JP2004118921A - 磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チューニング情報を記憶する情報記憶部は、複数の磁性素子&ラッチ回路から構成される。磁性素子&ラッチ回路17は、磁気抵抗効果素子M1,bM1を有し、これにチューニング情報が記憶される。磁気抵抗効果素子M1,bM1には、相補のデータが記憶される。電源投入後、パワーオン検知回路は、ラッチ信号LATCH1,LATCH2を出力する。ラッチ信号LATCH1が“H”になると、チューニング情報は、ラッチ回路に転送される。ラッチ信号LATCH2が“H”になると、このチューニング情報は、ラッチ回路にラッチされ、内部回路に供給される。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子を記憶素子として用いる磁気ランダムアクセスメモリ (Magnetic Random Access Memory; MRAM) に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、磁気抵抗効果を利用してデータを不揮発に記憶する磁気ランダムアクセスメモリの研究、開発が頻繁に行われている。磁気ランダムアクセスメモリの特徴の一つは、素子の微細化、高集積化が可能であることにある。
【0003】
しかし、素子の微細化、高集積化が進んでくると、製造時におけるパターンのずれ、素子形状のばらつきなどに起因する内部回路の動作特性のばらつきが大きくなってくる。
【0004】
そこで、磁気ランダムアクセスメモリでは、内部回路の動作特性を検査し、そのばらつきを確認した後、このばらつきに基づいて、内部回路の動作特性のばらつきを小さくするための条件、即ち、チューニング情報を、チップ内の情報記憶部にプログラムすることが行われている。
【0005】
なお、チューニング情報は、パワーオン時に、情報記憶部から読み出され、このチューニング情報に基づき、内部回路の動作条件、例えば、内部電源電位(DC電位)の値、書き込み電流の値、センスアンプにおけるリファレンス電位の値、センスタイミングなどが決定される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気ランダムアクセスメモリでは、内部回路の動作特性を調整するためのトリミング情報、不良セルを冗長セルに置き換えるためのリダンダンシ情報や、磁気ランダムアクセスメモリのID情報などは、フューズ素子にプログラムされる。
【0007】
フューズ素子に対する情報のプログラミング方法としては、レーザによりフューズ素子を切断する方法と、過大電流又は過大電圧によりフューズを電気的に切断する方法(E−FUSE)とがある。
【0008】
レーザを用いてフューズ素子を切断する方法の場合、パッケージング後にフューズの切断を行うことができないため、当然に、パッケージング前のウェハ状態において、チューニング情報をフューズ素子にプログラムしなければならない。このため、この方法では、ウェハ状態で、動作特性のテストを行うことができる内部回路の調整のみしか行うことができない。
【0009】
過大電流を用いてフューズ素子を切断する方法の場合、パッケージの外部端子からフューズ素子に過大電流を与えて、フューズ素子を溶断する。また、過大電圧を用いる方法の場合、パッケージの外部端子からフューズ素子に過大電圧を与えて、絶縁破壊を起こし、フューズ素子に情報を記憶させる。
【0010】
しかし、過大電流又は過大電圧によりフューズ素子を電気的に切断する方法も含めて、フューズ素子に情報をプログラムする場合、一度、フューズ素子に情報をプログラムしてしまうと、再度、プログラムし直すことができない、という問題がある。
【0011】
ところで、磁気ランダムアクセスメモリでは、メモリセルは、不揮発にデータを記憶すると共に、メモリセルのデータは、電気的に、何度も、書き換えることができる。従って、メモリセルアレイ内のメモリセルの一部に、チューニング情報をプログラムすることも可能である。
【0012】
しかし、この場合、チューニング情報の書き込み/読み出しのために、通常データの書き込み/読み出しに使用する書き込み/読み出し回路を使用しなければならない。このため、書き込み/読み出し回路自体は、チューニング情報によらず、常に、正確に動作するように、設計、製造されなければならない。
【0013】
言い換えれば、書き込み/読み出し回路の特性は、チューニング情報に基づいて調整することができないため、常に、正確に読み出さなければならないチューニング情報を、正確に、読み出すことができない可能性も生じる。
【0014】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、パッケージング後に、チューニング情報の書き込みを繰り返し行うことができると共に、パワーオン時に、このチューニング情報を正確に読み出すことができる磁気ランダムアクセスメモリを提案することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、磁性層を有する第1素子をメモリセルとしたメモリセルアレイと、メモリセルに対するデータ書き込み/読み出し動作を含むメモリ動作を制御する内部回路と、メモリセルアレイとは別個に設けられ、内部回路のテスト結果に基づく内部回路の動作特性を決定する情報を不揮発に記憶する情報記憶部とを備え、情報記憶部は、磁性層を有する第2素子を、内部回路の動作特性を決定する情報を記憶するための記憶素子として使用する。
