JP5100806B2 - Thin film magnetic memory device - Google Patents

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Description

この発明は、薄膜磁性体記憶装置に関し、より特定的には、磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunneling Junction)を有するメモリセルを備えたランダムアクセスメモリに関する。   The present invention relates to a thin film magnetic memory device, and more particularly to a random access memory including a memory cell having a magnetic tunnel junction (MTJ).

低消費電力で不揮発的なデータの記憶が可能な記憶装置として、MRAM(Magnetic Random Access Memory)デバイスが注目されている。MRAMデバイスは、半導体集積回路に形成された複数の薄膜磁性体を用いて不揮発的なデータ記憶を行ない、薄膜磁性体の各々に対してランダムアクセスが可能な記憶装置である。   An MRAM (Magnetic Random Access Memory) device has attracted attention as a storage device that can store nonvolatile data with low power consumption. An MRAM device is a storage device that performs non-volatile data storage using a plurality of thin film magnetic bodies formed in a semiconductor integrated circuit and allows random access to each of the thin film magnetic bodies.

特に、近年では磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)を利用した薄膜磁性体をメモリセルとして用いることによって、MRAM装置の性能が飛躍的に進歩することが発表されている。磁気トンネル接合を有するメモリセルを備えたMRAMデバイスについては、“A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell", ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb. 2000.および“Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements", ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.等の技術文献に開示されている。   In particular, in recent years, it has been announced that the performance of an MRAM device is dramatically improved by using a thin film magnetic material using a magnetic tunnel junction (MTJ) as a memory cell. For MRAM devices with memory cells with magnetic tunnel junctions, see “A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb 2000. and “Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.

図42は、磁気トンネル接合部を有するメモリセル(以下単にMTJメモリセルとも称する)の構成を示す概略図である。   FIG. 42 is a schematic diagram showing the configuration of a memory cell having a magnetic tunnel junction (hereinafter also simply referred to as an MTJ memory cell).

図42を参照して、MTJメモリセルは、記憶データのデータレベルに応じて抵抗値が変化する磁気トンネル接合部MTJと、アクセストランジスタATRとを備える。アクセストランジスタATRは、電界効果トランジスタで形成され、磁気トンネル接合部MTJと接地電圧Vssとの間に結合される。   Referring to FIG. 42, the MTJ memory cell includes a magnetic tunnel junction MTJ whose resistance value changes according to the data level of stored data, and an access transistor ATR. Access transistor ATR is formed of a field effect transistor, and is coupled between magnetic tunnel junction MTJ and ground voltage Vss.

MTJメモリセルに対しては、データ書込を指示するためのライトワード線WWLと、データ読出を指示するためのリードワード線RWLと、データ読出時およびデータ書込時において記憶データのレベルに対応した電気信号を伝達するためのデータ線であるビット線BLとが配置される。   For MTJ memory cells, write word line WWL for instructing data writing, read word line RWL for instructing data reading, and the level of stored data at the time of data reading and data writing A bit line BL which is a data line for transmitting the electrical signal is disposed.

図43は、MTJメモリセルからのデータ読出動作を説明する概念図である。
図43を参照して、磁気トンネル接合部MTJは、一定方向の固定磁界を有する磁性体層(以下、単に固定磁気層とも称する)FLと、自由磁界を有する磁性体層(以下、単に自由磁気層とも称する)VLとを有する。固定磁気層FLおよび自由磁気層VLとの間には、絶縁体膜で形成されるトンネルバリアTBが配置される。自由磁気層VLにおいては、記憶データのレベルに応じて、固定磁気層FLと同一方向の磁界および固定磁気層FLと異なる方向の磁界のいずれか一方が不揮発的に書込まれている。
FIG. 43 is a conceptual diagram illustrating a data read operation from the MTJ memory cell.
Referring to FIG. 43, magnetic tunnel junction MTJ includes a magnetic layer (hereinafter also simply referred to as a fixed magnetic layer) FL having a fixed magnetic field in a fixed direction and a magnetic layer (hereinafter simply referred to as free magnetic field) having a free magnetic field. VL). A tunnel barrier TB formed of an insulator film is disposed between the fixed magnetic layer FL and the free magnetic layer VL. In the free magnetic layer VL, either one of the magnetic field in the same direction as that of the fixed magnetic layer FL and the magnetic field in a direction different from that of the fixed magnetic layer FL is nonvolatilely written in accordance with the level of stored data.

データ読出時においては、アクセストランジスタATRがリードワード線RWLの活性化に応じてターンオンされる。これにより、ビット線BL〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセストランジスタATR〜接地電圧Vssの電流経路に、図示しない制御回路から一定電流として供給されるセンス電流Isが流れる。   At the time of data reading, access transistor ATR is turned on in response to activation of read word line RWL. As a result, a sense current Is supplied as a constant current from a control circuit (not shown) flows through a current path from the bit line BL to the magnetic tunnel junction MTJ to the access transistor ATR to the ground voltage Vss.

磁気トンネル接合部MTJの抵抗値は、固定磁気層FLと自由磁気層VLとの間の磁界方向の相対関係に応じて変化する。具体的には、固定磁気層FLの磁界方向と自由磁気層VLに書込まれた磁界方向とが同一である場合には、両者の磁界方向が異なる場合に比べて磁気トンネル接合部MTJの抵抗値は小さくなる。   The resistance value of the magnetic tunnel junction MTJ changes according to the relative relationship in the magnetic field direction between the fixed magnetic layer FL and the free magnetic layer VL. Specifically, when the magnetic field direction of the pinned magnetic layer FL and the magnetic field direction written in the free magnetic layer VL are the same, the resistance of the magnetic tunnel junction MTJ is greater than when both magnetic field directions are different. The value becomes smaller.

したがって、データ読出時においては、センス電流Isによって磁気トンネル接合部MTJで生じる電圧降下は、自由磁気層VLに記憶された磁界方向に応じて異なる。これにより、ビット線BLを一旦高電圧にプリチャージした状態とした後にセンス電流Isの供給を開始すれば、ビット線BLの電圧レベル変化の監視によってMTJメモリセルの記憶データのレベルを読出すことができる。   Therefore, at the time of data reading, the voltage drop generated at the magnetic tunnel junction MTJ by the sense current Is differs depending on the magnetic field direction stored in the free magnetic layer VL. Thus, if the supply of the sense current Is is started after the bit line BL is once precharged to a high voltage, the level of the data stored in the MTJ memory cell is read by monitoring the voltage level change of the bit line BL. Can do.

図44は、MTJメモリセルに対するデータ書込動作を説明する概念図である。
図44を参照して、データ書込時においては、リードワード線RWLは非活性化され、アクセストランジスタATRはターンオフされる。この状態で、自由磁気層VLに磁界を書込むためのデータ書込電流がライトワード線WWLおよびビット線BLにそれぞれ流される。自由磁気層VLの磁界方向は、ライトワード線WWLおよびビット線BLをそれぞれ流れるデータ書込電流の向きの組合せによって決定される。
FIG. 44 is a conceptual diagram illustrating a data write operation for the MTJ memory cell.
Referring to FIG. 44, at the time of data writing, read word line RWL is inactivated and access transistor ATR is turned off. In this state, a data write current for writing a magnetic field in free magnetic layer VL is supplied to write word line WWL and bit line BL. The magnetic field direction of free magnetic layer VL is determined by a combination of directions of data write currents flowing through write word line WWL and bit line BL, respectively.

図45は、データ書込時におけるデータ書込電流の方向と磁界方向との関係を説明する概念図である。   FIG. 45 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the direction of the data write current and the magnetic field direction during data writing.

図45を参照して、横軸で示される磁界Hxは、ライトワード線WWLを流れるデータ書込電流によって生じる磁界H(WWL)の方向を示す。一方、縦軸に示される磁界Hyは、ビット線BLを流れるデータ書込電流によって生じる磁界H(BL)の方向を示す。   Referring to FIG. 45, magnetic field Hx indicated by the horizontal axis indicates the direction of magnetic field H (WWL) generated by the data write current flowing through write word line WWL. On the other hand, the magnetic field Hy indicated on the vertical axis indicates the direction of the magnetic field H (BL) generated by the data write current flowing through the bit line BL.

自由磁気層VLに記憶される磁界方向は、磁界H(WWL)とH(BL)との和が図中に示されるアステロイド特性線の外側の領域に達する場合においてのみ、新たに書込まれる。すなわち、アステロイド特性線の内側の領域に相当する磁界が印加された場合においては、自由磁気層VLに記憶される磁界方向は更新されない。   The magnetic field direction stored in the free magnetic layer VL is newly written only when the sum of the magnetic fields H (WWL) and H (BL) reaches the region outside the asteroid characteristic line shown in the figure. . That is, when a magnetic field corresponding to the region inside the asteroid characteristic line is applied, the magnetic field direction stored in the free magnetic layer VL is not updated.

したがって、磁気トンネル接合部MTJの記憶データを書込動作によって更新するためには、ライトワード線WWLとビット線BLとの両方に電流を流す必要がある。磁気トンネル接合部MTJに一旦記憶された磁界方向すなわち記憶データは、新たなデータ書込が実行されるまでの間不揮発的に保持される。   Therefore, in order to update the data stored in the magnetic tunnel junction MTJ by the write operation, it is necessary to pass a current through both the write word line WWL and the bit line BL. The magnetic field direction once stored in the magnetic tunnel junction MTJ, that is, the stored data is held in a nonvolatile manner until new data writing is executed.

データ読出動作時においても、ビット線BLにはセンス電流Isが流れる。しかし、センス電流Isは一般的に、上述したデータ書込電流よりは1〜2桁程度小さくなるように設定されるので、センス電流Isの影響によりデータ読出時においてMTJメモリセルの記憶データが誤って書換えられる可能性は小さい。   Even during the data read operation, sense current Is flows through bit line BL. However, since the sense current Is is generally set to be about 1 to 2 digits smaller than the data write current described above, the stored data in the MTJ memory cell is erroneously read at the time of data reading due to the influence of the sense current Is. The possibility of rewriting is small.

上述した技術文献においては、このようなMTJメモリセルを半導体基板上に集積して、ランダムアクセスメモリであるMRAMデバイスを構成する技術が開示されている。   The above-described technical literature discloses a technique for constructing an MRAM device that is a random access memory by integrating such MTJ memory cells on a semiconductor substrate.

“A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell", ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb. 2000.および“Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements", ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.“A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.2, Feb. 2000. and “Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”, ISSCC Digest of Technical Papers, TA7.3, Feb. 2000.

図46は、行列状に集積配置されたMTJメモリセルを示す概念図である。
図46を参照して、半導体基板上に、MTJメモリセルを行列状に配置することによって、高集積化されたMRAMデバイスを実現することができる。図46においては、MTJメモリセルをn行×m列(n,m:自然数)に配置する場合が示される。
FIG. 46 is a conceptual diagram showing MTJ memory cells integrated and arranged in a matrix.
Referring to FIG. 46, a highly integrated MRAM device can be realized by arranging MTJ memory cells in a matrix on a semiconductor substrate. FIG. 46 shows a case where MTJ memory cells are arranged in n rows × m columns (n, m: natural numbers).

既に説明したように、各MTJメモリセルに対して、ビット線BL、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLを配置する必要がある。したがって、行列状に配されたn×m個のMTJメモリセルに対して、n本のライトワード線WWL1〜WWLnおよびリードワード線RWL1〜RWLnと、m本のビット線BL1〜BLnとを配置する必要がある。   As already described, it is necessary to arrange the bit line BL, the write word line WWL, and the read word line RWL for each MTJ memory cell. Therefore, n write word lines WWL1 to WWLn and read word lines RWL1 to RWLn and m bit lines BL1 to BLn are arranged for n × m MTJ memory cells arranged in a matrix. There is a need.

このように、MTJメモリセルに対しては、読出動作と書込動作とのそれぞれに対応して独立したワード線を設ける構成が一般的である。   As described above, an MTJ memory cell is generally provided with an independent word line corresponding to each of the read operation and the write operation.

図47は、半導体基板上に配置されたMTJメモリセルの構造図である。
図47を参照して、半導体主基板SUB上のp型領域PARにアクセストランジスタATRが形成される。アクセストランジスタATRは、n型領域であるソース/ドレイン領域110,120とゲート130とを有する。ソース/ドレイン領域110は、第1の金属配線層M1に形成された金属配線を介して接地電圧Vssと結合される。ライトワード線WWLには、第2の金属配線層M2に形成された金属配線が用いられる。また、ビット線BLは第3の金属配線層M3に設けられる。
FIG. 47 is a structural diagram of an MTJ memory cell arranged on a semiconductor substrate.
47, access transistor ATR is formed in p type region PAR on semiconductor main substrate SUB. Access transistor ATR has source / drain regions 110 and 120 which are n-type regions, and a gate 130. Source / drain region 110 is coupled to ground voltage Vss through a metal wiring formed in first metal wiring layer M1. For the write word line WWL, a metal wiring formed in the second metal wiring layer M2 is used. The bit line BL is provided in the third metal wiring layer M3.

磁気トンネル接合部MTJは、ライトワード線WWLが設けられる第2の金属配線層M2とビット線BLが設けられる第3の金属配線層M3との間に配置される。アクセストランジスタATRのソース/ドレイン領域120は、コンタクトホールに形成された金属膜150と、第1および第2の金属配線層M1およびM2と、バリアメタル140とを介して、磁気トンネル接合部MTJと電気的に結合される。バリアメタル140は、磁気トンネル接合部MTJと金属配線との間を電気的に結合するために設けられる緩衝材である。   The magnetic tunnel junction MTJ is disposed between the second metal wiring layer M2 provided with the write word line WWL and the third metal wiring layer M3 provided with the bit line BL. Source / drain region 120 of access transistor ATR is connected to magnetic tunnel junction MTJ through metal film 150 formed in the contact hole, first and second metal wiring layers M1 and M2, and barrier metal 140. Electrically coupled. The barrier metal 140 is a cushioning material provided to electrically couple the magnetic tunnel junction MTJ and the metal wiring.

既に説明したように、MTJメモリセルにおいては、リードワード線RWLはライトワード線WWLとは独立の配線として設けられる。また、ライトワード線WWLおよびビット線BLは、データ書込時において所定値以上の大きさの磁界を発生させるためのデータ書込電流を流す必要がある。したがって、ビット線BLおよびライトワード線WWLは金属配線を用いて形成される。   As already described, in the MTJ memory cell, the read word line RWL is provided as a wiring independent of the write word line WWL. The write word line WWL and the bit line BL need to pass a data write current for generating a magnetic field having a magnitude greater than a predetermined value at the time of data writing. Therefore, the bit line BL and the write word line WWL are formed using metal wiring.

一方、リードワード線RWLは、アクセストランジスタATRのゲート電圧を制御するために設けられるものであり、電流を積極的に流す必要はない。したがって、集積度を高める観点から、リードワード線RWLは、独立した金属配線層を新たに設けることなく、ゲート130と同一の配線層において、ポリシリコン層やポリサイド構造などを用いて形成されていた。   On the other hand, the read word line RWL is provided to control the gate voltage of the access transistor ATR, and it is not necessary to actively flow a current. Therefore, from the viewpoint of increasing the degree of integration, the read word line RWL is formed using a polysilicon layer or a polycide structure in the same wiring layer as the gate 130 without newly providing an independent metal wiring layer. .

このような構成とすることにより、金属配線層の数を抑制して、MTJメモリセルを半導体基板上に集積配置することができる。しかしながら、リードワード線RWLは、ポリシリコン層などで形成されるために抵抗値が比較的大きくなってしまう。これにより、データ読出時においてリードワード線RWLにおける信号伝播遅延が大きくなり、データ読出動作の高速化が妨げられるという問題点が生じていた。   With such a configuration, the number of metal wiring layers can be suppressed and the MTJ memory cells can be integrated and arranged on the semiconductor substrate. However, since the read word line RWL is formed of a polysilicon layer or the like, the resistance value becomes relatively large. As a result, the signal propagation delay in the read word line RWL is increased during data reading, which hinders the speeding up of the data reading operation.

また、図42に示したMTJメモリセルと比較してさらに高集積化が可能なMTJメモリセルの構造として、アクセストランジスタに代えてPN接合ダイオードをアクセス素子として用いた構成が知られている。   As a structure of an MTJ memory cell that can be further integrated as compared with the MTJ memory cell shown in FIG. 42, a configuration using a PN junction diode as an access element instead of an access transistor is known.

図48は、ダイオードを用いたMTJメモリセルの構成を示す概略図である。
図48を参照して、ダイオードを用いたMTJメモリセルMCDDは、磁気トンネル接合部MTJと、アクセスダイオードDMとを備える。アクセスダイオードDMは、磁気トンネル接合部MTJからワード線WLに向かう方向を順方向として、両者の間に結合される。ビット線BLは、ワード線WLと交差する方向に設けられ、磁気トンネル接合部MTJと結合される。
FIG. 48 is a schematic diagram showing a configuration of an MTJ memory cell using a diode.
Referring to FIG. 48, an MTJ memory cell MCDD using a diode includes a magnetic tunnel junction MTJ and an access diode DM. Access diode DM is coupled between the two, with the direction from magnetic tunnel junction MTJ to word line WL as the forward direction. Bit line BL is provided in a direction crossing word line WL, and is coupled to magnetic tunnel junction MTJ.

MTJメモリセルMCDDに対するデータ書込は、ワード線WLおよびビット線BLにデータ書込電流を流すことによって行なわれる。データ書込電流の方向は、アクセストランジスタを用いたメモリセルの場合と同様に、書込データのデータレベルに応じて設定される。   Data writing to the MTJ memory cell MCDD is performed by supplying a data write current to the word line WL and the bit line BL. The direction of the data write current is set according to the data level of the write data, as in the case of the memory cell using the access transistor.

一方、データ読出時においては、選択されたメモリセルに対応するワード線WLは、低電圧(たとえば接地電圧Vss)状態に設定される。このとき、ビット線BLを高電圧(たとえば電源電圧Vcc)状態にプリチャージしておくことによって、アクセスダイオードDMが導通して、センス電流Isを磁気トンネル接合部MTJに流すことができる。一方、非選択のメモリセルに対応するワード線WLは、高電圧状態に設定されるので、対応するアクセスダイオードDMはオフ状態を維持し、センス電流Isは流れない。   On the other hand, at the time of data reading, word line WL corresponding to the selected memory cell is set to a low voltage (for example, ground voltage Vss) state. At this time, by precharging the bit line BL to a high voltage (for example, power supply voltage Vcc) state, the access diode DM becomes conductive and the sense current Is can flow to the magnetic tunnel junction MTJ. On the other hand, since the word line WL corresponding to the non-selected memory cell is set to the high voltage state, the corresponding access diode DM maintains the off state, and the sense current Is does not flow.

このようにして、アクセスダイオードを用いたMTJメモリセルにおいても、データ読出およびデータ書込を実行することができる。   In this manner, data reading and data writing can be executed also in an MTJ memory cell using an access diode.

図49は、図48に示されたMTJメモリセルを半導体基板上に配置した場合の構造図である。   FIG. 49 is a structural diagram when the MTJ memory cell shown in FIG. 48 is arranged on a semiconductor substrate.

図49を参照して、半導体主基板SUB上のN型領域NWLと、N型領域NWL上に設けられたP型領域PARとによってアクセスダイオードDMが形成される。図49には、N型領域の形成例として、N型ウェルが示される。   Referring to FIG. 49, an access diode DM is formed by N-type region NWL on semiconductor main substrate SUB and P-type region PAR provided on N-type region NWL. FIG. 49 shows an N-type well as an example of forming the N-type region.

アクセスダイオードDMのカソードに相当するN型領域NWLは、金属配線層M1に配置されたワード線WLと結合される。アクセスダイオードDMのアノードに相当するP型領域PARは、バリアメタル140および金属膜150を介して、磁気トンネル接合部MTJと電気的に結合される。ビット線BLは、金属配線層M2に配置され、磁気トンネル接合部MTJと結合される。このように、アクセストランジスタに代えてアクセスダイオードを用いることによって、高集積化に有利なMTJメモリセルを構成することができる。   N-type region NWL corresponding to the cathode of access diode DM is coupled to word line WL arranged in metal interconnection layer M1. P-type region PAR corresponding to the anode of access diode DM is electrically coupled to magnetic tunnel junction MTJ through barrier metal 140 and metal film 150. Bit line BL is arranged in metal interconnection layer M2 and coupled to magnetic tunnel junction MTJ. In this way, by using an access diode instead of an access transistor, an MTJ memory cell advantageous for high integration can be configured.

しかしながら、データ書込時において、ワード線WLおよびビット線BLにはデータ書込電流が流れるため、これらの配線においてデータ書込電流による電圧降下がそれぞれ発生する。このような電圧降下が生じた結果、ワード線WLおよびビット線BL上における電圧分布によっては、データ書込の対象となっていないMTJメモリセルの一部において、アクセスダイオードDMのPN接合がオンしてしまうおそれがある。この結果、予期しない電流がMTJメモリセルを流れることによって、誤ったデータ書込が実行されてしまうおそれがある。   However, since data write current flows through word line WL and bit line BL at the time of data writing, a voltage drop due to the data write current occurs in these wirings. As a result of such a voltage drop, depending on the voltage distribution on the word line WL and the bit line BL, the PN junction of the access diode DM is turned on in a part of the MTJ memory cell not subjected to data writing. There is a risk that. As a result, an unexpected current may flow through the MTJ memory cell, which may cause erroneous data writing.

このように、アクセスダイオードを用いた従来のMTJメモリセルは、高集積化に有利である反面、データ書込動作が不安定化するといった問題点を有していた。   As described above, the conventional MTJ memory cell using the access diode is advantageous for high integration, but has a problem that the data writing operation becomes unstable.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、MTJメモリセルを有するMRAMデバイスにおいて、データ読出動作を高速化および安定化を図ることである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to speed up and stabilize a data read operation in an MRAM device having MTJ memory cells. .

請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、複数の磁性体メモリセルの各々は、第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書き込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部を含み、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、第1の抵抗率を有する配線で形成される複数の書込ワード線をさらに備え、複数の書込ワード線の各々は、データ書込時およびデータ読出時の両方において、行選択結果に応じて選択的に活性化され、複数の書込ワード線のうちの活性化された少なくとも1つに対して、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第1のデータ書込電流の電流経路をそれぞれ形成および遮断するためのワード線電流制御回路と、磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第2のデータ書込電流およびデータ読出電流のそれぞれを、複数のデータ線のうちの選択された前記列に対応する1本に流すための読出書込制御回路と、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、第1の抵抗率よりも高い第2の抵抗率を有する配線で形成される複数の読出ワード線とを備え、各読出ワード線は、データ読出時において、行選択結果に応じて対応する書込ワード線とともに選択的に活性化される。   The thin film magnetic memory device according to claim 1 includes a memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in a matrix, each of the plurality of magnetic memory cells including a first data write and a second data write Including a storage unit whose resistance value changes in accordance with the level of stored data to be written when the data write magnetic field applied by the current is larger than a predetermined magnetic field, each provided corresponding to a row of magnetic memory cells, A plurality of write word lines formed of wiring having a first resistivity are further provided, and each of the plurality of write word lines corresponds to a row selection result in both data writing and data reading. A current path of a first data write current is selectively activated and activated for at least one of the plurality of write word lines in each of data writing and data reading. A word line current control circuit for forming and blocking each, a plurality of data lines provided corresponding to the columns of the magnetic memory cells, and a second in each of data writing and data reading A read / write control circuit for causing each of the data write current and the data read current to flow through one of the plurality of data lines corresponding to the selected column, and a row of the magnetic memory cell A plurality of read word lines each formed by a wiring having a second resistivity higher than the first resistivity, and each read word line corresponds to a row selection result in data reading. It is selectively activated together with the corresponding write word line.

請求項2記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、メモリアレイは、列方向に沿って複数の領域に分割され、複数の読出ワード線は、複数の領域ごとに分割して配置され、複数の書込ワード線の各々は、複数の領域に共通に配置され、薄膜磁性体記憶装置は、複数の読出ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の読出ワード線ドライバをさらに備え、複数の読出ワード線ドライバの各々は、データ読出時において、複数の書込ワード線のうちの対応する1つの活性化に応答して、複数の読出ワード線のうちの対応する1つを活性化する。   The thin film magnetic memory device according to claim 2 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the memory array is divided into a plurality of regions along the column direction, and the plurality of read word lines include a plurality of read word lines. Each of the plurality of write word lines is arranged in common in the plurality of regions, and the thin film magnetic memory device includes a plurality of read word lines provided corresponding to the plurality of read word lines, respectively. A read word line driver is further provided, and each of the plurality of read word line drivers includes a plurality of read word lines in response to activation of a corresponding one of the plurality of write word lines during data reading. Activate the corresponding one of.

請求項3記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、行選択結果に応じて複数の書込ワード線を選択的に活性化するためのワード線ドライブ回路をさらに備え、ワード線ドライブ回路は、複数の書込ワード線のうちの活性化された少なくとも1つに対して、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第1のデータ書込電流および充電電流をそれぞれ供給し、充電電流によって生じる磁界は所定磁界よりも小さい。   The thin film magnetic memory device according to claim 3 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the word line drive for selectively activating a plurality of write word lines in accordance with a row selection result. The word line drive circuit further includes a first data write current for each of data write and data read for at least one of the plurality of write word lines activated. And a charging current are respectively supplied, and a magnetic field generated by the charging current is smaller than a predetermined magnetic field.

請求項4記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項3記載の薄膜磁性体記憶装置であって、ワード線ドライブ回路は、複数の書込ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の第1および第2の電流供給回路を含み、複数の第1の電流供給回路の各々は、データ書込時において対応する書込ワード線が活性化された場合に、第1のデータ書込電流を対応する書込ワード線に供給し、複数の第2の電流供給回路の各々は、データ読出時において、対応する書込ワード線が活性化された場合に、充電電流を対応する書込ワード線に供給する。   The thin film magnetic memory device according to claim 4 is the thin film magnetic memory device according to claim 3, wherein the word line drive circuit includes a plurality of first and second word lines provided corresponding to a plurality of write word lines, respectively. Each of the plurality of first current supply circuits includes a second current supply circuit, and corresponds to the first data write current when the corresponding write word line is activated during data writing. Each of the plurality of second current supply circuits supplies a charging current to the corresponding write word line when the corresponding write word line is activated during data reading. To do.

請求項5記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項3記載の薄膜磁性体記憶装置であって、ワード線ドライブ回路は、データ書込時において第1のデータ書込電流に相当する第1の動作電流を供給する第1の電流供給トランジスタと、データ読出時において充電電流に相当する第2の動作電流を供給する第2の電流供給トランジスタと、複数の書込ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の電流供給回路とを含み、複数の電流供給回路の各々は、対応する書込ワード線が活性化された場合において、第1および第2の電流供給トランジスタからのいずれか一方から供給された第1および第2の動作電流の一方を、対応する書込ワード線に供給する。   The thin film magnetic memory device according to claim 5 is the thin film magnetic memory device according to claim 3, wherein the word line drive circuit has a first data write current corresponding to a first data write current during data write. A first current supply transistor for supplying an operating current, a second current supply transistor for supplying a second operating current corresponding to a charging current during data reading, and a plurality of write word lines are provided. Each of the plurality of current supply circuits is supplied from one of the first and second current supply transistors when the corresponding write word line is activated. One of the first and second operating currents is supplied to the corresponding write word line.

請求項6記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、データ書込磁界は、第1および第2のデータ書込電流によってそれぞれ生じる磁界の和によって形成され、第1のデータ書込電流の方向は、書込まれる記憶データのレベルにかかわらず一定であり、第2のデータ書込電流の方向は、書込まれる記憶データのレベルに応じて異なるように設定される。   The thin film magnetic memory device according to claim 6 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the data write magnetic field is formed by a sum of magnetic fields respectively generated by the first and second data write currents. The direction of the first data write current is constant regardless of the level of the stored data to be written, and the direction of the second data write current varies depending on the level of the stored data to be written. Set to

請求項7記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項6記載の薄膜磁性体記憶装置であって、ワード線電流制御回路は、活性化された状態における複数の書込ワード線の電圧よりも低い電圧を供給する電源ノードと複数の書込ワード線との間にそれぞれ設けられる複数のスイッチ回路を含み、複数のスイッチ回路は、データ書込時においてオンする。   The thin film magnetic memory device according to claim 7 is the thin film magnetic memory device according to claim 6, wherein the word line current control circuit is lower than the voltages of the plurality of write word lines in the activated state. A plurality of switch circuits provided between a power supply node for supplying a voltage and a plurality of write word lines are included, and the plurality of switch circuits are turned on at the time of data writing.

請求項8記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、データ読出時において複数の書込ワード線および読出ワード線をそれぞれ活性化するための第1および第2の充電電流によって、記憶部にそれぞれ生じる第1および第2の磁界が打ち消し合う方向となるように、複数の書込ワード線および複数の読出ワード線は配置される。   The thin-film magnetic memory device according to claim 8 is the thin-film magnetic memory device according to claim 1, wherein the first and second word lines for activating each of the plurality of write word lines and the read word lines at the time of data reading are provided. The plurality of write word lines and the plurality of read word lines are arranged so that the first and second magnetic fields generated in the storage unit are canceled by the second charging current, respectively.

請求項9記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項8記載の薄膜磁性体記憶装置であって、半導体基板上に形成されて、複数の書込ワード線および複数の読出ワード線は、記憶部を高さ方向にはさむように配置される。   The thin-film magnetic memory device according to claim 9 is the thin-film magnetic memory device according to claim 8, wherein the plurality of write word lines and the plurality of read word lines are formed on the semiconductor substrate. Are arranged so as to be sandwiched in the height direction.

請求項10記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項2記載の薄膜磁性体記憶装置であって、複数の読出ワード線ドライバの各々は、列選択結果に応じて選択された複数の領域のうちの1つにおいて、データ読出時における複数の読出ワード線の活性化を実行する。   The thin film magnetic memory device according to claim 10 is the thin film magnetic memory device according to claim 2, wherein each of the plurality of read word line drivers is selected from a plurality of regions selected in accordance with a column selection result. In one of the above, activation of a plurality of read word lines at the time of data reading is executed.

請求項11記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項10記載の薄膜磁性体記憶装置であって、読出書込制御回路は、複数の領域ごとに分割して配置される。   The thin film magnetic memory device according to an eleventh aspect is the thin film magnetic memory device according to the tenth aspect, wherein the read / write control circuit is divided for each of a plurality of regions.

