[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2011119027A - Thin film magnetic material storage device - Google Patents

Thin film magnetic material storage device Download PDF

Info

Publication number
JP2011119027A
JP2011119027A JP2011064372A JP2011064372A JP2011119027A JP 2011119027 A JP2011119027 A JP 2011119027A JP 2011064372 A JP2011064372 A JP 2011064372A JP 2011064372 A JP2011064372 A JP 2011064372A JP 2011119027 A JP2011119027 A JP 2011119027A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
read
write
memory cell
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011064372A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5213980B2 (en
Inventor
Hideto Hidaka
秀人 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2011064372A priority Critical patent/JP5213980B2/en
Publication of JP2011119027A publication Critical patent/JP2011119027A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5213980B2 publication Critical patent/JP5213980B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1653Address circuits or decoders
    • G11C11/1657Word-line or row circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1673Reading or sensing circuits or methods

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film magnetic material storage device that simultaneously and stably transfers multi-bit data. <P>SOLUTION: The thin-film magnetic material storage device includes N memory banks MB1 to MBN, M (M>N) data read circuits RDV1 to RDVM and M data write circuits WDV1 to WDVM. During data read, each of the data read circuits RDV1 to RDVM operates to read M-bit data in parallel. During data write, only N of the M data read circuits RDV1 to RDVM operate to write N-bit data in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、薄膜磁性体記憶装置に関し、より特定的には、磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunneling Junction)を有するメモリセルを備えたランダムアクセスメモリに関する。   The present invention relates to a thin film magnetic memory device, and more particularly to a random access memory including a memory cell having a magnetic tunnel junction (MTJ).

低消費電力で不揮発的なデータの記憶が可能な記憶装置として、MRAM(Magnetic Random Access Memory)デバイスが注目されている。MRAMデバイスは、半導体集積回路に形成された複数の薄膜磁性体を用いて不揮発的なデータ記憶を行ない、薄膜磁性体の各々に対してランダムアクセスが可能な記憶装置である。   An MRAM (Magnetic Random Access Memory) device has attracted attention as a storage device that can store nonvolatile data with low power consumption. An MRAM device is a storage device that performs non-volatile data storage using a plurality of thin film magnetic bodies formed in a semiconductor integrated circuit and allows random access to each of the thin film magnetic bodies.

特に、近年では磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)を利用した薄膜磁性体をメモリセルとして用いることによって、MRAMデバイスの性能が飛躍的に進歩することが発表されている。磁気トンネル接合を有するメモリセルを備えたMRAMデバイスについては、“A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb. 2000.および“Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.等の技術文献に開示されている。   In particular, in recent years, it has been announced that the performance of an MRAM device will be dramatically improved by using a thin film magnetic material using a magnetic tunnel junction (MTJ) as a memory cell. For MRAM devices with memory cells with magnetic tunnel junctions, see “A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb 2000. and “Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.

図14は、磁気トンネル接合部を有するメモリセル(以下、単に「MTJメモリセル」とも称する)の構成を示す概略図である。   FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of a memory cell having a magnetic tunnel junction (hereinafter also simply referred to as “MTJ memory cell”).

図14を参照して、MTJメモリセルは、記憶データレベルに応じて電気抵抗が変化するトンネル磁気抵抗素子TMRと、データ読出時にトンネル磁気抵抗素子TMRを通過するセンス電流Isの経路を形成するためのアクセストランジスタATRとを備える。アクセストランジスタATRは、たとえば電界効果型トランジスタで形成され、トンネル磁気抵抗素子TMRと固定電圧(接地電圧Vss)との間に結合される。   Referring to FIG. 14, the MTJ memory cell forms a tunnel magnetoresistive element TMR whose electrical resistance changes according to the stored data level and a path of sense current Is passing through tunnel magnetoresistive element TMR during data reading. Access transistor ATR. Access transistor ATR is formed of a field effect transistor, for example, and is coupled between tunneling magneto-resistance element TMR and a fixed voltage (ground voltage Vss).

MTJメモリセルに対しては、データ書込を指示するためのライトワード線WWLと、データ読出を実行するためのリードワード線RWLと、データ読出時およびデータ書込時において、記憶データのデータレベルに対応した電気信号を伝達するためのデータ線であるビット線BLとが配置される。   For MTJ memory cells, a write word line WWL for instructing data writing, a read word line RWL for executing data reading, and a data level of stored data at the time of data reading and data writing A bit line BL, which is a data line for transmitting an electrical signal corresponding to, is arranged.

図15は、MTJメモリセルからのデータ読出動作を説明する概念図である。 図15を参照して、トンネル磁気抵抗素子TMRは、一定方向の磁化方向を有する強磁性体層(以下、単に「固定磁化層」とも称する)FLと、外部から印加される磁界に応じた方向に磁化される強磁性体層(以下、単に「自由磁化層」とも称する)VLとを有する。固定磁化層FLおよび自由磁化層VLとの間には、絶縁体膜で形成されるトンネルバリアTBが設けられる。自由磁化層VLは、記憶データのデータレベルに応じて、固定磁化層と同一方向または、固定磁化層FLと異なる方向に磁化される。   FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a data read operation from the MTJ memory cell. Referring to FIG. 15, tunneling magneto-resistance element TMR includes a ferromagnetic layer (hereinafter, also simply referred to as “fixed magnetization layer”) FL having a certain magnetization direction and a direction corresponding to a magnetic field applied from the outside. And a ferromagnetic layer (hereinafter also simply referred to as “free magnetic layer”) VL. A tunnel barrier TB formed of an insulating film is provided between the fixed magnetic layer FL and the free magnetic layer VL. Free magnetic layer VL is magnetized in the same direction as the fixed magnetic layer or in a different direction from fixed magnetic layer FL, depending on the data level of the stored data.

データ読出時においては、リードワード線RWLの活性化に応じてアクセストランジスタATRがターンオンされる。これにより、ビット線BL〜トンネル磁気抵抗素子TMR〜アクセストランジスタATR〜接地電圧Vssの電流経路に、センス電流Isを流すことができる。   At the time of data reading, access transistor ATR is turned on in response to activation of read word line RWL. As a result, the sense current Is can flow through the current path of the bit line BL, the tunnel magnetoresistive element TMR, the access transistor ATR, and the ground voltage Vss.

トンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗は、固定磁化層FLおよび自由磁化層VLの磁化方向の相対関係に応じて変化する。具体的には、固定磁化層FLの磁化方向と、自由磁化層VLに書込まれた磁化方向とが平行である場合には、両者の磁化方向が反対方向である場合に比べてトンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗は小さくなる。以下、本明細書においては、記憶データの“1”および“0”にそれぞれ対応するトンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗をR1およびR0でそれぞれ示すこととする。ただし、R1>R0であるものとする。   The electric resistance of tunneling magneto-resistance element TMR changes according to the relative relationship between the magnetization directions of fixed magnetic layer FL and free magnetic layer VL. Specifically, when the magnetization direction of the fixed magnetization layer FL and the magnetization direction written in the free magnetization layer VL are parallel to each other, the tunnel magnetoresistance is compared to the case where the magnetization directions of both are opposite directions. The electric resistance of the element TMR is reduced. Hereinafter, in this specification, the electric resistances of tunneling magneto-resistance elements TMR corresponding to the stored data “1” and “0”, respectively, are denoted by R1 and R0, respectively. However, it is assumed that R1> R0.

このように、トンネル磁気抵抗素子TMRは、磁化方向に応じてその電気抵抗が変化する。したがって、トンネル磁気抵抗素子TMR中の自由磁化層VLの二通りの磁化方向と、記憶データのレベル(“1”および“0”)とをそれぞれ対応付けることによって、データ記憶を実行することができる。   Thus, the tunnel magnetoresistive element TMR changes its electric resistance according to the magnetization direction. Therefore, data storage can be executed by associating the two magnetization directions of free magnetic layer VL in tunneling magneto-resistance element TMR with the levels (“1” and “0”) of stored data.

センス電流Isによってトンネル磁気抵抗素子TMRで生じる電圧変化は、自由磁化層の磁化方向、すなわち記憶データレベルに応じて異なる。したがって、たとえば、ビット線BLを一定電圧にプリチャージした状態とした後に、トンネル磁気抵抗素子TMRにセンス電流Isを流せば、ビット線BLの電圧レベルの変化の検知によって、MTJメモリセルの記憶データを読出すことができる。   The voltage change caused in the tunnel magnetoresistive element TMR by the sense current Is differs depending on the magnetization direction of the free magnetic layer, that is, the stored data level. Therefore, for example, if the sense current Is is passed through the tunnel magnetoresistive element TMR after the bit line BL is precharged to a constant voltage, the stored data of the MTJ memory cell is detected by detecting the change in the voltage level of the bit line BL. Can be read out.

図16は、MTJメモリセルに対するデータ書込動作を説明する概念図である。
図16を参照して、データ書込時においては、リードワード線RWLは非活性化され、アクセストランジスタATRはターンオフされる。この状態で、自由磁化層VLを書込データに応じた方向に磁化するためのデータ書込電流が、ライトワード線WWLおよびビット線BLにそれぞれ流される。自由磁化層VLの磁化方向は、ライトワード線WWLおよびビット線BLをそれぞれ流れるデータ書込電流の向きの組合せによって決定される。
FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating a data write operation for the MTJ memory cell.
Referring to FIG. 16, at the time of data writing, read word line RWL is inactivated and access transistor ATR is turned off. In this state, a data write current for magnetizing free magnetic layer VL in the direction corresponding to the write data is supplied to write word line WWL and bit line BL. The magnetization direction of free magnetic layer VL is determined by the combination of the directions of data write currents flowing through write word line WWL and bit line BL, respectively.

図17は、データ書込時におけるデータ書込電流の方向と磁化方向との関係を説明する概念図である。   FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the direction of data write current and the magnetization direction during data writing.

図17を参照して、横軸Hxは、ビット線BLを流れるデータ書込電流によって生じるデータ書込磁界H(BL)の方向を示すものとする。一方、縦軸Hyは、ライトワード線WWLを流れるデータ書込電流によって生じるデータ書込磁界H(WWL)の方向を示すものとする。   Referring to FIG. 17, horizontal axis Hx represents the direction of data write magnetic field H (BL) generated by the data write current flowing through bit line BL. On the other hand, the vertical axis Hy represents the direction of the data write magnetic field H (WWL) generated by the data write current flowing through the write word line WWL.

自由磁化層VLの磁化方向は、データ書込磁界H(BL)とH(WWL)との和が図中に示されるアステロイド特性線の外側の領域に達する場合においてのみ、新たに書換えることができる。   The magnetization direction of the free magnetic layer VL is newly rewritten only when the sum of the data write magnetic fields H (BL) and H (WWL) reaches a region outside the asteroid characteristic line shown in the figure. Can do.

すなわち、印加されたデータ書込磁界がアステロイド特性線の内側の領域に相当する強度である場合には、自由磁化層VLの磁化方向は変化しない。したがって、MTJメモリセルの記憶データを更新するためには、ライトワード線WWLとビット線BLとの両方に所定レベル以上の電流を流す必要がある。トンネル磁気抵抗素子に一旦書込まれた磁化方向、すなわちMTJメモリセルの記憶データは、新たなデータ書込が実行されるまでの間不揮発的に保持される。   That is, when the applied data write magnetic field has a strength corresponding to the region inside the asteroid characteristic line, the magnetization direction of the free magnetic layer VL does not change. Therefore, in order to update the storage data of the MTJ memory cell, it is necessary to pass a current of a predetermined level or more to both the write word line WWL and the bit line BL. The magnetization direction once written in the tunnel magnetoresistive element, that is, data stored in the MTJ memory cell is held in a nonvolatile manner until new data writing is executed.

データ読出時においても、ビット線BLにはセンス電流Isが流れる。しかし、センス電流Isは一般的に、上述したデータ書込電流よりは1〜2桁程度小さくなるように設定されるので、センス電流Isの影響によりデータ読出時においてMTJメモリセルの記憶データが誤って書換えられる可能性は小さい。   Even during data reading, sense current Is flows through bit line BL. However, since the sense current Is is generally set to be about 1 to 2 digits smaller than the data write current described above, the stored data in the MTJ memory cell is erroneously read at the time of data reading due to the influence of the sense current Is. The possibility of rewriting is small.

上述した技術文献においては、このようなMTJメモリセルを半導体基板上に集積して、ランダムアクセスメモリMRAMデバイスを構成する技術が開示されている。   The above-described technical literature discloses a technique for forming a random access memory MRAM device by integrating such MTJ memory cells on a semiconductor substrate.

図18は、行列状に集積配置されたMTJメモリセルを示す概念図である。
半導体基板上にMTJメモリセルを行列状に配することによって、高集積化されたMRAMデバイスを実現することができる。図18においては、MTJメモリセルをn行×m列(n,m:自然数)に配置する構成が示される。既に説明したように、各MTJメモリセルに対して、ビット線BL、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLを配置する必要がある。したがって、行列状に配置されたn×m個のMTJメモリセルに対して、n本のライトワード線WWL1〜WWLnおよびリードワード線RWL1〜RWLnと、m本のビット線BL1〜BLmとが配置される。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing MTJ memory cells integrated and arranged in a matrix.
By arranging MTJ memory cells in a matrix on a semiconductor substrate, a highly integrated MRAM device can be realized. FIG. 18 shows a configuration in which MTJ memory cells are arranged in n rows × m columns (n, m: natural numbers). As already described, it is necessary to arrange the bit line BL, the write word line WWL, and the read word line RWL for each MTJ memory cell. Therefore, n write word lines WWL1 to WWLn and read word lines RWL1 to RWLn and m bit lines BL1 to BLm are arranged for n × m MTJ memory cells arranged in a matrix. The

データ読出時におけるデータ読出電流、すなわちセンス電流Isの供給は、メモリアレイに隣接して配置されるデータ読出回路500によって実行される。データ読出回路500は、ビット線BL1〜BLmで共有される電流供給ユニット510と、データバスDBと、メモリセル列にそれぞれ対応して設けられるコラム選択ゲートCSG1〜CSGmを含む。   The supply of the data read current at the time of data read, that is, the sense current Is is executed by the data read circuit 500 arranged adjacent to the memory array. Data read circuit 500 includes a current supply unit 510 shared by bit lines BL1 to BLm, a data bus DB, and column selection gates CSG1 to CSGm provided corresponding to the memory cell columns, respectively.

電流供給ユニット510は、データバスDBに対してセンス電流Isを供給する。データバスDBは、コラム選択ゲートCSG1〜CSGmを介して、ビット線BL1〜BLmと結合される。   The current supply unit 510 supplies the sense current Is to the data bus DB. Data bus DB is coupled to bit lines BL1-BLm via column selection gates CSG1-CSGm.

コラム選択線CSL1〜CSLmは、メモリセル列にそれぞれ対応して設けられ、列選択結果に応じて選択的に活性化される。同様に、リードワード線RWL1〜RWLnのうちの行選択結果に応じて選択される1本が選択的に活性化される。このような行選択結果と列選択結果との組合わせによって、データ読出対象である選択メモリセルが指定される。   Column selection lines CSL1 to CSLm are provided corresponding to the memory cell columns, respectively, and are selectively activated according to the column selection result. Similarly, one of read word lines RWL1 to RWLn that is selected according to the row selection result is selectively activated. A combination of such a row selection result and a column selection result designates a selected memory cell that is a data read target.

このような構成とすることにより、メモリアレイ10全体で共有される電流供給ユニット510によって、選択メモリセルによってプルダウンされたビット線に対してセンス電流Isを選択的に供給して、選択メモリセルのトンネル磁気抵抗素子TMRにセンス電流Isを通過させることができる。この結果、データバスDBの電圧変化を検知することによって、選択メモリセルの記憶データを読出すことができる。   With this configuration, the current supply unit 510 shared by the entire memory array 10 selectively supplies the sense current Is to the bit line pulled down by the selected memory cell, so that the selected memory cell Sense current Is can be passed through tunneling magneto-resistance element TMR. As a result, the data stored in the selected memory cell can be read by detecting the voltage change of the data bus DB.

