JP5140859B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP5140859B2
JP5140859B2 JP2008218174A JP2008218174A JP5140859B2 JP 5140859 B2 JP5140859 B2 JP 5140859B2 JP 2008218174 A JP2008218174 A JP 2008218174A JP 2008218174 A JP2008218174 A JP 2008218174A JP 5140859 B2 JP5140859 B2 JP 5140859B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
word line
storage unit
write
data
dwwl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008218174A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010055674A (en
Inventor
知也 河越
高晴 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2008218174A priority Critical patent/JP5140859B2/en
Publication of JP2010055674A publication Critical patent/JP2010055674A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5140859B2 publication Critical patent/JP5140859B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1675Writing or programming circuits or methods

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、記憶データの論理値に対応する磁化方向に応じて電気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a plurality of magnetoresistive elements whose electric resistance values change according to the magnetization direction corresponding to the logical value of stored data.

MRAM(Magnetic Random Access Memory)は、強磁性体の磁化方向を利用してデータを記憶する固体メモリの総称である。MRAMにおいては、メモリセルを構成する強磁性体の磁化方向が、ある基準方向に対して平行であるか反平行であるかを“1”および“0”に対応させる。また、メモリセルに対するデータ読み出しにおいて巨大磁気抵抗効果(ジャイアント・マグネット−レジスタンス効果:GMR(Giant Magneto Resistive)効果)を利用するGMR素子、および磁性トンネル効果(トンネル・マグネット−レジスタンス効果:TMR(Tunneling Magneto Resistive)効果)を利用するMTJ(Magnetic Tunneling Junction)素子等がMRAMに使用されている。   MRAM (Magnetic Random Access Memory) is a general term for a solid-state memory that stores data using the magnetization direction of a ferromagnetic material. In the MRAM, “1” and “0” correspond to whether the magnetization direction of the ferromagnetic material constituting the memory cell is parallel or antiparallel to a certain reference direction. Further, a GMR element using a giant magnetoresistance effect (Giant Magneto Resistive effect: GMR (Giant Magneto Resistive) effect) and a magnetic tunnel effect (Tunneling Magneto Resistance effect: TMR (Tunneling Magneto) An MTJ (Magnetic Tunneling Junction) element or the like that utilizes the (resistive) effect) is used in the MRAM.

MTJ素子は、強磁性体層/絶縁層/強磁性体層の3層膜で構成され、絶縁層をトンネル電流が流れる。このトンネル電流に対する抵抗値が、2つの強磁性体層の磁化方向の関係に応じて変化する。   The MTJ element is composed of a three-layer film of ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer, and a tunnel current flows through the insulating layer. The resistance value to the tunnel current changes according to the relationship between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers.

ここで、強磁性体層の磁化方向を反転させる方法として、メモリセルの近傍に電流を流して外部磁場を発生し、強磁性体層の磁化方向を反転させる外部磁化反転法が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。   Here, as a method of reversing the magnetization direction of the ferromagnetic layer, there is known an external magnetization reversal method in which a current is passed in the vicinity of the memory cell to generate an external magnetic field and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is reversed. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、強磁性体の磁化方向を反転させる方法として、スピン注入磁化反転法が知られている(たとえば、非特許文献2参照)。これは、メモリセルに直接電流を流して電子のもつスピン(向き)の作用によって磁化を反転させる方法である。より詳細には、TMR素子の一方の強磁性体層から他方の強磁性体層へ電流(以下、スピン注入電流とも称する)を流すことにより、強磁性体層の磁化を反転させる方法である。スピン注入電流は外部磁場を発生するための電流より電流量を小さくできるため、スピン注入磁化反転法は外部磁化反転法と比べてMRAMの消費電流を低減することができる。   As a method for reversing the magnetization direction of a ferromagnetic material, a spin injection magnetization reversal method is known (see, for example, Non-Patent Document 2). This is a method in which a current is directly applied to a memory cell to reverse the magnetization by the action of electrons' spin (direction). More specifically, this is a method of reversing the magnetization of the ferromagnetic layer by passing a current (hereinafter also referred to as a spin injection current) from one ferromagnetic layer of the TMR element to the other ferromagnetic layer. Since the spin injection current can have a smaller amount of current than the current for generating the external magnetic field, the spin injection magnetization reversal method can reduce the current consumption of the MRAM compared to the external magnetization reversal method.

