JP2008269712A - Thin-film magnetic substance semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply a large bit line write current without reducing a size of a bit line driver while guaranteeing the pressure resistance of a memory cell transistor in a magnetic random access memory (MRAM). <P>SOLUTION: In a memory array 1, according to the voltage of a bit line BL during data writing, at least one of voltage levels of a word line WL, a source line SL, and a backgate line BGL is set to a voltage level so as to preventing application of a high voltage exceeding a pressure resistance on the coupled part or the gate insulating film of the select transistor of a memory cell MC. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、磁気抵抗性素子の抵抗値によりデータを記憶する薄膜磁性体半導体記憶装置に関し、特に、電流が誘起する磁界により磁気抵抗性素子の磁化方向を設定してデータの書込を行なう電流誘起磁場書込方式の薄膜磁性体半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a thin film magnetic semiconductor memory device that stores data according to the resistance value of a magnetoresistive element, and more particularly, to a current for writing data by setting the magnetization direction of the magnetoresistive element by a magnetic field induced by a current. The present invention relates to an induced magnetic field writing type thin film magnetic semiconductor memory device.

不揮発性半導体記憶装置は、データを不揮発的に記憶することができ、データ保持のために電源を供給することは要求されない。このような不揮発性半導体記憶装置の1つに、フラッシュメモリがある。このフラッシュメモリにおいては、メモリセルが、1個の積層ゲート型トランジスタで構成される。メモリセルトランジスタのフローティングゲートに蓄積電荷量に応じて、データを記憶する。すなわち、メモリセルトランジスタのしきい値電圧が、フローティングゲートの蓄積電荷量に応じて異なり、このメモリセルトランジスタのしきい値電圧を、記憶データに対応付ける。   The nonvolatile semiconductor memory device can store data in a nonvolatile manner, and is not required to supply power for data retention. One such nonvolatile semiconductor memory device is a flash memory. In this flash memory, a memory cell is composed of one stacked gate type transistor. Data is stored in the floating gate of the memory cell transistor according to the amount of accumulated charge. That is, the threshold voltage of the memory cell transistor differs depending on the amount of charge stored in the floating gate, and the threshold voltage of the memory cell transistor is associated with the stored data.

フラッシュメモリにおいては、メモリセルが1個のトランジスタで構成されるため、メモリセルアレイの面積が小さく、小占有面積で大記憶容量の記憶装置を実現することが可能である。近年の記憶装置に対しては、大記憶容量、低消費電力および小型化などがシステムの性能を上げるために要求される。このような要求を満たすためには、メモリセルトランジスタを微細化することが、1つの対策である。しかしながら、フラッシュメモリにおいては、書込および消去に高電圧が必要とされ、トランジスタのゲート絶縁膜を薄くすることができない。従って、メモリセルトランジスタのサイズ低減に限度がある。また、ゲート絶縁膜の薄膜化に伴って、フローティングゲートからのリーク電流が増大し、データ保持特性が劣化するという問題が生じる。   In a flash memory, a memory cell is composed of one transistor, so that a memory device having a small memory area and a large storage capacity can be realized with a small memory cell array area. For recent storage devices, large storage capacity, low power consumption, miniaturization, and the like are required to improve system performance. In order to satisfy such a requirement, miniaturization of the memory cell transistor is one countermeasure. However, in the flash memory, a high voltage is required for writing and erasing, and the gate insulating film of the transistor cannot be thinned. Therefore, there is a limit in reducing the size of the memory cell transistor. In addition, as the gate insulating film is made thinner, the leakage current from the floating gate increases, resulting in a problem that data retention characteristics deteriorate.

上述のようなフラッシュメモリの素子の微細化に伴う問題を解消するために、磁気抵抗性素子を記憶素子として利用する磁気抵抗性RAM(MRAM:Magnetic Random Access Memory :薄膜磁性体半導体記憶装置)が開発され、実用化されつつある。MRAMの記憶素子は、磁化方向が固定される固定層と、磁化方向が記憶データに応じて設定される自由層と、これらの固定層および自由層の間のバリア層とで構成される。固定層および自由層の磁化方向が平行な場合、その抵抗値が小さくなり、また、固定層と自由層の磁化方向が反平行の場合に抵抗値が高くなる。このような磁気抵抗効果を利用して、抵抗値の大小を、記憶データに対応付ける。   In order to solve the problems associated with the miniaturization of flash memory elements as described above, a magnetoresistive RAM (MRAM: Magnetic Random Access Memory) using a magnetoresistive element as a memory element is provided. It is being developed and put into practical use. The memory element of the MRAM includes a fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction is set according to stored data, and a barrier layer between the fixed layer and the free layer. When the magnetization directions of the fixed layer and the free layer are parallel, the resistance value becomes small, and when the magnetization directions of the fixed layer and the free layer are antiparallel, the resistance value becomes high. Using such a magnetoresistance effect, the magnitude of the resistance value is associated with stored data.

メモリセルは、記憶素子の磁気抵抗性素子と、選択トランジスタとで構成される。これらの磁気抵抗性素子および選択トランジスタがビット線とソース線との間に直列に接続される。データ読出時に、選択トランジスタを導通状態として、磁気抵抗性素子を介して電流が流れる経路を形成する。磁気抵抗性素子の抵抗値に応じて、このメモリセルを介して流れる電流が異なる。この電流量を検出することにより、データの読出を行なう。   The memory cell includes a magnetoresistive element of a storage element and a selection transistor. These magnetoresistive elements and select transistors are connected in series between the bit line and the source line. At the time of data reading, the selection transistor is turned on to form a path for current to flow through the magnetoresistive element. The current flowing through the memory cell differs depending on the resistance value of the magnetoresistive element. Data is read by detecting this amount of current.

このようなMRAMの構成は、たとえば、非特許文献1(T. Tsuji, et al.,“A 1.2V 1Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture”, in 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers, pp.450-453, June 2004.)、非特許文献2(T. W. Andre, et al.,“A 4-Mb 0.18-μm 1T1MTJ Toggle MRAM with Balanced Three Input Sensing Scheme and Locally Mirrored Unidirectional Write Drivers,”in IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.40, NO.1, January 2005.)および特許文献1(米国特許第6545906号)に示されている。   The configuration of such an MRAM is described in, for example, Non-Patent Document 1 (T. Tsuji, et al., “A 1.2V 1 Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture”, in 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical. Papers, pp. 450-453, June 2004., Non-Patent Document 2 (TW Andre, et al., “A 4-Mb 0.18-μm 1T1MTJ Toggle MRAM with Balanced Three Input Sensing Scheme and Locally Mirrored Unidirectional Write Drivers,” in IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.40, NO.1, January 2005.) and Patent Document 1 (US Pat. No. 6,545,906).

上述の非特許文献1(ツジ等の論文)に示されるMRAMにおいては、記憶素子(磁気抵抗性素子)は、書込ワード線(デジット線)とビット線の交差部各々に配置される。一方、読出ワード線については、メモリセル(選択トランジスタ)は、読出ワード線とビット線との交差部に対応して折返しビット線構造に配置される。データ書込時には、互いに直交して配置される書込ワード線とビット線とに電流を流す。この書込ワード線電流およびビット線電流が誘起する磁界の合成磁界により、磁気抵抗性素子の自由層の磁化方向を設定する。書込デジット線には、書込データの論理値にかかわらず一定方向に書込電流が流れる。一方、ビット線については、書込データの論理値に応じて、ビット線書込電流の方向が設定される。   In the MRAM described in Non-Patent Document 1 (Atsuji et al.) Described above, a storage element (magnetoresistance element) is disposed at each intersection of a write word line (digit line) and a bit line. On the other hand, for the read word line, the memory cell (select transistor) is arranged in a folded bit line structure corresponding to the intersection between the read word line and the bit line. At the time of data writing, a current is passed through a write word line and a bit line arranged orthogonal to each other. The magnetization direction of the free layer of the magnetoresistive element is set by the combined magnetic field induced by the write word line current and the bit line current. A write current flows through the write digit line in a fixed direction regardless of the logical value of the write data. On the other hand, for the bit line, the direction of the bit line write current is set according to the logical value of the write data.

この非特許文献1は、メモリセルデータの読出時、1つのビット線に選択メモリセルを接続し、他方のビット線に、ダミーセルを接続する。2ビットのメモリセルを単位として、データの読出が行なわれる。ダミーセルは、高抵抗状態の参照セルと低抵抗状態の参照セルとが存在する。これらの高抵抗状態の参照セルおよび低抵抗状態の参照セルを並列にセンスアンプに結合する。2ビットのセンスアンプの参照ノードを短絡することにより、参照電流として、高抵抗状態の参照セルおよび低抵抗状態の参照セルそれぞれを流れる電流の平均値が生成される。この参照電流を用いて、メモリセルを流れる電流量を決定し、データの読出を行なう。   In this non-patent document 1, when memory cell data is read, a selected memory cell is connected to one bit line, and a dummy cell is connected to the other bit line. Data is read in units of 2-bit memory cells. The dummy cell includes a reference cell in a high resistance state and a reference cell in a low resistance state. The reference cell in the high resistance state and the reference cell in the low resistance state are coupled in parallel to the sense amplifier. By short-circuiting the reference node of the 2-bit sense amplifier, an average value of currents flowing through the reference cell in the high resistance state and the reference cell in the low resistance state is generated as the reference current. Using this reference current, the amount of current flowing through the memory cell is determined, and data is read.

書込時においては、この非特許文献1は、低電源電圧下においても、双方向の大きな書込電流を発生するために、「分散ゲート電圧制御方式」を用いる。この分散ゲート電圧制御方式においては、スタンバイ時、ビット線は接地電圧レベルにプリチャージされる。書込時、まず選択ビット線は、電源電圧レベルにプリチャージされる。次いで、書込ワード線に電流を供給する。この電圧印加順序により、選択ビット線プリチャージ時のピーク電流による選択メモリセルの誤った磁化状態の切換が生じるのを防止する。次いで、ビット線に、書込データに応じた方向に電流を流す。このビット線電流を流すときに、ビット線を放電するドライブトランジスタのゲート電圧を調整して、ビット線電流の大きさを調整する。   At the time of writing, this Non-Patent Document 1 uses the “distributed gate voltage control method” in order to generate a large bidirectional write current even under a low power supply voltage. In this distributed gate voltage control system, the bit line is precharged to the ground voltage level during standby. At the time of writing, the selected bit line is first precharged to the power supply voltage level. Next, a current is supplied to the write word line. This voltage application order prevents erroneous switching of the magnetization state of the selected memory cell due to the peak current during precharge of the selected bit line. Next, a current is passed through the bit line in a direction corresponding to the write data. When the bit line current flows, the gate voltage of the drive transistor that discharges the bit line is adjusted to adjust the magnitude of the bit line current.

前述の特許文献1(米国特許’906号)は、トグルMRAMの基本的構成を開示する。この特許文献1に示されるトグルMRAMにおいては、メモリセルに含まれる磁気抵抗性素子が、各々多層構造の自由層および固定層と、これらの自由層および固定層の間のトンネルバリア層とで構成される。自由層および固定層は、それぞれ、反強磁性結合される強磁性体層を含む。この反強磁性結合される強磁性体層の間に反強磁性結合スペーサ層が配置される。自由層の強磁性体層の合成磁界が、デジット線およびビット線の電流誘起磁界と方向が一致する。磁気抵抗性素子の磁界容易軸は、書込ワード線(デジット線)およびビット線と45°の角度をなすように配置される。書込ワード線およびビット線に電流を流すタイミングを、互いに重なる期間を有するようにずらせる。まず、書込ワード線に電流を流し、磁気抵抗性素子の自由層の磁化方向を回転させる。この場合、自由層の合成磁化方向が、書込ワード線が誘起する磁界の方向に一致する。応じて、反強磁性結合される強磁性体層の磁化方向も回転する。次いで、書込ワード線に電流を流した状態で、さらに、ビット線に電流を流す。このビット線電流誘起磁界により、さらに、自由層の磁界が回転する。このとき、自由層の各強磁性体層の磁化方向が磁化困難軸方向を少し超える。次に、書込ワード線電流を遮断し、ビット線に対してのみ書込電流を流す。これにより、自由層の磁化方向がさらに回転し、各強磁性体層の磁化方向が、磁化困難軸を超えて、磁化容易軸方向に近づく。その後、ビット線電流を遮断すると、強磁性体層の磁化方向が安定な磁化容易軸方向に到達する。   The aforementioned Patent Document 1 (US Pat. No. '906) discloses a basic configuration of a toggle MRAM. In the toggle MRAM disclosed in Patent Document 1, each magnetoresistive element included in a memory cell includes a multi-layered free layer and a fixed layer, and a tunnel barrier layer between the free layer and the fixed layer. Is done. Each of the free layer and the fixed layer includes a ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. An antiferromagnetic coupling spacer layer is disposed between the antiferromagnetically coupled ferromagnetic layers. The direction of the combined magnetic field of the ferromagnetic layer of the free layer coincides with the current-induced magnetic field of the digit line and the bit line. The magnetic field easy axis of the magnetoresistive element is arranged to form an angle of 45 ° with the write word line (digit line) and the bit line. The timing for supplying current to the write word line and the bit line is shifted so as to have an overlapping period. First, a current is passed through the write word line to rotate the magnetization direction of the free layer of the magnetoresistive element. In this case, the combined magnetization direction of the free layer coincides with the direction of the magnetic field induced by the write word line. Accordingly, the magnetization direction of the antiferromagnetically coupled ferromagnetic layer also rotates. Next, a current is further passed through the bit line while a current is passed through the write word line. This bit line current induced magnetic field further rotates the magnetic field of the free layer. At this time, the magnetization direction of each ferromagnetic layer of the free layer slightly exceeds the hard axis direction. Next, the write word line current is cut off, and the write current is allowed to flow only to the bit line. Thereby, the magnetization direction of the free layer further rotates, and the magnetization direction of each ferromagnetic layer approaches the easy magnetization axis direction beyond the hard magnetization axis. Thereafter, when the bit line current is cut off, the magnetization direction of the ferromagnetic layer reaches the stable easy axis direction.

したがって、書込ワード線およびビット線に電流を流す1つの書込シーケンスが完了すると、このメモリセルの磁気抵抗性素子の磁化方向が180°回転する。すなわち、書込ワード線およびビット線に、書込データの論理値にかかわらず、一定方向に電流を流すことにより、メモリセルの記憶状態が切換えられる。   Therefore, when one write sequence for passing current to the write word line and the bit line is completed, the magnetization direction of the magnetoresistive element of this memory cell is rotated by 180 °. That is, the storage state of the memory cell is switched by passing a current through the write word line and the bit line in a fixed direction regardless of the logical value of the write data.

この特許文献1は、磁化容易軸を、書込ワード線およびビット線と45°の角度をなす方向に設定する。この配置により、素子微細化時においても、メモリセルの書込の選択性を高くし、半選択状態のメモリセルの記憶状態が変化するのを防止する。   In Patent Document 1, the easy axis is set in a direction that forms an angle of 45 ° with the write word line and the bit line. With this arrangement, even when the element is miniaturized, the writing selectivity of the memory cell is increased and the memory state of the memory cell in the half-selected state is prevented from changing.

非特許文献2(Andre論文)も、トグルMRAMを開示する。この非特許文献2においては、読出ワード線および読出ビット線と書込ワード線および書込ビット線とが、局所配線により電気的に分離される。この局所配線は、メモリセルの磁気抵抗性素子(MTJ素子)と書込ビット線との間に配置される。複数のメモリセルを有するメモリセルグループに対して、ローカル読出ビット線として、局所配線が利用され、グループ内のメモリセルの磁気抵抗性素子がこの局所配線に接続される。この局所配線は、グループ選択ゲートを介してグローバル読出ビット線に結合される。読出ビット線を、ローカルおよびグローバル読出ビット線の階層構造とし、読出時の、読出ビット線(グローバル読出ビット線)の負荷を軽減する。また、書込経路および読出経路を設けることにより、読出用のトランジスタ(メモリセルトランジスタ、グループ選択トランジスタ等)として低電圧トランジスタを用いて、高電圧を書込ビット線および書込ワード線に印加して書込電流を生成することを図る。   Non-Patent Document 2 (Andre paper) also discloses a toggle MRAM. In Non-Patent Document 2, a read word line and a read bit line are electrically separated from a write word line and a write bit line by a local wiring. This local wiring is arranged between the magnetoresistive element (MTJ element) of the memory cell and the write bit line. For a memory cell group having a plurality of memory cells, local wiring is used as a local read bit line, and the magnetoresistive elements of the memory cells in the group are connected to the local wiring. This local interconnection is coupled to a global read bit line via a group selection gate. The read bit line has a hierarchical structure of local and global read bit lines to reduce the load on the read bit line (global read bit line) during reading. Further, by providing a write path and a read path, a low voltage transistor is used as a read transistor (memory cell transistor, group selection transistor, etc.), and a high voltage is applied to the write bit line and write word line. To generate a write current.

読出時においては、高抵抗状態および低抵抗状態の参照セルをプリアンプの参照電流入力部において短絡する。これらの高抵抗性素子および低抵抗性素子を介して流れる電流の1/2倍のミラー電流を、選択ビット線へ供給し、データの読出を行なう。データ書込時においては、書込用のカレントミラー回路を利用して、参照電流のミラー電流を書込電流として、選択ビット線へ供給する。書込ドライバは、複数列に対して1つ設けられる。   At the time of reading, the reference cells in the high resistance state and the low resistance state are short-circuited at the reference current input portion of the preamplifier. A mirror current that is ½ times the current flowing through these high-resistance elements and low-resistance elements is supplied to the selected bit line to read data. At the time of data writing, the mirror current of the reference current is supplied as a write current to the selected bit line using a current mirror circuit for writing. One write driver is provided for a plurality of columns.

トグルMRAMにおいては、書込電流を流すことにより、メモリセルの記憶状態が変化する。したがって、データ書込を行なう前に、書込データと選択メモリセルの記憶データとが同じ論理値であるかの判定が行なわれ、その判定結果に従ってデータの書込が行なわれる。
米国特許第6545906号 T. Tsuji, et al.,“A 1.2V 1Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture”, in 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers, pp.450-453, June 2004. T. W. Andre, et al.,“A 4-Mb 0.18-μm 1T1MTJ Toggle MRAM with Balanced Three Input Sensing Scheme and Locally Mirrored Unidirectional Write Drivers,”in IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.40, NO.1, January 2005.
In the toggle MRAM, the storage state of the memory cell is changed by passing a write current. Therefore, before writing data, it is determined whether the write data and the data stored in the selected memory cell have the same logical value, and data is written according to the determination result.
US Pat. No. 6,545,906 T. Tsuji, et al., “A 1.2V 1Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture”, in 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers, pp.450-453, June 2004. TW Andre, et al., “A 4-Mb 0.18-μm 1T1MTJ Toggle MRAM with Balanced Three Input Sensing Scheme and Locally Mirrored Unidirectional Write Drivers,” in IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.40, NO.1, January 2005.

MRAMにおけるデータの書込は、上述の文献1から3に示されるように、互いに直交するデジット線(書込ワード線)およびビット線を流れる電流が誘起する磁界により、メモリセルの磁気抵抗性素子(MTJ素子またはTMR素子)の磁化の方向を設定する。   Data writing in the MRAM is performed by a magnetoresistive element of a memory cell by a magnetic field induced by currents flowing through digit lines (write word lines) and bit lines orthogonal to each other, as shown in the above-mentioned documents 1 to 3. The direction of magnetization of the (MTJ element or TMR element) is set.

この磁化状態の切換のためには、ある一定の大きさの磁界を発生して、磁気抵抗性素子に印加する必要がある。このため、ビット線には、ビット線の寄生抵抗Rpに抗して、書込に必要な電流IBLwrを流す必要がある。この場合、ビット線の両端間に、IBLwr・Rpの電圧を印加することが要求される。ビット線への電流/電圧の供給は、ビット線両端に設けられるビット線ドライバにより行なわれる。このビット線ドライバを構成するトランジスタとして、メモリセルトランジスタ(選択トランジスタ)として用いられる低電圧/高速トランジスタを用いる場合を考える。メモリセルトランジスタは、電源電圧Vddが1.2Vであり、低耐圧であり、また、高速動作確保のために、しきい値電圧が小さくされる。   In order to switch the magnetization state, it is necessary to generate a magnetic field of a certain magnitude and apply it to the magnetoresistive element. Therefore, it is necessary to pass a current IBLwr required for writing to the bit line against the parasitic resistance Rp of the bit line. In this case, it is required to apply a voltage of IBLwr · Rp between both ends of the bit line. Supply of current / voltage to the bit line is performed by bit line drivers provided at both ends of the bit line. Consider a case where a low voltage / high speed transistor used as a memory cell transistor (select transistor) is used as a transistor constituting this bit line driver. The memory cell transistor has a power supply voltage Vdd of 1.2 V, a low breakdown voltage, and a threshold voltage is reduced to ensure high-speed operation.

メモリセルトランジスタと同一構成のトランジスタを、ビット線ドライバに用いる。この場合、ビット線ドライバの電源は、メモリセル電源と同程度の電圧レベルに設定する必要がある。このため、充分な大きさのビット線書込電流IBLwrを確保しようとすると、このビット線ドライバのトランジスタのオン抵抗を低下させる必要があり、トランジスタサイズを大きくする必要がある。この場合、ビット線ドライバのサイズが大きくなり、各ビット線に対応してビット線ドライバを配置するのが困難となる。そこで、従来、このビット線ドライバのトランジスタとして、電源電圧Vdd=3.3Vの高耐圧でかつしきい値電圧の高い高電圧/低速トランジスタが用いられる。たとえば、ビット線の一方端に、2.4Vを印加して、ビット線書込電流を生成することを考える。この場合、メモリセルの選択トランジスタのゲート(読出ワード線)、バックゲートおよびソース(ソース線)には、0Vが印加される。ソース線は、メモリセルの選択トランジスタが接続される信号線であり、読出時、ビット線、磁気抵抗性素子、選択トランジスタおよびソース線の経路で、電流を流す。データ書込時、メモリセル選択トランジスタは非導通状態である。しかしながら、このデータ書込時において、磁気抵抗性素子の抵抗値が小さい場合、ビット線電圧が、メモリセルの選択トランジスタに印加される。したがって、メモリセルトランジスタには、ビット線の一端の電圧2.4Vに対する耐圧が必要となる。メモリセルトランジスタの耐圧が不十分な場合には、ビット線に印加される電圧(2.4V)を低下させる必要がある。この場合、ビット線書込電流を確保するためには、ビット線ドライバのトランジスタのサイズを大きくすることが必要となり、ビット線ドライバのレイアウト面積が増大するという問題が生じる。   A transistor having the same configuration as the memory cell transistor is used for the bit line driver. In this case, the power supply of the bit line driver needs to be set to a voltage level comparable to that of the memory cell power supply. For this reason, in order to secure a sufficiently large bit line write current IBLwr, it is necessary to reduce the on-resistance of the transistor of the bit line driver, and it is necessary to increase the transistor size. In this case, the size of the bit line driver becomes large, and it becomes difficult to arrange the bit line driver corresponding to each bit line. Therefore, a high voltage / low speed transistor having a high withstand voltage and a high threshold voltage of power supply voltage Vdd = 3.3V is conventionally used as the transistor of this bit line driver. For example, consider a case where 2.4 V is applied to one end of a bit line to generate a bit line write current. In this case, 0 V is applied to the gate (read word line), back gate and source (source line) of the select transistor of the memory cell. The source line is a signal line to which the selection transistor of the memory cell is connected, and a current flows through the path of the bit line, the magnetoresistive element, the selection transistor and the source line at the time of reading. At the time of data writing, the memory cell selection transistor is non-conductive. However, at the time of data writing, if the resistance value of the magnetoresistive element is small, the bit line voltage is applied to the selection transistor of the memory cell. Therefore, the memory cell transistor needs to withstand a voltage of 2.4 V at one end of the bit line. When the withstand voltage of the memory cell transistor is insufficient, it is necessary to reduce the voltage (2.4 V) applied to the bit line. In this case, in order to secure the bit line write current, it is necessary to increase the size of the transistor of the bit line driver, which causes a problem that the layout area of the bit line driver increases.

非特許文献1においては、低電源電圧下において、高速で書込を行なう構成については考察されているものの、このビット線書込電流供給時のメモリセルトランジスタの耐圧の問題については何ら考慮していない。   In Non-Patent Document 1, although a configuration in which writing is performed at high speed under a low power supply voltage is considered, no consideration is given to the problem of the breakdown voltage of the memory cell transistor when the bit line write current is supplied. Absent.

また、特許文献1においては、単に、書込ワード線およびビット線の電流誘起磁界により、メモリセル(磁気抵抗性素子)の磁化方向を回転させる構成が示されているだけである。メモリセルの選択トランジスタの耐圧については、何ら考察していない。   Patent Document 1 merely shows a configuration in which the magnetization direction of a memory cell (magnetoresistance element) is rotated by a current-induced magnetic field of a write word line and a bit line. No consideration is given to the breakdown voltage of the selection transistor of the memory cell.

この書込電流の供給時の耐圧の問題は、磁気抵抗性素子が、ビット線に直接接続されている場合に生じる。したがって、非特許文献2の図4に示されるように、磁気抵抗性素子に接続される読出ビット線と、書込ビット線電流を流す書込ビット線とを別々に設けることが考えられる。しかしながら、この構成の場合、書込ビット線と磁気抵抗性素子の距離が大きくなる。この結果、十分な大きさの磁界を磁気抵抗性素子に印加するためには、ビット線書込電流をさらに大きくする必要があり、ビット線ドライバのトランジスタのサイズがさらに大きくなるという問題が生じる。   The problem of withstand voltage when supplying the write current occurs when the magnetoresistive element is directly connected to the bit line. Therefore, as shown in FIG. 4 of Non-Patent Document 2, it is conceivable to separately provide a read bit line connected to the magnetoresistive element and a write bit line through which a write bit line current flows. However, in this configuration, the distance between the write bit line and the magnetoresistive element is increased. As a result, in order to apply a sufficiently large magnetic field to the magnetoresistive element, it is necessary to further increase the bit line write current, resulting in a problem that the size of the transistor of the bit line driver is further increased.

また、これに代えて、ビット線を短くし、そのビット線寄生抵抗を小さくすることも考えられる。しかしながら、この場合、メモリセルが接続するビット線の数が増大し、応じてビット線ドライバの数が増大する。応じて、チップ面積またはモジュール面積が増加し、小型化に対する障害となる。   Alternatively, it is conceivable to shorten the bit line and reduce the bit line parasitic resistance. However, in this case, the number of bit lines to which the memory cells are connected increases, and the number of bit line drivers increases accordingly. Accordingly, the chip area or module area increases, which is an obstacle to miniaturization.

それゆえ、この発明の目的は、レイアウト面積を増大させることなく、十分な大きさのビット線書込電流を供給することのできる薄膜磁性体半導体記憶装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film magnetic semiconductor memory device capable of supplying a sufficiently large bit line write current without increasing the layout area.

この発明の他の目的は、メモリセル選択トランジスタの耐圧を十分に確保しつつ十分な大きさのビット線書込電流をドライバ占有面積を増大させることなく供給することのできる薄膜磁性体半導体記憶装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a thin film magnetic semiconductor memory device capable of supplying a sufficiently large bit line write current without increasing the area occupied by the driver while ensuring a sufficient breakdown voltage of the memory cell selection transistor. Is to provide.

この発明に係る薄膜磁性体半導体記憶装置は、ワード線を列方向において複数のブロックに分割し、データ書込時、選択ビット線に高電圧が印加される端部に最も近いブロックのメモリセルの選択トランジスタに対して、ソース電圧、ゲート電圧およびバックゲート電圧の少なくとも1つの電圧レベルを、対応のビット線の電圧に対して耐圧が保証される電圧レベルに設定する。   In the thin film magnetic semiconductor memory device according to the present invention, the word line is divided into a plurality of blocks in the column direction, and at the time of data writing, the memory cell of the block closest to the end where the high voltage is applied to the selected bit line For the selection transistor, at least one voltage level of the source voltage, the gate voltage, and the back gate voltage is set to a voltage level with which a withstand voltage is guaranteed with respect to the voltage of the corresponding bit line.

すなわち、この発明の一実施の形態に従う薄膜磁性体半導体記憶装置は、行列状に配列される複数のメモリセルと、各メモリセル列に対応して配置される複数のビット線と、メモリセル行および列の一方の方向に沿って配置されるソース線とを含む。メモリセルは、磁気抵抗性記憶素子と、この磁気抵抗性記憶素子に結合される第1電極と、ソース線に結合される第2電極と、対応のワード線に接続されるゲート電極と、バックゲートとを有する選択トランジスタとを含む。複数のワード線は、このビット線が延在する列方向に沿って複数のブロックに分割される。この発明の一実施の形態においては、薄膜磁性体半導体記憶装置は、さらに、ビット線の第1端部にそれぞれ対応して設けられる複数の第1のビット線ドライバと、各ビット線の第2の端部に対応して配置される複数の第2のビット線ドライバとを含む。この第1のビット線ドライバは、データ書込時、選択されると、対応のビット線の第1端部に第1の電圧を供給する。第2のビット線ドライバは、データ書込時に選択されると、対応のビット線の第2の端部に第1の電圧よりも低い第2の電圧を供給する。   That is, a thin film magnetic semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells arranged in a matrix, a plurality of bit lines arranged corresponding to each memory cell column, and a memory cell row. And a source line arranged along one direction of the column. The memory cell includes a magnetoresistive memory element, a first electrode coupled to the magnetoresistive memory element, a second electrode coupled to a source line, a gate electrode coupled to a corresponding word line, a back electrode And a selection transistor having a gate. The plurality of word lines are divided into a plurality of blocks along the column direction in which the bit lines extend. In one embodiment of the present invention, the thin film magnetic semiconductor memory device further includes a plurality of first bit line drivers provided corresponding to the first ends of the bit lines, and a second bit line of each bit line. And a plurality of second bit line drivers arranged corresponding to the end portions of the first and second bit lines. When this first bit line driver is selected during data writing, it supplies a first voltage to the first end of the corresponding bit line. When selected during data writing, the second bit line driver supplies a second voltage lower than the first voltage to the second end of the corresponding bit line.

この一実施の形態に従う薄膜磁性体半導体記憶装置はさらに、データ書込時に、メモリセルの選択トランジスタに印加される電圧を設定する電圧制御回路を含む。この電圧制御回路は、メモリセルの選択トランジスタのゲート電極、第2電極、およびバックゲートの少なくとも1つと対応のビット線の電圧の差が、第1および第2の電圧の間の電圧レベルに維持されるように、複数のワード線、複数のソース線および複数のメモリセルの選択トランジスタのバックゲート電圧の少なくとも1つの電圧を設定する。   The thin film magnetic semiconductor memory device according to the embodiment further includes a voltage control circuit for setting a voltage applied to the selection transistor of the memory cell at the time of data writing. The voltage control circuit maintains a voltage level difference between at least one of the gate electrode, the second electrode, and the back gate of the selection transistor of the memory cell and the corresponding bit line at a voltage level between the first and second voltages. As described above, at least one voltage of the back gate voltages of the selection transistors of the plurality of word lines, the plurality of source lines, and the plurality of memory cells is set.

