JP2014191837A - Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory - Google Patents

Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory Download PDF

Info

Publication number
JP2014191837A
JP2014191837A JP2013065074A JP2013065074A JP2014191837A JP 2014191837 A JP2014191837 A JP 2014191837A JP 2013065074 A JP2013065074 A JP 2013065074A JP 2013065074 A JP2013065074 A JP 2013065074A JP 2014191837 A JP2014191837 A JP 2014191837A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
nonvolatile memory
memory cell
bit line
threshold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013065074A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6163817B2 (en
Inventor
Masamichi Asano
正通 浅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP2013065074A priority Critical patent/JP6163817B2/en
Publication of JP2014191837A publication Critical patent/JP2014191837A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6163817B2 publication Critical patent/JP6163817B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory which do not require a selection transistor, need only small occupied area, and include a bipolar resistance element such as MTJ element.SOLUTION: A nonvolatile memory cell comprises: a resistance change element R in which an ohmic value changes in different directions depending on an energization direction; and a bidirectional threshold element causing current with the same polarity as a voltage to flow therethrough when the voltage of an absolute value equal to or higher than a threshold voltage is applied. The resistance change element R and the bidirectional threshold element are connected in series between a bit line BL and a source line SL. The threshold element includes antiparallel-connected diodes D1 and D2.

Description

この発明は、抵抗変化型素子を利用した不揮発性メモリセルと、この不揮発性メモリセルを備えた不揮発性メモリに関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory cell using a resistance change element and a nonvolatile memory including the nonvolatile memory cell.

微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリあるいはDRAMに代わり、近年、次世代不揮発性メモリとして抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型メモリが注目されている。この抵抗変化型素子としては、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory;磁気抵抗RAM)、PRAM(Phase change Random Access Memory;相変化RAM)、ReRAM(Resistance Random Access Memory;抵抗変化型RAM)等に用いられているものが挙げられる。このような抵抗変化型素子を利用したメモリは、フラッシュメモリのような複雑なプロセスを必要とせず、標準ロジックプロセスと相性が良く、微細化に向いていること、低電圧で動作することより、将来性を有望視されている。この種の抵抗変化型素子を利用したメモリの素子構成、特性およびアレイ構成は、例えば特許文献1または非特許文献1に開示されている。   In recent years, a resistance change type memory for storing data using a resistance change type element has attracted attention as a next-generation non-volatile memory in place of a flash memory or a DRAM that has become limited in miniaturization. Examples of the resistance change element include MRAM (Magnetoretic Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), ReRAM (Resistance Random Access Memory). The thing that is. A memory using such a resistance variable element does not require a complicated process like a flash memory, is compatible with a standard logic process, is suitable for miniaturization, and operates at a low voltage. The future is promising. An element configuration, characteristics, and array configuration of a memory using this type of variable resistance element are disclosed in Patent Document 1 or Non-Patent Document 1, for example.

図14(a)および(b)は、抵抗変化型素子として代表的なMTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素子を利用した不揮発性メモリセルの構成と動作を示す図である。また、図14(c)は、図14(a)および(b)に示す回路を利用した不揮発性メモリセルの等価回路を示す図である。   FIGS. 14A and 14B are diagrams showing the configuration and operation of a nonvolatile memory cell using a typical MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element as a variable resistance element. FIG. 14C is a diagram showing an equivalent circuit of a nonvolatile memory cell using the circuit shown in FIGS. 14A and 14B.

図14(a)および(b)に示すように、MTJ素子は、磁気の方向が一定のピン層と、トンネルバリア膜(絶縁膜)と、磁気の方向が変化するフリー層とからなる。図14(a)に示すように、フリー層からピン層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と同一となり、MTJ素子は低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。逆に、図14(b)に示すように、ピン層からフリー層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と反対になり、MTJ素子は高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態になる。 As shown in FIGS. 14A and 14B, the MTJ element is composed of a pinned layer having a constant magnetic direction, a tunnel barrier film (insulating film), and a free layer whose magnetic direction changes. As shown in FIG. 14A, when a current in the direction from the free layer to the pinned layer is passed, the magnetization direction of the free layer becomes the same as that of the pinned layer, the MTJ element becomes low resistance, and data “0” is stored. It becomes a state. Conversely, as shown in FIG. 14B, when a current in the direction from the pinned layer toward the free layer is passed, the magnetization direction of the free layer is opposite to that of the pinned layer, the MTJ element becomes high resistance, and data “1” "Is stored.

このようなMTJ素子により不揮発性メモリセルを構成する場合には、図14(a)および(b)に例示するように、MTJ素子を選択するためのスイッチとして、Nチャネル選択トランジスタT1がMTJ素子に直列接続される。図14(c)に示す不揮発性メモリセルは、抵抗変化型素子R1とNチャネル選択トランジスタT1とにより構成されている。ここで、抵抗変化型素子R1は、図14(a)および(b)のMTJ素子である。この抵抗変化型素子R1では、矢印の先端側にフリー層があり、後端側はピン層がある。従って、図14(c)において矢印と逆方向の電流を抵抗変化型素子R1に流すと、抵抗変化型素子R1は低抵抗化し、矢印と同方向の電流を抵抗変化型素子R1に流すと、抵抗変化型素子R1は高抵抗化する。 When a nonvolatile memory cell is configured with such an MTJ element, as illustrated in FIGS. 14A and 14B, an N-channel selection transistor T1 serves as a switch for selecting the MTJ element. Connected in series. The nonvolatile memory cell shown in FIG. 14C includes a resistance variable element R1 and an N-channel selection transistor T1. Here, the resistance variable element R1 is the MTJ element shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). In the resistance variable element R1, there is a free layer on the tip side of the arrow, and a pinned layer on the rear end side. Therefore, when a current in the direction opposite to the arrow in FIG. 14C is passed through the resistance variable element R1, the resistance variable element R1 is reduced in resistance, and when a current in the same direction as the arrow is passed through the resistance variable element R1, The resistance variable element R1 has a high resistance.

図14(c)に示す例では、MTJ素子である抵抗変化型素子R1のフリー層にビット線BLが接続され、Nチャネル選択トランジスタT1のソースにソース線SLが接続されている。そして、ビット線BLおよびソース線SL間に書き込みデータに対応した電圧を印加し、かつ、Nチャネル選択トランジスタT1にワード線WLを介して所定の行選択電圧を与え、Nチャネル選択トランジスタT1をONさせることにより、抵抗変化型素子R1に電流を流し、抵抗変化型素子R1に対するデータ“1”または“0”の書き込みが行われる。このような不揮発性メモリセルの構成は、例えば特許文献1に開示されている。 In the example shown in FIG. 14C, the bit line BL is connected to the free layer of the variable resistance element R1, which is an MTJ element, and the source line SL is connected to the source of the N-channel selection transistor T1. Then, a voltage corresponding to the write data is applied between the bit line BL and the source line SL, a predetermined row selection voltage is applied to the N channel selection transistor T1 via the word line WL, and the N channel selection transistor T1 is turned on. As a result, a current is passed through the resistance variable element R1, and data “1” or “0” is written to the resistance variable element R1. The configuration of such a nonvolatile memory cell is disclosed in Patent Document 1, for example.

図15は、図14(a)および(b)に示すような不揮発性メモリセルにより構成された従来の不揮発性メモリセルアレイの断面構造を例示する図である。図15に示す例では、半導体基板に図14(a)および(b)に示すNチャネル選択トランジスタT1が2個形成されている。そして、1不揮発性メモリセルを構成する2つのNチャネル選択トランジスタT1のゲートがワード線WLとなっている。これらのNチャネル選択トランジスタT1のソースは、コンタクトホールCSと第1メタル層1Mと第1層および第2層間のビアV1を介して第2メタル層2Mによるソース線SLに接続されている。また、2つのNチャネル選択トランジスタT1の共用のドレインは、コンタクトホールCSを介してMTJ素子のピン層に接続され、このMTJ素子のフリー層はビアV1を介して第2メタル層2Mによるビット線BLに接続されている。   FIG. 15 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a conventional nonvolatile memory cell array composed of nonvolatile memory cells as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). In the example shown in FIG. 15, two N-channel selection transistors T1 shown in FIGS. 14A and 14B are formed on a semiconductor substrate. The gates of two N-channel selection transistors T1 constituting one nonvolatile memory cell are word lines WL. The sources of these N-channel selection transistors T1 are connected to the source line SL of the second metal layer 2M via the contact hole CS, the first metal layer 1M, the via V1 between the first layer and the second layer. The common drain of the two N-channel selection transistors T1 is connected to the pin layer of the MTJ element through the contact hole CS, and the free layer of the MTJ element is a bit line formed by the second metal layer 2M through the via V1. Connected to BL.

図16は、図14および図15に示す不揮発性メモリセルの動作例を示している。MTJ素子に“0”を書き込む場合、その不揮発性メモリセルのNチャネル選択トランジスタのゲートにワード線WLを介して1.2Vの選択電圧を与え、ビット線BLに1.2Vを、ソース線SLに0Vを与える。この結果、不揮発性メモリセルのMTJ素子にフリー層からピン層に向かう方向の約49μAの電流が流れ、MTJ素子が低抵抗となり、“0”を記憶した状態となる。一方、所望の不揮発性メモリセルのMTJ素子に“1”を書き込む場合、その不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタのゲートに1.2Vの選択電圧WLを与え、ビット線BLに0Vを、ソース線SLに1.2Vを与える。この結果、不揮発性メモリセルのMTJ素子にピン層からフリー層に向かう方向の約49μAの電流が流れ、MTJ素子が高抵抗となり、“1”を記憶した状態となる。   FIG. 16 shows an operation example of the nonvolatile memory cell shown in FIGS. 14 and 15. When “0” is written to the MTJ element, a selection voltage of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel selection transistor of the nonvolatile memory cell via the word line WL, 1.2 V is applied to the bit line BL, and the source line SL Is given 0V. As a result, a current of about 49 μA in the direction from the free layer to the pinned layer flows through the MTJ element of the nonvolatile memory cell, the MTJ element becomes low resistance, and “0” is stored. On the other hand, when “1” is written to the MTJ element of a desired nonvolatile memory cell, a selection voltage WL of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel transistor of the nonvolatile memory cell, 0 V is applied to the bit line BL, and the source line Apply 1.2V to SL. As a result, a current of about 49 μA in the direction from the pinned layer to the free layer flows through the MTJ element of the nonvolatile memory cell, the MTJ element becomes high resistance, and “1” is stored.

所望の不揮発性メモリセルからデータを読み出す場合は、その不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタのゲートに1.2Vの選択電圧WLを与え、ビット線BLに0.15Vを、ソース線SLに0Vを与える。そして、ビット線BLから不揮発性メモリセルのMTJ素子に流れ込む電流を検出する。MTJ素子が“0”を記憶しており、低抵抗となっている場合、MTJ素子には15μA程度の電流が流れる。一方、MTJ素子が“1”を記憶しており、高抵抗となっている場合、MTJ素子には10μA程度の電流が流れる。従って、MTJ素子に流れ込む電流を検出して閾値と比較することにより、MTJ素子が“0”を記憶しているか“1”を記憶しているかを判定することができる。   When data is read from a desired nonvolatile memory cell, a selection voltage WL of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel transistor of the nonvolatile memory cell, 0.15 V is applied to the bit line BL, and 0 V is applied to the source line SL. give. Then, a current flowing from the bit line BL to the MTJ element of the nonvolatile memory cell is detected. When the MTJ element stores “0” and has a low resistance, a current of about 15 μA flows through the MTJ element. On the other hand, when the MTJ element stores “1” and has a high resistance, a current of about 10 μA flows through the MTJ element. Therefore, it is possible to determine whether the MTJ element stores “0” or “1” by detecting the current flowing into the MTJ element and comparing it with a threshold value.

