JP2010067309A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体記憶装置に関し、特に、磁気的にデータ信号を記憶するメモリセルを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor device including a memory cell that magnetically stores a data signal.
近年、低消費電力で不揮発的なデータの記憶が可能な半導体記憶装置として、MRAM(Magnetic Random Access Memory)が注目されている(たとえば、非特許文献1参照)。 In recent years, MRAM (Magnetic Random Access Memory) has attracted attention as a semiconductor memory device capable of storing nonvolatile data with low power consumption (see, for example, Non-Patent Document 1).
MRAMは、複数行複数列に配置された複数のメモリセルと、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のワード線と、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のディジット線と、それぞれ複数列に対応して設けられた複数のビット線とを含む。各メモリセルは、抵抗値のレベル変化によってデータ信号を記憶する磁気抵抗素子と、対応のビット線と基準電圧のラインとの間に磁気抵抗素子と直列接続され、そのゲートが対応のワード線に接続されたアクセストランジスタとを有する。アクセストランジスタは半導体基板の表面に形成され、ディジット線はアクセストランジスタの上方に形成され、磁気抵抗素子はディジット線の上方に形成される。 The MRAM includes a plurality of memory cells arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, a plurality of word lines provided corresponding to the plurality of rows, a plurality of digit lines provided corresponding to the plurality of rows, respectively. And a plurality of bit lines provided corresponding to a plurality of columns. Each memory cell is connected in series with a magnetoresistive element that stores a data signal according to a resistance level change, and between the corresponding bit line and the reference voltage line, and its gate is connected to the corresponding word line. A connected access transistor. The access transistor is formed on the surface of the semiconductor substrate, the digit line is formed above the access transistor, and the magnetoresistive element is formed above the digit line.
書込動作時は、選択されたディジット線に磁化電流を流して、そのディジット線に対応する各メモリセルの磁気抵抗素子を半選択状態にするとともに、選択されたビット線にデータ信号の論理に応じた方向の書込電流を流して、選択されたディジット線とビット線の交差部に配置されたメモリセルの磁気抵抗素子にデータ信号を書込む。 During a write operation, a magnetizing current is passed through the selected digit line to place the magnetoresistive element of each memory cell corresponding to the digit line in a half-selected state, and the selected bit line is set to the logic of the data signal. A data current is written in the magnetoresistive element of the memory cell arranged at the intersection of the selected digit line and the bit line by supplying a write current in a corresponding direction.
読出動作時は、選択されたワード線を選択レベルにして、そのワード線に対応する各メモリセルのアクセストランジスタを導通させ、選択されたビット線に書込動作時よりも十分に低い電圧を印加し、そのビット線を介して選択されたメモリセルの磁気抵抗素子に流れる電流を検出し、その検出結果に基づいてその磁気抵抗素子の記憶データを読み出す。
しかし、従来のMRAMでは、ディジット線とビット線に磁化電流を流すドライバを構成するトランジスタにある程度のサイズ(ゲート幅)が必要となり、レイアウト面積が大きいという問題があった。 However, the conventional MRAM has a problem that a certain size (gate width) is required for a transistor constituting a driver for passing a magnetizing current to the digit line and the bit line, and the layout area is large.
その一方、メモリセルのレイアウト面積は、磁気抵抗素子とその下部電極とディジット線とで決まることが多く、それらの下方の半導体基板の表面には余裕がある。このため、必要以上に大きなサイズのアクセストランジスタが設けられていた。 On the other hand, the layout area of the memory cell is often determined by the magnetoresistive element, its lower electrode, and the digit line, and there is room on the surface of the semiconductor substrate below them. For this reason, an access transistor having a size larger than necessary is provided.
それゆえに、この発明の主たる目的は、レイアウト面積が小さな半導体記憶装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a small layout area.