好ましくは、この電圧制御回路はビット線の第1端部からの距離に応じて、各ブロックに対する印加電圧レベルを調整する。   Preferably, the voltage control circuit adjusts the voltage level applied to each block according to the distance from the first end of the bit line.

データ書込時、メモリセルの選択トランジスタに印加される電圧を調整している。したがってビット線の第1端部に高電圧が印加される場合においても、各メモリセルの選択トランジスタのゲート絶縁膜または接合に印加される電圧は、その耐圧値よりも以下の電圧レベルに設定することができる。これにより、ビット線に高電圧を印加して、大きなビット線書込電流をメモリセルトランジスタのサイズまたはビット線ドライバのサイズを増大させることなく供給することができる。   During data writing, the voltage applied to the selection transistor of the memory cell is adjusted. Therefore, even when a high voltage is applied to the first end of the bit line, the voltage applied to the gate insulating film or junction of the select transistor of each memory cell is set to a voltage level below the withstand voltage value. be able to. As a result, a high voltage can be applied to the bit line to supply a large bit line write current without increasing the size of the memory cell transistor or the bit line driver.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う薄膜磁性体半導体記憶装置の全体の構成を概略的に示す図である。図1において、薄膜磁性体半導体記憶装置(以下、MRAMと称す)は、メモリセルMCが行列状に配列されるメモリセルアレイ1を含む。このメモリセルアレイ1においては、メモリセルMCの各列に対応してビット線BLが配置される。メモリセルMCの各行に対応して、デジット線DL、ワード線WLおよびソース線SLが配置される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a thin film magnetic semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a thin film magnetic semiconductor memory device (hereinafter referred to as MRAM) includes a memory cell array 1 in which memory cells MC are arranged in a matrix. In this memory cell array 1, bit lines BL are arranged corresponding to each column of memory cells MC. A digit line DL, a word line WL, and a source line SL are arranged corresponding to each row of memory cells MC.

メモリセルMCは、その構成は、後に詳細に説明するが、磁気抵抗性素子と選択トランジスタとを含み、選択トランジスタは、NチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)で構成される。選択トランジスタのバックゲート(基板領域)の電圧は、行方向に整列するメモリセル単位でバックゲート線BGLにより制御される。   The memory cell MC includes a magnetoresistive element and a selection transistor, the configuration of which will be described in detail later. The selection transistor is formed of an N-channel MOS transistor (insulated gate field effect transistor). The voltage of the back gate (substrate region) of the selection transistor is controlled by the back gate line BGL in units of memory cells aligned in the row direction.

MRAMは、さらに、行系回路として、デジット線選択ドライブ回路2、ワード線選択ドライブ回路3、ソース線選択ドライブ回路4およびバックゲート線選択ドライブ回路5を含む。   The MRAM further includes a digit line selection drive circuit 2, a word line selection drive circuit 3, a source line selection drive circuit 4, and a back gate line selection drive circuit 5 as row related circuits.

デジット線選択ドライブ回路2は、データ書込時、図示しない行アドレス信号に従って、選択行のデジット線DLに電流を流す。このデジット線選択ドライブ回路2が選択デジット線DLに電流を流す方向は、書込データの論理値にかかわらず常に一定である。   Digit line selection drive circuit 2 supplies current to digit line DL of the selected row in accordance with a row address signal (not shown) during data writing. The direction in which the digit line selection drive circuit 2 passes a current through the selection digit line DL is always constant regardless of the logical value of the write data.

ワード線選択ドライブ回路3は、データ読出時、図示しない行アドレス信号に従って選択行のワード線WLを選択状態へ駆動する。データ書込時、このワード線選択ドライブ回路3は、また、選択ビット線の電位に応じてワード線の電圧レベルを調整する。   Word line selection drive circuit 3 drives word line WL in a selected row to a selected state in accordance with a row address signal (not shown) at the time of data reading. At the time of data writing, the word line selection drive circuit 3 also adjusts the voltage level of the word line according to the potential of the selected bit line.

ソース線選択ドライブ回路4は、データ書込時には、ビット線電圧に応じた電圧レベルにソース線の電圧レベルを設定し、データ読出時およびスタンバイ時においては接地電圧にソース線を設定する。   Source line selection drive circuit 4 sets the voltage level of the source line to a voltage level corresponding to the bit line voltage during data writing, and sets the source line to the ground voltage during data reading and standby.

バックゲート線選択ドライブ回路5は、データ書込時に、メモリセルの選択トランジスタのバックゲートを、ビット線電圧に応じた電圧レベルに設定し、スタンバイ時および読出時においては、このメモリセルの選択トランジスタのバックゲートを接地電圧レベルに設定する。   Back gate line selection drive circuit 5 sets the back gate of the selection transistor of the memory cell to a voltage level corresponding to the bit line voltage at the time of data writing, and the selection transistor of this memory cell at the time of standby and reading Set the back gate to the ground voltage level.

これらのドライブ回路3、4および5が調整する電圧は、対応のビット線と対応のワード線、ソース線およびバックゲート線の電圧差が、選択トランジスタの耐圧(セル電源電圧)を超えない電圧レベルである。   The voltages adjusted by these drive circuits 3, 4 and 5 are voltage levels at which the voltage difference between the corresponding bit line and the corresponding word line, source line and back gate line does not exceed the breakdown voltage (cell power supply voltage) of the selection transistor. It is.

MRAMは、さらに、列系経路として、列デコード回路6、ビット線ドライブ回路7L,7R、ビット線プリチャージ回路8、および読出列選択回路9を含む。列デコード回路6は、データの書込/読出時、図示しない列アドレス信号をデコードし、アドレス指定された列を選択する列選択信号を生成する。   The MRAM further includes a column decode circuit 6, bit line drive circuits 7L and 7R, a bit line precharge circuit 8, and a read column selection circuit 9 as column-related paths. Column decode circuit 6 decodes a column address signal (not shown) at the time of data writing / reading, and generates a column selection signal for selecting an addressed column.

ビット線ドライブ回路7Lおよび7Rは、ビット線の両側に対向して配置され、各々、各ビット線に対応して配置されるビット線ドライバを含む。ビット線ドライブ回路7Lおよび7Rをビット線両側に対向して配置して、データ書込時、選択列に、書込データに応じた方向に書込電流を流す。非選択列に対応するビット線ドライバは、データ書込時、出力ハイインピーダンス状態に設定される。また、データ読出時、ビット線ドライブ回路7Lおよび7Rに含まれるビット線ドライバは、すべて出力ハイインピーダンス状態に設定される。   Bit line drive circuits 7L and 7R are arranged to face both sides of the bit line, and each includes a bit line driver arranged corresponding to each bit line. Bit line drive circuits 7L and 7R are arranged opposite to both sides of the bit line, and at the time of data writing, a write current is supplied to the selected column in a direction corresponding to the write data. The bit line driver corresponding to the non-selected column is set to the output high impedance state at the time of data writing. At the time of data reading, all the bit line drivers included in bit line drive circuits 7L and 7R are set to the output high impedance state.

ビット線プリチャージ回路8は、データ書込時に、全てのビット線を中間電圧レベルに設定する。その後、選択列へのプリチャージ電圧(中間電圧レベル)の供給を停止し、一方、非選択列のビット線には、連続して中間電圧を供給する。ビット線プリチャージ回路8は、スタンバイサイクル時およびデータ読出時、出力ハイインピーダンス状態に設定される。   Bit line precharge circuit 8 sets all bit lines to an intermediate voltage level during data writing. Thereafter, the supply of the precharge voltage (intermediate voltage level) to the selected column is stopped, while the intermediate voltage is continuously supplied to the bit lines of the non-selected columns. Bit line precharge circuit 8 is set to an output high impedance state during a standby cycle and during data reading.

読出列選択回路9は、データ読出時、列デコード回路6からの列選択信号に従って、選択列のビット線を、図示しない内部データ線に結合する。データ書込時およびスタンバイサイクル時には、読出列選択回路9は、非導通状態に設定される。   Read column select circuit 9 couples the bit line of the selected column to an internal data line (not shown) in accordance with a column select signal from column decode circuit 6 during data read. At the time of data writing and in the standby cycle, read column selection circuit 9 is set to a non-conductive state.

このMRAMは、さらに、入出力回路10および制御回路11を含む。入出力回路10は、外部データDQを入出力する。データ書込時、入出力回路10は、外部からの書込データDQに従って相補な内部書込データDおよび/Dを生成してビット線ドライブ回路7Lおよび7Rに伝達する(図1においては、データ伝達経路はビット線ドライブ回路7Rに対してのみ示す)。   The MRAM further includes an input / output circuit 10 and a control circuit 11. The input / output circuit 10 inputs / outputs external data DQ. In data writing, input / output circuit 10 generates complementary internal write data D and / D in accordance with external write data DQ and transmits them to bit line drive circuits 7L and 7R (in FIG. 1, the data The transmission path is shown only for the bit line drive circuit 7R).

データ読出時、この入出力回路10は、読出列選択回路9により選択されたビット線に定電流を供給し、そのビット線を流れる電流が基準電流よりも大きいか小さいかに従って内部読出データおよび外部出力データを生成する。   At the time of data reading, the input / output circuit 10 supplies a constant current to the bit line selected by the read column selection circuit 9, and the internal read data and the external data according to whether the current flowing through the bit line is larger or smaller than the reference current. Generate output data.

制御回路11は、外部からの動作モードを示すコマンドCMDに従って、内部の必要な動作タイミング制御信号を生成する。   The control circuit 11 generates a necessary internal operation timing control signal in accordance with a command CMD indicating an external operation mode.

このMRAMに対しては外部から、たとえば3.3Vの電源電圧(周辺電源電圧)VDDHと、たとえば1.2Vの電源電圧(セル電源電圧)VDDLが供給される。周辺電源電圧VDDHがビット線ドライブ回路7Lおよび7Rに供給され、セル電源電圧VDDLが、他の行系回路およびビット線プリチャージ回路8へ伝達される(これらの電源電圧の伝達経路は示していない)。   For example, a 3.3V power supply voltage (peripheral power supply voltage) VDDH and a 1.2V power supply voltage (cell power supply voltage) VDDL are supplied to the MRAM from the outside. Peripheral power supply voltage VDDH is supplied to bit line drive circuits 7L and 7R, and cell power supply voltage VDDL is transmitted to other row-related circuits and bit line precharge circuit 8 (the transmission path of these power supply voltages is not shown) ).

図2は、メモリセルMCの構成を示す図である。メモリセルMCにおいては、磁気抵抗性素子(MTJ素子またはTMR素子)VRと選択トランジスタSTとがビット線BLとソース線SLとの間に直列に接続される。磁気抵抗性素子VRは、その一端(上部電極)がビット線BLに接続される。選択トランジスタSTは、磁気抵抗性素子VRの他端(下部電極)とソース線SLの間に接続され、そのゲートがワード線WLに接続される。この選択トランジスタSTのバックゲート(基板領域)は、また、バックゲート線BGLに接続される。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the memory cell MC. In memory cell MC, magnetoresistive element (MTJ element or TMR element) VR and select transistor ST are connected in series between bit line BL and source line SL. One end (upper electrode) of the magnetoresistive element VR is connected to the bit line BL. The select transistor ST is connected between the other end (lower electrode) of the magnetoresistive element VR and the source line SL, and its gate is connected to the word line WL. The back gate (substrate region) of the selection transistor ST is also connected to the back gate line BGL.

データ書込時、デジット線DLおよびビット線BLを流れる電流が誘起する磁界により、磁気抵抗性素子VRの自由層の磁化方向が設定され、応じて、その抵抗値が書込データに応じた値に設定される。   At the time of data writing, the magnetization direction of the free layer of the magnetoresistive element VR is set by the magnetic field induced by the current flowing through the digit line DL and the bit line BL, and accordingly, the resistance value is a value corresponding to the write data. Set to

図3は、図1に示すMRAMの要部の構成を具体的に示す図である。図3において、メモリセルアレイ1が、列方向(ビット線延在方向)に沿って2つのメモリブロック1Lおよび1Rに分割される。ビット線としては、ビット線BL2nおよびBL2n+1を代表的に示す。少なくとも、メモリブロック1Lおよび1Rの基板領域(ウェル領域)は、互いに分離され、個々に、基板電圧(バックゲート電圧)を設定することができる。   FIG. 3 is a diagram specifically showing a configuration of a main part of the MRAM shown in FIG. In FIG. 3, the memory cell array 1 is divided into two memory blocks 1L and 1R along the column direction (bit line extending direction). As bit lines, bit lines BL2n and BL2n + 1 are representatively shown. At least the substrate regions (well regions) of the memory blocks 1L and 1R are separated from each other, and the substrate voltage (back gate voltage) can be set individually.

メモリブロック1Lは、デジット線DL0−DLM−1、ワード線WL0−WLM−1、ソース線SL0−SLM−1およびバックゲート線BGL0−BGLM−1を含む。メモリブロック1Rは、ワード線WLM−WL2M、デジット線DLM−DL2M、ソース線SLM−SL2M、およびバックゲート線BGLM−BGL2Mを含む。   Memory block 1L includes digit lines DL0-DLM-1, word lines WL0-WLM-1, source lines SL0-SLM-1, and back gate lines BGL0-BGLM-1. Memory block 1R includes word lines WLM-WL2M, digit lines DLM-DL2M, source lines SLM-SL2M, and back gate lines BGLM-BGL2M.

ワード線選択ドライブ回路3は、ワード線WL0−WL2Mそれぞれに対して設けられるワード線ドライバDWR0−DWR2Mを含む。これらのワード線ドライバDWR0−DWR2Mは、それぞれワード線選択信号WLB0−WLB2Mに従って対応のワード線へ、セル電源電圧VDDL(1.2V)および接地電圧(0V)の一方を伝達する。   Word line selection drive circuit 3 includes word line drivers DWR0 to DWR2M provided for word lines WL0 to WL2M, respectively. These word line drivers DWR0 to DWR2M transmit one of cell power supply voltage VDDL (1.2V) and ground voltage (0V) to the corresponding word lines in accordance with word line selection signals WLB0 to WLB2M, respectively.

ソース線選択ドライブ回路4は、ソース線SL0−SL2Mそれぞれに対応して設けられるソース線ドライバDSR0−DSR2Mを含む。これらのソース線ドライバDSR0−DSR2Mは、ソース線選択信号SLB0−SLB2Mにそれぞれ従って対応のソース線の電圧レベルを、セル電源電圧(1.2V)または接地電圧レベルに設定する。   Source line selection drive circuit 4 includes source line drivers DSR0-DSR2M provided corresponding to source lines SL0-SL2M, respectively. These source line drivers DSR0 to DSR2M set the voltage levels of the corresponding source lines to the cell power supply voltage (1.2V) or the ground voltage level in accordance with the source line selection signals SLB0 to SLB2M, respectively.

バックゲート線選択ドライブ回路5は、バックゲート線BGL0−BGL2Mそれぞれに対応して設けられるバックゲート線ドライバDBG0−DBG2Mを含む。これらのバックゲート線ドライバDBG0−DBG2Mは、それぞれバックゲート線選択信号BGB0−BGB2Mに従って、データ書込時、対応のバックゲート線の電圧レベルを、セル電源電圧(1.2V)および接地電圧(0V)の一方に設定する。   The back gate line selection drive circuit 5 includes back gate line drivers DBG0 to DBG2M provided corresponding to the back gate lines BGL0 to BGL2M, respectively. These back gate line drivers DBG0-DBG2M respectively set the voltage level of the corresponding back gate line to the cell power supply voltage (1.2V) and the ground voltage (0V) during data writing in accordance with back gate line selection signals BGB0-BGB2M. )

これらのワード線ドライバDBR0−DBR2M、ソース線ドライバDSR0−DSR2Mおよびバックゲート線ドライバDBG0−DBG2Mは、それぞれ、出力ドライブ段が、PチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)およびNチャネルMOSトランジスタを有するCMOSインバータで構成される。これらのドライバのより詳細な構成については後に説明する。   These word line drivers DBR0 to DBR2M, source line drivers DSR0 to DSR2M, and back gate line drivers DBG0 to DBG2M have an output drive stage including a P channel MOS transistor (insulated gate field effect transistor) and an N channel MOS transistor, respectively. It has a CMOS inverter. A more detailed configuration of these drivers will be described later.

ビット線ドライブ回路7Lは、ビット線BL2nおよびBL2n+1それぞれに対応して設けられるビット線ドライバDBL2nおよびDBL2n+1を含む。ビット線ドライブ回路7Rも、ビット線BL2nおよびBL2n+1それぞれに対応して設けられるビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1を含む。これらのビット線ドライバは、各々出力段が、CMOSインバータで構成される。ビット線ドライバDBL/DBRのPチャネルMOSトランジスタはビット線ドライブ制御信号BLL/BLRをゲートに受け、NチャネルMOSトランジスタは、ゲートにビット線ドライブ制御信号BLLB/BLRBを受ける。   Bit line drive circuit 7L includes bit line drivers DBL2n and DBL2n + 1 provided corresponding to bit lines BL2n and BL2n + 1, respectively. Bit line drive circuit 7R also includes bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1 provided corresponding to bit lines BL2n and BL2n + 1, respectively. Each of these bit line drivers has an output stage composed of a CMOS inverter. P channel MOS transistors of bit line driver DBL / DBR receive bit line drive control signals BLL / BLR at their gates, and N channel MOS transistors receive bit line drive control signals BLLB / BLRB at their gates.

ビット線ドライバDBL2n、DBL2n+1を、ビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1と対向してビット線の両側に配置することにより、書込データに応じて、電流の流す方向を変更することができる。これらのビット線ドライバDBL2n、DBL2n+1、DBR2nおよびDBR2n+1は、周辺電源電圧VDDH(3.3V)を、ハイ側電源電圧として受ける。   By arranging the bit line drivers DBL2n and DBL2n + 1 on both sides of the bit line so as to face the bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1, the direction of current flow can be changed according to the write data. These bit line drivers DBL2n, DBL2n + 1, DBR2n and DBR2n + 1 receive the peripheral power supply voltage VDDH (3.3V) as a high-side power supply voltage.

ビット線プリチャージ回路8は、ビット線BL2nおよびBL2n+1に対応してそれぞれ設けられるプリチャージゲートPG2nおよびPG2n+1を含む。ビット線プリチャージゲートPG2nおよびPG2n+1は、各々、PチャネルMOSトランジスタで構成され、選択時、対応のビット線へセル電源電圧(1.2V)を伝達する。   Bit line precharge circuit 8 includes precharge gates PG2n and PG2n + 1 provided corresponding to bit lines BL2n and BL2n + 1, respectively. Bit line precharge gates PG2n and PG2n + 1 are each formed of a P-channel MOS transistor, and when selected, transmits a cell power supply voltage (1.2V) to the corresponding bit line.

読出列選択回路9は、ビット線BL2nおよびBL2n+1それぞれに対応して設けられる読出列選択ゲートRG2nおよびRG2n+1を含む。これらの読出列選択ゲートRG2nおよびRG2n+1は、それぞれ、読出列選択信号CSR2nおよびCSR2n+1に従って選択的に導通し、導通時、対応のビット線を内部読出データ線LIOに結合する。読出列選択信号は、図1に示す列デコード回路6からの列選択信号に基づいてデータ読出時に生成される。   Read column select circuit 9 includes read column select gates RG2n and RG2n + 1 provided corresponding to bit lines BL2n and BL2n + 1, respectively. These read column select gates RG2n and RG2n + 1 are selectively turned on in accordance with read column select signals CSR2n and CSR2n + 1, respectively, and couple the corresponding bit line to internal read data line LIO when turned on. The read column selection signal is generated at the time of data reading based on the column selection signal from column decode circuit 6 shown in FIG.

次に、図3に示すMRAMの動作を、図4に示すタイミング図を参照して説明する。図4においては、読出列選択信号として、読出列選択信号CSLRx(xは任意)を総称的に示す。ビット線BL2nが、書込時、選択される。また、読出時には、ワード線WLM+1が選択される。   Next, the operation of the MRAM shown in FIG. 3 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. In FIG. 4, a read column selection signal CSLRx (x is arbitrary) is generically shown as a read column selection signal. Bit line BL2n is selected during writing. In reading, word line WLM + 1 is selected.

いま、ビット線BL(全ビット線を総称的に示す)においては、単位寄生抵抗Rpuが分布するとする。また、ビット線書込線電流IBLwrが、ビット線ドライブ回路7Lからビット線ドライブ回路7Rに向かって流れるとする。この書込時においては、ビット線ドライバDBL2nにおいてPチャネルMOSトランジスタが導通し、NチャネルMOSトランジスタがオフ状態を維持する。ビット線ドライバDBR2nにおいては、逆にPMOSトランジスタがオフ状態、NチャネルMOSトランジスタがオン状態である。PチャネルMOSトランジスタのオン抵抗はNチャネルMOSトランジスタのオン抵抗に比べて大きい。したがって、ビット線BL2nにおいては、書込時、その一端(第1端部)のノードN0に、抵抗分圧により、2.4Vの電圧が印加され、ビット線の他端(第2端部)のノードN2Mは、接地電圧(0V)の電圧レベルにほぼ等しいとする。   Now, it is assumed that the unit parasitic resistance Rpu is distributed in the bit line BL (all bit lines are generically shown). It is assumed that bit line write line current IBLwr flows from bit line drive circuit 7L toward bit line drive circuit 7R. At the time of writing, in the bit line driver DBL2n, the P-channel MOS transistor is turned on and the N-channel MOS transistor is kept off. In bit line driver DBR2n, on the contrary, the PMOS transistor is off and the N-channel MOS transistor is on. The on-resistance of the P-channel MOS transistor is larger than the on-resistance of the N-channel MOS transistor. Accordingly, in the bit line BL2n, at the time of writing, a voltage of 2.4V is applied to the node N0 at one end (first end) by resistance voltage division, and the other end (second end) of the bit line. Suppose that node N2M is substantially equal to the voltage level of ground voltage (0V).

スタンバイ状態においては、ビット線ドライブ制御信号BLLB2n+1およびBLRB2n+1はともにHレベルであり、ビット線BL2nおよびBL2n+1は接地電圧レベルに維持される。このとき、ビット線ドライブ制御信号BLL2nおよびBLR2nは、ともにHレベルであり、PチャネルMOSトランジスタはオフ状態にある。   In the standby state, bit line drive control signals BLLB2n + 1 and BLRB2n + 1 are both at the H level, and bit lines BL2n and BL2n + 1 are maintained at the ground voltage level. At this time, bit line drive control signals BLL2n and BLR2n are both at the H level, and the P-channel MOS transistor is in the off state.

時刻t1において、書込サイクルが始まる。応じて、プリチャージ制御信号UB2nおよびUB2n+1がともにLレベルとなり、プリチャージゲートPG2nおよびPG2n+1により、ビット線BL2nおよびBL2n+1が、それぞれ1.2Vの電圧レベル(セル電源電圧レベル)にプリチャージされる。   At time t1, the write cycle starts. Accordingly, precharge control signals UB2n and UB2n + 1 both attain an L level, and bit lines BL2n and BL2n + 1 are precharged to a voltage level of 1.2 V (cell power supply voltage level) by precharge gates PG2n and PG2n + 1, respectively.

このプリチャージ動作時、ビット線ドライブ制御信号BLRB2n、BLLB2n+1およびBLRB2n+1はすべてすべてLレベルに駆動され、ビット線ドライバDBL2n、DBL2n+1、DBR2nおよびDBR2n+1においてNチャネルMOSトランジスタがすべてオフ状態となる(PチャネルMOSトランジスタはオフ状態にある)。これにより、ビット線がそれぞれ、メモリセル電源電圧(1.2V)レベルにプリチャージされる。   During this precharge operation, all of the bit line drive control signals BLRB2n, BLLB2n + 1 and BLRB2n + 1 are driven to the L level, and all the N channel MOS transistors in the bit line drivers DBL2n, DBL2n + 1, DBR2n and DBR2n + 1 are turned off (P channel MOS) The transistor is off). Thereby, each bit line is precharged to the memory cell power supply voltage (1.2 V) level.

デジット線DL0が選択され、ビット線BL2nのノードN0に接続されるメモリセルMCへの書込が行なわれるとする。このとき、時刻t2において、ビット線のノードN0が高電圧レベルに設定されるため、アレイブロック1Lにおいてワード線WL0−WLM−1、ソース線SL0−SLM−1、バックゲート線BGL0−BGLM−1がメモリセル電源電圧(1.2V)の電圧レベルに駆動される。このセル電源電圧VDDLは、ビット線の一端のノードN0に対応のビット線ドライバから伝達される電圧2.4Vよりも低い電圧レベルである。   It is assumed that digit line DL0 is selected and writing to memory cell MC connected to node N0 of bit line BL2n is performed. At this time, since the node N0 of the bit line is set to the high voltage level at time t2, the word lines WL0 to WLM-1, the source lines SL0 to SLM-1, and the back gate lines BGL0 to BGLM-1 are set in the array block 1L. Are driven to the voltage level of the memory cell power supply voltage (1.2 V). The cell power supply voltage VDDL is at a voltage level lower than the voltage 2.4V transmitted from the bit line driver corresponding to the node N0 at one end of the bit line.

一方、アレイブロック1Rにおいては、ワード線WLM−WL2M、ソース線SLM−SL2Mおよびバックゲート線BGM−BGL2Mは、接地電圧レベルに維持される。したがって、この状態においては、アレイブロック1Lおよび1Rに含まれるメモリセルは、すべてソース線、バックゲート線およびワード線が同一電圧レベルである。   On the other hand, in array block 1R, word line WLM-WL2M, source line SLM-SL2M, and back gate line BGM-BGL2M are maintained at the ground voltage level. Therefore, in this state, all the memory cells included in array blocks 1L and 1R have the same voltage level on the source line, back gate line and word line.

時刻t3において、プリチャージ制御信号UB2nが、Hレベルに立上がり、プリチャージゲートPG2nのプリチャージ動作が完了する。プリチャージ制御信号UB2n+1はLレベルであり、ビット線BL2n+1は、1.2Vのセル電源電圧レベルに維持される。   At time t3, the precharge control signal UB2n rises to the H level, and the precharge operation of the precharge gate PG2n is completed. Precharge control signal UB2n + 1 is at the L level, and bit line BL2n + 1 is maintained at the cell power supply voltage level of 1.2V.

このとき、また、ビット線ドライブ制御信号BL2nがLレベルとなり、ビット線ドライバDBL2nのPチャネルMOSトランジスタが導通し、ビット線BL2nに、書込電圧2.4Vが伝達され、ビット線書込電流IBLwrが流れる。この書込電流IBLwrにより、ビット線BL2nの電圧は、その単位寄生抵抗Rpuに従って、順次ノードN0からノードN2Mに向かって低下する。すなわち、ビット線BL2nにおいてノードN0が2.4Vであり、中間のノードNM−1およびNMがほぼ同じ中間電圧1.2Vである。ノードN2M(第2端部)が、接地電圧レベルである。ビット線BL2nの単位寄生抵抗Rpuの合成抵抗Rpと電圧差2.4Vとにより、このビット線書込電流IBLwrの大きさが決定される。この時刻t3において、また、図示しないデジット線DLにおいても電流が流れており、このデジット線DL0とビット線BL2nの交差部に対応して配置されるメモリセルMCに対するデータの書込が行なわれる。   At this time, the bit line drive control signal BL2n becomes L level, the P channel MOS transistor of the bit line driver DBL2n becomes conductive, the write voltage 2.4V is transmitted to the bit line BL2n, and the bit line write current IBLwr Flows. Due to the write current IBLwr, the voltage of the bit line BL2n sequentially decreases from the node N0 toward the node N2M according to the unit parasitic resistance Rpu. That is, in the bit line BL2n, the node N0 is 2.4V, and the intermediate nodes NM-1 and NM have the same intermediate voltage 1.2V. Node N2M (second end) is at the ground voltage level. The magnitude of the bit line write current IBLwr is determined by the combined resistance Rp of the unit parasitic resistance Rpu of the bit line BL2n and the voltage difference 2.4V. At time t3, a current also flows through digit line DL (not shown), and data is written into memory cell MC arranged corresponding to the intersection of digit line DL0 and bit line BL2n.

この書込時、中央のノードNM−1およびNMにより、メモリアレイ1が、アレイブロック1Lおよび1Rに分割される。従って、選択ビット線BL2nにおいて、メモリセルの選択トランジスタには、最大1、2Vの電圧が印加されるだけである。   At the time of writing, memory nodes 1 are divided into array blocks 1L and 1R by central nodes NM-1 and NM. Therefore, in the selected bit line BL2n, a maximum voltage of 1 or 2V is only applied to the selection transistor of the memory cell.

また、この書込時、非選択ビット線BL2n+1は、プリチャージゲートPG2n+1により、1.2Vの電圧レベルに維持される。したがって、このビット線BL2n+1に接続されるメモリセルMCの選択トランジスタにおいては、最大1.2Vの電圧が印加されるだけである(アレイブロック1Rにおいて)。   At the time of writing, the non-selected bit line BL2n + 1 is maintained at a voltage level of 1.2V by the precharge gate PG2n + 1. Therefore, only a maximum voltage of 1.2 V is applied to the select transistor of memory cell MC connected to bit line BL2n + 1 (in array block 1R).

ここで、非選択のビット線BL2n+1を1.2Vの中間電圧レベル(ビット線両端の電圧の中間値)に維持しているのは、以下の理由による。すなわち、アレイブロック1Lにおいて、ワード線、ソース線、およびバックゲートが、セル電源電圧(1.2V)に設定される。非選択ビット線が接地電圧レベルに維持されている場合、非選択ビット線が、メモリセルの選択トランジスタSTのソースとして機能し、この非選択ビット線に接続されかつ選択行にあるメモリセルを介して電流が流れる可能性がある。応じて、選択列のメモリセルのバックゲート、ソース線およびワード線電圧が低下し、アレイブロック1Lにおけるメモリセルの選択トランジスタに印加される電圧を抑止する効果が阻害される可能性がある。また、書込時の消費電流が増大する。この問題を回避するため、非選択列のビット線BL2n+1を、選択列のビット線の書込電圧2、4Vの中間電圧(セル電源電圧)レベルの1.2Vに維持する。   Here, the reason why the non-selected bit line BL2n + 1 is maintained at the intermediate voltage level of 1.2V (the intermediate value of the voltage across the bit line) is as follows. That is, in the array block 1L, the word line, the source line, and the back gate are set to the cell power supply voltage (1.2V). When the non-selected bit line is maintained at the ground voltage level, the non-selected bit line functions as the source of the selection transistor ST of the memory cell, and is connected to the non-selected bit line and passes through the memory cell in the selected row. Current may flow. Accordingly, the back gate, source line, and word line voltages of the memory cells in the selected column are lowered, and the effect of suppressing the voltage applied to the selection transistors of the memory cells in the array block 1L may be hindered. In addition, current consumption during writing increases. In order to avoid this problem, the bit line BL2n + 1 of the non-selected column is maintained at an intermediate voltage (cell power supply voltage) level of 1.2V between the write voltages 2 and 4V of the bit line of the selected column.