ロイ・ショイアーライン(Roy Scheuerlein)他6名、“各セルにFETスイッチおよび磁気トンネル接合を用いた10ns読出・書込の不揮発メモリアレイ(A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell)”,(米国),2000年米国電気電子学会国際固体回路会議・技術論文集TA7.2(2000 IEEE ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2),p.128−129Roy Scheuerlein and 6 others, “A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Using FET Switches and Magnetic Tunnel Junctions in Each Cell Junction and FET Switch in each Cell), (USA), 2000 IEICE International Solid Circuit Conference and Technical Papers TA7.2 (2000 IEEE ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2), p. 128-129 ダーラム(M.Durlam)他5名、“磁気トンネル接合素子に基づいた不揮発ランダムアクセスメモリ(Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements)”,(米国),2000年米国電気電子学会国際固体回路会議・技術論文集TA7.3(2000 IEEE ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3),p.130−131D. Durlam and five others, “Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements” (USA), 2000 International Solid State Circuit Conference / Technology of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2000 Proceedings TA7.3 (2000 IEEE ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3), p. 130-131

しかしながら、MTJメモリセル中のトンネル磁気抵抗素子は、約10KΩ程度の比較的高い電気抵抗を有する抵抗体である。一方、メモリアレイ10全体で共有されるように配置されるデータバスDBは、比較的大きな寄生容量を有する。したがって、図18に示したように、ビット線BLを介してデータバスDBに選択メモリセルを結合して、データバスDBの電圧変化の検知によってデータ読出を実行する構成においては、センス電流Is経路のRC時定数が大きくなり、データ読出の高速性が妨げられるおそれがある。   However, the tunnel magnetoresistive element in the MTJ memory cell is a resistor having a relatively high electric resistance of about 10 KΩ. On the other hand, the data bus DB arranged so as to be shared by the entire memory array 10 has a relatively large parasitic capacitance. Therefore, as shown in FIG. 18, in the configuration in which the selected memory cell is coupled to data bus DB via bit line BL and data reading is performed by detecting the voltage change of data bus DB, the sense current Is path This increases the RC time constant, which may hinder the speed of data reading.

また、選択されたMTJメモリセルにセンス電流Isを流すためには、図15に示されるように、トンネル磁気抵抗素子TMRの両端にバイアス電圧を印加する必要がある。しかしながら、このバイアス電圧が大きいと、トンネルバリアTBに過大な電界が作用して絶縁膜破壊を招き、MTJメモリセルの信頼性を損なうおそれがある。   Further, in order to pass the sense current Is to the selected MTJ memory cell, it is necessary to apply a bias voltage across the tunnel magnetoresistive element TMR as shown in FIG. However, if this bias voltage is large, an excessive electric field acts on the tunnel barrier TB to cause breakdown of the insulating film, which may impair the reliability of the MTJ memory cell.

一方、近年では、メモリ装置に対して、同時に多ビットのデータを並列に取扱うことが要求されている。代表的には、データ処理分野などにおいて、高速かつ低消費電力でデータを処理するために、プロセッサなどのロジックと同一の半導体チップに集積されたシステムLSI(大規模集積回路)に適用されるメモリ装置において、当該ロジックとの間のデータ授受を、多ビット・並列に実行することが要求される。   On the other hand, in recent years, memory devices are required to handle multi-bit data simultaneously in parallel. Typically, in a data processing field or the like, a memory applied to a system LSI (Large Scale Integrated Circuit) integrated on the same semiconductor chip as a logic such as a processor in order to process data at high speed and with low power consumption The apparatus is required to execute data exchange with the logic in a multi-bit / parallel manner.

しかしながら、MRAMデバイスに対するデータ書込では、MTJメモリセルの磁化方向を書換えるためのデータ書込磁界を発生させる必要があるため、ビット線BLおよびライトワード線WWLに比較的大きな電流を流す必要がある。したがって、MRAMデバイスが、このようなシステムLSIに適用された場合において、単純に多ビットデータを並列にデータ書込する構成とすると、消費電流、特にピーク電流値が過大になるため、電源系統への負担が増加し、電源電圧の変動の影響で誤動作に至るおそれすら生じてしまう。   However, in the data writing to the MRAM device, since it is necessary to generate a data write magnetic field for rewriting the magnetization direction of the MTJ memory cell, it is necessary to pass a relatively large current through the bit line BL and the write word line WWL. is there. Therefore, when the MRAM device is applied to such a system LSI, if the multi-bit data is simply written in parallel, the current consumption, especially the peak current value becomes excessive, and therefore the power supply system And the risk of malfunction may occur due to the influence of fluctuations in the power supply voltage.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、MTJメモリセルの信頼性確保と高速データ読出とを両立する薄膜磁性体記憶装置の構成を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a configuration of a thin-film magnetic memory device that achieves both high reliability of MTJ memory cells and high-speed data reading. Is to provide.

この発明の他の目的は、同時に多ビットのデータ授受を安定的に行なう薄膜磁性体記憶装置の構成を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a configuration of a thin film magnetic memory device that stably performs multi-bit data exchange at the same time.

この発明に従う薄膜磁性体記憶装置は、各々が記憶データを保持するための複数のメモリセルを備える。各メモリセルは、記憶データのレベルに応じて電気抵抗が変化する磁気記憶部と、データ読出時において選択的にオンするアクセスゲートとを含む。薄膜磁性体記憶装置は、複数のメモリセルから、データ読出またはデータ書込の対象に選択された選択メモリセルをアドレス信号に応じて指定するためのデコード部と、複数のメモリセルの所定区分ごとに配置され、データ読出時において、選択メモリセルのアクセスゲートのターンオンに応答して、選択メモリセルの磁気記憶部を介して第1の電圧と結合されるビット線と、データ読出時において、ビット線を、選択メモリセルの両端への印可電圧が所定電圧以下となるように定められた第2の電圧と電気的に結合するためのビット線駆動部と、複数のメモリセルによって共有される、選択メモリセルからの読出データを伝達するための読出データ線と、読出データ線の電圧を、選択メモリセルと結合されたビット線の電圧に応じた駆動力によって固定電圧へ駆動するための読出ゲート回路と、読出データ線の電圧を検知および増幅して、読出データを生成するためのデータ読出回路とをさらに備える。   A thin film magnetic memory device according to the present invention includes a plurality of memory cells each for holding stored data. Each memory cell includes a magnetic memory portion whose electrical resistance changes according to the level of stored data, and an access gate that is selectively turned on at the time of data reading. A thin film magnetic memory device includes a decoding unit for designating a selected memory cell selected as a data read or data write target from a plurality of memory cells according to an address signal, and a predetermined section of the plurality of memory cells. The bit line coupled to the first voltage via the magnetic memory portion of the selected memory cell in response to the turn-on of the access gate of the selected memory cell at the time of data reading, and the bit at the time of data reading A bit line driver for electrically coupling the line to a second voltage determined such that the applied voltage across the selected memory cell is less than or equal to a predetermined voltage, and is shared by the plurality of memory cells; Driving power corresponding to the voltage of the read data line for transmitting read data from the selected memory cell and the voltage of the read data line in accordance with the voltage of the bit line coupled to the selected memory cell Therefore, further comprising a read gate circuit for driving the fixed voltage, the voltage of the read data lines to detect and amplify the data read circuit for generating read data.

好ましくは、磁気記憶部は、固定された磁化方向を有する固定磁化層と、データ書込電流によって生じた磁界によって、記憶データのレベルに応じた方向に磁化される自由磁化層と、固定磁化層と自由磁化層との間に形成され、データ読出電流を通過させるためのトンネル膜層とを有する。電気抵抗は、固定磁化層および自由磁化層のそれぞれの磁化方向の相対関係に応じて変化し、所定電圧は、トンネル膜層の信頼性を考慮して定められる。   Preferably, the magnetic storage unit includes a fixed magnetization layer having a fixed magnetization direction, a free magnetization layer magnetized in a direction according to a level of stored data by a magnetic field generated by a data write current, and a fixed magnetization layer And a free magnetic layer, and a tunnel film layer for allowing a data read current to pass therethrough. The electric resistance changes according to the relative relationship between the magnetization directions of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer, and the predetermined voltage is determined in consideration of the reliability of the tunnel film layer.

また、好ましくは、複数のメモリセルは行列状に配置され、ビット線は、複数のメモリセルの各列ごとに設けられる。ビット線駆動部は、各列ごとに設けられ、対応するビット線と第2の電圧との間に電気的に結合される列選択ゲートを含み、列選択ゲートは、デコード回路の指示に応じて、対応する列が選択メモリセルを含む場合にオンする。   Preferably, the plurality of memory cells are arranged in a matrix, and a bit line is provided for each column of the plurality of memory cells. The bit line driving unit includes a column selection gate provided for each column and electrically coupled between the corresponding bit line and the second voltage, and the column selection gate is in accordance with an instruction from the decoding circuit. ON when the corresponding column includes the selected memory cell.

好ましくは、複数のメモリセルは行列状に配置され、ビット線は、複数のメモリセルの各列ごとに設けられる。薄膜磁性体記憶装置は、データ書込電流を伝達するための書込データ線と、書込データ線にデータ書込電流を供給するためのデータ書込回路と、各列ごとに設けられ、対応する列が選択メモリセルを含む場合に、対応するビット線を書込データ線と電気的に結合するための書込列選択ゲートとをさらに備える。ビット線駆動部は、データ読出時において書込データ線と第2の電圧を結合するためのプルアップ回路を有する。プルアップ回路は、データ書込時において、書込データ線と第2の電圧とを切り離す。   Preferably, the plurality of memory cells are arranged in a matrix, and the bit line is provided for each column of the plurality of memory cells. A thin-film magnetic memory device is provided for each column, a write data line for transmitting a data write current, a data write circuit for supplying a data write current to the write data line, and each column When a column to be included includes a selected memory cell, a write column select gate for electrically coupling a corresponding bit line with a write data line is further provided. The bit line driver has a pull-up circuit for coupling the write data line and the second voltage at the time of data reading. The pull-up circuit disconnects the write data line and the second voltage at the time of data writing.

あるいは好ましくは、データ読出回路は、第3の電圧の供給を受けて動作し、第3の電圧は、第2の電圧よりも高い。   Alternatively, preferably, the data read circuit operates by being supplied with the third voltage, and the third voltage is higher than the second voltage.

好ましくは、第1の電圧は接地電圧であり、ビット線は、データ読出前に接地電圧にプリチャージされる。。   Preferably, the first voltage is a ground voltage, and the bit line is precharged to the ground voltage before data reading. .

この発明の別の構成に従う薄膜磁性体記憶装置は、各々が記憶データを保持するための複数のメモリセルを備える。各メモリセルは、データ書込電流によって生じた磁界によって記憶データのレベルに応じた方向に磁化されるとともに、磁化の方向に応じて電気抵抗が変化する磁気記憶部と、データ読出時において選択的にオンするアクセスゲートとを含む。薄膜磁性体記憶装置は、複数のメモリセルから、データ読出またはデータ書込の対象に選択された選択メモリセルをアドレス信号に応じて選択するためのデコード部と、記憶データのレベルに応じた電気信号を伝達するために複数のメモリセルの所定区分ごとに配置され、データ読出時において、選択メモリセルのアクセスゲートのターンオンに応答して、選択メモリセルの磁気記憶部を介して第1の電圧と結合されるビット線と、データ読出時において、選択メモリセルの両端への印可電圧が所定電圧以下となるように定められた第2の電圧と電気的に結合するためのビット線駆動部と、複数のメモリセルによって共有される、選択メモリセルからの読出データを伝達するための読出データ線と、読出データ線の電圧を、選択メモリセルと結合されたビット線の電圧に応じた駆動力によって固定電圧へ駆動するための読出ゲート回路と、読出データ線の電圧を検知および増幅して、読出データを生成するためのデータ読出回路と、第2の電圧よりも高い第3の電圧によっての供給を受けて動作し、データ書込時において、選択メモリセルに対応するビット線にデータ書込電流を供給するためのデータ書込回路とをさらに備える。   A thin film magnetic memory device according to another configuration of the present invention includes a plurality of memory cells each for holding stored data. Each memory cell is magnetized in a direction corresponding to the level of stored data by a magnetic field generated by a data write current, and a magnetic memory portion whose electric resistance changes according to the direction of magnetization, and is selectively selected at the time of data reading And an access gate that turns on. The thin film magnetic memory device includes a decoding unit for selecting a selected memory cell selected for data reading or data writing from a plurality of memory cells in accordance with an address signal, and an electric power corresponding to the level of stored data. A first voltage is arranged for each predetermined section of a plurality of memory cells for transmitting a signal, and at the time of data reading, in response to turn-on of an access gate of the selected memory cell, the first voltage is passed through the magnetic memory portion of the selected memory cell. A bit line coupled to the second voltage, and a bit line driver for electrically coupling to a second voltage determined so that an applied voltage across the selected memory cell is equal to or lower than a predetermined voltage during data reading A read data line for transmitting read data from the selected memory cell, which is shared by the plurality of memory cells, and a voltage of the read data line are selected with the selected memory cell. A read gate circuit for driving to a fixed voltage with a driving force according to the voltage of the combined bit line, a data read circuit for detecting and amplifying the voltage of the read data line to generate read data, and A data write circuit that operates by receiving a third voltage higher than the voltage of 2 and supplies a data write current to the bit line corresponding to the selected memory cell at the time of data writing; Prepare.

好ましくは、磁気記憶部は、固定された磁化方向を有する固定磁化層と、データ書込電流によって生じた磁界に応じた方向に磁化される自由磁化層と、固定磁化層と自由磁化層との間に形成され、データ読出電流を通過させるためのトンネル膜層とを有する。電気抵抗は、固定磁化層および自由磁化層のそれぞれの磁化方向の相対関係に応じて変化し、所定電圧は、トンネル膜層の信頼性を考慮して定められる。   Preferably, the magnetic memory unit includes a fixed magnetization layer having a fixed magnetization direction, a free magnetization layer magnetized in a direction according to a magnetic field generated by the data write current, and a fixed magnetization layer and a free magnetization layer. And a tunnel film layer for allowing a data read current to pass therethrough. The electric resistance changes according to the relative relationship between the magnetization directions of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer, and the predetermined voltage is determined in consideration of the reliability of the tunnel film layer.

また、好ましくは、第3の電圧は、薄膜磁性体記憶装置の外部から供給される外部電源電圧が直接適用される。   Preferably, an external power supply voltage supplied from the outside of the thin film magnetic memory device is directly applied as the third voltage.

あるいは好ましくは、データ読出回路は、第4の電圧の供給を受けて動作し、第4の電圧は、第3の電圧より低く、かつ第2の電圧よりも高い。   Alternatively, preferably, the data read circuit operates by being supplied with the fourth voltage, and the fourth voltage is lower than the third voltage and higher than the second voltage.

この発明のさらに他の構成に従う薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数のメモリセルを備える。各メモリセルは、データ書込電流によって生じた磁界によって記憶データのレベルに応じた方向に磁化されるとともに、磁化の方向に応じて電気抵抗が変化する磁気記憶部と、データ読出時に選択的にターンオンして、磁気記憶部にデータ読出電流を流すためのアクセスゲートとを含む。薄膜磁性体記憶装置は、さらに、記憶データのレベルに応じた電気信号を伝達するために、メモリセル列にそれぞれ対応して配置される複数のビット線と、各々が、選択されたメモリセルとの間で読出データを伝達するための複数の読出データ線と、各々が、選択されたメモリセルとの間で書込データを伝達するための複数の書込データ線と、データ読出時に、複数の読出データ線の少なくとも一部を用い
た、Mビット(M:2以上の整数)の並列なデータ読出を指示する制御回路とを備える。制御回路は、データ書込時には、複数の書込データ線の一部を用いた、Nビット(N:N<Mで示される自然数)の並列なデータ書込を指示する。
A thin film magnetic memory device according to still another configuration of the present invention includes a plurality of memory cells arranged in a matrix. Each memory cell is magnetized in a direction according to the level of stored data by a magnetic field generated by a data write current, and a magnetic memory unit whose electric resistance changes according to the direction of magnetization, and selectively at the time of data reading And an access gate for turning on and allowing a data read current to flow through the magnetic memory portion. The thin film magnetic memory device further includes a plurality of bit lines respectively arranged corresponding to the memory cell columns for transmitting an electrical signal corresponding to the level of stored data, and each of the selected memory cells A plurality of read data lines for transmitting read data between them, a plurality of write data lines for transmitting write data to and from each selected memory cell, and a plurality of read data lines for data reading And a control circuit for instructing parallel data reading of M bits (M: an integer of 2 or more) using at least a part of the read data lines. At the time of data writing, the control circuit instructs parallel data writing of N bits (N: a natural number represented by N <M) using a part of the plurality of write data lines.

好ましくは、複数の読出データ線および複数の書込データ線は、複数のビット線に沿った方向に配置される。   Preferably, the plurality of read data lines and the plurality of write data lines are arranged in a direction along the plurality of bit lines.

あるいは好ましくは、複数の読出データ線および複数の書込データ線は同数ずつ配置され、各読出データ線および各書込データ線は、複数のメモリセルの所定区分ごとに配置されるデータバスを用いて、同一の配線として形成される。薄膜磁性体記憶装置は、さらに、データバスごとに設けられ、データ読出時に選択的に活性化されて、データバスの電圧に応じてデータ読出を実行するデータ読出回路と、データバスごとに設けられ、データ書込時に選択的に活性化されて、対応するデータバスに対してデータ書込電流を供給するためのデータ書込回路とを備える。制御回路は、データ読出時にM個のデータ読出回路を活性化するともに、データ書込時にN個のデータ書込回路を選択的に活性化する。   Alternatively, preferably, the plurality of read data lines and the plurality of write data lines are arranged in the same number, and each read data line and each write data line use a data bus arranged for each predetermined section of the plurality of memory cells. Thus, they are formed as the same wiring. The thin-film magnetic memory device is further provided for each data bus, provided for each data bus, selectively activated at the time of data reading, and for reading data in accordance with the voltage of the data bus. And a data write circuit which is selectively activated at the time of data writing and supplies a data write current to the corresponding data bus. The control circuit activates M data read circuits when reading data and selectively activates N data write circuits when writing data.

