DE102008047592A1

DE102008047592A1 - Verfahren zum Programmieren einer integrierten Schaltung, Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen, integrierte Schaltung sowie Zellenanordnung

Info

Publication number: DE102008047592A1
Application number: DE102008047592A
Authority: DE
Inventors: Rainer Leuschner
Original assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2009-03-19
Also published as: US20090073750A1; US7660151B2

Abstract

Ein Verfahren zum Programmieren einer integrierten Schaltung mit einer Mehrzahl von Zellen weist auf: Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die Zellen überführt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen, gleichzeitiges Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellenzustand, und gleichzeitiges Programmieren der Zellen der zweiten Zellengruppe auf einen zweiten Zellenzustand, der vom ersten Zellzustand verschieden ist, nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden.

Description

Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Programmieren einer integrierten Schaltung, Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen, eine integrierte Schaltung sowie eine Zellenanordnung.
Die jüngsten Entwicklungen in Spinelektronik haben es ermöglicht, eine neue Art nicht volatiler Speicher zu entwickeln, nämlich magnetische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (MRAM). Im Allgemeinen werden die elektromagnetischen Eigenschaften magnetoresitiver Materialien dazu verwendet, Information zu schreiben und aufrechtzuerhalten, die innerhalb individueller magnetischer Speicherzellen gespeichert ist, auch magnetische Tunnelübergänge genannt (MTJ = "magnetic tunnel junction"). Genauer gesagt wird digitale Information innerhalb einer magnetischen Speicherzelle als Bit gespeichert, das repräsentiert wird durch die Magnetisierungsrichtung innerhalb einer magnetischen Schicht der Speicherzelle relativ zu einer weiteren magnetischen Schicht der Speicherzelle. Eine typische magnetische Speicherzelle kann zwei magnetische Schichten aufweisen, zwischen denen eine Tunnelbarrierenschicht angeordnet ist. Eine magnetische Schicht weist eine feste magnetische Orientierung auf, die als gepinnte magnetische Schicht oder Referenzschicht bezeichnet werden kann. Die andere magnetische Schicht, auch als freie magnetische Schicht oder Speicherschicht bezeichnet, kann so ausgelegt sein, dass deren magnetische Orientierung relativ zur Referenzschicht geändert wird, derart, dass logische Zustände eines Bits innerhalb des magnetischen Tunnelübergangs gespeichert werden können.
Typischerweise weist eine MRAM-Vorrichtung eine Mehrzahl elektrischer Leitungen auf, die zum Erzeugen von magnetischen Feldern verwendet werden. Ein Array von Speicherzellen kann ausgebildet werden, indem die elektrischen Leitungen als Matrixstruktur angeordnet werden, die Zeilen und Spalten aufweist, wobei die magnetischen Speicherzellen bei den Schnittpunkten der Leitungen angeordnet sind. Die Leitungen werden als Bitleitungen (BL) und Wortleitungen (WL) bezeichnet.
Ein sogenanntes Thermoauswahlkonzept wurde vorgeschlagen, dass dazu im Stande ist, nur die ausgewählten aufgeheizten Speicherzellen bei niedrigem Energieverbrauch zu programmieren, verglichen mit einer herkömmlichen MRAM-Programmierung, die problematisch sein kann hinsichtlich eines Halbauswählens oder eines hohen Energieverbrauchs. Im Allgemeinen wird der MTJ, der in der Zelle verwendet wird, darauf ausgelegt, thermisch unterstützt zu schalten, wobei die Speicherschicht eine antiferromagnetische Schicht mit einer niedrigen Blocking-Temperatur aufweist. Beispielsweise werden die antiferromagnetischen Materialien der Speicherschicht und der Referenzschicht so gewählt, dass große Unterschiede in deren jeweiligen Blocking-Temperaturen vorherrschen. Wenn der MTJ auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die die untere Blocking-Temperatur überschreitet, wird die antiferromagnetische Schicht der Speicherschicht freigegeben, derart, dass die Magnetisierung der Speicherschicht umgeschaltet werden kann unter Anwendung eines kleinen magnetischen Felds.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist, die Eigenschaften von integrierten Schaltungen, die Zellen wie magnetoresistive Speicherzellen enthalten, weiter zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren einer integrierten Schaltung mit einer Mehrzahl von Zellen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellgruppe und eine zweite Zellgruppe in Abhängigkeit des Zellzustands, in dem die Zellen programmiert werden sollen, wobei die ersten Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen, das gleichzeitige Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellzustand, und, nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, dass das gleichzeitige Programmieren der Zellen der zweiten Zellengruppe auf einen zweiten Zellzustand, der vom ersten Zellzustand verschieden ist.
Die Zellen können Speicherzellen sein, beispielsweise magnetoresistive Speicherzellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin auf: Ermitteln des Zellzustands wenigstens einiger der Zellen, Ermitteln derjenigen Zellen, deren Zellzustand dem Zellzustand entspricht, auf den die jeweilige Zelle programmiert werden soll, und Gruppieren der ermittelten Zellen in eine dritte Zellgruppe.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Zellen der dritten Zellengruppe nicht programmiert.
Weiterhin kann das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Aufwärmen ausgeführt, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geführt wird.
Der elektrische Heizstrom kann jeder magnetoresistiven Speicherzelle über eine jeweilige Leitung zugeführt werden, mit der die jeweilige magnetoresistive Speicherzelle der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand das Anlegen eines magnetischen Felds an die magnetoresistive Speicherzelle der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand.
Das magnetische Feld kann jeder magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt werden unter Verwendung einer Magnetfelderzeugungsleitung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den zweiten Zellzustand das Heizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten beinhalten, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist.
Das Heizen kann ausgeführt werden, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geleitet wird.
Der elektrische Heizstrom kann jeder magnetoresistiven Speicherzelle über eine jeweilige Leitung bereitgestellt werden, mit der die jeweilige magnetoresistive Speicherzelle der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gekoppelt ist.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf den ersten Zellzustand und das Programmieren der Zellen der zweiten Zellengruppe auf den zweiten Zellzustand das Aktivieren der Zellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind.
Nachdem die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen programmiert wurden, kann der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen deaktiviert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen bereitgestellt. Das Verfahren kann das Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe beinhalten in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die Zellen überführt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen. Das Verfahren weist weiterhin das gleichzeitige Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellzustand auf. Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, werden die Zellen der zweiten Zellengruppe gleichzeitig auf einen zweiten Zellzustand programmiert, der sich vom ersten Zellzustand unterscheidet.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen bereitgestellt. Das Verfahren kann das Gruppieren einer Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind, in eine erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und eine zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen beinhalten in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die magnetoresistiven Speicherzellen überführt werden sollen. Die erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und die zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen weisen jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen auf. Wenigstens die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen werden über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufgeheizt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und es wird ein magnetisches Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen angelegt in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand, wodurch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gleichzeitig in den ersten Zellzustand überführt werden, nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden. Der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen wird deaktiviert, und die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufgeheizt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und es wird ein zweites magnetische Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen angelegt in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellzustand, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in den zweiten Zellzustand überführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine integrierte Schaltung bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Zellen sowie einen Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen aufweist. Der Controller ist dazu ausgelegt, eine Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellgruppe und eine zweite Zellgruppe aufzuteilen in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die Zellen überführt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen, die Zellen der ersten Zellengruppe mit einem ersten Zellzustand zu beschreiben, und, nachdem die Zellen der ersten Zellgruppe beschrieben wurden, die Zellen der zweiten Zellengruppe mit einem zweiten Zellzustand zu beschreiben, der vom ersten Zellzustand verschieden ist.
Die Zellen können Speicherzellen sein, beispielsweise magnetoresistive Speicherzellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Controller weiterhin dazu ausgelegt, den Zellzustand wenigstens einiger der Zellen festzulegen, um diejenigen Zellen zu ermitteln, deren Zellzustand dem Zellzustand entsprechen, auf den die jeweilige Zelle programmiert werden soll, und um die ermittelten Zellen in eine dritte Zellgruppe zu gruppieren.
Der Controller kann weiterhin dazu ausgelegt sein, die Zellen der dritten Zellgruppe nicht zu programmieren.
Gemäß einer weitern Ausführungsform der Erfindung ist der Controller weiterhin dazu ausgelegt, wenn die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand programmiert werden, ein Aufwärmsignal zu erzeugen, das das Aufheizen von wenigstens den magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten steuert, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist.