この書込期間中、ビット線BL2nにおいて、ノードN0の電圧レベルは、2.4Vであり、ノードNM−1およびNMの電圧レベルは中間電圧の1.2Vであり、最遠方端のノードN2Mの電圧レベルはほぼ接地電圧レベルである。非選択ビット線BL2n+1においては、ノードN0−N2Mは、すべて1.2Vレベルに維持される。従って、メモリセルの選択トランジスタは、ゲートおよびソースが同一電圧レベルであり、オフ状態を維持する。   During this writing period, in the bit line BL2n, the voltage level of the node N0 is 2.4V, the voltage levels of the nodes NM-1 and NM are 1.2V of the intermediate voltage, and the farthest end node N2M The voltage level is approximately the ground voltage level. In unselected bit line BL2n + 1, nodes N0-N2M are all maintained at the 1.2V level. Therefore, the selection transistor of the memory cell has the gate and the source at the same voltage level and maintains the off state.

時刻t4において、データの書込が完了すると、ビット線ドライブ制御信号BLL2nをHレベルに駆動し、ビット線2nに対する書込電流の供給を終了する。また、プリチャージ制御信号UB2nをLレベルに駆動して、プリチャージゲートPG2nにより、ビット線BL2nにセル電源ノードからプリチャージ電流を供給する。このとき、また、ビット線ドライブ制御信号BLR2nをLレベルに駆動し、ビット線ドライバDBR2nのNチャネルMOSトランジスタをオフ状態にする。これにより、ビット線BL2nのノードN0−N2Mが、セル電源電圧レベルにプリチャージされる。このビット線BL2nの中間電圧レベルへのプリチャージは以下の理由により行われる。   When the data writing is completed at time t4, the bit line drive control signal BLL2n is driven to the H level, and the supply of the write current to the bit line 2n is finished. Further, the precharge control signal UB2n is driven to the L level, and a precharge current is supplied from the cell power supply node to the bit line BL2n by the precharge gate PG2n. At this time, bit line drive control signal BLR2n is driven to the L level to turn off the N channel MOS transistor of bit line driver DBR2n. Thereby, nodes N0-N2M of bit line BL2n are precharged to the cell power supply voltage level. The precharge of the bit line BL2n to the intermediate voltage level is performed for the following reason.

すなわち、時刻t4において、書込が完了し、ビット線BL2nを接地電圧レベルに放電すると、アレイブロック1Lにおいて、メモリセルの選択トランジスタのソース線SLの電圧レベルがビット線BL2nの電圧レベルよりも高くなる。この状態においては、選択トランジスタSTのソースはビット線となる。ワード線が1.2Vの電圧レベルであり、選択トランジスタSTがオン状態となり、ソース線SL0−SLMからビット線BL2nに電流が流れ、書込時の消費電流が増大する可能性がある。この放電電流を抑制するために、ビット線BL2nを、非選択ビット線BL2n+1と同様の電圧印加状態に一旦設定する。   That is, when writing is completed and bit line BL2n is discharged to the ground voltage level at time t4, in array block 1L, the voltage level of source line SL of the selection transistor of the memory cell is higher than the voltage level of bit line BL2n. Become. In this state, the source of the selection transistor ST is a bit line. There is a possibility that the word line is at a voltage level of 1.2 V, the selection transistor ST is turned on, current flows from the source lines SL0 to SLM to the bit line BL2n, and current consumption during writing increases. In order to suppress this discharge current, the bit line BL2n is temporarily set to a voltage application state similar to that of the non-selected bit line BL2n + 1.

時刻t5において、書込サイクルが完了し、ワード線WL0−WLM−1、ソース線SL0−SLM−1、バックゲート線BGL0−BGLM−1がすべて接地電圧レベルに駆動される。また、プリチャージ制御信号GB2nおよびGB2n+1がHレベルとなり、ビット線ドライブ制御信号BLRB2n、BLLB2n、BLLB2n+1およびBLRB2n+1がHレベルへ駆動される。これにより、ビット線BL2nおよびBL2n+1が接地電圧レベルにプリチャージされる。書込サイクル完了時、ビット線は、接地電圧レベルにプリチャージされ、次のアクセスを待受ける状態となる。   At time t5, the write cycle is completed, and word lines WL0-WLM-1, source lines SL0-SLM-1, and back gate lines BGL0-BGLM-1 are all driven to the ground voltage level. Further, precharge control signals GB2n and GB2n + 1 attain H level, and bit line drive control signals BLRB2n, BLLB2n, BLLB2n + 1 and BLRB2n + 1 are driven to H level. Thereby, bit lines BL2n and BL2n + 1 are precharged to the ground voltage level. When the write cycle is completed, the bit line is precharged to the ground voltage level and waits for the next access.

データ読出時においては、まず、時刻t6において、ビット線BL2nおよびBL2n+1に対する接地電圧レベルへのプリチャージを完了するため、ビット線ドライブ制御信号BLRB2n、BLLB2n、BLLB2n+1およびBLRB2n+1がLレベルに設定される。ビット線ドライブ制御信号BLL2nおよびBLL2nは、Hレベルを維持する。また、プリチャージ制御信号GB2nおよびGB2n+1は、Hレベルを維持する。   In data reading, first, at time t6, bit line drive control signals BLRB2n, BLLB2n, BLLB2n + 1 and BLRB2n + 1 are set to L level in order to complete precharging of bit lines BL2n and BL2n + 1 to the ground voltage level. Bit line drive control signals BLL2n and BLL2n maintain the H level. Precharge control signals GB2n and GB2n + 1 are maintained at the H level.

この状態で、時刻t7において、列選択信号CSLRxに従って、選択列の読出列選択ゲートRGx(xは任意)が導通し、選択ビット線に対する読出電流が供給され、ビット線BL2nの電圧レベルが読出電圧レベルに設定される。非選択列のビット線BL2n+1は、読出列選択ゲートRG2n+1は非導通状態であり、読出電圧/電流は伝達されない。この状態で、ワード線WLMが選択状態へ駆動され、図2に示す入出力回路に含まれるセンスアンプによりビット線電流が検出されて、データの読出が行なわれる。   In this state, at time t7, according to column selection signal CSLRx, read column selection gate RGx (x is arbitrary) of the selected column is turned on, a read current is supplied to the selected bit line, and the voltage level of bit line BL2n is set to the read voltage. Set to level. For bit line BL2n + 1 of the non-selected column, read column select gate RG2n + 1 is non-conductive, and no read voltage / current is transmitted. In this state, word line WLM is driven to a selected state, a bit line current is detected by a sense amplifier included in the input / output circuit shown in FIG. 2, and data is read out.

時刻t8において、読出サイクルが完了すると、列選択信号CSLRxが、非選択状態へ駆動され、また、ワード線WLMも非選択状態へ駆動される。このとき、また、ビット線BL2nおよびBL2n+1は、ビット線ドライブ制御信号BLRB2n等により、すべて接地電圧レベルにビット線ドライブ回路によりプリチャージされる。   When the read cycle is completed at time t8, column selection signal CSLRx is driven to a non-selected state, and word line WLM is also driven to a non-selected state. At this time, the bit lines BL2n and BL2n + 1 are all precharged to the ground voltage level by the bit line drive circuit by the bit line drive control signal BLRB2n.

図5は、この発明の実施の形態1におけるデータ書込時のビット線電圧とワード線WL、バックゲート線BGLおよびソース線SLの電圧との関係を示す図である。図5において横軸にビット線上のノード番号を示し、縦軸に電圧を示す。選択ビット線の電圧は、ノードN0からノードN2Mに向かって、2.4Vから0Vまで順次低下する。非選択ビット線の電圧は、1.2V(セル電源電圧)のレベルである。   FIG. 5 shows the relationship between the bit line voltage and the voltages of word line WL, back gate line BGL and source line SL during data writing in the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the node number on the bit line, and the vertical axis indicates the voltage. The voltage of the selected bit line sequentially decreases from 2.4V to 0V from the node N0 toward the node N2M. The voltage of the non-selected bit line is at a level of 1.2V (cell power supply voltage).

選択ビット線の電圧が、非選択ビット線の電圧と等しくなる部分のノードNM−1およびNMにおいて、ワード線WL、バックゲート線BGLおよびソース線SLの電圧レベルが、中間電圧(セル電源電圧)1.2Vから接地電圧0Vに切換えられる。したがって、メモリセルの選択トランジスタに印加される電圧は、最大1.2Vである。一方、ワード線WL、バックゲート線BGLおよびソース線SLを、従来と同様、データ書込時に接地電圧レベルに維持した場合、メモリセルの選択トランジスタには、最大2.4Vの電圧が印加され、耐圧を保証することができない。ビット線両端の電圧に応じて、ワード線WL、バックゲート線BGLおよびソース線SLの電圧レベルを調整することにより、メモリセルの選択トランジスタへ印加される電圧を緩和することができる。すなわち、書込時にビット線の電圧との差がメモリセルの選択トランジスタの耐圧以下となるように、ソース線、ワード線およびバックゲート線の電圧を調整することにより、ビット線に書込時に高電圧を印加して、充分な大きさのビット線書込電流を供給することができる。   At the nodes NM-1 and NM where the voltage of the selected bit line is equal to the voltage of the non-selected bit line, the voltage levels of the word line WL, the back gate line BGL and the source line SL are the intermediate voltage (cell power supply voltage). The voltage is switched from 1.2V to the ground voltage 0V. Therefore, the maximum voltage applied to the select transistor of the memory cell is 1.2V. On the other hand, when the word line WL, the back gate line BGL, and the source line SL are maintained at the ground voltage level at the time of data writing as in the prior art, a voltage of up to 2.4 V is applied to the selection transistor of the memory cell, The breakdown voltage cannot be guaranteed. By adjusting the voltage levels of the word line WL, the back gate line BGL, and the source line SL according to the voltage across the bit line, the voltage applied to the select transistor of the memory cell can be relaxed. That is, by adjusting the voltages of the source line, the word line, and the back gate line so that the difference from the voltage of the bit line during writing is equal to or lower than the breakdown voltage of the selection transistor of the memory cell, A sufficiently large bit line write current can be supplied by applying a voltage.

このようにして、従来と同様、高耐圧かつ低速トランジスタを用いてビット線ドライバを構成することができる。ビット線ドライバのトランジスタサイズを増大させる必要がなく、チップ面積の増大を抑制することができる。   In this manner, a bit line driver can be configured using high breakdown voltage and low speed transistors as in the conventional case. It is not necessary to increase the transistor size of the bit line driver, and an increase in chip area can be suppressed.

図6は、このアレイブロック1LにおけるメモリセルMCの選択トランジスタの印加電圧を概略的に示す図である。図6において、メモリセルMCの選択トランジスタSTは、基板領域(バックゲート)20の表面に間をおいて形成される不純物領域21aおよび21bと、これらの不純物領域21aおよび21bの間の基板領域上に図示しないゲート絶縁膜を介して形成されるワード線22とを含む。この不純物領域21aは、磁気抵抗性素子VRを介して対応のビット線BLに結合される。不純物領域21bへは、ソース線SLが結合される。基板領域20は、バックゲート線BGLに結合される。選択トランジスタの基板領域20は、一例として、隣接行のメモリセルの選択トランジスタと分離領域24aおよび24bにより電気的に分離される。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the voltage applied to the selection transistor of the memory cell MC in the array block 1L. In FIG. 6, select transistor ST of memory cell MC includes impurity regions 21a and 21b formed on the surface of substrate region (back gate) 20 and a substrate region between impurity regions 21a and 21b. And a word line 22 formed through a gate insulating film (not shown). Impurity region 21a is coupled to corresponding bit line BL via magnetoresistive element VR. Source line SL is coupled to impurity region 21b. Substrate region 20 is coupled to back gate line BGL. As an example, the substrate region 20 of the select transistor is electrically isolated from the select transistor of the memory cell in the adjacent row by the isolation regions 24a and 24b.

アレイブロック1Lにおいては、ビット線BLには、電圧2.4Vから1.2Vの間の電圧が印加される。したがって、この不純物領域21aには、最大2.4Vの電圧が印加される。不純物領域21bへは、ソース線SLを介してセル電源電圧の1.2Vが印加され、基板領域20は、バックゲート線BGLを介して1.2Vに設定される。ワード線WLを構成するゲート22へは、1.2Vが印加される。したがって、この選択トランジスタSTにおいては不純物領域21bがソースとして機能するため、選択トランジスタSTは、ゲートおよびソースのソース間電圧Vgsが0Vであり、非導通状態を維持する。また基板領域20と不純物領域21aおよび21bの間のPN接合は、そのビルトイン電圧により、非導通状態に維持される。ゲート絶縁膜およびソース/ドレイン接合に印加される電圧は、1.2V以下であり、耐圧は保証される。   In the array block 1L, a voltage between 2.4V and 1.2V is applied to the bit line BL. Therefore, a maximum voltage of 2.4 V is applied to impurity region 21a. The impurity power supply voltage of 1.2V is applied to the impurity region 21b through the source line SL, and the substrate region 20 is set to 1.2V through the back gate line BGL. 1.2V is applied to the gate 22 constituting the word line WL. Therefore, since impurity region 21b functions as a source in select transistor ST, select transistor ST has a gate-source voltage Vgs of 0 V and maintains a non-conductive state. The PN junction between the substrate region 20 and the impurity regions 21a and 21b is maintained in a non-conductive state by the built-in voltage. The voltage applied to the gate insulating film and the source / drain junction is 1.2 V or less, and the breakdown voltage is guaranteed.

非選択列のメモリセルの選択トランジスタにおいては、ビット線電圧が1.2Vである。従って、ビット線、ワード線、ソース線およびバックゲート線が同一電圧レベルであり、耐圧は保証され、また選択トランジスタは、オフ状態に維持される。   In the select transistor of the memory cell in the non-selected column, the bit line voltage is 1.2V. Therefore, the bit line, the word line, the source line and the back gate line are at the same voltage level, the breakdown voltage is guaranteed, and the selection transistor is maintained in the off state.

図7は、データ書込時のアレイブロック1RにおけるメモリセルMCの印加電圧を示す図である。選択トランジスタSTは、図6に示す選択トランジスタSTと同一の構造を有しており、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。   FIG. 7 shows a voltage applied to memory cell MC in array block 1R during data writing. The selection transistor ST has the same structure as that of the selection transistor ST shown in FIG. 6, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

不純物領域21bへはソース線SLを介して0Vが印加され、基板領域20へは、バックゲート線BGLを介して0Vが印加される。ゲート22へはワード線WLを介して0Vが印加される。ビット線BLの電圧は、1.2Vから0Vであり、不純物領域21aに対しても、最大1.2Vの電圧が印加される。したがって、この場合においても、選択トランジスタSTにおいて不純物領域21bがソースであり、ゲート−ソース間電圧Vgsは0Vであり、選択トランジスタSTはオフ状態を維持する。また、不純物領域21aの電圧レベルが、基板領域20の電圧レベル以上の電圧レベルであり、基板領域20と不純物領域21aの間が導通するのは防止される。また、基板領域20と不純物領域21bは同一電位であり、PN接合のビルトイン電圧により、非導通状態を維持する。   0V is applied to the impurity region 21b through the source line SL, and 0V is applied to the substrate region 20 through the back gate line BGL. 0V is applied to the gate 22 through the word line WL. The voltage of the bit line BL is 1.2V to 0V, and a maximum voltage of 1.2V is applied also to the impurity region 21a. Accordingly, also in this case, the impurity region 21b is the source in the selection transistor ST, the gate-source voltage Vgs is 0 V, and the selection transistor ST maintains the off state. Further, the voltage level of the impurity region 21a is equal to or higher than the voltage level of the substrate region 20, and conduction between the substrate region 20 and the impurity region 21a is prevented. Further, the substrate region 20 and the impurity region 21b are at the same potential, and the non-conducting state is maintained by the built-in voltage of the PN junction.

非選択列においては、ビット線の電圧が1.2Vである。従って、非選択列のメモリセルの選択トランジスタにおいては、ソース線SLがソースであり、選択トランジスタはオフ状態を維持し、また、印加電圧も1.2V以下であり、選択トランジスタの耐圧は保証される。   In the non-selected column, the voltage of the bit line is 1.2V. Therefore, in the selection transistor of the memory cell in the non-selected column, the source line SL is the source, the selection transistor is kept off, and the applied voltage is 1.2 V or less, so that the withstand voltage of the selection transistor is guaranteed. The

したがって、ビット線電圧に応じてワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの電圧レベルを設定することにより、選択トランジスタSTを耐圧を保証しつつオフ状態に維持することができる。これにより、ビット線書込電流がメモリセルの選択トランジスタを介して分流するのは。防止され、確実にビット線の書込電圧に従ってビット線書込電流により磁界を生成して磁気抵抗性素子に印加することができる。   Therefore, by setting the voltage levels of the word line WL, the source line SL, and the back gate line BGL according to the bit line voltage, the selection transistor ST can be maintained in the off state while ensuring the withstand voltage. As a result, the bit line write current is shunted through the select transistor of the memory cell. Thus, a magnetic field can be generated by the bit line write current and reliably applied to the magnetoresistive element in accordance with the bit line write voltage.

なお、ビット線に対し逆方向に電流を流す場合には、アレイブロック1Rおよび1Lにおけるワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの印加電圧が逆に設定される。ビット線ドライバにおいても、ビット線ドライブ回路7Lおよび7Rの生成電圧が逆に設定される。この場合には、ビット線の高電圧が印加される第1端部がビット線ドライブ回路1Rの出力にもっとも近いビット線端部となり、第2端部が、ビット線ドライブ回路1Lに最も近い端部となる。   Note that, when current flows in the reverse direction to the bit lines, the applied voltages to the word lines WL, source lines SL, and back gate lines BGL in the array blocks 1R and 1L are set in reverse. Also in the bit line driver, the generated voltages of the bit line drive circuits 7L and 7R are set in reverse. In this case, the first end to which the high voltage of the bit line is applied is the bit line end closest to the output of the bit line drive circuit 1R, and the second end is the end closest to the bit line drive circuit 1L. Part.

図8は、図1に示す制御回路11の書込時の列選択に関連する部分の構成の一例を概略的に示す図である。図8において、制御回路11は、外部からのコマンドCMDをデコードするコマンドデコーダ30と、各々コマンドデコーダ30からの書込指示信号(書込イネーブル信号)WEを受ける立下り遅延回路31、遅延回路32およびワンショットパルス発生回路33とを含む。コマンドデコーダ30は、コマンドCMDがデータ書込を指示するとき、書込イネーブル信号WEをアサートする(Hレベルに駆動する)。コマンドCMDがデータ読出モードを指定するとき、このコマンドデコーダ30は、読出イネーブル信号REをアサートする。   FIG. 8 schematically shows an example of the configuration of a portion related to column selection at the time of writing by control circuit 11 shown in FIG. In FIG. 8, the control circuit 11 includes a command decoder 30 that decodes an external command CMD, a falling delay circuit 31 that receives a write instruction signal (write enable signal) WE from each command decoder 30, and a delay circuit 32. And a one-shot pulse generation circuit 33. When the command CMD instructs data writing, the command decoder 30 asserts the write enable signal WE (drives to the H level). When command CMD designates the data read mode, command decoder 30 asserts read enable signal RE.

立下り遅延回路31は、この書込イネーブル信号WEの立下り(ネゲート)を所定時間遅延して、書込イネーブル遅延信号WEDを生成する。遅延回路32は、書込イネーブル信号WEを所定時間遅延して、遅延書込イネーブル信号WRXを生成する。この遅延書込イネーブル信号WRXは、データ書込時のワード線WL、バックゲート線BGL、およびソース線SLの電圧駆動タイミングを決定する。   The fall delay circuit 31 delays the fall (negation) of the write enable signal WE for a predetermined time to generate a write enable delay signal WED. Delay circuit 32 delays write enable signal WE for a predetermined time to generate delayed write enable signal WRX. Delayed write enable signal WRX determines the voltage drive timing of word line WL, back gate line BGL, and source line SL during data writing.

ワンショットパルス発生回路33は、書込イネーブル信号WEのアサートに応答して所定の時間幅を有するワンショットのパルス信号WRPを生成する。   The one-shot pulse generation circuit 33 generates a one-shot pulse signal WRP having a predetermined time width in response to the assertion of the write enable signal WE.

制御回路11は、さらに、コマンドデコーダ30からの書込イネーブル信号WEと読出イネーブル信号REとを受け、内部アクセス動作活性化信号ACTを生成するゲート回路34を含む。このゲート回路34は、書込イネーブル信号WEおよび読出イネーブル信号REの一方がアサートされると、内部アクセス動作活性化信号ACTをアサートする。このゲート回路34からの内部アクセス動作活性化信号ACTは、図1に示す列デコード回路6に含まれる列デコーダ36へ与えられる。列デコーダ36は、メモリセルアレイの各列に対応して設けられ、内部アクセス動作活性化信号ACTがアサートされると、外部から与えられる列アドレス信号ADYをデコードして、列選択信号CSLiを生成する。   Control circuit 11 further includes a gate circuit 34 that receives write enable signal WE and read enable signal RE from command decoder 30 and generates internal access operation activation signal ACT. When one of write enable signal WE and read enable signal RE is asserted, gate circuit 34 asserts internal access operation activation signal ACT. Internal access operation activation signal ACT from gate circuit 34 is applied to column decoder 36 included in column decode circuit 6 shown in FIG. The column decoder 36 is provided corresponding to each column of the memory cell array. When the internal access operation activation signal ACT is asserted, the column decoder 36 decodes a column address signal ADY given from the outside and generates a column selection signal CSLi. .

制御回路11は、さらに、立下り遅延回路31からの書込イネーブル遅延信号WEDとワンショットパルス信号WRPと列デコーダ36からの列選択信号CSLiを受けて書込列選択信号Yi(CSLWi:iは、0からビット線数−1の間の整数)を生成するゲート回路37と、書込列選択信号Yiと書込イネーブル遅延信号WEDとを受けてプリチャージ制御信号UBiを生成するゲート回路38とを含む。   The control circuit 11 further receives the write enable delay signal WED, the one-shot pulse signal WRP from the falling delay circuit 31, and the column selection signal CSLi from the column decoder 36, and receives the write column selection signal Yi (CSLWi: i is , An integer between 0 and the number of bit lines −1), and a gate circuit 38 that receives the write column selection signal Yi and the write enable delay signal WED and generates the precharge control signal UBi. including.

ゲート回路37は、書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされ、ワンショットパルス信号WRPがネゲート状態にありかつ列選択信号CSLiがアサートされると、書込列選択信号Yiをアサートする(選択状態へ駆動する)。   When the write enable delay signal WED is asserted, the one-shot pulse signal WRP is in the negated state and the column selection signal CSLi is asserted, the gate circuit 37 asserts the write column selection signal Yi (drives to the selected state). To do).

ゲート回路38は、書込イネーブル遅延信号WEDがネゲート状態にあるかまたは書込列選択信号Yiがアサート状態にあるとき、プリチャージ制御信号UBiをネゲートしてHレベルに維持する。ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiが、ビット線BLiに対して設けられるプリチャージゲートPGiへ与えられる。   The gate circuit 38 negates the precharge control signal UBi and maintains it at the H level when the write enable delay signal WED is in the negated state or the write column selection signal Yi is in the asserted state. Precharge control signal UBi from gate circuit 38 is applied to precharge gate PGi provided for bit line BLi.

なお、列デコーダ36からの列選択信号CSLiは、列アドレス信号ADYに従って、各列(ビット線)ごとに生成される。したがって、ゲート回路37および38は、ビット線ごとに、それぞれ設けられる。   The column selection signal CSLi from the column decoder 36 is generated for each column (bit line) in accordance with the column address signal ADY. Therefore, gate circuits 37 and 38 are provided for each bit line.

図9は、図8に示す制御回路11の動作を示すタイミング図である。以下、図9を参照して、図8に示す制御回路11の動作について説明する。   FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the control circuit 11 shown in FIG. The operation of the control circuit 11 shown in FIG. 8 will be described below with reference to FIG.

まず、書込動作がコマンドCMDにより指定されると、コマンドデコーダ30が、書込イネーブル信号WEをアサートする。応じて、立下り遅延回路31からの書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされる。また、ワンショットパルス発生器33からのワンショットパルス信号WRPも所定期間Hレベルとなる。この書込イネーブル信号WEのアサートに従って、ゲート回路34からの内部アクセス動作活性化信号ACTがアサートされる。応じて、列デコーダ36がデコード動作を行なって、アドレス指定された列に対応する列選択信号CSLiをアサートする。   First, when the write operation is designated by the command CMD, the command decoder 30 asserts the write enable signal WE. Accordingly, write enable delay signal WED from falling delay circuit 31 is asserted. The one-shot pulse signal WRP from the one-shot pulse generator 33 is also at the H level for a predetermined period. In accordance with the assertion of write enable signal WE, internal access operation activation signal ACT from gate circuit 34 is asserted. In response, column decoder 36 performs a decoding operation to assert column selection signal CSLi corresponding to the addressed column.

ワンショットパルス信号WRPがHレベルの期間、ゲート回路37からの書込列選択信号Yiはネゲート状態(Lレベル)である。従って、立上り遅延回路31からの書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされると、ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiがアサートされてLレベルとなる。応じて、プリチャージゲートPGiが、対応のビット線BLiを、電源電圧VDDL(1.2V)レベルにプリチャージする。   While the one-shot pulse signal WRP is at the H level, the write column selection signal Yi from the gate circuit 37 is in the negated state (L level). Therefore, when the write enable delay signal WED from the rising delay circuit 31 is asserted, the precharge control signal UBi from the gate circuit 38 is asserted to become L level. In response, precharge gate PGi precharges corresponding bit line BLi to the level of power supply voltage VDDL (1.2 V).

ワンショットパルス信号WRPがLレベルに低下すると、ゲート回路37がイネーブルされ、列選択信号CSLiに従って書込列選択信号Yiがアサートされる。応じて、ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiがネゲートされてHレベルとなる。このとき、対応のビット線BLiが非選択列の場合、書込列選択信号Yiは、ネゲート状態に維持されるため、プリチャージ制御信号UBiは、Lレベルを維持する。したがって、非選択列のビット線BLiは、データ書込時、セル電源電圧VDDL(1.2V)レベルにプリチャージされた状態に維持される。   When the one-shot pulse signal WRP falls to the L level, the gate circuit 37 is enabled and the write column selection signal Yi is asserted according to the column selection signal CSLi. In response, precharge control signal UBi from gate circuit 38 is negated and goes to the H level. At this time, when the corresponding bit line BLi is a non-selected column, the write column selection signal Yi is maintained in a negated state, so that the precharge control signal UBi is maintained at the L level. Therefore, the bit line BLi of the non-selected column is maintained in a state precharged to the cell power supply voltage VDDL (1.2 V) level during data writing.

書込に要する所定時間が経過すると、コマンドデコーダ30からの書込イネーブル信号WEがネゲートされる。応じて、列デコーダ36からの列選択信号CSLiがネゲートされ、応じてゲート回路37からの書込列選択信号Yiがネゲートされる。このとき、まだ、書込イネーブル遅延信号WEDは、アサート状態にあるため、ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiが、Lレベルとなり、プリチャージゲートPGiが活性化され、選択列のビット線BLiに対するプリチャージが再び開始される。   When a predetermined time required for writing elapses, the write enable signal WE from the command decoder 30 is negated. Accordingly, column select signal CSLi from column decoder 36 is negated, and write column select signal Yi from gate circuit 37 is negated accordingly. At this time, since the write enable delay signal WED is still in the asserted state, the precharge control signal UBi from the gate circuit 38 becomes L level, the precharge gate PGi is activated, and the bit line BLi of the selected column is activated. Is precharged again.

書込イネーブル遅延信号WEDが、所定時間経過後に、ネゲートされると、ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiがHレベルとなり、プリチャージゲートPGiがディスエーブルされ、ビット線BLiへのプリチャージを停止する。   When the write enable delay signal WED is negated after a predetermined time has elapsed, the precharge control signal UBi from the gate circuit 38 becomes H level, the precharge gate PGi is disabled, and the bit line BLi is precharged. Stop.

遅延回路32からの遅延書込イネーブル信号WRXは、このデータ書込時のワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLを駆動するために用いられる。すなわち、遅延書込イネーブル信号WRXのアサート期間、書込データに応じて、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLが、中間電圧レベルまたは接地電圧レベルに維持される。   Delayed write enable signal WRX from delay circuit 32 is used to drive word line WL, source line SL, and back gate line BGL at the time of data writing. That is, word line WL, source line SL, and back gate line BGL are maintained at the intermediate voltage level or the ground voltage level in accordance with the assertion period of delayed write enable signal WRX and the write data.

データ読出時においては、コマンドデコーダ30からの読出イネーブル信号REがアサートされ、応じてゲート回路34からの内部アクセス動作活性化信号ACTがアサートされる。対応のビット線BLiが選択列の場合、列デコーダ36からの列選択信号CSLiがアサートされる。しかしながら、書込イネーブル遅延信号WEDは、ネゲート状態である。従って、ゲート回路37はディスエーブル状態であり、書込列選択信号Yiは、ネゲート状態を維持する。また、書込イネーブル遅延信号WEDが、ネゲート状態であるため、ゲート回路38からのプリチャージ制御信号UBiは、Hレベルを維持し、プリチャージゲートPGiは、非導通状態(ディスエーブル状態)に維持される。この状態で、ビット線電流を検出してデータの読出を行う。   At the time of data reading, read enable signal RE from command decoder 30 is asserted, and internal access operation activation signal ACT from gate circuit 34 is asserted accordingly. When the corresponding bit line BLi is a selected column, the column selection signal CSLi from the column decoder 36 is asserted. However, the write enable delay signal WED is in a negated state. Therefore, the gate circuit 37 is disabled, and the write column selection signal Yi maintains the negated state. Further, since the write enable delay signal WED is in the negated state, the precharge control signal UBi from the gate circuit 38 is maintained at the H level, and the precharge gate PGi is maintained in the non-conductive state (disabled state). Is done. In this state, the bit line current is detected to read data.

図10は、ビット線BLiに対して設けられるビット線ドライバDBLiおよびDBRiの構成の一例を示す図である。前述のように、ビット線ドライバDBLiおよびDBRiは各々、出力部のドライブ段としてCMOSインバータを含む。このビット線ドライバDBLiのドライブ段のCMOSインバータは、ビット線BLiのノードN0を周辺電源電圧VDDH(3.3V)または接地電圧(0V)に駆動するPチャネルMOSトランジスタPQLおよびNチャネルMOSトランジスタNQLを含む。ビット線ドライバDBRiのドライブ段のCMOSインバータは、ビット線BLiのノードN2Mを駆動するPおよびNチャネルMOSトランジスタPQRおよびNQRを含む。   FIG. 10 shows an example of the configuration of bit line drivers DBLi and DBRi provided for bit line BLi. As described above, the bit line drivers DBLi and DBRi each include a CMOS inverter as a drive stage of the output unit. The CMOS inverter in the drive stage of the bit line driver DBLi includes a P channel MOS transistor PQL and an N channel MOS transistor NQL that drive the node N0 of the bit line BLi to the peripheral power supply voltage VDDH (3.3 V) or the ground voltage (0 V). Including. The CMOS inverter in the drive stage of bit line driver DBRi includes P and N channel MOS transistors PQR and NQR that drive node N2M of bit line BLi.