この発明に係る半導体記憶装置は、2つのメモリブロックを備える。各メモリブロックは、複数行複数列に配置され、各々が磁気的にデータ信号を記憶する複数のメモリセルと、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のワード線と、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のディジット線と、それぞれ複数列に対応して設けられた複数のビット線とを含む。各メモリセルは、抵抗値のレベル変化によってデータ信号を記憶する磁気抵抗素子と、対応のビット線と基準電圧のラインとの間に磁気抵抗素子と直列接続され、そのゲートが対応のワード線に接続されたアクセストランジスタとを有する。この半導体記憶装置は、さらに、2つのメモリブロックのうちの選択されたメモリブロックの複数のメモリセルのうちの選択されたメモリセルにデータ信号を書込む書込回路を備える。書込回路は、ディジット線ドライバとビット線ドライバを含む。ディジット線ドライバは、各メモリブロックに対応して設けられ、対応のメモリブロックの複数のディジット線のうちの選択されたディジット線に磁化電流を流して、そのディジット線に対応する各メモリセルの磁気抵抗素子を半選択状態にする。ビット線ドライバは、各メモリブロックに対応して設けられ、対応のメモリブロックの複数のビット線のうちの選択されたビット線にデータ信号に応じた方向の書込電流を流す。ディジット線ドライバは、ドライバトランジスタを含む。ドライバトランジスタは、各ディジット線に対応して設けられ、電源電圧のラインと基準電圧のラインとの間に対応のディジット線と直列接続され、対応のメモリセルが選択されたことに応じて導通する。ここで、2つのメモリブロックのうちの一方のメモリブロックに対応するドライバトランジスタは他方のメモリブロック内に配置され、他方のメモリブロックに対応するドライバトランジスタは一方のメモリブロック内に配置されている。 The semiconductor memory device according to the present invention includes two memory blocks. Each memory block is arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each of which corresponds to a plurality of memory cells each storing a data signal magnetically, a plurality of word lines provided corresponding to the plurality of rows, and a plurality of rows respectively. And a plurality of digit lines provided in correspondence with a plurality of columns. Each memory cell is connected in series with a magnetoresistive element that stores a data signal according to a resistance level change, and between the corresponding bit line and the reference voltage line, and its gate is connected to the corresponding word line. A connected access transistor. The semiconductor memory device further includes a write circuit that writes a data signal to a selected memory cell of a plurality of memory cells of the selected memory block of the two memory blocks. The write circuit includes a digit line driver and a bit line driver. The digit line driver is provided corresponding to each memory block, and causes a magnetizing current to flow through a selected digit line among a plurality of digit lines of the corresponding memory block, thereby causing magnetic memory of each memory cell corresponding to the digit line to The resistance element is set to a half-selected state. The bit line driver is provided corresponding to each memory block, and causes a write current in a direction corresponding to the data signal to flow through a selected bit line among the plurality of bit lines of the corresponding memory block. The digit line driver includes a driver transistor. The driver transistor is provided corresponding to each digit line, and is connected in series with the corresponding digit line between the power supply voltage line and the reference voltage line, and becomes conductive when the corresponding memory cell is selected. . Here, the driver transistor corresponding to one of the two memory blocks is disposed in the other memory block, and the driver transistor corresponding to the other memory block is disposed in the one memory block.
この発明に係る半導体記憶装置では、2つのメモリブロックのうちの一方のメモリブロックに対応するドライバトランジスタは他方のメモリブロック内に配置され、他方のメモリブロックに対応するドライバトランジスタは一方のメモリブロック内に配置されている。したがって、アクセストランジスタのサイズを適正化し、空いた領域にドライバトランジスタを配置することにより、レイアウト面積の縮小化を図ることができる。 In the semiconductor memory device according to the present invention, the driver transistor corresponding to one memory block of the two memory blocks is arranged in the other memory block, and the driver transistor corresponding to the other memory block is in the one memory block. Is arranged. Therefore, the layout area can be reduced by optimizing the size of the access transistor and disposing the driver transistor in the vacant region.