さらに好ましくは、データバスは全体でM本配置される。制御回路は、データ読出時に各データ読出回路を活性化するともに、データ書込時には、M個のデータ書込回路のうちのN個を選択的に活性化する。   More preferably, a total of M data buses are arranged. The control circuit activates each data reading circuit at the time of data reading and selectively activates N of the M data writing circuits at the time of data writing.

好ましくは、複数の読出データ線の各々は、K個(K:2以上の整数)のメモリセル列ごとに配置され、複数の書込データ線の各々は、L個(L:L>Kで示される整数)のメモリセル列ごとに配置される。制御回路は、データ読出時にM個のデータ読出回路を活性化するともに、データ書込時にN個のデータ書込回路を活性化する。   Preferably, each of the plurality of read data lines is arranged for each of K (K: integer of 2 or more) memory cell columns, and each of the plurality of write data lines is L (L: L> K). (Integer shown) is arranged for each memory cell column. The control circuit activates M data read circuits when reading data and activates N data write circuits when writing data.

さらに好ましくは、複数の書込データ線は、全体でN本配置され、複数の読出データ線は、全体でM本配置され、制御回路は、データ読出時に各データ読出回路を活性化するともに、データ書込時に各データ書込回路を活性化する。   More preferably, a plurality of write data lines are arranged in total, M a plurality of read data lines are arranged in total, and the control circuit activates each data read circuit during data reading, Each data writing circuit is activated at the time of data writing.

また、好ましくは、Mビットは、Nビットの整数倍であり、制御回路は、1回のデータ書込コマンドに応答して、Nビットの並列なデータ書込を(M/N)回繰り返し指示する。   Preferably, the M bit is an integer multiple of N bits, and the control circuit instructs to write N bits in parallel (M / N) times in response to one data write command. To do.

請求項1および2に記載の薄膜磁性体記憶装置は、選択メモリセルを流れるデータ読出電流の経路に寄生容量の大きい読出データ線を含むことなく、読出ゲート回路(リードゲート)によって読出データ線(リードデータバス)の電位を駆動するので、センス電流経路のRC負荷を軽減できる。さらに、MTJメモリセル中の磁気記憶部(トンネル磁気抵抗素子)の両端印加電圧は、トンネル膜層(トンネルバリア)の信頼性を考慮して、所定電圧以下に抑制されるので、MTJメモリセルの動作信頼性を確保した上で、データ読出の高速化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 1 and 2 does not include a read data line having a large parasitic capacitance in a path of a data read current flowing through the selected memory cell, and a read data line (read gate) is formed by a read gate circuit (read gate). Since the potential of the read data bus) is driven, the RC load on the sense current path can be reduced. Furthermore, since the voltage applied to both ends of the magnetic memory portion (tunnel magnetoresistive element) in the MTJ memory cell is suppressed to a predetermined voltage or less in consideration of the reliability of the tunnel film layer (tunnel barrier), the MTJ memory cell It is possible to increase the speed of data reading while ensuring operation reliability.

請求項3記載の薄膜磁性体記憶装置は、選択列に対応するビット線のみを選択的に駆動するので、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、消費電力を削減できる。   Since the thin film magnetic memory device according to claim 3 selectively drives only the bit line corresponding to the selected column, the power consumption can be reduced in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. .

請求項4記載の薄膜磁性体記憶装置は、データ書込時に列選択を実行するための列選択ゲートを共用して、データ読出時において選択列に対応するビット線のみを選択的に駆動できる。したがって、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、消費電力の削減とともに、チップ面積を削減できる。   The thin film magnetic memory device according to claim 4 can selectively drive only the bit line corresponding to the selected column at the time of data reading by sharing a column selection gate for executing column selection at the time of data writing. Therefore, in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the first aspect, it is possible to reduce the power consumption and the chip area.

請求項5記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、読出データ線の振幅電圧を大きくしてデータ読出の高速化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to the fifth aspect can increase the amplitude voltage of the read data line and increase the data reading speed in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the first aspect.

請求項6記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、非選択列のビット線における放電電流の発生を防止して、消費電流の削減を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to a sixth aspect of the invention reduces the current consumption by preventing the generation of the discharge current in the bit line of the non-selected column in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the first aspect. Can be planned.

請求項7および8に記載の薄膜磁性体記憶装置は、選択メモリセルを流れるデータ読出電流の経路に寄生容量の大きい読出データ線を含むことなく、読出ゲート回路(リードゲート)によって読出データ線(リードデータバス)の電位を駆動するので、センス電流経路のRC負荷を軽減できる。さらに、MTJメモリセル中の磁気記憶部(トンネル磁気抵抗素子)の両端印加電圧は、トンネル膜層(トンネルバリア)の信頼性を考慮して、所定電圧以下に抑制される一方で、データ書込回路の電源電圧は、十分なデータ書込電流を供給するために高く設定される。したがって、MTJメモリセルの動作信頼性を確保した上で、データ書込およびデータ読出の高速化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 7 and 8 includes a read data line (read gate) by a read gate circuit (read gate) without including a read data line having a large parasitic capacitance in a path of a data read current flowing through the selected memory cell. Since the potential of the read data bus) is driven, the RC load on the sense current path can be reduced. Further, the voltage applied to both ends of the magnetic memory unit (tunnel magnetoresistive element) in the MTJ memory cell is suppressed to a predetermined voltage or less in consideration of the reliability of the tunnel film layer (tunnel barrier), while data writing is performed. The power supply voltage of the circuit is set high to supply a sufficient data write current. Therefore, it is possible to increase the speed of data writing and data reading while ensuring the operational reliability of the MTJ memory cell.

請求項9記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項7記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込回路の電源電圧を効率的に供給できる。   The thin film magnetic memory device according to claim 9 can efficiently supply the power supply voltage of the data write circuit, in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 7.

請求項10記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項7記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、読出データ線の電圧振幅を大きくしてデータ読出の高速化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to the tenth aspect can increase the voltage amplitude of the read data line and increase the data reading speed in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the seventh aspect.

請求項11から14に記載の薄膜磁性体記憶装置は、データ読出時において、複数ビットのデータを並列に読出すことができる一方で、データ書込時における並列書込ビット数をデータ読出時よりも小さく設定する。したがって、ロジックと同一チップ上に混載されるシステムLSIなどに適した構成とするとともに、データ書込時におけるピーク消費電流の増大を抑制して動作の安定化を図ることができる。   15. The thin film magnetic memory device according to claim 11 can read a plurality of bits of data in parallel at the time of data reading, while the number of parallel writing bits at the time of data writing is smaller than that at the time of data reading. Also set a smaller value. Therefore, a configuration suitable for a system LSI or the like mixed on the same chip as the logic can be obtained, and an increase in peak current consumption during data writing can be suppressed to stabilize the operation.

請求項15記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項11記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込回路の配置個数を削減できるので、チップ面積削減を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to the fifteenth aspect can reduce the chip area because the number of data write circuits can be reduced in addition to the effect of the thin film magnetic memory device according to the eleventh aspect.

請求項16記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項15記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込回路およびデータ読出回路における活性化の選択制御を行なう必要がなくなるので、制御回路の構成を簡素化できる。   In the thin film magnetic memory device according to claim 16, in addition to the effect exerted by the thin film magnetic memory device according to claim 15, it is not necessary to perform selection control of activation in the data write circuit and the data read circuit. The configuration of the control circuit can be simplified.

請求項17記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項11記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、1回のデータ読出コマンドの語長(ビット数)と、1回のデータ書込コマンドの語長(ビット数)とを揃えることができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 17 has the effect of the thin film magnetic memory device according to claim 11 in addition to the word length (number of bits) of one data read command and one data write. The command word length (number of bits) can be aligned.

本発明の実施の形態に従うMRAMデバイス1の全体構成を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of an MRAM device 1 according to an embodiment of the present invention. メモリアレイおよびその周辺回路の実施の形態1に従う構成を詳細に説明するための回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating in detail a configuration according to the first embodiment of the memory array and its peripheral circuits. 図2に示されるデータ読出回路の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a data reading circuit shown in FIG. 2. 図2に示されるデータ読出回路の他の構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing another configuration example of the data read circuit shown in FIG. 2. 図2に示されるデータ書込回路の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a data write circuit shown in FIG. 2. 実施の形態1に従うMRAMデバイスにおけるデータ読出およびデータ書込動作を説明するためのタイミングチャートである。5 is a timing chart for illustrating data read and data write operations in the MRAM device according to the first embodiment. メモリアレイおよびその周辺回路の実施の形態1の変形例に従う構成を詳細に説明するための回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram for illustrating in detail a configuration according to a modification of the first embodiment of the memory array and its peripheral circuits. 図7に示されるデータ書込回路の構成を説明する回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of a data write circuit shown in FIG. 7. 実施の形態1の変形例に従うデータ書込動作およびデータ読出動作を説明するタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating a data write operation and a data read operation according to a modification of the first embodiment. メモリアレイおよびその周辺回路の実施の形態2に従う構成を説明する概略ブロック図である。It is a schematic block diagram explaining the structure according to Embodiment 2 of a memory array and its peripheral circuit. 図10に示されるデータバス対の配置を説明する回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating an arrangement of data bus pairs shown in FIG. 10. コントロール回路による、データ読出回路およびデータ書込回路の動作制御を説明するタイミングチャートである。5 is a timing chart illustrating operation control of the data read circuit and the data write circuit by the control circuit. メモリアレイおよびその周辺回路の実施の形態2の変形例に従う構成を示す概略ブロック図である。FIG. 12 is a schematic block diagram showing a configuration according to a modification of the second embodiment of the memory array and its peripheral circuits. MTJメモリセルの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an MTJ memory cell. MTJメモリセルからのデータ読出動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the data read-out operation | movement from an MTJ memory cell. MTJメモリセルに対するデータ書込動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the data write-in operation | movement with respect to an MTJ memory cell. データ書込時におけるデータ書込電流の方向と磁化方向との関係を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the relationship between the direction of the data write current at the time of data writing, and the magnetization direction. 行列状に集積配置されたMTJメモリセルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the MTJ memory cell integratedly arranged by the matrix form.

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中における同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol in a figure shall show the part which is the same or corresponds.

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態に従うMRAMデバイス1の全体構成を示す概略ブロック図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of MRAM device 1 according to the embodiment of the present invention.

図1を参照して、MRAMデバイス1は、外部からの制御信号CMDおよびアドレス信号ADDに応答してランダムアクセスを実行し、書込データDINの入力および読出データDOUTの出力を実行する。   Referring to FIG. 1, MRAM device 1 performs random access in response to external control signal CMD and address signal ADD, and executes input of write data DIN and output of read data DOUT.

MRAMデバイス1は、制御信号CMDに応答してMRAMデバイス1の全体動作を制御するコントロール回路5と、行列状に配された複数のMTJメモリセルを有するメモリアレイ10とを備える。メモリアレイ10の構成については後ほど詳細に説明するが、MTJメモリセルの行(以下、単に「メモリセル行」とも称する)に対応して複数のライトワード線WWLおよびリードワード線RWLが配置される。また、MTJメモリセルの列(以下、単に「メモリセル列」とも称する」に対応してビット線BLが配置される。   The MRAM device 1 includes a control circuit 5 that controls the entire operation of the MRAM device 1 in response to a control signal CMD, and a memory array 10 having a plurality of MTJ memory cells arranged in a matrix. The configuration of the memory array 10 will be described in detail later. A plurality of write word lines WWL and read word lines RWL are arranged corresponding to MTJ memory cell rows (hereinafter also simply referred to as “memory cell rows”). . A bit line BL is arranged corresponding to a column of MTJ memory cells (hereinafter also simply referred to as “memory cell column”).

MRAMデバイス1は、さらに、行デコーダ20と、列デコーダ25と、ワード線ドライバ30と、ワード線電流制御回路40と、読出/書込制御回路50,60とを備える。   The MRAM device 1 further includes a row decoder 20, a column decoder 25, a word line driver 30, a word line current control circuit 40, and read / write control circuits 50 and 60.

行デコーダ20は、アドレス信号ADDによって示されるロウアドレスRAに応じて、メモリアレイ10における行選択を実行する。列デコーダ25は、アドレス信号ADDによって示されるコラムアドレスCAに応じて、メモリアレイ10における列選択を実行する。ワード線ドライバ30は、行デコーダ20の行選択結果に基づいて、リードワード線RWLもしくはライトワード線WWLを選択的に活性化する。ロウアドレスRAおよびコラムアドレスCAによって、データ読出もしくはデータ書込対象に指定されたメモリセル(以下、「選択メモリセル」とも称する)が示される。   Row decoder 20 performs row selection in memory array 10 in accordance with row address RA indicated by address signal ADD. Column decoder 25 performs column selection in memory array 10 in accordance with column address CA indicated by address signal ADD. The word line driver 30 selectively activates the read word line RWL or the write word line WWL based on the row selection result of the row decoder 20. A memory cell (hereinafter also referred to as “selected memory cell”) designated as a data read or data write target is indicated by row address RA and column address CA.

ワード線電流制御回路40は、データ書込時において、ライトワード線WWLにデータ書込電流を流すために設けられる。読出/書込制御回路50,60は、データ読出およびデータ書込時において、ビット線BLにデータ書込電流およびセンス電流(データ読出電流)を流すために、メモリアレイ10に接する領域に配置される回路群を総称したものである。   The word line current control circuit 40 is provided for supplying a data write current to the write word line WWL during data writing. Read / write control circuits 50 and 60 are arranged in a region in contact with memory array 10 in order to pass a data write current and a sense current (data read current) through bit line BL during data read and data write. Is a general term for circuit groups.

図2は、メモリアレイ10およびその周辺回路の実施の形態1に従う構成を詳細に説明するための回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram for illustrating in detail the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the first embodiment.

図2を参照して、メモリアレイ10は、n行×m列(n,m:自然数)に配列される、MTJメモリセルMCを有する。MTJメモリセルの各々の構成は、図14に示したのと同様であり、記憶データのレベルに応じて電気抵抗が変化する磁気記憶部として作用するトンネル磁気抵抗素子TMRと、アクセスゲートとして作用するアクセストランジスタATRとを有する。   Referring to FIG. 2, memory array 10 has MTJ memory cells MC arranged in n rows × m columns (n, m: natural numbers). Each configuration of the MTJ memory cell is the same as that shown in FIG. 14, and it functions as a tunnel magnetoresistive element TMR that functions as a magnetic memory unit whose electric resistance changes according to the level of stored data, and as an access gate. And an access transistor ATR.

第1番目から第n番目のメモリセル行にそれぞれ対応して、リードワード線RWL1〜RWLnおよびライトワード線WWL1〜WWLnがそれぞれ設けられる。第1番目から第m番目のメモリセル列にそれぞれ対応して、ビット線対BLP1〜BLPmを構成する、ビット線BL1,/BL1〜BLm,/BLmがそれぞれ設けられる。   Read word lines RWL1 to RWLn and write word lines WWL1 to WWLn are provided corresponding to the first to nth memory cell rows, respectively. Corresponding to the first to mth memory cell columns, bit lines BL1, / BL1 to BLm, / BLm, respectively, constituting the bit line pairs BLP1 to BLPm are provided.

MTJメモリセルMCは、1行ごとにビット線BLおよび/BLのいずれか一方ずつと接続される。たとえば、第1番目のメモリセル列に属するMTJメモリセルについて説明すれば、第1行目のMTJメモリセルは、ビット線/BL1と結合され、第2行目のMTJメモリセルは、ビット線BL1と結合される。以下同様に、MTJメモリセルの各々は、奇数行においてビット線対の一方ずつの/BL1〜/BLmと接続され、偶数行においてビット線対の他方ずつのBL1〜BLmと接続される。   The MTJ memory cell MC is connected to one of the bit lines BL and / BL for each row. For example, the MTJ memory cell belonging to the first memory cell column will be described. The MTJ memory cell in the first row is coupled to the bit line / BL1, and the MTJ memory cell in the second row is connected to the bit line BL1. Combined with. Similarly, each of the MTJ memory cells is connected to one of the bit line pairs / BL1 to / BLm in the odd-numbered row, and is connected to one of the other bit line pairs BL1 to BLm in the even-numbered row.

