JP2010049751A - 抵抗変化型メモリ - Google Patents
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Abstract
【課題】センスアンプのオフセットを補正し、読み出しの精度を向上させる。
【解決手段】抵抗変化型メモリは、複数のメモリセルMCと、互いに異なる抵抗値を有する複数の参照セルRCと、読み出し時に複数のメモリセルの中から選択された選択メモリセルが第1の入力端子に接続され、読み出し時に複数の参照セルの中から選択された選択参照セルが第2の入力端子に接続されるセンスアンプSAと、センスアンプのオフセット情報を保持するヒューズラッチ回路20と、オフセット情報に応じて複数の参照セルの中から選択参照セルを選択し、選択参照セルをセンスアンプの第2の入力端子に接続させるデコーダ10とを具備する。
【選択図】 図1
【解決手段】抵抗変化型メモリは、複数のメモリセルMCと、互いに異なる抵抗値を有する複数の参照セルRCと、読み出し時に複数のメモリセルの中から選択された選択メモリセルが第1の入力端子に接続され、読み出し時に複数の参照セルの中から選択された選択参照セルが第2の入力端子に接続されるセンスアンプSAと、センスアンプのオフセット情報を保持するヒューズラッチ回路20と、オフセット情報に応じて複数の参照セルの中から選択参照セルを選択し、選択参照セルをセンスアンプの第2の入力端子に接続させるデコーダ10とを具備する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、互いに異なる抵抗値を有する複数の参照セルを備えた抵抗変化型メモリに関する。
抵抗変化型メモリとして、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PRAM(Phase-change Random Access Memory)、ReRAM(Resistance Random Access Memory)などが知られている。この抵抗変化型メモリの特徴は、記憶素子の抵抗値の変化によって情報を記憶させることである。この記憶素子の抵抗状態は、センスアンプによって判別される。つまり、読み出し時、記憶素子に流れる読み出し電流と参照素子に流れる参照電流とをセンスアンプで比較し、記憶素子の抵抗状態を判別する。
しかし、従来の抵抗変化型メモリでは、センスアンプの入力オフセットのばらつきにより、読み出し特性が劣化していた。
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
米国特許6,809,976号明細書
米国特許6,707,710号明細書
本発明は、センスアンプのオフセットを補正し、読み出しの精度を向上させる抵抗変化型メモリを提供する。
本発明の一態様による抵抗変化型メモリは、複数のメモリセルと、互いに異なる抵抗値を有する複数の参照セルと、読み出し時に前記複数のメモリセルの中から選択された選択メモリセルが第1の入力端子に接続され、前記読み出し時に前記複数の参照セルの中から選択された選択参照セルが第2の入力端子に接続されるセンスアンプと、前記センスアンプのオフセット情報を保持するヒューズラッチ回路と、前記オフセット情報に応じて前記複数の参照セルの中から前記選択参照セルを選択し、前記選択参照セルを前記センスアンプの前記第2の入力端子に接続させるデコーダとを具備する。
本発明によれば、センスアンプのオフセットを補正し、読み出しの精度を向上させる抵抗変化型メモリを提供できる。
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
[1]回路構成
図1は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化型メモリの回路構成の概略図を示す。以下に、抵抗変化型メモリの概略的な全体の回路構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化型メモリの回路構成の概略図を示す。以下に、抵抗変化型メモリの概略的な全体の回路構成について説明する。