図1は、この発明の一実施の形態によるMRAMの構成を示すブロック図である。図1において、このMRAMは、メモリアレイ1、行デコーダ2、列デコーダ3、書込回路4、および読出回路5を備える。メモリアレイ1は、2つのメモリブロックMB1,MB2を含む。メモリブロックMB1,MB2の各々は、複数行複数列に配置され、各々が磁気的にデータ信号を記憶する複数のメモリセルを含む。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an MRAM according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the MRAM includes a
行デコーダ2は、行アドレス信号に従って、メモリブロックMB1,MB2のうちのいずれかのメモリブロックMBと、そのメモリブロックMBの複数行のうちのいずれかの行を選択する。列デコーダ3は、列アドレス信号に従って、メモリブロックMB1,MB2のうちの行デコーダ2によって選択されたメモリブロックMBの複数列のうちのいずれかの列を選択する。
The
書込回路4は、書込動作時に、デコーダ2,3によって選択されたメモリブロックMBのメモリセルにデータ信号を書込む。読出回路5は、読出動作時に、デコーダ2,3によって選択されたメモリブロックMBのメモリセルからデータ信号を読み出す。
図2は、図1に示したMRAMの要部を示すブロック図である。図2において、メモリブロックMB1,MB2の各々は、複数行複数列に配置され、各々が磁気的にデータ信号を記憶する複数のメモリセルMCと、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のワード線WLと、それぞれ複数行に対応して設けられた複数のディジット線DLと、それぞれ複数列に対応して設けられた複数のビット線BLとを含む。 FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the MRAM shown in FIG. In FIG. 2, each of memory blocks MB1 and MB2 is arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each of which has a plurality of memory cells MC that magnetically store data signals, and a plurality of memory cells MC respectively provided corresponding to the plurality of rows. It includes a word line WL, a plurality of digit lines DL provided corresponding to a plurality of rows, and a plurality of bit lines BL provided corresponding to a plurality of columns, respectively.
各メモリセルMCは、図3に示すように、抵抗値のレベル変化によってデータ信号を記憶する磁気抵抗素子18と、アクセストランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)19とを含む。アクセストランジスタ19のゲートは対応のワード線WLに接続され、そのソースは接地電圧VSSのラインに接続され、そのドレインは磁気抵抗素子18を介して対応のビット線BLに接続される。
As shown in FIG. 3, each memory cell MC includes a
メモリブロックMB1に対応してDLドライバ10、BLドライバ11,12、およびWLドライバ13が設けられ、メモリブロックMB2に対応してDLドライバ14、BLドライバ15,16、およびWLドライバ17が設けられる。DLドライバ10,14およびBLドライバ11,12,15,16は図1の書込回路4に含まれ、WLドライバ13,17は図1の読出回路5に含まれる。
A
DLドライバ10は、書込動作時に、行デコーダ2によって対応のメモリブロックMB1が選択されたことの応じて活性化され、行デコーダ2によって選択された行のディジット線DLに磁化電流を流して、そのディジット線DLに対応する各メモリセルMCの磁気抵抗素子18を半選択状態にする。
The
DLドライバ14は、書込動作時に、行デコーダ2によって対応のメモリブロックMB2が選択されたことの応じて活性化され、行デコーダ2によって選択された行のディジット線DLに磁化電流を流して、そのディジット線DLに対応する各メモリセルMCの磁気抵抗素子18を半選択状態にする。
The
BLドライバ11,12は、書込動作時に、行デコーダ2によって対応のメモリブロックMB1が選択されたことの応じて活性化され、列デコーダ3によって選択されたビット線BLに書込データ信号の論理に応じた方向の電流を流して、半選択状態にされた複数の磁気抵抗素子18のうちのそのビット線BLに対応する磁気抵抗素子18にデータ信号を書込む。
The
BLドライバ15,16は、書込動作時に、行デコーダ2によって対応のメモリブロックMB2が選択されたことの応じて活性化され、列デコーダ3によって選択されたビット線BLに書込データ信号の論理に応じた方向の電流を流して、半選択状態にされた複数の磁気抵抗素子18のうちのそのビット線BLに対応する磁気抵抗素子18にデータ信号を書込む。
The
WLドライバ13,17は、読出動作時に、行デコーダ2によって選択されたメモリブロックMBの選択されたワード線WLを選択レベルの「H」レベルにし、そのワード線WLに対応する各メモリセルMCのアクセストランジスタ19を導通させる。読出回路5は、列デコーダ3によって選択されたビット線BLから接地電圧VSSのラインに流れる電流を検出し、その検出結果に基づいて選択されたメモリセルMCの磁気抵抗素子18の記憶データを読み出す。
During the read operation, the
図3および図4は、メモリブロックMB1,MB2およびDLドライバ10,14の構成およびレイアウトを示す図である。図3および図4において、メモリブロックMB1,MB2の各々は、4行4列のメモリセルMCを含む。実際には、メモリブロックMB1,MB2の各々は多数のメモリセルMCを含むが、図面の簡単化を図るため、4行4列のメモリセルMCが示されている。
3 and 4 are diagrams showing configurations and layouts of the memory blocks MB1 and MB2 and the
各行に対応してワード線WL、ディジット線DL、ソース線SL、補助配線AL、およびゲート線GLが設けられ、各列に対応してビット線BLが設けられる。メモリブロックMB1の各ディジット線DLの一方端は電源電圧VDD1を受け、その他方端はメモリブロックMB2の対応の行の補助配線ALに接続されている。メモリブロックMB2の各ディジット線DLの一方端は電源電圧VDD1を受け、その他方端はメモリブロックMB1の対応の行の補助配線ALに接続されている。 A word line WL, a digit line DL, a source line SL, an auxiliary wiring AL, and a gate line GL are provided corresponding to each row, and a bit line BL is provided corresponding to each column. One end of each digit line DL of the memory block MB1 receives the power supply voltage VDD1, and the other end is connected to the auxiliary wiring AL of the corresponding row of the memory block MB2. One end of each digit line DL of the memory block MB2 receives the power supply voltage VDD1, and the other end is connected to the auxiliary wiring AL of the corresponding row of the memory block MB1.
