JP2003297071A - Memory device - Google Patents

Memory device

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JP2003297071A
JP2003297071A JP2003007711A JP2003007711A JP2003297071A JP 2003297071 A JP2003297071 A JP 2003297071A JP 2003007711 A JP2003007711 A JP 2003007711A JP 2003007711 A JP2003007711 A JP 2003007711A JP 2003297071 A JP2003297071 A JP 2003297071A
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JP
Japan
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bit line
line
circuit
level
current path
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JP2003007711A
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Japanese (ja)
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Koichi Yamada
光一 山田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory device which can rewrite data with smaller current consumption than a case of feeding a rewrite-current each bit line. <P>SOLUTION: This memory device is provided with a bit line BL0 and a bit line BL1 having a current path independently of the bit line BL0, write-in current paths of the bit line BL0 and the bit line BL1 are made common. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、記憶装置に関
し、より特定的には、強磁性トンネル効果を示す記憶素
子を含む磁気メモリ装置などの記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory device, and more particularly to a memory device such as a magnetic memory device including a memory element exhibiting a ferromagnetic tunnel effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気を利用してデータを記録する
不揮発性メモリであるMRAM(Magnetic R
andom Access Memory)が知られて
いる。このMRAMについては、NIKKEI ELE
CTRONICS 1999.11.15(no.75
7)pp.49−56などに詳しく開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an MRAM (Magnetic R), which is a non-volatile memory for recording data using magnetism
and Anom Access Memory) is known. About this MRAM, NIKKEI ELE
CTRONICS 1999.11.15 (no. 75
7) pp. 49-56 and the like.

【0003】図7および図8は、上記した文献に開示さ
れたMRAMの記憶素子の構造を説明するための概略図
である。図7を参照して、従来のMRAMの記憶素子1
10は、強磁性層101と、強磁性層103と、強磁性
層101と103との間に配置された非磁性層102と
を備えている。
7 and 8 are schematic views for explaining the structure of the memory element of the MRAM disclosed in the above-mentioned document. Referring to FIG. 7, a storage element 1 of the conventional MRAM.
10 includes a ferromagnetic layer 101, a ferromagnetic layer 103, and a non-magnetic layer 102 arranged between the ferromagnetic layers 101 and 103.

【0004】強磁性層101は、強磁性層103よりも
反転しにくい。ここで、強磁性とは、磁性原子または金
属の自由原子が、正の交換相互作用によって磁気モーメ
ントを平行に整列させて自発磁化を形成している場合の
磁性をいい、この強磁性を示す物質を強磁性体という。
強磁性層101および103は、この強磁性体からな
る。また、従来、非磁性層102として金属を用いるG
MR(Giant Magneto Resistan
ce)膜が用いられている。近年では、非磁性層102
として絶縁体を用いるTMR(Tunneling M
agneto Resistance)膜が開発されて
いる。このTMR膜は、GMR膜よりも抵抗が大きいと
いう利点を有する。具体的には、GMR膜のMR比(抵
抗変化率)は10%台であるのに対し、TMR膜のMR
比(抵抗変化率)は20%以上である。なお、このTM
R膜からなる記憶素子110を、以下、TMR素子11
0という。
The ferromagnetic layer 101 is less likely to be inverted than the ferromagnetic layer 103. Here, ferromagnetism refers to magnetism when magnetic atoms or free atoms of metals form spontaneous magnetization by aligning magnetic moments in parallel by positive exchange interaction, and a substance exhibiting this ferromagnetism. Is called a ferromagnet.
The ferromagnetic layers 101 and 103 are made of this ferromagnetic material. Further, conventionally, G using a metal as the non-magnetic layer 102 has been used.
MR (Giant Magneto Resistan)
ce) membranes are used. In recent years, the non-magnetic layer 102
TMR (Tunneling M
An Agneto Resistance) membrane has been developed. This TMR film has the advantage that it has a higher resistance than the GMR film. Specifically, the MR ratio (rate of change in resistance) of the GMR film is in the 10% range, while the MR ratio of the TMR film is
The ratio (rate of change in resistance) is 20% or more. In addition, this TM
Hereinafter, the memory element 110 including the R film will be referred to as the TMR element 11
0.

【0005】次に、図7および図8を参照して、従来の
TMR素子110を用いたMRAMの記憶原理について
説明する。まず、図7に示すように、2つの強磁性層1
01および103の磁化が同じ向き(平行)の状態をデ
ータ“0”に対応させる。また、図8に示すように、2
つの強磁性層101および103の磁化が逆向き(反平
行)の状態をデータ“1”に対応させる。ここで、TM
R素子110は、磁化の向きが平行の時、抵抗(R0
が小さく、反平行の時、抵抗(R1)が大きいという性
質を有する。この磁化方向が平行か反平行かによりTM
R素子110の抵抗が異なる性質を利用して、“0”か
“1”かを判別する。
Next, the storage principle of the MRAM using the conventional TMR element 110 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. First, as shown in FIG. 7, two ferromagnetic layers 1
The state in which the magnetizations of 01 and 103 are in the same direction (parallel) corresponds to the data “0”. Also, as shown in FIG.
The state in which the magnetizations of the two ferromagnetic layers 101 and 103 are in opposite directions (antiparallel) corresponds to data “1”. Where TM
The R element 110 has a resistance (R 0 ) when the magnetization directions are parallel.
Has a property that the resistance (R 1 ) is large when is small and antiparallel. TM depending on whether this magnetization direction is parallel or antiparallel
By utilizing the characteristic that the resistance of the R element 110 is different, it is determined whether it is “0” or “1”.

【0006】図9は、従来の1つのTMR素子と1つの
トランジスタとによってメモリセルを構成した場合のM
RAMの全体構成を示したブロック図である。図9を参
照して、従来のMRAM150の構成について以下に説
明する。
FIG. 9 shows an M in the case where a memory cell is composed of one conventional TMR element and one transistor.
It is the block diagram which showed the whole RAM structure. The configuration of the conventional MRAM 150 will be described below with reference to FIG.

【0007】メモリセルアレイ151は、複数のメモリ
セル120がマトリクス状に配置されて構成されている
(図9では図面を簡略化するために、4個のメモリセル
120のみを示している)。1つのメモリセル120
は、1つのTMR素子110と、1つのNMOSトラン
ジスタ111とから構成されている。
The memory cell array 151 is formed by arranging a plurality of memory cells 120 in a matrix form (in FIG. 9, only four memory cells 120 are shown to simplify the drawing). One memory cell 120
Is composed of one TMR element 110 and one NMOS transistor 111.

【0008】行(ロウ)方向に配列された各メモリセル
120において、NMOSトランジスタ111のゲート
は、共通の読み出し用ワード線RWL1〜RWLnに接続
されている。また、行(ロウ)方向に配列された各メモ
リセル120において、TMR素子110の一方の強磁
性層上には、書き換え用ワード線WWL1〜WWLnが配
置されている。
In each memory cell 120 arranged in the row direction, the gate of the NMOS transistor 111 is connected to the common read word lines RWL 1 to RWL n . In each memory cell 120 arranged in the row direction, the rewriting word lines WWL 1 to WWL n are arranged on one ferromagnetic layer of the TMR element 110.

【0009】列(カラム)方向に配列された各メモリセ
ル120において、TMR素子110の一方の強磁性層
は、共通のビット線BL1〜BLnに接続されている。
In each memory cell 120 arranged in the column direction, one ferromagnetic layer of the TMR element 110 is connected to the common bit lines BL 1 to BL n .

【0010】各読み出し用ワード線RWL1〜RWL
nは、ロウデコーダ152に接続され、各ビット線BL1
〜BLnは、カラムデコーダ153に接続されている。
Read word lines RWL 1 to RWL
n is connected to the row decoder 152 and each bit line BL 1
To BL n is connected to the column decoder 153.

【0011】外部から指定されたロウアドレスおよびカ
ラムアドレスは、アドレスピン154に入力される。そ
のロウアドレスおよびカラムアドレスは、アドレスピン
154からアドレスラッチ155へ転送される。アドレ
スラッチ155でラッチされた各アドレスのうち、ロウ
アドレスはアドレスバッファ156を介してロウデコー
ダ152へ転送され、カラムアドレスはアドレスバッフ
ァ156を介してカラムデコーダ153へ転送される。
A row address and a column address designated from the outside are input to the address pin 154. The row address and the column address are transferred from the address pin 154 to the address latch 155. Of the addresses latched by the address latch 155, the row address is transferred to the row decoder 152 via the address buffer 156, and the column address is transferred to the column decoder 153 via the address buffer 156.

【0012】ロウデコーダ152は、各読み出し用ワー
ド線RWL1〜RWLnのうち、アドレスラッチ155で
ラッチされたロウアドレスに対応した読み出し用ワード
線RWLを選択するとともに、各書き換え用ワード線W
WL1〜WWLnのうち、アドレスラッチ155でラッチ
されたロウアドレスに対応した書き換え用ワード線WW
Lを選択する。また、ロウデコーダ152は、電圧制御
回路157からの信号に基づいて、各読み出し用ワード
線RWL1〜RWLnの電位と、各書き換え用ワード線W
WL1〜WWLnの電位を制御する。
The row decoder 152 selects the read word line RWL corresponding to the row address latched by the address latch 155 among the read word lines RWL 1 to RWL n , and also each rewrite word line W.
Of WL 1 to WWL n , the rewriting word line WW corresponding to the row address latched by the address latch 155.
Select L. Further, the row decoder 152, based on the signal from the voltage control circuit 157, the potentials of the read word lines RWL 1 to RWL n and the rewrite word lines W.
The potentials of WL 1 to WWL n are controlled.

【0013】カラムデコーダ153は各ビット線BL1
〜BLnのうち、アドレスラッチ155でラッチされた
カラムアドレスに対応したビット線を選択するととも
に、電圧制御回路158からの信号に基づいて、各ビッ
ト線BL1〜BLnの電位を制御する。
The column decoder 153 has each bit line BL 1
Of to BL n, as well as select a bit line corresponding to the latched column address in the address latch 155, on the basis of a signal from the voltage control circuit 158, controls the potential of the bit lines BL 1 to BL n.

【0014】外部から指定されたデータは、データピン
159に入力される。そのデータはデータピン159か
ら入力バッファ160を介してカラムデコーダ153へ
転送される。カラムデコーダ153は、各ビット線BL
1〜BLnの電位を、そのデータに対応して制御する。
Data designated externally is input to the data pin 159. The data is transferred from the data pin 159 to the column decoder 153 via the input buffer 160. The column decoder 153 is provided for each bit line BL.
The potentials of 1 to BL n are controlled according to the data.

【0015】任意のメモリセル120から読み出された
データは、各ビット線BL1〜BLnからカラムデコーダ
153を介してセンスアンプ群161へ転送される。セ
ンスアンプ群161は電流センスアンプである。センス
アンプ群161で判別されたデータは、出力バッファ1
62からデータピン159を介して外部へ出力される。
The data read from any memory cell 120 is transferred from each bit line BL 1 to BL n to the sense amplifier group 161 via the column decoder 153. The sense amplifier group 161 is a current sense amplifier. The data determined by the sense amplifier group 161 is the output buffer 1
It is output from 62 via the data pin 159 to the outside.