これらのPチャネルMOSトランジスタPQLおよびPQRは、導通時、対応のビット線BLiへ、周辺電源電圧VDDHから電流を供給する。NチャネルMOSトランジスタNQLおよびNQRは、導通時、ビット線BLiを接地ノードに結合する。   P channel MOS transistors PQL and PQR supply current from peripheral power supply voltage VDDH to corresponding bit line BLi when conductive. N channel MOS transistors NQL and NQR couple bit line BLi to the ground node when conductive.

ビット線ドライバDBLiは、さらに、PチャネルMOSトランジスタPQLの導通を制御するゲート回路40lを含む。このゲート回路40lは、書込列選択信号Yiと書込データDとを受けてビット線ドライブ制御信号BLLiを生成する。ゲート回路40lは、一例として、NANDゲートであり、書込列選択信号Yiがアサートされかつ書込データDがHレベルのときに、ビット線ドライブ制御信号BLLiをLレベルに駆動する。以下の説明においては、書込データDがHレベルのときにビット線BLiのノードN0が高電位に設定され、ノードN2Mが接地電圧レベルに設定されるとする。   Bit line driver DBLi further includes a gate circuit 40l for controlling the conduction of P channel MOS transistor PQL. Gate circuit 40l receives write column selection signal Yi and write data D and generates bit line drive control signal BLLi. Gate circuit 40l is, for example, a NAND gate, and drives bit line drive control signal BLLi to L level when write column select signal Yi is asserted and write data D is at H level. In the following description, it is assumed that node N0 of bit line BLi is set at a high potential and node N2M is set at the ground voltage level when write data D is at H level.

ビット線ドライバDBLiは、さらに、NチャネルMOSトランジスタNQLの導通を制御するために、ゲート回路42l、44lおよび46lを含む。ゲート回路42lは、読出イネーブル信号REと書込イネーブル遅延信号WEDとを受け、読出イネーブル信号REおよび書込イネーブル遅延信号WEDの一方がHレベルとなると、その出力信号をLレベルに設定する。ゲート回路44lは、書込列選択信号Yiと補の書込データ/Dとを受け、書込列選択信号Yiおよび補の書込データ/DはともにHレベルのときに、その出力信号をHレベルに駆動する。ゲート回路46lは、これらのゲート回路42lおよび44lの出力信号の一方がHレベルのときに、ビット線ドライブ制御信号BLLBiをHレベルに駆動する。   Bit line driver DBLi further includes gate circuits 42l, 44l and 46l in order to control conduction of N channel MOS transistor NQL. Gate circuit 42l receives read enable signal RE and write enable delay signal WED, and when one of read enable signal RE or write enable delay signal WED attains H level, its output signal is set to L level. Gate circuit 44l receives write column selection signal Yi and complementary write data / D. When write column selection signal Yi and complementary write data / D are both at the H level, its output signal is set to H Drive to level. Gate circuit 46l drives bit line drive control signal BLLBi to H level when one of the output signals of gate circuits 42l and 44l is at H level.

ビット線ドライバDBRiも、同様、ゲート回路40r、42r、44rおよび46rを含む。ゲート回路40rは、書込列選択信号Yiと補の書込データ/Dとを受け、これらの書込列選択信号Yiおよび補の書込データ/DがともにHレベルのとき、ビット線ドライブ制御信号BLRiをLレベルに駆動する。ゲート回路42rは、読出イネーブル信号REと書込イネーブル遅延信号WEDとを受け、これらの信号の一方がHレベルのとき、その出力信号をLレベルに駆動する。ゲート回路44rは、書込列選択信号Yiと書込データDとを受け、この書込列選択信号Yiおよび書込データDがともにHレベルのときにその出力信号をHレベルに駆動する。ゲート回路46rは、これらのゲート回路42rおよび44rの出力信号の一方がHレベルのとき、ビット線ドライブ制御信号BLRBiをHレベルに駆動する。   Similarly, bit line driver DBRi includes gate circuits 40r, 42r, 44r and 46r. Gate circuit 40r receives write column selection signal Yi and complementary write data / D, and when these write column selection signal Yi and complementary write data / D are both at the H level, bit line drive control is performed. Signal BLRi is driven to L level. Gate circuit 42r receives read enable signal RE and write enable delay signal WED, and when one of these signals is at H level, it drives its output signal to L level. Gate circuit 44r receives write column selection signal Yi and write data D, and drives the output signal to H level when both write column selection signal Yi and write data D are at H level. Gate circuit 46r drives bit line drive control signal BLRBi to H level when one of the output signals of gate circuits 42r and 44r is at H level.

図10に示すように、ビット線ドライバDBLiおよびDBRiに対しては、与えられる書込データDおよび/Dの論理値が反転されている。これにより、ビット線BLiにおいて、ノードN0とノードN2Mの間で、書込データDの論理値に応じた方向に書込電流IBLwrを流すことができる。図10に示す構成においては、書込データDがHレベルのときには、ビット線書込電流IBLwrが、ノードN0からN2Mに向かって流れる。書込データDがLレベルのときには、書込ビット線電流IBLwrが、ノードN2MからノードN0に向かって流れる。   As shown in FIG. 10, the logical values of applied write data D and / D are inverted for bit line drivers DBLi and DBRi. Thereby, in bit line BLi, write current IBLwr can be passed between node N0 and node N2M in a direction corresponding to the logical value of write data D. In the configuration shown in FIG. 10, when write data D is at H level, bit line write current IBLwr flows from node N0 toward N2M. When write data D is at L level, write bit line current IBLwr flows from node N2M toward node N0.

図11は、図10に示すビット線ドライバDBLiおよびDBRiの動作を示す図である。図11においては、書込データDが、Hレベルのときの動作を示す。以下、図11を参照して、図10に示すビット線ドライバの動作について説明する。   FIG. 11 shows operations of bit line drivers DBLi and DBRi shown in FIG. FIG. 11 shows an operation when write data D is at H level. The operation of the bit line driver shown in FIG. 10 will be described below with reference to FIG.

スタンバイ状態時においては、書込イネーブル信号WEおよび読出イネーブル信号REはともにLレベルであり、また、書込列選択信号YiもLレベルである。したがって、ゲート回路40lおよび40rからのビット線ドライブ制御信号BLLiおよびBLRiはともにHレベルであり、MOSトランジスタPQLおよびPQRはオフ状態である。一方、ゲート回路42lおよび42rの出力信号はHレベルであり、応じてゲート回路46lおよび46rの出力信号はHレベルとなる。したがって、この状態において、ビット線BLiは、MOSトランジスタNQLおよびNQRにより、接地電圧レベルに維持される。   In the standby state, both write enable signal WE and read enable signal RE are at L level, and write column selection signal Yi is also at L level. Therefore, bit line drive control signals BLLi and BLRi from gate circuits 40l and 40r are both at the H level, and MOS transistors PQL and PQR are off. On the other hand, the output signals of gate circuits 42l and 42r are at the H level, and accordingly the output signals of gate circuits 46l and 46r are at the H level. Therefore, in this state, bit line BLi is maintained at the ground voltage level by MOS transistors NQL and NQR.

書込サイクルが始まると、まず、図8に示すコマンドデコーダ30から書込イネーブル信号WEがアサートされてHレベルとなり、また、図8に示す立下がり遅延回路31からの書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされる。このとき、また書込データDが、その論理値に応じてHレベルに設定される。書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされると、ゲート回路42lおよび42rの出力信号がLレベルとなり、ゲート回路46lおよび46rの出力信号がまたLレベルとなる。応じてMOSトランジスタNQLおよびNQRがオフ状態となり、ビット線BLiは、接地ノードおよび周辺電源ノードから分離される。書込列選択信号Yiはまだ非選択状態にある。   When the write cycle starts, first, the write enable signal WE is asserted from the command decoder 30 shown in FIG. 8 and becomes H level, and the write enable delay signal WED from the falling delay circuit 31 shown in FIG. Asserted. At this time, the write data D is also set to the H level according to the logical value. When write enable delay signal WED is asserted, the output signals of gate circuits 42l and 42r become L level, and the output signals of gate circuits 46l and 46r also become L level. Accordingly, MOS transistors NQL and NQR are turned off, and bit line BLi is isolated from the ground node and the peripheral power supply node. The write column selection signal Yi is still in a non-selected state.

この期間においては、図8に示すプリチャージゲートPGiが、プリチャージ制御信号UBiに従ってビット線BLiを、中間電圧レベルのセル電源電圧VDDL(1.2V)レベルにプリチャージする。   During this period, the precharge gate PGi shown in FIG. 8 precharges the bit line BLi to the cell power supply voltage VDDL (1.2 V) level of the intermediate voltage level in accordance with the precharge control signal UBi.

このビット線プリチャージ期間が完了すると、書込列選択信号Yiがアサートされる。ビット線ドライバDBLiにおいては、書込データDがHレベルであるため、ゲート回路40lからのビット線ドライブ制御信号BLLiがLレベルに駆動され、PチャネルMOSトランジスタPQLがオン状態となる。また、ゲート回路44lの出力信号はLレベルであり、ゲート回路46lからのビット線ドライブ制御信号BLLBiはLレベルである。応じて、MOSトランジスタNQLは、オフ状態にある。   When this bit line precharge period is completed, the write column selection signal Yi is asserted. In bit line driver DBLi, since write data D is at H level, bit line drive control signal BLLi from gate circuit 401 is driven to L level, and P channel MOS transistor PQL is turned on. The output signal of gate circuit 44l is at L level, and bit line drive control signal BLLBi from gate circuit 46l is at L level. Accordingly, MOS transistor NQL is in an off state.

一方、ビット線ドライバDBRiにおいて、ゲート回路40rの出力するビット線ドライブ制御信号BLLBiは、補の書込データ/DがLレベルであるため、Hレベルを維持する。ゲート回路44rが、書込列選択信号Yiのアサートに従ってその出力信号がHレベルとし、応じて、ゲート回路46rからのビット線ドライブ制御信号BLRBiがHレベルとなる。応じてMOSトランジスタNQRがオン状態となり、ノードN2Mが、接地ノードに結合される。   On the other hand, in bit line driver DBRi, bit line drive control signal BLLBi output from gate circuit 40r maintains the H level since complementary write data / D is at the L level. In response to assertion of write column selection signal Yi, gate circuit 44r sets its output signal to H level, and accordingly, bit line drive control signal BLRBi from gate circuit 46r is set to H level. In response, MOS transistor NQR is turned on, and node N2M is coupled to the ground node.

したがって、この状態においては、MOSトランジスタPQLおよびNQRがオン状態、MOSトランジスタPQRおよびNQLがオフ状態であり、ビット線書込電流IBLwrが、ノードN0からノードN2Mに向かって流れる。   Therefore, in this state, MOS transistors PQL and NQR are on, MOS transistors PQR and NQL are off, and bit line write current IBLwr flows from node N0 toward node N2M.

書込サイクルが完了すると、まず、書込イネーブルWEがネゲートされ、応じて、図8に示す列デコーダ36からの列選択信号CSLiを通して、書込列選択信号Yiがネゲートされる。この書込列選択信号Yiがネゲートされると、ビット線ドライバDBLiにおいて、ゲート回路42lからのビット線ドライブ制御信号BLLiがHレベルに駆動され、MOSトランジスタPQLがオフ状態となる。このとき、まだ書込イネーブル遅延信号WEDはHレベルであるため、ゲート回路42lの出力信号はLレベルである。したがって、ゲート回路44lの出力信号がLレベルとなっても、ビット線ドライブ制御信号BLLBiはLレベルを維持する。   When the write cycle is completed, first, the write enable WE is negated, and accordingly, the write column selection signal Yi is negated through the column selection signal CSLi from the column decoder 36 shown in FIG. When write column selection signal Yi is negated, bit line drive control signal BLLi from gate circuit 42l is driven to H level in bit line driver DBLi, and MOS transistor PQL is turned off. At this time, since the write enable delay signal WED is still at the H level, the output signal of the gate circuit 42l is at the L level. Therefore, even if the output signal of gate circuit 44l becomes L level, bit line drive control signal BLLBi maintains L level.

ビット線ドライバDBRiにおいて、書込列選択信号Yiがネゲートされると、ゲート回路44rの出力信号がLレベルとなり、応じて、ゲート回路46rからのビット線ドライブ制御信号BLRBiがLレベルとなる。このビット線BLiが、周辺電源ノードおよび接地ノードが分離されたとき、図8および図9に示すように、プリチャージゲートPGiにより、ビット線BLiが、再びセル電源電圧VDDLレベルにプリチャージされる。   In the bit line driver DBRi, when the write column selection signal Yi is negated, the output signal of the gate circuit 44r becomes L level, and accordingly, the bit line drive control signal BLRBi from the gate circuit 46r becomes L level. When bit line BLi is separated from the peripheral power supply node and the ground node, as shown in FIGS. 8 and 9, bit line BLi is precharged again to cell power supply voltage VDDL level by precharge gate PGi. .

この後、書込イネーブル遅延信号WEDがネゲートされると、ゲート回路42lおよび42rの出力信号がHレベルとなり、応じてビット線ドライブ制御信号BLLBiおよびBLRBiがHレベルとなる。これにより、ビット線BLiが、再び、接地ノードに結合され、接地電圧レベルにプリチャージされる。   Thereafter, when write enable delay signal WED is negated, the output signals of gate circuits 42l and 42r become H level, and accordingly, bit line drive control signals BLLBi and BLRBi become H level. As a result, bit line BLi is again coupled to the ground node and precharged to the ground voltage level.

非選択列に対する書込列選択信号Yjについては、この書込動作時、Lレベルである。したがって、ビット線ドライブ制御信号BLLjおよびBLRjは、Hレベルを維持する。ビット線ドライブ制御信号BLLBjおよびBLRBjは、書込イネーブル遅延信号WEDに従って、LレベルおよびHレベルに駆動される。   The write column selection signal Yj for the non-selected column is at the L level during this write operation. Therefore, bit line drive control signals BLLj and BLRj maintain the H level. Bit line drive control signals BLLBj and BLRBj are driven to L level and H level according to write enable delay signal WED.

書込データDがLレベルのときには、上述のビット線ドライバDBLiおよびDBRiの動作が逆とされ、書込電流IBLwrが、ノードN2MからノードN0に向かって流れる。   When write data D is at L level, the operations of bit line drivers DBLi and DBRi described above are reversed, and write current IBLwr flows from node N2M toward node N0.

データ読出を行なう読出サイクル時においては、読出イネーブル信号REが、図8に示すコマンドデコーダ30によりアサートされる。書込列選択信号YiおよびYjは、データ読出時、Lレベルである。したがって、読出イネーブル信号REのアサートに従って、ゲート回路42lおよび42rの出力信号がLレベルとなり、応じてゲート回路46lおよび46rの出力信号がLレベルとなる。したがって、MOSトランジスタNQLおよびNQRがオフ状態に設定される。この状態においては、読出列選択ゲート(図10においては図示せず)が導通し、このビット線BLiに対し、読出電流(上限値は入出力回路に含まれる出力のセンスアンプ回路により制限される)により所定電圧レベルに設定される(この読出経路は示していない)。   In a read cycle in which data is read, read enable signal RE is asserted by command decoder 30 shown in FIG. Write column selection signals Yi and Yj are at L level when data is read. Therefore, in accordance with the assertion of read enable signal RE, the output signals of gate circuits 42l and 42r become L level, and the output signals of gate circuits 46l and 46r accordingly become L level. Therefore, MOS transistors NQL and NQR are set to an off state. In this state, the read column selection gate (not shown in FIG. 10) is turned on, and the read current (the upper limit value is limited by the output sense amplifier circuit included in the input / output circuit) for this bit line BLi. ) To set a predetermined voltage level (this read path is not shown).

以上のようにして、ビット線ドライバDBLiおよびDBRiは、スタンバイ状態時ビット線BLiを接地電圧レベルにプリチャージし、書込動作時、書込データの論理値に応じた方向にビット線電流を流し、読出サイクル時、ビット線ドライバ出力ハイインピーダンス状態に設定される。   As described above, bit line drivers DBLi and DBRi precharge bit line BLi to the ground voltage level in the standby state, and cause the bit line current to flow in the direction corresponding to the logical value of the write data during the write operation. In the read cycle, the bit line driver output high impedance state is set.

図12は、この発明の実施の形態1に従うMRAMの行選択に関連する部分の構成の一例を示す図である。図12においては、ワード線WLiに対するワード線ドライバDWRi、ソース線SLiに対するソース線ドライバDSRi、バックゲート線BGLiに対するバックゲートドライバDBGi、およびデジット線DLiに対するデジット線ドライバDDLiを代表的に示す。   FIG. 12 shows an example of a configuration of a portion related to row selection of MRAM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 12 representatively shows word line driver DWRi for word line WLi, source line driver DSRi for source line SLi, back gate driver DBGi for back gate line BGLi, and digit line driver DDLi for digit line DLi.

ワード線ドライバDWRiは、書込データDと図8に示す遅延回路32からの遅延書込イネーブル信号WRXとを受けるゲート回路50と、行選択信号Xiと遅延読出イネーブル信号REXとを受けるゲート回路52と、これらのゲート回路50および52の出力信号を受けるゲート回路54を含む。遅延読出イネーブル信号REXは、読出イネーブル信号REを受ける遅延回路55から生成される。遅延回路55は、各ワード線ドライバに共通に設けられ、読出イネーブル信号REを所定時間遅延して、遅延読出イネーブル信号REXを生成する。この遅延読出イネーブル信号REXは、読出サイクル開始時に、接地電圧にプリチャージされている状態のビット線を、フローティング状態に設定するために生成される。   Word line driver DWRi receives write data D and gate circuit 50 receiving delayed write enable signal WRX from delay circuit 32 shown in FIG. 8, and gate circuit 52 receiving row select signal Xi and delayed read enable signal REX. And a gate circuit 54 for receiving the output signals of these gate circuits 50 and 52. Delayed read enable signal REX is generated from delay circuit 55 that receives read enable signal RE. Delay circuit 55 is provided in common to each word line driver, and delays read enable signal RE for a predetermined time to generate delayed read enable signal REX. This delayed read enable signal REX is generated in order to set the bit line precharged to the ground voltage to the floating state at the start of the read cycle.

ゲート回路50は、書込データDおよび遅延書込イネーブル信号WRXがともにHレベルのときに、Hレベルの信号を出力する。このワード線ドライバWLiは、アレイブロック1Lに対して設けられる部分の構成を示す。アレイブロック1Rに対して設けられるワード線ドライバには、書込データDに代えて補の書込データ/Dが与えられる。   Gate circuit 50 outputs a signal at H level when write data D and delayed write enable signal WRX are both at H level. The word line driver WLi shows a configuration of a portion provided for the array block 1L. Instead of write data D, complementary write data / D is applied to the word line driver provided for array block 1R.

ゲート回路52は、行選択信号Xiと遅延読出イネーブル信号REXがともにHレベルのときにHレベルの信号を出力する。ゲート回路54は、これらのゲート回路50および52の出力信号がともにLレベルのときにHレベルの信号を出力する。   Gate circuit 52 outputs a signal at H level when both row selection signal Xi and delayed read enable signal REX are at H level. Gate circuit 54 outputs a signal at H level when the output signals of gate circuits 50 and 52 are both at L level.

ワード線ドライバDWRiは、さらに、ゲート回路54の出力信号がLレベルのときに、ワード線WLiを、セル電源電圧VDDレベルに駆動するPチャネルMOSトランジスタPQwと、ゲート回路54の出力信号がHレベルのときに導通して、ワード線WLiを接地電圧レベルに駆動するNチャネルMOSトランジスタNQwを含む。   The word line driver DWRi further includes a P channel MOS transistor PQw for driving the word line WLi to the cell power supply voltage VDD level and an output signal of the gate circuit 54 at the H level when the output signal of the gate circuit 54 is at the L level. N channel MOS transistor NQw which is conductive at the time of driving word line WLi to the ground voltage level is included.

ソース線ドライバDSRiは、書込データDと遅延書込イネーブル信号WRXとを受けるゲート回路56と、ゲート回路56の出力信号がLレベルのときにソース線SLiをセル電源電圧VDDレベルに駆動するPチャネルMOSトランジスタPQsと、ゲート回路56の出力信号がHレベルのときにソース線SLiを接地電圧レベルに放電するNチャネルMOSトランジスタNQsを含む。ゲート回路56は、書込データDおよび遅延書込イネーブル信号WRXがともにHレベルのときにLレベルの信号を出力する。   The source line driver DSRi receives the write data D and the delayed write enable signal WRX, and P drives the source line SLi to the cell power supply voltage VDD level when the output signal of the gate circuit 56 is at the L level. Channel MOS transistor PQs and N channel MOS transistor NQs for discharging source line SLi to the ground voltage level when the output signal of gate circuit 56 is at the H level are included. Gate circuit 56 outputs an L level signal when both write data D and delayed write enable signal WRX are at an H level.

バックゲート線ドライバDBGiは、ゲート回路56の出力信号がLレベルのときに、バックゲート線BGLiをセル電源ノードVDDLに結合するPチャネルMOSトランジスタPQbと、ゲート回路56の出力信号がHレベルのときに、バックゲート線BGLiを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQbを含む。   Back gate line driver DBGi has a P channel MOS transistor PQb that couples back gate line BGLi to cell power supply node VDDL when an output signal of gate circuit 56 is at an L level, and an output signal of gate circuit 56 is at an H level. Includes an N channel MOS transistor NQb coupling back gate line BGLi to the ground node.

ここで、ソース線ドライバDSRiおよびバックゲート線ドライバDBGiに対し共通にゲート回路56が設けられる構成を一例として示す。しかしながら、このゲート回路56は、ソース線ドライバDSRiおよびバックゲート線ドライバDBGiそれぞれに設けられてもよい。   Here, a configuration in which the gate circuit 56 is provided in common to the source line driver DSRi and the back gate line driver DBGi is shown as an example. However, the gate circuit 56 may be provided in each of the source line driver DSRi and the back gate line driver DBGi.

また、ソース線ドライバDSRiおよびバックゲート線ドライバDBGiが、アレイブロック1Rに対して設けられる場合には、書込データDに代えて補の書込データ/Dが与えられる。   When source line driver DSRi and back gate line driver DBGi are provided for array block 1R, complementary write data / D is applied instead of write data D.

デジット線ドライバDDLiは、遅延書込イネーブル信号WRXと行選択信号Xiを受けるゲート回路58と、ゲート回路58の出力信号がLレベルのときにデジット線DLiをセル電源ノードVDDLに結合するPチャネルMOSトランジスタPQdと、ゲート回路58の出力信号がHレベルのときにデジット線DLiを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタNQdを含む。デジット線DLiの他方端部は接地ノードに結合される。   Digit line driver DDLi includes a gate circuit 58 that receives delayed write enable signal WRX and row selection signal Xi, and a P-channel MOS that couples digit line DLi to cell power supply node VDDL when the output signal of gate circuit 58 is at L level. Transistor PQd and an N channel MOS transistor NQd for coupling digit line DLi to the ground node when the output signal of gate circuit 58 is at the H level are included. The other end of digit line DLi is coupled to a ground node.

ゲート回路58は、遅延書込イネーブル信号WRXおよび行選択信号XiがともにHレベルのときにLレベルの信号を出力する。図13は、図12に示す行選択に関連する部分の動作を示すタイミング図である。以下、図13を参照して、図12に示す回路の動作について説明する。   Gate circuit 58 outputs a signal at L level when delayed write enable signal WRX and row selection signal Xi are both at H level. FIG. 13 is a timing chart showing the operation of the portion related to the row selection shown in FIG. The operation of the circuit shown in FIG. 12 will be described below with reference to FIG.

スタンバイ状態においては、遅延書込イネーブル信号WRX、行選択信号Xiおよび読出イネーブル信号REは、全てネゲート状態のLレベルである。この状態においては、ワード線ドライバDWRiのゲート回路54の出力信号がHレベルであり、ワード線WLiは、MOSトランジスタNQwにより、接地電圧レベルに維持される。同様、ソース線ドライバDSRiにおいても、ゲート回路56の出力信号はHレベルであり、ソース線SLiは、MOSトランジスタNQsにより、接地電圧レベルに維持される。また、バックゲート線BGLiも、MOSトランジスタNQbにより、接地電圧レベルに維持される。デジット線ドライバDDLiにおいてゲート回路58の出力信号はHレベルであり、デジット線DLiも、同様、接地電圧レベルに維持される。   In the standby state, delayed write enable signal WRX, row selection signal Xi, and read enable signal RE are all at the L level of the negated state. In this state, the output signal of gate circuit 54 of word line driver DWRi is at the H level, and word line WLi is maintained at the ground voltage level by MOS transistor NQw. Similarly, in source line driver DSRi, the output signal of gate circuit 56 is at the H level, and source line SLi is maintained at the ground voltage level by MOS transistor NQs. The back gate line BGLi is also maintained at the ground voltage level by the MOS transistor NQb. In digit line driver DDLi, the output signal of gate circuit 58 is at H level, and digit line DLi is similarly maintained at the ground voltage level.

書込サイクルが始まると、書込イネーブル信号WEがアサートされ(図8のコマンドデコーダ30により)、応じて、図8に示す遅延回路32からの遅延書込イネーブル信号WRXがアサートされる。このとき、書込データDは、書込イネーブル信号WEに従って確定状態にある。遅延書込イネーブル信号WRXおよび書込データDがともにHレベルとなると、ワード線ドライバDWRiにおいて、ゲート回路50の出力信号がHレベルとなり、応じて、ゲート回路54の出力信号がLレベルとなる。応じて、ワード線WLiが、MOSトランジスタPQwにより、セル電源電圧VDDLレベルに駆動される。ソース線SLiにおいても、ソース線ドライバDSRiのゲート回路56の出力信号がLレベルとなり、MOSトランジスタPQsにより、ソース線SLiが、セル電源電圧VDDLレベルに駆動される。バックゲート線BGLiも、ソース線SLiと同様、その電圧レベルが、セル電源電圧VDDLレベルに駆動される。   When the write cycle starts, the write enable signal WE is asserted (by the command decoder 30 in FIG. 8), and accordingly, the delayed write enable signal WRX from the delay circuit 32 shown in FIG. 8 is asserted. At this time, the write data D is in a definite state according to the write enable signal WE. When delayed write enable signal WRX and write data D both attain an H level, in word line driver DWRi, the output signal of gate circuit 50 attains an H level, and accordingly, the output signal of gate circuit 54 attains an L level. Accordingly, word line WLi is driven to cell power supply voltage VDDL level by MOS transistor PQw. Also in the source line SLi, the output signal of the gate circuit 56 of the source line driver DSRi becomes L level, and the source line SLi is driven to the cell power supply voltage VDDL level by the MOS transistor PQs. Similarly to the source line SLi, the voltage level of the back gate line BGLi is driven to the cell power supply voltage VDDL level.

一方、デジット線ドライバDDLiにおいては、行選択信号Xiが、アサートされると、ゲート回路58の出力信号がLレベルとなり、MOSトランジスタPQdを介して電流がセル電源ノードから供給される。   On the other hand, in digit line driver DDLi, when row selection signal Xi is asserted, the output signal of gate circuit 58 attains L level, and current is supplied from the cell power supply node via MOS transistor PQd.

データ書込が終了すると、まず書込イネーブル信号WEがネゲートされ、応じて、図8に示す遅延回路32からの遅延書込イネーブル信号WRXがネゲートされる。ワード線ドライバDWRiにおいて、ゲート回路50の出力信号がLレベルとなり、このときゲート回路52の出力信号はLレベルであるため、ゲート回路54の出力信号がHレベルとなり、ワード線WLiが接地電圧レベルへ放電される。   When the data writing is completed, the write enable signal WE is first negated, and accordingly, the delayed write enable signal WRX from the delay circuit 32 shown in FIG. 8 is negated. In the word line driver DWRi, since the output signal of the gate circuit 50 becomes L level, and the output signal of the gate circuit 52 is L level at this time, the output signal of the gate circuit 54 becomes H level, and the word line WLi is at the ground voltage level. Is discharged.

ソース線ドライバDSRiにおいては、この遅延書込イネーブル信号WRXのネゲートに従って、ゲート回路56の出力信号がHレベルとなり、ソース線SLiが接地電圧レベルに放電される。また、バックゲート線BGLiも、MOSトランジスタNQbにより接地電圧レベルに放電される。   In source line driver DSRi, in accordance with the negation of delayed write enable signal WRX, the output signal of gate circuit 56 attains an H level, and source line SLi is discharged to the ground voltage level. The back gate line BGLi is also discharged to the ground voltage level by the MOS transistor NQb.

また、デジット線ドライバDDLiにおいても、ゲート回路58の出力信号がHレベルとなり、MOSトランジスタNQdがオン状態となり、デジット線DLiは接地電圧レベルに維持される。   Also in digit line driver DDLi, the output signal of gate circuit 58 is at H level, MOS transistor NQd is turned on, and digit line DLi is maintained at the ground voltage level.

書込データDがLレベルの時には、ワード線ドライバDWRiにおいて、ゲート回路54の出力信号がHレベルに維持され、ワード線WLiは、接地電圧レベルに維持される。また、ソース線SLiおよびバックゲート線BGLiも、ゲート回路56の出力信号がHレベルであり、接地電圧レベルに維持される。   When write data D is at L level, in word line driver DWRi, the output signal of gate circuit 54 is maintained at H level, and word line WLi is maintained at the ground voltage level. The source line SLi and the back gate line BGLi are also maintained at the ground voltage level because the output signal of the gate circuit 56 is at the H level.

データ読出時においては、まず読出イネーブル信号REがアサートされる。このとき、遅延回路55からの遅延読出イネーブル信号REXのアサートに従って、ワード線ドライバDRWj(図示せず)においてゲート回路52の出力信号が、選択行に対してHレベルとなり、応じてゲート回路54の出力信号がLレベルとなる。これにより、選択行のワード線WLjがセル電源電圧VDDLレベルに駆動される。ワード線WLiについては、行選択信号Xiが、非選択状態であり、ゲート回路54の出力信号はHレベルである。従って、ワード線WLiは、接地電圧レベルに維持される。   At the time of data reading, the read enable signal RE is first asserted. At this time, in accordance with the assertion of the delayed read enable signal REX from the delay circuit 55, the output signal of the gate circuit 52 at the word line driver DRWj (not shown) becomes the H level with respect to the selected row, and accordingly the gate circuit 54 The output signal becomes L level. As a result, the word line WLj in the selected row is driven to the cell power supply voltage VDDL level. For word line WLi, row selection signal Xi is in the non-selected state, and the output signal of gate circuit 54 is at the H level. Therefore, word line WLi is maintained at the ground voltage level.

一方、ソース線ドライバDSRiおよびバックゲート線ドライバDBGiにおいては、行選択信号Xiに拘わらず、ゲート回路56の出力信号はHレベルであり、ソース線SLiおよびバックゲート線BGLiは、接地電圧レベルを維持する。同様に、デジット線ドライバDDLiにおいても、ゲート回路58の出力信号はHレベルであり、デジット線DLiは、接地電圧レベルに維持される。   On the other hand, in source line driver DSRi and back gate line driver DBGi, regardless of row selection signal Xi, the output signal of gate circuit 56 is at H level, and source line SLi and back gate line BGLi maintain the ground voltage level. To do. Similarly, in digit line driver DDLi, the output signal of gate circuit 58 is at H level, and digit line DLi is maintained at the ground voltage level.