請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、複数の読出ワード線の各々は、少なくとも1つのノードにおいて、複数の書込ワード線の対応する1つと電気的に結合される。   The thin film magnetic memory device according to claim 12 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein each of the plurality of read word lines corresponds to the plurality of write word lines at at least one node. Electrically coupled to one.

請求項13記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置であって、データ書込時において複数の記憶部と複数のデータ線とを経由して流れる電流を強制的に遮断するための電流遮断回路をさらに備える。   The thin film magnetic memory device according to claim 13 is the thin film magnetic memory device according to claim 12, wherein the current flowing through the plurality of storage units and the plurality of data lines is forced during data writing. And a current interrupt circuit for interrupting.

請求項14記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各磁性体メモリセルは、さらに、半導体基板上に形成される電界効果型トランジスタで形成されるアクセストランジスタを含み、アクセストランジスタは、読出基準電圧と結合される第1のソース・ドレイン領域と、記憶部と電気的に結合される第2のソース・ドレイン領域と、複数の読出ワード線のうちの対応する1本が形成されるゲートとを有し、複数の書込ワード線は、アクセストランジスタの上層に配置される第1および第2の金属配線層のうちのアクセストランジスタに近い一方に形成され、各データ線は、第1および第2の金属配線層のうちの他方に形成される。   The thin film magnetic memory device according to claim 14 is the thin film magnetic memory device according to claim 12, wherein each magnetic memory cell is further formed of a field effect transistor formed on a semiconductor substrate. The access transistor includes a first source / drain region coupled to a read reference voltage, a second source / drain region electrically coupled to the storage unit, and a plurality of read word lines And a plurality of write word lines are formed on one of the first and second metal wiring layers disposed above the access transistor, close to the access transistor. Each data line is formed on the other of the first and second metal wiring layers.

請求項15記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各磁性体メモリセルは、さらに、複数の読出ワード線のうちの対応する1本の活性化に応答して、複数のデータ線のうちの対応する1本と読出基準電圧との間に記憶部を電気的に結合するためのアクセストランジスタを含み、各複数のデータ線は、データ読出に先立って読出基準電圧にプリチャージされ、読出書込制御回路は、データ読出時において、複数のデータ線のうちの選択された磁性体メモリセルの列に対応する1本のみを読出基準電圧と異なる電圧と結合する。   The thin film magnetic memory device according to claim 15 is the thin film magnetic memory device according to claim 12, wherein each magnetic memory cell is further activated by a corresponding one of the plurality of read word lines. In response to, an access transistor for electrically coupling the memory portion between a corresponding one of the plurality of data lines and the read reference voltage, each of the plurality of data lines prior to data reading. The read / write control circuit applies a voltage different from the read reference voltage to only one of the plurality of data lines corresponding to the selected column of the magnetic memory cells during data reading. Combine with.

請求項16記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、列に対応して、複数のデータ線と同一方向に沿ってそれぞれ設けられ、各々が読出基準電圧を供給するための複数のソース線をさらに備え、データ読出時において、選択された列に対応する、ソース線およびデータ線のデータ読出電流の経路に含まれる部分の配線抵抗の総和は、選択された行に依存せずほぼ一定となるように、複数のソース線および複数のデータ線は配置される。   The thin film magnetic memory device according to claim 16 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, and is provided along the same direction as the plurality of data lines corresponding to the columns, each of which is a read reference. A plurality of source lines for supplying a voltage are further provided, and the sum of the wiring resistances of the portions included in the path of the data read current of the source line and the data line corresponding to the selected column is selected during data reading. The plurality of source lines and the plurality of data lines are arranged so as to be substantially constant without depending on the formed rows.

請求項17記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項16記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各ソース線は、メモリアレイの一端側において読出基準電圧と結合され、各データ線は、メモリアレイの他端側において読出書込制御回路と接続されて、データ読出電流の供給を受け、各ソース線およびデータ線は、単位長当たりの配線抵抗が同様の値に設計される。   The thin film magnetic memory device according to claim 17 is the thin film magnetic memory device according to claim 16, wherein each source line is coupled to a read reference voltage at one end of the memory array, and each data line is connected to the memory Connected to the read / write control circuit at the other end of the array and supplied with a data read current, each source line and data line are designed to have the same wiring resistance per unit length.

請求項18記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、複数の読出ワード線および複数の書込ワード線と同一方向に沿って、行にそれぞれ対応して設けられる複数のソース線と、複数のソース線と読出基準電圧との間にそれぞれ電気的に結合され、各々が複数の書込ワード線のうちの対応する1本の活性化および非活性化にそれぞれ応答して、導通および開放される複数の電流遮断スイッチとをさらに備える。   The thin-film magnetic memory device according to claim 18 is the thin-film magnetic memory device according to claim 1, and corresponds to each of the rows along the same direction as the plurality of read word lines and the plurality of write word lines. A plurality of source lines, and a plurality of source lines and a read reference voltage, which are electrically coupled to each other, each of which activates and deactivates a corresponding one of a plurality of write word lines And a plurality of current cut-off switches that are turned on and off, respectively.

請求項19記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、行にそれぞれ対応して、複数の読出ワード線および複数の書込ワード線と同一方向に沿って設けられ、各々が読出基準電圧を供給する複数のソース線をさらに備える。読出書込制御回路は、複数のソース線と同一方向に沿って設けられるグローバルデータ線と、グローバルデータ線と複数のデータ線との間にそれぞれ設けられ、各々が列選択結果に応じてオンする複数のコラム選択ゲートと、データ読出時において、グローバルデータ線に対してデータ読出電流を供給するためのデータ読出回路とを含む。データ読出時において、選択された行に対応するソース線とグローバルデータ線との、データ読出電流の経路に含まれる部分の配線抵抗の総和は、選択された磁性体メモリセルの列に依存せずほぼ一定となるように、複数のソース線およびグローバルデータ線は配置される。   The thin-film magnetic memory device according to claim 19 is the thin-film magnetic memory device according to claim 1, wherein the thin-film magnetic memory device corresponds to each row along the same direction as the plurality of read word lines and the plurality of write word lines. And a plurality of source lines each supplying a read reference voltage. The read / write control circuit is provided between a global data line provided along the same direction as the plurality of source lines and between the global data line and the plurality of data lines, and each is turned on according to the column selection result. A plurality of column selection gates and a data read circuit for supplying a data read current to the global data line at the time of data reading are included. At the time of data reading, the sum of the wiring resistances of the portion included in the data read current path between the source line corresponding to the selected row and the global data line does not depend on the column of the selected magnetic memory cell. A plurality of source lines and global data lines are arranged so as to be substantially constant.

請求項20記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項19記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各ソース線は、メモリアレイの一端側において読出基準電圧と結合され、グローバルデータ線は、メモリアレイの他端側において読出書込制御回路と接続され、グローバルデータ線および各ソース線の単位長当たりの配線抵抗は、同様の値に設計される。   The thin film magnetic memory device according to claim 20 is the thin film magnetic memory device according to claim 19, wherein each source line is coupled to a read reference voltage at one end of the memory array, and the global data line is connected to the memory The other end of the array is connected to the read / write control circuit, and the wiring resistance per unit length of the global data line and each source line is designed to be the same value.

請求項21記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、行にそれぞれ対応して、複数の読出ワード線および複数の書込ワード線と同一方向に沿って設けられ、各々が読出基準電圧を供給するための複数のソース線と、複数のデータ線と同一方向に沿って磁性体メモリセルに対して共通に設けられ、読出基準電圧および複数のソース線と電気的に結合されるダミーデータ線とをさらに備える。データ読出時において、選択された列に対応するデータ線とダミーデータ線との、データ読出電流の経路に含まれる部分の配線抵抗の総和は、選択された行に依存せずほぼ一定となるように、複数のデータ線およびダミーデータ線は配置される。   The thin film magnetic memory device according to claim 21 is the thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the thin film magnetic memory device is in the same direction as the plurality of read word lines and the plurality of write word lines corresponding to each row. A plurality of source lines each for supplying a read reference voltage and a common for the magnetic memory cells along the same direction as the plurality of data lines, the read reference voltage and the plurality of source lines And a dummy data line that is electrically coupled to each other. At the time of data reading, the sum of the wiring resistances of the data line corresponding to the selected column and the dummy data line in the portion included in the path of the data read current is substantially constant regardless of the selected row. In addition, a plurality of data lines and dummy data lines are arranged.

請求項22記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項21記載の薄膜磁性体記憶装置であって、ダミーデータ線は、メモリアレイの一端側において読出基準電圧と結合され、各データ線は、メモリアレイの他端側において、読出書込制御回路と接続されてデータ読出電流の供給を受け、各データ線およびダミーデータ線の単位長当たりの配線抵抗は、同様の値に設計される。   The thin film magnetic memory device according to claim 22 is the thin film magnetic memory device according to claim 21, wherein the dummy data line is coupled to a read reference voltage at one end of the memory array, and each data line is connected to the memory On the other end side of the array, connected to a read / write control circuit and supplied with a data read current, the wiring resistance per unit length of each data line and dummy data line is designed to be the same value.

請求項23記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置であって、行にそれぞれ対応して、複数の読出ワード線および複数の書込ワード線と同一方向に沿って設けられ、各々が読出基準電圧を供給する複数のソース線と、複数のデータ線と同一方向に沿って設けられ、読出基準電圧および複数のソース線の各々と電気的に結合されるダミーデータ線とをさらに備える。データ読出時において、選択された行に対応するソース線とグローバルデータ線との、データ読出電流の経路に含まれる部分の配線抵抗の総和は、選択された列に依存せずほぼ一定となるように、複数のソース線およびグローバルデータ線は配置され、データ読出時において、選択された列に対応するデータ線とダミーデータ線との、データ読出電流の経路に含まれる部分の配線抵抗の総和は、選択された行に依存せずほぼ一定となるように、複数のデータ線およびダミーデータ線は配置される。   The thin-film magnetic memory device according to claim 23 is the thin-film magnetic memory device according to claim 1, wherein the thin-film magnetic memory device corresponds to each row along the same direction as the plurality of read word lines and the plurality of write word lines. A plurality of source lines each supplying a read reference voltage and dummy data provided along the same direction as the plurality of data lines and electrically coupled to each of the read reference voltage and the plurality of source lines And a line. At the time of data reading, the sum of the wiring resistances of the portion included in the data read current path between the source line corresponding to the selected row and the global data line is substantially constant regardless of the selected column. In addition, a plurality of source lines and global data lines are arranged, and at the time of data reading, the sum of the wiring resistances of the portions included in the data read current path between the data line corresponding to the selected column and the dummy data line is The plurality of data lines and the dummy data lines are arranged so as to be substantially constant without depending on the selected row.

請求項24記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項16から23のいずれかに記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各磁性体メモリセルは、さらに、対応する読出ワード線の活性化に応答して導通して、記憶部にデータ読出電流を通過させるためのメモリセル選択ゲートを含み、メモリセル選択ゲートは、記憶部と対応する読出ワード線との間に結合されるダイオード素子を含む。   A thin film magnetic memory device according to claim 24 is the thin film magnetic memory device according to any one of claims 16 to 23, wherein each magnetic memory cell further activates a corresponding read word line. A memory cell select gate for conducting data read current through the memory portion in response to the memory portion; the memory cell select gate including a diode element coupled between the memory portion and a corresponding read word line; .

請求項25記載の薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、複数の磁性体メモリセルの各々は、第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部と、データ読出時において、記憶部にデータ読出電流を通過させるためのメモリセル選択ゲートとを含み、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、2つの行ごとに書込ワード線対を構成する複数の書込ワード線をさらに備え、各書込ワード線対を構成する2本の書込ワード線は、少なくともデータ書込時において、メモリアレイの一端側で電気的に結合され、メモリアレイの他端側に配置され、データ書込時において第1のデータ書込電流を流すために、選択された行に対応する書込ワード線対を構成する2本の書込ワード線のそれぞれを、第1および第2の電圧の一方ずつに設定するためのワード線ドライブ回路と、磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、選択された列に対応するデータ線に対して、第2のデータ書込電流およびデータ読出電流をそれぞれ供給するための読出書込制御回路と、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、各々が、データ読出時において、行選択結果に応じて対応するメモリセル選択ゲートを導通させるための複数の読出ワード線とをさらに備える。   26. The thin film magnetic memory device according to claim 25, comprising a memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in rows and columns, wherein each of the plurality of magnetic memory cells has first and second data writing. A storage unit whose resistance value changes according to the level of stored data to be written when the data write magnetic field applied by the current is larger than a predetermined magnetic field, and a data read current is passed through the storage unit during data reading A plurality of write word lines, each of which is provided corresponding to a row of the magnetic memory cell and constitutes a write word line pair for each of the two rows. The two write word lines constituting the word line pair are electrically coupled at one end of the memory array at least at the time of data writing and arranged at the other end of the memory array. In order to cause the first data write current to flow, each of the two write word lines constituting the write word line pair corresponding to the selected row is set to one of the first and second voltages. Word line drive circuit for setting, a plurality of data lines provided corresponding to the columns of magnetic memory cells, and a data line corresponding to the selected column in each of data writing and data reading In contrast, a read / write control circuit for supplying a second data write current and a data read current, and a magnetic memory cell, respectively, are provided corresponding to the rows of the magnetic memory cells. A plurality of read word lines for conducting the corresponding memory cell selection gate according to the row selection result are further provided.

請求項26記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項25記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各書込ワード線は、第1の抵抗率を有する配線で形成され、各読出ワード線は、第1の抵抗率よりも高い第2の抵抗率を有する配線で形成され、メモリアレイの一端側において、書込ワード線対に対応してそれぞれ配置され、各々が、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、対応する2本の書込ワード線の間を電気的に結合および切離すための複数の短絡スイッチ回路をさらに備え、各読出ワード線は、データ読出時において、行選択結果に応じて対応する書込ワード線とともに選択的に活性化される。   The thin-film magnetic memory device according to claim 26 is the thin-film magnetic memory device according to claim 25, wherein each write word line is formed of a wiring having a first resistivity, and each read word line is , Formed of wiring having a second resistivity higher than the first resistivity, and arranged at one end side of the memory array in correspondence with the write word line pair, respectively, for data writing and data Each of the read word lines further includes a plurality of short-circuit switch circuits for electrically coupling and disconnecting between two corresponding write word lines at the time of reading, and each read word line has a row selection result at the time of data reading. Are selectively activated together with the corresponding write word line.

請求項27記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項26記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各読出ワード線は、複数の書込ワード線のうちの同一の行に対応する1本と電気的に結合される。   The thin film magnetic memory device according to claim 27 is the thin film magnetic memory device according to claim 26, wherein each read word line includes one line corresponding to the same row of a plurality of write word lines. Electrically coupled.

請求項28記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項26記載の薄膜磁性体記憶装置であって、メモリアレイは、列方向に沿って複数の領域に分割され、複数の読出ワード線は、複数の領域ごとに分割して配置され、複数の書込ワード線の各々は、複数の領域に共通に配置され、薄膜磁性体記憶装置は、複数の読出ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の読出ワード線ドライバをさらに備え、ワード線ドライブ回路は、データ読出時において、選択された行に対応する書込ワード線を活性化し、複数の読出ワード線ドライバの各々は、データ読出時において、複数の書込ワード線のうちの対応する1つの活性化に応答して、複数の読出ワード線のうちの対応する1つを活性化する。   The thin film magnetic memory device according to claim 28 is the thin film magnetic memory device according to claim 26, wherein the memory array is divided into a plurality of regions along the column direction, and the plurality of read word lines are divided into a plurality of read word lines. Each of the plurality of write word lines is arranged in common in the plurality of regions, and the thin film magnetic memory device includes a plurality of read word lines provided corresponding to the plurality of read word lines, respectively. A read word line driver is further provided, and the word line drive circuit activates a write word line corresponding to the selected row during data reading, and each of the plurality of read word line drivers includes a plurality of read word line drivers during data reading. In response to activation of the corresponding one of the write word lines, the corresponding one of the plurality of read word lines is activated.

請求項29記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項25記載の薄膜磁性体記憶装置であって、メモリアレイにおいて、選択された行に対応する書込ワード線対を構成する2本の書込ワード線に往復電流として流される第1のデータ書込電流と、選択された列に対応するデータ線に流される第2のデータ書込電流との組み合わせによって、1つの磁性体メモリセルに対してデータ書込が実行されるように、複数の磁性体メモリセルは配置される。   A thin-film magnetic memory device according to claim 29 is the thin-film magnetic memory device according to claim 25, wherein two write lines constituting a write word line pair corresponding to a selected row in the memory array are provided. A combination of the first data write current that flows through the word line as a round-trip current and the second data write current that flows through the data line corresponding to the selected column causes one magnetic memory cell to A plurality of magnetic memory cells are arranged so that data writing is performed.

請求項30記載の薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、複数の磁性体メモリセルの各々は、第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部と、データ読出時において、記憶部にデータ読出電流を通過させるためのメモリセル選択ゲートとを含み、磁性体メモリセルの行に対応して設けられ、各々が2つの行ごとに共有される複数の書込ワード線と、複数の書込ワード線のうちの活性化された少なくとも1つに対して、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第1のデータ書込電流の電流経路をそれぞれ形成および遮断するためのワード線電流制御回路と、データ読出時およびデータ書込時の各々において、選択された行に対応する書込ワード線を活性化するためのワード線ドライブ回路と、磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、選択された列に対応するデータ線に対して、第2のデータ書込電流およびデータ読出電流をそれぞれ供給するための読出書込制御回路と、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、各々が、データ読出時において、行選択結果に応じて対応するメモリセル選択ゲートを導通させるための複数の読出ワード線とを備える。各読出ワード線は、データ読出時において、行選択結果に応じて対応する書込ワード線とともに選択的に活性化される。   30. The thin film magnetic memory device according to claim 30, comprising a memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in rows and columns, wherein each of the plurality of magnetic memory cells has first and second data writing. A storage unit whose resistance value changes according to the level of stored data to be written when the data write magnetic field applied by the current is larger than a predetermined magnetic field, and a data read current is passed through the storage unit during data reading A plurality of write word lines provided corresponding to the rows of magnetic memory cells, each of which is shared by two rows, and a plurality of write word lines. Word line current control for forming and blocking the current path of the first data write current in each of data writing and data reading with respect to at least one activated , A word line drive circuit for activating a write word line corresponding to a selected row in each of data reading and data writing, and a column corresponding to a column of magnetic memory cells, respectively. Read for supplying a second data write current and a data read current to the data lines corresponding to the selected column at the time of data writing and data reading, respectively, A write control circuit and a plurality of read word lines each provided corresponding to a row of magnetic memory cells, each for conducting a corresponding memory cell selection gate in accordance with a row selection result in data reading With. Each read word line is selectively activated together with a corresponding write word line in accordance with a row selection result at the time of data reading.

請求項31記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項30記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各書込ワード線は、第1の抵抗率を有する配線で形成され、各読出ワード線は、第1の抵抗率よりも高い第2の抵抗率を有する配線で形成され、メモリアレイにおいて、選択された行に対応する書込ワードに流される第1のデータ書込電流と、選択された列に対応するデータ線に流される第2のデータ書込電流との組み合わせによって、1つの磁性体メモリセルに対してデータ書込が実行されるように、複数の磁性体メモリセルは配置される。   The thin film magnetic memory device according to claim 31 is the thin film magnetic memory device according to claim 30, wherein each write word line is formed of a wiring having a first resistivity, and each read word line is A first data write current formed by a wiring having a second resistivity higher than the first resistivity and flowing in a write word corresponding to a selected row in the memory array, The plurality of magnetic memory cells are arranged such that data writing is performed on one magnetic memory cell by a combination with the second data write current that is passed through the data line corresponding to the column. .

請求項32記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項30記載の薄膜磁性体記憶装置であって、各読出ワード線は、複数の書込ワード線のうちの対応する1本と電気的に結合される。   The thin film magnetic memory device according to claim 32 is the thin film magnetic memory device according to claim 30, wherein each read word line is electrically coupled to a corresponding one of the plurality of write word lines. Is done.

請求項33記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項30記載の薄膜磁性体記憶装置であって、メモリアレイは、列方向に沿って複数の領域に分割され、複数の読出ワード線は、複数の領域ごとに分割して配置され、複数の書込ワード線の各々は、隣接する行によって共有されるとともに、複数の領域に共通に配置され、薄膜磁性体記憶装置は、複数の読出ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の読出ワード線ドライバをさらに備え、複数の読出ワード線ドライバの各々は、データ読出時において、偶数行および奇数行のいずれが選択されているかを示す情報と、複数の書込ワード線のうちの対応する1つの活性化とに応じて、対応する読出ワード線を活性化する。   The thin film magnetic memory device according to claim 33 is the thin film magnetic memory device according to claim 30, wherein the memory array is divided into a plurality of regions along the column direction, and the plurality of read word lines are divided into a plurality of read word lines. Each of the plurality of write word lines is shared by adjacent rows and is commonly disposed in the plurality of regions. The thin film magnetic memory device includes a plurality of read word lines. And a plurality of read word line drivers provided corresponding to each of the plurality of read word line drivers, each of the plurality of read word line drivers including information indicating whether an even-numbered row or an odd-numbered row is selected during data reading; The corresponding read word line is activated in response to activation of the corresponding one of the write word lines.

請求項34記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項25から33のいずれかに記載の薄膜磁性体記憶装置であって、メモリセル選択ゲートは、記憶部と対応する読出ワード線との間に結合されるダイオード素子を含む。   The thin film magnetic memory device according to claim 34 is the thin film magnetic memory device according to any one of claims 25 to 33, wherein the memory cell selection gate is provided between the memory portion and the corresponding read word line. Including diode elements to be coupled.

請求項35記載の薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、メモリアレイは、列方向に沿って複数の領域に分割され、複数の磁性体メモリセルの各々は、第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書き込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部を含み、複数の領域に対して共通に、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、第1の抵抗率を有する配線で形成される複数の書込ワード線とを備え、複数の書込ワード線は、データ書込時において、第1のデータ書込電流を流すために、行選択結果に応じて選択的に活性化され、磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第2のデータ書込電流およびデータ読出電流のそれぞれを、複数のデータ線のうちの選択された前記列に対応する1本に流すための読出書込制御回路と、複数の領域に対して共通に設けられ、第2の抵抗率を有する配線で形成される複数のメイン読出ワード線と、複数の領域ごとに、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、第1および第2の抵抗率よりも高い第3の抵抗率を有する配線で形成される複数の読出ワード線とを備え、複数の読出ワード線の各々は、複数のメイン読出ワード線のうちのいずれか1つと対応し、複数の読出ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の読出ワード線ドライバをさらに備え、複数の読出ワード線ドライバの各々は、データ読出時において、複数のメイン読出ワード線のうちの対応する1つの活性化に応答して、複数の読出ワード線のうちの対応する1つを活性化する。   The thin film magnetic memory device according to claim 35 includes a memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in a matrix, the memory array being divided into a plurality of regions along the column direction, Each of the body memory cells includes a storage unit whose resistance value changes according to the level of stored data to be written when the data write magnetic field applied by the first and second data write currents is larger than a predetermined magnetic field. Including a plurality of write word lines each provided corresponding to a row of magnetic memory cells and formed with a wiring having a first resistivity. A plurality of embedded word lines are selectively activated according to the row selection result to flow the first data write current during data writing, and are provided corresponding to the columns of the magnetic memory cells, respectively. Data line and Read data for flowing each of second data write current and data read current to one corresponding to the selected column of the plurality of data lines in each of data writing and data reading Control circuit, a plurality of main read word lines that are provided in common to a plurality of regions and formed of wiring having a second resistivity, and each region corresponds to a row of magnetic memory cells And a plurality of read word lines formed by wiring having a third resistivity higher than the first and second resistivity, and each of the plurality of read word lines includes a plurality of main lines. A plurality of read word line drivers corresponding to any one of the read word lines and provided corresponding to the plurality of read word lines, respectively, are further provided. There are, in response to a corresponding one of the activation of a plurality of main read word line, and activates the corresponding one of the plurality of read word lines.

請求項36記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項35記載の薄膜磁性体記憶装置であって、半導体基板上に形成され、複数のメイン読出ワード線の各々は、磁性体メモリセルの複数行ごとに配置され、複数のメイン読出ワード線は、複数の書込ワード線と同一の金属回線層に形成される。   The thin film magnetic memory device according to claim 36 is the thin film magnetic memory device according to claim 35, wherein the thin film magnetic memory device is formed on a semiconductor substrate, and each of the plurality of main read word lines is formed in a plurality of rows of the magnetic memory cells. The plurality of main read word lines are formed on the same metal line layer as the plurality of write word lines.

請求項37記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項35記載の薄膜磁性体記憶装置であって、半導体基板上に形成され、複数のメイン読出ワード線の各々は、磁性体メモリセルの複数行ごとに配置され、磁性体メモリセルは、データ読出時において記憶部にデータ読出電流を通過させるためのアクセストランジスタを有し、複数のメイン読出ワード線は、アクセストランジスタの上層に配置される複数の金属配線層のうちの最もアクセストランジスタに近い第1番目の金属配線層に形成される。   A thin-film magnetic memory device according to claim 37 is the thin-film magnetic memory device according to claim 35, wherein the thin-film magnetic memory device is formed on a semiconductor substrate, and each of the plurality of main read word lines includes a plurality of rows of magnetic memory cells. Each of the magnetic memory cells has an access transistor for allowing a data read current to pass through the storage portion at the time of data reading, and the plurality of main read word lines are arranged on a plurality of layers above the access transistor. Of the metal wiring layers, the first metal wiring layer closest to the access transistor is formed.

請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置は、行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、複数の磁性体メモリセルの各々は、第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書き込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部を含み、磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、第2のデータ書込電流およびデータ読出電流のそれぞれを、複数のデータ線のうちの選択された前記列に対応する1本に流すための読出書込制御回路と、磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられる複数のワード線とをさらに備え、複数のワード線のうちの対応する1つの電圧レベルに応じて、対応する複数の記憶部と複数のデータ線とを含む第1の電流経路が形成され、データ書込時において、第1のデータ書込電流の流すための第2の電流経路を複数のワード線に形成するためのワード線電流制御回路をさらに備え、データ読出時において、ワード線電流制御回路は、複数のワード線において第2の電流経路を遮断する。   39. The thin film magnetic memory device according to claim 38, comprising a memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in a matrix, wherein each of the plurality of magnetic memory cells has first and second data writing. A plurality of storage units each having a resistance value that changes in accordance with the level of stored data to be written when the data write magnetic field applied by the current is larger than a predetermined magnetic field, each provided corresponding to a column of magnetic memory cells. Each of the second data write current and the data read current is set to one corresponding to the selected column of the plurality of data lines in each of the data lines and at the time of data writing and data reading. A read / write control circuit for flowing and a plurality of word lines provided corresponding to the rows of the magnetic memory cells, respectively, and corresponding one voltage among the plurality of word lines According to the level, a first current path including a plurality of corresponding storage units and a plurality of data lines is formed, and a second current path for flowing the first data write current at the time of data writing Is formed on a plurality of word lines, and at the time of data reading, the word line current control circuit cuts off the second current path in the plurality of word lines.

請求項39記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置であって、アクセストランジスタは、半導体基板上に形成された電界効果型トランジスタであり、アクセストランジスタのゲートは、金属材料で形成され、複数のワード線は、ゲートと同一層に形成される。   The thin film magnetic memory device according to claim 39 is the thin film magnetic memory device according to claim 38, wherein the access transistor is a field effect transistor formed on a semiconductor substrate, and the gate of the access transistor is A plurality of word lines are formed in the same layer as the gate.

請求項40記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置であって、データ書込時において第1の電流経路を強制的に遮断するための電流遮断回路をさらに備える。   The thin film magnetic memory device according to claim 40 is the thin film magnetic memory device according to claim 38, further comprising a current interrupt circuit for forcibly interrupting the first current path during data writing. .

請求項1、2および12に記載の薄膜磁性体記憶装置は、読出ワード線の信号伝搬遅延を低減して、データ読出動作を高速化することができる。   The thin film magnetic memory device according to the first, second, and twelfth aspects can reduce the signal propagation delay of the read word line and speed up the data read operation.

請求項3から5に記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込時においてデータ書込に十分な電流量を書込ワード線に対して供給することができるとともに、データ読出時において磁性体メモリセルの記憶データが書込ワード線を流れる電流によって破壊されることを防止できる。   The thin film magnetic memory device according to any one of claims 3 to 5 has a sufficient amount of current for data writing at the time of data writing in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. In addition, the data stored in the magnetic memory cell can be prevented from being destroyed by the current flowing through the write word line during data reading.

請求項6および7記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、ワード線電流制御回路の構成を簡略化することができる。   The thin film magnetic memory device according to the sixth and seventh aspects can simplify the configuration of the word line current control circuit in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the first aspect.

請求項8および9記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ読出時において書込ワード線および読出ワード線に過渡的に生じる充電電流によって、磁性体メモリセルの記憶データが破壊されることを防止できる。   The thin film magnetic memory device according to claims 8 and 9 has a charging current transiently generated in the write word line and the read word line at the time of data reading in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. Therefore, it is possible to prevent the data stored in the magnetic memory cell from being destroyed.

請求項10記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項2記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データアクセス対象となる磁性体メモリセルが含まれる領域においてのみデータ読出動作を実行するので、低消費電力化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 10 performs the data read operation only in the region including the magnetic memory cell to be accessed for data in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 2. Therefore, low power consumption can be achieved.

請求項11記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項10記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、複数の領域のそれぞれにおいて独立したデータ読出およびデータ書込動作を実行することができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 11 can execute independent data reading and data writing operations in each of the plurality of regions, in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 10. .

請求項13記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込時において磁性体メモリセルに無用のリーク電流が生じることを防止して、低消費電力化を図ることができる。   The thin-film magnetic memory device according to claim 13 has the effect produced by the thin-film magnetic memory device according to claim 12 and prevents unnecessary leakage current from being generated in the magnetic memory cell during data writing. , Low power consumption can be achieved.

請求項14記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、2層の金属配線層を用いた簡単な縦構造を用いて、各磁性体メモリセルを半導体基板上に形成することができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 14 has a simple vertical structure using two metal wiring layers, in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 12. The cell can be formed on a semiconductor substrate.

請求項15記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項12記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、選択された列に対応するデータ線のみを充電すればよく、その他の列に対応するデータ線をデータ読出の都度プリチャージするための充電電流を供給する必要がなくなる。この結果、メモリアレイおける消費電力の低減が可能となる。   The thin-film magnetic memory device according to claim 15 needs to charge only the data line corresponding to the selected column in addition to the effect exhibited by the thin-film magnetic memory device according to claim 12, and corresponds to the other columns. This eliminates the need to supply a charging current for precharging the data line to be read each time data is read. As a result, power consumption in the memory array can be reduced.

