号はHレベルとなり、インバータIV3の出力信号がLレベルとなる。応じて、NAND回路NK1の出力信号がHレベルとなり、MOSトランジスタPQ2が非導通状態となる。
At the time of data reading, the output signal of NAND gate NG2 of
データ読出時においては、ビット線BLは、その一端が電源ノードに結合されて、ビット線ドライブ回路76が出力ハイインピーダンス状態となる。このビット線BLを流れる電流量は、メモリセルMCの可変抵抗素子VRおよび図示しないアクセストランジスタを介して放電される電流量により決定される。センスアンプ回路78において、このビット線BLの電圧を読出基準電圧VREFRと比較することにより、この選択メモリセルMCの記憶データを読出すことができる。
At the time of data reading, one end of bit line BL is coupled to the power supply node, and bit
なお、センスアンプ回路78は、比較回路CMPが非活性状態のとき、出力ハイインピーダンス状態とされ、選択列のビット線からのデータ読出には悪影響は及ぼさない。
Note that the
比較器66は、センスアンプ回路78の出力信号をラッチする出力データラッチ67の出力信号と入力データラッチ65にラッチされる入力データとを受けるEXORゲートEGを含む。このEXORゲートEGは、不一致検出ゲートであり、出力データラッチ67および入力データラッチ65のラッチデータの論理値が異なるとき、その出力信号P/FをHレベルに設定する。
なお、出力データラッチ67は、外部へデータを読出す読出モード時においては、このセンスアンプ回路78から読出されたデータを、外部読出データDOとして出力する。この出力データラッチ67の内部読出および外部読出の経路切換は、その経路は明確に示していないが、タイミングジェネレータ64により実行される。
Output data latch 67 outputs the data read from
比較器66の出力信号P/Fはまた、タイミングジェネレータ64に与えられる。タイミングジェネレータ64は、コマンドデコーダ62からの動作モード指示信号とベリファイ結果指示信号P/Fとに従って、書込シーケンスを設定する。
The output signal P / F of the
なお、コマンドデコーダ62およびアドレスラッチ69は、図10に示す構成に対応するため、その詳細説明は繰返さない。
Since
図12は、図11に示すトグルMRAMのデータ書込時の動作を示すタイミング図である。以下、図12を参照して、図11に示すトグルMRAMのデータ書込動作について説明する。 FIG. 12 is a timing chart showing an operation at the time of data writing of the toggle MRAM shown in FIG. Hereinafter, the data write operation of the toggle MRAM shown in FIG. 11 will be described with reference to FIG.
データ書込時、入力データラッチ65へ書込データが与えられるとともに、コマンドデコーダ62に書込指示(ライトコマンド)が与えられる。アドレスラッチ69には、書込アドレスが与えられる。この書込指示に従ってコマンドデコーダ62が書込指示信号Writeを活性状態に設定する。読出指示信号Readは、非活性状態(Lレベル)である。
At the time of data writing, write data is given to the input data latch 65 and a write instruction (write command) is given to the
メモリ装置は、トグルMRAMであり、データ反転を防止して誤データの書込を防止するために、書込アドレスに従って、書込対象のメモリセルの記憶データの読出が一回目の書込前に実行される。タイミングジェネレータ64は、このプレリード時、ベリファイリード活性化信号VFRENを活性化する。応じて、デコード制御回路73において、ORゲートOG1の出力信号がHレベルとなる。この状態においては、ビット線ドライブ回路72は、出力ハイインピーダンス状態である。図示しないワード線ドライブ回路により、アドレスラッチ69から与えられるXアドレス信号XADDに従ってワード線が選択状態へ駆動される。次いで、Yアドレス信号YADDに従って、Yデコード回路74のANDゲートG4の出力信号がHレベルとなる。応じて、センス活性化信号ENが活性化され、センスアンプ回路78が、ビット線BLを流れる電流に応じた電圧と読出基準電圧VREFRとを比較し、その比較結果に従って内部読出データを生成する。
The memory device is a toggle MRAM, and in order to prevent data inversion and to prevent erroneous data from being written, the storage data in the memory cell to be written is read before the first writing in accordance with the write address. Executed. The
このセンスアンプ回路78から読出された書込対象のメモリセルの記憶データと外部からの書込データの論理値が不一致の場合には、比較器66の出力信号P/FはHレベルである。応じて、デコード回路70および74において、NANDゲートG1およびG3がイネーブルされる。また、タイミングジェネレータ64は、このHレベルのベリファイ結果指示信号P/Fに従って、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込ビット線駆動信号W_BLを順次活性化する。
When the stored data of the memory cell to be written read from
書込ディジット線駆動信号W_DLのHレベル期間、Xデコード回路70およびディジット線ドライブ回路72により、対応のディジット線DLに電源ノードから接地ノードへ電流が流れる。また、ビット線BLに対しては、Yデコード回路74およびビット線ドライブ回路76により、書込ビット線駆動信号W_BLに従って放電が行なわれる。
During the H level period of write digit line drive signal W_DL, current flows from the power supply node to the ground node through corresponding digit line DL by
この書込が完了すると、再び、タイミングジェネレータ64が、ベリファイリード活性化信号VFRENを活性化する。この場合においても、メモリセルMCへの書込不良が生じ、書込データとメモリセルの記憶データの論理値が不一致の場合には、ベリファイ結果指示信号P/FはHレベルである。したがって、再び、タイミングジェネレータ64は、駆動信号W_DLおよびW_BLを順次活性化する。
When this writing is completed, the
この2回目の書込完了後、再び、データが正確に書込まれたかの判定を行うライトベリファイ動作が行なわれる。メモリセルに正常に書込が行なわれた場合、出力データラッチ67からの読出データおよび入力データラッチ65からの入力データの論理値が一致し、比較器66の出力するベリファイ結果指示信号P/FがLレベルとなる。この場合には、タイミングジェネレータ64は、書込を完了する。次いで、書込指示信号Writeが非活性状態へ駆動される。
After the completion of the second writing, a write verify operation is performed again to determine whether data has been written correctly. When the memory cell is normally written, the read data from output data latch 67 and the logical value of the input data from input data latch 65 match, and verify result instruction signal P / F output from
一方、このライトベリファイ動作において書込が不良と判定されると、再度書込が実行される。この書込およびライトベリファイがデータが正常に書き込まれるかまたは所定の書込試行条件が満たされるまで、繰り返し実行される。書込試行条件については、後に詳細に説明する。 On the other hand, if it is determined that writing is defective in this write verify operation, writing is executed again. This writing and write verify are repeatedly executed until the data is normally written or a predetermined write trial condition is satisfied. The write trial condition will be described later in detail.
なお、比較器66において、ベリファイ結果指示信号P/Fは、初期状態(スタンバイ状態)において、Hレベルに維持される構成が用いられてもよい。出力データラッチ67および入力データラッチ65のリセット値が、初期論理値が異なる値に設定されていればよい。
In the
なお、図12においては、1ビットデータの書込シーケンスを示している。たとえばバースト書込のように1つの書込指示に従って複数アドレスに順次データを書込む場合、アドレスラッチ69が、最初に与えられたアドレスADD(図10参照)を取込み、その先頭アドレスから順次書込アドレスを更新して、データの書込が行なわれてもよい。この場合、各アドレスごとに、プレリードおよびライトベリファイを実行する。
FIG. 12 shows a 1-bit data write sequence. For example, when data is sequentially written to a plurality of addresses according to one write instruction as in burst write, the
図13は、1つのワード線WLに関連する部分の構成の一例を示す図である。Xデコーダ50は、ワード線WLそれぞれに対して設けられるXアドレスデコード回路80を含む。Xアドレスデコード回路80は、Xアドレス信号XADDを受けるANDゲートG6と、図11に示すワード線制御回路に含まれるORゲートOG1の出力信号とANDゲートG6の出力信号を受けるNANDゲートNG3を含む。このANDゲートG6は、AND型デコード回路であり、Xアドレス信号XADDにより対応のワード線が指定されたときに、Hレベルの信号を出力する。NANDゲートNG3は、したがって、データ読出時、選択時にLレベルの信号を出力する。対応のワード線WLが非選択状態のときには、このXデコード回路80の出力信号はHレベルとなる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a portion related to one word line WL.
DLドライバ/WLドライバ52においては、ワード線WLそれぞれに対応してワード線ドライブ回路82が設けられる。このワード線ドライブ回路82は、NANDゲートNG3の出力信号を各ゲートに受けるPチャネルMOSトランジスタPQ3およびNチャネルMOSトランジスタNQ3を含む。このワード線WLには、対応の行のメモリセルMCのアクセストランジスタTRSのゲートが接続される。図13においては、1ビットのメモリセルを代表的に示す。
In the DL driver /
ワード線ドライブ回路82においては、Xアドレスデコード回路80の出力信号がLレベルのときに、PチャネルMOSトランジスタPQ3が導通し、ワード線WLを電源電圧レベルへ駆動する。応じて、メモリセルMCにおいてアクセストランジスタTRSが導通し、ビット線BLから可変抵抗素子VRを介してソース線(接地ノード)に至る電流が流れる経路が形成される。
In word
非選択状態においては、Xアドレスデコード回路80の出力信号はHレベルであり、ワード線WLは、MOSトランジスタNQ3により接地電圧レベルに維持される。この状態においては、メモリセルMCにおいてアクセストランジスタTRSは非導通状態であり、可変磁気抵抗素子(MTJ素子)を介して電流が流れる経路は、遮断される。
In the non-selected state, the output signal of X
この図13に示すような、ワード線ドライブ回路およびXアドレスデコード回路を利用することにより、データ読出時、メモリセルMCを介して、可変抵抗値VRの抵抗値に応じた電流を流すことができる。 By using the word line drive circuit and the X address decode circuit as shown in FIG. 13, a current corresponding to the resistance value of variable resistance value VR can be passed through memory cell MC during data reading. .
[変更例1]
図14は、この発明の実施の形態1の変更例1に従うトグルMRAMの書込・読出部の構成を概略的に示す図である。図14において、ビット線BL0−BLnそれぞれに対し、読出ゲートRG0−RGnが設けられ、また、書込列選択ゲートWG0−WGnが設けられる。読出列選択ゲートRG0−RGnは、それぞれ、読出列選択信号RCSL0−RCSLnの活性化時導通状態となる。書込列選択ゲートWG0−WGnは、それぞれ、書込列選択信号WCSL0−WCSLnの活性化時導通状態となる。
[Modification 1]
FIG. 14 schematically shows a structure of a write / read unit of the toggle MRAM according to the first modification of the first embodiment of the present invention. 14, read gates RG0-RGn are provided for bit lines BL0-BLn, and write column select gates WG0-WGn are provided. Read column select gates RG0-RGn are rendered conductive when read column select signals RCSL0-RCSLn are activated. Write column select gates WG0-WGn are rendered conductive when write column select signals WCSL0-WCSLn are activated.
読出列選択ゲートRCSL0−RCSLnは共通に、内部読出データ線ROLに結合される。書込列選択ゲートWG−WGnは共通に、内部書込データ線WILに結合される。この読出列選択信号RCSL0−RCSLnは、データ読出時、Yアドレス信号YADDに従って生成される。書込列選択信号WCSL0は、データ書込時、Yアドレス信号YADDに従って生成される。 Read column select gates RCSL0-RCSLn are commonly coupled to internal read data line ROL. Write column select gates WG-WGn are commonly coupled to internal write data line WIL. Read column selection signals RCSL0-RCSLn are generated in accordance with Y address signal YADD during data reading. Write column select signal WCSL0 is generated in accordance with Y address signal YADD during data writing.
内部読出データ線ROLに対してリードアンプ90が設けられ、内部書込データ線WILに対してライトドライバ92が設けられる。
Read
リードアンプ90は、図11に示すセンスアンプ回路78と同様の構成を備える。ライトドライバ92も、図11に示すビット線ドライブ回路と同様の構成を備える。これらのリードアンプ90およびライトドライバ92の動作は、図11に示すデコード制御回路73の出力信号に従って行なわれる(Yアドレス信号YADDを受けるゲートG4の出力信号が常時選択状態に設定されればよい)。
The
この図14に示す構成の場合、ビット線BL0−BLnそれぞれに対して、センスアンプ回路およびビット線ドライブ回路を設ける必要がなく、レイアウト面積が低減される。 In the configuration shown in FIG. 14, it is not necessary to provide a sense amplifier circuit and a bit line drive circuit for each of bit lines BL0 to BLn, and the layout area is reduced.
データの書込および読出動作は、図11に示すトグルMRAMと同様に行なわれる。選択列に対応する読出列選択ゲートRCSLiおよび書込列選択ゲートWCSLiが読出時および書込時にYアドレス信号に従って選択状態へ駆動される。 Data write and read operations are performed in the same manner as the toggle MRAM shown in FIG. Read column select gate RCSLi and write column select gate WCSLi corresponding to the selected column are driven to the selected state according to the Y address signal at the time of reading and writing.
なお、この図14に示す構成において、リードアンプ90が、ビット線BL0−BLnに共通に設けられ、ライトドライバ92は、ビット線BL0−BLnそれぞれ対して1対1で設けられてもよい。内部書込データ線WILの配線抵抗が、ビット線書込電流に及ぼす影響を回避することができ、正確にビット線書込電流を生成することができる。
In the configuration shown in FIG. 14, the
また、ディジット線に対しては、ワード線ドライブ回路と同様、ディジット線ドライブ回路が個々に設けられる。 In addition, digit line drive circuits are individually provided for digit lines in the same manner as word line drive circuits.
[変更例2]
図15は、この発明の実施の形態1の変更例2に従うスピン注入型MRAMの全体の構成を概略的に示す図である。図15に示すスピン注入型MRAMにおいて、メモリセルアレイ22においては、メモリセルMCが行列状に配列され、メモリセル行それぞれに対応してワード線WLおよびディジット線DLが設けられる。また、メモリセルMCの各列に対応してビット線BLおよびソース線SLが設けられる。
[Modification 2]
FIG. 15 is a diagram schematically showing an overall configuration of the spin injection MRAM according to the second modification of the first embodiment of the present invention. In the spin injection MRAM shown in FIG. 15, in the
スピン注入型MRAMにおいては、スピン注入によりメモリセルの磁化方向を設定するため、特にディジット線DLは設けることは要求されない。しかしながら、このディジット線DLの電流により、可変磁気抵抗素子(MJT素子)VRの磁化困難軸方向に磁場を印加することにより、磁場反転を補助する。スピン注入型MRAMにおいては、可変磁気抵抗素子VRの磁化容易軸および磁化困難軸は、それぞれビット線およびワード線と平行に配置される。 In the spin injection MRAM, since the magnetization direction of the memory cell is set by spin injection, it is not particularly necessary to provide the digit line DL. However, the reversal of the magnetic field is assisted by applying a magnetic field in the direction of the hard axis of the variable magnetoresistive element (MJT element) VR by the current of the digit line DL. In the spin injection MRAM, the easy magnetization axis and the hard magnetization axis of the variable magnetoresistive element VR are arranged in parallel with the bit line and the word line, respectively.