Der Controller kann weiterhin dazu ausgelegt sein, das Aufheizen zu steuern, indem ein elektrischer Heizstrom, der durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen fließt, gesteuert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die integrierte Schaltung weiterhin eine Mehrzahl von Heizleitungen aufweisen, wobei jede Zelle mit einer Heizleitung der Mehrzahl von Heizleitungen verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die integrierte Schaltung eine Magnetfelderzeugungsleitung zum Erzeugen eines magnetischen Felds beinhalten, mit dem die Mehrzahl von Zellen programmiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die integrierte Schaltung weiterhin eine gemeinsame Aktivierungsleitung aufweisen, wobei wenigstens einige der Zellen mit der gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Controller weiterhin dazu ausgelegt sein, den Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu deaktivieren, nachdem die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen programmiert wurden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Zellenanordnung bereitgestellt. Die Zellenanordnung kann eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen sowie einen Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Speicherzellen aufweisen. Der Controller ist dazu ausgelegt, eine Mehrzahl magnetoresistiver Speicherzellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind, in eine erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und eine zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die magnetoresistiven Speicherzellen versetzt werden sollen. Die erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen sowie die zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen weisen jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen auf. Damit werden wenigstens die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufgeheizt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und es wird ein erstes magnetisches Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand angelegt, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gleichzeitig mit dem ersten Zellzustand beschrieben werden. Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, wird der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen deaktiviert, und die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen werden auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Blocking-Temperatur des Antiferromagneten liegt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist. Es wird ein zweites magnetisches Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellzustand angelegt, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen mit dem zweiten Zellzustand gleichzeitig beschrieben werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Speichermodul bereitgestellt, das eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen beinhaltet, wobei wenigstens eine integrierte Schaltung eine Mehrzahl von Zellen sowie einen Controller beinhaltet, der die Mehrzahl von Zellen programmiert. Der Controller ist dazu ausgelegt: eine Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellzustands, in den die Zellen versetzt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen; gleichzeitig die Zellen der ersten Zellengruppe mit einem ersten Zellzustand gleichzeitig zu beschreiben, und, nachdem die Zellen der ersten Zellgruppe programmiert wurden, gleichzeitig die Zellen der zweiten Zellgruppe mit einem zweiten Zellzustand gleichzeitig zu beschreiben, der von dem ersten Zellzustand verschieden ist.
Das Speichermodul kann ein stapelbares Speichermodul sein, in dem wenigstens einige der integrierten Schaltungen aufeinander gestapelt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer MRAM-Architektur, die ein Speicherzellenarray aufweist;
3 eine Draufsicht auf eine MRAM-Architektur;
4 eine Vorderansicht einer Feldwortleitung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Flussdiagramm, das das Programmieren einer integrierten Schaltung, die eine Mehrzahl von Zellen aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht;
6 ein Flussdiagramm, das das Programmieren einer Mehrzahl von magnetosresistiven Speicherzellen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht;
7A und 7B das thermische Schalten der MRAM-Zellen in dem "Feld durch BL" und "Feld durch WL"-Modus;
8 die Temperaturänderung für eine Interlevel-Dielektrikumsschicht mit herkömmlichem Aufbau und für eine Low-K-Interlevel-Dielektrikumsschicht mit optimiertem Aufbau;
9 ein Zellenarray, das gemäß dem Verfahren einer Ausführungsform der Erfindung programmiert wird;
10A und 10B eine integrierte Schaltung gemäß der Ausführungsformen der Erfindung; und
11A und 11B ein Speichermodul (11A) und ein stapelbares Speichermodul (11B) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren können identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sein.
Beim thermisch unterstützten Schalten einer MRAM-Vorrichtung stellen die Bitleitungen einen Heizstrom bereit, der über diese den zu programmierenden MTJs zugeführt wird. Weiterhin können die Bitleitungen dem MTJ einen Felderzeugungsstrom bereitstellen, um die Magnetisierung zu schalten, was als "Feld durch BL"-Modus bekannt ist. Dieser Modus wird dazu verwendet, um ein einfaches Zellenmuster zu ermöglichen. Jedoch wird die effektive Schreibzeit bei nur ungefähr 1 Nanosekunde liegen aufgrund des schnellen Abkühlens des MTJ. Ein magnetisches Feld mit einer hohen Amplitude weit überhalb des notwendigen Schaltfelds Hc würde notwendig sein, um ein verlässliches Schalten zu garantieren. Weiterhin ist es schwierig, einen stromreduzierenden ferromagnetischen Liner (FML) für die Bitleitung herzustellen. Daher ist der Energieverbrauch pro Zyklus (16 Bit) für den "Feld durch BL"-Modus hoch und liegt bei ungefähr 16×I (Heizen) + 16×I (Feld).
Alternativ kann eine zusätzliche Wortleitung verwendet werden, um den Felderzeugungsstrom bereitzustellen, was als "Feld durch WL"-Modus bezeichnet wird. Die zusätzliche Wortleitung wird damit als Feldwortleitung (WL-FLD) bezeichnet, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Modus stellt die Bitleitung den Topkontakt für das Heizen bereit, und die Feldwortleitung stellt den Strom zum Feldschalten bereit. Dies erfordert gewöhnlicherweise das Lesen des Zellzustands vor dem Feldschalten, da das Schalten in zwei Prozessen für jede Richtung separat ausgeführt wird, was eine schnelle Abkühlungsrate erforderlich macht. Die Schreibzeit ist damit länger als in dem "Feld durch BL"-Modus. Jedoch ist der Energieverbrauch pro Zyklus (16 Bit) erniedrigt auf 16×I (Heizen) + 2×I (Feld), da die WL-FLD das magnetische Feld für alle MTJs auf derselben WL-FLD erzeugt. Weiterhin kann die effektive Schreibzeit erhöht werden, derart, dass reduzierte Felder ermöglicht werden. Ein ferromagnetischer Liner (FML) kann leicht implementiert werden, was eine Reduktion des Felderzeugungsstroms begünstigt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die erste Gruppe von Zellen, die Zellen, die auf einen ersten logischen Zustand "0" programmiert werden sollen, und die zweite Gruppe von Zellen beinhalten die Zellen, die auf einen zweiten logischen Zustand "1" programmiert werden sollen, oder umgekehrt.
Die Mehrzahl von Zellen, die in der integrierten Schaltung vorgesehen sind, können Speicherzellen sein. Die Speicherzellen können magnetoresistive Speicherzellen gemäß Ausführungsformen der Erfindung sein. In anderen Ausführungsformen können die Speicherzellen auch von anderem Speicherzellentyp sein wie beispielsweise PCRAM (Phasenänderungs-RAM) und FeRAM (ferroelektrisches RAM).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zum Programmieren der integrierten Schaltung weiterhin das Ermitteln des Zellzustands von wenigstens einigen der Zellen auf, die Teil der ausgewählten Zellen gemäß einer bestimmten Bedingung sein können, oder die alle Zellen in der integrierten Schaltung sein können. Die Zellen, deren ermittelter Zellzustand dem Zellzustand der jeweiligen Zelle entspricht, mit dem die jeweilige Zelle programmiert werden soll, werden dann ermittelt und in eine dritte Gruppe von Zellen gruppiert. Gemäß einer Ausführungsform werden die Zellen der dritten Zellengruppe nicht programmiert. Dies verbessert die Effizienz des Programmierens und spart weiterhin Energie ein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in der die Speicherzellen magnetoresistive Speicherzellen sind, ist ein Antiferromagnet mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt. Der Antiferromagnet kann ein oder mehrere antiferromagnetische Materialien mit einer Blocking-Temperatur aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in den ersten Zellenzustand das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur des Antiferromagneten. Dies ist deshalb der Fall, weil der Antiferromagnet der Speicherschicht der magnetoresistiven Speicherzellen seine Pinning-Funktion verlieren würde, derart, dass die Magnetisierungsrichtung der Speicherschicht geschaltet werden könnte. Das Heizen kann für die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen ausgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Heizen auch für die magnetoresistiven Speicherzellen sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen ausgeführt werden, oder kann hinsichtlich aller magnetoresistiver Speicherzellen der integrierten Schaltung ausgeführt werden.
Das Heizen kann ausgeführt werden, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geführt wird. Der elektrische Heizstrom kann jeder magnetoresistiven Speicherzelle über eine jeweilige Leitung bereitgestellt werden, mit der die jeweilige magnetoresistive Speicherzelle der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige Leitung eine einer Mehrzahl von Bitleitungen, die mit den magnetoresistiven Speicherzellen der integrierten Schaltung verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen weiterhin das Anwenden eines magnetischen Felds bei wenigstens den magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand aufweisen. Beispielsweise kann, wenn der erste Zellzustand eine logische "0" ist, das magnetische Feld mit einer bestimmten Richtung derart angelegt werden, dass die magnetische Polarität der Speicherschicht der magnetoresistiven Speicherzellen parallel zu der magnetischen Polarität der Referenzschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle ausgerichtet wird. Das magnetische Feld kann jeder magnetoresistiven Speicherzelle zugeführt werden, indem eine Magnetfelderzeugungsleitung verwendet wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Magnetfelderzeugungsleitung als Feldwortleitung (WL-FLD) bezeichnet, die wenigstens mit den magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gekoppelt ist, die beispielsweise senkrecht zu den Leitungen angeordnet ist, durch die der elektrische Heizstrom geleitet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagnets aufweisen, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist. Auf ähnliche Art und Weise würde das Aufheizen des Antiferromagneten über die Blocking-Temperatur den Antiferromagneten dazu veranlassen, seine Pinning-Funktion zu verlieren, womit es möglich wäre, die Speicherschicht zu programmieren. Das Heizen kann ausgeführt werden, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geleitet wird. Gemäß einer Ausführungsform wird der elektrische Heizstrom jeder magnetoresistiven Speicherzelle über eine jeweilige Leitung zugeführt, mit der die jeweilige magnetoresistiven Speicherzelle der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gekoppelt ist. Die jeweilige Leitung kann die Bitleitung sein, die mit der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle gekoppelt ist, oder kann die Wortleitung sein, die mit der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle gekoppelt ist.
Gemäß einer weitern Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf den ersten Zellzustand und das Programmieren der Zellen der zweiten Zellengruppe auf den zweiten Zellenzustand das Aktivieren von Zellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform ist die gemeinsame Aktivierungsleitung eine Wortleitung, wobei ein Strom, der durch die Wortleitung fließt, die Zellen aktivieren würde, die mit der Wortleitung gekoppelt sind.
Nach dem Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen kann der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen deaktiviert werden. Damit fungiert der Antiferromagnet oberhalb der Speicherschicht der magnetoresistiven Speicherzellen als Pinning-Schicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen nach deren Programmierung auch deaktiviert werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen. Das Verfahren weist das Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Gruppe von Zellen und eine zweite Gruppe von Zellen auf, abhängig von dem Zellzustand, in den die Zellen programmiert werden sollen, wobei die erste Gruppe von Zellen und die zweite Gruppe von Zellen jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweist. Die Zellen der ersten Zellengruppe werden dann gleichzeitig auf den ersten Zellzustand programmiert. Nachdem die Zellen der ersten Zellgruppe programmiert wurden, werden die Zellen der zweiten Zellengruppe gleichzeitig auf einen zweiten Zellzustand programmiert, der sich von dem ersten Zellzustand unterscheidet.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen. Das Verfahren beinhaltet das Gruppieren einer Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen in eine erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und eine zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Abhängigkeit von dem Zellzustand, auf den die magnetoresistiven Speicherzellen programmiert werden sollen. Die Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen ist mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden, und die erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und die zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen weisen jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen auf. Wenigstens die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen werden über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufgewärmt, der magnetisch mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle verbunden ist, und ein magnetisches Feld wird an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen angelegt in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auch gleichzeitig auf den ersten Zellzustand programmiert werden. Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, wird der Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen deaktiviert. Die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen werden dann über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten erhitzt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und ein magnetisches Feld wird an die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellenzustand angelegt, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gleichzeitig auf den zweiten Zellzustand programmiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einer Mehrzahl von Zellen und einen Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen. Der Controller ist dazu ausgelegt, die Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellzustands, auf den die Zellen programmiert werden sollen, derart, dass die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweist. Der Controller ist weiterhin dazu ausgelegt, die Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellzustand zu programmieren, und die Zellen der zweiten Zellengruppe auf einen zweiten Zellenzustand zu programmieren, nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden. Der zweite Zellenzustand ist verschieden vom ersten Zellenzustand.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Zellen der integrierten Schaltung Speicherzellen. Die Speicherzellen können magnetoresistiven Speicherzellen sein oder Speicherzellen eines beliebigen anderen Typs, beispielsweise DRAM (dynamisches RAM), SRAM (statisches RAM), und FeRAM (ferroelektrisches RAM). Gemäß einer Ausführungsform sind die magnetoresistiven Speicherzellen Magneto-Tunnelübergangs(MTJ)-Zellen, die eine weichmagnetische Schicht, eine Tunnelschicht und eine magnetische Referenzschicht aufweisen. Die weichmagnetische Schicht und die magnetische Referenzschicht können aus magnetischen Materialien bestehen, die beispielsweise Nickeleisen, Nickeleisenkobalt, Kobalteisen, Kobaltzirkonium, Niobium, Kobalteisenbor und Legierungen aus diesen Materialien aufweisen bzw. daraus bestehen. Es können auch andere magnetische Materialien, die in der MRAM-Herstellung verwendet werden, für die weichmagnetische Schicht und die magnetische Referenzschicht verwendet werden. Es sei erwähnt, dass die weichmagnetische Schicht und die magnetische Referenzschicht jeweils mehrere Schichten aus Materialien aufweisen können. Die Tunnelschicht kann aus dielektrischen Materialien bestehen, wie beispielsweise Siliziumoxid (SiO₂), Magnesiumoxid (MgO), Siliziumnitrit (SiN₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrit (AlNx), und Tantaloxid (TaOx), oder kann aus nichtmagnetischen Materialien bestehen wie beispielsweise Kupfer, Gold und Silber.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine erste antiferromagnetische Schicht mit der weichmagnetischen Schicht der magnetoresistiven Speicherzellen als Pinning-Schicht gekoppelt sein, die eine erste Blocking-Temperatur aufweist. Eine zweite antiferromagnetische Schicht kann mit der referenzmagnetischen Schicht der magnetoresistiven Speicherzellen als Pinning-Lager gekoppelt sein, die eine zweite Blocking-Temperatur aufweist. Die beiden antiferromagnetischen Schichten können aus unterschiedlichen antiferromagnetischen Materialien hergestellt sein, derart, dass die erste Blocking-Temperatur wesentlich niedriger ist als die zweite Blocking-Temperatur. Weiterhin kann das Material für die erste antiferromagnetische Schicht so ausgewählt werden, so dass die erste Blocking-Temperatur in einen geeigneten Bereich fällt hinsichtlich des Betriebstemperaturbereichs der magnetoresistiven Speicherzellen. Beispiele von antiferromagnetischen Materialien für die erste antiferromagnetische Schicht beinhalten Legierungen von Iridium-Mangan und Eisen-Mangan. Beispiele für antiferromagnetische Materialien der zweiten antiferromagnetischen Schicht sind Legierungen aus Platin-Mangan, Nickel-Mangan, Osmium-Mangan, Platin-Palladium-Mangan und Platin-Mangan-Chrom. Im Allgemeinen steigt die Blocking-Temperatur für eine antiferromagnetische Schicht mit der Dicke der Schicht an. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass die zweite antiferromagnetische Schicht eine größere Dicke aufweist relativ zur ersten antiferromagnetischen Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Controller, der in der integrierten Schaltung enthalten ist, einen Mikrocontroller, eine Mehrzahl von Controllern, oder eine Mehrzahl von logischen Gates, die zusammenwirken derart, dass das Programmieren der Mehrzahl der Zellen der integrierten Schaltung gesteuert wird, aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform, in der die magnetoresistiven Speicherzellen der integrierten Schaltung mit Bitleitungen verbunden sind, die rechtwinklig zu Wortleitungen und Feldwortleitungen angeordnet sind, kann der Controller elektrische Ströme steuern, die durch die jeweiligen Leitungen fließen, womit das Programmieren der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzellen gesteuert wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller dazu ausgelegt sein, den Zellenzustand wenigstens einiger der Zellen festzustellen. Beispielsweise kann der Controller Steuersignale erzeugen, die elektrische Ströme durch die Bitleitungen und die Wortleitungen steuern, um den Widerstand der jeweiligen Zellen zu ermitteln, derart, dass der Zellzustand der Zellen ermittelt wird. Der Controller kann dann diejenigen Zellen ermitteln, deren Zellzustand derselben dem Zellzustand entspricht, auf den die jeweilige Zelle programmiert werden soll. Beispielsweise werden die Zellen mit einer logischen "0", die auf "0" programmiert werden sollen, und die Zellen mit einer logischen "1", die auf "1" programmiert werden sollen ermittelt. Diese ermittelten Zellen werden in eine dritte Zellengruppe gruppiert. Der Controller kann weiterhin dazu ausgelegt sein, die Zellen der dritten Zellengruppe nicht zu programmieren, da sich diese bereits in dem gewünschten Zustand befinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Controller beim Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand weiterhin dazu ausgelegt, ein Heizsteuersignal zu erzeugen, das das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle gekoppelt ist, steuert. In einer weiteren Ausführungsform ist der Controller dazu ausgelegt, das Aufheizen zu steuern, indem der elektrische Heizstrom gesteuert wird, der durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen fließt. Die obigen Ausführungsformen zum Steuern des Programmierens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen sind in gleicher Weise gültig für das Steuern der Programmierung der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltung eine Mehrzahl von Heizleitungen auf, wobei jede Zelle der integrierten Schaltung mit einer Heizleitung der Mehrzahl von Heizleitungen gekoppelt ist. Die integrierte Schaltung kann weiterhin eine Magnetfelderzeugungsleitung zum Erzeugen eines magnetischen Felds zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die integrierte Schaltung eine gemeinsame Aktivierungsleitung aufweisen, wobei wenigstens einige der Zellen mit der gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beziehen sich die Mehrzahl von Heizleitungen, die magnetische Felderzeugungsleitung sowie die gemeinsame Aktivierungsleitung entsprechend auf die Bitleitungen, die Feldwortleitung sowie die Wortleitung. Weiterhin kann die integrierte Schaltung eine Mehrzahl der Magnetfeld-Erzeugungsleitungen sowie eine Mehrzahl von gemeinsamen Aktivierungsleitungen aufweisen.
Der Controller der integrierten Schaltung kann weiterhin dazu ausgelegt sein, den Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu deaktivieren, nachdem die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen programmiert wurden. In analoger Weise kann der Controller der integrierten Schaltung dazu ausgelegt sein, den Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu deaktivieren, nachdem die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen deaktiviert wurden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Zellanordnung mit einer Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen und einen Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen. Der Controller ist dazu ausgelegt, eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind in eine erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und eine zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellzustands, auf die die magnetoresistiven Speicherzellen programmiert werden sollen. Die erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und die zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen weisen jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen auf. Der Controller ist weiterhin dazu ausgelegt, wenigstens die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten zu erwärmen, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und dazu ausgelegt, ein magnetisches Feld an den magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand anzulegen. Damit werden die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen mit dem ersten Zellzustand gleichzeitig programmiert. Nachdem die Zellen der ersten Gruppe von Zellen programmiert wurden, wird der Controller dazu veranlasst, den Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen zu deaktivieren. Dann wird der Controller dazu veranlasst, die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten zu erwärmen, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und ein magnetisches Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen anzulegen in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellzustand, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen mit dem zweiten Zellzustand gleichzeitig beschrieben werden.
1 zeigt die schematische Ausführung einer magnetoresistiven Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die magnetoresistiven Speicherzelle 100 weist einen magnetischen Tunnelübergang(MTJ)-Stapel 101 auf, der eine Speicherschicht 103, eine Tunnelbarrierenschicht 105 sowie eine Referenzschicht 107 aufweist. Die Speicherschicht 103 und die Referenzschicht 107 können jeweils eine Mehrzahl von Schichten aufweisen. Beispielsweise kann eine jeweilige antiferromagnetische Schicht (nicht gezeigt) in sowohl der Speicherschicht und der Referenzschicht vorgesehen sein, wobei die antiferromagnetische Schicht, die in der Speicherschicht enthalten ist, eine niedrigere Blocking-Temperatur aufweist als die antiferromagnetische Schicht, die in der Referenzschicht enthalten ist. Die antiferromagnetischen Schichten können als Teil der Speicherschicht und der Referenzschicht ausgestaltet, als auch als separate Schichten von der Speicherschicht und der Referenzschicht vorgesehen werden. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Speicherschicht eine freie magnetische Schicht mit einer schaltbaren magnetischen Orientierung, wohingegen die Referenzschicht eine feste magnetische Orientierung aufweist.
Eine Bitleitung 109, die den Heizstrom bereitstellt, ist mit dem MTJ-Stapel 101 über dessen Speicherschicht 103 gekoppelt. Eine Feldwortleitung 111 und eine Wortleitung 113, die parallel zueinander angeordnet sind und senkrecht zur Bitleitung 109 ausgerichtet sind, sind mit dem MTJ-Stapel 101 ohne direkten Kontakt gekoppelt und nahe der Referenzschicht 107 vorgesehen. Die Feldwortleitung 111 sowie die Wortleitung 113 können parallel zueinander angeordnet sein in einer vertikalen Richtung wie beispielhaft in 1 gezeigt ist, oder können parallel zueinander angeordnet sein entlang einer horizontalen Richtung, die von Design der Zellenstruktur abhängt. Die Wortleitung 113 ist mit dem Gate eines Transistors 115 verbunden, um den MTJ-Stapel 101 zum Lesen und Schreiben zu aktivieren. Das Drain-Gebiet des Transistors 115 ist mit der Referenzschicht 107 des MTJ-Stapels 101 über eine leitende Struktur 117 und eine Zwischenverbindungsschicht 119 verbunden. Die leitende Struktur 117 kann eine einzelne leitende Schicht sein oder verschiedene Vias, Zwischenverbindungen und zusätzliche leitende Strukturen beinhalten. Das Source-Gebiet des Transistors 115 ist geerdet. Es sollte erwähnt werden, dass vielfältige Transistortypen verwendet werden können in Abhängigkeit des Designs der Schaltung, wobei die verbundene Komponente des Source-Gebiets, Drain-Gebiets und des Gates des Transistors entsprechend geändert wird.