データ読出が完了すると、読出イネーブル信号REがネゲートされ、次いで、遅延読出イネーブル信号REXがネゲートされる。応じて、選択行の行選択信号Xjがネゲートされ、選択行のワード線WLjが、対応のワード線ドライバDWRj(図示せず)により、接地電圧レベルに放電される。   When the data reading is completed, the read enable signal RE is negated, and then the delayed read enable signal REX is negated. Accordingly, row selection signal Xj of the selected row is negated, and word line WLj of the selected row is discharged to the ground voltage level by corresponding word line driver DWRj (not shown).

以上のようにして、デジット線選択駆動回路を除く行選択系回路に対してアレイブロック単位で書込データを制御信号として与えている。従って、アレイブロックの位置または書込データの論理値に従って、データ書込時に、アレイブロック単位で、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLを、接地電圧レベルまたはセル電源電圧レベルに駆動することができる。また、選択行のデジット線に、デジット線書込電流を流すことができる。   As described above, write data is supplied as a control signal in array block units to the row selection system circuit excluding the digit line selection drive circuit. Therefore, word line WL, source line SL, and back gate line BGL are driven to the ground voltage level or cell power supply voltage level for each array block in accordance with the position of the array block or the logical value of the write data. be able to. Also, a digit line write current can be passed through the digit line of the selected row.

図14は、図12に示す行選択信号Xiを生成する部分の構成の一例を概略的に示す図である。図14において、行選択信号Xiは、行アドレス信号ADXを受ける行デコーダ60から生成される。この行デコーダ60は、遅延読出イネーブル信号REXと遅延書込イネーブル信号WRXとを受けるゲート回路62の出力信号のアサート時活性化され、外部からの行アドレスADXをデコードして行選択信号Xiを生成する。ゲート回路62は、遅延読出イネーブル信号REDおよび遅延書込イネーブル信号WRXの一方がアサートされると、行デコーダ60をイネーブルする。   FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a portion that generates the row selection signal Xi shown in FIG. In FIG. 14, a row selection signal Xi is generated from a row decoder 60 that receives a row address signal ADX. The row decoder 60 is activated when the output signal of the gate circuit 62 that receives the delayed read enable signal REX and the delayed write enable signal WRX is asserted, and generates a row selection signal Xi by decoding the row address ADX from the outside. To do. Gate circuit 62 enables row decoder 60 when one of delayed read enable signal RED and delayed write enable signal WRX is asserted.

読出列選択信号CSLiは、列選択信号CSLiと遅延読出イネーブル信号REXとを受けるゲート回路64から生成される。このゲート回路64は、列選択信号CSLiおよび遅延読出イネーブル信号REXがともにHレベルとなると、読出列選択信号CSLiをHレベルに駆動する。   Read column select signal CSLi is generated from gate circuit 64 receiving column select signal CSLi and delayed read enable signal REX. Gate circuit 64 drives read column selection signal CSLi to H level when both column selection signal CSLi and delayed read enable signal REX are at H level.

図15は、この発明の実施の形態1における各領域への電圧印加部の平面レイアウトを概略的に示す図である。図15において、ワード線WLを構成する導電層70と、ソース線SLを構成する導電層72が並列に設けられる。ワード線を構成する導電層70下部には、メモリセルのチャネル領域が配置され、行方向に隣接するメモリセルのチャネル領域は分離される。ワード線WLを構成する導電層70としては、通常、メモリセルの選択トランジスタのゲートを構成する下層のポリシリコンゲートと、上層の低抵抗メタル配線の2層構造が用いられる。低抵抗のメタル配線が所定の間隔で仮想のポリシリコンゲートと電気的に接続される。   FIG. 15 is a diagram schematically showing a planar layout of a voltage application unit to each region in the first embodiment of the present invention. In FIG. 15, a conductive layer 70 constituting the word line WL and a conductive layer 72 constituting the source line SL are provided in parallel. A channel region of the memory cell is disposed under the conductive layer 70 constituting the word line, and the channel region of the memory cell adjacent in the row direction is separated. As the conductive layer 70 constituting the word line WL, a two-layer structure of a lower polysilicon gate constituting the gate of the selection transistor of the memory cell and an upper low resistance metal wiring is usually used. Low resistance metal wiring is electrically connected to the virtual polysilicon gate at a predetermined interval.

ソース線SLを構成する導電層72は、メモリセルの選択トランジスタの拡散層で構成されてもよく、またメモリセルの選択トランジスタの拡散層と所定間隔で電気的にコンタクトが取られるメタル配線で構成されてもよい。いずれの構成においても、ソース線に結合される拡散層は行方向に連続的に延在するように設けられる。   The conductive layer 72 constituting the source line SL may be constituted by a diffusion layer of the selection transistor of the memory cell, or a metal wiring electrically contacted with the diffusion layer of the selection transistor of the memory cell at a predetermined interval. May be. In any configuration, the diffusion layer coupled to the source line is provided so as to continuously extend in the row direction.

ソース線SLを構成する導電層72上層に、デジット線DLを構成する導電層74が行方向に連続的に延在するように配置される。このデジット線DLを構成する導電層74下部に、MTJ素子(またはTMR素子)が配置される。   Conductive layer 74 constituting digit line DL is disposed on conductive layer 72 constituting source line SL so as to continuously extend in the row direction. An MTJ element (or TMR element) is disposed below conductive layer 74 constituting digit line DL.

導電層70および72の終端部において、データを記憶するメモリセルMCと、このメモリセルMCの形状歪みを抑制するための形状ダミーセルFDMCが設けられる。このメモリセルMCおよび形状ダミーセルFDMCは同一の構造を有する。形状ダミーセルFDMCは、メモリアレイ端部に配置されており、パターン終端部における形状歪みなどを受ける点がメモリセルMCと異なる。   At the terminal portions of conductive layers 70 and 72, memory cell MC for storing data and shape dummy cell FDMC for suppressing the shape distortion of memory cell MC are provided. The memory cell MC and the shape dummy cell FDMC have the same structure. The shape dummy cell FDMC is arranged at the end of the memory array and is different from the memory cell MC in that it receives shape distortion at the pattern end.

メモリセルMCは、ワード線WLを跨ぐように、可変磁気抵抗素子の下敷電極84が形成される。下敷電極84は、MTJ素子と電気的に接続され、またコンタクト82を介して下層の不純物領域80aに電気的に接続される。同様、形状ダミーセルFDMCにおいても、下敷電極(明確に示さず)が、コンタクト82を介して下層の不純物領域80bに電気的に接続される。この終端部において、さらに、活性領域(不純物領域)80cが行方向に延在する。この終端の活性領域において、バックゲート線ドライバDBGの出力が電気的に結合される。行方向に整列するメモリセルにおいて、チャネル領域は、図示しない不純物領域により互いに分離される。しかしながら、チャネル分離領域下部の基板領域がバックゲートとして機能するため、行方向に整列するメモリセルのバックゲート領域に対し、それぞれ、バックゲート線ドライバDBGにより、バイアス電圧を供給することができる。   In the memory cell MC, the underlying electrode 84 of the variable magnetoresistive element is formed so as to straddle the word line WL. The underlying electrode 84 is electrically connected to the MTJ element, and is also electrically connected to the underlying impurity region 80 a via the contact 82. Similarly, in the shape dummy cell FDMC, the underlying electrode (not explicitly shown) is electrically connected to the lower impurity region 80b through the contact 82. In this terminal portion, an active region (impurity region) 80c further extends in the row direction. In the terminal active region, the output of the back gate line driver DBG is electrically coupled. In memory cells aligned in the row direction, channel regions are separated from each other by an impurity region (not shown). However, since the substrate region under the channel isolation region functions as a back gate, a bias voltage can be supplied to each back gate region of the memory cells aligned in the row direction by the back gate line driver DBG.

メモリセルの選択トランジスタのバックゲートは、アレイブロック単位で分離されていても良い。行単位で分離されることは特に要求されない。各行に対応してバックゲート線ドライバを配置することにより、アレイブロック単位で基板領域(バックゲート)が分離されていても、その大きな接合容量に起因する寄生容量を高速で充放電することができる。また、各行ごとにバックゲート線ドライバを配置することにより、アレイブロック単位で基板領域が分離されていても、基板領域の電圧分布を低減して、各行ごとに正確に所望の電圧レベルにバックゲートを設定することができる。   The back gate of the select transistor of the memory cell may be separated in array block units. It is not particularly required to be separated line by line. By arranging the back gate line driver corresponding to each row, the parasitic capacitance caused by the large junction capacitance can be charged / discharged at high speed even if the substrate region (back gate) is separated in array blocks. . In addition, by arranging a back gate line driver for each row, even if the substrate region is separated in array blocks, the voltage distribution in the substrate region is reduced and the back gate is accurately set to a desired voltage level for each row. Can be set.

一方、ワード線WLを構成する導電層70は、コンタクト/ビア92を介して、ワード線ドライバDWRに結合される。この場合、ワード線WLは、多層構造のシャント構造に形成される場合が多く、ワード線ドライバDWRとバックゲート線ドライバDBGの出力配線の衝突を生じさせることなく、ワード線ドライバDWRおよびバックゲート線DBGを、それぞれ配置することができる。   On the other hand, conductive layer 70 constituting word line WL is coupled to word line driver DWR through contact / via 92. In this case, the word line WL is often formed in a multi-layered shunt structure, and the word line driver DWR and the back gate line do not cause collision between the output wirings of the word line driver DWR and the back gate line driver DBG. Each DBG can be placed.

ソース線SLを構成する導電層72は、その終端部においてコンタクト/ビア94により、ソース線ドライバDSRに結合される。デジット線DLを構成する導電層74は、他方端部においてコンタクト98により、デジット線ドライバDDLに結合される。   Conductive layer 72 constituting source line SL is coupled to source line driver DSR by contact / via 94 at the end thereof. Conductive layer 74 constituting digit line DL is coupled to digit line driver DDL by contact 98 at the other end.

なお、各メモリセル行に対応してソース線SLが配置されてもよく、また、隣接行のメモリセルがソース線SLを共有するように配置されてもよい。この場合、2行のソース線が1つのソース線ドライバDSRにより駆動される。また、メモリセルMCの配置としては、先の非特許文献1に示されるように、行方向においては、1列おきにメモリセルが配置されてもよい(但し、MTJ素子は、各列に配置される)。すなわち、不純物領域80bが、隣接行のメモリセルであって、隣接行のメモリセルのMTJ素子に下敷電極を介して接続されても良い。また、各列ごとにワード線と交差するように不純物領域80aおよび80bが配置されても良い。   The source line SL may be arranged corresponding to each memory cell row, or the memory cells in adjacent rows may be arranged so as to share the source line SL. In this case, two rows of source lines are driven by one source line driver DSR. As for the arrangement of the memory cells MC, as shown in Non-Patent Document 1, memory cells may be arranged every other column in the row direction (however, MTJ elements are arranged in each column). ) That is, the impurity region 80b is a memory cell in an adjacent row, and may be connected to the MTJ element of the memory cell in the adjacent row via the underlying electrode. Impurity regions 80a and 80b may be arranged so as to intersect the word line for each column.

なお、ソース線ドライバDSRおよびバックゲート線ドライバDBGは、メモリセル行ごとに設けることは特に要求されない。メモリアレイブロック1Lおよび1Rそれぞれに対して、大きな電流駆動力を有するソース線ドライバおよびバックゲート線ドライバが設けられてもよい。ただし、各行ごとにソース線ドライバDSRおよびバックゲート線ドライバDBGを配置することにより、高速で、ソース線およびバックゲート線を所望の電圧レベルに駆動することができる。   Note that the source line driver DSR and the back gate line driver DBG are not particularly required to be provided for each memory cell row. A source line driver and a back gate line driver having a large current driving capability may be provided for each of memory array blocks 1L and 1R. However, by disposing the source line driver DSR and the back gate line driver DBG for each row, the source line and the back gate line can be driven to a desired voltage level at high speed.

[変更例]
図16は、この発明の実施の形態1の変更例の要部の構成を概略的に示す図である。図16に示すアレイ配置においては、ビット線BLとソース線SLとが平行に配列される。図16においては、2行2列に配置されるメモリセルを代表的に示す。ビット線BLL2nおよびBLL2n+1に対応して設けられるソース線SL2nおよびSL2n+1を代表的に示す。また、行系の信号線として、ワード線WLM−1、WLM、バックゲート線BGLM−1、BGLM、およびデジット線DLM−1、DLMを代表的に示す。
[Example of change]
FIG. 16 schematically shows a structure of a main part of a modification of the first embodiment of the present invention. In the array arrangement shown in FIG. 16, bit lines BL and source lines SL are arranged in parallel. FIG. 16 representatively shows memory cells arranged in 2 rows and 2 columns. Source lines SL2n and SL2n + 1 provided corresponding to bit lines BLL2n and BLL2n + 1 are representatively shown. Further, word lines WLM-1, WLM, back gate lines BGLM-1, BGLM, and digit lines DLM-1, DLM are representatively shown as row-related signal lines.

メモリセルMCは、先の実施の形態と同様、対応のビット線とソース線の間に直列に接続される磁気抵抗性素子VRおよび選択トランジスタSTを含む。ワード線WL、デジット線DLおよびバックゲート線BGLは、これらのビット線およびソース線と直交する方向に配置される。   Similar to the previous embodiment, memory cell MC includes a magnetoresistive element VR and a select transistor ST connected in series between a corresponding bit line and a source line. Word line WL, digit line DL, and back gate line BGL are arranged in a direction orthogonal to these bit lines and source lines.

図16に示すアレイ配置において、ソース線SL2nが、ビット線ノードNM−1およびNMの間で2分割される。すなわち、ソース線SL2nがソース線SSL2nおよびSLR2nに分割され、ソース線SL2n+1が、ソース線SLL2n+1およびSLR2n+1に分割される。ノードNM−1およびNMの間に、分割ソース線それぞれに対応して、ソース線ドライバが設けられる。すなわちソース線SLL2nおよびSLL2n+1に対してソース線ドライバLDS2nおよびLDS2n+1が設けられ、ソース線SLR2nおよびSLR2n+1に対して、ソース線ドライバRDS2nおよびRDS2n+1が設けられる。   In the array arrangement shown in FIG. 16, source line SL2n is divided into two parts between bit line nodes NM-1 and NM. That is, source line SL2n is divided into source lines SSL2n and SLR2n, and source line SL2n + 1 is divided into source lines SLL2n + 1 and SLR2n + 1. A source line driver is provided between nodes NM-1 and NM corresponding to each of the divided source lines. That is, source line drivers LDS2n and LDS2n + 1 are provided for source lines SLL2n and SLL2n + 1, and source line drivers RDS2n and RDS2n + 1 are provided for source lines SLR2n and SLR2n + 1.

ビット線BLL2n、BLL2n+1、ワード線WLM−1、WLMおよびバックゲート線BGLM−1およびBGLMに対して、先の実施の形態と同様、ビット線ドライバDBL2n、DBR2n、DBL2n+1、DBR2n+1、ワード線ドライバDRWM−1、DRWM、およびバックゲート線ドライバDBGM−1、およびDBGMが設けられる。これらのドライバは、先の上で説明した構成と同じ構成を有する。   For bit lines BLL2n, BLL2n + 1, word lines WLM-1, WLM and back gate lines BGLM-1 and BGLM, bit line drivers DBL2n, DBR2n, DBL2n + 1, DBR2n + 1, word line driver DRWM- are the same as in the previous embodiment. 1, DRWM, and back gate line drivers DBGM-1 and DBGM are provided. These drivers have the same configuration as described above.

また、デジット線DLM−1およびDLMに対しても、デジット線ドライバDLLM−1およびDLLMが設けられる。ソース線ドライバLDS2nおよびLDS2n+1に対しては、遅延書込イネーブル信号WRXと書込データDが与えられ、ソース線ドライバRDS2nおよびRDS2n+1に、遅延書込イネーブル信号WRXおよび補の書込データ/Dが与えられる。   Digit line drivers DLLM-1 and DLLM are also provided for digit lines DLM-1 and DLM. Delayed write enable signal WRX and write data D are applied to source line drivers LDS2n and LDS2n + 1, and delayed write enable signal WRX and complementary write data / D are applied to source line drivers RDS2n and RDS2n + 1. It is done.

したがって、この図16に示す配置においても、メモリセルアレイが、アレイブロック1Lおよび1Rに分割され、各アレイブロック単位で、書込データDの論理値に応じて、ワード線、バックゲート線、およびソース線の電圧レベルを設定することができる。   Therefore, also in the arrangement shown in FIG. 16, the memory cell array is divided into array blocks 1L and 1R, and word lines, back gate lines, and sources are arranged in units of each array block in accordance with the logical value of write data D. The voltage level of the line can be set.

なお、この図16に示す配置において、バックゲート線ドライバも、ソース線ドライバと同様、メモリセルアレイの中央部(ノードNM−1およびNMの間)に分散配置されてもよい。   In the arrangement shown in FIG. 16, the back gate line drivers may also be arranged in a distributed manner at the center of the memory cell array (between nodes NM-1 and NM), like the source line drivers.

また、図16に示すメモリセルの配置においても、ソース線SLが、隣接列のメモリセルにより共有されてもよい。この場合、ソース線ドライバの数を低減することができる。   Also in the arrangement of the memory cells shown in FIG. 16, the source line SL may be shared by adjacent columns of memory cells. In this case, the number of source line drivers can be reduced.

この図16に示すメモリセルアレイへのデータ書込時の動作は、上で説明したMRAMのデータ書込時の動作と同じであり、また、その制御の構成も、同じであり、その詳細説明は省略する。   The operation at the time of data writing to the memory cell array shown in FIG. 16 is the same as the operation at the time of data writing of the MRAM described above, and the control configuration is also the same. Omitted.

以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、メモリアレイを分割し、ビット線の高電位のノードからの距離に応じて、ワード線、ソース線、およびバックゲート線の電圧レベルを、対応のビット線の電圧とメモリセルの選択トランジスタの各ノードの電圧差が、選択トランジスタの耐圧(セル電源電圧:中間電圧)以下の電圧レベルになるように設定している。これにより、ビット線の一端に高電圧を印加することができ、ビット線ドライバのサイズを増大させることなく、大きな書込電流を供給することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the memory array is divided, and the voltage levels of the word line, the source line, and the back gate line are set according to the distance from the high potential node of the bit line. The voltage difference between the voltage of the corresponding bit line and the voltage of each node of the selection transistor of the memory cell is set to a voltage level equal to or lower than the breakdown voltage (cell power supply voltage: intermediate voltage) of the selection transistor. Thus, a high voltage can be applied to one end of the bit line, and a large write current can be supplied without increasing the size of the bit line driver.

[実施の形態2]
図17は、この発明の実施の形態2に従うMRAMの要部の構成を概略的に示す図である。この図17においても、ビット線BLとして、ビット線BL2nおよび2n+1を、実施の形態1と同様、代表的に示す。
[Embodiment 2]
FIG. 17 schematically shows a structure of a main portion of the MRAM according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 17 as well, bit lines BL2n and 2n + 1 are representatively shown as bit lines BL, as in the first embodiment.

この図17に示すMRAMは、トグルMRAMである。データ書込時、書込データの論理値にかかわらず、常に一定の方向にビット線書込電流が流れる。したがって、ビット線ドライブ回路7Lのビット線ドライバDBL2nおよびDBL2n+1においては、PチャネルMOSトランジスタが設けられ、放電用のNチャネルMOSトランジスタは設けられない。一方、ビット線ドライブ回路7Rのビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1においては、放電用のNチャネルMOSトランジスタが設けられ、充電用のPチャネルMOSトランジスタは設けられない。   The MRAM shown in FIG. 17 is a toggle MRAM. When writing data, a bit line write current always flows in a constant direction regardless of the logical value of the write data. Therefore, in bit line drivers DBL2n and DBL2n + 1 of bit line drive circuit 7L, a P channel MOS transistor is provided, and a discharge N channel MOS transistor is not provided. On the other hand, in bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1 of bit line drive circuit 7R, an N channel MOS transistor for discharging is provided, and a P channel MOS transistor for charging is not provided.

書込時、ビット線書込電流は、ノードN0からN2Mに向かって流れるとする。この場合、ノードN0に、書込時、書込データの論理値に拘わらず高電圧(2.4V)が印加され、ノードN0が第1の端部として作用し、ノードN2Mには、常に、接地電圧0Vが印加され、ノードN2Mが、ビット線の第2の端部として作用する。   It is assumed that a bit line write current flows from node N0 to N2M during writing. In this case, at the time of writing, a high voltage (2.4 V) is applied to the node N0 regardless of the logical value of the write data, the node N0 acts as the first end, and the node N2M is always Ground voltage 0V is applied, and node N2M acts as the second end of the bit line.

このメモリセルアレイにおけるメモリセル、ビット線、ソース線SL、バックゲート線BGLの配置、および読出列選択ゲートRGの配置は、実施の形態1(図3参照)の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。   The arrangement of memory cells, bit lines, source lines SL, back gate lines BGL, and arrangement of read column selection gates RG in this memory cell array is the same as that of the first embodiment (see FIG. 3), and the corresponding parts Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

アレイブロック1Rにおいて、バックゲート線BGLM−BGL2Mは、接地電圧レベルに固定され、また、ソース線SLM−SL2Mも、接地電圧レベルに固定される。ワード線WLM−WLM2Mも、ビット線ドライバDWRM−DWR2Mに従って、選択時、1.2V(セル電源電圧レベル)に駆動され、非選択時、接地電圧レベルに維持される。データ書込時に、ワード線WLM−WLM2Mは、非選択状態の接地電圧レベルに維持される。   In array block 1R, back gate lines BGLM-BGL2M are fixed to the ground voltage level, and source lines SLM-SL2M are also fixed to the ground voltage level. Word line WLM-WLM2M is also driven to 1.2V (cell power supply voltage level) when selected according to bit line driver DWRM-DWR2M, and is maintained at the ground voltage level when not selected. During data writing, word lines WLM-WLM2M are maintained at the ground voltage level in the non-selected state.

書込モード時、選択メモリセルの記憶データと書込データの一致/不一致を判定し、その判定結果に従ってデータの書込が選択的に行われる。すなわち、書込モード時、メモリセルの記憶データを読出し、その後、選択的にデータを書込む処理が実行される。したがって、データの内部読出とデータ書込との間でビット線の電位が異なる。このビット線電位の変化に対応するために一方、アレイブロック1Lにおいて、ワード線ドライバDWR0−DWRM−1に対しては、ハイ側電源電圧として、ハイ側電源切換回路100からのハイ側電源電圧VHWが与えられ、ロー側電源電圧VLWとして、ロー側電源切換回路102からの電圧が与えられる。ハイ側電源切換回路100は、実際にデータの書込を行なう書込活性化信号WRITEおよびZWRITEのアサート時、2.4Vの電圧を、ハイ側電源電圧VHWとして伝達する。これらの書込活性化信号WRITEおよびZWRITEの非活性化時(ネゲート時)、ハイ側電源切換回路100は、セル電源電圧(1.2V)を、ハイ側電源電圧VHWとして伝達する。   In the write mode, it is determined whether the storage data of the selected memory cell matches the write data, and data is selectively written according to the determination result. That is, in the write mode, a process of reading data stored in the memory cell and then selectively writing data is executed. Therefore, the potential of the bit line differs between internal data reading and data writing. In order to cope with this change in the bit line potential, on the other hand, in the array block 1L, the high side power supply voltage VHW from the high side power supply switching circuit 100 is used as the high side power supply voltage for the word line drivers DWR0 to DWRM-1. And the voltage from the low-side power supply switching circuit 102 is supplied as the low-side power supply voltage VLW. High side power supply switching circuit 100 transmits a voltage of 2.4 V as high side power supply voltage VHW when write activation signals WRITE and ZWRITE for actually writing data are asserted. When write activation signals WRITE and ZWRITE are inactivated (during negation), high side power supply switching circuit 100 transmits cell power supply voltage (1.2 V) as high side power supply voltage VHW.

ロー側電源切換回路は、書込活性化信号WRITEおよびZWRITEのアサート時、セル電源電圧(1.2V)を、ロー側電源電圧VLWとして伝達し、それ以外のときには、接地電圧を、ロー側電源電圧VLWとして伝達する。   The low-side power supply switching circuit transmits the cell power supply voltage (1.2 V) as the low-side power supply voltage VLW when the write activation signals WRITE and ZWRITE are asserted, and otherwise the ground voltage is supplied to the low-side power supply. It is transmitted as voltage VLW.

バックゲート線BGL0−BGLM−1へは、基板電源切換回路104からの電圧VGが与えられ、ソース線SL0−SLM−1に対しては、ソース線電源切換回路106からの電圧VSが与えられる。基板電源切換回路104は、書込活性化信号WRITEおよびZWRITEのアサート時、セル電源電圧1.2Vを、基板バイアス電圧VGとして伝達し、それ以外、接地電圧を基板バイアス電圧VGとして伝達する。ソース電源切換回路106も同様、書込活性化信号WRITEおよびZWRITEのアサート時、セル電源電圧1.2Vを、ソース線電圧VSとして伝達し、それ以外、接地電圧をソース線電圧VSとして伝達する。   Voltage VG from substrate power supply switching circuit 104 is applied to back gate lines BGL0-BGLM-1, and voltage VS from source line power supply switching circuit 106 is applied to source lines SL0-SLM-1. Substrate power supply switching circuit 104 transmits cell power supply voltage 1.2V as substrate bias voltage VG when write activation signals WRITE and ZWRITE are asserted, and transmits the ground voltage as substrate bias voltage VG. Similarly, source power supply switching circuit 106 transmits cell power supply voltage 1.2V as source line voltage VS when write activation signals WRITE and ZWRITE are asserted, and transmits the ground voltage as source line voltage VS.

図18は、図17に示すトグルMRAMのデータ書込モード時の動作を示すフロー図である。以下、簡単に、図18を参照して、図17に示すトグルMRAMのデータ書込動作について説明する。   FIG. 18 is a flowchart showing an operation in the data write mode of the toggle MRAM shown in FIG. Hereinafter, the data write operation of the toggle MRAM shown in FIG. 17 will be briefly described with reference to FIG.

まず、外部からのコマンドを待受ける。コマンドが与えられると、このコマンドにより、データ書込が指定されたかの判定を行なう(ステップSP1)。データ書込がコマンドにより指定されると、まず、書込データのラッチが行なわれる(ステップSP2)。次いで、外部からこの書込指示と並行して与えられるアドレス信号に従って、書込対象のメモリセルの記憶データの内部読出が行なわれる(ステップSP3)。   First, it waits for an external command. When a command is given, it is determined whether data writing is designated by this command (step SP1). When data writing is designated by a command, write data is first latched (step SP2). Then, in accordance with an address signal applied in parallel with the write instruction from the outside, internal reading of data stored in the memory cell to be written is performed (step SP3).

この内部で読出された記憶データが、ラッチした書込データと論理値が一致しているかの判定を行なう(ステップSP4)。記憶データと書込データの論理値が一致している場合には、書込を行なう必要がない。したがって、この場合には、書込完了処理を実行して、書込が完了する。   A determination is made as to whether the stored data read internally matches the logical value of the latched write data (step SP4). When the logical values of the stored data and the write data match, it is not necessary to perform writing. Therefore, in this case, the writing completion process is executed to complete the writing.

一方、記憶データと書込データとが一致していない場合には、以下に詳細に説明するように、電源切換回路を用いて各電源を切換えて、データの書込を実行する。この場合、選択ビット線BLには、図17に示す構成においては、左側のビット線ドライブ回路7Lから右側のビット線ドライブ回路1Rへビット線書込電流IBLwrが流れる。デジット線DLおよびビット線BLを流れる電流により、メモリセルの記憶データを反転させる。具体的に、この書込時においては、まず、デジット線電流を流し、次いで、ビット線電流を流す。この後、デジット線電流の供給を停止し、ビット線電流を流す。この後、ビット線電流を停止する。   On the other hand, if the stored data and the write data do not match, the data is written by switching each power source using the power source switching circuit as described in detail below. In this case, in the configuration shown in FIG. 17, the bit line write current IBLwr flows from the left bit line drive circuit 7L to the right bit line drive circuit 1R in the selected bit line BL. The data stored in the memory cell is inverted by the current flowing through the digit line DL and the bit line BL. Specifically, at the time of writing, a digit line current is first supplied, and then a bit line current is supplied. Thereafter, the supply of the digit line current is stopped and the bit line current is supplied. Thereafter, the bit line current is stopped.

この一連の書込シーケンスが完了したかの判定が行なわれ(ステップSP6)、一連の書込シーケンスが完了すると、書込が終了する。   It is determined whether or not the series of writing sequences is completed (step SP6). When the series of writing sequences is completed, the writing is finished.

上述のように、トグルMRAMにおいて、まず、データ書込時、内部で記憶データの読出を行ない、その後、その記憶データと書込データの論理値の一致/不一致に応じて、選択的にビット線に書込電流を流す。内部読出および外部からの読出アクセス時においては、ワード線電圧は、1.2Vと0Vの間で変化させる。これは、内部データ線LIOにおいて、常に一方方向に読出電流を流して、メモリセルのデータの読出を行なうためである。書込時においては、メモリアレイブロック単位でワード線、ソース線、およびバックゲート線の電圧レベルを更新する。アレイブロック1Rにおいては、ワード線、バックゲート線およびソース線の電圧は固定である。以下、この書込シーケンスについて、ビット線の電圧と、各ワード線、バックゲート線およびソース線の電圧の関係に付いて説明する。デジット線電流については、ビット線電流よりも早いタイミングで電流が流され、電流供給が停止されることが要求されるだけである。   As described above, in the toggle MRAM, first, when data is written, the stored data is read internally, and then the bit line is selectively selected according to the coincidence / mismatch of the logical value of the stored data and the write data. A write current is made to flow. In internal read and external read access, the word line voltage is changed between 1.2V and 0V. This is because the data in the memory cell is read by always passing a read current in one direction on internal data line LIO. At the time of writing, the voltage levels of the word lines, source lines, and back gate lines are updated in units of memory array blocks. In array block 1R, the voltages of the word line, back gate line, and source line are fixed. In the following, this write sequence will be described with respect to the relationship between the voltage of the bit line and the voltage of each word line, back gate line, and source line. The digit line current is only required to flow at a timing earlier than the bit line current and to stop the current supply.

図19は、図17に示すトグルMRAMのデータ書込時の動作を示すタイミング図である。以下、図19を参照して、図17に示すトグルMRAMのデータ書込動作についてより具体的に説明する。図19においては、ビット線BL2nとワード線WL0の交差部に対応して配置されるメモリセルが、選択される場合の動作が一例として示される。   FIG. 19 is a timing chart showing an operation at the time of data writing of the toggle MRAM shown in FIG. Hereinafter, the data write operation of the toggle MRAM shown in FIG. 17 will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 19 shows an example of an operation when a memory cell arranged corresponding to the intersection of bit line BL2n and word line WL0 is selected.