このMRAMにおいては、ビット線BLとソース線SLの間に電流を流すため、書込系回路20において、ソース線デコーダ100およびソース線ドライバ102が設けられる。ソース線ドライバ102およびビット線ドライバ56は、入力データの論理値に従って、ビット線BLおよびソース線SLの間を流れる電流の方向を決定する。
In this MRAM, a
この書込制御回路24において、トグルMRAMと同様、コマンドデコーダ112、タイミングジェネレータ114および比較器116が設けられる。
In the
スピン注入型MRAMにおいては、書込前のプレリードは必要ない。コマンドデコーダ112は、比較器116における判定結果を1回目の書込時に無効として書込を行なわせるため、比較無効化信号1st_Writeをさらに生成する。この信号1st_Writeにより、1回目のデータ書込期間中は、比較器116の比較結果は無効とされ、書込データおよび書込対象のメモリセルの記憶データの論理値にかかわらず、書込が行なわれる。しかしながら、スピン注入型MRAMにおいても、プレリードを行なう場合には、この信号1st_Writeを発生する必要はなく、トグルMRAMと同様の書込シーケンスを行なう。同一構成の書込制御回路をトグルMRAMおよびスピン注入型MRAMにおいて適用することが可能となる。
In the spin injection type MRAM, pre-reading before writing is not necessary. The
タイミングジェネレータ114は、書込ビット線駆動信号W_BLに限って、書込パルス信号W_PULSEを生成する。この書込パルス信号W_PULSEにより、書込時間が設定される。
The
この図15に示すMRAMの他の構成は、図10に示すトグルMRAMの構成と同じであり、対応する部分には、同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。 The other configuration of the MRAM shown in FIG. 15 is the same as the configuration of the toggle MRAM shown in FIG. 10, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
図16は、図15に示すスピン注入型MRAMの1つのビット線BLと1つのディジット線DLと1つのソース線SLに関連する部分の構成をより具体的に示す図である。スピン注入型MRAMにおいては、書込データの論理値に従ってビット線BLおよびソース線SLの間に流れる電流の方向が異なる。1回目のデータ書込時において、プレリードを停止するために、比較器116においては、EXORゲートEGの出力信号と比較無効化信号1st_Writeとを受けるORゲートOG2がさらに設けられる。ORゲートOG2からベリファイ結果指示信号P/Fが出力される。
FIG. 16 is a diagram more specifically showing a configuration of a portion related to one bit line BL, one digit line DL, and one source line SL of the spin injection MRAM shown in FIG. In the spin injection type MRAM, the direction of current flowing between the bit line BL and the source line SL differs according to the logical value of the write data. In the first data writing, in order to stop pre-reading, the
デコード制御回路73においては、書込データの論理値に応じてビット線電流の方向を変化させるために、入力データラッチ65からの入力データと比較器116からのベリファイ結果指示信号P/Fを受けるANDゲートG7が、さらに設けられる。このANDゲートG7の出力信号が、ANDゲートG3へ与えられる。ANDゲートG3は、書込ビット線駆動信号W_BLに代えて、書込パルス信号W_PULSEを受ける。ビット線ドライバ56に設けられるビット線ドライブ回路76およびYデコーダ54に設けられるYアドレスデコード回路74の構成は、先の図10に示すトグルMRAMの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
また、ディジット線DLをドライブするディジット線ドライバに含まれるディジット線ドライブ回路72およびXデコーダ50に含まれるディジット線デコード回路70の構成も、図10に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
The configuration of the digit
ソース線デコーダ100は、ソース線SLそれぞれに対応して設けられるソース線デコード回路122と、ソース線SLに共通に設けられるソース線デコード制御回路120とを含む。ソース線デコード制御回路120は、入力データラッチ65のラッチデータを反転するインバータIV4と、書込ベリファイ結果指示信号P/FとインバータIV4の出力信号とを受けるANDゲートG8を含む。書込データがLレベルであり、かつ書込ベリファイ結果指示信号P/FがHレベルであり書込不良が示されるときに、ANDゲートG8は、Hレベルの信号を生成する。
ソースデコード制御回路120は、さらに、書込パルス信号W_PULSEとANDゲートG8の出力信号と書込指示信号Writeを受けるANDゲートG9と、読出指示信号Readとベリファイリード活性化信号VFRENと受けるORゲートOG3と、これらのゲートOG3およびG9の出力信号受けるORゲートOG4を含む。データ書込を行なうときに、書込パルス信号W_PLUSEの活性化期間、ANDゲートG9は、Hレベルの信号を出力する。ORゲートOG3は、ビット線デコード制御回路73に含まれるORゲートOG1と同じ機能を有し、データの読出を行なうときにHレベルの信号を出力する。このORゲートOG3を利用することにより、データ読出時において、ソース線SLを接地ノードに結合し、ビット線BLからソース線SLへ電流が流れる経路を形成する。
Source
ソース線デコード回路122は、Yアドレス信号YADDを受けるANDゲートG10と、ORゲートOG4の出力信号とANDゲートG10の出力信号とを受けるNANDゲートNG4を含む。ANDゲートG10は、AND型デコード回路として機能し、Yアドレス信号YADDが対応の列を指定するときに、Hレベルの信号を出力する。
Source
ソース線ドライバ102は、ソース線SLそれぞれに対応して設けられるソース線ドライブ回路124を含む。
このソース線ドライブ回路124は、各々NANDゲートNG4の出力信号を受けるインバータ回路IVK3およびIVK4と、インバータ回路IVK3の出力信号がLレベルのときに対応のソース線SLを電源ノードに結合するPチャネルMOSトランジスタPQ4と、インバータ回路IVK4の出力信号がHレベルのときに対応のソース線SLを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQ4を含む。
Source
インバータ回路IVK3は、電源電圧をハイ側電源電圧として受ける。インバータ回路IVK4は、基準電圧Vrefをハイ側電源電圧として受ける。したがって、NチャネルMOSトランジスタNQ4が導通するとき、ソース線SLを介して接地ノードに流れる電流量が、基準電圧Vrefにより制御される。 Inverter circuit IVK3 receives the power supply voltage as a high-side power supply voltage. Inverter circuit IVK4 receives reference voltage Vref as a high-side power supply voltage. Therefore, when N channel MOS transistor NQ4 conducts, the amount of current flowing to the ground node via source line SL is controlled by reference voltage Vref.
ソース線デコーダ100およびソース線ドライバ102において、データ書込時には、以下の動作が行なわれる。まず、ベリファイ結果指示信号P/FがLレベルであり、正常書込が示されたときには、ANDゲートG8の出力信号がLレベルとなり、応じてANDゲートG9の出力信号もLレベルとなる。データ書込時、読出指示信号Readおよびベリファイリード活性化信号VFRENもともにLレベルである。この状態においては、ORゲートOG4の出力信号がLレベルとなり、NANDゲートNG4の出力信号がHレベルとなる。したがって、ソース線ドライブ回路124において、MOSトランジスタPQ4が導通状態、MOSトランジスタNQ4が非導通状態となる。これにより、ソース線SLは、電源ノードに結合される。
In the
このときには、ビット線デコーダにおいても、ANDゲートG7の出力信号がLレベルであり、応じて、NANDゲートNG2の出力信号がHレベルとなる。ORゲートOG1の出力信号はLレベルである。したがって、NAND回路NK1の出力信号がLレベル、NOR回路NRK1の出力信号がLレベルとなる。これにより、ビット線BLが、電源電圧レベルに維持される。 At this time, also in the bit line decoder, the output signal of AND gate G7 is at L level, and accordingly, the output signal of NAND gate NG2 is at H level. The output signal of the OR gate OG1 is at L level. Therefore, the output signal of the NAND circuit NK1 becomes L level and the output signal of the NOR circuit NRK1 becomes L level. Thereby, the bit line BL is maintained at the power supply voltage level.
スタンバイ状態または非選択状態のときには、Yアドレス信号YADDは、対応のビット線BLおよびソース線SLを指定しない。したがって、ビット線デコード回路74において、NANDゲートNG2の出力信号がHレベルとなり、MOSトランジスタNQ2が非導通状態となる。また、ORゲートOG1の出力信号がLレベルであり、したがって、インバータ回路IV3の出力信号がHレベルである。応じて、NAND回路NK1の出力信号がLレベルとなり、MOSトランジスタPQ2が導通し、ビット線BLは電源電圧レベルに維持される。ソース線についても同様、NANDゲートNG4の出力信号がHレベルとなり、MOSトランジスタPQ4が導通状態、MOSトランジスタNQ4が非導通状態となる。したがって、ソース線SLも電源電圧レベルに維持される。
In a standby state or a non-selected state, Y address signal YADD does not specify corresponding bit line BL and source line SL. Therefore, in bit
ワード線選択のデコード回路およびワード線ドライブ回路の構成は、図13に示す構成と、ワード線デコード回路80が書込時および読出時にXアドレスデコード動作を行うことを除いて同じ構成である。すなわち、図13に示す構成においてORゲートOG1が、用いられない。
The configuration of the word line selection decoding circuit and the word line drive circuit is the same as that shown in FIG. 13 except that the word
データ書込時において、ベリファイ結果指示信号P/FはHレベルである。この場合、ビット線BLおよびソース線SLの電位は、入力データラッチ65からの書込データの論理レベルに応じて異なる。 At the time of data writing, verify result instruction signal P / F is at the H level. In this case, the potentials of bit line BL and source line SL differ depending on the logic level of the write data from input data latch 65.
(1) Hデータの書込:
この場合には、まずビット線については、ANDゲートG7の出力信号がHレベルとなる。書込時、書込パルス信号W_PULSEに従ってANDゲートG3の出力信号がHレベルとなり、応じて、NANDゲートNG2の出力信号がLレベルとなる。ここで、対応のビット線が選択される場合を想定する。応じて、NAND回路NK1の出力信号がHレベルとなり、MOSトランジスタPQ2が非導通状態となる。ORゲートOG1の出力信号は、データ書込時Lレベルであり、NOR回路NRK1の出力信号はHレベルとなる。応じて、MOSトランジスタNQ2が導通し、ビット線BLが、MOSトランジスタNQ2を介して接地ノードに結合される。
(1) Writing H data:
In this case, first, for the bit line, the output signal of the AND gate G7 becomes H level. At the time of writing, the output signal of AND gate G3 becomes H level according to write pulse signal W_PULSE, and accordingly, the output signal of NAND gate NG2 becomes L level. Here, it is assumed that the corresponding bit line is selected. Accordingly, the output signal of NAND circuit NK1 attains H level, and MOS transistor PQ2 is turned off. The output signal of OR gate OG1 is at L level during data writing, and the output signal of NOR circuit NRK1 is at H level. Accordingly, MOS transistor NQ2 is rendered conductive, and bit line BL is coupled to the ground node via MOS transistor NQ2.
一方、ソース線SLについては、インバータIV4の出力信号はLレベルとなり、ANDゲートG8の出力信号がLレベルとなる。したがって、この状態は、非選択状態またはスタンバイ状態と同じであり、ソース線SLはソース線ドライブ回路124により電源ノードに結合される。
On the other hand, for source line SL, the output signal of inverter IV4 is at L level, and the output signal of AND gate G8 is at L level. Therefore, this state is the same as the non-selected state or the standby state, and source line SL is coupled to the power supply node by source
また、ディジット線については、ディジット線ドライブ回路72の出力信号がLレベルとなり、ディジット線DLに電源ノードから接地ノードに電流が流れる。
For the digit line, the output signal of the digit
また、図示しないワード線ドライブ回路に従って対応のワード線が選択状態に駆動され、アクセストランジスタTRSが導通する。したがって、この場合には、ソース線SLからビット線BLへ、電流が流れる。このメモリセルMCに対する書込電流は、ビット線ドライブ回路76に含まれるMOSトランジスタNQ2のゲート電圧、すなわち基準電圧Vrefにより制御される。
Further, the corresponding word line is driven to a selected state according to a word line drive circuit (not shown), and access transistor TRS is turned on. Therefore, in this case, a current flows from the source line SL to the bit line BL. The write current for memory cell MC is controlled by the gate voltage of MOS transistor NQ2 included in bit
(2) Lデータの書込:
この場合には、ビット線については、ANDゲートG7の出力信号がLレベルとなり、応じてNANDゲートNG1の出力信号がHレベルとなる。従って、スタンバイ状態と同様、ビット線ドライブ回路76においてMOSトランジスタPQ2が導通し、ビット線BLが電源ノードに結合される。
(2) Writing L data:
In this case, for the bit line, the output signal of AND gate G7 is at L level, and accordingly, the output signal of NAND gate NG1 is at H level. Therefore, as in the standby state, MOS transistor PQ2 is turned on in bit
このLデータ書込の場合においても、ワード線WLがHレベルに駆動され、また、ディジット線DLが選択状態に駆動され、ディジット線電流が流れる。 Also in the case of the L data writing, the word line WL is driven to the H level, the digit line DL is driven to the selected state, and the digit line current flows.
一方、ソース線については、インバータIV4の出力信号がHレベルとなり、応じて、ANDゲートG8の出力信号がHレベルとなる。書込パルス指示信号W_PULSEがHレベルとなると、NANDゲートNG4の出力信号がHレベルとなる。応じて、ソース線ドライブ回路124において、MOSトランジスタNQ4が導通状態、MOSトランジスタPQ4が非導通状態となる。したがって、この状態においては、ビット線BLからソース線SLに電流が流れる。このとき、メモリセルMCを介して流れる電流量は、ソース線ドライブ回路124のインバータIVK4のハイ側電源電圧、すなわち基準電圧Vrefにより制御される。
On the other hand, for the source line, the output signal of inverter IV4 becomes H level, and accordingly, the output signal of AND gate G8 becomes H level. When write pulse instruction signal W_PULSE becomes H level, the output signal of NAND gate NG4 becomes H level. Accordingly, in source
データ読出時においては、ビット線について、ORゲートOG1の出力信号がHレベルとなり、応じて、NOR回路NRK1の出力信号がLレベルとなる。インバータIV3の出力信号がLレベルとなり、応じて、NAND回路NK1の出力信号がHレベルとなる。これにより、MOSトランジスタPQ2が非導通状態となる。すなわち、データ読出時、ビット線ドライブ回路76は、出力ハイインピーダンス状態となる。
At the time of data reading, for the bit line, the output signal of OR gate OG1 becomes H level, and accordingly, the output signal of NOR circuit NRK1 becomes L level. The output signal of inverter IV3 becomes L level, and accordingly, the output signal of NAND circuit NK1 becomes H level. As a result, MOS transistor PQ2 is turned off. That is, when reading data, bit
一方、ソース線については、ソース線デコード制御回路120において、ORゲートOG3の出力信号がHレベルとなる。応じて、ソース線デコード回路122において、ORゲートOG4の出力信号がHレベルとなり、NANDゲートNG4の出力信号がLレベルとなる。応じて、ソース線ドライブ回路124において、MOSトランジスタNQ4が導通状態、MOSトランジスタPQ4が非導通状態となる。したがって、ソース線SLが接地ノードに結合される。
On the other hand, for the source line, in the source line
データ読出時、選択列のビット線を図示しない接続ゲートを用いて、電源ノードに結合することにより、ビット線BLからソース線SLに電流が流れ、その残りの電流が、センスアンプ回路78へ与えられて、比較動作が行なわれる。この場合、センスアンプ回路78が電流源を有し、リード活性化信号の活性化に従って、この電流源の電流を選択ビット線へ供給するように構成されてもよい。
At the time of data reading, the bit line of the selected column is coupled to the power supply node using a connection gate (not shown), whereby a current flows from the bit line BL to the source line SL, and the remaining current is applied to the
したがって、この図16に示すようなスピン注入型MRAMにおいても、比較器116を利用することにより、データ書込後、書込が正常に行なわれたかのベリファイ動作を行なうことができる。
Therefore, also in the spin injection type MRAM as shown in FIG. 16, by using
なお、選択列かつ非選択行のメモリセルにおいては、アクセストランジスタTRSが非導通状態であり、ビット線BLとソース線SLの間の電流が流れる経路は遮断される。選択行かつ非選択列のメモリセルにおいては、ビット線BLおよびソース線SLが同じ電源電圧レベルに維持され、同様、電流は流れない。 In the memory cell in the selected column and non-selected row, access transistor TRS is non-conductive, and the path through which current flows between bit line BL and source line SL is blocked. In the memory cell of the selected row and the non-selected column, the bit line BL and the source line SL are maintained at the same power supply voltage level, and similarly, no current flows.
図17は、この図16に示すスピン注入型MRAMのデータ書込時の動作を示すタイミング図である。以下、図17を参照して、図16に示すスピン注入型MRAMのデータ書込時の動作について簡単に説明する。 FIG. 17 is a timing chart showing an operation at the time of data writing of the spin injection MRAM shown in FIG. Hereinafter, with reference to FIG. 17, an operation at the time of data writing of the spin injection type MRAM shown in FIG. 16 will be briefly described.
コマンドデコーダ112は、パッドPADを介して与えられる書込指示コマンドに従って書込指示信号Writeを活性状態へ駆動する。このとき、また、コマンドデコーダ112は、比較無効化信号1st_Writeを活性状態へ駆動する。
タイミングジェネレータ114は、このコマンドデコーダ112からの書込指示に従って、所定のタイミングで、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込パルス信号W_PULSEを活性状態へ駆動する。コマンドデコーダ112からの比較無効化信号1st_Writeの活性化に従って、比較器116からのベリファイ結果指示信号P/FはHレベルに固定される。
したがって、ディジット線DLにディジット線デコード回路70およびディジット線ドライバ72の出力信号により電流が流れ、補助磁場が生成される。また、ビット線については、ビット線デコード回路74、ビット線デコード制御回路73およびビット線ドライバ76により、選択列に対応するビット線BLが、書込データ(入力データラッチ65から与えられる)の論理値に応じて電源ノードまたは接地ノードへ結合される。非選択列のビット線BLは、電源電圧レベルに対応のビット線ドライブ回路76により維持される。
Therefore, a current flows through the digit line DL by the output signals of the digit
同様、ソース線SLについても、選択列のソース線は、ソース線デコード回路122、ソース線デコード制御回路120およびソース線ドライブ回路124により、書込データの論理値に応じて、接地ノードまたは電源ノードに結合される。非選択列のソース線SLは、ソース線ドライブ回路124により、電源ノードに結合される。
Similarly, for the source line SL, the source line of the selected column is connected to the ground node or the power supply node by the source
この状態で、ビット線およびソース線SLの間に、書込データの論理値に応じた方向に電流が流れ、選択メモリセルMCに対するデータの書込が実行される。 In this state, a current flows between the bit line and the source line SL in a direction corresponding to the logical value of the write data, and data is written to the selected memory cell MC.