請求項16、17、19および20に記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、選択されたメモリセル行にかかわらず、データ読出電流の電流経路に含まれるデータ線およびソース線の抵抗値の和をほぼ一定に維持することができるので、選択されたメモリセル行の位置に依存してデータ読出電流が変動することを防止できる。この結果、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保ち、薄膜磁性体記憶装置全体の動作マージンを十分に確保することができる。   The thin film magnetic memory device according to the sixteenth, seventeenth, nineteenth and twentieth aspects of the present invention has the effect of the data read current regardless of the selected memory cell row in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to the first aspect. Since the sum of the resistance values of the data line and the source line included in the current path can be maintained substantially constant, it is possible to prevent the data read current from fluctuating depending on the position of the selected memory cell row. As a result, the operation margin at the time of data reading in the memory array can be kept uniform, and the operation margin of the entire thin film magnetic memory device can be sufficiently secured.

請求項18記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、ライトワード線の電圧あるいはロウデコード信号を、電流遮断スイッチの制御信号に共用することができる。この結果、周辺回路の構成を簡素化することができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 18 shares the voltage of the write word line or the row decode signal with the control signal of the current cut-off switch in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. Can do. As a result, the configuration of the peripheral circuit can be simplified.

請求項21および22に記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、選択されたメモリセル列にかかわらずデータ読出電流の電流経路に含まれるソース線およびグローバルデータ線の抵抗値の和をほぼ一定に維持することができるので、選択されたメモリセル列の位置に依存してデータ読出電流が変動することを防止できる。この結果、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保ち、薄膜磁性体記憶装置全体の動作マージンを十分に確保することができる。   The thin film magnetic memory device according to claims 21 and 22 is included in the current path of the data read current regardless of the selected memory cell column, in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. Since the sum of the resistance values of the source line and the global data line can be maintained almost constant, it is possible to prevent the data read current from fluctuating depending on the position of the selected memory cell column. As a result, the operation margin at the time of data reading in the memory array can be kept uniform, and the operation margin of the entire thin film magnetic memory device can be sufficiently secured.

請求項23記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、選択された磁性体メモリセルが属する行および列にかかわらず、データ読出電流をほぼ一定に維持できる。この結果、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保ち、薄膜磁性体記憶装置全体の動作マージンを十分に確保することができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 23 has a data read current substantially equal to the row and column to which the selected magnetic memory cell belongs in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 1. Can be kept constant. As a result, the operation margin at the time of data reading in the memory array can be kept uniform, and the operation margin of the entire thin film magnetic memory device can be sufficiently secured.

請求項24記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項16から23に記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、磁性体メモリセルをさらに高集積化して配置することができる。   The thin film magnetic memory device according to a twenty-fourth aspect of the present invention can be arranged with higher integration of the magnetic memory cells in addition to the effects exhibited by the thin film magnetic memory device according to the sixteenth to twenty-third aspects.

請求項25および29に記載の薄膜磁性体記憶装置は、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対によって往復電流パスを形成してデータ書込電流を流す。この結果、ライトワード線の半分の数のライトワード線対の選択によって行選択を実行すればよいためワード線ドライブ回路の構成を簡素化できる。また、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対を構成する2本のライトワード線をそれぞれ流れるデータ書込電流によって、磁性体メモリセル周辺に生じる磁界は互いに打消し合う方向に作用するので、メモリセル周辺部に対する磁界ノイズを低減できる。   In the thin film magnetic memory device according to the 25th and 29th aspects, a reciprocal current path is formed by the write word line pair corresponding to the selected memory cell row to flow the data write current. As a result, the configuration of the word line drive circuit can be simplified because row selection may be performed by selecting write word line pairs that are half the number of write word lines. Further, the magnetic field generated around the magnetic memory cell acts in a direction to cancel each other by the data write currents flowing through the two write word lines constituting the write word line pair corresponding to the selected memory cell row. Therefore, magnetic field noise with respect to the periphery of the memory cell can be reduced.

請求項26、27および28に記載の薄膜磁性体記憶装置は、相対的に抵抗値の大きい読出ワード線の信号伝搬遅延を低減して、データ読出動作を高速化することができる。   In the thin film magnetic memory device according to the twenty-sixth, twenty-seventh and twenty-eighth aspects, it is possible to reduce the signal propagation delay of the read word line having a relatively large resistance value and to speed up the data read operation.

請求項30から33に記載の薄膜磁性体記憶装置は、読出ワード線の信号伝搬遅延を低減して、データ読出動作を高速化するとともに、ライトワード線WWLを共有することによって、その配線ピッチを確保して断面積を容易に確保することができる。このため、ライトワード線の電流密度を低減することによってエレクトロマイグレーションの発生を抑制して、動作の信頼性の向上を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to any one of claims 30 to 33 reduces the signal propagation delay of the read word line, speeds up the data read operation, and shares the write word line WWL to reduce the wiring pitch. It is possible to secure the cross-sectional area easily. For this reason, by reducing the current density of the write word line, the occurrence of electromigration can be suppressed and the operation reliability can be improved.

請求項34記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項25から33に記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、磁性体メモリセルをさらに高集積化して配置することができる。   A thin film magnetic memory device according to a thirty-fourth aspect of the present invention can be provided with higher integration of magnetic memory cells in addition to the effects exhibited by the thin film magnetic memory device according to the twenty-fifth to thirty-third aspects.

請求項35記載の薄膜磁性体記憶装置は、読出ワード線を階層化することによって信号伝搬遅延を低減する。この結果、読出ワード線と書込ワード線とを独立に制御して、データ読出動作を高速化することができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 35 reduces the signal propagation delay by hierarchizing the read word lines. As a result, the data read operation can be speeded up by independently controlling the read word line and the write word line.

請求項36および37に記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項35記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、メイン読出ワード線の本数を抑制することによって新たな金属配線層を設けることなくメイン読出ワード線を半導体基板上に形成できる。   The thin film magnetic memory device according to claims 36 and 37 is provided with a new metal wiring layer by suppressing the number of main read word lines in addition to the effect exhibited by the thin film magnetic memory device according to claim 35. The main read word line can be formed on the semiconductor substrate without any problem.

請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置は、ワード線をデータ読出時およびデータ書込時の両方において共用できるので、配線数の削減とデータ読出動作の高速化とを図ることができる。   In the thin film magnetic memory device according to the thirty-eighth aspect, since the word line can be shared both at the time of data reading and at the time of data writing, the number of wirings can be reduced and the data reading operation can be speeded up.

請求項39記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、アクセストランジスタのゲート領域にワード線を配置できるため、半導体基板上に効率的なレイアウトで形成することができる。   The thin-film magnetic memory device according to claim 39 has an efficient layout on the semiconductor substrate because the word line can be arranged in the gate region of the access transistor in addition to the effect exhibited by the thin-film magnetic memory device according to claim 38. Can be formed.

請求項40記載の薄膜磁性体記憶装置は、請求項38記載の薄膜磁性体記憶装置が奏する効果に加えて、データ書込時において磁性体メモリセルに無用のリーク電流が生じることを防止して、低消費電力化を図ることができる。   The thin film magnetic memory device according to claim 40 has the effect produced by the thin film magnetic memory device according to claim 38 and prevents unnecessary leakage current from being generated in the magnetic memory cell during data writing. , Low power consumption can be achieved.

本発明の実施の形態1に従うMRAMデバイス1の全体構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the whole structure of the MRAM device 1 according to Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に従うメモリアレイ10の構成を詳細に説明するための図である。2 is a diagram for illustrating in detail the configuration of memory array 10 according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the first embodiment. データ書込時におけるデータ書込電流とMTJメモリセルに生じる磁界の方向を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the direction of the magnetic field produced in the data write current and MTJ memory cell at the time of data writing. ワード線ドライバ30の構成例を示す回路図である。3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a word line driver 30. FIG. ワード線ドライバ30の他の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the word line driver 30. 半導体基板上に形成されたMTJメモリセルの構造図である。2 is a structural diagram of an MTJ memory cell formed on a semiconductor substrate. FIG. 実施の形態1の変形例1に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to a first modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例2に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to a second modification of the first embodiment. 実施の形態2に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to the second embodiment. メインリードワード線MRWLの配置の第1の例を説明する構造図である。FIG. 6 is a structural diagram illustrating a first example of the arrangement of main read word lines MRWL. メインリードワード線MRWLの配置の第2の例を説明する構造図である。FIG. 10 is a structural diagram illustrating a second example of the arrangement of main read word lines MRWL. メインリードワード線MRWLの配置の第3の例を説明する構造図である。FIG. 10 is a structural diagram illustrating a third example of the arrangement of main read word lines MRWL. 実施の形態3に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に従うワード線の配置を示す構造図である。FIG. 11 is a structural diagram showing an arrangement of word lines according to a third embodiment. 実施の形態3に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。14 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the third embodiment. 実施の形態3の変形例1に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to a first modification of the third embodiment. 実施の形態3の変形例1に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。12 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the first modification of the third embodiment. 実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to a second modification of the third embodiment. 実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。FIG. 16 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to a second modification of the third embodiment. 半導体基板上に配置された実施の形態3の変形例1および2に従うMTJメモリセルの構造図である。FIG. 11 is a structural diagram of an MTJ memory cell according to modification examples 1 and 2 of the third embodiment arranged on a semiconductor substrate. 実施の形態3の変形例3に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 according to a third modification of the third embodiment. 本発明の実施の形態4に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for illustrating a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to a fourth embodiment of the present invention. 実施の形態4に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。FIG. 14 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the fourth embodiment. 実施の形態4に従うソース線SLの配置例を示す構造図である。FIG. 14 is a structural diagram showing an arrangement example of source lines SL according to the fourth embodiment. 本発明の実施の形態4の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for illustrating a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to a first modification of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for illustrating a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to a second modification of the fourth embodiment of the present invention. 実施の形態5に従うライトワード線WWLの配置を説明する概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating the arrangement of write word lines WWL according to the fifth embodiment. 実施の形態5の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 and its peripheral circuits according to a first modification of the fifth embodiment. 実施の形態5の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for illustrating a configuration of a memory array 10 and its peripheral circuits according to a second modification of the fifth embodiment. 実施の形態5の変形例2に従うメモリアレイにおける行選択動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 29 is a timing chart for describing a row selection operation in the memory array according to the second modification of the fifth embodiment. 実施の形態5の変形例3に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to the modification 3 of Embodiment 5, and its peripheral circuit. 実施の形態5の変形例4に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to the modification 4 of Embodiment 5, and its peripheral circuit. 実施の形態5の変形例4に従うメモリアレイにおける行選択動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 29 is a timing chart for illustrating a row selection operation in the memory array according to the fourth modification of the fifth embodiment. 実施の形態6に従うMTJメモリセルの構成を示す図である。FIG. 11 shows a structure of an MTJ memory cell according to a sixth embodiment. MTJメモリセルMCDを半導体基板上に配置した場合の構造図である。FIG. 3 is a structural diagram when an MTJ memory cell MCD is arranged on a semiconductor substrate. MTJメモリセルMCDに対する読出動作および書込動作を説明するタイミングチャートである。5 is a timing chart for explaining a read operation and a write operation with respect to an MTJ memory cell MCD. 実施の形態6に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to Embodiment 6, and its peripheral circuit. 実施の形態6の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。FIG. 22 is a diagram for describing a configuration of a memory array 10 and its peripheral circuits according to a first modification of the sixth embodiment. 実施の形態6の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to the modification 2 of Embodiment 6, and its peripheral circuit. 実施の形態6の変形例3に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the memory array 10 according to the modification 3 of Embodiment 6, and its peripheral circuit. 磁気トンネル接合部を有するメモリセルの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the memory cell which has a magnetic tunnel junction part. MTJメモリセルからのデータ読出動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the data read-out operation | movement from an MTJ memory cell. MTJメモリセルに対するデータ書込動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the data write-in operation | movement with respect to an MTJ memory cell. データ書込時におけるデータ書込電流の方向と磁界方向との関係を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the relationship between the direction of a data write current at the time of data writing, and a magnetic field direction. 行列状に集積配置されたMTJメモリセルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the MTJ memory cell integratedly arranged by the matrix form. 半導体基板上に配置されたMTJメモリセルの構造図である。2 is a structural diagram of an MTJ memory cell disposed on a semiconductor substrate. FIG. ダイオードを用いたMTJメモリセルの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the MTJ memory cell using a diode. 図48に示されたMTJメモリセルを半導体基板上に配置した場合の構造図である。FIG. 49 is a structural diagram when the MTJ memory cell shown in FIG. 48 is arranged on a semiconductor substrate.

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に従うMRAMデバイス1の全体構成を示す概略ブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of an MRAM device 1 according to the first embodiment of the present invention.

図1を参照して、MRAMデバイス1は、外部からの制御信号CMDおよびアドレス信号ADDに応答してランダムアクセスを行ない、書込データDINの入力および読出データDOUTの出力を実行する。   Referring to FIG. 1, MRAM device 1 performs random access in response to external control signal CMD and address signal ADD, and executes input of write data DIN and output of read data DOUT.

MRAMデバイス1は、制御信号CMDに応答してMRAMデバイス1の全体動作を制御するコントロール回路5と、n行×m列に行列状に配された複数のMTJメモリセルを有するメモリアレイ10とを備える。メモリアレイ10の構成は後に詳細に説明するが、MTJメモリセルの行にそれぞれ対応して複数のライトワード線WWLおよびリードワード線RWLが配置され、MTJメモリセルの列にそれぞれ対応して複数のビット線BLが配置される。   The MRAM device 1 includes a control circuit 5 that controls the overall operation of the MRAM device 1 in response to a control signal CMD, and a memory array 10 having a plurality of MTJ memory cells arranged in a matrix of n rows × m columns. Prepare. Although the configuration of the memory array 10 will be described in detail later, a plurality of write word lines WWL and read word lines RWL are arranged corresponding to the respective MTJ memory cell rows, and a plurality of write word lines WWL are arranged corresponding to the respective MTJ memory cell columns. Bit line BL is arranged.

MRAMデバイス1は、さらに、アドレス信号ADDによって示されるロウアドレスRAに応じてメモリアレイ10における行選択を実行する行デコーダ20と、アドレス信号ADDによって示されるコラムアドレスCAに応じて、メモリアレイ10における列選択を実行する列デコーダ25と、行デコーダ20の行選択結果に基づいてリードワード線RWLおよびライトワード線WWLを選択的に活性化するためのワード線ドライバ30と、データ書込時においてライトワード線WWLにデータ書込電流を流すためのワード線電流制御回路40と、データ読出およびデータ書込時において、データ書込電流およびセンス電流を流すためのの読出/書込制御回路50,60とを備える。   The MRAM device 1 further includes a row decoder 20 that performs row selection in the memory array 10 in accordance with the row address RA indicated by the address signal ADD, and a memory in the memory array 10 in accordance with the column address CA indicated by the address signal ADD. A column decoder 25 for performing column selection, a word line driver 30 for selectively activating the read word line RWL and the write word line WWL based on the row selection result of the row decoder 20, and writing at the time of data writing Word line current control circuit 40 for flowing data write current to word line WWL, and read / write control circuits 50 and 60 for flowing data write current and sense current during data reading and data writing With.

読出/書込制御回路50および60は、メモリアレイ10の両端部におけるビット線BLの電圧レベルを制御して、データ書込およびデータ読出をそれぞれ実行するためのデータ書込電流およびセンス電流をビット線BLに流す。   Read / write control circuits 50 and 60 control the voltage level of bit line BL at both ends of memory array 10, and bit data write current and sense current for executing data write and data read, respectively. Flow on line BL.

図2は、メモリアレイ10の構成を詳細に説明するための図である。
図2を参照して、メモリアレイ10は、n行×m列に配列される図22に示した構成を有するMTJメモリセルMCによって構成される。メモリアレイ10は、列方向に沿って領域AR1およびAR2に2分割される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the memory array 10 in detail.
Referring to FIG. 2, memory array 10 is configured by MTJ memory cells MC having the configuration shown in FIG. 22 arranged in n rows × m columns. Memory array 10 is divided into two areas AR1 and AR2 along the column direction.

リードワード線RWLは、領域AR1およびAR2のそれぞれにおいて独立に設けられる。たとえば、メモリセルの第1行に対応して設けられるリードワード線は、領域AR1に対応するリードワード線RWL11と、領域AR2に対応して設けられるリードワード線RWL21とに分割配置される。その他の各行に対応して配置されるリードワード線も、同様に領域AR1およびAR2のそれぞれに分割配置される。   Read word line RWL is provided independently in each of regions AR1 and AR2. For example, the read word line provided corresponding to the first row of memory cells is divided and arranged into a read word line RWL11 corresponding to the area AR1 and a read word line RWL21 provided corresponding to the area AR2. Similarly, the read word lines arranged corresponding to the other rows are also divided and arranged in the areas AR1 and AR2, respectively.

なお、メモリアレイ10を2分割するのは例示に過ぎず、本願発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。以下に説明する本願発明の実施の形態のうち分割されたメモリアレイ10を対象とするものは、メモリアレイを任意の複数個に分割する場合において、同様に適用することが可能である。   Note that dividing the memory array 10 into two is merely an example, and the application of the present invention is not limited to such a case. Of the embodiments of the present invention that will be described below, the one that targets the divided memory array 10 can be similarly applied when the memory array is divided into an arbitrary plurality.

一方、ライトワード線WWLは、領域AR1およびAR2に共通に、メモリセルの各行に対応して設けられる。したがって、メモリアレイ10全体では、ライトワード線WWL1〜WWLnが配置される。リードワード線RWL1〜RWLnおよびライトワード線WWL1〜WWLnは、行方向に沿って配置される。   On the other hand, write word line WWL is provided corresponding to each row of memory cells in common to regions AR1 and AR2. Therefore, in the entire memory array 10, write word lines WWL1 to WWLn are arranged. Read word lines RWL1 to RWLn and write word lines WWL1 to WWLn are arranged along the row direction.

ビット線BLは、メモリセルの各列に対応して、列方向に沿って配置される。したがって、メモリアレイ10全体では、ビット線BL1〜BLmが配置される。   Bit line BL is arranged along the column direction corresponding to each column of memory cells. Therefore, bit lines BL1 to BLm are arranged in the entire memory array 10.

なお、以下においては、ライトワード線、リードワード線およびビット線を総括的に表現する場合には、符号WWL、RWLおよびBLをそれぞれ用いて表記することとし、特定のライトワード線、リードワード線およびビット線を示す場合には、これらの符号に添字を付してRWL11,RWL21のように表記するものとする。   In the following description, when the write word line, the read word line, and the bit line are collectively expressed, they are represented using the symbols WWL, RWL, and BL, respectively, and the specific write word line, read word line, When a bit line is indicated, a subscript is added to these codes and expressed as RWL11, RWL21.

ワード線電流制御回路40は、ライトワード線WWL1〜WWLnにそれぞれ対応して設けられる電流制御トランジスタ41−1〜41−nを有する。電流制御トランジスタ41−1〜41−nは、データ書込時に活性化される制御信号WEに応答してターンオンし、対応するライトワード線WWLと接地電圧Vssと電気的に結合する。これにより、選択状態(高電圧状態:Hレベル)に活性化されたライトワード線にデータ書込電流を流すことができる。   The word line current control circuit 40 includes current control transistors 41-1 to 41-n provided corresponding to the write word lines WWL1 to WWLn, respectively. Current control transistors 41-1 to 41-n are turned on in response to control signal WE activated at the time of data writing, and are electrically coupled to corresponding write word line WWL and ground voltage Vss. As a result, a data write current can be passed through the write word line activated in the selected state (high voltage state: H level).

一方、データ書込時以外には、制御信号WEが非活性化されているので電流制御トランジスタ41−1〜41−nはターンオフされる。したがって、活性化されたライトワード線WWLにおいても、電流は流れない。   On the other hand, the current control transistors 41-1 to 41-n are turned off since the control signal WE is deactivated except during data writing. Therefore, no current flows even in the activated write word line WWL.

リードワード線RWL11〜RWL1n,RWL21〜RWL2nのそれぞれに対応して、サブドライバRSD11〜RSD1n,RSD21〜RSD2nが設けられる。これらのサブドライバに対して、共通の制御信号SDが与えられる。各サブドライバは、制御信号SDの信号レベルおよび対応するライトワード線WWLの電圧に応じて、対応するリードワード線RWLを選択状態(高電圧状態:Hレベル)に活性化する。   Sub-drivers RSD11-RSD1n, RSD21-RSD2n are provided corresponding to read word lines RWL11-RWL1n, RWL21-RWL2n, respectively. A common control signal SD is given to these sub-drivers. Each sub-driver activates the corresponding read word line RWL to a selected state (high voltage state: H level) according to the signal level of the control signal SD and the voltage of the corresponding write word line WWL.

既に説明したように、ライトワード線WWL1〜WWLnは、データ書込に必要な磁界を発生するために比較的大きなデータ書込電流(ライトワード線1本当り数mA程度)を流す必要があるため、金属配線層に形成される。この金属配線層は、抵抗値が小さく、かつエレクトロマイグレーション耐性の高い配線構造であることが望ましい。したがって、ライトワード線WWLが配置される配線層は、他の金属配線層より配線厚を厚く形成したり、他の金属配線層より低抵抗の金属材料で形成したりすることが望ましい。たとえば、他の金属配線層がアルミ合金で形成される場合に、ライトワード線WWLが形成される金属配線層をCu(銅)配線で形成すればよい。   As already described, write word lines WWL1 to WWLn need to pass a relatively large data write current (about several mA per write word line) in order to generate a magnetic field necessary for data writing. Formed on the metal wiring layer. The metal wiring layer desirably has a wiring structure having a low resistance value and high electromigration resistance. Therefore, it is desirable that the wiring layer in which the write word line WWL is arranged is formed with a wiring thickness thicker than that of other metal wiring layers or a metal material having a lower resistance than other metal wiring layers. For example, when the other metal wiring layer is formed of an aluminum alloy, the metal wiring layer on which the write word line WWL is formed may be formed of a Cu (copper) wiring.

一方、リードワード線RWLは、メモリセルの高集積化を実現するために、アクセストランジスタATRのゲートと同一の配線層で、ポリシリコンやポリサイド構造によって形成される。実施の形態1においては、このように電気抵抗が高いリードワード線RWLを分割配置して配線長を短くし、ライトワード線WWLとの階層化によって行選択結果に応じたリードワード線RWLの活性化を行なうことにより、特に配線層数や配線数を増やすことなくリードワード線RWLにおける信号伝播遅延を低減する。これにより、メモリセルの高集積化を実現した上で、さらにデータ読出動作の高速化を図ることが可能となる。   On the other hand, read word line RWL is formed of polysilicon or polycide structure in the same wiring layer as the gate of access transistor ATR in order to realize high integration of memory cells. In the first embodiment, read word lines RWL having high electrical resistance are divided and arranged to shorten the wiring length, and the activation of read word lines RWL according to the row selection result by hierarchizing with write word lines WWL. As a result, the signal propagation delay in the read word line RWL is reduced without particularly increasing the number of wiring layers and the number of wirings. Thereby, it is possible to further increase the speed of the data read operation while realizing high integration of the memory cells.

図3は、メモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 3 is a timing chart for explaining data reading and data writing operations with respect to the memory array 10.

まず、データ書込時の動作について説明する。
ワード線ドライバ30は、行デコーダ20の行選択結果に応じて、選択行に対応するライトワード線WWLの電圧を選択状態(Hレベル)に駆動する。非選択行においては、ライトワード線WWLの電圧レベルは非選択状態(Lレベル:接地電圧Vss)のままである。
First, the operation at the time of data writing will be described.
The word line driver 30 drives the voltage of the write word line WWL corresponding to the selected row to the selected state (H level) according to the row selection result of the row decoder 20. In the non-selected row, the voltage level of the write word line WWL remains in the non-selected state (L level: ground voltage Vss).

データ書込時においては、制御信号WEがHレベルに活性化されるため、電流制御トランジスタ41−1〜41−nのターンオンに応じて、選択行に対応するライトワード線WWLにおいて、データ書込電流Ipが流れる。一方、制御信号SDはLレベルに非活性化されたままであるので、ライトワード線WWLが選択的にHレベルに駆動されても、各リードワード線RWLは活性化されることがない。   At the time of data writing, since control signal WE is activated to H level, data writing is performed on write word line WWL corresponding to the selected row in accordance with turn-on of current control transistors 41-1 to 41-n. A current Ip flows. On the other hand, since the control signal SD remains inactivated to the L level, even if the write word line WWL is selectively driven to the H level, each read word line RWL is not activated.

読出/書込制御回路50および60は、メモリアレイ10の両端におけるビット線BLの電圧を制御することによって、書込データのデータレベルに応じた方向のデータ書込電流を生じさせる。たとえば、“1”の記憶データを書込む場合には、読出/書込制御回路60側のビット線電圧を高電圧状態(電源電圧Vcc)に設定し、反対側の読出/書込制御回路50側のビット線電圧を低電圧状態(接地電圧Vss)に設定する。これによって、読出/書込制御回路60から50へ向かう方向にデータ書込電流+Iwがビット線BLを流れる。一方、“0”の記憶データを書込む場合には、読出/書込制御回路50側および60側のビット線電圧を高電圧状態(電源電圧Vcc)および低電圧状態(接地電圧Vss)にそれぞれ設定し、読出/書込制御回路50から60へ向かう方向にデータ書込電流−Iwがビット線BLを流れる。   Read / write control circuits 50 and 60 generate a data write current in a direction corresponding to the data level of the write data by controlling the voltage of bit line BL at both ends of memory array 10. For example, when writing storage data of “1”, the bit line voltage on the read / write control circuit 60 side is set to a high voltage state (power supply voltage Vcc), and the read / write control circuit 50 on the opposite side is set. The bit line voltage on the side is set to a low voltage state (ground voltage Vss). As a result, data write current + Iw flows through bit line BL in the direction from read / write control circuit 60 toward 50. On the other hand, when the stored data of “0” is written, the bit line voltages on the read / write control circuit 50 side and 60 side are set to the high voltage state (power supply voltage Vcc) and the low voltage state (ground voltage Vss), respectively. Data write current -Iw flows through bit line BL in the direction from read / write control circuit 50 to 60.

この際に、データ書込電流±Iwを各ビット線に流す必要はなく、読出/書込制御回路50および60は、列デコーダ25の列選択結果に応じて、選択列に対応する一部のビット線に対してデータ書込電流±Iwを選択的に流すように、上述したビット線BLの電圧を制御すればよい。   At this time, it is not necessary to pass the data write current ± Iw to each bit line, and the read / write control circuits 50 and 60 can select a part corresponding to the selected column according to the column selection result of the column decoder 25. The voltage of the bit line BL described above may be controlled so that the data write current ± Iw is selectively supplied to the bit line.

図4は、データ書込時におけるデータ書込電流とMTJメモリセルに生じる磁界の方向を説明する概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the data write current and the direction of the magnetic field generated in the MTJ memory cell during data write.

図4を参照して、データ書込時において、ライトワード線WWLには磁界H(WWL)を+Hx方向に生じさせるためのデータ書込電流Ipが流される。一方、ビット線BLには、書込まれるデータレベルに対応して磁界H(BL)を+Hy方向もしくは−Hy方向に生じさせるためのデータ書込電流+Iwもしくは−Iwの電流が流される。   Referring to FIG. 4, at the time of data writing, data write current Ip for generating magnetic field H (WWL) in the + Hx direction is supplied to write word line WWL. On the other hand, a data write current + Iw or −Iw for causing a magnetic field H (BL) in the + Hy direction or the −Hy direction corresponding to the data level to be written flows through the bit line BL.

これにより、磁界H(WWL)と磁界H(BL)との組合せによって、アステロイド特性線の外側領域に相当する磁界を発生させて、データレベルに応じた磁界の方向をMTJメモリセル中の自由磁気層VLに書込むことができる。   As a result, a magnetic field corresponding to the outer region of the asteroid characteristic line is generated by a combination of the magnetic field H (WWL) and the magnetic field H (BL), and the direction of the magnetic field according to the data level can be freely set in the MTJ memory cell. The magnetic layer VL can be written.

このように、データ書込時において、データレベル“1”,“0”に応じて、逆方向のデータ書込電流+Iwおよび−Iwのいずれか一方を選択し、ライトワード線WWLのデータ書込電流Ipをデータレベルに関係なく一定方向に固定することによって、ワード線電流制御回路40を、図2に示されるような電流制御トランジスタ41−1〜41−nのみで簡易に構成することができる。また、詳細は図示しないが、選択行に対応したライトワード線の電圧設定もデータレベルに関係なく一定とすることができるので、ワード線ドライバ30も簡易に構成することができる。   As described above, at the time of data writing, either one of the data write currents + Iw and −Iw in the reverse direction is selected according to the data levels “1” and “0”, and the data write of the write word line WWL is performed. By fixing the current Ip in a fixed direction regardless of the data level, the word line current control circuit 40 can be simply configured with only the current control transistors 41-1 to 41-n as shown in FIG. . Although not shown in detail, since the voltage setting of the write word line corresponding to the selected row can be made constant regardless of the data level, the word line driver 30 can also be configured easily.

次に、データ読出時の動作について説明する。
再び図3を参照して、データ読出時においても、ワード線ドライバ30は、行デコーダ20の行選択結果に応じて、選択行に対応するライトワード線WWLを選択状態(Hレベル)に駆動する。非選択行においては、ライトワード線WWLの電圧レベルは非選択状態(Lレベル:接地電圧Vss)のままである。
Next, the operation at the time of data reading will be described.
Referring to FIG. 3 again, even at the time of data reading, word line driver 30 drives write word line WWL corresponding to the selected row to the selected state (H level) according to the row selection result of row decoder 20. . In the non-selected row, the voltage level of the write word line WWL remains in the non-selected state (L level: ground voltage Vss).

データ読出時においては、制御信号WEはLレベルに非活性されたままであるので、電流制御トランジスタ41−1〜41−nはオフ状態を維持する。したがって、選択行においてもライトワード線WWLには、電流が流れない。一方、制御信号SDがHレベルに活性化されるため、サブドライバRSD11〜RSD2nは、選択行において対応するリードワード線RWLを選択状態(Hレベル)に活性化する。   At the time of data reading, since control signal WE remains inactive at L level, current control transistors 41-1 to 41-n maintain the off state. Accordingly, no current flows through the write word line WWL even in the selected row. On the other hand, since the control signal SD is activated to the H level, the sub-drivers RSD11 to RSD2n activate the corresponding read word line RWL to the selected state (H level) in the selected row.