【0016】
第1及び第2素子は、構造が実質的に同じで、サイズが異なっていてもよい。第2素子のサイズは、第1素子のサイズよりも大きくてもよい。第1及び第2素子は、TMR素子及びGMR素子のうちの1つから構成することもできる。
【0017】
第1素子は、磁性層の磁化の向きに応じた抵抗値の変化を利用してデータを記憶するように構成してもよい。第2素子は、磁性層の磁化の向きに応じた抵抗値の変化を利用して内部回路の動作特性を決定する情報を記憶してもよいし、トンネルバリアの破壊の有無を利用して内部回路の動作特性を決定する情報を記憶してもよい。
【0018】
情報記憶部は、磁性層を有する第3素子を有していてもよいし、少なくとも第2及び第3素子を用いて1ビットデータを記憶してもよい。
【0019】
情報記憶部は、メモリチップの動作特性に関するトリミング情報、メモリセルアレイ内の不良ビットの救済に関するリダンダンシイ情報、又は、メモリチップのID情報を記憶できる。
【0020】
情報記憶部が半導体素子から構成から構成されるラッチ回路を有する場合、内部回路の動作特性を決定する情報は、電源投入直後にラッチ回路にラッチし、内部回路に供給してもよい。
【0021】
情報記憶部が半導体素子から構成されるロジック回路を有する場合、内部回路の動作特性を決定する情報は、電源投入直後にロジック回路を経由して内部回路に供給してもよい。
【0022】
第2素子に対するプログラミングは、例えば、メモリチップの外部に設けられるドライバを用いて実行できる。ドライバは、プログラミングのための磁界を発生させる書き込み電流を生成する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の磁気ランダムアクセスメモリについて詳細に説明する。
【0024】
1. 第1実施の形態
図1は、本発明の第1実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図である。
【0025】
メモリチップ10内には、磁気抵抗効果素子をメモリセルとするMRAMメモリセルアレイ11、アドレスデコード部12、データバッファ部13、パワーオン検知回路14、電位生成回路15及び情報記憶部16が配置される。
【0026】
アドレスデコード部12は、アドレス信号ADD1〜ADDxを受け、このアドレス信号ADD1〜ADDxに基づいて、メモリセルアレイ11内のメモリセルをランダムアクセスする機能を有する。アドレスデコード部12は、例えば、書き込み/読み出し動作時に、書き込み/読み出しワード線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0027】
データバッファ部13は、例えば、書き込み動作時に、書き込みデータDATAを受け、書き込みデータDATAに基づいて、書き込みビット線に流す書き込み電流の向きを決定する機能を有する。データバッファ部13は、書き込み動作時に、書き込みビット線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0028】
また、データバッファ部13は、例えば、読み出し動作時に、メモリセルアレイ11からの読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅し、読み出しデータDATAをメモリチップ10の外部に出力する機能を有する。データバッファ部13は、読み出し動作時に、読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅するためのセンスアンプを含む。
【0029】
パワーオン検知回路14は、メモリチップ10を含むシステムに電源が投入され、メモリチップ10に外部電源電位Vccが供給されたことを検知する機能を有する。即ち、パワーオン検知回路14は、外部電源電位Vccを検知すると、電位生成回路15に検知信号を出力すると共に、情報記憶部16にラッチ信号LATCH1,LATCH2を出力する。
【0030】
電位生成回路15は、検知信号を受けると、内部電源電位(DC電位)Vddを生成する。内部電源電位Vddは、例えば、アドレスデコード部12及びデータバッファ部13に供給される。
【0031】
情報記憶部16は、内部回路の動作特性を調整するためのトリミング情報、不良セルを冗長セルに置き換えるためのリダンダンシ情報や、磁気ランダムアクセスメモリのID情報などを記憶する記憶素子を有している。記憶素子は、磁気抵抗効果素子、即ち、磁性層の磁化の向きに応じて抵抗値が変化する素子(TMR素子,GMR素子など)から構成される。
【0032】
記憶素子は、メモリセルアレイ11内のメモリセルに対して、構造及びサイズが実質的に同一であってもよい。また、チューニング情報は、正確かつ確実に読み出すことが最優先される。よって、記憶素子は、加工時の形状のばらつきに起因する動作特性のばらつきを抑えるために、メモリセルアレイ11内のメモリセルに対して、構造のみを同じとし、サイズを大きく設定するようにしてもよい。
【0033】
情報記憶部16は、電源が投入され、パワーオン検知回路14から出力されるラッチ信号LATCH1,LATCH2を受けると、記憶素子に記憶されたトリミング信号TRM1,TRM2,TRM3をラッチし、かつ、このトリミング信号TRM1,TRM2,TRM3をメモリチップ10内の内部回路に供給する。
【0034】
