JP2018160166A - メモリシステム及び抵抗変化型メモリ - Google Patents
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Abstract
【課題】動作特性を向上する。【解決手段】実施形態のメモリシステムは、第1のデータを保持するメモリセルと、第1のデータ内のエラーの検出及び訂正が可能なECC回路とを含む抵抗変化型メモリと、抵抗変化型メモリの動作を制御するコントローラと、を含む。抵抗変化型メモリに対する読み出し動作時において、メモリセルからの前記第1のデータがエラーを含む場合、抵抗変化型メモリは、エラーが訂正された第2のデータDUと第1の信号Z1とをコントローラに送信し、コントローラは、第1の信号Z1に基づいて、制御信号DMと書き込みコマンドWRとを、抵抗変化型メモリに送信する。抵抗変化型メモリは、制御信号DMと書き込みコマンドWRに基づいて、第2のデータを、メモリセルに書き込む。【選択図】 図5
Description
本発明の実施形態は、メモリシステム及び抵抗変化型メモリに関する。
近年、メモリ素子に抵抗変化素子を用いた抵抗変化型メモリが、新たなメモリデバイスとして注目されている。
メモリの動作特性を向上する。
実施形態のメモリシステムは、第1のデータを保持するメモリセルと、前記第1のデータ内のエラーの検出及び訂正が可能なECC回路とを含む抵抗変化型メモリと、前記抵抗変化型メモリの動作を制御するコントローラと、を含み、前記抵抗変化型メモリに対する読み出し動作時において、前記メモリセルからの前記第1のデータがエラーを含む場合、前記抵抗変化型メモリは、前記エラーが訂正された第2のデータと第1の信号とを前記コントローラに送信し、前記コントローラは、前記第1の信号に基づいて、制御信号と書き込みコマンドとを、前記抵抗変化型メモリに送信し、前記抵抗変化型メモリは、前記制御信号と前記書き込みコマンドとに基づいて、前記第2のデータを、前記メモリセルに書き込む。
[実施形態]
図1乃至図12を参照して、実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付す。また、以下の実施形態において、区別化のために数字/英字が参照符号の末尾に付された構成要素が相互に区別されない場合、末尾の数字/英字が省略された表記が用いられる。
図1乃至図12を参照して、実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付す。また、以下の実施形態において、区別化のために数字/英字が参照符号の末尾に付された構成要素が相互に区別されない場合、末尾の数字/英字が省略された表記が用いられる。
(1)第1の実施形態
図1乃至9を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
図1乃至9を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
(a) 構成例
図1乃至図4を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの構成例について、説明する。
図1乃至図4を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの構成例について、説明する。
図1は、本実施形態のメモリシステムを説明するための模式図である。
図1に示されるように、メモリシステム990は、抵抗変化型メモリ1とメモリコントローラ9とを、少なくとも含む。
抵抗変化型メモリ1は、データを記憶できる。抵抗変化型メモリ1は、複数の端子(パッド又はピン)81,82,83,89を含む。端子81,82,83,89は、抵抗変化型メモリ1とメモリコントローラ9との間の各種の信号の送受信に用いられる。
例えば、端子81は、信号CAの受信に用いられる。信号CAは、コマンドCMD及びアドレスADRを含む。端子82,83は、各種の制御信号CNT,DMの送受信に用いられる。例えば、端子83は、データマスク信号DMの送受信に用いられる。端子89は、データDQの送受信に用いられる。データDQ(DQ<0:n>)は、抵抗変化型メモリ1とメモリコントローラ9との間で、転送される。
抵抗変化型メモリ1は、端子81,82,83,89に接続された配線を介して、メモリコントローラ9に電気的に接続されている。
メモリコントローラ9は、ホストデバイス999からの要求に基づいて、抵抗変化型メモリ1の動作を制御する。
メモリコントローラ9は、プロセッサ90を含む。
メモリコントローラ9は、プロセッサ90を含む。
プロセッサ90は、ホストデバイス999からの要求に応じて、メモリコントローラ90の内部回路(機能部)の制御、及び、各種の計算処理などを実行する。
プロセッサ90は、例えば、レジスタ99を含む。レジスタ99は、例えば、プロセッサ90内で生成されたデータ、抵抗変化型メモリ1からのデータ、抵抗変化型メモリ1の管理情報(例えば、アクセス履歴)を、一時的に保持できる。
例えば、メモリコントローラ9は、通常ルーチン制御回路91及び割り込みルーチン制御回路92を含む。プロセッサ90は、通常ルーチン制御回路91及び割込みルーチン制御回路92の動作を制御できる。
通常ルーチン制御回路91は、ホストデバイス999からの要求に応じた動作を抵抗変化型メモリ1に所定の順序で実行させるための計算処理及び制御を、行う。
割込みルーチン制御回路92は、メモリコントローラ9及び抵抗変化型メモリの動作状況に応じて、通常ルーチンの動作に対する動作の割り込み処理のための計算処理及び制御を、行う。
例えば、メモリコントローラ9は、抵抗変化型メモリ1の動作を制御するために、他のメモリデバイス7内の情報を用いてもよい。例えば、メモリデバイス7は、メモリシステム990内のDRAMである。
メモリデバイス7は、抵抗変化型メモリ1内のデータ/アドレスの管理テーブル、抵抗変化型メモリ1内のアドレス(メモリセル)に対するアクセス履歴などの各種の情報を保持する。
尚、メモリデバイス7は、メモリシステム990の外部(例えば、ホストデバイス)に設けられてもよいし、メモリコントローラ9の内部に設けられてもよい。メモリデバイス7は、DRAM以外のメモリ(例えば、フラッシュメモリ又はSRAM)でもよい。
メモリシステム990は、配線、コネクタ、ピン、パッド、ケーブル及び無線通信のうち少なくとも1つを用いて、ホストデバイス999に接続されている。
メモリコントローラ9とホストデバイス999との間のデータ転送は、例えば、あるインターフェイス規格に基づいて、実行される。
ホストデバイス999は、抵抗変化型メモリ1に対するデータの書き込み、及び、抵抗変化型メモリ1からのデータの読み出しを、メモリコントローラ9に要求する。
例えば、ホストデバイス999は、デジタルカメラ、スマートフォン、フューチャーフォン、ゲーム機器、サーバ、PC及びプロセッサなどの中から選択される少なくとも1つである。
例えば、ホストデバイス999は、デジタルカメラ、スマートフォン、フューチャーフォン、ゲーム機器、サーバ、PC及びプロセッサなどの中から選択される少なくとも1つである。
尚、抵抗変化型メモリ1は、メモリコントローラ9によって制御されること無しに、各種の信号及びコマンドに基づいて、ホストデバイス999によって直接制御されてもよい。また、抵抗変化型メモリ1は、メモリコントローラ9の内部又はホストデバイス999の内部に設けられてもよい。
図2は、本実施形態の抵抗変化型メモリ1の内部構成を説明するための模式図である。
本実施形態において、抵抗変化型メモリは、以下の回路10〜19を含む。
本実施形態において、抵抗変化型メモリは、以下の回路10〜19を含む。
図2に示されるように、抵抗変化型メモリ1は、メモリセルアレイ10を含む。
メモリセルアレイ10は、複数のメモリセルMCを含む。抵抗変化型メモリ1において、メモリセルMCは、メモリ素子(データ保持部)としての抵抗変化素子を有する。
メモリセルアレイ10は、複数のメモリセルMCを含む。抵抗変化型メモリ1において、メモリセルMCは、メモリ素子(データ保持部)としての抵抗変化素子を有する。
コマンド・アドレスラッチ回路11Aは、メモリコントローラ9(又はホストデバイス999)からのコマンドCMD及びアドレスADRを、一時的に保持する。
入出力回路(以下では、I/O回路とも表記される)11Bは、抵抗変化型メモリ1の動作タイミングに応じたデータDQの入出力が可能なような、メモリコントローラ9(又はホストデバイス999)からのデータ、及び、メモリセルアレイ10からのデータを、一時的に保持する。
デコード回路12は、コマンド・アドレスラッチ回路11Aから供給されたアドレスADRをデコードする。デコード回路12は、ロウデコーダ及びカラムデコーダを含む。例えば、ロウデコーダは、ページデコーダを含む。
ロウ制御回路13Aは、アドレスADRのロウアドレスのデコード結果に基づいて、メモリセルアレイ10のロウを選択する。
カラム制御回路13Bは、アドレスADRのカラムアドレスのデコード結果に基づいて、メモリセルアレイ10のカラムを選択する。
カラム制御回路13Bは、アドレスADRのカラムアドレスのデコード結果に基づいて、メモリセルアレイ10のカラムを選択する。
読み出し回路(読み出し制御回路ともよばれる)14は、メモリセルアレイ10からデータを読み出す。読み出し回路14は、カラム制御回路13Bを介して、メモリセルアレイ10に接続されている。読み出し回路14は、例えば、センスアンプ回路、読み出しドライバ及び読み出し制御信号生成回路などを含む。
書き込み回路(書き込み制御回路ともよばれる)15は、メモリセルアレイ10にデータを書き込む。書き込み回路15は、カラム制御回路13Bを介して、メモリセルアレイ10に接続されている。書き込み回路15は、例えば、書き込みドライバ/シンカ及び書き込み制御信号生成回路などを含む。
ECC(Error checking and correcting)回路16は、書き込まれるべきデータに対して、パリティを付加する。パリティが付加されたデータが、書き込み回路15によって、メモリセルアレイ10に書き込まれる。ECC回路16は、パリティに基づいてシンドロームを生成し、メモリセルアレイ10から出力されたデータに対するエラーの検出処理を行う。データ内にエラーが存在している場合において、ECC回路16は、検出されたエラーを訂正する。
ページバッファ回路(データ保持回路)17は、ECC回路16からのデータ(メモリセルアレイ10から読み出されたデータ)、及び、I/O回路11Bからのデータ(メモリセルアレイ10に書き込まれるべきデータ)を一時的に保持できる。ページバッファ回路17は、例えば、1ページ分のデータサイズのデータを、保持できる。
電圧生成回路18は、データの書き込み(書き込み動作)及びデータの読み出し(読み出し動作)に用いられる各種の電圧を生成する。電圧生成回路18は、各種の電圧を生成するために、抵抗変化型メモリ1の外部(例えば、メモリコントローラ9又はホストデバイス999)から供給された電圧を用いる。例えば、電圧生成回路18は、書き込みパルスジェネレータ及び読み出しパルスジェネレータを少なくとも含む。
シーケンサ19は、制御信号CNT,DM及びコマンドCMDに基づいて、上述の各回路の動作を制御する。シーケンサ19は、メモリセルアレイ10に対する書き込み動作及び読み出し動作を制御できる。尚、制御信号CNT,DMは、ラッチ回路(図示せず)に一時的に保持されてもよい。
例えば、抵抗変化型メモリ1は、メモリの制御単位として、複数のバンクBNKを含む。各バンクBNKは、メモリセルアレイ(サブアレイ)10、ロウ制御回路13A、カラム制御回路13B、読み出し回路14及び書き込み回路15を少なくとも含む。例えば、2以上のバンクBNKは、並列(実質的に同時)に動作可能である。例えば、アドレスADR内に、バンクアドレスが含まれる。これによって、複数のバンクBNKの中から1つのバンクが、選択可能になる。
図2の例では、ECC回路16及びページバッファ回路17が、各バンクBNKに対して設けられている。
例えば、シーケンサ19は、複数のバンクBNKに共有される。シーケンサ19は、複数のバンクBNKの動作を制御できる。
図3は、本実施形態の抵抗変化型メモリのメモリセルアレイの内部構成を説明するための等価回路図である。
図3に示されるように、複数のメモリセルMCは、メモリセルアレイ10内に、アレイ状に配列されている。
複数のワード線WL(WL<0>,WL<1>,・・・,WL<n−1>)は、メモリセルアレイ10内に設けられている。
複数のビット線BL(BL<0>,BL<1>,・・・,BL<m−1>),bBL(bBL<0>,bBL<1>,・・・,bBL<m−1>)が、メモリセルアレイ10内に設けられている。
複数のビット線BL(BL<0>,BL<1>,・・・,BL<m−1>),bBL(bBL<0>,bBL<1>,・・・,bBL<m−1>)が、メモリセルアレイ10内に設けられている。
X方向に配列された複数のメモリセルMCは、共通のワード線WLに接続されている。
アドレスADRのデコード結果に基づいて、ワード線WLの活性化及び非活性化が制御される。これによって、メモリセルアレイ10のロウに関して、アドレスADRに対応するメモリセルMCが選択される。
アドレスADRのデコード結果に基づいて、ワード線WLの活性化及び非活性化が制御される。これによって、メモリセルアレイ10のロウに関して、アドレスADRに対応するメモリセルMCが選択される。
Y方向に配列された複数のメモリセルMCは、共通のビット線BL,bBLに接続されている。以下において、メモリセルMCに接続された2つのビット線BL,bBLの組は、ビット線対ともよばれる。また、ビット線対の2つのビット線BL,bBLのうち一方のビット線(例えば、ビット線bBL)は、説明の区別化のために、ソース線ともよばれる。
例えば、メモリセルアレイ10は、階層ビット線方式を有する。この場合において、メモリセルアレイ10内に、グローバルビット線GBL,bGBLが、設けられている。各グローバルビット線GBL,bGBLに、複数のスイッチ素子(例えば、電界効果トランジスタ)M1(M1<0>,M1<1>,・・・,M1<m−1>),M2(M2<0>,M2<1>,・・・,M2<m−1>)が接続されている。
複数のビット線BLのそれぞれは、対応するスイッチ素子M1を介して、グローバルビット線GBLに接続される。複数のビット線bBLのそれぞれは、対応する複数のスイッチ素子M2を介して、グローバルビット線bGBLに接続されている。
アドレスADRのデコード結果に基づいて、スイッチ素子M1,M2の活性化(オン)及び非活性化(オフ)が制御される。これによって、メモリセルアレイ10のカラムに関して、アドレスADRに対応するメモリセルMCが選択される。
例えば、グローバルビット線GBL,bBLのそれぞれに、書き込みドライバ/シンカ150,151が接続されている。データの書き込み動作時において、2つの書き込みドライバ/シンカ150,151のうち、一方がドライバとして機能し、他方がシンカとして機能する。書き込みドライバ/シンカ150,151は、メモリセルMCに対するデータの書き込み方式に応じて、電圧源及び電流源のうち少なくとも一方を有する。
グローバルビット線GBLに、読み出しドライバ140が接続されている。グローバルビット線bGBLに、センスアンプ回路141が接続されている。
読み出しドライバ140は、メモリセルMCに対するデータの読み出し方式に応じて、電流源又は電圧源を含む。センスアンプ回路141は、メモリセルMCからの出力に起因する電流の電流値又はあるノードの電位変動をセンスし、センス結果の信号を増幅する。
各メモリセルMCは、メモリ素子100とセルトランジスタ200とを含む。
メモリ素子100の一方の端子(一端)は、ビット線BLに接続されている。メモリ素子100の他方の端子(他端)は、セルトランジスタ200の一方の端子(ソース/ドレインの一方)に接続されている。セルトランジスタ200の他方の端子(ソース/ドレインの他方)は、ビット線bBLに接続されている。セルトランジスタ200のゲートは、ワード線WLに接続されている。
メモリ素子100の一方の端子(一端)は、ビット線BLに接続されている。メモリ素子100の他方の端子(他端)は、セルトランジスタ200の一方の端子(ソース/ドレインの一方)に接続されている。セルトランジスタ200の他方の端子(ソース/ドレインの他方)は、ビット線bBLに接続されている。セルトランジスタ200のゲートは、ワード線WLに接続されている。
尚、メモリセルアレイ10の構成に応じて、1つのメモリセルMCが、2以上のメモリ素子100を含んでもよいし、1つメモリセルMCが、2以上のセルトランジスタ200を含んでもよい。メモリセルMC内において、1つのメモリ素子100に対して、2以上のセルトランジスタ200が接続されてもよいし、2以上のメモリ素子100に対して、1つのセルトランジスタ200が、接続されてもよい。
抵抗変化型メモリ1において、メモリ素子100は、抵抗変化素子である。
抵抗変化素子100は、複数の抵抗状態(抵抗値)を取り得る。抵抗変化素子100の取り得る複数の抵抗状態に対して、1ビット以上のデータが関連付けられる。
抵抗変化素子100は、複数の抵抗状態(抵抗値)を取り得る。抵抗変化素子100の取り得る複数の抵抗状態に対して、1ビット以上のデータが関連付けられる。
例えば、メモリセルMCは、1ビットのデータ(“0”データ及び“1”データ)を保持する。この場合において、抵抗変化素子100が第1の抵抗状態(例えば、低抵抗状態)に設定されることによって、メモリセルMCは、第1のデータ保持状態(例えば、“0”データ保持状態)に設定される。抵抗変化素子100が第2の抵抗状態(例えば、高抵抗状態)に設定されることによって、メモリセルMCは、第2のデータ保持状態(例えば、“1”データ保持状態)に設定される。
ある大きさの電圧又は電流が抵抗変化素子100に供給されることによって、抵抗変化素子100の抵抗状態は、変化する。抵抗変化素子100の抵抗状態が電圧によって変化するか又は電流によって変化するかは、抵抗変化素子100の種類に応じる。
例えば、本実施形態の抵抗変化型メモリ1は、MRAMである。MRAMにおいて、磁気抵抗効果素子が、抵抗変化素子100に用いられている。
図4は、本実施形態の抵抗変化型メモリに用いられるメモリ素子(磁気抵抗効果素子)の構造例を示す図である。図4は、磁気抵抗効果素子の断面構造を示している。
図4に示されるように、磁気抵抗効果素子100は、2つの磁性層110,120と、非磁性層130とを少なくとも含む。
2つの磁性層110,120のそれぞれは、磁化を有する。磁性層110の磁化の向きは、可変である。磁性層120の磁化の向きは、不変(固定状態)である。
本実施形態において、磁化の向きが可変な磁性層110は、記憶層110とよばれ、磁化の向きが不変な磁性層120は、参照層120とよばれる。
非磁性層130は、2つの磁性層110,120間に設けられている。非磁性層130は、トンネルバリア層130として機能する。例えば、トンネルバリア層130は、酸化マグネシウムを含む絶縁膜である。
例えば、2つの磁性層110,120及びトンネルバリア層130によって、磁気トンネル接合が、形成される。本実施形態において、磁気トンネル接合を有する磁気抵抗効果素子100は、MTJ素子100とよばれる。
例えば、磁性層110,120は、垂直磁気異方性を有している。磁性層110,120の磁化方向(磁化容易軸方向)は、磁性層の層面に対して、実質的に垂直である。磁性層110,120の磁化方向は、複数の層110,120,130の積層方向に対して、実質的に平行である。磁性層110,120の垂直磁気異方性は、磁性層の界面磁気異方性などを利用して生じる。磁性層の垂直磁気異方性を利用したMTJ素子は、垂直磁化型MTJ素子とよばれる。
MTJ素子(磁気抵抗効果素子)100の抵抗状態は、記憶層110の磁化の向きと参照層120の磁化の向きとの相対的な関係(磁化配列)に応じて、変わる。
記憶層110の磁化の向きが、参照層120の磁化の向きと同じ(平行)である場合、MTJ素子100は、第1の抵抗状態(第1の磁化配列状態)を有する。
記憶層110の磁化の向きが、参照層120の磁化の向きと反対(反平行)である場合、MTJ素子100は、第2の抵抗状態(第2の磁化配列状態)を有する。第2の抵抗状態を有するMTJ素子100の抵抗値は、第1の抵抗状態を有するMTJ素子100の抵抗値より高い。
このように、MTJ素子100は、2つの磁性層110,120の磁化配列に応じて、低抵抗状態及び高抵抗状態のうちいずれか1つの状態を取り得る。
本実施形態において、MTJ素子100における記憶層110の磁化の向きと参照層120の磁化の向きとが同じである磁化配列状態は、平行状態(又はP状態)とよばれる。MTJ素子100における記憶層110の磁化の向きと参照層120の磁化の向きとが反対である磁化配列状態は、反平行状態(又はAP状態)とよばれる。
(b) 動作
以下において、本実施形態の抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)の動作について、説明する。
以下において、本実施形態の抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)の動作について、説明する。
(b−1) メモリセルに対する書き込み動作及び読み出し動作
本実施形態のMRAMのメモリセルに対する書き込み動作及び読み出し動作について、説明する。ここでは、図4を参照して、MTJ素子を含むメモリセルの動作について説明する。
本実施形態のMRAMのメモリセルに対する書き込み動作及び読み出し動作について、説明する。ここでは、図4を参照して、MTJ素子を含むメモリセルの動作について説明する。
<書き込み動作>
本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCに対するデータの書き込みが実行される場合、MTJ素子100の磁化配列状態が、書き込むべきデータに対応した状態に設定される。
本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCに対するデータの書き込みが実行される場合、MTJ素子100の磁化配列状態が、書き込むべきデータに対応した状態に設定される。
本実施形態のMRAMにおいて、スピントルクを記憶層110の磁化に印加することによって記憶層110の磁化の向きを変える。このようなデータ書き込み方式は、STT(Spin Torque Transfer)方式とよばれる。STT方式を用いたMRAMは、STT−MRAMとよばれる。
STT−MRAMにおいて、MTJ素子100における2つの磁性層110,120の磁化配列は、例えば、MTJ素子100内に電流を流すことによって、変えることができる。MTJ素子100内に流れる電流の向きに応じて、記憶層110の磁化の向きが、変わる。
尚、参照層120の磁化の向きが不変(又は固定状態)であるとは、記憶層110の磁化の向きを反転させるためのある電流値を有する電流(磁化反転電流)が、参照層11内を流れた場合に、参照層120の磁化の向きが変化しないことを意味する。
STT−MRAMにおいて、電流に対する参照層120の磁化反転しきい値が、電流に対する記憶層110の磁化反転しきい値より大きくされる。これによって、参照層120の磁化の向きが、不変に設定される。
STT−MRAMにおいて、電流に対する参照層120の磁化反転しきい値が、電流に対する記憶層110の磁化反転しきい値より大きくされる。これによって、参照層120の磁化の向きが、不変に設定される。
本実施形態において、MTJ素子の磁化配列状態を変える(記憶層110の磁化の向きを変える)ための電流Iw1,Iw2は、書き込み電流Iw1,Iw2とよばれる。
書き込みドライバ/シンカ150,151が、書き込み電流Iw1,Iw2を、メモリセルMCに供給する。
メモリセルMCに書き込むべきデータに応じて、メモリセルMCに対する書き込み電流Iw1,Iw2の流れる向きが、制御される。
トンネルバリア層130を介して2つの磁性層110,120間を、書き込み電流が流れた場合、書き込み電流が含む電子に起因したスピントルクが、発生する。スピントルクが、記憶層110の磁化に印加されることによって、記憶層110の磁化の向きが、変わる。
トンネルバリア層130を介して2つの磁性層110,120間を、書き込み電流が流れた場合、書き込み電流が含む電子に起因したスピントルクが、発生する。スピントルクが、記憶層110の磁化に印加されることによって、記憶層110の磁化の向きが、変わる。
MTJ素子100の磁化配列状態が、AP状態からP状態に変化される場合、電流Iw1が、MTJ素子100内に流される。電流Iw1は、記憶層110から参照層120に向かって流れる。参照層120の磁化の向きと同じ向きのスピンを有する電子のスピントルクが、記憶層110の磁化に印加される。このスピントルクによって、記憶層110の磁化の向きが、参照層120の磁化の向きと同じになる。これによって、MTJ素子100の磁化配列状態は、AP状態からP状態に変わる。この結果として、MTJ素子100は、低抵抗状態に設定される。
尚、電流Iw1が、P状態のMTJ素子100内に流れたとしても、MTJ素子100は、P状態を維持する。
MTJ素子100の磁化配列状態が、P状態からAP状態に変化される場合、電流Iw2が、MTJ素子100内に流される。電流Iw2は、参照層120から記憶層110に向かって、流れる。参照層120の磁化の向きと反対の向きのスピンを有する電子のスピントルクが、記憶層110の磁化に印加される。このスピントルクによって、記憶層110の磁化の向きは、参照層120の磁化の向きと反対になる。
これによって、MTJ素子100の磁化配列状態は、P状態からAP状態に変わる。この結果として、MTJ素子100は、高抵抗状態に設定される。
尚、電流Iw2が、AP状態のMTJ素子100内に流れたとしても、MTJ素子100は、AP状態を維持する。
このように、MTJ素子100内を流れる書き込み電流Iw1,Iw2の向きに応じて、MTJ素子100の抵抗状態(磁化配列状態)は、変化する。
この結果として、本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCに対する所定のデータの書き込みが、可能になる。
この結果として、本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCに対する所定のデータの書き込みが、可能になる。
<読み出し動作>
本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCからのデータの読み出しが実行される場合、MTJ素子100の抵抗状態に応じたメモリセルMCの出力の大きさに基づいて、メモリセルMC内のデータが判定される。
本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCからのデータの読み出しが実行される場合、MTJ素子100の抵抗状態に応じたメモリセルMCの出力の大きさに基づいて、メモリセルMC内のデータが判定される。
例えば、メモリセルMCの出力の大きさは、MTJ素子100内に電流Irを流すことによって、センスされる。
本実施形態において、MTJ素子100の抵抗状態を判定するための電流Irは、読み出し電流Irとよばれる。読み出し電流Irの電流値は、書き込み電流Iw1,Iw2の電流値より小さい。
MTJ素子100の抵抗状態に応じて、メモリセルMCから出力される電流の電流値が、変化する、又は、メモリセルMCに接続されたノードの電位が、変化する。
メモリセルMCから出力される電流の電流値又はノードの電位が、センスアンプ回路141によって、センスされる。センスアンプ回路141は、センス結果と参照値とを比較する。センスアンプ回路141は、比較結果を示す信号値を増幅し、出力する。
この比較結果に基づいて、MTJ素子100の抵抗状態が、判定される。例えば、MTJ素子100が高抵抗状態である場合、メモリセルMCからの出力電流の電流値(又はあるノードの電位)は、参照値より小さい。これに対して、MTJ素子100が低抵抗状態である場合、メモリセルMCからの出力電流の電流値(又はあるノードの電位)は、参照値より大きい。
比較結果に基づいた信号値が、メモリセルMC内のデータとして、扱われる。
このように、本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCからのデータ読み出しが、可能である。
このように、本実施形態のMRAMにおいて、メモリセルMCからのデータ読み出しが、可能である。
(b−2) 基本動作例
図5を用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作の基本例について、説明する。ここでは、図1乃至図4も適宜参照して、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作について説明する。
図5を用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作の基本例について、説明する。ここでは、図1乃至図4も適宜参照して、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作について説明する。
図5は、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの読み出し動作を示すタイミングチャートである。図5の(a)及び(b)において、メモリコントローラ9とMRAM1との間で送受信される各種の信号が、示されている。
図5の(a)は、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの第1の動作モードのタイミングチャートを示す。
図5の(a)に示されるように、メモリコントローラ9は、クロック信号CLKに基づいたタイミングで、アクティブコマンドACT及びアドレスADRを、信号CAとしてMRAM1に送信する。
MRAM1は、端子81を介して、アクティブコマンドACT及びアドレスADRを受信する。アクティブコマンドACT及びアドレスADRは、コマンド・アドレスラッチ回路11A内に格納される。例えば、コマンドACTと共に送受信されるアドレスADRは、バンクアドレス及びロウアドレスである。
メモリコントローラ9は、アクティブコマンドACTの送信からある期間tRCDが経過した後に、読み出しコマンドRD及びアドレスADRを、信号CAとしてMRAM1に送信する。
MRAM1は、端子81を介して、読み出しコマンドRD及びアドレスADRを受信する。読み出しコマンドRD及びアドレスADRは、コマンド・アドレスラッチ回路11A内に格納される。例えば、コマンドRDと共に送受信されるアドレスADRは、カラムアドレスである。
デコード回路12は、アドレスADRをデコードする。デコード回路12は、デコード結果を、ロウ制御回路13A及びカラム制御回路13Bに出力する。
ロウ制御回路13Aは、アクティブコマンドACT及びデコード結果に基づいて、メモリセルアレイ10のロウを制御する。これによって、アドレスADRに対応するワード線(選択ワード線)WLが活性される。
カラム制御回路13Bは、デコード結果に基づいて、メモリセルアレイ10のカラムを制御する。例えば、デコード結果に基づいて、制御信号CSLの信号レベルを制御する。複数のスイッチ素子のうち、“H(high)”レベルの制御信号が供給されたスイッチ素子M1,M2が、オンする。これによって、アドレスADRに対応するグローバルビット線GBL,bGBL及びローカルビット線BL,bBLが、活性化される。
ワード線WL及びビット線BL,bBLの活性化によって、アドレスADRに示されるメモリセルMCが、選択される。以下において、アドレスADRに基づいて選択されたメモリセルは、選択セルとよばれる。
ワード線の活性化のための期間(以下では、活性化期間ともよぶ)T1が経過した後、MRAM1は、コマンドに基づいた動作を、選択セルMCに対して実行する。
選択セルからのデータの出力(信号のセンス及び比較)のための期間(以下では、出力期間ともよぶ)T2において、読み出しコマンドRDに基づいて、選択セルMCからデータが、読み出される。
選択セルからのデータの出力(信号のセンス及び比較)のための期間(以下では、出力期間ともよぶ)T2において、読み出しコマンドRDに基づいて、選択セルMCからデータが、読み出される。
例えば、本実施形態のMRAMにおいて、ページ単位で、データの読み出しが実行される。この場合、データ読み出し時において、複数の選択セルに対して読み出し動作が実行され、1ページ分のデータサイズのデータが、メモリセルアレイ10から出力される。
ECC処理のための期間(以下では、ECC期間ともよぶ)T3において、ECC回路16は、選択セルMCから出力されたデータに対して、エラー検出処理を実行する。
データ内にエラーが検出された場合、ECC回路16は、データに対してエラー訂正処理を実行する。ECC回路16は、エラーが訂正されたデータ(以下では、訂正データともよばれる)を、ページバッファ回路17へ出力する。
データ内にエラーが検出された場合、ECC回路16は、データに対してエラー訂正処理を実行する。ECC回路16は、エラーが訂正されたデータ(以下では、訂正データともよばれる)を、ページバッファ回路17へ出力する。
データ内にエラーが検出されない場合、ECC回路16は、エラー訂正処理を実行しない。ECC回路16は、エラーが訂正されないデータ(以下では、正常データともよばれる)を、ページバッファ回路17へ出力する。
ページバッファ回路17は、ECC回路16からのデータを保持する。
ページバッファ回路17内のデータが、あるタイミングで、I/O回路11Bに出力される。
ページバッファ回路17内のデータが、あるタイミングで、I/O回路11Bに出力される。
I/O回路11Bは、読み出しコマンドRDの受信を起点として設定された期間(リードレイテンシ)RLetに基づいたタイミングで、端子89を介して、データユニットDUを、メモリコントローラ9へ送信する。データユニットDUは、1ビットのデータDQの集合である。
例えば、データユニットDUは、バースト長に応じたデータサイズを有するデータである。図5の例において、データユニットDUにおけるバースト長は、4に設定されている。例えば、4のバースト長を有するデータユニットDUは、2サイクルで送信される。尚、データユニットのバースト長は、8でもよいし、16でもよい。例えば、8のバースト長のデータユニットは、4サイクルで送信される。例えば、16のバースト長のデータユニットは、8サイクルで送信される。複数のデータユニットの送信によって、1ページ分のデータが送信されてもよい。
本実施形態のMRAM1において、ECC回路16は、データ内のエラーの有無(エラー訂正処理の実行の有無)を、シーケンサ19に通知できる。
シーケンサ19は、ECC回路16からの通知(信号)に基づいて、データ内のエラーの有無を示す信号(フラグ)FWBを、メモリコントローラ9(又はホストデバイス999)へ送信する。
シーケンサ19は、ECC回路16からの通知(信号)に基づいて、データ内のエラーの有無を示す信号(フラグ)FWBを、メモリコントローラ9(又はホストデバイス999)へ送信する。
メモリコントローラ9は、フラグFWBを受信する。
メモリコントローラ9は、受信したフラグFWBに基づいて、ECC処理が実行されたか否か判別する。
メモリコントローラ9は、受信したフラグFWBに基づいて、ECC処理が実行されたか否か判別する。
図5の(a)のように、エラー訂正処理が実行されたことを示す信号(例えば、第1の信号レベルの信号)Z1が、フラグFWBとしてMRAM1からメモリコントローラ9へ送信された場合、メモリコントローラ9は、MRAM1がライトバック処理を実行するように、各種の信号CA,CNTを、MRAM1に送信する。
本実施形態において、メモリコントローラ9が、MRAM1にライトバック処理の実行を指示する場合、メモリコントローラ9は、書き込みコマンドWRとともに、第1の信号レベルの信号X1をデータマスク信号DMとして、MRAM1に送信する。
MRAM1は、書き込みコマンドWR及びレベルX1を有するデータマスク信号DMに基づいて、期間(以下では、ライトバック期間ともよぶ)T4において、ライトバック処理を実行する。例えば、本実施形態において、ライトバック処理は、メモリシステム1のデータマスク機能を利用して、実行される。
MRAM1は、ライトバック処理において、読み出しコマンドRDに対応するアドレスADRの選択セルMCに対して、ページバッファ回路17内の訂正データを、書き込み回路15によって、書き込む。
これによって、エラーが訂正されたデータが、選択セルMC内に書き込まれる。
メモリコントローラ9は、読み出しコマンドRDの送信(または、MRAM1におけるコマンドRDの受信)を起点として設定された期間(読み出しコマンドの送信からプリチャージコマンドの送信までの期間)tRTPaが経過したタイミングで、プリチャージコマンドPCG及びアドレスADRを、MRAM1に送信する。
MRAM1は、プリチャージコマンドPCG及びアドレスADRを受信する。これによって、MRAM1は、期間(以下では、プリチャージ期間ともよぶ)T5において、アドレスADRに対応する配線(例えば、グローバルビット線及びビット線)に対するプリチャージ動作を実行する。これによって、MRAM1内の配線は、充電される。尚、プリチャージコマンドPCGと共に送信されるアドレス(アドレス値)は、読み出しコマンドと共に送信されるアドレスと同じである。
このように、読み出しデータ内にエラーが有る場合(エラー訂正処理が実行された場合)、本実施形態のメモリシステムにおいて、読み出し動作とプリチャージ動作との間にライトバック処理を含む第1のモードが、実行される。
図5の(b)は、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの第2の動作モードのタイミングチャートを示している。
図5の(b)において、ECC処理時において、データ内のエラーが検出されず、エラー訂正処理が実行されない場合が、示されている。
図5の(a)の動作と実質的に同じ動作によって、メモリコントローラ9からのコマンドに基づいて、データが、MRAM1からメモリコントローラ9へ転送される。
データに対するエラーの訂正が無い場合、図5の(b)に示されるように、エラー訂正処理が実行されないことを示す信号(例えば、第2の信号レベルの信号)Z2が、フラグFWBとして、MRAM1からメモリコントローラ9へ送信される。この場合、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の指示無しに、MRAM1がプリチャージ動作を実行するように、各種の信号CA,CNTを、MRAM1に送信する。
この場合において、メモリコントローラ9は、データマスク信号DMとして第2の信号レベルの信号X2を、MRAM1に送信する。また、メモリコントローラ9は、書き込みコマンドWRを発行しない。それゆえ、書き込みコマンドWRは、MRAM1に送信されない。
メモリコントローラ9は、書き込みコマンドWRの送信無しに、読み出しコマンドRDの受信(送信)を起点として設定された期間(読み出しコマンドの送信からプリチャージコマンドの送信までの期間)tRTPbで、プリチャージコマンドPCGを、MRAM1に送信する。
MRAM1は、プリチャージコマンドPCG及びアドレスADRを受信する。これによって、MRAM1は、アドレスADRに対応する配線をプリチャージする。
本実施形態において、フラグFWBが信号Z2に設定される場合(ライトバック処理が実行されない場合)における期間tRTPbは、フラグFWBが信号Z1に設定される場合(ライトバック処理が実行される場合)における期間tRTPaより短い。
このように、読み出しデータ内にエラーが無い場合(エラーの訂正が実行されない場合)、本実施形態のメモリシステムにおいて、読み出し動作とプリチャージ動作との間にライトバック処理を含まない第2のモードが、実行される。
以上のように、本実施形態のメモリシステム900及びMRAM1において、MRAM1のライトバック処理の実行の有無は、メモリコントローラ9によって制御される。
本実施形態のメモリシステム900及びMRAM1は、ライトバック処理の有無に応じて、プリチャージの実行のタイミングを制御できる。
本実施形態のメモリシステム900及びMRAM1は、ライトバック処理の有無に応じて、プリチャージの実行のタイミングを制御できる。
この結果として、図5に示されるように、本実施形態のメモリシステム900及びMRAM1は、ライトバック処理の実行が無しである場合、読み出しコマンドの送信からプリチャージの開始までの期間を、短縮できる。
それゆえ、本実施形態のメモリシステム900及びMRAM1は、メモリシステム及び抵抗変化型メモリの動作を高速化できる。
したがって、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、メモリシステム及び抵抗変化型メモリの動作特性を向上できる。
(c) 具体例
図6乃至図9を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの具体例について、説明する。
図6乃至図9を参照して、第1の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの具体例について、説明する。
(c−1) 構成例
図6を用いて、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)の構成の具体的な一例を説明する。
図6を用いて、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)の構成の具体的な一例を説明する。
図6は、本実施形態のMRAMの読み出し動作時及びライトバック処理に関わる内部構成(回路)における信号の流れを模式的に示している。
図6に示されるように、読み出し動作時において、読み出し動作に関する制御信号(以下では、リードスタート信号ともよぶ)RLENが、シーケンサ19からセンスアンプ回路141に供給される。センスアンプ回路141は、リードスタート信号RLENに基づいて、活性化され、動作する。
例えば、データの読み出しは、ページ単位で実行される。
図6において、1つのメモリセル及び1つのセンスアンプ回路141のみが、図示されている。しかし、データの読み出し動作時において、ページサイズに応じた複数のメモリセル(複数のカラム)が同時に選択され、複数のセンスアンプ回路141が、並列に動作する。
図6において、1つのメモリセル及び1つのセンスアンプ回路141のみが、図示されている。しかし、データの読み出し動作時において、ページサイズに応じた複数のメモリセル(複数のカラム)が同時に選択され、複数のセンスアンプ回路141が、並列に動作する。
センスアンプ回路141は、選択セルから読み出したデータを、ECC回路16に供給する。
ECC回路16は、エラーの検出及び訂正の結果に基づいて、フラグFWBを生成する。ECC回路16は、フラグFWBを、シーケンサ19を介して、MRAM1の外部(例えば、メモリコントローラ9)へ出力する。フラグFWBの外部への出力と共に、ECC回路16は、判定回路190へ出力する。例えば、フラグFWBは、1ビット以上の信号である。尚、ECC回路16によるECC処理の結果を示す信号(情報)に基づいて、シーケンサ19が、ライトバック処理に関するフラグFWBの値を設定(又はフラグを生成)してもよい。
ECC回路16は、ECC処理後のデータを、ページバッファ回路17に供給する。
ページバッファ回路17は、少なくともライトバック処理の実行の要否が判定されるまでの期間において、ECC回路16からのデータを保持する。例えば、ページバッファ回路17は、データの保持状態を、書き込み制御信号生成回路180に通知できる。
ページバッファ回路17は、少なくともライトバック処理の実行の要否が判定されるまでの期間において、ECC回路16からのデータを保持する。例えば、ページバッファ回路17は、データの保持状態を、書き込み制御信号生成回路180に通知できる。
判定回路(第1の判定回路)190は、フラグFWB及び信号CLMを用いた計算処理を行う。判定回路190は、計算処理によって、判定回路190に対応する選択セル(選択カラム)が、ライトバック処理の対象であるか否かを判定する。
例えば、信号CLMは、デコード回路12内から供給される。信号CLMは、カラムアドレスに基づいて、生成される。例えば、信号CLMは、カラムアドレスのデコード結果である。
判定回路190は、判定結果を示す信号YYを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
フラグFWBが選択セル内のデータがエラーを含まないことを示し、且つ、カラムアドレスのデコード結果が判定回路190に対応するメモリセルを示していない場合、判定回路190は、信号YYの信号レベルを、“L”レベルに設定する。
フラグFWBが選択セル内のデータがエラーを含むことを示す場合、又は、カラムアドレスのデコード結果CLMが判定回路190に対応するメモリセルを示している場合、判定回路190は、信号YYの信号レベルを、“H”レベルに設定する。
フラグFWBが選択セル内のデータがエラーを含むことを示す場合、又は、カラムアドレスのデコード結果CLMが判定回路190に対応するメモリセルを示している場合、判定回路190は、信号YYの信号レベルを、“H”レベルに設定する。
判定回路190の信号YYによって、選択セル(選択アドレス)内のデータに、エラーが生じているか否か、示される。
例えば、判定回路190は、シーケンサ19内に設けられてもよい。例えば、判定回路190は、ORゲート(論理和回路)を含む。
制御回路191に、制御信号BWEN2が供給される。制御信号BWEN2は、複数のインバータ198A,198B及び遅延回路199等を介して、制御回路191に供給される。制御信号(ライトスタート信号)BWEN2は、書き込み動作の開始のタイミングを示す。例えば、ライトスタート信号BWEN2によって、制御回路191は、活性化される。
制御回路191に、制御信号BWEN2が供給される。制御信号BWEN2は、複数のインバータ198A,198B及び遅延回路199等を介して、制御回路191に供給される。制御信号(ライトスタート信号)BWEN2は、書き込み動作の開始のタイミングを示す。例えば、ライトスタート信号BWEN2によって、制御回路191は、活性化される。
制御回路(第2の判定回路)191は、コマンドCMD及びデータマスク信号DMを用いた計算処理を実行する。制御回路191は、計算結果を示す信号(以下では、ライトイネーブルスタート信号ともよぶ)BWENSを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
例えば、制御回路191は、コマンドCMDが書き込みコマンドを示し、且つ、データマスク信号DMがライトバック処理の実行を示している場合、信号BWENSの信号レベルを、“H”レベルに設定する。
制御回路191は、コマンドCMDが書き込みコマンドを示さない場合、又は、データマスク信号DMがライトバック処理の実行を示していない場合、信号BWENSの信号レベルを、第1のレベルと異なる第2のレベル(例えば、“L”レベル)に設定する。
尚、ライトスタート信号BWEN2が、コマンドCMD及び信号DMと共に、制御回路191における書き込み動作(ライトバック処理)の制御のための計算処理に用いられてもよい。
例えば、制御回路191は、シーケンサ19内に設けられてもよい。
書き込み制御信号生成回路180は、判定回路190からの信号YYと、制御回路191からの信号BWENSに基づいて、ライトバック処理を制御するためのライトイネーブル信号WENの信号レベルを制御する。
書き込み制御信号生成回路180は、信号YYが選択アドレス内のデータにエラーが生じていることを示し、且つ、信号BWENSがデータマスク状態の書き込み動作(ページバッファ回路17内のデータを用いた書き込み動作)を示している場合、ライトバック処理の実行を示すライトネーブル信号WENを、出力する。
書き込みドライバ/シンカ150,151は、ライトイネーブル信号WENに基づいて、メモリセルMCに、書き込み電流を、メモリセルMCに供給する。
ライトバック処理時において、ページバッファ回路17のデータが、メモリセルMCに書き込まれる。
ページバッファ回路17のデータは、ECC回路16を経由して、書き込みドライバ/シンカ150,151に供給される。データに基づいて、書き込み電流を流す方向が決定される。
例えば、ページバッファ回路17のデータがECC回路16を経由する場合、ECC回路16は、データに対してECC処理のための計算処理を再度実行する。尚、ECC回路16による再度の計算処理無しに、ページバッファ回路17のデータが、直接的に又は間接的に、書き込みドライバ/シンカ150,151に供給されてもよい。
尚、図6に示されるライトバック処理の判定のための回路は一例であって、ページバッファ回路17内のデータを用いてライトバック処理を実行する回路構成であれば、図6に示される回路に限定されない。
上述のように、本実施形態において、MRAM1は、読み出しコマンドに対応した読み出し動作時に、ECC回路16によるデータのエラー訂正の有無を示すフラグFWBを、メモリコントローラ9に送信する。
例えば、ECC回路16によるエラーの訂正が実行された場合、MRAM1は、“H(high)”レベルの信号Z1を、フラグFWBとして、メモリコントローラ9に送信する。
この一方で、ECC回路16によるエラーの訂正が実行されない場合、MRAM1は、“L(low)”レベルの信号Z2を、フラグFWBとして、メモリコントローラ9に送信する。
この一方で、ECC回路16によるエラーの訂正が実行されない場合、MRAM1は、“L(low)”レベルの信号Z2を、フラグFWBとして、メモリコントローラ9に送信する。
メモリコントローラ9は、MRAM1からのフラグFWBに基づいて、コマンドの発行及び制御信号の設定を、実行する。
メモリコントローラ9が、フラグFWB(“H”レベルの信号Z1)に基づいてライトバック処理を実行すると判定した場合、メモリコントローラ9は、書き込みコマンドWRをコマンドCMDとして送信するとともに、“H”レベルのデータマスク信号DM(信号X1)を、MRAM1に送信する。
これによって、本実施形態のMRAM1は、ページバッファ回路17内のデータ(訂正データ)を用いたライトバック処理を、プリチャージ動作の実行前に実行する。
これによって、本実施形態のMRAM1は、ページバッファ回路17内のデータ(訂正データ)を用いたライトバック処理を、プリチャージ動作の実行前に実行する。
本実施形態のMRAM1は、ライトバック処理の終了後に、プリチャージ動作を実行する。
メモリコントローラ9が、フラグFWB(“L”レベルの信号Z2)に基づいてライトバック処理を実行しないと判定した場合、メモリコントローラ9は、プリチャージコマンドPCGを、コマンドCMDとして送信する。この場合において、メモリコントローラ9は、“L”レベルのデータマスク信号DM(信号X2)を、MRAM1に送信する。
それゆえ、制御回路191に、プリチャージコマンドPCG及び“L”レベルの信号DMが、供給される。
それゆえ、制御回路191に、プリチャージコマンドPCG及び“L”レベルの信号DMが、供給される。
これによって、本実施形態のMRAM1は、ライトバック処理を実行すること無しに、プリチャージ動作を実行する。
(c−2) 動作例
図7乃至図9を用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作例について、説明する。
ここでは、図1乃至図6も適宜用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMのより具体的な動作例について、説明する。
図7乃至図9を用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作例について、説明する。
ここでは、図1乃至図6も適宜用いて、本実施形態のメモリシステム及びMRAMのより具体的な動作例について、説明する。
図7は、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作を説明するためのフローチャートである。図8及び図9は、本実施形態のメモリシステム及びMRAMの動作を説明するためのタイミングチャートである。
図7に示されるように、ホストデバイス999からデータの読み出しが要求された場合、メモリコントローラ9は、コマンドを、MRAM1に送信する(ステップS0)。
図8(及び図5)に示されるように、メモリコントローラ9は、時刻tr0において、アクティブコマンドACT及びアドレス(バンクアドレスBKA及びロウアドレス)ADRをMRAM1に送信する。
メモリコントローラ9は、時刻tr1において、読み出しコマンドRD及びアドレス(カラムアドレス)ADRをMRAM1に送信する。
MRAM1において、シーケンサ19は、アクティブコマンドACT及び読み出しコマンドRDに基づいて、読み出し動作を開始する(ステップS1)。
シーケンサ19は、アクティブコマンドACTに基づいて、ワード線WLの活性化を制御する。シーケンサ19は、読み出しコマンドRDに基づいて、読み出し動作のための制御信号を、制御する。
アドレスADRに示されるメモリセルMCが、ロウ及びカラム制御回路13A,13Bによって選択される。これによって、選択セルMCは、データの出力が可能な状態に設定される。
MRAM1の内部において、シーケンサ19は、選択セルからのデータの読み出しを行う(ステップS2)。
MRAM1の内部において、シーケンサ19は、選択セルからのデータの読み出しを行う(ステップS2)。
シーケンサ19は、あるタイミングにおいて、リードスタート信号RLENの信号レベルを制御し、センスアンプ回路141を活性化させる。
これによって、選択セルMCからの出力信号が、センスアンプ回路141によって、検知及び増幅される。この結果として、選択セルMC内のデータが読み出される。例えば、1ページ分のデータが、メモリセルアレイ10から読み出される。
選択セルMCからのデータは、ECC回路16に供給される。
ECC回路16は、選択セルMCからのデータに対して、ECC処理を実行する(ステップS3)。
ECC回路16は、選択セルMCからのデータに対して、ECC処理を実行する(ステップS3)。
ECC回路16は、エラー検出処理によって、データ内にエラーが有るか否か、判定する。
データ内にエラーが検出された場合、ECC回路16は、エラー訂正処理によって、データ内のエラーを訂正する。これによって、エラーが訂正されたデータ(訂正データ)が、生成される。
ECC回路16は、訂正データを、ページバッファ回路17へ転送する。
ECC回路16は、訂正データを、ページバッファ回路17へ転送する。
この一方で、データ内にエラーが検出されない場合、ECC回路16は、エラー訂正処理無しに、メモリセルMCからのデータ(正常データ)を、ページバッファ回路17へ転送する。
ページバッファ回路17は、ECC回路16からのデータ(訂正データ又は正常データ)を、受ける。ページバッファ回路17は、新たなデータが供給されるまでの期間において、データを保持する。
エラーの訂正が実行された場合(ステップS4のYES)、ECC回路16は、第1の信号(例えば、“H”レベルの信号)を、フラグFWBに設定する(ステップS5A)。
データ内にエラーが存在せず、エラーの訂正が実行されなかった場合(ステップS4のNO)、ECC回路16は、フラグFWBとしての信号の信号レベルを、第2の信号(例えば、“L”レベルの信号)を、フラグFWBに設定する(ステップS5B)。
データ内にエラーが存在せず、エラーの訂正が実行されなかった場合(ステップS4のNO)、ECC回路16は、フラグFWBとしての信号の信号レベルを、第2の信号(例えば、“L”レベルの信号)を、フラグFWBに設定する(ステップS5B)。
シーケンサ19は、ページバッファ回路17内のデータを、読み出しコマンドRDに対する読み出しデータDQとして、メモリコントローラ9へ転送する(ステップS6)。
例えば、図8に示されるように、シーケンサ19は、リードレイテンシRLetに基づいたタイミング(時刻tr2)で、データストローブ信号DQSを駆動する。これによって、MARMA1がデータDQを送信可能であることを、メモリコントローラ9に通知する。データストローブ信号DQSの信号レベルの遷移に同期したタイミングで、データDQが、MRAM1からメモリコントローラ9に転送される。
本実施形態のMRAM1において、時刻tr3において、ECC回路17(又はシーケンサ19)は、エラー訂正の有無を示すフラグFWBを、データDQと共に、メモリコントローラ9へ転送する。フラグFWBは、データDQの転送中に、メモリコントローラ9へ転送されてもよいし、データDQの転送の前又は後に、転送されてもよい。
尚、フラグFWBの転送のための端子として、MRAM1のリザーブ端子(拡張機能端子)が用いられてもよいし、新たな端子がMRAM1のチップ(パッケージ)に設けられてもよい。また、MRAM1の既存の端子のうち、MRAM1からメモリコントローラ9へのデータの転送中に未使用状態となる端子が、フラグFWBの転送に用いられてもよい。
メモリコントローラ9は、MRAM1から転送されたデータDQ及びフラグFWBを受信する(ステップS7)。
メモリコントローラ9は、データDQをホストデバイス999へ転送する。メモリコントローラ9は、フラグFWBを解析する。
メモリコントローラ9は、データDQをホストデバイス999へ転送する。メモリコントローラ9は、フラグFWBを解析する。
メモリコントローラ9は、フラグFWBの解析結果に基づいて、MRAM1内のECC処理において、エラー訂正が実行されたか否か(メモリセル内のデータのエラーの有無)を、判定する(ステップS8)。
メモリコントローラ9が、フラグFWBの解析結果に基づいて、エラー訂正動作が実行されたと判定した場合(フラグFWBが“H”レベルの信号Z1であった場合)、メモリコントローラ9は、ライトバック処理を、MRAM1に指示する(ステップS9)。
メモリコントローラ9は、ライトバック処理の実行を指示するために、書き込みコマンドWDとデータマスク信号DMとを、MRAM1に送信する。
図9に示されるように、時刻tw0において、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の実行のために、アクティブコマンドACT(及びアドレスADR)を送信する。その後、時刻tw1において、メモリコントローラ9は、書き込みコマンドWR(及びアドレス)を送信する。尚、ライトバック処理の指示時に送信されるアドレス(アドレス値)ADRは、読み出し動作時に送信されたアドレスADRと同じである。
MRAM1は、書き込みコマンドWR、アドレスADR及びデータマスク信号DMを受信する(ステップS10)。
シーケンサ19は、書き込みコマンドWRに基づいて、書き込み動作(ライトバック処理)を実行するための各種の制御を行う(ステップS10)。
シーケンサ19は、書き込みコマンドWRに基づいて、書き込み動作(ライトバック処理)を実行するための各種の制御を行う(ステップS10)。
ライトレイテンシWLetに基づいたタイミング、例えば、時刻tw2において、データストローブ信号DQSが、駆動される。
メモリコントローラ9は、データストローブ信号DQSのタイミングに基づいて、時刻tw3において、データマスク信号DMの信号レベルを、“H”レベルに設定する。尚、ライトバック処理の実行時において、メモリコントローラ9は、データをMRAM1に送信しない。この場合において、例えば、データ線DQの電位は、不定状態に設定されている。
尚、MRAM1に対する外部からのデータの書き込み動作(通常書き込みとよぶ)時において、時刻tw3において、データマスク信号DMの信号レベルが“L”レベルに設定された状態で、書き込むべき外部データがデータ線DQ上に出力される。
例えば、本実施形態のメモリシステムにおいて、ライトバック処理の指示時において、ライトバック処理の対象領域(例えば、ページ)に対応するデータマスク信号DMの信号レベルは、書き込みコマンドに対応するデータ転送期間(データ転送期間の開始から終了までの期間)の全体にわたって、“H”レベルに設定されている。
このように、本実施形態のメモリシステムにおいて、MRAM1は、書き込みコマンドWRとデータマスク信号DMとに基づいて、ライトバック処理を実行できる。
MRAM1は、書き込みコマンドWR及び“H”レベルのデータマスク信号DMに基づいて、ページバッファ回路17内のデータ(訂正データ)を、選択セルMCに書き込む。
判定回路190は、信号(カラムアドレスADRのデコード結果)CLMとフラグFWBとに基づいて、制御信号YYの信号レベルを制御する。
判定回路190は、制御信号YYを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
判定回路190は、制御信号YYを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
制御回路191は、書き込みコマンドWR、“H”レベルのデータマスク信号DM、及び、信号BWEN2に基づいて、信号BWENSの信号レベルを制御する。
制御回路191は、信号BWENSを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
制御回路191は、信号BWENSを、書き込み制御信号生成回路180に出力する。
書き込み制御信号生成回路180は、信号YYと信号BWENSとに基づいて、ライトバック処理に関するライトイネーブル信号WENの信号レベルを、制御する。書き込み制御信号生成回路180は、ライトイネーブル信号WENを、書き込みドライバ/シンカ150,151に出力する。
ライトバック処理が実行される場合において、例えば、ライトイネーブル信号WENの信号レベルが、“H”レベルに設定される。
“H”レベルのライトイネーブル信号WENが、書き込みドライバ/シンカ150,151に、供給される。“H”レベルのライトイネーブル信号WEによって、書き込みドライバ/シンカ150,151が活性化される。
ページバッファ回路17内のデータ(訂正データ)が、ECC回路16を介して、書き込みドライバ/シンカ150,151に供給される。
これによって、書き込みドライバ/シンカ150,151は、訂正データに応じた書き込み電流Iw1,Iw2を、選択セルMCに供給する。
これによって、書き込みドライバ/シンカ150,151は、訂正データに応じた書き込み電流Iw1,Iw2を、選択セルMCに供給する。
訂正データは、ECC回路16及び書き込みドライバ/シンカ150,151を経由して、選択セルMCに供給される。例えば、訂正データは、ECC回路16の再計算処理によって、新たにパリティが付加される。但し、訂正データは、ECC回路16を経由せずに、ページバッファ回路17から書き込みドライバ/シンカ150,151に、供給されてもよい。
ライトバック処理は、データの読み出しの対象のページ、例えば、あるバンクBNK内の全てのカラムアドレスに対して、実行される。
メモリコントローラ9は、ライトバック処理の指示の後、所定のタイミング(例えば、ライトバック処理の完了が保証されるように設定されたタイミング)T1(=tRTPa)で、プリチャージコマンドを送信する(ステップS11A)。
MRAM1は、ライトバック処理の完了後において、プリチャージコマンドに基づいて、配線(例えば、グローバルビット線及びビット線)のプリチャージを実行する(ステップ12A)。
また、メモリコントローラ9が、フラグFWBの解析結果に基づいて、エラー訂正処置の実行が無しであると判定した場合(フラグFWBが“L”レベルの信号Z2であった場合)、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の指示無しに、あるタイミング(例えば、プリチャージの開始が保証されるように設定されたタイミング)T2(=tRTPb)で、プリチャージコマンドをMRAM1に送信する(ステップS11B)。期間T2は、期間T1より短い。
この場合において、メモリコントローラ9は、データマスク信号DMの信号レベルを“L”レベルに設定した状態で、書き込みコマンドの送信無しに、プリチャージコマンドPCGを送信する。
MRAM1は、プリチャージコマンドPCGを受信する(ステップS12B)。
MRAM1の内部回路において、判定回路190及び制御回路191の両方が、ライトバック処理を実行しないように、信号YY,BWENSの信号レベルを制御する。
MRAM1の内部回路において、判定回路190及び制御回路191の両方が、ライトバック処理を実行しないように、信号YY,BWENSの信号レベルを制御する。
それゆえ、MRAM1は、ライトバック処理無しに、プリチャージコマンドPCGに基づいたプリチャージ動作を実行する。
ステップS12A又はステップS12Bにおけるプリチャージ動作によって、メモリセルアレイ内の配線(例えば、グローバルビット線又はビット線)は、充電される。
以上のように、本実施形態のメモリシステム及びMRAM1の動作が終了する。
このように、本実施形態のメモリシステム及びMRAM1は、書き込みコマンド及びデータマスク信号(データマスク機能)を用いて、ライトバック処理を制御及び実行できる。
尚、本実施形態のメモリシステム及びMRAMにおいて、書き込みデータの転送期間内においてデータマスク信号が“H”レベルに設定されている期間と“L”レベルに設定されている期間の両方を含む場合において、ライトバック処理では無く、データマスク機能に基づく動作が、実行される。また、本実施形態のメモリシステム及びMRAMにおいて、プリチャージコマンドの送信後の書き込みコマンドの送信時(プリチャージ動作後の書き込み動作時)において、データマスク信号が“H”レベルに設定されていたとしても、書き込みコマンドに対応する動作は、データマスク機能に基づく書き込み動作である。
(d) まとめ
本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリにおいて、読み出し動作時におけるデータ内のエラー(データの訂正)の有無を示す信号が、抵抗変化型メモリからメモリコントローラに送信される。
これによって、本実施形態において、メモリシステムのメモリコントローラが、抵抗変化型メモリのライトバック処理の実行の有無を、フレキシブルに制御できる。
本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリにおいて、読み出し動作時におけるデータ内のエラー(データの訂正)の有無を示す信号が、抵抗変化型メモリからメモリコントローラに送信される。
これによって、本実施形態において、メモリシステムのメモリコントローラが、抵抗変化型メモリのライトバック処理の実行の有無を、フレキシブルに制御できる。
この結果として、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、ライトバック処理の実行が無い場合に、読み出しコマンドの送信からプリチャージコマンドの送信までの期間を、短縮できる。
それゆえ、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、動作を高速化できる。
以上のように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、システム及びメモリの動作特性を向上できる。
(2)第2の実施形態
図10を参照して、第2の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
図10を参照して、第2の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
図10は、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの動作例(制御方法)を説明するためのタイミングチャートである。
読み出しデータ内のエラーの有無(エラーの訂正の有無)は、データマスク信号DMを用いて、抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)1からメモリコントローラ9(又はホストデバイス999)に通知されてもよい。
図10に示されるように、MRAM1は、複数のデータマスク信号DM(DM<0>,DM<1>,DM<2>,DM<3>)を含む。各データマスク信号DMは、互いに独立な外部接続端子(ピン)を介して、入出力される。
データマスク信号DMは、MRAM1内のバンクBNK毎に設定されている。MRAM1内のバンクBNKの数が4つである場合、4つのデータマスク信号(データマスクピン)DM<0>〜DM<3>が、各バンクBNK<0>〜BNK<3>に対応するように設定される。
これによって、本実施形態のメモリシステムにおいて、本実施形態のMRAM1は、バンク単位で、エラー(エラー訂正)の有無を、メモリコントローラ9(または、ホストデバイス999)に通知できる。
例えば、ライトバック処理がページ単位で実行され、通常書き込みは、カラム単位で実行される。この場合において、あるバンクに対するライトバック処理と他のバンクに対する通常書き込みが、並行(実質的に同時)に実行されてもよい。
例えば、本実施形態のメモリシステムは、メモリコントローラ9が各データマスク信号DMの信号レベルを制御することによって、“H”レベルに設定されたデータマスク信号DM<x>に対応するあるバンクBNK<x>のライトバック処理と、“L”レベルに設定されたデータマスク信号DM<z>に対応する他のバンクBNK<z>の通常書き込み動作とを、並行に実行できる。
尚、ライトバック処理が実行されるべきバンクBNKに対応するデータマスク信号DMは、書き込みデータの転送期間に相当するサイクルにおいて、“H”レベルに維持されている。
以上のように、本実施形態のメモリシステムにおいて、メモリコントローラ9(または、ホストデバイス999)は、バンク単位でライトバック処理の実行の有無を判断できるため、MRAM1内の複数のバンクBNKの管理の効率を向上できる。
したがって、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、システム及びメモリの動作特性を向上できる。
(3)第3の実施形態
図11を用いて、第3の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
図11を用いて、第3の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの説明のために、図1乃至図10が適宜用いられる。
本実施形態のメモリシステムにおいて、フラグ及びデータマスク信号に加えて、抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)の管理情報を用いて、抵抗変化型メモリに対するライトバック処理が、メモリコントローラによって、制御されてもよい。
図1のメモリシステムにおいて、例えば、プロセッサ90は、メモリデバイス7又はレジスタ99に格納されているMRAM1の管理テーブル及びアクセス履歴を、参照する。プロセッサ90は、管理テーブル及びアクセス履歴における、コマンド(例えば、アクティブコマンド及びプリチャージコマンド)の発行履歴、選択されたロウアドレスの履歴、フラグFWBの有無などに基づいて、複数のバンクBNKの中に、ライトバック処理の対象のバンクBNKが存在するか否か、調査する。
この調査結果に基づいて、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の対象の1以上のバンクBNKに対応するデータマスク端子83に、“H”レベルのデータマスク信号DMを供給する。
例えば、ライトバック処理は、割り込み処理によって、実行されてもよい。
図11は、本実施形態のメモリシステムの動作例を説明するためのフローチャートである。
メモリコントローラ9は、上述のように、読み出しコマンドRDによって、選択アドレスADRに対するデータの読み出しを、MRAM1に命令する(ステップS100)。
MRAM1は、上述のように、コマンドRDに基づいて、読み出し動作を実行する(ステップS101)。MRAM1は、選択セルから出力されたデータにECC処理を実行する。MRAM1は、ECC処理の結果に基づいて、フラグFWBの値(信号レベル)を設定する。
MRAM1は、ECC処理されたデータとフラグFWBとをメモリコントローラ9に送信する(ステップS102)。
メモリコントローラ9は、データ及びフラグFWBを受信する(ステップS103)。
フラグFWBが、エラー訂正処理が実行されたこと(選択セル内のデータにエラーが有ること)を示している場合、メモリコントローラ9において、プロセッサ90は、レジスタ99/メモリデバイス7内のメモリ管理情報(例えば、管理テーブル及びアクセス履歴)を参照し、フラグFWBに対応するライトバック処理の対象のアドレス(例えば、ページ)を確認する(ステップS104)。
メモリ管理情報の参照結果に基づいて、プロセッサ90は、ライトバック処理の対象であるページを検出し、プロセッサ90は、割り込みルーチンによって、ライトバック対象のページを含むバンクBNKに対するライトバック処理の制御を、開始する。
割り込みルーチン制御回路92は、割り込みルーチンを実行し、ライトバック処理のための制御を、実行する(ステップS105)。
エラー訂正処理が実行されたことを示すフラグFWBに基づいて、メモリコントローラ9は、通常ルーチン制御回路91の動作(計算処理)を停止し、割り込みルーチン制御回路92の動作を開始する。通常ルーチン制御回路91は、ホストデバイス999からの要求に応じた動作の実行を、中断する。
上述(例えば、図9参照)のように、メモリコントローラ9は、割り込みルーチンによるライトバック処理の実行時において、アクティブコマンドACT、アドレスADR、書き込みコマンドWR及び“H”レベルのデータマスク信号DMを、割り込みルーチン制御回路92の動作及び制御によって、MRAM1に送信する。
これによって、MRAM1は、対象のバンクBNKに対するライトバック処理を実行する(ステップS106)。例えば、MRAM1は、ライトバック処理の終了を、メモリコントローラ9に通知できる。
メモリコントローラ9は、所定の期間(例えば、期間tRTPa)の経過又はMRAM1からの通知によって、プリチャージコマンドPCG及びアドレスADRを、MRAM1に送信する(ステップS107)。尚、プリチャージコマンドPCGと共に送信されるアドレスADRは、読み出し動作が実行されたアドレスである。
MRAM1は、プリチャージコマンドPCG及びアドレスADRを受信する(ステップS108)。MRAM1は、プリチャージコマンドPCGに基づいて、選択アドレスADRに対するプリチャージ動作を実行する。
プリチャージコマンドPCGの送信の後、プロセッサ90は、MRAM1に対する動作モードを、割り込みルーチンから通常ルーチンに戻す。メモリコントローラ9は、通常ルーチンによって、ホストデバイス999から要求された動作を、再開する。
尚、ライトバック処理の指示後におけるプリチャージコマンドPCGの送信は、通常ルーチンとして実行されてもよい。
また、フラグFWBが、エラー訂正処理が無い(選択セルのデータにエラーが無い)ことを示している場合、通常ルーチンとして、読み出しコマンドRDの送信から期間tRTPbが経過したタイミングで、プリチャージコマンドPCGが、メモリコントローラ9からMRAM1に送信される。
このように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリにおいて、コントローラ9内の管理情報を用いて、抵抗変化型メモリのライトバック処理を制御できる。
以上のように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(4) 第4の実施形態
図12を用いて、第4の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
図12を用いて、第4の実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリについて、説明する。
本実施形態において、MRAM1が、ECC処理の結果を示すフラグを、メモリコントローラ9に送信しないことによって、送信されたデータに対してエラー訂正処理が実行されなかったこと(メモリセル内のデータにエラーが発生していないこと)、及び、ライトバック処理が実行されなくともよいことが、メモリコントローラ9に通知されてもよい。
本実施形態において、MRAM1は、送信されたデータに対してエラー訂正処理が実行された(メモリセル内のデータにエラーが発生している)場合にのみ、データ内にエラー(データに対するエラーの訂正)が有ることを示すフラグFWBを生成する。MRAM1は、生成したフラグFWBを、メモリコントローラ9に送信する。
本実施形態において、メモリコントローラ9は、フラグを受信した場合に、ライトバック処理の実行を、MRAM1に、指示する。
図12は、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリの動作例を説明するためのフローチャートである。
図12に示されるように、上述の実施形態と同様に、読み出しコマンドに対応するように、選択セルからデータが出力される(ステップS0〜S2)。
データに対してECC処理が実行される(ステップS3)。ECC処理されたデータは、ページバッファ回路17内に格納される。
データに対してECC処理が実行される(ステップS3)。ECC処理されたデータは、ページバッファ回路17内に格納される。
選択セルから出力されたデータにエラーが存在する場合、データに対するエラーの訂正が、ECC回路16によって、実行される。エラーの訂正が実行された場合において、フラグFWBが、ECC回路16(又はシーケンサ19)によって、生成される(ステップS5X)。
この場合において、MRAM1は、ページバッファ回路17内の訂正データ及び生成されたフラグFWBを、メモリコントローラ9に送信する(ステップS6X)。
一方、選択セルから出力されたデータにエラーが存在しない場合、エラーの訂正は実行されない。エラーの訂正が実行されない場合において、フラグFWBは生成されない(ステップS5Y)。
この場合において、MRAM1は、フラグの送信無しに、ページバッファ回路17内の訂正データを、メモリコントローラ9に送信する(ステップS6Y)。
メモリコントローラ9は、データを受信する(ステップS7Z)。
メモリコントローラ9は、フラグの有無を確認する(ステップS8Z)。フラグの有無によって、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の実行の有無を、判断する。
メモリコントローラ9は、フラグの有無を確認する(ステップS8Z)。フラグの有無によって、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の実行の有無を、判断する。
上述の実施形態と同様に、メモリコントローラ9は、ライトバック処理の実行の有無に応じて、プリチャージコマンドの送信のタイミングを制御する(ステップS9,S11A又はステップS11B)。MRAM1は、メモリコントローラ9からのコマンドに基づいて、ライトバック処理(ステップS10)、及びプリチャージ動作(ステップS12A,S12B)をそれぞれ実行する。
このように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリにおいて、MRAM1は、メモリセル内のデータ内のエラーの有無(エラー訂正の有無)に応じて、フラグFWBの生成及び非生成を決定する。
そして、本実施形態において、MRAM1からのフラグFWBの有無に応じて、メモリコントローラ9は、MRAM1のライトバック処理の実行の有無を、制御できる。
この結果として、本実施形態のメモリシステムにおいて、プリチャージ動作のタイミングを制御できる。
この結果として、本実施形態のメモリシステムにおいて、プリチャージ動作のタイミングを制御できる。
以上のように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、上述の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
(5)その他
上述の各実施形態において、コントローラ(プロセッサ)によるライトバック処理の制御のために、データマスク信号(データマスク機能)を用いた制御の例が示されている。
上述の各実施形態において、コントローラ(プロセッサ)によるライトバック処理の制御のために、データマスク信号(データマスク機能)を用いた制御の例が示されている。
但し、本実施形態のメモリシステム及びメモリデバイスは、抵抗変化型メモリ(例えば、MRAM)1からコントローラ9に送信されたECC処理に関する情報に基づいて、ライトバック処理の実行の有無を判定することが可能であれば、メモリコントローラ9がライトバック処理の実行をメモリ1に指示するための信号に、データマスク信号以外の信号が、用いられてもよい。
例えば、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリにおいて、抵抗変化型メモリに対するデータの入力が実行されない状態で、ある制御信号と書き込みコマンドによって、ライトバック処理が、メモリデバイスに指示されてもよい。尚、制御信号は、抵抗変化型メモリの仕様及び規格に基づいた信号でもよいし、ライトバック処理を指示するために新たに設定された信号でもよい。
このように、本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型メモリは、読み出し動作とプリチャージ動作との間において、データマスク機能を用いずに、ライトバック処理を実行できる。
本実施形態のメモリシステム及び抵抗変化型バイスにおいて、実行すべき動作がライトバック処理であることを示すコマンドが、設定されてもよい。これによって、本実施形態において、書き込みコマンド及び制御信号の両方を送信の代わりに、メモリコントローラ9が、ライトバックコマンドを送信することによって、メモリ1にライトバック処理を実行させることができる。
本実施形態において、MTJ素子100に、平行磁化型のMTJ素子が用いられてもよい。平行磁化型のMTJ素子において、磁性層110,120の磁化方向は、磁性層の層面に対して、実質的に平行である。平行磁化型のMTJ素子において、磁性層110,120の磁気異方性は、磁性層の形状磁気異方性などを利用して、磁性層110,120の磁化方向が、磁性層の層面に対して、実質的に平行にされる。
尚、本実施形態において、MTJ素子以外の磁気抵抗効果素子が、本実施形態のMRAMに用いられてもよい。また、本実施形態の抵抗変化型メモリは、磁気抵抗効果素子がメモリ素子に用いられた磁気メモリであれば、MRAM以外のメモリでもよい。
尚、本実施形態において、MTJ素子以外の磁気抵抗効果素子が、本実施形態のMRAMに用いられてもよい。また、本実施形態の抵抗変化型メモリは、磁気抵抗効果素子がメモリ素子に用いられた磁気メモリであれば、MRAM以外のメモリでもよい。
本実施形態の抵抗変化型メモリは、ReRAM、PCRAM、又は、イオンメモリなどでもよい。
本実施形態の抵抗変化型メモリは、抵抗変化素子の抵抗差を電流差又は電圧差に変換してセンスすることによってメモリセル内のデータを判別するメモリ全般に適用可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1:抵抗変化型メモリ、9:メモリコントローラ、990:メモリシステム、10:メモリセルアレイ、16:ECC回路、17:ページバッファ回路、100:メモリ素子。
Claims (19)
- 第1のデータを保持するメモリセルと、前記第1のデータ内のエラーの検出及び訂正が可能なECC回路とを含む抵抗変化型メモリと、
前記抵抗変化型メモリの動作を制御するコントローラと、
を具備し、
前記抵抗変化型メモリに対する読み出し動作時において、
前記メモリセルからの前記第1のデータがエラーを含む場合、前記抵抗変化型メモリは、前記エラーが訂正された第2のデータと第1の信号とを前記コントローラに送信し、前記コントローラは、前記第1の信号に基づいて、制御信号と書き込みコマンドとを、前記抵抗変化型メモリに送信し、
前記抵抗変化型メモリは、前記制御信号と前記書き込みコマンドとに基づいて、前記第2のデータを、前記メモリセルに書き込む、
メモリシステム。 - 前記コントローラは、前記制御信号と前記書き込みコマンドとを送信した後、且つ、読み出しコマンドの送信から第1の期間が経過した後において、プリチャージコマンドを、前記抵抗変化型メモリに送信する、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記メモリセルからの前記第1のデータが前記エラーを含まない場合、前記抵抗変化型メモリは、前記第1のデータと第2の信号とを前記コントローラに送信し、
前記コントローラは、前記第2の信号に基づいて、前記読み出しコマンドの送信から第2の期間が経過した後、前記プリチャージコマンドを、前記抵抗変化型メモリに送信する、
請求項2に記載のメモリシステム。 - 前記第2の期間は、前記第1の期間より短い、
請求項3に記載のメモリシステム。 - 前記抵抗変化型メモリは、前記第2のデータを保持するバッファ回路を、さらに含み、
前記バッファ回路内の前記第2のデータが、前記制御信号と前記書き込みコマンドとに基づいて、前記メモリセル内に書き込まれる、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記制御信号は、データマスク信号である、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記抵抗変化型メモリは、前記制御信号の転送のための端子と同じ端子を用いて、前記第1の信号を、前記コントローラに送信する、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記コントローラは、前記抵抗変化型メモリの管理情報に基づいて、前記制御信号及び前記書き込みコマンドを送信する、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記コントローラは、通常ルーチン制御回路と、割り込みルーチン制御回路とを含み、
前記コントローラは、前記第1の信号を受信した場合において、前記通常ルーチン制御回路の動作を停止し、前記割り込みルーチン制御回路の動作によって、前記制御信号と前記書き込みコマンドとを、前記抵抗変化型メモリに送信する、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 前記メモリセルは、磁気抵抗効果素子を、含む、
請求項1に記載のメモリシステム。 - 第1のデータを保持するメモリセルと、
前記第1のデータ内のエラーの検出及び検出された前記エラーの訂正を行うECC回路と、
前記メモリセル及び前記ECC回路の動作を制御する制御回路と、
を具備し、
読み出しコマンドに基づく前記メモリセルに対する読み出し動作時において、
前記第1のデータが前記エラーを含まない場合、前記制御回路は、前記第1のデータと第1の信号とを、外部デバイスに送信し、
前記第1のデータが前記エラーを含む場合、前記制御回路は、前記エラーが訂正された第2のデータと第2の信号とを、前記外部デバイスに送信する、
抵抗変化型メモリ。 - 前記制御回路は、前記第1の信号に対応する第1のプリチャージコマンドに基づいて、前記メモリセルに接続された配線を充電する、
請求項11に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記制御回路は、前記第2の信号に対応する制御信号と書き込みコマンドとに基づいて、前記第2のデータを、前記メモリセルに書き込む、
請求項12に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記制御回路は、前記書き込みコマンドを受信した後、第2のプリチャージコマンドを、受信し、
前記制御回路は、前記第2のプリチャージコマンドに基づいて、前記メモリセルに接続された配線を充電する、
請求項13に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記読み出しコマンドの受信から前記第1のプリチャージコマンドの受信までの第1の期間は、前記読み出しコマンドの受信から前記第2のプリチャージコマンドの受信までの第2の期間より短い、
請求項14に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記制御回路は、前記制御信号の送信と同じ端子を用いて、前記第1の信号又は前記第2の信号を、前記外部デバイスに送信する、
請求項13に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記第2のデータを保持するバッファ回路を、さらに具備し、
前記バッファ回路内の前記第2のデータが、前記制御信号と前記書き込みコマンドとに基づいて、前記メモリセル内に書き込まれる、
請求項13に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記制御回路は、前記第1又は第2の信号と、前記メモリセルのカラムアドレスと、前記制御信号と、前記書き込みコマンドとに基づいて、前記メモリセルに対する前記第2のデータの書き込みを、制御する、
請求項13に記載の抵抗変化型メモリ。 - 前記メモリセルは、磁気抵抗効果素子を含む、
請求項11に記載の抵抗変化型メモリ。
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