データ読出動作前において、ビット線BLは、たとえば高電圧状態(電源電圧Vcc)にプリチャージされる。選択行においてリードワード線RWLがHレベルに活性化されると、対応するアクセストランジスタATRがターンオンする。これに応じて、MTJメモリセルにおいては、アクセストランジスタATRを経由して、ビット線BLから接地電圧Vssの間にセンス電流Isの電流経路が形成される。   Before the data read operation, bit line BL is precharged to, for example, a high voltage state (power supply voltage Vcc). When read word line RWL is activated to H level in the selected row, corresponding access transistor ATR is turned on. Accordingly, in the MTJ memory cell, a current path of the sense current Is is formed between the bit line BL and the ground voltage Vss via the access transistor ATR.

読出/書込制御回路50は、データ読出動作時において、ビット線BLに一定のセンス電流Isを供給する。一般的にセンス電流Isは、データ書込時のビット線電流±Iwよりは2桁程度小さい電流とされる。たとえば、データ書込時におけるデータ書込電流±Iwが10mAオーダの電流であるのに対し、センス電流Isは0.1mAオーダの電流とされる。したがって、実施の形態1の構成では、データ読出時においても選択行に対応するライトワード線WWLがHレベルに活性化されるものの、リードワード線RWLに電流は流されず、かつビット線に流れるセンス電流Isも小さい。したがって、データ読出時において誤ったデータ書込が実行されて、MTJメモリセルの記憶データが破壊される可能性は低い。   Read / write control circuit 50 supplies a constant sense current Is to bit line BL during the data read operation. Generally, the sense current Is is a current that is about two orders of magnitude smaller than the bit line current ± Iw at the time of data writing. For example, the data write current ± Iw at the time of data writing is a current of the order of 10 mA, while the sense current Is is a current of the order of 0.1 mA. Therefore, in the configuration of the first embodiment, even when data is read, write word line WWL corresponding to the selected row is activated to H level, but current does not flow to read word line RWL but flows to the bit line. The sense current Is is also small. Therefore, there is a low possibility that erroneous data writing is executed at the time of data reading and the stored data in the MTJ memory cell is destroyed.

このようなセンス電流Isにより、MTJメモリセルの記憶データのデータレベルに応じて異なる電圧降下がビット線BLに生じる。図3においては、一例として、記憶されるデータレベルが“1”である場合に、固定磁気層FLと自由磁気層VLとにおける磁界方向が揃うものとすると、記憶データが "1”である場合に、ビット線BLの電圧降下ΔV1は小さく、記憶データが "0”である場合のビット線BLの電圧降下ΔV2は、ΔV1よりも大きくなる。これらの電圧降下ΔV1およびΔV2の差を検知することによって、MTJメモリセルからデータを高速に読み出せる。   Due to such a sense current Is, a different voltage drop occurs in the bit line BL depending on the data level of the storage data of the MTJ memory cell. In FIG. 3, as an example, when the stored data level is “1” and the magnetic field directions in the fixed magnetic layer FL and the free magnetic layer VL are aligned, the stored data is “1”. In addition, the voltage drop ΔV1 of the bit line BL is small, and the voltage drop ΔV2 of the bit line BL when the stored data is “0” is larger than ΔV1. By detecting the difference between these voltage drops ΔV1 and ΔV2, data can be read from the MTJ memory cell at high speed.

図5は、ワード線ドライバ30の構成例を示す回路図である。
ワード線ドライバ30は、ライトワード線WWL1〜WWLnの各々に対応して設けられるインバータ31およびインバータ32を有する。各インバータ31は、制御信号WEに応答して動作する。一方、インバータ32は、制御信号WEの反転信号である/WEに応答して動作する。すなわち、インバータ31はデータ書込時において動作し、各インバータ32は、データ読出時において動作する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the word line driver 30.
The word line driver 30 has an inverter 31 and an inverter 32 provided corresponding to each of the write word lines WWL1 to WWLn. Each inverter 31 operates in response to the control signal WE. On the other hand, inverter 32 operates in response to / WE, which is an inverted signal of control signal WE. That is, inverter 31 operates at the time of data writing, and each inverter 32 operates at the time of data reading.

行デコーダ20は、ロウアドレスRAに応じて、ロウデコード信号RD1〜RDnのうち選択行に対応する1つをLレベルに活性化する。行デコーダ20は、さらに、サブドライバに伝達される制御信号SDを生成する。   Row decoder 20 activates one of row decode signals RD1-RDn corresponding to the selected row to L level in response to row address RA. The row decoder 20 further generates a control signal SD transmitted to the sub driver.

ロウデコード信号RD1〜RDnは、ワード線ドライバ30に伝達される。ワード線ドライバ30において、インバータ31およびインバータ32の各々は、対応するメモリセル行についてのロウデコード信号を受ける。たとえば、ライトワード線WWL1に対応して設けられるインバータ31およびインバータ32の各々は、ロウデコード信号RD1を受ける。インバータ31およびインバータ32は、伝達されるロウデコード信号がLレベルに活性化された場合に、対応するライトワード線WWLを選択状態(Hレベル)に活性化する。   Row decode signals RD1 to RDn are transmitted to word line driver 30. In word line driver 30, each of inverter 31 and inverter 32 receives a row decode signal for a corresponding memory cell row. For example, each of inverter 31 and inverter 32 provided corresponding to write word line WWL1 receives row decode signal RD1. Inverter 31 and inverter 32 activate corresponding write word line WWL to a selected state (H level) when the transmitted row decode signal is activated to L level.

データ読出時およびデータ書込時の両方において、選択行に対応するライトワード線WWLは選択状態(Hレベル)に活性化される。したがって、データ読出時においても、ライトワード線WWLを非選択状態(Lレベル)から選択状態(Hレベル)に活性化する過程において、ライトワード線WWLに過渡的な充電電流が流れる。もし、この過渡的な充電電流によって、図4に示したアステロイド特性曲線を超える領域の磁界を発生すれば、誤ったデータ書込動作が実行されてMTJメモリセルの記憶データが破壊される。一方、データ書込時においては、ライトワード線WWLに比較的大きなデータ書込電流Ipを流すことが必要である。   In both data reading and data writing, write word line WWL corresponding to the selected row is activated to a selected state (H level). Therefore, a transient charging current flows through the write word line WWL in the process of activating the write word line WWL from the non-selected state (L level) to the selected state (H level) even during data reading. If the transient charging current generates a magnetic field in a region exceeding the asteroid characteristic curve shown in FIG. 4, an erroneous data write operation is executed and the stored data in the MTJ memory cell is destroyed. On the other hand, at the time of data writing, it is necessary to pass a relatively large data write current Ip through write word line WWL.

したがって、ワード線ドライバ30においては、データ書込時において対応するライトワード線WWLに電流を供給するためのインバータ31と、データ読出時において対応するライトワード線WWLを充電するためのインバータ32とを独立に設ける。インバータ31の電流駆動能力は、データ書込電流Ipの電流量に応じて、インバータ32の電流駆動能力よりも大きく設定される。一方、インバータ32の電流駆動能力は、発生する磁界が図4のアステロイド特性線の内側領域となるように抑制される。   Therefore, word line driver 30 includes an inverter 31 for supplying current to the corresponding write word line WWL at the time of data writing and an inverter 32 for charging the corresponding write word line WWL at the time of data reading. Provide independently. The current drive capability of inverter 31 is set larger than the current drive capability of inverter 32 in accordance with the amount of data write current Ip. On the other hand, the current drive capability of the inverter 32 is suppressed so that the generated magnetic field is in the inner region of the asteroid characteristic line of FIG.

電流駆動能力の調整は、たとえばインバータ31および32を構成するMOSトランジスタのトランジスタサイズの設計によって行なうことができる。これにより、データ読出時における、MTJメモリセルの記憶データの破壊をさらに防止できる。   The current drive capability can be adjusted by designing the transistor size of the MOS transistors constituting inverters 31 and 32, for example. This can further prevent destruction of data stored in the MTJ memory cell during data reading.

図6は、ワード線ドライバ30の他の構成例を示す回路図である。
図6を参照して、ワード線ドライバ30は、ライトワード線WWL1〜WWLnの各々に対応して設けられるインバータ31と、インバータ31の動作電流を供給するためのP型MOSトランジスタ33および34とを有する。トランジスタ33および34は、インバータ33と電源電圧Vccとの間に並列に配置される。トランジスタ33のゲートには制御信号WEが入力され、トランジスタ34のゲートには制御信号WEの反転信号/WEが入力される。したがって、トランジスタ33はデータ書込時にオンし、トランジスタ34はデータ読出時に対応してオンする。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the word line driver 30.
Referring to FIG. 6, word line driver 30 includes an inverter 31 provided corresponding to each of write word lines WWL1 to WWLn, and P-type MOS transistors 33 and 34 for supplying an operating current of inverter 31. Have. Transistors 33 and 34 are arranged in parallel between inverter 33 and power supply voltage Vcc. A control signal WE is input to the gate of the transistor 33, and an inverted signal / WE of the control signal WE is input to the gate of the transistor 34. Therefore, transistor 33 is turned on at the time of data writing, and transistor 34 is turned on correspondingly at the time of data reading.

トランジスタ33の電流駆動能力は、図5におけるインバータ31と同様に設定される。一方、トランジスタ34の電流駆動能力は、図5におけるインバータ32と同様に設定される。このような構成とすることによっても、図5に示したワード線ドライバ30の場合と同様に、データ読出時におけるMTJメモリセルの記憶データの破壊をより確実に防止できる。さらに、図6に示すワード線ドライバ30は、図5に示されるワード線ドライバ30よりも少ないトランジスタ素子数で構成することができる。   The current drive capability of the transistor 33 is set similarly to the inverter 31 in FIG. On the other hand, the current drive capability of the transistor 34 is set similarly to the inverter 32 in FIG. Even with such a configuration, as in the case of the word line driver 30 shown in FIG. 5, destruction of data stored in the MTJ memory cell at the time of data reading can be prevented more reliably. Furthermore, the word line driver 30 shown in FIG. 6 can be configured with a smaller number of transistor elements than the word line driver 30 shown in FIG.

次に、MTJメモリセルの実施の形態1に従う構造について説明する。
メモリアレイ10におけるMTJメモリセルは、従来の技術で説明した図47と同一の構造に基づいて半導体基板上に形成することも可能である。しかし、以下においては、データ読出時においてもライトワード線WWLの活性化を行なってデータ読出の高速化を図る実施の形態1の構成に好適なMTJメモリセルの構造について説明する。
Next, the structure of the MTJ memory cell according to the first embodiment will be described.
The MTJ memory cell in the memory array 10 can also be formed on a semiconductor substrate based on the same structure as FIG. 47 described in the prior art. However, in the following, the structure of an MTJ memory cell suitable for the configuration of the first embodiment for activating the write word line WWL to increase the data reading speed even during data reading will be described.

図7は、半導体基板上に形成されたMTJメモリセルの実施の形態1に従う構造を説明する図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating a structure according to the first embodiment of an MTJ memory cell formed on a semiconductor substrate.

図7を参照して、図47と同様の構造に基づいて、半導体主基板SUB上にアクセストランジスタATRが形成されて、接地電圧Vssと結合される。また、リードワード線RWLも、図47と同様の構造に基づいて、アクセストランジスタATRのゲート130と同一の配線層にポリシリコンやポリサイド構造によって構成される。   Referring to FIG. 7, based on the same structure as that of FIG. 47, access transistor ATR is formed on semiconductor main substrate SUB and coupled to ground voltage Vss. Read word line RWL is also formed of polysilicon or a polycide structure on the same wiring layer as gate 130 of access transistor ATR, based on the same structure as in FIG.

一方、図47に示される構造とは異なり、磁気トンネル接合部MTJは、金属配線層M1およびM2の間に形成される。また、金属配線層M2にはビット線BLが形成され、金属配線層M3にはライトワード線WWLが形成される。このような構造とすることによって、磁気トンネル接合部MTJは、高さ方向においてリードワード線RWLとライトワード線WWLにはさまれるように配置される。   On the other hand, unlike the structure shown in FIG. 47, the magnetic tunnel junction MTJ is formed between the metal wiring layers M1 and M2. A bit line BL is formed in the metal wiring layer M2, and a write word line WWL is formed in the metal wiring layer M3. With this structure, the magnetic tunnel junction MTJ is disposed so as to be sandwiched between the read word line RWL and the write word line WWL in the height direction.

これにより、データ読出時において、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLを選択状態(Hレベル)に駆動するために過渡的に生じる充電電流I(WWL)およびI(RWL)によって、磁気トンネル接合部MTJにそれぞれ生じる磁界H(WWL)およびH(RWL)の方向を互いに打消しあう方向に設定することができる。この結果、MTJメモリセルの構成上からも、データ読出時の過渡状態における記憶データの破壊をさらに確実に防止することがができる。   As a result, at the time of data reading, the magnetic tunnel junction is generated by charging currents I (WWL) and I (RWL) transiently generated to drive write word line WWL and read word line RWL to the selected state (H level). The directions of the magnetic fields H (WWL) and H (RWL) generated in the MTJ can be set to cancel each other. As a result, it is possible to more reliably prevent the stored data from being destroyed in the transient state at the time of data reading from the configuration of the MTJ memory cell.

[実施の形態1の変形例1]
図8は、実施の形態1の変形例1に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。
[Variation 1 of Embodiment 1]
FIG. 8 is a diagram for describing a configuration of memory array 10 according to the first modification of the first embodiment.

図8を参照して、実施の形態1の変形例1においては、リードワード線RWLが独立して配置される領域AR1およびAR2のそれぞれに対応して、独立の制御信号SD1およびSD2が生成される。   Referring to FIG. 8, in the first modification of the first embodiment, independent control signals SD1 and SD2 are generated corresponding to regions AR1 and AR2 where read word line RWL is independently arranged. The

領域AR1中のサブドライバRSD11〜RSD1nは、制御信号SD1に応答して動作し、ライトワード線WWL1〜WWnの活性化に応じて対応するリードワード線RWL11〜RWL1nを活性化する。同様に、領域AR2中のサブドライバRSD21〜RSD2nは、制御信号SD2に応答して動作し、ライトワード線WWL1〜WWnの活性化に応じて対応するリードワード線RWL21〜RWL2nを活性化する。その他の部分の構成および動作は、実施の形態1と同様であるので説明は繰り返さない。   The sub-drivers RSD11 to RSD1n in the area AR1 operate in response to the control signal SD1, and activate the corresponding read word lines RWL11 to RWL1n according to the activation of the write word lines WWL1 to WWn. Similarly, the sub-drivers RSD21 to RSD2n in the area AR2 operate in response to the control signal SD2, and activate the corresponding read word lines RWL21 to RWL2n according to the activation of the write word lines WWL1 to WWn. Since the configuration and operation of other parts are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.

これにより、リードワード線RWLが分割配置される領域ごとに、メモリセルアクセスを独立して行なうことができる。この結果、データ読出時において不要なメモリセルに対するアクセスを行なわずにすむので、データ読出動作時における消費電流を低減し低消費電力化を図ることが可能となる。なお、実施の形態1の変形例1においては、制御信号SD1およびSD2の生成に列デコーダ25の列選択結果を反映する必要がある。したがって、列選択結果を行デコーダ20に伝達するか、もしくは制御信号SD1およびSD2を列デコーダ25によって直接生成すればよい。   Thereby, memory cell access can be performed independently for each region where read word line RWL is divided and arranged. As a result, it is not necessary to access an unnecessary memory cell at the time of data reading, so that the current consumption at the time of data reading operation can be reduced and the power consumption can be reduced. In the first modification of the first embodiment, it is necessary to reflect the column selection result of the column decoder 25 in the generation of the control signals SD1 and SD2. Therefore, the column selection result may be transmitted to the row decoder 20, or the control signals SD1 and SD2 may be directly generated by the column decoder 25.

[実施の形態1の変形例2]
図9は、実施の形態1の変形例2に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。
[Modification 2 of Embodiment 1]
FIG. 9 is a diagram for describing a configuration of memory array 10 according to the second modification of the first embodiment.

図9を参照して、実施の形態1の変形例2においては、読出/書込制御回路50および60が、領域AR1およびAR2ごとに分割配置される。具体的には、領域AR1に対応して、読出/書込制御回路50aおよび60aが配置され、領域AR2に対応して、読出/書込制御回路50bおよび60bが配置される。その他の部分の構成および動作は、実施の形態1の変形例1と同様であるので説明は繰り返さない。   Referring to FIG. 9, in the second modification of the first embodiment, read / write control circuits 50 and 60 are divided and arranged for each of areas AR1 and AR2. Specifically, read / write control circuits 50a and 60a are arranged corresponding to area AR1, and read / write control circuits 50b and 60b are arranged corresponding to area AR2. Since the configuration and operation of other parts are the same as in Modification 1 of Embodiment 1, description thereof will not be repeated.

このように、独立したリードワード線RWLが設けられる領域ごとに、読出/書込制御回路を配置することによって、これらの領域のそれぞれにおいて、データ読出およびデータ書込動作を独立して実行できる。たとえば、領域AR1においてデータ読出動作を実行し、これと並行して領域AR2においてデータ書込動作を実行することができる。この結果、連続的にメモリアクセスを実行する場合において、トータルでのメモリアクセスタイムをさらに低減することが可能になる。   Thus, by arranging the read / write control circuit for each region where independent read word line RWL is provided, data read and data write operations can be performed independently in each of these regions. For example, a data read operation can be executed in area AR1, and a data write operation can be executed in area AR2 in parallel with this. As a result, the total memory access time can be further reduced when memory access is continuously executed.

[実施の形態2]
図10は、本発明の実施の形態2に従うメモリアレイ10の構成を説明する図である。
[Embodiment 2]
FIG. 10 shows a configuration of memory array 10 according to the second embodiment of the present invention.

図10を参照して、実施の形態2においては、リードワード線RWLは、メインリードワード線MRWLと階層的に配置される。リードワード線RWLは、実施の形態1と同様に、領域AR1およびAR2に独立に、各メモリセル行ごとに配置される。したがって、メモリアレイ10全体では、リードワード線RWL11〜RWL1n,RWL21〜RWL2nが配置される。それぞれのリードワード線に対応して、サブドライバRSD11〜RSD1n,RSD21〜RSD2nが設けられる。   Referring to FIG. 10, in the second embodiment, read word line RWL is hierarchically arranged with main read word line MRWL. Read word line RWL is arranged for each memory cell row independently of regions AR1 and AR2, as in the first embodiment. Therefore, in the entire memory array 10, read word lines RWL11 to RWL1n, RWL21 to RWL2n are arranged. Corresponding to each read word line, sub-drivers RSD11 to RSD1n, RSD21 to RSD2n are provided.

メインリードワード線MRWLは、領域AR1およびAR2に共通に、列方向に沿って設けられる。メインリードワード線MRWLは、L個(L:自然数)のメモリセル行ごとに配置される。これにより、各リードワード線RWLは、メインリードワード線MRWL1〜MRWLj(j=n/Lで示される自然数)のうちのいずれか1本ずつと対応付けられる。   Main read word line MRWL is provided along the column direction in common to regions AR1 and AR2. The main read word line MRWL is arranged for every L (L: natural number) memory cell rows. Thus, each read word line RWL is associated with one of the main read word lines MRWL1 to MRWLj (j = n / L is a natural number).

図9には、一例としてL=4の場合、すなわち4個のメモリセル行ごとに1本のメインリードワード線MRWLが配置される構成を示している。このように、複数のメモリセル行ごとにメインリードワード線MRWLを配置することによって、メインリードワード線MRWLの本数を、各メモリセル行ごとに配置されるライトワード線WWLの1/Lに削減することができる。この結果、メインリードワード線MRWLを、新たな金属配線層を設けることなく既存の金属配線層を共有して、低抵抗配線として半導体基板上に形成することが可能となる。   FIG. 9 shows, as an example, a configuration in which L = 4, that is, one main read word line MRWL is arranged for every four memory cell rows. In this way, by arranging the main read word line MRWL for each of a plurality of memory cell rows, the number of main read word lines MRWL is reduced to 1 / L of the write word line WWL arranged for each memory cell row. can do. As a result, the main read word line MRWL can be formed on the semiconductor substrate as a low resistance wiring by sharing the existing metal wiring layer without providing a new metal wiring layer.

1本のメインリードワード線MRWLと対応付けられる4個のメモリセル行のうちから1個を選択する動作は、4ビットの制御信号SD1〜SD4によって実行される。制御信号SD1〜SD4は、ロウアドレスRAに基づいて、たとえば行デコーダ20によって生成される。制御信号SD1〜SD4は、サブドライバRSD11〜RSD1n,RSD21〜RSD2nの各々に伝達される。各サブドライバは、対応するメインリードワード線MRWLが選択状態に活性化されると、制御信号SD1〜SD4に応じて、対応する4本(L本)のリードワード線RWLのうちの1本を選択的に活性化する。   The operation of selecting one of the four memory cell rows associated with one main read word line MRWL is executed by 4-bit control signals SD1 to SD4. The control signals SD1 to SD4 are generated by the row decoder 20, for example, based on the row address RA. Control signals SD1 to SD4 are transmitted to sub-drivers RSD11 to RSD1n and RSD21 to RSD2n, respectively. When the corresponding main read word line MRWL is activated in the selected state, each sub-driver drives one of the corresponding four (L) read word lines RWL in response to the control signals SD1 to SD4. Activate selectively.

このように、リードワード線RWLを分割して短配線化し、金属配線で形成される抵抗値の小さいメインリードワード線MRWLと階層化することにより、実施の形態1と同様に、リードワード線RWLにおける信号伝播遅延を低減して、データ読出を高速化することができる。   In this way, the read word line RWL is divided into short wiring lines and hierarchized with the main read word line MRWL having a small resistance value formed of a metal wiring, so that the read word line RWL is the same as in the first embodiment. Can reduce the signal propagation delay and speed up data reading.

また、実施の形態2の構成においては、データ読出時とデータ書込時とにおけるリードワード線RWLおよびライトワード線WWLの活性化の制御を互いに独立に行なうことができる。この結果、ワード線電流制御回路40においては、ライトワード線WWL1〜WWLnの各々を接地電圧Vssと結合すればよく、実施の形態1で示したような電流制御トランジスタ41−1〜41−nを設ける必要がない。実施の形態2に従う構成においては、ライトワード線WWLは、データ読出時には活性化されることはなく、データ書込時のみに活性化される。したがって、ライトワード線WWLの活性化時においては、常にデータ書込電流Ipを流すことができ、データ書込電流Ipが流れる電流経路の形成/遮断を制御する必要がなくなるからである。このように、ワード線電流制御回路40の構成を簡略化することも可能となる。   In the configuration of the second embodiment, activation control of read word line RWL and write word line WWL can be performed independently of each other during data reading and data writing. As a result, in the word line current control circuit 40, each of the write word lines WWL1 to WWLn has only to be coupled to the ground voltage Vss, and the current control transistors 41-1 to 41-n as shown in the first embodiment are connected. There is no need to provide it. In the configuration according to the second embodiment, write word line WWL is not activated at the time of data reading, but is activated only at the time of data writing. Therefore, when write word line WWL is activated, data write current Ip can always flow, and it is not necessary to control formation / cutoff of a current path through which data write current Ip flows. Thus, the configuration of the word line current control circuit 40 can be simplified.

図11、12および13は、メインリードワード線MRWLの配置の第1、第2および第3の例をそれぞれ説明する構造図である。   11, 12 and 13 are structural diagrams illustrating first, second and third examples of the arrangement of main read word lines MRWL, respectively.

図11を参照して、アクセストランジスタATR、ビット線BL、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLは、図47と同様の構造で配置される。メインリードワード線MRWLは、ライトワード線WWLと同一の金属配線層M2に配置される。   Referring to FIG. 11, access transistor ATR, bit line BL, write word line WWL, and read word line RWL are arranged in the same structure as in FIG. The main read word line MRWL is arranged in the same metal wiring layer M2 as the write word line WWL.

図12を参照して、アクセストランジスタATR、ビット線BL、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLは、図7と同様の構造で配置される。メインリードワード線MRWLは、ライトワード線WWLと同一の金属配線層M3に配置される。   Referring to FIG. 12, access transistor ATR, bit line BL, write word line WWL, and read word line RWL are arranged in the same structure as in FIG. The main read word line MRWL is arranged in the same metal wiring layer M3 as the write word line WWL.

図11および図12に示したように、複数のメモリセル行ごとに配置されるメインリードワード線MRWLは本数が少ないので、ライトワード線WWLと同一の金属配線層に配置することができる。これにより、メインリードワード線MRWLを、新たな金属配線層を設けることなく既存の金属配線層を共有して半導体基板上に形成することができる。   As shown in FIGS. 11 and 12, since the number of main read word lines MRWL arranged for each of the plurality of memory cell rows is small, they can be arranged on the same metal wiring layer as that of write word line WWL. Thereby, the main read word line MRWL can be formed on the semiconductor substrate while sharing the existing metal wiring layer without providing a new metal wiring layer.

図13を参照して、メインリードワード線MRWLは本数が少ないので、MTJメモリセル内において層間結合に使用される金属配線層M1に配置することも可能である。このような構造としても、新たな金属配線層を設けることなくメインリードワード線MRWLを配置することが可能である。   Referring to FIG. 13, since the number of main read word lines MRWL is small, they can be arranged in metal wiring layer M1 used for interlayer coupling in the MTJ memory cell. Even with such a structure, the main read word line MRWL can be arranged without providing a new metal wiring layer.

[実施の形態3]
図14は、実施の形態3に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。
[Embodiment 3]
FIG. 14 is a diagram for illustrating a configuration of memory array 10 according to the third embodiment.

図14を参照して、実施の形態3においては、メモリアレイ10においてリードワード線とライトワード線とが共通のワード線RWWLによって形成される。すなわち、実施の形態3に従うメモリアレイ10においては、各メモリセル行ごとにワード線RWWL1〜RWWLnが配置され、ワード線RWWLは、データ読出およびデータ書込に共用される。ワード線電流制御回路40は、ワード線RWWL1〜RWWLnのそれぞれに対応して電流制御トランジスタ41−1〜41−nを有する。   Referring to FIG. 14, in the third embodiment, in the memory array 10, the read word line and the write word line are formed by a common word line RWWL. That is, in memory array 10 according to the third embodiment, word lines RWWL1 to RWWLn are arranged for each memory cell row, and word line RWWL is shared for data reading and data writing. The word line current control circuit 40 includes current control transistors 41-1 to 41-n corresponding to the word lines RWWL1 to RWWLn, respectively.

図15は、実施の形態3に従うワード線の配置を示す構造図である。
図15を参照して、ワード線RWWLは、低抵抗材料で形成されたアクセストランジスタATRのゲート130と同一層に金属配線として配置される。アクセストランジスタATRのゲートを形成する低抵抗材料としては、たとえばタングステン等のメタル材料を用いることができる。これにより、従来のMTJメモリセルの構造と比較して、ライトワード線WWLが従来配置されていた金属配線層(図47における金属配線層M2)を省略することができる。これにより、金属配線層数を削減することが可能になる。
FIG. 15 is a structural diagram showing an arrangement of word lines according to the third embodiment.
Referring to FIG. 15, word line RWWL is arranged as a metal wiring in the same layer as gate 130 of access transistor ATR formed of a low resistance material. As a low resistance material for forming the gate of access transistor ATR, for example, a metal material such as tungsten can be used. Thereby, compared with the structure of the conventional MTJ memory cell, the metal wiring layer (metal wiring layer M2 in FIG. 47) in which the write word line WWL is conventionally arranged can be omitted. Thereby, the number of metal wiring layers can be reduced.

図16は、実施の形態3に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 16 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the third embodiment.

図16を参照して、データ書込動作時とデータ読出動作時の両方において、選択行に対応するワード線RWWLの電圧は、選択状態(Hレベル)に活性化される。しかし、電流制御トランジスタ41−1〜41−nを制御信号WEに応答して動作させるので、ワード線RWWLに対しては、データ書込時のみ電流を流すことができる。   Referring to FIG. 16, in both the data write operation and the data read operation, the voltage of word line RWWL corresponding to the selected row is activated to the selected state (H level). However, since current control transistors 41-1 to 41-n are operated in response to control signal WE, a current can be supplied to word line RWWL only during data writing.

このように、図16におけるワード線RWWLのデータ書込時における電圧波形は、図3に示されるデータ書込時のライトワード線WWLの電圧波形に等しく、データ読出時における電圧波形は、図3に示されるリードワード線RWLの電圧波形に等しい。また、ワード線RWWLの電流波形は、図3に示されるライトワード線WWLの電流波形と等しい。これにより、ワード線RWWLを用いて、実施の形態1と同様のデータ読出およびデータ書込をMTJメモリセルで構成されるメモリアレイ10に対して実行することができる。   Thus, the voltage waveform at the time of data writing of word line RWWL in FIG. 16 is equal to the voltage waveform of write word line WWL at the time of data writing shown in FIG. 3, and the voltage waveform at the time of data reading is shown in FIG. Is equal to the voltage waveform of the read word line RWL shown in FIG. The current waveform of the word line RWWL is equal to the current waveform of the write word line WWL shown in FIG. Thus, data reading and data writing similar to those in the first embodiment can be performed on memory array 10 formed of MTJ memory cells using word line RWWL.

ワード線RWWLは、金属配線であるため抵抗値が小さい。このため、データ書込時においてデータ書込電流Ipを確保することができる。また、データ読出時においても高速に充電されて選択状態(Hレベル)に変化するため、信号伝搬遅延も小さい。   Since the word line RWWL is a metal wiring, its resistance value is small. Therefore, data write current Ip can be ensured during data writing. In addition, the signal propagation delay is also small since the data is charged at high speed and changes to the selected state (H level) during data reading.

このように、アクセストランジスタATRのゲートを低抵抗材料で形成し、同一層にリードワード線RWLおよびライトワード線WWLとして共用されるワード線を低抵抗の金属配線として設けることによって、データ読出動作の高速化とともに、金属配線層数の削減による集積度の向上が可能となる。   In this way, the gate of the access transistor ATR is formed of a low resistance material, and the word line shared as the read word line RWL and the write word line WWL is provided as a low resistance metal wiring in the same layer, thereby enabling a data read operation. Along with speeding up, the degree of integration can be improved by reducing the number of metal wiring layers.