Beispielsweise wird im Kontext von thermisch gestütztem Schalten den magnetoresistiven Speicherzelle die Wortleitung 113 "angesteuert", um den MTJ-Stapel 101 zu aktivieren, und der Strom, der durch die Bitleitung 109 bereitgestellt wird, fließt durch den MTJ-Stapel 101 zum Drain-Gebiet des Transistors 115, so dass der MTJ-Stapel 101 aufgeheizt wird. Strom mit einer bestimmten Richtung, der durch die Feldwortleitung 111 fließt, erzeugt ein magnetisches Feld, das die magnetische Orientierung der Speicherschicht 103 umschaltet, womit der ausgewählte MTJ-Stapel 101 programmiert wird.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer MRAM-Architektur 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die ein Speicherzellenarray beinhaltet. Die Bitleitungen 201 und die Feldwortleitungen 203 sind in einer matrixähnlichen Struktur angeordnet, die Zeilen und Spalten aufweist, wobei die MTJ-Stapel 205 bei den Schnittpunkten jeweiliger Leitungspaare angeordnet sind. Die Wortleitungen 207 sind so angeordnet, dass diese parallel zu den Feldwortleitungen 203 ausgerichtet und senkrecht zu den Bitleitungen 201 angeordnet sind. Die Wortleitungen 207 sind mit dem Drain-Gebiet des jeweiligen Transistors 209 verbunden. Das Drain-Gebiet des jeweiligen Transistors 209 ist mit einer leitenden Struktur 211 verbunden, die auch in Kontakt mit einer Zwischenverbindungsschicht 213 ist. Der Erdungskontakt 215 des Transistors 209 ist in 2 ebenfalls gezeigt.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine MRAM-Architektur 300 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Die MTJ-Stapel 301 sind bei den Schnittpunkten der Bitleitungen 302 und der Feldwortleitungen 303 angeordnet, wobei sich die Wortleitungen 304 parallel zu den Feldwortleitungen 303 erstrecken. Es sollte erwähnt werden, dass die Anordnung der Bitleitungen 302, Feldwortleitungen 303 sowie Wortleitungen 304 in unterschiedlichen Schaltungsdesigns unterschiedlich ausfallen kann, derart, dass beispielsweise die Bitleitungen 302 unterhalb der MTJ-Stapel angeordnet sind, und dass die Wortleitungen 304 sowie die Feldwortleitungen 303 oberhalb der MTJ-Stapel angeordnet sind.
4 zeigt eine Vorderansicht der WL-FLD 303, wobei ein ferromagnetischer Liner (FML) 401 an Seiten der WL-FLD 303 angebracht ist. Der FML 401 dient im Allgemeinen zum Einfassen des erzeugten magnetischen Felds, wie in 4 gezeigt ist, womit eine unerwünschte Beeinflussung anderer nicht ausgewählter Speicherzellen verringert wird. Weiterhin dient der FML 401 dazu, die Anforderungen hinsichtlich des Stroms zum Erzeugen des magnetischen Felds zu reduzieren, womit das Programmieren der Speicherzellen mit niedrigerem Energieverbrauch ermöglicht wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm 500, das das Programmieren einer integrierten Schaltung mit einer Mehrzahl von Zellen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Bei 501 wird die Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe gruppiert in Abhängigkeit des Zellenzustands, auf den die Zellen programmiert werden sollen. Damit beinhaltet jede der ersten Zellengruppe und der zweiten Zellengruppe eine Mehrzahl von Zellen.
Die Zellen der ersten Zellengruppe werden gleichzeitig auf einen ersten Zellzustand bei 503 programmiert.
Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, werden die Zellen der zweiten Zellengruppe bei 505 gleichzeitig auf einen zweiten Zellzustand programmiert.
Der zweite Zellzustand ist vom ersten Zellzustand verschieden, beispielsweise ist der zweite Zellzustand eine logische "1", und der erste Zellzustand ist eine logische "0".
6 zeigt ein Flussdiagramm, das das Programmieren einer Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Die Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind, werden in eine erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und eine zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen bei 601 gruppiert in Abhängigkeit des Zellzustands, indem die magnetoresistiven Speicherzellen überführt werden sollen.
Beispielsweise werden die magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer ersten logischen "1" beschrieben werden sollen, in eine erste Gruppe, und die magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer zweiten logischen "0" beschrieben werden sollen, in eine zweite Gruppe gruppiert. Jede der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe weist eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen auf.
Bei 603 werden die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten der jeweiligen Zelle erwärmt. Insbesondere ist der Antiferromagnet mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt. In anderen Beispielen können sämtliche magnetoresistive Speicherzellen inklusive der der zweiten Gruppe zusammen erwärmt werden.
Bei 605 wird ein erstes magnetisches Feld an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe angelegt, wobei das erste magnetische Feld in Übereinstimmung ist mit dem ersten Zellenzustand, der programmiert werden soll. Damit werden die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gleichzeitig mit dem ersten Zellzustand beschrieben. Nachdem die Zellen der ersten Gruppe programmiert wurden, wird bei 607 das Heizen der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe deaktiviert, derart, dass der programmierte Zellenzustand der Zellen der ersten Gruppe festgelegt ist.
Dann werden bei 609 die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe über die Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten erwärmt, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen Zelle der zweiten Gruppe magnetisch gekoppelt ist.
Ein zweites Magnetfeld wird bei 611 den magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellzustand zugeführt. Damit werden die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe mit dem zweiten Zellzustand gleichzeitig beschrieben.
7A und 7B zeigen jeweils das Schalten der MRAM-Zellen in dem "Feld durch BL"- und "Feld durch WL"-Modus.
Wie in einem ersten Spannungsdiagramm 700 in 7A erläutert ist, werden eine BL-(siehe erste Bitleitung) Transistor-(der an einem ersten Endabschnitt einer jeweiligen Bitleitung vorgesehen ist) Spannungskurve 701 (wenn sich die MRAM-Zelle in einem Niedrigwiderstandszustand befindet) und eine zweite Bitleitungstransistorspannungskurve 702 (wenn sich die MRAM-Zelle in einem Hochwiderstandszustand befindet) und eine WL-(siehe Wortleitungstransistorspannungskurve 703) aktiviert bei Beginn des Lesens des Zellzustands (siehe erste Lesespannungskurve 704), was ungefähr 10 Nanosekunden dauert. Das Lesen des Zellzustands wird ausgeführt, da unterschiedliche Spannungen benötigt werden, um die Zelle auf und über die Blocking-Temperatur Tb zu heizen in Abhängigkeit des Widerstandslevels der Zelle.
Wenn die Zelle mit einer logischen "0" beschrieben wird (mit anderen Worten, wenn sich die Zelle in einem Niedrigwiderstandszustand "0" befindet), bleibt der erste BL-Transistor, der mit der BL verbunden ist, eingeschaltet, um die Zelle aufzuheizen, und ein zweiter BL-Transistor (der bei einem zweiten Endabschnitt einer jeweiligen Bitleitung vorgesehen ist (die entgegengesetzt zum ersten Ende der jeweiligen Bitleitung angeordnet ist)), wird eingeschaltet (siehe dritte Bitleitungstransistorspannungskurve 705), um den Felderzeugungspuls bereitzustellen, derart, dass die Zelle programmiert wird. In diesem Fall wird weiterhin der zweite BL-Transistor eingeschaltet, um die Zelle zu programmieren (siehe beispielsweise den Abschnitt der dritten Bitleitungstransistorspannungskurve 705 im Zeitabschnitt zwischen ungefähr 20 Nanosekunden und ungefähr 25 Nanosekunden). Nachdem die Zelle programmiert wurde, wird die WL ausgeschaltet, um die Zelle zu deaktivieren.
Weiterhin wird, wenn die Zelle auf eine logische "1" programmiert wird (mit anderen Worten sich in einem Hochwiderstandszustand "R1" befindet), der erste BL-Transistor für eine bestimmte Zeitdauer ausgeschaltet (in einer Ausführungsform der Erfindung im Zeitabschnitt zwischen ungefähr 12 Nanosekunden bis ungefähr 20 Nanosekunden), nachdem das Lesen des Zellzustands abgeschlossen ist (wie in der ersten Bitleitungstransistorspannungskurve 701 gezeigt), und dann angeschaltet, um die Zelle beispielsweise in einem Zeitabschnitt zwischen ungefähr 20 Nanosekunden und ungefähr 25 Nanosekunden zu programmieren. In diesem Fall wird weiterhin der zweite BL-Transistor eingeschaltet, um die Zelle zu heizen, und der erste BL-Transistor wird geschaltet, um den Felderzeugungspuls bereitzustellen, um die Zelle zu programmieren (siehe beispielsweise vierte Bitleitungstransistorspannungskurve 706). Der zweite BL-Transistor wird ausgeschaltet, kurz bevor der Wortleitungstransistor ausgeschaltet wird. Nachdem die Zelle programmiert wurde, wird der WL-Transistor ausgeschaltet, um die Zelle zu deaktivieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im "Feld durch BL"-Modus durch die BL sowohl der Heizstrom als auch der Felderzeugungsstrom bereitgestellt, was ein sehr einfaches Zellenlayout ermöglicht. Jedoch kann die effektive Schreibzeit ungefähr 1 Nanosekunde betragen aufgrund des schnellen Abkühlens der Zelle, was es erforderlich macht, dass das Schaltfeld deutlich überhalb Hc liegt.
Weiterhin kann es schwierig sein, den ferromagnetischen Liner (FML), der zur Reduzierung des Felderzeugungsstroms beitritt, für die BL zu erzeugen. Deshalb liegt im "Feld durch BL"-Modus ein hoher Energieverbrauch vor, ungefähr (16×I (Heizen) + 16×I (Feld)) pro Zyklus (16 Bit). Normalerweise beträgt I (Heizen) ungefähr 0,25 mA, was weit weniger ist als I (Feld), was bei ungefähr 2 mA liegt. Unter Verwendung des FML kann I (Feld) reduziert werden bis ungefähr 0,8 mA. Der tatsächliche Wert kann niedriger sein als (16×I (Heizen) + 16×I (Feld)) pro Zyklus, da Zellen, die sich bereits im korrekten Zustand befinden, nicht geheizt und geschaltet werden müssen.
7B zeigt ein zweites Spannungsdiagramm 750, das den "Feld durch WL"-Modus des Zellprogrammierens verdeutlicht. Die BL und WL werden eingeschaltet, um den Zellzustand zu lesen (siehe beispielsweise zweite Lesespannungskurve 751) was in etwa 10 Nanosekunden dauert. Die WL-FLD-Transistoren pulsen dann bei +Hc für ungefähr 5 Nanosekunden bis ungefähr 10 Nanosekunden (siehe beispielsweise ein Abschnitt in einer Feldwortleitungsspannungskurve 752 zwischen ungefähr 13 Nanosekunden und ungefähr 23 Nanosekunden), was die Zelle auf eine logische "0" programmiert. Wenn die Zelle mit einer logischen "0" programmiert werden soll (R0), wird der BL-Transistor ausgeschaltet, um das Heizen zu beenden (siehe beispielsweise die fünfte Bitleitungsspannungskurve 753 bei einem Zeitpunkt von ungefähr 20 Nanosekunden). Nachdem das Pulsen bei +Hc abgeschlossen wurde, werden die WL-FLD-Transistoren ebenfalls für ungefähr 5 Nanosekunden ausgeschaltet, um das Abkühlen der programmierten Zellen abzuwarten. Wenn die jeweilige Zelle mit einer logischen "1" beschrieben werden soll, wird der BL-Transistor so angesteuert, dass die Zelle erwärmt wird (siehe beispielsweise sechste Bitleitungsspannungskurve 754 bei einem Zeitpunkt von ungefähr 20 Nanosekunden). Dann pulsen die WL-FLD-Transistoren bei –Hc für ungefähr 5 Nanosekunden bis 10 Nanosekunden, womit die Zelle mit einer logischen "1" beschrieben wird (siehe beispielsweise Abschnitt in der Feldwortleitungsspannungskurve 752 zwischen ungefähr 27 Nanosekunden und ungefähr 35 Nanosekunden). Im "Feld durch WL"-Modus stellt die BL den Topkontakt zum Heizen dar, wohingegen eine eigene WL-FLD den Felderzeugungsstrom für alle Zellen derselben WL-FLD bereitstellt. Dies würde einen zusätzlichen Metalllevel erforderlich machen, was ein komplexeres Zelldesign ergibt. Das Lesen des Zellzustands wird durchgeführt, da das Schalten des Felds für jede Richtung eigens in zwei Stufen erfolgt, was ein schnelles Kühlen erforderlich macht und die Schreibzeit von ungefähr 10 Nanosekunden bis ungefähr 15 Nanosekunden erhöht auf ungefähr 52 Nanosekunden bis ungefähr 57 Nanosekunden. Ein Effekt ist, dass der Energieverbrauch verringert werden kann auf ungefähr (16×I (Heizen) + 2×I (Feld)) pro Zyklus (16 Bit). Die effektive Schreibzeit erhöht auf ungefähr 5 Nanosekunden, und der ferromagnetische Liner kann leicht im Zusammenhang mit der WL-FLD eingesetzt werden, was jeweils dazu beiträgt, die Erfordernisse hinsichtlich des Feldstroms zu reduzieren. Während des gesamten Zeitrahmens ist der Zellenauswahltransistor der jeweiligen Wortleitung eingeschaltet (siehe beispielsweise Wortleitungsspannungskurve 755).
Unter Bezugnahme auf 7A und 7B illustrieren die folgenden Tabellen die Anwendung der jeweiligen Spannungen auf die jeweiligen Leitungen.
In den Tabellen wird folgende Notation verwendet:

– "on" repräsentiert einen geringen Strom (beispielsweise im Bereich von ungefähr 0,005 mA bis ungefähr 0,05 mA);
– "ON" repräsentiert einen mittleren Strom (beispielsweise im Bereich von ungefähr 0,05 mA bis ungefähr 0,2 mA);
– "ON" (in Fettdruck) repräsentiert einen großen Strom im Bereich von ungefähr 0,2 mA bis ungefähr 2 mA);
– GND repräsentiert das Erdungspotential
– "off" repräsentiert das Ausschalten eines entsprechenden Transistors.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Leitung, die kein Feld erzeugt, gewöhnlicherweise eine unidirektionale Leitung, und gewöhnlicherweise wird lediglich ein entsprechender Schalttransistor für jede Leitung bereitgestellt (beispielsweise Bitleitung (BL) oder Wortleitung (WL)). Weiterhin werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zwei Schalttransistoren für jede Felderzeugungsleitung bereitgestellt (beispielsweise bei jedem entsprechenden Ende der jeweiligen Felderzeugungsleitung). Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bezeichnet BL 1 einen ersten Schalttransistor, der bei einem ersten Ende einer entsprechenden Felderzeugungsbitleitung vorgesehen ist, und BL 2 einen zweiten Schalttransistor, der bei einem zweiten Ende der entsprechenden Felderzeugungsbitleitung vorgesehen ist (das Ende, das dem ersten gegenüberliegt). Auf ähnliche Art und Weise bezeichnet WL-FLD 1 einen ersten Schalttransistor, der bei einem ersten Ende der entsprechenden Felderzeugungsfeldwortleitung (WL-FLD) vorgesehen ist, und WL-FLD 2 bezeichnet einen zweiten Schalttransistor, der bei einem zweiten Ende das Ende (das Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt) der entsprechenden Felderzeugungsfeldwortleitung (WL-FLD) vorgesehen ist.
In der folgenden Beschreibung wird das herkömmliche Programmieren detailliert beschrieben (es wird angenommen, dass der gesamte Programmierungszyklus 25 Nanosekunden dauert, obwohl auch andere Programmierzyklen Verwendung finden können):
Wie in Folgenden detailliert beschrieben werden wird, werden die folgenden vier Fälle unterschieden:

– Fall 1, in dem sich die Speicherzellen vor und nach dem Programmieren in einem logischen Zustand "0" befinden;
– Fall 2, in dem sich die Speicherzellen in einem zweiten logischen Zustand "1" vor dem Programmieren, und in einem ersten logischen Zustand "0" nach dem Programmieren befinden;
– Fall 3, in dem sich die Speicherzellen in einem zweiten logischen Zustand "1" vor und nach dem Programmieren befinden;
– Fall 4, in dem sich die Speicherzellen in einem ersten logischen Zustand "0" vor dem Programmieren, und in einem zweiten logischen Zustand "1" nach dem Programmieren befinden.

Eine erste Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer gewöhnlichen Leseperiode auftreten (die ungefähr 10 Nanosekunden dauert):

Zellzustand Lesen

Anfang Ende BL 1 BL 2 WL

FLD durch BL 0 0 an off an

1 0 an off an

1 1 an off an

0 1 an off an

25 ns Zeit 10 ns
Eine zweite Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die während einer herkömmlichen Heizperiode (die in etwa 10 Nanosekunden dauert) auftreten:

Zellzustand Heizen

Anfang Ende BL 1 BL 2 WL

FLD durch BL 0 0 off off an

1 0 ON off an

1 1 off off an

0 1 off ON an

25 ns Zeit 10 ns
Eine dritte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer herkömmlichen Felderzeugungsperiode (die in etwa 4 Nanosekunden dauert) auftreten:

Zellzustand Feld

Anfang Ende BL 1 BL 2 WL

FLD durch BL 0 0 off off an

1 0 ON GND an

1 1 off off an

0 1 GND ON an

25 ns Zeit 4 ns
Eine vierte Tabelle illustriert die Spannungen/Ströme, die in einer herkömmlichen Endperiode (die in etwa 1 Nanosekunde dauert) auftreten:

Zellzustand Ende

Anfang Ende BL 1 BL 2 WL

FLD durch BL 0 0 off off off

1 0 off off Off

1 1 off off Off

0 1 off off Off

25 ns Zeit 1 ns
Im Folgenden wird die Programmierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben (es wird angenommen, dass der gesamte Programmierzyklus 45 Nanosekunden dauert, es sei jedoch angemerkt, dass auch andere Programmierzyklen in alternativen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen können): Wie weiter unten detailliert beschrieben werden wird, werden die folgenden vier Fälle unterschieden:

– Fall 1, in dem sich die Speicherzellen in einem ersten logischen Zustand "0" vor und nach dem Programmieren befinden;
– Fall 2, in dem sich die Speicherzellen in einem zweiten logischen Zustand "1" vor dem Programmieren, und in einem ersten logischen Zustand "0" nach dem Programmieren befinden;
– Fall 3, in dem sich die Speicherzellen in einem zweiten logischen Zustand "1" vor und nach dem Programmieren befinden; und
– Fall 4, in dem sich die Speicherzellen in einem ersten logischen Zustand "0" vor dem Programmieren, und in einem zweiten logischen Zustand "1" nach dem Programmieren befinden.