本例では、トリミング信号TRM1は、電位生成回路15に供給され、トリミング信号TRM2は、アドレスデコード部12に供給され、トリミング信号TRM3は、データバッファ部13に供給される。
【0035】
トリミング信号TRM1は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、内部電源電位Vddの値を調整する信号であり、電位生成回路15は、このトリミング信号TRM1に基づいて、内部電源電位Vddの値を決定する。
【0036】
トリミング信号TRM2は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、書き込みワード線電流の値及び供給/遮断タイミングを調整する信号であり、アドレスデコード部12は、このトリミング信号TRM2に基づいて、書き込みワード線電流の値及び供給/遮断タイミングを決定する。
【0037】
トリミング信号TRM3は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、書き込みビット線電流の値及び供給/遮断タイミングを調整する信号であり、データバッファ部13は、このトリミング信号TRM3に基づいて、書き込みビット線電流の値及び供給/遮断タイミングを決定する。
【0038】
図2は、情報記憶部16の構造例を示している。図3は、図2の磁性素子&ラッチ回路nの回路例を示している。
【0039】
情報記憶部16は、複数の磁性素子&ラッチ回路1,2,3、・・・nから構成される。磁性素子&ラッチ回路1,2,3、・・・nは、全て、実質的に同じ回路構造を有している。
【0040】
なお、トリミング信号TRM1,TRM2,TRM3は、1つの磁性素子&ラッチ回路により生成される場合もあるし、2つ以上の磁性素子&ラッチ回路により生成される場合もある。
【0041】
M1,bM1は、磁性層の磁化の向きにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子(TMR素子,GMR素子など)である。本例では、1つの磁性素子&ラッチ回路には、1ビットデータが記憶される。つまり、1ビットデータは、2つの磁気抵抗効果素子M1,bM1により記憶される。
【0042】
このように、2つの記憶素子を用いて1ビットデータを記憶するようにしたのは、1つの記憶素子で1ビットデータを記憶するメモリセルアレイ内のメモリセルの信号量よりも大きな信号量を得られるようにして、チューニング情報を、正確かつ確実に読み出すためである。
【0043】
なお、磁気抵抗効果素子(記憶素子)M1,bM1のサイズに関しては、上述のように、メモリセルアレイ内のメモリセルより大きく設定してもよい。
【0044】
磁気抵抗効果素子M1,bM1は、基本的には、図4に示すように、1つの絶縁層(トンネルバリア)と、これを挟み込む2つの磁性層と、一方の磁性層に接触する反磁性層とから構成される。
【0045】
また、図5に示すように、磁気抵抗効果素子の2つの磁性層の磁化の向きが同じになったとき(平行)、抵抗値は、最も低くなり(例えば、R−ΔR)、磁気抵抗効果素子の2つの磁性層の磁化の向きが逆になったとき(反平行)、抵抗値は、最も高くなる(例えば、R+ΔR)。
【0046】
本例の場合、磁気抵抗効果素子M1,bM1の磁化状態を、互いに異なるように設定することで、1ビットデータを記憶する。
【0047】
例えば、磁性素子&ラッチ回路n内に“1”データをプログラムする場合には、磁気抵抗効果素子M1の磁化状態を平行(抵抗値R−ΔR)にし、磁気抵抗効果素子bM1の磁化状態を反平行(抵抗値R+ΔR)にする。磁性素子&ラッチ回路n内に“0”データをプログラムする場合には、磁気抵抗効果素子M1の磁化状態を反平行(抵抗値R+ΔR)にし、磁気抵抗効果素子bM1の磁化状態を平行(抵抗値R−ΔR)にする。
【0048】
このように、2つの磁気抵抗効果素子M1,bM1により1ビットデータを記憶すれば、“1”データを読み出すときの信号量と“0”データを読み出すときの信号量との差を、1つの磁気抵抗効果素子M1,bM1により1ビットデータを記憶する場合に比べて、大きくすることができる。
【0049】
なお、磁気抵抗効果素子M1,bM1は、それぞれ、例えば、図4に示す記憶素子をm(mは、1以上の数)個直列接続した直列抵抗体から構成することもできる。この場合、“1”データを記憶するときのノードn1の電位と“0”データを記憶するときのノードn1の電位との差は、(m・ΔR)・Vdd/Rとなる。つまり、mを増やすほど、信号量の差を大きくできる。
【0050】
ラッチ回路は、フリップフロップ接続されたインバータI1及びクロックドインバータCI1から構成される。
【0051】
磁気抵抗効果素子M1,bM1とラッチ回路の入力ノードとの間には、NチャネルMOSトランジスタNT1が接続される。ラッチ回路の出力ノードには、インバータI2が接続される。インバータI2の出力信号OUTは、トリミング信号TRMiとなる。
【0052】
図6は、図3の磁性素子&ラッチ回路nの動作波形を示している。
電源が投入されると、パワーオン検知回路14(図1参照)は、まず、ラッチ信号(パルス信号)LATCH1を出力する。
【0053】
ラッチ信号LATCH1が“H”の期間、ノードn1は、ラッチ回路に電気的に接続される。よって、磁気抵抗効果素子M1,bM1にプログラムされたデータは、ラッチ回路に転送される。
【0054】