[実施の形態3の変形例1]
図17は、実施の形態3の変形例1に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。
[Modification 1 of Embodiment 3]
FIG. 17 is a diagram for describing a configuration of memory array 10 according to the first modification of the third embodiment.

図17を参照して、実施の形態3の変形例1に従うメモリアレイ10においては、アクセストランジスタATRのゲートを低抵抗材料を用いずに形成した場合においても、リードワード線を階層化することなくデータ読出動作の高速化が可能な構成を示している。   Referring to FIG. 17, in memory array 10 according to the first modification of the third embodiment, the read word line is not hierarchized even when the gate of access transistor ATR is formed without using a low-resistance material. 2 shows a configuration capable of speeding up data reading operation.

図17を参照して、各メモリセル行に対応してリードワード線RWLおよびライトワード線WWLとが、行方向に沿って配置される。メモリアレイ10全体としては、リードワード線RWL1〜RWLnおよびライトワード線WWL1〜WWLnが配置される。   Referring to FIG. 17, a read word line RWL and a write word line WWL are arranged along the row direction corresponding to each memory cell row. In the entire memory array 10, read word lines RWL1 to RWLn and write word lines WWL1 to WWLn are arranged.

実施の形態3の変形例1においては、アクセストランジスタATRのゲートは、実施の形態1および2と同様にポリシリコン等で形成されるものとする。これに応じて、リードワード線RWLは、アクセストランジスタATRのゲートと同一配線層にポリシリコン等で形成される。一方、ライトワード線WWLは、データ書込時に必要な磁界を生じさせるために十分なデータ書込電流Ipを流すためにたとえば銅やアルミ合金などの低抵抗材料によって金属配線層に形成される。   In the first modification of the third embodiment, it is assumed that the gate of access transistor ATR is formed of polysilicon or the like as in the first and second embodiments. Accordingly, read word line RWL is formed of polysilicon or the like on the same wiring layer as the gate of access transistor ATR. On the other hand, write word line WWL is formed in the metal wiring layer by a low resistance material such as copper or aluminum alloy in order to flow a data write current Ip sufficient to generate a magnetic field necessary for data writing.

各メモリセル行に対応する1組のリードワード線RWLとライトワード線WWLとは、少なくとも1つの接続ノードにおいて電気的に結合される。たとえば、リードワード線RWL1は、接続ノードNcを含む少なくとも1つのノードにおいて、ライトワード線WWL1と結合される
これにより、リードワード線RWLを活性化する場合においても、低抵抗材料で形成されるライトワード線WWLによってシャントすることによって、リードワード線RWLの実効的な配線抵抗を低減させることができる。すなわち、リードワード線RWLを非選択状態(Lレベル)から選択状態(Hレベル)へ活性化する場合において、リードワード線RWLとライトワード線WWLとが並列接続された全体のワード線を充電すればよいこととなるため、リードワード線RWLの実効的な配線抵抗を低減することができる。これにより、リードワード線RWLにおける信号伝播遅延を抑制して、データ読出を高速化できる。
A set of read word line RWL and write word line WWL corresponding to each memory cell row is electrically coupled at at least one connection node. For example, the read word line RWL1 is coupled to the write word line WWL1 in at least one node including the connection node Nc. Accordingly, even when the read word line RWL is activated, the write word line RWL1 is formed of a low resistance material. By shunting with the word line WWL, the effective wiring resistance of the read word line RWL can be reduced. That is, when the read word line RWL is activated from the non-selected state (L level) to the selected state (H level), the entire word line in which the read word line RWL and the write word line WWL are connected in parallel is charged. Therefore, the effective wiring resistance of the read word line RWL can be reduced. As a result, the signal propagation delay in the read word line RWL can be suppressed, and the data read speed can be increased.

図18は、実施の形態3の変形例1におけるデータ読出動作およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 18 is a timing chart illustrating a data read operation and a data write operation in the first modification of the third embodiment.

図18を参照して、データ書込動作時およびデータ読出動作時の両方において、電気的に結合されたリードワード線RWLと、ライトワード線WWLとの電圧波形は等しくなる。これらのワード線の電圧波形は、図16で説明したワード線RWWLの電圧波形と等しいので説明は繰返さない。   Referring to FIG. 18, the voltage waveforms of electrically coupled read word line RWL and write word line WWL are equal in both the data write operation and the data read operation. Since the voltage waveform of these word lines is equal to the voltage waveform of word line RWWL described with reference to FIG. 16, description thereof will not be repeated.

また、リードワード線RWLの抵抗値はライトワード線WWLの抵抗値と比較してかなり大きいので、ライトワード線WWLの電流についても、図16の場合とほぼ同様に設定することができ、データ書込時のデータ書込電流Ipを確保することができる。同様に、データ書込時にリードワード線RWLに生じる電流Ip´は、データ書込電流Ipと比較してかなり小さい値となるので、この電流Ip´がデータ書込に悪影響を与えることはない。   In addition, since the resistance value of the read word line RWL is considerably larger than the resistance value of the write word line WWL, the current of the write word line WWL can be set in substantially the same manner as in FIG. The data write current Ip at the time of loading can be secured. Similarly, current Ip ′ generated in read word line RWL at the time of data writing has a considerably smaller value than data write current Ip, so that current Ip ′ does not adversely affect data writing.

一方、データ読出時においては、制御信号WEに応答して、電流制御トランジスタ41-1〜41−nがオフするので、ライトワード線WWおよびリードワード線RWLの両方について、図16のワード線RWWLと同様に電流は流れない。   On the other hand, at the time of data reading, current control transistors 41-1 to 41-n are turned off in response to control signal WE. Therefore, for both write word line WW and read word line RWL, word line RWWL in FIG. As with, no current flows.

これにより、実施の形態1、2および3で説明したのと同様なデータ読出動作およびデータ書込動作を、MTJメモリセルで構成されるメモリアレイ10に対して実行することができる。   As a result, the same data read operation and data write operation as described in the first, second and third embodiments can be performed on memory array 10 formed of MTJ memory cells.

[実施の形態3の変形例2]
図19は、実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。
[Modification 2 of Embodiment 3]
FIG. 19 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 according to the second modification of the third embodiment.

図19を参照して、実施の形態3の変形例2においては、図17の構成と比較してリーク電流遮断回路70がさらに配置される。リーク電流遮断回路70は、m個のメモリセル列に対応して、それぞれ設けられる電流遮断トランジスタ71−1〜71−mをさらに備える点で異なる。電流遮断トランジスタ71−1〜71−mの各々は、対応するメモリセル列に属するMTJメモリセル中のアクセストランジスタATRのソースと接地電位Vssとの間に結合される。電流遮断トランジスタ71−1〜71−mのゲートには、制御信号WC1〜WCmがそれぞれ入力される。なお、以下において、これらの電流遮断トランジスタを総称する場合には、単に符号71を用いて表記するものとする。   Referring to FIG. 19, in the second modification of the third embodiment, a leakage current cutoff circuit 70 is further arranged as compared with the configuration of FIG. Leakage current cut-off circuit 70 is different in that it further includes current cut-off transistors 71-1 to 71-m provided corresponding to m memory cell columns, respectively. Each of current cut-off transistors 71-1 to 71-m is coupled between the source of access transistor ATR in the MTJ memory cell belonging to the corresponding memory cell column and ground potential Vss. Control signals WC1 to WCm are input to the gates of the current cutoff transistors 71-1 to 71-m, respectively. In the following, when these current cut-off transistors are generically referred to, they are simply indicated by reference numeral 71.

再び図17を参照して、実施の形態3の変形例1に従う構成の下では、リードワード線RWLとライトワード線WWLとが電気的に結合されるため、データ書込時においても、MTJメモリセルMC中のアクセストランジスタATRがターンオンする。アクセストランジスタATRのソース端子は、接地電圧Vssに結合されているので、データ書込時において、ビット線BL(データ書込電流±Iw)〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセストランジスタATR〜接地電圧Vssのリーク電流経路が形成されてしまう。リーク電流によって、無用の消費電力が生じてしまう。   Referring to FIG. 17 again, under the configuration according to the first modification of the third embodiment, read word line RWL and write word line WWL are electrically coupled, so that even when data is written, MTJ memory The access transistor ATR in the cell MC is turned on. Since the source terminal of access transistor ATR is coupled to ground voltage Vss, at the time of data writing, bit line BL (data write current ± Iw) to magnetic tunnel junction MTJ to access transistor ATR to ground voltage Vss A leakage current path is formed. The leakage current causes unnecessary power consumption.

再び図19を参照して、リーク電流遮断回路70は、それぞれのビット線に対応して設けられた電流遮断トランジスタ71−1〜71−nのうちのデータ書込の対象となるメモリセル列に対応する部分をターンオフする。これにより、図17を用いて説明したデータ書込時におけるリーク電流経路を遮断して、無用な電力消費の発生を回避できる。なお、電流遮断トランジスタ71−1〜71−nをオフしても、ビット線BLおよびライトワード線WWLを流れる電流には影響がないため、データ書込動作は正常に行なえる。   Referring again to FIG. 19, leak current cut-off circuit 70 is connected to the memory cell column to be subjected to data writing among current cut-off transistors 71-1 to 71-n provided corresponding to the respective bit lines. Turn off the corresponding part. Thereby, the leakage current path at the time of data writing described with reference to FIG. 17 is cut off, and unnecessary power consumption can be avoided. Note that even if the current cut-off transistors 71-1 to 71-n are turned off, the current flowing through the bit line BL and the write word line WWL is not affected, so that the data write operation can be performed normally.

図20は、実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 20 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the second modification of the third embodiment.

図20を参照して、制御信号WC1〜WCmを総称的にWCで示すと、制御信号WCは、データ書込動作時においてデータ書込の対象となるメモリセル列に対応してLレベルに設定される。これに応答して、対応する電流遮断トランジスタがターンオフして、アクセストランジシスタATRのソースと接地電圧Vssとを切り離す。この結果、データ書込の対象となるMTJメモリセルにおいて、無用のリーク電流が生ずることを回避できる。   Referring to FIG. 20, when control signals WC1 to WCm are generically indicated by WC, control signal WC is set at the L level corresponding to the memory cell column to which data is to be written during the data write operation. Is done. In response to this, the corresponding current cut-off transistor is turned off to disconnect the source of the access transistor ATR from the ground voltage Vss. As a result, it is possible to avoid occurrence of unnecessary leakage current in the MTJ memory cell that is the target of data writing.

一方、上記のデータ書込時以外においては、制御信号WCを各電流遮断トランジスタに対応してHレベルに設定する。これにより、データ読出時において、各MTJメモリセル中のアクセストランジスタATRのソース電圧は、接地電圧Vssに設定される。これにより、MTJメモリセルで構成されるメモリアレイ10に対するデータ読出は、実施の形態1から実施の形態3において説明したのと同様に正常に実行することができる。   On the other hand, except at the time of data writing, control signal WC is set to H level corresponding to each current cutoff transistor. Thus, at the time of data reading, the source voltage of access transistor ATR in each MTJ memory cell is set to ground voltage Vss. As a result, data reading from the memory array 10 composed of MTJ memory cells can be executed normally as described in the first to third embodiments.

次に、ライトワード線WWLによってシャントされたリードワード線RWLを有するMTJメモリセルの構造について説明する。   Next, the structure of the MTJ memory cell having the read word line RWL shunted by the write word line WWL will be described.

図21は、半導体基板上に配置された実施の形態3の変形例1および2に従うMTJメモリセルの構造図である。   FIG. 21 is a structural diagram of an MTJ memory cell according to the first and second modifications of the third embodiment arranged on a semiconductor substrate.

図21を参照して、半導体主基板SUB上に形成されたアクセストランジスタATRのソース/ドレイン領域110に相当するn型領域は、直接接地電圧Vssと結合される。たとえば、同一のメモリセル行もしくはメモリセル列に属するMTJメモリセルについて、ソース/ドレイン領域110に相当するn型領域同士を電気的に結合し、一括して接地電圧Vssと結合することによって、効率的な配置が実現される。   Referring to FIG. 21, an n-type region corresponding to source / drain region 110 of access transistor ATR formed on semiconductor main substrate SUB is directly coupled to ground voltage Vss. For example, for MTJ memory cells belonging to the same memory cell row or memory cell column, n-type regions corresponding to the source / drain regions 110 are electrically coupled to each other and collectively coupled to the ground voltage Vss. Arrangement is realized.

ライトワード線WWLおよびビット線BLは、第1および第2の金属配線層M1およびM2にそれぞれ配置される。ビット線BLは、磁気トンネル接合部MTJと電気的に結合される。磁気トンネル接合部MTJは、バリアメタル140および金属膜150を介して、アクセストランジスタATRのソース/ドレイン領域120と電気的に結合される。   Write word line WWL and bit line BL are arranged in first and second metal interconnection layers M1 and M2, respectively. Bit line BL is electrically coupled to magnetic tunnel junction MTJ. Magnetic tunnel junction MTJ is electrically coupled to source / drain region 120 of access transistor ATR via barrier metal 140 and metal film 150.

ライトワード線WWLは、アクセストランジスタATRのゲート130と同一層に設けられたリードワード線RWLと、少なくとも1つの接続ノードにおいて、コンタクトホールに形成された金属膜155によって電気的に結合される。   Write word line WWL is electrically coupled to read word line RWL provided in the same layer as gate 130 of access transistor ATR by metal film 155 formed in the contact hole at at least one connection node.

このように、高抵抗のリードワード線RWLを低抵抗材料で形成されるライトワード線WWLでシャントすることによって高速にデータ読出可能なMTJメモリセルを、2層の金属配線層を用いた簡単な縦構造を用いて、半導体基板上に形成することができる。   As described above, an MTJ memory cell capable of reading data at high speed by shunting a high-resistance read word line RWL with a write word line WWL formed of a low-resistance material is a simple configuration using two metal wiring layers. A vertical structure can be used to form a semiconductor substrate.

[実施の形態3の変形例3]
図19においては、実施の形態3の変形例1に従うメモリアレイ10において、データ書込時における無用なリーク電流の発生を回避する構成を示したが、同様のリーク電流は、共通のワード線RWWLを有する実施の形態3に従うメモリアレイ10においても発生する。
[Modification 3 of Embodiment 3]
In FIG. 19, in memory array 10 according to the first modification of the third embodiment, a configuration is shown in which generation of unnecessary leakage current at the time of data writing is avoided, but similar leakage current is caused by common word line RWWL. This also occurs in memory array 10 according to the third embodiment having the following.

図22は、実施の形態3の変形例3に従うメモリアレイ10の構成を説明するための図である。   FIG. 22 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 according to the third modification of the third embodiment.

図22を参照して、図15に示された実施の形態3に従う、ワード線RWWLがメモリセルの各行に対応して配置されるメモリアレイ10の構成に加えて、図19と同様のリーク電流遮断回路70がさらに配置される。リーク電流遮断回路70は、m個のメモリセル列にそれぞれ対応して設けられる電流遮断トランジスタ71−1〜71−mを含む。電流遮断トランジスタ71−1〜71−mのゲートには、制御信号WC1〜WCmがそれぞれ入力される。制御信号WC1〜WCmの設定は、すでに図20で説明したとおりであるので説明は繰り返さない。   Referring to FIG. 22, in addition to the configuration of memory array 10 in which word line RWWL is arranged corresponding to each row of memory cells according to the third embodiment shown in FIG. 15, leakage current similar to FIG. A blocking circuit 70 is further arranged. Leakage current cut-off circuit 70 includes current cut-off transistors 71-1 to 71-m provided corresponding to m memory cell columns, respectively. Control signals WC1 to WCm are input to the gates of the current cutoff transistors 71-1 to 71-m, respectively. Setting of control signals WC1 to WCm has already been described with reference to FIG. 20, and therefore description thereof will not be repeated.

ワード線RWWLを配置する構成においても、データ書込時においてアクセストランジスタATRがターンオンするので、ビット線BL〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセストランジスタATR〜接地電圧Vssのリーク電流経路が形成されると、無用な電流が消費されてしまう。   Even in the configuration in which word line RWWL is arranged, access transistor ATR is turned on at the time of data writing. Therefore, when a leakage current path from bit line BL to magnetic tunnel junction MTJ to access transistor ATR to ground voltage Vss is formed, Useless current is consumed.

したがって、実施の形態3の変形例2で説明したのと同様に、データ書込時において、電流遮断トランジスタ71−1〜71−mのうちデータ書込の対象となるメモリセル列に対応する部分をターンオフする。これにより、同様に、データ書込時におけるリーク電流経路を遮断して、無用な電力消費の発生を回避することができる。   Therefore, in the same manner as described in the second modification of the third embodiment, a portion corresponding to a memory cell column to be subjected to data writing among current cutoff transistors 71-1 to 71-m at the time of data writing. To turn off. Thus, similarly, the leakage current path at the time of data writing can be cut off, and unnecessary power consumption can be avoided.

[実施の形態4]
図23は、本発明の実施の形態4に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。
[Embodiment 4]
FIG. 23 is a diagram for describing a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to the fourth embodiment of the present invention.

図23を参照して、実施の形態4に従う構成においては、図19に示した、実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10の構成に加えて、ビット線BL1〜BLmに共通に設けられる、データバスDBおよびデータ読出回路51がさらに配置される。データ読出回路51は、データ読出時において、センス電流IsをデータバスDBに対して供給する。   Referring to FIG. 23, the configuration according to the fourth embodiment is provided in common to bit lines BL1 to BLm in addition to the configuration of memory array 10 according to the second modification of the third embodiment shown in FIG. A data bus DB and a data read circuit 51 are further arranged. Data read circuit 51 supplies sense current Is to data bus DB during data read.

さらに、ビット線BL1〜BLmの一端とデータバスDBとの間には、コラム選択ゲートがそれぞれ配置される。コラム選択ゲートCSG1,CSG2,…は、列デコーダ25による列選択結果に応答してオン/オフする。以下においては、コラム選択ゲートCSG,CSG2,…を総称して、単にコラム選択ゲートCSGとも称する。   Further, column selection gates are arranged between one ends of the bit lines BL1 to BLm and the data bus DB, respectively. Column selection gates CSG1, CSG2,... Are turned on / off in response to a column selection result by the column decoder 25. In the following, the column selection gates CSG, CSG2,... Are collectively referred to simply as column selection gates CSG.

したがって、列選択結果に対応するメモリセル列において、対応するビット線BLとデータバスDBとがコラム選択ゲートCSGを介して電気的に結合される。   Therefore, in the memory cell column corresponding to the column selection result, corresponding bit line BL and data bus DB are electrically coupled via column selection gate CSG.

その他の部分の構成は、図19に示した実施の形態3の変形例2に従うメモリアレイ10と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。   Since the structure of the other parts is the same as that of memory array 10 according to the second modification of the third embodiment shown in FIG. 19, detailed description will not be repeated.

また、各メモリセル列において、アクセストランジスタATRのソースと電気的に結合される配線をソース線SLと総称することとする。すなわち、メモリアレイ10全体においては、メモリセル列のそれぞれに対応して、電流遮断トランジスタ71−1〜71−mをそれぞれ介して接地電圧Vssを電気的に結合される、ソース線SL1〜SLmが設けられる。   In each memory cell column, the wiring electrically coupled to the source of access transistor ATR is generically referred to as source line SL. That is, in the entire memory array 10, source lines SL1 to SLm that are electrically coupled to the ground voltage Vss through the current blocking transistors 71-1 to 71-m are provided corresponding to the memory cell columns, respectively. Provided.

図24は、実施の形態4に従うメモリアレイ10に対するデータ読出およびデータ書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 24 is a timing chart illustrating data reading and data writing operations for memory array 10 according to the fourth embodiment.

図24を参照して、データ書込時におけるビット線BL、ライトワード線WWLおよびリードワード線の電圧および電流の設定は、データ書込時以外におけるビット線BLの電圧レベルが電源電圧Vccではなく接地電圧Vssに設定される点以外は、図20と同様であるので詳細な説明は繰返さない。   Referring to FIG. 24, the voltages and currents of bit line BL, write word line WWL and read word line at the time of data writing are set such that the voltage level of bit line BL at other than the time of data writing is not power supply voltage Vcc. Except for the fact that it is set to the ground voltage Vss, it is the same as FIG. 20, and therefore detailed description will not be repeated.

図23においては、データ読出に関連する回路、すなわちデータバスDBおよびデータ読出回路51によるセンス電流Isの供給のみを図示したが、ビット線BL1〜BLmの他端のそれぞれを、データバスDBと対をなすデータバス/DBと結合し、データバスDBおよび/DBの電圧レベルを、高電圧状態(Vcc)、低電圧状態(Vss)の一方ずつに設定することによって、実施の形態1から3において説明したデータ書込電流±Iwを同様に流して、同様のデータ書込動作を実行することができる。   In FIG. 23, only the circuit related to data reading, that is, supply of the sense current Is by the data bus DB and the data reading circuit 51 is shown, but the other ends of the bit lines BL1 to BLm are paired with the data bus DB. In the first to third embodiments, the voltage levels of data buses DB and / DB are set to one of a high voltage state (Vcc) and a low voltage state (Vss). The same data write operation can be executed by flowing the described data write current ± Iw in the same manner.

また、データ書込時およびデータ読出時における、制御信号WEおよびWCの信号レベルの設定は、図20と同様であるので図示は省略する。   Further, the setting of signal levels of control signals WE and WC at the time of data writing and data reading is the same as in FIG.

次に、データ読出時の動作について説明する。
データ読出に先立って、各ビット線BLは、接地電圧Vssにプリチャージされる。
Next, the operation at the time of data reading will be described.
Prior to data reading, each bit line BL is precharged to the ground voltage Vss.

データ読出時において、選択されたメモリセル列に対応するビット線BLは、対応するコラム選択ゲートCSGを介して、データバスDBと結合される。データ読出回路51は、データバスDBを接地電圧Vssと異なる電圧と結合する、たとえば電源電圧Vccによってプルアップするとともに、データを読出すためのセンス電流Isを供給する。   At the time of data reading, bit line BL corresponding to the selected memory cell column is coupled to data bus DB via corresponding column selection gate CSG. Data read circuit 51 couples data bus DB to a voltage different from ground voltage Vss, for example, pulls up by power supply voltage Vcc and supplies sense current Is for reading data.

この結果、選択されたメモリセルに対して、データ読出回路51〜データバスDB〜コラム選択ゲートCSG〜ビット線BL〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセストランジスタATR〜ソース線SL〜電流遮断トランジスタ71〜接地電圧Vssの電流経路が形成されて、センス電流Isが流される。   As a result, for the selected memory cell, data read circuit 51-data bus DB-column select gate CSG-bit line BL-magnetic tunnel junction MTJ-access transistor ATR-source line SL-current cutoff transistor 71-ground. A current path of the voltage Vss is formed, and the sense current Is flows.

これにより、記憶データのレベルによって変化する、磁気トンネル接合部MTJの抵抗値に応じた電圧変化が、ビット線BLおよびデータバスDBに生じる。   As a result, a voltage change corresponding to the resistance value of the magnetic tunnel junction MTJ, which varies depending on the level of stored data, occurs in the bit line BL and the data bus DB.

データ読出回路51は、データバスDBの電圧レベルに応じて、読出データDOUTのレベルを設定する。このように、記憶されたデータレベルに応じた磁気トンネル接合部MTJの抵抗値の違いを、電圧差に変換して読出すことができる。   Data read circuit 51 sets the level of read data DOUT according to the voltage level of data bus DB. Thus, the difference in resistance value of the magnetic tunnel junction MTJ corresponding to the stored data level can be converted into a voltage difference and read.

データ読出時においては、行選択結果に応答して、対応するライトワード線WWLが選択的にHレベルに活性化され、当該ライトワード線WWLと電気的に結合されたリードワード線RWLも同様にHレベルに活性化される。このように、低抵抗材料で形成されるライトワード線WWLによってシャントされたリードワード線RWLを活性化することになるため、リードワード線RWLの実効的な配線抵抗を低減させて、リードワード線RWLの信号伝搬遅延を抑制することができる。   At the time of data reading, in response to the row selection result, the corresponding write word line WWL is selectively activated to the H level, and the read word line RWL electrically coupled to the write word line WWL is similarly used. Activated to H level. Thus, since the read word line RWL shunted by the write word line WWL formed of a low resistance material is activated, the effective word line resistance of the read word line RWL is reduced and the read word line RWL is reduced. RWL signal propagation delay can be suppressed.

上述したように、ビット線BLのプリチャージ電圧を接地電圧Vssとすることによって、選択されたメモリセル列に対応するビット線のみを電源電圧Vccに充電すればよい。すなわち、他のメモリセル列においては、ビット線BLをデータ読出の都度、電源電圧Vccにプリチャージするための充電電流を供給する必要がなくなる。この結果、メモリアレイ10における消費電力の低減が可能となる。   As described above, by setting the precharge voltage of the bit line BL to the ground voltage Vss, only the bit line corresponding to the selected memory cell column needs to be charged to the power supply voltage Vcc. That is, in the other memory cell columns, it is not necessary to supply a charging current for precharging the bit line BL to the power supply voltage Vcc every time data is read. As a result, power consumption in the memory array 10 can be reduced.

また、データ書込終了後におけるビット線BLの電圧レベルを、プリチャージレベル(接地電圧Vss)と揃えていることから、データ読出時において新たなプリチャージ動作を実行する必要がなく、データ読出を高速化することができる。   In addition, since the voltage level of the bit line BL after the completion of data writing is aligned with the precharge level (ground voltage Vss), it is not necessary to perform a new precharge operation at the time of data reading, and data reading can be performed. The speed can be increased.

再び図23を参照して、既に説明したように、センス電流Isは、データバスDB〜ビット線BL〜メモリセルMC〜ソース線SL〜接地電圧Vssの経路を流れるため、選択されたメモリセル行の位置によって、センス電流経路の抵抗値が変化し、センス電流の値が変動してしまう恐れがある。   Referring to FIG. 23 again, as already described, sense current Is flows through the path of data bus DB, bit line BL, memory cell MC, source line SL, and ground voltage Vss, so that the selected memory cell row Depending on the position, the resistance value of the sense current path may change, and the value of the sense current may fluctuate.

このように、選択メモリセルの位置に依存してセンス電流が変動すると、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保つことができず、MRAMデバイス全体の動作マージンを十分に確保することが困難となる。この結果、はなはだしい場合には誤動作に至り、歩留まりが低下してしまうという問題点が生じる恐れがある。   As described above, when the sense current varies depending on the position of the selected memory cell, the operation margin at the time of data reading cannot be kept uniform in the memory array, and the operation margin of the entire MRAM device is sufficiently secured. It becomes difficult. As a result, there is a possibility that a malfunction may occur in a severe case, resulting in a decrease in yield.

図25は、実施の形態4に従うソース線SLの配置例を示す構造図である。
図25を参照して、ソース線SLは、ビット線BLと同一配線層(M2)において、同一形状かつ同一材質で配置される。これにより、ソース線SLおよびビット線BLの単位長あたりの抵抗値は同様の値に設計される。
FIG. 25 is a structural diagram showing an arrangement example of the source lines SL according to the fourth embodiment.
Referring to FIG. 25, source line SL is arranged with the same shape and the same material in the same wiring layer (M2) as bit line BL. Thereby, the resistance values per unit length of the source line SL and the bit line BL are designed to be similar values.

ソース線SLおよびビット線BLをこのように配置するとともに、図24に示されるように、メモリアレイの一端側とその反対側とのそれぞれに、各ソース線SLと接地電圧Vssとの結合個所(すなわち電流遮断トランジスタ71)および、センス電流Isが供給されるデータバスDBと各ビット線BLとの結合個所(すなわちコラム選択ゲートCSG)を設けることによって、選択されたメモリセル行の位置にかかわらず、センス電流Isの電流経路に含まれるビット線BLおよびソース線SLの抵抗値の和をほぼ一定に維持することができる。   As shown in FIG. 24, the source lines SL and the bit lines BL are arranged in this way, and as shown in FIG. 24, at each of the one end side and the opposite side of the memory array, the coupling points ( In other words, by providing the current cut-off transistor 71) and the coupling portion (that is, the column selection gate CSG) between the data bus DB to which the sense current Is is supplied and each bit line BL, regardless of the position of the selected memory cell row. The sum of the resistance values of the bit line BL and the source line SL included in the current path of the sense current Is can be maintained almost constant.

これにより、選択されたメモリセル行に依存して、センス電流Isの電流値が変動することを防止できる。この結果、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保ち、MRAMデバイス全体の動作マージンを十分に確保することができる。   As a result, the current value of the sense current Is can be prevented from changing depending on the selected memory cell row. As a result, the operation margin at the time of data reading can be kept uniform in the memory array, and the operation margin of the entire MRAM device can be sufficiently secured.

なお、ソース線SLは、ビット線BLと単位長当たりの抵抗値が同様となるように設計されることが必要であり、この条件が満たされる限り、それぞれの配線を異なる金属配線層に設けることも可能である。   Note that the source line SL needs to be designed so that the resistance value per unit length is the same as that of the bit line BL. As long as this condition is satisfied, each wiring is provided in a different metal wiring layer. Is also possible.

[実施の形態4の変形例1]
図26は、本発明の実施の形態4の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。
[Modification 1 of Embodiment 4]
FIG. 26 is a diagram for illustrating a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to the first modification of the fourth embodiment of the present invention.

図26を参照して、実施の形態4の変形例1に従う構成においては、ソース線SLは、リードワード線RWLおよびライトワード線WWLと平行に配置される。メモリアレイ10全体においては、メモリセル行のそれぞれに対応して、ソース線SL1〜SLnが設けられる。   Referring to FIG. 26, in the configuration according to the first modification of the fourth embodiment, source line SL is arranged in parallel with read word line RWL and write word line WWL. In the entire memory array 10, source lines SL1 to SLn are provided corresponding to the respective memory cell rows.

電流遮断トランジスタ71は、ソース線SL1〜SLnと接地電圧Vssとの間にそれぞれ配置される。図25においては、第1〜3、第(n−1)および第n行に対応する、電流遮断トランジスタ71−1〜71−3、71−(n−1)および71−nが示される。   Current cutoff transistors 71 are arranged between source lines SL1 to SLn and ground voltage Vss, respectively. In FIG. 25, current cutoff transistors 71-1 to 71-3, 71- (n-1) and 71-n corresponding to the first to third, (n-1) th and nth rows are shown.