【0016】なお、上記した各回路(152〜162)
の動作は、制御コア回路163によって制御される。
The above-mentioned circuits (152-162)
The operation of is controlled by the control core circuit 163.

【0017】次に、上記のように構成された従来のMR
AM150の書き込み(書き換え)動作および読み出し
動作について説明する。
Next, the conventional MR constructed as described above is used.
The write (rewrite) operation and read operation of the AM 150 will be described.

【0018】(書き込み動作)この書き込み動作の際に
は、選択された書き換え用ワード線WWLとビット線B
Lとに、直交する電流を流す。これにより、そのビット
線BLと書き換え用ワード線WWLとの交点にあるTM
R素子110のみを書き換えることが可能である。具体
的には、書き換え用ワード線WWLとビット線BLとに
流れる各電流が磁界を発生し、2つの磁界の和(合成磁
界)がTMR素子110に働く。この合成磁界によって
TMR素子110の磁化の向きが反転し、たとえば、
“1”から“0”へと変わる。
(Write Operation) In this write operation, the selected rewriting word line WWL and bit line B are selected.
An orthogonal current is applied to L. As a result, the TM at the intersection of the bit line BL and the rewriting word line WWL
Only the R element 110 can be rewritten. Specifically, each current flowing through the rewriting word line WWL and the bit line BL generates a magnetic field, and the sum of the two magnetic fields (combined magnetic field) acts on the TMR element 110. The direction of the magnetization of the TMR element 110 is reversed by this synthetic magnetic field, and for example,
It changes from "1" to "0".

【0019】なお、交点以外のTMR素子110には、
電流が全く流れないものと、一方向のみ電流が流れるも
のとがある。電流が流れないTMR素子110では、磁
界は生じないので磁化の向きは変わらない。一方向の電
流のみ流れるTMR素子110では、磁界は発生する
が、その大きさは磁化の反転に不十分である。このた
め、一方向の電流のみ流れるTMR素子110では、磁
化の向きは変わらない。
The TMR elements 110 other than the intersections are
There is a type in which no current flows at all and a type in which current flows only in one direction. In the TMR element 110 in which no current flows, no magnetic field is generated, and therefore the direction of magnetization does not change. A magnetic field is generated in the TMR element 110 in which only a current flows in one direction, but its magnitude is insufficient for reversing the magnetization. Therefore, in the TMR element 110 in which only current in one direction flows, the direction of magnetization does not change.

【0020】上記のように、選択されたアドレスに対応
するビット線BLと書き換え用ワード線WWLとに電流
を流すことによって、その選択されたビット線BLと書
き換え用ワード線WWLとの交点に位置するTMR素子
110の磁化の向きを、図7または図8に示した向きに
書き込むことが可能である。これにより、データ“0”
または“1”の書き込みが可能となる。
As described above, by passing a current through the bit line BL corresponding to the selected address and the rewriting word line WWL, the position is located at the intersection of the selected bit line BL and the rewriting word line WWL. It is possible to write the magnetization direction of the TMR element 110 to the direction shown in FIG. 7 or 8. As a result, data "0"
Alternatively, "1" can be written.

【0021】(読み出し動作)上記のように書き込んだ
データを読み出す際には、読み出し用ワード線RWLに
電圧を加えてNMOSトランジスタ111を導通させ
る。この状態で、ビット線BLに流れる電流値がリファ
レンスの電流値より多いか少ないかを判別することによ
って、“1”、“0”の判定を行う。
(Read Operation) When reading the data written as described above, a voltage is applied to the read word line RWL to make the NMOS transistor 111 conductive. In this state, it is determined whether the current value flowing through the bit line BL is larger or smaller than the current value of the reference to determine "1" or "0".

【0022】この場合、図7に示したデータ“0”の場
合は、磁化の向きが平行であるので、抵抗値(R0)が
小さい。このため、ビット線BLに流れる電流値は、リ
ファレンスの電流値より大きい。これに対して、図8に
示すデータ“1”の場合には、磁化の向きが反平行であ
るので、抵抗値(R1)は、図7に示した場合よりも大
きくなる。このため、ビット線BLに流れる電流値は、
リファレンスの電流値よりも少なくなる。
In this case, in the case of the data "0" shown in FIG. 7, since the magnetization directions are parallel, the resistance value (R 0 ) is small. Therefore, the current value flowing through the bit line BL is larger than the reference current value. On the other hand, in the case of the data “1” shown in FIG. 8, since the magnetization directions are antiparallel, the resistance value (R 1 ) becomes larger than that in the case shown in FIG. 7. Therefore, the value of the current flowing through the bit line BL is
It is less than the reference current value.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のMRA
M150では、データの書き込み動作の際に、選択され
た書き換え用ワード線WWLとビット線BLとに、直交
する電流を流す。この場合、TMR素子110が微細化
されると、磁化の向きが反転しにくくなるため、書き込
み時の電流を大きくしないとデータの書き換えを行うの
が困難になるという不都合が生じる。さらに、従来のM
RAM150では、選択された書き換え用ワード線WW
Lに繋がるセルを同時に書き換える場合には、各ビット
線毎に電流を流す必要があるため、各セルに必要な電流
×ビット線の本数分電流が必要となる。このため、非常
に大きな電流が必要になるという問題点があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The above-mentioned conventional MRA
In M150, an orthogonal current is passed through the selected rewriting word line WWL and bit line BL during the data write operation. In this case, if the TMR element 110 is miniaturized, the direction of magnetization becomes difficult to be reversed, so that it is difficult to rewrite data unless the current for writing is increased. Furthermore, conventional M
In the RAM 150, the selected rewriting word line WW
When rewriting cells connected to L at the same time, it is necessary to pass a current through each bit line, and therefore, a current required for each cell × a current equal to the number of bit lines is required. Therefore, there is a problem that a very large current is required.

【0024】また、選択された書き換え用ワード線WW
Lに繋がるセルを連続に書き換える場合にも、書き換え
電流が、書き換えサイクル×ビット線数分必要となるた
め、大きな電流が必要になるという問題点があった。
The selected rewriting word line WW
Even when the cells connected to L are continuously rewritten, the rewriting current needs to be equal to the rewriting cycle × the number of bit lines, so that there is a problem that a large current is required.

【0025】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
各ビット線毎に書き換え電流を流す場合に比べて、少な
い消費電流でデータの書き換えを行うことが可能な記憶
装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and one of the objects of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a memory device capable of rewriting data with less current consumption as compared with a case where a rewriting current is supplied to each bit line.

【0026】この発明のもう一つの目的は、上記の記憶
装置において、容易に、第1ビット線の電流経路と第2
ビット線の電流経路とを接続することである。
Another object of the present invention is to provide a memory device as described above, wherein the current path of the first bit line and the second bit line can be easily formed.
It is to connect with the current path of the bit line.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1による記憶装置は、第1ビット線と、第1
ビット線とは独立した電流経路を有する第2ビット線と
を備え、第1ビット線と第2ビット線との書き込み電流
経路を共通化する。
In order to achieve the above object, a memory device according to a first aspect of the present invention comprises a first bit line and a first bit line.
A second bit line having a current path independent of the bit line is provided, and the write current path for the first bit line and the second bit line is shared.

【0028】請求項1では、上記のように、第1ビット
線と、第1ビット線とは独立した電流経路を有する第2
ビット線との書き込み電流経路を共通化することによっ
て、各ビット線毎に書き換え電流を流す場合に比べて、
少ない消費電流でデータの書き換えを行うことができ
る。
According to the first aspect of the present invention, as described above, the second bit line has the first bit line and the current path independent of the first bit line.
By sharing the write current path with the bit line, compared to the case where a rewrite current is passed for each bit line,
Data can be rewritten with low current consumption.

【0029】請求項2における記憶装置は、第1ビット
線と、第1ビット線と対をなす第1ペア線と、第2ビッ
ト線と、第2ビット線と対をなす第2ペア線と、第1ビ
ット線および第1ペア線のいずれかと、第2ビット線お
よび第2ペア線とのいずれかとを書き込み時に接続する
ことによって、第1ビット線と第2ビット線との電流経
路を接続する電流経路制御回路とを備えている。なお、
本発明におけるペア線は、ビット線とビット線対をなす
反転ビット線や、ビット線につながる単なる配線を含
む。
According to another aspect of the storage device of the present invention, a first bit line, a first pair line paired with the first bit line, a second bit line, and a second pair line paired with the second bit line. , The current path between the first bit line and the second bit line is connected by connecting either the first bit line or the first pair line and the second bit line or the second pair line at the time of writing. And a current path control circuit. In addition,
The pair line in the present invention includes an inverted bit line forming a bit line pair with a bit line, and a simple wiring connected to the bit line.

【0030】請求項2では、上記のように、第1ビット
線および第1ペア線のいずれかと、第2ビット線および
第2ペア線とのいずれかとを書き込み時に接続すること
によって、第1ビット線と第2ビット線との電流経路を
接続する電流経路制御回路を設けることにより、書き込
み時に第1および第2ビット線を1つの電流経路として
書き換え電流を流すことができる。これにより、各ビッ
ト線毎に書き換え電流を流す場合に比べて、少ない消費
電流でデータの書き換えを行うことができる。
In the second aspect, as described above, by connecting either the first bit line or the first pair line with the second bit line or the second pair line at the time of writing, the first bit line is connected. By providing the current path control circuit that connects the current path between the line and the second bit line, the rewriting current can be passed through the first and second bit lines as one current path during writing. As a result, it is possible to rewrite data with less current consumption as compared with the case where a rewrite current is supplied to each bit line.

【0031】請求項3における記憶装置は、請求項1ま
たは2の構成において、第1ビット線に対する書き込み
データを記憶するための第1ラッチ回路と、第2ビット
線に対する書き込みデータを記憶するための第2ラッチ
回路とをさらに備え、第1ラッチ回路および第2ラッチ
回路の出力に基づいて、第1ビット線の電流経路と第2
ビット線の電流経路とを接続する。このように構成すれ
ば、第1ラッチ回路および第2ラッチ回路を用いて、容
易に、第1ビット線の電流経路と第2ビット線の電流経
路とを接続することができる。
According to a third aspect of the present invention, in a storage device according to the first or second aspect, a first latch circuit for storing write data for the first bit line and a write data for the second bit line are stored. A second latch circuit is further provided, and based on outputs of the first latch circuit and the second latch circuit, a current path of the first bit line and a second bit line.
Connect to the current path of the bit line. According to this structure, the current path of the first bit line and the current path of the second bit line can be easily connected by using the first latch circuit and the second latch circuit.