なお、このような不揮発性メモリセルアレイの構成および不揮発性メモリセルアレイを構成する不揮発性メモリセルの動作条件は例えば非特許文献2に開示されている。   Note that the configuration of such a nonvolatile memory cell array and the operating conditions of the nonvolatile memory cells constituting the nonvolatile memory cell array are disclosed in Non-Patent Document 2, for example.

特開2009−187631号公報JP 2009-187631 A 特開2002−8369号公報JP 2002-8369 A 特表2007−536680号公報Special table 2007-536680 gazette

ISSCC Digest of Technical Papers,pp.258、Feb.2010.ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 258, Feb. 2010. 電子情報通信学会 信学技報ICICE Technical Report ICD2010−7 p35〜p40IEICE IEICE technical report ICEC Technical Report ICD2010-7 p35-p40

さて、メモリ容量を増大させるためには、不揮発性メモリセルの素子数を減らすのが効果的である。そこで、特許文献2は、面積を縮小するために、選択用のトランジスタを省略して1個の抵抗のみでメモリセルを構成したクロスポイント型メモリを提案している(特許文献2の図3(a)(b)(c)参照)。また、特許文献3も、同様なクロスポイント型メモリを提案している(特許文献3の図46〜図48参照)。しかし、特許文献2に記載の構成は、不揮発性メモリセルへのアクセス時に、不必要な回り込みの電流が他の不揮発性メモリセルに流れ、消費電流が多くなるという問題がある。また、不揮発性メモリセルの記憶素子としてMTJ素子のようなバイポーラ型抵抗素子を使用した場合、書き込み時に不揮発性メモリセルに対して双方向電流を流す必要があるが、このような書き込み方法を実現するための技術が特許文献2には開示されていない。特許文献3も同様であり、不揮発性メモリセルの記憶素子としてバイポーラ型抵抗素子を使用することを可能にする技術を開示していない。   In order to increase the memory capacity, it is effective to reduce the number of elements of the nonvolatile memory cell. Therefore, Patent Document 2 proposes a cross-point type memory in which a selection transistor is omitted and a memory cell is configured by only one resistor in order to reduce the area (see FIG. 3 of Patent Document 2). a) (b) (c)). Patent Document 3 also proposes a similar cross-point type memory (see FIGS. 46 to 48 of Patent Document 3). However, the configuration described in Patent Document 2 has a problem in that unnecessary sneak current flows to other nonvolatile memory cells when the nonvolatile memory cells are accessed, resulting in an increase in current consumption. In addition, when a bipolar resistance element such as an MTJ element is used as a memory element of a nonvolatile memory cell, it is necessary to pass a bidirectional current to the nonvolatile memory cell at the time of writing. The technique for doing this is not disclosed in Patent Document 2. The same applies to Patent Document 3, which does not disclose a technique that enables a bipolar resistance element to be used as a storage element of a nonvolatile memory cell.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、選択用のトランジスタが不要であって占有面積が少なくて済み、MTJ素子のようなバイポーラ型抵抗素子により構成可能な不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a non-volatile memory cell that does not require a selection transistor and occupies a small area and can be configured by a bipolar resistance element such as an MTJ element. And it aims at providing a non-volatile memory.

この発明は、通電方向により異なった方向に抵抗値が変化する抵抗変化型素子と、絶対値が閾値電圧以上である電圧が印加された場合に該電圧と同一極性の電流を通過させる双方向の閾素子とを直列接続してなることを特徴とする不揮発性メモリセルを提供する。   The present invention relates to a resistance variable element whose resistance value changes in a different direction depending on the energization direction, and a bidirectional device that allows a current having the same polarity as that voltage to pass when a voltage whose absolute value is equal to or greater than a threshold voltage is applied. Provided is a non-volatile memory cell comprising a threshold element connected in series.

この不揮発性メモリセルおよびこの不揮発性メモリセルを利用した不揮発性メモリによれば、直列接続された抵抗変化型素子および閾素子に印加する電圧の絶対値を閾素子の閾電圧以上であり、かつ、閾電圧の2倍以下に選ぶことにより、不揮発性メモリ内の所望の不揮発性メモリセル以外の不揮発性メモリへの電流の回り込みを回避し、所望の不揮発性メモリセルのみに対するデータ書き込みおよびデータ読み出しを実現することができる。   According to the nonvolatile memory cell and the nonvolatile memory using the nonvolatile memory cell, the absolute value of the voltage applied to the resistance variable element and the threshold element connected in series is equal to or higher than the threshold voltage of the threshold element, and By selecting less than twice the threshold voltage, current wraparound to the non-volatile memory other than the desired non-volatile memory cell in the non-volatile memory is avoided, and data writing and data reading only to the desired non-volatile memory cell are performed. Can be realized.

この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 同不揮発性メモリセルの閾素子の電圧−電流特性を例示する図である。It is a figure which illustrates the voltage-current characteristic of the threshold element of the non-volatile memory cell. 同不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the non-volatile memory cell. この発明の第2実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory cell which is 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態である不揮発性メモリセルアレイの構成および動作を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a structure and operation | movement of the non-volatile memory cell array which is 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態の“0”書き込みの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operation condition of "0" write of the embodiment. 同実施形態の“1”書き込みの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operation condition of "1" write of the embodiment. この発明の第4実施形態である不揮発性メモリセルアレイの構成および動作を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a structure and operation | movement of the non-volatile memory cell array which is 4th Embodiment of this invention. 同実施形態の“0”書き込みの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operation condition of "0" write of the embodiment. 同実施形態の“1”書き込みの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operation condition of "1" write of the embodiment. この発明の第5実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory which is 5th Embodiment of this invention. 同実施形態における行デコーダの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the row decoder in the same embodiment. この発明の第6実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory which is 6th Embodiment of this invention. MTJ素子の構成および動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of an MTJ element. MTJ素子を利用した不揮発性メモリセルの断面構造を例示する図である。It is a figure which illustrates the cross-sectional structure of the non-volatile memory cell using an MTJ element. 同不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the non-volatile memory cell.

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、トランジスタはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ)を指す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the transistor refers to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; field-effect transistor having a metal-oxide film-semiconductor structure).

<第1実施形態>
図1はこの発明の第1実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセルは、不揮発性メモリの不揮発性メモリセルアレイに行列状に配列されるものであり、行列の各行に沿って各々配線されたソース線SLと各列に沿って各々配線されたビット線BLとの交点に配置される。図1に示すように、不揮発性メモリセルは、抵抗変化型素子Rと、互いに逆並列接続されたダイオードD1およびD2からなる閾素子とをビット線BLおよびソース線SL間に直列接続してなるものである。抵抗変化型素子Rとしては、MRAM、PRAM、ReRAM等に用いられるものと同様なバイポーラ型抵抗変化型素子を使用することができる。図示の例において、抵抗変化型素子RはMRAMに使用されるMTJ素子である。そして、抵抗変化型素子RであるMTJ素子のフリー層はビット線BLに接続され、ピン層はダイオードD1のカソードおよびダイオードD2のアノードの共通接続点に接続されている。そして、ダイオードD1のアノードおよびダイオードD2のカソードがソース線SLに共通接続されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to the first embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cells are arranged in a matrix in the nonvolatile memory cell array of the nonvolatile memory, and the source lines SL wired along each row of the matrix and the bits wired along each column, respectively. Arranged at the intersection with the line BL. As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory cell is formed by connecting a resistance variable element R and a threshold element composed of diodes D1 and D2 connected in antiparallel to each other in series between a bit line BL and a source line SL. Is. As the resistance variable element R, a bipolar variable resistance element similar to that used for MRAM, PRAM, ReRAM, or the like can be used. In the illustrated example, the resistance variable element R is an MTJ element used in MRAM. The free layer of the MTJ element, which is the resistance variable element R, is connected to the bit line BL, and the pinned layer is connected to a common connection point between the cathode of the diode D1 and the anode of the diode D2. The anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 are commonly connected to the source line SL.

図2はダイオードD1およびD2からなる閾素子の電圧−電流特性を示す図である。この図2において、横軸は抵抗変化型素子Rおよび閾素子間のノードNの電位VNからソース線SLの電位VSLを減算した電圧VN−VSLを示しており、縦軸はノードNからソース線SLに向けて流れる電流を示している。この例では、ダイオードD1およびD2の順方向電圧が閾素子の閾値電圧となる。電圧VN−VSLの絶対値がこの閾値電圧(図示の例では約0.6V)以下の領域では、電流Iは0である。しかし、電圧VN−VSLが正であり、かつ、閾値電圧(この場合、ダイオードD2の順方向電圧)よりも大きい領域では、閾素子にダイオードD2の順方向電流が流れる。また、電圧VN−VSLが負であり、かつ、その絶対値が閾値電圧(この場合、ダイオードD1の順方向電圧)よりも大きい領域では、閾素子にダイオードD1の順方向電流が流れる。   FIG. 2 is a diagram showing voltage-current characteristics of a threshold element composed of diodes D1 and D2. In FIG. 2, the horizontal axis indicates a voltage VN−VSL obtained by subtracting the potential VSL of the source line SL from the potential VN of the node N between the resistance variable element R and the threshold element, and the vertical axis indicates the source line from the node N. The electric current which flows toward SL is shown. In this example, the forward voltage of the diodes D1 and D2 is the threshold voltage of the threshold element. In a region where the absolute value of the voltage VN−VSL is equal to or lower than the threshold voltage (about 0.6 V in the illustrated example), the current I is zero. However, in a region where the voltage VN−VSL is positive and larger than the threshold voltage (in this case, the forward voltage of the diode D2), the forward current of the diode D2 flows through the threshold element. Further, in a region where the voltage VN−VSL is negative and the absolute value thereof is larger than the threshold voltage (in this case, the forward voltage of the diode D1), the forward current of the diode D1 flows through the threshold element.

図3は本実施形態による不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。図3に示すように、“0”書き込みの場合は、ビット線BLに1.2V、ソース線SLに0Vを印加する。この場合、ダイオードD2がオンし、ノードNおよびソース線SL間に略0.7Vの電圧が印加され、ビット線BLおよびノードN間の抵抗変化型素子Rには略0.5Vの電圧が印加される。この結果、抵抗変化型素子Rにフリー層からピン層に向かう順方向の電流が流れて低抵抗となり、“0”が書き込まれた状態となる。一方、“1”書き込みの場合は、ビット線BLに0V、ソース線SLに1.2Vを印加する。この場合、ダイオードD1がオンし、ノードNおよびソース線SL間に略−0.7Vの電圧が印加され、ビット線BLおよびノードN間の抵抗変化型素子Rに略−0.5Vの電圧が印加される。この結果、抵抗変化型素子Rにピン層からフリー層に向かう逆方向の電流が流れ、高抵抗化し、“1”が書き込まれた状態となる。   FIG. 3 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile memory cell according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the case of “0” writing, 1.2 V is applied to the bit line BL and 0 V is applied to the source line SL. In this case, the diode D2 is turned on, a voltage of about 0.7 V is applied between the node N and the source line SL, and a voltage of about 0.5 V is applied to the resistance variable element R between the bit line BL and the node N. Is done. As a result, a forward current from the free layer to the pinned layer flows through the resistance variable element R, resulting in a low resistance, and “0” is written. On the other hand, when “1” is written, 0 V is applied to the bit line BL and 1.2 V is applied to the source line SL. In this case, the diode D1 is turned on, a voltage of about −0.7V is applied between the node N and the source line SL, and a voltage of about −0.5V is applied to the resistance variable element R between the bit line BL and the node N. Applied. As a result, a current in the reverse direction from the pinned layer to the free layer flows through the resistance variable element R, the resistance is increased, and “1” is written.