このような構成とすることにより、データ書込時におけるリーク電流経路を遮断して無用な電力消費の発生を回避するために、ソース線SLと接地電圧Vssとの間の結合/非結合を制御する電流遮断トランジスタ71の制御信号に、ライトワード線電圧あるいはロウデコード信号を共用することができる。この結果、図19における制御信号WE1〜WEmを特別に生成する必要がないので、周辺回路の構成を簡素化することが可能となる。   With this configuration, the coupling / non-coupling between the source line SL and the ground voltage Vss is controlled in order to cut off the leakage current path during data writing and avoid unnecessary power consumption. The write word line voltage or the row decode signal can be shared for the control signal of the current cutoff transistor 71 to be used. As a result, it is not necessary to generate the control signals WE1 to WEm in FIG. 19, so that the configuration of the peripheral circuit can be simplified.

その他の部分の構成は、図23に示した実施の形態4に従うメモリアレイ10と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。また、メモリアレイ10に配置された各メモリセルMCに対するデータ読出およびデータ書込についても、実施の形態4の場合と同様に実行できるので、詳細な説明は繰返さない。   Since the configuration of the other parts is the same as that of memory array 10 according to the fourth embodiment shown in FIG. 23, detailed description will not be repeated. Further, data reading and data writing with respect to each memory cell MC arranged in memory array 10 can be performed in the same manner as in the fourth embodiment, and therefore detailed description will not be repeated.

さらに、実施の形態4におけるビット線BLおよびソース線SLと同様に、各ソース線SLおよびデータバスDBの単位長当たりの配線抵抗が同様の値となるように設計するとともに、図26に示されるように、メモリアレイの一端側とその反対側とのそれぞれに、各ソース線SLと接地電圧Vssとの結合個所(すなわち電流遮断トランジスタ71)および、データバスDBとデータ読出回路51との結合個所を設けることによって、選択されたメモリセル列の位置にかかわらず、センス電流Isの電流経路に含まれるビット線BLおよびソース線SLの抵抗値の和をほぼ一定に維持することができる。   Further, like the bit line BL and the source line SL in the fourth embodiment, the wiring resistance per unit length of each source line SL and the data bus DB is designed to have the same value, and is shown in FIG. As described above, at each of the one end side and the opposite side of the memory array, the coupling point between each source line SL and the ground voltage Vss (that is, the current cutoff transistor 71) and the coupling point between the data bus DB and the data read circuit 51 are provided. Therefore, the sum of the resistance values of the bit line BL and the source line SL included in the current path of the sense current Is can be maintained almost constant regardless of the position of the selected memory cell column.

この結果、選択されたメモリセル列に依存して、センス電流Isの電流値が変動することを防止できる。したがって、メモリアレイ内においてデータ読出時の動作マージンを一様に保ち、MRAMデバイス全体の動作マージンを十分に確保することができる。   As a result, the current value of the sense current Is can be prevented from fluctuating depending on the selected memory cell column. Therefore, the operation margin at the time of data reading can be kept uniform in the memory array, and the operation margin of the entire MRAM device can be sufficiently secured.

なお、実施の形態4で説明したのと同様に、各ソース線SLおよびデータバスDBは、単位長当たりの抵抗抵抗が同様の値となるように設計されることが必要であり、この条件が満たされる限り、それぞれの配線を異なる金属配線層に設けることも可能である。   As described in the fourth embodiment, each source line SL and data bus DB needs to be designed so that the resistance resistance per unit length has the same value. It is also possible to provide each wiring on a different metal wiring layer as long as it is satisfied.

[実施の形態4の変形例2]
図27は、本発明の実施の形態4の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路のデータ読出に関連する構成を説明するための図である。
[Modification 2 of Embodiment 4]
FIG. 27 is a diagram for illustrating a configuration related to data reading of memory array 10 and its peripheral circuits according to the second modification of the fourth embodiment of the present invention.

図27を参照して、実施の形態4の変形例2に従う構成においては、列方向に沿って配置され、接地電圧Vssと結合されるダミービット線DMBLが新たに設けられる。ソース線SL1〜SLnの各々は、電流遮断トランジスタ71−1〜71−nを介して、ダミービット線DMBLと電気的に結合される。   Referring to FIG. 27, in the configuration according to the second modification of the fourth embodiment, dummy bit line DMBL arranged along the column direction and coupled to ground voltage Vss is newly provided. Each of source lines SL1 to SLn is electrically coupled to dummy bit line DMBL via current blocking transistors 71-1 to 71-n.

その他の部分の構成は、図26に示した実施の形態4の変形例1に従うメモリアレイ10と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。また、メモリアレイ10に配置された各メモリセルMCに対するデータ読出およびデータ書込についても、実施の形態4の場合と同様に実行できるので、詳細な説明は繰返さない。   Since the configuration of the other parts is the same as that of memory array 10 according to modification 1 of the fourth embodiment shown in FIG. 26, detailed description will not be repeated. Further, data reading and data writing with respect to each memory cell MC arranged in memory array 10 can be performed in the same manner as in the fourth embodiment, and therefore detailed description will not be repeated.

図26に示した実施の形態4の変形例1に従う構成においては、ソース線SLとデータバスDBとを適切に配置することによって、選択されたメモリセル列に依存したセンス電流の変動を抑制して、データ読出時の動作マージンをメモリアレイ内で揃えることができる。   In the configuration according to the first modification of the fourth embodiment shown in FIG. 26, the source line SL and the data bus DB are appropriately arranged to suppress the variation in the sense current depending on the selected memory cell column. Thus, the operation margin at the time of data reading can be made uniform in the memory array.

しかしながら、図26の構成においては、選択されたメモリセル行の位置に依存して、センス電流経路に含まれるビット線BLの配線長が変化するので、電流経路の抵抗値が変動して、センス電流の値も変動してしまう恐れがある。   However, in the configuration of FIG. 26, the wiring length of the bit line BL included in the sense current path changes depending on the position of the selected memory cell row. The current value may also fluctuate.

したがって、実施の形態4の変形例2に従う構成においては、データバスDBおよびソース線SLを実施の形態4の変形例1と同様に配置するとともに、ダミービット線DMBLおよび各ビット線BLの間においても、単位長当たりの配線抵抗値が同様となるように設計する。さらに、図27に示されるように、メモリアレイの一端側とその反対側とのそれぞれに、ダミーワード線DMBLと接地電圧Vssとの結合個所および、センス電流Isが供給されるデータバスDBと各ビット線BLとの結合個所(すなわちコラム選択ゲートCSG)を設けることによって、選択されたメモリセル列の位置にかかわらず、センス電流Isの電流経路に含まれるビット線BLおよびダミービット線DMBLの配線抵抗の和をほぼ一定値に維持することができる。これにより、選択されたメモリセル行に依存して、センス電流Isが変動することを防止できる。   Therefore, in the configuration according to the second modification of the fourth embodiment, data bus DB and source line SL are arranged in the same manner as in the first modification of the fourth embodiment, and between dummy bit line DMBL and each bit line BL. Also, the wiring resistance value per unit length is designed to be the same. Further, as shown in FIG. 27, the coupling point between the dummy word line DMBL and the ground voltage Vss, the data bus DB to which the sense current Is is supplied, and each of the one end side and the opposite side of the memory array, respectively. By providing the coupling point with the bit line BL (that is, the column selection gate CSG), the wiring of the bit line BL and the dummy bit line DMBL included in the current path of the sense current Is regardless of the position of the selected memory cell column. The sum of the resistances can be maintained at a substantially constant value. As a result, the sense current Is can be prevented from fluctuating depending on the selected memory cell row.

ビット線BL、ダミービット線DMBL、ソース線SLおよびデータバスDBを上述したように配置することによって、選択されたメモリセル行およびメモリセル列、すなわち選択メモリセルの位置に依存することなく、センス電流経路の配線抵抗の総和をほぼ一定値とすることができる。この結果、MRAMデバイスのデータ読出時における動作マージンをさらに安定的に確保することができる。   By arranging the bit line BL, the dummy bit line DMBL, the source line SL, and the data bus DB as described above, it is possible to sense without depending on the position of the selected memory cell row and memory cell column, that is, the selected memory cell. The total wiring resistance of the current path can be set to a substantially constant value. As a result, the operation margin at the time of data reading of the MRAM device can be secured more stably.

[実施の形態5]
図28は、実施の形態5に従うライトワード線WWLの配置を説明する概念図である。
[Embodiment 5]
FIG. 28 is a conceptual diagram illustrating the arrangement of write word lines WWL according to the fifth embodiment.

図28を参照して、実施の形態5に従う構成においては、メモリセル行のそれぞれに対応して配置されるライトワード線WWLは、2本ずつの組ごとにライトワード線対を構成する。   Referring to FIG. 28, in the configuration according to the fifth embodiment, write word line WWL arranged corresponding to each memory cell row forms a write word line pair for every two pairs.

たとえば、隣接するライトワード線WWL1およびWWL2は、ライトワード線対WWLP1を構成する。ライトワード線WWL2は、データ書込時においては、ライトワード線WWL1と逆方向のデータ書込電流を流す、相補のライトワード線/WWL1として機能する。ライトワード線WWL1は、トランジスタQD1を介して、電源電圧Vccと電気的に結合される。一方、ライトワード線WWL2(/WWL1)は、接地電圧Vssと電気的に結合される。   For example, adjacent write word lines WWL1 and WWL2 form a write word line pair WWLP1. Write word line WWL2 functions as a complementary write word line / WWL1 through which a data write current flows in the direction opposite to that of write word line WWL1 during data writing. Write word line WWL1 is electrically coupled to power supply voltage Vcc through transistor QD1. On the other hand, write word line WWL2 (/ WWL1) is electrically coupled to ground voltage Vss.

以降のメモリセル行においても、ライトワード線WWLは同様に配置される。トランジスタQD2を介して電源電圧Vccと電気的に結合されるライトワード線WWL3とライトワード線WWL4(/WWL3)とによって、ライトワード線対WWLP2が構成されるのを始め、2つのメモリセル行ごとに、奇数行に対応するライトワード線WWLは、ドライバトランジスタを介して電源電圧Vccと電気的に結合される。一方、偶数行に対応するライトワード線WWLは、接地電圧Vssと電気的に結合される。   In the subsequent memory cell rows, the write word line WWL is similarly arranged. The write word line pair WWLP2 is formed by the write word line WWL3 and the write word line WWL4 (/ WWL3) electrically coupled to the power supply voltage Vcc through the transistor QD2, and every two memory cell rows In addition, write word line WWL corresponding to the odd-numbered row is electrically coupled to power supply voltage Vcc through a driver transistor. On the other hand, write word line WWL corresponding to an even-numbered row is electrically coupled to ground voltage Vss.

各ドライバトランジスタは、行選択結果に対応して活性化される。たとえば、第1番目もしくは第2番目のメモリセル行が選択された場合には、ドライバトランジスタQD1がオンされる。これに応じて、ライトワード線対WWLP1を構成するライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)に、データ書込電流が互いに逆方向に流される。このように、実施の形態5に従う構成においては、メモリセル行の選択は、2つのメモリセル行ごとに形成されるライトワード線対ごとに実行される。   Each driver transistor is activated in response to the row selection result. For example, when the first or second memory cell row is selected, driver transistor QD1 is turned on. In response, data write currents are caused to flow in opposite directions to write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1) constituting write word line pair WWLP1. Thus, in the configuration according to the fifth embodiment, the selection of the memory cell row is executed for each write word line pair formed for every two memory cell rows.

以下においては、ライトワード線対およびドライバトランジスタを総称する場合には,単に符号WWLPおよびQDをそれぞれ用いて表記するとともに、特定のライトワード線およびドライバトランジスタを示す場合には、添字を付してWWLP1およびQD1のように表記する。また、ライトワード線対WWLPを構成するライトワード線の一方、すなわち奇数番目のメモリセル行に対応するライトワード線を総括的にWWLで表記し、ライトワード線対を構成するライトワード線の他方、すなわち偶数番目のメモリセル行に対応するライトワード線を総称的に/WWLとも表記することとする。   In the following, when a write word line pair and a driver transistor are collectively referred to, they are simply expressed using the symbols WWLP and QD, respectively, and when a specific write word line and a driver transistor are indicated, a suffix is added. It is expressed as WWLP1 and QD1. Also, one of the write word lines constituting the write word line pair WWLP, that is, the write word line corresponding to the odd-numbered memory cell row is generally indicated by WWL, and the other of the write word lines constituting the write word line pair. That is, the write word line corresponding to the even-numbered memory cell row is generically expressed as / WWL.

メモリアレイ10を挟んで、ドライバトランジスタQDが設けられる領域と反対側の領域において、同一のライトワード線対を形成するライトワード線WWLおよび/WWLは、電気的に結合される。これにより、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対を形成するWWLおよび/WWLに対して、データ書込電流Ipが、往復電流として流される。   Write word lines WWL and / WWL forming the same write word line pair are electrically coupled in a region opposite to the region where driver transistor QD is provided across memory array 10. As a result, data write current Ip flows as a round-trip current to WWL and / WWL that form a write word line pair corresponding to the selected memory cell row.

MTJメモリセルは、列選択結果に応じて流される、データ書込電流Ipおよび±Iwの両方からデータ書込磁界が印加された場合に、単一の磁性体メモリセルがデータ書込の対象となるように、すなわち同時に複数のメモリセルがデータ書込対象とならないように、各メモリセル行において1列おきに配置される。   When a data write magnetic field is applied from both of the data write currents Ip and ± Iw, which flows according to the column selection result, the MTJ memory cell has a single magnetic memory cell as a data write target. In other words, every other memory cell row is arranged every other column so that a plurality of memory cells are not subjected to data writing at the same time.

このように、ライトワード線対によって往復電流パスを形成することによって、ドライバトランジスタQDを2行ごとに設ければよいため、ワード線ドライバ30の構成を簡素化できる。   Thus, by forming a round-trip current path with the write word line pair, the driver transistors QD need only be provided for every two rows, so that the configuration of the word line driver 30 can be simplified.

また、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線WWLを流れるデータ書込電流+Ipによる周辺磁界と、ライトワード線/WWLを流れるデータ書込電流−Ipによる周辺磁界とは、互いに打消し合う方向に作用するので、メモリセル周辺部に対する磁界ノイズを低減できる。   Further, the peripheral magnetic field caused by the data write current + Ip flowing through the write word line WWL corresponding to the selected memory cell row and the peripheral magnetic field caused by the data write current −Ip flowing through the write word line / WWL cancel each other. Since it acts in the direction, magnetic field noise on the periphery of the memory cell can be reduced.

[実施の形態5の変形例1]
図29は、実施の形態5の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 1 of Embodiment 5]
FIG. 29 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the first modification of the fifth embodiment.

図29を参照して、実施の形態5の変形例1に従う構成においては、ライトワード線WWLは、隣接するメモリセル行間で共有される。たとえば、第1番目および第2番目のメモリセル行によって、1本のライトワード線WWL1が共有される。以降のメモリセル行に対しても、同様にライトワード線WWLが配置される。ライトワード線WWL1〜WWLN(N:n/2で示される自然数)は、電流制御トランジスタ41−1〜41−Nをそれぞれ介して、接地電圧Vssと結合される。   Referring to FIG. 29, in the configuration according to the first modification of the fifth embodiment, write word line WWL is shared between adjacent memory cell rows. For example, one write word line WWL1 is shared by the first and second memory cell rows. The write word line WWL is similarly arranged for the subsequent memory cell rows. Write word lines WWL1 to WWLN (N: a natural number represented by n / 2) are coupled to ground voltage Vss through current control transistors 41-1 to 41-N, respectively.

また、各ライトワード線WWLは、対応する2行分のリードワード線RWLと電気的に結合される。たとえば、第1番目および第2番目のメモリセル行にそれぞれ対応するリードワード線RWL1およびRWL2は、ライトワード線WWL1と電気的に結合される。これにより、データ読出時におけるリードワード線RWLの実質的な抵抗値はシャントによって低減されて、リードワード線RWLにおける伝搬遅延を低減してデータ読出の高速化を図ることができる。   Each write word line WWL is electrically coupled to corresponding read word lines RWL for two rows. For example, read word lines RWL1 and RWL2 corresponding to the first and second memory cell rows are electrically coupled to write word line WWL1. Thereby, the substantial resistance value of read word line RWL at the time of data reading is reduced by the shunt, and the propagation delay in read word line RWL can be reduced to increase the speed of data reading.

さらに、ライトワード線WWLを共有することによって、メモリアレイ10全体におけるライトワード線WWLの配置本数を減少することができる。この結果、ライトワード線WWLは、2行分のレイアウト領域を用いて配置することができるため、たとえばその配線幅を十分確保することによって、断面積を十分確保することができる。   Furthermore, by sharing the write word line WWL, the number of write word lines WWL arranged in the entire memory array 10 can be reduced. As a result, since the write word line WWL can be arranged using the layout area for two rows, a sufficient cross-sectional area can be ensured by securing a sufficient wiring width, for example.

これにより、比較的大きなデータ書込電流を流す必要があるライトワード線WWLにおいて、電流密度を低減させてエレクトロマイグレーションに起因する配線間短絡や配線断線等の危険性を回避して、動作の安定化を図ることが可能となる。   As a result, in the write word line WWL in which a relatively large data write current needs to flow, the current density is reduced to avoid dangers such as a short circuit between wires and a wire disconnection due to electromigration, thereby stabilizing the operation. Can be achieved.

[実施の形態5の変形例2]
図30は、実施の形態5の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 2 of Embodiment 5]
FIG. 30 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the second modification of the fifth embodiment.

図30を参照して、実施の形態5の変形例2に従う構成においては、各リードワード線RWLは、ライトワード線WWLと電気的に結合される。これにより、各リードワード線RWLをライトワード線WWLによってシャントして、データ読出時における伝搬遅延を低減することができる。   Referring to FIG. 30, in the configuration according to the second modification of the fifth embodiment, each read word line RWL is electrically coupled to write word line WWL. As a result, each read word line RWL can be shunted by the write word line WWL to reduce propagation delay during data reading.

既に説明したように、このような構成においては、ライトワード線WWLがワード線ドライバ30によって選択的に駆動される。   As already described, in such a configuration, the write word line WWL is selectively driven by the word line driver 30.

図30の構成においては、2つのメモリセル行ごとに1つの組が形成されて、2本のライトワード線WWLによって、1対のライトワード線対WWLPが形成される。たとえば、第1行目および第2行目にそれぞれ対応するライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)によって、ライトワード線対WWLP1が形成される。   In the configuration of FIG. 30, one set is formed for every two memory cell rows, and one write word line pair WWLP is formed by two write word lines WWL. For example, the write word line pair WWLP1 is formed by the write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1) corresponding to the first row and the second row, respectively.

同一のライトワード線対WWLPを形成する2本のライトワード線WWLおよび/WWLは、短絡トランジスタ42を介して電気的に結合される。すなわち、各ライトワード線対WWLPに対応して、短絡トランジスタ42が配置される。各短絡トランジスタ42は、データ書込時にHレベルに活性化される制御信号WEに応答してオンされる。なお、短絡トランジスタについても、総称する場合には,単に符号42を用いて表記し、特定の短絡トランジスタを示す場合には、添字を付して42−1のように表記することとする。   Two write word lines WWL and / WWL forming the same write word line pair WWLP are electrically coupled via a short-circuit transistor 42. That is, the short-circuit transistor 42 is arranged corresponding to each write word line pair WWLP. Each short-circuit transistor 42 is turned on in response to a control signal WE that is activated to H level during data writing. Note that the short-circuit transistors are also represented simply by using the reference numeral 42 when generically referred to, and are denoted as 42-1 with a suffix when indicating a specific short-circuit transistor.

図30においては、代表的に第1番目および第2番目のメモリセル行に対応して配置される短絡トランジスタ42−1と、第3番目および第4番目のメモリセル行に対応して配置される短絡トランジスタ42−2とが示される。   In FIG. 30, short-circuit transistor 42-1 typically arranged corresponding to the first and second memory cell rows, and arranged corresponding to the third and fourth memory cell rows. A shorting transistor 42-2 is shown.

図31は、図30に示した構成を有するメモリアレイにおける、データ読出時およびデータ書込時のそれぞれにおける行選択動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 31 is a timing chart illustrating row selection operations at the time of data reading and data writing in the memory array having the configuration shown in FIG.

第i番目(i:1〜nの奇数の自然数)のメモリセル行に対応するリードロウデコード信号RRDiは、第i番目のメモリセル行がデータ読出の対象として選択された場合にHレベルに活性化される。同様に、ライトロウデコード信号WRDiは、データ書込時において、第i番目のメモリセル行がデータ書込の対象として選択された場合にHレベルに活性化される。リードロウデコード信号/RRDiは、リードロウデコード信号RRDiの反転信号であり、ライトロウデコード信号/WRDiは、ライトロウデコード信号WRDiの反転信号である。   Read row decode signal RRDi corresponding to the i-th (i: odd-numbered natural number from 1 to n) memory cell row is activated to H level when the i-th memory cell row is selected as a data read target. It becomes. Similarly, write row decode signal WRDi is activated to H level when the i-th memory cell row is selected as a data write target during data write. The read row decode signal / RRDi is an inverted signal of the read row decode signal RRDi, and the write row decode signal / WRDi is an inverted signal of the write row decode signal WRDi.

ライトワード線WWLiは、データ書込時においては、同一のライトワード線対WWLPに対応する、第i番目および第(i+1)番目のメモリセル行のいずれかが選択された場合に、Hレベルに活性化される。同一ライトワード線対を構成する他方のライトワード線/WWLiおよび非選択メモリセル行に対応するライトワード線WWLの各々はLレベル(接地電圧Vss)に設定される。   The write word line WWLi is set to the H level when data is written when any of the i-th and (i + 1) -th memory cell rows corresponding to the same write word line pair WWLP is selected. Activated. Each of the other write word line / WWLi constituting the same write word line pair and the write word line WWL corresponding to the non-selected memory cell row is set to L level (ground voltage Vss).

さらに、データ書込時においては、各短絡トランジスタ42はオンするので、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対WWLPを形成するライトワード線WWLおよび/WWLによって、データ書込電流Ipを往復電流として流すことができる。   Further, since each short-circuit transistor 42 is turned on at the time of data writing, data write current Ip is set by write word lines WWL and / WWL forming write word line pair WWLP corresponding to the selected memory cell row. It can flow as a reciprocating current.

すなわち、データ書込時においては、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対を形成するライトワード線WWLおよび/WWLのそれぞれを、電源電圧Vccおよび接地電圧Vssに設定する必要がある。   That is, at the time of data writing, it is necessary to set each of write word lines WWL and / WWL forming a write word line pair corresponding to the selected memory cell row to power supply voltage Vcc and ground voltage Vss.

一方、リードワード線RWLiは、ライトワード線WWLiと電気的に結合されているため、その電圧レベルは、ライトワード線WWLiと同様に設定される。   On the other hand, since read word line RWLi is electrically coupled to write word line WWLi, its voltage level is set similarly to write word line WWLi.

したがって、データ読出時においては、各ライトワード線WWLの活性化(Hレベル)を独立に実行する必要がある。したがって、各短絡トランジスタ42をオフするとともに、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線WWLのみを選択的に電源電圧Vcc(Hレベル電圧)に設定する必要がある。   Therefore, at the time of data reading, it is necessary to independently activate (H level) each write word line WWL. Therefore, it is necessary to turn off each short-circuit transistor 42 and selectively set only the write word line WWL corresponding to the selected memory cell row to the power supply voltage Vcc (H level voltage).

このように、奇数行および偶数行にそれぞれ対応するライトワード線WWLに対して、異なる構成のワードドライバを設ける必要がある。   Thus, it is necessary to provide word drivers having different configurations for the write word lines WWL corresponding to the odd and even rows, respectively.

図30においては、ライトワード線WWL1に対応して設けられるライトワードドライバWDa1の構成と、ライトワード線WWL2(/WWL1)に対応して設けられるライトワードドライバ/WDa1の構成について代表的に説明する。   In FIG. 30, the configuration of write word driver WDa1 provided corresponding to write word line WWL1 and the configuration of write word driver / WDa1 provided corresponding to write word line WWL2 (/ WWL1) will be representatively described. .

再び、図30を参照して、ライトワードドライバWDa1は、ライトロウデコード信号WRD1およびWRD2の論理和(OR)演算結果を出力する論理ゲートLG11と、論理ゲートLG11の出力信号とリードロウデコード信号RRD1との間のNOR演算結果を出力する論理ゲートLG13と、電源電圧Vccおよび接地電圧Vssとライトワード線WWL1との間にそれぞれ電気的に結合される、P型MOSトランジスタQ11およびN型MOSトランジスタQ12とを有する。トランジスタQ11およびQ12のゲートには、論理ゲートLG13の出力信号が入力される。   Referring to FIG. 30 again, write word driver WDa1 outputs a logic gate LG11 that outputs a logical sum (OR) operation result of write row decode signals WRD1 and WRD2, an output signal of logic gate LG11, and read row decode signal RRD1. P-type MOS transistor Q11 and N-type MOS transistor Q12 that are electrically coupled to logic gate LG13 that outputs a NOR operation result between the power supply voltage Vcc, ground voltage Vss, and write word line WWL1, respectively. And have. The output signal of logic gate LG13 is input to the gates of transistors Q11 and Q12.

このような構成とすることにより、ライトワードドライバWDa1は、データ書込時においては、ライトロウデコード信号WRD1およびWRD2のいずれかがHレベルに活性化されると、論理ゲートLG13の出力信号のLレベルへの変化に応答して、ライトワード線WWL1と電源電圧Vccとを電気的に結合する。ライトロウデコード信号WRD1およびWRD2の両方がLレベルに非活性化されている場合には、論理ゲートLG13の出力信号がLレベルに設定されることから、ライトワードドライバWDa1は、ライトワード線WWL1を接地電圧Vssと電気的に結合する。   By adopting such a configuration, write word driver WDa1 can write L of the output signal of logic gate LG13 when one of write row decode signals WRD1 and WRD2 is activated to H level during data writing. In response to the change to the level, write word line WWL1 and power supply voltage Vcc are electrically coupled. When both the write row decode signals WRD1 and WRD2 are inactivated to the L level, the output signal of the logic gate LG13 is set to the L level, so that the write word driver WDa1 sets the write word line WWL1 to Electrically coupled to the ground voltage Vss.

一方、ライトワード線WWL2(/WWL1)に対して設けられるライトワードドライバ/WDa1は、電源電圧Vccと接地電圧Vssとライトワード線WWL2との間にそれぞれ電気的に結合されるP型MOSトランジスタQ13およびN型MOSトランジスタQ14とを有する。トランジスタQ13およびQ14のゲートには、リードロウデコード信号/RRD2が入力される。   On the other hand, write word driver / WDa1 provided for write word line WWL2 (/ WWL1) is P-type MOS transistor Q13 electrically coupled between power supply voltage Vcc, ground voltage Vss and write word line WWL2. And an N-type MOS transistor Q14. Read row decode signal / RRD2 is applied to the gates of transistors Q13 and Q14.

データ書込時においては、行選択結果に関わらず、リードロウデコード信号/RRD2はHレベルに設定されるので、ライトワードドライバ/WDa1は、ライトワード線WWL2(/WWL1)を接地電圧Vssと電気的に結合する。   At the time of data writing, the read row decode signal / RRD2 is set to the H level regardless of the row selection result. Therefore, the write word driver / WDa1 connects the write word line WWL2 (/ WWL1) to the ground voltage Vss. Join.

データ書込時においては、短絡トランジスタ42−1が制御信号WEの活性化(Hレベル)に応答してオンするため、第1番目もしくは第2番目のメモリセル行が選択されて、ライトワード線WWL1が電源電圧Vccに設定された場合において、ライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)によって往復パスが形成されて、データ書込電流Ipが流される。   At the time of data writing, since the short-circuit transistor 42-1 is turned on in response to the activation (H level) of the control signal WE, the first or second memory cell row is selected and the write word line When WWL1 is set at power supply voltage Vcc, a round trip path is formed by write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1), and data write current Ip flows.

一方、データ読出時においては、ライトロウデコード信号WRD1およびWRD2の両方がLレベルに非活性化されることから、ライトワードドライバWDa1は、リードロウデコード信号RRD1がHレベルに活性化される場合において、論理ゲートLG13の出力信号のLレベルへの変化に応答して、ライトワード線WWL1と電源電圧Vccとを電気的に結合する。これにより、ライトワード線WWL1と電気的に結合されるリードワード線RWL1もHレベルに活性化される。   On the other hand, at the time of data reading, both write row decode signals WRD1 and WRD2 are deactivated to L level, so that write word driver WDa1 is in the case where read row decode signal RRD1 is activated to H level. In response to the change of the output signal of logic gate LG13 to L level, write word line WWL1 and power supply voltage Vcc are electrically coupled. As a result, read word line RWL1 electrically coupled to write word line WWL1 is also activated to H level.

同様に、ライトワードドライバ/WDa1は、リードロウデコード信号/RRD2の活性化(Lレベル)に応答して、トランジスタQ13を介して、ライトワード線WWL2を電源電圧Vssと電気的に結合する。   Similarly, write word driver / WDa1 electrically couples write word line WWL2 to power supply voltage Vss through transistor Q13 in response to activation (L level) of read row decode signal / RRD2.

データ読出時においては、短絡トランジスタ42−1はターンオフされているので、ライトワード線WWL1およびWWL2の各々は、独立してHレベルに活性化される。これに応じて、リードワード線RWL1およびRWL2の各々も、行選択結果に応じて独立してHレベル(電源電圧Vcc)に活性化される。   At the time of data reading, since short-circuit transistor 42-1 is turned off, each of write word lines WWL1 and WWL2 is independently activated to the H level. In response, each of read word lines RWL1 and RWL2 is also independently activated to the H level (power supply voltage Vcc) according to the row selection result.

以降のメモリセル行に対しても、奇数行のライトワード線に対しては、ライトワードドライバWDa1と同様の構成をするライトワードドライバが設けられ、偶数行に対応するライトワード線/WWLに対しては、ライトワードドライバ/WDa1と同様の構成をするライトワードドライバが配置される。   For the subsequent memory cell rows, a write word driver having the same configuration as that of write word driver WDa1 is provided for odd-numbered write word lines, and for write word lines / WWL corresponding to even-numbered rows. Thus, a write word driver having the same configuration as that of the write word driver / WDa1 is arranged.