MRAMでは、たとえば磁気抵抗素子が行列状に配置され、磁気抵抗素子行に対応して設けられた複数のワード線と、磁気抵抗素子列に対応して設けられた複数のビット線とが設けられる。   In the MRAM, for example, magnetoresistive elements are arranged in a matrix, and a plurality of word lines provided corresponding to the magnetoresistive element rows and a plurality of bit lines provided corresponding to the magnetoresistive element columns are provided. .

外部磁化反転法を採用するMRAMにおいては、ある磁気抵抗素子に対してデータ書き込みを行なうために、書き込み対象の磁気抵抗素子に対応するワード線およびビット線に書き込み電流を流し、これにより書き込み対象の磁気抵抗素子の磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する。   In an MRAM employing the external magnetization reversal method, in order to write data to a certain magnetoresistive element, a write current is passed through the word line and bit line corresponding to the write target magnetoresistive element, thereby A data write magnetic field that affects the magnetization of the magnetoresistive element is generated.

ここで、磁気抵抗素子のデータ書き込み特性にはばらつきがあり、データ書き込みされやすい、すなわち磁化方向が反転しやすい磁気抵抗素子では、たとえば書き込み電流が流れるビット線には対応しておらず、書き込み電流が流れるワード線のみに対応している、すなわち書き込み電流が流れるワード線の近傍にしか配置されていない磁気抵抗素子でも、近傍のワード線の書き込み電流によるデータ書き込み磁場のみによって誤書き込みが行なわれる場合がある。   Here, there are variations in the data write characteristics of the magnetoresistive element, and in a magnetoresistive element in which data is easily written, that is, the magnetization direction is easily reversed, for example, it does not correspond to a bit line through which a write current flows, and the write current Even if the magnetoresistive element is compatible only with the word line through which the current flows, that is, the magnetoresistive element is arranged only in the vicinity of the word line through which the write current flows, the erroneous write is performed only by the data write magnetic field by the write current of the nearby word line There is.

このような問題点を解決するために、たとえばワード線を分割し、分割ワード線ごとにワード線ドライバを設けることにより、書き込み対象の磁気抵抗素子に対応する分割ワード線以外の分割ワード線には書き込み電流が流れないようにする構成が考えられる。このような構成により、ワード線の書き込み電流によるデータ書き込み磁場のみによって磁気抵抗素子の誤書き込みが行なわれることを防ぐことができる。
Takaharu Tsuji et al. " A 1.2V 1Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture ", 2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers pp.450-453 M.Hosomi et al. " A Novel Nonvolatile Memory with Spin torque Transfer Magnetization Switching:Spin-RAM ", 2005 IEEE
In order to solve such a problem, for example, by dividing the word line and providing a word line driver for each divided word line, the divided word lines other than the divided word line corresponding to the magnetoresistive element to be written are provided. A configuration that prevents the write current from flowing is conceivable. With such a configuration, it is possible to prevent the magnetoresistive element from being erroneously written only by the data write magnetic field caused by the write current of the word line.
Takaharu Tsuji et al. "A 1.2V 1Mbit Embedded MRAM Core with Folded Bit-Line Array Architecture", 2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers pp.450-453 M. Hosomi et al. "A Novel Nonvolatile Memory with Spin torque Transfer Magnetization Switching: Spin-RAM", 2005 IEEE

しかしながら、データ書き込み磁場の大きさは、同時にデータ書き込みを行なう磁気抵抗素子数、すなわち分割ワード線に対応する磁気抵抗素子の数が減っても一定であるため、分割ワード線を通して流す書き込み電流の大きさは、ワード線を分割しない場合と同じである。すなわち、ワード線ドライバに含まれるトランジスタのサイズは一定である。このため、上記構成では、同時にデータ書き込みを行なう磁気抵抗素子数を減らすにつれて、すなわちワード線の分割数が増えるにつれて、ワード線ドライバの数が増え、レイアウト面積が増大するという問題点がある。   However, since the magnitude of the data write magnetic field is constant even if the number of magnetoresistive elements simultaneously writing data, that is, the number of magnetoresistive elements corresponding to the divided word lines is reduced, the magnitude of the write current flowing through the divided word lines is large. This is the same as when the word line is not divided. That is, the size of the transistors included in the word line driver is constant. For this reason, in the above configuration, there is a problem that the number of word line drivers increases and the layout area increases as the number of magnetoresistive elements simultaneously writing data, that is, as the number of divided word lines increases.