また、各ソース線SLは接地電圧VSSを受ける。各列において、奇数番のメモリセルMCと偶数番のメモリセルMCは、グループ化されており、偶数番のソース線SLを共用している。各メモリセルMCのアクセストランジスタ19のゲートは対応のワード線WLに接続され、そのドレインは磁気抵抗素子18を介してビット線BLに接続され、そのソースは対応のソース線SLに接続される。
Each source line SL receives ground voltage VSS. In each column, odd-numbered memory cells MC and even-numbered memory cells MC are grouped and share even-numbered source lines SL. The gate of the
DLドライバ10は、各行に対応して設けられたドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)20および複数(図では2つ)のドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)21を含む。DLドライバ14は、各行に対応して設けられたドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)22および複数(図では2つ)のドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)23を含む。
The
ドライバトランジスタ20は、メモリブロックMB1,MB2間のメモリブロックMB1側の領域A1に配置される。ドライバトランジスタ20のドレインはメモリブロックMB1の対応のディジット線DLの他方端に接続され、そのソースは接地電圧VSSを受け、そのゲートはメモリブロックMB2の対応のゲート線GLに接続される。
ドライバトランジスタ21は、メモリブロックMB2内に配置される。各行の2つのドライバトランジスタ21は、それぞれ1番目および3番目の列に配置される。各列において、奇数番のドライバトランジスタ21と偶数番のドライバトランジスタ21は、グループ化されており、奇数番のソース線SLを共用している。ドライバトランジスタ21のドレインは対応の補助配線ALに接続され、そのソースは対応のソース線SLに接続され、そのゲートは対応のゲート線GLに接続される。
なお、隣接する2本のソース線SL同士を複数箇所で接続することにより、ソース線SLの抵抗値を小さくすることができる。この場合、ソース線SLと直交し、かつソース線SLと異なる配線層で形成された配線でソース線SL同士を接続することが好ましい。 Note that the resistance value of the source line SL can be reduced by connecting two adjacent source lines SL at a plurality of locations. In this case, it is preferable that the source lines SL are connected to each other by a wiring that is orthogonal to the source line SL and is formed of a wiring layer different from the source line SL.
メモリブロックMB2の複数のゲート線GLのうちのいずれかのゲート線GLが選択レベルの「H」レベルにされると、そのゲート線GLに対応するドライバトランジスタ20,21が導通する。これにより、電源電圧VDD1のラインから、そのゲート線GLに対応するメモリブロックMB1のディジット線DLおよびドライバトランジスタ20,21を介して接地電圧VSSのラインに磁化電流が流れる。
When one of the plurality of gate lines GL of the memory block MB2 is set to the selection level “H” level, the
また、ドライバトランジスタ22は、メモリブロックMB1,MB2間のメモリブロックMB2側の領域A2に配置される。ドライバトランジスタ22のドレインはメモリブロックMB2の対応のディジット線DLの他方端に接続され、そのソースは接地電圧VSSを受け、そのゲートはメモリブロックMB1の対応のゲート線GLに接続される。
The
ドライバトランジスタ23は、メモリブロックMB1内に配置される。各行の2つのドライバトランジスタ23は、それぞれ1番目および3番目の列に配置される。各列において、奇数番のドライバトランジスタ23と偶数番のドライバトランジスタ23は、グループ化されており、奇数番のソース線SLを共用している。ドライバトランジスタ23のドレインは対応の補助配線ALに接続され、そのソースは対応のソース線SLに接続され、そのゲートは対応のゲート線GLに接続される。
メモリブロックMB1の複数のゲート線GLのうちのいずれかのゲート線GLが選択レベルの「H」レベルにされると、そのゲート線GLに対応するドライバトランジスタ22,23が導通する。これにより、電源電圧VDD1のラインから、そのゲート線GLに対応するメモリブロックMB2のディジット線DLおよびドライバトランジスタ22,23を介して接地電圧VSSのラインに磁化電流が流れる。
When one of the plurality of gate lines GL of the memory block MB1 is set to the “H” level of the selection level, the
図5は、BLドライバ11,12の構成を示す回路図である。図5において、BLドライバ11は、各ビット線BLに対応して設けられたインバータ25を備える。インバータ25は、PチャネルMOSトランジスタ26およびNチャネルMOSトランジスタ27を含む。PチャネルMOSトランジスタ26は、電源電圧VDD2のラインと対応のビット線BLの一方端との間に接続され、そのゲートは信号φ1を受ける。NチャネルMOSトランジスタ27は、対応のビット線BLの一方端と接地電圧VSSのラインとの間に接続され、そのゲートは信号φ1を受ける。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the