この後、パワーオン検知回路14(図1参照)は、ラッチ信号LATCH2を“H”にする。ラッチ信号LATCH2が“H”になると、磁気抵抗効果素子M1,bM1から読み出されたデータがラッチ回路にラッチされる。
【0055】
図7は、本発明に関わるパワーオンシーケンスを示している。
電源が投入された後、ラッチ信号が生成される(ステップST1〜ST2)。
【0056】
ラッチ回路は、ラッチ信号を受けると、トリミング情報をラッチし、かつ、このトリミング情報を内部回路に供給する(ステップST3)。
【0057】
この後、電位生成回路は、トリミング情報を受けて、内部電源電位(DC電位)Vddを生成する(ステップST4)。
【0058】
そして。内部電源電位Vddが内部回路に供給され、メモリ動作が開始される(ステップST5)。
【0059】
以上、説明したように、本発明の第1実施の形態によれば、チューニング情報のプログラムのために、磁性層の磁化の向きで抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を使用している。このため、パッケージング後に、チューニング情報の書き込みを繰り返し行うことができる。
【0060】
また、チューニング情報を記憶する磁気抵抗効果素子は、形状のばらつきに影響されないサイズ、即ち、データを正確かつ確実に読み出すために必要なサイズ、例えば、メモリセルよりも大きなサイズに設定される。また、1ビットデータを2つの磁気抵抗効果素子で記憶し、“1”/“0”データの信号量の差を大きくしている。よって、パワーオン時に、チューニング情報を正確に読み出すことができる。
【0061】
なお、図1及び図2の情報記憶部16、特に、図3の記憶素子M1,bM1は、メモリチップ内の任意の領域に配置できる。また、記憶素子M1,bM1の周辺には、記憶素子M1,bM1の形状のばらつきを抑えるために、記憶素子M1,bM1と同一のダミーの記憶素子を配置するようにしてもよい。
【0062】
2. 第2実施の形態
図8は、本発明の第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図である。
【0063】
本例の磁気ランダムアクセスメモリは、図1の磁気ランダムアクセスメモリと比べると、パワーオン検知回路14が出力する検知信号POWERON及び情報記憶部16の回路構造に特徴を有する。
【0064】
メモリチップ10内には、磁気抵抗効果素子をメモリセルとするMRAMメモリセルアレイ11、アドレスデコード部12、データバッファ部13、パワーオン検知回路14、電位生成回路15及び情報記憶部16が配置される。
【0065】
アドレスデコード部12は、アドレス信号ADD1〜ADDxを受け、このアドレス信号ADD1〜ADDxに基づいて、メモリセルアレイ11内のメモリセルをランダムアクセスする機能を有する。アドレスデコード部12は、例えば、書き込み/読み出し動作時に、書き込み/読み出しワード線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0066】
データバッファ部13は、例えば、書き込み動作時に、書き込みデータDATAを受け、書き込みデータDATAに基づいて、書き込みビット線に流す書き込み電流の向きを決定する機能を有する。データバッファ部13は、書き込み動作時に、書き込みビット線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0067】
また、データバッファ部13は、例えば、読み出し動作時に、メモリセルアレイ11からの読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅し、読み出しデータDATAをメモリチップ10の外部に出力する機能を有する。データバッファ部13は、読み出し動作時に、読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅するためのセンスアンプを含む。
【0068】
パワーオン検知回路14は、メモリチップ10を含むシステムに電源が投入され、メモリチップ10に外部電源電位Vccが供給されたことを検知する機能を有する。即ち、パワーオン検知回路14は、外部電源電位Vccを検知すると、電位生成回路15に検知信号を出力すると共に、情報記憶部16に検知信号POWERONを出力する。
【0069】
電位生成回路15は、検知信号を受けると、内部電源電位(DC電位)Vddを生成する。内部電源電位Vddは、例えば、アドレスデコード部12及びデータバッファ部13に供給される。
【0070】
情報記憶部16は、メモリ回路の動作特性を調整するためのトリミング情報、不良セルを冗長セルに置き換えるためのリダンダンシ情報や、磁気ランダムアクセスメモリのID情報などを記憶する記憶素子を有している。記憶素子は、第1実施の形態と同様に、磁気抵抗効果素子、即ち、磁性層の磁化の向きに応じて抵抗値が変化する素子(TMR素子,GMR素子など)から構成される。
【0071】
記憶素子は、メモリセルアレイ11内のメモリセルに対して、構造及びサイズが実質的に同一であってもよいし、また、加工時の形状のばらつきに起因する動作特性のばらつきを抑えるために、構造のみを同じとし、サイズを大きく設定するようにしてもよい。
【0072】
情報記憶部16は、電源が投入され、パワーオン検知回路14から出力される検知信号POWERONを受けると、記憶素子に記憶されたトリミング信号TRM1,TRM2,TRM3をメモリチップ10内の内部回路に供給する。