それゆえに、本発明の目的は、データの誤書き込みを防ぎ、かつレイアウト面積の増大を防ぐことが可能な半導体装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing erroneous writing of data and preventing an increase in layout area.

本発明の一実施例の形態の半導体装置は、要約すれば、記憶部に対応して設けられ、対応の記憶部に対応する第1の制御線および第2の制御線の間に接続された複数の第3の制御線と、記憶部に対応して設けられ、対応の記憶部に対応する第1の制御線および第3の制御線の間に接続されたダイオードとを備える。そして、書き込み回路は、データ書き込み時、複数の第3の制御線のうちの少なくともいずれか1つを選択し、選択した第3の制御線を通して書き込み電流を流すことにより、選択した第3の制御線に対応する磁気抵抗素子の磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する。   In summary, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is provided corresponding to a storage unit and connected between a first control line and a second control line corresponding to the corresponding storage unit. A plurality of third control lines and a diode provided corresponding to the storage unit and connected between the first control line and the third control line corresponding to the corresponding storage unit. The write circuit selects at least one of the plurality of third control lines at the time of data writing, and causes the write current to flow through the selected third control line, thereby selecting the selected third control. A data write magnetic field is generated that affects the magnetization of the magnetoresistive element corresponding to the line.

本発明の一実施例の形態によれば、第3の制御線の数が記憶部列方向に増えても、第2の制御線に接続されるドライバの数は記憶部列の数と等しく、一定となる。また、記憶部列の数が増えても、第1の制御線に接続されるドライバの数は記憶部行の数と等しく、一定である。したがって、データの誤書き込みを防ぎ、かつレイアウト面積の増大を防ぐことができる。   According to the embodiment of the present invention, even if the number of third control lines increases in the storage unit column direction, the number of drivers connected to the second control lines is equal to the number of storage unit columns, It becomes constant. Even if the number of storage unit columns increases, the number of drivers connected to the first control line is equal to the number of storage unit rows and is constant. Therefore, erroneous writing of data can be prevented and an increase in layout area can be prevented.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。図1は、2行2列の記憶部に対応する回路を代表的に示しており、以下、この回路について代表的に説明する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 representatively shows a circuit corresponding to a 2 × 2 storage unit, and this circuit will be described below representatively.

図1を参照して、半導体装置101は、行列上に配置された記憶部MU11,MU12,MU21,MU22を含むメモリアレイ10と、書き込み回路11と、ワード線ドライバWLD1,WLD2と、分割ワード線ドライバWLED1,WLED2と、ビット線ドライバ部BLD1,BLD2と、ダイオードD11,D12,D21,D22と、ワード線WLn,WLn+1と、ワード線WWLn,WWLn+1と、ライトイネーブル線WWLEm,WWLEm+1と、分割ワード線DWWLnm,DWWL(n+1)m,DWWLn(m+1),DWWL(n+1)(m+1)と、ビット線BL8m+0〜BL8m+7,BL8(m+1)+0〜BL8(m+1)+7とを備える。   Referring to FIG. 1, a semiconductor device 101 includes a memory array 10 including storage units MU11, MU12, MU21, and MU22 arranged on a matrix, a write circuit 11, word line drivers WLD1 and WLD2, and divided word lines. Drivers WLED1, WLED2, bit line driver sections BLD1, BLD2, diodes D11, D12, D21, D22, word lines WLn, WLn + 1, word lines WWLn, WWLn + 1, write enable lines WWLEm, WWLEm + 1, and divided word lines DWWLnm, DWWL (n + 1) m, DWWLn (m + 1), DWWL (n + 1) (m + 1), and bit lines BL8m + 0 to BL8m + 7, BL8 (m + 1) +0 to BL8 (m + 1) +7.