メモリアレイ10は、さらに、ビット線BL1,/BL1〜BLm,/BLmとそれぞれ結合される複数のダミーメモリセルDMCを有する。ダミーメモリセルDMCは、ダミーリードワード線DRWL1およびDRWL2のいずれか一方と対応するように、2行×m列に配置される。ダミーリードワード線DRWL1に対応するダミーメモリセルは、ビット線BL1,BL2〜BLmとそれぞれ結合される。一方、ダミーリードワード線DRWL2に対応する残りのダミーメモリセルは、ビット線/BL1,/BL2〜/BLmとそれぞれ結合される。   Memory array 10 further includes a plurality of dummy memory cells DMC coupled to bit lines BL1, / BL1 to BLm, / BLm, respectively. The dummy memory cells DMC are arranged in 2 rows × m columns so as to correspond to one of the dummy read word lines DRWL1 and DRWL2. Dummy memory cells corresponding to dummy read word line DRWL1 are coupled to bit lines BL1, BL2-BLm, respectively. On the other hand, the remaining dummy memory cells corresponding to dummy read word line DRWL2 are coupled to bit lines / BL1, / BL2- / BLm, respectively.

ダミーメモリセルDMCは、たとえば、図14に示されるMTJメモリセルの構成において、トンネル磁気抵抗素子TMRをダミー抵抗素子(図示せず)で置換した構成を有する。ダミー抵抗素子の電気抵抗Rdは、MTJメモリセルMCにおける記憶データレベル“1”および“0”にそれぞれ対応する電気抵抗R1およびR0の中間に、すなわちR1>Rd>R0に設定される。   For example, the dummy memory cell DMC has a configuration in which the tunnel magnetoresistive element TMR is replaced with a dummy resistive element (not shown) in the configuration of the MTJ memory cell shown in FIG. The electric resistance Rd of the dummy resistance element is set between electric resistances R1 and R0 corresponding to the storage data levels “1” and “0” in the MTJ memory cell MC, that is, R1> Rd> R0.

行選択結果に応じて奇数行が選択されて、ビット線/BL1〜/BLmの各々とMTJメモリセルMCとが結合される場合には、ダミーリードワード線DRWL1が活性化されて、ビット線BL1〜BLmの各々とダミーメモリセルDMCとが結合される。反対に、行選択結果に応じて偶数行が選択されて、ビット線BL1〜BLmの各々と、MTJメモリセルMCとが結合される場合には、ダミーリードワード線DRWL2が活性化されて、ビット線/BL1〜/BLmの各々と、ダミーメモリセルDMCとが結合される。   When odd-numbered rows are selected according to the row selection result and each of bit lines / BL1 to / BLm is coupled to MTJ memory cell MC, dummy read word line DRWL1 is activated and bit line BL1 is activated. Each of .about.BLm and dummy memory cell DMC are coupled. On the other hand, when an even row is selected according to the row selection result and each of the bit lines BL1 to BLm and the MTJ memory cell MC are coupled, the dummy read word line DRWL2 is activated and the bit line Each of lines / BL1- / BLm is coupled to dummy memory cell DMC.

また、以下においては、ライトワード線、リードワード線、ダミーリードワード線、ビット線およびビット線対を総括的に表記する場合には、符号WWL、RWL、DRWL、BL(/BL)およびBLPを用いてそれぞれ表記することとし、特定のライトワード線、リードワード線、ダミーリードワード線、ビット線およびビット線対を示す場合には、これらの符号に添字を付して、RWL1,WWL1,DRWL1,BL1(/BL1),BLP1のように表記するものとする。   In the following, when the write word line, the read word line, the dummy read word line, the bit line and the bit line pair are collectively expressed, the symbols WWL, RWL, DRWL, BL (/ BL) and BLP are used. When a specific write word line, read word line, dummy read word line, bit line, and bit line pair are indicated, a subscript is added to these symbols, and RWL1, WWL1, DRWL1 , BL1 (/ BL1), and BLP1.

また、以下においては、信号および信号線の高電圧状態(電源電圧Vcc1,Vcc2,Vcc3)および低電圧状態(接地電圧Vss)のそれぞれを、「Hレベル」および「Lレベル」とも称する。   Hereinafter, the high voltage state (power supply voltages Vcc1, Vcc2, Vcc3) and the low voltage state (ground voltage Vss) of the signal and signal line are also referred to as “H level” and “L level”, respectively.

ワード線電流制御回路40は、メモリアレイ10を挟んで、ワード線ドライバ30と反対側の領域において、各ライトワード線WWLを接地電圧Vssと結合する。これによりワード線ドライバによって選択的に電源電圧と結合されたライトワード線に対して、一定方向のデータ書込電流Ipを流すことができる。   The word line current control circuit 40 couples each write word line WWL to the ground voltage Vss in a region opposite to the word line driver 30 across the memory array 10. Thus, data write current Ip in a certain direction can be supplied to the write word line selectively coupled to the power supply voltage by the word line driver.

第1番目から第m番目のメモリセル列にそれぞれ対応して、列選択を実行するためのライトコラム選択線WCSL1〜WCSLmおよびリードコラム選択線RCSL1〜RCSLmが設けられる。   Write column selection lines WCSL1 to WCSLm and read column selection lines RCSL1 to RCSLm for performing column selection are provided corresponding to the first to mth memory cell columns, respectively.

列デコーダ25は、コラムアドレスCAのデコード結果、すなわち列選択結果に応じて、データ書込時において、ライトコラム選択線WCSL1〜WCSLmのうちの1本を選択状態(Hレベル)に活性化する。データ読出時においては、列デコーダ25は、列選択結果に応じて、リードコラム選択線RCSL1〜RCSLmのうちの1本を選択状態(Hレベル)に活性化する。   Column decoder 25 activates one of write column selection lines WCSL1 to WCSLm to a selected state (H level) at the time of data writing in accordance with the decoding result of column address CA, that is, the column selection result. At the time of data reading, column decoder 25 activates one of read column selection lines RCSL1 to RCSLm to a selected state (H level) according to the column selection result.

さらに、書込データを伝達するためのライトデータバス対WDBPと、読出データを伝達するためのリードデータバス対RDBPとが独立に配置される。ライトデータバス対WDBPは、互いに相補のライトデータバスWDBおよび/WDBを含み、リードデータバス対RDBPは、互いに相補のリードデータバスRDBおよび/RDBを含む。   Further, a write data bus pair WDBP for transmitting write data and a read data bus pair RDBP for transmitting read data are arranged independently. Write data bus pair WDBP includes mutually complementary write data buses WDB and / WDB, and read data bus pair RDBP includes mutually complementary read data buses RDB and / RDB.

読出/書込制御回路50は、データ書込回路51Wと、データ読出回路51Rと、メモリセル列にそれぞれ対応して設けられる、リードコラム選択ゲートRCSG1〜RCSGm、リードゲートRG1〜RGm、リードドライブ選択ゲートRCDG1〜RCDGmおよびライトコラム選択ゲートWCSG1〜WCSGmとを含む。   Read / write control circuit 50 includes read column select gates RCSG1 to RCSGm, read gates RG1 to RGm, and read drive select provided corresponding to data write circuit 51W, data read circuit 51R, and memory cell columns, respectively. Gates RCDG1 to RCDGm and write column selection gates WCSG1 to WCSGm are included.

メモリセル列にそれぞれ対応して配置される、リードコラム選択ゲートRCSG1〜RCSGmの各々、リードゲートRG1〜RGmの各々、リードドライブ選択ゲートRCDG1〜RCDGmの各々およびライトコラム選択ゲートWCSG1〜WCSGmの各々は、それぞれ同様の構成を有するので、ビット線BL1,/BL1に対応して設けられる、リードコラム選択ゲートRCSG1、リードゲートRG1、リードドライブ選択ゲートRCDG1およびライトコラム選択ゲートWCSG1の構成について代表的に説明する。   Each of read column select gates RCSG1 to RCSGm, each of read gates RG1 to RGm, each of read drive select gates RCDG1 to RCDGm, and each of write column select gates WCSG1 to WCSGm are arranged corresponding to the memory cell columns, respectively. Since each has the same configuration, the configuration of read column selection gate RCSG1, read gate RG1, read drive selection gate RCDG1, and write column selection gate WCSG1 provided corresponding to bit lines BL1, / BL1 will be representatively described. To do.

リードドライブ選択ゲートRCDG1は、ビット線BL1および/BL1と電源電圧Vcc2との間にそれぞれ電気的に結合されるトランジスタスイッチを含む。これらのトランジスタスイッチは、リードコラム選択線RCSL1の電圧に応じてオン・オフする。すなわち、リードコラム選択線RCSL1が選択状態(Hレベル)に活性化された場合には、リードドライブ選択ゲートRCDG1は、ビット線BL1および/BL1を電源電圧Vcc2と電気的に結合する。   Read drive select gate RCDG1 includes transistor switches electrically coupled between bit lines BL1 and / BL1 and power supply voltage Vcc2. These transistor switches are turned on / off according to the voltage of the read column selection line RCSL1. That is, when read column select line RCSL1 is activated to a selected state (H level), read drive select gate RCDG1 electrically couples bit lines BL1 and / BL1 to power supply voltage Vcc2.

リードコラム選択ゲートRCSG1およびリードゲートRG1は、リードデータバスRDB,/RDBと、接地電圧Vssとの間に直列に結合される。リードコラム選択ゲートRCSG1は、リードデータバスRDBとノードN1aとの間に電気的に結合されるトランジスタスイッチと、リードデータバス/RDBとノードN1bとの間に電気的に結合されるトランジスタスイッチとを有する。これらのトランジスタスイッチは、リードコラム選択線RCSL1の電圧に応じてオン・オフする。すなわち、リードコラム選択線RCSL1が選択状態(Hレベル)に活性化された場合には、リードコラム選択ゲートRCSG1は、リードデータバスRDBおよび/RDBをノードN1aおよびN1bとそれぞれ電気的に結合する。   Read column select gate RCSG1 and read gate RG1 are coupled in series between read data buses RDB, / RDB and ground voltage Vss. Read column select gate RCSG1 includes a transistor switch electrically coupled between read data bus RDB and node N1a, and a transistor switch electrically coupled between read data bus / RDB and node N1b. Have. These transistor switches are turned on / off according to the voltage of the read column selection line RCSL1. That is, when read column select line RCSL1 is activated to a selected state (H level), read column select gate RCSG1 electrically couples read data buses RDB and / RDB to nodes N1a and N1b, respectively.

リードゲートRG1は、ノードN1aおよびノードN1bと接地電圧Vssとの間にそれぞれ電気的に結合される、N型MOSトランジスタQ11およびQ12を有する。トランジスタQ11およびQ12のゲートは、ビット線/BL1およびBL1とそれぞれ結合される。したがって、ノードN1aおよびN1bの電圧は、ビット線/BL1およびBL1の電圧にそれぞれ応じた駆動力で、接地電圧Vssに駆動される。   Read gate RG1 has N-type MOS transistors Q11 and Q12 electrically coupled between nodes N1a and N1b and ground voltage Vss, respectively. Transistors Q11 and Q12 have their gates coupled to bit lines / BL1 and BL1, respectively. Therefore, the voltages of nodes N1a and N1b are driven to ground voltage Vss with the driving force corresponding to the voltages of bit lines / BL1 and BL1, respectively.

具体的には、ビット線BL1の電圧がビット線/BL1の電圧よりも高い場合には、トランジスタQ12によって、ノードN1bがより強く接地電圧Vssに駆動されるので、ノードN1aの電圧はノードN1bの電圧よりも高くなる。反対に、ビット線BL1の電圧が、ビット線/BL1の電圧よりも低い場合には、ノードN1bの電圧がノードN1aの電圧よりも高くなる。   Specifically, when the voltage of the bit line BL1 is higher than the voltage of the bit line / BL1, the node N1b is driven to the ground voltage Vss more strongly by the transistor Q12, so that the voltage of the node N1a is It becomes higher than the voltage. On the other hand, when the voltage of the bit line BL1 is lower than the voltage of the bit line / BL1, the voltage of the node N1b becomes higher than the voltage of the node N1a.

ライトコラム選択ゲートWCSG1は、ライトデータバスWDBとビット線B1との間に電気的に結合されるトランジスタスイッチと、ライトデータバス/WDBとビット線/BL1との間に電気的に結合されるトランジスタスイッチとを有する。これらのトランジスタスイッチは、ライトコラム選択線WCSL1の電圧に応じてオン・オフする。すなわち、ライトコラム選択線WCSL1が選択状態(Hレベル)に活性化された場合には、ライトコラム選択ゲートWCSG1は、ライトデータバスWDBおよび/WDBをビット線BL1および/BL1とそれぞれ電気的に結合する。   Write column select gate WCSG1 includes a transistor switch electrically coupled between write data bus WDB and bit line B1, and a transistor electrically coupled between write data bus / WDB and bit line / BL1. And a switch. These transistor switches are turned on / off according to the voltage of the write column selection line WCSL1. That is, when write column select line WCSL1 is activated to a selected state (H level), write column select gate WCSG1 electrically couples write data buses WDB and / WDB to bit lines BL1 and / BL1, respectively. To do.

なお、以下においては、リードコラム選択線RCSL1〜RCSLm、ライトコラム選択線WCSL1〜WCSLm、リードコラム選択ゲートRCSG1〜RCSGm、リードゲートRG1〜RGm、リードドライブ選択ゲートRCDG1〜RCDGmおよびライトコラム選択ゲートWCSG1〜WCSGmをそれぞれ総称して、単に、リードコラム選択線RCSL、ライトコラム選択線WCSL、リードコラム選択ゲートRCSG、リードゲートRG、リードドライブ選択ゲートRCDGおよびライトコラム選択ゲートWCSGとも称する。   In the following, read column selection lines RCSL1 to RCSLm, write column selection lines WCSL1 to WCSLm, read column selection gates RCSG1 to RCSGm, read gates RG1 to RGm, read drive selection gates RCDG1 to RCDGm, and write column selection gates WCSG1 to WCSG1 Each WCSGm is collectively referred to as a read column selection line RCSL, a write column selection line WCSL, a read column selection gate RCSG, a read gate RG, a read drive selection gate RCDG, and a write column selection gate WCSG.

読出/書込制御回路60は、メモリセル列にそれぞれ対応して設けられる短絡スイッチトランジスタ62−1〜62−mを有する。短絡スイッチトランジスタ62−1〜62−mは、ライトコラム選択線WCSL1〜WCSLmにそれぞれ応答してオン/オフする。たとえば、短絡スイッチトランジスタ62−1は、第1番目のメモリセル列に対応して設けられ、ライトコラム選択線WCSL1の活性化(Hレベル)に応答して、ビット線BL1および/BL1の一端同士(ライトコラム選択ゲートWCSG1の反対側)を電気的に結合する。   Read / write control circuit 60 includes short-circuit switch transistors 62-1 to 62-m provided corresponding to the memory cell columns, respectively. The short-circuit switch transistors 62-1 to 62-m are turned on / off in response to the write column selection lines WCSL1 to WCSLm, respectively. For example, short-circuit switch transistor 62-1 is provided corresponding to the first memory cell column, and one end of bit lines BL1 and / BL1 is responsive to activation (H level) of write column select line WCSL1. (The opposite side of the write column selection gate WCSG1) is electrically coupled.

その他のメモリセル列に対応してそれぞれ設けられる短絡スイッチトランジスタ62−2〜62−mも同様に、ライトコラム選択線WCSL2〜WCSLmの活性化にそれぞれ応答して、対応するメモリセル列において、ビット線対BLPを構成するビット線BLおよび/BLの間を電気的に結合する。   Similarly, the short-circuit switch transistors 62-2 to 62-m provided corresponding to the other memory cell columns are also bit-responsive in the corresponding memory cell columns in response to activation of the write column selection lines WCSL2 to WCSLm, respectively. The bit lines BL and / BL constituting the line pair BLP are electrically coupled.

読出/書込制御回路60は、さらに、ビット線BL1,/BL1〜ビット線BLm,/BLmと接地電圧Vssとの間にそれぞれ設けられるプリチャージトランジスタ64−1a,64−1b〜64−ma,64−mbを有する。プリチャージトランジスタ64−1a,64−1b〜64−ma,64−mbは、ビット線プリチャージ信号BLPRの活性化に応答してオンすることにより、ビット線BL1,/BL1〜ビット線BLm,/BLmを接地電圧Vssにプリチャージする。   Read / write control circuit 60 further includes precharge transistors 64-1a, 64-1b to 64-ma provided between bit lines BL1, / BL1 to bit lines BLm, / BLm and ground voltage Vss, respectively. 64-mb. The precharge transistors 64-1a, 64-1b to 64-ma, 64-mb are turned on in response to activation of the bit line precharge signal BLPR, whereby the bit lines BL1, / BL1 to bit lines BLm, / BLm is precharged to the ground voltage Vss.

なお、以下においては、短絡スイッチトランジスタ62−1〜62−mおよびプリチャージトランジスタ64−1a,64−1b〜64−ma,64−mbを、それぞれ総称して短絡スイッチトランジスタ62およびプリチャージトランジスタ64とも称する。   In the following, the short-circuit switch transistors 62-1 to 62-m and the precharge transistors 64-1a, 64-1b to 64-ma, 64-mb are collectively referred to as the short-circuit switch transistor 62 and the precharge transistor 64, respectively. Also called.