所定期間が経過すると、書込ディジット線活性化信号W_DLおよび書込パルス信号W_PULSEが非活性状態(Lレベル)へ駆動される。この書込ディジット線活性化信号W_DLは、選択メモリセルMCの可変磁気抵抗素子VRの磁化方向の変化を補助するだけであり、書込パルス信号W_PULSEよりも早いタイミングで非活性状態に駆動されてもよい。図17においては、この書込ディジット線活性化信号W_DLの非活性化タイミングは、時間的にある幅を有しても良いように、両方向矢印でリセット期間を示す。 When the predetermined period elapses, write digit line activation signal W_DL and write pulse signal W_PULSE are driven to an inactive state (L level). This write digit line activation signal W_DL only assists in changing the magnetization direction of the variable magnetoresistive element VR of the selected memory cell MC, and is driven to an inactive state at a timing earlier than the write pulse signal W_PULSE. Also good. In FIG. 17, the deactivation timing of write digit line activation signal W_DL indicates a reset period with a double-pointed arrow so that it may have a certain width in time.
この書込が完了すると(書込パルス信号W_PULSEが非活性化されると)、比較無効化信号1st_WriteがLレベルに駆動される。また、タイミングジェネレータ114が、この書込後、ベリファイ活性化信号VFRENを所定期間活性状態へ駆動する。このベリファイ活性化信号VFRENが活性化されると、ビット線ドライブ回路76において、PチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタNQ2がともに非導通状態となり、出力ハイインピーダンス状態となる。また、ソース線ドライブ回路124においても、選択列のソース線SLは、NチャネルMOSトランジスタNQ4を介して接地ノードに結合される。なお、図示しないワード線ドライブ回路により、ワード線WLが選択状態へ駆動され、アクセストランジスタTRSが導通する。これにより、ビット線BLとソース線SLの間に電流が流れる経路が形成される。
When this writing is completed (when write pulse signal W_PULSE is deactivated), comparison invalidation signal 1st_Write is driven to the L level. Further, after this writing, the
センスアンプ回路78からの供給電流(図示せず)または読出時にビット線BLを電源ノードに接続するゲート回路を介してビット線に電流が流れる。このビット線電流は、メモリセルMCの記憶データに応じて変化する。ビット線BLの電圧変化または電流変化をセンスアンプ回路78でセンスする。ここで、センスアンプ回路78は、そのセンス活性化信号ENの活性化により活性化される(選択列についてのみ)。
A current flows through the bit line via a supply current (not shown) from the
書込不良の場合には、比較器116からのベリファイ結果指示信号P/FはHレベルである。したがって、このベリファイ結果信号VRFENが非活性化されると、再び、タイミングジェネレータ114は、書込ディジット線活性化信号W_DLおよび書込パルス信号W_PULSEを所定のシーケンスで活性状態へ駆動し、再び、メモリセルMCに対する再書込を実行する。
In the case of writing failure, verify result instruction signal P / F from
再び、書込後のベリファイ動作が実行される。このベリファイ活性化信号VRFENによりベリファイ動作が行なわれたとき、書込が正常に行なわれたときには、比較器116からのベリファイ結果指示信号P/FはLレベルとなる。これにより、タイミングジェネレータ114は、書込指示信号Writeを非活性化する信号をコマンドデコーダ112へ与え、データの書込が完了する。この場合、スタンバイ状態であり、ビット線BLおよびソース線SLが電源電圧レベルにビット線ドライブ回路76およびソース線ドライブ回路124により維持される。従って、ディジット線DLも、ディジット線ドライブ回路72により、電源電圧レベルに維持される。
The verify operation after writing is executed again. When the verify operation is performed by the verify activation signal VRFE, when the write is normally performed, the verify result instruction signal P / F from the
このスタンバイ状態峙において、比較器116からのベリファイ結果指示信号P/Fは、初期状態に設定されればよい。
In this standby state, the verification result instruction signal P / F from the
タイミングジェネレータ114は、たとえばシーケンスコントローラで構成され、コマンドデコーダ112からの書込指示信号または読出指示信号に従って所定のシーケンスで、書込パルス信号W_PULSEおよび書込ディジット線活性化信号W_DLおよびベリファイ活性化信号VFRENを生成する(ベリファイ結果指示信号P/Fの論理レベルを考慮して)。
コマンドデコーダ112は、外部からの与えられるコマンドに従ってパルス信号を生成し、そのパルス信号の非活性化タイミングをタイミングジェネレータ114により規定されることにより、書込指示信号Writeおよび読出指示信号Readを生成することができる。
The
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、磁気メモリ(MRAM)において、データ書込後、書込が正常に行なわれたかのベリファイ動作を実行している。したがって、信頼性の高いデータ書込を実現することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, in the magnetic memory (MRAM), after data writing, a verify operation as to whether writing has been normally performed is executed. Therefore, highly reliable data writing can be realized.
また、MRAMセルは、書込不良の場合には、書込前の初期状態に復帰している。したがって、同一書込条件で再書込を行なっても、熱の電子スピン状態への影響により、再書込の回数を繰返すことにより、書込不良が発生する確率が低下し、確実なデータ書込を保証することができる。このとき、また、後の実施の形態において説明するように、各書換ごとに、書込条件が変更されてもよい。 Further, the MRAM cell returns to the initial state before writing in the case of writing failure. Therefore, even if rewriting is performed under the same writing conditions, the probability of writing failure is reduced by repeating the number of rewriting due to the influence of heat on the electron spin state, and reliable data writing is performed. Can be guaranteed. At this time, as described later in the embodiment, the write condition may be changed for each rewrite.
[実施の形態2]
図18は、この発明の実施の形態2に従うスピン注入型MRAMの書込シーケンスを示すタイミング図である。以下、図18を参照して、この発明の実施の形態2に従うMRAMの書込シーケンスについて説明する。ここで、MRAMとしてトグルMRAMおよびスピン注入型MRAMいずれにおいても、同様の動作が行なわれる(トグルMRAMについては後に説明する)。
[Embodiment 2]
FIG. 18 is a timing diagram showing a write sequence of the spin injection MRAM according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18, a description will now be given of the MRAM write sequence according to the second embodiment of the present invention. Here, the same operation is performed in both the toggle MRAM and the spin injection type MRAM as the MRAM (the toggle MRAM will be described later).
MRAMは、クロック信号CLKに同期して、外部からのコマンドCMDおよびアドレス信号ADを取込む。また、内部の動作サイクルも、このクロック信号CLKにより規定される。 The MRAM takes in the command CMD and the address signal AD from the outside in synchronization with the clock signal CLK. The internal operation cycle is also defined by this clock signal CLK.
時刻T0から始まるサイクルにおいて、コマンドCMDとしてライトコマンドが与えられ、また外部からのアドレス信号ADとしてアドレス信号AD0が与えられる。 In a cycle starting from time T0, a write command is given as the command CMD, and an address signal AD0 is given as the external address signal AD.
このライトコマンドに従って、内部で書込モード指示信号φWがワンショットパルスの形態で生成される。この書込モード指示信号φWに従って書込指示信号Writeが所定期間活性状態となる。この書込指示信号Writeに従って、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込パルス信号W_PULSEが活性化される。第1回目の書込時においては、比較無効化信号1st_Writeが活性化される。 In accordance with this write command, write mode instruction signal φW is internally generated in the form of a one-shot pulse. In accordance with write mode instruction signal φW, write instruction signal Write is activated for a predetermined period. In accordance with write instruction signal Write, write digit line drive signal W_DL and write pulse signal W_PULSE are activated. In the first writing, the comparison invalidation signal 1st_Write is activated.
この書込時、また、外部へはビジー/レディ信号B/RZが発行され、書込中であることが示される。 At the time of writing, a busy / ready signal B / RZ is issued to the outside to indicate that writing is in progress.
次いで、時刻T0から始まるサイクルにおいて、書込が完了すると、書込指示信号Writeが非活性化され、また、比較無効化信号1st_Writeが非活性化される。この書込指示信号Writeの非活性化に応答して、ライトベリファイ活性化信号VFRENが活性化され、書込対象のメモリセルからのデータの読出および書込データと内部読出データとの比較が行なわれる。書込不良の場合、ベリファイ結果指示信号P/Fは、Hレベルである。 Next, in the cycle starting from time T0, when writing is completed, the write instruction signal Write is deactivated, and the comparison invalidation signal 1st_Write is deactivated. In response to the deactivation of write instruction signal Write, write verify activation signal VFREN is activated, and data is read from the memory cell to be written and the write data is compared with the internal read data. It is. In the case of writing failure, verify result instruction signal P / F is at the H level.
時刻T1から始まるサイクルにおいて、このHレベルのベリファイ結果指示信号P/Fに従って再び書込モード指示信号φWがワンショットのパルスの形態で与えられる。これにより、再び、同じアドレスについて書込が実行され、次いで、ライトベリファイ動作が実行される。この時刻T1から始まるサイクルにおいて、外部には、ビジー/レディ信号B/RZは、Hレベルであり、このサイクルの間、外部からのアクセスは禁止される。 In a cycle starting from time T1, write mode instruction signal φW is again applied in the form of a one-shot pulse in accordance with the H level verify result instruction signal P / F. As a result, writing is performed again for the same address, and then a write verify operation is performed. In the cycle starting from time T1, the busy / ready signal B / RZ is externally at H level, and access from the outside is prohibited during this cycle.
ベリファイ結果により、書込が正常に行なわれたことが示されると、ベリファイ結果指示信号P/Fが、Lレベルとなる。応じて、ビジー/レディ信号B/RZがLレベルに設定され、アクセス許可状態に設定される。 If the verify result indicates that the writing has been performed normally, verify result instruction signal P / F attains the L level. In response, busy / ready signal B / RZ is set to the L level, and the access is permitted.
したがって、時刻T2から始まるサイクルにおいて、プロセッサ(またはコントローラ)が、このMRAMに対してアクセス(データの書込または読出)を行なうことができる。 Therefore, in a cycle starting from time T2, the processor (or controller) can access (write or read data) this MRAM.
この図18に示すように、クロック信号CLKに同期して動作する場合、外部へ内部書込期間中、ビジー/レディ信号B/RZを発行することにより、外部のプロセッサ(またはコントローラ)が、MRAMの内部状態を知ることができる。 As shown in FIG. 18, when operating in synchronization with the clock signal CLK, the external processor (or controller) can issue an MRAM by issuing a busy / ready signal B / RZ to the outside during the internal write period. You can know the internal state of.
この書込不良のとき、内部で、書込モード指示信号φWを生成し、等価的に、内部書込コマンドを発行することにより、同じシーケンスで、書込ベリファイ後の再書込時においても書込を実行することができる。 When this write failure occurs, a write mode instruction signal φW is generated internally, and equivalently, an internal write command is issued, so that the same sequence can be written even during rewrite after write verify. Can be executed.
図19は、この発明の実施の形態2に従うスピン注入型MRAMのコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114の構成を概略的に示す図である。このコマンドデコーダ112は、図15に示すスピン注入型MRAMのコマンドデコーダ112に対応する。
FIG. 19 schematically shows structures of
図19において、コマンドデコーダ112は、クロック信号CLKに同期して外部からのコマンドCMDを取込み、ライトコマンドが与えられたかを検出するライトコマンド検出回路202と、ライトコマンド検出回路202の出力信号とタイミングジェネレータ114からの再書込指示信号φWIとを受けるOR回路204と、OR回路204の出力する書込モード指示信号φWに従って書込指示信号Writeを生成する書込活性化回路206を含む。
In FIG. 19, a
ライトコマンド検出回路202は、クロック信号CLKの立上がりで、コマンドCMDがライトコマンドであるかを検出する。コマンドCMDは、複数の信号の論理レベルの組合せで与えられてもよく、また、1つのデコードされた信号として与えられてもよい。このライトコマンド検出回路202は、ライトコマンドを検出すると、ワンショットのパルス信号を生成する。OR回路204は、したがって、外部からのライトコマンドが与えられたとき、またはタイミングジェネレータ210から再書込指示信号φWIが与えられたときに、書込指示信号φWを活性化する。再書込指示信号φWIが、ライトコマンド検出回路202の生成するパルス信号と同程度のパルス幅を有し、この再書込指示信号φWIを、内部書込コマンドとして利用する。
The write
書込活性化回路206は、書込モード指示信号φWの活性化に応答して、所定の時間幅を有するパルス信号を、書込指示信号Writeとして生成する。
Write
コマンドデコーダ112は、さらに書込モード指示信号φWに従って比較無効化信号1st_Writeを生成するプレリード禁止回路208を含む。このプレリード禁止回路208は、書込モード指示信号φWの活性化に従って、書込指示信号Writeと同程度の時間幅を有するワンショットのパルス信号を生成して、1回目の書込時に書込対象のメモリセルからのデータの読出および比較動作を禁止して、書込を実行させる。
タイミングジェネレータ114は、図15に示すタイミングジェネレータ114に相当する。このタイミングジェネレータ114は、コマンドデコーダ200からの書込モード指示信号φWに従って書込制御信号W_DLおよびW_PULSEを生成する書込電流駆動活性化回路211を含む。MRAMが、スピン注入型MRAMであり、この書込電流駆動活性化回路211は、書込ディジット線駆動信号W_DLと書込パルス信号W_PULSEを、書込モード指示信号φWに従って所定のタイミングで生成する。
The
タイミングジェネレータ114は、さらに、コマンドデコーダ112からの書込指示信号Writeの非活性化に応答して、ベリファイリード活性化信号VFRENを生成するベリファイ活性化回路212と、ベリファイ結果指示信号P/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成するビジー信号発生回路213を含む。
The
ベリファイ活性化回路212は、たとえば、ワンショットのパルス信号を発生する回路で構成され、書込指示信号Writeの非活性化への移行に応答して、所定期間、ベリファイリード活性化信号VFRENを活性状態に維持する。
Verify
ビジー信号発生回路213は、書込モード時、ベリファイ結果指示信号P/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成する。ビジー/レディ信号B/RZが、ビジー状態を示すときにHレベルに設定される構成であれば、このビジー信号発生回路213は、バッファ回路で構成される。一方、このビジー/レディ信号B/RZが、ビジー状態のときにLレベルに設定される場合には、ビジー信号発生回路213は、反転回路で構成される。
Busy
ベリファイ結果指示信号P/Fは、スタンバイ状態時、Lレベルに設定される。
タイミングジェネレータ112は、さらに、ベリファイリード活性化信号VFRENの活性化時スルー状態となり、ベリファイ結果指示信号P/Fを通過させるラッチ214と、このラッチ214の出力信号とクロック信号CLKとに従って、再書込指示信号φWIを生成するパルス発生回路215を含む。
Verify result instruction signal P / F is set to L level in the standby state.
Further, the
ラッチ214は、ベリファイリード活性化信号VFRENの非活性化時ラッチ状態になる。パルス発生回路215は、ラッチ214の出力信号がHレベルであれば、クロック信号CLKの立上がりに同期して、ワンショットパルスの形態で内部ライトコマンドとして再書込指示信号φWIを生成する。ベリファイ時においても外部コマンド印加時と同様の動作制御で書込を実行することができる。この内部での書込指示信号の発行時、トグルMRAMにおいては、当然にプレリード動作は停止される。先の書込サイクルにおけるベリファイ動作が再書き込み時のプレリード動作に対応しており、書込サイクルの時間を短縮する。
The
書込が正常に行なわれた場合には、ベリファイ結果指示信号P/FはLレベルとなるため、パルス発生回路215は、パルスを発生しない。これにより、正常に書込が行なわれた次のサイクルで、内部ライトコマンドとして、再書込指示信号φWIが生成されるのを防止することができる。
When writing is performed normally, verify result designating signal P / F is at L level, and
以上のように、内部で書込時、ベリファイ動作を行ない、書込不良のとき、内部でライトコマンドに対応する再書込指示信号を生成している。これにより、確実に、データの書込を行なうことができる。また、外部に、ビジー/レディ信号を発行し、このMRAMの内部状態を外部のプロセッサまたはコントローラに知らせている。これにより、MRAMにおいてデータの再書込が行なわれている期間に、外部からのアクセスを確実に防止することができる。 As described above, a verify operation is performed at the time of internal writing, and a rewrite instruction signal corresponding to the write command is generated internally at the time of writing failure. As a result, data can be reliably written. In addition, a busy / ready signal is issued to notify the external processor or controller of the internal state of the MRAM. Thereby, it is possible to reliably prevent access from the outside during a period in which data is rewritten in the MRAM.