【0073】
本例では、トリミング信号TRM1は、電位生成回路15に供給される。トリミング信号TRM1は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、内部電源電位Vddの値を調整する信号であり、電位生成回路15は、このトリミング信号TRM1に基づいて、内部電源電位Vddの値を決定する。
【0074】
トリミング信号TRM2は、アドレスデコード部12に供給される。トリミング信号TRM2は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、書き込みワード線電流の値及び供給/遮断タイミングを調整する信号であり、アドレスデコード部12は、このトリミング信号TRM2に基づいて、書き込みワード線電流の値及び供給/遮断タイミングを決定する。
【0075】
トリミング信号TRM3は、データバッファ部13に供給される。トリミング信号TRM3は、例えば、内部回路の動作特性に応じて、書き込みビット線電流の値及び供給/遮断タイミングを調整する信号であり、データバッファ部13は、このトリミング信号TRM3に基づいて、書き込みビット線電流の値及び供給/遮断タイミングを決定する。
【0076】
なお、情報記憶部16の構造例としては、第1実施の形態と同様に、図2に示すようになる。
【0077】
図9は、図2の磁性素子&ラッチ回路nの回路例を示している。図10は、電源電位Vccと検知信号POWERONの波形を示している。
【0078】
M1,bM1は、磁性層の磁化の向きにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子(TMR素子,GMR素子など)である。本例では、1つの磁性素子&ラッチ回路には、1ビットデータが記憶される。つまり、1ビットデータは、4つの磁気抵抗効果素子M1,bM1により記憶される。
【0079】
このように、4つの記憶素子を用いて1ビットデータを記憶するようにしたのは、1つの記憶素子で1ビットデータを記憶するメモリセルアレイ内のメモリセルの信号量よりも大きな信号量を得られるようにして、チューニング情報を、正確かつ確実に読み出すためである。
【0080】
なお、磁気抵抗効果素子(記憶素子)M1,bM1のサイズに関しては、メモリセルアレイ内のメモリセルより大きくすることもできる。
【0081】
磁気抵抗効果素子M1,bM1は、例えば、図4に示すような構造を有する。そして、図5に示すように、磁気抵抗効果素子の2つの磁性層の磁化の向きが同じになったとき(平行)、抵抗値は、R−ΔRとなり、磁気抵抗効果素子の2つの磁性層の磁化の向きが逆になったとき(反平行)、抵抗値は、R+ΔRとなる。
【0082】
本例の場合、磁気抵抗効果素子M1,bM1の磁化状態を、互いに異なるように設定することで、1ビットデータを記憶する。
【0083】
例えば、磁性素子&ラッチ回路n内に“1”データをプログラムする場合には、磁気抵抗効果素子M1の磁化状態を平行(抵抗値R−ΔR)にし、磁気抵抗効果素子bM1の磁化状態を反平行(抵抗値R+ΔR)にする。磁性素子&ラッチ回路n内に“0”データをプログラムする場合には、磁気抵抗効果素子M1の磁化状態を反平行(抵抗値R+ΔR)にし、磁気抵抗効果素子bM1の磁化状態を平行(抵抗値R−ΔR)にする。
【0084】
なお、磁気抵抗効果素子M1,bM1は、例えば、図4に示す記憶素子をm(mは、1以上の数)個直列接続した直列抵抗体から構成してもよい。
【0085】
差動増幅器DA1は、プラス側入力ノードの電位がマイナス側入力ノードの電位よりも大きいとき、“H”を出力し、マイナス側入力ノードの電位がプラス側入力ノードの電位よりも大きいとき、“L”を出力する。差動増幅器DA1の出力ノードは、NANDゲート回路ND1の2つの入力ノードのうちの1つに接続される。NANDゲート回路ND1の2つの入力ノードのうちの他の1つには、検知信号POWERONが入力される。
【0086】
検知信号POWERONは、パワーオン検知回路が電源投入を検知したときに“H”となる信号である。NANDゲート回路ND1は、検知信号POWERONが“H”のときのみ、差動増幅器DA1の出力信号を、出力信号OUT(トリミング信号TRMi)として出力する。
【0087】
以上、説明したように、本発明の第2実施の形態によれば、チューニング情報のプログラムのために、磁性層の磁化の向きで抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を使用している。このため、パッケージング後に、チューニング情報の書き込みを繰り返し行うことができる。
【0088】
また、チューニング情報を記憶する磁気抵抗効果素子は、形状のばらつきに影響されないサイズ、即ち、データを正確かつ確実に読み出すために必要なサイズ、例えば、メモリセルよりも大きなサイズに設定される。また、1ビットデータを4つの磁気抵抗効果素子で記憶し、“1”/“0”データの信号量の差を大きくしている。よって、パワーオン時に、チューニング情報を正確に読み出すことができる。
【0089】
なお、図8の情報記憶部16、特に、図9の記憶素子M1,bM1は、メモリチップ内の任意の領域に配置できる。また、記憶素子M1,bM1の周辺には、記憶素子M1,bM1の形状のばらつきを抑えるために、記憶素子M1,bM1と同一のダミーの記憶素子を配置するようにしてもよい。