コントロール回路5によって生成されるビット線プリチャージ信号BLPRは、MRAMデバイス1のアクティブ期間において、少なくともデータ読出実行前の所定期間においてHレベルに活性化される。一方、MRAMデバイス1のアクティブ期間のうちのデータ読出動作時およびデータ書込動作時においては、ビット線プリチャージ信号BLPRは、Lレベルに非活性化されて、プリチャージトランジスタ64はオフされる。   The bit line precharge signal BLPR generated by the control circuit 5 is activated to the H level in the active period of the MRAM device 1 at least in a predetermined period before executing data reading. On the other hand, during the data read operation and data write operation in the active period of MRAM device 1, bit line precharge signal BLPR is inactivated to L level and precharge transistor 64 is turned off.

次に、データ読出回路およびデータ書込回路の構成について説明する。
図3はデータ読出回路51Rの構成を示す回路図である。
Next, the configuration of the data read circuit and the data write circuit will be described.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of data read circuit 51R.

図3を参照して、データ読出回路51Rは、電源電圧Vcc1を受けて、内部ノードNs1およびNs2に一定電流をそれぞれ供給するための電流源161および162と、内部ノードNs1とリードデータバスRDBの間に電気的に結合されるN型MOSトランジスタ163と、内部ノードNs2とリードデータバス/RDBとの間に電気的に結合されるN型MOSトランジスタ164と、内部ノードNs1およびNs2の間の電圧レベル差を増幅して読出データDOUTを出力する増幅器165とを有する。   Referring to FIG. 3, data read circuit 51R receives power supply voltage Vcc1 and supplies current sources 161 and 162 for supplying a constant current to internal nodes Ns1 and Ns2, respectively, internal node Ns1 and read data bus RDB. N-type MOS transistor 163 electrically coupled between N-type MOS transistor 164 electrically coupled between internal node Ns2 and read data bus / RDB, and voltage between internal nodes Ns1 and Ns2 And an amplifier 165 that amplifies the level difference and outputs read data DOUT.

N型MOSトランジスタ163および164の各々のゲートには基準電圧Vrrが与えられる。抵抗166および167は、内部ノードNs1およびNs2を接地電圧Vssにプルダウンするために設けられる。このような構成とすることにより、データ読出回路51Rは、データ読出時において、リードデータバスRDBおよび/RDBの各々に等しい電流を供給できる。   Reference voltage Vrr is applied to the gates of N-type MOS transistors 163 and 164, respectively. Resistors 166 and 167 are provided for pulling down internal nodes Ns1 and Ns2 to ground voltage Vss. With such a configuration, data read circuit 51R can supply an equal current to each of read data buses RDB and / RDB during data read.

データ読出時において、選択メモリセル列に対応するリードゲートRGによって、リードデータバスRDBおよび/RDBのそれぞれは、異なる駆動力によって接地電圧Vssにプルダウンされる。したがって、データ読出回路51Rによって、内部ノードNs1およびNs2間の電圧差を増幅することによって、選択メモリセルの記憶データを読出すことができる。   At the time of data reading, read data buses RDB and / RDB are pulled down to ground voltage Vss by different driving forces by read gate RG corresponding to the selected memory cell column. Therefore, data stored in the selected memory cell can be read by amplifying the voltage difference between internal nodes Ns1 and Ns2 by data read circuit 51R.

図4は、他の回路構成例に従うデータ読出回路52Rの構成を示す回路図である。
図4を参照し、データ読出回路52Rは、プリチャージトランジスタとして用いられるP型MOSトランジスタ171および172と、スイッチングトランジスタとして用いられるN型MOSトランジスタ173および174と、クロスカップルアンプ175と、クロスカップルアンプへの動作電流供給スイッチとして用いられるN型MOSトランジスタ180と、インバータ182および184とを含む。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of data read circuit 52R according to another circuit configuration example.
Referring to FIG. 4, data read circuit 52R includes P-type MOS transistors 171 and 172 used as precharge transistors, N-type MOS transistors 173 and 174 used as switching transistors, cross-couple amplifier 175, and cross-couple amplifier. An N-type MOS transistor 180 used as an operating current supply switch and inverters 182 and 184 are included.

P型MOSトランジスタ171および172は、電源電圧Vcc1と内部ノードNrおよび/Nrとの間にそれぞれ電気的に結合される。P型MOSトランジスタ171および172の各々のゲートには、データ読出前の所定期間にLレベルに活性化されるプリチャージ信号φprが入力される。   P-type MOS transistors 171 and 172 are electrically coupled between power supply voltage Vcc1 and internal nodes Nr and / Nr, respectively. Precharge signal φpr which is activated to L level in a predetermined period before data reading is input to each gate of P-type MOS transistors 171 and 172.

N型MOSトランジスタ173および174は、内部ノードNrおよび/NrとリードデータバスRDBおよび/RDBとの間にそれぞれ電気的に結合される。MOSトランジ
スタ173および174の各々のゲートには、データ読出時に所定期間Lレベルに活性化されるトリガパルスφtrが入力される。
N-type MOS transistors 173 and 174 are electrically coupled between internal nodes Nr and / Nr and read data buses RDB and / RDB, respectively. Each gate of MOS transistors 173 and 174 receives a trigger pulse φtr that is activated to L level for a predetermined period during data reading.

クロスカップルアンプ175は、交差結合された、P型MOSトランジスタ176および177と、N型MOSトランジスタ178および179とを有する。N型MOSトランジスタ180は、クロスカップルアンプ175と接地電圧Vssとの間に電気的に結合されて、ゲートにセンス信号φsの入力を受ける。センス信号φsは、データ読出時において、少なくともトリガパルスφtrと重複する活性化期間(Hレベル)を有する。   Cross-coupled amplifier 175 has P-type MOS transistors 176 and 177 and N-type MOS transistors 178 and 179 which are cross-coupled. N-type MOS transistor 180 is electrically coupled between cross-coupled amplifier 175 and ground voltage Vss, and receives sense signal φs at its gate. Sense signal φs has an activation period (H level) at least overlapping with trigger pulse φtr at the time of data reading.

データ読出前において、ノードNrおよび/Nrの各々は、プリチャージ信号φprの活性化に応答して、電源電圧Vcc1にプリチャージされる。ノードNrおよび/NrとリードデータバスRDBおよび/RDBとがそれぞれ電気的に結合された状態でデータ読出動作が開始される。さらに、データ読出動作開始後の所定タイミングにおいて、トリガパルスφtrの活性化(Lレベル)に応答して、N型MOSトランジスタ173および174は、リードデータバスRDBおよび/RDBを、内部ノードNrおよび/Nrと電気的に切離す。   Before data reading, nodes Nr and / Nr are precharged to power supply voltage Vcc1 in response to activation of precharge signal φpr. Data read operation is started in a state where nodes Nr and / Nr and read data buses RDB and / RDB are electrically coupled to each other. Further, at a predetermined timing after the start of the data read operation, in response to activation of trigger pulse φtr (L level), N-type MOS transistors 173 and 174 connect read data buses RDB and / RDB to internal nodes Nr and / r. Electrically separated from Nr.

クロスカップルアンプ175は、センス信号φsの活性化に応答して、N型MOSトランジスタ180から動作電流を供給されて、内部ノードNrおよび/Nrの電圧差を、電源電圧Vcc1〜接地電圧Vssの振幅で増幅する。すなわち、データ読出動作によって、リードデータバスRDBの電圧がリードデータバス/RDBよりも高くなったケースでは、内部ノードNrおよび/Nrは、電源電圧Vcc1および接地電圧Vssにそれぞれ設定される。   Cross-coupled amplifier 175 is supplied with an operating current from N-type MOS transistor 180 in response to activation of sense signal φs, and converts the voltage difference between internal nodes Nr and / Nr to the amplitude of power supply voltage Vcc1 to ground voltage Vss. Amplify with. That is, in the case where the voltage of read data bus RDB becomes higher than that of read data bus / RDB by the data read operation, internal nodes Nr and / Nr are set to power supply voltage Vcc1 and ground voltage Vss, respectively.

インバータ182および184は、内部ノードNrおよび/Nrの電圧レベルを反転して、読出データ/DOUTおよびDOUTをそれぞれ生成する。すなわち、読出データDOUTおよび/DOUTの極性は、リードデータバスRDBおよび/RDBの極性と一致している。   Inverters 182 and 184 invert the voltage levels of internal nodes Nr and / Nr to generate read data / DOUT and DOUT, respectively. That is, the polarities of read data DOUT and / DOUT match the polarities of read data buses RDB and / RDB.

図5は、データ書込回路51Wの構成を示す回路図である。
図5を参照して、データ書込回路51Wは、内部ノードNw0に一定電流を供給するためのP型MOSトランジスタ151と、トランジスタ151の通過電流を制御するためのカレントミラー回路を構成するP型MOSトランジスタ152および電流源153と、内部ノードNw0を介して動作電流の供給を受けて動作するインバータ154、155および156を有する。インバータ154、155および156の各々は、電源電圧Vcc3および接地電圧Vssの供給を受けて動作する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of data write circuit 51W.
Referring to FIG. 5, data write circuit 51W includes a P-type MOS transistor 151 for supplying a constant current to internal node Nw0 and a P-type constituting a current mirror circuit for controlling a passing current of transistor 151. MOS transistor 152 and current source 153, and inverters 154, 155, and 156 that operate by receiving an operating current supply through internal node Nw0. Each of inverters 154, 155 and 156 operates by receiving supply of power supply voltage Vcc3 and ground voltage Vss.

インバータ154は、書込データDINの電圧レベルを反転してライトデータバスWDBに伝達する。インバータ155は、書込データDINの電圧レベルを反転してインバータ156の入力ノードに伝達する。インバータ156は、インバータ155の出力を反転してライトデータバス/WDBに伝達する。したがって、データ書込回路51Wは、書込データDINの電圧レベルに応じて、ライトデータバスWDBおよび/WDBの電圧を電源電圧Vcc3および接地電圧Vssの一方ずつに設定する。   Inverter 154 inverts the voltage level of write data DIN and transmits it to write data bus WDB. Inverter 155 inverts the voltage level of write data DIN and transmits it to the input node of inverter 156. Inverter 156 inverts the output of inverter 155 and transmits it to write data bus / WDB. Therefore, data write circuit 51W sets the voltages of write data buses WDB and / WDB to one of power supply voltage Vcc3 and ground voltage Vss according to the voltage level of write data DIN.

図6は、実施の形態1に従うMRAMデバイスにおけるデータ読出およびデータ書込動作を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 6 is a timing chart for illustrating data read and data write operations in the MRAM device according to the first embodiment.

まず、データ読出動作について説明する。
データ読出前において、リードデータバスRDB,/RDBは電源電圧Vcc1にプリチャージされ、ビット線BL,/BLは、接地電圧Vssにプリチャージされる。
First, the data read operation will be described.
Before data reading, read data buses RDB and / RDB are precharged to power supply voltage Vcc1, and bit lines BL and / BL are precharged to ground voltage Vss.

データ読出時においては、選択メモリセルに対応するビット線BLおよび/BLの各々は、対応するリードドライブ選択ゲートRCDGによって、電源電圧Vcc2と電気的に結合される。   In data reading, each of bit lines BL and / BL corresponding to the selected memory cell is electrically coupled to power supply voltage Vcc2 by corresponding read drive selection gate RCDG.

さらに、リードワード線RWLのうちの選択メモリセルに対応する1本が、行選択結果に応じて選択状態(Hレベル)に活性化される。この結果、選択メモリセルは、ビット線BLおよび/BLの一方と、接地電圧Vssとの間に電気的に結合される。また、ダミーリードワード線DRWL1およびDRWL2のいずれか一方が活性化されて、MTJメモリセルMCと非結合である、ビット線BLおよび/BLの他方は、ダミーメモリセルDMCと結合される。   Furthermore, one of the read word lines RWL corresponding to the selected memory cell is activated to the selected state (H level) according to the row selection result. As a result, the selected memory cell is electrically coupled between one of bit lines BL and / BL and ground voltage Vss. In addition, one of dummy read word lines DRWL1 and DRWL2 is activated, and the other of bit lines BL and / BL, which is not coupled to MTJ memory cell MC, is coupled to dummy memory cell DMC.

一方、ライトワード線WWL、ライトコラム選択線WCSLはLレベル(接地電圧Vss)に非活性化される。ライトワード線WWLおよびライトデータバスWDB,/WDBには、電流は流されない。   On the other hand, the write word line WWL and the write column selection line WCSL are inactivated to L level (ground voltage Vss). No current flows through write word line WWL and write data buses WDB, / WDB.

このように、データ読出時において、ビット線BLおよび/BLの各々は、抵抗体として作用する選択メモリセルもしくはダミーメモリセルDMCを介して、接地電圧Vssにプルダウンされる。さらに、選択メモリセル列においては、リードドライブ選択ゲートRCDGによって、対応するビット線BLおよび/BLの各々は、電源電圧Vcc2にプルアップされている。したがって、ビット線BLおよび/BLの電圧は、プルアップ力(Vcc2へ)とプルダウン力(Vssへ)とのバランス、言い換えれば抵抗体である選択メモリセルもしくはダミーメモリセルの電気抵抗に応じて決定される。   Thus, at the time of data reading, each of bit lines BL and / BL is pulled down to ground voltage Vss via selected memory cell or dummy memory cell DMC acting as a resistor. Further, in the selected memory cell column, each of the corresponding bit lines BL and / BL is pulled up to the power supply voltage Vcc2 by the read drive selection gate RCDG. Therefore, the voltages of the bit lines BL and / BL are determined according to the balance between the pull-up force (to Vcc2) and the pull-down force (to Vss), in other words, the electric resistance of the selected memory cell or dummy memory cell that is a resistor. Is done.

たとえば、選択メモリセルの記憶データレベルが“1”(電気抵抗R1)である場合には、メモリセルと結合されたビット線BLおよび/BLの一方には、ダミーメモリセルDMCと結合されたビット線BLおよび/BLの他方に生じる電圧変化ΔVmよりも大きい電圧変化ΔV1が生じる。選択メモリセルに対応するビット線対BLPを構成するビット線BLおよび/BLの電圧間の相対関係は、読出された記憶データのレベルに応じて変化する。このような、ビット線BLおよび/BLの間の電圧差に応じて、リードゲートRGによってリードデータバスRDBおよび/RDBの電位が駆動される。   For example, when the storage data level of the selected memory cell is “1” (electrical resistance R1), one of the bit lines BL and / BL coupled to the memory cell has a bit coupled to the dummy memory cell DMC. A voltage change ΔV1 larger than the voltage change ΔVm occurring on the other of the lines BL and / BL occurs. The relative relationship between the voltages on bit lines BL and / BL constituting bit line pair BLP corresponding to the selected memory cell changes according to the level of the read storage data. In accordance with such a voltage difference between bit lines BL and / BL, the potentials of read data buses RDB and / RDB are driven by read gate RG.

すなわち、ビット線BLの電圧がビット線/BLの電圧よりも高い場合には、リードゲートRGによって、リードデータバス/RDBの方が、リードデータバスRDBよりもより強く接地電圧Vss側に駆動される(図6における電圧変化ΔVb1>ΔVbm)。   That is, when the voltage of the bit line BL is higher than the voltage of the bit line / BL, the read data bus / RDB is driven more strongly to the ground voltage Vss side than the read data bus RDB by the read gate RG. (Voltage change ΔVb1> ΔVbm in FIG. 6).

このようにして生じたリードデータバスRDBおよび/RDBの間の電圧差をデータ読出回路51Rまたは52Rによって増幅して、Hレベルの読出データDOUTを出力することができる。データ読出回路52Rを用いる場合には、プリチャージ信号φprは、データ読出動作中Hレベルへ非活性化される。さらに、データ読出動作開始から所定時間経過後において、センス信号φsはHレベルに活性化され、トリガパルスφtrは、センス信号φsと重複する活性化期間を有するように、Lレベルに活性化される。   The voltage difference between read data buses RDB and / RDB generated in this way can be amplified by data read circuit 51R or 52R to output H level read data DOUT. When data read circuit 52R is used, precharge signal φpr is deactivated to the H level during the data read operation. Further, after a predetermined time has elapsed from the start of the data read operation, sense signal φs is activated to H level, and trigger pulse φtr is activated to L level so as to have an activation period overlapping with sense signal φs. .

反対に、選択メモリセルが“0”(電気抵抗R0)を保持する場合、すなわちビット線/BLの電圧がビット線BLの電圧よりも高い場合には、リードゲートRGによって、リードデータバスRDBの方が、リードデータバス/RDBよりもより強く接地電圧Vss側に駆動される。このようにして生じたリードデータバスRDBおよび/RDBの間の電圧差に基づいて、Lレベルの読出データDOUTを出力することができる。   On the contrary, when the selected memory cell holds “0” (electrical resistance R0), that is, when the voltage of the bit line / BL is higher than the voltage of the bit line BL, the read gate RG causes the read data bus RDB to However, it is driven to the ground voltage Vss side more strongly than the read data bus / RDB. Based on the voltage difference between read data buses RDB and / RDB generated in this way, L level read data DOUT can be output.