図1に示すように、抵抗変化型メモリは、メモリセルMC、参照セルRC、センスアンプSA、デコーダ10、ヒューズラッチ回路20を備えている。
メモリセルMC及び参照セルRCは、それぞれ複数個存在し、セルアレイを構成している。複数の参照セルRCは、互いに異なる抵抗値R0、R1、R2、R3を有している。
センスアンプSAは、複数個存在する。各センスアンプSAの第1の入力端子には、複数のメモリセルMCの中から選択された1つのセルが接続される。センスアンプSAの第2の入力端子には、複数の参照セルRCの中から選択された1つのセルが接続される。センスアンプSAは、メモリセルMCに流れる読み出し電流と参照セルRCに流れる参照電流とを比較し、メモリセルMCの抵抗状態を判別する。
ヒューズラッチ回路20は、センスアンプSA毎に設けられている。個々のセンスアンプSAには、製造ばらつきによる入力オフセットがある。ヒューズラッチ回路20は、対応するセンスアンプSAの入力オフセット情報を保持している。この入力オフセット情報は、チップ製造後にセンスアンプSA毎の最適な参照セルRCを選択するためのテストを行い、その結果に基づいたヒューズプログラムによって設定される。入力オフセット情報は、チップ製造後に書き込まれ、ヒューズラッチ回路20で半永久的に保持される。ヒューズラッチ回路20は、例えば、電源をOFFした後もデータが保持される不揮発性メモリで構成される。
デコーダ10は、ヒューズラッチ回路20の保持する入力オフセット情報に基づいて、個々のセンスアンプSAの入力オフセットを補正するような抵抗値R0、R1、R2、R3を有する参照セルRCを選択する。
図1の例では、最上段のセンスアンプSAに対しては、テスト結果により、このセンスアンプSAの入力オフセットを補正するような参照セルRCとして抵抗値R1のセルが選択されるように設定されている。同様に、2段目のセンスアンプSAに対しては、抵抗値R2の参照セルRCが選択されるように設定され、3段目のセンスアンプSAに対しては、抵抗値R0の参照セルRCが選択されるように設定され、4段目のセンスアンプSAに対しては、抵抗値R1の参照セルRCが選択されるように設定されている。
図2は、図1の回路構成の一部の概略図を示す。以下に、抵抗変化型メモリの概略的な回路構成の一部について説明する。
図2に示すように、センスアンプSAの第1の入力端子には第1のトランジスタ31を介して第1のセルアレイCA1内のセルが接続され、センスアンプSAの第2の入力端子には第2のトランジスタ32を介して第2のセルアレイCA2内のセルが接続される。第1及び第2のトランジスタ31及び32は、例えば、ソースフォロワ接続されたNMOSトランジスタからなる。
第1及び第2のセルアレイCA1及びCA2の周囲には、デコーダ10が配置されている。このデコーダ10は、カラムデコーダ11とロウデコーダ12とを有している。これらカラムデコーダ11及びロウデコーダ12により、第1及び第2のセルアレイCA1及びCA2内のセルが選択される。
第1及び第2のセルアレイCA1及びCA2内には、複数のメモリセルMCと複数の参照セルRCが配置されている。これらメモリセルMC及び参照セルRCは同じセル構成となっている。
複数の参照セルRCは、互いに異なる抵抗値を有しているので、本例の場合、セル面積を変えている。具体的には、参照セルRC内の抵抗変化素子の平面形状における面積を変えている。
第1のセルアレイCA1内の複数の参照セルRCと第2のセルアレイCA2内の複数の参照セルRCとは、抵抗値の変化を同じにしておくことが望ましい。読み出し時、参照セルRCを第1及び第2のセルアレイCA1及びCA2のどちらから選んでも、同じようにオフセット調整ができるようにするためである。
[2]読み出し
図1及び図2を用いて、本実施形態に係る読み出し動作について説明する。尚、ここでは、図2の第1のセルアレイCA1内からメモリセルMCを選択し、第2のセルアレイCA2内から参照セルRCを選択する例を挙げるが、第2のセルアレイCA2内からメモリセルMCを選択し、第1のセルアレイCA1内から参照セルRCを選択しても勿論よい。