[変更例]
図20は、この発明の実施の形態2の変更例のトグルMRAMのコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の構成を概略的に示す図である。図20において、コマンドデコーダ62は、クロック信号CLKに同期して、外部からのコマンドCMDを取込み書込指示検出信号φWFを生成するライトコマンド検出回路22と、タイミングジェネレータ64からの内部書込検出信号(再書込指示信号)φWIとクロック信号CLKに従って書込指示信号Writeを生成する書込活性化回路224を含む。
[Example of change]
FIG. 20 schematically shows structures of
書込活性化回路224は、再書込指示信号φWIが活性化されると、クロック信号CLKの立下がりに同期して、所定の時間幅の書込指示信号Writeを生成する。
When the rewrite instruction signal φWI is activated, the
タイミングジェネレータ64は、書込指示信号Writeの活性化に従って所定のシーケンスで、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込ビット線駆動信号W_BLを生成する書込電流駆動活性化回路231と、コマンドデコーダ62からの書込検出信号φWFと書込活性化信号Writeに従ってベリファイ活性化信号VFRENを生成するベリファイ活性化回路232を含む。
The
このベリファイ活性化回路232は、書込モード検出信号φWFの活性化または書込指示信号Writeの非活性化に応答して、所定の時間幅を有するワンショットのパルス形態で、ベリファイリード活性化信号VFRENを生成する。このベリファイリード活性化信号VFRENのパルス幅は、内部でデータの読出および内部読出データと書込データの論理の一致判定に要する時間幅である。
This verify
タイミングジェネレータ64は、さらに、ベリファイ結果指示信号P/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成するビジー信号発生回路233と、ベリファイリード活性化信号VFRENの非活性化に応答して、ベリファイ結果指示信号P/Fをラッチするラッチ234と、このラッチ234の出力信号とベリファイリード活性化信号VFRENとに従って内部書込指示信号(再書込指示信号)φWIを生成するパルス発生回路235を含む。
Timing
ビジー信号発生回路233は、書込モード時、ベリファイ結果指示信号P/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成する。このベリファイ結果指示信号P/Fが、スタンバイ状態時にLレベルであれば、ビジー信号発生回路233は、常時、このベリファイ結果指示信号P/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成する。
Busy
ラッチ234は、ベリファイリード活性化信号VFRENのHレベルにあり、内部データ読出が行なわれるときにスルー状態となり、ベリファイリード活性化信号VFRENがLレベルとなり内部読出が完了すると、ラッチ状態となる。
パルス発生回路235は、ベリファイリード活性化信号VFRENの立下がり時においてこのラッチ234の出力信号がHレベルのときに、ワンショットの形態で、内部書込指示信号(再書込指示信号)φWIを生成する。
図21は、図20に示すコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の動作を示すタイミング図である。以下、図21を参照して、この図20に示すコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の動作について説明する。
FIG. 21 is a timing chart showing operations of
時刻T10から始まるサイクルにおいてクロック信号CLKに同期して、コマンドCMDとしてライトコマンドが与えられ、また、アドレス信号ADとして、アドレス信号AD0が与えられる。このライトコマンドに従って、ライトコマンド検出回路222が、ワンショットパルスの形態で書込指示検出信号φWFを生成する。この書込指示検出信号φWFの活性化に従って、ベリファイ活性化回路232がベリファイリード活性化信号VFRENを活性化する。このとき、また、書込指示信号Writeは非活性状態である。内部で、プレリードが行なわれ、書込対象のメモリセルの記憶データと書込データとの論理値の一致/不一致が判定される。この判定結果が不一致の場合、ベリファイ結果指示信号P/FはHレベルである。応じて、ラッチ234の出力信号はHレベルであり、パルス発生回路235が、このベリファイリード活性化信号VFRENの立下がりに同期してワンショットのパルス信号の形態で、再書込指示信号φWIを生成する。
In a cycle starting from time T10, in synchronization with the clock signal CLK, a write command is given as the command CMD, and an address signal AD0 is given as the address signal AD. In accordance with this write command, write
このとき、ビジー/レディ信号B/RZは、ベリファイ結果指示信号P/Fに従って、Hレベルであり、ビジー状態を示す(ビジー信号発生回路233による)。 At this time, the busy / ready signal B / RZ is at the H level according to the verify result instruction signal P / F and indicates a busy state (by the busy signal generation circuit 233).
このワンショットパルスの再書込指示信号φWIに従って書込活性化回路224が、クロック信号CLKの立下がりに同期して、書込指示信号Writeを活性状態へ駆動する。この書込指示信号Writeは、図21においては、クロック信号CLKがLレベルの期間に設定される。しかしながら、この書込指示信号Writeの活性化期間は、クロック信号CLKのLレベル期間よりも短くてもよい。
In accordance with this one-shot pulse rewrite instruction signal φWI, write
この書込指示信号Writeが活性化されると、書込電流駆動活性化回路231が活性化され、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込ビット線駆動信号W_BLが、所定のシーケンスで順次活性化される。
When write instruction signal Write is activated, write current
時刻T11から始まるサイクルにおいて、この書込指示信号Writeの非活性化に応答して、ベリファイ活性化回路232からのベリファイリード活性化信号VFRENが活性化される。これにより、内部で書込データについてのベリファイが実行される。このベリファイ結果が、書込不良を示すとき、再び、内部で再書込指示信号φWIが活性化され、次いで、書込活性化回路224は、書込指示信号Writeを活性化する。再び、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込ビット線駆動信号W_BLが活性化され、データの再書込が実行される。
In a cycle starting from time T11, in response to the deactivation of write instruction signal Write, verify read activation signal VFREN from verify
時刻T12から始まるサイクルにおいて、書込指示信号Writeが非活性化されると、リードベリファイ活性化信号VFRENが活性化され、判定動作が行なわれる。このとき、書込が正常に行なわれていれば、ベリファイ結果指示信号P/FがLレベルに立下がる。ベリファイリード活性化信号VFRENがLレベルに立下がると、ラッチ234の出力信号はLレベルでラッチ状態にある。したがって、パルス発生回路235は、パルスを生成せず、再書込指示信号φWIは発生されない。このベリファイ結果指示信号P/Fの非活性化に応答して、ビジー/レディ信号B/RZが、クロック信号CLKの立上がりに同期してLレベルに駆動される。
In the cycle starting from time T12, when write instruction signal Write is deactivated, read verify activation signal VFREN is activated and a determination operation is performed. At this time, if writing is normally performed, verify result instruction signal P / F falls to L level. When verify read activation signal VFREN falls to L level, the output signal of
なお、このビジー/レディ信号B/RZが、ベリファイ結果指示信号P/Fに従って、クロック信号CLKと非同期で、Lレベルに設定されてもよい。 The busy / ready signal B / RZ may be set to L level asynchronously with the clock signal CLK in accordance with the verify result instruction signal P / F.
この図21に示すように、ベリファイ期間の時刻T11から始まるサイクルおよび時刻T12から始まるサイクルが費やされるものの、ビジー/レディ信号B/RZを利用することにより、確実に、外部のプロセッサまたはコントローラからのアクセスを禁止することができる。外部アクセスは、したがって時刻T12から始まるサイクルの後半のサイクルにおいて許可される。 As shown in FIG. 21, although the cycle starting from time T11 and the cycle starting from time T12 are spent in the verify period, the busy / ready signal B / RZ is used to ensure that the external processor or controller Access can be prohibited. External access is therefore permitted in the second half of the cycle starting from time T12.
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、内部でライトベリファイ動作を行なっている期間、外部のプロセッサまたはコントローラは、この内部での内部ベリファイ期間中であることを確実に知ることができ、外部からのアクセスと内部ベリファイ動作の競合を防止することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the external processor or controller can reliably know that the internal verify period is in progress during the internal write verify operation. It is possible to prevent contention between the external access and the internal verify operation.
[実施の形態3]
図22は、この発明の実施の形態3に従うトグルMRAMのコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の構成を概略的に示す図である。この図22に示す構成においては、タイミングジェネレータ64が、図20に示すタイミングジェネレータ64と構成が異なる。すなわち、タイミングジェネレータ64において、パルス発生回路235からのパルス信号(再書込指示信号)φWIの伝達経路を、ベリファイリード活性化信号VFRENの活性化ごとに切換える切換回路240と、この切換回路240から与えられるパルス信号に従って再書込要求WREQを発行する再書込要求発行回路242が設けられる。
[Embodiment 3]
FIG. 22 schematically shows structures of
切換回路240は、ベリファイリード活性化信号VFRENの1回目の活性化に応答して、パルス発生回路235からのパルス信号(再書込指示信号φWI)を書込活性化回路224へ与える。ベリファイリード活性化信号VFRENの2回目の活性化に応答して、この切換回路240は、パルス発生回路235からのパルス信号(再書込指示信号)φWIを再書込要求発行回路242へ与える。再書込要求発行回路242は、切換回路240から与えられるパルス信号の立上がりに応答して、再書込要求WREQを活性化する(発行する)。
In response to the first activation of verify read activation signal VFREN, switching
この図22に示すコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の他の構成は、図20に示すタイミングジェネレータ64およびコマンドデコーダ62の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
Other configurations of the
図23は、図22に示すコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の動作を示すタイミング図である。以下、図23を参照して、図22に示すコマンドデコーダ62およびタイミングジェネレータ64の動作について説明する。
FIG. 23 is a timing chart showing operations of
時刻T20から始まるクロックサイクルにおいて、ライトコマンドがアドレス信号AD0とともに与えられる。このライトコマンドに従って、ライトコマンド検出回路222から、書込指示検出信号φWFが発生される。応じて、ベリファイ活性化回路232が、ベリファイリード活性化信号VFRENを活性化する。このベリファイリード活性化信号VFRENに従って、書込対象のメモリセルのデータが読出される。この内部から読出されたメモリセルのデータと書込データとの論理レベルが不一致のときには、パルス発生回路235が、先の図20に示す構成と同様にして、ワンショットのパルス信号の形態で、再書込指示信号φWIを生成する。
In the clock cycle starting from time T20, the write command is applied together with the address signal AD0. In accordance with this write command, the write
切換回路240は、このベリファイリード活性化信号VFRENの1回目の活性化に応答して、パルス発生回路235からのパルス信号φWIを書込活性化回路224へ与える。これにより、書込指示信号Writeが活性化され、次いで書込電流駆動活性化回路231により、駆動信号W_DLおよびW_BLが順次活性化される。
時刻T21から始まるクロックサイクルにおいて、書込が完了すると、再び、ベリファイ活性化回路232が、ベリファイリード活性化信号VFRENを活性化する。この2回目のベリファイリード活性化信号VFRENの活性化に応答して、切換回路240は、その接続経路を切換え、パルス発生回路235の出力する再書込指示信号φWIを、再書込要求発行回路242へ与える。
When writing is completed in the clock cycle starting from time T21, the verify
書込時のライトベリファイ時、書込不良が検出されると、ベリファイ結果指示信号P/FはHレベルである。したがって、再び、パルス発生回路235が、再書込指示信号φWIを、ワンショットのパルスの形態で発生する。このとき、切換回路240は、パルス発生回路235の出力する再書込指示信号φWIを、再書込要求発行回路242へ与える。再書込要求発行回路242は、この与えられた再書込指示信号φWIに従って、再書込要求WREQを発行する。この再書込要求WREQにより、外部のプロセッサまたはコントローラが、再びライトコマンドを同じアドレスAD0とともに与える。したがって時刻T22から始まるサイクルにおいて、再び時刻T20から始まるサイクルと同じ動作が実行される。
When a write failure is detected during write verify during writing, verify result instruction signal P / F is at the H level. Therefore,
内部で書込不良が生じたときに、外部のプロセッサまたはコントローラに書込要求を発行することにより、外部のプロセッサまたはコントローラは、確実に、この書込の状態を検出することができる。これにより、書込不良の発生回数などをモニタして、必要な処置をとることができる。 By issuing a write request to an external processor or controller when a write failure occurs internally, the external processor or controller can reliably detect this write state. This makes it possible to monitor the number of occurrences of write failures and take necessary measures.
なお、この再書込要求WREQは、クロック信号CLKの立上がりに同期して発行されてもよい。また、時刻T20から時刻T22の間が、外部のクロック信号の1クロックサイクル期間であってもよい。 The rewrite request WREQ may be issued in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK. Further, the period from time T20 to time T22 may be one clock cycle period of the external clock signal.
[変更例]
図24は、この発明の実施の形態3の変更例に従うスピン注入型MRAMのコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114の構成を概略的に示す図である。この図24に示すコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114は、以下の点で、図19に示すコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114とその構成が異なる。すなわち、コマンドデコーダ112においては、ライトコマンド検出回路202の出力信号φWFが、書込モード指示信号φWとして、書込活性化回路206へ直接与えられる。
[Example of change]
FIG. 24 schematically shows structures of
タイミングジェネレータ114においては、パルス発生回路215からのパルス信号(再書込指示信号)φWIに従って再書込要求WREQを発行する再書込要求発行回路210が設けられる。
このタイミングジェネレータ114およびコマンドデコーダ112の他の構成は、図19に示すコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
Other configurations of the
図25は、図24に示すコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114のデータ書込時の動作を示すタイミング図である。以下、図25を参照して、図24に示すコマンドデコーダ112およびタイミングジェネレータ114の動作について説明する。
FIG. 25 is a timing chart showing operations at the time of data writing of
時刻T30から始まるサイクルにおいて、クロック信号CLKの立上がりに同期して、コマンドCMDとしてライトコマンドが与えられ、また、同時にアドレス信号ADとしてアドレス信号AD0が与えられる。このライトコマンドに従って、書込活性化回路206が、書込指示信号Writeを活性化する。この書込指示信号Writeの活性化に従って、書込電流駆動活性化回路211が、書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込パルス信号W_PLSEを活性化する。このときまた、プレリードを禁止する比較無効化信号1st_Writeが活性化される。
In a cycle starting from time T30, in synchronization with the rise of the clock signal CLK, a write command is given as the command CMD, and at the same time, an address signal AD0 is given as the address signal AD. In accordance with this write command, write
この書込動作が完了すると、次いで、ベリファイ活性化回路212により、ベリファイリード活性化信号VFRENが活性化され、ライトベリファイが実行される。書込不良の場合には、先に図18に示すタイミング図において説明したように、パルス発生回路215からの再書込指示信号(内部書込指示信号)φWIが活性化される。この再書込指示信号φWIの活性化に従って、再書込要求発行回路250が、書込要求WREQを発行する。
When this write operation is completed, the verify
この書込要求WREQに従って、外部のプロセッサまたはコントローラが、再びライトコマンドとともに、同一のアドレス信号AD0を発行する。これにより、時刻T31から始まるサイクルにおいて、時刻T30から始まるサイクルと同じ書込およびライトベリファイが実行される。 In accordance with the write request WREQ, the external processor or controller issues the same address signal AD0 together with the write command. As a result, in the cycle starting from time T31, the same writing and write verify as the cycle starting from time T30 are executed.
この時刻T31から始まる再書込のサイクルにおいて、書込が正常に行なわれると、ベリファイ結果指示信号P/Fが非活性状態となり、書込が正常に行なわれたことが示される。この場合、パルス発生回路215は、パルス信号を発生しないため、再書込要求発行回路250は、再書込要求WREQは発行しない。したがって、時刻T32からのサイクルにおいて、次のアクセスを実行することができる。
In the rewrite cycle starting from time T31, if writing is performed normally, verify result instruction signal P / F is inactivated, indicating that writing has been performed normally. In this case, since the
なお、この図25に示すタイミング図においても、再書込要求WREQは、クロック信号CLKの立上がりに同期して発行されてもよい。この場合、時刻T31から始まるサイクルは、ウエイトサイクルとなる。 In the timing chart shown in FIG. 25, rewrite request WREQ may be issued in synchronization with the rise of clock signal CLK. In this case, the cycle starting from time T31 is a wait cycle.
以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、外部のコマンドに、書込不良時、書込を示すライトコマンドを発行するように、再書込要求を発行している。したがって、外部のコントローラまたはプロセッサは、データ書込の状態を把握することができ、書込不良時、必要な処理を実行することができる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, a rewrite request is issued to an external command so as to issue a write command indicating writing at the time of writing failure. Therefore, the external controller or processor can grasp the state of data writing, and can execute necessary processing when writing is defective.
なお、この実施の形態3において、実施の形態2と同様、ビジー/レディ信号が、併せて用いられてもよい。 In the third embodiment, as in the second embodiment, a busy / ready signal may be used together.
[実施の形態4]
図26は、この発明の実施の形態4に従うMRAMの全体の構成を概略的に示す図である。この図26に示すMRAMは、トグルMRAMおよびスピン注入型MRAMのいずれであってもよい。
[Embodiment 4]
FIG. 26 schematically shows an overall configuration of the MRAM according to the fourth embodiment of the present invention. The MRAM shown in FIG. 26 may be either a toggle MRAM or a spin injection MRAM.
図26において、MRAMは、メモリアレイ20が、複数のメモリブロックMB0−MBnに分割される。これらのメモリブロックMB0−MBnそれぞれにおいて、メモリセルが行列状に配列される。MRAMの構成に応じて、ワード線、ディジット線、ビット線およびソース線が各メモリセル行/列に応じて配置される。
In FIG. 26, in the MRAM, the
メモリブロックMB0−MBnそれぞれに対応して、サブ書込系回路SBW0−SBWnが設けられる。これらのサブ書込系回路SBW0−SBWnの各々は、ディジット線ドライバおよびビット線ドライバを含む。スピン注入型MRAMの場合には、さらに、ソース線ドライバおよびソース線デコーダが設けられる。サブ書込系回路SBW0−SBWnは、並列に動作し、多ビットデータを書込む。しかしながら、後に詳細に説明するように、これらのサブ書込系回路の再書込時の動作は、個々に制御が可能である。 Sub-write circuits SBW0-SBWn are provided corresponding to memory blocks MB0-MBn, respectively. Each of sub-writing related circuits SBW0-SBWn includes a digit line driver and a bit line driver. In the case of the spin injection type MRAM, a source line driver and a source line decoder are further provided. Sub write circuits SBW0 to SBWn operate in parallel and write multi-bit data. However, as will be described later in detail, the operations at the time of rewriting of these sub-writing circuits can be individually controlled.