【0032】請求項4における記憶装置は、請求項2ま
たは3の構成において、電流経路制御回路は、第1ラッ
チ回路および第2ラッチ回路の出力に基づいて動作する
論理回路と、論理回路の出力に基づいてオンオフ制御さ
れるスイッチング素子とを含む。このように構成すれ
ば、スイッチング素子のオンオフ制御により、容易に、
第1ビット線の電流経路と第2ビット線の電流経路とを
接続することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the memory device according to the second or third aspect, the current path control circuit operates based on the outputs of the first latch circuit and the second latch circuit, and the output of the logic circuit. And a switching element that is on / off controlled based on the above. With this configuration, the on / off control of the switching element facilitates
The current path of the first bit line and the current path of the second bit line can be connected.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0034】(第1実施形態)図1は、本発明の第1実
施形態によるMRAMの全体構成を示したブロック図で
ある。図2は、図1に示した第1実施形態によるMRA
Mのメモリセル部の詳細を示した回路図である。図3
は、図1に示した第1実施形態によるMRAMのメモリ
セルアレイ部および電流経路制御回路部を示した回路図
である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an MRAM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an MRA according to the first embodiment shown in FIG.
6 is a circuit diagram showing details of a memory cell portion of M. FIG. Figure 3
2 is a circuit diagram showing a memory cell array unit and a current path control circuit unit of the MRAM according to the first embodiment shown in FIG. 1.

【0035】まず、図1および図2を参照して、第1実
施形態のMRAMの全体構成について説明する。この第
1実施形態のMRAMは、マトリクス状のメモリセルア
レイ51を中心に構成されている。メモリセルアレイ5
1は、行方向と列方向に配列されたメモリセル52から
構成されている。メモリセル52には、記憶の最小単位
である1ビットのデータが記憶される。
First, the overall configuration of the MRAM of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The MRAM according to the first embodiment is mainly composed of a matrix-shaped memory cell array 51. Memory cell array 5
1 is composed of memory cells 52 arranged in a row direction and a column direction. The memory cell 52 stores 1-bit data, which is the minimum unit of storage.

【0036】第1実施形態のMRAMでは、1つのメモ
リセル52は、2つのTMR素子4aおよび4bと、2
つのNMOSトランジスタ5aおよび5bとから構成さ
れている。TMR素子4aは、図2に示すように、強磁
性層3aと、絶縁障壁層2aと、強磁性層3aよりも反
転しにくい強磁性層1aとを含んでいる。また、TMR
素子4bは、強磁性層3bと、絶縁障壁層2bと、強磁
性層3bよりも反転しにくい強磁性層1bとを含んでい
る。また、2つのNMOSトランジスタ5aおよび5b
のゲートには、ワード線WLが接続されている。
In the MRAM of the first embodiment, one memory cell 52 has two TMR elements 4a and 4b and two TMR elements 4a and 4b.
It is composed of two NMOS transistors 5a and 5b. As shown in FIG. 2, the TMR element 4a includes a ferromagnetic layer 3a, an insulating barrier layer 2a, and a ferromagnetic layer 1a that is harder to invert than the ferromagnetic layer 3a. Also, TMR
The element 4b includes a ferromagnetic layer 3b, an insulating barrier layer 2b, and a ferromagnetic layer 1b that is harder to invert than the ferromagnetic layer 3b. Also, two NMOS transistors 5a and 5b
The word line WL is connected to the gate of the.

【0037】メモリセルアレイ51のうち、行方向(図
1では縦方向)に配列された各メモリセル52は、ワー
ド線WLおよび補助ワード線SWLに接続されている。
また、列方向(図1では横方向)に配列された各メモリ
セル52は、ビット線BLおよび反転ビット線/BLに
接続されている。反転ビット線/BLは、対応関係にあ
るビット線BLと1組のビット線対を構成する。なお、
この反転ビット線/BLは、本発明の「ペア線」の一例
である。
In the memory cell array 51, each memory cell 52 arranged in the row direction (vertical direction in FIG. 1) is connected to the word line WL and the auxiliary word line SWL.
Each memory cell 52 arranged in the column direction (horizontal direction in FIG. 1) is connected to the bit line BL and the inverted bit line / BL. Inverted bit line / BL constitutes one set of bit line pair with corresponding bit line BL. In addition,
The inverted bit line / BL is an example of the "pair line" in the present invention.

【0038】また、各ビット線対BL、/BLは、クロ
スカップルラッチ型の各センスアンプ(SA)53に接
続されている。各ビット線対BL、/BLにおいて、ビ
ット線BLと反転ビット線/BLとの信号レベルは、相
補的に変化する。
Further, each bit line pair BL, / BL is connected to each cross-coupled latch type sense amplifier (SA) 53. In each bit line pair BL, / BL, the signal levels of the bit line BL and the inverted bit line / BL change complementarily.

【0039】ここで、この第1実施形態によるMRAM
では、各ビット線対BL、/BLと、各センスアンプ
(SA)53との間に、データの書き込み時に、各ビッ
ト線BLの電流経路を接続するための電流経路制御回路
70が設けられている。この電流経路制御回路70は、
図3に示すように、NAND回路71および72と、A
ND回路73〜78と、PMOSトランジスタからなる
スイッチングトランジスタTr1およびTr2と、NM
OSトランジスタからなるスイッチングトランジスタT
r3〜Tr8と、NMOSトランジスタ8aおよび8b
とを含んでいる。なお、NAND回路71および72
と、AND回路73〜78とは、本発明の「論理回路」
の一例である。また、スイッチングトランジスタTr1
〜Tr8は、本発明の「スイッチング素子」の一例であ
る。
Here, the MRAM according to the first embodiment
Then, a current path control circuit 70 is provided between each bit line pair BL, / BL and each sense amplifier (SA) 53 for connecting the current path of each bit line BL at the time of writing data. There is. This current path control circuit 70
As shown in FIG. 3, NAND circuits 71 and 72 and A
ND circuits 73 to 78, switching transistors Tr1 and Tr2 formed of PMOS transistors, and NM
Switching transistor T consisting of OS transistor
r3 to Tr8 and NMOS transistors 8a and 8b
Includes and. The NAND circuits 71 and 72
And AND circuits 73 to 78 are the "logic circuits" of the present invention.
Is an example. In addition, the switching transistor Tr1
~ Tr8 are examples of the "switching element" of the present invention.

【0040】NMOSトランジスタ8aおよび8bは、
各ビット線対BL、/BLと、各センスアンプ(SA)
53とを分離するために設けられている。そのNMOS
トランジスタ8aおよび8bのゲートには、信号線Φ3
が接続されている。
The NMOS transistors 8a and 8b are
Each bit line pair BL, / BL and each sense amplifier (SA)
It is provided to separate 53. That NMOS
The signal line Φ3 is connected to the gates of the transistors 8a and 8b.
Are connected.

【0041】また、PMOSトランジスタからなるスイ
ッチングトランジスタTr1およびTr2のゲートに
は、それぞれ、NAND回路71および72の出力が接
続されている。また、NMOSトランジスタからなるス
イッチングトランジスタTr3〜Tr8のゲートには、
それぞれ、AND回路73〜78の出力が接続されてい
る。したがって、NAND回路71および72の出力が
Lレベルの場合に、PMOSトランジスタからなるスイ
ッチングトランジスタTr1およびTr2がそれぞれオ
ン状態となる。また、AND回路73〜78の出力がH
レベルの場合に、NMOSトランジスタからなるスイッ
チングトランジスタTr3〜Tr8がそれぞれオン状態
となる。
The outputs of the NAND circuits 71 and 72 are connected to the gates of the switching transistors Tr1 and Tr2, which are PMOS transistors, respectively. The gates of the switching transistors Tr3 to Tr8, which are NMOS transistors, are
The outputs of the AND circuits 73 to 78 are connected to each other. Therefore, when the outputs of the NAND circuits 71 and 72 are at L level, the switching transistors Tr1 and Tr2, which are PMOS transistors, are turned on. The outputs of the AND circuits 73 to 78 are H
In the case of the level, the switching transistors Tr3 to Tr8, which are NMOS transistors, are turned on.

【0042】スイッチングトランジスタTr1の一方の
ソース/ドレインは、Vccに接続されており、他方の
ソース/ドレインは、ビット線BL0に接続されてい
る。スイッチングトランジスタTr2の一方のソース/
ドレインは、Vccに接続されており、他方のソース/
ドレインは、反転ビット線/BL0に接続されている。
One source / drain of the switching transistor Tr1 is connected to Vcc, and the other source / drain is connected to the bit line BL0. One source of the switching transistor Tr2 /
The drain is connected to Vcc and the other source /
The drain is connected to the inverted bit line / BL0.

【0043】また、スイッチングトランジスタTr3の
一方のソース/ドレインは、ビット線BL0に接続され
ており、他方のソース/ドレインは、ビット線BL1に
接続されている。スイッチングトランジスタTr4の一
方のソース/ドレインは、ビット線BL0に接続されて
おり、他方のソース/ドレインは、反転ビット線/BL
1に接続されている。また、スイッチングトランジスタ
Tr5の一方のソース/ドレインは、反転ビット線/B
L0に接続されており、他方のソース/ドレインは、ビ
ット線BL1に接続されている。スイッチングトランジ
スタTr6の一方のソース/ドレインは、反転ビット線
/BL0に接続されており、他方のソース/ドレイン
は、反転ビット線/BL1に接続されている。なお、ス
イッチングトランジスタTr3〜Tr6およびAND回
路73〜76は、図示しないビット線BL2、BL3、
・・・にも、同様に設けられている。
Further, one source / drain of the switching transistor Tr3 is connected to the bit line BL0, and the other source / drain thereof is connected to the bit line BL1. One source / drain of the switching transistor Tr4 is connected to the bit line BL0, and the other source / drain is the inverted bit line / BL.
Connected to 1. Further, one source / drain of the switching transistor Tr5 has an inverted bit line / B.
It is connected to L0, and the other source / drain is connected to the bit line BL1. One source / drain of the switching transistor Tr6 is connected to the inverted bit line / BL0, and the other source / drain is connected to the inverted bit line / BL1. The switching transistors Tr3 to Tr6 and the AND circuits 73 to 76 are connected to the bit lines BL2, BL3, not shown.
Are similarly provided.

【0044】また、スイッチングトランジスタTr7の
一方のソース/ドレインは、ビット線BLnに接続され
ており、他方のソース/ドレインは、接地されている。
また、スイッチングトランジスタTr8の一方のソース
/ドレインは、反転ビット線/BLnに接続されてお
り、他方のソース/ドレインは、接地されている。
Further, one source / drain of the switching transistor Tr7 is connected to the bit line BLn, and the other source / drain is grounded.
Further, one source / drain of the switching transistor Tr8 is connected to the inverted bit line / BLn, and the other source / drain is grounded.

【0045】また、NAND回路71および72の一方
入力端子と、AND回路73〜76の第2入力端子と、
AND回路77および78の一方入力端子には、それぞ
れ、ライトイネーブル信号線WEが接続されている。
Further, one input terminals of the NAND circuits 71 and 72, second input terminals of the AND circuits 73 to 76,
The write enable signal line WE is connected to one input terminals of the AND circuits 77 and 78, respectively.