データ読み出しを行う場合には、ビット線BLに0.7V、ソース線SLに0Vを印加する。この場合、ダイオードD2がオンし、ノードNおよびソース線SL間に略0.7Vの電圧が印加され、ビット線BLおよびノードN間の抵抗変化型素子Rには略0.1Vの電圧が印加される。このときビット線BLおよびソース線SL間に流れる電流を検出し、所定の閾値と比較することにより抵抗変化型素子Rに記憶されたデータを判定する。すなわち、ビット線BLおよびソース線SL間に流れる電流が閾値よりも大きい場合は、抵抗変化型素子Rの抵抗が低く、データ“0”を記憶した状態であると判定し、ビット線BLおよびソース線SL間に流れる電流が閾値よりも小さい場合は、抵抗変化型素子Rの抵抗が高く、データ“1”を記憶した状態であると判定する。   When data is read, 0.7V is applied to the bit line BL and 0V is applied to the source line SL. In this case, the diode D2 is turned on, a voltage of about 0.7 V is applied between the node N and the source line SL, and a voltage of about 0.1 V is applied to the resistance variable element R between the bit line BL and the node N. Is done. At this time, the current flowing between the bit line BL and the source line SL is detected, and the data stored in the resistance variable element R is determined by comparing with a predetermined threshold value. That is, when the current flowing between the bit line BL and the source line SL is larger than the threshold, it is determined that the resistance of the resistance change element R is low and data “0” is stored. When the current flowing between the lines SL is smaller than the threshold, it is determined that the resistance of the resistance variable element R is high and data “1” is stored.

図3において、“0”非書き込み、“1”非書き込みとは、不揮発性メモリセルアレイ内の当該不揮発性メモリセル以外の不揮発性メモリセルが例えば書き込み対象となっている場合の当該不揮発性メモリセルの動作条件である。“0”非書き込みでは“0”書き込みの場合と同じ極性の電圧がビット線BLおよびソース線SL間に印加されるが、印加電圧の絶対値が閾素子の閾値電圧を越えないため、当該不揮発性メモリセルに電流が流れず、“0”書き込みが行われない。“1”非書き込みも同様である。なお、この“0”非書き込みおよび“1”非書き込みについては、後述する第3実施形態において、その詳細を明らかにする。   In FIG. 3, “0” non-write and “1” non-write refer to the non-volatile memory cell when a non-volatile memory cell other than the non-volatile memory cell in the non-volatile memory cell array is a write target, for example. Operating conditions. When "0" is not written, a voltage having the same polarity as that when "0" is written is applied between the bit line BL and the source line SL. However, since the absolute value of the applied voltage does not exceed the threshold voltage of the threshold element, the nonvolatile Current does not flow through the memory cell and "0" is not written. The same applies to “1” non-write. The details of “0” non-write and “1” non-write will be clarified in a third embodiment described later.

以上のように、本実施形態によればトランジスタ等の選択用のスイッチング素子を用いなくても、抵抗変化型素子Rに対するデータの書き込み、抵抗変化型素子Rからのデータの読み出しを行うことが可能である。   As described above, according to this embodiment, it is possible to write data to the variable resistance element R and read data from the variable resistance element R without using a switching element for selection such as a transistor. It is.

<第2実施形態>
図4はこの発明の第2実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。上記第1実施形態では、ダイオードD1およびD2を逆並列接続したものにより閾素子を構成したが、本実施形態ではツェナーダイオードDZにより閾素子を構成した。本実施形態においても、ツェナーダイオードDZの降伏電圧をダイオードの順方向電圧である0.6V程度にすることにより上記第1実施形態と同様な効果が得られる。
Second Embodiment
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the threshold element is constituted by diodes D1 and D2 connected in antiparallel, but in the present embodiment, the threshold element is constituted by a Zener diode DZ. Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained by setting the breakdown voltage of the Zener diode DZ to about 0.6 V that is the forward voltage of the diode.

<第3実施形態>
図5は、この発明の第3実施形態である不揮発性メモリセルアレイの構成および動作を示す回路図である。この不揮発性メモリセルアレイは、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル(図1)により構成されている。ここでは、説明を簡略化するために、4ビットの不揮発性メモリセルM00、M01、M10およびM11により構成された不揮発性メモリセルアレイを例に説明する。この不揮発性メモリセルアレイには、ビット線BL0、BL1、ソース線SL0、SL1が配線されている。不揮発性メモリセルM00はソース線SL0とビット線BL0の交差部に、不揮発性メモリセルM01はソース線SL0とビット線BL1の交差部に、不揮発性メモリセルM10はソース線SL1とビット線BL0の交差部に、不揮発性メモリセルM11はソース線SL1とビット線BL1の交差部に各々配置されている。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration and operation of a nonvolatile memory cell array according to the third embodiment of the present invention. This nonvolatile memory cell array is constituted by the nonvolatile memory cells (FIG. 1) of the first embodiment. Here, in order to simplify the description, a nonvolatile memory cell array composed of 4-bit nonvolatile memory cells M00, M01, M10, and M11 will be described as an example. Bit lines BL0 and BL1 and source lines SL0 and SL1 are wired in the nonvolatile memory cell array. The nonvolatile memory cell M00 is at the intersection of the source line SL0 and the bit line BL0, the nonvolatile memory cell M01 is at the intersection of the source line SL0 and the bit line BL1, and the nonvolatile memory cell M10 is at the intersection of the source line SL1 and the bit line BL0. At the intersection, the nonvolatile memory cells M11 are arranged at the intersection between the source line SL1 and the bit line BL1, respectively.

図5(a)は、不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合、図5(b)は不揮発性メモリセルM00に“1”を書き込む場合、図5(c)は不揮発性メモリセルM00からデータを読み出す場合の各部の状態を示している。また、図6は“0”書き込みの動作条件を、図7は“1”書き込みの動作条件を各々示している。   5A shows a case where “0” is written into the nonvolatile memory cell M00, FIG. 5B shows a case where “1” is written into the nonvolatile memory cell M00, and FIG. 5C shows a nonvolatile memory cell M00. The state of each part when reading data from is shown. FIG. 6 shows the operation condition for “0” write, and FIG. 7 shows the operation condition for “1” write.

不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合は、次のような電圧印加を行う。
a.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0およびソース線SL0間に不揮発性メモリセルの閾素子の閾値電圧VF以上であり、かつ、閾値電圧VFの2倍以下の正の電圧を印加する。
b.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたソース線SL0以外のソース線SL1には書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0に与えるものと同じ電圧を印加する。
c.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0以外のビット線BL1はオープンとし、あるいは書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0の電圧およびソース線SL0の電圧の中間の電圧であって、当該ビット線BL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線SL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下である電圧を印加する。
When “0” is written in the nonvolatile memory cell M00, the following voltage application is performed.
a. A positive voltage between the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written and the source line SL0 that is not less than the threshold voltage VF of the threshold element of the nonvolatile memory cell and not more than twice the threshold voltage VF Apply.
b. The same voltage as that applied to the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written is applied to the source lines SL1 other than the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written.
c. Bit lines BL1 other than the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written are opened, or the voltage of the bit line BL0 and the voltage of the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written And a voltage difference between the voltage of the bit line BL0 and the voltage of the bit line BL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF and a voltage difference of the voltage of the source line SL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF.

具体的には、図5(a)および図6に示すように、不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合は、ビット線BL0を1.2V、ビット線BL1をオープンまたは0.6Vとし、ソース線SL0を0V、ソース線SL1を1.2Vとする。   Specifically, as shown in FIGS. 5A and 6, when “0” is written to the nonvolatile memory cell M00, the bit line BL0 is set to 1.2V and the bit line BL1 is set to open or 0.6V. The source line SL0 is set to 0V, and the source line SL1 is set to 1.2V.

ここで、不揮発性メモリセルM00に注目すると、BL0=1.2V、SL0=0Vなので、実線矢印により示すようにビット線BL0→抵抗変化型素子R→ダイオードD2→ソース線SL0という電流パスに沿って電流が流れ、抵抗変化型素子Rには正の電圧0.5Vが印加される。この結果、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rは、フリー層からピン層に順方向に電流が流れて低抵抗となり、“0”が書き込まれた状態となる。   Here, paying attention to the nonvolatile memory cell M00, since BL0 = 1.2V and SL0 = 0V, as indicated by the solid line arrow, along the current path of bit line BL0 → resistance change element R → diode D2 → source line SL0. Thus, a positive voltage of 0.5 V is applied to the resistance variable element R. As a result, the resistance variable element R of the nonvolatile memory cell M00 has a low resistance because a current flows from the free layer to the pinned layer in the forward direction, and “0” is written.

一方、不揮発性メモリセルM01、M11に注目すると、SL1=1.2V、SL0=0Vなので、破線矢印によって示すように、ソース線SL1→不揮発性メモリセルM11のダイオードD1および抵抗変化型素子R→ビット線BL1→不揮発性メモリセルM01の抵抗変化型素子RおよびダイオードD2→ソース線SL0という電流パスを電流が流れようとする。   On the other hand, paying attention to the nonvolatile memory cells M01 and M11, since SL1 = 1.2V and SL0 = 0V, the source line SL1 → the diode D1 of the nonvolatile memory cell M11 and the resistance change element R → The current tends to flow through the current path of the bit line BL1 → the resistance variable element R and the diode D2 → the source line SL0 of the nonvolatile memory cell M01.

しかし、ビット線BL1がオープンである場合、この電流パスにおける不揮発性メモリセルM11のダイオードD1の順方向電圧VF=0.6Vと不揮発性メモリセルM01のダイオードD2の順方向電圧VF=0.6Vの和がソース線SL1およびSL0間の電圧1.2Vと一致するので、不揮発性メモリセルM11のダイオードD1および不揮発性メモリセルM01のダイオードD2はいずれもオフとなり、この電流パスに電流は流れない。   However, when the bit line BL1 is open, the forward voltage VF = 0.6V of the diode D1 of the nonvolatile memory cell M11 and the forward voltage VF of the diode D2 of the nonvolatile memory cell M01 in this current path = 0.6V. Is equal to the voltage 1.2V between the source lines SL1 and SL0, the diode D1 of the nonvolatile memory cell M11 and the diode D2 of the nonvolatile memory cell M01 are both turned off, and no current flows in this current path. .

この場合、不揮発性メモリセルM11は、“1”書き込みの場合と同様にソース線SL1の電圧がビット線BL1の電圧よりも高くなっているにも拘わらず、ソース線SL1およびビット線BL1間の電圧が不足するために“1”の書き込みが行われない。これを“1”の非書き込みという。また、不揮発性メモリセルM01は、“0”書き込みの場合と同様にビット線BL1の電圧がソース線SL0の電圧よりも高くなっているにも拘わらず、ビット線BL1およびソース線SL0間の電圧が不足するために“0”の書き込みが行われない。これを“0”の非書き込みという。   In this case, the nonvolatile memory cell M11 is connected between the source line SL1 and the bit line BL1, although the voltage of the source line SL1 is higher than the voltage of the bit line BL1 as in the case of “1” writing. Since the voltage is insufficient, “1” is not written. This is referred to as “1” non-writing. The nonvolatile memory cell M01 has a voltage between the bit line BL1 and the source line SL0 although the voltage of the bit line BL1 is higher than the voltage of the source line SL0 as in the case of “0” writing. Since there is a shortage, “0” is not written. This is called non-writing of “0”.

不揮発性メモリセルM10については、SL1=1.2V、BL0=1.2Vであるため、ダイオードD1およびD2がオフとなり、非選択となる。   Regarding the nonvolatile memory cell M10, since SL1 = 1.2V and BL0 = 1.2V, the diodes D1 and D2 are turned off and are not selected.

以上の例では、書き込み対象である不揮発性メモリセルのビット線BLおよびソース線SL間に与える電圧V(BL−SL)を1.2Vとして“0”書き込みを行った。しかし、書き込み対象でない不揮発性メモリセルへの回り込み電流の発生を回避し、書き込み対象の不揮発性メモリセルのみに“0”書き込みを行うためには、VF≦V(BL−SL)≦2VFとなるように電圧V(BL−SL)を定めればよい。   In the above example, “0” is written by setting the voltage V (BL−SL) applied between the bit line BL and the source line SL of the nonvolatile memory cell to be written to 1.2V. However, in order to avoid the occurrence of the sneak current to the non-write target nonvolatile memory cell and perform “0” write only to the write target non-volatile memory cell, VF ≦ V (BL−SL) ≦ 2VF. Thus, the voltage V (BL-SL) may be determined.

不揮発性メモリセルM00に“1”を書き込む場合は、次のような電圧印加を行う。
a.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0およびソース線SL0間に不揮発性メモリセルの閾素子の閾値電圧VF以上であり、かつ、閾値電圧VFの2倍以下の絶対値を持った負の電圧を印加する。
b.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたソース線SL0以外のソース線SL1には書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0に与えるものと同じ電圧を印加する。
c.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0以外のビット線BL1はオープンとし、あるいは書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0の電圧およびソース線SL0の電圧の中間の電圧であって、当該ビット線BL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線SL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下である電圧を印加する。
When “1” is written in the nonvolatile memory cell M00, the following voltage application is performed.
a. An absolute value that is not less than the threshold voltage VF of the threshold element of the nonvolatile memory cell and not more than twice the threshold voltage VF is between the bit line BL0 and the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written. Apply a negative voltage.
b. The same voltage as that applied to the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written is applied to the source lines SL1 other than the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written.
c. Bit lines BL1 other than the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written are opened, or the voltage of the bit line BL0 and the voltage of the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written And a voltage difference between the voltage of the bit line BL0 and the voltage of the bit line BL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF and a voltage difference of the voltage of the source line SL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF.

具体的には、図5(b)および図7に示すように、ビット線BL0を0V、ソース線SL0を1.2V、ビット線BL1をオープン、ソース線SL1を0Vとする。この場合、不揮発性メモリセルM00には電流が流れ、その抵抗変化型素子Rには−0.5Vの電圧が印加されるので、“1”書き込みが行われる。   Specifically, as shown in FIGS. 5B and 7, the bit line BL0 is set to 0V, the source line SL0 is set to 1.2V, the bit line BL1 is opened, and the source line SL1 is set to 0V. In this case, since a current flows through the nonvolatile memory cell M00 and a voltage of −0.5 V is applied to the resistance change element R, “1” writing is performed.

一方、不揮発性メモリセルM01に注目すると、SL0=1.2V、SL1=0Vなので、破線矢印によって示すように、不揮発性メモリセルM01およびM11を経由した電流パスがソース線SL0およびSL1間に生じるが、この電流パスにおける不揮発性メモリセルM01のダイオードD1の順方向電圧と不揮発性メモリセルM11のダイオードD2の順方向電圧の和がソース線SL0およびSL1間の電圧1.2Vと一致するため、両ダイオードD1およびD2がオフとなる。このため、不揮発性メモリセルM01およびM11に電流が流れず、不揮発性メモリセルM01は“1”の非書き込み、不揮発性メモリセルM11は“0”の非書き込みとなる。   On the other hand, when paying attention to the nonvolatile memory cell M01, SL0 = 1.2V and SL1 = 0V, so that a current path via the nonvolatile memory cells M01 and M11 is generated between the source lines SL0 and SL1 as indicated by broken line arrows. However, since the sum of the forward voltage of the diode D1 of the nonvolatile memory cell M01 and the forward voltage of the diode D2 of the nonvolatile memory cell M11 in this current path matches the voltage of 1.2 V between the source lines SL0 and SL1, Both diodes D1 and D2 are turned off. For this reason, no current flows through the nonvolatile memory cells M01 and M11, the nonvolatile memory cell M01 is not written to “1”, and the nonvolatile memory cell M11 is not written to “0”.

また、不揮発性メモリセルM10については、BL0=0V、SL1=0Vであるため、非選択となる。   The nonvolatile memory cell M10 is not selected because BL0 = 0V and SL1 = 0V.

以上の例では、“1”書き込みの対象である不揮発性メモリセルのソース線SLおよびビット線BL間に与える電圧V(SL−BL)を1.2Vとして“0”書き込みを行った。しかし、書き込み対象でない不揮発性メモリセルへの誤書き込みを行うことなく、書き込み対象の不揮発性メモリセルのみに“1”書き込みを行うためには、VF≦V(SL−BL)≦2VFとなるように電圧V(SL−BL)を定めればよい。   In the above example, “0” is written by setting the voltage V (SL−BL) applied between the source line SL and the bit line BL of the nonvolatile memory cell to be “1” written to 1.2V. However, VF ≦ V (SL−BL) ≦ 2VF is satisfied in order to perform “1” writing only to the nonvolatile memory cell to be written without erroneously writing to the nonvolatile memory cell that is not to be written. The voltage V (SL-BL) may be determined as follows.

不揮発性メモリセルM00からのデータ読み出しを行う場合は、次のような電圧印加を行う。
a.読み出し対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0およびソース線SL0間に不揮発性メモリセルの閾素子の閾値電圧VF以上であり、かつ、閾値電圧VFの2倍以下の絶対値を持った正の電圧を印加する。
b.読み出し対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたソース線SL0以外のソース線SL1には、読み出し対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0の電圧およびソース線SL0の電圧の中間の電圧であって、当該ビット線BL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線SL0の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下である電圧を印加する。
c.書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0以外のビット線BL1はオープンとする。
具体的には図5(c)に示すように、ビット線BL0を0.7V、ソース線SL0を0V、ビット線BL1をオープン、ソース線SL1を0.6Vとする。この場合、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rの両端に印加される電圧は、略0.1Vとなり、抵抗変化型素子の“0”、“1”の記憶状態に対応した電流が流れる。
When reading data from the nonvolatile memory cell M00, the following voltage application is performed.
a. An absolute value that is not less than the threshold voltage VF of the threshold element of the nonvolatile memory cell and not more than twice the threshold voltage VF is between the bit line BL0 and the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be read. Apply a positive voltage.
b. The source line SL1 other than the source line SL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be read has an intermediate voltage between the voltage of the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be read and the voltage of the source line SL0. The voltage difference between the voltage of the bit line BL0 and the voltage of the bit line BL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF, and the voltage difference from the voltage of the source line SL0 is equal to or lower than the threshold voltage VF.
c. Bit lines BL1 other than the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written are opened.
Specifically, as shown in FIG. 5C, the bit line BL0 is set to 0.7V, the source line SL0 is set to 0V, the bit line BL1 is opened, and the source line SL1 is set to 0.6V. In this case, the voltage applied to both ends of the resistance change element R of the nonvolatile memory cell M00 is approximately 0.1 V, and a current corresponding to the storage state of “0” and “1” of the resistance change element flows. .

この例では、読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線BLおよびソース線SL間の電圧V(BL−SL)を0.7Vとしたが、読み出し対象でない不揮発性メモリセルのダイオードをオンさせず、読み出し対象である不揮発性メモリセルに流れる電流のみを正確に検知するためには、VF≦V(BL−SL)≦2VFを満たすように電圧V(BL−SL)を定めればよい。   In this example, the voltage V (BL-SL) between the bit line BL and the source line SL connected to the nonvolatile memory cell to be read is set to 0.7 V. In order to accurately detect only the current flowing through the nonvolatile memory cell to be read without being turned on, the voltage V (BL-SL) should be determined so as to satisfy VF ≦ V (BL−SL) ≦ 2VF. Good.

なお、以上の説明では非選択の不揮発性メモリセルに接続されたビット線(以上の例ではビット線BL1)をオープンにしたが、オープンにする代わりに、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線BLおよびソース線SL間の電圧V(BL−SL)の1/2に相当するバイアス電圧(書き込みの例では0.6V)を非選択のビット線に与えても同様の動作が得られる。また、ビット線BL1を0.6Vに固定した場合、オープンにするよりも電圧が安定するので不揮発性メモリセルアレイを高速化することができる利点がある。   In the above description, the bit line (bit line BL1 in the above example) connected to the non-selected nonvolatile memory cell is opened. Instead of opening, the nonvolatile memory to be written or read is used. Even when a bias voltage (0.6 V in the writing example) corresponding to 1/2 of the voltage V (BL-SL) between the bit line BL and the source line SL connected to the cell is applied to the non-selected bit line Can be obtained. Further, when the bit line BL1 is fixed at 0.6V, the voltage is more stable than when the bit line BL1 is opened, and thus there is an advantage that the nonvolatile memory cell array can be speeded up.

以上のように、本実施形態によれば、MRAMのような双方向の抵抗変化型素子を用いた不揮発性メモリでも、ダイオードを用いたクロスポイントメモリを提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, a cross-point memory using a diode can be provided even in a nonvolatile memory using a bidirectional resistance change element such as an MRAM.

<第4実施形態>
図8は、この発明の第4実施形態である不揮発性メモリセルアレイの構成および動作を示す回路図である。さらに詳述すると、図8(a)は、不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合、図8(b)は不揮発性メモリセルM00に“1”を書き込む場合、図8(c)は不揮発性メモリセルM00からデータを読み出す場合の各部の状態を示している。また、図9は“0”書き込みの動作条件を、図10は“1”書き込みの動作条件を各々示している。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration and operation of a nonvolatile memory cell array according to the fourth embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 8A shows a case where “0” is written in the nonvolatile memory cell M00, FIG. 8B shows a case where “1” is written in the nonvolatile memory cell M00, and FIG. The state of each part when reading data from the non-volatile memory cell M00 is shown. FIG. 9 shows the operation condition for “0” write, and FIG. 10 shows the operation condition for “1” write.

上記第3実施形態では、書き込みデータ“0”と“1”とで、非選択のソース線をそれぞれ1.2Vあるいは0Vに充放電する必要があり、このソース線の充放電の電力消費が大きい。この発明の第4実施形態では、このソース線の充放電の電力消費を削減する。   In the third embodiment, it is necessary to charge / discharge unselected source lines to 1.2 V or 0 V, respectively, with write data “0” and “1”, and the power consumption of charging / discharging the source lines is large. . In the fourth embodiment of the present invention, the power consumption for charging and discharging the source line is reduced.

上記第3実施形態とこの第4実施形態との相違はデータ書き込み時に非選択のソース線SL1に印加するバイアス電圧にある。本実施形態では、不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合は、不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0に与える電圧およびソース線SL0に与える電圧の中間の電圧を非選択のソース線に与える。具体的には、書き込み対象である不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0に与える電圧をVBL、ソース線SL0に与える電圧をVSLとした場合、バイアス電圧VCOM=(VBL+VSL)/2を非選択のソース線に与える。そして、例えば図8(a)および図9に示すようにBL0=1.2V、BL1=0.6V、SL0=0V、SL1=0.6Vとする。   The difference between the third embodiment and the fourth embodiment is the bias voltage applied to the non-selected source line SL1 at the time of data writing. In the present embodiment, when “0” is written to the nonvolatile memory cell M00, a voltage between the voltage applied to the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 and the voltage applied to the source line SL0 is selected as a non-selected source. Give to the line. Specifically, when the voltage applied to the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 to be written is VBL and the voltage applied to the source line SL0 is VSL, the bias voltage VCOM = (VBL + VSL) / 2 is not Give to the selected source line. For example, as shown in FIGS. 8A and 9, BL0 = 1.2V, BL1 = 0.6V, SL0 = 0V, and SL1 = 0.6V.

この場合、不揮発性メモリセルM00には、実線矢印で示す電流パスに沿ってビット線BL0からソース線SL0へ電流が流れ、不揮発性メモリセルM00に“0”が書き込まれる。   In this case, in the nonvolatile memory cell M00, a current flows from the bit line BL0 to the source line SL0 along the current path indicated by the solid line arrow, and “0” is written in the nonvolatile memory cell M00.

非選択の不揮発性メモリセルM01、M10、M11については、破線矢印で示す電流パスに沿って電流が流れようとするが、いずれも不揮発性メモリセルに0.6Vしか印加されないので、各不揮発性メモリセルのダイオードD1およびD2がオフとなり、不揮発性メモリセルM01、M10については“0”の非書き込み、不揮発性メモリセルM11については、“1”の非書き込みとなる。   As for the non-selected nonvolatile memory cells M01, M10, and M11, the current tends to flow along the current path indicated by the broken-line arrow. However, since only 0.6 V is applied to the nonvolatile memory cells, The diodes D1 and D2 of the memory cell are turned off, and “0” is not written to the nonvolatile memory cells M01 and M10, and “1” is not written to the nonvolatile memory cell M11.

次に、不揮発性メモリセルM00に“1”を書き込む場合は、VF≦VCOM≦2VFなる条件を満たす範囲で、非選択のソース線を固定する電圧を定め、例えば図8(b)および図10に示すようにBL0=0V、BL1=0.6V、SL0=1.2V、SL1=0.6Vとする。この場合、不揮発性メモリセルM00には、実線矢印で示す電流パスに沿ってソース線SL0からビット線BL0へ電流が流れ、不揮発性メモリセルM00に“1”が書き込まれる。   Next, when “1” is written in the nonvolatile memory cell M00, a voltage for fixing the non-selected source line is determined within a range satisfying the condition of VF ≦ VCOM ≦ 2VF. For example, FIG. 8B and FIG. As shown, BL0 = 0V, BL1 = 0.6V, SL0 = 1.2V, and SL1 = 0.6V. In this case, a current flows from the source line SL0 to the bit line BL0 along the current path indicated by the solid arrow in the nonvolatile memory cell M00, and “1” is written in the nonvolatile memory cell M00.

不揮発性メモリセルM01、M10、M11については、破線矢印に沿った電流パスに沿って電流が流れようとするが、いずれも各不揮発性メモリセルに0.6Vしか電圧が印加されないので、各不揮発性メモリセルのダイオードD1およびD2がオフとなる。この結果、不揮発性メモリセルM01およびM10は“1”の非書き込み、不揮発性メモリセルM11は“0”の非書き込みとなる。   With respect to the nonvolatile memory cells M01, M10, and M11, current tends to flow along the current path along the broken-line arrow, but since only 0.6V is applied to each nonvolatile memory cell, The diodes D1 and D2 of the memory cell are turned off. As a result, the non-volatile memory cells M01 and M10 are “1” non-write, and the non-volatile memory cell M11 is “0” non-write.

次に不揮発性メモリセルM00からデータを読み出す場合は、BL0=0.7V、SL0=0V、BL1=0.6V、SL1=0.6Vとする。この場合、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rの両端に印加される電圧は、略0.1Vとなり、抵抗変化型素子Rに記憶された“0”または“1”に対応した電流が不揮発性メモリセルM00に流れる。   Next, when data is read from the nonvolatile memory cell M00, BL0 = 0.7V, SL0 = 0V, BL1 = 0.6V, and SL1 = 0.6V. In this case, the voltage applied across the resistance variable element R of the nonvolatile memory cell M00 is approximately 0.1 V, and a current corresponding to “0” or “1” stored in the resistance variable element R is present. It flows to the nonvolatile memory cell M00.

この例では、不揮発性メモリセルM00に接続されたビット線BL0およびソース線SL0間の電圧V(BL−SL)を0.6Vとしたが、電圧V(BL−SL)は、VF≦V(BL−SL)≦2VFという条件を満たす範囲内で決定すればよい。   In this example, the voltage V (BL−SL) between the bit line BL0 connected to the nonvolatile memory cell M00 and the source line SL0 is 0.6V, but the voltage V (BL−SL) is VF ≦ V ( BL-SL) should be determined within a range satisfying the condition of 2VF.

以上のように、本実施形態によれば、非選択のソース線、非選択のビット線を常時0.6Vの定電圧にバイアスすることで、1つの不揮発性メモリセルに対する選択的な書き込みおよび選択的な読み出しが可能であり、かつ、非選択のソース線の充放電電流を大幅に削減することができる。   As described above, according to the present embodiment, selective writing and selection with respect to one nonvolatile memory cell are performed by always biasing a non-selected source line and a non-selected bit line to a constant voltage of 0.6V. Reading can be performed, and the charge / discharge current of the non-selected source line can be greatly reduced.

<第5実施形態>
図11はこの発明の第5実施形態である不揮発性メモリの構成例を示す回路図である。図11において、不揮発性メモリセルアレイ100は、上記第1実施形態による不揮発性メモリセルにより構成されたメモリアレイである。この不揮発性メモリセルアレイ100は、m+1行からなるソース線SLj(j=0〜m)と、n+1列からなるビット線BLk(k=0〜n)と、これらのソース線およびビット線の各交点に対応させて配置された不揮発性メモリセルMjk(j=0〜m、k=0〜n)により構成されている。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of a nonvolatile memory according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 11, a non-volatile memory cell array 100 is a memory array composed of non-volatile memory cells according to the first embodiment. The nonvolatile memory cell array 100 includes a source line SLj (j = 0 to m) composed of m + 1 rows, a bit line BLk (k = 0 to n) composed of n + 1 columns, and intersections of these source lines and bit lines. Are configured by non-volatile memory cells Mjk (j = 0 to m, k = 0 to n).

行デコーダ200は、行アドレスに基づき、不揮発性メモリセルアレイ100の各ソース線SLj(j=0〜m)に対応した行選択信号SELjおよび行選択反転信号SELjB(j=0〜m)を出力する回路である。   The row decoder 200 outputs a row selection signal SELj and a row selection inversion signal SELjB (j = 0 to m) corresponding to each source line SLj (j = 0 to m) of the nonvolatile memory cell array 100 based on the row address. Circuit.

図12は、行デコーダ200の1行分の回路構成を示す図である。図12に示すように、行デコーダ200における1つの行jに対応した回路は、行アドレスが行jを示す場合にLレベル、それ以外の場合にHレベルの信号を出力する一致検出回路201と、この一致検出回路201の出力信号を反転して出力するインバータ202によって構成されている。そして、一致検出回路201の出力信号が行選択反転信号SELjB、インバータ202の出力信号が行選択信号SELjとなる。   FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration for one row of the row decoder 200. As shown in FIG. 12, the circuit corresponding to one row j in the row decoder 200 includes a coincidence detection circuit 201 that outputs a signal at L level when the row address indicates row j, and an H level at other times. The inverter 202 that inverts and outputs the output signal of the coincidence detection circuit 201 is configured. The output signal of the coincidence detection circuit 201 is the row selection inversion signal SELjB, and the output signal of the inverter 202 is the row selection signal SELj.

選択スイッチ300は、行デコーダ200が出力する行選択信号SELjおよび行選択反転信号SELjB(j=0〜m)に従ってソース線SLjを選択するスイッチである。この選択スイッチ300は、各ソース線SLj(j=0〜m)に各々接続されたソース線選択トランジスタSSjおよびSSjB(j=0〜m)を有している。これらのソース線選択トランジスタSSjおよびSSjB(j=0〜m)は、Nチャネルトランジスタであり、行選択信号SELjおよび行選択反転信号SELjB(j=0〜m)が各々のゲートに与えられる。ある行jに対応したソース線選択トランジスタSSjは、選択信号SELjがHレベルである場合にオンとなって当該行jに対応したソース線SLjに書き込み電圧VDINを与える。また、ある行jに対応したソース線選択トランジスタSSjBは、行選択反転信号SELjBがHレベルである場合にオンとなって当該行jに対応したソース線SLjにバイアス電圧VCOMを与える。   The selection switch 300 is a switch that selects the source line SLj according to the row selection signal SELj and the row selection inversion signal SELjB (j = 0 to m) output from the row decoder 200. The selection switch 300 includes source line selection transistors SSj and SSjB (j = 0 to m) connected to the source lines SLj (j = 0 to m). These source line selection transistors SSj and SSjB (j = 0 to m) are N-channel transistors, and a row selection signal SELj and a row selection inversion signal SELjB (j = 0 to m) are applied to each gate. The source line selection transistor SSj corresponding to a certain row j is turned on when the selection signal SELj is at the H level, and applies the write voltage VDIN to the source line SLj corresponding to the row j. Further, the source line selection transistor SSjB corresponding to a certain row j is turned on when the row selection inversion signal SELjB is at the H level, and applies the bias voltage VCOM to the source line SLj corresponding to the row j.

列デコーダ400は、列アドレスに基づき、不揮発性メモリセルアレイ100の各列k(k=0〜n)に対応した列選択信号COLkおよび列選択反転信号COLkB(k=0〜n)を出力する。   The column decoder 400 outputs a column selection signal COLk and a column selection inversion signal COLkB (k = 0 to n) corresponding to each column k (k = 0 to n) of the nonvolatile memory cell array 100 based on the column address.

カラムゲートスイッチ500は、ビット線BLk(k=0〜n)に各々接続されたビット線選択トランジスタCGNkおよびCGPk(k=0〜n)により構成される。ここで、ビット線選択トランジスタCGNk(k=0〜n)は、Nチャネルトランジスタであり、それらの各ゲートには、列選択信号COLk(k=0〜n)が与えられる。また、ビット線選択トランジスタCGPk(k=0〜n)は、Pチャネルトランジスタであり、それらの各ゲートには列選択反転信号COLkB(k=0〜n)が与えられる。   The column gate switch 500 includes bit line selection transistors CGNk and CGPk (k = 0 to n) connected to the bit lines BLk (k = 0 to n), respectively. Here, the bit line selection transistor CGNk (k = 0 to n) is an N-channel transistor, and a column selection signal COLk (k = 0 to n) is applied to each gate thereof. The bit line selection transistor CGPk (k = 0 to n) is a P-channel transistor, and a column selection inversion signal COLkB (k = 0 to n) is applied to each gate thereof.

列デコーダ400は、列アドレスが示す列kに対応した列選択信号COLkをHレベル、選択反転信号COLkBをLレベルとし、その列kに対応したビット線選択トランジスタCGNkおよびPチャネルトランジスタCGPkをオンとし、その列kに対応したビット線BLkをデータ線DLに接続する。また、列デコーダ400は、列アドレスに対応した列k以外の列k’(≠k)については、列選択信号COLj’をLレベル、列選択反転信号COLk’BをHレベルとし、その列k’に対応したビット線選択トランジスタCGNk’およびCGPk’をオフにする。   The column decoder 400 sets the column selection signal COLk corresponding to the column k indicated by the column address to the H level and the selection inversion signal COLkB to the L level, and turns on the bit line selection transistor CGNk and the P channel transistor CGPk corresponding to the column k. The bit line BLk corresponding to the column k is connected to the data line DL. The column decoder 400 sets the column selection signal COLj ′ to the L level and the column selection inversion signal COLk′B to the H level for the column k ′ (≠ k) other than the column k corresponding to the column address, and the column k The bit line selection transistors CGNk 'and CGPk' corresponding to 'are turned off.

バイアス回路600は、ビット線をバイアスするバイアス回路である。このバイアス回路600は、ビット線BLk(k=0〜n)に各々接続されたNチャネルトランジスタPRk(k=0〜n)と、インバータ502およびレベルシフト機能を有するインバータ503とを含む。NチャネルトランジスタPRk(k=0〜n)の各ゲートには、インバータ502および503を介してプリチャージ信号PREが与えられる。NチャネルトランジスタPRk(k=0〜n)は、プリチャージ信号PREがHレベルとなることによりオンとなり、バイアス電圧VCOM(0.6V)をビット線BLk(k=0〜n)に供給する。電源回路700は、このバイアス電圧VCOM(=0.6V)を発生する回路である。   The bias circuit 600 is a bias circuit that biases the bit line. Bias circuit 600 includes an N channel transistor PRk (k = 0 to n) connected to bit line BLk (k = 0 to n), an inverter 502 and an inverter 503 having a level shift function. A precharge signal PRE is applied to each gate of N channel transistor PRk (k = 0 to n) via inverters 502 and 503. The N-channel transistor PRk (k = 0 to n) is turned on when the precharge signal PRE becomes H level, and supplies the bias voltage VCOM (0.6 V) to the bit line BLk (k = 0 to n). The power supply circuit 700 is a circuit that generates the bias voltage VCOM (= 0.6 V).

書き込み制御回路800は、書き込み制御信号WEと入力データDinを受けて、この不揮発性メモリの書き込みおよび読み出し制御を行う回路である。書き込みドライバ900は、書き込みデータDinに応じた電圧をデータ線DLおよびこれに接続されたビット線に供給する回路である。この書き込みドライバ900は、出力ディセーブル機能を備えた3ステートドライバである。データ読み出し時、この書き込みドライバ900は、出力ディセーブル状態とされ、データ線DLから切り離される。ソースドライバ1000は、ソース線SLj(j=0〜m)に書き込みデータDinに対応した書き込み電圧VINを供給するための回路である。センスアンプ1100は、読み出し時にデータ線DLの微小な電流差を検知し増幅するアンプである。出力回路1200は、センスアンプ1100の出力信号に基づいて、チップの外部に出力データDoutを出力する回路である。
以上が本実施形態の構成である。
The write control circuit 800 is a circuit that receives a write control signal WE and input data Din, and controls writing and reading of the nonvolatile memory. The write driver 900 is a circuit that supplies a voltage corresponding to the write data Din to the data line DL and the bit line connected thereto. The write driver 900 is a three-state driver having an output disable function. At the time of data reading, the write driver 900 is in an output disabled state and is disconnected from the data line DL. The source driver 1000 is a circuit for supplying a write voltage VIN corresponding to the write data Din to the source line SLj (j = 0 to m). The sense amplifier 1100 is an amplifier that detects and amplifies a minute current difference of the data line DL at the time of reading. The output circuit 1200 is a circuit that outputs output data Dout to the outside of the chip based on the output signal of the sense amplifier 1100.
The above is the configuration of the present embodiment.

次に本実施形態の動作を説明する。
まず、不揮発性メモリセルM00に“0”を書き込む場合の動作を説明する。初期状態では、WE=Lとなっている。また、プリチャージ信号PRがHレベルとなっており、NチャネルトランジスタPRk(k=0〜n)が全てオンとなり、全てのビット線BLk(k=0〜n)が略0.6Vにプリチャージされている。また、初期状態では、行デコーダ200は、全ての選択信号SELj(j=0〜m)をLレベル、全ての選択反転信号SELjB(j=0〜m)をHレベルとしている。このため、全てのソース線SLj(j=0〜m)にはバイアス電圧VCOM(=0.6V)が印加される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
First, the operation when “0” is written to the nonvolatile memory cell M00 will be described. In the initial state, WE = L. Further, the precharge signal PR is at the H level, all the N-channel transistors PRk (k = 0 to n) are turned on, and all the bit lines BLk (k = 0 to n) are precharged to about 0.6V. Has been. In the initial state, the row decoder 200 sets all selection signals SELj (j = 0 to m) to L level and all selection inversion signals SELjB (j = 0 to m) to H level. Therefore, the bias voltage VCOM (= 0.6 V) is applied to all the source lines SLj (j = 0 to m).

書き込みモードになると、書き込み制御信号WEがHレベルとされる。また、“0”書き込みの場合は、書き込みデータDin=“0”が書き込み制御回路800に与えられる。書き込み制御回路800は、書き込みデータDin=“0”に基づき、ソースドライバSDから書き込み電圧VDIN=0Vを出力させ、書き込みドライバWDから電圧1.2Vをデータ線DLに出力させる。   In the write mode, the write control signal WE is set to the H level. In the case of “0” write, write data Din = “0” is given to the write control circuit 800. Based on the write data Din = “0”, the write control circuit 800 outputs the write voltage VDIN = 0V from the source driver SD and outputs the voltage 1.2V from the write driver WD to the data line DL.

行アドレスおよび列アドレスにより不揮発性メモリセルM00が選択された場合、行デコーダ200は、行選択信号SEL0をHレベル、行選択反転信号SEL0BをLレベルとする。これによりソース線SL0に書き込み電圧VDINが与えられ、SL0=0Vとなる。また、行デコーダ200は、非選択の行j=1〜mについて、行選択信号SELjをLレベル、行選択反転信号SELjBをHレベルとする。これにより非選択の行のソース線SLj(j=1〜m)にバイアス電圧VCOM=0.6Vが印加される。   When the nonvolatile memory cell M00 is selected by the row address and the column address, the row decoder 200 sets the row selection signal SEL0 to the H level and the row selection inversion signal SEL0B to the L level. As a result, the write voltage VDIN is applied to the source line SL0, and SL0 = 0V. The row decoder 200 sets the row selection signal SELj to the L level and the row selection inversion signal SELjB to the H level for the non-selected rows j = 1 to m. As a result, the bias voltage VCOM = 0.6 V is applied to the source line SLj (j = 1 to m) in the non-selected row.

一方、列デコーダ400は列選択信号COL0をHレベル、列選択反転信号COL0BをLレベルとする。これにより、ビット線BL0が選択されてデータ線DLに接続され、ビット線BL0に1.2Vが供給される。   On the other hand, the column decoder 400 sets the column selection signal COL0 to H level and the column selection inversion signal COL0B to L level. As a result, the bit line BL0 is selected and connected to the data line DL, and 1.2V is supplied to the bit line BL0.

このようにして不揮発性メモリセルM00が接続されたビット線BL0に1.2V、ソース線SL0に0Vが供給され、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rに電流が流れる。この結果、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rが低抵抗となり、“0”が書き込まれた状態となる。   In this way, 1.2 V is supplied to the bit line BL0 to which the nonvolatile memory cell M00 is connected and 0 V is supplied to the source line SL0, and a current flows through the resistance variable element R of the nonvolatile memory cell M00. As a result, the resistance variable element R of the nonvolatile memory cell M00 becomes low resistance, and “0” is written.

このとき、非選択のソース線SLk(k=1〜m)には、0.6Vが印加され、非選択のビット線BLk(k=1〜n)に接続されたビット線選択トランジスタCGNkおよびCGPk(k=1〜n)はオフしている。ここで、書き込みモードとなる前、全てのビット線はプリチャージ電圧VCOM=0.6Vが印加されている。そして、書き込みモードにおいて、不揮発性メモリセルM00以外の不揮発性メモリセルに接続された各ビット線はオープンとされる。このため、書き込みモードにおいて、不揮発性メモリセルM00以外の不揮発性メモリセルは非書き込み状態となる。   At this time, 0.6 V is applied to the unselected source lines SLk (k = 1 to m), and the bit line selection transistors CGNk and CGPk connected to the unselected bit lines BLk (k = 1 to n). (K = 1 to n) is off. Here, before entering the write mode, the precharge voltage VCOM = 0.6 V is applied to all the bit lines. In the write mode, each bit line connected to a nonvolatile memory cell other than the nonvolatile memory cell M00 is opened. Therefore, in the write mode, the nonvolatile memory cells other than the nonvolatile memory cell M00 are in the non-write state.

不揮発性メモリセルM00に“1”を書き込む場合、書き込み制御回路800は、書き込みデータDin=“1”に基づき、ソースドライバSDから書き込み電圧VDIN=1.2Vを出力させ、書き込みドライバWDから電圧0Vをデータ線DLに出力させる。このため、不揮発性メモリセルM00の接続されたビット線BL0が0V、ソース線SL0が1.2Vとなる。この結果、不揮発性メモリセルM00に“1”が書き込まれる。   When writing “1” to the nonvolatile memory cell M00, the write control circuit 800 outputs the write voltage VDIN = 1.2V from the source driver SD based on the write data Din = “1”, and the voltage 0V from the write driver WD. Is output to the data line DL. Therefore, the bit line BL0 to which the nonvolatile memory cell M00 is connected is 0V, and the source line SL0 is 1.2V. As a result, “1” is written in the nonvolatile memory cell M00.

次に、不揮発性メモリセルM00からのデータ読み出しの動作を説明する。読み出しモードでは、書き込み制御WEがLレベルとなる。書き込み制御回路800は、この書き込み制御WEがLレベルとなるのに応じて、ソースドライバSDから0Vを出力させ、書き込みドライバWDをデータ線DLから切り離す。   Next, an operation of reading data from the nonvolatile memory cell M00 will be described. In the read mode, the write control WE is at the L level. The write control circuit 800 outputs 0 V from the source driver SD and disconnects the write driver WD from the data line DL in response to the write control WE becoming L level.

読み出し対象が不揮発性メモリセルM00である場合、ソースドライバSDの出力する電圧0Vがソース線SL0に与えられ、ビット線BL0がデータ線DLに接続される。このデータ線DLには、センスアンプ1100内にある図示しないバイアス回路により、0.7Vが供給される。   When the read target is the nonvolatile memory cell M00, the voltage 0V output from the source driver SD is applied to the source line SL0, and the bit line BL0 is connected to the data line DL. 0.7 V is supplied to the data line DL by a bias circuit (not shown) in the sense amplifier 1100.

ここで、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rが“0”を記憶している場合、すなわち、低抵抗である場合は、不揮発性メモリセルM00に流れる電流が多く、センスアンプ1100は読み出しデータが“0”であると判断する。また、不揮発性メモリセルM00の抵抗変化型素子Rが“1”を記憶しており、高抵抗の場合は、流れる電流が少ないので、センスアンプ1100は読み出しデータが“1”であると判断する。出力回路1200は、このセンスアンプ1100の判断結果を読み出しデータDoutとして出力する。   Here, when the variable resistance element R of the nonvolatile memory cell M00 stores “0”, that is, when it has a low resistance, a large amount of current flows through the nonvolatile memory cell M00, and the sense amplifier 1100 reads data. It is determined that the data is “0”. Further, since the resistance change element R of the nonvolatile memory cell M00 stores “1” and the resistance is high, the flowing current is small, and thus the sense amplifier 1100 determines that the read data is “1”. . The output circuit 1200 outputs the determination result of the sense amplifier 1100 as read data Dout.

以上の書き込み動作および読み出し動作において、非選択のソース線は0.6V、非選択のビット線は0.6Vに設定されるので、非選択の不揮発性メモリセルM01〜MmnのダイオードD1およびD2はオフとなり、不揮発性メモリセルM01〜Mmnは非書き込み状態となる。   In the above write operation and read operation, the non-selected source line is set to 0.6V, and the non-selected bit line is set to 0.6V. Therefore, the diodes D1 and D2 of the non-selected nonvolatile memory cells M01 to Mmn are The nonvolatile memory cells M01 to Mmn are turned off and turned off.

以上のように、本実施形態によれば、非選択のソース線、ビット線は常に0.6Vが印加されているので、アドレスを切り替える都度の充放電電流をなくすことができ、低消費電力を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, since 0.6 V is always applied to the non-selected source line and bit line, it is possible to eliminate the charge / discharge current every time the address is switched, and to reduce the power consumption. Can be realized.

<第6実施形態>
図13はこの発明の第6実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。本実施形態による不揮発性メモリは、上記第5実施形態(図11)において、プリチャージ回路600を削除して、カラムゲートスイッチ550から非選択ビット線にバイアス0.6Vを供給するようにしたものである。
<Sixth Embodiment>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory according to the sixth embodiment of the present invention. The nonvolatile memory according to the present embodiment is the one in which the precharge circuit 600 is deleted and a bias of 0.6 V is supplied from the column gate switch 550 to the non-selected bit line in the fifth embodiment (FIG. 11). It is.

カラムゲートスイッチ550は、ビット線BLk(k=0〜n)とデータ線DLとの間に各々介挿されたNチャネルトランジスタCGk(k=0〜n)と、ビット線BLk(k=0〜n)と電源回路700の出力端との間に各々介挿されたNチャネルトランジスタCGkB(k=0〜n)とを有している。ここで、NチャネルトランジスタCGk(k=0〜n)の各ゲートには列デコーダ400が出力する列選択信号COLk(k=0〜n)が各々与えられる。また、NチャネルトランジスタCGkB(k=0〜n)の各ゲートには列デコーダ400が出力する列選択反転信号COLkB(k=0〜n)が各々与えられる。   The column gate switch 550 includes an N channel transistor CGk (k = 0 to n) interposed between the bit line BLk (k = 0 to n) and the data line DL, and a bit line BLk (k = 0 to n). n) and an N-channel transistor CGkB (k = 0 to n) interposed between the output terminal of the power supply circuit 700 and the n-channel transistor CGkB. Here, column selection signal COLk (k = 0 to n) output from column decoder 400 is applied to each gate of N channel transistor CGk (k = 0 to n). A column selection inversion signal COLkB (k = 0 to n) output from the column decoder 400 is applied to each gate of the N channel transistor CGkB (k = 0 to n).

初期状態において、列デコーダ400は、全ての列選択信号COLk(k=0〜n)をLレベル、全ての列選択反転信号COLkB(k=0〜n)をHレベルとする。これによりNチャネルトランジスタCGk(k=0〜n)がオフ、NチャネルトランジスタCGkB(k=0〜n)がオンとなり、電源回路700の出力するバイアス電圧VCOM=0.6VがNチャネルトランジスタCGkB(k=0〜n)を介してビット線BLk(k=0〜n)に印加される。   In the initial state, the column decoder 400 sets all the column selection signals COLk (k = 0 to n) to L level and all the column selection inversion signals COLkB (k = 0 to n) to H level. As a result, the N-channel transistor CGk (k = 0 to n) is turned off, the N-channel transistor CGkB (k = 0 to n) is turned on, and the bias voltage VCOM = 0.6 V output from the power supply circuit 700 is applied to the N-channel transistor CGkB ( The voltage is applied to the bit line BLk (k = 0 to n) via k = 0 to n).

例えば不揮発性メモリセルM00に対する書き込み動作時、列デコーダ400は、列選択信号COL0をHレベル、列選択信号COLk(k=1〜n)をLレベル、列選択反転信号COL0BをLレベル、列選択反転信号COLkB(k=1〜n)をHレベルとする。これによりビット線選択トランジスタCG0がオン、ビット線選択トランジスタCGk(k=1〜n)がオフ、ビット線選択トランジスタCG0Bがオフ、NチャネルトランジスタCGkB(k=1〜n)がオンとなる。この結果、ビット線BL0がデータ線DLに接続され、ビット線BLk(k=1〜n)に電源回路700の出力するバイアス電圧VCOM=0.6Vが印加され、不揮発性メモリセルM00に対するデータ書き込みが行われる。   For example, during a write operation to the nonvolatile memory cell M00, the column decoder 400 sets the column selection signal COL0 to H level, the column selection signal COLk (k = 1 to n) to L level, the column selection inversion signal COL0B to L level, and column selection. The inversion signal COLkB (k = 1 to n) is set to the H level. As a result, the bit line selection transistor CG0 is turned on, the bit line selection transistor CGk (k = 1 to n) is turned off, the bit line selection transistor CG0B is turned off, and the N-channel transistor CGkB (k = 1 to n) is turned on. As a result, the bit line BL0 is connected to the data line DL, the bias voltage VCOM = 0.6 V output from the power supply circuit 700 is applied to the bit line BLk (k = 1 to n), and data is written to the nonvolatile memory cell M00. Is done.

上記第5実施形態(図11)では、非選択のビット線にプリチャージ回路からバイアス電圧を供給したが、書き込み動作中、読み出し動作中は非選択のビット線をフローティングとした。ここで、不揮発性メモリセルMjk内のダイオードD1およびD2がメタル配線上に製造したダイオード(ショットキーダイオードやアモルファスダイオード等)である場合、この種のダイオードは欠陥も多く、図2に示すようなしっかりしたダイオード特性が得られず、印加電圧が順方向電圧VF以下である場合でもリーク電流が流れる可能性がある。従って、第5実施形態のように、ビット線のプリチャージを行い、書き込み動作時および読み出し動作時には非選択ビット線をオープンにする方式では、ダイオードD1およびD2のリーク電流により0.6Vにバイアスされたビット線の電圧が下がる懸念もある。しかしながら、本実施形態では、書き込み動作時および読み出し動作時に非選択のビット線にバイアス電圧VCOMを印加する。従って、書き込み動作時および読み出し動作時にダイオードD1およびD2のリーク電流が発生したとしても、このリーク電流により非選択のビット線の電圧が低下することはなく、動作上の問題は生じない。   In the fifth embodiment (FIG. 11), the bias voltage is supplied to the non-selected bit line from the precharge circuit, but the non-selected bit line is set to floating during the write operation and the read operation. Here, when the diodes D1 and D2 in the nonvolatile memory cell Mjk are diodes (Schottky diodes, amorphous diodes, etc.) manufactured on a metal wiring, this type of diode has many defects, as shown in FIG. There is a possibility that a leak current flows even when a firm diode characteristic cannot be obtained and the applied voltage is equal to or lower than the forward voltage VF. Therefore, as in the fifth embodiment, in the method in which the bit line is precharged and the unselected bit line is opened during the write operation and the read operation, it is biased to 0.6 V by the leakage current of the diodes D1 and D2. There is also a concern that the voltage of the bit line will drop. However, in the present embodiment, the bias voltage VCOM is applied to the unselected bit lines during the write operation and the read operation. Therefore, even if a leakage current of the diodes D1 and D2 occurs during the writing operation and the reading operation, the leakage current does not reduce the voltage of the non-selected bit line, and no operational problem occurs.

なお、第6実施形態(図13)では、デコーダ300およびカラムスイッチ550をNチャネルトランジスタからなるアナログスイッチにより構成したが、第5実施形態(図11)のカラムゲートスイッチ500のようにNチャネルトランジスタおよびPチャネルトランジスタからなるCMOSアナログスイッチにより構成してもよい。この場合、Nチャネルトランジスタの閾値による電圧降下が生じない利点がある。   In the sixth embodiment (FIG. 13), the decoder 300 and the column switch 550 are configured by analog switches composed of N-channel transistors. However, the N-channel transistor is similar to the column gate switch 500 of the fifth embodiment (FIG. 11). Alternatively, a CMOS analog switch composed of a P channel transistor may be used. In this case, there is an advantage that a voltage drop due to the threshold value of the N-channel transistor does not occur.

R……抵抗変化型素子、D1,D2……ダイオード、DZ……ツェナーダイオード、Mjk(j=0〜m、k=0〜n)……不揮発性メモリセル、SLj(j=0〜m)……ソース線、BLk(k=0〜n)……ビット線、100……不揮発性メモリセルアレイ、200……行デコーダ、300……選択スイッチ、SSjおよびSSjB(j=0〜m)……ソース線選択トランジスタ、400……列デコーダ、500,550……カラムゲートスイッチ、CGNk(k=0〜n),CGk(k=0〜n),CGkB(k=0〜n)……Nチャネルトランジスタ、CGPk(k=0〜n)……Pチャネルトランジスタ、600……プリチャージ回路、700……電源回路、800……書込制御回路、900……書き込みドライバ、1000……ソースドライバ、1100……センスアンプ、1200……出力回路。 R... Variable resistance element, D1, D2... Diode, DZ... Zener diode, Mjk (j = 0 to m, k = 0 to n)... Nonvolatile memory cell, SLj (j = 0 to m) ... Source line, BLk (k = 0 to n)... Bit line, 100... Nonvolatile memory cell array, 200 ... Row decoder, 300 ... Select switch, SSj and SSjB (j = 0 to m). Source line selection transistor, 400... Column decoder, 500, 550... Column gate switch, CGNk (k = 0 to n), CGk (k = 0 to n), CGkB (k = 0 to n). Transistor, CGPk (k = 0 to n): P-channel transistor, 600: Precharge circuit, 700: Power supply circuit, 800: Write control circuit, 900: Write driver, 1000 ... Sudoraiba, 1100 ...... sense amplifier, 1200 ...... output circuit.

Claims (15)

通電方向により異なった方向に抵抗値が変化する抵抗変化型素子と、絶対値が閾値電圧以上である電圧が印加された場合に該電圧と同一極性の電流を通過させる双方向の閾素子とを直列接続してなることを特徴とする不揮発性メモリセル。   A resistance variable element whose resistance value changes in a different direction depending on the energization direction, and a bidirectional threshold element that allows a current having the same polarity as the voltage to pass when a voltage whose absolute value is equal to or greater than the threshold voltage is applied. A non-volatile memory cell characterized by being connected in series. 前記閾素子が互いに逆並列接続された2個のダイオードにより構成されたことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリセル。   2. The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein the threshold element includes two diodes connected in antiparallel to each other. 前記閾素子が順方向電圧付近に降伏電圧を有するツェナーダイオードにより構成されたことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリセル。   The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein the threshold element is configured by a Zener diode having a breakdown voltage near a forward voltage. データ書き込み時は、直列接続された前記抵抗変化型素子および閾素子の両端に対し、書き込みデータに対応した極性を有するとともに、前記閾素子の閾値電圧以上であり、かつ、前記閾値電圧の2倍以下の絶対値を有する書き込み電圧が印加され、
データ読み出し時は、直列接続された前記抵抗変化型素子および閾素子の両端に対し、前記閾素子の閾値電圧以上であり、かつ、前記閾値電圧の2倍以下の絶対値を有する電圧が印加されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1の請求項に記載の不揮発性メモリセル。
At the time of data writing, both ends of the resistance variable element and the threshold element connected in series have a polarity corresponding to the write data, and are equal to or higher than the threshold voltage of the threshold element and twice the threshold voltage. A write voltage having the following absolute value is applied:
At the time of data reading, a voltage having an absolute value that is not less than the threshold voltage of the threshold element and not more than twice the threshold voltage is applied to both ends of the resistance variable element and the threshold element connected in series. The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein the nonvolatile memory cell is a non-volatile memory cell.
複数のソース線と、
前記複数のソース線と交差する複数のビット線と、
前記複数のソース線と前記複数のビット線との各交差部に各々対応して設けられた複数の不揮発性メモリセルであって、各々、通電方向により異なった方向に抵抗値が変化する抵抗変化型素子と、絶対値が閾値電圧以上である電圧が印加された場合に該電圧と同一極性の電流を通過させる双方向の閾素子とを有し、当該交差部において交差するビット線およびソース線間に前記抵抗変化型素子および前記閾素子を直列接続してなる複数の不揮発性メモリセルと
を有する不揮発性メモリセルアレイを具備することを特徴とする不揮発性メモリ。
Multiple source lines,
A plurality of bit lines intersecting the plurality of source lines;
A plurality of nonvolatile memory cells provided corresponding to respective intersections of the plurality of source lines and the plurality of bit lines, each having a resistance change whose resistance value varies in a different direction depending on the energization direction Bit line and source line that have a type element and a bidirectional threshold element that allows a current having the same polarity as that voltage to pass when a voltage having an absolute value equal to or greater than the threshold voltage is applied. A non-volatile memory comprising a non-volatile memory cell array having a plurality of non-volatile memory cells formed by connecting the variable resistance element and the threshold element in series therebetween.
データ書き込み時は、前記閾素子の閾値電圧をVFとした場合に、書き込み対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線およびソース線間に、書き込みデータに対応した極性を有し、かつ、VF≦|V(BL−SL)|≦2VFを満たす絶対値を有する電圧V(BL−SL)を設定し、データ読み出し時は、読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線およびソース線間に、所定の極性を有し、かつ、VF≦|V(BL−SL)|≦2VFを満たす絶対値を有する電圧V(BL−SL)を設定する制御手段を具備することを特徴とする請求項5に記載の不揮発性メモリ。   At the time of data writing, when the threshold voltage of the threshold element is VF, the bit line and the source line connected to the nonvolatile memory cell to be written have a polarity corresponding to the write data, and A voltage V (BL-SL) having an absolute value satisfying VF ≦ | V (BL−SL) | ≦ 2VF is set, and at the time of data reading, a bit line and a source connected to a nonvolatile memory cell to be read And a control means for setting a voltage V (BL-SL) having a predetermined polarity and having an absolute value satisfying VF ≦ | V (BL−SL) | ≦ 2VF between the lines. The nonvolatile memory according to claim 5. 前記制御手段は、書き込み対象である不揮発性メモリセルに接続されたソース線以外のソース線に対し、書き込み対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧と同じ電圧を設定することを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ。   The control means sets the same voltage as the voltage of the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written to a source line other than the source line connected to the nonvolatile memory cell to be written. The nonvolatile memory according to claim 6. 前記制御手段は、読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたソース線以外のソース線に対し、読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧およびソース線の電圧の中間の電圧であって、当該ビット線の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下である電圧を設定することを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ。   The control means is configured such that the source line other than the source line connected to the nonvolatile memory cell to be read is intermediate between the voltage of the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be read and the voltage of the source line. A voltage is set such that a voltage difference from the voltage of the bit line is equal to or lower than a threshold voltage VF and a voltage difference from the voltage of the source line is equal to or lower than the threshold voltage VF. Item 7. The nonvolatile memory according to Item 6. 前記制御手段は、データ書き込み時またはデータ読み出し時、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線以外のビット線をオープンにすることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1の請求項に記載の不揮発性メモリ。   9. The control unit according to claim 6, wherein when the data is written or read, the bit line other than the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written or read is opened. The non-volatile memory according to claim 1. 前記制御手段は、データ書き込み時またはデータ読み出し時、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線以外のビット線に対し、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧とソース線の電圧との中間の電圧であって、当該ビット線の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線の電圧との電圧差が閾値電圧VF以下である電圧を設定することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1の請求項に記載の不揮発性メモリ。   The control means is connected to a nonvolatile memory cell to be written or read with respect to a bit line other than the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written or read at the time of data writing or data reading. The voltage difference between the bit line voltage and the source line voltage is a threshold voltage VF or less and the voltage difference from the source line voltage is a threshold voltage. The non-volatile memory according to claim 6, wherein a voltage that is equal to or lower than the voltage VF is set. 前記制御手段は、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたソース線以外のソース線に対し、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧とソース線の電圧の中間であって、当該ビット線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下である電圧を設定することを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ。   The control means is configured such that the voltage and source of the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written to or read from the source line other than the source line connected to the nonvolatile memory cell to be written to or read from are controlled. A voltage that is in the middle of the line voltage, the voltage difference with the bit line voltage being equal to or less than the threshold voltage VF, and the voltage difference with the source line voltage being less than or equal to the threshold voltage VF is set. The non-volatile memory according to claim 6. 前記制御手段は、データ書き込み時またはデータ読み出し時、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線以外のビット線に対し、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧とソース線の電圧との中間の電圧であって、当該ビット線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下である電圧を設定することを特徴とする請求項11に記載の不揮発性メモリ。   The control means is connected to a nonvolatile memory cell to be written or read with respect to a bit line other than the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written or read at the time of data writing or data reading. A voltage difference between the bit line voltage and the source line voltage, the voltage difference from the bit line voltage being equal to or less than the threshold voltage VF, and the voltage difference from the source line voltage being The nonvolatile memory according to claim 11, wherein a voltage that is equal to or lower than the threshold voltage VF is set. 不揮発性メモリセルアレイと、制御手段とを具備し、
前記不揮発性メモリセルアレイは、
複数のソース線と、
前記複数のソース線と交差する複数のビット線と、
前記複数のソース線と前記複数のビット線との各交差部に各々対応して設けられた複数の不揮発性メモリセルであって、各々、通電方向により異なった方向に抵抗値が変化する抵抗変化型素子と、絶対値が閾値電圧以上である電圧が印加された場合に該電圧と同一極性の電流を通過させる双方向の閾素子とを有し、当該交差部において交差するビット線およびソース線間に前記抵抗変化型素子および前記閾素子を直列接続してなる複数の不揮発性メモリセルと有し、
前記制御手段は、前記不揮発性メモリセルアレイン内の1つの不揮発性メモリセルにデータを書き込む場合、書き込み対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線およびソース線間に、書き込みデータに対応した極性を有し、かつ、前記閾素子の閾値電圧をVFとした場合にVF≦|V(BL−SL)|≦2VFなる条件を満たす絶対値を有する電圧V(BL−SL)を設定し、前記不揮発性メモリセルアレイン内の1つの不揮発性メモリセルからデータを読み出す場合、読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線およびソース線間に、所定の極性を有し、かつ、VF≦|V(BL−SL)|≦2VFなる条件を満たす絶対値を有する電圧V(BL−SL)を設定し、書き込み時または読み出し時において、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリに接続されたソース線およびビット線以外のソース線およびビット線を、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線の電圧とソース線の電圧との中間のバイアス電圧であって、当該ビット線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下であり、かつ、当該ソース線の電圧との電圧差が前記閾値電圧VF以下である電圧に固定することを特徴とする不揮発性メモリ。
A non-volatile memory cell array and control means;
The nonvolatile memory cell array includes:
Multiple source lines,
A plurality of bit lines intersecting the plurality of source lines;
A plurality of nonvolatile memory cells provided corresponding to respective intersections of the plurality of source lines and the plurality of bit lines, each having a resistance change whose resistance value varies in a different direction depending on the energization direction Bit line and source line that have a type element and a bidirectional threshold element that allows a current having the same polarity as that voltage to pass when a voltage having an absolute value equal to or greater than the threshold voltage is applied. A plurality of nonvolatile memory cells formed by connecting the resistance variable element and the threshold element in series between the nonvolatile memory cell,
When writing data to one nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array, the control means corresponds to write data between a bit line and a source line connected to the nonvolatile memory cell to be written. A voltage V (BL-SL) having polarity and having an absolute value satisfying the condition of VF ≦ | V (BL−SL) | ≦ 2VF when the threshold voltage of the threshold element is VF, When reading data from one nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array, the bit line and the source line connected to the nonvolatile memory cell to be read have a predetermined polarity and VF ≦ | V (BL−SL) | ≦ 2VF The voltage V (BL−SL) having an absolute value satisfying the condition of the condition is set, and writing or reading A source line and a bit line other than a source line and a bit line connected to a non-volatile memory to be read or to be read, and a bit line voltage and a source line connected to a non-volatile memory cell to be written or read And a voltage difference between the voltage of the bit line and the voltage of the bit line is equal to or lower than the threshold voltage VF, and a voltage difference from the voltage of the source line is equal to or lower than the threshold voltage VF. A non-volatile memory characterized by being fixed to.
書き込み動作または読み出し動作が行われない期間、前記不揮発性メモリセルアレイの全てのビット線に前記バイアス電圧を印加するプリチャージ回路を具備し、
前記制御手段は、書き込み動作時または読み出し動作時において、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線以外の全てのビット線をオープン状態にすることにより、それらのビット線を前記バイアス電圧に固定することを特徴とする請求項13に記載の不揮発性メモリ。
A precharge circuit that applies the bias voltage to all the bit lines of the nonvolatile memory cell array during a period in which a write operation or a read operation is not performed;
In the write operation or the read operation, the control unit opens all the bit lines other than the bit lines connected to the nonvolatile memory cell to be written or read, thereby setting the bit lines. The nonvolatile memory according to claim 13, wherein the nonvolatile memory is fixed to the bias voltage.
前記制御手段は、書き込み動作時または読み出し動作時において、書き込み対象または読み出し対象である不揮発性メモリセルに接続されたビット線以外の全てのビット線に電源回路が出力するバイアス電圧を与えることにより、それらのビット線を前記バイアス電圧に固定することを特徴とする請求項13に記載の不揮発性メモリ。   The control means provides a bias voltage output from the power supply circuit to all the bit lines other than the bit line connected to the nonvolatile memory cell to be written or read at the time of the write operation or the read operation, 14. The nonvolatile memory according to claim 13, wherein the bit lines are fixed to the bias voltage.
JP2013065074A 2013-03-26 2013-03-26 Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory Active JP6163817B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013065074A JP6163817B2 (en) 2013-03-26 2013-03-26 Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013065074A JP6163817B2 (en) 2013-03-26 2013-03-26 Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014191837A true JP2014191837A (en) 2014-10-06
JP6163817B2 JP6163817B2 (en) 2017-07-19

Family

ID=51837956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013065074A Active JP6163817B2 (en) 2013-03-26 2013-03-26 Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6163817B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014139853A (en) * 2012-12-17 2014-07-31 Toppan Printing Co Ltd Non-volatile flip flop, non-volatile latch and non-volatile memory element
JP2022060149A (en) * 2020-10-02 2022-04-14 サンディスク テクノロジーズ エルエルシー Improved mram cross-point memory with reversed mram element vertical orientation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030169625A1 (en) * 2002-03-05 2003-09-11 Glen Hush Programmable conductor random access memory and method for sensing same
JP2006203098A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Sharp Corp Non-volatile semiconductor storage device
JP2008521253A (en) * 2004-11-17 2008-06-19 スパンジョン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Diode array architecture for handling nanoscale resistive memory arrays
JP2008541452A (en) * 2005-05-09 2008-11-20 サンディスク スリーディー,エルエルシー Nonvolatile memory cell with diode and resistivity switching material
JP2009170006A (en) * 2008-01-11 2009-07-30 Toshiba Corp Resistance change type memory
WO2010070895A1 (en) * 2008-12-18 2010-06-24 パナソニック株式会社 Non-volatile storage device and writing-in method for same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030169625A1 (en) * 2002-03-05 2003-09-11 Glen Hush Programmable conductor random access memory and method for sensing same
JP2008521253A (en) * 2004-11-17 2008-06-19 スパンジョン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Diode array architecture for handling nanoscale resistive memory arrays
JP2006203098A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Sharp Corp Non-volatile semiconductor storage device
JP2008541452A (en) * 2005-05-09 2008-11-20 サンディスク スリーディー,エルエルシー Nonvolatile memory cell with diode and resistivity switching material
JP2009170006A (en) * 2008-01-11 2009-07-30 Toshiba Corp Resistance change type memory
WO2010070895A1 (en) * 2008-12-18 2010-06-24 パナソニック株式会社 Non-volatile storage device and writing-in method for same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014139853A (en) * 2012-12-17 2014-07-31 Toppan Printing Co Ltd Non-volatile flip flop, non-volatile latch and non-volatile memory element
JP2022060149A (en) * 2020-10-02 2022-04-14 サンディスク テクノロジーズ エルエルシー Improved mram cross-point memory with reversed mram element vertical orientation
JP7064640B2 (en) 2020-10-02 2022-05-10 サンディスク テクノロジーズ エルエルシー Improved MRAM crosspoint memory with inverted vertical orientation of MRAM elements

Also Published As

Publication number Publication date
JP6163817B2 (en) 2017-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11430511B2 (en) Comparing input data to stored data
US11164635B2 (en) Operations on memory cells
US9001559B2 (en) Resistance change memory
JP5622715B2 (en) Semiconductor memory device
JP2011054232A (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of reading out the same
US9336871B2 (en) Resistance change memory
JP6102418B2 (en) Nonvolatile memory element, nonvolatile memory cell, and nonvolatile memory
JP5267629B2 (en) Non-volatile memory
JP6218353B2 (en) Nonvolatile dual port memory
US20180268878A1 (en) Non-volatile semiconductor memory device
JP6107472B2 (en) Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory including the nonvolatile memory cell
JP5267626B2 (en) Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory
US9443585B2 (en) Resistance change memory
US8498144B2 (en) Semiconductor storage device
JP6163817B2 (en) Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory
US10811095B2 (en) Semiconductor storage device
US10553644B2 (en) Test circuit block, variable resistance memory device including the same, and method of forming the variable resistance memory device
US20160365132A1 (en) Magnetoresistive memory device
JP2014017042A (en) Nonvolatile memory cell, nonvolatile memory cell array, and nonvolatile memory
US20170309321A1 (en) Peak Current Bypass Protection Control Device Applicable in MRAM
JP6146178B2 (en) Non-volatile memory
US9159404B2 (en) Nonvolatile memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170112

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170131

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170420

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170501

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170523

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170605

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6163817

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250