メモリブロックMB0−MBnは、それぞれ、外部からの入力データDI0−DInおよびサブ出力データDO0−DOnに対応して設けられ、それぞれが、対応のデータ入出力パッドとの間でデータの送受を行なう。 Memory blocks MB0 to MBn are provided corresponding to external input data DI0 to DIn and sub output data DO0 to DOn, respectively, and transmit / receive data to / from corresponding data input / output pads.
メモリブロックMB0−MBnそれぞれに対応して、さらに、読出列選択回路RSK0−RSKnが設けられる。この読出列選択回路RSK0−RSKnは、図14に示すように、対応のメモリブロックの各ビット線に対して設けられる読出列選択ゲートおよび読出列選択デコーダを含む。データの読出時(ベリファイ動作を含む)に活性化され、図示しないアドレス信号に従って対応のメモリブロックにおいてアドレス指定された列に対応するビット線を選択する。 Corresponding to memory blocks MB0-MBn, read column selection circuits RSK0-RSKn are further provided. Read column select circuits RSK0-RSKn include a read column select gate and a read column select decoder provided for each bit line of the corresponding memory block, as shown in FIG. A bit line corresponding to a column addressed in a corresponding memory block is selected in accordance with an address signal (not shown) activated when data is read (including a verify operation).
これらの読出列選択回路RSK0−RSKnそれぞれに対応して、センスアンプ回路SAK0−SAKnが設けられる。それらのセンスアンプ回路SAK0−SAKnは、対応のセンス制御回路SCK0−SCKnからのセンス活性化信号EN0−ENnの活性化に応答して活性化され、ベリファイ基準電圧VREFRと、対応の読出列選択回路RSK0−RSKnから読出されたデータとを比較する。 Sense amplifier circuits SAK0-SAKn are provided corresponding to read column selection circuits RSK0-RSKn, respectively. These sense amplifier circuits SAK0-SAKn are activated in response to activation of sense activation signals EN0-ENn from corresponding sense control circuits SCK0-SCKn, and verify reference voltage VREFR and corresponding read column selection circuit The data read from RSK0-RSKn is compared.
これらのセンスアンプ回路SAK0−SAKnの出力信号は、それぞれ対応して設けられる出力データラッチQDL0−QDLnに与えられる。 Output signals of these sense amplifier circuits SAK0 to SAKn are applied to corresponding output data latches QDL0 to QDLn.
出力データラッチQDL0−QDLnそれぞれに対応して、比較器COM0−COMnが設けられる。この出力データラッチQDL0−QDLnは、通常データ読出時、パッドを介して、外部読出データDO0−DOnを生成し、ベリファイ動作時(内部読出時)、ラッチデータを対応の比較器COM0−COMnに与える。比較器COM0−COMnは、それぞれ、対応して設けられる入力データラッチDDL0−DDLnのラッチデータと出力データラッチQDL0−QDLnから与えられるデータを比較し、その比較結果を示す信号P/F0−P/Fnを生成する。これらの比較器COM0−COMnの構成は、先の実施の形態1から3において示した構成と同じであり、トグルMRAMおよびスピン注入型MRAMに応じてその構成が設定される。 Comparators COM0-COMn are provided corresponding to output data latches QDL0-QDLn, respectively. Output data latches QDL0 to QDLn generate external read data DO0 to DOn via pads at the time of normal data read, and supply latch data to corresponding comparators COM0 to COMn at the time of verify operation (internal read). . Comparators COM0-COMn compare the latched data of input data latches DDL0-DDLn provided in correspondence with the data supplied from output data latches QDL0-QDLn, respectively, and show signals P / F0-P / Fn is generated. The configurations of these comparators COM0 to COMn are the same as those described in the first to third embodiments, and the configurations are set according to the toggle MRAM and the spin injection MRAM.
これらの比較器COM0−COMnからのベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnは、それぞれ対応のセンス制御回路CK0−CKnで与えられ、またサブ書込系回路SBW0−SBWnへ与えられる。これにより、各メモリブロックごとに、ベリファイ結果に従って選択的に個々に再書込が実行される。 Verify result instruction signals P / F0-P / Fn from these comparators COM0-COMn are applied to corresponding sense control circuits CK0-CKn, and are also applied to sub-write related circuits SBW0-SBWn. Thereby, rewriting is selectively executed for each memory block selectively according to the verify result.
比較器COM0−COMnの出力信号はまた、OR回路304へ与えられる。このOR回路304から、メインベリファイ結果指示信号MP/Fが生成され、タイミングジェネレータ302へ与えられる。
The output signal of the comparators COM0-COMn is also supplied to the
タイミングジェネレータ302が、コマンドデコーダ300からの書込指示に従って、ディジット線駆動信号W_DL、ベリファイリード活性化信号VFREN、書込ビット線駆動信号W_BL(または書込パルス信号W_PLSE)を生成する。このタイミングジェネレータ302の構成としては、先の実施の形態2または3において示した構成が用いられる。
コマンドデコーダ300は、外部からのコマンドCMDをクロック信号CLKに同期して取込み、書込指示が与えられたときに、書込指示信号Writeを生成する。読出指示が与えられた場合には、コマンドでコーダ300は、読出指示信号Readを生成する。これらのコマンドデコーダ300およびタイミングジェネレータ302からの制御信号は、またセンス制御回路SCK0−SCKnおよびサブ書込回路SBW0−SBWnへ与えられる。また、読出列選択回路RSK0−RSKnに対しても、読出動作を活性化するために、ベリファイリード活性化信号VFRENおよび読出指示信号Readが与えられる。
The
なお、図26においては示していないが、アドレスラッチが設けられており、各メモリブロックそれぞれにおいてアドレスを指定する内部アドレス信号(ADD)が生成される。 Although not shown in FIG. 26, an address latch is provided, and an internal address signal (ADD) for designating an address is generated in each memory block.
センスアンプ回路SAK0−SAKnは、それぞれメモリブロックMB0−MBnに対応して設けられており、選択列を指定するアドレス信号は、センスアンプを活性化するセンス制御回路SCK0−SCKnへは与えられない。すなわち、センスアンプ回路SAK0−SAKnは、対応のメモリブロックのビット線に対して共通に設けられる。センス制御回路SCK0−SCKnは、それぞれ、対応のベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnの結果が不一致を示すとき、ベリファイリード活性化信号VFRENに従って、対応のセンスアンプ回路SAK0−SAKnを活性化する。 Sense amplifier circuits SAK0-SAKn are provided corresponding to memory blocks MB0-MBn, respectively, and an address signal designating a selected column is not applied to sense control circuits SCK0-SCKn that activate the sense amplifier. That is, sense amplifier circuits SAK0 to SAKn are provided in common for the bit lines of the corresponding memory blocks. Sense control circuits SCK0-SCKn activate corresponding sense amplifier circuits SAK0-SAKn according to verify read activation signal VFREN, respectively, when the results of corresponding verify result instruction signals P / F0-P / Fn indicate mismatch. To do.
この図26に示すMRAMの構成においては、データ書込時、外部からの入力データDI0−DInが並列に、メモリブロックMB0−MBnの選択メモリセルへ書込まれる。ベリファイ動作時、センス制御回路SCK0−SCKnにより、センスアンプ回路SAK0−SAKnが活性化され、比較器COM0−COMnにより、並列に比較動作が行なわれる。 In the configuration of the MRAM shown in FIG. 26, external data input data DI0 to DIn are written in parallel to the selected memory cells of memory blocks MB0 to MBn at the time of data writing. During the verify operation, sense amplifier circuits SAK0-SAKn are activated by sense control circuits SCK0-SCKn, and comparison operations are performed in parallel by comparators COM0-COMn.
再書込時においては、このベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnに従って、書込不良が生じたメモリブロックに対してのみ再書込が行なわれる。残りの書込が正常に行なわれたメモリブロックに対しては、書込指示信号Writeは与えられるものの、対応のサブ書込系回路は、ベリファイ結果指示信号により、ディスエーブル状態とされ、データの再書込は行なわれない。 At the time of rewriting, rewriting is performed only on the memory block in which the writing failure has occurred in accordance with verify result instruction signals P / F0-P / Fn. Although the write instruction signal Write is supplied to the remaining memory blocks in which writing has been normally performed, the corresponding sub-write circuit is disabled by the verify result instruction signal, and the data Rewriting is not performed.
図27は、この図26に示すMRAMのデータ書込時の動作を示すフロー図である。以下、図27を参照して、図26に示すMRAMの書込シーケンスについて説明する。 FIG. 27 is a flowchart showing an operation at the time of data writing of the MRAM shown in FIG. Hereinafter, the write sequence of the MRAM shown in FIG. 26 will be described with reference to FIG.
まず、コマンドデコーダ300が、外部からのコマンドCMDにより書込が指定されたかを判定する(ステップS21)。書込コマンドが与えられるまで、外部からのコマンドをモニタし、書込コマンドが与えられるのを待つ。
First, the
ライトコマンドが与えられ、書込が指示されると、まず、コマンドデコーダ300およびタイミングジェネレータ302により、プレリードが行なわれる(ステップS22)。メモリブロックMB0−MBnそれぞれにおいて並列に、書込対象のメモリセルの記憶データが読出される。応じて、比較器COM0−COMnにおいて、入力データラッチDDL0−DDLnから与えられた書込データDI0−DInと対応の内部読出データとの論理値の一致/不一致が判定される(ステップS23)。
When a write command is given and writing is instructed, first, pre-reading is performed by the
このOR回路304からのメインベリファイ結果指示信号MP/FがHレベルにあるかまたはLレベルにあるかに従って、書込データの全ビットについて、記憶データと書込データが一致しているかの判別が行なわれる。このメインベリファイ結果指示信号MP/Fが、Hレベルであり、少なくとも1ビットのメモリセルについて、記憶データと書込データとが不一致を示しているときには、再び、タイミングジェネレータ302およびコマンドデコーダ300からの制御信号に従って、データの書込が行なわれる(ステップS24)。このとき、比較器COM0−COMnからのベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnに従って、書込が必要とされるメモリブロックに対してのみ、データの書込が実行される。書込の不要のメモリブロックはスタンバイ状態に維持される(ステップS24)。
According to whether the main verify result instruction signal MP / F from the
次いで、ベリファイリードが実行される(S25)。次に、センスアンプ回路SAK0−SAKnは、ベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnに従って選択的に活性化され、書込が必要とされて書込が行なわれたメモリブロックに対してのみ、センス動作が行なわれて、ベリファイリードが行なわれる。 Next, verify read is executed (S25). Next, sense amplifier circuits SAK0-SAKn are selectively activated in accordance with verify result designating signals P / F0-P / Fn, and only for the memory block in which writing is required and writing is performed. A sense operation is performed, and verify read is performed.
スタンバイ状態時のメモリブロックに対しては、対応の出力データラッチQDL0−QDLnが、ラッチ状態にあり、対応の比較器COMiの出力するベリファイ結果指示信号P/Fiの論理レベルは変化しない。 For memory blocks in the standby state, corresponding output data latches QDL0 to QDLn are in a latched state, and the logic level of verify result instruction signal P / Fi output from corresponding comparator COMi does not change.
次いで、OR回路304からのメインベリファイ結果指示信号MP/FがHレベルであるかに従って、全ビットの書込が完了したかの判定が行なわれる(ステップS26)。全ビットの書込が完了している場合、このデータの書込が完了する。一方、少なくとも1ビットのメモリセルについて、書込不良が存在する場合には、再び、ステップS24からの操作が繰返される。これにより、メモリブロックMB0−MBnにおいて、書込が正常に完了するまで、繰返し再書込が実行され、書込が完了したメモリブロックはスタンバイ状態に維持される。
Next, whether all bits have been written is determined according to whether main verify result instruction signal MP / F from
なお、スピン注入型MRAMにおいて、プレリードを行うステップS22およびS23は省略されてもよい。この場合には、書込時、ステップS24からステップS26の動作が実行される。 In the spin injection MRAM, steps S22 and S23 for performing pre-reading may be omitted. In this case, the operation from step S24 to step S26 is executed at the time of writing.
図28は、図26に示すサブ書込系回路SBW0−SBWnに含まれるビット線デコード制御回路およびディジット線デコード回路の構成を概略的に示す図である。図28においては、サブ書込系回路SBWiのビット線デコード制御回路376iおよびビット線デコード回路370iを代表的に示す。
FIG. 28 schematically shows a configuration of a bit line decode control circuit and a digit line decode circuit included in sub-write related circuits SBW0-SBWn shown in FIG. FIG. 28 representatively shows bit line
図28において、ビット線デコード制御回路376iは、書込ビット線駆動信号W_BLと書込指示信号Writeとベリファイ結果指示信号P/Fiとを受けるANDゲートG3iと、ベリファイリード活性化信号VFRENと読出指示信号Readとベリファイ結果指示信号P/Fiに従ってセンス活性化信号ENiを生成するセンス制御回路SCKiを含む。
In FIG. 28, bit line
ANDゲートG3iは、図16および図11に示すANDゲートG3に対応する。
センス制御回路SCKiは、ベリファイ結果指示信号P/Fiとベリファイリード活性化信号VFRENとを受けるANDゲート380と、ANDゲート380の出力信号と読出指示信号Readとを受けて、センス活性化信号ENiを生成するORゲートOG1iを含む。このORゲートOG1iは、図11および図16に示すORゲートOG1に対応する。
AND gate G3i corresponds to AND gate G3 shown in FIGS.
The sense control circuit SCKi receives an AND
ディジット線デコード回路370iは、書込ディジット線駆動信号W_DLと書込指示信号WriteとXアドレス信号XADDとを受け、次段のディジット線ドライブ回路72へ、その出力信号を与える。このディジット線デコード回路370iの構成は、図11および図16に示すディジット線デコード回路の構成と同じであり、その詳細構成は示さない。
Digit line decode circuit 370 i receives write digit line drive signal W_DL, write instruction signal Write, and X address signal XADD, and provides the output signal to digit
この図28に示すように、ベリファイ結果指示信号P/Fiを、対応のビット線デコード制御回路376iおよびディジット線デコード回路370iへ与えることにより、サブ書込系回路SBWiの書込の活性/非活性化をベリファイ結果に従って各メモリブロックごとに設定することができる。
As shown in FIG. 28, verification result instructing signal P / Fi is applied to corresponding bit line
なお、スピン注入型MRAMの場合、書込ビット線駆動信号W_BLに代えて、書込パルス信号W_PULSEが与えられる。 In the case of a spin injection type MRAM, a write pulse signal W_PULSE is applied instead of the write bit line drive signal W_BL.
次段のビット線デコード回路72およびディジット線ドライブ回路72の構成は、先の図11または図16に示す構成と同じである。
The configurations of the bit
少なくともベリファイ結果指示信号P/FiがLレベルであり、書込が不要であることを示している場合には、ANDゲートG3iおよび380の出力信号はLレベルとなる。読出指示信号Readはデータ書込時Lレベルである。したがって、次段のビット線デコード回路74は非活性状態(ディスエーブル状態)に維持され、ビット線選択は行なわれない。また、センス活性化信号ENiも非活性状態にあり、センス動作は行なわれない。
If at least verify result instruction signal P / Fi is at L level, indicating that writing is not required, the output signals of AND gates G3i and 380 are at L level. Read instruction signal Read is at the L level during data writing. Therefore, the bit
図29は、実施の形態4のMRAMが、スピン注入型MRAMの場合の、ソース線デコード制御回路380の構成を示す図である。この図29に示すソース線デコード制御回路380は、図16に示すソース線デコード制御120の構成に対応する。この図29においても、サブ書込系回路SBWiにおける回路を代表的に示す。
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of the source line
図29において、ソース線デコード制御回路380は、入力データを反転するインバータIV4iと、インバータIV4iの出力信号とベリファイ結果指示信号P/Fiとを受けるANDゲートG8iを含む。これらのインバータIV4iおよびANDゲートG8iは、図16に示すデコード制御回路120のインバータIV4およびANDゲートG8に対応する。
29, source line
ソース線デコード制御回路380はさらに、ベリファイ結果指示信号P/Fiとベリファイリード活性化信号VFRENとを受けるANDゲート382と、ANDゲート382の出力信号と読出指示信号Readとを受けるORゲートOG3iを含む。このORゲートOG3iは、図16に示すソース線デコード制御回路120に含まれるORゲートOG3に対応する。ANDゲート382により、ベリファイ結果指示信号P/Fiに従って選択的に、ベリファイリード活性化信号VFRENを有効/無効状態に設定する。
Source line
ソース線デコード制御回路380は、さらに、書込パルス信号W_PULSEとANDゲートG8iの出力信号と書込活性化信号Writeを受けるANDゲートG9iと、ORゲートG9iの出力信号とORゲートOG3iの出力信号とを受け、次段のソース線デコーダへその出力信号を与えるORゲートOG4iを含む。ANDゲートG9iは、図16に示すソース線デコード制御回路120に含まれるANDゲートG9に対応する。ORゲートOG4iは、図16に示すソース線デコード制御回路124にORゲートOG4に対応する。ソース線デコーダの構成は、図16に示すソース線デコーダ122の構成と同じである。
Source line
この図29に示すソース線デコード制御回路380の構成において、ベリファイ結果指示信号P/FiがLレベルのとき、ANDゲートG8iおよび382の出力信号はLレベルとなる。書込モード時においては、読出指示信号Rendは非活性状態のLレベルである。したがって、ORゲートOGiからはLレベルの信号が次段のソース線デコーダ(122)へ与えられて、ソース線デコーダはディスエーブル状態に維持される。
In the configuration of source line
メモリブロックそれぞれに対応して設けられる比較器COM0−COMnからのベリファイ結果指示信号P/F0−P/Fnを、それぞれ対応のサブ書込系回路SBW0−SBWnおよびセンス制御回路SCK0−SCKnへ与えることにより、メモリブロックMB0−MBn個々に再書込を制御することができる。 Apply verify result instruction signals P / F0-P / Fn from comparators COM0-COMn provided corresponding to the respective memory blocks to corresponding sub-write circuits SBW0-SBWn and sense control circuits SCK0-SCKn, respectively. Thus, rewriting can be controlled individually for the memory blocks MB0 to MBn.