【0046】また、NAND回路71の他方入力端子
は、ビット線BL0に接続されており、NAND回路7
2の他方入力端子は、反転ビット線/BL0に接続され
ている。また、AND回路73の第1入力端子は、ビッ
ト線BL1と、AND回路75の第3入力端子とに接続
されている。AND回路73の第3入力端子は、反転ビ
ット線/BL0と、AND回路74の第3入力端子とに
接続されている。AND回路74の第1入力端子は、反
転ビット線/BL1と、AND回路76の第3入力端子
とに接続されている。AND回路75の第1入力端子
は、ビット線BL0と、AND回路76の第1入力端子
とに接続されている。AND回路76の第3入力端子
は、反転ビット線/BL1と、AND回路74の第1入
力端子とに接続されている。
The other input terminal of the NAND circuit 71 is connected to the bit line BL0, and the NAND circuit 7
The other input terminal of 2 is connected to the inverted bit line / BL0. The first input terminal of the AND circuit 73 is connected to the bit line BL1 and the third input terminal of the AND circuit 75. The third input terminal of the AND circuit 73 is connected to the inverted bit line / BL0 and the third input terminal of the AND circuit 74. The first input terminal of the AND circuit 74 is connected to the inverted bit line / BL1 and the third input terminal of the AND circuit 76. The first input terminal of the AND circuit 75 is connected to the bit line BL0 and the first input terminal of the AND circuit 76. The third input terminal of the AND circuit 76 is connected to the inverted bit line / BL1 and the first input terminal of the AND circuit 74.

【0047】また、AND回路77の他方入力端子は、
反転ビット線/BLnに接続されている。また、AND
回路78の他方入力端子は、ビット線BLnに接続され
ている。
The other input terminal of the AND circuit 77 is
It is connected to the inverted bit line / BLn. Also, AND
The other input terminal of the circuit 78 is connected to the bit line BLn.

【0048】また、図1に示すように、各ワード線WL
は、ロウデコーダ54に接続されている。外部からロウ
アドレスRAが指定されると、そのロウアドレスRA
は、ロウアドレスバッファ55からロウデコーダ54へ
与えられる。これにより、ロウデコーダ54によって、
そのロウアドレスRAに対応するワード線WLが選択さ
れる。
Further, as shown in FIG. 1, each word line WL
Are connected to the row decoder 54. When the row address RA is specified from the outside, the row address RA
Are supplied from the row address buffer 55 to the row decoder 54. As a result, the row decoder 54
The word line WL corresponding to the row address RA is selected.

【0049】各ワード線WLには、NMOSトランジス
タ6およびPMOSトランジスタ7を含むインバータ回
路を介して、補助ワード線SWLの一方端が接続されて
いる。その補助ワード線SWLの他方端には、PMOS
トランジスタ9を介して、Vccが接続されている。そ
のPMOSトランジスタ9のゲートには、信号線Φ4が
接続されている。
One end of the auxiliary word line SWL is connected to each word line WL via an inverter circuit including an NMOS transistor 6 and a PMOS transistor 7. At the other end of the auxiliary word line SWL, a PMOS is provided.
Vcc is connected through the transistor 9. The signal line Φ4 is connected to the gate of the PMOS transistor 9.

【0050】また、ワード線WLは、AND回路11の
一方入力端子に接続されるとともに、AND回路11の
出力端子に接続される。AND回路11の他方入力端子
には、書き込み時に、常に、0(Lレベル)となる信号
線Φ6が接続されている。
The word line WL is connected to one input terminal of the AND circuit 11 and the output terminal of the AND circuit 11. The other input terminal of the AND circuit 11 is connected to the signal line Φ6 which is always 0 (L level) at the time of writing.

【0051】また、ビット線BLおよび反転ビット線/
BLには、それぞれ、NMOSトランジスタ10aおよ
び10bが接続されている。NMOSトランジスタ10
aおよび10bのゲートには、信号線Φ5が接続されて
いる。NMOSトランジスタ10aおよび10bの一方
端は、互いに接続されている。その互いに接続されたN
MOSトランジスタ10aおよび10bには、プリチャ
ージ回路67が接続されている。
Further, the bit line BL and the inverted bit line /
NMOS transistors 10a and 10b are connected to BL, respectively. NMOS transistor 10
A signal line Φ5 is connected to the gates of a and 10b. One ends of the NMOS transistors 10a and 10b are connected to each other. N connected to each other
A precharge circuit 67 is connected to the MOS transistors 10a and 10b.

【0052】また、ビット線BLと反転ビット線/BL
との間には、ビット線BLと反転ビット線/BLとを接
続するためのNMOSトランジスタ100が配置されて
いる。そして、NMOSトランジスタ100のゲートに
は、Φ10が接続されている。
Further, the bit line BL and the inverted bit line / BL
An NMOS transistor 100 for connecting the bit line BL and the inverted bit line / BL is arranged between and. Further, Φ10 is connected to the gate of the NMOS transistor 100.

【0053】各センスアンプ53は、各トランスファゲ
ート56を介して、入出力線I/Oおよび反転入出力線
/I/Oに接続されている。入出力線I/Oと反転入出
力線/I/Oとで、入出力線対I/O、/I/Oを構成
している。入出力線対I/O、/I/Oは、リードアン
プ57に接続されている。リードアンプ57は、データ
バスDBおよび反転データバス/DBを介して、データ
の出力回路58に接続されている。データバスDBと、
反転データバス/DBとで、データバス線対DB、/D
Bを構成している。また、入出力線対I/O、/I/O
には、プリチャージ回路59が接続されている。
Each sense amplifier 53 is connected to the input / output line I / O and the inverted input / output line / I / O via each transfer gate 56. The input / output line I / O and the inverted input / output line / I / O form an input / output line pair I / O, / I / O. The input / output line pairs I / O and / I / O are connected to the read amplifier 57. The read amplifier 57 is connected to the data output circuit 58 via the data bus DB and the inverted data bus / DB. Data bus DB,
Data bus line pair DB, / D with inverted data bus / DB
It constitutes B. In addition, the I / O line pair I / O, / I / O
A precharge circuit 59 is connected to.

【0054】なお、入出力線I/Oと反転入出力線/I
/Oとのレベルは、相補的に変化する。また、データバ
スDBと、反転データバス/DBとのレベルは、相補的
に変化する。そして、出力回路58から外部へデータが
出力される。
Input / output line I / O and inverted input / output line / I
The level with / O changes complementarily. Further, the levels of the data bus DB and the inverted data bus / DB change complementarily. Then, the output circuit 58 outputs the data to the outside.

【0055】各トランスファゲート56は、カラム選択
線CSLを介して、カラムデコーダ60に接続されてい
る。各トランスファゲート56は、入出力線対I/O、
/I/Oと、センスアンプ53との間に接続された一対
のNMOSトランジスタによって構成されている。その
一対のNMOSトランジスタのゲートは、1本のカラム
選択線CSLを介して、カラムデコーダ60に接続され
ている。したがって、カラム選択線CSLがHレベルに
なると、一対のNMOSトランジスタがオンし、トラン
スファゲート56はオン状態になる。なお、図3におい
ては、図面を簡略化するため、トランスファゲート56
と、入出力線対I/O、/I/Oと、カラム選択線CS
Lとは、図示していない。
Each transfer gate 56 is connected to a column decoder 60 via a column selection line CSL. Each transfer gate 56 includes an input / output line pair I / O,
It is composed of a pair of NMOS transistors connected between / I / O and the sense amplifier 53. The gates of the pair of NMOS transistors are connected to the column decoder 60 via one column selection line CSL. Therefore, when the column selection line CSL becomes H level, the pair of NMOS transistors are turned on and the transfer gate 56 is turned on. In FIG. 3, the transfer gate 56 is shown in order to simplify the drawing.
, I / O line pair I / O, / I / O, and column selection line CS
L is not shown.

【0056】外部からカラムアドレスCAが指定される
と、そのカラムアドレスCAは、カラムアドレスバッフ
ァ61からカラムデコーダ60およびアドレス遷移検出
回路(ATD:Address Transition
Detector)62へ与えられる。
When the column address CA is designated from the outside, the column address CA is supplied from the column address buffer 61 to the column decoder 60 and the address transition detection circuit (ATD: Address Transition).
Detector) 62.

【0057】ATD62は、カラムアドレスCAの変化
を検知することによって外部からカラムアドレスCAを
指定されたことを検知し、1パルスのパルス信号ATD
1を生成する。つまり、カラムアドレスCAが変化する
度に、パルス信号ATD1が生成される。そのパルス信
号ATD1は、カラムデコーダ制御回路63、プリチャ
ージ制御回路64およびリードアンプ制御回路65へ出
力される。
The ATD 62 detects that the column address CA is designated from the outside by detecting the change of the column address CA, and detects the pulse signal ATD of one pulse.
1 is generated. That is, the pulse signal ATD1 is generated every time the column address CA changes. The pulse signal ATD1 is output to the column decoder control circuit 63, the precharge control circuit 64, and the read amplifier control circuit 65.

【0058】プリチャージ制御回路64は、パルス信号
ATD1のHレベルからLレベルへの立ち下がりに基づ
いて、予め設定された時間Hレベルとなる1パルスのプ
リチャージ回路活性化信号PCを生成する。その活性化
信号PCは、プリチャージ回路59へ出力される。
Precharge control circuit 64 generates one pulse of precharge circuit activation signal PC which is at H level for a preset time based on the fall of pulse signal ATD1 from H level to L level. The activation signal PC is output to the precharge circuit 59.

【0059】プリチャージ回路59は、活性化すると、
入出力線対I/O、/I/Oを同電位にするとともに、
所定の電位(たとえば、1/2Vcc:VccはMRA
Mの駆動電圧)に設定するプリチャージを行う。
When the precharge circuit 59 is activated,
I / O line pair I / O and / I / O are set to the same potential,
Predetermined potential (for example, 1/2 Vcc: Vcc is MRA
The precharge is set to the M drive voltage).

【0060】プリチャージ回路59は、活性化信号PC
を入力すると非活性化(活性化スタンバイ状態)とな
り、入出力線対I/O、/I/Oのプリチャージを停止
する。カラムデコーダ制御回路63は、パルス信号AT
D1のHレベルからLレベルへの立ち下がりに基づい
て、予め設定された時間Hレベルとなる1パルスのカラ
ムデコーダ活性化信号YSを生成する。その活性化信号
YSは、カラムデコーダ60へ出力される。
The precharge circuit 59 has an activation signal PC.
Is input, it is deactivated (activated standby state) and precharge of the I / O line pair I / O and / I / O is stopped. The column decoder control circuit 63 uses the pulse signal AT
Based on the fall of D1 from the H level to the L level, a one-pulse column decoder activation signal YS that is at the H level for a preset time is generated. The activation signal YS is output to the column decoder 60.