なお、ワード線ドライバWLD1,WLD2の各々をワード線ドライバWLDと称する場合がある。また、分割ワード線ドライバWLED1,WLED2の各々を分割ワード線ドライバWLEDと称する場合がある。また、ダイオードD11,D12,D21,D22の各々をダイオードDと称する場合がある。また、ワード線WLn,WLn+1の各々をワード線WLと称する場合がある。また、ワード線WWLn,WWLn+1の各々をワード線WWLと称する場合がある。また、ライトイネーブル線WWLEn,WWLEn+1の各々をライトイネーブル線WWLEと称する場合がある。また、分割ワード線DWWLnm,DWWL(n+1)m,DWWLn(m+1),DWWL(n+1)(m+1)の各々を分割ワード線DWWLと称する場合がある。また、ビット線BL8m+0〜BL8m+7,BL8(m+1)+0〜BL8(m+1)+7の各々をビット線BLと称する場合がある。また、書き込みデータ線D0〜D7の各々を書き込みデータ線Dと称する場合がある。また、記憶部MU11,MU12,MU21,MU22の各々を記憶部MUと称する場合がある。   Each of word line drivers WLD1 and WLD2 may be referred to as word line driver WLD. Each of divided word line drivers WLED1 and WLED2 may be referred to as divided word line driver WLED. In addition, each of the diodes D11, D12, D21, and D22 may be referred to as a diode D. In addition, each of the word lines WLn and WLn + 1 may be referred to as a word line WL. In addition, each of word lines WWLn and WWLn + 1 may be referred to as word line WWL. Each of the write enable lines WWEn and WWEn + 1 may be referred to as a write enable line WWLE. Each of divided word lines DWWLnm, DWWL (n + 1) m, DWWLn (m + 1), and DWWL (n + 1) (m + 1) may be referred to as divided word line DWWL. Each of the bit lines BL8m + 0 to BL8m + 7 and BL8 (m + 1) +0 to BL8 (m + 1) +7 may be referred to as a bit line BL. In addition, each of the write data lines D0 to D7 may be referred to as a write data line D. In addition, each of the storage units MU11, MU12, MU21, and MU22 may be referred to as a storage unit MU.

また、以下においては、行列状に配置された複数の記憶部MUの行および列をそれぞれ記憶部行および記憶部列とも称する。   Hereinafter, the rows and columns of the plurality of storage units MU arranged in a matrix are also referred to as storage unit rows and storage unit columns, respectively.

記憶部MUは、記憶部列方向に配置された複数のメモリセルMCを含む。メモリセルMCは、直列接続された磁気抵抗素子MおよびトランジスタTRCを含む。   The storage unit MU includes a plurality of memory cells MC arranged in the storage unit column direction. Memory cell MC includes a magnetoresistive element M and a transistor TRC connected in series.

磁気抵抗素子Mは、記憶データの論理値に対応する磁化方向に応じて電気抵抗値が変化する。   The magnetoresistive element M changes its electrical resistance value according to the magnetization direction corresponding to the logical value of the stored data.

ビット線BLは、記憶部行に対応して設けられている。ワード線WWLEは、記憶部行に対応して設けられている。ワード線WLおよびWWLは、記憶部列に対応して設けられている。分割ワード線DWWLは、記憶部MUに対応して設けられ、対応の記憶部MUに対応するライトイネーブル線WWLEおよびワード線WWLの間に接続されている。また、分割ワード線DWWLは、対応の記憶部MUにおける各磁気抵抗素子Mの近傍に配置されている。   The bit line BL is provided corresponding to the memory portion row. The word line WWLE is provided corresponding to the memory portion row. Word lines WL and WWL are provided corresponding to the storage unit columns. The divided word line DWWL is provided corresponding to the storage unit MU, and is connected between the write enable line WWLE and the word line WWL corresponding to the corresponding storage unit MU. The divided word line DWWL is disposed in the vicinity of each magnetoresistive element M in the corresponding storage unit MU.

ダイオードDは、記憶部MUに対応して設けられ、対応の記憶部MUに対応するライトイネーブル線WWLEおよび分割ワード線DWWLの間に接続されている。   The diode D is provided corresponding to the storage unit MU, and is connected between the write enable line WWLE and the divided word line DWWL corresponding to the corresponding storage unit MU.

書き込み回路11は、データ書き込み時、書き込み対象の記憶部MUに対応する分割ワード線DWWLを選択する。すなわち、書き込み回路11は、複数の分割ワード線DWWLのうちの少なくともいずれか1つを選択する。そして、書き込み回路11は、選択した分割ワード線DWWLを通して書き込み電流を流すことにより、選択した分割ワード線DWWLに対応する磁気抵抗素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する。すなわち、書き込み回路11は、選択している分割ワード線DWWLに接続されたダイオードDに順バイアスが印加されるように、選択している分割ワード線DWWLに対応するライトイネーブル線WWLEの電圧レベルおよびワード線WWLの電圧レベルをそれぞれ制御する。これにより、磁気抵抗素子Mの困難軸方向に磁場が印加される。   The write circuit 11 selects the divided word line DWWL corresponding to the storage unit MU to be written at the time of data writing. That is, the write circuit 11 selects at least one of the plurality of divided word lines DWWL. The write circuit 11 generates a data write magnetic field that acts on the magnetization of the magnetoresistive element M corresponding to the selected divided word line DWWL by passing a write current through the selected divided word line DWWL. That is, the write circuit 11 applies the voltage level of the write enable line WWLE corresponding to the selected divided word line DWWL and the forward bias to the diode D connected to the selected divided word line DWWL. The voltage level of each word line WWL is controlled. As a result, a magnetic field is applied in the hard axis direction of the magnetoresistive element M.