【0090】
3. 第3実施の形態
図11及び図12は、本発明の第3実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図である。
【0091】
本例の磁気ランダムアクセスメモリは、第1及び第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリにおいて、情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミング手法を提案するものである。
【0092】
第1及び第2実施の形態では、情報記憶部16内の記憶素子は、例えば、磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルと同様に、記憶素子の磁化の状態が平行か又は反並行かによって、データを記憶する。この場合、情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミングは、メモリセルに対するプログラミングと同様に行われる。
【0093】
従って、情報記憶部16内の記憶素子の近傍に、互いに交差する2本の書き込み線を配置し、かつ、書き込み動作時には、この2本の書き込み線に書き込み電流を流さなければならない。
【0094】
そこで、本例では、メモリチップ10にトリミング情報のプログラミング端子を設け、メモリチップ10の外部に設けられたドライバ18から、このプログラミング端子を経由して、情報記憶部16内の書き込み線に書き込み電流を供給する。
【0095】
なお、ドライバ18をメモリチップ10の外部に設けた理由は、通常動作時には、このプログラミング端子を使用せず、メモリチップ10の外部にドライバ18を設けた方がメモリチップ10の面積増大の防止に有利だからである。但し、ドライバ18をメモリチップ10の内部に設けることが可能ならば、メモリチップ10内にドライバ18を設けても構わない。
【0096】
4. 第4実施の形態
図13は、本発明の第4実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図である。
【0097】
本例の磁気ランダムアクセスメモリは、上述の第1及び第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリと比べると、情報記憶部16の回路構造に特徴を有する。
【0098】
第1及び第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリにおいては、情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミングは、メモリセルに対するプログラミングと同じ手法で行っている。
【0099】
これに対し、本例では、情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミングは、例えば、図4に示すような構造を有する記憶素子のトンネルバリアを破壊するか否かにより実行する。
【0100】
この手法を用いる場合、チューニング情報の書き込みを繰り返し行うことができなくなるが、パワーオン時に、チューニング情報を正確に読み出すという目的を達成することはできる。また、情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミングのための回路が簡略化される利点がある。
【0101】
メモリチップ10内には、磁気抵抗効果素子をメモリセルとするMRAMメモリセルアレイ11、アドレスデコード部12、データバッファ部13、パワーオン検知回路14、電位生成回路15及び情報記憶部16が配置される。
【0102】
アドレスデコード部12は、アドレス信号ADD1〜ADDxを受け、このアドレス信号ADD1〜ADDxに基づいて、メモリセルアレイ11内のメモリセルをランダムアクセスする機能を有する。アドレスデコード部12は、例えば、書き込み/読み出し動作時に、書き込み/読み出しワード線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0103】
データバッファ部13は、例えば、書き込み動作時に、書き込みデータDATAを受け、書き込みデータDATAに基づいて、書き込みビット線に流す書き込み電流の向きを決定する機能を有する。データバッファ部13は、書き込み動作時に、書き込みビット線を駆動するためのドライバ/シンカーを含む。
【0104】
また、データバッファ部13は、例えば、読み出し動作時に、メモリセルアレイ11からの読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅し、読み出しデータDATAをメモリチップ10の外部に出力する機能を有する。データバッファ部13は、読み出し動作時に、読み出しデータDATAをセンス、かつ、増幅するためのセンスアンプを含む。
【0105】
パワーオン検知回路14は、メモリチップ10を含むシステムに電源が投入され、メモリチップ10に外部電源電位Vccが供給されたことを検知する機能を有する。即ち、パワーオン検知回路14は、外部電源電位Vccを検知すると、電位生成回路15に検知信号を出力すると共に、情報記憶部16にラッチ信号LATCH1,LATCH2を出力する。
【0106】
電位生成回路15は、検知信号を受けると、内部電源電位(DC電位)Vddを生成する。内部電源電位Vddは、例えば、アドレスデコード部12及びデータバッファ部13に供給される。