Eine fünfte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer Leseperiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (die z. B. in etwa 10 Nanosekunden dauert) auftreten:

	Zellzustand			Lesen
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
	1	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
	1	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND
	0	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND
45 ns	Zeit			10 ns

Eine sechste Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer ersten Heizperiode in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung (die in etwa 10 Nanosekunden dauert) auftreten:

	Zellzustand			Heizen
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
	1	0	1. Gruppe	ON	an	GND	GND
	1	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
45 ns	Zeit			10 ns

Eine siebte Tabelle illustriert die Spannungen/Ströme, die in einer ersten Felderzeugungsperiode (zum Programmieren des logischen Werts "0" gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auftreten (die z. B. in etwa 7 Nanosekunden dauert):

	Zellzustand			Feld 0
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	Off	an	ON	GND
	1	0	1. Gruppe	ON	an	ON	GND
	1	1	2. Gruppe	Off	an	ON	GND
	0	1	2. Gruppe	Off	an	ON	GND
45 ns	Zeit			7 ns

Eine achte Tabelle illustriert die Spannungen/Ströme, die in einer zweiten Heizperiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auftreten (die z. B. in etwa 10 Nanosekunden dauert):

	Zellzustand			2. Heizen
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
	1	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	GND
45 ns	Zeit			10 ns

Eine neunte Tabelle illustriert die Spannungen/Ströme, die in einer zweiten Felderzeugungsperiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auftreten (die zum Programmieren des zweiten logischen Werts "1" dient und z. B. in etwa 7 Nanosekunden dauert):

	Zellzustand			Feld 1
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	Off	an	GND	ON
	1	0	1. Gruppe	Off	an	GND	ON
	1	1	2. Gruppe	Off	an	GND	ON
	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	ON
45 ns	Zeit			7 ns

Eine zehnte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer Endperiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auftreten (und die beispielsweise ungefähr 1 Nanosekunde lang dauert):

	Zellzustand			Ende
	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
FLD durch WL	0	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
	1	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
45 ns	Zeit			1 ns

In der folgenden Beschreibung wird das Programmieren gemäß einer bestimmten Ausführungsform der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben für ein 8-Bit-Zellenwort (Zellen 1–8) (es wird angenommen, dass der gesamte Programmierzyklus 45 Nanosekunden lang dauert, es ist jedoch anzumerken, dass auch andere Programmierzyklen in alternativen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen können):
Eine elfte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer Leseperiode gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung auftreten können (die beispielsweise ungefähr 10 Nanosekunden lang dauert):

Beispiel	Zellzustand			Lesen
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	an	an	GND	GND
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	an	an	GND	GND

Eine zwölfte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer ersten Heizperiode in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung auftreten (die beispielsweise ungefähr 10 Nanosekunden lang dauert):

Beispiel	Zellzustand			1. Heizen
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	off	an	GND	GND

Eine dreizehnte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer ersten Felderzeugungsperiode auftreten (beispielsweise zum Programmieren des ersten logischen Werts "0") in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung (die beispielsweise in etwa 7 Nanosekunden lang dauern kann):

Beispiel	Zellzustand			Feld 0
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	ON	an	ON	GND
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	off	an	= Zelle 1	GND
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	ON	an	= Zelle 1	GND
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	off	an	= Zelle 1	GND
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	ON	an	= Zelle 1	GND
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	off	an	= Zelle 1	GND
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	ON	an	= Zelle 1	GND
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	off	an	= Zelle 1	GND

Eine vierzehnte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer zweiten Heizperiode gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung auftreten (die beispielsweise in etwa 10 Nanosekunden lang dauert):

Beispiel	Zellzustand			2. Heizen
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	GND
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	GND
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	GND

Eine fünfzehnte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer zweiten Felderzeugungsperiode auftreten (zum Programmieren des zweiten logischen Werts "1") in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung (die beispielsweise ungefähr 7 Nanosekunden dauert):

Beispiel	Zellzustand			Feld 1
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	ON
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	= Zelle 1
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	= Zelle 1
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	= Zelle 1
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	= Zelle 1
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	= Zelle 1
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	off	an	GND	= Zelle 1
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	ON	an	GND	= Zelle 1

Eine sechzehnte Tabelle verdeutlicht die Spannungen/Ströme, die in einer Endperiode in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung auftreten (die beispielsweise in etwa 1 Nanosekunde dauert):

Beispiel	Zellzustand			Ende
8-Bit-Wort	Anfang	Ende		BL	WL	WL FLD 1	WL FLD 2
Zelle 1	1	0	1. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 2	0	1	2. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 3	1	0	1. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 4	0	1	2. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 5	1	0	1. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 6	0	1	2. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 7	1	0	1. Gruppe	off	off	GND	GND
Zelle 8	0	1	2. Gruppe	off	off	GND	GND

Wie in dem Diagramm 800 in 8 gezeigt ist, erlaubt eine Niedrig-k-Zwischenlevel-Dielektrikumsschicht (ILD) mit optimierten Layout und einer zusätzlichen Feldwortleistungsschicht ein schnelles Kühlen in ungefähr 5 Nanosekunden. Normalerweise sind die Zellen stabil genug, um dem magnetischen Feld standzuhalten, wenn deren Temperatur unterhalb von 80°C liegt. Die Energie, die zum Schreiben eines Bits benötigt wird, ist in Tabelle 1 gezeigt, wohingegen "Feld durch WL" die Feld-Wort-Leitungen mit einem ferromagnetischen Liner benutzt. Wie gezeigt, ist das Schema von "Feld durch WL" gemäß einer Ausführungsform der Erfindung effektiver als das "Feld durch BL"-Programmierschema. Die Effizienz kann weiter erhöht werden, wenn die Wortlänge groß ist, wie beispielsweise 32 Bits, 64 Bits oder 128 15 Bits.

Energie pro Bit Zelle Zelle + Transistor

Thermisches Schalten (Feld durch BL) 7,0 PJ 16 PJ

Thermisches Schalten (Feld durch WL) 3,3 PJ 9 PJ
Gemäß dem Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Zellenarray 900, das derartig programmiert wird, in 9 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass der Strom durch die Bitleitungen 901 die Zellen 903, die programmiert werden sollen, aufheizt, wobei die Zellen mittels der entsprechenden Wortleitung (nicht gezeigt) aktiviert werden, die sich unterhalb der Feld-Wortleitung 902 befindet. Der Strom, der durch die Feld-Wortleitung 902 in einer bestimmten Richtung fließt, programmiert die beiden aufgeheizten Zellen entsprechend. Andere Zellen, die nicht aufgeheizt sind, werden nicht programmiert.
In 10A und 10B ist eine integrierte Schaltung 1000 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Die integrierte Schaltung 1000 weist eine Mehrzahl von Zellen 1002 und einen Controller 1001 zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen 1002 auf. Wie in 10A gezeigt ist, ist der Controller 1001 mit jeder Bitleitung 1003, Wortleitung 1004 sowie Feld-Wortleitung 1005 verbunden, derart, dass der Strom durch jede dieser Leitungen 1003, 1004, sowie 1005 durch den Controller 1001 gesteuert wird. Beispielsweise wird der Controller 1001, wenn dieser festlegt, dass eine Gruppe von Zellen 1002, die mit einer Wortleitung 1004 verbunden ist, programmiert werden sollen, ein Hitzesteuersignal erzeugen, das den Heizstrom durch die Bitleitungen 1003 entsprechend dieser Gruppe von Zellen 1002 steuert. Der Controller 1001 kann ein Mikrocontroller oder ein beliebiger anderer programmierbarer oder nicht programmierbarer Schaltungsteil sein (auch hartverdrahtete Logik).
Eine integrierte Schaltung kann auch eine Mehrzahl von Untercontrollern zusätzlich zum Hauptcontroller 1051 aufweisen, wie beispielsweise in einer integrierten Schaltung 1050 in 10B gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, beispielsweise einen Bitleitungsuntercontroller 1052, einen Wortleitungsuntercontroller 1053 sowie einen Feldwortleitungsuntercontroller 1054, derart, dass jeder Untercontroller 1052, 1053, 1054 jeweils eine unterschiedliche Gruppe elektrischer Leitungen steuert.
Der Controller 1001, 1051 ist dazu ausgelegt, die Mehrzahl von Zellen 1002 der integrierten Schaltung 1000, 1050 in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellenzustands, in den die Zellen 1002 überführt werden sollen. Die Controller 1001, 1051 programmieren dann gleichzeitig die Zellen 1002 der ersten Zellengruppe mit einem ersten Zellzustand, beispielsweise indem Steuersignale erzeugt werden, die den Heizstrom durch die ausgewählten Bitleitungen 1003 steuern, und die den Felderzeugungsstrom der ausgewählten Feldwortleitungen 1005 steuern. Nachdem die Zellen 1002 der ersten Zellengruppe programmiert wurden, können die Controller 1001, 1051 die Zellen 1002 der zweiten Zellengruppe mit einem zweiten Zellzustand beschreiben, der von dem ersten Zellzustand verschieden ist. Die Controller 1001, 1051 können daraufhin ausgelegt sein, die oben beschriebenen Ausführungsformen zu implementieren hinsichtlich des Programmierens einer integrierten Schaltung 1000, 1050, die eine Mehrzahl von Zellen 1002 aufweist.
Wie in 11A und 11B gezeigt ist, können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Speichervorrichtungen/integrierten Schaltungen in Modulen zum Einsatz kommen. In 11A ist ein Speichermodul 1100 gezeigt, das ein oder mehrere Speichervorrichtungen/integrierte Schaltungen 1104 aufweist, die auf einem Substrat 1102 angeordnet sind. Jede Speichervorrichtung/integrierte Schaltung 1104 kann mehrere Speicherzellen beinhalten. Das Speichermodul 1100 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1106 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, die mit Speichervorrichtung(en) eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise den Speichervorrichtungen/integrierte Schaltungen 1104. Weiterhin kann das Speichermodul 1100 eine Mehrzahl elektrischer Verbindungen 1108 aufweisen, die eingesetzt werden können, um das Speichermodul 1100 mit anderen elektronischen Komponenten, beispielsweise anderen Modulen, zu verbinden.
Wie in 11B gezeigt ist, können diese Module stapelbar ausgestaltet sein, um einen Stapel 1150 auszubilden. Beispielsweise kann ein stapelbares Speichermodul 1152 ein oder mehrere Speichervorrichtungen 1156 enthalten, die auf einem stapelbaren Substrat 1154 angeordnet sind. Jede Speichervorrichtung 1156 kann mehrere Speicherzellen enthalten. Das stapelbare Speichermodul 1152 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1158 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, und die mit Speichervorrichtungen eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise mit den Speichervorrichtungen 1156. Elektrische Verbindungen 1160 werden dazu benutzt, um das stapelbare Speichermodul 1152 mit anderen Modulen innerhalb des Stapels 1150 zu verbinden. Andere Module des Stapels 1150 können zusätzliche stapelbare Speichermodule sein, die dem oben beschriebenen stapelbaren Speichermodul 1152 ähneln, oder andere Typen stapelbarer Module sein, beispielsweise stapelbare Verarbeitungsmodule, Kommunikationsmodule, oder Module, die elektronische Komponenten enthalten.