このように、リードゲートRGを介してリードデータバスRDBおよび/RDBの電位を駆動する構成とすることによって、寄生容量の大きいリードデータバスRDBおよび/RDBを、選択メモリセル(またはダミーメモリセル)およびビット線を流れるセンス電流経路から除外してデータ読出を実行することかできる。これにより、選択メモリセルおよびダミーメモリセルを通過するセンス電流経路のRC負荷を軽減して、データ読出に必要な電圧変化をビット線BLおよび/BLに速やかに生じさせることができる。これにより、データ読出を高速に行なって、MRAMデバイスへのアクセスを高速化できる。   As described above, the potential of the read data buses RDB and / RDB is driven via the read gate RG, so that the read data buses RDB and / RDB having a large parasitic capacitance are selected memory cells (or dummy memory cells). Further, it is possible to execute data reading by excluding it from the sense current path flowing through the bit line. As a result, the RC load on the sense current path passing through the selected memory cell and the dummy memory cell can be reduced, and a voltage change necessary for data reading can be quickly generated in the bit lines BL and / BL. As a result, data can be read at high speed, and access to the MRAM device can be speeded up.

さらに、MTJメモリセル中のトンネル磁気抵抗素子TMRの両端印加電圧を抑制するために、データ読出時にビット線BLおよび/BLをプルアップする電源電圧Vcc2は決定される。一般的に、トンネル磁気抵抗素子のトンネルバリアである絶縁膜の信頼性を考慮すれば、このバイアス電圧が約400mV以下となるように設定する必要がある。この結果、MTJメモリセルの動作信頼性を確保した上で、データ読出の高速化を図ることができる。   Further, in order to suppress the voltage applied to both ends of tunneling magneto-resistance element TMR in the MTJ memory cell, power supply voltage Vcc2 for pulling up bit lines BL and / BL during data reading is determined. In general, in consideration of the reliability of an insulating film which is a tunnel barrier of a tunnel magnetoresistive element, it is necessary to set the bias voltage to be about 400 mV or less. As a result, it is possible to increase the speed of data reading while ensuring the operational reliability of the MTJ memory cell.

また、ビット線BLおよび/BLのプリチャージ電圧を接地電圧としているので、非選択列において、選択行のリードワード線RWLが活性化に応答してターンオンしたアクセストランジスタを介して、ビット線BLおよび/BLから放電電流が生じることがない。この結果、ビット線BLおよび/BLにおける、プリチャージに伴う充放電による消費電力を削減できる。   In addition, since the precharge voltage of bit lines BL and / BL is set to the ground voltage, in the non-selected column, the bit line BL and the bit line BL and the BL are connected via the access transistor turned on in response to the activation of the read word line RWL of the selected row. No discharge current is generated from / BL. As a result, it is possible to reduce power consumption due to charge / discharge accompanying precharge in the bit lines BL and / BL.

次に、データ書込時の動作について説明する。
列選択結果に対応したライトコラム選択線WCSLが選択状態(Hレベル)に活性化されて、対応するライトコラム選択ゲートWCSGがオンする。これに応じて、選択メモリセルに対応する選択列のビット線BLおよび/BLの一端ずつは、ライトデータバスWDBおよび/WDBとそれぞれ結合される。
Next, the operation at the time of data writing will be described.
The write column selection line WCSL corresponding to the column selection result is activated to the selected state (H level), and the corresponding write column selection gate WCSG is turned on. In response, one end of each of bit lines BL and / BL in the selected column corresponding to the selected memory cell is coupled to write data buses WDB and / WDB, respectively.

さらに、データ書込時においては、対応する短絡スイッチトランジスタ62がターンオンして、選択列のビット線BLおよび/BLの他端(ライトコラム選択ゲートWCSGの反対側)同士を短絡する。   Further, at the time of data writing, corresponding short-circuit switch transistor 62 is turned on to short-circuit the other ends of bit lines BL and / BL (opposite side of write column selection gate WCSG) of the selected column.

既に説明したように、データ書込回路51Wは、ライトデータバスWDBおよび/WDBを、電源電圧Vcc3および接地電圧Vssのいずれか一方ずつに設定する。たとえば、書込データDINのデータレベルがLレベルである場合には、ライトデータバスWDBにLレベルデータを書込むためのデータ書込電流−Iwが流される。データ書込電流−Iwは、ライトコラム選択ゲートWCSGを介して、選択列のビット線BLに供給される。   As already described, data write circuit 51W sets write data buses WDB and / WDB to either one of power supply voltage Vcc3 and ground voltage Vss. For example, when the data level of write data DIN is L level, data write current −Iw for writing L level data to write data bus WDB is supplied. Data write current -Iw is supplied to bit line BL of the selected column via write column select gate WCSG.

選択列のビット線BLに流されるデータ書込電流−Iwは、短絡スイッチトランジスタ62によって折返される。これにより、他方のビット線/BLにおいては、反対方向のデータ書込電流+Iwが流される。ビット線/BLを流れるデータ書込電流+Iwは、ライトコラム選択ゲートWCSGを介してライトデータバス/WDBに伝達される。   The data write current −Iw flowing through the bit line BL of the selected column is turned back by the short circuit switch transistor 62. As a result, data write current + Iw in the opposite direction flows through the other bit line / BL. Data write current + Iw flowing through bit line / BL is transmitted to write data bus / WDB via write column select gate WCSG.

さらに、ライトワード線WWLのうちのいずれか1本が、行選択結果に応じて選択状態(Hレベル:電源電圧Vcc3)に活性化されて、データ書込電流Ipが流される。この結果、対応するライトワード線WWLおよびビット線BL(/BL)の両方にデータ書込電流が流された選択メモリセルに対して、データ書込が実行される。選択列のビット線BLおよび/BLを折返して流されるデータ書込電流±Iwの方向は、書込データDINのデータレベルに応じて反転される。   Further, any one of write word lines WWL is activated to a selected state (H level: power supply voltage Vcc3) according to the row selection result, and data write current Ip flows. As a result, data writing is performed on the selected memory cell in which the data write current is supplied to both the corresponding write word line WWL and bit line BL (/ BL). The direction of the data write current ± Iw that flows through the bit lines BL and / BL in the selected column is inverted according to the data level of the write data DIN.

データ書込時においては、リードワード線RWLは非選択状態(Lレベル)に維持される。なお、データ読出回路52Rにおいては、データ書込時には、プリチャージ信号φprはHレベルに活性化される。一方、センス信号φsはLレベルに非活性化され、トリガパルスφtrはHレベルに非活性化される。   At the time of data writing, read word line RWL is maintained in a non-selected state (L level). In data read circuit 52R, precharge signal φpr is activated to H level during data writing. On the other hand, sense signal φs is deactivated to L level, and trigger pulse φtr is deactivated to H level.

また、データ書込時においてもビット線プリチャージ信号BLPRをHレベルへ活性化することによって、データ書込時におけるビット線BLおよび/BLの電圧は、データ読出時のプリチャージ電圧レベルに相当する接地電圧Vssに設定される。   Further, by activating bit line precharge signal BLPR to H level also during data writing, the voltages of bit lines BL and / BL during data writing correspond to the precharge voltage level during data reading. Set to ground voltage Vss.

同様に、リードデータバスRDBおよび/RDBは、データ読出時のプリチャージ電圧に相当する電源電圧Vcc1に設定される。このように、非選択列に対応するビット線BL,/BLと、リードデータバスRDB,/RDBとのデータ書込時における電圧を、データ読出に備えたプリチャージ電圧と一致させることによって、データ読出前に新たなプリチャージ動作の実行が不要となり、データ読出動作を高速化することができる。   Similarly, read data buses RDB and / RDB are set to power supply voltage Vcc1 corresponding to the precharge voltage at the time of data reading. As described above, the voltage at the time of data writing in the bit lines BL and / BL corresponding to the non-selected columns and the read data buses RDB and / RDB is made to coincide with the precharge voltage provided for data reading. It is not necessary to perform a new precharge operation before reading, and the data reading operation can be speeded up.

次に、データ読出およびデータ書込回路系の電源電圧レベルについて説明する。データ読出回路51R,52Rの動作電源電圧であるVcc1およびビット線BL,/BLのプルアップ電圧であるVcc2は、ビット線振幅を小さくしてトンネル磁気抵抗素子の両端印加電圧を抑制するとともに、リードデータバスRDB,/RDBの振幅電圧を大きくするために、Vcc1>Vcc2に設定される。すなわち、Vcc3>Vcc1>Vcc2に設定される。   Next, the power supply voltage level of the data read and data write circuit system will be described. Vcc1, which is the operating power supply voltage for data read circuits 51R, 52R, and Vcc2, which is the pull-up voltage for bit lines BL, / BL, reduce the bit line amplitude to suppress the voltage applied to both ends of the tunnel magnetoresistive element. In order to increase the amplitude voltage of the data buses RDB and / RDB, Vcc1> Vcc2 is set. That is, Vcc3> Vcc1> Vcc2 is set.

一方、データ書込時においては、選択メモリセルのトンネル磁気抵抗素子TMRを十分に磁化する必要がある。このため、データ書込回路51Wの動作電源電圧であるVcc3は、ライトデータバスWDB,/WDBを介して、十分なデータ書込電流を供給するために、電源電圧Vcc1およびVcc2よりも高く設定される。   On the other hand, at the time of data writing, it is necessary to sufficiently magnetize tunneling magneto-resistance element TMR of the selected memory cell. Therefore, Vcc3 which is the operation power supply voltage of data write circuit 51W is set higher than power supply voltages Vcc1 and Vcc2 in order to supply a sufficient data write current via write data buses WDB and / WDB. The

たとえば、電源電圧Vcc3には、MRAMデバイス外部から供給される外部電源電圧をそのまま適用し、さらに、この外部電源電圧を図示しない電圧降下回路によって降下させて、電源電圧Vcc1およびVcc2を発生する構成とすれば、上記の“Vcc3>Vcc1>Vcc2”の関係に従う電源電圧を効率的に供給することができる。   For example, an external power supply voltage supplied from the outside of the MRAM device is applied as it is to the power supply voltage Vcc3, and this external power supply voltage is dropped by a voltage drop circuit (not shown) to generate power supply voltages Vcc1 and Vcc2. By doing so, it is possible to efficiently supply the power supply voltage in accordance with the relationship of “Vcc3> Vcc1> Vcc2”.

[実施の形態1の変形例]
図7は、メモリアレイ10およびその周辺回路の実施の形態1の変形例に従う構成を詳細に説明するための回路図である。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining in detail a configuration according to a modification of the first embodiment of memory array 10 and its peripheral circuits.

図7を参照して、実施の形態1の変形例に従う構成においては、データ書込回路51Wに代えてデータ書込回路52Wが設けられる点と、リードドライブ選択ゲートRCDG1〜RCDGmの配置が省略される点とが、実施の形態1に従う構成と比較して異なる。   Referring to FIG. 7, in the configuration according to the modification of the first embodiment, data write circuit 52W is provided instead of data write circuit 51W, and the arrangement of read drive selection gates RCDG1 to RCDGm is omitted. This is different from the configuration according to the first embodiment.

図8は、データ書込回路52Wの構成を説明する回路図である。
図8を参照して、実施の形態1の変形例に従うデータ書込回路52Wは、データ書込電流を供給するためのデータ書込回路51Wの構成に加えて、プルアップ回路53をさらに含む。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating the configuration of data write circuit 52W.
Referring to FIG. 8, data write circuit 52W according to the modification of the first embodiment further includes a pull-up circuit 53 in addition to the configuration of data write circuit 51W for supplying a data write current.

プルアップ回路53は、電源電圧Vcc2とライトデータバスWDBおよび/WDBとの間にそれぞれ配置されるプルアップトランジスタ157および158を有する。プルアップトランジスタ157および158は、たとえば、データ書込時においてHレベルに活性化され、データ読出時においてLレベルに非活性化される書込制御信号WEをゲートに受けるP型MOSトランジスタで構成することができる。データ書込回路51Wに相当する部分の構成は、図5に示したのと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。   Pull-up circuit 53 has pull-up transistors 157 and 158 arranged between power supply voltage Vcc2 and write data buses WDB and / WDB, respectively. Pull-up transistors 157 and 158 are formed of, for example, P-type MOS transistors that receive at their gates a write control signal WE that is activated to H level during data writing and inactivated to L level during data reading. be able to. Since the configuration corresponding to data write circuit 51W is the same as that shown in FIG. 5, detailed description will not be repeated.

データ書込時においては、プルアップトランジスタ157および158はターンオフするので、データ書込回路51Wと同様に、ライトデータバスWDBおよび/WDBに対してデータ書込電流±Iwを供給することができる。一方、データ読出時においては、データ書込回路51Wに相当する部分によるデータ書込電流±Iwの供給は停止され、ライトデータバスWDBおよび/WDBの各々は、ターンオンしたプルアップトランジスタ157および158によって、電源電圧Vcc2にプルアップされる。   At the time of data writing, pull-up transistors 157 and 158 are turned off, so that data write current ± Iw can be supplied to write data buses WDB and / WDB similarly to data write circuit 51W. On the other hand, at the time of data reading, supply of data write current ± Iw by the portion corresponding to data write circuit 51W is stopped, and write data buses WDB and / WDB are respectively turned on by pull-up transistors 157 and 158 turned on. Are pulled up to the power supply voltage Vcc2.

図9は、実施の形態1の変形例に従うデータ書込動作およびデータ読出動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 9 is a timing chart illustrating a data write operation and a data read operation according to the modification of the first embodiment.

図9を参照して、実施の形態1の変形例に従う構成においては、データ読出時においても、選択列に対応するライトコラム選択線WCSLがHレベルに活性化される。この結果、電源電圧Vcc2にプルアップされたライトデータバスWDBおよび/WDBは、選択列のビット線BLおよび/BLとそれぞれ電気的に結合される。   Referring to FIG. 9, in the configuration according to the modification of the first embodiment, the write column selection line WCSL corresponding to the selected column is activated to the H level even during data reading. As a result, write data buses WDB and / WDB pulled up to power supply voltage Vcc2 are electrically coupled to bit lines BL and / BL of the selected column, respectively.

すなわち、実施の形態1の変形例に従う構成においては、選択列のビット線BLおよび/BLが、データ書込系回路(データ書込回路52W)によってプルアップされる点が、実施の形態1に従う構成と異なる。電源電圧Vcc2にプルアップされたビット線BL,/BLおよび、リードゲートRGによって接地電圧Vssに駆動されるリードデータバスRDB,/RDBにそれぞれ生じる電圧変化、ならびに、これらの電圧変化を検知することによるデータ読出動作は、図6に説明したのと同様であるので詳細な説明は繰返さない。   That is, in the configuration according to the modification of the first embodiment, the bit line BL and / BL of the selected column is pulled up by the data write system circuit (data write circuit 52W) according to the first embodiment. Different from the configuration. Detecting voltage changes occurring in bit lines BL, / BL pulled up to power supply voltage Vcc2 and read data buses RDB, / RDB driven to ground voltage Vss by read gate RG, and these voltage changes Since the data reading operation by is similar to that described with reference to FIG. 6, detailed description thereof will not be repeated.

また、データ書込時における動作についても、図6と同様であるので詳細な説明は繰返さない。   Since the operation at the time of data writing is similar to that of FIG. 6, detailed description will not be repeated.

実施の形態1の変形例に従う構成においては、リードドライブ選択ゲートRCDG1〜RCDGmの配置を省略して、選択列に対応するビット線BLおよび/BLを、効率的にプルアップすることができる。なお、ライトデータバスWDBおよび/WDBは、データ書込時以外において電源電圧Vcc2にプルアップしておくことができるので、データ読出開始時における動作速度の低下を招くことはない。   In the configuration according to the modification of the first embodiment, the arrangement of read drive selection gates RCDG1 to RCDGm can be omitted, and bit lines BL and / BL corresponding to the selected column can be efficiently pulled up. Note that write data buses WDB and / WDB can be pulled up to power supply voltage Vcc2 at times other than during data writing, so that the operating speed is not reduced at the start of data reading.

なお、電源電圧Vcc1、Vcc2およびVcc3の電圧レベルについても、実施の形態1と同様に設定すればよい。   The voltage levels of power supply voltages Vcc1, Vcc2, and Vcc3 may be set in the same manner as in the first embodiment.

[実施の形態2]
実施の形態2においては、外部との間で、多ビットデータを並列に授受するMRAMデバイスの構成について説明する。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, the configuration of an MRAM device that exchanges multi-bit data in parallel with the outside will be described.

図10は、メモリアレイ10およびその周辺回路の実施の形態2に従う構成を説明する概略ブロック図である。   FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating a configuration according to the second embodiment of memory array 10 and its peripheral circuits.

図10を参照して、実施の形態2に従うメモリアレイは、列方向に沿って配置されるN個(N:自然数)のメモリバンクMB1〜MBNを有する。メモリバンクMB1〜MBNの各々は、実施の形態1に従うメモリアレイ10と同様の構成を有する。   Referring to FIG. 10, the memory array according to the second embodiment has N (N: natural number) memory banks MB1 to MBN arranged along the column direction. Each of memory banks MB1 to MBN has a configuration similar to that of memory array 10 according to the first embodiment.