【0061】カラムデコーダ60は、活性化信号YSを
入力すると活性化し、外部から指定されたカラムアドレ
スCAに対応するメモリセルアレイ51の列(1組のビ
ット線対BL、/BL)を選択する。すなわち、カラム
デコーダ60は、活性化信号YSを入力すると活性化す
る。そして、カラムデコーダ60は、活性化すると、外
部から指定されたカラムアドレスCAに対応するカラム
選択線CSLを選択するとともに、そのカラム選択線C
SLをHレベルにする。これにより、そのカラム選択線
CSLに接続されているトランスファゲート56がオン
状態になる。したがって、そのトランスファゲート56
に対応するセンスアンプ53を介して、外部から指定さ
れたカラムアドレスCAに対応するメモリセルアレイ5
1の列が選択される。
When the activation signal YS is input, the column decoder 60 is activated and selects the column (one set of bit line pair BL, / BL) of the memory cell array 51 corresponding to the column address CA designated from the outside. That is, the column decoder 60 is activated when the activation signal YS is input. Then, when activated, the column decoder 60 selects the column selection line CSL corresponding to the column address CA externally designated, and the column selection line C
Set SL to H level. As a result, the transfer gate 56 connected to the column selection line CSL is turned on. Therefore, the transfer gate 56
The memory cell array 5 corresponding to the column address CA externally designated via the sense amplifier 53 corresponding to
Column 1 is selected.

【0062】リードアンプ制御回路65は、パルス信号
ATD1のHレベルからLレベルへの立ち下がりに基づ
いて、パルス信号ATD1を所定時間遅延させた1パル
スのリードアンプ活性化信号READを生成する。その
活性化信号READのタイミングおよびパルス幅は、予
め設定されている。そして、活性化信号READは、リ
ードアンプ57へ出力される。
The read amplifier control circuit 65 delays the pulse signal ATD1 by a predetermined time to generate a one-pulse read amplifier activation signal READ based on the fall of the pulse signal ATD1 from the H level to the L level. The timing and pulse width of the activation signal READ are preset. Then, the activation signal READ is output to the read amplifier 57.

【0063】この活性化信号READの遅延時間は、入
出力線対I/O、/I/Oの電位差がデータを読み出す
のに十分な電位差となるまでの時間である。すなわち、
メモリセル52から読み出されたデータに基づいて、入
出力線対I/O、/I/Oがプリチャージされた電位か
らリードアンプ57が誤読み出しをしないために十分な
電位差まで変化するのを待機する時間に設定されてい
る。
The delay time of the activation signal READ is the time until the potential difference between the input / output line pair I / O, / I / O becomes a potential difference sufficient for reading data. That is,
Based on the data read from the memory cell 52, it is possible to change from the potential at which the input / output line pair I / O, / I / O is precharged to a potential difference sufficient for the read amplifier 57 not to perform erroneous reading. It is set to wait time.

【0064】つまり、各制御回路63〜65は、パルス
信号ATD1のHレベルからLレベルへの立ち下がりを
受けて、活性化信号YS、PC、READを適当なタイ
ミングおよびパルス幅で生成する遅延回路とパルス発生
回路とである。
In other words, each of the control circuits 63 to 65 receives the falling of the pulse signal ATD1 from the H level to the L level, and generates a delay circuit for activating signals YS, PC, and READ with appropriate timing and pulse width. And the pulse generation circuit.

【0065】また、データバス線対DB、/DBの電位
差を検出するとともに、その検出結果に基づいて読み出
し検知信号READを生成する読み出し検知回路66が
設けられている。これにより、データバス線対DB、/
DBの電位が所定の電位差以上になると、メモリセル5
2から読み出されたデータが確定されて外部へ出力され
る。したがって、データバス線対DB、/DBの電位差
を検出することによって、データの出力(読み出し動
作)を検出することができる。そして、読み出し検知回
路66は、データバス線対DB、/DBの電位差に基づ
いて読み出し動作を検出するとともに、その検出結果に
基づいてHレベルの読み出し検知信号READを生成す
る。この検知信号READは、カラムデコーダ制御回路
63、プリチャージ制御回路64およびリードアンプ6
5へ出力される。
A read detection circuit 66 is provided which detects the potential difference between the data bus line pair DB and / DB and generates a read detection signal READ based on the detection result. As a result, the data bus line pair DB, /
When the potential of DB exceeds a predetermined potential difference, the memory cell 5
The data read from 2 is confirmed and output to the outside. Therefore, the data output (read operation) can be detected by detecting the potential difference between the data bus line pair DB and / DB. Then, the read detection circuit 66 detects the read operation based on the potential difference between the data bus line pair DB, / DB, and generates the H level read detection signal READ based on the detection result. The detection signal READ is supplied to the column decoder control circuit 63, the precharge control circuit 64 and the read amplifier 6
It is output to 5.

【0066】次に、上記のように構成された第1実施形
態によるMRAMの書き込み動作および読み出し動作に
ついて説明する。
Next, the write operation and read operation of the MRAM according to the first embodiment configured as described above will be described.

【0067】(書き込み動作)この書き込み動作では、
ワード線WL1に接続されるメモリセル52に書き込む
場合について説明する。図3に示すように、カラムデコ
ーダ60を動作させながら、センスアンプ53でもある
ラッチに書き込みデータをストアしていく。ビット線B
L0には、Hレベルが、ビット線BL1にはLレベル
が、ビット線BLnにはLレベルがストアされた場合に
ついて説明する。
(Write Operation) In this write operation,
A case of writing to the memory cell 52 connected to the word line WL1 will be described. As shown in FIG. 3, while operating the column decoder 60, the write data is stored in the latch which is also the sense amplifier 53. Bit line B
The case where the H level is stored in L0, the L level is stored in the bit line BL1, and the L level is stored in the bit line BLn will be described.

【0068】まず、データの書き込みを行う場合には、
信号線Φ6(図2参照)をLレベルにする。これによ
り、AND回路11の他方入力端子には、Lレベルの信
号が入力される。この場合、AND回路11の一方入力
端子に入力されるワード線WL1は、ロウデコーダ54
によって選択されたワード線であるので、Hレベルであ
る。したがって、選択されたワード線WL1のAND回
路11から出力される部分は、Lレベルになる。このよ
うに、信号線Φ6をLレベルにすることによって、AN
D回路11の出力に接続されるワード線WL1は、強制
的にLレベルにされる。
First, when writing data,
The signal line Φ6 (see FIG. 2) is set to L level. As a result, the L level signal is input to the other input terminal of the AND circuit 11. In this case, the word line WL1 input to one input terminal of the AND circuit 11 is connected to the row decoder 54
Since it is a word line selected by, it is at H level. Therefore, the portion of the selected word line WL1 output from the AND circuit 11 is at the L level. In this way, by setting the signal line Φ6 to the L level, the AN
The word line WL1 connected to the output of the D circuit 11 is forced to the L level.

【0069】これにより、AND回路11の出力端子に
接続されるワード線WL1に接続されるNMOSトラン
ジスタ5aおよび5bは、オフ状態になる。そして、信
号線Φ4をLレベルに立ち下げることによって、PMO
Sトランジスタ9をオンさせる。この場合、SWL1に
インバータを介して接続されるワード線WL1は、Hレ
ベルの状態にあるので、インバータを構成するNMOS
トランジスタ6は、オン状態になる。これにより、SW
L1の下側部分は接地電位になる。SWL1の上側部分
は、Φ4の立ち下げによってPMOSトランジスタ9が
オンしてVcc電位になるので、補助ワード線SWL1
には上から下に向かって電流が流れる。
As a result, the NMOS transistors 5a and 5b connected to the word line WL1 connected to the output terminal of the AND circuit 11 are turned off. Then, by lowering the signal line Φ4 to the L level, the PMO
The S transistor 9 is turned on. In this case, since the word line WL1 connected to the SWL1 via the inverter is in the H level state, the NMOS that constitutes the inverter is
The transistor 6 is turned on. This allows the SW
The lower part of L1 is at ground potential. In the upper part of SWL1, the PMOS transistor 9 is turned on by the fall of Φ4 to reach the Vcc potential, so the auxiliary word line SWL1
An electric current flows from top to bottom.

【0070】一方、図3に示すように、BL0、BL1
およびBLnが、それぞれ、Hレベル、Lレベルおよび
Lレベルであることから、反転ビット線/BL0、/B
L1および/BLnは、それぞれ、Lレベル、Hレベ
ル、Hレベルとなる。この場合、NAND回路71の一
方入力端子はHレベルになるとともに、NAND回路7
2の一方入力端子はLレベルになる。この状態で、ライ
トイネーブル信号線WEをHレベルにするとともに、信
号線Φ3をLレベルにする。これにより、NAND回路
71の出力はLレベルになるとともに、NAND回路7
2の出力はHレベルになるので、スイッチングトランジ
スタTr1はオン状態になるとともに、スイッチングト
ランジスタTr2はオフ状態になる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, BL0, BL1
And BLn are at the H level, the L level and the L level, respectively, the inverted bit lines / BL0, / B
L1 and / BLn become L level, H level, and H level, respectively. In this case, one input terminal of the NAND circuit 71 becomes H level and the NAND circuit 7
One input terminal of 2 goes to L level. In this state, the write enable signal line WE is set to H level and the signal line Φ3 is set to L level. As a result, the output of the NAND circuit 71 becomes L level and the NAND circuit 7
Since the output of 2 becomes H level, the switching transistor Tr1 is turned on and the switching transistor Tr2 is turned off.

【0071】さらに、AND回路76の出力がHレベル
になるので、スイッチングトランジスタTr6がオン状
態になる。これにより、反転ビット線/BL0と反転ビ
ット線/BL1とが接続されるので、ビット線対BL
0、/BL0と、ビット線対BL1、/BL1との電流
経路が接続される。なお、AND回路73〜75の出力
は、Lレベルになるので、スイッチングトランジスタT
r3〜Tr5は、オフ状態になる。以下、同様に、図示
しないビット線BL2、BL3、・・・の電流経路が、
スイッチングトランジスタTr3〜Tr6およびAND
回路73〜76を用いて接続される。
Further, since the output of the AND circuit 76 becomes H level, the switching transistor Tr6 is turned on. As a result, since the inverted bit line / BL0 and the inverted bit line / BL1 are connected, the bit line pair BL
The current paths of 0, / BL0 and the bit line pair BL1, / BL1 are connected. Since the outputs of the AND circuits 73 to 75 are at the L level, the switching transistor T
r3 to Tr5 are turned off. Similarly, the current paths of the bit lines BL2, BL3, ...
Switching transistors Tr3 to Tr6 and AND
Connected using circuits 73-76.

【0072】また、AND回路77の出力はHレベルに
なるとともに、AND回路78の出力はLレベルになる
ので、スイッチングトランジスタTr7はオン状態とな
り、スイッチングトランジスタTr8はオフ状態とな
る。また、Φ10がHレベルになり、NMOSトランジ
スタ100がオン状態となる。
Since the output of the AND circuit 77 becomes H level and the output of the AND circuit 78 becomes L level, the switching transistor Tr7 is turned on and the switching transistor Tr8 is turned off. Further, Φ10 becomes H level, and the NMOS transistor 100 is turned on.

