JP2023132766A - 記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 短時間でデータを読み出す記憶装置を提供する。
【解決手段】 一実施形態による記憶装置は、第1配線と、第2配線と、メモリセルと、第1回路と、第2回路と、第3回路と、第4回路と、センスアンプ回路と、を備える。メモリセルは、第1配線と第2配線との間に接続され、可変抵抗素子とスイッチング素子を含む。可変抵抗素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、第1強磁性層と第2強磁性層の間の絶縁層と、を含む。第1回路は、第1配線に第1電圧を印加するように構成されている。第2回路は、第2配線に第2電圧を印加するように構成されている。第3回路は、第2配線に第3電圧を印加するように構成されている。第4回路は、第1配線に第4電圧を印加するように構成されている。センスアンプ回路は、第1配線及び第2配線と接続されている。
【選択図】 図7
【解決手段】 一実施形態による記憶装置は、第1配線と、第2配線と、メモリセルと、第1回路と、第2回路と、第3回路と、第4回路と、センスアンプ回路と、を備える。メモリセルは、第1配線と第2配線との間に接続され、可変抵抗素子とスイッチング素子を含む。可変抵抗素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、第1強磁性層と第2強磁性層の間の絶縁層と、を含む。第1回路は、第1配線に第1電圧を印加するように構成されている。第2回路は、第2配線に第2電圧を印加するように構成されている。第3回路は、第2配線に第3電圧を印加するように構成されている。第4回路は、第1配線に第4電圧を印加するように構成されている。センスアンプ回路は、第1配線及び第2配線と接続されている。
【選択図】 図7
Description
実施形態は、概して記憶装置に関する。
動的に可変な抵抗を有する素子を用いてデータを記憶する記憶装置が知られている。記憶装置は、短時間でデータを読み出せることを求められる。
短時間でデータを読み出す記憶装置を提供しようとするものである。
一実施形態による記憶装置は、第1配線と、第2配線と、メモリセルと、第1回路と、第2回路と、第3回路と、第4回路と、センスアンプ回路と、を備える。
上記メモリセルは、上記第1配線と上記第2配線との間に接続され、可変抵抗素子とスイッチング素子を含む。上記可変抵抗素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、上記第1強磁性層と上記第2強磁性層の間の絶縁層と、を含む。上記第1回路は、上記第1配線に第1電圧を印加するように構成されている。上記第2回路は、上記第2配線に第2電圧を印加するように構成されている。上記第3回路は、上記第2配線に第3電圧を印加するように構成されている。上記第4回路は、上記第1配線に第4電圧を印加するように構成されている。上記センスアンプ回路は、上記第1配線及び上記第2配線と接続されている。
以下に実施形態が図面を参照して記述される。或る実施形態又は相違する実施形態での略同一の機能及び構成を有する複数の構成要素は、互いに区別されるために、参照符号の末尾にさらなる数字又は文字が付加される場合がある。或る記述済みの実施形態に後続する実施形態では、記述済みの実施形態と異なる点が主に記述される。或る実施形態についての記述は全て、明示的に又は自明的に排除されない限り、別の実施形態の記述としても当てはまる。
各機能ブロックが、以下の例のように区別されていることは必須ではない。例えば、一部の機能が例示の機能ブロックとは別の機能ブロックによって実行されてもよい。さらに、例示の機能ブロックがさらに細かい機能サブブロックに分割されていてもよい。
本明細書及び特許請求の範囲において、或る第1要素が別の第2要素に「接続されている」とは、第1要素が直接的又は常時或いは選択的に導電性となる要素を介して第2要素に接続されていることを含む。
1.第1実施形態
1.1.構造(構成)
1.1.1.全体の構成
図1は、第1実施形態の記憶装置の機能ブロックを示す。記憶装置1は、データを記憶する装置である。記憶装置1は、可変抵抗を示す磁性体の積層体を用いてデータを記憶する。記憶装置1は、コア回路11、入出力回路12、制御回路13、デコード回路14、ページバッファ15、及び電圧生成回路16を含む。
1.1.構造(構成)
1.1.1.全体の構成
図1は、第1実施形態の記憶装置の機能ブロックを示す。記憶装置1は、データを記憶する装置である。記憶装置1は、可変抵抗を示す磁性体の積層体を用いてデータを記憶する。記憶装置1は、コア回路11、入出力回路12、制御回路13、デコード回路14、ページバッファ15、及び電圧生成回路16を含む。
コア回路11は、メモリセルMC、及びメモリセルMCにアクセスするための配線並びに周辺回路を含む回路である。メモリセルMCは、データを不揮発に記憶する素子である。配線は、グローバルワード線GWL(図示せず)、ローカルワード線LWL、グローバルビット線GBL(図示せず)、及びローカルビット線LBLを含む。各メモリセルMCは、1つのローカルワード線LWL及び1つのローカルビット線LBLと接続されている。ローカルワード線LWLは、1つのロウアドレスを割り当てられている。ローカルビット線LBLは、1つのカラムアドレスを割り当てられている。
入出力回路12は、データ及び信号の入出力を行う回路である。入出力回路12は、記憶装置1の外部、例えば、メモリコントローラから、制御信号CNT、コマンドCMD、アドレス信号ADD、及びメモリセルMCに書き込まれるデータDATを受け取る。
制御回路13は、記憶装置1の動作を制御する回路である。制御回路13は、入出力回路12からコマンドCMD及び制御信号CNTを受け取る。制御回路13は、コマンドCMD及び制御信号CNTによって指示される制御に基づいて、コア回路11を制御し、メモリセルMCからのデータの読出し及びメモリセルMCへのデータの書込みを制御する。制御回路13は、コマンドCMD及び制御信号CNTによって指示される制御に基づいて、電圧生成回路16を制御する。
デコード回路14は、アドレス信号ADDをデコードする回路である。デコード回路14は、入出力回路12からアドレス信号ADDを受け取る。デコード回路14は、アドレス信号ADDをデコードし、デコードの結果に基づいて、データの読出し又はデータの書込みの対象のメモリセルMCを選択するための信号を生成する。生成された信号は、コア回路11に送信される。
ページバッファ15は、或るサイズのデータを一時的に記憶する回路である。ページバッファ15は、入出力回路12から、メモリセルMCに書き込まれるデータDATを受け取り、データを一時的に記憶し、データをコア回路11に転送する。ページバッファ15は、メモリセルMCから読み出されたデータを受け取り、読み出されたデータを一時的に記憶し、データDATを入出力回路12に転送する。
電圧生成回路16は、記憶装置1において使用される種々の電圧を生成する回路である。電圧生成回路16は、制御回路13の制御に基づいて電圧を生成する。電圧生成回路16は、メモリセルMCへのデータの書込みの間、データ書込みに使用される電圧をコア回路11に供給する。電圧生成回路16は、メモリセルMCからのデータの読出しの間、データ読出しに使用される電圧をコア回路11に供給する。
1.1.2.コア回路の構成
図2は、第1実施形態のコア回路11の機能ブロックを示す。図2に示されるように、コア回路11は、1つ以上のサブコア回路SCC、1つ以上のグローバルワード線GWL、1つ以上のグローバルビット線GBL、1つ以上の読出し回路RC、並びに1以上の書込み回路WCを含む。図2は、1つのサブコア回路SCC、1つのグローバルワード線GWL、1つのグローバルビット線GBL、1つの読出し回路RC、並びに1つの書込み回路WCのみを示す。
図2は、第1実施形態のコア回路11の機能ブロックを示す。図2に示されるように、コア回路11は、1つ以上のサブコア回路SCC、1つ以上のグローバルワード線GWL、1つ以上のグローバルビット線GBL、1つ以上の読出し回路RC、並びに1以上の書込み回路WCを含む。図2は、1つのサブコア回路SCC、1つのグローバルワード線GWL、1つのグローバルビット線GBL、1つの読出し回路RC、並びに1つの書込み回路WCのみを示す。
サブコア回路SCCは、メモリセルアレイMA、ロウセレクタRS、及びカラムセレクタCSを含む。
メモリセルアレイMAは、配列された複数のメモリセルMCの集合である。メモリセルアレイMAには、複数のローカルワード線LWL、及び複数のローカルビット線LBLが位置している。
ロウセレクタRSは、このロウセレクタRSが含まれるサブコア回路SCC中のメモリセルアレイMAの1つのロウを選択する回路である。ロウセレクタRSは、ロウアドレスを受け取り、受け取られたロウアドレスに基づいて、ロウセレクタRSによる選択の対象のメモリセルアレイ(又は、対応するメモリセルアレイ)MAのローカルワード線LWLの1つを1つのグローバルワード線GWLに接続する。ロウセレクタRSは、複数のスイッチを含む。各スイッチは、一端において1つのグローバルワード線GWLと接続されており、他端において1つのローカルワード線LWLと接続されている。スイッチは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、例えば、n型のMOSFETである。
カラムセレクタCSは、このカラムセレクタCSが含まれるサブコア回路SCC中のメモリセルアレイMAの1つのカラムを選択する回路である。カラムセレクタCSは、カラムアドレスを受け取り、受け取られたカラムアドレスに基づいて、カラムセレクタCSによる選択の対象のメモリセルアレイ(又は、対応するメモリセルアレイ)MAのローカルビット線LBLの1つを1つのグローバルビット線GBLに接続する。カラムセレクタCSは、複数のスイッチを含む。各スイッチは、一端において1つのグローバルビット線GBLと接続されており、他端において1つのローカルビット線LBLと接続されている。スイッチは、例えば、MOSFETであり、例えば、n型のMOSFETである。
グローバルワード線GWLは、1つ以上のサブコア回路SCCのそれぞれのロウセレクタRSに接続されている。グローバルワード線GWLはまた、1つの読出し回路RC及び1つの書込み回路WCに接続されている。
グローバルビット線GBLは、1つ以上のサブコア回路SCCのそれぞれのカラムセレクタCSに接続されている。グローバルビット線GBLはまた、1つの読出し回路RC及び1つの書込み回路WCに接続されている。
読出し回路RCは、メモリセルMCからのデータの読出しを制御する回路である。読出し回路RCは、データ読出し対象のメモリセルMCに記憶されているデータに基づく電圧を使用して、データ読出し対象のメモリセルMCに記憶されているデータを判断する。読出し回路RCは、複数のセンスアンプ回路SAC(図示せず)を含む。センスアンプ回路SACは、データ読出し対象のメモリセルMCに記憶されているデータに基づく電圧を使用して、データ読出し対象のメモリセルMCに記憶されているデータを示す信号を出力する回路である。センスアンプ回路SACは、2つの電圧の大きさの関係に基づいて、データ読出し対象のメモリセルMCに記憶されている決定されたデータを出力する。
書込み回路WCは、メモリセルMCへのデータの書込みを制御する回路である。書込み回路WCは、書き込まれるデータを受け取る。書込み回路WCは、書き込まれるデータに基づいてデータ書込み対象のメモリセルMCに電流を流すことによって、データ書込み対象のメモリセルMCにデータを書き込む。
1.1.3.メモリセルアレイの回路構成
図3は、第1実施形態のメモリセルアレイMAの回路図である。図3に示されるように、メモリセルアレイMA中には、M+1(Mは自然数)本のローカルワード線LWL(LWL<0>、LWL<1>、…、LWL<M>)、及びN+1(Nは自然数)本のローカルビット線LBL(LBL<0>、LBL<1>、…、LBL<N>)が位置している。
図3は、第1実施形態のメモリセルアレイMAの回路図である。図3に示されるように、メモリセルアレイMA中には、M+1(Mは自然数)本のローカルワード線LWL(LWL<0>、LWL<1>、…、LWL<M>)、及びN+1(Nは自然数)本のローカルビット線LBL(LBL<0>、LBL<1>、…、LBL<N>)が位置している。
各メモリセルMCは、1つのローカルワード線LWLと1つのローカルビット線LBLと接続されている。各メモリセルMCは、1つのMTJ素子MTJ及び1つのスイッチング素子SEを含む。各メモリセルMCにおいて、MTJ素子MTJとスイッチング素子SEは直列に接続されている。各メモリセルMCのスイッチング素子SEは、1つのローカルビット線LBLと接続されている。各メモリセルMCのMTJ素子MTJは、1つのローカルワード線LWLと接続されている。
MTJ素子MTJは、トンネル磁気抵抗効果を示し、例えば、磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction; MTJ)を含む素子である。MTJ素子MTJは、低抵抗の状態と高抵抗の状態との間を切り替わることができる可変抵抗素子である。MTJ素子MTJは、2つの抵抗状態の違いを利用して、1ビットのデータを記憶することができる。例えば、MTJ素子MTJは、低抵抗状態によって“0”データを記憶し、高抵抗状態によって“1”データを記憶する。
スイッチング素子SEは、自身の両端の電気的接続又は切断を行う素子である。スイッチング素子SEは、2つの端子を有する。スイッチング素子SEは、2端子間に印加される電圧が或る第1閾値未満の場合、高抵抗状態、例えば電気的に非導通状態(オフ状態)である。2端子間に印加される電圧が上昇して、第1閾値以上になると、スイッチング素子SEは低抵抗状態、例えば電気的に導通状態(オン状態)になる。低抵抗状態のスイッチング素子SEの2端子間に印加される電圧が低下して、第2閾値以下になると、スイッチング素子SEは高抵抗状態になる。スイッチング素子SEは、このような第1方向に印加される電圧の大きさに基づく高抵抗状態及び低抵抗状態の間の切替わりの機能と同じ機能を、第1方向と反対の第2方向についても有する。すなわち、スイッチング素子SEは、双方向スイッチング素子である。スイッチング素子SEのオン又はオフにより、このスイッチング素子SEと接続されたMTJ素子MTJへの電流の供給の有無、すなわちMTJ素子MTJの選択又は非選択が制御されることが可能である。
1.1.4.メモリセルアレイの構造
図4は、第1実施形態のメモリセルアレイMAの一部の斜視図である。図4に示されるように、複数の導電体21及び複数の導電体22が設けられている。
図4は、第1実施形態のメモリセルアレイMAの一部の斜視図である。図4に示されるように、複数の導電体21及び複数の導電体22が設けられている。
導電体21は、x軸に沿って延び、y軸に沿って並ぶ。各導電体21は、1つのローカルワード線LWLとして機能する。
導電体22は、導電体21の上方に位置する。導電体22は、y軸に沿って延び、x軸に沿って並ぶ。各導電体22は、1つのローカルビット線LBLとして機能する。
導電体21と導電体22の交点の各々に1つのメモリセルMCが設けられている。メモリセルMCは、xy面に沿って行列状に配列されている。各メモリセルMCは、スイッチング素子SEとして機能する構造と、MTJ素子MTJとして機能する構造を含む。スイッチング素子SEとして機能する構造及びMTJ素子MTJとして機能する構造は、各々、1又は複数の層を含む。例えば、MTJ素子MTJとして機能する構造は、スイッチング素子SEとして機能する構造の上面上に位置する。メモリセルMCの下面は、1つの導電体21の上面と接している。メモリセルMCの上面は、1つの導電体22の下面と接している。スイッチング素子SEとして機能する構造がMTJ素子MTJとして機能する構造の上面上に位置していてもよい。
1.1.5.メモリセル
図5は、第1実施形態のメモリセルMCの構造の例の断面を示す。
図5は、第1実施形態のメモリセルMCの構造の例の断面を示す。
スイッチング素子SEは、可変抵抗材料32を含む。可変抵抗材料32は、動的に可変な抵抗を示す材料であり、例えば層の形状を有する。可変抵抗材料32は、2端子間スイッチング素子であり、2端子のうちの第1端子は可変抵抗材料32の上面及び下面の一方であり、2端子のうちの第2端子は可変抵抗材料32の上面及び下面の他方である。2端子間に印加される電圧が或る第1閾値未満の場合、可変抵抗材料は“高抵抗”状態、例えば電気的に非導通状態である。2端子間に印加される電圧が上昇し、第1閾値以上になると、可変抵抗材料は“低抵抗”状態、例えば電気的に導通状態になる。低抵抗状態の可変抵抗材料32の2端子間に印加される電圧が低下し、第2閾値以下になると、可変抵抗材料は高抵抗状態になる。可変抵抗材料32は、絶縁体と、絶縁体にイオン注入により導入されたドーパントを含む。絶縁体は、例えば、酸化物を含み、SiO2或いはSiO2から実質的になる材料を含む。ドーパントは、例えば、ヒ素(As)、ゲルマニウム(Ge)を含む。本明細書及び特許請求の範囲において、「実質的になる(又は、構成される)」という記載及び同種の記載は、「実質的になる」構成要素が意図せぬ不純物を含有することを許容することを意味する。
スイッチング素子SEは、下部電極31及び上部電極33をさらに含み得る。図5は、そのような例を示す。可変抵抗材料32は下部電極31の上面上に位置し、上部電極33は可変抵抗材料32の上面上に位置する。
MTJ素子MTJは、強磁性層35、絶縁層36、及び強磁性層37を含む。例として、図5に示されるように、絶縁層36は強磁性層35の上面上に位置し、強磁性層37は絶縁層36の上面上に位置する。
強磁性層35は、強磁性を示す材料の層である。強磁性層35は、強磁性層35、絶縁層36、及び強磁性層37の界面を貫く方向に沿った磁化容易軸を有し、例えば、界面に対して45°以上90°以下の角度の磁化容易軸を有し、例えば、界面と直交する方向に沿う磁化容易軸を有する。強磁性層35の磁化の向きはメモリセルMCでのデータの読出し及び書込みによっても不変であることを意図されている。強磁性層35は、いわゆる参照層として機能することができる。強磁性層35は、複数の層を含んでいてもよい。以下、強磁性層35は、参照層35と称される場合がある。
絶縁層36は、絶縁体の層である。絶縁層36は、例えば、酸化マグネシウム(MgO)を含むか、MgOから実質的に構成され、いわゆるトンネルバリアとして機能する。
強磁性層37は、強磁性を示す材料の層である。強磁性層37は、例えば、コバルト鉄ボロン(CoFeB)又はホウ化鉄(FeB)を含むか、CoFeB又はFeBから実質的に構成される。強磁性層37は、強磁性層35、絶縁層36、及び強磁性層37の界面を貫く方向に沿う磁化容易軸を有し、例えば、界面に対して45°以上90°以下の角度の磁化容易軸を有し、例えば、界面と直交する方向に沿う磁化容易軸を有する。強磁性層37の磁化の向きはメモリセルMCへのデータ書込みによって可変であり、強磁性層37は、いわゆる記憶層として機能することができる。以下、強磁性層37は、記憶層37と称される場合がある。
記憶層37の磁化の向きが参照層35の磁化の向きと平行であると、MTJ素子MTJは、或る低い抵抗を有する。記憶層37の磁化の向きが参照層35の磁化の向きと反平行であると、MTJ素子MTJは、記憶層37の磁化の向きと参照層35の磁化の向きが反平行である場合の抵抗よりも高い抵抗を有する。以下、或るMTJ素子MTJの強磁性層37の磁化の向きが参照層35の磁化の向きと平行である状態は、MTJ素子MTJが「平行状態にある」、又は「P状態にある」と称される場合がある。或るMTJ素子MTJの強磁性層37の磁化の向きが参照層35の磁化の向きと反平行である状態は、MTJ素子MTJが「反平行状態にある」、又は「AP状態にある」と称される場合がある。
記憶層37から参照層35に向かって或る大きさの電流Icp以上の大きさの電流Iwpが流れると、記憶層37の磁化の向きは参照層35の磁化の向きと平行になる。強磁性層35から記憶層37に向かって或る大きさの電流Icap以上の大きさの電流Iwapが流れると、記憶層37の磁化の向きは参照層35の磁化の向きと反平行になる。AP方向スイッチング電流Icapは、P方向スイッチング電流Icpより大きい。
以下、参照層35から記憶層37に向かう方向はAP方向と称される場合があり、記憶層37から参照層35に向かう方向は、P方向と称される場合がある。スイッチング電流Icpは、P方向スイッチング電流Icpと称される場合がある。スイッチング電流Icapは、AP方向スイッチング電流Icapと称される場合がある。電流Iwpは、P書込み電流Iwpと称される場合がある。電流Iwapは、AP書込み電流Iwapと称される場合がある。
MTJ素子MTJは、さらなる層を含んでいてもよい。
図6は、第1実施形態のメモリセルMCの電圧と電流の特性の曲線の例を示すグラフである。グラフの横軸は、メモリセルMCの端子電圧の大きさを示す。グラフの縦軸は、メモリセルMCを流れる電流の大きさを対数スケールで示す。図6は、実際には現れない仮想的な特性を破線によって示す。図6は、メモリセルMCが低抵抗状態にある場合と高抵抗状態にある場合を示す。以下の記述は、メモリセルMCが低抵抗状態にある場合と高抵抗状態にある場合のいずれにも当てはまる。
電圧が0から大きくされると、閾値電圧Vthに達するまで、電流は増加し続ける。電圧が閾値電圧Vthに達するまでは、メモリセルMCのスイッチング素子SEはオフしており、すなわち、非導通である。
電圧がさらに大きくされて、電圧が閾値電圧Vthに達すると、すなわち、A点に達すると、電圧と電流の関係は、不連続な変化を示し、点B1及び点B2に示される特性を示すようになる。点B1及び点B2での電流の大きさは、点Aでの電流の大きさより大幅に小さい。この電流の急激な変化は、メモリセルMCのスイッチング素子SEがオンしたことに基づく。点B1及び点B2における電流の大きさは、メモリセルMCのMTJ素子MTJの抵抗状態に依存する。
スイッチング素子SEがオンしている状態、例えば、電圧と電流が点B1又は点B2に示される関係を示す状態から、電圧が小さくされると、電流は減少し続ける。
電圧がさらに小さくされて、或る大きさに達すると、電圧と電流の関係は不連続な変化を示す。電圧と電流の関係が不連続性を示し始めるときの電圧は、メモリセルMCのMTJ素子MTJの端子電圧に依存し、すなわち、MTJ素子MTJが高抵抗状態にあるか、低抵抗状態にあるかに依存する。MTJ素子MTJが低抵抗状態である場合、電圧と電流の関係は、点C1から不連続性を示す。MTJ素子MTJが高抵抗状態である場合、電圧と電流の関係は、点C2から不連続性を示す。電圧と電流の関係は、点C1及び点C2に達すると、それぞれ点D1及びD2に示される特性を示すようになる。点D1及び点D2での電流の大きさは、それぞれ、点C1及び点C2での電流の大きさより大幅に小さい。この電流の急激な変化は、メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフしたことに基づく。
低抵抗状態のMTJ素子MTJを含んだメモリセルMCの点D1での端子電圧は、低ホールド電圧VhdLと称される。高抵抗状態のMTJ素子MTJを含んだメモリセルMCの点D2での端子電圧は、高ホールド電圧VhdHと称される。複数のメモリセルMCのそれぞれの高ホールド電圧VhdHの大きさは、メモリセルMCの特性の意図せぬばらつきによって相違し得る。複数のメモリセルMCのそれぞれの低ホールド電圧VhdLの大きさは、メモリセルMCの特性の意図せぬばらつきにより、相違し得る。
1.1.7.読出し回路の構成
図7は、第1実施形態の読出し回路の構成要素及び構成要素の接続を示す。図7に示されるように、読出し回路RCは、読出し制御回路ROC、ドライバ回路RDUB、RDPB、RDUW、及びRDPW、シンク回路RDSB及びRDSW、並びにセンスアンプ回路SACを含む。図7は、1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLに関する構成要素のみを示す。他のグローバルビット線GBLに対してもドライバ回路RDUB及びRDPB並びにシンク回路RDSBが設けられる。また、他のグローバルワード線GWLに対してもドライバ回路RDUW及びRDPW、シンク回路RDSW、並びにセンスアンプ回路SACが設けられる。
図7は、第1実施形態の読出し回路の構成要素及び構成要素の接続を示す。図7に示されるように、読出し回路RCは、読出し制御回路ROC、ドライバ回路RDUB、RDPB、RDUW、及びRDPW、シンク回路RDSB及びRDSW、並びにセンスアンプ回路SACを含む。図7は、1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLに関する構成要素のみを示す。他のグローバルビット線GBLに対してもドライバ回路RDUB及びRDPB並びにシンク回路RDSBが設けられる。また、他のグローバルワード線GWLに対してもドライバ回路RDUW及びRDPW、シンク回路RDSW、並びにセンスアンプ回路SACが設けられる。
シンク回路RDSBは、グローバルビット線GBLに接地電圧(又は共通電圧)Vssを印加できるように構成されている。接地電圧Vssは、例えば、0Vである。シンク回路RDSBは、グローバルビット線GBLに接地電圧Vssを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、シンク回路RDSBは、スイッチSW1を含む。スイッチSW1は、一端においてグローバルビット線GBLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)の接地電圧Vssを印加されるノードと接続されている。スイッチSW1は、制御信号S1に基づいてオン又はオフし、オンしている間、接地電圧Vssをグローバルビット線GBLに転送する。スイッチSW1は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S1を受け取る。スイッチSW1は、例えば、MOSFETである。
シンク回路RDSWは、グローバルワード線GWLに接地電圧Vssを印加できるように構成されている。シンク回路RDSWは、グローバルワード線GWLに接地電圧Vssを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、シンク回路RDSWは、スイッチSW4を含む。スイッチSW4は、一端においてグローバルワード線GWLと接続されており、他端において接地電圧Vssを印加されるノードと接続されている。スイッチSW4は、制御信号S4に基づいてオン又はオフし、オンしている間、接地電圧Vssをグローバルワード線GWLに転送する。スイッチSW4は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S4を受け取る。スイッチSW4は、例えば、MOSFETである。
ドライバ回路RDPBは、グローバルビット線GBLにプリチャージ電圧Vpcpを印加できるように構成されている。プリチャージ電圧Vpcpは、プリチャージ電圧Vpcpの大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されることによって、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせる大きさを有する。また、プリチャージ電圧Vpcpは、1つのメモリセルMCに印加されることによって、P方向スイッチング電流Icpの大きさを超える大きさの電流がこのメモリセルMCを流れることを可能にする大きさを有する。ドライバ回路RDPBは、グローバルビット線GBLにプリチャージ電圧Vpcpを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路RDPBは、スイッチSW3を含む。スイッチSW3は、一端においてグローバルビット線GBLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)のプリチャージ電圧Vpcpを印加されるノードと接続されている。スイッチSW3は、制御信号S3に基づいてオン又はオフし、オンしている間、プリチャージ電圧Vpcpをグローバルビット線GBLに転送する。スイッチSW3は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S3を受け取る。スイッチSW3は、例えば、MOSFETである。
ドライバ回路RDPWは、グローバルワード線GWLにプリチャージ電圧Vpcapを印加できるように構成されている。プリチャージ電圧Vpcapは、接地電圧Vss及び高ホールド電圧VhdHより高く、プリチャージ電圧Vpcpより低く、プリチャージ電圧Vpcapの大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されることによって、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせる大きさを有する。また、プリチャージ電圧Vpcapは、1つのメモリセルMCに印加されることによっても、AP方向スイッチング電流Icapの大きさ未満の電流だけこのメモリセルMCを流れることを可能にする大きさを有する。ドライバ回路RDPWは、グローバルワード線GWLにプリチャージ電圧Vpcapを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路RDPWは、スイッチSW6を含む。スイッチSW6は、一端においてグローバルワード線GWLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)のプリチャージ電圧Vpcapを印加されるノードと接続されている。スイッチSW6は、制御信号S6に基づいてオン又はオフし、オンしている間、プリチャージ電圧Vpcapをグローバルワード線GWLに転送する。スイッチSW6は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S6を受け取る。スイッチSW6は、例えば、MOSFETである。
ドライバ回路RDUBは、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselを印加できるように構成されている。非選択電圧Vuselは、接地電圧Vssより高く、プリチャージ電圧Vpcap及びプリチャージ電圧Vpcpより低い。非選択電圧Vuselは、非選択電圧Vuselの大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されても、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせない大きさを有する。また、非選択電圧Vuselは、プリチャージ電圧Vpcpと非選択電圧Vuselの差の大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されても、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせない大きさを有する。さらに、非選択電圧Vuselは、プリチャージ電圧Vpcapと非選択電圧Vuselの差の大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されても、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせない大きさを有する。ドライバ回路RDUBは、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路RDUBは、スイッチSW2を含む。スイッチSW2は、一端においてグローバルビット線GBLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)の非選択電圧Vuselを印加されるノードと接続されている。スイッチSW2は、制御信号S2に基づいてオン又はオフし、オンしている間、非選択電圧Vuselをグローバルビット線GBLに転送する。スイッチSW2は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S2を受け取る。スイッチSW2は、例えば、MOSFETである。
ドライバ回路RDUWは、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselを印加できるように構成されている。ドライバ回路RDUWは、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路RDUWは、スイッチSW5を含む。スイッチSW5は、一端においてグローバルワード線GWLと接続されており、他端において非選択電圧Vuselを印加されるノードと接続されている。スイッチSW5は、制御信号S5に基づいてオン又はオフし、オンしている間、非選択電圧Vuselをグローバルワード線GWLに転送する。スイッチSW5は、例えば、読出し制御回路ROCから制御信号S5を受け取る。スイッチSW5は、例えば、MOSFETである。
読出し制御回路ROCは、読出し回路RC中の構成要素を制御する回路である。読出し制御回路ROCは、制御信号CNT、コマンドCMD、及びアドレス信号ADDに基づいて制御回路13及びデコード回路14によって生成された制御信号に基づいて動作する。
センスアンプ回路SACは、グローバルビット線GBL及びグローバルワード線GWLと接続されている。
図8は、第1実施形態のセンスアンプ回路SACの構成要素及び構成要素の接続を示す。図8に示されるように、センスアンプ回路SACは、トランジスタTr1及びTr2、電圧調整回路VMC、並びにオペアンプOPを含む。トランジスタTr1は、グローバルビット線GBLとノードN1との間に接続されている。トランジスタTr1は、ゲート電極において、制御信号S11を、例えば、読出し制御回路ROCから、受け取る。
トランジスタTr2は、グローバルワード線GWLとノードN2との間に接続されている。トランジスタTr2は、ゲート電極において、制御信号S11を、例えば、読出し制御回路ROCから、受け取る。
オペアンプOPは、非反転入力端子において、ノードN3と接続されている。オペアンプOPは、反転入力端子において、ノードN4と接続されている。オペアンプOPの出力OUTは、オペアンプOPが接続されたメモリセルアレイMA中の読出し対象のメモリセルMCに記憶されているデータを示す1ビットデータである。
電圧調整回路VMCは、受けた電圧をオフセットして、オフセットされた電圧を出力する回路である。電圧調整回路VMCは、第1入力においてノードN1と接続されている。電圧調整回路VMCは、第2入力においてノードN2と接続されている。電圧調整回路VMCは、第1出力においてノードN3と接続されている。電圧調整回路VMCは、第2出力においてノードN4と接続されている。
電圧調整回路VMCは、ノードN1の電圧とノードN2の電圧とが実質的に等しい場合と、ノードN1の電圧とノードN2の電圧とが異なる場合とが、オペアンプOPを使用して判別されることを可能にする構成を有する。そのために、電圧調整回路VMCは、ノードN1の電圧が予め定めれた方法で調整された大きさの電圧をノードN3に印加し、及び(又は)ノードN2の電圧が予め定めれた方法で調整された大きさの電圧をノードN4に印加する。調整の方法は、任意であり、以下、一例が記述され、後続の記述はこの例に基づく。
電圧調整回路VMCは、ノードN1の電圧とノードN2の電圧が実質的に同じ場合に、一方の電圧をオフセットし、ノードN1の電圧又はノードN1の電圧の大きさのオフセットされた大きさの電圧をノードN3において出力し、及び(又は)ノードN2の電圧又はノードN2の電圧の大きさのオフセットされた大きさの電圧をノードN4において出力する。或る要素Aと或る要素Bが「実質的に同じ」とは、同じであることを意図されているものの、不可避な誤差等により要素Aと要素Bが完全に同じでないことが許容されることを意味する。
電圧調整回路VMCは、例えば、ノードN1の電圧が負の方向にΔVオフセットされた大きさの電圧をノードN3に印加するとともに、ノードN2の電圧と実質的に同じ大きさの電圧をノードN4に印加する。ΔVは、低ホールド電圧VhdLと高ホールド電圧VhdHの差より小さい。
1.2.動作
図9は、第1実施形態の記憶装置1でのデータ読出しの間のいくつかの配線の電位を時間に沿って示す。図9は、データ読出し対象のメモリセル(読出し対象メモリセル)MCを含んだサブコア回路SCCと接続された1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLについて示す。図9は、また、下部において、第1実施形態の記憶装置1でのデータ読出しの間に読出し対象メモリセルMCを流れる電流を時間に沿って示す。図9の下部は、縦軸の電流の正の領域において、参照層35から記憶層37に向かう方向、すなわちAP方向の電流を示す。図9の下部は、縦軸の電流の負の領域において、記憶層37から参照層35に向かう方向、すなわちP方向の電流を示す。以下の記述では、或る配線に或る電圧が印加される旨の記述は、別の電圧が印加されるまで、この電圧が印加され続けていることを指す。
図9は、第1実施形態の記憶装置1でのデータ読出しの間のいくつかの配線の電位を時間に沿って示す。図9は、データ読出し対象のメモリセル(読出し対象メモリセル)MCを含んだサブコア回路SCCと接続された1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLについて示す。図9は、また、下部において、第1実施形態の記憶装置1でのデータ読出しの間に読出し対象メモリセルMCを流れる電流を時間に沿って示す。図9の下部は、縦軸の電流の正の領域において、参照層35から記憶層37に向かう方向、すなわちAP方向の電流を示す。図9の下部は、縦軸の電流の負の領域において、記憶層37から参照層35に向かう方向、すなわちP方向の電流を示す。以下の記述では、或る配線に或る電圧が印加される旨の記述は、別の電圧が印加されるまで、この電圧が印加され続けていることを指す。
データ読出しの開始の時点で、グローバルワード線GWLは、ドライバ回路RDUWによって非選択電圧Vuselを印加されており、非選択電圧Vuselに充電されている。これは、ドライバ回路RDUWのスイッチSW5をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW4及びSW6をオフに維持することによって行われることが可能である。また、グローバルビット線GBLは、ドライバ回路RDUBによって、非選択電圧Vuselを印加されており、非選択電圧Vuselに充電されている。これは、ドライバ回路RDUBのスイッチSW2をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW1及びSW3をオフに維持することによって行われることが可能である。
読出し対象メモリセルMCからのデータ読出しの開始に伴い、読出し対象メモリセルMCがローカルビット線LBL(導電体22)を介してグローバルビット線GBLに接続されるとともにローカルワード線LWL(導電体21)を介してグローバルワード線GWLに接続される。
図9に示されるように、時刻t0からは、第1センスの期間である。時刻t0において、グローバルワード線GWLに、ドライバ回路RDPWによってプリチャージ電圧Vpcapが印加される。これは、ドライバ回路RDPWのスイッチSW6をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW4及びSW5をオフに維持することによって行われることが可能である。プリチャージ電圧Vpcapの印加により、これにより、グローバルワード線GWLがプリチャージ電圧Vpcapに充電される。その後、ドライバ回路RDPWのスイッチSW1がオフされることにより、グローバルワード線GWLがフローティングにされる。
時刻t1において、グローバルビット線GBLに、シンク回路RDSBによって接地電圧Vssが印加される。これは、シンク回路RDSBのスイッチSW4をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW5及びSW6をオフに維持することによって行われることが可能である。この時の状態が、図10に模式的に示されている。さらに、図10に示されるように、トランジスタTr1がオフに維持されていることによって、グローバルビット線GBLはノードN1から切断されている。また、トランジスタTr2がオンに維持されていることによって、グローバルワード線GWLはノードN2に接続されている。図10及び後続の図11において、オフしているトランジスタは描かれておらず、オンしているトランジスタは実線で示されている。
グローバルビット線GBLへの接地電圧Vssの印加によって、読出し対象メモリセルMCの両端に、Vpcap-Vssの大きさの電圧、すなわち、プリチャージ電圧Vpcapが印加される。この結果、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオンし、図9の下部及び図10に示されるように、参照層35から記憶層37に向かって、すなわち、AP方向に、読出し電流Irapが流れる。読出し電流Irapによって、グローバルワード線GWLの電位が低下する。この結果、読出し対象メモリセルMCの両端の電位差が低下する。読出し電流Irapの大きさは、時刻t1の直後にピークに達した後、徐々に低下する。
読出し対象メモリセルMCの両端の電位差が或る大きさまで低下すると、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフする。この結果、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフしたときのグローバルワード線GWLの電位がグローバルワード線GWLに保存される。保存された電位は、低ホールド電圧VhdL及び高ホールド電圧VhdHのうちの読出し対象メモリセルMCの抵抗状態に基づく一方である。さらに、センスアンプ回路SACのトランジスタTr2がオフされる。この結果、ノードN2にグローバルワード線GWLの電位が保存される。
図9に示されるように、時刻t2において、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselが印加される。時刻t3において、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselが印加される。
時刻t4からは、参照データ書込み及び第2センスの期間である。時刻t4において、グローバルビット線GBLに、ドライバ回路RDPBによってプリチャージ電圧Vpcpが印加される。これは、ドライバ回路RDPBのスイッチSW3をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW1及びSW2をオフに維持することによって行われることが可能である。プリチャージ電圧Vpcpの印加により、グローバルビット線GBLがプリチャージ電圧Vpcpに充電される。その後、ドライバ回路RDPBのスイッチSW3がオフされることにより、グローバルビット線GBLがフローティングにされる。
時刻t5において、グローバルワード線GWLに、シンク回路RDSWによって接地電圧Vssが印加される。これは、シンク回路RDSWのスイッチSW4をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW5及びSW6をオフに維持することによって行われることが可能である。この時の状態が、図11に模式的に示されている。さらに、図11に示されるように、トランジスタTr1がオンに維持されていることによって、グローバルビット線GBLはノードN1に接続されている。また、トランジスタTr2がオフに維持されていることによって、グローバルワード線GWLはノードN2から切断されている。
グローバルワード線GWLへの接地電圧Vssの印加によって、読出し対象メモリセルMCの両端に、Vpcp-Vssの大きさの電圧、すなわち、プリチャージ電圧Vpcpが印加される。この結果、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオンし、図9の下部及び図11に示されるように、記憶層37から参照層35に向かって、すなわち、P方向に、読出し電流Irpが流れる。読出し電流Irpが読出し対象メモリセルMCを流れる。図7を参照して記述されるように、プリチャージ電圧Vpcpは、1つのメモリセルMCに印加されることによって、P方向スイッチング電流Icpの大きさを超える大きさの電流がこのメモリセルMCを流れることを可能にする大きさを有する。よって、読出し電流Irpの大きさは、P方向スイッチング電流Icpの大きさより大きい。よって、読出し電流Irpによって、読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJは、P状態になる。
さらに、読出し電流Irpによって、グローバルビット線GBLの電位が低下する。この結果、読出し対象メモリセルMCの両端の電位差が低下する。読出し電流Irpの大きさは、時刻t5の直後にピークに達した後、徐々に低下する。読出し電流Irpの大きさのピークは、読出し電流Irapの大きさのピークより小さい。
読出し対象メモリセルMCの両端の電位差が或る大きさまで低下すると、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフする。この結果、読出し対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフしたときのグローバルビット線GBLの電位がグローバルビット線GBLに保存される。保存された電位は、読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJがP状態であるため、低ホールド電圧VhdLである。さらに、センスアンプ回路SACのトランジスタTr1がオフされる。この結果、ノードN1にグローバルビット線GBLの電位が保存される。
図9に示されるように、時刻t6において、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselが印加される。時刻t7において、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselが印加される。
時刻t5の後、オペアンプOPが、例えば、読出し制御回路ROCによって、イネーブルとされる。この結果、データ読出しの開始の時点の読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJの抵抗状態に基づく大きさの出力OUTが、オペアンプOPから出力される。すなわち、MTJ素子MTJが低抵抗状態であれば、オペアンプOPは、Lレベルの出力OUTを出力する。一方、MTJ素子MTJが高抵抗状態であれば、オペアンプOPは、Hレベルの出力OUTを出力する。こうして、読出し対象メモリセルMCに記憶されていたデータの読出しが完了する。
1.3.利点(効果)
第1実施形によれば、以下に記述されるように、短時間でデータを読み出す記憶装置が提供されることが可能である。
第1実施形によれば、以下に記述されるように、短時間でデータを読み出す記憶装置が提供されることが可能である。
比較及び参考のために、記憶装置100の概要が記述される。データ読出しは、第1実施形態と同じく、第1センスによって得られる、読出し対象メモリセルに記憶されているデータに基づく電圧と、参照データを書き込まれた読出し対象メモリセルに対する第2センスによって得られる電圧と、の比較によって行われ得る。この方式は、自己参照方式と称される場合がある。
図12は、図9と同様に、記憶装置100でのデータ読出しの間のいくつかの配線の電位を時間に沿って示す。図12に示されるように、第1実施形態(図9)と同じ方法により、時刻t0から時刻t2までの期間において第1センスが行われる。一般に、MTJ素子をAP状態にするためのスイッチング電流は、MTJ素子をP状態にするためのスイッチング電流より大きい。このため、読出しディスターブを抑制するために、第1センスのための読出し電流は、AP方向に流される。
時刻t2の後の時刻t11から時刻t12までの期間において、参照データが書き込まれる。時刻t12の後の時刻t13から時刻t15までの期間において、時刻t0から時刻t2までの第1センスと同じ方法で第2センスが行われる。第2センスのための読出し電流も、読出しディスターブを抑制するために、AP方向に流される。時刻t15の後、第1センスによって得られた電圧と、第2センスによって得られた電圧とに基づいて、第1実施形態と同じ方法で、読出し対象メモリセルに記憶されていたデータを示す信号が得られる。自己参照方式のデータ読出しによって、不可避的なメモリセルの特性のばらつきによるデータ読出し結果のばらつきが抑制されることができる。読出し対象メモリセルにいずれかが記憶されているか未知である“0”データ又は“1”データに基づく電圧と、自身が“0”データを記憶しているときに得られる電圧とが比較されるためである。
しかしながら、図12から明らかなように、自己参照方式のために参照データの書込みが必要である。このことは、データ読出しに要する時間を長くさせる。
第1実施形態によれば、第1センスの後、参照データ書込みが行われない。代わりに、第1センスに続けて第2センスが行われ、第2センスでは、P方向に流れるとともに読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJをP状態にできる大きさの読出し電流Irpが読出し対象メモリセルMCに流される。読出し電流Irpによって、読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJはP状態にされ、続けて、P状態のMTJ素子MTJを含んだ読出し対象メモリセルMCに対して、読出し電流Irpによって第2センスが行われる。このようなデータ読出しは、図12のような、参照データ書込みのための専用の時間を必要としない。よって、図12と第1実施形態の図9との比較から明らかなように、第1実施形態によれば、参考用の記憶装置100でのデータ読出しよりも短い時間でデータが読み出されることが可能である。さらに、自己参照方式が使用されているので、メモリセルの特性のばらつきによるデータ読出し結果のばらつきも抑制されている。
1.4.変形例
ドライバ回路RDUB、RDPB、RDUW、又はRDPWによって電圧を印加することは、種々の方法で行われ得る。第1の方法として、図7を参照して記述されるようにドライバ回路によって、印加されることを望まれる電圧が生成され、生成された電圧がスイッチ、すなわち、スイッチSW2、SW3、SW5、又はSW6を介して配線に転送される。
ドライバ回路RDUB、RDPB、RDUW、又はRDPWによって電圧を印加することは、種々の方法で行われ得る。第1の方法として、図7を参照して記述されるようにドライバ回路によって、印加されることを望まれる電圧が生成され、生成された電圧がスイッチ、すなわち、スイッチSW2、SW3、SW5、又はSW6を介して配線に転送される。
第2の方法として、配線に、n型のMOSFETを介して、転送を望まれる電圧と異なる基準電圧(例えば、内部電源電圧)のノードが接続される。そして、MOSFETのゲートの電圧の調整によって、基準電圧が下降されることによって生成された、転送を望まれる大きさの電圧が配線に印加される。以下、第2の方法は、ゲートバイアス方式と称される場合がある。
2.第2実施形態
第2実施形態は、第1実施形態に付加して行われる。第2実施形態は、読出し電流が流れる経路の抵抗の大きさの調整に関する。
第2実施形態は、第1実施形態に付加して行われる。第2実施形態は、読出し電流が流れる経路の抵抗の大きさの調整に関する。
2.1.構造(構成)
第2実施形態の記憶装置1bは、第1実施形態でのコア回路11に代えて、コア回路11bを含む。
第2実施形態の記憶装置1bは、第1実施形態でのコア回路11に代えて、コア回路11bを含む。
図13は、第2実施形態のコア回路11bの機能ブロックを示す。図3は、第1実施形態の図2と同じく、1つのサブコア回路SCC、1つのグローバルワード線GWL、1つのグローバルビット線GBL、1つの読出し回路RC、並びに1つの書込み回路WCのみを示す。図3に示されるように、コア回路11bは、1つ以上のサブコア回路SCCbを含む。サブコア回路SCCbは、メモリセルアレイMA、ロウセレクタRS、及びカラムセレクタCSに加えて、サブグローバルワード線GWLI、GWL抵抗調整回路WRA、サブグローバルビット線GBLI、及びGBL抵抗調整回路BRAを含む。
ロウセレクタRSは、ロウアドレスを受け取り、受け取られたロウアドレスに基づいて、対応するメモリセルアレイMAのローカルワード線LWLの1つを1つのサブグローバルワード線GWLIに接続する。
カラムセレクタCSは、カラムアドレスを受け取り、受け取られたカラムアドレスに基づいて、対応するメモリセルアレイMAのローカルビット線LBLの1つを1つのサブグローバルビット線GBLIに接続する。
GWL抵抗調整回路WRAは、グローバルワード線GWLとサブグローバルワード線GWLIとの間の抵抗を調整する回路である。GWL抵抗調整回路WRAは、グローバルワード線GWLとサブグローバルワード線GWLIとの間に接続されている。GWL抵抗調整回路WRAは、グローバルワード線GWLとサブグローバルワード線GWLIとの間の抵抗を動的に変更できるように構成されている。GWL抵抗調整回路WRAは、カラムアドレスを受け取り、受け取られたカラムアドレスに基づいて、グローバルワード線GWLとサブグローバルワード線GWLIとの間の抵抗を動的に変更する。
GBL抵抗調整回路BRAは、グローバルビット線GBLとサブグローバルビット線GBLIとの間の抵抗を調整する回路である。GBL抵抗調整回路BRAは、グローバルビット線GBLとサブグローバルビット線GBLIとの間に接続されている。GBL抵抗調整回路BRAは、グローバルビット線GBLとサブグローバルビット線GBLIとの間の抵抗を動的に変更できるように構成されている。GBL抵抗調整回路BRAは、ロウアドレスを受け取り、受け取られたロウアドレスに基づいて、グローバルビット線GBLとサブグローバルビット線GBLIとの間の抵抗を動的に変更する。
図14は、第2実施形態のGWL抵抗調整回路WRA及びロウセレクタRSの回路図である。図14は、第2実施形態のデコード回路14bも併せて示す。
図14に示されるように、ロウセレクタRSは、n型のMOSFET TA0~TAMを含む。トランジスタTA0~TAMは、それぞれ、一端において、ローカルワード線LWL<0>~LWL<M>と接続されている。トランジスタTA0~TAMは、他端において、サブグローバルワード線GWLIと接続されている。トランジスタTA0~TAMは、各々、ゲートにおいてデコード回路14bから制御信号を受け取る。デコード回路14bからの制御信号の1つがアサートされることにより、アサートされている信号を受け取る1つのトランジスタTAがサブグローバルワード線GWLIと接続される。デコード回路14bは、トランジスタTA0~TAMに供給される複数の制御信号のうちのロウアドレスにより特定される1つをアサートする。
トランジスタTA0~TANは、実質的に同じオン抵抗を有する。その目的で、例えば、トランジスタTA0~TANは、実質的に同じ寸法及び実質的に同じ濃度の不純物を有し、共通のプロセスによって形成される。
GWL抵抗調整回路WRAは、Jを1以上の整数として、n型のMOSFET TB0~TBJ、及びスイッチSC0~SCjを含む。トランジスタTB0~TBJは「TBα」の「α」の昇順に直列に接続されている。トランジスタTB0~TBJの直列構造は、トランジスタTB0において、サブグローバルワード線GWLIと接続されており、トランジスタTBJにおいて、グローバルワード線GWLと接続されている。トランジスタTB0~TBJは、それぞれ、ゲートにおいて、デコード回路14bから制御信号NB0~NBJを受け取る。デコード回路14bは、カラムアドレスに基づいて、制御信号NB0~NBJを生成する。
スイッチSC0は、一端において、サブグローバルワード線GWLIと接続されており、他端において、グローバルワード線GWLと接続されている。αが1以上J以下の整数の全てのケースについて、βをα-1として、スイッチSCαは、一端において、トランジスタTBαとトランジスタTBβが接続されているノードと接続されており、他端において、グローバルワード線GWLと接続されている。スイッチSC0~SCJは、それぞれ、デコード回路14bから制御信号NC0~NCJを受け取り、制御信号NC0~NCJに基づいてオン又はオフする。デコード回路14bは、カラムアドレスに基づいて、制御信号NC0~NCJを生成する。
図15は、第2実施形態のGBL抵抗調整回路BRA及びカラムセレクタCSの回路図である。図15は、デコード回路14bも併せて示す。
図15に示されるように、カラムセレクタCSは、n型のMOSFET TD0~TDNを含む。トランジスタTD0~TDNは、それぞれ、一端において、ローカルビット線LBL<0>~LBL<N>と接続されている。トランジスタTD0~TDNは、他端において、サブグローバルビット線GBLIと接続されている。トランジスタTD0~TDNは、各々、ゲートにおいてデコード回路14bから制御信号を受け取る。デコード回路14bからの制御信号の1つがアサートされることにより、アサートされている信号を受け取る1つのトランジスタTDがサブグローバルビット線GBLIと接続される。デコード回路14bは、トランジスタTD0~TDNに供給される複数の制御信号のうちのカラムアドレスにより特定される1つをアサートする。
トランジスタTD0~TDNは、実質的に同じオン抵抗を有する。その目的で、例えば、トランジスタTD0~TDNは、実質的に同じ寸法及び実質的に同じ濃度の不純物を有し、共通のプロセスによって形成される。
GBL抵抗調整回路BRAは、Kを1以上の整数として、n型のMOSFET TE0~TEK、及びスイッチSF0~SFKを含む。トランジスタTE0~TEKは、「TBβ」「β」の昇順に直列に接続されている。トランジスタTE0~TEKの直列構造は、トランジスタTE0において、サブグローバルビット線GBLIと接続されており、トランジスタTEKにおいて、グローバルビット線GBLと接続されている。トランジスタTE0~TEKは、それぞれ、ゲートにおいて、デコード回路14bから制御信号NE0~NEKを受け取る。デコード回路14bは、ロウアドレスに基づいて、制御信号NE0~NEKを生成する。
スイッチSF0は、一端において、サブグローバルビット線GBLIと接続されており、他端において、グローバルビット線GBLと接続されている。γが1以上K以下の整数の全てのケースについて、εをγ-1として、スイッチSFγは、一端において、トランジスタTEγとトランジスタTEεが接続されているノードと接続されており、他端において、グローバルビット線GBLと接続されている。スイッチSF0~SFKは、それぞれ、デコード回路14bから制御信号NF0~NFKを受け取り、制御信号NF0~NFKに基づいてオン又はオフする。デコード回路14bは、ロウアドレスに基づいて、制御信号NF0~NFKを生成する。
図16は、第2実施形態のデコード回路14bの機能ブロックを示す。図16に示されるように、デコード回路14bは、制御信号生成回路14b1及び14b2を含む。制御信号生成回路14b1は、カラムアドレスを受け取り、受け取られたカラムアドレスに基づいて、制御信号NB0~NBJ及び制御信号NC0~NCJを生成する。制御信号生成回路14b2は、ロウアドレスを受け取り、受け取られたロウアドレスに基づいて、制御信号NE0~NEK及び制御信号NF0~NFKを生成する。
2.2.動作
2.2.1.GWL抵抗調整回路WRA
図17及び図18は、各々、第2実施形態のGWL抵抗調整回路WRAの動作の間の一状態の例を示す。図17及び図18は、第1センス、又は参照データ書込み及び第2センスの間に形成される状態の例を示す。図17及び図18は、オフしているトランジスタTB及びオフしているスイッチSCを破線で示す。図17及び図18は、オンしているトランジスタTBを実線で示す。図17及び図18は、オンしているスイッチSCを、このスイッチSCの両端を結ぶ実線で示す。
2.2.1.GWL抵抗調整回路WRA
図17及び図18は、各々、第2実施形態のGWL抵抗調整回路WRAの動作の間の一状態の例を示す。図17及び図18は、第1センス、又は参照データ書込み及び第2センスの間に形成される状態の例を示す。図17及び図18は、オフしているトランジスタTB及びオフしているスイッチSCを破線で示す。図17及び図18は、オンしているトランジスタTBを実線で示す。図17及び図18は、オンしているスイッチSCを、このスイッチSCの両端を結ぶ実線で示す。
GWL抵抗調整回路WRAは、トランジスタTB0~TBJのオン又はオフ、及びスイッチSC0~SCJのオン又はオフの組合せを使用して、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の抵抗を調整する。そのために、トランジスタTB0~TBJのうち、サブグローバルワード線GWLIの側から0以上の直列接続されているトランジスタTBが全てオンされる。加えて、スイッチSC0~SCJのうち、オンされているトランジスタTBとオフされているトランジスタTBとが接続されているノードと接続されているスイッチSCのみがオンされる。こうすることにより、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路に、オンしているトランジスタTBのオン抵抗が挿入される。トランジスタTB0~TBJのうちのオンされるトランジスタTBの数の選択によって、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の抵抗が動的に選択されることが可能である。
GWL抵抗調整回路WRAの制御のために、デコード回路14bは、カラムアドレスに基づいて、制御信号NB0~NBJ及び制御信号NC0~NCJのアサート及びネゲートを制御する。より具体的には、デコード回路14bは、カラムアドレスが、ロウセレクタRSにからより遠いローカルビット線LBLを指定している場合、トランジスタTB0~TBJのうちのより多くのトランジスタTBをオンさせる。
図17に示される例では、トランジスタTB0~TBJが全てオフされており、スイッチSC0~SCJのうちのスイッチSC0のみがオンされている。これは、制御信号NB0~NBJの全てがネゲートされるとともに制御信号NC0~NCJのうちの制御信号NC0のみがアサートされることによって行われることが可能である。トランジスタTB0~TBJが全てオフされているとともにスイッチSC0のみがオンされているため、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の中に、トランジスタTBは挿入されていない。よって、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の抵抗は、いずれのトランジスタTBのオン抵抗も含まない。
図18に示される例では、トランジスタTB0及びTB1がオンされており、スイッチSC0~SCJのうちのスイッチSC2のみがオンされている。これは、制御信号NB0~NBJのうちの制御信号NB0及びNB1のみがアサートされるとともに制御信号NC0~NCJのうちの制御信号NC2のみがアサートされることによって行われることが可能である。トランジスタTB0及びTB1がオンされているとともにスイッチSC2のみがオンされているため、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の中に、トランジスタTB0及びTB1が挿入されている。よって、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとを結ぶ電流経路の抵抗は、トランジスタTB0及びTB1のそれぞれのオン抵抗の合計のオン抵抗RW1を含む。一般化された記述は、以下の通りである。すなわち、ζを0以上の整数及びηをζ+1とし、トランジスタTB0~TBζがオンされるとともに、スイッチSC0~SCJのうちのスイッチSWηのみがオンされる。
2.2.2.GBL抵抗調整回路BRA
GBL抵抗調整回路BRAの動作は、GWL抵抗調整回路WRAと同様である。
GBL抵抗調整回路BRAの動作は、GWL抵抗調整回路WRAと同様である。
図19及び図20は、各々、第2実施形態のGBL抵抗調整回路BRAの動作の間の一状態の例を示す。図19及び図20は、第1センス、又は参照データ書込み及び第2センスの間に形成される状態の例を示す。図19及び図20は、オフしているトランジスタTE及びオフしているスイッチSFを破線で示す。図19及び図20は、オンしているトランジスタTEを実線で示す。図19及び図20は、オンしているスイッチSFを、このスイッチSFの両端を結ぶ実線で示す。
GBL抵抗調整回路BRAは、トランジスタTE0~TEKのオン又はオフ、及びスイッチSF0~SFKのオン又はオフの組合せを使用して、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の抵抗を調整する。そのために、トランジスタTE0~TEKのうち、サブグローバルビット線GBLIの側から0以上の直列接続されているトランジスタTEが全てオンされる。加えて、スイッチSF0~SFKのうち、オンされているトランジスタTEとオフされているトランジスタTEとが接続されているノードと接続されているスイッチSFのみがオンされる。こうすることにより、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路に、オンしているトランジスタTEのオン抵抗が挿入される。トランジスタTE0~TEKのうちのオンされるトランジスタTEの数の選択によって、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の抵抗が動的に選択されることが可能である。
GBL抵抗調整回路BRAの制御のために、デコード回路14bは、ロウアドレスに基づいて、制御信号NE0~NEK及び制御信号NF0~NFKのアサート及びネゲートを制御する。より具体的には、デコード回路14bは、ロウアドレスが、カラムセレクタCSからより遠いローカルビット線LBLを指定している場合、トランジスタTE0~TEKのうちのより多くのトランジスタTEをオンさせる。
図19に示される例では、トランジスタTE0~TEKが全てオフされており、スイッチSF0~SFKのうちのスイッチSF0のみがオンされている。これは、制御信号NE0~NEKの全てがネゲートされるとともに制御信号NF0~NFKのうちの制御信号NF0のみがアサートされることによって行われることが可能である。トランジスタTE0~TEKが全てオフされているとともにスイッチSF0のみがオンされているため、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の中に、トランジスタTEは挿入されていない。よって、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の抵抗は、いずれのトランジスタTEのオン抵抗も含まない。
図20に示される例では、トランジスタTE0、TE1、及びTE2がオンされており、スイッチSF0~SFKのうちのスイッチSF3のみがオンされている。これは、制御信号NE0~NEKのうちの制御信号NE0、NE1、及びNE2のみがアサートされるとともに制御信号NF0~NFKのうちの制御信号NF3のみがアサートされることによって行われることが可能である。トランジスタTE0、TE1、及びTE2がオンされているとともにスイッチSF3のみがオンされているため、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の中に、トランジスタTE0、TE1、及びTE2が挿入されている。よって、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとを結ぶ電流経路の抵抗は、トランジスタTE0、TE1、及びTE2のそれぞれのオン抵抗の合計のオン抵抗RB1を含む。一般化された記述は、以下の通りである。すなわち、θを0以上の整数及びιをθ+1とし、トランジスタTE0~TEKのうちのトランジスタTE0~TEθがオンされるとともに、スイッチSF0~SFKのうちのスイッチSFιのみがオンされる。
2.2.3.第1センス及び第2センスの間の抵抗調整
図21及び図22は、各々、第1実施形態の記憶装置のデータ読出しの間の一状態の例を示す。具体的には、図21は、第1センスの間のロウセレクタRS、カラムセレクタCS、GWL抵抗調整回路WRA、及びGBL抵抗調整回路BRAの一状態の例を示す。図22は、各々、第2センスの間のロウセレクタRS、カラムセレクタCS、GWL抵抗調整回路WRA、及びGBL抵抗調整回路BRAの一状態の例を示す。
図21及び図22は、各々、第1実施形態の記憶装置のデータ読出しの間の一状態の例を示す。具体的には、図21は、第1センスの間のロウセレクタRS、カラムセレクタCS、GWL抵抗調整回路WRA、及びGBL抵抗調整回路BRAの一状態の例を示す。図22は、各々、第2センスの間のロウセレクタRS、カラムセレクタCS、GWL抵抗調整回路WRA、及びGBL抵抗調整回路BRAの一状態の例を示す。
図21及び図22は、各々、M=N=4の例を示し、すなわち、各ローカルワード線LWLに4つのメモリセルMCが接続されているとともに各ローカルビット線LBLに4つのメモリセルが接続されている例を示す。図21及び図22は、データ読出し対象のメモリセルMCSが、ロウセレクタRSの側から2つ目のローカルビット線LBL及びカラムセレクタCSの側から3つ目のローカルワード線LWLと接続されている例を示す。読出し対象メモリセルMCSと接続されたローカルワード線LWLは、選択ローカルワード線LWLSと称される場合がある。読出し対象メモリセルMCSと接続されたローカルビット線LBLは、選択ローカルビット線LBLSと称される場合がある。
図21及び図22に示されるように、選択ローカルワード線LWLSは、ロウセレクタRS中の選択ローカルワード線LWLSと接続されたトランジスタTA(図示せず)がオンしていることによって、サブグローバルワード線GWLIと接続されている。選択ローカルビット線LBLSは、カラムセレクタCS中の選択ローカルビット線LBLSと接続されたトランジスタTD(図示せず)がオンしていることによって、サブグローバルビット線GBLIと接続されている。
図21に示されるとともに、図10を参照して記述されるように、第1センスの実行のために、グローバルワード線GWLがドライバ回路RDPWと接続されるとともにグローバルビット線GBLがシンク回路RDSBと接続される。
選択ローカルビット線LBLSがロウセレクタRSの側から2つ目のローカルビット線LBLであることに基づく数のトランジスタTBがオンしている。図21は、3つのトランジスタTBがオンしている例を示す。さらに、全てのスイッチSCのうちのオンしているトランジスタTBとオフしているトランジスタTBとが接続されているノードと接続されているスイッチSCのみがオンしている。このようなトランジスタTB及びスイッチSCの状態によって、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとの間に、3つのトランジスタTBのオン抵抗の合計の抵抗ROW1が挿入されている。この結果、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路RDPWとを結ぶ電流経路(太線により示されている)は、或る大きさの抵抗RP1を有する。
選択ローカルワード線LWLSが、カラムセレクタCSの側から3つ目のローカルワード線LWLであることに基づく数のトランジスタTEがオンしている。図21は、2つのトランジスタTEがオンしている例を示す。さらに、全てのスイッチSFのうちのオンしているトランジスタTEとオフしているトランジスタTEとが接続されているノードと接続されているスイッチSFのみがオンしている。このようなトランジスタTE及びスイッチSFの状態によって、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとの間に、2つのトランジスタTEのオン抵抗の合計の抵抗ROB1が挿入されている。この結果、読出し対象メモリセルMCSとシンク回路RDSBとを結ぶ電流経路(太線により示されている)は、或る大きさの抵抗RP2を有する。
抵抗RP1と抵抗RP2は、ほぼ又は実質的に同じ大きさを有する。換言すると、抵抗RP1と抵抗RP2の差を最小とするオン抵抗ROW1及びROB1が形成されるように、オン抵抗ROW1及びROB1が形成、すなわち、オンするトランジスタTBの数及びオンするトランジスタTEの数が選択される。
オンされるべきトランジスタTBの数は、選択ローカルビット線LBLSに依存する。選択ローカルビット線LBLSは、データ読出しを指定するカラムアドレスにより指定される。よって、オンされるべきトランジスタTBの数は、カラムアドレスに依存する。デコード回路14bは、カラムアドレスに基づいて、制御信号NB0~NBJ及び制御信号NC0~NCJを生成する。
同様に、オンされるべきトランジスタTEの数は、選択ローカルワード線LWLSに依存する。選択ローカルワード線LWLSは、データ読出しを指定するロウアドレスにより指定される。よって、オンされるべきトランジスタTEの数は、ロウアドレスに依存する。デコード回路14bは、ロウアドレスに基づいて、制御信号NE0~NEK及び制御信号NF0~NFKを生成する。
図22に示されるとともに、図11を参照して記述されるように、参照データ書込み及び第2センスの実行のために、グローバルワード線GWLがシンク回路RDSWと接続されるとともにグローバルビット線GBLがドライバ回路RDPBと接続される。その他の構成要素の接続については、図21と同じである。よって、読出し対象メモリセルMCSとシンク回路RDSWとを結ぶ電流経路(太線により示されている)は、抵抗RP1を有する。また、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路RDPBとを結ぶ電流経路(太線により示されている)は、抵抗RP2を有する。
図21の第1センスの間と図22の参照データ書込み及び第2センスの間の各々において、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路(RDPW又はRDPB)とを結ぶ電流経路の抵抗(RP1又はRP2)は、読出し対象メモリセルMCSとシンク回路(RDSB又はRDSW)とを結ぶ電流経路の抵抗(RP2又はRP2)は実質的に同じである。よって、読出し電流Irapが流れる場合のドライバ回路(RDPW)と読出し対象メモリセルMCSとを結ぶ電流経路の抵抗、すなわち、図21の抵抗RP1は、読出し電流Irpが流れる場合のドライバ回路(RDPB)と読出し対象メモリセルMCSとを結ぶ電流経路の抵抗、すなわち、図22の抵抗RP2と、実質的に同じである。同じく、読出し電流Irapが流れる場合の読出し対象メモリセルMCSとシンク回路(RDSB)とを結ぶ電流経路の抵抗、すなわち、図21の抵抗RP2は、読出し電流Irpが流れる場合の読出し対象メモリセルMCSとシンク回路(RDSW)とを結ぶ電流経路の抵抗、すなわち、図22の抵抗RP1と、実質的に同じである。よって、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路とを結ぶ電流経路の抵抗及び読出し対象メモリセルMCSとシンク回路とを結ぶ電流経路の抵抗のいずれも、読出し電流Irapが流れる場合と読出しIrpが流れる場合とで実質的に同じである。
2.3.利点
第2実施形態によれば、第1実施形態と同じく、第1センスに続けて第2センスが行われ、第2センスでは、P方向に流れるとともに読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJをP状態にできる大きさの読出し電流Irpが読出し対象メモリセルMCに流される。このため、第1実施形態と同じ利点を得られる。
第2実施形態によれば、第1実施形態と同じく、第1センスに続けて第2センスが行われ、第2センスでは、P方向に流れるとともに読出し対象メモリセルMCのMTJ素子MTJをP状態にできる大きさの読出し電流Irpが読出し対象メモリセルMCに流される。このため、第1実施形態と同じ利点を得られる。
第2実施形態の記憶装置1bは、GWL抵抗調整回路WRA及びGBL抵抗調整回路BRAを含む。GWL抵抗調整回路WRAは、サブグローバルワード線GWLIとグローバルワード線GWLとの間に可変の数のオンしているトランジスタTBを挿入できる。GBL抵抗調整回路BRAは、サブグローバルビット線GBLIとグローバルビット線GBLとの間に可変の数のオンしているトランジスタTEを挿入できる。GWL抵抗調整回路WRA及びGBL抵抗調整回路BRAは、第1センス及び第2センスのいずれにおいても、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路とを結ぶ電流経路の抵抗が読出し対象メモリセルMCSとシンク回路とを結ぶ電流経路の抵抗と実質的に等しくなるようにオンしているトランジスタTB及びTEの数を調整する。よって、読出し対象メモリセルMCSとドライバ回路とを結ぶ電流経路の抵抗及び読出し対象メモリセルMCSとシンク回路とを結ぶ電流経路の抵抗のいずれも、読出し電流Irapが流れる場合と読出し電流Irpが流れる場合とで実質的に同じである。このため、読出し対象メモリセルMCSに対する第1センスによって得られる低ホールド電圧VhdLと、読出し対象メモリセルMCSに対する第2センスによって得られる低ホールド電圧VhdLとの差が抑制される。これは、より正確なデータ読出しを可能にする。よって、第1センス及び第2センスで読出し電流の流れる方向が違っていても、高い精度でデータが読み出されることが可能である。
3.第3実施形態
第3実施形態は、データ書込みに関する。
第3実施形態は、データ書込みに関する。
3.1.構成
図23は、第3実施形態の書込み回路の構成要素及び構成要素の接続を示す。図23に示されるように、書込み回路WCは、書込み制御回路WOC、ドライバ回路WDUB、WDPB、WDUW、及びWDPW、並びに、シンク回路WDSB及びWDSWを含む。図23は、1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLに関する構成要素のみを示す。他のグローバルビット線GBLに対してもドライバ回路WDUB及びWDPB、並びにシンク回路WDSBが設けられる。また、他のグローバルワード線GWLに対してもドライバ回路WDUW及びWDPW、並びにシンク回路WDSWが設けられる。
図23は、第3実施形態の書込み回路の構成要素及び構成要素の接続を示す。図23に示されるように、書込み回路WCは、書込み制御回路WOC、ドライバ回路WDUB、WDPB、WDUW、及びWDPW、並びに、シンク回路WDSB及びWDSWを含む。図23は、1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLに関する構成要素のみを示す。他のグローバルビット線GBLに対してもドライバ回路WDUB及びWDPB、並びにシンク回路WDSBが設けられる。また、他のグローバルワード線GWLに対してもドライバ回路WDUW及びWDPW、並びにシンク回路WDSWが設けられる。
シンク回路WDSBは、グローバルビット線GBLに接地電圧VSSを印加できるように構成されている。シンク回路WDSBの機能及び(又は)構成は、スイッチSW1に代えてスイッチSW21が設けられること、及び制御信号S1に代えて制御信号S21が使用されることを除いて、シンク回路RDSBと同じである。シンク回路WDSBに対して、第1実施形態のシンク回路RDSBについての記述のうち、「SW1」及び「S1」がそれぞれ「SW21」及び「S21」に置き換えられた記述が当てはまる。スイッチSW21は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S21を受け取る。シンク回路WDSBに代えて、シンク回路RDSBが使用されてもよい。
シンク回路WDSWは、グローバルワード線GWLに接地電圧VSSを印加できるように構成されている。シンク回路WDSWの機能及び(又は)構成は、スイッチSW4に代えてスイッチSW24が設けられること、及び制御信号S4に代えて制御信号S24が使用されることを除いて、シンク回路RDSWと同じである。シンク回路WDSWに対して、第1実施形態のシンク回路RDSWについての記述のうち、「SW4」及び「S4」がそれぞれ「SW4」及び「S24」に置き換えられた記述が当てはまる。スイッチSW24は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S24を受け取る。シンク回路WDSWに代えて、シンク回路RDSWが使用されてもよい。
ドライバ回路WDPBは、グローバルビット線GBLに書込み電圧Vwpを印加できるように構成されている。書込み電圧Vwpは、書込み電圧Vwpの大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されることによって、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせるとともにメモリセルMCにP書込み電流Iwpを流せる大きさを有する。書込み電圧Vwpは、プリチャージ電圧Vpcpと同じであってもよい。ドライバ回路WDPBは、グローバルビット線GBLに書込み電圧Vwpを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路WDPBは、スイッチSW23を含む。スイッチSW23は、一端においてグローバルビット線GBLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)の書込み電圧Vwpを印加されるノードと接続されている。スイッチSW23は、制御信号S23に基づいてオン又はオフし、オンしている間、書込み電圧Vwpをグローバルビット線GBLに転送する。スイッチSW23は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S23を受け取る。スイッチSW23は、例えば、MOSFETである。
ドライバ回路WDPWは、グローバルワード線GWLに書込み電圧Vwapを印加できるように構成されている。書込み電圧Vwapは、書込み電圧Vwapの大きさの電圧が1つのメモリセルMCに印加されることによって、このメモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせるとともにメモリセルMCにAP書込み電流Iwapを流せる大きさを有する。ドライバ回路WDPWは、グローバルワード線GWLに書込み電圧Vwapを印加できる限り、どのような構成を有していてもよい。例えば、ドライバ回路WDPWは、スイッチSW26を含む。スイッチSW26は、一端においてグローバルワード線GWLと接続されており、他端において記憶装置1の中(例えば、電圧生成回路16)の書込み電圧Vwapを印加されるノードと接続されている。スイッチSW26は、制御信号S26に基づいてオン又はオフし、オンしている間、書込み電圧Vwapをグローバルワード線GWLに転送する。スイッチSW26は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S26を受け取る。スイッチSW26は、例えば、MOSFETである。
書込み電圧Vwpは、書込み電圧Vwapと同じであってもよい。
ドライバ回路WDUBは、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselを印加できるように構成されている。ドライバ回路WDUBの機能及び(又は)構成は、スイッチSW2に代えてスイッチSW22が設けられること、及び制御信号S2に代えて制御信号S22が使用されることを除いて、ドライバ回路RDUBと同じである。ドライバ回路WDUBに対して、第1実施形態のドライバ回路RDUBについての記述のうち、「SW2」及び「S2」がそれぞれ「SW22」及び「S22」に置き換えられた記述が当てはまる。スイッチSW22は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S22を受け取る。ドライバ回路WDUBに代えて、ドライバ回路RDUBが使用されてもよい。
ドライバ回路WDUWは、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselを印加できるように構成されている。ドライバ回路WDUWの機能及び(又は)構成は、スイッチSW5に代えてスイッチSW25が設けられること、及び制御信号S5に代えて制御信号S25が使用されることを除いて、ドライバ回路RDUWと同じである。ドライバ回路WDUWに対して、第1実施形態のドライバ回路RDUWについての記述のうち、「SW5」及び「S5」がそれぞれ「SW25」及び「S25」に置き換えられた記述が当てはまる。スイッチSW25は、例えば、書込み制御回路WOCから制御信号S25を受け取る。ドライバ回路WDUWに代えて、ドライバ回路RDUWが使用されてもよい。
書込み制御回路WOCは、書込み回路WC中の構成要素を制御する回路である。書込み制御回路WOCは、制御信号CNT、コマンドCMD、及びアドレス信号ADDに基づいて制御回路13及びデコード回路14によって生成された制御信号に基づいて動作する。
3.2.動作
図24は、第3実施形態の記憶装置1cでのデータ書込みの間のいくつかの配線の電位を時間に沿って示す。図24は、データ書込み対象のメモリセル(書込み対象メモリセル)MCを含んだサブコア回路SCCと接続された1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLについて示す。図24は、また、下部において、第3実施形態の記憶装置1cでのデータ書込みの間に書込み対象メモリセルMCを流れる電流を時間に沿って示す。図24の下部は、図9と同じく、縦軸の電流の正の領域において、AP方向の電流を示し、縦軸の電流の負の領域において、P方向の電流を示す。
図24は、第3実施形態の記憶装置1cでのデータ書込みの間のいくつかの配線の電位を時間に沿って示す。図24は、データ書込み対象のメモリセル(書込み対象メモリセル)MCを含んだサブコア回路SCCと接続された1つのグローバルビット線GBL及び1つのグローバルワード線GWLについて示す。図24は、また、下部において、第3実施形態の記憶装置1cでのデータ書込みの間に書込み対象メモリセルMCを流れる電流を時間に沿って示す。図24の下部は、図9と同じく、縦軸の電流の正の領域において、AP方向の電流を示し、縦軸の電流の負の領域において、P方向の電流を示す。
図24は、便宜上、AP書込みに続けて、P書込みを示す。AP書込みに続けてP書込みが行われることは要求されない。
データ書込みの概要は、第1実施形態において図9を参照して記述された参照データ書込みと同じである。以下、参照データ書込みと異なる点が主に記述される。
AP書込み又はP書込みの開始の時点で、グローバルワード線GWLは、ドライバ回路RDUWによって非選択電圧Vuselに充電されている。これは、ドライバ回路WDUBのスイッチSW25をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW24及びSW26をオフに維持することによって行われることが可能である。また、グローバルビット線GBLは、ドライバ回路WDUBによって、非選択電圧Vuselに充電されている。これは、ドライバ回路WDUBのスイッチSW22をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW21及びSW23をオフに維持することによって行われることが可能である。
書込み対象メモリセルMCへのデータ書込みの開始に伴い、書込み対象メモリセルMCがローカルビット線LBL(導電体22)を介してグローバルビット線GBLに接続されるとともにローカルワード線LWL(導電体21)を介してグローバルワード線GWLに接続される。
時刻t11において、グローバルワード線GWLに、ドライバ回路WDPWによって書込み電圧Vwapが印加される。これは、ドライバ回路WDPWのスイッチSW26をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW24及びSW25をオフに維持することによって行われることが可能である。書込み電圧Vwapの印加により、グローバルワード線GWLが書込み電圧Vwapに充電される。その後、ドライバ回路WDPWのスイッチSW26がオフされることにより、グローバルワード線GWLがフローティングにされる。
時刻t12において、グローバルビット線GBLに、シンク回路WDSBによって接地電圧Vssが印加される。これは、シンク回路WDSBのスイッチSW21をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW22及びSW23をオフに維持することによって行われることが可能である。グローバルビット線GBLへの接地電圧Vssの印加によって、書込み対象メモリセルMCの両端に、Vwap-Vssの大きさの電圧、すなわち、書込み電圧Vwapが印加される。この電圧は、書込み対象メモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせる大きさを有する。よって、AP方向に、書込み電流Iwapが流れる。
図23を参照して記述されるように、書込み電流Iwapの大きさは、AP方向スイッチング電流Icapより大きい。よって、書込み電流Iwpが書込み対象メモリセルMCを流れることにより、書込み対象メモリセルMCのMTJ素子MTJは、AP状態になる。
さらに、書込み電流Iwpによって、グローバルワード線GWLの電位が低下する。この結果、書込み対象メモリセルMCの両端の電位差が低下する。書込み対象メモリセルMCの両端の電位差が高ホールド電圧VhdHまで低下すると、書込み対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフする。こうして、AP書込みが完了する。
その後、時刻t13から、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselが印加され、続けて、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselが印加される。
時刻t21において、グローバルビット線GBLに、ドライバ回路WDPBによって書込み電圧Vwpが印加される。これは、ドライバ回路WDPBのスイッチSW23をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW21及びSW22をオフに維持することによって行われることが可能である。書込み電圧Vwpの印加により、グローバルビット線GBLが書込み電圧Vwpに充電される。その後、ドライバ回路WDPBのスイッチSW23がオフされることにより、グローバルビット線GBLがフローティングにされる。
時刻t22において、グローバルワード線GWLに、シンク回路WDSWによって接地電圧Vssが印加される。これは、シンク回路WDSWのスイッチSW24をオンに維持するとともに、その他のスイッチSW25及びスイッチSW26をオフに維持することによって行われることが可能である。グローバルワード線GWLへの接地電圧Vssの印加によって、書込み対象メモリセルMCの両端に、Vwp-Vssの大きさの電圧、すなわち、書込み電圧Vwpが印加される。この電圧は、書込み対象メモリセルMCのスイッチング素子SEをオンさせる大きさを有する。よって、P方向に、書込み電流Iwpが流れる。
図23を参照して記述されるように、書込み電流Iwpの大きさは、P方向スイッチング電流Icpより大きい。よって、書込み電流Iwpが書込み対象メモリセルMCを流れることにより、書込み対象メモリセルMCのMTJ素子MTJは、P状態になる。
さらに、書込み電流Iwpによって、グローバルビット線GBLの電位が低下する。この結果、書込み対象メモリセルMCの両端の電位差が低下する。書込み対象メモリセルMCの両端の電位差が低ホールド電圧VhdLまで低下すると、書込み対象メモリセルMCのスイッチング素子SEがオフする。こうして、P書込みが完了する。
その後、時刻t23から、グローバルビット線GBLに非選択電圧Vuselが印加され、続けて、グローバルワード線GWLに非選択電圧Vuselが印加される。
3.3.利点
第3実施形態によれば、データ書込みの間、第1センス及び第2センスと同じように、グローバルワード線GWL及びグローバルビット線GBLのうちの一方が充電され、その後にフローティングにされ、次いで、グローバルワード線GWL及びグローバルビット線GBLのうちの他方が接地電圧Vssにされる。このような電圧の印加によっても、メモリセルMCにデータが書き込まれることが可能である。
第3実施形態によれば、データ書込みの間、第1センス及び第2センスと同じように、グローバルワード線GWL及びグローバルビット線GBLのうちの一方が充電され、その後にフローティングにされ、次いで、グローバルワード線GWL及びグローバルビット線GBLのうちの他方が接地電圧Vssにされる。このような電圧の印加によっても、メモリセルMCにデータが書き込まれることが可能である。
3.4.変形例
第1実施形態の変形例と同じく、ドライバ回路WDPB及び(又は)WDPWは、ゲートバイアス方式を使用して実現されてもよい。
第1実施形態の変形例と同じく、ドライバ回路WDPB及び(又は)WDPWは、ゲートバイアス方式を使用して実現されてもよい。
第3実施形態は、第1実施形態又は第2実施形態に組み合せられることができる。第3実施形態が第1実施形態と組み合せられる場合、幾つかのドライバ回路が1つのドライバ回路とゲートバイアス方式の使用とによって実現されることが可能である。読出し回路RC中のグローバルビット線GBLにプリチャージ電圧Vpcpを印加するためのドライバ回路RDPBの機能及び書込み回路WC中のグローバルビット線GBLに書込み電圧Vwpを印加するためのドライバ回路WDPBの機能が1つのドライバ回路によって実現される。この場合、ドライバ回路は、例えば、電源電圧のノードとグローバルビット線GBLとに接続されたn型のMOSFETを含む。MOSFETは、ゲートにおいて、グローバルビット線GBLにプリチャージ電圧Vpcpを印加する場合と、書込み電圧Vwpを印加する場合とで、異なる電圧を受ける。
読出し回路RC中のグローバルワード線GWLにプリチャージ電圧Vpcapを印加するためのドライバ回路RDPWの機能及び書込み回路WC中のグローバルワード線GWLに書込み電圧Vwapを印加するためのドライバ回路WDPWの機能が1つのドライバ回路によって実現され得る。この場合、ドライバ回路は、例えば、電源電圧のノードとグローバルワード線GWLとに接続されたn型のMOSFETを含む。MOSFETは、ゲートにおいて、グローバルワード線GWLにプリチャージ電圧Vpcapを印加する場合と、書込み電圧Vwapを印加する場合とで、異なる電圧を受ける。
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同様に、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ものである。
1…記憶装置、11…コア回路、12…入出力回路、13…制御回路、14…デコード回路、15…ページバッファ、16…電圧生成回路、MC…メモリセル、GWL…グローバルワード線、LWL…ローカルワード線、GBL…グローバルビット線、LBL…ローカルビット線、SCC…サブコア回路、MA…メモリセルアレイ、RC…読出し回路、WC…書込み回路、RS…ロウセレクタ、CS…カラムセレクタ、SAC…センスアンプ回路、MTJ…MTJ素子、SE…スイッチング素子、ROC…読出し制御回路、RDSW…シンク回路、RDUW…ドライバ回路、RDPW…ドライバ回路、RDSB…シンク回路、RDUB…ドライバ回路、RDPB…ドライバ回路、Vss…接地電圧、Vusel…非選択電圧、Vpcp…プリチャージ電圧、Vpcap…プリチャージ電圧、SAC…センスアンプ回路
Claims (18)
- 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に接続され、可変抵抗素子とスイッチング素子を含み、前記可変抵抗素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層の間の絶縁層と、を含む、メモリセルと、
前記第1配線に第1電圧を印加するように構成された第1回路と、
前記第2配線に第2電圧を印加するように構成された第2回路と、
前記第2配線に第3電圧を印加するように構成された第3回路と、
前記第1配線に第4電圧を印加するように構成された第4回路と、
前記第1配線及び前記第2配線と接続されたセンスアンプ回路と、
を備える記憶装置。 - 前記センスアンプ回路は、オペアンプを含み、
前記オペアンプは、非反転入力において前記第1配線の電位に基づく電圧を受け、反転入力において前記第2配線の電位に基づく電圧を受ける、
請求項1に記載の記憶装置。 - 第1動作及び第2動作を行えるように構成されており、
前記第1動作において、前記第1配線に前記第1電圧が印加され、前記第1配線に前記第1電圧が印加された後に前記第1配線がフローティングにされ、前記第1配線がフローティングされている間に前記第2配線に前記第2電圧が印加され、
前記第2動作において、前記第2配線に前記第3電圧が印加され、前記第2配線に前記第3電圧が印加された後に前記第2配線がフローティングにされ、前記第2配線がフローティングにされている間に前記第1配線に前記第4電圧が印加される、
請求項1に記載の記憶装置。 - 第3動作を行えるように構成されており、
前記第3動作において、前記第1配線及び前記第2配線に、前記第2電圧及び前記第4電圧より高く前記第1電圧及び前記第3電圧より低い第5電圧が印加される、
請求項3に記載の記憶装置。 - 前記第1動作に続けて前記第3動作が行われ、
前記第3動作に続けて前記第2動作が行われる、
請求項4に記載の記憶装置。 - 前記第1電圧は、前記第3電圧より低い、
請求項1に記載の記憶装置。 - 前記可変抵抗素子は、前記可変抵抗素子を前記第1配線の側から前記第2配線の側に流れる電流によって、第1抵抗を有し、
前記可変抵抗素子は、前記可変抵抗素子を前記第2配線の側から前記第1配線の側に流れる電流によって、第2抵抗を有し、
前記第1抵抗は、前記第2抵抗より高い、
請求項1に記載の記憶装置。 - 前記第1配線は、第1サブ配線と第2サブ配線を含み、
前記第2配線は、第3サブ配線と第4サブ配線を含み、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間の第1可変抵抗と、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間の第2可変抵抗と、
をさらに備える、
請求項1に記載の記憶装置。 - 前記第1可変抵抗は、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間に直列に接続された複数の第1トランジスタと、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間に接続された第1スイッチと、
複数の第2スイッチであって、前記複数の第2スイッチの各々は前記複数の第1トランジスタのうちの2つが互いに接続されているノードと前記第1サブ配線との間に接続されている、複数の第2スイッチと、
を含み、
前記第2可変抵抗は、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間に直列に接続された複数の第2トランジスタと、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間に接続された第3スイッチと、
複数の第4スイッチであって、前記複数の第4スイッチの各々は前記複数の第2トランジスタのうちの2つが互いに接続されているノードと前記第3サブ配線との間に接続されている、複数の第4スイッチと、
を含む、
請求項8に記載の記憶装置。 - 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に接続され、可変抵抗素子とスイッチング素子を含み、前記可変抵抗素子は、第1強磁性層と、第2強磁性層と、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層の間の絶縁層と、を含む、メモリセルと、
第1動作及び第2動作を行えるように構成されており、
前記第1動作において、前記第1配線に第1電圧を印加し、前記第1配線に前記第1電圧を印加した後に前記第1配線をフローティングにし、前記第1配線をフローティングしている間に前記第2配線に前記第1電圧より低い第2電圧を印加し、
前記第2動作において、前記第2配線に前記第1電圧と異なる第3電圧を印加し、前記第2配線に前記第3電圧を印加した後に前記第2配線をフローティングにし、前記第2配線をフローティングにしている間に前記第1配線に前記第3電圧より低い第4電圧を印加する、
第1回路と、
を備える記憶装置。 - 前記第1回路は、第3動作を行えるように構成されており、
前記第1回路は、前記第3動作において、前記第1配線及び前記第2配線に、前記第2電圧及び前記第4電圧より高く前記第1電圧及び前記第3電圧より低い第5電圧を印加する、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記第1回路は、前記第1動作に続けて前記第3動作を行い、前記第3動作に続けて前記第2動作を行う、
請求項11に記載の記憶装置。 - 前記第1電圧は、前記第3電圧より低い、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記可変抵抗素子は、前記可変抵抗素子を前記第1配線の側から前記第2配線の側に流れる電流によって、第1抵抗を有し、
前記可変抵抗素子は、前記可変抵抗素子を前記第2配線の側から前記第1配線の側に流れる電流によって、第2抵抗を有し、
前記第1抵抗は、前記第2抵抗より高い、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記第1回路は、
前記第1配線に前記第1電圧を印加するように構成された第1サブ回路と、
前記第2配線に前記第2電圧を印加するように構成された第2サブ回路と、
前記第2配線に前記第3電圧を印加するように構成された第3サブ回路と、
前記第1配線に前記第4電圧を印加するように構成された第4サブ回路と、
を含む、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記第1配線及び前記第2配線と接続されたセンスアンプ回路をさらに備え、
前記センスアンプ回路は、非反転入力において前記第1配線の電位に基づく電圧を受け、反転入力において前記第2配線の電位に基づく電圧を受ける、オペアンプを含む、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記第1配線は、第1サブ配線と第2サブ配線を含み、
前記第2配線は、第3サブ配線と第4サブ配線を含み、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間の第1可変抵抗と、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間の第2可変抵抗と、
をさらに備える、
請求項10に記載の記憶装置。 - 前記第1可変抵抗は、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間に直列に接続された複数の第1トランジスタと、
前記第1サブ配線と前記第2サブ配線との間に接続された第1スイッチと、
複数の第2スイッチであって、前記複数の第2スイッチの各々は前記複数の第1トランジスタのうちの2つが互いに接続されているノードと前記第1サブ配線との間に接続されている、複数の第2スイッチと、
を含み、
前記第2可変抵抗は、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間に直列に接続された複数の第2トランジスタと、
前記第3サブ配線と前記第4サブ配線との間に接続された第3スイッチと、
複数の第4スイッチであって、前記複数の第4スイッチの各々は前記複数の第2トランジスタのうちの2つが互いに接続されているノードと前記第3サブ配線との間に接続されている、複数の第4スイッチと、
を含む、
請求項17に記載の記憶装置。
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022038284A JP2023132766A (ja) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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-
2022
- 2022-03-11 JP JP2022038284A patent/JP2023132766A/ja active Pending
- 2022-06-16 US US17/842,486 patent/US11961557B2/en active Active
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