列方向に沿って、メモリバンクMB1〜MBNで共有されるM個(M:自然数のデータバス対DBP1〜DBPMが配置される。たとえば、データバス対DBP1は、相補のデータバスDB1および/DB1を有する。以下においては、データバス対DBP1〜DBPMを総称して単にDBPとも称し、データバスDB1〜DBMを総称して単にデータバスDBとも称し、データバス/DB1〜/DBMを総称してデータバス/DBとも称する。   Along the column direction, M (M: natural number data bus pairs DBP1 to DBPM) shared by memory banks MB1 to MBN are arranged. For example, data bus pair DBP1 includes complementary data buses DB1 and / DB1. In the following description, the data bus pairs DBP1 to DBPM are generically referred to as DBP, the data buses DB1 to DBM are generically referred to as data bus DB, and the data buses / DB1 to / DBM are generically referred to as data buses. Also called / DB.

読出/書込制御回路50,60は、データバス対DBP1〜DBPMにそれぞれ対応して設けられる、データ読出回路RDV1〜RDVMとデータ書込回路WDV1〜WDVMとを有する。データ読出回路RDV1〜RDVMは、読出制御信号RE1〜REMにそれぞれ応答して動作する。同様に、データ書込回路WDV1〜WDVMは、書込制御信号WE1〜WEMにそれぞれ応答して動作する。   Read / write control circuits 50 and 60 have data read circuits RDV1 to RDVM and data write circuits WDV1 to WDVM provided corresponding to data bus pairs DBP1 to DBPM, respectively. Data read circuits RDV1 to RDVM operate in response to read control signals RE1 to REM, respectively. Similarly, data write circuits WDV1 to WDVM operate in response to write control signals WE1 to WEM, respectively.

データ読出回路RDV1〜RDVMの各々には、図3および図4でそれぞれ説明したデータ読出回路51Rおよび52Rの構成を適用することができる。すなわち、データ読出回路51Rおよび52Rにおいて、リードデータバスRDBおよび/RDBに代えて、対応するデータバスDBおよび/DBの電圧を検知増幅する構成とすれば、同様のデータ読出が実行できる。   The configuration of data read circuits 51R and 52R described with reference to FIGS. 3 and 4 can be applied to each of data read circuits RDV1 to RDVM. That is, if data read circuits 51R and 52R are configured to detect and amplify the voltages of corresponding data buses DB and / DB instead of read data buses RDB and / RDB, similar data read can be executed.

特に、メモリバンクMB1〜MBKの各々を実施の形態1と同様のリードゲートを用いてデータ読出を実行する構成とすることにより、センス電流Isの供給機能を有さない小型化に適したデータ読出回路52Rを適用できるので、データ読出の高速化およびMTJメモリセルの動作信頼性の確保とともに、多数のデータ読出回路が配置される構成において、チップ面積の削減を図ることができる。   In particular, each of the memory banks MB1 to MBK is configured to execute data reading using the same read gate as in the first embodiment, so that data reading suitable for miniaturization without a sense current Is supply function is provided. Since circuit 52R can be applied, it is possible to reduce the chip area in a configuration in which a large number of data read circuits are arranged, and the data read speed and the operation reliability of the MTJ memory cell are ensured.

また、センス電流Isの供給機能を有するデータ読出回路51Rを用いる場合には、従来の技術と同様に、データバスDB(/DB)およびビット線BL(/BL)を介して、選択メモリセルにセンス電流Isを流すことによってデータ読出を行なうこともできる。   Further, when the data read circuit 51R having the function of supplying the sense current Is is used, the selected memory cell is connected to the selected memory cell via the data bus DB (/ DB) and the bit line BL (/ BL) as in the conventional technique. Data can also be read by passing the sense current Is.

データ書込回路WDV1〜WDVMの各々には、図5および図8にそれぞれ示したデータ書込回路51Wおよび52W構成を適用できる。すなわち、データ書込回路51Wおよび52Wにおいて、ライトデータバスWDBおよび/WDBに代えて、対応するデータバスDBおよび/DBの電圧を駆動する構成とすれば、同様のデータ書込が実行できる。   Data write circuits 51W and 52W shown in FIGS. 5 and 8 can be applied to each of data write circuits WDV1 to WDVM. That is, if data write circuits 51W and 52W are configured to drive the voltages of corresponding data buses DB and / DB instead of write data buses WDB and / WDB, similar data writing can be executed.

特に、メモリバンクMB1〜MBKの各々を実施の形態1と同様のリードゲートを用いてデータ読出を実行する構成とする場合には、データ書込回路52Wを適用することによって、チップ面積の削減をさらに図ることができる。   In particular, when each of the memory banks MB1 to MBK is configured to execute data reading using the same read gate as in the first embodiment, the chip area can be reduced by applying the data writing circuit 52W. Further efforts can be made.

このような構成とすることにより、各データバス対DBPごとに独立に、選択メモリセルとの間でデータ授受を実行できる。したがって、同時に複数のデータバス対DBPを用いて、複数ビットの並列なデータ読出およびデータ書込を実行できる。   With such a configuration, data can be exchanged with the selected memory cell independently for each data bus pair DBP. Therefore, parallel data reading and data writing of a plurality of bits can be executed simultaneously using a plurality of data bus pairs DBP.

データバス対DBPは、k個(k:自然数)のメモリセルごとに配置される。
図11は、データバス対の配置を説明する回路図である。データバス対DBP1〜DBPMは同様に配置されるので、図11においては、データバス対DBP1の配置が代表的に示される。
The data bus pair DBP is arranged for every k (k: natural number) memory cells.
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating the arrangement of data bus pairs. Since data bus pairs DBP1 to DBPM are similarly arranged, the arrangement of data bus pair DBP1 is representatively shown in FIG.

図11を参照して、列デコーダ25は、同一のデータバス対に対応するk個のメモリセル列間での列選択を実行するためのリードコラム選択線RCSL1〜RCSLkおよびライトコラム選択線WCSL1〜WCSLkを選択的に活性化する。   Referring to FIG. 11, column decoder 25 includes read column selection lines RCSL1 to RCSLk and write column selection lines WCSL1 to WCSL1 for performing column selection between k memory cell columns corresponding to the same data bus pair. Selectively activates WCSLk.

第1番目から第k番目のメモリセル列の各々に対応して、実施の形態1と同様の、ライトコラム選択ゲートWCSG、リードコラム選択ゲートRCSG、リードゲートRGおよびリードドライブ選択ゲートRDCGが配置される。また、MTJメモリセルMC、ダミーメモリセルDMC、短絡スイッチトランジスタ62およびプリチャージトランジスタ64の配置についても、図2に示したメモリアレイと同様である。   A write column selection gate WCSG, a read column selection gate RCSG, a read gate RG and a read drive selection gate RDCG similar to those in the first embodiment are arranged corresponding to each of the first to kth memory cell columns. The The arrangement of the MTJ memory cell MC, the dummy memory cell DMC, the short-circuit switch transistor 62, and the precharge transistor 64 is also the same as that of the memory array shown in FIG.

リードコラム選択ゲートRCSGは、対応するリードコラム選択線RCSLの活性化に応答して、データバスDB1および/DB1と、対応するビット線BLおよび/BLを電気的に結合する。同様に、ライトコラム選択ゲートWCSGは、対応するライトコラム選択線WCSLの電圧に応じて、対応するビット線BLおよび/BLを、データバスDB1および/DB1それぞれを電気的に結合する。   Read column select gate RCSG electrically couples data buses DB1 and / DB1 and corresponding bit lines BL and / BL in response to activation of corresponding read column select line RCSL. Similarly, write column select gate WCSG electrically couples corresponding bit lines BL and / BL to data buses DB1 and / DB1, respectively, according to the voltage of corresponding write column select line WCSL.

このような構成とすることにより、k個のメモリセル列で、1つのデータバス対DBPを共有することができる。   With this configuration, one data bus pair DBP can be shared by k memory cell columns.

データバスDB1および/DB1は、ビット線BL,/BLと同一方向に沿って配置される。一方、リードコラム選択線RCSLおよびライトコラム選択線WCSLは、ビット線BL,/BLと交差する方向(すなわち行方向)に沿って配置される。これにより、ビット線BL,/BLと同一方向に配置される配線が集中するのを回避して、配線ピッチを確保することができる。   Data buses DB1 and / DB1 are arranged along the same direction as bit lines BL and / BL. On the other hand, read column selection line RCSL and write column selection line WCSL are arranged along the direction intersecting bit lines BL and / BL (that is, the row direction). As a result, the wiring pitch arranged in the same direction as the bit lines BL and / BL can be avoided and the wiring pitch can be secured.

再び図10を参照して、メモリバンクMB1〜MBNは、図示しないバンクアドレスに応じて選択される。選択されたメモリバンクにおいて、1回のデータ読出コマンドおよび1回のデータ書込コマンドによって、M′ビット(M′:M以下の自然数)の読出データDOUTおよび書込データDINのそれぞれが外部との間で授受される。   Referring to FIG. 10 again, memory banks MB1-MBN are selected according to a bank address (not shown). In the selected memory bank, the read data DOUT and the write data DIN of the M ′ bit (M ′: a natural number equal to or less than M) are respectively transmitted to the outside by one data read command and one data write command. It is exchanged between.

したがって、データ読出時において、最大Mビットのデータを並列に読出すことができる。この結果、特にロジックと同一チップ上に混載されるシステムLSIなどに適したMRAMデバイスを構成することができる。   Therefore, at the time of data reading, data of maximum M bits can be read in parallel. As a result, it is possible to configure an MRAM device that is particularly suitable for a system LSI or the like mixed on the same chip as the logic.

一方、データ書込時においては、比較的大きなデータ書込電流をビット線BL,/BLに流す必要があるので、並列に書込まれる書込データのビット数(以下、「並列書込ビット数」とも称する)を多く取ると、これに比例してデータ消費電流も増大してしまう。特に、多ビットを並列に読出す構成において、並列に読出される読出データのビット数(以下、「並列読出ビット数」とも称する)を並列書込ビット数と同様とすれば、ピーク電流値が過大になり、電源系への負担が増大する。この結果、電源電圧バウンスの影響により、誤動作が発生してしまうおそれもある。   On the other hand, at the time of data writing, it is necessary to pass a relatively large data write current to the bit lines BL, / BL, so the number of bits of write data written in parallel (hereinafter referred to as “number of parallel write bits”). If a large number is taken, the data consumption current also increases in proportion to this. In particular, in a configuration in which multiple bits are read in parallel, if the number of read data bits read in parallel (hereinafter also referred to as “parallel read bit number”) is the same as the number of parallel write bits, the peak current value is It becomes excessive and the burden on the power supply system increases. As a result, malfunction may occur due to the influence of the power supply voltage bounce.

したがって、実施の形態2に従う構成においては、コントロール回路5に含まれる書込選択回路6によって、並列書込ビット数を、並列読出ビット数よりも小さく設定する。   Therefore, in the configuration according to the second embodiment, the number of parallel write bits is set smaller than the number of parallel read bits by write selection circuit 6 included in control circuit 5.

たとえば、並列にM′ビットのデータ読出が実行される場合には、メモリアレイ10において同時並列に書込まれるデータのビット数は、N′ビット(N′:M′より小さい自然数)に設定される。   For example, when data reading of M ′ bits is executed in parallel, the number of bits of data simultaneously written in parallel in memory array 10 is set to N ′ bits (N ′: a natural number smaller than M ′). The

図12は、コントロール回路5による、データ読出回路およびデータ書込回路の動作制御を説明するタイミングチャートである。   FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation control of the data read circuit and the data write circuit by the control circuit 5.

図12においては、一例として、データバス対DBPの配置本数Mと、1回のデータ読出動作およびデータ書込動作によって授受されるデータのビット数M′とが等しく、M=M′=8である場合について代表的に説明する。   In FIG. 12, as an example, the number M of data bus pairs DBP and the number of data bits M ′ exchanged by one data read operation and data write operation are equal, and M = M ′ = 8. A case will be described representatively.

図12(a)を参照して、データ読出時においては、時刻tr0に1回のデータ読出コマンドが開始されると、読出制御信号RE1〜RE8が同時に活性化されて、8ビット(M′ビット)のデータが並列に読出される。なお、このようなM=M′の場合には、各データ読出回路を共通の読出制御信号REに応答して活性化する構成としてもよい。   Referring to FIG. 12A, at the time of data reading, when one data read command is started at time tr0, read control signals RE1-RE8 are simultaneously activated to generate 8 bits (M 'bit). ) Data is read out in parallel. When M = M ′ as described above, each data read circuit may be activated in response to a common read control signal RE.

図12(b)を参照して、データ書込時においては、ピーク電流の増加を抑制するために、並列書込ビット数N′は、並列読出ビット数M′よりも小さく抑えられる。たとえば、1回のデータ書込コマンドが開始されると、書込選択回路6によって、時刻tw0、tw1、tw2およびtw3にそれぞれ分割して、書込制御信号WE1〜WEMの一部ずつが活性化される。   Referring to FIG. 12B, at the time of data writing, parallel write bit number N ′ is suppressed to be smaller than parallel read bit number M ′ in order to suppress an increase in peak current. For example, when one data write command is started, the write selection circuit 6 divides each of the write control signals WE1 to WEM by time tw0, tw1, tw2, and tw3, respectively. Is done.

データ書込回路WDV1〜WDVMの各々は、対応する書込制御信号WEの活性化および非活性化にそれぞれ応答して、活性化および非活性化される。活性化されたデータ書込回路においては、図5に示されるインバータ154〜156に対する動作電流の供給が実行されて、対応するデータバス対DBPを用いたデータ書込が実行される。一方、非活性化されたデータ書込回路においては、図5に示されるインバータ154〜156に対する動作電流の供給が停止される。   Data write circuits WDV1-WDVM are activated and deactivated in response to activation and deactivation of corresponding write control signal WE, respectively. In the activated data write circuit, supply of operating current to inverters 154 to 156 shown in FIG. 5 is executed, and data writing using corresponding data bus pair DBP is executed. On the other hand, in the deactivated data write circuit, supply of operating current to inverters 154 to 156 shown in FIG. 5 is stopped.

図12(b)に示される例においては、2ビット(N′ビット)ずつのデータ書込が並列に実行される。すなわち、1回のデータ書込コマンドにおいて入力される8ビット(M′ビット)の書込データを4分割して、2ビット(N′ビット)ずつの並列なデータ書込を実行している。   In the example shown in FIG. 12B, data writing by 2 bits (N ′ bits) is executed in parallel. In other words, 8-bit (M′-bit) write data input in one data write command is divided into four, and parallel data writing is performed in units of 2 bits (N′-bit).

このように、メモリアレイ10において、複数ビットのデータ読出およびデータ書込を可能な構成とした上で、並列書込ビット数N′を、並列読出ビット数M′よりも小さく設定し、あるいはN′=1として、1ビットずつシリアルにアクセスする構成とすることにより、有効にデータ書込時のピーク電流を低減することができる。この結果、MRAMデバイスにおいて、データ読出時のデータレートを向上させるとともに、データ書込時のピーク電流値を抑制して電源系への負担を減少することによって、動作信頼性を向上することができる。   As described above, the memory array 10 is configured to be able to read and write data of a plurality of bits, and the parallel write bit number N ′ is set smaller than the parallel read bit number M ′. By setting = 1 and serially accessing one bit at a time, the peak current during data writing can be effectively reduced. As a result, in the MRAM device, the data rate at the time of data reading can be improved, and the operation current can be improved by suppressing the peak current value at the time of data writing and reducing the burden on the power supply system. .

特に、M′ビットのデータ書込を行なう1回のデータ書込コマンドを、N′ビット(N′:M′より小さい自然数)ずつの並列書込を(M′/N′)回繰返して構成することより、1回のデータ読出コマンドの語長(ビット数)と、1回のデータ書込コマンドの語長(ビット数)とを揃えることができる。   In particular, one data write command for writing data of M ′ bits is configured by repeating parallel writing of N ′ bits (N ′: a natural number smaller than M ′) (M ′ / N ′) times. Thus, the word length (number of bits) of one data read command and the word length (number of bits) of one data write command can be made uniform.

[実施の形態2の変形例]
図13は、メモリアレイ10およびその周辺回路の実施の形態2の変形例に従う構成を示す概略ブロック図である。
[Modification of Embodiment 2]
FIG. 13 is a schematic block diagram showing a configuration according to a modification of the second embodiment of memory array 10 and its peripheral circuits.

実施の形態2の変形例に従う構成においては、データバス対DBPは、リードデータバス対RDBPおよびライトデータバス対WDBPに分割される。さらに、メモリアレイ10全体における、リードデータバス対RDBPの配置本数と、ライトデータバス対WDBPの配置本数とは異なる。   In the configuration according to the modification of the second embodiment, data bus pair DBP is divided into read data bus pair RDBP and write data bus pair WDBP. Furthermore, the number of read data bus pairs RDBP arranged in the entire memory array 10 is different from the number of write data bus pairs WDBP arranged.