この再書込時においては、すべて同じ書込条件で再書込が行なわれてもよく、後に説明するように、その書込条件が変更されてもよい。この多ビットデータの書込時、書込の必要とするメモリセルに対する書込のみを実行し書込が正常に行なわれているビット(メモリセル)に対しては、不必要なメモリセルに対する書込を停止することができ、消費電流を低減することができる。 At the time of this rewriting, all data may be rewritten under the same writing condition, and the writing condition may be changed as will be described later. When writing multi-bit data, only writing to a memory cell that requires writing is performed, and writing to an unnecessary memory cell is performed for a bit (memory cell) in which writing is normally performed. Can be stopped and current consumption can be reduced.
以上のように、この発明の実施の形態4に従えば、メモリブロック単位で再書込みを行うように構成しており、タビットデータを確実に書込むことができる。また、書込が完了したメモリブロックにおいては書込動作は行われず、スタンバイ状態に維持されるため、不必要な書込は行なわれず、消費電力を低減することができる。 As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, rewriting is performed in units of memory blocks, so that tabbit data can be reliably written. In addition, since the writing operation is not performed in the memory block in which writing has been completed and the standby state is maintained, unnecessary writing is not performed, and power consumption can be reduced.
[実施の形態5]
図30は、この発明の実施の形態5に従うMRAMのコマンドデコーダ400の構成を概略的に示す図である。図30において、コマンドデコーダ400は、クロック信号CLKに同期して、外部からのコマンドCMDに従ってライトコマンドが与えられたかを検出するライトコマンド検出回路402と、このライトコマンド検出回路402からのライトコマンド検出信号φWFに従って初期値に設定され、内部クロック信号CLKiに同期してカウント動作を行なうカウント回路404を含む。このカウント回路404は、ライトコマンド検出信号φWFに従ってそのカウント値が初期値に設定されると、クロック信号CLKiの立上がりまたは立下がりに同期してカウント動作を行ない所定値に到達するとカウント動作を停止する。
[Embodiment 5]
FIG. 30 schematically shows a structure of an
コマンドデコーダ400は、さらに、カウント回路404からのカウントアップ指示信号が非活性状態のとき、内部クロック信号CLKiに同期してワンショットパルス信号を発生するパルス発生回路406と、ライトコマンド検出信号φWFとパルス発生回路406からのパルス信号とに従って書込指示信号φWを生成するOR回路408を含む。
パルス発生回路406は、このカウント回路404が、そのカウント値が所定値に到達しカウントアップ信号φEUPが活性化されると、そのパルス発生動作を停止する。したがってパルス発生回路406は、このカウント回路404に予め設定された所定のカウント値の回数、パルス信号を生成する。
このOR回路408からの書込指示信号φWは、このコマンドデコーダ400が用いられるMRAMの構成に応じて、次段の書込活性化回路に与えられるか、またはタイミングジェネレータへ与えられる。したがって、このコマンドデコーダ400は、図22に示す外部へ再書込要求を発行する構成以外のMRAMに適用することができる。
Write instruction signal φW from
図31は、図30に示すコマンドデコーダ400の動作を示すフロー図である。以下、図31を参照して、図30に示すコマンドデコーダ400の動作について説明する。
FIG. 31 is a flowchart showing the operation of the
ライトコマンド検出回路402は、クロック信号CLKに同期して、外部からのコマンドCMDをモニタし、書込指示が与えられるのを待つ(ステップS40)。外部からのコマンドCMDが、ライトコマンドのとき、このライトコマンド検出回路402が、書込検出信号φWRを活性化する。続いて、カウント回路404が初期化されカウント動作を開始する。このとき、まだパルス発生回路406はパルス信号を発生しない。一方、OR回路408により、このライトコマンド検出信号φWFに従って書込指示信号φWが発行される(ステップS41)。この書込指示信号φWに従って、内部で、データの書込および書込後のベリファイ動作が実行され、ベリファイ結果に従って、ベリファイ結果指示信号P/F(またはP/Fi)が、それぞれベリファイ結果に応じた論理レベルに設定される(ステップS42)。このステップS42において、トグルMRAMの場合、プレリードが1回目の書込時に実行される。2回目移行の再書込時においては、プレリードは実行されない(図19参照)。
The write
次いで、カウント回路404のカウント値がまだ所定値に到達していないため、カウントアップ信号φEUPは非活性状態である(ステップS43)。したがって、この場合には、パルス発生回路406が、内部クロック信号CLKiに同期して、ワンショットのパルス信号を生成し、再び書込指示信号φWが発行される。一方ステップS43において、このカウント回路404のカウント値が所定値に到達するとカウントアップ指示信号φEUPが活性状態となり、パルス発生回路406は、以後のパルス発生動作を停止する。
Next, since the count value of the
したがってこの図30に示すコマンドデコーダ400を利用する場合、内部で、書込が正常に行なわれた場合においても、書込指示が発行されて書込シーケンスが実行される。この場合、ベリファイ結果指示信号P/FまたはP/Fiが正常書込を示しているときには、書込対象のメモリセルに対する実際のデータ書込は実行されない。いわゆる空書込シーケンスが実行されるだけである。
Therefore, when
この図30に示すコマンドデコーダの場合、外部からライトコマンドが与えられると、所定回数内部で書込および書込ベリファイを実行する。これにより、このカウント回路404の設定される所定値が示す所定期間内に、メモリセルのデータの書込が確実に行なわれたことを期待する。また、外部のプロセッサまたはコントローラは、ライトコマンド発行後、所定期間内に、書込が完了することが保証され、システム設計が容易となる(ライトアクセス時間を所定値に設定することが可能となるため)。
In the case of the command decoder shown in FIG. 30, when a write command is given from the outside, write and write verify are executed internally a predetermined number of times. Thereby, it is expected that data in the memory cell is reliably written within a predetermined period indicated by a predetermined value set by
以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、ライトコマンドが与えられたとき、内部で所定回数書込およびベリファイを実行しており、正確なデータの書込を行なうことができ、また書込アクセス時間を所定値に設定することができる。 As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, when a write command is given, writing and verifying are executed a predetermined number of times internally, and accurate data can be written. The write access time can be set to a predetermined value.
内部クロック信号CLKiは、外部からのクロック信号CLKと同じクロック信号であってもよく、またこの外部クロック信号CLKを分周して生成される内部クロック信号であってもよい。内部でのデータ書込およびベリファイサイクルを規定する期間を保証する周期を有する内部クロック信号であればよい。 The internal clock signal CLKi may be the same clock signal as the external clock signal CLK, or may be an internal clock signal generated by dividing the external clock signal CLK. Any internal clock signal having a period for guaranteeing a period for defining internal data write and verify cycles may be used.
[実施の形態6]
図32は、この発明の実施の形態6に従うMRAMのタイムジェネレータ302の要部の構成を概略的に示す図である。この図32に示す構成においては、タイミングジェネレータ302内において、OR回路304からのメインベリファイ結果指示信号MP/Fに従ってビジー/レディ信号B/RZを生成するビジー信号発生回路410が設けられる。
[Embodiment 6]
FIG. 32 schematically shows a structure of a main portion of
この図32に示す構成においては、内部で多ビットデータの全ビットの書込が完了するまで、ビジー/レディ信号B/RZは、ビジー状態に設定される。したがって、外部のプロセッサまたはコントローラは、多ビットデータの全ビットが確実に書込まれた期間を検出することができる。この書込期間中、ビジー/レディ信号B/RZに従って、外部のプロセッサまたはコントローラはウエイト状態とされる。 In the configuration shown in FIG. 32, busy / ready signal B / RZ is set in a busy state until all bits of multi-bit data are internally written. Therefore, the external processor or controller can detect the period during which all the bits of the multi-bit data are written reliably. During this writing period, the external processor or controller is put in a wait state in accordance with the busy / ready signal B / RZ.
この図32に示すタイミングジェネレータの構成は、先の図20に示すビジー信号発生回路233を含むタイミングジェネレータの構成と同じである。1ビットのベリファイ結果指示信号P/Fに代えて、メインベリファイ結果指示信号MP/Fが用いられる。
The configuration of the timing generator shown in FIG. 32 is the same as that of the timing generator including busy
以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、内部で書込が繰返し実行される間、外部でビジー/レディ信号を発行している。したがって、確実にデータの書込を完了時点を検出することができ、アクセス競合を回避して、正確なデータ書込を実現することができる。 As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, a busy / ready signal is issued externally while writing is repeatedly executed internally. Therefore, it is possible to reliably detect the completion point of data writing, avoiding access conflict, and realizing accurate data writing.
[実施の形態7]
図33は、この発明の実施の形態7に従うタイミングジェネレータ302の要部の構成を概略的に示す図である。この図33に示すタイミングジェネレータ302においては、メインベリファイ結果指示信号MP/Fとクロック信号CLKとに従って、外部へ再書込要求WREQが発行される。したがって、内部での書込不良が存在するビットが存在する期間、繰返し、再書込要求WREQが発行される。内部においては、書込が完了したビットについては、対応のベリファイ結果指示信号P/Fiに従って、以後の書込は停止される。
[Embodiment 7]
FIG. 33 schematically shows a structure of a main portion of
この図33に示す構成の場合、外部で、データ書込が完了するまで確実に、ライトコマンドを繰返し発行することができ、正確なデータ書込を実現することができる。また、プロセッサまたはコントローラは、この再書込要求WREQにより、書込状況をモニタすることができ、所定回数この再書込要求WREQを受信した場合には、対応のビットは不良であると判定して必要なエラー処理を実行するように構成されてもよい。 In the case of the configuration shown in FIG. 33, it is possible to reliably issue a write command externally until data writing is completed, and to realize accurate data writing. Also, the processor or controller can monitor the write status by this rewrite request WREQ, and if the rewrite request WREQ is received a predetermined number of times, it determines that the corresponding bit is defective. May be configured to perform necessary error handling.
なお、この再書込要求発行回路412は、クロック信号CLK(内部クロック信号であってもよい)に同期して再書込要求WREQを発生している。しかしながら、図22に示すように、ベリファイリード活性化信号VFRENとメインベリファイ結果指示信号MP/Fとに従って、クロック信号CLKと非同期で、再書込要求WREQを発行してもよい。
The rewrite
以上のように、この発明の実施の形態7に従えば、多ビットデータの書込時においても、全ビットが確実に書込まれるまで繰返し再書込要求を発行することにより、確実に、多ビットデータの書込を行なうことができる。外部のプロセッサまたはコントローラは、この再書込要求により書込状況をモニタすることができ、書込の制御が容易となる。 As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, even when multi-bit data is written, it is ensured that multiple bits are issued by repeatedly issuing rewrite requests until all bits are written reliably. Bit data can be written. An external processor or controller can monitor the writing status by this rewriting request, and writing control becomes easy.
[実施の形態8]
図34は、この発明の実施の形態8に従う基準電圧発生回路(Vref発生回路)420の構成の一例を示す図である。この図34に示す基準電圧発生回路420は、先の図2または図15に示すVref発生回路、または、図26に示すVref発生回路306の構成に対応する。
[Embodiment 8]
FIG. 34 shows an exemplary configuration of a reference voltage generation circuit (Vref generation circuit) 420 according to the eighth embodiment of the present invention. The reference voltage generation circuit 420 shown in FIG. 34 corresponds to the configuration of the Vref generation circuit shown in FIG. 2 or 15 or the
図34において、基準電圧発生回路420は、電源ノードとノードNDaの間の直列に接続される抵抗素子Z1−Z4と、ノードNDaと接地ノードの間に接続される定電流源CISを含む。ノードNDaから、基準電圧Vrefが生成される。この基準電圧Vrefは、ビット線ドライブ回路、ディジット線ドライブ回路へトグルRAMの場合与えられる。これらのビット線ドライブ回路およびディジット線ドライブ回路へは、個々に、基準電圧発生回路420が設けられ、それぞれに応じて調整された基準電圧Vrefが与えられればよい。 34, reference voltage generation circuit 420 includes resistance elements Z1-Z4 connected in series between a power supply node and node NDa, and a constant current source CIS connected between node NDa and the ground node. A reference voltage Vref is generated from node NDa. This reference voltage Vref is applied to the bit line drive circuit and the digit line drive circuit in the case of a toggle RAM. Each of the bit line drive circuit and the digit line drive circuit may be provided with a reference voltage generation circuit 420, and a reference voltage Vref adjusted according to each may be applied.
スピン注入型MRAMの場合、さらに、ソース線ドライブ回路に対しても、この基準電圧Vrefが与えられる。この場合、ソース線ドライブ回路についても、ビット線ドライブ回路およびディジット線ドライブ回路と別に設けられた基準電圧発生回路からの基準電圧が与えられればよい。 In the case of a spin injection type MRAM, the reference voltage Vref is also applied to the source line drive circuit. In this case, a reference voltage from a reference voltage generation circuit provided separately from the bit line drive circuit and the digit line drive circuit may be applied to the source line drive circuit.
この基準電圧Vrefは、それぞれ、与えられる回路の特性に応じてその電圧レベルが設定される。これらのディジット線ドライブ回路、ビット線ドライブ回路およびソース線ドライブ回路に対して個々に基準電圧が発生されるものの、それらの電圧レベルは同一であってもよく、異なっていてもよい。 The reference voltage Vref has its voltage level set according to the characteristics of the given circuit. Although reference voltages are individually generated for these digit line drive circuit, bit line drive circuit and source line drive circuit, their voltage levels may be the same or different.
基準電圧発生回路420は、さらに、抵抗素子Z2−Z4と並列に接続されるスイッチング素子TX1−TX3と、書込モード指示信号φWに従って、選択信号を生成するセレクタ422と、セレクタ422の出力信号に従ってスイッチング素子TX1およびTX2をそれぞれ導通状態へ駆動するANDゲートG10およびG11を含む。
Reference voltage generation circuit 420 further includes switching elements TX1-TX3 connected in parallel with resistance elements Z2-Z4,
セレクタ422の出力信号は、また、スイッチング素子TX3のゲートへ与えられる。これらのスイッチング素子TX1−TX3は、それぞれNチャネルMOSトランジスタで構成される場合を一例として示す。しかしながら、制御電極に与えられる信号に従って選択的に導通/非導通状態とされるスイッチング素子であればよい。これらのスイッチング素子TX1−TX3は、それぞれ導通時、対応の抵抗素子Z2−Z4を短絡する。
The output signal of the
セレクタ422は、たとえばシフトレジスタで構成され、書込モード指示信号φWに従って内部で電源電圧レベルの信号(Hレベルの信号)をシフトする。したがって、書込モード指示信号φWが発生されるごとに、セレクタ422の出力信号においてHレベルとなる信号の数が増大される。この場合、一例として、以下のシーケンスを考える。書込モード指示信号φWが1回目発生されたとき、セレクタ422が初期状態に設定され、すべてのスイッチング素子TX1−TX3が非導通状態に設定される。次いで、この書込モード指示信号φWが発行されるごとに、スイッチング素子TX3、TX2、およびTX1が順次導通状態となる。この場合、基準電圧Vrefは、定電流源CISが流す電流をIとすると、以下の電圧レベルの間で順次変化する:
初期値:VDD−I・(Z1+Z2+Z3+Z4)、
最大値VDD−I・Z1。
Initial value: VDD-I · (Z1 + Z2 + Z3 + Z4),
Maximum value VDD-I · Z1.
抵抗素子Z1−Z4の抵抗値がすべてRで等しいとすると、ステップI・Rで、基準電圧Vrefの電圧レベルが調整される。 If the resistance values of the resistance elements Z1 to Z4 are all equal to R, the voltage level of the reference voltage Vref is adjusted in step IR.