【0073】上記のスイッチングトランジスタTr1〜
Tr8のオンオフの状態によって、各ビット線(BL
0、BL1、・・・、BLn)の電流経路が接続される
ので、図3に示す太線のように、ビット線には電流が一
筆書き状に流れる。すなわち、電流経路制御回路70に
よって、各ビット線の電流経路が接続されるので、各ビ
ット線に1つの電流経路として書き換え電流を流すこと
ができる。これにより、補助ワード線SWL1の電流に
よる磁界と個々のビット線に流れる電流の向きによって
生じる磁界の合成磁界によって、選択された補助ワード
線SWL1と交差する全てのセルが書き換えられる。な
お、各ビット線対BL、/BLには、互いに逆方向の電
流が流れる。
The above switching transistors Tr1 to Tr1
Depending on the on / off state of Tr8, each bit line (BL
0, BL1, ..., BLn), the current paths are connected, so that the current flows in a single stroke in the bit line, as indicated by the thick line in FIG. That is, since the current path of each bit line is connected by the current path control circuit 70, the rewrite current can be passed to each bit line as one current path. As a result, all the cells intersecting the selected auxiliary word line SWL1 are rewritten by the combined magnetic field of the magnetic field generated by the current of the auxiliary word line SWL1 and the magnetic field generated by the direction of the current flowing through each bit line. It should be noted that currents flowing in mutually opposite directions flow through each bit line pair BL, / BL.

【0074】第1実施形態では、上記のように、データ
の書き込み時に、電流経路制御回路70を用いて各ビッ
ト線の電流経路を接続することによって、1つの電流経
路として書き換え電流を流すことができるので、各ビッ
ト線毎に書き換え電流を流す場合に比べて、少ない消費
電流でデータの書き換えを行うことができる。
In the first embodiment, as described above, at the time of writing data, the current path control circuit 70 is used to connect the current paths of the respective bit lines so that the rewrite current can flow as one current path. Therefore, the data can be rewritten with less current consumption as compared with the case where the rewriting current is supplied to each bit line.

【0075】また、上記のように、選択されたメモリセ
ルにおいて、補助ワード線SWL1に上から下の方向の
電流を流すとともに、ビット線対BL、/BLに互いに
逆方向の電流を流すことによって、選択されたメモリセ
ルのTMR素子4aの強磁性層3aとTMR素子4bの
強磁性層3bとに、容易に逆のデータ(たとえば、”
1”、”0”)を書き込むことができる。
As described above, in the selected memory cell, the auxiliary word line SWL1 is supplied with the current in the downward direction and the bit line pair BL, / BL is supplied with the opposite currents. , The ferromagnetic layer 3a of the TMR element 4a and the ferromagnetic layer 3b of the TMR element 4b of the selected memory cell are easily reversed (for example, "
1 "," 0 ") can be written.

【0076】なお、TMR素子4aの強磁性層3aと、
TMR素子4bの強磁性層3bとに、上記とは逆のデー
タ(たとえば、”0”、”1”)を書き込みたい場合に
は、BLと/BLとに流す電流の向きを逆方向にすれば
よい。
The ferromagnetic layer 3a of the TMR element 4a,
When it is desired to write the opposite data (for example, "0", "1") to the ferromagnetic layer 3b of the TMR element 4b, the directions of the currents flowing through BL and / BL should be reversed. Good.

【0077】(読み出し動作)上記したように、データ
の書き込み動作においては、ビット線BLに接続される
TMR素子4aの強磁性層3aと、反転ビット線/BL
に接続されるTMR素子4bの強磁性層3bとには、そ
れぞれ、逆の磁界になるデータが書き込まれている。以
下、ワード線WL1につながっているメモリセル52が
選択された場合の読み出し動作について図2および図4
を参照して説明する。
(Reading Operation) As described above, in the data writing operation, the ferromagnetic layer 3a of the TMR element 4a connected to the bit line BL and the inverted bit line / BL.
Data having opposite magnetic fields are written in the ferromagnetic layer 3b of the TMR element 4b connected to the. Hereinafter, the read operation when the memory cell 52 connected to the word line WL1 is selected will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to.

【0078】まず、ワード線WL1(図2参照)が立ち
上がる前には、ワード線WL1は、Lレベルの状態にあ
る。この場合、ワード線WL1に接続されるインバータ
回路のPMOSトランジスタ7がオン状態となるので、
補助ワード線SWL1の電位はVccになる。これによ
り、ノードaの電位もVccになる。また、TMR素子
4aおよび4bは導体であるので、TMR素子4aおよ
び4bの電位もVccになっている。この状態で、Φ5
をHレベルに立ち上げるとともに、プリチャージ回路6
7によりビット線BLおよび反転ビット線/BLをVc
cにプリチャージする。また、ワード線WL1が立ち上
がると、ワード線WL1はロウデコーダ54によってH
レベルに設定されているので、ワード線WL1に接続さ
れるNMOSトランジスタ5aおよび5bはオン状態に
なる。これにより、ビット線BLおよび反転ビット線/
BLと、TMR素子4aおよび4bとが導通状態とな
る。この状態では、ビット線BL、反転ビット線/BL
およびノードaの電位は、Vccである。
First, before the word line WL1 (see FIG. 2) rises, the word line WL1 is in the L level state. In this case, since the PMOS transistor 7 of the inverter circuit connected to the word line WL1 is turned on,
The potential of the auxiliary word line SWL1 becomes Vcc. As a result, the potential of the node a also becomes Vcc. Further, since the TMR elements 4a and 4b are conductors, the potentials of the TMR elements 4a and 4b are also Vcc. In this state, Φ5
Rises to H level and the precharge circuit 6
7, the bit line BL and the inverted bit line / BL are set to Vc
Precharge to c. Further, when the word line WL1 rises, the word line WL1 is set to H by the row decoder 54.
Since it is set to the level, the NMOS transistors 5a and 5b connected to the word line WL1 are turned on. As a result, the bit line BL and the inverted bit line /
BL and the TMR elements 4a and 4b are brought into conduction. In this state, the bit line BL and the inverted bit line / BL
And the potential of the node a is Vcc.

【0079】また、ワード線WL1がHレベルに立ち上
がると、Φ5がLレベルになり、プリチャージ回路67
が切れるとともに、ワード線WL1に接続されるインバ
ータ回路のNMOSトランジスタ6がオン状態となるの
で、補助ワード線SWL1の電位はGND電位に向かっ
て徐々に引き下げられる。これにより、ノードaの電位
もGND電位に徐々に引き下げられる。これにより、ビ
ット線BLおよび反転ビット線/BLの電位もGND電
位に徐々に引き下げられる。ここで、ビット線BL側に
接続されているTMR素子4aは、磁界の向きが上下の
強磁性層3aおよび1aで逆になっているため、反転ビ
ット線/BLに接続されているTMR素子4bに比べて
若干抵抗が高くなっている。
When the word line WL1 rises to the H level, Φ5 goes to the L level, and the precharge circuit 67
Since the NMOS transistor 6 of the inverter circuit connected to the word line WL1 is turned on, the potential of the auxiliary word line SWL1 is gradually lowered toward the GND potential. As a result, the potential of the node a is gradually lowered to the GND potential. As a result, the potentials of the bit line BL and the inverted bit line / BL are gradually lowered to the GND potential. Here, the TMR element 4a connected to the bit line BL side has opposite magnetic field directions in the upper and lower ferromagnetic layers 3a and 1a, so that the TMR element 4b connected to the inverted bit line / BL. The resistance is slightly higher than that of.

【0080】なお、ビット線BLおよび反転ビット線/
BLの電位がGND電位に向かって引き下げられ始めた
タイミングでは、ビット線BLおよび反転ビット線/B
Lと、ノードaとは、微小な電位差であるので、MR比
(抵抗変化率)が一番大きくなる状態となる。
The bit line BL and the inverted bit line /
At the timing when the potential of BL starts to be lowered toward the GND potential, the bit line BL and the inverted bit line / B
Since there is a minute potential difference between L and the node a, the MR ratio (rate of resistance change) becomes the largest.

【0081】ノードaの電位が下がっていくにしたがっ
て、ビット線BLおよび反転ビット線/BLの電位も下
がっていく。この場合、ビット線BL側のTMR素子4
aは若干抵抗が高いので、電位の下がり方が、反転ビッ
ト線/BLに比べて遅くなる。これにより、ビット線B
Lと反転ビット線/BLとの間に電位差が発生する。こ
の電位差が発生したタイミングで、図4に示すように、
ワード線WL1をHレベルからLレベルに立ち下げる。
As the potential of the node a decreases, the potentials of the bit line BL and the inverted bit line / BL also decrease. In this case, the TMR element 4 on the bit line BL side
Since "a" has a slightly high resistance, the potential lowers more slowly than the inverted bit line / BL. As a result, the bit line B
A potential difference occurs between L and the inverted bit line / BL. At the timing when this potential difference occurs, as shown in FIG.
The word line WL1 is lowered from H level to L level.

【0082】このワード線WL1の立ち下げタイミング
は、ノードaの電位がGND電位になる前に行う。これ
は、以下の理由による。すなわち、ビット線BLと反転
ビット線/BLとの電位差は過渡状態の時のみ生じる。
そのため、TMR素子4aおよび4bの強磁性層1aお
よび1bの電位(ノードaの電位)がGND電位になる
と、強磁性層3aおよび3bにそれぞれ接続されるビッ
ト線BLおよび反転ビット線/BLもGND電位にな
る。この場合、ビット線BLと反転ビット線/BLとの
電位差がなくなってしまうので、電位差を検出できなく
なるからである。
The fall timing of the word line WL1 is performed before the potential of the node a becomes the GND potential. This is for the following reason. That is, the potential difference between the bit line BL and the inverted bit line / BL occurs only in the transient state.
Therefore, when the potentials of the ferromagnetic layers 1a and 1b (potential of the node a) of the TMR elements 4a and 4b reach the GND potential, the bit line BL and the inverted bit line / BL connected to the ferromagnetic layers 3a and 3b are also GND. It becomes a potential. In this case, the potential difference between the bit line BL and the inverted bit line / BL disappears, and the potential difference cannot be detected.

【0083】過渡的なタイミングでは、ビット線BLお
よび反転ビット線/BLに電位差が発生するが、TMR
素子4aおよび4bは導体であるので、最終的にはビッ
ト線BLおよび反転ビット線/BLは、同電位になる。
このため、ワード線WL1の立ち下げタイミングに応じ
て、信号線Φ3(図3参照)を立ち下げる。これによ
り、NMOSトランジスタ(分離用トランジスタ)8a
および8bがオフ状態になるので、ビット線BLおよび
反転ビット線/BLと、センスアンプ53とが分離され
る。その後、センスアンプ53のΦ1およびΦ2を立ち
上げることによって、センスアンプ53を活性化させ
る。これにより、センスアンプ53側のビット線BLと
センスアンプ53側の反転ビット線/BLとの電位差は
増幅され、それぞれ、VccとGNDとに分かれる。こ
のようにして、データの読み出し動作を行う。
At a transitional timing, a potential difference occurs between the bit line BL and the inverted bit line / BL, but TMR
Since the elements 4a and 4b are conductors, the bit line BL and the inverted bit line / BL finally have the same potential.
Therefore, the signal line Φ3 (see FIG. 3) is lowered according to the falling timing of the word line WL1. As a result, the NMOS transistor (isolation transistor) 8a
And 8b are turned off, the bit line BL and the inverted bit line / BL are separated from the sense amplifier 53. After that, the sense amplifier 53 is activated by raising Φ1 and Φ2 of the sense amplifier 53. As a result, the potential difference between the bit line BL on the sense amplifier 53 side and the inverted bit line / BL on the sense amplifier 53 side is amplified and divided into Vcc and GND, respectively. In this way, the data read operation is performed.