【0107】
情報記憶部16は、内部回路の動作特性を調整するためのトリミング情報、不良セルを冗長セルに置き換えるためのリダンダンシ情報や、磁気ランダムアクセスメモリのID情報などを記憶する記憶素子を有している。記憶素子は、第1実施の形態と同様に、磁気抵抗効果素子、即ち、磁性層の磁化の向きに応じて抵抗値が変化する素子(TMR素子,GMR素子など)から構成される。
【0108】
記憶素子は、メモリセルアレイ11内のメモリセルに対して、構造及びサイズが実質的に同一であってもよいし、また、加工時の形状のばらつきに起因する動作特性のばらつきを抑えるために、構造のみを同じとし、サイズを大きく設定するようにしてもよい。
【0109】
情報記憶部16内の記憶素子に対するプログラミングは、プログラム信号PRG及びプログラムデータDjを、プログラミング端子を経由して、情報記憶部16に与えることにより実行される。
【0110】
一方、通常動作時、情報記憶部16は、パワーオン検知回路14から出力されるラッチ信号LATCH1,LATCH2を受けると、記憶素子に記憶されたトリミング信号TRM1,TRM2,TRM3を、メモリチップ10内の内部回路に供給する。
【0111】
本例では、トリミング信号TRM1は、電位生成回路15に供給され、トリミング信号TRM2は、アドレスデコード部12に供給され、トリミング信号TRM3は、データバッファ部13に供給される。
【0112】
図14は、情報記憶部16の構造例を示している。図15は、図14の磁性素子&ラッチ回路nの回路例を示している。
【0113】
情報記憶部16は、複数の磁性素子&ラッチ回路1,2,3、・・・nから構成される。磁性素子&ラッチ回路1,2,3、・・・nは、全て、実質的に同じ回路構造を有している。
【0114】
なお、トリミング信号TRM1,TRM2,TRM3は、1つの磁性素子&ラッチ回路により生成される場合もあるし、2つ以上の磁性素子&ラッチ回路により生成される場合もある。
【0115】
磁気抵抗効果素子M1は、トンネルバリアを破壊するか否かによりデータを記憶するアンチフューズとしての機能を有する。
【0116】
プログラム信号PRG及びプログラムデータDjは、NANDゲート回路ND2に入力される。NANDゲート回路ND2の出力ノードは、PチャネルMOSトランジスタP2のゲートに接続される。PチャネルMOSトランジスタP2のソースは、内部電源端子Vddに接続され、ドレインは、磁気抵抗効果素子M1の一端に接続される。
【0117】
内部電源端子Vddと磁気抵抗効果素子M1の一端との間には、ゲートに接地電位Vssが与えられたPチャネルMOSトランジスタP1と、ゲートにクランプ電位Vclampが与えられたNチャネルMOSトランジスタN1とが、直列に接続される。磁気抵抗効果素子M1の他端と接地端子Vssとの間には、ゲートに内部電源電位Vddが与えられたNチャネルMOSトランジスタN2が接続される。
【0118】
ラッチ回路は、フリップフロップ接続されたインバータI1及びクロックドインバータCI1から構成される。
【0119】
MOSトランジスタP1,N1の接続ノードn2とラッチ回路の入力ノードとの間には、NチャネルMOSトランジスタNT1が接続される。ラッチ回路の出力ノードには、インバータI2が接続される。インバータI2の出力信号OUTは、トリミング信号TRMiとなる。
【0120】
このような磁性素子&ラッチ回路nにおいて、磁気抵抗効果素子M1に対するプログラミングは、以下のようにして行われる。
【0121】
まず、プログラム信号PRGを“H”にする。プログラム信号PRGが“H”になると、プログラムデータDjの値に応じて、PチャネルMOSトランジスタP2がオン/オフ状態となる。
【0122】
例えば、プログラムデータDjが“1”(=“H”)のときは、NANDゲート回路ND2の出力が“L”となり、PチャネルMOSトランジスタP2がオン状態となる。このため、磁気抵抗効果素子M1の両端に高電圧が印加され、磁気抵抗効果素子M1のトンネルバリアが破壊される。
【0123】
また、プログラムデータDjが“0”(=“L”)のときは、NANDゲート回路ND2の出力が“H”となり、PチャネルMOSトランジスタP2がオフ状態となる。このため、磁気抵抗効果素子M1の両端に高電圧が印加されることはなく、磁気抵抗効果素子M1のトンネルバリアは、破壊されない。
【0124】
以上、説明したように、本発明の第4実施の形態によれば、チューニング情報のプログラムのために、トンネルバリアの破壊の有無によりデータを記憶する磁気抵抗効果素子を使用している。また、チューニング情報を記憶する磁気抵抗効果素子は、例えば、メモリセルよりも大きなサイズに設定される。よって、パワーオン時に、チューニング情報を正確に読み出すことができる。
【0125】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、パッケージング後に、チューニング情報の書き込みを繰り返し行うことができ、また、パワーオン時に、このチューニング情報を正確に読み出すことができる磁気ランダムアクセスメモリを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図。
【図2】図1の情報記憶部の構成例を示す図。
【図3】図2の磁性素子&ラッチ回路の回路例を示す図。
【図4】磁気抵抗効果素子の一例を示す図。