時刻t10において印加コマンドに従って、書込モードが設定される。この時刻t10において、まず、内部読出を行なうために、読出列選択信号CSLR2nがアサートされ、読出列選択ゲートRG2nが導通する。右側のビット線ドライブ回路1Rのビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1が、出力ハイインピーダンス状態とされる。左側のビット線ドライブ回路1Lにおいて、ビット線ドライバDBL2nおよびDBL2N+1は、スタンバイ状態と同様、出力ハイインピーダンス状態にある。読出列選択ゲートがオン状態となって、選択ビット線BL2nに読出電圧が供給され、その電圧レベルが上昇する。非選択ビット線BL2n+1は、接地電圧レベルに維持される。   The writing mode is set according to the application command at time t10. At time t10, first, in order to perform internal reading, read column selection signal CSLR2n is asserted, and read column selection gate RG2n becomes conductive. The bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1 of the right bit line drive circuit 1R are set to the output high impedance state. In the left bit line drive circuit 1L, the bit line drivers DBL2n and DBL2N + 1 are in the output high impedance state, as in the standby state. The read column select gate is turned on, the read voltage is supplied to the selected bit line BL2n, and the voltage level rises. Unselected bit line BL2n + 1 is maintained at the ground voltage level.

このとき、また、アドレス指定された行に対応するワード線WL0が選択状態へ駆動され、その電圧レベルが1.2V程度にまで上昇する。これにより、ビット線BL2nにメモリセルの記憶データに応じた電流が流れる。この電流を、内部データ線LIOに接続されるセンスアンプにより検出して、データの内部読出が行なわれる。この内部読出データは、好ましくは、ラッチされる。   At this time, the word line WL0 corresponding to the addressed row is driven to the selected state, and its voltage level rises to about 1.2V. As a result, a current corresponding to the data stored in the memory cell flows through the bit line BL2n. This current is detected by a sense amplifier connected to internal data line LIO, and data is read internally. This internal read data is preferably latched.

時刻t11において、この内部読出が完了すると、内部読出サイクルが終了し、次いで、内部読出データと書込データの比較を行なう比較/スタンバイサイクルが始まる。このサイクルにおいて、ビット線プリチャージ制御信号BLRB2nおよびBLRB2n+1がHレベルへ駆動され、ビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1のNチャネルMOSトランジスタが導通し、ビット線BL2nおよびBL2n+1が、接地電圧レベルにプリチャージされる。   When the internal reading is completed at time t11, the internal reading cycle is terminated, and then a comparison / standby cycle for comparing the internal reading data and the writing data is started. In this cycle, bit line precharge control signals BLRB2n and BLRB2n + 1 are driven to the H level, the N-channel MOS transistors of bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1 are turned on, and bit lines BL2n and BL2n + 1 are precharged to the ground voltage level. .

この内部比較の結果、記憶データと内部読出データとが不一致の場合、選択メモリセルに対するデータの書込を行なう書込サイクルが開始される。比較結果が一致を示す場合には、この書込サイクルは実行されず、ビット線BL2nおよびBL2n+1は、スタンバイ状態を維持し、次のアクセスを待ち受ける。   If the stored data and the internal read data do not match as a result of the internal comparison, a write cycle for writing data to the selected memory cell is started. If the comparison result indicates a match, this write cycle is not executed, and bit lines BL2n and BL2n + 1 maintain the standby state and wait for the next access.

時刻t13において、ビット線プリチャージ制御信号BLRB2nおよびBLRB2n+1が、ネゲートされて、ビット線BL2nおよびBL2n+1の接地電圧レベルへのプリチャージが完了する。これと並行して、プリチャージ制御信号UB2nおよびUB2n+1が、アサートされ、ビット線BL2nおよびBL2n+1が、セル電源電圧(1.2V)レベルにプリチャージされる。   At time t13, bit line precharge control signals BLRB2n and BLRB2n + 1 are negated, and the precharging of the bit lines BL2n and BL2n + 1 to the ground voltage level is completed. In parallel with this, precharge control signals UB2n and UB2n + 1 are asserted, and bit lines BL2n and BL2n + 1 are precharged to the cell power supply voltage (1.2V) level.

時刻t14において、このビット線プリチャージと並行して電源切換回路100、102、104および106が、その出力電圧VHW、VLW、VGおよびVSの電圧レベルを切換える。この状態において、ワード線ドライバDWR0−DWRM−1は非選択状態である。したがって、ワード線WL0−WLM−1の電圧レベルが、セル電源電圧(1.2V)レベルに上昇する。同様、バックゲート線BGL0−BGLM−1およびソース線SL0−SLM−1の電圧レベルも、セル電源電圧(1.2V)レベルに上昇する。   At time t14, power supply switching circuits 100, 102, 104 and 106 switch the voltage levels of output voltages VHW, VLW, VG and VS in parallel with the bit line precharge. In this state, word line drivers DWR0 to DWRM-1 are in a non-selected state. Therefore, the voltage level of word lines WL0-WLM-1 rises to the cell power supply voltage (1.2V) level. Similarly, the voltage levels of back gate lines BGL0-BGLM-1 and source lines SL0-SLM-1 also rise to the cell power supply voltage (1.2V) level.

時刻t15において、ビット線プリチャージ制御信号UB2nがネゲートされ、ビット線BL2nのプリチャージが完了する。ビット線BL2n+1は、継続して、セル電源電圧レベルにプリチャージされる。   At time t15, the bit line precharge control signal UB2n is negated, and the precharge of the bit line BL2n is completed. Bit line BL2n + 1 is continuously precharged to the cell power supply voltage level.

次いで、ビット線ドライバDBL2nにおいて、ビット線ドライブ制御信号BLL2nが、アサートされ、ビット線BL2nのノードN0が、2.4Vの電圧レベルに駆動される。これにより、ビット線BL2nにおいてノードN0からノードN2Mに向かって書込電流IBLwrが流れる。   Next, in the bit line driver DBL2n, the bit line drive control signal BLL2n is asserted, and the node N0 of the bit line BL2n is driven to a voltage level of 2.4V. As a result, write current IBLwr flows from node N0 to node N2M in bit line BL2n.

時刻t16において、このメモリセルへのデータ書込が完了すると、ビット線ドライブ制御信号BLL2nおよびBLR2nがネゲートされ、ビット線への書込電流の供給が停止する。これと並行して、プリチャージ制御信号UB2nがアサートされて、ビット線BL2nが、セル電源電圧(1.2V)にプリチャージされる。   When data writing to the memory cell is completed at time t16, bit line drive control signals BLL2n and BLR2n are negated, and supply of the write current to the bit line is stopped. In parallel with this, the precharge control signal UB2n is asserted, and the bit line BL2n is precharged to the cell power supply voltage (1.2V).

時刻t17において、ビット線BL2nのプリチャージが完了した後、再び、電源切換回路100、102、104および106が、その出力電源電圧の電圧レベルを切換え、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLが、接地電圧レベルに駆動される。また、ビット線ドライバDBR2nおよびDBR2n+1に対する制御信号BLRB2nおよびBLRB2n+1がアサートされ、ビット線BL2nおよびBL2n+1が、接地電圧レベルにプリチャージされる。書込モードが完了し、MRAMはスタンバイ状態となる。   After precharge of bit line BL2n is completed at time t17, power supply switching circuits 100, 102, 104 and 106 again switch the voltage level of the output power supply voltage, and word line WL, source line SL and back gate line BGL is driven to the ground voltage level. Control signals BLRB2n and BLRB2n + 1 for bit line drivers DBR2n and DBR2n + 1 are asserted, and bit lines BL2n and BL2n + 1 are precharged to the ground voltage level. The write mode is completed and the MRAM is in a standby state.

したがって、電源切換回路100、102、104および106を利用しているものの、このメモリセルへのデータの書込を行なう時刻t13から時刻t17の動作は、先の実施の形態1における書込サイクルの動作と同じである。   Therefore, although power supply switching circuits 100, 102, 104, and 106 are used, the operation from time t13 to time t17 for writing data to this memory cell is the same as that of the write cycle in the first embodiment. Same as operation.

ワード線ドライバDBR0−DBRM−1に、2.4Vおよび1.2Vの電圧を、それぞれ電源電圧VHWおよびBLWとして供給することにより、ワード線ドライバDBR0の構成要素のトランジスタの耐圧を保証する。   By supplying voltages of 2.4 V and 1.2 V to the word line drivers DBR0 to DBRM-1 as power supply voltages VHW and BLW, respectively, the breakdown voltage of the constituent elements of the word line driver DBR0 is guaranteed.

図20は、この発明の実施の形態2に従うトグルMRAMの制御部の構成を概略的に示す図である。図20において、アレイ周辺回路として、データの入出力を行なう入出力回路110と、列選択信号を生成する列デコード回路140と、行選択信号を生成する行デコーダ146が設けられる。行デコーダ146は、行デコード回路内において各行に対応して設けられるものの、図20においては、この行デコード回路は示していない。   FIG. 20 schematically shows a structure of the control unit of the toggle MRAM according to the second embodiment of the present invention. 20, an array input / output circuit 110 for inputting / outputting data, a column decode circuit 140 for generating a column selection signal, and a row decoder 146 for generating a row selection signal are provided as array peripheral circuits. Although the row decoder 146 is provided corresponding to each row in the row decoding circuit, this row decoding circuit is not shown in FIG.

入出力回路110は、データ書込モード時、書込データをラッチするデータラッチ112と、データの読出時(内部読出を含む)活性化され、内部データ線LIO上の読出データを検知し増幅して内部読出データRQを生成するセンスアンプ回路114を含む。データラッチ112の前段に外部データを受ける入力バッファが設けられ、センスアンプ回路114の次段に、外部データを生成する出力バッファが設けられる。   Input / output circuit 110 is activated during data write mode and data latch 112 for latching write data and when data is read (including internal read), and detects and amplifies read data on internal data line LIO. Sense amplifier circuit 114 for generating internal read data RQ. An input buffer that receives external data is provided in front of the data latch 112, and an output buffer that generates external data is provided in the next stage of the sense amplifier circuit 114.

制御回路120は、外部からのコマンドCMDをデコードするコマンドデコーダ122を含む。コマンドデコーダ122は、コマンドCMDがデータ読出を指示するとき、読出イネーブル信号REを活性化し、コマンドCMDがデータ書込を指示するとき、書込イネーブルファースト信号WEFを生成する。   The control circuit 120 includes a command decoder 122 that decodes an external command CMD. The command decoder 122 activates the read enable signal RE when the command CMD instructs data reading, and generates the write enable fast signal WEF when the command CMD instructs data writing.

読出イネーブル信号REおよび書込イネーブルファースト信号WEFの一方がアサートされると、センスアンプ回路114が、活性化される。また、データラッチ112は、書込イネーブルファースト信号WEFがアサートされると、書込データをラッチする。   When one of read enable signal RE and write enable fast signal WEF is asserted, sense amplifier circuit 114 is activated. The data latch 112 latches the write data when the write enable fast signal WEF is asserted.

制御回路120は、さらに、読出イネーブル信号REと書込イネーブルファースト信号WEFを受けるゲート回路124と、活性化時、データラッチ112のラッチデータDとセンスアンプ回路114からの内部読出データRQとを比較する比較回路126と、比較回路126の比較結果に従って書込イネーブル信号WEを選択的にアサートする書込活性化回路128を含む。   Control circuit 120 further compares gate circuit 124 receiving read enable signal RE and write enable fast signal WEF, and latches data D of data latch 112 and internal read data RQ from sense amplifier circuit 114 when activated. And a write activation circuit 128 that selectively asserts the write enable signal WE in accordance with the comparison result of the comparison circuit 126.

ゲート回路124は、読出イネーブル信号REおよび書込イネーブルファースト信号WEFの一方がアサートされると、内部アクセス動作活性化信号ACTをアサートする。列デコード回路140に含まれる列デコーダ142は、この内部アクセス動作活性化信号ACTのアサートに従って、列アドレス信号ADYのデコード動作を行なって列選択信号CSLiを生成する。   Gate circuit 124 asserts internal access operation activation signal ACT when one of read enable signal RE and write enable fast signal WEF is asserted. Column decoder 142 included in column decode circuit 140 decodes column address signal ADY according to the assertion of internal access operation activation signal ACT to generate column selection signal CSLi.

比較回路126は、書込イネーブルファースト信号WEFの活性化時に活性化され、ラッチデータDと内部読出データの論理値が不一致のときに不一致指示信号MISSをアサートする。   Comparison circuit 126 is activated when write enable fast signal WEF is activated, and asserts mismatch instruction signal MISS when the logical values of latch data D and internal read data do not match.

書込活性化回路128は、比較回路126からの不一致指示信号MISSのアサート時、書込イネーブル信号WEをアサートする。この書込活性化回路128は、また、比較回路126からの不一致指示信号MISSがネゲート状態に維持されるときには、書込活性化信号WEをネゲート状態に維持する。   Write activation circuit 128 asserts write enable signal WE when mismatch instruction signal MISS from comparison circuit 126 is asserted. Write activation circuit 128 also maintains write activation signal WE in the negated state when mismatch instruction signal MISS from comparison circuit 126 is maintained in the negated state.

書込活性化回路128からの書込イネーブル信号WEが、遅延回路132、立下がり遅延回路131およびワンショットパルス発生器133へ与えられる。これらの立下がり遅延回路131、遅延回路132、およびワンショットパルス発生器133は、先の実施の形態1において図8を参照して説明した制御回路11における回路31、33および32に対応する。立下り遅延回路131から、書込イネーブル遅延信号WEDが出力され、遅延回路132から、書込活性化信号WRITEが生成される。ワンショットパルス発生器133から、ワンショットパルス信号WRPが生成される。この遅延回路132からの書込活性化信号WRITEは、先の実施の形態1における遅延書込イネーブル信号WRXに対応し、メモリアレイ1Lにおけるワード線、バックゲート線およびソース線の電圧レベルを調整する期間を決定する。   Write enable signal WE from write activation circuit 128 is applied to delay circuit 132, falling delay circuit 131 and one-shot pulse generator 133. Falling delay circuit 131, delay circuit 132, and one-shot pulse generator 133 correspond to circuits 31, 33, and 32 in control circuit 11 described with reference to FIG. 8 in the first embodiment. The fall delay circuit 131 outputs a write enable delay signal WED, and the delay circuit 132 generates a write activation signal WRITE. A one-shot pulse signal WRP is generated from the one-shot pulse generator 133. Write activation signal WRITE from delay circuit 132 corresponds to delayed write enable signal WRX in the first embodiment, and adjusts the voltage levels of word lines, back gate lines and source lines in memory array 1L. Determine the period.

ゲート回路37は、実施の形態1と同様、各列に対応して設けられ、書込イネーブル遅延信号WEDとワンショットパルス信号WRPと列選択信号CSLiとに従って書込列選択信号Yiを生成する。   Similarly to the first embodiment, gate circuit 37 is provided corresponding to each column, and generates write column selection signal Yi according to write enable delay signal WED, one-shot pulse signal WRP, and column selection signal CSLi.

ゲート回路136は、実施の形態1と同様、各列に対応して設けられ、ゲート回路147の出力信号ACTDDと列選択信号CSLiとを受け、読出列選択信号CSLRiを生成する。ゲート回路147は、読出イネーブル遅延信号REXと書込イネーブルファースト信号WEFとを受け、これらの入力信号の一方がアサートされると列アクセス活性化信号ACTDDをアサートする。   Similarly to the first embodiment, gate circuit 136 is provided corresponding to each column, and receives output signal ACTDD of column circuit 147 and column selection signal CSLi, and generates read column selection signal CSLRi. Gate circuit 147 receives read enable delay signal REX and write enable fast signal WEF, and asserts column access activation signal ACTDD when one of these input signals is asserted.

行選択制御のために、ゲート回路144および148が設けられる。ゲート回路144は、書込イネーブル信号WEと書込活性化信号WRITEとを受け、これらの入力信号がともにアサートされると、その出力信号をアサートする。ゲート回路148は、ゲート回路144の出力信号と読出イネーブル遅延信号REXと書込イネーブルファースト信号WEFとを受け、これらの入力信号の少なくとも1つがアサートされると、内部アクセス活性化遅延信号ACTDをアサートする。行デコーダ146は、このゲート回路148の出力する遅延信号ACTDがアサートされると、活性化され、行アドレス信号ADXをデコードして、行選択信号Xiを生成する。   Gate circuits 144 and 148 are provided for row selection control. Gate circuit 144 receives write enable signal WE and write activation signal WRITE, and asserts its output signal when these input signals are both asserted. Gate circuit 148 receives the output signal of gate circuit 144, read enable delay signal REX, and write enable fast signal WEF, and asserts internal access activation delay signal ACTD when at least one of these input signals is asserted. To do. The row decoder 146 is activated when the delay signal ACTD output from the gate circuit 148 is asserted, decodes the row address signal ADX, and generates a row selection signal Xi.

図21は、図20に示す制御回路のデータ書込時の動作を示すタイミング図である。以下、図21を参照して、図20に示す制御回路120の動作について簡単に説明する。   FIG. 21 is a timing chart showing an operation at the time of data writing of the control circuit shown in FIG. The operation of the control circuit 120 shown in FIG. 20 will be briefly described below with reference to FIG.

時刻t20においてデータ書込が指示され、コマンドデコーダ122からの書込イネーブルファースト信号WEFがアサートされる。この書込イネーブルファースト信号WEFのアサートに従って、列デコーダ142および行デコーダ146がそれぞれ活性化され、デコード動作を行ない、列選択信号CSLiおよび行選択信号Xiを生成する。   At time t20, data writing is instructed, and write enable fast signal WEF from command decoder 122 is asserted. In accordance with the assertion of write enable fast signal WEF, column decoder 142 and row decoder 146 are activated to perform a decoding operation and generate column selection signal CSLi and row selection signal Xi.

行選択信号Xiに従って、選択メモリセル行に対応するワード線が選択状態へ駆動される。また、列選択信号CSLiに従って、選択列のビット線BLiが、対応の読出列選択ゲートRGiを介して内部データ線LIOに結合される。   In accordance with row selection signal Xi, the word line corresponding to the selected memory cell row is driven to the selected state. In accordance with column selection signal CSLi, bit line BLi of the selected column is coupled to internal data line LIO via corresponding read column selection gate RGi.

この書込イネーブルファースト信号WEFの活性化に従って、センスアンプ114が活性化され、内部読出データ線LIOを流れる電流に従って、選択メモリセルのデータを読出す。次いで、比較回路126が、データラッチ112にラッチされたデータDとセンスアンプ回路114からの内部読出データRQとを比較し、これらの論理値が不一致の場合には、不一致指示信号MISSをアサートする。   Sense amplifier 114 is activated in accordance with activation of write enable fast signal WEF, and data in the selected memory cell is read in accordance with the current flowing through internal read data line LIO. Next, the comparison circuit 126 compares the data D latched in the data latch 112 with the internal read data RQ from the sense amplifier circuit 114, and asserts a mismatch instruction signal MISS if these logical values do not match. .

不一致指示信号MISSがアサートされると、書込活性化回路128が、書込イネーブル信号WEをアサートする。応じて、時刻t22から、内部でデータの書込を実際に行なうサイクルが実行される。   When the mismatch instruction signal MISS is asserted, the write activation circuit 128 asserts the write enable signal WE. Accordingly, a cycle for actually writing data internally is executed from time t22.

すなわち、立下がり遅延回路131からの書込イネーブル遅延信号WEDがアサートされ、またワンショットパルス発生器133からのワンショットパルス信号WRPがアサートされる。この書込時においては、ゲート回路124からの内部アクセス動作活性化信号ACTが、書込イネーブル信号WEのアサートに従って再びアサートされる。応じて、列デコーダ142がデコード動作を行ない、再び列選択信号CSLiをアサートする。この期間において、実施の形態1と同様に、ビット線のセル電源電圧レベルへのプリチャージが実行される。このときには、書込イネーブル信号WEがアサートされていても書込活性化信号WRITEはネゲート状態であり、ゲート回路144の出力信号は根ゲート状態であり、行デコーダ146は、非活性状態にある。   That is, the write enable delay signal WED from the falling delay circuit 131 is asserted, and the one-shot pulse signal WRP from the one-shot pulse generator 133 is asserted. At the time of writing, internal access operation activation signal ACT from gate circuit 124 is reasserted in accordance with assertion of write enable signal WE. In response, the column decoder 142 performs a decoding operation and asserts the column selection signal CSLi again. During this period, as in the first embodiment, precharging of the bit line to the cell power supply voltage level is performed. At this time, even if write enable signal WE is asserted, write activation signal WRITE is negated, the output signal of gate circuit 144 is in the root gate state, and row decoder 146 is in the inactive state.

時刻t23において、遅延回路132からの遅延書込イネーブル信号に対応する書込活性化信号WRITEが活性化されて、電源切換が実行される(図示せず)。この電源切換えにより、アレイブロック1Lのワード線、ソース線、およびバックゲート線の電圧レベルの変更が行われる。このとき、また、書込活性化信号WRITEのアサートに従って、ゲート回路144の出力信号がアサートされ、応じて、ゲート回路148の出力信号ACTDがアサートされる。再び、行デコーダ146が活性化され、行選択信号Xiをアサートする。ワード線、ソース線およびバックゲート線の電圧調整が完了すると、行選択信号Xiに従ってデジット線ドライバが活性化され、選択行のデジット線に書込電流を供給する。   At time t23, write activation signal WRITE corresponding to the delayed write enable signal from delay circuit 132 is activated, and power supply switching is executed (not shown). By this power supply switching, the voltage levels of the word lines, source lines, and back gate lines of the array block 1L are changed. At this time, the output signal of the gate circuit 144 is asserted according to the assertion of the write activation signal WRITE, and the output signal ACTD of the gate circuit 148 is asserted accordingly. Again, the row decoder 146 is activated and asserts the row selection signal Xi. When the voltage adjustment of the word line, the source line, and the back gate line is completed, the digit line driver is activated in accordance with the row selection signal Xi to supply a write current to the digit line of the selected row.

次いで、ワンショットパルス信号WRPがネゲートされると、時刻t24において、書込列選択信号Yiがアサートされる。これにより、書込イネーブル信号WEが決定する期間、ビット線に書込電流が流れる。この書込時においては、従って、書込活性化信号WRITEに従って、先ずデジット線に電流が流れた後に、ワンショットパルス信号WRPのネゲートに従って、ビット線に電流が流れる。このデジット線電流およびビット線電流を流すタイミングは、メモリセルにおいて磁化反転が確実に生じるように、書込活性化信号WRITEおよび書込イネーブル信号WEに従って、適切なタイミングおよび期間に調整される。   Next, when one-shot pulse signal WRP is negated, write column selection signal Yi is asserted at time t24. Thus, a write current flows through the bit line during a period determined by the write enable signal WE. At the time of writing, therefore, a current first flows in the digit line in accordance with the write activation signal WRITE, and then a current flows in the bit line in accordance with the negation of the one-shot pulse signal WRP. The timing of flowing the digit line current and the bit line current is adjusted to an appropriate timing and period according to the write activation signal WRITE and the write enable signal WE so as to surely cause the magnetization reversal in the memory cell.

時刻t25においてデータ書込が完了し、書込イネーブル信号WEがネゲートされ、列選択信号CSLiがネゲートされ、応じて、書込列選択信号Yiもネゲートされる。このとき、また、ゲート回路144の出力信号がネゲートされ、行デコーダ146からの行選択信号Xiもネゲートされる。この場合、既にデジット線電流は停止されている。この後、時刻t26において書込イネーブル遅延信号WEDがネゲートされる。   Data writing is completed at time t25, write enable signal WE is negated, column select signal CSLi is negated, and write column select signal Yi is negated accordingly. At this time, the output signal of the gate circuit 144 is negated, and the row selection signal Xi from the row decoder 146 is also negated. In this case, the digit line current has already been stopped. Thereafter, the write enable delay signal WED is negated at time t26.

したがって、トグルMRAMにおいて書込コマンドが与えられて、まず書込イネーブルファースト信号に従ってデータの内部読出を行ない、その書込データと内部読出データの一致/不一致に従って、データの書込を実行することができる。   Therefore, when a write command is given in toggle MRAM, data is first internally read in accordance with the write enable fast signal, and data is written in accordance with the match / mismatch of the write data and the internal read data. it can.

図22は、この発明の実施の形態2に従うトグルMRAMのビット線ドライバの構成を具体的に示す図である。図22において、左側のビット線ドライバDBLiは、書込列選択信号Yiを受けるインバータ150と、インバータ150の出力するビット線電圧制御信号BLLiを受けるPチャネルMOSトランジスタPQLとを含む。   FIG. 22 specifically shows a configuration of the bit line driver of the toggle MRAM according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 22, bit line driver DBLi on the left side includes an inverter 150 that receives write column selection signal Yi, and a P channel MOS transistor PQL that receives bit line voltage control signal BLLi output from inverter 150.

右側のビット線ドライバDBRiは、アクセス活性化遅延信号ACTDDと書込イネーブル遅延信号WEDを受けるゲート回路152と、ゲート回路152の出力信号と書込列選択信号Yiを受けるゲート回路154と、ゲート回路154からのビット線電圧制御信号BLRBiに従って選択的に導通するNチャネルMOSトランジスタNQRを含む。   The right bit line driver DBRi includes a gate circuit 152 that receives an access activation delay signal ACTDD and a write enable delay signal WED, a gate circuit 154 that receives an output signal of the gate circuit 152 and a write column selection signal Yi, and a gate circuit N channel MOS transistor NQR which is selectively turned on according to bit line voltage control signal BLRBi from 154 is included.

PチャネルMOSトランジスタPQLは導通時、周辺電源電圧VDDH(3.3V)を受ける周辺電源ノードをビット線BLiの第1端部(ノードN0)に電気的に結合する。MOSトランジスタNQRは、導通時、ビット線BLiの第2端部の第2ノードN2Mを接地ノードに結合する。   When P channel MOS transistor PQL is conductive, it electrically couples a peripheral power supply node receiving peripheral power supply voltage VDDH (3.3 V) to the first end (node N0) of bit line BLi. MOS transistor NQR couples second node N2M at the second end of bit line BLi to the ground node when conducting.

ゲート回路152は、活性化遅延信号ACTDDおよび書込イネーブル遅延信号WEDの両者がネゲート状態のときに、Hレベルの信号を出力する。ゲート回路154は、このゲート回路152の出力信号と書込列選択信号Yiの一方が活性状態のときにHレベルの信号を出力する。   Gate circuit 152 outputs an H level signal when both activation delay signal ACTDD and write enable delay signal WED are in a negated state. Gate circuit 154 outputs an H level signal when one of the output signal of gate circuit 152 and write column selection signal Yi is active.

したがって、書込動作時、書込列選択信号Yiがアサートされると、MOSトランジスタPQLおよびNQRがともにオン状態となり、ビット線BLiにおいて、書込電流がノードN0からN2Mに向かって流れる。   Therefore, during write operation, when write column select signal Yi is asserted, MOS transistors PQL and NQR are both turned on, and a write current flows from node N0 toward N2M in bit line BLi.

なお、図22に示す構成においては、ビット線電流が書込列選択信号Yiのアサート期間中流れるように示す。しかしながら、前述のように、このビット線書込電流が流れる期間およびタイミングは、デジット線電流の流れる期間に応じて適切に定められる。   In the configuration shown in FIG. 22, the bit line current is shown to flow during the assertion period of write column selection signal Yi. However, as described above, the period and timing in which the bit line write current flows are appropriately determined according to the period in which the digit line current flows.

データ読出時、書込列選択信号Yiがネゲート状態であり、MOSトランジスタPQLはオフ状態である。データの内部および外部読出いずれにおいても、書込イネーブル遅延信号WEDはネゲート状態のLレベルである。一方、このデータの読出(内部および外部いずれにおいても)を行なう場合、活性化遅延信号ACTDDがアサートされ、ゲート回路152の出力信号がLレベルとなる。したがって、内部または外部へのデータ読出時においては、ゲート回路154からの制御信号BLRBiがLレベルであり、MOSトランジスタNQRはオフ状態を維持する。   At the time of data reading, write column selection signal Yi is negated and MOS transistor PQL is off. In both internal and external data reading, the write enable delay signal WED is at the negated L level. On the other hand, when reading this data (both internal and external), activation delay signal ACTDD is asserted and the output signal of gate circuit 152 attains an L level. Therefore, at the time of data reading to the inside or the outside, control signal BLRBi from gate circuit 154 is at L level, and MOS transistor NQR maintains the off state.

ワード線ドライバWLBiに対しては、図12に示すゲート回路50は不要である。図12に示す構成において、内部アクセス活性化遅延信号ACTDDが、読出イネーブル信号REに代えて与えられればよい。書込データDと書込活性化信号.データ読出時(内部および外部)、ワード線ドライバが、この遅延信号ACTDDに従ってイネーブルされ、行選択信号Xiがアサートされると、対応のワード線WLiが選択状態へ駆動される。データ書込時、行選択信号Xiがアサートされても、内部アクセス活性化遅延信号ACTDDがネゲート状態であり、ワード線ドライバは、非選択状態の電圧を出力する。   The gate circuit 50 shown in FIG. 12 is not necessary for the word line driver WLBi. In the configuration shown in FIG. 12, internal access activation delay signal ACTDD may be applied instead of read enable signal RE. Write data D and write activation signal. When reading data (internal and external), the word line driver is enabled in accordance with delay signal ACTDD, and when row select signal Xi is asserted, corresponding word line WLi is selected. Driven to state. At the time of data writing, even if row selection signal Xi is asserted, internal access activation delay signal ACTDD is in a negated state, and the word line driver outputs a voltage in a non-selected state.

ソース線ドライバDSRについては、図12に示す構成において、書込データDおよび/DをそれぞれHレベルおよびLレベルに固定する。制御信号として、書込活性化信号WRITEを与える。これにより、アレイブロック1Rにおいて、データ書込サイクル時に書込活性化信号に従ってソース線電位を変更することができる。アレイブロック1Lにおいては、図12に示すゲート回路56の出力信号がHレベルに固定され、応じて、ソース線SLがLレベル(接地電圧レベル)に固定される。バックゲート線BGLについても同様である。   For source line driver DSR, write data D and / D are fixed at H level and L level, respectively, in the configuration shown in FIG. A write activation signal WRITE is given as a control signal. Thereby, in the array block 1R, the source line potential can be changed in accordance with the write activation signal in the data write cycle. In array block 1L, the output signal of gate circuit 56 shown in FIG. 12 is fixed at H level, and accordingly, source line SL is fixed at L level (ground voltage level). The same applies to the back gate line BGL.

デジット線ドライバDLLiについては、図12に示す構成において、書込活性化信号WRITEおよび書込イネーブルファースト信号WEFのORを取った信号を、制御信号WRXに代えて供給する。ただし、行選択信号Xiのタイミングは、ビット線電流のタイミングに応じて適宜調整される。   For digit line driver DLLi, a signal obtained by ORing write activation signal WRITE and write enable first signal WEF in the configuration shown in FIG. 12 is supplied instead of control signal WRX. However, the timing of the row selection signal Xi is appropriately adjusted according to the timing of the bit line current.

図23は、図17に示す電源切換回路の構成の一例を示す図である。図23において、ハイ側電源切換回路100へは、降圧回路150からの降圧電圧VDDM(2.4V)が第1電源電圧として与えられる。このハイ側電源切換回路100へ、第2電源電圧として、セル電源電圧VDDLが与えられる。   FIG. 23 is a diagram showing an example of the configuration of the power supply switching circuit shown in FIG. In FIG. 23, the step-down voltage VDDM (2.4 V) from the step-down circuit 150 is supplied to the high-side power supply switching circuit 100 as the first power supply voltage. A cell power supply voltage VDDL is supplied to the high-side power supply switching circuit 100 as the second power supply voltage.