このような構成とすることにより、リードワード線RWLを配線抵抗の小さいライトワード線WWLによってシャントしてデータ読出の高速化を図るとともに、データ書込時におけるデータ書込電流Ipを往復パスを形成するライトワード線対によって流すことができ、メモリセル外部に対する磁気ノイズを低減することができる。   With this configuration, the read word line RWL is shunted by the write word line WWL having a low wiring resistance to increase the speed of data reading, and the data write current Ip during data writing forms a reciprocal path. Therefore, magnetic noise to the outside of the memory cell can be reduced.

[実施の形態5の変形例3]
図32は、実施の形態5の変形例3に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 3 of Embodiment 5]
FIG. 32 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the third modification of the fifth embodiment.

図32を参照して、実施の形態5の変形例3に従う構成においては、リードワード線は、図8に示した実施の形態2に従う構成と同様に、階層的に配置される。さらに、実施の形態4の場合と同様に、隣接するメモリセル行によって、ライトワード線WWLが共有される。   Referring to FIG. 32, in the configuration according to the third modification of the fifth embodiment, the read word lines are arranged hierarchically, similarly to the configuration according to the second embodiment shown in FIG. Further, as in the case of the fourth embodiment, write word line WWL is shared by adjacent memory cell rows.

図8と同様に、リードワード線RWLが独立して配置される領域AR1およびAR2のそれぞれにおいて、サブワードドライバRSD11〜RSD1nおよびRSD21〜RSD2nが配置される。同一のライトワード線WWLを共有する2つのメモリセル行にそれぞれ対応するサブワードドライバは、共通の当該ライトワード線WWLの活性化に応じて、対応するリードワード線RWLを活性化する。   Similarly to FIG. 8, sub word drivers RSD11 to RSD1n and RSD21 to RSD2n are arranged in regions AR1 and AR2 where read word lines RWL are independently arranged. The sub word drivers respectively corresponding to two memory cell rows sharing the same write word line WWL activate the corresponding read word line RWL in response to the activation of the common write word line WWL.

ただし、奇数番目のメモリセル行に対応するサブワードドライバは、制御信号SD1の活性化に応答して動作する。同様に、偶数番目のメモリセル行に対応するサブワードドライバは、制御信号SD2の活性化に応答して動作する。制御信号SD1は、奇数番目のメモリセル行が選択された場合に活性化される。一方、制御信号SD2は、偶数番目のメモリセル行が選択された場合に活性化される。   However, the sub-word driver corresponding to the odd-numbered memory cell row operates in response to the activation of the control signal SD1. Similarly, the sub word driver corresponding to the even-numbered memory cell row operates in response to the activation of the control signal SD2. The control signal SD1 is activated when an odd-numbered memory cell row is selected. On the other hand, the control signal SD2 is activated when an even-numbered memory cell row is selected.

したがって、ライトワード線WWLを隣接するメモリセル間で共有するとともに、新たにメインリードワード線を設けることなく、リードワード線RWLを階層的に分割配置して短線化することができる。   Therefore, the write word line WWL can be shared between adjacent memory cells, and the read word line RWL can be hierarchically divided and shortened without newly providing a main read word line.

その他の部分の構成は、図8と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
この結果、各リードワード線RWLの配線抵抗を低減してデータ読出の高速化を図るともに、ライトワード線WWLを共有することによって、その配線ピッチを確保して、断面積を容易に確保することができる。このため、ライトワード線WWLにおけるエレクトロマイグレーションの発生可能性を低減して、動作の信頼性の向上を図ることがさらに可能となる。
Since the configuration of other parts is the same as that of FIG. 8, detailed description will not be repeated.
As a result, the wiring resistance of each read word line RWL is reduced to increase the speed of data reading, and by sharing the write word line WWL, the wiring pitch is secured and the cross-sectional area is easily secured. Can do. For this reason, it is possible to further reduce the possibility of electromigration in the write word line WWL and improve the operation reliability.

また、リードワード線RWLの階層化とともに、領域AR1およびAR2の各々においてデータ読出およびデータ書込動作を独立に実行するための図9の構成において、ライトワード線WWLの共有を図ることも可能である。   In addition, the read word line RWL is hierarchized, and the write word line WWL can be shared in the configuration of FIG. 9 for independently executing the data read and data write operations in each of the areas AR1 and AR2. is there.

[実施の形態5の変形例4]
図33は、実施の形態5の変形例4に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 4 of Embodiment 5]
FIG. 33 is a diagram for describing a configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the fourth modification of the fifth embodiment.

実施の形態5の変形例4に従う構成においては、リードワード線RWLの階層化が図られるとともに、図30に示した構成と同様に、2つのメモリセル行ごとに形成される1対のライトワード線対WWLPによって形成される往復パスにデータ書込電流Ipが流される。   In the configuration according to the fourth modification of the fifth embodiment, the read word line RWL is hierarchized and, similarly to the configuration shown in FIG. 30, a pair of write words formed for every two memory cell rows Data write current Ip is caused to flow in a round trip path formed by line pair WWLP.

図33を参照して、リードワード線RWLが独立して配置される領域AR1およびAR2のそれぞれにおいて、各々がインバータで構成される、サブワードドライバRSI11〜RSI1nおよびRSI21〜RSI2nが配置される。サブワードドライバRSI11〜RSI1nおよびRSI21〜RSI2nの各々は、制御信号SDの活性化に応答して動作する。制御信号SDが非活性状態である場合には、対応するライトワード線WWLの電圧にかかわらず、各リードワード線RWLは非活性状態に維持される。   Referring to FIG. 33, sub-word drivers RSI11-RSI1n and RSI21-RSI2n each formed of an inverter are arranged in regions AR1 and AR2 where read word lines RWL are independently arranged. Each of subword drivers RSI11-RSI1n and RSI21-RSI2n operates in response to activation of control signal SD. When the control signal SD is in an inactive state, each read word line RWL is maintained in an inactive state regardless of the voltage of the corresponding write word line WWL.

サブワードドライバRSI11〜RSI1nおよびRSI21〜RSI2nの各々は、サブワードドライバRSD11〜RSD1nおよびRSD21〜RSD2nとは異なり、対応するライトワード線WWLの電圧レベルを反転して対応するリードワード線RWLを駆動する。   Each of sub word drivers RSI11-RSI1n and RSI21-RSI2n, unlike sub word drivers RSD11-RSD1n and RSD21-RSD2n, inverts the voltage level of the corresponding write word line WWL to drive the corresponding read word line RWL.

図34は、図33に示した構成を有するメモリアレイにおける、データ読出時およびデータ書込時のそれぞれにおける行選択動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 34 is a timing chart illustrating row selection operations at the time of data reading and data writing in the memory array having the configuration shown in FIG.

リードロウデコード信号RRDi,/RRDiおよびライトロウデコード信号WRDiおよび/WRDは、図31と同様に設定される。   Read row decode signals RRDi and / RRDi and write row decode signals WRDi and / WRD are set similarly to FIG.

データ読出時において、非選択行に対応するリードワード線RWLを接地電圧Vssに設定するために、図33に従う構成においては、非選択行に対応するライトワード線の電圧を電源電圧Vccとする必要がある。   At the time of data reading, in order to set read word line RWL corresponding to the non-selected row to ground voltage Vss, in the configuration according to FIG. 33, the voltage of the write word line corresponding to the non-selected row needs to be power supply voltage Vcc. There is.

したがって、データ読出時においては、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線WWLがLレベルに活性化される。図30の場合と同様に、データ読出時においては、各短絡トランジスタ42はオフされるため、ライトワード線WWLの電圧は各メモリセル行ごとに独立に設定することができる。   Therefore, at the time of data reading, write word line WWL corresponding to the selected memory cell row is activated to L level. Similarly to the case of FIG. 30, since each short-circuit transistor 42 is turned off at the time of data reading, the voltage of the write word line WWL can be set independently for each memory cell row.

さらに、データ読出時においては、制御信号SDが活性化(Hレベル)されるので、選択されたメモリセル行において、リードワード線RWLは、Hレベル(電源電圧Vcc)に活性化される。このように、行選択結果に応じた1本のリードワード線RWLを、選択的に活性化することができる。   Further, at the time of data reading, control signal SD is activated (H level), and therefore read word line RWL is activated to H level (power supply voltage Vcc) in the selected memory cell row. Thus, one read word line RWL corresponding to the row selection result can be selectively activated.

データ書込時においては、同一のライトワード線対WWLPに対応する、第i番目および第(i+1)番目のメモリセル行のいずれかが選択された場合に、ライトワード線WWLiはLレベル(接地電圧Vss)に活性化される。同一のライトワード線対を構成する他方のライトワード線/WWLiおよび非選択メモリセル行に対応するライトワード線WWLの各々はHレベル(電源電圧Vss)に設定される。   At the time of data writing, when any of the i-th and (i + 1) -th memory cell rows corresponding to the same write word line pair WWLP is selected, the write word line WWLi is at L level (grounded) Voltage Vss). Each of the other write word line / WWLi constituting the same write word line pair and the write word line WWL corresponding to the non-selected memory cell row is set to the H level (power supply voltage Vss).

図30の場合と同様に、データ書込時においては、短絡トランジスタ42はオンするので、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対WWLPを形成するライトワード線WWLおよび/WWLによって、データ書込電流Ipを往復電流として流すことができる。   As in the case of FIG. 30, short circuit transistor 42 is turned on during data writing, so that data is written by write word lines WWL and / WWL forming write word line pair WWLP corresponding to the selected memory cell row. The write current Ip can be passed as a reciprocating current.

一方、データ書込時においては、制御信号SDが非活性化(Lレベル)されるので、各リードワード線RWLは、非活性状態(Lレベル:電源電圧Vcc)に設定される。   On the other hand, at the time of data writing, control signal SD is inactivated (L level), so that each read word line RWL is set to an inactive state (L level: power supply voltage Vcc).

したがって、図30の場合と同様に、奇数行および偶数行にそれぞれ対応するライトワード線WWLに対して、異なる構成のワードドライバを設ける必要がある。図33においては、ライトワード線WWL1に対応して設けられるライトワードドライバWDb1の構成と、ライトワード線WWL2(/WWL1)に対応して設けられるライトワードドライバ/WDb1の構成について代表的に説明する。   Therefore, as in the case of FIG. 30, it is necessary to provide word drivers having different configurations for the write word lines WWL corresponding to the odd and even rows, respectively. In FIG. 33, the configuration of write word driver WDb1 provided corresponding to write word line WWL1 and the configuration of write word driver / WDb1 provided corresponding to write word line WWL2 (/ WWL1) will be described representatively. .

再び、図33を参照して、ライトワードドライバWDb1は、ライトロウデコード信号/WRD1および/WRD2の論理積(AND)演算結果を出力する論理ゲートLG21と、論理ゲートLG21の出力信号とリードロウデコード信号/RRD1との間のNAND演算結果を出力する論理ゲートLG23と、電源電圧Vccおよび接地電圧Vssとライトワード線WWL1との間にそれぞれ電気的に結合される、P型MOSトランジスタQ21およびN型MOSトランジスタQ22とを有する。トランジスタQ21およびQ22のゲートには、論理ゲートLG23の出力信号が入力される。   Referring again to FIG. 33, write word driver WDb1 outputs logic gate LG21 that outputs the logical product (AND) operation result of write row decode signals / WRD1 and / WRD2, and the output signal and read row decode of logic gate LG21. P type MOS transistor Q21 and N type electrically coupled to logic gate LG23 outputting the NAND operation result between signal / RRD1 and power supply voltage Vcc, ground voltage Vss and write word line WWL1, respectively. MOS transistor Q22. The output signal of logic gate LG23 is input to the gates of transistors Q21 and Q22.

このような構成とすることにより、ライトワードドライバWDb1は、データ書込時においては、ライトロウデコード信号/WRD1および/WRD2のいずれかがLレベルに活性化されると、論理ゲートLG23の出力信号のHレベルへの変化に応答して、ライトワード線WWL1と接地電圧Vssとを電気的に結合する。ライトロウデコード信号/WRD1および/WRD2の両方がHレベルに非活性化されている場合には、論理ゲートLG23の出力信号がLレベルに設定されることから、ライトワードドライバWDb1は、ライトワード線WWL1を電源電圧Vccと電気的に結合する。   With such a configuration, write word driver WDb1 outputs an output signal of logic gate LG23 when either of write row decode signals / WRD1 and / WRD2 is activated to L level during data writing. In response to the change to H level, write word line WWL1 and ground voltage Vss are electrically coupled. When both of the write row decode signals / WRD1 and / WRD2 are inactivated to the H level, the output signal of the logic gate LG23 is set to the L level, so that the write word driver WDb1 WWL1 is electrically coupled to power supply voltage Vcc.

一方、ライトワード線WWL2(/WWL1)に対して設けられるライトワードドライバ/WDb1は、電源電圧Vccと接地電圧Vssとライトワード線WWL2との間にそれぞれ電気的に結合されるP型MOSトランジスタQ23およびN型MOSトランジスタQ24とを有する。トランジスタQ23およびQ24のゲートには、リードロウデコード信号RRD2が入力される。   On the other hand, write word driver / WDb1 provided for write word line WWL2 (/ WWL1) has P-type MOS transistor Q23 electrically coupled between power supply voltage Vcc, ground voltage Vss, and write word line WWL2. And an N-type MOS transistor Q24. Read row decode signal RRD2 is input to the gates of transistors Q23 and Q24.

データ書込時においては、行選択結果に関わらず、リードロウデコード信号RRD2はLレベルに非活性化されるので、ライトワードドライバ/WDb1は、ライトワード線WWL2(/WWL1)を電源電圧Vccと電気的に結合する。   At the time of data writing, read row decode signal RRD2 is inactivated to L level regardless of the row selection result, so that write word driver / WDb1 uses write word line WWL2 (/ WWL1) as power supply voltage Vcc. Connect electrically.

データ書込時においては、短絡トランジスタ42−1が制御信号WEの活性化(Hレベル)に応答してオンするため、たとえば第1番目もしくは第2番目のメモリセル行が選択されて、ライトワード線WWL1が接地電圧Vssに設定された場合において、ライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)に往復パスが形成されてデータ書込電流Ipが流される。   At the time of data writing, short-circuit transistor 42-1 is turned on in response to activation of control signal WE (H level), so that, for example, the first or second memory cell row is selected and the write word When line WWL1 is set to ground voltage Vss, a reciprocal path is formed in write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1), and data write current Ip flows.

データ読出時においては、ライトロウデコード信号/WRD1および/WRD2の両方がHレベルに設定されることから、ライトワードドライバWDb1は、リードロウデコード信号/RRD1がLレベルに活性化される場合において、論理ゲートGL22の出力信号のHレベルへの変化に応答して、ライトワード線WWL1と接地電圧Vssとを電気的に結合する。これにより、ライトワード線WWL1と電気的に結合されるリードワード線RWL1は、対応するサブワードドライバRSI11もしくはRSI21によって、Hレベルに活性化される。   At the time of data reading, both write row decode signals / WRD1 and / WRD2 are set to H level. Therefore, write word driver WDb1 is activated when read row decode signal / RRD1 is activated to L level. In response to the change of the output signal of logic gate GL22 to the H level, write word line WWL1 and ground voltage Vss are electrically coupled. Thereby, read word line RWL1 electrically coupled to write word line WWL1 is activated to H level by corresponding sub word driver RSI11 or RSI21.

データ読出時においては、ライトワードドライバ/WDb1は、リードロウデコード信号/RRD2の活性化(Hレベル)に応答して、トランジスタQ23を介して、ライトワード線WWL2を接地電圧Vssと電気的に結合する。   At the time of data reading, write word driver / WDb1 electrically couples write word line WWL2 to ground voltage Vss through transistor Q23 in response to activation (H level) of read row decode signal / RRD2. To do.

データ読出時においては、短絡トランジスタ42−1はターンオフされているので、ライトワード線WWL1およびWWL2の各々は、行選択結果に応じて、独立してLレベルに活性化される。これに応じて、リードワード線RWL1およびRWL2の各々も、対応するサブワードドライバによってHレベル(電源電圧Vcc)に活性化される。   At the time of data reading, since short-circuit transistor 42-1 is turned off, each of write word lines WWL1 and WWL2 is independently activated to L level according to the row selection result. In response, each of read word lines RWL1 and RWL2 is also activated to the H level (power supply voltage Vcc) by the corresponding sub word driver.

以降のメモリセル行に対しても、奇数行のライトワード線に対しては、ライトワードドライバWDb1と同様の構成をするライトワードドライバが設けられ、偶数行に対応するライトワード線/WWLに対しては、ライトワードドライバ/WDb1と同様の構成をするライトワードドライバが配置される。   For the subsequent memory cell rows, a write word driver having the same configuration as that of the write word driver WDb1 is provided for the odd-numbered write word lines, and the write word lines / WWL corresponding to the even-numbered rows are provided. Thus, a write word driver having the same configuration as that of the write word driver / WDb1 is arranged.

このような構成とすることにより、リードワード線RWLの階層化によるデータ読出の高速化とともに、データ書込電流Ipの往復パス化による磁気ノイズ低減を実現することができる。   With such a configuration, it is possible to realize high-speed data reading by hierarchizing the read word line RWL and reduce magnetic noise by making the data write current Ip a reciprocal path.

[実施の形態6]
図35は、実施の形態6に従うMTJメモリセルの構成を示す図である。
[Embodiment 6]
FIG. 35 shows a structure of an MTJ memory cell according to the sixth embodiment.

図35を参照して実施の形態6に従うMTJメモリセルMCDは、図48に示した構成と同様に、磁気トンネル接合部MTJおよびアクセスダイオードDMを備える。MTJメモリセルMCDにおいては、リードワード線RWLとライトワード線WWLとが分割して配置される点が、図48に示した構成と異なる。ビット線BLは、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLと交差する方向に配置され、磁気トンネル接合部MTJと電気的に結合される。   Referring to FIG. 35, MTJ memory cell MCD according to the sixth embodiment includes magnetic tunnel junction MTJ and access diode DM, similarly to the configuration shown in FIG. The MTJ memory cell MCD is different from the configuration shown in FIG. 48 in that the read word line RWL and the write word line WWL are separately arranged. Bit line BL is arranged in a direction crossing write word line WWL and read word line RWL, and is electrically coupled to magnetic tunnel junction MTJ.

アクセスダイオードDMは、磁気トンネル接合部MTJからリードワード線RWLに向かう方向を順方向として、両者の間に結合される。ライトワード線WWLは、他の配線と接続されることなく、磁気トンネル接合部MTJと近接して設けられる。   Access diode DM is coupled between the two, with the direction from magnetic tunnel junction MTJ toward read word line RWL as the forward direction. The write word line WWL is provided close to the magnetic tunnel junction MTJ without being connected to other wiring.

図36は、MTJメモリセルMCDを半導体基板上に配置した場合の構造図である。
図36を参照して、半導体主基板SUB上に形成されるN型領域NWLは、アクセスダイオードDMのカソードに相当する。半導体基板上にMTJメモリセルを行列状に配置する場合においては、たとえば、同一行に属するMTJメモリセルに対して、N型領域NWL同士を電気的に結合することによって、リードワード線RWLを特に設けることなく、図25に示されたアクセスダイオードDMとリードワード線RWLとの結合関係が実現できる。図36には、N型領域としてN型ウェルを形成する例を示しているが、N型ウェルに代えて、より抵抗値の小さいn+拡散領域を用いることもできる。
FIG. 36 is a structural diagram when the MTJ memory cell MCD is arranged on a semiconductor substrate.
Referring to FIG. 36, N type region NWL formed on semiconductor main substrate SUB corresponds to the cathode of access diode DM. In the case where MTJ memory cells are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, for example, the read word line RWL is connected to the MTJ memory cells belonging to the same row by electrically coupling the N-type regions NWL to each other. Without providing, the coupling relationship between the access diode DM and the read word line RWL shown in FIG. 25 can be realized. FIG. 36 shows an example in which an N-type well is formed as an N-type region, but an n + diffusion region having a smaller resistance value may be used instead of the N-type well.

N型領域NWL上に設けられたP型領域PARは、アクセスダイオードDMのアノードに相当する。P型領域PARは、バリアメタル140および金属膜150を介して磁気トンネル接合部MTJと電気的に結合される。   P-type region PAR provided on N-type region NWL corresponds to the anode of access diode DM. P-type region PAR is electrically coupled to magnetic tunnel junction MTJ through barrier metal 140 and metal film 150.

ライトワード線WWLおよびビット線BLは、金属配線層M1および金属配線層M2にそれぞれ配置される。ビット線BLは、磁気トンネル接合部MTJと結合するように配置される。   Write word line WWL and bit line BL are arranged in metal interconnection layer M1 and metal interconnection layer M2, respectively. Bit line BL is arranged to be coupled to magnetic tunnel junction MTJ.

ビット線BLと磁気トンネル接合部MTJとの間の距離は、ライトワード線WWLと磁気トンネル接合部MTJとの距離よりも小さいので、同一の電流量を流した場合においても、ビット線BLを流れるデータ書込電流によって生じる磁界の方が、ライトワード線WWLを流れるデータ書込電流によって生じる磁界よりも大きい。   Since the distance between the bit line BL and the magnetic tunnel junction MTJ is smaller than the distance between the write word line WWL and the magnetic tunnel junction MTJ, the bit line BL flows even when the same amount of current flows. The magnetic field generated by the data write current is larger than the magnetic field generated by the data write current flowing through the write word line WWL.

したがって、ほぼ同じ強度のデータ書込磁界を磁気トンネル接合部MTJに与えるためには、ライトワード線WWLに対して、ビット線BLよりも大きなデータ書込電流を流す必要がある。ビット線BLおよびライトワード線WWLは、配線抵抗値を小さくするためにメタル配線層に形成される。しかし、配線に流れる電流密度が過大となると、エレクトロマイグレーション現象に起因する断線や配線間短絡が発生して、動作の信頼性に支障をきたす場合がある。このため、データ書込電流が流れる配線の電流密度を抑制することが望ましい。   Therefore, in order to apply a data write magnetic field having substantially the same strength to the magnetic tunnel junction MTJ, it is necessary to pass a data write current larger than that of the bit line BL to the write word line WWL. Bit line BL and write word line WWL are formed in a metal wiring layer in order to reduce the wiring resistance value. However, if the current density flowing in the wiring becomes excessive, a disconnection or a short circuit between wirings due to the electromigration phenomenon may occur, which may hinder operation reliability. For this reason, it is desirable to suppress the current density of the wiring through which the data write current flows.

したがって、実施の形態6に従うMTJメモリセルMCDを半導体基板上に配置する場合には、ライトワード線WWLの断面積を、より磁気トンネル接合部MTJに近いビット線BLよりも大きくすることによって、大きなデータ書込電流を流す必要があるライトワード線WWLの電流密度を抑制して、MRAMデバイスの信頼性を向上させることができる。   Therefore, when the MTJ memory cell MCD according to the sixth embodiment is arranged on a semiconductor substrate, the cross sectional area of the write word line WWL is made larger than that of the bit line BL closer to the magnetic tunnel junction MTJ, thereby increasing the The reliability of the MRAM device can be improved by suppressing the current density of the write word line WWL in which the data write current needs to flow.

また、磁気トンネル接合部MTJとの距離が大きく、より大きなデータ書込電流を流す必要がある金属配線(図36においてはライトワード線WWL)を、エレクトロマイグレーション耐性の高い材料によって形成することも、信頼性の向上に効果がある。たとえば、他の金属配線がアルミ合金(Al合金)で形成される場合に、エレクトロマイグレーション耐性を考慮する必要のある金属配線を銅(Cu)によって形成すればよい。   Further, the metal wiring (the write word line WWL in FIG. 36) that has a large distance from the magnetic tunnel junction MTJ and needs to flow a larger data write current may be formed of a material having high electromigration resistance. Effective in improving reliability. For example, when other metal wiring is formed of an aluminum alloy (Al alloy), the metal wiring that needs to be considered for electromigration resistance may be formed of copper (Cu).

図37は、MTJメモリセルMCDに対する読出動作および書込動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 37 is a timing chart illustrating a read operation and a write operation for MTJ memory cell MCD.

図37を参照して、データ書込時においては、リードワード線RWL、すなわちN型領域NWLの電圧は、Hレベル(電源電圧Vcc)に設定される。データ読出においては、リードワード線RWLには電流は流れない。   Referring to FIG. 37, at the time of data writing, the voltage of read word line RWL, that is, N-type region NWL is set to the H level (power supply voltage Vcc). In data reading, no current flows through read word line RWL.

選択されたメモリセルに対応するライトワード線WWLは、電源電圧Vccが印加されて、データ書込電流Ipが流される。また、ビット線BLについても、書込データのデータレベルに応じて、ビット線BLの両端の一方ずつを電源電圧Vccおよび接地電圧Vssに設定することにより、書込データのデータレベルに応じたデータ書込電流±Iwをビット線BLに流すことができる。   A power supply voltage Vcc is applied to write word line WWL corresponding to the selected memory cell, and data write current Ip flows. For bit line BL, data corresponding to the data level of the write data is set by setting one of both ends of bit line BL to power supply voltage Vcc and ground voltage Vss according to the data level of the write data. The write current ± Iw can be supplied to the bit line BL.

このようにして流されるデータ書込電流Ipおよび±Iwによって、MTJメモリセルに対するデータ書込が実行される。この場合において、リードワード線RWLが電源電圧Vccに設定されていることから、データ書込時においては、アクセスダイオードDMは確実にオフされる。したがって、図42に示されたMTJメモリセルと比較して、データ書込動作の安定化を図ることができる。   Data writing to the MTJ memory cell is executed by the data write currents Ip and ± Iw that flow in this way. In this case, since read word line RWL is set to power supply voltage Vcc, access diode DM is surely turned off during data writing. Therefore, the data write operation can be stabilized as compared with the MTJ memory cell shown in FIG.

次に、データ読出時の動作について説明する。
データ読出前において、ビット線BLは、接地電圧Vssにプリチャージされる。
Next, the operation at the time of data reading will be described.
Before data reading, the bit line BL is precharged to the ground voltage Vss.

データ読出の対象となるメモリセルMCDに対応するリードワード線RWLは、データ読出時において活性状態(Lレベル:接地電圧Vss)に駆動される。これに応じて、アクセスダイオードDMは順バイアスされるので、ビット線BL〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセスダイオードDM〜RWL(接地電圧Vss)の経路にセンス電流Isを流して、データ読出を実行することができる。   Read word line RWL corresponding to memory cell MCD to be read is driven to an active state (L level: ground voltage Vss) at the time of data reading. Accordingly, access diode DM is forward-biased, so that data read is performed by passing sense current Is through the path from bit line BL to magnetic tunnel junction MTJ to access diode DM to RWL (ground voltage Vss). be able to.

具体的には、センス電流Isによって、ビット線BLに生じる電圧変化を増幅することによって、磁気トンネル接合部MTJに記憶されたデータの読出を行なうことができる。   Specifically, the data stored in the magnetic tunnel junction MTJ can be read by amplifying the voltage change generated in the bit line BL by the sense current Is.

図38は、実施の形態6に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。   FIG. 38 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the sixth embodiment.

図38を参照して、実施の形態6に従うメモリアレイ10の構成においては、行列状に配置された、図35に示された構成を有するメモリセルMCDが配置される。メモリセルMCDの各行に対応して、ライトワード線WWLおよびリードワード線RWLが配置される。各ライトワード線WWLと接地電圧Vssとの間には、電流制御トランジスタが配置される。各電流制御トランジスタは、制御信号WEの活性化に応答してオンする。   Referring to FIG. 38, in the configuration of memory array 10 according to the sixth embodiment, memory cells MCD having the configuration shown in FIG. 35 arranged in a matrix are arranged. A write word line WWL and a read word line RWL are arranged corresponding to each row of memory cells MCD. A current control transistor is arranged between each write word line WWL and the ground voltage Vss. Each current control transistor is turned on in response to activation of the control signal WE.

図38においては、第1番目から第4番目のメモリセル行に対応する、リードワード線RWL1〜RWL4、ライトワード線WWL1〜WWL4および電流制御トランジスタ41−1〜41−4が代表的に示される。   In FIG. 38, read word lines RWL1 to RWL4, write word lines WWL1 to WWL4, and current control transistors 41-1 to 41-4 corresponding to the first to fourth memory cell rows are representatively shown. .

各リードワード線RWLは、同一のメモリセル行に対応するライトワード線WWLと電気的に結合される。これにより、N型領域に形成され、比較的抵抗値の高いリードワード線RWLを、抵抗値の低い金属配線で形成されるライトワード線WWLによってシャントする。両者を複数のノードにおいて結合することにより、時定数をより小さくすることができる。これにより、リードワード線RWLにおける信号伝搬遅延を低減して、データ読出動作を高速化することができる。   Each read word line RWL is electrically coupled to a write word line WWL corresponding to the same memory cell row. As a result, the read word line RWL formed in the N-type region and having a relatively high resistance value is shunted by the write word line WWL formed of a metal wiring having a low resistance value. By combining the two at a plurality of nodes, the time constant can be further reduced. Thereby, the signal propagation delay in read word line RWL can be reduced, and the data read operation can be speeded up.

ワード線ドライバ30は、各ライトワード線WWLに応答して設けられるワードドライバを有する。図38においては、第1番目から第4番目のメモリセル行に対応するワードドライバWD1〜WD4が代表的に示される。また、これらのワードドライバを総称する場合には、単に符号WDを用いることとする。   The word line driver 30 has a word driver provided in response to each write word line WWL. In FIG. 38, word drivers WD1 to WD4 corresponding to the first to fourth memory cell rows are representatively shown. When these word drivers are collectively referred to, the code WD is simply used.

各ワードドライバWDは、電源ノードおよび接地ノードから、電源電圧Vccおよび接地電圧Vssの供給を受ける。特に、接地電圧Vssの供給は、ビット線BLと同一方向に設けられたダミービット線DMBLを介して実行される。   Each word driver WD receives supply of power supply voltage Vcc and ground voltage Vss from the power supply node and the ground node. In particular, the supply of the ground voltage Vss is performed via a dummy bit line DMBL provided in the same direction as the bit line BL.

各ワードドライバWDは、データ読出時およびデータ書込時の両方において、対応するメモリセル行が選択された場合に、対応するライトワード線WWLを電源電圧Vccと結合する。非選択時においては、対応するライトワード線WWLは接地電圧Vssと結合される。   Each word driver WD couples the corresponding write word line WWL to the power supply voltage Vcc when the corresponding memory cell row is selected in both data reading and data writing. When not selected, the corresponding write word line WWL is coupled to the ground voltage Vss.