図35は、この基準電圧Vrefの変化シーケンスの一例を示す図である。基準電圧Vrefは、最小値Vref(min)から、順次増大され、最大値Vref(max)に到達する。中間値において電圧V1、およびV2を取る。この最大値と最小値の間でステップI・Rで、中間状態の基準電圧が生成される。 FIG. 35 is a diagram showing an example of a change sequence of the reference voltage Vref. The reference voltage Vref is sequentially increased from the minimum value Vref (min) to reach the maximum value Vref (max). Voltages V1 and V2 are taken at intermediate values. Between the maximum value and the minimum value, an intermediate state reference voltage is generated in step IR.
MRAMにおいて、書込不良のときには、書込前の状態に復帰する。したがって書込不良の場合、順次書込電流を多く流し、誘起磁場または書込電流を増大させ、メモリセルの磁化状態を確実に変化させる。たとえばフラッシュメモリなどの様に、書込後にその状態が変化している場合、過書込などの問題が生じる可能性があるものの、MRAMにおいて、このような過書込の問題は生じず、確実に書込を実行することができる。ただし、トグルMRAMの場合、この印加磁場が大きすぎると、フリー層の交換結合が破壊されるため、その最大値が制限される。従って、書込時の基準電圧Vrefは、書込許容最大値Vref(max)以下の値に設定する必要がある。 In the MRAM, when a writing failure occurs, the state before writing is restored. Therefore, in the case of a write failure, a large write current is sequentially supplied to increase the induced magnetic field or the write current, thereby reliably changing the magnetization state of the memory cell. For example, when the state changes after writing, such as a flash memory, there is a possibility that problems such as overwriting may occur. However, such an overwriting problem does not occur in the MRAM. Can be written to. However, in the case of the toggle MRAM, if this applied magnetic field is too large, the exchange coupling of the free layer is broken, so that the maximum value is limited. Therefore, it is necessary to set the reference voltage Vref at the time of writing to a value equal to or lower than the write allowable maximum value Vref (max).
この基準電圧Vrefは、先の実施の形態で示したように、ビット線ドライブ回路、ディジット線ドライブ回路および/またはソース線ドライブ回路における、ドライブ用のトランジスタのゲートへ与えられる。したがってこの基準電圧Vrefの電圧レベルを順次増大させることにより、ドライブトランジスタの駆動電流量を大きくすることができ、書込電流を大きくすることができる。 This reference voltage Vref is applied to the gate of the driving transistor in the bit line drive circuit, digit line drive circuit and / or source line drive circuit as shown in the previous embodiment. Therefore, by sequentially increasing the voltage level of the reference voltage Vref, the drive current amount of the drive transistor can be increased and the write current can be increased.
なお、図34に示す構成において、セレクタ422に対し、書込モード指示信号φWが与えられ、セレクタ422が順次シフト動作を行なって、スイッチング素子TX1−TX3を選択的に導通状態へ駆動している。このセレクタ422へ与えられる書込モード指示信号φWとしては、内部で生成される書込を示す信号であればよい。再書込指示信号φWIが用いられてもよい。対応のMRAMの構成に応じて、内部書込の回数を示す信号が、セレクタシフト用の信号として用いられればよい。
In the configuration shown in FIG. 34, write mode instruction signal φW is applied to
また、セレクタ422は、3段階で、この発生する基準電圧Vrefのレベルを調整している。しかしながら、この基準電圧発生回路420の発生する基準電圧Vrefの再書込時の電圧変化量は、さらに多段階に分割されてもよい。この最小書込用の基準電圧Vref(min)と最大基準電圧Vref(max)の間で、これらの作用の小さいステップで、順次基準電圧Vrefの電圧レベルが調整されればよい。また、再書込回数に応じて、このステップ数が変化されてもよい。
The
[変更例1]
図36は、この発明の実施の形態7の変更例1に従うドライブ回路430の構成を概略的に示す図である。図36において、このドライブ回路430は、スピン注入型MRAMのビット線ドライブ回路またはソース線ドライブ回路である。信号線SGLは、したがってスピン注入MRAMにおけるビット線BLまたはソース線SLである。
[Modification 1]
FIG. 36 schematically shows a structure of
ドライブ回路430は、内部信号における前段回路432および434と、これらの前段回路432および434の出力信号に従って信号線SGLを駆動する駆動段436を含む。前段回路432および434は、電源電圧をそのハイ側動作電源電圧として受ける。ドライブ回路430が、ビット線ドライブ回路の場合、前段回路432および434は、図16に示すそれぞれNAND回路およびNOR回路である。このドライブ回路430がソース線ドライブ回路の場合、前段回路432および434は、図16に示すインバータ回路である。
ドライブ段436は、前段回路432の出力信号に従って信号線SGLを基準電圧Vrefレベルに駆動するPチャネルMOSトランジスタPQ10と、前段回路430の出力信号に従って信号線SGLを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQ10を含む。
このドライブ回路430により、信号線SGLは、基準電圧Vrefへ駆動され、他方端が、接地ノードに結合される。この信号線SGLを流れる書込電流は、基準電圧Vrefの電圧レベルにより調整することができる(配線抵抗が同じであり、電流量は、基準電圧Vrefと配線抵抗の比により与えられる)。
By
なお、ディジット線ドライブ回路は、通常、ディジット線DLを接地ノードに結合してディジット線電流を流す。ディジット線が、一端が接地ノードに結合され、選択行のディジット線が、ディジット線ドライブ回路の出力電圧に従って電流を流す構成の場合、この図36に示すドライブ回路430を、ディジット線ドライブ回路として利用することができる。ディジット線電流量を基準電圧Vrefにより調整することができる。
It should be noted that the digit line drive circuit normally causes the digit line current to flow by coupling the digit line DL to the ground node. When the digit line has one end coupled to the ground node and the digit line of the selected row passes current according to the output voltage of the digit line drive circuit,
[変更例2]
図37は、この発明の実施の形態8の変更例2の構成を概略的に示す図である。図37においては、トグルMRAMにおいて、ビット線BLに対し、ボルテージフォロア439が設けられる。このボルテージフォロア439は正入力に基準電圧Vrefを受け、負入力が、対応のビット線BLに結合される。
[Modification 2]
FIG. 37 schematically shows a structure of a second modification of the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 37, in the toggle MRAM, a
ビット線BLの他方端には、ビット線ドライブ回路437が設けられる。このビット線ドライブ回路437は、ハイ側電源電圧が、電源電圧である。このビット線ドライブ回路437の構成は、先の図11に示す構成と同じである(基準電圧Vrefに代えて電源電圧VDDが与えられる)。
A bit
この図37に示す構成においては、基準電圧Vrefは、再書込の回数に応じてその電圧レベルが調整される。ビット線ドライブ回路437は、選択時、対応のビット線BLを電源ノードに結合する。したがって、基準電圧Vrefの電圧レベルを調整することにより、ビット線BLの両端の電圧差が異なり、このビット線BLを流れる電流量を調整することができる。
In the configuration shown in FIG. 37, the voltage level of reference voltage Vref is adjusted according to the number of times of rewriting. When selected, bit
この場合、再書込回数が増大するにつれて、基準電圧Vrefの電圧レベルを低下させる。これにより、再書込回数が増大するにつれて、ビット線書込電流量を大きくすることができ、応じてビット線電流誘起磁場を増大させることができる。 In this case, the voltage level of the reference voltage Vref is lowered as the number of rewrites increases. As a result, as the number of rewrites increases, the amount of bit line write current can be increased, and the bit line current induced magnetic field can be increased accordingly.
したがって、この場合には、基準電圧発生回路において、図34に示すセレクタ422を、導通するスイッチング素子TX1−TX3の数を順次増大させる。
Therefore, in this case, in the reference voltage generating circuit, the
[変更例3]
図38は、この発明の実施の形態8の変更例3の構成に従う書込電流駆動活性化回路211の構成を概略的に示す図である。この書込電流駆動活性化回路211は、スピン注入MRAMにおいて、書込パルス信号W_PULSEを生成する(図24参照)。
[Modification 3]
FIG. 38 schematically shows a structure of write current
図38において、書込電流駆動活性化回路211は、書込指示検出信号φWFを固定時間遅延するタイミング調整回路442と、書込指示検出信号φWFにより初期値に設定され、書込モード時、ベリファイリード活性化信号VFRENの非活性化ごとにカウント動作を行なうカウント回路444を含む。タイミング調整回路442は、この書込指示検出信号φWFを固定時間遅延して、内部での書込パルス信号W_PULSEの活性化タイミングを調整する。
In FIG. 38, write current
書込電流駆動活性化回路211は、さらに、タイミング調整回路442を遅延する可変遅延回路446と、タイミング調整回路442の出力信号に従ってセットされかつ可変遅延回路446の出力信号によりリセットされ、その出力Qから書込パルス信号W_PULSEを生成するセット/リセットフリップフロップ448を含む。
The write current
可変遅延回路446は、その遅延量が、カウント回路444のカウント値により調整される。この場合、可変遅延回路446は、複数の縦続接続される遅延段を含み、カウント回路444の出力信号に従って、信号を出力する遅延段が設定されてもよい。これに代えて、可変遅延回路446は、複数段の遅延段で構成され、このカウント回路444のカウント値に従って、各遅延段の駆動動作電流がそれぞれ設定されて、各遅延段の遅延量が変更されてもよい。いずれの構成が用いられてもよい。
The delay amount of the
図39は、図38に示す書込電流駆動活性化回路211の動作を示す信号波形図である。以下、図39を参照して、この図38に示す書込電流駆動活性化回路211の動作について説明する。
FIG. 39 is a signal waveform diagram representing an operation of write current
データ書込時、外部からのライトコマンドに従って書込指示検出信号φWFが活性化される(コマンドデコーダ内のライトコマンド検出回路による)。カウント回路444は、そのカウント値が初期値に設定される。応じて、可変遅延回路446の遅延量が初期値に設定される。1回目の書込時においては、この初期値に従ってビット線書込パルス信号W_PULSEが生成される。
At the time of data writing, write instruction detection signal φWF is activated in accordance with an external write command (by a write command detection circuit in the command decoder). The count value of the
カウント回路444は、ベリファイリード活性化信号VFRENの非活性化への遷移に応答して、そのカウント値を更新する。応じて、可変遅延回路446は、その初期値の遅延量が更新され、所定値だけ、タイミング調整回路442の出力信号を遅延する。このタイミング調整回路442の出力信号に従って、セット/リセットフリップフロップ448がセットされ、書込パルス信号W_PULSEが活性化される。次いで、可変遅延回路446に要する遅延時間が経過後、フリップフロップ448がリセットされ、書込パルス信号W_PULSEが非活性化される。従って、2回目の書込以後においては、書込パルス信号W_PULSEのパルス幅が、順次更新される。
前述のように、MRAMにおいては、書込不良発生時、書込対象のメモリセルは、書込前の状態に復帰する。したがって、この場合、書込時間を順次長くすることにより、確実に、書込不良のメモリセルに書込データを書込むことができる。フラッシュメモリセルと異なり、この書込の初期状態が常に同じであるため、書込時間が長くされても、過書込の問題などは生じない。 As described above, in the MRAM, when a write failure occurs, the memory cell to be written returns to the state before writing. Therefore, in this case, the write data can be surely written into the memory cell in which writing is defective by sequentially increasing the write time. Unlike flash memory cells, the initial state of this writing is always the same, so even if the writing time is extended, the problem of overwriting does not occur.
以上のように、この発明の実施の形態8に従えば、再書込回数に応じて書込条件を変更しており、確実に、書込対象のメモリセルに対しデータを書込むことができる。 As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, the write condition is changed according to the number of rewrites, and data can be reliably written to the write target memory cell. .
[実施の形態9]
図40は、この発明の実施の形態9に従うトグルMRAMの書込電流駆動活性化回路450の構成を概略的に示す図である。この書込電流駆動活性化回路450から、ディジット線書込電流活性化信号W_DLおよびビット線書込電流活性化信号W_BLが生成される。この書込回路450は、先の図19および図23に示す回路211または231に対応する。
[Embodiment 9]
FIG. 40 schematically shows a structure of write current
この書込電流駆動活性化回路450は、縦続接続される遅延素子DLY1−DLY6と、遅延素子DLY2−DLY6の出力信号D2−D6を、それぞれ選択する選択回路SLT1−SKT5を含む。選択回路SLT1−SLT5の出力は共通に結合されて、書込ビット線駆動信号W_BLを生成する。
Write current
この書込電流駆動活性化回路450に対し、セレクタ452が設けられる。このセレクタ452は、たとえば、タイミングジェネレータに設けられ、書込モード指示信号φWに従って、順次選択回路SLT1−SLT5を択一的に選択状態へ駆動する。このセレクタ452は、したがって、書込モード指示信号φWに従って初期値に設定されて、順次クロック信号またはベリファイリード活性化信号VFRENに従ってシフト動作を行なうシフトレジスタで構成されてもよい。これに代えて、セレクタ452は、書込モード指示信号φWをカウントし、そのカウント値をデコードするカウンタ/デコード回路で構成されてもよい。選択回路SLT1−SLT5が択一的に選択状態へ駆動されればよい。
A
選択回路SLT1−SLT5は、選択時、対応の遅延素子の出力信号を通過させ、非選択時、出力ハイインピーダンス状態となる。したがって、書込ビット線駆動信号W_BLとして、遅延素子DLY2−DLY6の出力信号D2−D6のうちの1つが選択される。 Selection circuits SLT1-SLT5 pass the output signal of the corresponding delay element when selected, and enter an output high impedance state when not selected. Therefore, one of output signals D2-D6 of delay elements DLY2-DLY6 is selected as write bit line drive signal W_BL.
これらの遅延素子DLY1−DLY6の有する遅延時間は固定値である。書込クロック信号CLKwは、書込モード時、所定の時間幅を有するパルス信号として生成される。またこれに代えて、書込クロック信号CLKwは、常時発生される内部クロック信号CLKiであってもよい。この場合、書込ディジット線駆動信号W_DLが、内部クロック信号CLKiに従って変化するものの、対応のディジット線ドライブ回路はデータ書込時以外スタンバイ状態にあり、特に問題は生じない。 These delay elements DLY1-DLY6 have a fixed delay time. Write clock signal CLKw is generated as a pulse signal having a predetermined time width in the write mode. Alternatively, the write clock signal CLKw may be an internal clock signal CLKi that is always generated. In this case, although the write digit line drive signal W_DL changes according to the internal clock signal CLKi, the corresponding digit line drive circuit is in a standby state except during data writing, and no particular problem occurs.
図41は、この図40に示す書込電流駆動活性化回路450の動作を示すタイミング図である。以下、図41を参照して、図40に示す書込電流駆動活性化回路450の動作について説明する。
FIG. 41 is a timing diagram representing an operation of write current
データ書込時、書込クロック信号CLKwが、所定の時間幅を有するパルス信号として生成される(またはクロック信号CLKiとして常時与えられる)。遅延素子DLY1−DLY6AH、それぞれ遅延時間Δtを有しており、与えられた信号を順次遅延して出力する。まず、初段の遅延素子DLY1からの出力信号D1が、書込ディジット線駆動信号W_DLとして生成される。 At the time of data writing, write clock signal CLKw is generated as a pulse signal having a predetermined time width (or is always given as clock signal CLKi). The delay elements DLY1 to DLY6AH each have a delay time Δt, and sequentially delay the given signals to output them. First, the output signal D1 from the first-stage delay element DLY1 is generated as the write digit line drive signal W_DL.
セレクタ452は、初回の書込時においては、初期状態に設定される。したがって、遅延素子DLY2−DLY6のいずれかの出力信号が選択される。図41に示すように、遅延素子DLY2の出力信号D2が選択された場合には、書込ビット線駆動信号W_BLは、時刻taから時刻tcの間Hレベルとなる。一方、最終段の遅延素子DLY6の出力信号DL6を選択した場合、書込ビット線駆動信号W_BLは、時刻tbから時刻tdの間Hレベルとなる。
The
この期間内において、再書込回数に応じて順次書込ビット線駆動信号W_BLが遅延される。メモリセルに対する書込は、書込ディジット線電流活性化信号W_DLと書込ビット線駆動信号W_BLが重なり合った期間において行なわれる(磁場の回転)。したがって、この合成磁場が生成される期間を長くすることにより、確実に、ディジット線電流およびビット線電流の誘起する磁場の合成磁場の方向に、メモリセルの可変磁気抵抗素子(MTJ素子)の磁化方向を設定することができ、確実に書込を実行することができる。 In this period, the write bit line drive signal W_BL is sequentially delayed according to the number of rewrites. Writing to the memory cell is performed during a period in which the write digit line current activation signal W_DL and the write bit line drive signal W_BL overlap (magnetic field rotation). Therefore, by increasing the period during which this combined magnetic field is generated, the magnetization of the variable magnetoresistive element (MTJ element) of the memory cell is reliably made in the direction of the combined magnetic field induced by the digit line current and the bit line current. The direction can be set, and writing can be executed reliably.