【0084】なお、信号線Φ3の立ち下げタイミング
で、Φ5を立ち上げるとともに、プリチャージ回路67
をオンさせてビット線BLおよび反転ビット線/BLを
Vccにプリチャージしておく。
Note that Φ5 is raised at the falling timing of the signal line Φ3, and the precharge circuit 67
Is turned on to precharge the bit line BL and the inverted bit line / BL to Vcc.

【0085】(第2実施形態)図5は、本発明の第2実
施形態によるMRAMの全体構成を示したブロック図で
ある。図6は、図5に示した第2実施形態によるMRA
Mのメモリセルアレイ部および電流経路制御回路部を示
した回路図である。図5および図6を参照して、この第
2実施形態は、上記第1実施形態と異なり、メモリセル
が1つのトランジスタと1つのTMR素子とによって構
成されている場合についての適用例である。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of an MRAM according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 shows an MRA according to the second embodiment shown in FIG.
3 is a circuit diagram showing a memory cell array unit of M and a current path control circuit unit. FIG. 5 and 6, the second embodiment is an application example of a case where the memory cell is configured by one transistor and one TMR element, which is different from the first embodiment.

【0086】すなわち、この第2実施形態では、図5に
示すように、1つのメモリセル92は、1つのトランジ
スタ5aと1つのTMR素子4aとによって構成されて
いる。そして、この第2実施形態では、各ビット線BL
に対応する補助ビット線SBLを設ける。なお、補助ビ
ット線SBLは、本発明の「ペア線」の一例である。
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 5, one memory cell 92 is composed of one transistor 5a and one TMR element 4a. Then, in the second embodiment, each bit line BL
A corresponding auxiliary bit line SBL is provided. The auxiliary bit line SBL is an example of the “pair line” in the present invention.

【0087】また、この第2実施形態では、電流経路制
御回路70とカラムデコーダ60との間に、ラッチ83
を設けている。このラッチ83は、カラムデコーダ60
からの書き込みデータを保持する機能を有するととも
に、図3に示した第1実施形態によるセンスアンプ53
と同様の回路構成を有する。なお、ラッチ83は、本発
明の「ラッチ回路」の一例である。
Further, in the second embodiment, the latch 83 is provided between the current path control circuit 70 and the column decoder 60.
Is provided. The latch 83 is used for the column decoder 60.
3 and the sense amplifier 53 according to the first embodiment shown in FIG.
It has the same circuit configuration as. The latch 83 is an example of the “latch circuit” in the present invention.

【0088】また、この第2実施形態では、参照ビット
線BLrおよび補助参照ビット線SBLrを設けてい
る。参照ビット線BLrは、1つの抵抗素子14aと1
つのNMOSトランジスタ5aとからなる参照メモリセ
ル93を、ワード線WL毎に含んでいる。参照メモリセ
ル93の抵抗素子14aは、磁化方向が平行な時のTM
R素子4aの抵抗値と、磁化方向が反平行な時のTMR
素子4aの抵抗値との中間の抵抗値Rrを有する。参照
ビット線BLrおよび補助参照ビット線SBLrは、プ
リチャージ回路59を介してセンスアンプ57aに接続
されている。また、この第2実施形態では、センスアン
プ57aには、センスアンプ制御回路65aが接続され
ている。また、I/O線および/I/O線も、プリチャ
ージ回路59を介してセンスアンプ57aに接続されて
いる。
Also, in the second embodiment, the reference bit line BLr and the auxiliary reference bit line SBLr are provided. The reference bit line BLr has one resistance element 14a and one resistance element 14a.
A reference memory cell 93 including one NMOS transistor 5a is included for each word line WL. The resistance element 14a of the reference memory cell 93 is TM when the magnetization directions are parallel.
TMR when the resistance value of the R element 4a and the magnetization direction are antiparallel
It has a resistance value Rr intermediate to the resistance value of the element 4a. The reference bit line BLr and the auxiliary reference bit line SBLr are connected to the sense amplifier 57a via the precharge circuit 59. Further, in the second embodiment, a sense amplifier control circuit 65a is connected to the sense amplifier 57a. Further, the I / O line and the / I / O line are also connected to the sense amplifier 57a via the precharge circuit 59.

【0089】なお、第2実施形態における電流経路制御
回路70の内部構成は、図3に示した第1実施形態によ
る電流経路制御回路70の内部構成と同様である。ま
た、第2実施形態によるMRAMのその他の構成は、第
1実施形態と同様である。
The internal structure of the current path control circuit 70 in the second embodiment is the same as the internal structure of the current path control circuit 70 according to the first embodiment shown in FIG. The other configurations of the MRAM according to the second embodiment are similar to those of the first embodiment.

【0090】第2実施形態では、上記のように、各ビッ
ト線BLとペアになる補助ビット線SBLを設けること
によって、メモリセル92が1つのトランジスタ5aと
1つのTMR素子4aとから構成される場合にも、電流
経路制御回路70を用いて、各ビット線の電流経路を接
続することが可能となるので、書き込み時に各ビット線
を1つの電流経路として書き換え電流を流すことができ
る。これにより、各ビット線毎に書き換え電流を流す場
合に比べて、少ない消費電流でデータの書き換えを行う
ことができる。
In the second embodiment, the memory cell 92 is composed of one transistor 5a and one TMR element 4a by providing the auxiliary bit line SBL paired with each bit line BL as described above. Also in this case, the current path control circuit 70 can be used to connect the current paths of the respective bit lines, so that the rewriting current can be passed through each bit line as one current path during writing. As a result, it is possible to rewrite data with less current consumption as compared with the case where a rewrite current is supplied to each bit line.

【0091】(書き込み動作)具体的な書き込み動作
(書き換え動作)は、上記した第1実施形態と同様であ
る。すなわち、この第2実施形態によるMRAMの書き
込み動作では、図6に示すように、カラムデコーダ60
を動作させながら、ラッチ83に書き込みデータをスト
アしていく。ビット線BL0には、Hレベルが、ビット
線BL1にはLレベルが、ビット線BLnにはLレベル
がストアされた場合について説明する。
(Write Operation) The specific write operation (rewrite operation) is the same as in the first embodiment described above. That is, in the write operation of the MRAM according to the second embodiment, as shown in FIG.
The write data is stored in the latch 83 while operating. The case where the H level is stored in the bit line BL0, the L level is stored in the bit line BL1, and the L level is stored in the bit line BLn will be described.

【0092】まず、第1実施形態と同様の方法を用い
て、補助ワード線SWL1に、上から下に向かって電流
を流す。
First, using the same method as in the first embodiment, a current is passed through the auxiliary word line SWL1 from top to bottom.

【0093】その一方、図6に示すように、BL0、B
L1およびBLnが、それぞれ、Hレベル、Lレベル、
Lレベルであることから、反転ビット線/BL0、/B
L1および/BLnは、それぞれ、Lレベル、Hレベ
ル、Hレベルとなる。この場合、スイッチングトランジ
スタTr1はオン状態になるとともに、スイッチングト
ランジスタTr2はオフ状態になる。また、スイッチン
グトランジスタTr6がオン状態になるとともに、スイ
ッチングトランジスタTr3〜Tr5は、オフ状態にな
る。また、スイッチングトランジスタTr7はオン状態
となるとともに、スイッチングトランジスタTr8はオ
フ状態となる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, BL0, B
L1 and BLn are H level, L level,
Since it is at L level, inverted bit lines / BL0, / B
L1 and / BLn become L level, H level, and H level, respectively. In this case, the switching transistor Tr1 is turned on and the switching transistor Tr2 is turned off. Further, the switching transistor Tr6 is turned on, and the switching transistors Tr3 to Tr5 are turned off. Further, the switching transistor Tr7 is turned on and the switching transistor Tr8 is turned off.

【0094】上記のスイッチングトランジスタTr1〜
Tr8の状態によって、各ビット線(BL0、BL1、
・・・、BLn)の電流経路が接続されるので、図6に
示す太線のように、ビット線には電流が一筆書き状に流
れる。すなわち、電流経路制御回路70によって、各ビ
ット線の電流経路が接続されるので、各ビット線に1つ
の電流経路として書き換え電流を流すことができる。こ
れにより、SWL1の電流による磁界と個々のビット線
に流れる電流の向きによって生じる磁界の合成磁界によ
って、選択された補助ワード線SWL1と交差する全て
のセルが書き換えられる。なお、各ビット線対BL、/
BLには、互いに逆方向の電流が流れる。
The above switching transistors Tr1 to Tr1
Depending on the state of Tr8, each bit line (BL0, BL1,
, BLn), the current flows in a single stroke in the bit line, as indicated by the thick line in FIG. That is, since the current path of each bit line is connected by the current path control circuit 70, the rewrite current can be passed to each bit line as one current path. As a result, all the cells intersecting with the selected auxiliary word line SWL1 are rewritten by the combined magnetic field of the magnetic field generated by the current of SWL1 and the magnetic field generated by the direction of the current flowing through each bit line. Each bit line pair BL, /
Currents flowing in mutually opposite directions flow through BL.

【0095】(読み出し動作)次に、図5および図6を
参照して、ワード線WL1とビット線BL2とにつなが
っているメモリセル92が選択された場合の読み出し動
作について説明する。
(Read Operation) Next, the read operation when the memory cell 92 connected to the word line WL1 and the bit line BL2 is selected will be described with reference to FIGS.

【0096】まず、初期状態としては、各ビット線BL
と、補助ワード線SWLと、I/O線と、参照ビット線
BLrとは、Vcc(Hレベル)になっている。その
後、各ビット線BLおよび各補助ワード線SWLは、V
cc状態のフローティング状態となる。そして、アドレ
スがローデコーダ54に入力されるとともに、信号線Φ
6がHレベルに活性化されることによって、AND回路
11の出力がHレベルになるので、選択されたワード線
WL1がHレベルに立ち上がる。また、AND回路11
に入力される選択されたワード線WL1がHレベルにな
ることによって、選択されたワード線WL1に対応する
補助ワード線SWL1に接続されるNMOSトランジス
タ6がオン状態になる。これにより、Vcc状態のフロ
ーティング状態となっていた補助ワード線SWL1がV
ccから徐々に接地電位(Vss)に降下し始める。
First, as an initial state, each bit line BL
The auxiliary word line SWL, the I / O line, and the reference bit line BLr are at Vcc (H level). After that, each bit line BL and each auxiliary word line SWL is set to V
The cc state becomes the floating state. Then, the address is input to the row decoder 54 and the signal line Φ
When 6 is activated to H level, the output of the AND circuit 11 becomes H level, and the selected word line WL1 rises to H level. Also, the AND circuit 11
When the selected word line WL1 input to is set to the H level, the NMOS transistor 6 connected to the auxiliary word line SWL1 corresponding to the selected word line WL1 is turned on. As a result, the auxiliary word line SWL1 which has been in the floating state of Vcc is V
From cc, it gradually starts to drop to the ground potential (Vss).