図1及び図2を用いて、本実施形態に係る読み出し動作について説明する。尚、ここでは、図2の第1のセルアレイCA1内からメモリセルMCを選択し、第2のセルアレイCA2内から参照セルRCを選択する例を挙げるが、第2のセルアレイCA2内からメモリセルMCを選択し、第1のセルアレイCA1内から参照セルRCを選択しても勿論よい。
まず、読み出し動作前において、センスアンプSA毎の入力オフセット情報がヒューズラッチ回路20に設定される。この入力オフセット情報は、チップ製造後にセンスアンプSA毎の最適な参照セルRCを選択するためのテストを行い、その結果に基づいたヒューズ切断によって設定される。
第1のセルアレイCA1側のカラムデコーダ11とロウデコーダ12によって、第1のセルアレイCA1の中から1つのメモリセルMCが選択される。一方、ヒューズラッチ回路20が保持するセンスアンプSA毎の入力オフセット情報に基づいて、第2のセルアレイCA2側のカラムデコーダ11とロウデコーダ12によって、第2のセルアレイCA2の中から所定の抵抗値を有する参照セルRCが1つ選択される。選択されたメモリセルMCは、センスアンプSAの第1の入力端子に接続され、選択された参照セルRCは、センスアンプSAの第2の入力端子に接続される。
この際、メモリセルMCの電圧は、第1のトランジスタ31のゲート電圧VCLMPによって(VCLMP−閾値電圧)の近傍に設定される。一方、参照セルRCの電圧は、第2のトランジスタ32のゲート電圧VREFによって(VREF−閾値電圧)の近傍に設定される。このゲート電圧VREFは、参照電流が“0”と“1”の読み出し電流の中間になるように設定される。尚、メモリセルMCに供給される電圧VCLMPと参照セルRCに供給される電圧VREFとは、同じであっても異なってもよい。
センスアンプSAは、メモリセルMCに流れる読み出し電流と参照セルRCに流れる参照電流とを比較し、メモリセルMCの抵抗状態を判別する。このような参照セルRCを使用した差動方式による電流比較により、精度の良い読み出しが実現される。
尚、参照セルRCは、センスアンプSA毎のオフセットを補正する抵抗値のセルが選択されるので、そのセンスアンプSAに対して読み出し時に選択される参照セルRCは毎回同じセルになる。但し、予備の参照セルRCが選択されるように変更することも可能である。
[3]参照セル
図3及び図4を用いて、本実施形態に係る参照セルについて説明する。
図3及び図4を用いて、本実施形態に係る参照セルについて説明する。
図3に示すように、複数の参照セルRCは、互いに抵抗値R0、R1、R2、R3を微小に段階的に変化させている。このように参照セルRCの抵抗値R0、R1、R2、R3を変化させるには、例えば、図2に模式的に示すように、抵抗変化素子の面積を変化させればよい。
複数の参照セルRCの抵抗値は、高抵抗状態(例えば“1”状態)のメモリセルMCの抵抗値Rmaxと低抵抗状態(例えば“0”状態)のメモリセルMCの抵抗値Rminとの間に位置する。そして、複数の参照セルRCの抵抗値R0、R1、R2、R3は、メモリセルMCの記憶状態の一方の抵抗値(図3では低抵抗状態の抵抗値Rmin)を基準として、この抵抗値Rminの例えば1/100ずつ変化させている。
従って、図4に示すように、読み出し時に、これらの参照セルRCを切り替え、参照セル電圧を調整することで、参照電流を微小に変化させることができる。参照セルRCの抵抗値R0、R1、R2、R3が小さい程、参照電流値を大きくすることができる。これにより、製造ばらつきに起因するセンスアンプSAの入力オフセットを補正することが可能となる。
[4]メモリセル
図5及び図6を用いて、本実施形態に係るメモリセルについて説明する。ここでは、磁気抵抗素子を使用したMRAMを例として挙げる。尚、参照セルRCは、メモリセルMCと同じ構成を有する。
図5及び図6を用いて、本実施形態に係るメモリセルについて説明する。ここでは、磁気抵抗素子を使用したMRAMを例として挙げる。尚、参照セルRCは、メモリセルMCと同じ構成を有する。
図5に示すように、メモリセルMCは、磁気抵抗素子100と選択トランジスタTrとを有する。磁気抵抗素子100の一端は選択トランジスタTrの電流経路の一端に接続され、磁気抵抗素子100と選択トランジスタTrとは直列接続されている。磁気抵抗素子100の一端はビット線BLに接続され、選択トランジスタTrのゲートはビット線と直交するワード線WLに接続される。ビット線BLはカラムデコーダ11によって選択され、ワード線WLはロウデコーダ12によって選択される。