ハイ側電源切換回路100は、インバータ152を介して与えられる書込活性化信号WRITEの反転信号ZWRITEのレベルを変換するレベル変換回路100aと、このレベル変換回路100aの出力信号に従って、ワード線ドライバハイ側電源電圧VWHを生成するCMOSインバータ100bを含む。CMOSインバータ100bは、PチャネルMOSトランジスタ(P)とNチャネルMOSトランジスタ(N)とで構成される。   The high-side power supply switching circuit 100 converts the level of the inverted signal ZWRITE of the write activation signal WRITE given through the inverter 152, and the word line driver high in accordance with the output signal of the level conversion circuit 100a. A CMOS inverter 100b that generates the side power supply voltage VWH is included. The CMOS inverter 100b includes a P channel MOS transistor (P) and an N channel MOS transistor (N).

ロー側電源切換回路102、基板電源切換回路104、およびソース電源切換回路106が、各々、補の書込活性化信号ZWRITEを受けるCMOSインバータで構成され、各々、ハイ側電源電圧としてセル電源電圧VDDLを受け、ロー側電源電圧として接地電圧を受ける。   Low-side power supply switching circuit 102, substrate power supply switching circuit 104, and source power supply switching circuit 106 are each composed of a CMOS inverter that receives complementary write activation signal ZWRITE, and cell power supply voltage VDDL as a high-side power supply voltage. And a ground voltage as a low-side power supply voltage.

この図23に示す電源切換回路の構成において、書込活性化信号WRITEおよび補の書込活性化信号ZWRITEは、セル電源電圧VDDLと接地電圧の間で変化する。レベル変換回路150は、補の書込活性化信号ZWRITEを、降圧電圧VDDMとセル電源電圧VDDLの間で変化する信号に変換する。論理変換は行なわない。したがって、書込活性化信号WRITEのアサート時、ハイ側電源電圧VWHは、降圧電圧VDDM(2.4V)となる。同様、ロー側電源電圧VWLは、セル電源電圧VDDLレベルとなる。また、バックゲート線電圧VGおよびソース線電圧VSも、各々、セル電源電圧VDDLレベルとなる。ワード線ドライバが出力する信号の電圧レベルは、ロー側電源電圧レベルである。   In the configuration of the power supply switching circuit shown in FIG. 23, write activation signal WRITE and complementary write activation signal ZWRITE change between cell power supply voltage VDDL and ground voltage. Level conversion circuit 150 converts complementary write activation signal ZWRITE into a signal that changes between step-down voltage VDDM and cell power supply voltage VDDL. No logical conversion is performed. Therefore, when the write activation signal WRITE is asserted, the high-side power supply voltage VWH becomes the step-down voltage VDDM (2.4 V). Similarly, the low-side power supply voltage VWL is at the cell power supply voltage VDDL level. Further, the back gate line voltage VG and the source line voltage VS are also at the cell power supply voltage VDDL level. The voltage level of the signal output from the word line driver is the low-side power supply voltage level.

書込活性化信号WRITEのネゲート時、補の書込活性化信号ZWRITEは、Hレベルである。したがって、ワード線ドライバハイ側電源電圧VWHは、セル電源電圧VDDLレベルに設定され、ロー側電源電圧VWLは、接地電圧レベルに維持される。また、バックゲート線電圧VGおよびソース線電圧VSも、各々、接地電圧レベルに維持される。   When write activation signal WRITE is negated, complementary write activation signal ZWRITE is at the H level. Therefore, the word line driver high-side power supply voltage VWH is set to the cell power supply voltage VDDL level, and the low-side power supply voltage VWL is maintained at the ground voltage level. Further, the back gate line voltage VG and the source line voltage VS are also maintained at the ground voltage level.

なお、各行に対応してソース線ドライバおよびバックゲート線ドライバが設けられ、これらがCMOSインバータで構成される場合には、図23に示す電源切換回路104および106をそれぞれ、バックゲート線ドライバおよびソース線ドライバとして利用する。   When a source line driver and a back gate line driver are provided corresponding to each row and these are constituted by CMOS inverters, the power supply switching circuits 104 and 106 shown in FIG. 23 are respectively connected to the back gate line driver and the source. Used as a line driver.

これにより、トグルMRAMにおいて、メモリセルに対し実際にデータを書込むときに、ワード線電圧、バックゲート電圧、およびソース線電圧をアレイブロック1Lにおいて切換え、メモリセルの選択トランジスタの印加電圧を緩和して、高電圧をビット線に供給することができる。   Thereby, in the toggle MRAM, when data is actually written to the memory cell, the word line voltage, the back gate voltage, and the source line voltage are switched in the array block 1L, and the applied voltage of the selection transistor of the memory cell is relaxed. Thus, a high voltage can be supplied to the bit line.

[変更例]
図24は、この発明の実施の形態2に従うトグルMRAMの変更例の要部の構成を概略的に示す図である。この図24に示すトグルMRAMにおいては、アレイブロック1Lに対して設けられるワード線ドライバDWR0−DWRM−1に対しハイ側電源電圧として、降圧回路160からの降圧電圧VDDM(2.4V)が供給され、ロー側電源電圧として、セル電源電圧VDDL(1.2V)が供給される。バックゲート線BGL0−BGLM−1に対しては、セル電源電圧VDDLが供給され、また、ソース線SL0−SLM−1に対しても、セル電源電圧VDDLが供給される。図20に示すトグルMRAMの他の構成は、図17に示すトグルMRAMの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Example of change]
FIG. 24 schematically shows a structure of a main portion of a modified example of the toggle MRAM according to the second embodiment of the present invention. In the toggle MRAM shown in FIG. 24, a step-down voltage VDDM (2.4 V) from step-down circuit 160 is supplied as a high-side power supply voltage to word line drivers DWR0 to DWRM-1 provided for array block 1L. The cell power supply voltage VDDL (1.2 V) is supplied as the low-side power supply voltage. The cell power supply voltage VDDL is supplied to the back gate lines BGL0 to BGLM-1, and the cell power supply voltage VDDL is also supplied to the source lines SL0 to SLM-1. The other configuration of the toggle MRAM shown in FIG. 20 is the same as the configuration of the toggle MRAM shown in FIG. 17, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図25は、図24に示すトグルMRMのデータ書込時モード時の動作を示すタイミング図である。この図25に示す書込モード時の動作波形図は、以下の点で、図19に示す動作タイミング図と異なる。すなわち、アレイブロック1Lにおいて設けられるワード線WL0−WLM−1は、その振幅が、降圧電圧VDDM(2.4V)とセル電源電圧VDDL(1.2V)の間である。メモリセルに対するデータ書込を行なう場合、ワード線WL−WLM−1は、すべて非選択状態のセル電源電圧VDDLレベルに維持される。データ読出時(内部および外部両者を含む)においては、選択ワード線が、降圧電圧VDDM(2.4V)レベルに駆動される。   FIG. 25 is a timing chart showing an operation in the data write mode of toggle MRM shown in FIG. The operation waveform diagram in the write mode shown in FIG. 25 is different from the operation timing diagram shown in FIG. 19 in the following points. That is, the word lines WL0 to WLM-1 provided in the array block 1L have an amplitude between the step-down voltage VDDM (2.4V) and the cell power supply voltage VDDL (1.2V). When data writing to the memory cell is performed, all word lines WL-WLM-1 are maintained at the cell power supply voltage VDDL level in the non-selected state. At the time of data reading (including both internal and external), the selected word line is driven to the step-down voltage VDDM (2.4V) level.

図25に示す動作タイミング図の波形および電圧レベルは、図19に示す動作タイミング図の波形および電圧レベルと同じである。   The waveform and voltage level of the operation timing chart shown in FIG. 25 are the same as the waveform and voltage level of the operation timing chart shown in FIG.

すなわち、この図24に示すトグルMRAMにおいては、アレイブロック1Lにおいて、バックゲート線BGL0−BGL−1は、セル電源電圧VDDL(1.2V)レベルに固定的に設定され、ソース線SL0−SLM−1も、同様、セル電源電圧VDDL(1.2V)レベルに固定的に設定される。ワード線WL0−WLM−1は、選択時2.4V(高圧電圧VDDM)レベルに駆動され、非選択時、セル電源電圧VDDL(1.2V)レベルに維持される。   That is, in the toggle MRAM shown in FIG. 24, in the array block 1L, the back gate lines BGL0 to BGL-1 are fixedly set to the cell power supply voltage VDDL (1.2V) level, and the source lines SL0 to SLM- 1 is also fixedly set to the cell power supply voltage VDDL (1.2 V) level. The word lines WL0 to WLM-1 are driven to the 2.4V (high voltage VDDM) level when selected, and are maintained at the cell power supply voltage VDDL (1.2V) level when not selected.

アレイブロック1Rにおいては、ワード線WLM-WL2Mは、その振幅が、セル電源電圧VDDLと接地電圧との間である。ソース線SLおよびバックゲート線BGLは、接地電圧レベルに固定的に維持される。   In the array block 1R, the amplitude of the word lines WLM-WL2M is between the cell power supply voltage VDDL and the ground voltage. Source line SL and back gate line BGL are fixedly maintained at the ground voltage level.

この構成においても、データ書込時、ビット線BLの電圧とメモリセルの選択トランジスタの各ノードの電圧の差は、最大1.2Vである。メモリセルの選択トランジスタは、読出時に選択されると、ゲート電圧が2.4Vの降圧電圧VDDMレベルに駆動される。この場合、ソース線SLおよびバックゲート線BGLがともに1.2Vのセル電源電圧VDDLレベルである。従って、選択トランジスタにおいて、ゲート−ソース間電圧およびゲート−バックゲート間電圧は、ともに1.2Vとなり、ソースおよびバックゲートは同一電圧レベルとなる。これは、アレイブロック1Rのメモリセルの選択トランジスタの印加電圧と同様の条件である。従って、データ読出時において、いずれのメモリセルが選択されても、正確に記憶データに応じて読出電流を生成することができる。   Also in this configuration, at the time of data writing, the difference between the voltage of the bit line BL and the voltage of each node of the selection transistor of the memory cell is 1.2 V at the maximum. When the selection transistor of the memory cell is selected at the time of reading, the gate voltage is driven to the step-down voltage VDDM level of 2.4V. In this case, both the source line SL and the back gate line BGL are at the cell power supply voltage VDDL level of 1.2V. Accordingly, in the selection transistor, the gate-source voltage and the gate-back gate voltage are both 1.2 V, and the source and the back gate are at the same voltage level. This is the same condition as the voltage applied to the selection transistor of the memory cell of the array block 1R. Therefore, at the time of data reading, regardless of which memory cell is selected, a read current can be generated accurately in accordance with stored data.

アレイブロック1Lおよび1Rにおいては、バッグゲート電圧(基板領域電圧)が異なるため、それぞれ別々のウェルに形成されて、これらのウェルが電気的に分離される。この場合、バックゲート領域が、各メモリセル行ごとに個々に電気的に分離されていてもよい。   In array blocks 1L and 1R, since the bag gate voltage (substrate region voltage) is different, they are formed in separate wells, and these wells are electrically separated. In this case, the back gate region may be electrically isolated for each memory cell row.

この図20に示すトグルMRAMの構成の場合、データ書込時、ワード線は、アレイブロック1Lにおいて、選択状態へ駆動することは要求されず、すべて非選択状態に維持するだけでよい。従って、電圧切換の構成を除けば、従来のトグルMRAMのデータ書込の制御構成を利用することができる。   In the configuration of the toggle MRAM shown in FIG. 20, at the time of data writing, the word lines are not required to be driven to the selected state in array block 1L, and all need only be maintained in the non-selected state. Therefore, except for the voltage switching configuration, the conventional toggle MRAM data writing control configuration can be used.

また、図24に示すトグルMRAMの動作制御を行なう制御回路の構成は、図20に示す制御回路の構成を用いることもできる。ただし、アレイブロックワード線WL0−WLM−1を駆動するワード線ドライバDWR0−DWRM−1に対するワード線駆動制御信号WLB0−WLBM−1が、降圧電圧VDDMとセル電源電圧VDDLの間で変化するように、行選択信号X0−XM−1に対しては、レベル変換を行なう回路を設ける必要がある。   The configuration of the control circuit for controlling the operation of the toggle MRAM shown in FIG. 24 can also be the configuration of the control circuit shown in FIG. However, the word line drive control signals WLB0 to WLBM-1 for the word line drivers DWR0 to DWRM-1 for driving the array block word lines WL0 to WLM-1 are changed between the step-down voltage VDDM and the cell power supply voltage VDDL. Therefore, it is necessary to provide a circuit for performing level conversion for row selection signals X0-XM-1.

また、データ読出時、アレイブロック1Lにおいては、ワード線選択時、ソース線から対応のビット線へ電流が流れ、アレイブロック1Rにおいては、ビット線からソース線へ読出電流が流れる。したがって、選択アレイブロックの位置に応じて、読出データの論理値を読出経路に応じて切換える必要があり、このため、センスアンプ回路114の内部構成が異なる。   In data read, in array block 1L, when a word line is selected, a current flows from the source line to the corresponding bit line, and in array block 1R, a read current flows from the bit line to the source line. Therefore, it is necessary to switch the logical value of the read data in accordance with the read path in accordance with the position of the selected array block. Therefore, the internal configuration of sense amplifier circuit 114 is different.

図26は、この発明の実施の形態2の変更例におけるセンスアンプ回路114の構成の一例を概略的に示す図である。図26において、センスアンプ回路114は、定電流源170と、ブロック選択信号BSに従って選択的に定電流源170からの定電流を内部データ線LIOに供給するPチャネルMOSトランジスタ172とを含む。ブロック選択信号BSは、アレイブロック1Lが選択されたときに、Hレベルに設定され、定電流源170を内部データ線LIOから分離する。一方、アレイブロック1Rが指定されたときには、ブロック選択信号BSがLレベルとなって、MOSトランジスタ172をオン状態とし、定電流源170からの定電流を内部データ線170に供給する。   FIG. 26 schematically shows an example of the configuration of sense amplifier circuit 114 in a modification of the second embodiment of the present invention. In FIG. 26, sense amplifier circuit 114 includes a constant current source 170 and a P channel MOS transistor 172 that selectively supplies a constant current from constant current source 170 to internal data line LIO in accordance with block selection signal BS. Block selection signal BS is set to H level when array block 1L is selected, and isolates constant current source 170 from internal data line LIO. On the other hand, when array block 1R is designated, block selection signal BS becomes L level, MOS transistor 172 is turned on, and a constant current from constant current source 170 is supplied to internal data line 170.

センスアンプ回路114は、さらに、内部データ線LIOを流れる電流を検出する電流センス回路174と、電流センス回路174の相補出力信号SAOおよびZSAOの一方を、ブロック選択信号BSに従って選択して内部読出データQoutを生成するセレクタ176を含む。   Sense amplifier circuit 114 further selects one of current sense circuit 174 for detecting the current flowing through internal data line LIO and complementary output signals SAO and ZSAO of current sense circuit 174 in accordance with block select signal BS to internally read data. A selector 176 that generates Qout is included.

電流センス回路174としては、その入力部に与えられる電流の大小を検出して、相補信号を生成する構成であれば、任意の構成を利用することができる。   As the current sense circuit 174, any configuration can be used as long as it detects the magnitude of the current applied to the input section and generates a complementary signal.

セレクタ176は、ブロック選択信号BSが、アレイブロック1Lを指定するときには、補のセンスアンプZSAOを選択し、ブロック選択信号BSがアレイブロック1Rを指定するときに、センスアンプ出力信号SAOを選択する。   Selector 176 selects complementary sense amplifier ZSAO when block selection signal BS designates array block 1L, and selects sense amplifier output signal SAO when block selection signal BS designates array block 1R.

図27は、アレイブロック1LのメモリセルMC選択時の、電流センス回路170に対する電流を模式的に示す図である。アレイブロック1Lのメモリセルの選択時、選択トランジスタのゲートは2.4V、ソース線SLは1.2Vであり、バックゲートは1.2Vである。ビット線は、セル電源電圧よりも低い読出電圧レベルに設定される。この状態においては、1.2Vに維持されたソース線SLからメモリセルMCを介してメモリセル電流Imが内部データ線LIOに流れる。この場合、メモリセルMCが高抵抗状態のときに流れるメモリセル電流Ih1または、メモリセルMCが低抵抗状態のメモリセル電流Il1が電流センス回路170へ与えられる。選択メモリセルMCが高抵抗状態の場合には、内部データ線LIOへソース線SLからメモリセルMCを介して供給される電流Imの値は、小さくなる。したがって以下の関係が成立する。   FIG. 27 is a diagram schematically showing a current to the current sense circuit 170 when the memory cell MC of the array block 1L is selected. When the memory cell of the array block 1L is selected, the gate of the selection transistor is 2.4V, the source line SL is 1.2V, and the back gate is 1.2V. The bit line is set to a read voltage level lower than the cell power supply voltage. In this state, memory cell current Im flows from internal source line SL maintained at 1.2 V to internal data line LIO via memory cell MC. In this case, the memory cell current Ih1 that flows when the memory cell MC is in the high resistance state or the memory cell current Il1 that is in the low resistance state of the memory cell MC is applied to the current sense circuit 170. When the selected memory cell MC is in a high resistance state, the value of the current Im supplied from the source line SL to the internal data line LIO via the memory cell MC is small. Therefore, the following relationship is established.

Ih1<Il1
図28は、アレイブロック1RのメモリセルMCの選択時に、読出電流が流れる経路を模式的に示す図である。この場合、メモリセルMCのソース線SLは接地に結合される。選択トランジスタのゲートには。1.2Vのセル電源電圧が印加される。バックゲートは接地電圧レベルである。この状態において、定電流源170からの定電流Icが、内部データ線LIOへ供給される。この定電流Icのうち、メモリセルMCへはメモリセル電流Imが流れ、残留電流Irが電流センス回路170へ与えられる。選択メモリセルMCが高抵抗状態のときに流れるメモリセル電流Imを、Ih2とし、メモリセルMCが低抵抗状態のときのメモリセル電流Imを、Il2とすると、次の関係が成立する。
Ih1 <Il1
FIG. 28 schematically shows a path through which a read current flows when memory cell MC of array block 1R is selected. In this case, source line SL of memory cell MC is coupled to ground. To the gate of the select transistor. A cell power supply voltage of 1.2V is applied. The back gate is at ground voltage level. In this state, constant current Ic from constant current source 170 is supplied to internal data line LIO. Of this constant current Ic, memory cell current Im flows to memory cell MC, and residual current Ir is applied to current sense circuit 170. When the memory cell current Im flowing when the selected memory cell MC is in the high resistance state is Ih2, and the memory cell current Im when the memory cell MC is in the low resistance state is Il2, the following relationship is established.

Ir=Ic−Ih2>Ic−Il2
したがって、電流センス回路170が検出する電流の大小関係は、アレイブロック1Lおよび1Rの間で逆となる。
Ir = Ic-Ih2> Ic-Il2
Therefore, the magnitude relationship between the currents detected by current sense circuit 170 is reversed between array blocks 1L and 1R.

基準電流Irefは、それぞれの検出電流の中間値に設定されるため、以下の関係式が求められる。   Since the reference current Iref is set to an intermediate value of each detection current, the following relational expression is obtained.

Iref=(Il1+Ih1)/2
=(Ic−Ih2+Ic−Il2)/2 ・・・ (1)
上述の基準電流Irefは、選択アレイブロックの位置に関わらず等しいため、上式(1)から次式が求められる。
Iref = (Il1 + Ih1) / 2
= (Ic-Ih2 + Ic-Il2) / 2 (1)
Since the above-described reference current Iref is equal regardless of the position of the selected array block, the following equation is obtained from the above equation (1).

Ic=(Ih1+Ih2+Il1+Il2)/2
したがって、ブロック選択信号BSに従って電流センス回路170の出力信号SAOおよびZSAOの一方を選択することにより、常に、正確に、メモリセルの記憶データに応じた読出データQoutを生成することができる。
Ic = (Ih1 + Ih2 + Il1 + Il2) / 2
Therefore, by selecting one of output signals SAO and ZSAO of current sense circuit 170 in accordance with block selection signal BS, read data Qout corresponding to the storage data of the memory cell can always be generated accurately.

以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、トグルMRAMにおいて、高電位のビット線端に近接して設けられるアレイブロックのワード線、ソース線およびバックゲート線の電圧レベルを、少なくともデータ書込時に、ビット線電圧に対し耐圧が保証されるように、残りのブロックのこれらの電圧レベルよりも高くしている。これにより、ビット線書込電流供給時、ビット線の第1の端部に対して高電圧を印加して、充分な大きさのビット線書込電流を流すことができる。また、各アレイブロックに対する電圧を固定的に設定する場合、電圧切換の制御構成が簡略化される。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, in the toggle MRAM, the voltage levels of the word lines, the source lines, and the back gate lines of the array block provided close to the high potential bit line end are set to at least At the time of data writing, the voltage levels of the remaining blocks are set higher than those of the remaining blocks so as to guarantee the withstand voltage against the bit line voltage. Thus, when supplying the bit line write current, a high voltage can be applied to the first end of the bit line, and a sufficiently large bit line write current can flow. Further, when the voltage for each array block is fixedly set, the control configuration for voltage switching is simplified.

なお、この実施の形態2においても、実施の形態1の変更例と同様、ビット線BLとソース線SLが平行に配線される場合、ソース線の電圧レベルを、アレイブロック1Lおよび1Rの境界部において変更する。   In the second embodiment, as in the modification of the first embodiment, when the bit line BL and the source line SL are wired in parallel, the voltage level of the source line is set to the boundary between the array blocks 1L and 1R. Change in

また、ソース線SLおよびバックゲート線BGLに対して、それぞれ、ドライバが各行ごとに配置されていてもよい。このドライバの出力信号の電圧レベルが、アレイブロックの位置に応じて固定的に設定される。   A driver may be arranged for each row for each of the source line SL and the back gate line BGL. The voltage level of the driver output signal is fixedly set according to the position of the array block.

[実施の形態3]
図29は、この発明の実施の形態3に従うMRAMの要部の構成を概略的に示す図である。図29において、メモリセルアレイ1が、アレイブロック1A−1Nに分割される。これらのアレイブロック1A−1Nに共通にビット線BLが設けられる。このビット線BLの両端に、ビット線ドライブ回路7Lおよび7Rが設けられる。これらのビット線ドライブ回路7Lおよび7Rの構成は、先の実施の形態1において図3および図10を参照して説明した構成と同じである。
[Embodiment 3]
FIG. 29 schematically shows a structure of a main portion of the MRAM according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 29, the memory cell array 1 is divided into array blocks 1A-1N. A bit line BL is provided in common to these array blocks 1A-1N. Bit line drive circuits 7L and 7R are provided at both ends of the bit line BL. The configurations of these bit line drive circuits 7L and 7R are the same as those described with reference to FIGS. 3 and 10 in the first embodiment.

アレイブロック1A−1Nにそれぞれに対応して、ドライブ回路群200A−200Nが設けられる。これらのドライブ回路群200A−200Nの各々は、ワード線ドライブ回路、ソース線ドライブ回路、およびバックゲート線ドライブ回路を含む。これらのドライブ回路群200A−200Nは、各々、遅延書込イネーブル信号WRXと書込データDに従って、対応のワード線、ソース線、およびバックゲート線BLの電圧レベルを調整する。これらのドライブ回路群200A−200Nに含まれるワード線ドライバ、およびソース線ドライバおよびバックゲートドライバの構成は、先の図12に示す構成と同じである。ただし、ドライブ回路群200B−200Mにおいては、書込データDがHレベルに設定され、データ書込時、各ハイ側電源電圧(セル電源電圧)を、対応のアレイブロック1B−1Mのソース線、バックゲート線およびワード線に伝達する。ドライブ回路群200Aおよび200Nは、それぞれ、書込データDの論理値に従って、対応のアレイブロックへ、ワード線、ソース線およびバックゲート線に、ハイ側電源電圧(セル電源電圧)およびロー側電源電圧(接地電圧)の一方を伝達する。   Drive circuit groups 200A-200N are provided corresponding to array blocks 1A-1N, respectively. Each of these drive circuit groups 200A-200N includes a word line drive circuit, a source line drive circuit, and a back gate line drive circuit. Each of drive circuit groups 200A-200N adjusts the voltage levels of the corresponding word line, source line, and back gate line BL in accordance with delayed write enable signal WRX and write data D. The configurations of the word line drivers, source line drivers, and back gate drivers included in these drive circuit groups 200A-200N are the same as those shown in FIG. However, in drive circuit group 200B-200M, write data D is set to H level, and at the time of data writing, each high-side power supply voltage (cell power supply voltage) is supplied to the source line of corresponding array block 1B-1M, It is transmitted to the back gate line and the word line. Drive circuit groups 200A and 200N are respectively supplied to a corresponding array block, a word line, a source line, and a back gate line according to a logical value of write data D, and a high side power supply voltage (cell power supply voltage) and a low side power supply voltage Transmit one of (ground voltage).

ドライブ回路群200A−200Nそれぞれに対応して、マルチプレクサ(MUX)202A−202Nと、降圧回路(VDC)204A−204Nが設けられる。マルチプレクサ202Aおよび202Nは、常時、セル電源電圧VDDLを、ハイ側電源電圧として選択して、対応のドライブ群を200Aおよび200Nへ伝達する。一方、マルチプレクサ202B−202Mは、遅延書込イネーブル信号WRXと書込データDとに従って、セル電源電圧VDDLと対応の降圧回路204B−204Mの出力電圧の一方を選択して、ドライブ回路群200B−200Mに対するハイ側電源電圧として供給する。   A multiplexer (MUX) 202A-202N and a step-down circuit (VDC) 204A-204N are provided corresponding to each of the drive circuit groups 200A-200N. Multiplexers 202A and 202N always select cell power supply voltage VDDL as the high-side power supply voltage and transmit the corresponding drive group to 200A and 200N. On the other hand, multiplexers 202B-202M select one of cell power supply voltage VDDL and the output voltage of corresponding step-down circuit 204B-204M in accordance with delayed write enable signal WRX and write data D, and drive circuit groups 200B-200M. Is supplied as a high-side power supply voltage.

マルチプレクサ202Aおよび202Nは、常時、セル電源電圧VDDLをハイ側電源電圧として選択する。これは、ドライブ回路群200Aおよび200Nは、書込データDの論理値に従って、ワード線、ソース線、およびバックゲート電圧を、接地電圧またはセル電源電圧VDDL(1.2V)の電圧レベルに設定するため、マルチプレクサ202Aおよび202Nは、特に降圧回路の出力電圧を選択する必要がないためである。   The multiplexers 202A and 202N always select the cell power supply voltage VDDL as the high-side power supply voltage. This is because drive circuit groups 200A and 200N set the word line, source line, and back gate voltage to the voltage level of ground voltage or cell power supply voltage VDDL (1.2 V) according to the logical value of write data D. Therefore, multiplexers 202A and 202N do not need to select the output voltage of the step-down circuit.

これらの降圧回路204B−204Mへは、セレクタ(SEL)206B−206Mを介して、基準電圧発生回路208からの基準電圧が伝達される。これらの降圧回路204B−204Mは、セレクタ206B−206Mを介して与えられる基準電圧に応じたレベルの電圧を生成して対応のマルチプレクサ202B−202Mへ伝達する。この基準電圧発生回路208は、セレクタ206B−206Mの各々へ、電圧レベルの互いに異なる2つの基準電圧を伝達する。書込データDの論理値に応じて、セレクタ206B−206Mが、与えられた2つの基準電圧のうちの一方を選択する。選択ビット線の書込電流が流れる方向に応じて、アレイブロック1B−1Mにおけるワード線、ソース線、およびバックゲート線の電圧レベルを切換える必要があるためである。   The reference voltage from the reference voltage generation circuit 208 is transmitted to these step-down circuits 204B-204M via selectors (SEL) 206B-206M. These step-down circuits 204B-204M generate a voltage of a level corresponding to the reference voltage given through the selectors 206B-206M and transmit it to the corresponding multiplexers 202B-202M. The reference voltage generation circuit 208 transmits two reference voltages having different voltage levels to each of the selectors 206B to 206M. Depending on the logical value of the write data D, the selectors 206B-206M select one of the two supplied reference voltages. This is because it is necessary to switch the voltage levels of the word lines, source lines, and back gate lines in array block 1B-1M according to the direction in which the write current of the selected bit line flows.

図29においては、また、セレクタ206Aおよび206Nを示す。しかしながら、このアレイブロック1Aおよび1Nに対して、セレクタ206Aおよび206Nは、単に回路のレイアウトパターンの規則性を維持するために設けられており、特に設ける必要はない。   FIG. 29 also shows selectors 206A and 206N. However, selectors 206A and 206N are provided for array blocks 1A and 1N simply to maintain the regularity of the circuit layout pattern, and need not be provided.

なお、図29に示すMRAMにおいては、データ書込時、アレイブロック1Aおよび1Nにおいては、書込データの論理値に従って、先の実施の形態1において説明したのと同じ態様で、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの電圧レベルの切換が行なわれる。アレイブロック1B−1Mに対しては、データ書込時、降圧回路204B−204Mからの電圧がハイ側電源電圧として供給される。ドライブ回路群200B−200Mは、書込データDがHレベルの状態に設定され、データ書込時、ハイ側電源電圧を対応のワード線、ソース線およびバックゲート線に伝達する。   In the MRAM shown in FIG. 29, at the time of data writing, in array blocks 1A and 1N, in accordance with the logical value of the write data, the same manner as described in the first embodiment, word lines WL, The voltage levels of source line SL and back gate line BGL are switched. To the array block 1B-1M, the voltage from the step-down circuit 204B-204M is supplied as a high-side power supply voltage during data writing. Drive circuit groups 200B-200M have write data D set at an H level, and transmit a high-side power supply voltage to corresponding word lines, source lines, and back gate lines when data is written.

図30は、図29に示すMRAMのデータ書込時の選択ビット線BLの電圧とワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの電圧レベルを概略的に示す図である。図30において横軸に、ビット線のノードN0−N2Mに沿った電圧を示し、縦軸に、電圧を示す。図30に示すように、データ書込時、書込データDの論理値に従って、ビット線BLは、ノードN0(またはN2M)が2.4Vの高電圧レベルに設定され、ノードN2M(またはN0)が接地電圧レベルに維持される。この場合、降圧回路204B−204Mの出力電圧が、それぞれ基準電圧により設定される電圧レベルが設定されており、ドライブ回路群200B−200Mにおいて、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの設定電圧レベルが順次低下する。   FIG. 30 schematically shows voltages of selected bit lines BL and voltage levels of word lines WL, source lines SL and back gate lines BGL at the time of data writing in the MRAM shown in FIG. In FIG. 30, the horizontal axis indicates the voltage along the bit line nodes N0-N2M, and the vertical axis indicates the voltage. As shown in FIG. 30, at the time of data writing, according to the logical value of write data D, bit line BL has node N0 (or N2M) set to a high voltage level of 2.4V and node N2M (or N0). Is maintained at the ground voltage level. In this case, the output voltage of the step-down circuit 204B-204M is set to a voltage level set by the reference voltage, and the word line WL, the source line SL, and the back gate line BGL are set in the drive circuit group 200B-200M. The voltage level decreases sequentially.