BLドライバ12は、各ビット線BLに対応して設けられたインバータ28を備える。インバータ28は、PチャネルMOSトランジスタ29およびNチャネルMOSトランジスタ30を含む。PチャネルMOSトランジスタ29は、電源電圧VDD2のラインと対応のビット線BLの他方端との間に接続され、そのゲートは信号φ2を受ける。NチャネルMOSトランジスタ30は、対応のビット線BLの他方端と接地電圧VSSのラインとの間に接続され、そのゲートは信号φ2を受ける。
The
スタンバイ時は、信号φ1,φ2はともに「H」レベルにされている。これにより、トランジスタ26,29が非導通になり、トランジスタ27,30が導通し、各ビット線BLは「L」レベルに保持される。
During standby, signals φ1 and φ2 are both at the “H” level. As a result,
書込動作時において書込データ信号が「H」レベルの場合は、たとえば、選択された列の信号φ1が「L」レベルに立ち下げられる。これにより、その列のトランジスタ26が導通するとともにトランジスタ27が非導通になり、電源電圧VDD2のラインからトランジスタ26、ビット線BL、およびNチャネルMOSトランジスタ30を介して接地電圧VSSのラインに書込電流が流れる。
When the write data signal is at “H” level during the write operation, for example, signal φ1 of the selected column is lowered to “L” level. As a result,
書込データ信号が「L」レベルの場合は、たとえば、選択された列の信号φ2が「L」レベルに立ち下げられる。これにより、その列のトランジスタ29が導通するとともにトランジスタ30が非導通になり、電源電圧VDD2のラインからトランジスタ29、ビット線BL、およびNチャネルMOSトランジスタ27を介して接地電圧VSSのラインに書込電流が流れる。BLドライバ15,16は、それぞれBLドライバ11,12と同じ構成である。
When the write data signal is at “L” level, for example, signal φ2 of the selected column is lowered to “L” level. As a result,
図6(a)は、メモリブロックMB1のうちの4つのメモリセルMCと2つのNチャネルMOSトランジスタ23のレイアウトを示す図であり、図6(b)は図6(a)のVIB−VIB線断面図である。図6(a)(b)において、シリコン基板31の表面に2本のゲート線GLと2本のワード線WLが平行に形成される。ゲート線GLおよびワード線WLの各々とシリコン基板31の表面との間には、ゲート酸化膜(図示せず)が形成されている。ゲート線GLおよびワード線WLは、ともにY方向に延在している。
6A is a diagram showing a layout of four memory cells MC and two N-
図6(a)中の左側の中央部において、2本のゲート線GLをマスクとして所定サイズの不純物拡散領域が形成される。2本のゲート線GLの間の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ23のソースSとなり、両側の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ23のドレインDとなる。
6A, an impurity diffusion region having a predetermined size is formed using the two gate lines GL as a mask. The impurity diffusion region between the two gate lines GL becomes the source S of the two N-
図6(a)中の右側の上端部および下端部の各々において、2本のワード線WLをマスクとして所定サイズの不純物拡散領域が形成される。2本のワード線WLの間の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ19のソースSとなり、両側の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ19のドレインDとなる。
In each of the upper right end and the lower end on the right side in FIG. 6A, an impurity diffusion region of a predetermined size is formed using two word lines WL as a mask. The impurity diffusion region between the two word lines WL becomes the source S of the two N
2つのトランジスタ23のソースSの上方にソース線SLが形成され、ソース線SLはコンタクトホールCHを介して2つのトランジスタ23のソースSに接続される。2つのトランジスタ19のソースSの上方にソース線SLが形成され、ソース線SLはコンタクトホールCHを介して2つのトランジスタ19のソースSに接続される。
A source line SL is formed above the sources S of the two