書込ごとに、W_DLおよびW_BLの互いの相対的なタイミング関係を調整することにより、確実にデータの書込を実行することができる。書込不良原因が、磁場の分離不良(スピンフロップ状態が生成されない状態)の時には、ディジット線電流が流れる時間を長くする。磁場回転不良が、書込不良原因の場合には、ビット線電流とディジット線電流とがともに流れる時間を長くする。書込不良原因が、ビット線電流による容易軸の回転不良の場合には、ビット線電流が流れる時間を長くする。これらの書込不良の原因に応じて、遅延時間の変更シーケンスを設定する。テスト時に発生確率の高い不良原因を特定して、遅延変更シーケンスを設定する。 By adjusting the relative timing relationship between W_DL and W_BL for each writing, it is possible to reliably write data. When the cause of the writing failure is a magnetic field separation failure (a state where the spin-flop state is not generated), the time during which the digit line current flows is lengthened. When the magnetic field rotation failure is the cause of the writing failure, the time for which both the bit line current and the digit line current flow is lengthened. When the cause of the write failure is a rotation failure of the easy axis due to the bit line current, the time during which the bit line current flows is lengthened. A delay time change sequence is set in accordance with the cause of these write failures. A failure cause with a high probability of occurrence is identified during testing, and a delay change sequence is set.
[変更例]
図42は、この発明の実施の形態9に従う書込電流駆動活性化回路450の変更例の構成を概略的に示す図である。この図42に示す書込電流駆動活性化回路450においては、遅延素子DLY1−DLY3の出力に対応して、選択回路SLT10−SLT12がそれぞれ設けられる。選択回路SLT10−SLT12は、セレクタ452からの出力信号に従って択一的に導通状態となり、非選択時、出力ハイインピーダンス状態である。
[Example of change]
FIG. 42 schematically shows a structure of a modification of write current
このセレクタ452は、先の図40に示す構成と同様、書込モード指示信号φWに従って初期値が設定されかつカウント動作を実行する。この書込モード指示信号φWに代えて、セレクタ452は、たとえばベリファイリード活性化信号(VFREN)に従ってカウント動作を行なってもよい。内部での書込が行なわれる回数を示す信号をセレクタシフト制御信号として利用し、セレクタが、このシフト制御信号に従って、再書込回数をカウントし、そのカウント値に応じた選択信号が生成される構成であればよい。
As in the configuration shown in FIG. 40,
書込電流駆動活性化回路450は、さらに、選択回路SLT10−SLT12の出力信号を受ける2段の縦続接続される遅延素子DLY10およびDLY11と、選択回路SLT10−SLT12のいずれかの出力信号と遅延素子DLY1の出力信号D1とを受けるOR回路454を含む。遅延素子DLY11から、書込ビット線駆動信号W_BLが生成され、OR回路454から、書込ディジット線駆動信号W_DLが生成される。
Write current
図43は、図42に示す書込電流駆動活性化回路450の動作を示すタイミング図である。以下、図43を参照して、図42に示す書込電流駆動活性化回路450の動作について説明する。
FIG. 43 is a timing chart representing an operation of write current
今、セレクタ452が、選択回路SLT12を選択している状態を考える。この場合、書込ディジット線駆動信号W_DLは、遅延素子DLY1の出力信号D1の立上がりに同期して立上がり、次いで、遅延素子DLY3の出力信号D3の立下がりに応答して立下がる。
Consider a state where the
一方、書込ビット線駆動信号W_BLは、遅延素子DLY3の出力信号D3に対し、遅延素子DLY10およびDLY11の有する遅延時間遅れて変化する。 On the other hand, write bit line drive signal W_BL changes with a delay time delay of delay elements DLY10 and DLY11 with respect to output signal D3 of delay element DLY3.
したがって、この書込ディジット線駆動信号W_DLがHレベルであり、書込ビット線駆動信号W_BLが非活性状態のときには、可変磁気抵抗素子(MTJ素子)において、スピンフロップ状態が確立される。次いで、この書込ディジット線駆動信号W_DLおよび書込ビット線駆動信号W_BLがともにHレベルとなると、合成磁場によるメモリセルの可変磁気抵抗素子の磁化方向が回転する。 Therefore, when write digit line drive signal W_DL is at H level and write bit line drive signal W_BL is in an inactive state, a spin flop state is established in the variable magnetoresistive element (MTJ element). Next, when both the write digit line drive signal W_DL and the write bit line drive signal W_BL are at H level, the magnetization direction of the variable magnetoresistive element of the memory cell by the combined magnetic field rotates.
さらに、ディジット線電流が停止された後、書込ビット線駆動信号W_BLが活性状態にある期間、さらに、メモリセルの可変磁気抵抗素子の磁化方向が回転し、容易軸方向がビット線電流誘起磁場と45度をなす方向にその磁化方向が設定される。 Further, after the digit line current is stopped, the magnetization direction of the variable magnetoresistive element of the memory cell is rotated during the period when the write bit line drive signal W_BL is in the active state, and the easy axis direction is the bit line current induced magnetic field. The magnetization direction is set in a direction of 45 degrees.
したがって、この場合においても、セレクタ452により、選択回路SLT10−SLT12を択一的に選択状態とすることにより、書込時間を調整することができ、確実にデータの書込を行なうことができる。
Therefore, also in this case, the
この書込時間は、書込不良が、スピンフロップ状態が形成されない不良の場合には、書込時間を長くするように書込回数ごとに順次増大させる。一方、この合成磁場が弱い場合には、書込時間を長くするように選択回路SLT10−SLT12の選択シーケンスを設定する。したがって、この書込ビット線電流活性化信号W_BLは、図43において矢印で示す範囲内で波形の移動をさせることができる。 When the writing failure is a failure in which the spin-flop state is not formed, the writing time is sequentially increased for each number of writings so as to increase the writing time. On the other hand, when this synthetic magnetic field is weak, the selection sequence of the selection circuits SLT10 to SLT12 is set so as to lengthen the writing time. Therefore, write bit line current activation signal W_BL can be moved in the range indicated by the arrow in FIG.
なお、この図41に示す書込電流駆動活性化回路410においては、遅延素子DLY4−DLY6は用いられていない。これらの遅延素子DLY4−DLY6の出力信号D4−D6が、他の書込に関連する部分のファイルの信号を発生するために用いられても良い。たとえば、これらの遅延素子DLY5およびDLY6の出力信号D5およびD6が、リードベリファイリード活性化信号VFRENの活性化を設定するときに用いられてもよい。
Note that delay elements DLY4-DLY6 are not used in write current
以上のように、この発明の実施の形態9に従えば、トグルMRAMにおいて、内部での再書込時に、ディジット線電流およびビット線電流が流れる期間を調整しており、正確に、書込を実行することができる。 As described above, according to the ninth embodiment of the present invention, in the toggle MRAM, the period during which the digit line current and the bit line current flow is adjusted at the time of internal rewriting. Can be executed.
また、この実施の形態9は、他の実施の形態1から7に示されるトグルMRAMの構成と組合せて用いられてもよい。 Further, the ninth embodiment may be used in combination with the configuration of the toggle MRAM shown in the other first to seventh embodiments.
この発明は、MTJ素子およびMJT素子などの可変磁気抵抗素子を記憶素子として利用する磁性体メモリ(MRAM)に適用することができる。このMRAMとしては、単体のメモリであってもよく、マイクロコンピュータなどのように、プロセッサと同一チップ上に集積化されるメモリであってもよい。 The present invention can be applied to a magnetic memory (MRAM) that uses variable magnetoresistive elements such as MTJ elements and MJT elements as memory elements. The MRAM may be a single memory or a memory integrated on the same chip as the processor, such as a microcomputer.
1 フリー層、2 ピン層、3 バリア層、11 フリー層、12 ピン層、13 バリア層、20 メモリセルアレイ、22 書込系回路、23 読出系回路、24 書込制御回路、50 Xデコーダ、52 DLドライバ/WLドライバ、54 Yデコーダ、56 ビット線ドライバ、58 リードアンプ、60 Vref発生回路、62 コマンドデコーダ、64 タイミングジェネレータ、65 入力データラッチ、66 比較器、67 出力データラッチ、70 ディジット線デコード回路、72 ディジット線ドライバ回路、73 ビット線デコード制御回路、74 ビット線デコード回路、76 ビット線ドライブ回路、78 センスアンプ回路、EG EXNOR回路、80 ワード線デコード回路、82 ワード線ドライバ回路、90 リードアンプ、92 ライトドライバ、100 ソース線デコーダ、102 ソース線ドライバ、112 コマンドデコーダ、114 タイミングジェネレータ、120 ソース線デコード制御回路、122 ソース線デコード回路、124 ソース線ドライブ回路、206 書込活性化回路、208 プレリード禁止回路、211 書込電流駆動活性化回路、212 ベリファイ活性化回路、213 ビジー信号発生回路、214 ラッチ、215 パルス発生回路、202 ライトコマンド検出回路、222 ライトコマンド検出回路、224 書込活性化回路、231 書込電流駆動活性化回路、232 ベリファイ活性化回路、233 ビジー信号発生回路、234 ラッチ、235 パルス発生回路、240 切換回路、242 再書込要求発行回路、250 再書込要求発行回路、DDL0−DDLn 入力データラッチ、QDL0−QDLn 出力データラッチ、COM0−COMn 比較器、MB0−MBn メモリブロック、SBW0−SBWn サブ書込系回路、SAK0−SAKn センスアンプ回路、SCK0−SCKn センス制御回路、300 コマンドデコーダ、302 タイミングジェネレータ、306 Vref発生回路、304 OR回路、370i ディジット線デコード制御回路、376i ビット線デコード制御回路、380 ソース線デコード制御回路、400 コマンドデコーダ、410 ビジー信号発生回路、412 再書込要求発行回路、420 基準電圧発生回路、437 ビット線ドライブ回路、439 ボルテージフォロア、444 カウント回路、446 可変遅延回路、448 セット/リセットフリップフロップ、450 書込電流駆動活性化回路、DLY1−DLY6 遅延素子、SLT1−SLT5 選択回路、452,453 セレクタ、SLT10−SLT12 選択回路、DLY10,DLY11 遅延素子、454 OR回路。 1 free layer, 2 pin layer, 3 barrier layer, 11 free layer, 12 pin layer, 13 barrier layer, 20 memory cell array, 22 write system circuit, 23 read system circuit, 24 write control circuit, 50 X decoder, 52 DL driver / WL driver, 54 Y decoder, 56 bit line driver, 58 read amplifier, 60 Vref generation circuit, 62 command decoder, 64 timing generator, 65 input data latch, 66 comparator, 67 output data latch, 70 digit line decode Circuit, 72 digit line driver circuit, 73 bit line decode control circuit, 74 bit line decode circuit, 76 bit line drive circuit, 78 sense amplifier circuit, EG EXNOR circuit, 80 word line decode circuit, 82 word line driver circuit, 90 read Amplifier, 92 write driver, 100 source line decoder, 102 source line driver, 112 command decoder, 114 timing generator, 120 source line decode control circuit, 122 source line decode circuit, 124 source line drive circuit, 206 write activation circuit, 208 Pre-read inhibit circuit, 211 Write current drive activation circuit, 212 Verify activation circuit, 213 Busy signal generation circuit, 214 Latch, 215 Pulse generation circuit, 202 Write command detection circuit, 222 Write command detection circuit, 224 Write activation Circuit, 231 write current drive activation circuit, 232 verify activation circuit, 233 busy signal generation circuit, 234 latch, 235 pulse generation circuit, 240 switching circuit, 242 rewrite request issue circuit, 25 Rewrite request issue circuit, DDL0-DDLn input data latch, QDL0-QDLn output data latch, COM0-COMn comparator, MB0-MBn memory block, SBW0-SBWn sub-write system circuit, SAK0-SAKn sense amplifier circuit, SCK0 -SCKn sense control circuit, 300 command decoder, 302 timing generator, 306 Vref generation circuit, 304 OR circuit, 370i digit line decode control circuit, 376i bit line decode control circuit, 380 source line decode control circuit, 400 command decoder, 410 busy Signal generation circuit, 412 rewrite request issue circuit, 420 reference voltage generation circuit, 437 bit line drive circuit, 439 voltage follower, 444 count circuit, 446 variable Extension circuit, 448 set / reset flip-flop, 450 write current drive activation circuit, DLY1-DLY6 delay element, SLT1-SLT5 selection circuit, 452,453 selector, SLT10-SLT12 selection circuit, DLY10, DLY11 delay element, 454 OR circuit.
Claims (9)
書込データに従って、前記複数のメモリセルのうちの書込対象のメモリセルに前記書込データを書込む書込系回路、および
前記書込データの書込後に前記書込対象のメモリセルの記憶データと前記書込データとを比較し、該比較結果に従って前記書込系回路に前記書込対象のメモリセルに対して選択的に書込を実行させる書込制御回路を備え、前記書込対象のメモリセルは、再書込されるときは、書込前と同じ初期状態から再書込される、磁性体メモリ。 A plurality of memory cells arranged in a matrix, each including a variable magnetoresistive element, and storing data according to a resistance value of the variable magnetoresistive element;
A write circuit for writing the write data to a write target memory cell of the plurality of memory cells according to the write data; and storage of the write target memory cell after the write data is written A write control circuit that compares data and the write data, and causes the write circuit to selectively write to the write target memory cell according to the comparison result; When the memory cell is rewritten, the memory cell is rewritten from the same initial state as before writing.
前記書込系回路は、前記書込データの論理値にかかわらずデータ書込時には、前記書込対象のメモリセルが接続するビット線に同一方向に電流を流し、
前記書込制御回路は、さらに、前記書込データの前記書込対象のメモリセルへの1回目の書込前に前記書込対象のメモリセルの記憶データと前記書込データの論理値が一致しているかを判定し、一致判定時には、前記書込系回路による前記書込対象のメモリセルに対する書込を停止させる、請求項1記載の磁性体メモリ。 The magnetic memory further includes a plurality of bit lines that are arranged corresponding to the memory cell columns and to which the memory cells of the corresponding column are connected,
The write circuit causes a current to flow in the same direction to the bit line to which the memory cell to be written is connected during data writing regardless of the logical value of the write data,
Further, the write control circuit further determines that the storage data of the write target memory cell and the logical value of the write data are equal before the first write of the write data to the write target memory cell. The magnetic memory according to claim 1, wherein it is determined whether or not a match is made, and writing to the memory cell to be written by the write circuit is stopped when coincidence is determined.
各メモリセル行に対応して配列され、書込時、各々が対応の行のメモリセルに前記書込系回路から供給される第2の書込電流に応じた磁界を印加する複数のディジット線とをさらに備え、
前記書込系回路は、前記書込制御回路の不一致判定時、前記第1および第2の書込電流の供給タイミングの相対関係を前記書込時のタイミング関係と異ならせる、請求項2記載の磁性体メモリ。 A plurality of bit lines arranged corresponding to each memory cell column, each applying a magnetic field corresponding to a first write current from the write circuit to the memory cells in the corresponding column during writing;
A plurality of digit lines arranged corresponding to each memory cell row and each applying a magnetic field corresponding to a second write current supplied from the write circuit to the memory cells in the corresponding row during writing And further comprising
3. The write circuit according to claim 2, wherein when the mismatch of the write control circuit is determined, the relative relationship between the supply timings of the first and second write currents is different from the timing relationship during the writing. Magnetic memory.
前記書込系回路は、前記規定値に達するまで、前記書込制御回路の一致判定結果にかかわらず前記書込データの書込対象メモリセルへの書込シーケンスを繰返す、請求項1記載の磁性体メモリ。 At least one of the number of determinations and the writing time of the write control circuit has a predetermined specified value,
2. The magnetic circuit according to claim 1, wherein the write-related circuit repeats a write sequence of the write data to the write target memory cell regardless of a match determination result of the write control circuit until the specified value is reached. Body memory.
前記書込制御回路は、各メモリブロックごとに前記一致判定の動作を行ない、
前記書込系回路は、各メモリブロックに対応して設けられて、対応の書込データビットを対応の書込対象メモリセルに書込む書込回路と、
前記書込制御回路の一致判定出力に従って対応のメモリブロックの書込対象のメモリセルへの書込を停止する回路とを備える、請求項4記載の磁性体メモリ。 The plurality of memory cells are divided into a plurality of memory cell blocks, and the memory cells to be written are selected as write targets for different write data bits in each memory block,
The write control circuit performs the match determination operation for each memory block,
The write circuit is provided corresponding to each memory block, and writes a corresponding write data bit into a corresponding write target memory cell;
5. A magnetic memory according to claim 4, further comprising: a circuit that stops writing to a memory cell to be written in a corresponding memory block in accordance with a match determination output of the write control circuit.
前記書込制御回路は、1回目のデータ書込時、前期比較結果を示す信号を強制的に書込不良を示す状態に設定する、請求項1記載の磁性体メモリ。 In the memory cell, data is written by a current flowing through the variable resistance element,
The magnetic memory according to claim 1, wherein the write control circuit forcibly sets a signal indicating a comparison result of the previous period to a state indicating a write failure at the time of the first data write.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100202 |