したがって、この場合においても、メモリセルの選択メモリセルのトランジスタの耐圧を保証して、大きなビット線書込電流を供給することができる。   Therefore, even in this case, a large bit line write current can be supplied while guaranteeing the breakdown voltage of the transistor of the selected memory cell.

なお、この図29に示す構成の場合、ドライブ回路群200B−200Mは、ハイ側電源電圧をデータ書込時に伝達する。したがって、この場合、各ドライバに与えられる制御信号はLレベルであり、降圧回路(VDC)が生成する電圧レベルの最低値は、このドライバ出力段のPチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値より高い電圧レベルに設定する必要がある。基準電圧発生回路208において、生成する基準電圧のステップを、ドライバ出力段のPチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値以上に設定することにより、ビット線BLに書込電流を供給する場合に、確実に、アレイブロック1A−1Nごとに、ワード線WL、ソース線SLおよびバックゲート線BGLの電圧レベルを設定することができる。   In the configuration shown in FIG. 29, drive circuit groups 200B-200M transmit the high-side power supply voltage at the time of data writing. Therefore, in this case, the control signal applied to each driver is at L level, and the minimum value of the voltage level generated by the step-down circuit (VDC) is the absolute value of the threshold voltage of the P channel MOS transistor in this driver output stage. It is necessary to set a higher voltage level. When the reference voltage generation circuit 208 supplies the write current to the bit line BL by setting the step of the reference voltage to be generated to be equal to or higher than the absolute value of the threshold voltage of the P-channel MOS transistor in the driver output stage. The voltage levels of the word line WL, the source line SL, and the back gate line BGL can be surely set for each of the array blocks 1A-1N.

なお、図29に示す構成の場合、アレイブロック1A−1Nそれぞれに対して、バックゲート線の電圧レベルを設定する必要がある。したがって、アレイブロック1A−1Nのウェル領域は互いに分離するか、または各行ごとにバックゲート領域(ウェル領域)が分離される。   In the case of the configuration shown in FIG. 29, it is necessary to set the voltage level of the back gate line for each of the array blocks 1A-1N. Therefore, the well regions of array blocks 1A-1N are separated from each other, or a back gate region (well region) is separated for each row.

[変更例]
図31は、この発明の実施の形態3の変更例のMRAMの要部の構成を概略的に示す図である。図31において、トグルMRAMのアレイブロック1Kについての構成を概略的に示す。メモリセルアレイ1は、図29で示す構成と同様、複数のアレイブロック(1A−1N)に分割される。アレイブロック1Kに対応して、ドライブ回路群210Kが設けられる。このドライブ回路群210Kは、ワード線ドライブ回路、ソース線ドライブ回路およびバックゲート線ドライブ回路を含む。実施の形態2の構成と同様、書込活性化信号WRITEに従って、各ドライバの選択態様が設定される。
[Example of change]
FIG. 31 schematically shows a structure of a main portion of an MRAM according to a modification of the third embodiment of the present invention. FIG. 31 schematically shows the configuration of the toggle MRAM array block 1K. The memory cell array 1 is divided into a plurality of array blocks (1A-1N) as in the configuration shown in FIG. A drive circuit group 210K is provided corresponding to array block 1K. The drive circuit group 210K includes a word line drive circuit, a source line drive circuit, and a back gate line drive circuit. Similar to the configuration of the second embodiment, the selection mode of each driver is set in accordance with write activation signal WRITE.

ドライブ回路群210Kに対して、ハイ側電源電圧VHを伝達するハイ側電源マルチプレクサ(HMUX)212と、ロー側電源電圧VLを伝達するロー側電源マルチプレクサ(LMUX)214が設けられる。ハイ側電源マルチプレクサ212は、書込活性化信号WRITEに従って、ハイ側降圧回路216の出力電圧とセル電源電圧VDDLの一方を選択する。ロー側電源マルチプレクサ214は、書込活性化信号WRITEに従って、接地電圧とロー側降圧回路(LVDC)214の出力電圧の一方を選択する。ハイ側降圧回路(HVDC)216は、最大値2.4Vから、セル電源電圧1.2Vの間の電圧を生成する。ロー側降圧回路(LVDC)218は、セル電源電圧(1.2V)から接地電圧レベルの間の電圧を生成する。これらの降圧回路216および218が、生成する電圧レベルは、アレイブロック1Kのアレイ内の位置に応じて設定される。   For the drive circuit group 210K, a high-side power supply multiplexer (HMUX) 212 that transmits a high-side power supply voltage VH and a low-side power supply multiplexer (LMUX) 214 that transmits a low-side power supply voltage VL are provided. High side power supply multiplexer 212 selects one of the output voltage of high side step-down circuit 216 and cell power supply voltage VDDL in accordance with write activation signal WRITE. The low-side power supply multiplexer 214 selects one of the ground voltage and the output voltage of the low-side step-down circuit (LVDC) 214 according to the write activation signal WRITE. The high-side step-down circuit (HVDC) 216 generates a voltage between the maximum value 2.4V and the cell power supply voltage 1.2V. The low-side step-down circuit (LVDC) 218 generates a voltage between the cell power supply voltage (1.2 V) and the ground voltage level. The voltage level generated by these step-down circuits 216 and 218 is set according to the position of the array block 1K in the array.

ハイ側高圧回路(HVDC)216が生成する電圧とロー側高圧回路(LVDC)218の生成する電圧の差は、セル電源電圧1.2Vの電圧レベルである。これらの降圧回路216および218の生成する電圧レベルを、ビット線のノード(第1端部)N0からの距離に応じた電圧レベルに設定することにより、複数のアレイブロックに対して、ビット線書込電流供給時のビット線の電圧に応じた電圧レベルに、ワード線、ソース線およびバックゲート線を設定することができる。   The difference between the voltage generated by the high-side high-voltage circuit (HVDC) 216 and the voltage generated by the low-side high-voltage circuit (LVDC) 218 is a voltage level of the cell power supply voltage 1.2V. By setting the voltage level generated by these step-down circuits 216 and 218 to a voltage level corresponding to the distance from the node (first end) N0 of the bit line, the bit line writing is performed for a plurality of array blocks. The word line, the source line, and the back gate line can be set to a voltage level corresponding to the voltage of the bit line at the time of supplying the built-in current.

ドライブ回路群210K、およびマルチプレクサ212および214の構成は、先の実施の形態2に示すドライブ回路および電源切換回路の構成と同じである。   The configuration of drive circuit group 210K and multiplexers 212 and 214 is the same as the configuration of the drive circuit and power supply switching circuit described in the second embodiment.

なお、実施の形態2の変更例に示すように、ドライバのハイ側電源電圧およびロー側電源電圧を固定する構成の場合、図31に示すマルチプレクサ212および214は不要となり、ハイ側降圧回路(HVDC)216の出力電圧およびロー側降圧回路(LVDC)218の出力電圧が、それぞれハイ側電源電圧VHおよびロー側電源電圧VLとして、ドライブ回路群210Kへ与えられる。   As shown in the modification of the second embodiment, in the case where the high side power supply voltage and the low side power supply voltage of the driver are fixed, the multiplexers 212 and 214 shown in FIG. 31 are not necessary, and the high side step-down circuit (HVDC) ) The output voltage of 216 and the output voltage of the low-side step-down circuit (LVDC) 218 are applied to the drive circuit group 210K as the high-side power supply voltage VH and the low-side power supply voltage VL, respectively.

ただし、この場合、ソース線電圧とビット線電圧の高低の関係に応じて、データ読出時、ビット線を流れる電流の方向が異なる。したがって、この場合、データ読出時(内部および外部読出の両者の場合)、ビット線BLは中間電圧レベルに設定し、ソース線の電圧レベルが、このセル電源電圧の中間電圧レベル(ビット線の読出プリチャージ電圧)レベルよりも大きいか否かに従って、センスアンプの構成を切換え、またセンスアンプ出力信号を切換える。ただし、ソース線、ビット線へ読出電流を供給する場合、各ソース線に定電流源を設け、ビット線からソース線へ電流が流れる場合と同じ大きさの定電流をソース線に供給する必要がある。   However, in this case, the direction of the current flowing through the bit line differs during data reading according to the relationship between the source line voltage and the bit line voltage. Therefore, in this case, at the time of data reading (in both internal and external reading), bit line BL is set to an intermediate voltage level, and the voltage level of the source line is set to the intermediate voltage level of this cell power supply voltage (bit line reading) The configuration of the sense amplifier is switched and the sense amplifier output signal is switched according to whether it is higher than the (precharge voltage) level. However, when supplying a read current to the source line and bit line, it is necessary to provide a constant current source for each source line and supply a constant current of the same magnitude as that when the current flows from the bit line to the source line. is there.

以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、ビット線の高電圧が印加されるノードからの距離に応じてアレイブロックのメモリセルが選択トランジスタのバックゲート、ソースおよびゲートに印加される電圧レベルを設定しており、確実に、メモリセルの耐圧を保証して、大きな書込電流をビット線ドライバのサイズを増大させることなく供給することができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the memory cells of the array block are applied to the back gate, the source and the gate of the selection transistor according to the distance from the node to which the high voltage of the bit line is applied. Therefore, it is possible to reliably ensure the withstand voltage of the memory cell and supply a large write current without increasing the size of the bit line driver.

なお、先の実施の形態1から3においては、ワード線、ソース線およびバックゲート線がそれぞれ電圧レベルが調整されている。しかしながら、メモリセルの選択トランジスタの耐圧、すなわちゲート絶縁膜耐圧、接合耐圧に応じて、最も耐圧の弱いところに対し、電圧レベルが調整されればよい。したがって、ワード線、ソース線およびバックゲート線をすべて電圧レベルを調整する必要はない。少なくとも、耐圧の低い部分に対応するワード線、ソース線およびバックゲート線の少なくとも1つの耐圧が保証されるように、その電圧レベルが調整されればよい。   In the first to third embodiments, the voltage levels of the word lines, source lines, and back gate lines are adjusted. However, it is only necessary to adjust the voltage level for the weakest withstand voltage depending on the withstand voltage of the select transistor of the memory cell, that is, the gate insulating film withstand voltage and the junction withstand voltage. Therefore, it is not necessary to adjust the voltage levels of all the word lines, source lines, and back gate lines. The voltage level may be adjusted so that at least one withstand voltage of the word line, the source line, and the back gate line corresponding to the low withstand voltage portion is guaranteed.

この発明は、一般に、薄膜磁性体半導体記憶装置(MRAM)に適用することにより、チップサイズを増大させることのなく確実に書込を行うことのできるMRAMを実現することができる。このMRAMが、他のプロセッサなどと同一チップ上に形成される場合、小占有面積の処理システムを実現することができる。   In general, when the present invention is applied to a thin-film magnetic semiconductor memory device (MRAM), an MRAM that can be reliably written without increasing the chip size can be realized. When this MRAM is formed on the same chip as other processors, a processing system with a small occupation area can be realized.

この発明の実施の形態1に従うMRAM全体の構成を概略的に示す図である。1 schematically shows a whole structure of an MRAM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 図1に示すメモリセルの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a memory cell shown in FIG. 1. この発明の実施の形態1に従うMRAMの要部の構成をより具体的に示す図である。It is a figure which shows more specifically the structure of the principal part of MRAM according to Embodiment 1 of this invention. 図3に示すMRAMの動作を示すタイミング図である。FIG. 4 is a timing chart showing an operation of the MRAM shown in FIG. 3. 図3に示すMRAMのデータ書込時のビット線、ワード線、バックゲート線およびソース線の電圧を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing voltages of a bit line, a word line, a back gate line, and a source line at the time of data writing in the MRAM shown in FIG. 3. この発明の実施の形態1におけるデータ書込時のメモリセル選択トランジスタの印加電圧を示す図である。It is a figure which shows the applied voltage of the memory cell selection transistor at the time of the data writing in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるメモリセル選択トランジスタの印加電圧を示す図である。It is a figure which shows the applied voltage of the memory cell selection transistor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるMRAMの制御回路の要部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the principal part of the control circuit of MRAM in Embodiment 1 of this invention. 図8に示す制御回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 9 is a timing chart showing an operation of the control circuit shown in FIG. 8. この発明の実施の形態1に従うMRMのビット線ドライバの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the bit line driver of MRM according to Embodiment 1 of this invention. 図10に示すビット線ドライバの動作を示すタイミング図である。FIG. 11 is a timing chart showing an operation of the bit line driver shown in FIG. 10. この発明の実施の形態1に従うMRMのワード線、ソース線、バックゲート線およびゲート線の各ドライバの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of each driver | operator of the word line of MRM according to Embodiment 1 of this invention, a source line, a back gate line, and a gate line. 図12に示すドライバの動作を示すタイミング図である。FIG. 13 is a timing chart showing an operation of the driver shown in FIG. 12. この発明の実施の形態1における行選択信号および読出列選択信号発生部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the row selection signal and read column selection signal generation part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるMRAMの各ドライバ出力電圧の印加部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the application part of each driver output voltage of MRAM in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1のMRAMの変更例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the example of a change of MRAM of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に従うMRAMの要部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the principal part of MRAM according to Embodiment 2 of this invention. 図17に示すMRAMのデータ書込時の動作を示すフロー図である。FIG. 18 is a flowchart showing an operation at the time of data writing of the MRAM shown in FIG. 17. この発明の実施の形態2に従うMRMのデータ書込時の動作を示すタイミング図である。FIG. 17 is a timing diagram representing an operation at the time of data writing of the MRM according to the second embodiment of the present invention. この発明の実施の形態2に従うMRAMの制御回路の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the control circuit of MRAM according to Embodiment 2 of this invention. 図21に示す制御回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 22 is a timing chart showing an operation of the control circuit shown in FIG. 21. 図17に示すビット線ドライバの構成をより具体的に示す図である。FIG. 18 is a diagram specifically showing the configuration of the bit line driver shown in FIG. 17. 図17に示す電源切換回路の構成の一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power supply switching circuit illustrated in FIG. 17. この発明の実施の形態2に従うMRAMの変更例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the example of a change of MRAM according to Embodiment 2 of this invention. 図24に示すMRAMの動作を示すタイミング図である。FIG. 25 is a timing chart showing an operation of the MRAM shown in FIG. 24. この発明の実施の形態2の変更例のMRAMのセンスアンプの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the sense amplifier of MRAM of the modification of Embodiment 2 of this invention. 図26に示すセンスアンプ回路のセンス動作を概略的に示す図である。FIG. 27 schematically shows a sensing operation of the sense amplifier circuit shown in FIG. 26. 図26に示すセンスアンプ回路のセンス動作を模式的に示す図である。FIG. 27 schematically shows a sensing operation of the sense amplifier circuit shown in FIG. 26. この発明の実施の形態3に従うMRAMの要部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the principal part of MRAM according to Embodiment 3 of this invention. 図29に示すMRAMのデータ書込時のビット線、ワード線、ソース線およびバックゲート線の印加電圧を概略的に示す図である。FIG. 30 schematically shows voltages applied to a bit line, a word line, a source line, and a back gate line when data is written in the MRAM shown in FIG. 29. この発明の実施の形態3のMRAMの変更例の要部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the principal part of the example of a change of MRAM of Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 メモリアレイ、1R,1L,1A−1N アレイブロック、2 ビット線選択ドライブ回路、3 ワード線選択ドライブ回路、4 ソース線選択ドライブ回路、5 バックゲート選択ドライブ回路、6 列デコード回路、8 ビット線プリチャージ回路、7L,7R ビット線ドライブ回路、11 制御回路、MC メモリセル、ST 選択トランジスタ、VR 磁気抵抗性素子、WL,WL0−WL2M ワード線、BL,BL0−BL2M データ線、SL,SL0−SL2M ソース線、BGL,BGL0−BGL2M バックゲート線、DWR0−DWR2M ワード線ドライバ、DBG0−DBG2M バックゲート線ドライバ、DSR0−DSR2M ソース線ドライバ、DBL2n,DBL2n+1,DBR2n,DBR2n+1,DBLi,DBRi ビット線ドライバ、PG2n,PG2n+1,PGi プリチャージゲート、100 ハイ側電源切換回路、102 ロー側電源切換回路、104 基板電源切換回路、106 ソース電源切換回路、112 データラッチ、114 センスアンプ回路、150,160 降圧回路、170 定電流源、172 MISトランジスタ、174 電流センス回路、176 セレクタ、200A−200N ドライブ回路群、202A−202N マルチプレクサ(MUX)、204A−204N 降圧回路(VDC)、206A−205N セレクタ(SEL)、208 基準電圧発生回路、212 ハイ側マルチプレクサ(HMUX)、214 ロー側電源マルチプレクサ(LMUX)、216 ハイ側降圧回路(HVDC)、218 ロー側降圧回路(LVDC)。   1 memory array, 1R, 1L, 1A-1N array block, 2 bit line selection drive circuit, 3 word line selection drive circuit, 4 source line selection drive circuit, 5 back gate selection drive circuit, 6 column decode circuit, 8 bit line Precharge circuit, 7L, 7R bit line drive circuit, 11 control circuit, MC memory cell, ST selection transistor, VR magnetoresistive element, WL, WL0-WL2M word line, BL, BL0-BL2M data line, SL, SL0- SL2M source line, BGL, BGL0-BGL2M back gate line, DWR0-DWR2M word line driver, DBG0-DBG2M back gate line driver, DSR0-DSR2M source line driver, DBL2n, DBL2n + 1, DBR2n, DBR2n + 1, DB Li, DBRi bit line driver, PG2n, PG2n + 1, PGi precharge gate, 100 high side power switching circuit, 102 low side power switching circuit, 104 substrate power switching circuit, 106 source power switching circuit, 112 data latch, 114 sense amplifier circuit , 150, 160 step-down circuit, 170 constant current source, 172 MIS transistor, 174 current sense circuit, 176 selector, 200A-200N drive circuit group, 202A-202N multiplexer (MUX), 204A-204N step-down circuit (VDC), 206A- 205N selector (SEL), 208 reference voltage generation circuit, 212 high side multiplexer (HMUX), 214 low side power supply multiplexer (LMUX), 216 high side step-down circuit (HVDC), 218 Side down circuit (LVDC).

Claims (9)

行列状に配列され、各々が、磁気抵抗性記憶素子と、前記磁気抵抗性記憶素子に結合される第1電極と、第2電極と、ゲート電極とバックゲートとを有する選択トランジスタとを含む複数のメモリセル、
各前記メモリセル列に対応して配置され、各々が第1および第2の端部を有し、前記第1および第2の端部の間に対応の列のメモリセルの磁気抵抗性記憶素子が接続される複数のビット線、
各前記メモリセル行に対応して配置され、各々が対応の行のメモリセルの選択トランジスタのゲート電極に接続されるとともに前記ビット線が延在する列方向に沿って複数のブロックに分割される複数のワード線、
各前記メモリセル行に対応して配置され、各々が、選択時に対応のメモリセルの磁気抵抗性記憶素子に電流誘起磁界を印加する複数のディジット線、
前記メモリセル行および列のうちの一方の第1の方向に沿って配置され、各々に対応のメモリセルの選択トランジスタの第2電極が接続する複数のソース線、
各前記ビット線の第1端部に対応して配置され、各々が、データ書込時に選択されると、対応のビット線の前記第1端部に第1の電圧を供給する複数の第1のビット線ドライバ、
各前記ビット線の第2端部に対応して配置され、前記データ書込時に選択されると、対応のビット線の前記第2端部に前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を供給する複数の第2のビット線ドライバ、および
前記データ書込時、メモリセルの選択トランジスタのゲート電極、第2電極、およびバックゲートの少なくとも1つと対応のビット線の電圧との差が前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧レベルに維持されるように、前記複数のワード線、前記複数のソース線および前記複数のメモリセルの選択トランジスタのバックゲートのうち前記少なくとも1つの電圧に対応する電圧を設定する電圧制御回路を備える、薄膜磁性体半導体記憶装置。
Plural elements arranged in a matrix, each including a magnetoresistive memory element, a first electrode coupled to the magnetoresistive memory element, a second electrode, a selection transistor having a gate electrode and a back gate. Memory cells,
Magnetoresistive storage element of memory cell of corresponding column arranged corresponding to each memory cell column, each having first and second ends, and between the first and second ends Multiple bit lines to which
Arranged corresponding to each memory cell row, each connected to the gate electrode of the select transistor of the memory cell in the corresponding row, and divided into a plurality of blocks along the column direction in which the bit line extends Multiple word lines,
A plurality of digit lines arranged corresponding to each of the memory cell rows, each applying a current-induced magnetic field to a magnetoresistive storage element of the corresponding memory cell when selected,
A plurality of source lines arranged along a first direction of one of the memory cell rows and columns, each connected to a second electrode of a select transistor of a corresponding memory cell;
A plurality of first lines are arranged corresponding to the first ends of the respective bit lines, and each supply a first voltage to the first ends of the corresponding bit lines when selected during data writing. Bit line drivers,
A second voltage lower than the first voltage is applied to the second end of the corresponding bit line when it is arranged corresponding to the second end of each bit line and selected during the data write. A plurality of second bit line drivers to be supplied; and at the time of data writing, a difference between a voltage of a corresponding bit line and at least one of a gate electrode, a second electrode, and a back gate of a selection transistor of the memory cell The at least one of the plurality of word lines, the plurality of source lines, and the back gates of the selection transistors of the plurality of memory cells so as to be maintained at a voltage level between the first voltage and the second voltage. A thin film magnetic semiconductor memory device comprising a voltage control circuit for setting a voltage corresponding to one voltage.
前記電圧制御回路は、
各前記ワード線に対応して配置される複数のワード線ドライバを備え、前記データ書込時、前記ビット線の第1端部に最も近いブロックに対して設けられたワード線に対して配置されるワード線ドライバは、前記第1および第2の電圧の間の電圧を対応のワード線に伝達し、前記第2の端部に最も近いブロックのワード線に対して配置されるワード線ドライバは、前記第2電圧レベルの電圧を伝達する、請求項1記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。
The voltage control circuit includes:
A plurality of word line drivers arranged corresponding to the word lines, and arranged for a word line provided for a block closest to the first end of the bit line during the data writing; A word line driver that transmits a voltage between the first and second voltages to a corresponding word line, and a word line driver arranged for a word line of a block closest to the second end is The thin film magnetic semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second voltage level voltage is transmitted.
前記第1の方向は、前記メモリセル行が延在する行方向であり、
前記複数のソース線は、各前記メモリセル行に対応して配置され、各々が、対応の行のメモリセルの選択トランジスタの第2電極に接続され、
前記電圧制御回路は、
前記複数のソース線に対して設けられる複数のソース線ドライバを備え、前記データ書込時、前記ビット線の第1端部に近いブロックに対して設けられたソース線に対して配置されるソース線ドライバは、前記第1および第2の電圧の間の電圧を対応のソース線に伝達し、前記第2の端部に最も近いブロックのソース線に対して配置されるソース線ドライバ、前記第2電圧レベルの電圧を伝達する、請求項1または2記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。
The first direction is a row direction in which the memory cell row extends;
The plurality of source lines are arranged corresponding to the memory cell rows, and each of the source lines is connected to a second electrode of a selection transistor of a memory cell in the corresponding row,
The voltage control circuit includes:
A plurality of source line drivers provided for the plurality of source lines, and a source arranged for a source line provided for a block near the first end of the bit line during the data writing; A line driver that transmits a voltage between the first and second voltages to a corresponding source line and is arranged with respect to a source line of a block closest to the second end; 3. The thin film magnetic semiconductor memory device according to claim 1, which transmits a voltage of two voltage levels.
前記電圧制御回路は、
各メモリセル行に対応して配置され、各々が対応の行のメモリセルの選択トランジスタのバックゲートの電圧を共通に設定する複数のバックゲート線ドライバを備え、前記データ書込時、前記ビット線の第1端部に近いブロックのメモリセルに対して配置されるバックゲート線ドライバは、前記第1および第2の電圧の間の電圧を対応のメモリセルのバックゲートに伝達し、前記第2の端部に最も近いブロックのメモリセルに対して配置されるバックゲート線ドライバは、前記第2電圧レベルの電圧を伝達する、請求項1から3のいずれかに記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。
The voltage control circuit includes:
A plurality of back gate line drivers arranged corresponding to each memory cell row, each of which commonly sets a back gate voltage of a select transistor of a memory cell of the corresponding row; A back gate line driver disposed for a memory cell in a block near the first end of the first and second voltages, and transmits a voltage between the first and second voltages to the back gate of the corresponding memory cell, and 4. The thin-film magnetic semiconductor memory device according to claim 1, wherein a back gate line driver disposed for a memory cell in a block closest to the end of the thin film transmits the voltage of the second voltage level. 5. .
前記ビット線の第1端部および第2端部は、前記データ書込時、書込データの論理値に応じて位置が交換される、請求項1から4のいずれかに記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。   5. The thin film magnetic body according to claim 1, wherein positions of the first end portion and the second end portion of the bit line are exchanged in accordance with a logical value of write data during the data writing. Semiconductor memory device. 前記電圧制御回路は、前記ビット線の第1端部からの距離に応じて前記第1および第2の電圧差を分圧して各ブロックのワード線、バックゲートおよびソース線の少なくとも1つに前記少なくとも1つの電圧を印加する、請求項1記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。   The voltage control circuit divides the first and second voltage differences according to the distance from the first end of the bit line, and supplies the voltage to at least one of the word line, back gate, and source line of each block. The thin film magnetic semiconductor memory device according to claim 1, wherein at least one voltage is applied. 前記ビット線の第1端部および第2端部は、前記データ書込時、書込データの論理値にかかわらずその位置は固定される、請求項1から4のいずれかに記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。   5. The thin film magnetism according to claim 1, wherein positions of the first end portion and the second end portion of the bit line are fixed at the time of data writing regardless of a logical value of write data. 6. Semiconductor memory device. 前記電圧制御回路は、
各前記ワード線に対して設けられ、前記データ書込時、対応のワード線に対して非選択時の電圧を供給するワード線ドライバと、
前記データ書込時、前記ビット線の第1端部に最も近いブロックに対して配置されるワード線ドライバの選択時および非選択時に出力するハイ側およびロー側動作電源電圧をそれぞれ前記第1電圧と前記中間電圧レベルに設定し、前記第1端部から最も遠いブロックのワード線ドライバのロー側電源電圧を前記第2電圧レベルに設定するワード線ドライブ電源切換回路とを備え、前記データ書込時、各前記ワード線へは、対応のワード線ドライバのロー側電源電圧が非選択時の電圧として伝達される、請求項7記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。
The voltage control circuit includes:
A word line driver that is provided for each of the word lines and supplies a non-selected voltage to the corresponding word line at the time of data writing;
At the time of data writing, the high-side and low-side operation power supply voltages output when the word line driver arranged for the block closest to the first end of the bit line is selected and not selected are respectively set to the first voltage. And a word line drive power supply switching circuit for setting the low-side power supply voltage of the word line driver of the block farthest from the first end to the second voltage level. 8. The thin film magnetic semiconductor memory device according to claim 7, wherein a low-side power supply voltage of a corresponding word line driver is transmitted to each word line as a voltage when not selected.
前記電圧制御回路は、
各前記ワード線に対して設けられ、対応のワード線に対して非選択または選択電圧を供給するワード線ドライバと、
前記データ書込時、前記ビット線の第1端部に最も近いブロックに対して配置されるワード線ドライバの選択時および非選択時に出力するハイ側およびロー側動作電源電圧をそれぞれ前記第1電圧と第2の電圧の間の中間電圧レベルに設定し、前記第2端部に最も近いブロックのワード線ドライバのロー側電源電圧を前記第2電圧レベルに設定し、残りのブロックのワード線ドライバに対しては、ハイ側電源電圧として前記中間電圧と前記第2の電圧を前記第1の端部からの距離に応じて分圧して伝達するワード線ドライブ電源切換回路とを備え、前記データ書込時、前記第2の端部に最も近いブロックのワード線ドライバは、対応のワード線へロー側電源電圧を伝達し、残りのブロックのワード線ドライバは、それぞれ、対応のワード線へハイ側電源電圧を伝達する、請求項7記載の薄膜磁性体半導体記憶装置。
The voltage control circuit includes:
A word line driver provided for each of the word lines and supplying a non-selection or selection voltage to the corresponding word line;
At the time of data writing, the high-side and low-side operation power supply voltages output when the word line driver arranged for the block closest to the first end of the bit line is selected and not selected are respectively set to the first voltage. And the low side power supply voltage of the word line driver of the block closest to the second end is set to the second voltage level, and the word line drivers of the remaining blocks And a word line drive power supply switching circuit for dividing and transmitting the intermediate voltage and the second voltage according to the distance from the first end as a high-side power supply voltage, At the time of loading, the word line driver of the block closest to the second end portion transmits the low-side power supply voltage to the corresponding word line, and the word line drivers of the remaining blocks are respectively connected to the corresponding word lines. Transmitting Lee-side power supply voltage, the thin-film magnetic semiconductor memory device according to claim 7 wherein.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101312366B1 (en) * 2011-04-06 2013-09-26 에스케이하이닉스 주식회사 Write Driver Circuit for Magnetic Random Access Memory Apparatus and Magnetic Random Access Memory Apparatus
JP2013236235A (en) * 2012-05-08 2013-11-21 Toppan Printing Co Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2016167329A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社東芝 Nonvolatile semiconductor memory
US10283180B2 (en) 2015-08-10 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile resistance changing semiconductor memory using first and second writing operations
US10373664B2 (en) 2017-09-06 2019-08-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Resistive memory device having reduced chip size and operation method thereof
CN112652338A (en) * 2019-10-10 2021-04-13 上海磁宇信息科技有限公司 Row decoder for memory

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101312366B1 (en) * 2011-04-06 2013-09-26 에스케이하이닉스 주식회사 Write Driver Circuit for Magnetic Random Access Memory Apparatus and Magnetic Random Access Memory Apparatus
US8634232B2 (en) 2011-04-06 2014-01-21 SK Hynix Inc. Write driver circuit for MRAM, MRAM and layout structure thereof
JP2013236235A (en) * 2012-05-08 2013-11-21 Toppan Printing Co Ltd Semiconductor integrated circuit
JP2016167329A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社東芝 Nonvolatile semiconductor memory
WO2016143155A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社 東芝 Nonvolatile semiconductor memory
CN106663465A (en) * 2015-03-10 2017-05-10 株式会社东芝 Nonvolatile semiconductor memory
US9990975B2 (en) 2015-03-10 2018-06-05 Toshiba Memory Corporation Nonvolatile semiconductor memory
CN106663465B (en) * 2015-03-10 2019-07-09 东芝存储器株式会社 Nonvolatile semiconductor memory
US10283180B2 (en) 2015-08-10 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile resistance changing semiconductor memory using first and second writing operations
US10373664B2 (en) 2017-09-06 2019-08-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Resistive memory device having reduced chip size and operation method thereof
CN112652338A (en) * 2019-10-10 2021-04-13 上海磁宇信息科技有限公司 Row decoder for memory
CN112652338B (en) * 2019-10-10 2023-10-03 上海磁宇信息科技有限公司 Line decoder for memory

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