各ソース線SLの上方に補助配線ALが形成される。各補助配線ALは、コンタクトホールCHを介して対応のトランジスタ23のドレインに接続される。各補助配線ALの上方にディジット線DLが形成される。図6(a)(b)中の左側の各トランジスタ19のドレインDの上方から左側のディジット線DLの上方に架けて四角形の電極ELが形成される。図6(a)(b)中の右側の各トランジスタ19のドレインDの上方から右側のディジット線DLの上方に架けて四角形の電極ELが形成される。電極ELとディジット線DLが上下に重なる各領域において、電極EL上に磁気抵抗素子18が形成される。磁気抵抗素子18は、ディジット線DLに磁化電流を流したときに磁気抵抗素子18の磁化困難軸方向に磁界が発生するように形成される。X方向に配列された各2つの磁気抵抗素子18の上にビット線BLが形成される。
An auxiliary wiring AL is formed above each source line SL. Each auxiliary wiring AL is connected to the drain of the corresponding
選択されたディジット線DLに磁化電流を流すと、その上方の磁気抵抗素子18が半選択状態にされる。選択されたビット線BLに書込電流を流すと、その下の半選択状態にされた磁気抵抗素子18にデータ信号が書き込まれる。選択されたワード線WLを「H」レベルにするとトランジスタ19が導通し、読出電圧が印加されたビット線BLから磁気抵抗素子18、電極EL、コンタクトホールCH、およびトランジスタ19を介してソース線SLに磁気抵抗素子18の抵抗値に応じた値の電流が流れる。選択されたゲート線GLを「H」レベルにするとトランジスタ23が導通し、電源電圧VDD2のラインから、メモリブロックMB2のディジット線DL、補助配線AL、トランジスタ23を介してソース線SLに磁化電流が流れる。
When a magnetizing current is passed through the selected digit line DL, the
図7および図8は、実施の形態の比較例を示す回路図であって、それぞれ図3および図4と対比される図である。図7および図8において、DLドライバ10は、各行に対応して設けられたドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)32を含む。ドライバトランジスタ32は、メモリブロックMB1,MB2間のメモリブロックMB1側の領域A1に配置される。ドライバトランジスタ32のドレインはメモリブロックMB1の対応のディジット線DLの他方端に接続され、そのソースは接地電圧VSSを受け、そのゲートはゲート線GLに接続される。
7 and 8 are circuit diagrams showing comparative examples of the embodiment, and are compared with FIGS. 3 and 4, respectively. 7 and 8,
選択されたゲート線GLが「H」レベルにされると、そのゲート線GLに対応するNチャネルMOSトランジスタ32が導通する。これにより、電源電圧VDD1のラインからディジット線DLおよびNチャネルMOSトランジスタ32を介して接地電圧VSSのラインに磁化電流が流れる。
When the selected gate line GL is set to “H” level, the N-
DLドライバ14は、各行に対応して設けられたドライバトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)33を含む。ドライバトランジスタ33は、メモリブロックMB1,MB2間のメモリブロックMB2側の領域A2に配置される。ドライバトランジスタ33のドレインはメモリブロックMB2の対応のディジット線DLの他方端に接続され、そのソースは接地電圧VSSを受け、そのゲートはゲート線GLに接続される。
The
選択されたゲート線GLが「H」レベルにされると、そのゲート線GLに対応するNチャネルMOSトランジスタ33が導通する。これにより、電源電圧VDD1のラインからディジット線DLおよびNチャネルMOSトランジスタ33を介して接地電圧VSSのラインに磁化電流が流れる。
When the selected gate line GL is set to “H” level, the N-
図9(a)は、メモリブロックMB1のうちの4つのメモリセルMCのレイアウトを示す図であり、図9(b)は図9(a)のIXB−IXB線断面図である。図9(a)(b)において、シリコン基板31の表面に2本のワード線WLが平行に形成される。各ワード線WLとシリコン基板31の表面との間には、ゲート酸化膜(図示せず)が形成されている。ワード線WLは、Y方向に延在している。
FIG. 9A is a diagram showing a layout of four memory cells MC in the memory block MB1, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line IXB-IXB in FIG. 9A. 9A and 9B, two word lines WL are formed in parallel on the surface of the
図9(a)中の右上および右下の領域の各々において、2本のワード線WLをマスクとして所定サイズの不純物拡散領域が形成される。2本のワード線WLの間の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ19のソースSとなり、両側の不純物拡散領域は2つのNチャネルMOSトランジスタ19のドレインDとなる。2つのトランジスタ19のソースSの上方にソース線SLが形成され、ソース線SLはコンタクトホールCHを介して2つのトランジスタ19のソースSに接続される。
In each of the upper right and lower right regions in FIG. 9A, impurity diffusion regions of a predetermined size are formed using the two word lines WL as a mask. The impurity diffusion region between the two word lines WL becomes the source S of the two N