【図5】プログラムデータに応じた磁気抵抗効果素子の状態を示す図。
【図6】図3の磁性素子&ラッチ回路の動作波形を示す波形図。
【図7】パワーオンシーケンスの一例を示す図。
【図8】本発明の第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図。
【図9】図2の磁性素子&ラッチ回路の回路例を示す図。
【図10】図9の磁性素子&ラッチ回路の動作波形を示す波形図。
【図11】本発明の第3実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図。
【図12】本発明の第3実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図。
【図13】本発明の第4実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリの主要部を示すブロック図。
【図14】図13の情報記憶部の構成例を示す図。
【図15】図14の磁性素子&ラッチ回路の回路例を示す図。
【符号の説明】
10 :メモリチップ、
11 :メモリセルアレイ、
12 :アドレスデコード部、
13 :データバッファ部、
14 :パワーオン検知回路、
15 :電位生成回路、
16 :情報記憶部、
17 :磁性素子&ラッチ回路、
18 :ドライバ、
M1,bM1,M2,bM2 :磁気抵抗効果素子、
NT1,N1,N2 :NチャネルMOSトランジスタ、
P1,P2 :PチャネルMOSトランジスタ、
I1,I2 :インバータ、
CI1 :クロックドインバータ、
DA1 :差動アンプ、
ND1,ND2 :NANDゲート回路。
Claims (15)
- 磁性層を有する第1素子をメモリセルとしたメモリセルアレイと、前記メモリセルに対するデータ書き込み/読み出し動作を含むメモリ動作を制御する内部回路と、前記メモリセルアレイとは別個に設けられ、前記内部回路のテスト結果に基づく前記内部回路の動作特性を決定する情報を不揮発に記憶する情報記憶部とを具備し、前記情報記憶部は、前記磁性層を有する第2素子を前記情報を記憶するための記憶素子として使用することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第1及び第2素子は、構造が実質的に同じで、サイズが異なることを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第2素子のサイズは、前記第1素子のサイズよりも大きいことを特徴とする請求項2記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第1及び第2素子は、TMR素子及びGMR素子のうちの1つから構成されることを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第1素子は、前記磁性層の磁化の向きに応じた抵抗値の変化を利用してデータを記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第2素子は、前記磁性層の磁化の向きに応じた抵抗値の変化を利用して前記情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第2素子は、トンネルバリアを有し、前記トンネルバリアの破壊の有無を利用して前記情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、前記磁性層を有する第3素子を有し、少なくとも前記第2及び第3素子を用いて1ビットデータを記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、メモリチップの動作特性に関するトリミング情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、前記メモリセルアレイ内の不良ビットの救済に関するリダンダンシイ情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、メモリチップのID情報を記憶することを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、半導体素子から構成から構成されるラッチ回路を有し、前記情報は、電源投入直後に前記ラッチ回路にラッチされ、前記内部回路に供給されることを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記情報記憶部は、半導体素子から構成されるロジック回路を有し、前記情報は、電源投入直後に前記ロジック回路を経由して前記内部回路に供給されることを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記第2素子に対するプログラミングは、メモリチップの外部に設けられるドライバを用いて実行されることを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
- 前記ドライバは、前記プログラミングのための磁界を発生させる書き込み電流を生成することを特徴とする請求項14記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
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