このようなメモリセルMCは、行列状に配置され、メモリセルアレイを構成する。そして、外部から入力されるアドレス信号に応じて、特定のメモリセルMCが選択され、読み出しと書込みが実行される。
図6に示すように、磁気抵抗素子100は、2つの磁性層111及び113で非磁性層112を挟んだ構成をしている。2つの磁性層111及び113の磁化方向が平行のとき、低抵抗状態(例えば“0”状態)となる。一方、2つの磁性層111及び113の磁化方向が反平行のとき、高抵抗状態(例えば“1”状態)となる。
磁気抵抗素子100の抵抗状態は、上述した通り、読み出し電流を流すことで判別する。磁性層111及び113の磁化の向きは、書込み電流の向きに応じてスピン注入磁化反転を使用して制御する。
尚、本実施形態は、抵抗変化型メモリであるPRAM、ReRAMにも適用可能である。PRAMの場合、抵抗変化素子としてカルコゲナイド素子を使用し、ReRAMの場合、抵抗変化素子として遷移金属酸化物素子を使用すればよい。
[5]効果
本発明の一実施形態によれば、参照セルRCとして複数の抵抗値を有するセルを用意し、センスアンプSA毎の入力オフセット情報をヒューズラッチ回路20に保持させる。そして、読み出し時、ヒューズラッチ回路20の入力オフセット情報をもとに、センスアンプSAの入力オフセットを補正するような抵抗値を有する参照セルRCを選択し、センスアンプSAの入力オフセットを補正する。これにより、メモリセルMCのデータを精度良く読み出すことが可能である。
本発明の一実施形態によれば、参照セルRCとして複数の抵抗値を有するセルを用意し、センスアンプSA毎の入力オフセット情報をヒューズラッチ回路20に保持させる。そして、読み出し時、ヒューズラッチ回路20の入力オフセット情報をもとに、センスアンプSAの入力オフセットを補正するような抵抗値を有する参照セルRCを選択し、センスアンプSAの入力オフセットを補正する。これにより、メモリセルMCのデータを精度良く読み出すことが可能である。
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
10…デコーダ、11…カラムデコーダ、12…ロウデコーダ、20…ヒューズラッチ回路、31,32,Tr…トランジスタ、100…磁気抵抗素子、MC…メモリセル、RC…参照セル、SA…センスアンプ、CA1,CA2…セルアレイ。
Claims (5)
- 複数のメモリセルと、
互いに異なる抵抗値を有する複数の参照セルと、
読み出し時に前記複数のメモリセルの中から選択された選択メモリセルが第1の入力端子に接続され、前記読み出し時に前記複数の参照セルの中から選択された選択参照セルが第2の入力端子に接続されるセンスアンプと、
前記センスアンプのオフセット情報を保持するヒューズラッチ回路と、
前記オフセット情報に応じて前記複数の参照セルの中から前記選択参照セルを選択し、前記選択参照セルを前記センスアンプの前記第2の入力端子に接続させるデコーダと
を具備することを特徴とする抵抗変化型メモリ。 - 前記複数のメモリセル及び前記複数の参照セルは、抵抗変化素子をそれぞれ有し、
前記複数の参照セル内の前記抵抗変化素子は、互いに面積が異なることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記ヒューズラッチ回路は、不揮発性メモリを有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ。
- 前記複数の参照セルは、前記メモリセルの1つの記憶状態における抵抗値を基準に変化させていることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ。
- 前記選択メモリセルと前記選択参照セルに供給される電圧が異なることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ。
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