図13においては、メモリアレイ10全体において、M個のリードデータバス対RDBP1〜RDBPMと、H個(H:H<Mの自然数)のライトデータバス対WDBP1〜WDBPHが配置される構成が示される。   FIG. 13 shows a configuration in which M read data bus pairs RDBP1 to RDBPM and H (H: natural number of H <M) write data bus pairs WDBP1 to WDPH are arranged in the entire memory array 10. .

リードデータバス対RDBP1〜RDBPMの各々は、実施の形態2に従う構成と同様に、k個のメモリセル列ごとに配置されるものとする。一方、ライトデータバス対WDBP1〜WDBPHの各々は、k′個(k′:k′>kの自然数)のメモリセル列ごとに配置される。   Each of read data bus pairs RDBP1 to RDBPM is arranged for every k memory cell columns as in the configuration according to the second embodiment. On the other hand, each of the write data bus pairs WDBP1 to WDPH is arranged for every k ′ (k ′: natural number of k ′> k) memory cell columns.

リードデータバス対RDBP1〜RDBPMのそれぞれに対応して、データ読出回路RDV1〜RDVMが実施の形態2と同様に配置される。同様に、ライトデータバス対WDBP1〜WDBPHのそれぞれに対応して、データ書込回路WDV1〜WDVHが実施の形態2の構成と同様に配置される。その他の部分の構成は、実施の形態2と同様であるので詳細な説明は繰返さない。   Data read circuits RDV1 to RDVM are arranged corresponding to read data bus pairs RDBP1 to RDBPM as in the second embodiment. Similarly, data write circuits WDV1 to WDVH are arranged similarly to the configuration of the second embodiment, corresponding to write data bus pairs WDBP1 to WDPH, respectively. Since the configuration of the other parts is the same as that of the second embodiment, detailed description will not be repeated.

このような構成とすることにより、並列書込ビット数が並列読出ビット数よりも小さいことを前提とする構成において、データ書込回路WDVの配置個数を削減することができる。これにより、レイアウトの自由度が向上し、MRAMデバイスのチップ面積削減を図ることができる。   With such a configuration, the number of data write circuits WDV can be reduced in a configuration on the premise that the number of parallel write bits is smaller than the number of parallel read bits. As a result, the degree of freedom in layout is improved, and the chip area of the MRAM device can be reduced.

さらに、ライトデータバス対WDBPとリードデータバス対RDBPとの配置本数の比率を適正に設定すれば、データ書込回路およびデータ読出回路における活性化の選択制御を行なう必要がなくなる。たとえば、ライトデータバス対WDBPの配置本数を並列書込ビット数と等しく設定し(H=N′)、さらに、リードデータバス対RDBPの配置本数を並列読出ビット数と等しく設定(M=M′)することによって、データ読出時において各データ読出回路を、共通の読出制御信号REに基づいて並列に活性化する一方で、データ書込時において各データ書込回路を共通の書込制御信号WEに応答して並列に活性化する構成としても、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。これにより、各データ書込回路および各データ読出回路の動作制御が簡易化される。   Furthermore, if the ratio of the number of arrangement of write data bus pair WDBP and read data bus pair RDBP is set appropriately, it becomes unnecessary to perform activation selection control in the data write circuit and data read circuit. For example, the number of write data bus pairs WDBP is set equal to the number of parallel write bits (H = N ′), and the number of read data bus pairs RDBP is set equal to the number of parallel read bits (M = M ′). Thus, each data read circuit is activated in parallel based on a common read control signal RE at the time of data read, while each data write circuit is activated at a common write control signal WE at the time of data write. The same effect as that of the second embodiment can be obtained even if the configuration is activated in parallel in response to the above. Thereby, the operation control of each data writing circuit and each data reading circuit is simplified.

また、実施の形態2と同様に、M′ビットのデータ書込を行なう1回のデータ書込コマンドを、N′ビット(N′:M′より小さい自然数)ずつの並列書込を(M′/N′)回繰返して構成することより、1回のデータ読出コマンドの語長(ビット数)と、1回のデータ書込コマンドの語長(ビット数)とを揃えることができる。   Similarly to the second embodiment, one data write command for writing M ′ bits of data is written in parallel by N ′ bits (N ′: a natural number smaller than M ′) (M ′ / N ′) By repeating the configuration, the word length (number of bits) of one data read command and the word length (number of bits) of one data write command can be made uniform.

特に、上述したように、H=N′およびM=M′とした上で、ライトデータバス対WDBPおよびリードデータバス対RDBPの配置本数の比率である(M/H)が整数となるように定め、かつ、1回のデータ書込コマンドに対応して、Hビットの並列なデータ書込を、異なるメモリバンクをそれぞれ用いて(M/H)回繰り返し実行する構成とすれば、各データ書込回路および各データ読出回路における活性化の選択制御を行なうことなく、1回のデータ読出コマンドの語長(ビット数)と、1回のデータ書込コマンドの語長(ビット数)とを揃えることができる。   In particular, as described above, with H = N ′ and M = M ′, the ratio (M / H) of the number of write data bus pair WDBP and read data bus pair RDBP is an integer. If each of the data write operations is configured to repeatedly execute (M / H) times of parallel data writing of H bits using a different memory bank in response to one data write command. The word length (number of bits) of one data read command and the word length (number of bits) of one data write command are made uniform without performing activation selection control in the write circuit and each data read circuit. be able to.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

5 コントロール回路、6 書込選択回路、10 メモリアレイ、20 行デコーダ、25 列デコーダ、30 ワード線ドライバ、40 ワード線電流制御回路、50,60 読出/書込制御回路、51W,52W,WDV1〜WDVM データ書込回路、51R,52R,RDV1〜RDVM データ読出回路、53 プルアップ回路、BL1,/BL1〜BLm,/BLm ビット線、BLP1〜BLPm ビット線対、DB1,/DB1〜DBM,/DBM データバス、DBP1〜DBPM データバス対、DMC ダミーメモリセル、DRWL1,DRWL2 ダミーリードワード線、Ip,±Iw データ書込電流、Is センス電流、MB1〜MBN メモリバンク、MC メモリセル、RCDG1〜RCDGm リードドライブ選択ゲート、RCSL1〜RCSLm リードコラム選択線、RDB,/RDB,RDB1〜RDBM,/RDB1〜/RDBM リードデータバス、RDBP,RDBP1〜RDBPM リードデータバス対、RE1〜REM 読出制御信号、RG1〜RGm リードゲート、RWL1〜RWLn リードワード線、TMR トンネル磁気抵抗素子、Vcc1,Vcc2,Vcc3 電源電圧、Vss 接地電圧、WCSG1〜WCSGm ライトコラム選択ゲート、WDB,/WDB,WDB1〜WDBH,/WDB1〜/WDBH ライトデータバス、WDBP,WDBP1〜WDBPH ライトデータバス対、WE1〜WEM 書込制御信号、WWL1〜WWLn ライトワード線。   5 control circuit, 6 write selection circuit, 10 memory array, 20 row decoder, 25 column decoder, 30 word line driver, 40 word line current control circuit, 50, 60 read / write control circuit, 51W, 52W, WDV1 WDVM data write circuit, 51R, 52R, RDV1 to RDVM data read circuit, 53 pull-up circuit, BL1, / BL1 to BLm, / BLm bit line, BLP1 to BLPm bit line pair, DB1, / DB1 to DBM, / DBM Data bus, DBP1-DBPM data bus pair, DMC dummy memory cell, DRWL1, DRWL2 dummy read word line, Ip, ± Iw Data write current, Is sense current, MB1-MBN memory bank, MC memory cell, RCDG1-RCDGm read Drive selection gate RCSL1 to RCSLm Read column selection line, RDB, / RDB, RDB1 to RDBM, / RDB1 to / RDBM Read data bus, RDBP, RDBP1 to RDBPM Read data bus pair, RE1 to REM read control signal, RG1 to RGm read gate, RWL1 to RWLn Read word line, TMR tunnel magnetoresistive element, Vcc1, Vcc2, Vcc3 power supply voltage, Vss ground voltage, WCSG1 to WCSGm write column selection gate, WDB, / WDB, WDB1 to WDBH, / WDB1 to / WDBH Write data bus , WDBP, WDPP1-WDBPH Write data bus pairs, WE1-WEM write control signals, WWL1-WWLn write word lines.

Claims (7)

行列状に配置された複数のメモリセルを備え、
各前記メモリセルは、
データ書込電流によって生じた磁界によって記憶データのレベルに応じた方向に磁化されるとともに、前記磁化の方向に応じて電気抵抗が変化する磁気記憶部と、
データ読出時に選択的にターンオンして、前記磁気記憶部にデータ読出電流を流すためのアクセスゲートとを含み、
前記記憶データのレベルに応じた電気信号を伝達するために、メモリセル列にそれぞれ対応して配置される複数のビット線と、
各々が、選択されたメモリセルとの間で読出データを伝達するための複数の読出データ線と、
各々が、選択されたメモリセルとの間で書込データを伝達するための複数の書込データ線と、
データ読出時に、前記複数の読出データ線の少なくとも一部を用いた、Mビット(M:2以上の整数)の並列なデータ読出を指示する制御回路とをさらに備え、
前記制御回路は、データ書込時には、前記複数の書込データ線の一部を用いた、Nビット(N:N<Mで示される自然数)の並列なデータ書込を指示する、薄膜磁性体記憶装置。
A plurality of memory cells arranged in a matrix;
Each of the memory cells
A magnetic storage unit that is magnetized in a direction according to a level of stored data by a magnetic field generated by a data write current, and whose electric resistance changes according to the direction of the magnetization;
An access gate for selectively turning on at the time of data reading and causing a data read current to flow through the magnetic storage unit,
A plurality of bit lines arranged corresponding to the memory cell columns in order to transmit an electrical signal corresponding to the level of the stored data;
A plurality of read data lines each for transmitting read data to and from a selected memory cell;
A plurality of write data lines each for transmitting write data to and from a selected memory cell;
A control circuit for instructing parallel data reading of M bits (M: an integer of 2 or more) using at least a part of the plurality of read data lines at the time of data reading;
The control circuit instructs N-bit (N: natural number indicated by N <M) parallel data writing using a part of the plurality of write data lines at the time of data writing. Storage device.
前記複数の読出データ線および前記複数の書込データ線は、前記複数のビット線に沿った方向に配置される、請求項1に記載の薄膜磁性体記憶装置。   2. The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the plurality of read data lines and the plurality of write data lines are arranged in a direction along the plurality of bit lines. 前記複数の読出データ線および前記複数の書込データ線は同数ずつ配置され、
各前記読出データ線および各前記書込データ線は、前記複数のメモリセルの所定区分ごとに配置されるデータバスを用いて、同一の配線として形成され、
前記薄膜磁性体記憶装置は、
前記データバスごとに設けられ、データ読出時に選択的に活性化されて、前記データバスの電圧に応じてデータ読出を実行するデータ読出回路と、
前記データバスごとに設けられ、データ書込時に選択的に活性化されて、対応するデータバスに対して前記データ書込電流を供給するためのデータ書込回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記データ読出時にM個のデータ読出回路を活性化するともに、前記データ書込時にN個のデータ書込回路を選択的に活性化する、請求項1に記載の薄膜磁性体記憶装置。
The plurality of read data lines and the plurality of write data lines are arranged in the same number.
Each of the read data lines and each of the write data lines is formed as the same wiring by using a data bus arranged for each predetermined section of the plurality of memory cells.
The thin film magnetic memory device includes:
A data read circuit provided for each of the data buses and selectively activated at the time of data read to execute data read according to the voltage of the data bus;
A data write circuit provided for each of the data buses and selectively activated at the time of data writing to supply the data write current to the corresponding data bus;
2. The thin film magnetic body according to claim 1, wherein said control circuit activates M data read circuits during said data read and selectively activates N data write circuits during said data write. Storage device.
前記データバスは、全体でM本配置され、
前記制御回路は、前記データ読出時に各前記データ読出回路を活性化するともに、前記データ書込時には、M個のデータ書込回路のうちのN個を選択的に活性化する、請求項3に記載の薄膜磁性体記憶装置。
M data buses are arranged in total,
4. The control circuit according to claim 3, wherein the control circuit activates each data read circuit during the data read and selectively activates N of the M data write circuits during the data write. The thin film magnetic memory device described.
前記複数の読出データ線の各々は、K個(K:2以上の整数)の前記メモリセル列ごとに配置され、
前記複数の書込データ線の各々は、L個(L:L>Kで示される整数)の前記メモリセル列ごとに配置され、
前記制御回路は、前記データ読出時にM個のデータ読出回路を活性化するともに、前記データ書込時にN個のデータ書込回路を活性化する、請求項1に記載の薄膜磁性体記憶装置。
Each of the plurality of read data lines is arranged for each of the K memory cell columns (K: an integer of 2 or more),
Each of the plurality of write data lines is arranged for each of the L memory cells (L: an integer represented by L> K),
2. The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein said control circuit activates M data read circuits during said data read and activates N data write circuits during said data write.
前記複数の書込データ線は、全体でN本配置され、
前記複数の読出データ線は、全体でM本配置され、
前記制御回路は、前記データ読出時に各前記データ読出回路を活性化するともに、前記データ書込時に各前記データ書込回路を活性化する、請求項5に記載の薄膜磁性体記憶装置。
The plurality of write data lines are arranged in total N,
The plurality of read data lines are arranged in total M,
6. The thin film magnetic memory device according to claim 5, wherein the control circuit activates each data read circuit during the data read and activates each data write circuit during the data write.
前記Mビットは、前記Nビットの整数倍であり、
前記制御回路は、1回のデータ書込コマンドに応答して、前記Nビットの並列なデータ書込を(M/N)回繰り返し指示する、請求項1に記載の薄膜磁性体記憶装置。
The M bits are an integer multiple of the N bits;
2. The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the control circuit repeatedly instructs the N-bit parallel data writing (M / N) times in response to one data write command.
JP2011064372A 2011-03-23 2011-03-23 Thin film magnetic memory device Expired - Fee Related JP5213980B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064372A JP5213980B2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Thin film magnetic memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064372A JP5213980B2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Thin film magnetic memory device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001241983A Division JP4737886B2 (en) 2001-08-09 2001-08-09 Thin film magnetic memory device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011119027A true JP2011119027A (en) 2011-06-16
JP5213980B2 JP5213980B2 (en) 2013-06-19

Family

ID=44284157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011064372A Expired - Fee Related JP5213980B2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Thin film magnetic memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5213980B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10121525B2 (en) 2017-01-10 2018-11-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Nonvolatile memory device and operating method of the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000008650A1 (en) * 1998-08-03 2000-02-17 Motorola, Inc. Mram array having a plurality of memory banks
JP2001148189A (en) * 1999-11-19 2001-05-29 Hitachi Ltd Data write-in method
US6256224B1 (en) * 2000-05-03 2001-07-03 Hewlett-Packard Co Write circuit for large MRAM arrays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000008650A1 (en) * 1998-08-03 2000-02-17 Motorola, Inc. Mram array having a plurality of memory banks
JP2002522864A (en) * 1998-08-03 2002-07-23 モトローラ・インコーポレイテッド MRAM array with multiple memory banks
JP2001148189A (en) * 1999-11-19 2001-05-29 Hitachi Ltd Data write-in method
US6256224B1 (en) * 2000-05-03 2001-07-03 Hewlett-Packard Co Write circuit for large MRAM arrays
JP2002008368A (en) * 2000-05-03 2002-01-11 Hewlett Packard Co <Hp> Writing circuit for large-sized mram array

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10121525B2 (en) 2017-01-10 2018-11-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Nonvolatile memory device and operating method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5213980B2 (en) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100514960B1 (en) Thin film magnetic memory device having data read current tuning function
JP4731041B2 (en) Thin film magnetic memory device
KR100520865B1 (en) Thin-film magnetic memory device executing data writing with data write magnetic fields in two directions
KR101274106B1 (en) Write operation for spin transfer torque magnetoresistive random access memory with reduced bit cell size
US20090103354A1 (en) Ground Level Precharge Bit Line Scheme for Read Operation in Spin Transfer Torque Magnetoresistive Random Access Memory
JP4033690B2 (en) Semiconductor device
JP4737886B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5138056B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5230783B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5213980B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP4219141B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP4219134B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP2004103202A (en) Thin-film magnetic material memory device
JP2004133990A (en) Thin film magnetic substance storage device
JP4245896B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5283724B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5005070B2 (en) Semiconductor device
JP4675362B2 (en) Semiconductor device
JP4553927B2 (en) Semiconductor device
JP5165040B2 (en) Semiconductor integrated circuit
JP4749453B2 (en) Storage device
JP5036854B2 (en) Semiconductor device
JP2011119028A (en) Thin-film magnetic material storage device
JP4524462B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110323

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130131

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160308

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees