JP3873055B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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本発明は、半導体記憶装置に係り、特にトンネル型磁気抵抗効果(Tunneling Magneto Resistive Effect)を利用したMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子をメモリセルとして用いた磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM: Magnetoresistive Random Access Memory)における磁気メモリセルの構成とメモリセルアレイの構成に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and in particular, a magnetic random access memory (MRAM) using an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element utilizing a tunneling magnetoresistive effect as a memory cell. The configuration of the magnetic memory cell and the configuration of the memory cell array in FIG.
MRAMはトンネル型磁気抵抗効果を利用して情報を記憶するデバイスであり、不揮発性、高速動作、高集積性、高信頼性を兼ね備えるため、DRAMやEEPROMなどからの置き換えが可能なメモリデバイスとして期待され開発が進められている(非特許文献1〜3、特許文献1〜4参照)。
MRAM is a device that stores information using the tunnel magnetoresistive effect, and is expected to be a memory device that can be replaced from DRAM, EEPROM, etc. because it combines non-volatility, high-speed operation, high integration, and high reliability. The development is underway (see
MRAMのメモリセルに使用されるMTJ素子は、2枚の強磁性体膜で1枚の絶縁膜を挟んだ構造を持ち、各々の強磁性体膜のスピンの方向が平行になった場合と、反平行になった場合とでトンネル電流の大きさが変わる、トンネル型磁気抵抗効果を持つ。 An MTJ element used in an MRAM memory cell has a structure in which one ferromagnetic film is sandwiched between two ferromagnetic films, and the spin directions of the ferromagnetic films are parallel to each other. It has a tunneling magnetoresistive effect, in which the magnitude of the tunneling current changes when it becomes antiparallel.
スピンの方向が平行になった場合はトンネル電流が大きくなるためにMTJ素子の抵抗値は低くなり、スピンの方向が反平行になった場合にはトンネル電流が小さくなるためにMTJ素子の抵抗値は高くなる。MRAMでは、MTJ素子の抵抗値が低い場合を“0”データ、抵抗値が高い場合を“1”データとして情報を記憶する。 When the spin direction is parallel, the tunnel current increases, so the resistance value of the MTJ element is low. When the spin direction is antiparallel, the tunnel current decreases, and the resistance value of the MTJ element is low. Becomes higher. In the MRAM, information is stored as “0” data when the resistance value of the MTJ element is low and as “1” data when the resistance value is high.
図37は、例えば非特許文献1の図8.2.1(b)に開示されているMRAMの代表的な1Tr-1MTJ型メモリセルを示す等価回路図である。
FIG. 37 is an equivalent circuit diagram showing a typical 1Tr-1MTJ memory cell of the MRAM disclosed in FIG. 8.2.1 (b) of
図中、11はメモリセル、12はMTJ素子、13は選択用トランジスタであり、GNDは接地電極、BLはビット線、WWLは書き込み用ワード線、RWLは読み出し用ワード線を表わす。 In the figure, 11 is a memory cell, 12 is an MTJ element, 13 is a selection transistor, GND is a ground electrode, BL is a bit line, WWL is a write word line, and RWL is a read word line.
図38は、図37に示した1Tr-1MTJ型メモリセルの断面構造の垂直面内のレイアウトを模式的に示す図である。 FIG. 38 is a diagram schematically showing a layout in the vertical plane of the cross-sectional structure of the 1Tr-1MTJ type memory cell shown in FIG.
半導体基板14はSTI(Shallow Trench Isolation)からなる素子分離領域15によって複数の素子領域に区分されている。選択用トランジスタ13は1つの素子領域に形成されている。16は選択用トランジスタ13のゲート酸化膜、17、17は同じくソース、ドレインとなる拡散層であり、18は同じくゲート電極である。M0はそれぞれ第1配線層、M1はそれぞれ第2配線層、M2は第3配線層、CDはそれぞれ第1配線層M0と拡散層17とを接続するコンタクト、C1は第2配線層M1と第1配線層M0とを接続するコンタクト、MXはMTJ接続用配線層、CXはMTJ接続用配線層MXと第2配線層M1とを接続するコンタクトである。また、図38中のWWL、RWL、BL、GNDはそれぞれの配線層の用途を表わしており、WWLは書き込み用ワード線、RWLは読み出し用ワード線、BLはビット線、GNDは接地電極を表わす。図38に示されるように、ビット線BLと書き込み用ワード線WWLは互いに直交する方向に延長して配置されている。
The
メモリセル11にデータを書き込む時には、ビット線BLと書き込み用ワード線WWLに電流を流すことでMTJ素子12に合成磁場を発生させてデータを書き込む。メモリセル11からのデータの読み出し時には、読み出し用ワード線RWLを活性化させ、ビット線BLから接地電極GNDに電流を流し、ビット線BLに接続されたセンスアンプでデータを読み出す。
When data is written to the
ここで、図37に示す従来の磁気メモリセルからデータを読み出す場合について考える。 Consider a case where data is read from the conventional magnetic memory cell shown in FIG.
図39(a)は、定電流を磁気メモリセルに流し、磁気メモリセルからのデータを電圧に変換して読み出す方式の概念図である。 FIG. 39A is a conceptual diagram of a system in which a constant current is passed through a magnetic memory cell and data from the magnetic memory cell is converted into a voltage and read.
図39(a)中、21は定電流源、22は電圧計、11は磁気メモリセル、Rmcは磁気メモリセル11の持つ抵抗値、iは磁気メモリセル11に流れる電流をそれぞれ表わす。電圧計22で示される電圧値Vsignalは、Vsignal=Rmc×i、即ち、磁気メモリセル11に流れる電流iと磁気メモリセル11の抵抗値Rmcとの積となる。
In FIG. 39A, 21 is a constant current source, 22 is a voltmeter, 11 is a magnetic memory cell, Rmc is a resistance value of the
図39(b)は、定電圧を磁気メモリセルに印加し、磁気メモリセルからのデータを電流に変換してデータを読み出す方式の概念図である。 FIG. 39B is a conceptual diagram of a method of reading data by applying a constant voltage to the magnetic memory cell and converting data from the magnetic memory cell into current.
図39(b)中、23は定電圧源、24は電流計、11は磁気メモリセル、Rmcは磁気メモリセル11の持つ抵抗値、vは磁気メモリセル11に印加される電圧を表わす。
In FIG. 39B, 23 is a constant voltage source, 24 is an ammeter, 11 is a magnetic memory cell, Rmc is a resistance value of the
電流計24で示される電流値Isignalは、Isignal=v/Rmc、即ち、磁気メモリセル11に印加される電圧vと磁気メモリセル11の抵抗値Rmcの商となる。
The current value Isignal indicated by the
これらの読み出し電圧、もしくは読み出し電流の式から分かるように、従来の読み出し方式では、磁気メモリセルから読み出される信号量は磁気メモリセルの持つ抵抗値Rmcの絶対値に依存する。従って、メモリチップ間で磁気抵抗素子の抵抗値がばらついた場合、そのばらつき量が直接に読み出し信号量に影響を与えるという問題点がある。 As can be seen from these read voltage or read current equations, in the conventional read method, the amount of signal read from the magnetic memory cell depends on the absolute value of the resistance value Rmc of the magnetic memory cell. Accordingly, when the resistance value of the magnetoresistive element varies between the memory chips, there is a problem that the variation amount directly affects the read signal amount.
加えて、磁気メモリセルへ電流を流す経路、または電圧を印加する経路の寄生抵抗によっても読み出し信号量が変動するという問題点がある。即ち、メモリセルアレイ内のMRAMセルの位置によって、定電流源または定電圧源とセンスアンプとの距離が異なるので、例えば同一カラム内においても異なる磁気メモリセル間では読み出される信号の絶対値が異なってしまうという問題点がある。 In addition, there is a problem in that the amount of read signal varies depending on the parasitic resistance of a path through which a current flows to the magnetic memory cell or a path through which a voltage is applied. That is, because the distance between the constant current source or constant voltage source and the sense amplifier differs depending on the position of the MRAM cell in the memory cell array, for example, the absolute value of the read signal differs between different magnetic memory cells even in the same column. There is a problem that.
一方、2つのMTJ素子の抵抗比を読み出すものとして、特許文献5の図22及び図23に示すような1Tr+2MTJ構成のMRAMも提案されている。本例では、2つのMTJ素子を直列に接続し、その中間ノードにトランジスタのドレインを接続するメモリセル構成をとり、そのトランジスタのソースはビット線を介してセンスアンプに接続している。本例では2つのMTJ素子の抵抗比を読み出すために、MTJ素子の抵抗のばらつきへの耐性が高いという利点がある。 On the other hand, an MRAM having a 1Tr + 2MTJ configuration as shown in FIGS. 22 and 23 of Patent Document 5 has been proposed as a method for reading the resistance ratio of two MTJ elements. In this example, two MTJ elements are connected in series, and a memory cell configuration is adopted in which the drain of a transistor is connected to an intermediate node thereof. The source of the transistor is connected to a sense amplifier via a bit line. In this example, since the resistance ratio of the two MTJ elements is read, there is an advantage that the resistance to variations in resistance of the MTJ elements is high.
しかし、一対のビット線相互間の電流パスを遮断することができない。そのために、読み出し動作時にはメモリセルへの実効的な印加電圧が低下して読み出し信号量が低下するという問題点がある。加えて書き込み動作時には、ビット線相互間に並列に接続されている全てのメモリセルを介して、一方のビット線から他方のビット線に電流が流れてしまうために、実効的な書き込み電流が低下し、そのために書き込み用ドライバから供給する書き込み電流を増加させなくてはならないという問題点がある。 However, the current path between the pair of bit lines cannot be interrupted. Therefore, there is a problem in that the effective applied voltage to the memory cell is lowered during the read operation and the read signal amount is lowered. In addition, during the write operation, current flows from one bit line to the other bit line through all the memory cells connected in parallel between the bit lines, so that the effective write current decreases. However, there is a problem that the write current supplied from the write driver must be increased.
上記したように従来のMRAMは、MRAMセルの磁気抵抗素子の抵抗値がばらついた場合、そのばらつき量が直接に読み出し信号量に影響を与えるという問題点がある。また、メモリセルアレイ内のMRAMセルの位置によって読み出される信号の絶対値が異なってしまうという問題点がある。
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、MRAMセルの磁気抵抗素子の抵抗値のばらつきや、メモリセルアレイ内のMRAMセルの位置に拘らず、MRAMセルの読み出し信号量を安定化し、MRAMの読み出し動作速度の増加を防ぎつつ、大規模なメモリセルアレイ構成を可能とし、チップ面積の低減およびチップコストの低減を図り得る半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and stabilizes the read signal amount of the MRAM cell regardless of variations in the resistance value of the magnetoresistive element of the MRAM cell and the position of the MRAM cell in the memory cell array. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that enables a large-scale memory cell array configuration while preventing an increase in the read operation speed of the MRAM, and can reduce the chip area and the chip cost.
本発明の半導体記憶装置は、それぞれトンネル磁気抵抗効果を持ち互いに逆のデータを保持する第1の磁気抵抗素子及び第2の磁気抵抗素子と少なくとも1個以上のトランスファゲートとを含み、これら第1、第2の磁気抵抗素子が両端間に直列に挿入されると共に上記少なくとも1個以上のトランスファゲートが上記第1、第2の磁気抵抗素子に直列に接続された磁気メモリセルと、前記磁気メモリセルの両端にそれぞれ接続された第1及び第2のビット線と、前記磁気メモリセル内に配置された書込み用の第1のワード線と、前記磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の第3のビット線と、前記少なくとも1個以上のトランスファゲートのゲート電極に接続された読み出し用の第2のワード線とを具備したことを特徴とする。 The semiconductor memory device of the present invention includes a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element each having a tunnel magnetoresistive effect and holding data opposite to each other, and at least one transfer gate. A magnetic memory cell in which a second magnetoresistive element is inserted in series between both ends and the at least one transfer gate is connected in series to the first and second magnetoresistive elements; and the magnetic memory First and second bit lines respectively connected to both ends of the cell, a first word line for writing disposed in the magnetic memory cell, and a first data reading line connected to the magnetic memory cell 3 bit lines and a second word line for reading connected to the gate electrode of the at least one transfer gate.
本発明の半導体記憶装置によれば、磁気メモリセルの磁気抵抗素子の抵抗値のばらつきや、メモリセルアレイ内の磁気メモリセルの位置に拘らず、磁気メモリセルセルの読み出し信号量を安定化し、磁気メモリセルの読み出し動作速度の増加を防ぎつつ、大規模なメモリセルアレイ構成を可能とし、チップ面積の低減およびチップコストの低減を図ることができる。 According to the semiconductor memory device of the present invention, the read signal amount of the magnetic memory cell is stabilized regardless of variations in the resistance value of the magnetoresistive element of the magnetic memory cell and the position of the magnetic memory cell in the memory cell array. While preventing an increase in the cell reading operation speed, a large-scale memory cell array configuration can be realized, and the chip area and the chip cost can be reduced.
<本発明の原理>
図1は本発明の原理を説明するために使用されるMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルを示す等価回路図である。
<Principle of the present invention>
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in a memory cell array in an MRAM used for explaining the principle of the present invention.
磁気メモリセル31は、両端間にそれぞれトンネル型磁気抵抗効果を持つ2つのMTJ素子MTJ[0]およびMTJ[1]が直列接続された構成を有する。すなわち、このMRAMの磁気メモリセル31は2MTJ型のものである。この場合、2つのMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]には互いに逆のデータが記憶される。なお、以下の説明において、2つのMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]を区別しないで表わす場合には単にMTJと記す。
The
WBL[0]およびWBL[1]は磁気メモリセル31にデータを書き込むための書き込み用ビット線である。一方の書き込み用ビット線WBL[0]は一方のMTJ素子MTJ[0]の一端に接続されている。他方の書き込み用ビット線WBL[1]は他方のMTJ素子MTJ[1]の一端に接続されている。磁気メモリセル31内に書き込み用ワード線WWLが配置されている。書き込み用ワード線WWLは、データ書き込み時に磁気メモリセル31を選択するために使用される。一方及び他方のMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]の各他端は共通に接続され、この共通接続ノードに読み出し用のビット線RBLが接続されている。読み出し用のビット線RBLは、磁気メモリセル31からデータを読み出す際にデータが読み出される。
WBL [0] and WBL [1] are write bit lines for writing data to the
書き込みビット線WBL[0]、WBL[1]は互いに平行に配置され、これらに対して直交する方向に書き込みワード線WWLが配置される。このように書き込みビット線WBL[0]およびWBL[1]と書き込みワード線WWLとが互いに交差するように配置されていると、書き込みビット線WBL[0]、WBL[1]と書き込みワード線WWLの各交点に対応してMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]を配置することができる。 The write bit lines WBL [0] and WBL [1] are arranged in parallel to each other, and the write word line WWL is arranged in a direction perpendicular to them. When the write bit lines WBL [0] and WBL [1] and the write word line WWL are arranged so as to cross each other in this way, the write bit lines WBL [0], WBL [1] and the write word line WWL The MTJ elements MTJ [0] and MTJ [1] can be arranged corresponding to the respective intersections.
通常は、複数の磁気メモリセル31が行列状に配置されたメモリセルアレイ、複数本の書き込み用ワード線WWL、複数対の書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]などにより1つのセルアレイユニットが構成され、複数のセルアレイユニットが半導体基板上に積み重ねられてセルアレイ積層構造が構成される。
Normally, one cell array unit is formed by a memory cell array in which a plurality of
磁気メモリセル31に対してデータを書き込む際は、書き込み用ワード線WWL、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に電流を流し、その電流によって発生する合成磁界によってMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]のスピンの向きを互いに逆(平行または反平行)にすることにより達成される。この場合、書き込みワード線WWLには一定方向に向かう電流を流し、書き込みビット線WBL[0]、WBL[1]には書き込みデータに応じて互いに逆方向に向かう電流を流す。
When writing data to the
磁気メモリセル31からデータを読み出す際は、一方の書き込み用ビット線WBL[0]にV0なる電位を印加し、他方の書き込み用ビット線WBL[1]にはV0とは異なるV1なる電位を印加することで磁気メモリセル31の両端間に所定の電位差を与える。このとき、MTJ素子MTJ[0]またはMTJ[1]の抵抗値と、MTJ素子MTJ[0]およびMTJ[1]の合成抵抗との比で決まる電位がデータとして読み出し用ビット線RBLに読み出される。
When reading data from the
次に、読み出し信号量について考察する。 Next, the amount of read signal will be considered.
いま、“1”データが記憶されている状態のMTJ素子の抵抗値をRa、“0”データが記憶されている状態のMTJ素子の抵抗値をRpとし、MTJ素子に所定の磁界を印加する前後の抵抗値の変化率MR比は(Ra-Rp)/Rp=(Ra/Rp)-1で表される。ここで、Ra=(1+MR)×Rpと定義する。 The resistance value of the MTJ element in the state where “1” data is stored is Ra, and the resistance value of the MTJ element in the state where “0” data is stored is Rp, and a predetermined magnetic field is applied to the MTJ element. The change ratio MR ratio of the resistance value before and after is expressed by (Ra−Rp) / Rp = (Ra / Rp) −1. Here, Ra = (1 + MR) × Rp is defined.
また、一方のMTJ素子MTJ[0]の記憶データが“0”で、他方のMTJ素子MTJ[1]の記憶データが“1”の時を磁気メモリセル31にデータ“1”が記憶されていると定義し、一方のMTJ素子MTJ[0]の記憶データが“1”で、他方のMTJ素子MTJ[1]の記憶データが“0”の時を磁気メモリセル31に“0”が記憶されていると定義する。磁気メモリセル31の記憶データが“1”の場合、読み出し用ビット線RBLの電位Vsig1は、
Vsig1={Ra/(Ra+Rp)}×(V0−V1) …(1)
で与えられる。同様に磁気メモリセル31の記憶データが“0”の場合、読み出し用ビット線RBLの電位Vsig0は、
Vsig0={Rp/(Ra+Rp)}×(V0−V1) …(2)
で与えられる。これらの1、2式を先の変化率MRを用いて書き直すと、
Vsig1={(1+MR)/(2+MR)}×(V0−V1) …(3)
Vsig0={1/(2+MR)}×(V0−V1) …(4)
となる。ここで、Vsig0とVsig1の平均値、即ち、読み出し時の参照電位Vrefは、次のように与えられる。
Further, when the storage data of one MTJ element MTJ [0] is “0” and the storage data of the other MTJ element MTJ [1] is “1”, the data “1” is stored in the
Vsig1 = {Ra / (Ra + Rp)} × (V0−V1) (1)
Given in. Similarly, when the data stored in the
Vsig0 = {Rp / (Ra + Rp)} × (V0−V1) (2)
Given in. Rewriting these
Vsig1 = {(1 + MR) / (2 + MR)} × (V0−V1) (3)
Vsig0 = {1 / (2 + MR)} × (V0−V1) (4)
It becomes. Here, the average value of Vsig0 and Vsig1, that is, the reference potential Vref at the time of reading is given as follows.
Vref=(Vsig0+Vsig1)/2=(V0−V1)/2 …(5)
即ち、上記した磁気メモリセル31によれば、2つのMTJ素子を直列接続した構成をとり、2つのMTJ素子には互いに逆のデータが蓄えられる。磁気メモリセル31からのデータの読み出しの際には、磁気メモリセル31の両端間に電位差を与え、2つのMTJ素子相互間の接続ノードの電位を読み出すことで行われるので、読み出し信号の値は、MTJ素子の抵抗の絶対値に依存せず、2つのMTJ素子の抵抗比によって決まる。
Vref = (Vsig0 + Vsig1) / 2 = (V0−V1) / 2 (5)
That is, according to the
このような動作原理により、異なるメモリチップ間でMTJ素子の抵抗がばらついた場合にも、読み出される信号電圧の絶対値は変化せず、一定の読み出しマージンが確保され、また、センス系回路をチップ毎に調整する必要が無い。 Due to this principle of operation, even if the resistance of the MTJ element varies between different memory chips, the absolute value of the read signal voltage does not change, and a constant read margin is secured. There is no need to adjust every time.
また、読み出し時にセンスアンプに入力される参照電位は、MTJ素子の抵抗値に依存せず、メモリセルの両端に印加される電位差の1/2、つまり“1”データと“0”データの中間電位とすることができる。このため、異なるチップ間でMTJ素子の抵抗値がばらついた場合にも参照電位をチップ毎に調整する必要が無い。 Further, the reference potential input to the sense amplifier at the time of reading does not depend on the resistance value of the MTJ element, and is half of the potential difference applied to both ends of the memory cell, that is, between “1” data and “0” data. It can be a potential. For this reason, it is not necessary to adjust the reference potential for each chip even when the resistance value of the MTJ element varies between different chips.
さらに、読み出し動作に際して、従来例で必要とされた定電流源や電圧クランプ回路などのフィードバック系回路が不要になる。このため、センス系回路が単純となり、コア部回路のレイアウト面積を縮小することができる。例えばDRAMの場合と同様のラッチ型センスアンプを採用した場合には、バースト読み出しなどの機能も実現できる。 Further, in the read operation, a feedback system circuit such as a constant current source and a voltage clamp circuit required in the conventional example is not necessary. For this reason, the sense circuit is simplified, and the layout area of the core circuit can be reduced. For example, when a latch-type sense amplifier similar to that in the case of DRAM is employed, functions such as burst reading can be realized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルを示す等価回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 2A is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in the memory cell array in the MRAM according to the first embodiment of the present invention.
この実施形態の磁気メモリセルは、前述した図1の2MTJ型の磁気メモリセルと比べて、一方のMTJ素子MTJ[0]の他端と読み出し用ビット線RBLとの間にセル選択用のトランスファゲート32が挿入され、他方のMTJ素子MTJ[1]の他端と読み出し用ビット線RBLとの間にセル選択用のトランスファゲート33が挿入されている点が異なる。この2つのトランスファゲート32、33としてそれぞれNMOSFETが用いられており、各ゲート電極は読み出し用ワード線RWLに接続されている。そして、2つのセル選択用トランスファゲート32、33の直列接続ノードがデータ読み出しノードとなって読み出し用ビット線RBLに接続されている。
The magnetic memory cell of this embodiment is a cell selection transfer between the other end of one MTJ element MTJ [0] and the read bit line RBL, as compared with the 2MTJ type magnetic memory cell of FIG. A difference is that a
すなわち、この第1の実施形態に係るMRAMの磁気メモリセル31は、それぞれ2個のMTJ素子とMOSFETとからなる2Tr-2MTJ型のメモリセルである。
That is, the
図2(a)に示す磁気メモリセル31の動作は、図1の磁気メモリセルの動作と比べて、2つのセル選択用トランスファゲート32、33のオン/オフ状態が読み出し用ワード線RWLにより制御される点以外は、基本的には同じである。
In the operation of the
第1の実施形態において、トランスファゲート32、33のオン抵抗が十分に小さければ、図1のMRAMの場合と同様に、読み出し信号の値は2つのMTJ素子の抵抗比によって決まる。
In the first embodiment, if the on-resistances of the
このように、第1の実施形態に係るMRAMでは、読み出し用ワード線RBLと各MTJ素子との間にそれぞれ1個のトランスファゲートが設けられている。このため、セルアレイ中の活性化状態、つまり選択状態の磁気メモリセルと、非活性化状態、つまり非選択状態の磁気メモリセルとの間で、読み出し用ビット線RBLを介した回り込み電流を遮断するように分離することができ、確実な読み出し動作が実現できる。 Thus, in the MRAM according to the first embodiment, one transfer gate is provided between the read word line RBL and each MTJ element. For this reason, a sneak current through the read bit line RBL is cut off between the activated memory cell in the cell array, that is, the selected magnetic memory cell, and the deactivated memory cell, that is, the unselected magnetic memory cell. Thus, a reliable read operation can be realized.
図2(b)は、図2(a)に示した2Tr-2MTJ型のメモリセルの一部の素子構造を模式的に示す断面図である。 FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing a part of the element structure of the 2Tr-2MTJ type memory cell shown in FIG.
セル選択用のトランスファゲート32または33は、半導体基板34内に形成されたSTI(Shallow Trench Isolation)からなる素子分離領域35によって区分されたアクティブ領域に形成されている。36はトランスファゲート32または33のゲート酸化膜、37、37は同じくソース、ドレインとなる拡散層であり、38は同じくゲート電極である。M0はそれぞれ第1配線層、M1はそれぞれ第2配線層、M2は第3配線層、CDはそれぞれ第1配線層M0と拡散層37とを接続するコンタクト、C1は第2配線層M1と第1配線層M0とを接続するコンタクト、MXはMTJ接続用配線層、CXはMTJ接続用配線層MXと第2配線層M1とを接続するコンタクトである。
The cell
また、図2(b)中のWWL、RWL、WBL、RBLはそれぞれの配線層の用途を表わしており、WWLは書き込み用ワード線、RWLは読み出し用ワード線、WBLは書き込み用ビット線、RBLは読み出し用ビット線を表わす。 In FIG. 2B, WWL, RWL, WBL, and RBL indicate the use of each wiring layer, WWL is a write word line, RWL is a read word line, WBL is a write bit line, and RBL. Represents a read bit line.
図2(b)に示されるように、書き込み用ワード線WWLと書き込み用ビット線WBLとは互いに直交する方向に配置されており、書き込み用ワード線WWLと書き込み用ビット線WBLの各交差位置に対応してMTJ素子が配置されている。この場合、読み出し用ビット線RBLが書き込み用ビット線WBLと平行に配置されている例を示している。 As shown in FIG. 2B, the write word line WWL and the write bit line WBL are arranged in directions orthogonal to each other, and at each crossing position of the write word line WWL and the write bit line WBL. Correspondingly, MTJ elements are arranged. In this case, an example in which the read bit line RBL is arranged in parallel with the write bit line WBL is shown.
なお、図2(b)では、MJT素子の下方に配線される下部配線である第2配線層M1により書き込み用ワード線WWLが構成され、MJT素子の上部配線である第3配線層M2によって書き込み用ビット線WBLが構成される場合を示したが、これに限らず、他の配線構造を採用した場合にも本発明を適用できる。 In FIG. 2B, the write word line WWL is constituted by the second wiring layer M1 which is the lower wiring routed below the MJT element, and writing is performed by the third wiring layer M2 which is the upper wiring of the MJT element. Although the case where the bit line WBL is configured is shown, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied when other wiring structures are adopted.
図3は図2(b)中のコンタクトC1及びそれよりも下層部分の平面レイアウトの一例を示し、図4は図2(b)中のコンタクトC1及びそれよりも上層部分の平面レイアウトの一例を示している。なお、図3中のAAは、素子分離領域35によって区分されたアクティブ領域であり、GCはセル選択用トランスファゲート32または33のゲート電極38に相当する。
FIG. 3 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the lower layer portion in FIG. 2B, and FIG. 4 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the upper layer portion in FIG. 2B. Show. Note that AA in FIG. 3 is an active region divided by the
<第1の実施形態の第1の変形例>
図5及び図6は、第1の実施形態の磁気メモリセルに対し、先の特許文献4に示されている磁気抵抗素子を適用した例であり、図5は図2(b)中のコンタクトC1及びそれよりも下層部分の平面レイアウトの一例を示し、図6は図2(b)中のコンタクトC1及びそれよりも上層部分の平面レイアウトの一例を示している。図5の平面レイアウトは、図3の平面レイアウトと同じである。図6と図4との違いは、二本の交差する書き込み配線(WBL、WWL)に対してMTJ素子が45度傾いて配置されている点である。
<First Modification of First Embodiment>
5 and 6 show an example in which the magnetoresistive element disclosed in Patent Document 4 is applied to the magnetic memory cell of the first embodiment. FIG. 5 shows the contact in FIG. FIG. 6 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the upper layer portion in FIG. 2B. The planar layout of FIG. 5 is the same as the planar layout of FIG. The difference between FIG. 6 and FIG. 4 is that the MTJ element is disposed at an inclination of 45 degrees with respect to two intersecting write wirings (WBL, WWL).
本例における書き込み動作は、特許文献4に示されているように、書き込み用ワード線WWLと書き込み用ビット線WBLとにそれぞれ一方向に電流を流すことで発生する磁界によって行われる。 As shown in Patent Document 4, the write operation in this example is performed by a magnetic field generated by passing a current in one direction through each of the write word line WWL and the write bit line WBL.
具体的には、次の4段階の書き込み手順により書き込み動作を行う。まず第1段階として、書き込み用ワード線WWLに図面の下方向から上方向に向かう電流を流して、フリー層を形成する2つの強磁性層が反強磁性結合を保ちながら回転してそれらの合成磁界がWWLを流れる電流による磁界の方向を向くようにする。次に第2段階として、書き込み用ワード線WWLに電流を流したまま書き込み用ビット線WBLに図面の右方向から左方向に電流を流して、フリー層を形成する2つの強磁性層が反強磁性結合を保ちながら回転してそれらの合成磁界がWWLとWBLを流れる電流による合成磁界の方向を向くようにする。次に第3段階として、書き込み用ワード線WWLを流れていた電流を止めて書き込み用ビット線WBLを流れる電流のみとして、フリー層を形成する2つの強磁性層が反強磁性結合を保ちながら回転して、それらの合成磁界が書き込み用ビット線WBLを流れる電流による磁界の方向を向くようにする。最後に第4段階として、書き込み用ビット線WBLを流れていた電流を止めて磁気抵抗素子への磁界印加を終了させることで、フリー層を形成する2つの強磁性層の磁化方向を安定状態である容易軸方向に揃わせる。 Specifically, the write operation is performed by the following four-step write procedure. First, as a first step, a current flowing from the bottom to the top of the drawing is applied to the write word line WWL, and the two ferromagnetic layers forming the free layer rotate while maintaining antiferromagnetic coupling to synthesize them. The magnetic field is directed to the direction of the magnetic field due to the current flowing through the WWL. Next, as a second stage, the current is passed through the write word line WWL while the current is passed through the write bit line WBL from the right to the left in the drawing, and the two ferromagnetic layers forming the free layer are repulsive. The magnetic field is rotated while maintaining the magnetic coupling so that the resultant magnetic field faces the direction of the resultant magnetic field due to the current flowing through WWL and WBL. Next, as a third stage, the current flowing through the write word line WWL is stopped and only the current flowing through the write bit line WBL is rotated, while the two ferromagnetic layers forming the free layer rotate while maintaining antiferromagnetic coupling. Thus, the combined magnetic field is directed to the direction of the magnetic field due to the current flowing through the write bit line WBL. Finally, as the fourth stage, the current flowing through the write bit line WBL is stopped and the application of the magnetic field to the magnetoresistive element is terminated, so that the magnetization directions of the two ferromagnetic layers forming the free layer are stabilized. Align in a certain easy axial direction.
上述したように、本例における磁気抵抗素子の書き込み動作は、従来と比べて特殊な書き込み手順で行われる。しかしながら、磁気抵抗特性は従来と同じであり、その磁気抵抗値は固定層の磁化方向とフリー層の磁化方向の相対関係によって決まる。従って、読み出し動作は従来と同様であり、本実施形態におけるメモリセルにおいて磁気抵抗素子のみを、特許文献4に記載されている磁気抵抗素子に置き換えることで、第1の実施形態と同様の読み出し動作を行うことができる。 As described above, the write operation of the magnetoresistive element in this example is performed by a special write procedure as compared with the conventional case. However, the magnetoresistance characteristics are the same as the conventional one, and the magnetoresistance value is determined by the relative relationship between the magnetization direction of the fixed layer and the magnetization direction of the free layer. Therefore, the read operation is the same as the conventional one. By replacing only the magnetoresistive element in the memory cell in the present embodiment with the magnetoresistive element described in Patent Document 4, the read operation similar to the first embodiment is performed. It can be performed.
<第1の実施形態の第2の変形例>
図7は、本発明の第1の実施形態の第2の変形例に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルを示す等価回路図である。
<Second Modification of First Embodiment>
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in the memory cell array in the MRAM according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
図7に示す磁気メモリセルは、図2(a)に示した磁気メモリセルと比べて、一方のMTJ素子MTJ[0]の書き込み用ビット線WBL[0]側にセル選択用のトランスファゲート32が挿入され、他方のMTJ素子MTJ[1]の書き込み用ビット線WBL[1]側にセル選択用のトランスファゲート33が挿入されている点と、2つのMTJ素子MTJ[0]およびMTJ[1]の直列接続ノードがデータ読み出しノードとなっている点が異なり、その他は同じである。
The magnetic memory cell shown in FIG. 7 has a cell
<第2の実施形態>
図8(a)は本発明の第2の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルを示す等価回路図である。
<Second Embodiment>
FIG. 8A is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in the memory cell array in the MRAM according to the second embodiment of the present invention.
図8(a)に示す磁気メモリセルは、2個のMTJ素子と3個のトランスファゲート用NMOSFETからなる3Tr-2MTJ型の磁気メモリセルである。この磁気メモリセル31では、MTJ素子MTJ[0]とMTJ[1]の間にセル選択用のトランスファゲート39が挿入され、MTJ素子MTJ[0]とトランスファゲート39の一端との接続ノードに第1の読み出し用トランスファゲート40の一端が接続され、MTJ素子MTJ[1]とセル選択用トランスファゲート39との接続ノードに第2の読み出し用トランスファゲート41の一端が接続され、これらの2つの読み出し用トランスファゲート40、41の各他端同士が共通に読み出し用ビット線RBLに接続されている。上記各トランスファゲート39、40、41の各ゲート電極は読み出し用ワード線RWLに共通に接続されている。
The magnetic memory cell shown in FIG. 8A is a 3Tr-2MTJ type magnetic memory cell composed of two MTJ elements and three transfer gate NMOSFETs. In the
図8(a)に示す3Tr-2MTJ型の磁気メモリセルの動作は、図1に示した2MTJ型の磁気メモリセルと比べて、3つのセル選択用トランスファゲート39、40、41のオン/オフ状態が読み出し用ワード線RWLにより制御される点以外は、基本的には同じである。
The operation of the 3Tr-2MTJ type magnetic memory cell shown in FIG. 8A is the on / off operation of the three cell
前述したように、MTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]相互間にトランスファゲート39を挿入し、各MTJ素子MTJと読み出し用ビット線RBLとの間にトランスファゲート40、41を設けたことにより、セルアレイ中の活性化状態のメモリセルと非活性化状態のメモリセルとの間で読み出し用ビット線RBLを介した回り込み電流を遮断するように分離でき、確実な読み出し動作が実現できる。
As described above, the
図8(b)は、図8(a)に示した3Tr-2MTJ型メモリセルの一部の素子構造を模式的に示す断面図である。ここで、トランスファゲート40または41は、半導体基板34内に形成された素子分離領域35によって区分されたアクティブ領域に形成されている。
FIG. 8B is a cross-sectional view schematically showing a part of the element structure of the 3Tr-2MTJ type memory cell shown in FIG. Here, the
図9は図8(b)中のコンタクトC1及びそれよりも下層部分の平面レイアウトの一例を示し、図10は図8(b)中のコンタクトC1及びそれよりも上層部分の平面レイアウトの一例を示している。図9に示すように、2個のMTJ素子相互間で第1配線層M0が横方向に延長されている位置には、アクティブ領域AAが設けられていない領域が存在する。なお、図9中のGCはセル選択用トランスファゲート40または41のゲート電極38に相当する。
9 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the lower layer portion in FIG. 8B, and FIG. 10 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the upper layer portion in FIG. 8B. Show. As shown in FIG. 9, there is a region where the active region AA is not provided at a position where the first wiring layer M0 extends in the lateral direction between the two MTJ elements. Note that GC in FIG. 9 corresponds to the
なお、本実施形態において、図8(b)中のコンタクトC1及びそれよりも上層部分の平面レイアウトを、図6のものに置き換えることで、特許文献4に記載されている磁気抵抗素子を適用することができる。 In this embodiment, the magnetoresistive element described in Patent Document 4 is applied by replacing the planar layout of the contact C1 and the upper layer portion in FIG. 8B with that of FIG. be able to.
<第2の実施形態の変形例>
図11は、図9に示した下層の平面レイアウトの他の例を示している。図11の平面レイアウトは、図9の平面レイアウトと比較して、2個のMTJ素子相互間で第1配線層M0が横方向に延長されている位置にもアクティブ領域AAを連続して設けるようにした点が異なり、その他は同じである。
<Modification of Second Embodiment>
FIG. 11 shows another example of the planar layout of the lower layer shown in FIG. In the planar layout of FIG. 11, compared with the planar layout of FIG. 9, the active area AA is continuously provided also at the position where the first wiring layer M0 is extended in the lateral direction between the two MTJ elements. The other points are the same, and the others are the same.
図9中のアクティブ領域AAの凹部は、パターンの微細化が進んだ場合にはリソグラフィが困難となると予想される。従って、このような凹部の無いレイアウトのほうが、より微細化に適したレイアウトパターンであると言える。 The concave portion of the active area AA in FIG. 9 is expected to be difficult to lithography when the pattern is miniaturized. Therefore, it can be said that the layout without such a recess is a layout pattern more suitable for miniaturization.
また、本変形例においても,C1から上層部分のレイアウトを図6のものに置き換えることで、特許文献4に記載されている磁気抵抗素子を適用することができる。 Also in this modification, the magnetoresistive element described in Patent Document 4 can be applied by replacing the layout of the upper layer portion from C1 with that of FIG.
<第3の実施形態>
図12(a)は本発明の第3の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルを示す等価回路図である。
<Third Embodiment>
FIG. 12A is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in the memory cell array in the MRAM according to the third embodiment of the present invention.
図12(a)に示す磁気メモリセルは、図8(a)に示した磁気メモリセルと比べて、第2の読み出し用トランスファゲート41が省略されている点が異なる。つまり、図12(a)に示す磁気メモリセルは2Tr-2MTJ型の磁気メモリセルである。
The magnetic memory cell shown in FIG. 12A differs from the magnetic memory cell shown in FIG. 8A in that the second
換言すれば、図12(a)の2Tr-2MTJ型磁気メモリセルは、図1の2MTJ型の磁気メモリセルにおけるMTJ素子MTJ[0]とMTJ[1]との間にセル選択用のトランスファゲート39が挿入され、一方のMTJ素子MTJ[0]とトランスファゲート39の一端との接続ノードが、読み出し用のトランスファゲート40を介して読み出し用ビット線RBLに接続されている。上記トランスファゲート39、40としてそれぞれNMOSFETが用いられており、そのゲートは読み出し用ワード線RWLに共通に接続されている。
In other words, the 2Tr-2MTJ type magnetic memory cell of FIG. 12A is a transfer gate for cell selection between the MTJ elements MTJ [0] and MTJ [1] in the 2MTJ type magnetic memory cell of FIG. 39 is inserted, and a connection node between one MTJ element MTJ [0] and one end of the
なお、この実施形態では読み出し用のトランスファゲートとしてトランスファゲート40を設けているが、その代わりに図8(a)中のトランスファゲート41を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, the
図12(a)に示す2Tr-2MTJ型の磁気メモリセルの動作は、図1に示した2MTJ型の磁気メモリセルと比べて、2つのセル選択用トランスファゲート3、4のオン/オフ状態が読み出し用ワード線RWLにより制御される点以外は、基本的には同じである。 The operation of the 2Tr-2MTJ type magnetic memory cell shown in FIG. 12A is different from the 2MTJ type magnetic memory cell shown in FIG. 1 in that the two cell selection transfer gates 3 and 4 are turned on / off. This is basically the same except that it is controlled by the read word line RWL.
そして、前記したようにMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]相互間にトランスファゲート39を設け、磁気メモリセルと読み出し用ビット線RBLとの間にトランスファゲート40を設けたことにより、セルアレイ中の活性化状態のメモリセルと非活性化状態のメモリセルとの間で読み出し用ビット線RBLを介した回り込み電流を遮断するように分離することができ、確実な読み出し動作が実現される。
As described above, the
図12(b)は、図12(a)に示した2Tr-2MTJ型のメモリセルの一部の素子構造を模式的に示す断面図である。ここで、セル選択用トランスファゲート40は、半導体基板34内に形成された素子分離領域35によって区分されたアクティブ領域に形成されている。
FIG. 12B is a cross-sectional view schematically showing a part of the element structure of the 2Tr-2MTJ type memory cell shown in FIG. Here, the cell
図13は図12(b)中のコンタクトC1及びそれよりも下層部分の平面レイアウトの一例を示し、図14は図12(b)中のコンタクトC1及びそれよりも上層部分の平面レイアウトの一例を示している。なお、図13中のGCはセル選択用トランスファゲート40のゲート電極38に相当する。ここでは、読み出し用ビット線RBLが書き込み用ビット線WBLと平行に配置されている例を示している。
13 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the lower layer portion in FIG. 12B, and FIG. 14 shows an example of the planar layout of the contact C1 and the upper layer portion in FIG. 12B. Show. Note that GC in FIG. 13 corresponds to the
なお、本実施形態においても,C1から上層部分のレイアウトを図6のものに置き換えることで、特許文献4に記載されている磁気抵抗素子を適用することができる。 In this embodiment as well, the magnetoresistive element described in Patent Document 4 can be applied by replacing the layout of the upper layer portion from C1 with that of FIG.
<第4の実施形態>
図15は本発明の第4の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルと読み出し系回路を示す等価回路図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell and a read system circuit in a memory cell array in the MRAM according to the fourth embodiment of the present invention.
図15に示すMRAMでは、図2(a)のMRAMと比べて、読み出し系回路が追加されている点が異なる。この読み出し系回路はセンスアンプ42を含む。さらに、読み出し時に書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]それぞれに印加するめたの電圧V0、V1のノードと、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]との間にトランスファゲート43、44が挿入されている点が異なる。センスアンプ42は、読み出し用のビット線RBLに読み出される電位を参照電位Vrefと比較してデータを検知し、信号Vsaoutを出力する。なお、図15に示す磁気メモリセルは説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示したが、これに限らず前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることもできる。
The MRAM shown in FIG. 15 differs from the MRAM in FIG. 2A in that a read system circuit is added. This read circuit includes a
センスアンプ42に供給される参照電位Vrefは、参照電位発生回路で生成され、通常、その値はV0とV1の中間電位、即ち、Vref=(V0+V1)/2となる電位である。
The reference potential Vref supplied to the
読み出し動作時においては、トランスファゲート43、44が共にオンになり、磁気メモリセル31の両端に(V0−V1)なる電位差が印加される。そして、読み出し用のワード線RWLが前記V0、V1の平均値に読み出し電位を加えた電位よりもNMOSFETの閾値電圧Vth以上高い電位にされる。これにより、磁気メモリセル31内のセル選択用のトランスファゲート32、33がオンになり、磁気メモリセル31から読み出された信号が読み出し用ビット線RBLに転送され、センスアンプ42に入力される。センスアンプ42では、参照電位Vrefを基準として、読み出し用ビット線RBLの電位のセンス動作が行われる。
During the read operation, both the
本実施形態では、読み出し動作時に、書き込み用のビット線WBL[0]、WBL[1]にはある一定の電位を供給すればよく、また、センスアンプ42で使用する参照電位Vrefも、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に印加されるV0とV1の電位の中間電位であればよい。
In this embodiment, it is only necessary to supply a certain potential to the write bit lines WBL [0] and WBL [1] during the read operation, and the reference potential Vref used in the
従って、フィードバック回路を含む定電圧回路や、特殊な基準電位を生成する必要がなく、MRAMのコア部を構成する回路を簡略化できる。また、センスアンプ42は単純な構成のラッチ回路によって実現でき、センスアンプ42を磁気メモリセル31の配置ピッチと同じピッチでレイアウトできる。これにより、例えばバースト読み出しなどが実現できる。
Therefore, there is no need to generate a constant voltage circuit including a feedback circuit or a special reference potential, and the circuit constituting the core portion of the MRAM can be simplified. The
<第5の実施形態>
図16は本発明の第5の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルと読み出し系回路を示す等価回路図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in a memory cell array and a read system circuit in an MRAM according to the fifth embodiment of the present invention.
図16に示すMRAMは、前述した第4の実施形態のMRAMと比べて、センスアンプ42に供給される参照電位Vrefを生成する回路が追加されている。
The MRAM shown in FIG. 16 has a circuit for generating a reference potential Vref supplied to the
本例では、参照電位Vrefはダミー磁気メモリセル45で生成される。この参照電位Vrefは、先に述べたようにV0とV1の中間電位、即ち(V0+V1)/2である。
In this example, the reference potential Vref is generated by the dummy
ダミー磁気メモリセル45は、磁気メモリセル31内のMJT素子と同様のダミーMJT素子を用いて上記参照電位Vrefを生成するように構成されている。そして、ダミー磁気メモリセル45で生成される参照電位Vrefが、ダミー読み出し用ビット線DRBLに読み出され、センスアンプ42に供給される。
The dummy
なお、図16中、磁気メモリセル31およびダミー磁気メモリセル45は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型の磁気メモリセルである場合を示している。しかし、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることができる。
In FIG. 16, the
次に、ダミー磁気メモリセル45の一具体例について説明する。
Next, a specific example of the dummy
ダミー磁気メモリセル45は第1、第2のダミーセル46、47からなる。第1のダミーセル46は、互いに逆のデータを保持した2個のダミーMJT素子DMJT[0L]およびDMTJ[1L]と、読み出し用のトランスファゲート32、33に対応したダミー読み出し用のトランスファゲート32、33とからなる。第2のダミーセル47は、互いに逆のデータであってかつ第1のダミーセル46とは逆のデータを保持する2個のダミーMJT素子DMTJ[0R]およびDMTJ[1R]と、読み出し用のトランスファゲート32、33に対応したダミー読み出し用のトランスファゲート32、33とからなる。この場合、ダミーMJT素子DMTJ[0L]とDMTJ[0R]はそれぞれ逆データを記憶するように設定される。そして、上記2個のダミーセル46、47からそれぞれ対応してトランスファゲート32、33を介して読み出された電位が、ダミーセルの読み出し用ワード線DRWLで合成されることで、参照電位Vrefが生成される。なお、図16中、DWWL[0]およびDWWL[1]はダミーセルの書き込み用ワード線である。
The dummy
これにより、読み出し動作時にダミーセルの読み出し用ワード線DRWLが活性化された場合、ダミーセルの読み出し用ビット線DRBLに(V0−V1)/2で表される参照電位が合成される。 Thereby, when the read word line DRWL of the dummy cell is activated during the read operation, the reference potential represented by (V0−V1) / 2 is synthesized with the read bit line DRBL of the dummy cell.
次に、図16中のダミー磁気メモリセル45の変形例を説明する。
Next, a modification of the dummy
図17に示すダミー磁気メモリセル45は第1、第2のダミーセル46、47からなる。図16のダミー磁気メモリセルと異なる点は、第1のダミーセル46内には互いに同じデータを保持する2個のダミーMJT素子DMJT[0L]、DMJT[0L]が設けられ、第2のダミーセル47内には互いに同じデータであって第1のダミーセルとは逆のデータを保持する2個のダミーMJT素子DMJT[1R]、DMJT[1R]が設けられることである。そして、上記第1、第2のダミーセル46、47からそれぞれ対応してダミー読み出し用トランスファゲート32、33を介して読み出された電位が、ダミー読み出し用ビット線DRBLで合成されて参照電位Vrefが生成される。
A dummy
これにより、読み出し動作時にダミー読み出し用ワード線DRWLが活性化された場合、ダミー読み出し用ビット線DRBLには(V0−V1)/2で表される参照電位が出力される。 Thus, when the dummy read word line DRWL is activated during the read operation, the reference potential represented by (V0−V1) / 2 is output to the dummy read bit line DRBL.
ここでは、データを読み出す対象のメモリセルと同一カラムにダミーセルを配置した例を説明した。しかし、ダミーセルは、データ読み出し対象のメモリセルとは異なるカラムに配置することもできる。 Here, an example in which dummy cells are arranged in the same column as a memory cell from which data is read has been described. However, the dummy cell can be arranged in a different column from the memory cell from which data is read.
なお、17中、磁気メモリセル31およびダミー磁気メモリセル45は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示したが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることもできる。
In FIG. 17, the
<第6の実施形態>
図18は本発明の第6の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイ内の1個の磁気メモリセルと読み出し系回路の一部を示す等価回路図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell in the memory cell array and a part of the read circuit in the MRAM according to the sixth embodiment of the present invention.
図18に示すMRAMは、前述した第1の実施形態のMRAMと比べて、磁気メモリセル31からデータを読み出す動作時に、第1の期間にはMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]間に所定の電位差を与え、第2の期間にはMTJ素子MTJ[0]、MTJ[1]間に前記電位差と同じ大きさで逆極性の電位差を与える切換回路50が付加されている点が異なる。すなわち、図18には、第1の期間に磁気メモリセルから読み出し用ビット線RBLに読み出された電位を読み出し回路60内のセンスアンプの参照電位として用い、第2の期間に磁気メモリセルから読み出し用ビット線RBLに読み出された電位をセンスアンプで参照電位と比較してMCのデータを検知して信号Vsaoutを出力する疑似的な自己リファレンス方式の読み出し系回路が示されている。
The MRAM shown in FIG. 18 is compared with the MRAM according to the first embodiment described above between the MTJ elements MTJ [0] and MTJ [1] during the first period during the operation of reading data from the
なお、図18中、磁気メモリセル31は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものである場合を示しているが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることもできる。
18 shows the case where the
切換回路50は例えば、電圧V0のノードと書き込み用ビット線WBL[0]との間に挿入された第1グループのスイッチ素子51と、電圧V1と前記WBL[0]との間に挿入された第2グループのスイッチ素子52と、電圧V1のノードと書き込み用ビット線WBL[1]との間に挿入された第1グループのスイッチ素子53と、電圧V0のノードと書き込み用ビット線WBL[1]との間に挿入された第2グループのスイッチ素子54とからなる。第1グループの2個のスイッチ素子51、53は、第1の期間に活性化制御される第1のスイッチ制御線Paによってオン状態にスイッチング制御される。第2グループの2個のスイッチ素子52、54は、第2の期間に活性化制御される第2のスイッチ制御線Pbによってオン状態にスイッチング制御される。
The switching
本例のMRAMは、選択された磁気メモリセル31からデータを読み出す際、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に印加される電位差を、一回目の読み出し動作と二回目の読み出し動作とで切り替えて読み出し動作を行う。
In the MRAM of this example, when data is read from the selected
即ち、一回目の読み出し動作においては、第1のスイッチ制御線Paが活性化されて第1グループの2個のスイッチ素子51、53がオン状態となる。これにより、一方の書き込み用ビット線WBL[0]の電位がV0、他方の書き込み用ビット線WBL[1]の電位がV1となるような電位差が磁気メモリセル31の両端間に印加される。ここで、磁気メモリセル31に“1”のデータが記憶されているとすると、読み出し用ビット線RBLには、
Vsig[a]={(1+MR)/(2+MR)}×(V0−V1) …(6)
なる電位が出力される。
That is, in the first read operation, the first switch control line Pa is activated and the two
Vsig [a] = {(1 + MR) / (2 + MR)} × (V0−V1) (6)
Is output.
二回目の読み出し動作においては、第2のスイッチ制御線Pbが活性化されて第2グループの2個のスイッチ素子52、54がオン状態となる。これにより、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]の電位は、一回目の読み出し動作とは逆に、一方の書き込み用ビット線WBL[0]の電位がV1に、他方の書き込み用ビット線WBL[1]の電位がV0となる。この時、読み出し用ビット線RBLには、
Vsig[b]={1/(2+MR)}×(V0−V1) …(7)
なる電位が出力される。
In the second read operation, the second switch control line Pb is activated and the two
Vsig [b] = {1 / (2 + MR)} × (V0−V1) (7)
Is output.
ここで、センスアンプに入力される信号(電位差)Vdiffは、(6)式と(7)式の差から、
Vdiff={(MR/(2+MR)}×(V0−V1) …(8)
となる。
Here, the signal (potential difference) Vdiff inputted to the sense amplifier is obtained from the difference between the equations (6) and (7).
Vdiff = {(MR / (2 + MR)} × (V0−V1) (8)
It becomes.
これに対して、第2の実施形態の場合には、センスアンプに入力される信号(電位差)Vdiffは、(3)式と(5)式、または(4)式と(5)式の差から、
Vdiff={(MR/2)/(2+MR)}×(V0−V1) …(9)
となる。
On the other hand, in the case of the second embodiment, the signal (potential difference) Vdiff input to the sense amplifier is the difference between the expressions (3) and (5) or (4) and (5). From
Vdiff = {(MR / 2) / (2 + MR)} × (V0−V1) (9)
It becomes.
上記(8)式と(9)式を比較すると、本実施形態で示したような擬似的な自己リファレンス方式においては、読み出し信号量を2倍とすることができる。これにより、高速なセンス動作や、MTJ素子の特性のばらつきに対する耐性の向上、等の効果が得られる。 Comparing the above equations (8) and (9), in the pseudo self-reference method as shown in this embodiment, the read signal amount can be doubled. As a result, effects such as a high-speed sensing operation and improved resistance to variations in characteristics of MTJ elements can be obtained.
なお、上記したような疑似的な自己リファレンス方式の読み出し系回路は、従来の自己リファレンス方式の読み出し系回路と比べて、磁気メモリセルに対する書き込み動作が不要であるので、書き込み動作に起因する電源ノイズによるセンス感度の悪化が生じない。 Note that the pseudo self-reference type read system circuit as described above does not require a write operation to the magnetic memory cell as compared with the conventional self-reference type read system circuit. Sense sensitivity does not deteriorate due to
<第7の実施形態>
図19は、図18に示した読み出し回路60を具体化した本発明の第7の実施形態に係るMRAMにおける1個の磁気メモリセルと読み出し系回路の一部を示す等価回路図である。
<Seventh Embodiment>
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram showing one magnetic memory cell and a part of a read system circuit in an MRAM according to the seventh embodiment of the present invention that embodies the read
読み出し回路60には、磁気メモリセル31から読み出し用ビット線RBLに読み出された電位を、第1の期間と第2の期間とで切り替えて出力する第2の切換回路61が付加されている。センスアンプ42は、第1の期間に、読み出し用ビット線RBLに読み出された電位を第1の入力端(−)の入力容量で保持して参照電位Vrefとし、第2の期間に、読み出し用ビット線RBLに読み出された電位を第2の入力端(+)の入力容量で保持し、その後、参照電位Vrefと比較してデータを検知し、信号Vsaoutを出力する。なお、SAENBLはセンスアンプ42の活性化信号である。また、図19中、磁気メモリセル31は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示しているが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることもできる。
The
第2の切換回路61は例えば、読み出し用ビット線RBLとセンスアンプ42の第1の入力端(−)との間に挿入されたスイッチ素子62と、読み出し用ビット線RBLとセンスアンプ42の第2の入力端(+)との間に挿入されたスイッチ素子63とからなる。スイッチ素子62は、第1の期間に活性化制御されるスイッチ制御線Pdによってオン状態にスイッチング制御され、スイッチ素子63は、第2の期間に活性化制御されるスイッチ制御線Pcによってオン状態にスイッチング制御される。
The
本例のMRAMは、選択された磁気メモリセルからデータを読み出す際、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に印加する電位を、一回目の読み出し動作時と二回目の読み出し動作時とで切り替えて読み出し動作を行う。そして、一回目の読み出し動作時にはスイッチ制御線Pdが活性化され、読み出し用ビット線RBLに出力された信号がスイッチ素子62を介してセンスアンプ42の第1の入力端(−)に転送される。その後、スイッチ制御線Pdが非活性化される。二回目の読み出し動作時にはスイッチ制御線Pcが活性化され、読み出し用ビット線RBLに出力された信号がスイッチ素子63を介してセンスアンプ42の第2の入力端(+)に転送される。その後、スイッチ制御線Pcが非活性化される。その後、活性化信号SAENBLが活性化されてセンスアンプ42が起動し、センス結果である信号Vsaoutが出力される。
In the MRAM of this example, when reading data from the selected magnetic memory cell, the potential applied between the write bit lines WBL [0] and WBL [1] is set in the first read operation and the second read operation. The read operation is performed by switching between times. In the first read operation, the switch control line Pd is activated, and the signal output to the read bit line RBL is transferred to the first input terminal (−) of the
本例においては、センスアンプ42の第1、第2の入力端に入力される信号の差分は、前述の6、7式から、
Vsig[a]−Vsig[b]={MR/(2+MR)}×(V0−V1) …(10)
と表される。つまり、2回の読み出し動作により、第2の実施形態の場合の2倍の読み出し信号量を得ることができる。
In this example, the difference between the signals input to the first and second input terminals of the
Vsig [a] −Vsig [b] = {MR / (2 + MR)} × (V0−V1) (10)
It is expressed. That is, a read signal amount twice that in the second embodiment can be obtained by two read operations.
<第8の実施形態>
ところで、上記第7の実施形態のMRAMにおいて、第2の切換回路61を構成するスイッチ素子62、63として、例えばNMOSFETやPMOSFETが使用される。これらNMOSFETやPMOSFETはスイッチ制御線Pc、Pdの信号によってゲート制御されるので、スイッチ素子62、63をオン/オフ制御する際に、MOSFETの寄生容量を介してセンスアンプ42の第1、第2の入力端にスイッチングノイズが混入する。一回目の読み出し動作時にはスイッチ素子62がオンにされ、二回目の読み出し動作時にはスイッチ素子63がオンにされかつスイッチ素子62がオフにされるので、一回目と二回目の読み出し動作時ではセンスアンプ42の第1、第2の入力端に混入するスイッチングノイズの変化方向が逆となり、これによりセンスアンプ42の読み出しマージンが減少する。
<Eighth Embodiment>
By the way, in the MRAM of the seventh embodiment, for example, NMOSFETs or PMOSFETs are used as the
そこで、この第8の実施形態のMRAMでは、2回の読み出し動作を行う第7の実施形態のMRAMにおいて、読み出し用ビット線RBLとセンスアンプ42との間に挿入されたスイッチ素子62、63を介してセンスアンプ42に混入するスイッチングノイズの影響をなくして、センスアンプ42の読み出しマージンの減少を防ぐようにしたものである。
Therefore, in the MRAM of the eighth embodiment, the
図20は第8の実施形態のMRAMの一部の構成を示している。MCAは、複数の磁気メモリセル31が設けられたメモリセルアレイである。RDRV0は、第1の期間に、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に読み出し用の所定の電位差を与える第1の読み出し用ドライバ回路であり、RDRV1は、第2の期間に、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に、第1の期間とは同じ電位差(絶対値が等しい)で逆極性の読み出し用の電位差を与える第2の読み出し用ドライバ回路である。
FIG. 20 shows a partial configuration of the MRAM according to the eighth embodiment. The MCA is a memory cell array in which a plurality of
第1の読み出し用ドライバ回路RDRV0には、電源電位Vccのノードと一方の書き込み用ビット線WBL[0]との間にソース・ドレイン間が接続されたPMOSFET111と、接地電位Vssのノードと他方の書き込み用ビット線WBL[1]との間にソース・ドレイン間が接続されたNMOSFET112とが設けられている。同様に、第2の読み出し用ドライバ回路RDRV1には、接地電位Vssのノードと一方の書き込み用ビット線WBL[0]との間にソース・ドレイン間が接続されたNMOSFET113と、電源電位Vccのノードと他方の書き込み用ビット線WBL[1]との間にソース・ドレイン間が接続されたPMOSFET113とが設けられている。
The first read driver circuit RDRV0 includes a PMOSFET 111 having a source-drain connected between a node of the power supply potential Vcc and one write bit line WBL [0], a node of the ground potential Vss, and the other. An
本例では、読み出し回路60内の第1、第2のスイッチ素子62、63としてNMOSFET115、116が使用されている。さらに読み出し回路60内には、読み出し用ビット線RBLを基準電位VREFに設定するためのイコライズ用のNMOSFET117が設けられている。
In this example,
なお、図20では、メモリセルアレイMCA内の書き込み用のワード線WWLは図示を省略している。 In FIG. 20, the word line WWL for writing in the memory cell array MCA is not shown.
次に、図20のMRAMにおけるデータ読み出し動作を図21の波形図を参照して説明する。まず、データの読み出しに先立ち、イコラズ信号EQLは予め“H”レベルにされている。この時、イコライズ用のNMOSFET117はオンしており、読み出し用ビット線RBLは基準電位VREFにイコライズされている。また、データの読み出し開始前では、制御信号PT<0>、PT<1>は共に“H”レベルにされており、読み出し回路60内のNMOSFET115、116は共にオンしている。従って、センスアンプ42の第1、第2の入力端は共にVREFの電位に設定されている。
Next, the data read operation in the MRAM of FIG. 20 will be described with reference to the waveform diagram of FIG. First, prior to data reading, the equalize signal EQL is set to “H” level in advance. At this time, the equalizing
次に、イコラズ信号EQLが“L”レベルとなり、イコライズ用のNMOSFET117がオフする。続いて、磁気メモリセル31が選択される。例えば、複数の読み出し用ワード線RWL<0>…RWL<n>のうちの1つの読み出し用ワード線RWL<0>が活性化され、これに接続された磁気メモリセル31が選択される。続いて、第1の読み出し用ドライバ回路RDRV0を駆動するための制御信号RDSEL<0>と読み出しイネーブル信号RDENBLとが活性化され、第1の読み出し用ドライバ回路RDRV0内のPMOSFET111とNMOSFET112とがオンし、一方の書き込み用ビット線WBL[0]がVcc、他方の書き込み用ビット線WBL[1]がVssとなるような電位差が両書き込み用ビット線間に供給されて、選択メモリセル31から一回目のデータ読み出しが行われる。一回目のデータ読み出し後は、制御信号PT<0>が“L”レベルにされ、読み出し回路60内のNMOSFET115がオフする。
Next, the equalize signal EQL becomes “L” level, and the equalizing
次に、第2の読み出し用ドライバ回路RDRV1を駆動するための制御信号RDSEL<1>と読み出しイネーブル信号RDENBLとが活性化され、第2の読み出し用ドライバ回路RDRV1内のNMOSFET113とPMOSFET114とがオンし、今度は一方の書き込み用ビット線WBL[0]がVss、他方の書き込み用ビット線WBL[1]がVccとなるような電位差が両書き込み用ビット線間に供給されて、選択メモリセル31から二回目のデータ読み出しが行われる。二回目のデータ読み出し後は、制御信号PT<1>が“L”レベルにされ、読み出し回路60内のNMOSFET116がオフする。
Next, the control signal RDSEL <1> for driving the second read driver circuit RDRV1 and the read enable signal RDENBL are activated, and the NMOSFET 113 and the PMOSFET 114 in the second read driver circuit RDRV1 are turned on. In this case, a potential difference is supplied between the write bit lines so that one write bit line WBL [0] becomes Vss and the other write bit line WBL [1] becomes Vcc. A second data read is performed. After the second data read, the control signal PT <1> is set to “L” level, and the
この後、活性化信号SAENBLが活性化されてセンスアンプ42が起動され、センス結果である信号Vsaoutが出力される。
Thereafter, the activation signal SAENBL is activated, the
つまり、磁気メモリセル31からデータ読み出す際の第1の期間では、読み出し回路60内のNMOSFET115、116は共にオン状態にされ、両NMOSFET115、116が共にオン状態にされている際に第1の読み出し用ドライバ回路RDRV0が活性化されて、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に対して第1の電位差(Vcc-Vss)が供給される。選択された磁気メモリセル31は、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に第1の電位差が供給されてから読み出し用ビット線RBLに第1の信号を読み出する。第1の信号が読み出された後に、NMOSFET115がオフ状態にされて、センスアンプ42の第1の入力端が読み出し用ビット線RBLから切り離される。NMOSFET115ががオフ状態にされた後に第2の読み出し用ドライバ回路RDRV1が活性化されて、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に対して第2の電位差が供給される。選択された磁気メモリセル31は、書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]に第2の電位差が供給されてから読み出し用ビット線RBLに第2の信号を読み出する。第2の信号が読み出された後にNMOSFET116がオフ状態にされて、センスアンプ42の第2の入力端が読み出し用ビット線RBLから切り離され、その後、センスアンプ42が活性化されてデータがセンスされる。
That is, in the first period when data is read from the
この第8の実施形態では、データ読み出し期間に、読み出し回路60内のNMOSFET115、116はそれぞれ1回のみスイッチングされ、しかもそれぞれオン状態からオフする方向にスイッチングされる。このため、両NMOSFET115、116を制御するための制御信号PT<0>、PT<1>によるセンスアンプ42に対するカップリングノイズは、第1、第2の入力端に対して同相でかつ同量だけ結合する。ここで、センスアンプ42は、第1、第2の入力端の電位差を増幅することでデータをセンスするので、同相かつ同量のカップリングノイズが第1、第2の入力端に加わっても読み出し信号量は減少しない。このため、NMOSFET115、116がスイッチングすることによって生じるスイッチングノイズによる読み出しマージンの減少を防ぐことができる。
In the eighth embodiment, during the data read period, each of the
なお、この第8の実施形態では、スイッチ回路61を構成するスイッチ素子62、63としてそれぞれNMOSFETを使用する場合を説明したが、これはそれぞれPMOSFET、あるいはNMOSFETとPMOSFETとを並列接続したCMOSトランスファゲートを使用するように変形してもよい。
In the eighth embodiment, the case where NMOSFETs are respectively used as the
<第9の実施形態>
図20に示した第8の実施形態のMRAMでは、磁気メモリセルから読み出された信号は、センスアンプ42の第1、第2の入力端に存在している入力容量で保持される。その際、センスアンプ42の第1、第2の入力端はフローティング状態であり、また、センスアンプ42は読み出し用ビット線RBLとは電気的に切り離されるために入力容量は小さい。このために、センスアンプ42の入力容量に保持された信号電荷がPNジャンクションなどを介してリークしてしまう危険がある。
<Ninth Embodiment>
In the MRAM of the eighth embodiment shown in FIG. 20, the signal read from the magnetic memory cell is held by the input capacitance existing at the first and second input terminals of the
そこで、この第9の実施形態のMRAMでは、図22に示すように、センスアンプ42の入力端に容量回路120を付加することで、センスアンプ42の入力容量を増加させて、信号電荷のリークの影響を小さくするようにしたものである。
Therefore, in the MRAM of the ninth embodiment, as shown in FIG. 22, by adding a
本例では、容量回路120はソース・ドレイン間が短絡された一対のNMOSFET121、122からなる。一方のNMOSFET121はソース・ドレインが接地電位のノードに接続され、ゲートがセンスアンプ42の第1の入力端(−)に接続されている。他方のNMOSFET122はソース・ドレインが接地電位のノードに接続され、ゲートがセンスアンプ42の第2の入力端(+)に接続されている。すなわち、容量回路120は、それぞれNMOSFETからなる一対のMOSキャパシタによって構成されている。もちろん、一対のMOSキャパシタをPMOSFETで構成してもよい。
In this example, the
なお、この第9の実施形態では、MOSキャパシタを構成するMOSFETのゲートをセンスアンプ42の入力端側に接続し、ソース・ドレインを接地電位のノード側に接続する場合を説明したが、これは逆にMOSFETのソース・ドレインをセンスアンプ42の入力端側に接続し、ゲートを接地電位のノード側に接続するように変更してもよい。
In the ninth embodiment, the case where the gate of the MOSFET constituting the MOS capacitor is connected to the input end side of the
<第10の実施形態>
図22に示した第9の実施形態のように、センスアンプ42の入力端に容量回路120を付加すると、読み出し速度が低下するおそれがある。そこで、この第10の実施形態のMRAMでは、図23に示すように、容量回路120内の一対のNMOSFET121、122のソース・ドレインを接地電位のノードに接続する代わりに、制御信号CAPCTRLを供給することで、必要な時にのみ一対のNMOSFET121、122からなるMOSキャパシタの容量を増加させるようにして、読み出し時における読み出し速度の低下を最小とするようにしたものである。なお、MOSキャパシタとしてNMOSFET121、122を用いる場合には、制御信号CAPCTRLを“L”レベルとすることで容量を最大とすることができ、“H”レベルとすることで最小となる。MOSキャパシタとしてPMOSFETを用いる場合には上記とは逆になる。
<Tenth Embodiment>
If the
また、この第10の実施形態においても、MOSキャパシタを構成するMOSFETのソース・ドレインをセンスアンプ42の入力端側に接続し、ゲートを制御信号CAPCONTRLの制御線側に接続するように変更してもよい。
Also in the tenth embodiment, the source / drain of the MOSFET constituting the MOS capacitor is connected to the input end side of the
<第11の実施形態>
図24は図18に示した読み出し回路60の他の構成例を示す回路図である。
<Eleventh embodiment>
FIG. 24 is a circuit diagram showing another configuration example of the read
図24に示す読み出し回路60は、2個のスイッチ素子64、65と微分回路(DIFF)66とから構成されている。一方のスイッチ素子64は読み出し用ビット線RBLと微分回路66の入力ノードとの間に挿入されている。このスイッチ素子64はスイッチ制御線Pcによってスイッチング制御される。他方のスイッチ素子65は微分回路66の入出力ノード間に挿入されている。このスイッチ素子65はスイッチ制御線Pdによってスイッチング制御される。なお、図24において、磁気メモリセル31は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示しているが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることができる。
The
本例のMRAMは、選択された磁気メモリセル31からデータを読み出す際、第1の切り替え回路50によって書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に印加する電位が、一回目の読み出し動作時と二回目の読み出し動作時とで切り替えられる。
In the MRAM of this example, when data is read from the selected
一回目の読み出し動作時においては、スイッチ制御線Pc,Pdが活性化されてスイッチ素子64、65がオン状態となる。これにより、読み出し用ビット線RBLに読み出された信号がスイッチ素子64、65を介して微分回路66の出力ノードに転送され、その後、スイッチ制御線Pcが非活性化される。スイッチ素子64がオン状態の時、スイッチ制御線Pdは活性化されており、スイッチ素子65はオン状態であり、微分回路66の出入力ノードは短絡されている。このとき、微分回路66の入力ノードの電位は参照電位Vrefに設定される。
In the first read operation, the switch control lines Pc and Pd are activated and the
そして、二回目の読み出し動作時においては、読み出し用ビット線RBLに信号が読み出された後は、スイッチ制御線Pdが非活性化されてスイッチ素子65がオフにされ、微分回路66の入出力ノード間が電気的に分離される。その後、スイッチ制御線Pcが活性化され、スイッチ素子64がオン状態にされて、読み出し用ビット線RBLに読み出された信号がスイッチ素子64を介して微分回路66の入力ノードに転送される。この時、入力ノードの電位変化が微分回路66で検知されることによって磁気メモリセル31のデータが検知され、その結果が信号Vsaoutとして出力される。
In the second read operation, after the signal is read to the read bit line RBL, the switch control line Pd is deactivated and the
本例のMRAMによれば、MTJ素子の抵抗値の絶対値に依存せず、MTJ素子MTJ[0]とMTJ[1]の抵抗値の相対関係のみによって読み出し回路60でセンス動作が行われる。このため、MTJ素子の抵抗値がメモリチップ間で変動した場合でも、確実なセンス動作が実現できる。
According to the MRAM of this example, the
<第12の実施形態>
図25は本発明の第12の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイの一部と周辺回路の一部を取り出して一例を示す回路図である。
<Twelfth Embodiment>
FIG. 25 is a circuit diagram showing an example of a part of the memory cell array and a part of the peripheral circuit in the MRAM according to the twelfth embodiment of the present invention.
図25に示すMRAMでは、前述した第1ないし第3の実施形態のいずれかに示した磁気メモリセル31が行列状に配置されてメモリセルアレイが構成されている。本例では、磁気メモリセル31は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示しているが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることができる。
In the MRAM shown in FIG. 25, the
このメモリセルアレイの行方向に複数の読み出しワード線RWLが配置され、列方向に複数の読み出し用ビット線RBLが配置されている。各行の複数の磁気メモリセル31に対して複数の各読み出しワード線RWLが共通に接続され、各列の複数の磁気メモリセル31に対して複数の各読み出し用ビット線RBLが接続されている。メモリセルアレイの各列の読み出し用ビット線RBLにセンスアンプ42が接続されており、読み出し用ビット線RBLは書き込み用ワード線WBLと平行に配置されている。
A plurality of read word lines RWL are arranged in the row direction of the memory cell array, and a plurality of read bit lines RBL are arranged in the column direction. A plurality of read word lines RWL are commonly connected to a plurality of
また、メモリセルアレイの各行毎にワード線ドライバ71が設けられており、各ワード線ドライバ71の出力は対応する読み出し用ワード線RWLに接続されている。センスアンプ42で使用される参照電位は参照電位発生回路で生成される。
A
さらにメモリセルアレイの各列毎にビット線ドライバ72が設けられている。これらのビット線ドライバ72は、読み出し動作時に各列の一対の書き込み用ビット線WBL[0]、WBL[1]間に電位差を供給する。各ビット線ドライバ72は、一対の書き込み用ビット線WBLのうちの一方に第1の電位を供給する第1の読み出し用電位供給源と、一対の書き込み用ビット線WBLのうちの他方に第2の電位を供給する第2の読み出し用電位供給源を有する。この2つの読み出し用電位供給源は一対の書き込み用ビット線WBLの同一方向の一端側に配置されている。本例では、一対の書き込み用ビット線WBLに対応して読み出し電位供給用のPMOSFET73およびNMOSFET74が接続されている。
Further, a
本例では、1つのワード線ドライバ71によって1行の読み出し用ワード線RWLが活性化される。同一メモリセルアレイに接続されている全てのビット線ドライバ72を活性化することで、同一メモリセルアレイに接続されている全てのセンスアンプ42に一行分のデータが読み出される。
In this example, one
また、一対の書き込み用ビット線WBLに接続されている2つの読み出し用電位供給源が、どちらも書き込み用ビット線WBLに接続されているため、読み出し用電位供給源と選択されたメモリセルとの間の書き込み用ビット線WBLの配線抵抗が、対をなすWBL[0]とWBL[1]とで等しくなる。これにより、書き込み用ビット線WBLの配線抵抗による読み出しマージンの減少を防ぐことができる。 In addition, since two read potential supply sources connected to the pair of write bit lines WBL are both connected to the write bit line WBL, the read potential supply source and the selected memory cell The wiring resistance of the write bit line WBL between them is equal between WBL [0] and WBL [1] making a pair. Thereby, it is possible to prevent the read margin from being reduced due to the wiring resistance of the write bit line WBL.
次に、上記各実施形態において、磁気メモリセルからデータを読み出す際の書き込み用及び読み出し用のビット線WBL、RBLのプリチャージ方式について説明する。基本的には、書き込み用及び読み出し用のビット線WBL、RBLを、(a)電位Vaaにプリチャージする方式、(b)電位Vbl=(Vaa+Vss)/2にプリチャージする方式、(c)電位Vssにプリチャージする方式を採用することが可能である。ここで、Vaa、Vssは、読み出し動作時に設定する書き込み用ビット線WBLの2つの電位を表わし、先に説明した電位V0およびV1に相当する。 Next, in each of the above-described embodiments, a precharge method for writing and reading bit lines WBL and RBL when reading data from a magnetic memory cell will be described. Basically, the write and read bit lines WBL and RBL are (a) precharged to potential Vaa, (b) precharged to potential Vbl = (Vaa + Vss) / 2, (c ) It is possible to adopt a method of precharging to the potential Vss. Here, Vaa and Vss represent two potentials of the write bit line WBL set during the read operation, and correspond to the potentials V0 and V1 described above.
図26(a)は、読み出し動作前の期間に、書き込み用ビット線WBL(WBL[0]、WBL[1])をそれぞれ第1の電位Vaaにプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 FIG. 26A shows the read operation when the method of precharging the write bit lines WBL (WBL [0], WBL [1]) to the first potential Vaa is used in the period before the read operation. An example of the potential waveform is shown.
図26(b)は、読み出し動作前の期間に、書き込み用ビット線WBL(WBL[0]、WBL[1])を第1の電位Vaaと第2の電位Vssとの中間電位Vbl=(Vaa+Vss)/2にプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 In FIG. 26B, the write bit line WBL (WBL [0], WBL [1]) is applied to the intermediate potential Vbl = (Vaa between the first potential Vaa and the second potential Vss in the period before the read operation. An example of a potential waveform at the time of a read operation when a precharge method of + Vss) / 2 is adopted is shown.
図26(c)は、読み出し動作前の期間に、書き込み用ビット線WBL(WBL[0]、WBL[1])を第2の電位Vssにプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 FIG. 26C shows a case where a method of precharging the write bit lines WBL (WBL [0], WBL [1]) to the second potential Vss during the period before the read operation is employed. An example of a potential waveform is shown.
なお、図26(a)、(b)、(c)において、READは読み出しドライブ信号の電位波形、SNは1つのメモリセルに含まれる2つのMTJ素子相互間の信号読み出しノードの電位波形を示し、実線は“0“データ読み出し時、破線は“1“データ読み出し時の電位波形を示す。 26A, 26B, and 26C, READ indicates a potential waveform of a read drive signal, and SN indicates a potential waveform of a signal read node between two MTJ elements included in one memory cell. The solid line indicates the potential waveform when “0” data is read, and the broken line indicates the potential waveform when “1” data is read.
図27(a)は、読み出し動作前の期間に、読み出し用ビット線RBLを第1の電位Vaaにプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 FIG. 27A shows an example of a potential waveform during the read operation in the case where the method of precharging the read bit line RBL to the first potential Vaa is used in the period before the read operation.
図27(b)は、読み出し動作前の期間に、読み出し用ビット線RBLを第1の電位Vaaと第2の電位Vss との中間電位Vbl=(Vaa+Vss)/2にプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 FIG. 27B shows a method of precharging the read bit line RBL to an intermediate potential Vbl = (Vaa + Vss) / 2 between the first potential Vaa and the second potential Vss in the period before the read operation. An example of a potential waveform during a read operation when employed is shown.
図27(c)は、読み出し動作前の期間に、読み出し用ビット線RBLを第2の電位Vssにプリチャージする方式を採用した場合の読み出し動作時の電位波形の一例を示す。 FIG. 27C shows an example of a potential waveform during the read operation in the case where the method of precharging the read bit line RBL to the second potential Vss in the period before the read operation is employed.
なお、図27(a)、(b)、(c)中、RWLは読み出し用のワード線の電位波形を示す。読み出し用のワード線RWLが活性化された時、RWLの電位は第1の電位Vaaまたはこれよりも高い電位となる。 In FIGS. 27A, 27B, and 27C, RWL indicates the potential waveform of the read word line. When the read word line RWL is activated, the potential of RWL becomes the first potential Vaa or a potential higher than this.
ビット線WBL、RBLを電位Vaaにプリチャージする方式の場合は、一般的にNMOSFETの方がPMOSFETよりも電流駆動能力が高いため、読み出し動作時にビット線の電位をVaaからVssに変化させるのに要する時間が小さくなり、高速な読み出し動作が実現できる。 In the method of precharging the bit lines WBL and RBL to the potential Vaa, since the NMOSFET generally has a higher current drive capability than the PMOSFET, the bit line potential can be changed from Vaa to Vss during the read operation. The time required is reduced and a high-speed read operation can be realized.
ビット線WBL、RBLを電位Vblにプリチャージする方式の場合は、読み出し動作時のビット線の電位振幅がVaa−Vbl、Vbl−Vssと小さいので、読み出し動作を低い消費電流で行うことができる。 In the case where the bit lines WBL and RBL are precharged to the potential Vbl, the potential amplitude of the bit line during the read operation is small as Vaa−Vbl and Vbl−Vss, so that the read operation can be performed with low current consumption.
ビット線WBL、RBLを電位Vssにプリチャージする方式の場合は、読み出し動作以外の期間やスタンバイ(standby)時などにおいて、何ら電位を供給しなくても良いので低消費電力である。また、スタンバイモードからアクティブ(active)モードに移る場合や、読み出し動作に入る期間において、ビット線の電位をプリチャージする必要が無いため、各モード間の遷移に必要な時間が短くなり、高速動作が実現でき、かつ低消費電力が実現できる。 In the case of a method in which the bit lines WBL and RBL are precharged to the potential Vss, it is not necessary to supply any potential during a period other than the read operation or during standby, so that the power consumption is low. In addition, it is not necessary to precharge the potential of the bit line when shifting from standby mode to active mode or during the read operation period. And low power consumption.
<第13の実施形態>
図28は本発明の第13の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイの一部と周辺回路の一部を取り出して一例を示す回路図である。
<13th Embodiment>
FIG. 28 is a circuit diagram showing an example of a part of the memory cell array and a part of the peripheral circuit in the MRAM according to the thirteenth embodiment of the present invention.
図28に示すMRAMは、前述した第1ないし第3の実施形態のいずれかに示した磁気メモリセル31が行列状に配置されたメモリセルアレイには、参照電位Vrefを生成するためのダミー磁気メモリセル(DMC)75が少なくとも一列分配置されている。なお、図28中、磁気メモリセル31は説明を簡略化するために前述した2Tr-2MTJ型のものを示しているが、これに限らず、前述した3Tr-2MTJ型のもの等を用いることができる。
The MRAM shown in FIG. 28 has a dummy magnetic memory for generating the reference potential Vref in the memory cell array in which the
メモリセルアレイの各行の磁気メモリセル31およびダミー磁気メモリセル75に読み出しワード線RWLが共通に接続されており、セルアレイの各列の磁気メモリセル31に読み出し用ビット線RBLが共通に接続されている。読み出しワード線RWLは行方向に配置されており、読み出し用ビット線RBLは列方向に配置されている。
A read word line RWL is commonly connected to the
一列分のダミー磁気メモリセル75にダミー読み出し用ビット線DRBLが共通に接続されており、このダミー読み出し用ビット線DRBLは列方向に配置されている。さらに、メモリセルアレイの各列に対応して読み出し用ビット線RBLにセンスアンプ42が接続されており、読み出し用ビット線RBLは書き込み用ビット線WBLとは平行に配置されている。
A dummy read bit line DRBL is commonly connected to one column of dummy
ワード線ドライバ71はメモリセルアレイの各行に設けられており、それぞれの出力は対応する読み出し用ワード線RWLに接続されている。各列毎に設けられたビット線ドライバ72は読み出し用ドライバを兼ねており、それぞれPMOSFET73とNMOSFET74とから構成されている。各列毎にセンスアンプ42が設けられ、対応する列の読み出し用ビット線RBLに読み出される電位と、ダミー読み出し用ビット線DRBLに出力される参照電位とがそれぞれのセンスアンプ42に供給される。
The
本例では、データが読み出されるメモリセル31とダミーセル75は、同一の読み出し用ワード線RWLによって活性化される。従って、ビット線ドライバ72とメモリセル31との間のビット線WBLにおける配線抵抗と、ビット線ドライバ72とダミーセル75との間のビット線WBLにおける配線抵抗とが等しくなり、ビット線WBLの抵抗の影響をメモリセル31とダミーセル75とで等しくすることができ、センスアンプにおけるセンスマージンの減少を防ぐことができる。
In this example, the
また、本例でも、読み出し動作に際して書き込み用及び読み出し用ビット線WBL、RBLをプリチャージする方式に関して、前述した場合と同様に実施することができる。 Also in this example, the method for precharging the write and read bit lines WBL and RBL in the read operation can be performed in the same manner as described above.
<第14の実施形態>
図29は本発明の第14の実施形態に係るMRAMにおけるメモリセルアレイの一部と周辺回路の一部を取り出して一例を示す回路図である。
<Fourteenth embodiment>
FIG. 29 is a circuit diagram showing an example of a part of the memory cell array and a part of the peripheral circuit in the MRAM according to the fourteenth embodiment of the present invention.
図29に示すMRAMは、前述した第1ないし第3の実施形態のいずれかに示した磁気メモリセル31が行列状に配置されてメモリセルアレイが構成されている。メモリセルアレイの各列の磁気メモリセル31に共通に読み出しワード線RWLが接続され、セルアレイの各行の磁気メモリセル31に共通に読み出し用ビット線RBLが接続されている。読み出しワード線RWLは列方向に配置され、読み出し用ビット線RBLは行方向に配置されている。また、メモリセルアレイの各行に対応してセンスアンプ42が設けられており、各行の読み出し用ビット線RBLが対応するセンスアンプ42に接続されている。ここで、読み出し用ビット線RBLと書き込み用ビット線WBLとは互いに直交する方向に配置されている。
The MRAM shown in FIG. 29 has a memory cell array in which the
本例では、一対の書き込み用ワード線WBLに対応するビット線ドライバ72と1列の読み出し用ワード線RWLに対応するワード線ドライバ71を活性化するだけで、1列に接続される全ての磁気メモリセル31のデータを読み出すことができる。
In this example, all the magnetic fields connected to one column are activated only by activating the
また、本例でも、読み出し動作に際して書き込み用及び読み出し用ビット線WBL、RBLをプリチャージする方式に関して、前述した場合と同様に実施することができる。 Also in this example, the method for precharging the write and read bit lines WBL and RBL in the read operation can be performed in the same manner as described above.
本発明の第1ないし第14の実施形態に係るMRAMは、様々な適用例が可能である。これらの適用例のいくつかについて以下に説明する。 Various applications of the MRAM according to the first to fourteenth embodiments of the present invention are possible. Some of these applications are described below.
<適用例1>
MRAMの適用例の一つとして、図30はデジタル加入者線(DSL)用モデムのDSLデータパス部分を示す。このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ(DSP)151、アナログ−デジタルコンバータ(ADC)及びデジタル−アナログコンバータ(DAC)152と、送信ドライバ153と、受信機増幅器154とを含む。図30では、バンドパスフィルタを省略しており、その代わりに回線コードプログラムをホールドできる種々のタイプのオプションのメモリとして、本発明のMRAM155とEEPROM156を示している。
<Application example 1>
FIG. 30 shows a DSL data path portion of a digital subscriber line (DSL) modem as one application example of MRAM. The modem includes a programmable digital signal processor (DSP) 151, an analog-to-digital converter (ADC) and a digital-to-analog converter (DAC) 152, a
なお、本適用例では、回線コードプログラムをホールドするためのメモリとしてMRAMとEEPROMの二種類のメモリを用いているが、EEPROMをMRAMに置き換えてもよい、つまり二種類のメモリを用いずにMRAMのみを用いるようにしてもよい。 In this application example, two types of memory, MRAM and EEPROM, are used as memory for holding the line code program. However, EEPROM may be replaced with MRAM, that is, MRAM without using two types of memory. You may make it use only.
<適用例2>
MRAMの別の適用例として、図31は、携帯電話端末300における、通信機能を実現する部分を示す。図31に示すように、通信機能を実現する部分は、送受信アンテナ201、アンテナ共用器202、受信部203、ベースバンド処理部204、音声コーデックとして用いられるDigital Signal Processor(DSP)205、スピーカ206、マイクロホン207、送信部208、周波数シンセサイザ209を備えている。
<Application example 2>
As another application example of the MRAM, FIG. 31 shows a part that realizes a communication function in the mobile phone terminal 300. As shown in FIG. 31, a part that realizes a communication function includes a transmitting / receiving
また、図31に示すように、携帯電話端末300には、当該携帯電話端末の各部を制御する制御部200が設けられている。制御部200は、CPU221、ROM222、本発明のMRAM223、及びフラッシュメモリ224が、CPUバス225を通じて接続されて構成されたマイクロコンピュータである。
In addition, as shown in FIG. 31, the mobile phone terminal 300 is provided with a control unit 200 that controls each unit of the mobile phone terminal. The control unit 200 is a microcomputer configured by connecting a
ここで、ROM222は、CPU221において実行されるプログラムや、表示用のフォント等の必要となるデータが予め記憶されたものである。また、MRAM223は、主に作業領域として用いられるものであり、CPU221がプログラム実行中において、必要に応じて計算途中のデータなどを必要に応じて記憶したり、制御部200と、各部との間でやり取りするデータを一時記憶したりするなどの場合に用いられる。また、フラッシュメモリ224は、携帯電話端末300の電源がオフされても例えば直前の設定条件などを記憶しておき、次の電源オン時に同じ設定にするような使用方法をする場合に、それらの設定パラメータを記憶しておくものである。すなわち、フラッシュメモリ224は、携帯電話端末の電源がオフにされてもこれに記憶されているデータが消滅してしまうことのない不揮発性メモリである。
Here, the
本適用例では、ROM222、MRAM223、フラッシュメモリ224を用いているが、フラッシュメモリ224を本発明のMRAMに置き換えてもよいし、さらに、ROM222も本発明のMRAMに置き換えることも可能である。
In this application example, the
なお、図31において、211は音声データ再生処理部、212は音声データ再生処理部211に接続された外部端子、213はLCDコントローラ、214はLCDコントローラ213に接続されたLCD、215はリンガ、231はCPUバス225と外部メモリスロット232との間に設けられたインターフェース、233はCPUバス225とキー操作部234との間に設けられたインターフェース、235はCPUバス225と外部端子236との間のインターフェースであり、外部メモリスロット232には外部メモリ240が挿入される。
In FIG. 31, 211 is an audio data reproduction processing unit, 212 is an external terminal connected to the audio data
<適用例3>
図32ないし図36は、本発明のMRAMをスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカード(MRAMカード)に適用した例を示す。
<Application example 3>
32 to 36 show an example in which the MRAM of the present invention is applied to a card (MRAM card) that stores media contents such as smart media.
図32の上面図において、400はMRAMカード本体、401はMRAMチップ、402は開口部、403はシャッター、404は複数の外部端子である。MRAMチップ401はカード本体400内部に収納されており、開口部402から外部に露出している。MRAMカード携帯時には、MRAMチップ401はシャッター403で覆われている。シャッター403は外部磁場を遮蔽する効果のある材料、例えばセラミック等から構成されている。データを転写する場合には、シャッター403を開放してMRAMチップ401を露出させて行う。外部端子404はMRAMカードに記憶されたコンテンツデータを外部に取り出すためのものである。
In the top view of FIG. 32, 400 is an MRAM card body, 401 is an MRAM chip, 402 is an opening, 403 is a shutter, and 404 is a plurality of external terminals. The
図33及び図34は、MRAMカードにデータを転写するためのカード挿入型の転写装置の上面図及び側面図を示す。エンドユーザの使用する第2MRAMカード450を転写装置500の挿入部510から挿入し、ストッパ520で止まるまで押し込む。ストッパ520は第1MRAMカード550と第2MRAMカード450とを位置あわせするための部材としても用いられる。第2MRAMカード450が所定位置に配置された状態で、第1MRAMカード550に記憶されたデータが第2MRAMカード450に転写される。
33 and 34 show a top view and a side view of a card insertion type transfer device for transferring data to an MRAM card. The
図35は、はめ込み型の転写装置の側面図である。図中の矢印で示すように、ストッパ520を目標に、第1MRAMカード550上に第2MRAMカード450をはめ込みように載置するタイプである。転写方法についてはカード挿入型と同一であるので説明を省略する。
FIG. 35 is a side view of the fitting type transfer device. As shown by the arrows in the figure, the
図36は、スライド型の転写装置の側面図である。CD−ROMドライブ、DVDドライブ等と同様に、転写装置500内に受け皿スライド560が設けられており、この受け皿スライド560が図中の水平方向の矢印で示すようにスライドする。受け皿スライド560が図中の破線で示す状態に移動したときに、第2MRAMカード450を受け皿スライド560に載置する。その後、受け皿スライド560が第2MRAMカード450を転写装置500内部へ搬送する。ストッパ520に第2MRAMカード450の先端部が当接するように搬送される点、および転写方法についてはカード挿入型と同一であるので、その説明は省略する。
FIG. 36 is a side view of a slide type transfer device. Similar to a CD-ROM drive, DVD drive, or the like, a
31…磁気メモリセル、32、33、39…セル選択用のトランスファゲート、34…半導体基板、35…素子分離領域、36…ゲート酸化膜、37…拡散層、38…ゲート電極、40…第1の読み出し用トランスファゲート、42…第2の読み出し用トランスファゲート、42…センスアンプ、45…ダミー磁気メモリセル、46…第1のダミーセル、47…第2のダミーセル、50…切換回路、60…読み出し回路、71…ワード線ドライバ、72…ビット線ドライバ、75…ダミー磁気メモリセル(DMC)、MTJ[0]…第1の磁気抵抗素子、MTJ[1]…第2の磁気抵抗素子、WBL[0]、WBL[1] …書き込み用ビット線、WWL …書き込み用ワード線、RBL …読み出し用ビット線。
DESCRIPTION OF
Claims (35)
前記磁気メモリセルの両端にそれぞれ接続された第1及び第2のビット線と、
前記磁気メモリセル内に配置された書込み用の第1のワード線と、
前記磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の第3のビット線と、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートのゲート電極に接続された読み出し用の第2のワード線とを具備し、
前記第1及び第2の磁気抵抗素子の各一端は前記第1及び第2のビット線にそれぞれ接続されており、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、一端が前記第1の磁気抵抗素子の他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第1のトランスファゲートと、一端が前記第2の磁気抵抗素子の他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第2のトランスファゲートとからなり、
前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極が前記第2のワード線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 Each of the first and second magnetoresistive elements includes a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element each having a tunnel magnetoresistive effect and holding data opposite to each other, and at least one transfer gate. A magnetic memory cell inserted in series between both ends and having the at least one transfer gate connected in series to the first and second magnetoresistive elements;
First and second bit lines respectively connected to both ends of the magnetic memory cell;
A first word line for writing disposed in the magnetic memory cell;
A third bit line for data reading connected to the magnetic memory cell;
A second word line for reading connected to the gate electrode of the at least one transfer gate;
Each one end of the first and second magnetoresistive elements is connected to the first and second bit lines, respectively.
The at least one or more transfer gates have one end connected to the other end of the first magnetoresistive element and the other end connected to the third bit line, and one end connected to the first bit. A second transfer gate connected to the other end of the second magnetoresistive element and the other end connected to the third bit line;
The first, a semiconductor memory device which has both a gate electrode of the second transfer gate, characterized in that it is connected to the second word line.
前記磁気メモリセルの両端にそれぞれ接続された第1及び第2のビット線と、
前記磁気メモリセル内に配置された書込み用の第1のワード線と、
前記磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の第3のビット線と、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートのゲート電極に接続された読み出し用の第2のワード線とを具備し、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、各一端が前記第1及び第2のビット線にそれぞれ接続された第1及び第2のトランスファゲートからなり、
前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極が前記第2のワード線に接続されており、
前記第1磁気抵抗素子は一端が前記第1のトランスファゲートの他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続され、前記第2磁気抵抗素子は一端が前記第2のトランスファゲートの他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 Each of the first and second magnetoresistive elements includes a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element each having a tunnel magnetoresistive effect and holding data opposite to each other, and at least one transfer gate. A magnetic memory cell inserted in series between both ends and having the at least one transfer gate connected in series to the first and second magnetoresistive elements;
First and second bit lines respectively connected to both ends of the magnetic memory cell;
A first word line for writing disposed in the magnetic memory cell;
A third bit line for data reading connected to the magnetic memory cell;
A second word line for reading connected to the gate electrode of the at least one transfer gate;
The at least one transfer gate includes first and second transfer gates each having one end connected to the first and second bit lines, respectively .
Both gate electrodes of the first and second transfer gates are connected to the second word line;
One end of the first magnetoresistive element is connected to the other end of the first transfer gate, the other end is connected to the third bit line, and one end of the second magnetoresistive element is connected to the second transfer gate. The other end of the semiconductor memory device is connected to the third bit line, and the other end is connected to the third bit line .
前記磁気メモリセルの両端にそれぞれ接続された第1及び第2のビット線と、First and second bit lines respectively connected to both ends of the magnetic memory cell;
前記磁気メモリセル内に配置された書込み用の第1のワード線と、A first word line for writing disposed in the magnetic memory cell;
前記磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の第3のビット線と、A third bit line for data reading connected to the magnetic memory cell;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートのゲート電極に接続された読み出し用の第2のワード線とを具備し、A second word line for reading connected to the gate electrode of the at least one transfer gate;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との間に接続された第1のトランスファゲートからなり、The at least one transfer gate comprises a first transfer gate connected between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element;
さらに、一端、他端及びゲート電極を有し、一端が前記第1の磁気抵抗素子と前記第1のトランスファゲートとの接続点に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第2のトランスファゲートと、一端及び他端及びゲート電極を有し、一端が前記第2の磁気抵抗素子と前記第1のトランスファゲートとの接続点に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第3のトランスファゲートとを有し、Furthermore, it has one end, the other end, and a gate electrode, and one end is connected to a connection point between the first magnetoresistive element and the first transfer gate, and the other end is connected to the third bit line. The second transfer gate has one end and the other end and a gate electrode, one end is connected to a connection point between the second magnetoresistive element and the first transfer gate, and the other end is the third bit. A third transfer gate connected to the line;
前記第2のワード線は、前記第1ないし第3のトランスファゲートのゲート電極に共通に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device, wherein the second word line is connected in common to the gate electrodes of the first to third transfer gates.
前記磁気メモリセルの両端にそれぞれ接続された第1及び第2のビット線と、First and second bit lines respectively connected to both ends of the magnetic memory cell;
前記磁気メモリセル内に配置された書込み用の第1のワード線と、A first word line for writing disposed in the magnetic memory cell;
前記磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の第3のビット線と、A third bit line for data reading connected to the magnetic memory cell;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートのゲート電極に接続された読み出し用の第2のワード線とを具備し、A second word line for reading connected to the gate electrode of the at least one transfer gate;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との間に接続された第1のトランスファゲートからなり、The at least one transfer gate comprises a first transfer gate connected between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element;
さらに、前記第1の磁気抵抗素子もしくは前記第2の磁気抵抗素子のいずれか一方と前記第1のトランスファゲートとの接続点と前記第3のビット線との間に接続された第2のトランスファゲートを有し、Further, a second transfer connected between a connection point between one of the first magnetoresistive element or the second magnetoresistive element and the first transfer gate and the third bit line. Have a gate,
前記第2のワード線は、前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極に共通に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device, wherein the second word line is commonly connected to both gate electrodes of the first and second transfer gates.
前記磁気メモリセルは、前記第1の磁気抵抗素子および前記第2の磁気抵抗素子の合成抵抗と、前記第1の磁気抵抗素子または前記第2の磁気抵抗素子の抵抗値との比で決まる電位を前記第3のビット線に読み出すことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 The first and second bit lines give a predetermined potential difference to the both ends of the magnetic memory cell when reading data from the magnetic memory cell,
The magnetic memory cell has a potential determined by a ratio between a combined resistance of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element and a resistance value of the first magnetoresistive element or the second magnetoresistive element. The semiconductor memory device according to claim 1 , wherein the data is read out to the third bit line.
前記第1及び第2のビット線に接続され、前記第1及び第2のビット線間に上記第1の電位差とは逆極性の第2の電位差を供給する第2の読み出し用ドライバ回路と、
前記第3のビット線にそれぞれ一端が接続された第1及び第2のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子の他端が一方の入力端に接続され、前記第2のスイッチ素子の他端が他方の入力端に接続されたセンスアンプとをさらに具備し、
前記磁気メモリセルからデータ読み出す際の第1の期間では、前記第1及び第2のスイッチ素子は共にオン状態にされ、
前記第1及び第2のスイッチ素子が共にオン状態にされている際に前記第1の読み出し用ドライバ回路が活性化されて、前記第1及び第2のビット線に対して前記第1の電位差が供給され、
前記磁気メモリセルは、前記第1及び第2のビット線に前記第1の電位差が供給されて前記第3のビット線に第1の信号を読み出し、
前記第1の信号が読み出された後に前記第1のスイッチ素子がオフ状態にされて、前記センスアンプの一方の入力端が前記第3のビット線から切り離され、
前記第1のスイッチ素子がオフ状態にされた後に前記第2の読み出し用ドライバ回路が活性化されて、前記第1及び第2のビット線に対して前記第2の電位差が供給され、
前記磁気メモリセルは、前記第1及び第2のビット線に前記第2の電位差が供給されて前記第3のビット線に第2の信号を読み出し、
前記第2の信号が読み出された後に前記第2のスイッチ素子がオフ状態にされて、前記センスアンプの他方の入力端が前記第3のビット線から切り離され、その後、前記センスアンプが活性化されてデータがセンスされることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 A first read driver circuit connected to the first and second bit lines and supplying a first potential difference between the first and second bit lines;
A second read driver circuit connected to the first and second bit lines and supplying a second potential difference having a polarity opposite to the first potential difference between the first and second bit lines;
First and second switch elements each having one end connected to the third bit line;
The other end of the first switch element is connected to one input terminal, further comprising a sense amplifier to which the other end of the second switching element is connected to the other input terminal,
In the first period when reading data from the magnetic memory cell, the first and second switch elements are both turned on,
The first driver circuit for reading is activated when both the first and second switch elements are in an on state, and the first potential difference with respect to the first and second bit lines is activated. Is supplied,
The magnetic memory cell reads the first signal to the third bit line by supplying the first potential difference to the first and second bit lines.
After the first signal is read, the first switch element is turned off, and one input terminal of the sense amplifier is disconnected from the third bit line,
The second read driver circuit is activated after the first switch element is turned off, and the second potential difference is supplied to the first and second bit lines.
The magnetic memory cell reads the second signal to the third bit line by supplying the second potential difference to the first and second bit lines,
After the second signal is read, the second switch element is turned off, the other input terminal of the sense amplifier is disconnected from the third bit line, and then the sense amplifier is activated. 5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the data is sensed and the data is sensed.
前記センスアンプの他方の入力端に一端が接続された第2の容量素子とを具備する請求項6記載の半導体記憶装置。 A first capacitive element having one end connected to one input end of the sense amplifier;
The semiconductor memory device according to claim 6 , further comprising: a second capacitor element having one end connected to the other input terminal of the sense amplifier.
前記ダミー磁気メモリセルで生成される参照電位が読み出される第4のビット線とを有することを特徴とする請求項12記載の半導体記憶装置。 The reference potential generating circuit is configured by using a magnetoresistive element similar to the magnetic memory cell, and a dummy magnetic memory cell that generates the reference potential;
13. The semiconductor memory device according to claim 12 , further comprising a fourth bit line from which a reference potential generated in the dummy magnetic memory cell is read.
一端が第1のノードに接続され第1のデータを保持した第1のダミー磁気抵抗素子と、前記第1のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が第2のノードに接続され、第1のデータとは逆の第2のデータを保持した第2のダミー磁気抵抗素子とからなる第1のダミーセルと、
一端が前記第1のノードに接続され第2のデータを保持した第3のダミー磁気抵抗素子と、前記第3のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が前記第2のノードに接続され、第1のデータを保持した第4のダミー磁気抵抗素子とからなる第2のダミーセルと、
前記第1、第2のダミーセルから読み出される電位を合成して前記参照電位を生成する電位合成回路とを有することを特徴とする請求項13記載の半導体記憶装置。 The dummy magnetic memory cell is
A first dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding the first data, connected in series with the first dummy magnetoresistive element, one end connected to the second node, A first dummy cell including a second dummy magnetoresistive element holding second data opposite to the first data;
One end of the third dummy magnetoresistive element connected to the first node and holding the second data is connected in series with the third dummy magnetoresistive element, and one end is connected to the second node. A second dummy cell comprising a fourth dummy magnetoresistive element holding the first data;
14. The semiconductor memory device according to claim 13, further comprising a potential synthesis circuit for synthesizing potentials read from the first and second dummy cells to generate the reference potential.
一端が第1のノードに接続され第1のデータを保持した第1のダミー磁気抵抗素子と、前記第1のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が第2のノードに接続され、第1のデータを保持した第2のダミー磁気抵抗素子とからなる第1のダミーセルと、
一端が前記第1のノードに接続され前記第1のデータとは逆の第2のデータを保持した第3のダミー磁気抵抗素子と、前記第3のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が前記第2のノードに接続され、第2のデータを保持した第4のダミー磁気抵抗素子とからなる第2のダミーセルと、
前記第1、第2のダミーセルから読み出される電位を合成して前記参照電位を生成する電位合成回路とを有することを特徴とする請求項13記載の半導体記憶装置。 The dummy magnetic memory cell is
The first dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding the first data, the first dummy magnetoresistive element connected in series, the one end connected to the second node, A first dummy cell comprising a second dummy magnetoresistive element holding 1 data;
A third dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding second data opposite to the first data, and one end connected in series with the third dummy magnetoresistive element Is connected to the second node, and a second dummy cell comprising a fourth dummy magnetoresistive element holding second data,
14. The semiconductor memory device according to claim 13, further comprising a potential synthesis circuit for synthesizing potentials read from the first and second dummy cells to generate the reference potential.
前記第1の期間に前記磁気メモリセルから前記第3のビット線に読み出された電位を参照電位とし、前記第2の期間に前記磁気メモリセルから前記第3のビット線に読み出された電位を前記参照電位と比較して前記磁気メモリセルのデータを検知する読み出し回路
とを具備したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 At the time of reading data from the magnetic memory cell, a first potential difference is applied between the both ends of the magnetic memory cell in a first period, and the first potential is applied between the both ends of the magnetic memory cell in a second period. A switching circuit that provides a second potential difference of the same magnitude and opposite polarity as the potential difference;
Wherein from magnetic memory cell and the third reference potential to read potential to the bit line of the first period, read out from the magnetic memory cell in the second period to the third bit line the semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4, characterized by comprising a read circuit for detecting the data of the magnetic memory cell potentials compared to the reference potential.
前記磁気メモリセルから前記第3のビット線に読み出された電位を前記第1の期間と第2の期間とで切り替えて出力する第2の切換回路と、
前記第2の切換回路から前記第1の期間に出力される電位を参照電位として保持し、前記第2の切換回路から前記第2の期間に出力される電位を前記参照電位と比較して前記磁気メモリセルのデータを検知するセンスアンプ
とを具備したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 During an operation of reading data from the magnetic memory cell, a predetermined potential difference is applied between the both ends of the magnetic memory cell in a first period, and the potential difference between the both ends of the magnetic memory cell is applied in a second period. A first switching circuit for providing a potential difference of opposite polarity with the same magnitude;
A second switching circuit for switching and outputting the potential read from the magnetic memory cell to the third bit line between the first period and the second period;
The potential output from the second switching circuit in the first period is held as a reference potential, and the potential output from the second switching circuit in the second period is compared with the reference potential. the semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4, characterized by comprising a sense amplifier for sensing the data of the magnetic memory cell.
一端及び他端を有し、一端が前記第2のビット線に接続され、前記第1の期間内に一時的にオン状態にスイッチング制御され、かつ前記第2の期間内に一時的にオン状態にスイッチング制御される第1のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子の他端に接続され、前記第1のスイッチ素子を介して入力される電位の変化を検知することによって前記磁気メモリセルのデータを検知するセンスアンプと、
前記センスアンプの入出力ノード間に接続され、前記第1の期間内にオン状態にスイッチング制御され、かつ前記第2の期間内に一時的にオン状態にスイッチング制御される第2のスイッチ素子
とを具備したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 During an operation of reading data from the magnetic memory cell, a first potential difference is applied between the both ends of the magnetic memory cell in a first period, and the second potential is applied between the both ends of the magnetic memory cell in a second period. A switching circuit for providing a second potential difference having the same magnitude as the potential difference of 1 and having a reverse polarity;
Having one end and the other end, one end being connected to the second bit line, being controlled to be temporarily turned on in the first period, and temporarily turned on in the second period A first switch element that is switching controlled by
A sense amplifier connected to the other end of the first switch element and detecting data of the magnetic memory cell by detecting a change in potential input via the first switch element;
A second switch element connected between the input and output nodes of the sense amplifier, controlled to be turned on in the first period, and temporarily switched to the on state in the second period; the semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4, characterized by comprising a.
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルの両端に接続された複数の第1及び第2のビット線と、
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセル内に配置された書込み用の複数の第1のワード線と、
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の複数の第3のビット線と、
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに共通に接続され、前記磁気メモリセルからデータを読み出す際に活性化される複数の第2のワード線と、
前記メモリセルアレイの各列に設けられ、対応する列の前記第3のビット線に接続されたセンスアンプとを具備し、
前記第1及び第2の磁気抵抗素子の各一端は前記第1及び第2のビット線にそれぞれ接続されており、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、一端が前記第1の磁気抵抗素子の他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第1のトランスファゲートと、一端が前記第2の磁気抵抗素子の他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第2のトランスファゲートとからなり、
前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極が前記複数の各第2のワード線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of magnetic memory cells are arranged in a matrix, and each magnetic memory cell has at least one of a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element each having a tunnel magnetoresistive effect and holding data opposite to each other. Including at least one transfer gate, wherein the first and second magnetoresistive elements are inserted in series between both ends of each of the magnetic memory cells, and the at least one transfer gate has the first and second magnetic gates. A memory cell array connected in series with a resistive element;
A plurality of first and second bit lines connected to both ends of a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
A plurality of first word lines for writing disposed in a plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array;
A plurality of third bit lines for reading data connected to a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
A plurality of second word lines connected in common to each of the plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array and activated when reading data from the magnetic memory cells;
A sense amplifier provided in each column of the memory cell array and connected to the third bit line in the corresponding column;
Each one end of the first and second magnetoresistive elements is connected to the first and second bit lines, respectively.
Before SL least one or more transfer gate has one end connected to the other end of the first magnetoresistive element, a first transfer gate whose other end is connected to the third bit line, one end of the A second transfer gate connected to the other end of the second magnetoresistive element, the other end connected to the third bit line;
The first, a semiconductor memory device which has both a gate electrode of the second transfer gate, characterized in that connected to each of the plurality of second word lines.
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルの両端に接続された複数の第1及び第2のビット線と、
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセル内に配置された書込み用の複数の第1のワード線と、
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の複数の第3のビット線と、
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに共通に接続され、前記磁気メモリセルからデータを読み出す際に活性化される複数の第2のワード線と、
前記メモリセルアレイの各列に設けられ、対応する列の前記第3のビット線に接続されたセンスアンプとを具備し、
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、各一端が前記第1及び第2のビット線にそれぞれ接続された第1及び第2のトランスファゲートからなり、
前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極が前記複数の各第2のワード線に接続されており、
前記第1磁気抵抗素子は一端が前記第1のトランスファゲートの他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続され、前記第2磁気抵抗素子は一端が前記第2のトランスファゲートの他端に接続され、他端が前記第3のビット線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of magnetic memory cells are arranged in a matrix, and each magnetic memory cell has at least one of a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element each having a tunnel magnetoresistive effect and holding data opposite to each other. Including at least one transfer gate, wherein the first and second magnetoresistive elements are inserted in series between both ends of each of the magnetic memory cells, and the at least one transfer gate has the first and second magnetic gates. A memory cell array connected in series with a resistive element;
A plurality of first and second bit lines connected to both ends of a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
A plurality of first word lines for writing disposed in a plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array;
A plurality of third bit lines for reading data connected to a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
A plurality of second word lines connected in common to each of the plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array and activated when reading data from the magnetic memory cells;
A sense amplifier provided in each column of the memory cell array and connected to the third bit line in the corresponding column;
The at least one transfer gate includes first and second transfer gates each having one end connected to the first and second bit lines, respectively .
Both gate electrodes of the first and second transfer gates are connected to the plurality of second word lines;
One end of the first magnetoresistive element is connected to the other end of the first transfer gate, the other end is connected to the third bit line, and one end of the second magnetoresistive element is connected to the second transfer gate. The other end of the semiconductor memory device is connected to the third bit line, and the other end is connected to the third bit line .
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルの両端に接続された複数の第1及び第2のビット線と、A plurality of first and second bit lines connected to both ends of a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセル内に配置された書込み用の複数の第1のワード線と、A plurality of first word lines for writing disposed in a plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の複数の第3のビット線と、A plurality of third bit lines for reading data connected to a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに共通に接続され、前記磁気メモリセルからデータを読み出す際に活性化される複数の第2のワード線と、A plurality of second word lines connected in common to each of the plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array and activated when reading data from the magnetic memory cells;
前記メモリセルアレイの各列に設けられ、対応する列の前記第3のビット線に接続されたセンスアンプとを具備し、A sense amplifier provided in each column of the memory cell array and connected to the third bit line in the corresponding column;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との間に接続された第1のトランスファゲートからなり、The at least one transfer gate comprises a first transfer gate connected between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element;
さらに、一端、他端及びゲート電極を有し、一端が前記第1の磁気抵抗素子と前記第1のトランスファゲートとの接続点に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第2のトランスファゲートと、一端及び他端及びゲート電極を有し、一端が前記第2の磁気抵抗素子と前記第1のトランスファゲートとの接続点に接続され、他端が前記第3のビット線に接続された第3のトランスファゲートとを有し、Furthermore, it has one end, the other end, and a gate electrode, and one end is connected to a connection point between the first magnetoresistive element and the first transfer gate, and the other end is connected to the third bit line. The second transfer gate has one end and the other end and a gate electrode, one end is connected to a connection point between the second magnetoresistive element and the first transfer gate, and the other end is the third bit. A third transfer gate connected to the line;
前記第2のワード線は、前記第1ないし第3のトランスファゲートのゲート電極に共通に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device, wherein the second word line is connected in common to the gate electrodes of the first to third transfer gates.
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルの両端に接続された複数の第1及び第2のビット線と、A plurality of first and second bit lines connected to both ends of a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセル内に配置された書込み用の複数の第1のワード線と、A plurality of first word lines for writing disposed in a plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各列に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに接続されたデータ読み出し用の複数の第3のビット線と、A plurality of third bit lines for reading data connected to a plurality of magnetic memory cells provided in each column of the memory cell array;
前記メモリセルアレイの各行に設けられたそれぞれ複数の磁気メモリセルに共通に接続され、前記磁気メモリセルからデータを読み出す際に活性化される複数の第2のワード線と、A plurality of second word lines connected in common to each of the plurality of magnetic memory cells provided in each row of the memory cell array and activated when reading data from the magnetic memory cells;
前記メモリセルアレイの各列に設けられ、対応する列の前記第3のビット線に接続されたセンスアンプとを具備し、A sense amplifier provided in each column of the memory cell array and connected to the third bit line in the corresponding column;
前記少なくとも1個以上のトランスファゲートは、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との間に接続された第1のトランスファゲートからなり、The at least one transfer gate comprises a first transfer gate connected between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element;
さらに、前記第1の磁気抵抗素子もしくは前記第2の磁気抵抗素子のいずれか一方と前記第1のトランスファゲートとの接続点と前記第3のビット線との間に接続された第2のトランスファゲートを有し、Further, a second transfer connected between a connection point between one of the first magnetoresistive element or the second magnetoresistive element and the first transfer gate and the third bit line. Have a gate,
前記第2のワード線は、前記第1、第2のトランスファゲートの両ゲート電極に共通に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device, wherein the second word line is commonly connected to both gate electrodes of the first and second transfer gates.
一端が第1のノードに接続され第1のデータを保持した第1のダミー磁気抵抗素子と、前記第1のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が第2のノードに接続され、第1のデータとは逆の第2のデータを保持した第2のダミー磁気抵抗素子とからなる第1のダミーセルと、
一端が前記第1のノードに接続され第2のデータを保持した第3のダミー磁気抵抗素子と、前記第3のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が前記第2のノードに接続され、第1のデータを保持した第4のダミー磁気抵抗素子とからなる第2のダミーセルと、
前記第1、第2のダミーセルから読み出される電位を合成して前記参照電位を生成する電位合成回路とを含むことを特徴とする請求項27記載の半導体記憶装置。 The dummy magnetic memory cell is
A first dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding the first data, connected in series with the first dummy magnetoresistive element, one end connected to the second node, A first dummy cell including a second dummy magnetoresistive element holding second data opposite to the first data;
A third dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding second data, and a third dummy magnetoresistive element connected in series, and one end connected to the second node. A second dummy cell comprising a fourth dummy magnetoresistive element holding the first data;
28. The semiconductor memory device according to claim 27 , further comprising: a potential synthesis circuit for synthesizing potentials read from the first and second dummy cells to generate the reference potential.
一端が第1のノードに接続され第1のデータを保持した第1のダミー磁気抵抗素子と、前記第1のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が第2のノードに接続され、第1のデータを保持した第2のダミー磁気抵抗素子とからなる第1のダミーセルと、
一端が前記第1のノードに接続され前記第1のデータとは逆の第2のデータを保持した第3のダミー磁気抵抗素子と、前記第3のダミー磁気抵抗素子と直列に接続され、一端が前記第2のノードに接続され、第2のデータを保持した第4のダミー磁気抵抗素子とからなる第2のダミーセルと、
前記第1、第2のダミーセルから読み出される電位を合成して前記参照電位を生成する電位合成回路とを含むことを特徴とする請求項27記載の半導体記憶装置。 The dummy magnetic memory cell is
A first dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding the first data, connected in series with the first dummy magnetoresistive element, one end connected to the second node, A first dummy cell comprising a second dummy magnetoresistive element holding 1 data;
A third dummy magnetoresistive element having one end connected to the first node and holding second data opposite to the first data, and one end connected in series with the third dummy magnetoresistive element; Is connected to the second node, and a second dummy cell comprising a fourth dummy magnetoresistive element holding second data,
28. The semiconductor memory device according to claim 27 , further comprising: a potential synthesis circuit for synthesizing potentials read from the first and second dummy cells to generate the reference potential.
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