【0097】この時、カラムデコーダ60に入力された
アドレスにより、I/O線および/I/O線には、それ
ぞれ、ビット線BL2と補助ビット線SBLとが接続さ
れる。なお、参照ビット線BLrと補助参照ビット線S
BLrとはプリチャージ回路59に接続されている。こ
の状態で、補助ワード線SWL1が、Vccから接地電
位(Vss)に向かって降下し始めると、ビット線BL
2および参照ビット線BLrも、Vccから接地電位
(Vss)に降下し始める。これにより、センスアンプ
57aの入力であるI/O線および参照ビット線BLr
も、Vccから接地電位(Vss)に向かって下がり始
める。
At this time, the bit line BL2 and the auxiliary bit line SBL are connected to the I / O line and the / I / O line, respectively, by the address input to the column decoder 60. The reference bit line BLr and the auxiliary reference bit line S
BLr is connected to the precharge circuit 59. In this state, when the auxiliary word line SWL1 starts to drop from Vcc toward the ground potential (Vss), the bit line BL
2 and the reference bit line BLr also start to drop from Vcc to the ground potential (Vss). As a result, the I / O line and the reference bit line BLr which are the inputs of the sense amplifier 57a
Also starts to drop from Vcc toward the ground potential (Vss).

【0098】この場合、選択されたメモリセル52のT
MR素子4aの抵抗値は、磁化方向が平行な状態である
とすると、参照ビット線BLrの抵抗素子14aの抵抗
値Rrよりも小さい。このため、ビット線BL2に繋が
るI/O線と、参照ビット線BLrとは、Vccから接
地電位(Vss)に向かって下がる速度が異なる。具体
的には、ビット線BL2に繋がるI/O線の方が参照ビ
ット線BLrよりも速く立ち下がろうとするため、ビッ
ト線BL2に繋がるI/O線と参照ビット線BLrとに
は電位差が生じる。
In this case, the T of the selected memory cell 52 is
The resistance value of the MR element 4a is smaller than the resistance value Rr of the resistance element 14a of the reference bit line BLr, assuming that the magnetization directions are parallel. Therefore, the I / O line connected to the bit line BL2 and the reference bit line BLr have different speeds of falling from Vcc toward the ground potential (Vss). Specifically, since the I / O line connected to the bit line BL2 tries to fall faster than the reference bit line BLr, a potential difference is generated between the I / O line connected to the bit line BL2 and the reference bit line BLr. Occurs.

【0099】なお、電位差が発生したことは、適当なタ
イミングで検知される。この検知により、センスアンプ
57aが活性化される。そして、活性化されたセンスア
ンプ57aを用いて、ビット線BL2に繋がるI/O線
と参照ビット線BLrとに生じた電位差を増幅すること
によって、ビット線BL2に繋がるI/O線がLレベル
になるとともに、参照ビット線BLrがHレベルにな
る。そして、それに対応する信号を出力回路58から出
力する。
The occurrence of the potential difference is detected at an appropriate timing. By this detection, the sense amplifier 57a is activated. Then, the activated sense amplifier 57a is used to amplify the potential difference generated between the I / O line connected to the bit line BL2 and the reference bit line BLr, so that the I / O line connected to the bit line BL2 is at the L level. And the reference bit line BLr goes high. Then, the corresponding signal is output from the output circuit 58.

【0100】一方、選択されたメモリセルに、磁化方向
が反平行の場合のデータが記憶されている場合は、選択
されたメモリセル52のTMR素子4aの抵抗値より
も、参照ビット線BLrに繋がる抵抗素子14aの抵抗
値Rrの方が小さくなるため、上記の場合とは逆に、参
照ビット線BLrの方がビット線BL2に繋がるI/O
線よりも速く立ち下がろうとする。この電位差をセンス
アンプ57aを用いて増幅すれば、I/O線がHレベル
で、参照ビット線BLrがLレベルになる。
On the other hand, when the selected memory cell stores the data when the magnetization directions are antiparallel, the reference bit line BLr is set to the reference bit line BLr rather than the resistance value of the TMR element 4a of the selected memory cell 52. Since the resistance value Rr of the connected resistance element 14a is smaller, the reference bit line BLr is the I / O connected to the bit line BL2, contrary to the above case.
Trying to fall faster than the line. If this potential difference is amplified using the sense amplifier 57a, the I / O line becomes H level and the reference bit line BLr becomes L level.

【0101】なお、I/O線と参照ビット線BLrとの
電位差をセンスアンプ57aにより検出するタイミング
は、ビット線BL2および参照ビット線BLrの電位が
GND電位になる前に行う。これは、以下の理由によ
る。過渡的なタイミングでは、ビット線BLおよび参照
ビット線BLrに電位差が発生するが、TMR素子4a
および抵抗素子14aは導体であるので、最終的にはビ
ット線BLおよび参照ビット線BLrは、同電位にな
る。
The timing for detecting the potential difference between the I / O line and the reference bit line BLr by the sense amplifier 57a is performed before the potentials of the bit line BL2 and the reference bit line BLr reach the GND potential. This is for the following reason. At the transitional timing, a potential difference occurs between the bit line BL and the reference bit line BLr, but the TMR element 4a
Since the resistance element 14a and the resistance element 14a are conductors, the bit line BL and the reference bit line BLr finally have the same potential.

【0102】第2実施形態では、上記のように、1つの
TMR素子4aと、1つのNMOSトランジスタ5aと
によって1つのメモリセル52を構成するとともに、1
つのTMR素子4aに接続されるビット線BLと参照ビ
ット線BLrとの電位差をセンスアンプ57aを用いて
検出することによって、容易にデータの読み出しを行う
ことができる。
In the second embodiment, as described above, one TMR element 4a and one NMOS transistor 5a constitute one memory cell 52, and
Data can be easily read by detecting the potential difference between the bit line BL connected to one TMR element 4a and the reference bit line BLr using the sense amplifier 57a.

【0103】なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
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。
It should be understood that the embodiments disclosed this time are examples in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

【0104】たとえば、上記実施形態では、メモリセル
を構成する記憶素子として、TMR素子を用いたが、本
発明はこれに限らず、強磁性トンネル効果を示す記憶素
子であれば、TMR素子以外の記憶素子も用いることが
可能である。また、強磁性トンネル効果を示す記憶素子
以外の磁気抵抗効果を示す記憶素子を用いても、上記実
施形態と同様の効果を得ることができる。
For example, although the TMR element is used as the memory element forming the memory cell in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and any memory element other than the TMR element can be used as long as the memory element exhibits the ferromagnetic tunnel effect. A memory element can also be used. Further, the same effect as in the above embodiment can be obtained by using a memory element exhibiting a magnetoresistive effect other than the memory element exhibiting a ferromagnetic tunnel effect.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、各ビッ
ト線毎に書き換え電流を流す場合に比べて少ない消費電
流でデータの書き換えを行うことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to rewrite data with a smaller current consumption as compared with the case where a rewriting current is supplied to each bit line.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態によるMRAMの全体構
成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an MRAM according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した第1実施形態のMRAMのメモリ
セル部の構成を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell portion of the MRAM of the first embodiment shown in FIG.

【図3】図1および図2に示した第1実施形態によるM
RAMのメモリセルアレイ部および電流経路制御回路部
を示した回路図である。
FIG. 3 shows the M according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a memory cell array unit and a current path control circuit unit of RAM.

【図4】図1および図2に示した第1実施形態のMRA
Mの読み出し動作を説明するための動作波形図である。
FIG. 4 is an MRA of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 7 is an operation waveform diagram for explaining a read operation of M.

【図5】本発明の第2実施形態によるMRAMの全体構
成を示したブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of an MRAM according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した第2実施形態のMRAMのメモリ
セルアレイ部および電流経路制御回路部を示した回路図
である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a memory cell array unit and a current path control circuit unit of the MRAM of the second embodiment shown in FIG.

【図7】従来のMRAMの記憶素子の構成を説明するた
めの概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a configuration of a storage element of a conventional MRAM.

【図8】従来のMRAMの記憶素子の構成を説明するた
めの概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a configuration of a storage element of a conventional MRAM.

【図9】従来のMRAMの全体構成を示したブロック図
である。
FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of a conventional MRAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4a、4b TMR素子 5a、5b NMOSトランジスタ 51 メモリセルアレイ 52、92 メモリセル 53 センスアンプ 83 ラッチ(ラッチ回路) 60 カラムデコーダ 70 電流経路制御回路 71、72 NAND回路(論理回路) 73、74、75、76、77、78 AND回路(論
理回路) Tr1〜Tr8 スイッチングトランジスタ(スイッチ
ング素子)
4a, 4b TMR elements 5a, 5b NMOS transistor 51 memory cell array 52, 92 memory cell 53 sense amplifier 83 latch (latch circuit) 60 column decoder 70 current path control circuits 71, 72 NAND circuit (logic circuit) 73, 74, 75, 76, 77, 78 AND circuit (logic circuit) Tr1 to Tr8 switching transistor (switching element)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1ビット線と、 前記第1ビット線とは独立した電流経路を有する第2ビ
ット線とを備え、 前記第1ビット線と前記第2ビット線との書き込み電流
経路を共通化する、記憶装置。
1. A first bit line and a second bit line having a current path independent of the first bit line, wherein a common write current path for the first bit line and the second bit line is provided. Storage device.
【請求項2】 第1ビット線と、 前記第1ビット線と対をなす第1ペア線と、 第2ビット線と、 前記第2ビット線と対をなす第2ペア線と、 前記第1ビット線および前記第1ペア線のいずれかと、
前記第2ビット線および前記第2ペア線とのいずれかと
を書き込み時に接続することによって、前記第1ビット
線と前記第2ビット線との電流経路を接続する電流経路
制御回路とを備えた、記憶装置。
2. A first bit line, a first pair line paired with the first bit line, a second bit line, a second pair line paired with the second bit line, and the first bit line. A bit line and one of the first pair lines,
A current path control circuit for connecting a current path between the first bit line and the second bit line by connecting either the second bit line or the second pair line during writing. Storage device.
【請求項3】 前記第1ビット線に対する書き込みデー
タを記憶するための第1ラッチ回路と、 前記第2ビット線に対する書き込みデータを記憶するた
めの第2ラッチ回路とをさらに備え、 前記第1ラッチ回路および前記第2ラッチ回路の出力に
基づいて、前記第1ビット線の電流経路と前記第2ビッ
ト線の電流経路とを接続する、請求項1または2に記載
の記憶装置。
3. A first latch circuit for storing write data for the first bit line, and a second latch circuit for storing write data for the second bit line, the first latch The memory device according to claim 1, wherein the current path of the first bit line and the current path of the second bit line are connected to each other based on an output of a circuit and the second latch circuit.
【請求項4】 前記電流経路制御回路は、 前記第1ラッチ回路および前記第2ラッチ回路の出力に
基づいて動作する論理回路と、 前記論理回路の出力に基づいてオンオフ制御されるスイ
ッチング素子とを含む、請求項2または3に記載の記憶
装置。
4. The current path control circuit includes a logic circuit that operates based on the outputs of the first latch circuit and the second latch circuit, and a switching element that is on / off controlled based on the output of the logic circuit. The storage device according to claim 2, comprising:
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