このような構成とすることにより、データ書込時において、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線WWLに対してデータ書込電流Ipを流すことができる。   With such a configuration, data write current Ip can be supplied to write word line WWL corresponding to the selected memory cell row during data writing.

ビット線BLに対してデータ書込電流±Iwを供給するための回路構成の図示は省略されるが、実施の形態1の場合と同様に、ビット線BLの両端電圧を制御することによって、データ書込電流±Iwを流すことができる。   Although illustration of a circuit configuration for supplying the data write current ± Iw to the bit line BL is omitted, as in the case of the first embodiment, by controlling the voltage across the bit line BL, the data A write current ± Iw can flow.

データ読出時におけるセンス電流Isは、実施の形態4と同様に、データ読出回路51によって供給される。センス電流Isは、データバスDBおよびデータバスDBとビット線BLとの間に配置されるコラム選択ゲートCSGを介して供給される。   The sense current Is at the time of data reading is supplied by the data reading circuit 51 as in the fourth embodiment. The sense current Is is supplied via the data bus DB and the column selection gate CSG arranged between the data bus DB and the bit line BL.

データ読出時においては、非選択行に対応するリードワード線RWLは高電圧状態(Hレベル)に設定され、選択行に対応するリードワード線RWLは、接地電圧Vssに活性化される。これにより、選択行において、アクセスダイオードDMのPN接合が順バイアスされて、センス電流IsがデータバスDB〜コラム選択ゲートCSG〜ビット線BL〜磁気トンネル接合部MTJ〜アクセスダイオードDM〜リードワード線RWL〜ワードドライバWD〜ダミービット線DMBL〜接地電圧Vssの電流経路に流される。   At the time of data reading, read word line RWL corresponding to the non-selected row is set to a high voltage state (H level), and read word line RWL corresponding to the selected row is activated to ground voltage Vss. Thereby, in the selected row, the PN junction of the access diode DM is forward-biased, and the sense current Is is changed from the data bus DB to the column selection gate CSG to the bit line BL to the magnetic tunnel junction MTJ to the access diode DM to the read word line RWL. -Word driver WD-Dummy bit line DMBL-Ground voltage Vss is passed through the current path.

したがって、データバスDBとリードワード線RWLとの配置を、図26におけるソース線SLおよびデータバスDBと同様に設計することによって、選択されたメモリセル列の位置に関わらず、センス電流経路の抵抗値をほぼ一定に保つことができる。   Therefore, by arranging the data bus DB and the read word line RWL in the same manner as the source line SL and the data bus DB in FIG. 26, the resistance of the sense current path regardless of the position of the selected memory cell column. The value can be kept almost constant.

また、ダミービット線DMBLとビット線BLとの配置を、図27と同様に設計することによって、実施の形態4およびその変形例と同様に、選択されたメモリセル行の位置にかかわらず、センス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Further, by arranging the dummy bit line DMBL and the bit line BL in the same manner as in FIG. 27, the sense is performed regardless of the position of the selected memory cell row as in the fourth embodiment and its modification. The sum total of the resistance values of the current path can be kept substantially constant.

このように、高集積化に適したMTJメモリセルMCDを配置したメモリアレイにおいても、選択されたメモリセルの位置に依存したセンス電流の変動を抑制して、MRAMデバイスのデータ読出時における動作マージンを安定的に確保することができる。   As described above, even in the memory array in which the MTJ memory cells MCD suitable for high integration are arranged, the fluctuation in the sense current depending on the position of the selected memory cell is suppressed, and the operation margin at the time of data reading of the MRAM device is suppressed. Can be secured stably.

[実施の形態6の変形例1]
図39は、実施の形態6の変形例1に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 1 of Embodiment 6]
FIG. 39 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the first modification of the sixth embodiment.

図39を参照して、実施の形態6の変形例1に従う構成においては、実施の形態5およびその変形例2,4と同様に、往復電流パスを形成するライトワード線対を用いてデータ書込電流が流される。   Referring to FIG. 39, in the configuration according to the first modification of the sixth embodiment, as in the fifth embodiment and the second and fourth modifications, data writing is performed using a write word line pair that forms a round-trip current path. Current flows.

各リードワード線RWLは、図2と同様に、領域AR1およびAR2のそれぞれにおいて独立に設けられる。各リードワード線RWLは、同一のメモリセル行に対応するライトワード線WWLの電圧状態を反転するドライブインバータによって駆動される。ドライブインバータは、リードワード線RWLにそれぞれ対応して配置される。ライトワード線WWLは、領域AR1およびAR2に共通に設けられる。これにより、リードワード線RWLの配線抵抗が短線化によって低減できるので、データ読出を高速化することができる。   Each read word line RWL is provided independently in each of the regions AR1 and AR2, as in FIG. Each read word line RWL is driven by a drive inverter that inverts the voltage state of the write word line WWL corresponding to the same memory cell row. Drive inverters are arranged corresponding to the read word lines RWL, respectively. Write word line WWL is provided in common to regions AR1 and AR2. Thereby, since the wiring resistance of the read word line RWL can be reduced by shortening the line, data reading can be performed at high speed.

また、ライトワード線WWLが非選択状態(Lレベル)に設定される場合には、対応するリードワード線RWLの電圧は、Hレベルに設定されるので、アクセスダイオードDMの逆バイアス状態が確実に確保される。各ドライブインバータは、領域AR1およびAR2にそれぞれに対応して、図38と同様に設けられたダミービット線DMBL1およびDMBL2によって、接地電圧Vssを供給される。   In addition, when the write word line WWL is set to the non-selected state (L level), the voltage of the corresponding read word line RWL is set to the H level, so that the reverse bias state of the access diode DM is ensured. Secured. Each drive inverter is supplied with ground voltage Vss by dummy bit lines DMBL1 and DMBL2 provided corresponding to regions AR1 and AR2, respectively, as in FIG.

図39においては、第1番目から第3番目のメモリセル行に対応する、リードワード線RWL11〜RWL13,RWL21〜RWL23、ライトワード線WWL11〜WWL13,WWL21〜WWL23およびドライブインバータDIV11〜DIV13,DIV21〜DIV23が代表的に示される。ライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)は、ライトワード線対WWLP1を形成し、両者の間には短絡トランジスタ42−1が配置される。以降のメモリセル行に対しても、リードワード線、ライトワード線およびドライブインバータは、同様に配置される。   In FIG. 39, read word lines RWL11 to RWL13, RWL21 to RWL23, write word lines WWL11 to WWL13, WWL21 to WWL23, and drive inverters DIV11 to DIV13, DIV21 to corresponding to the first to third memory cell rows. DIV23 is typically shown. Write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1) form a write word line pair WWLP1, and a short-circuit transistor 42-1 is arranged between them. The read word line, the write word line, and the drive inverter are similarly arranged for the subsequent memory cell rows.

奇数番目のメモリセル行に対応するライトワード線WWLに対しては、図33に示されたライトワードドライバWDb1と同様の構成を有するライトワードドライバが配置される。同様に、偶数番目のメモリセル行に対応するライトワード線WWLに対しては、図33に示されたライトワードドライバ/WDb1と同様の構成を有するライトワードドライバが配置される。   A write word driver having the same configuration as that of write word driver WDb1 shown in FIG. 33 is arranged for write word line WWL corresponding to the odd-numbered memory cell row. Similarly, a write word driver having a configuration similar to that of write word driver / WDb1 shown in FIG. 33 is arranged for write word line WWL corresponding to an even-numbered memory cell row.

ビット線BLに対してデータ書込電流±Iwを供給するための回路構成の図示は省略されるが、実施の形態1の場合と同様に、ビット線BLの両端電圧を制御することによって、データ書込電流±Iwを流すことができる。   Although illustration of a circuit configuration for supplying the data write current ± Iw to the bit line BL is omitted, as in the case of the first embodiment, by controlling the voltage across the bit line BL, the data A write current ± Iw can flow.

このような構成とすることにより、データ書込時においては、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対WWLPによって往復電流パスを形成してデータ書込電流Ipを流すことができる。これにより、周辺回路の簡素化と磁界ノイズの低減を図ることができる。   With such a configuration, at the time of data writing, a data write current Ip can be made to flow by forming a round trip current path by the write word line pair WWLP corresponding to the selected memory cell row. Thereby, simplification of a peripheral circuit and reduction of magnetic field noise can be achieved.

また、データバスDBとリードワード線RWLとの配置を、図26におけるソース線SLおよびデータバスDBと同様に設計することによって、領域AR1およびAR2の各々の中において、選択されたメモリセル列の位置に関わらず、センス電流経路の抵抗値をほぼ一定に保つことができる。   In addition, by arranging the arrangement of data bus DB and read word line RWL in the same manner as source line SL and data bus DB in FIG. 26, the memory cell column selected in each of regions AR1 and AR2 is designed. Regardless of the position, the resistance value of the sense current path can be kept substantially constant.

さらに、ダミービット線DMBL1およびDMBL2とビット線BLとの配置を、図27で説明したのとと同様に設計することによって、領域AR1およびAR2の各々の中において、選択されたメモリセル行の位置にかかわらずセンス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Further, the layout of dummy bit lines DMBL1 and DMBL2 and bit line BL is designed in the same manner as described with reference to FIG. 27, whereby the position of the selected memory cell row in each of regions AR1 and AR2. Regardless of this, the total sum of the resistance values of the sense current path can be kept substantially constant.

また、図示しないが、データバスDBおよびデータ読出回路51を、リードワード線RWLが独立に配置される領域ごとに配置すれば、メモリアレイ10内において、選択されたメモリセルの位置にかかわらずセンス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Although not shown, if the data bus DB and the data read circuit 51 are arranged for each area where the read word line RWL is independently arranged, sensing is performed in the memory array 10 regardless of the position of the selected memory cell. The sum total of the resistance values of the current path can be kept substantially constant.

このようにして、高集積化に適したMTJメモリセルMCDを配置したメモリアレイにおいて、往復電流パスを形成してライトワード線WWLにデータ書込電流を流す構成とした場合においても、選択されたメモリセルの位置に依存したセンス電流の変動を抑制して、MRAMデバイスのデータ読出時における動作マージンを安定的に確保することができる。   As described above, the memory array in which the MTJ memory cells MCD suitable for high integration are arranged is selected even when the data write current is supplied to the write word line WWL by forming a reciprocal current path. The fluctuation of the sense current depending on the position of the memory cell can be suppressed, and the operation margin when reading data from the MRAM device can be stably secured.

[実施の形態6の変形例2]
図40は、実施の形態6の変形例2に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 2 of Embodiment 6]
FIG. 40 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the second modification of the sixth embodiment.

図40を参照して、実施の形態6の変形例2に従う構成においては、実施の形態5の変形例1および3と同様に、ライトワード線WWLの共有が図られる。ライトワード線WWLは、隣接する2つのメモリセル行ごとに共有される。   Referring to FIG. 40, in the configuration according to the second modification of the sixth embodiment, sharing of the write word line WWL is achieved as in the first and third modifications of the fifth embodiment. Write word line WWL is shared by every two adjacent memory cell rows.

図39と同様に、リードワード線RWLは、領域AR1およびAR2のそれぞれにおいて独立に配置され、ライトワード線WWLは、領域AR1およびAR2に共通に設けられる。また、リードワード線RWLは、ライトワード線WWLと階層的に配置される。これにより、リードワード線RWLの配線抵抗が短線化によって低減できるので、データ読出を高速化することができる。   Similarly to FIG. 39, read word line RWL is arranged independently in each of regions AR1 and AR2, and write word line WWL is provided in common to regions AR1 and AR2. The read word line RWL is arranged hierarchically with the write word line WWL. Thereby, since the wiring resistance of the read word line RWL can be reduced by shortening the line, data reading can be performed at high speed.

各リードワード線RWLは、対応するライトワード線WWLの電圧状態を反転するドライブインバータによって駆動される。ドライブインバータは、リードワード線RWLにそれぞれ対応して配置される。各ドライブインバータは、図39と同様に配置されたダミービット線DMBL1,DMBL2によって、接地電圧Vssを供給される。   Each read word line RWL is driven by a drive inverter that inverts the voltage state of the corresponding write word line WWL. Drive inverters are arranged corresponding to the read word lines RWL, respectively. Each drive inverter is supplied with the ground voltage Vss by dummy bit lines DMBL1 and DMBL2 arranged in the same manner as in FIG.

同一のライトワード線WWLを共有する2つのメモリセル行にそれぞれ対応するドライブインバータは、共通の当該ライトワード線WWLが非選択状態(Lレベル)に設定される場合には、対応するリードワード線RWLの電圧を、Hレベルに設定する。したがって、非選択状態のメモリセル行に対応するアクセスダイオードDMの各々を確実に逆バイアスすることができる。   A drive inverter corresponding to each of two memory cell rows sharing the same write word line WWL has a corresponding read word line when the common write word line WWL is set to a non-selected state (L level). The voltage of RWL is set to H level. Therefore, each of the access diodes DM corresponding to the non-selected memory cell rows can be reliably reverse-biased.

各ライトワード線WWLと接地電圧Vssとの間には、電流制御トランジスタが配置される。各電流制御トランジスタは、制御信号WEの活性化に応答してオンする。   A current control transistor is arranged between each write word line WWL and the ground voltage Vss. Each current control transistor is turned on in response to activation of the control signal WE.

図40においては、第1番目から第4番目のメモリセル行に対応する、リードワード線RWL11〜RWL14,RWL21〜RWL24、ドライブインバータDIV11〜DIV14,DIV21〜DIV24、ライトワード線WWL1,WWL2および電流制御トランジスタ41−1,41−2が代表的に示される。ライトワード線WWL1は、第1番目および第2番目のメモリセル行によって共有され、ライトワード線WWL2は、第3番目および第4番目のメモリセル行によって共有される。以降のメモリセル行に対しても、リードワード線、ライトワード線およびドライブインバータは、同様に配置される。   In FIG. 40, read word lines RWL11-RWL14, RWL21-RWL24, drive inverters DIV11-DIV14, DIV21-DIV24, write word lines WWL1, WWL2 and current control corresponding to the first to fourth memory cell rows. Transistors 41-1 and 41-2 are representatively shown. The write word line WWL1 is shared by the first and second memory cell rows, and the write word line WWL2 is shared by the third and fourth memory cell rows. The read word line, the write word line, and the drive inverter are similarly arranged for the subsequent memory cell rows.

ビット線BLに対してデータ書込電流±Iwを供給するための回路構成の図示は省略されるが、実施の形態1の場合と同様に、ビット線BLの両端電圧を制御することによって、データ書込電流±Iwを流すことができる。   Although illustration of a circuit configuration for supplying the data write current ± Iw to the bit line BL is omitted, as in the case of the first embodiment, by controlling the voltage across the bit line BL, the data A write current ± Iw can flow.

このような構成とすることにより、ライトワード線WWLを共有して、メモリアレイ10全体におけるライトワード線WWLの配置本数を減少することができる。この結果、ライトワード線WWLは、2行分のレイアウト領域を用いて配置することができるため、たとえばその配線幅を十分確保することによって、断面積を十分確保することができる。   With this configuration, the number of write word lines WWL in the entire memory array 10 can be reduced by sharing the write word line WWL. As a result, since the write word line WWL can be arranged using the layout area for two rows, a sufficient cross-sectional area can be ensured by securing a sufficient wiring width, for example.

これにより、比較的大きなデータ書込電流を流す必要があるライトワード線WWLにおいて、電流密度を低減させてエレクトロマイグレーションに起因する配線間短絡や配線断線等の危険性を回避して、MRAMデバイスの動作安定化を図ることが可能となる。   As a result, in the write word line WWL in which a relatively large data write current needs to flow, the current density is reduced to avoid dangers such as a short circuit between wires and a wire disconnection due to electromigration. It is possible to stabilize the operation.

また、データバスDBとリードワード線RWLとの配置を、図26におけるソース線SLおよびデータバスDBと同様に設計することによって、領域AR1およびAR2の各々の中において、選択されたメモリセル列の位置に関わらず、センス電流経路の抵抗値をほぼ一定に保つことができる。   In addition, by arranging the arrangement of data bus DB and read word line RWL in the same manner as source line SL and data bus DB in FIG. 26, the memory cell column selected in each of regions AR1 and AR2 is designed. Regardless of the position, the resistance value of the sense current path can be kept substantially constant.

さらに、ダミービット線DMBL1,DMBL2とビット線BLとの配置を図27で説明したのと同様に設計することによって、領域AR1およびAR2の各々の中において、選択されたメモリセル行の位置にかかわらず、センス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Further, the arrangement of dummy bit lines DMBL1, DMBL2 and bit line BL is designed in the same manner as described with reference to FIG. 27, so that the position of the selected memory cell row is determined in each of areas AR1 and AR2. In other words, the total resistance value of the sense current path can be kept substantially constant.

また、図示しないが、データバスDBおよびデータ読出回路51を、リードワード線RWLが独立に配置される領域ごとに配置すれば、メモリアレイ10内において、選択されたメモリセルの位置にかかわらずセンス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Although not shown, if the data bus DB and the data read circuit 51 are arranged for each area where the read word line RWL is independently arranged, sensing is performed in the memory array 10 regardless of the position of the selected memory cell. The sum total of the resistance values of the current path can be kept substantially constant.

このようにして、高集積化に適したMTJメモリセルMCDを配置したメモリアレイにおいて、ライトワード線WWLを隣接するメモリセル間で共有する構成とした場合においても、選択されたメモリセルの位置に依存したセンス電流の変動を抑制して、MRAMデバイスのデータ読出時における動作マージンを安定的に確保することができる。   In this manner, even in a memory array in which MTJ memory cells MCD suitable for high integration are arranged, even when the write word line WWL is shared between adjacent memory cells, the memory cell is positioned at the position of the selected memory cell. The fluctuation of the dependent sense current can be suppressed, and the operation margin at the time of data reading of the MRAM device can be stably secured.

[実施の形態6の変形例3]
図41は、実施の形態6の変形例3に従うメモリアレイ10およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
[Modification 3 of Embodiment 6]
FIG. 41 is a diagram for describing the configuration of memory array 10 and its peripheral circuits according to the third modification of the sixth embodiment.

図41を参照して、実施の形態6の変形例3に従う構成においては、図48に示したMTJメモリセルMCDDが配置されたメモリアレイにおいて、データ書込電流を往復電流パスによって流される。   Referring to FIG. 41, in the configuration according to the third modification of the sixth embodiment, in the memory array in which MTJ memory cell MCDD shown in FIG.

行列状に配置されたメモリセルMCDDのメモリセル行およびメモリセル列にそれぞれに対して、ワード線WLおよびビット線BLが配置される。   A word line WL and a bit line BL are arranged for the memory cell row and the memory cell column of the memory cells MCDD arranged in a matrix.

各ワード線WLは、ワードドライバWDDによって駆動される。奇数番目のメモリセル行に対応するワード線WLに対しては、図33に示されたライトワードドライバWDb1と同様の構成を有するワードドライバが配置される。同様に、偶数番目のメモリセル行に対応するワード線WLに対しては、図33に示されたライトワードドライバ/WDb1と同様の構成を有するワードドライバが配置される。各ワードドライバに対する接地電圧Vssの供給は、ビット線BLと同一方向に設けられたダミービット線DMBLを介して実行される。   Each word line WL is driven by a word driver WDD. A word driver having the same configuration as that of write word driver WDb1 shown in FIG. 33 is arranged for word line WL corresponding to the odd-numbered memory cell row. Similarly, a word driver having the same configuration as that of write word driver / WDb1 shown in FIG. 33 is arranged for word line WL corresponding to the even-numbered memory cell row. Supply of the ground voltage Vss to each word driver is executed via a dummy bit line DMBL provided in the same direction as the bit line BL.

したがって、データ書込時においては、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対を形成する、奇数行および偶数行にそれぞれ対応する2本のライトワード線WWLのそれぞれは、接地電圧Vssおよび電源電圧Vccに設定される。さらに、各短絡トランジスタがオンすることによって、選択されたメモリセル行に対応するライトワード線対において、データ書込電流が往復電流として流される。   Therefore, at the time of data writing, each of the two write word lines WWL corresponding to the odd-numbered row and the even-numbered row forming the write word line pair corresponding to the selected memory cell row is connected to the ground voltage Vss and Set to power supply voltage Vcc. Further, when each short-circuit transistor is turned on, a data write current flows as a reciprocating current in the write word line pair corresponding to the selected memory cell row.

一方、データ読出時においては、各短絡トランジスタがオフされるとともに、選択されたメモリセル行に対応するワード線WLのみが選択的に接地電圧Vss(Lレベル電圧)に設定される。   On the other hand, at the time of data reading, each short-circuit transistor is turned off and only the word line WL corresponding to the selected memory cell row is selectively set to the ground voltage Vss (L level voltage).

図41においては、第1番目から第3番目のメモリセル行に対応する、ワード線WL1〜WL3およびワードドライバWDD1〜WDD3が代表的に示される。ライトワード線WWL1およびWWL2(/WWL1)は、ライトワード線対WWLP1を形成し、両者の間には短絡トランジスタ42−1が配置される。以降のメモリセル行に対しても、リードワード線、ライトワード線およびドライブインバータは、同様に配置される。   FIG. 41 representatively shows word lines WL1 to WL3 and word drivers WDD1 to WDD3 corresponding to the first to third memory cell rows. Write word lines WWL1 and WWL2 (/ WWL1) form a write word line pair WWLP1, and a short-circuit transistor 42-1 is arranged between them. The read word line, the write word line, and the drive inverter are similarly arranged for the subsequent memory cell rows.

ビット線BLに対してデータ書込電流±Iwを供給するための回路構成の図示は省略されるが、実施の形態1の場合と同様に、ビット線BLの両端電圧を制御することによって、データ書込電流±Iwを流すことができる。   Although illustration of a circuit configuration for supplying the data write current ± Iw to the bit line BL is omitted, as in the case of the first embodiment, by controlling the voltage across the bit line BL, the data A write current ± Iw can flow.

このような構成とすることにより、単一のワード線WLを用いたメモリセルMCDDを配置したメモリアレイにおいても、往復パスを形成するワード線WLによってデータ書込電流Ipを供給することができる。この結果、周辺回路の簡素化と磁界ノイズの低減を図ることができる。   With such a configuration, even in a memory array in which memory cells MCDD using a single word line WL are arranged, the data write current Ip can be supplied by the word line WL that forms a round trip path. As a result, it is possible to simplify the peripheral circuit and reduce the magnetic field noise.

また、データバスDBとワード線WLとの配置を、図26におけるソース線SLおよびデータバスDBと同様に設計することによって、選択されたメモリセル列の位置に関わらず、センス電流経路の抵抗値をほぼ一定に保つことができる。   In addition, by arranging the data bus DB and the word line WL in the same manner as the source line SL and the data bus DB in FIG. 26, the resistance value of the sense current path regardless of the position of the selected memory cell column. Can be kept almost constant.

さらに、ダミービット線DMBLとビット線BLとの配置を、図27と同様に設計することによって、実施の形態4およびその変形例と同様に、選択されたメモリセル行の位置にかかわらず、センス電流経路の抵抗値の総和をほぼ一定に保つことができる。   Further, by arranging the dummy bit line DMBL and the bit line BL in the same manner as in FIG. 27, the sense is performed regardless of the position of the selected memory cell row as in the fourth embodiment and its modification. The sum total of the resistance values of the current path can be kept substantially constant.

このようにして、高集積化に適したMTJメモリセルMCDDを配置したメモリアレイにおいて、往復電流パスを形成してデータ書込電流を流す構成とした場合においても、選択されたメモリセルの位置に依存したセンス電流の変動を抑制して、MRAMデバイスのデータ読出時における動作マージンを安定的に確保することができる。   In this manner, even in a memory array in which MTJ memory cells MCDD suitable for high integration are arranged, even when a data write current is made to flow by forming a reciprocal current path, the memory cell is placed at the position of the selected memory cell. The fluctuation of the dependent sense current can be suppressed, and the operation margin at the time of data reading of the MRAM device can be stably secured.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 メモリアレイ、20 行デコーダ、25 列デコーダ、30 ワード線ドライバ、40 ワード線電流制御回路、42 短絡トランジスタ、50,60 読出/書込制御回路、51 データ読出回路、70 リーク電流遮断回路、ATR アクセストランジスタ、BL ビット線、CSG コラム選択ゲート、DMBL ダミービット線、FL 自由磁気層、MRWL メインリードワード線、MTJ 磁気トンネル接合部、RWL リードワード線、RWWL ワード線、SL ソース線、TB トンネルバリア、VL 固定磁気層、WWL ライトワード線。   10 memory array, 20 row decoder, 25 column decoder, 30 word line driver, 40 word line current control circuit, 42 short-circuit transistor, 50, 60 read / write control circuit, 51 data read circuit, 70 leak current cut-off circuit, ATR Access transistor, BL bit line, CSG column selection gate, DMBL dummy bit line, FL free magnetic layer, MRWL main read word line, MTJ magnetic tunnel junction, RWL read word line, RWWL word line, SL source line, TB tunnel barrier , VL pinned magnetic layer, WWL write word line.

Claims (5)

行列状に配置された複数の磁性体メモリセルを有するメモリアレイを備え、
前記複数の磁性体メモリセルの各々は、
第1および第2のデータ書込電流によって印可されるデータ書込磁界が所定磁界よりも大きい場合に書込まれる記憶データのレベルに応じて抵抗値が変化する記憶部と、
データ読出時において、前記記憶部にデータ読出電流を通過させるためのメモリセル選択ゲートとを含み、
前記磁性体メモリセルの行に対応して設けられ、各々が2つの前記行ごとに共有される複数の書込ワード線と、
前記複数の書込ワード線のうちの活性化された少なくとも1つに対して、前記データ書込時および前記データ読出時のそれぞれにおいて、前記第1のデータ書込電流の電流経路をそれぞれ形成および遮断するためのワード線電流制御回路と、
前記データ読出時およびデータ書込時の各々において、選択された前記行に対応する前記書込ワード線を活性化するためのワード線ドライブ回路と、
前記磁性体メモリセルの列に対応してそれぞれ設けられる複数のデータ線と、
前記データ書込時およびデータ読出時のそれぞれにおいて、選択された前記列に対応する前記データ線に対して、前記第2のデータ書込電流および前記データ読出電流をそれぞれ供給するための読出書込制御回路と、
前記磁性体メモリセルの行に対応してそれぞれ設けられ、各々が、前記データ読出時において、行選択結果に応じて対応する前記メモリセル選択ゲートを導通させるための複数の読出ワード線とを備え、
各前記読出ワード線は、前記データ読出時において、前記行選択結果に応じて対応する前記書込ワード線とともに選択的に活性化される、薄膜磁性体記憶装置。
A memory array having a plurality of magnetic memory cells arranged in a matrix;
Each of the plurality of magnetic memory cells includes:
A storage unit whose resistance value changes according to the level of stored data to be written when a data write magnetic field applied by the first and second data write currents is larger than a predetermined magnetic field;
A memory cell selection gate for allowing a data read current to pass through the storage unit during data reading;
A plurality of write word lines provided corresponding to the rows of the magnetic memory cells, each being shared by two of the rows;
For at least one of the plurality of write word lines activated, a current path of the first data write current is formed in each of the data write and the data read, respectively. A word line current control circuit for blocking;
A word line drive circuit for activating the write word line corresponding to the selected row in each of the data reading and data writing;
A plurality of data lines respectively provided corresponding to the columns of the magnetic memory cells;
Read / write for supplying the second data write current and the data read current to the data line corresponding to the selected column in each of the data write and data read A control circuit;
A plurality of read word lines each provided corresponding to a row of the magnetic memory cells, each for conducting the corresponding memory cell selection gate in accordance with a row selection result in the data read operation; ,
Each read word line is selectively activated together with the corresponding write word line in accordance with the row selection result at the time of data reading.
各前記書込ワード線は、第1の抵抗率を有する配線で形成され、
各前記読出ワード線は、前記第1の抵抗率よりも高い第2の抵抗率を有する配線で形成され、
前記メモリアレイにおいて、選択された前記行に対応する前記書込ワードに流される前記第1のデータ書込電流と、選択された前記列に対応する前記データ線に流される前記第2のデータ書込電流との組み合わせによって、1つの前記磁性体メモリセルに対してデータ書込が実行されるように、前記複数の磁性体メモリセルは配置される、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置。
Each of the write word lines is formed of a wiring having a first resistivity,
Each of the read word lines is formed of a wiring having a second resistivity higher than the first resistivity,
In the memory array, the first data write current passed through the write word corresponding to the selected row and the second data write passed through the data line corresponding to the selected column. The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the plurality of magnetic memory cells are arranged so that data writing is performed on one of the magnetic memory cells in combination with a built-in current.
各前記読出ワード線は、前記複数の書込ワード線のうちの対応する1本と電気的に結合される、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置。   2. The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein each of said read word lines is electrically coupled to a corresponding one of said plurality of write word lines. 前記メモリアレイは、列方向に沿って複数の領域に分割され、
前記複数の読出ワード線は、前記複数の領域ごとに分割して配置され、
前記複数の書込ワード線の各々は、隣接する前記行によって共有されるとともに、前記複数の領域に共通に配置され、
前記薄膜磁性体記憶装置は、
前記複数の読出ワード線に対応してそれぞれ設けられる複数の読出ワード線ドライバをさらに備え、
前記複数の読出ワード線ドライバの各々は、前記データ読出時において、偶数行および奇数行のいずれが選択されているかを示す情報と、前記複数の書込ワード線のうちの対応する1つの活性化とに応じて、対応する前記読出ワード線を活性化する、請求項1記載の薄膜磁性体記憶装置。
The memory array is divided into a plurality of regions along the column direction;
The plurality of read word lines are divided and arranged for each of the plurality of regions,
Each of the plurality of write word lines is shared by the adjacent rows and arranged in common in the plurality of regions,
The thin film magnetic memory device includes:
A plurality of read word line drivers respectively provided corresponding to the plurality of read word lines;
Each of the plurality of read word line drivers includes information indicating which one of the even-numbered row and the odd-numbered row is selected at the time of data reading, and activation of a corresponding one of the plurality of write word lines The thin film magnetic memory device according to claim 1, wherein the corresponding read word line is activated in response to.
前記メモリセル選択ゲートは、
前記記憶部と対応する前記読出ワード線との間に結合されるダイオード素子を含む、請求項1から4のいずれかに記載の薄膜磁性体記憶装置。
The memory cell selection gate is
5. The thin film magnetic memory device according to claim 1, further comprising a diode element coupled between the memory unit and the corresponding read word line.
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