各ソース線SLの上方に1本のディジット線DLが形成される。図9(a)中の左側の領域に、もう1本のディジット線DLが形成される。図9(a)(b)中の左側の各トランジスタ19のドレインDの上方から左側のディジット線DLの上方に架けて四角形の電極ELが形成される。図9(a)(b)中の右側の各トランジスタ19のドレインDの上方から右側のディジット線DLの上方に架けて四角形の電極ELが形成される。電極ELとディジット線DLが上下に重なる各領域において、電極EL上に磁気抵抗素子18が形成される。X方向に配列された各2つの磁気抵抗素子18の上にビット線BLが形成される。
One digit line DL is formed above each source line SL. Another digit line DL is formed in the left region in FIG. A rectangular electrode EL is formed from above the drain D of each
この比較例では、DLドライバ10,14のNチャネルMOSトランジスタ32,33にある程度のサイズ(ゲート幅)が必要となり、DLドライバ10,14のレイアウト面積が大きいという問題がある。
In this comparative example, the N-
その一方、メモリセルMCのレイアウト面積は、磁気抵抗素子18と電極ELとディジット線DLとで決まることが多く、それらの下方のシリコン基板31の表面には余裕がある。このため、必要以上に大きなサイズのアクセストランジスタ19が設けられていた。
On the other hand, the layout area of the memory cell MC is often determined by the
これに対して本願発明では、NチャネルMOSトランジスタ32をNチャネルMOSトランジスタ20と複数のNチャネルMOSトランジスタ21に分割し、メモリブロックMB2のアクセストランジスタ19のサイズを適正化し、空いたスペースに複数のNチャネルMOSトランジスタ21を配置した。また、NチャネルMOSトランジスタ33をNチャネルMOSトランジスタ22と複数のNチャネルMOSトランジスタ23に分割し、メモリブロックMB1のアクセストランジスタ19のサイズを適正化し、空いたスペースに複数のNチャネルMOSトランジスタ23を配置した。
On the other hand, in the present invention, the N-
したがって、NチャネルMOSトランジスタ20,22のサイズは、NチャネルMOSトランジスタ32,33のサイズよりも十分に小さくなっている。よって、本願発明によれば、DLドライバ10,14のレイアウト面積を小さくすることができ、ひいてはMRAMのレイアウト面積を小さくすることができる。
Therefore, the size of N
なお、この実施の形態では、DLドライバ10をトランジスタ20と複数のトランジスタ21で構成したが、複数のトランジスタ21のみで十分な磁化電流を流すことができる場合はトランジスタ20を無くしてもよい。同様に、トランジスタ22を無くしてDLドライバ14を複数のトランジスタ23のみで構成してもよい。この場合は、トランジスタ20,22を配置する領域A1,A2が不要になるので、さらにレイアウト面積を小さくすることができる。
In this embodiment, the
また、ドライバトランジスタ20〜23をアクセストランジスタ19と同じ導電形式のMOSトランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)で構成したので、トランジスタ19〜23を同じ導電形式のウェル内に配置することができ、トランジスタ19〜23の間隔を小さくすることができる。
Since
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 メモリアレイ、2 行デコーダ、3 列デコーダ、4 書込回路、5 読出回路、10,14 DLドライバ、11,12,15,16 BLドライバ、13,17 WLドライバ、18 磁気抵抗素子、19 アクセストランジスタ、20〜23,32,33 ドライバトランジスタ、25,28 インバータ、26,29 PチャネルMOSトランジスタ、27,30 NチャネルMOSトランジスタ、31 シリコン基板、A1,A2 領域、AL 補助配線、BL ビット線、CH コンタクトホール、D ドレイン、DL ディジット線、EL 電極、GL ゲート線、MB1,MB2 メモリブロック、MC メモリセル、S ソース、SL ソース線、WL ワード線。 1 memory array, 2 row decoder, 3 column decoder, 4 write circuit, 5 read circuit, 10, 14 DL driver, 11, 12, 15, 16 BL driver, 13, 17 WL driver, 18 magnetoresistive element, 19 access Transistor, 20-23, 32, 33 Driver transistor, 25, 28 Inverter, 26, 29 P channel MOS transistor, 27, 30 N channel MOS transistor, 31 Silicon substrate, A1, A2 region, AL auxiliary wiring, BL bit line, CH contact hole, D drain, DL digit line, EL electrode, GL gate line, MB1, MB2 memory block, MC memory cell, S source, SL source line, WL word line.