Claims

Verfahren zum Programmieren einer integrierten Schaltung mit einer Mehrzahl von Zellen, wobei das Verfahren aufweist: • Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe in Abhängigkeit eines Zellzustands, auf den die Zellen programmiert werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen; • Gleichzeitiges Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellenzustand, und • Gleichzeitiges Programmieren, nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, der Zellen der zweiten Zellengruppe auf einen zweiten Zellzustand, wobei der zweite Zellzustand vom ersten Zellzustand verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zellen Speicherzellen sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Speicherzellen magnetoresistive Speicherzellen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin aufweisend: • Ermitteln des Zellzustands wenigstens einiger der Zellen; • Ermitteln derjenigen Zellen, deren Zellzustand dem Zellzustand entspricht, auf den die jeweiligen Zellen programmiert werden sollen; • Gruppieren der ermittelten Zellen in eine dritte Zellgruppe.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zellen der dritten Zellengruppe nicht programmiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen einer ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb einer Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufweist, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Aufheizen ausgeführt wird, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der elektrische Heizstrom jeder magnetoresistiven Speicherzelle über eine jeweilige Leitung zugeführt wird, mit der die jeweilige magnetoresistive Speicherzelle der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen einer ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den ersten Zellzustand das Anlegen eines magnetischen Felds an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Magnetfeld an jede magnetoresistive Speicherzelle angelegt wird unter Verwendung einer Magnetfelderzeugungsleitung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen einer zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den zweiten Zellzustand das Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten aufweist, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufheizen ausgeführt wird, indem ein elektrischer Heizstrom durch die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen geführt wird.
Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen, wobei das Verfahren aufweist: • Gruppieren der Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe in Abhängigkeit eines Zellzustands, in den die Zellen versetzt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen; • Gleichzeitiges Programmieren der Zellen der ersten Zellengruppe auf einen ersten Zellzustand; • Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, gleichzeitiges Programmieren der Zellen der zweiten Zellengruppe auf einen zweiten Zellzustand, der sich vom ersten Zellzustand unterscheidet.
Verfahren zum Programmieren einer Mehrzahl von Zellen, wobei das Verfahren aufweist: • Gruppieren einer Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen, die mit einer gemeinsamen Aktivierungsleitung verbunden sind, in eine erste Gruppe magnetoresistiver Speicherzellen und eine zweite Gruppe magnetoresistiver Speicherzellen in Abhängigkeit eines Zellzustandes, auf den die magnetoresistiven Speicherzellen programmiert werden sollen, wobei die erste Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen und die zweite Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Speicherzellen aufweisen; • Aufheizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur des Antiferromagneten, der magnetisch mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle gekoppelt ist, und Anlegen eines ersten magnetischen Felds an die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem ersten Zellzustand, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen gleichzeitig mit dem ersten Zellzustand beschrieben werden; • Nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, Deaktivieren des Heizstroms durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen; • Aufheizen der magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur des Antiferromagneten, der mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist, und Anlegen eines zweiten Magnetfelds an die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen in Übereinstimmung mit dem zweiten Zellzustand, womit die magnetoresistiven Speicherzellen der zweiten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf den zweiten Zellzustand gleichzeitig programmiert werden.
Integrierte Schaltung, mit: • Einer Mehrzahl von Zellen; • Einem Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen, wobei der Controller dazu ausgelegt ist, um – die Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe zu gruppieren in Abhängigkeit des Zellzustands, auf den die Zellen programmiert werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweisen; – zu veranlassen, die Zellen der ersten Zellengruppe gleichzeitig auf einen ersten Zellzustand zu programmieren; und – nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, zu veranlassen, die Zellen der zweiten Zellengruppe gleichzeitig auf einen zweiten Zellzustand zu programmieren, der sich vom ersten Zellzustand unterscheidet.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 15, wobei die Zellen Speicherzellen sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 16, wobei die Speicherzellen magnetoresistiven Speicherzellen sind.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Controller weiterhin dazu ausgelegt ist, um: • Den Zellzustand wenigstens einiger der Zellen zu ermitteln; • Diejenigen Zellen zu ermitteln, deren Zellzustand mit dem Zellzustand korrespondiert, auf den die jeweilige Zelle programmiert werden soll; und • Die ermittelten Zellen in eine dritte Zellgruppe zu gruppieren.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 18, wobei der Controller weiterhin dazu ausgelegt ist, die Zellen der dritten Zellgruppe nicht zu programmieren.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Controller weiterhin dazu ausgelegt ist, beim Programmieren der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf einen ersten Zellzustand ein Heizsteuersignal zu erzeugen, um das Heizen wenigstens der magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen auf eine Temperatur oberhalb der Blocking-Temperatur eines Antiferromagneten zu erzeugen, der magnetisch mit einer Speicherschicht der jeweiligen magnetoresistiven Speicherzelle magnetisch gekoppelt ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 20, wobei der Controller weiterhin dazu ausgelegt ist, das Aufheizen zu steuern, indem der elektrische Heizstrom, der durch die magnetoresistiven Speicherzellen der ersten Gruppe von magnetoresistiven Speicherzellen fließt, gesteuert wird.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 15 bis 21, weiterhin aufweisend eine Mehrzahl von Heizleitungen, wobei jede Zelle mit wenigstens einer Heizleitung der Mehrzahl von Heizleitungen gekoppelt ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 15 bis 22, weiterhin aufweisend eine Magnetfelderzeugungsleitung, die ein Magnetfeld zum Programmieren der Zellen erzeugt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 15 bis 23, weiterhin aufweisend eine gemeinsame Aktivierungsleitung, wobei wenigstens einige der Zellen mit der gemeinsamen Aktivierungsleitung gekoppelt sind.
Speichermodul, mit: • Einer Mehrzahl von integrierten Schaltungen, wobei wenigstens eine integrierte Schaltung der Mehrzahl von integrierten Schaltungen eine Mehrzahl von Zellen sowie einen Controller zum Programmieren der Mehrzahl von Zellen aufweist, wobei der Controller dazu ausgelegt ist, um: – die Mehrzahl von Zellen in eine erste Zellengruppe und eine zweite Zellengruppe zu gruppieren in Abhängigkeit eines Zellzustandes, in den die Zellen versetzt werden sollen, wobei die erste Zellengruppe und die zweite Zellengruppe jeweils eine Mehrzahl von Zellen aufweist; – zu veranlassen, dass die Zellen der ersten Zellengruppe gleichzeitig auf einen ersten Zellzustand programmiert werden; und – nachdem die Zellen der ersten Zellengruppe programmiert wurden, zu veranlassen, dass die Zellen der zweiten Zellengruppe gleichzeitig auf einen zweiten Zellzustand programmiert werden, wobei der zweite Zellzustand von dem ersten Zellzustand verschieden ist.