Claims (1)
2つのメモリブロックを備え、
各メモリブロックは、複数行複数列に配置され、各々が磁気的にデータ信号を記憶する複数のメモリセルと、それぞれ前記複数行に対応して設けられた複数のワード線と、それぞれ前記複数行に対応して設けられた複数のディジット線と、それぞれ前記複数列に対応して設けられた複数のビット線とを含み、
各メモリセルは、抵抗値のレベル変化によってデータ信号を記憶する磁気抵抗素子と、対応のビット線と基準電圧のラインとの間に前記磁気抵抗素子と直列接続され、そのゲートが対応のワード線に接続されたアクセストランジスタとを有し、
さらに、前記2つのメモリブロックのうちの選択されたメモリブロックの前記複数のメモリセルのうちの選択されたメモリセルにデータ信号を書込む書込回路を備え、
前記書込回路は、
各メモリブロックに対応して設けられ、対応のメモリブロックの前記複数のディジット線のうちの選択されたディジット線に磁化電流を流して、そのディジット線に対応する各メモリセルの前記磁気抵抗素子を半選択状態にするディジット線ドライバと、
各メモリブロックに対応して設けられ、対応のメモリブロックの前記複数のビット線のうちの選択されたビット線に前記データ信号に応じた方向の書込電流を流すビット線ドライバとを含み、
前記ディジット線ドライバは、各ディジット線に対応して設けられ、電源電圧のラインと前記基準電圧のラインとの間に対応のディジット線と直列接続され、対応のメモリセルが選択されたことに応じて導通するドライバトランジスタを有し、
前記2つのメモリブロックのうちの一方のメモリブロックに対応する前記ドライバトランジスタは他方のメモリブロック内に配置され、前記他方のメモリブロックに対応する前記ドライバトランジスタは前記一方のメモリブロック内に配置されている、半導体記憶装置。 A semiconductor memory device,
With two memory blocks,
Each memory block is arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each storing a plurality of memory cells magnetically storing data signals, a plurality of word lines provided corresponding to the plurality of rows, and the plurality of rows, respectively. A plurality of digit lines provided corresponding to the plurality of bit lines, and a plurality of bit lines provided corresponding to the plurality of columns, respectively.
Each memory cell is connected in series with a magnetoresistive element that stores a data signal according to a change in resistance value, a corresponding bit line and a reference voltage line, and a gate thereof corresponding to the corresponding word line And an access transistor connected to
And a write circuit for writing a data signal to the selected memory cell of the plurality of memory cells of the selected memory block of the two memory blocks,
The writing circuit includes:
A magnetoresistive element of each memory cell corresponding to the digit line is provided corresponding to each memory block, and a magnetizing current is passed through a selected digit line of the plurality of digit lines of the corresponding memory block. A digit line driver to be half-selected,
A bit line driver that is provided corresponding to each memory block and that causes a write current in a direction corresponding to the data signal to flow through a selected bit line of the plurality of bit lines of the corresponding memory block;
The digit line driver is provided corresponding to each digit line, connected in series with a corresponding digit line between a power supply voltage line and the reference voltage line, and in response to selection of a corresponding memory cell. A driver transistor that conducts
The driver transistor corresponding to one memory block of the two memory blocks is arranged in the other memory block, and the driver transistor corresponding to the other memory block is arranged in the one memory block. A semiconductor memory device.
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