また、書き込み回路13は、データ書き込み時、書き込み対象の記憶部MUに対応するビット線BLを選択する。すなわち、書き込み回路13は、複数のビット線BLのうちの少なくともいずれか1つを選択する。そして、書き込み回路13は、選択したビット線BLに書き込み電流を流すことにより、選択したビット線BLに対応する記憶部行に属する磁気抵抗素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する。ここで、書き込み回路13は、ビット線ドライバ部BLD1,BLD2を制御することにより、選択したビット線BLを通して書き込みデータの論理値に応じた方向に書き込み電流を流す。   The write circuit 13 selects the bit line BL corresponding to the write target storage unit MU when writing data. That is, the write circuit 13 selects at least one of the plurality of bit lines BL. The write circuit 13 generates a data write magnetic field that acts on the magnetization of the magnetoresistive element M belonging to the storage unit row corresponding to the selected bit line BL by passing a write current through the selected bit line BL. Here, the write circuit 13 controls the bit line driver units BLD1 and BLD2 to cause a write current to flow in the direction according to the logical value of the write data through the selected bit line BL.

また、書き込み回路11は、選択していない分割ワード線DWWLに接続されたダイオードDに逆バイアスが印加されるように、選択していない分割ワード線DWWLに対応するライトイネーブル線WWLEの電圧レベルおよびワード線WWLの電圧レベルをそれぞれ制御する。   Further, the write circuit 11 is configured so that the reverse bias is applied to the diode D connected to the unselected divided word line DWWL, and the voltage level of the write enable line WWLE corresponding to the unselected divided word line DWWL and The voltage level of each word line WWL is controlled.

図2は、本発明の実施の形態に係る半導体装置のデータ書き込み時の動作を概念的に示す図である。   FIG. 2 is a diagram conceptually showing an operation at the time of data writing of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

図2を参照して、書き込み回路11は、データ書き込み動作を行なう前に、ワード線ドライバWLD1,WLD2および分割ワード線ドライバWLED1,WLED2を制御することにより、ワード線WWLn,WWLn+1を論理ハイレベルに駆動し、かつライトイネーブル線WWLEm,WWLEm+1を論理ローレベルに駆動する。これにより、ダイオードD11,D12,D21,D22には逆バイアスが印加されるため、分割ワード線DWWLnm,DWWL(n+1)m,DWWLn(m+1),DWWL(n+1)(m+1)を通して書き込み電流は流れない。   Referring to FIG. 2, before performing a data write operation, write circuit 11 controls word line drivers WLD1, WLD2 and divided word line drivers WLED1, WLED2 to bring word lines WWLn, WWLn + 1 to a logic high level. And the write enable lines WWLEm and WWLEm + 1 are driven to a logic low level. As a result, a reverse bias is applied to the diodes D11, D12, D21, and D22, so that no write current flows through the divided word lines DWWLnm, DWWL (n + 1) m, DWWLn (m + 1), and DWWL (n + 1) (m + 1). .

次に、書き込み回路11は、ワード線ドライバWLD1および分割ワード線ドライバWLED1を制御して、ワード線WWLnを論理ローレベルに駆動し、かつライトイネーブル線WWLEmを論理ハイレベルに駆動する。これにより、ダイオードD11のみに順バイアスが印加されるため、分割ワード線DWWLnmにのみ書き込み電流WIが流れる。その他のダイオードD12,D21,D22には逆バイアスあるいはゼロバイアスが印加されるため、他の分割ワード線DWWL(n+1)m,DWWLn(m+1),DWWL(n+1)(m+1)には電流が流れない。   Next, the write circuit 11 controls the word line driver WLD1 and the divided word line driver WLED1 to drive the word line WWLn to the logic low level and drive the write enable line WWLEm to the logic high level. Thereby, since a forward bias is applied only to the diode D11, the write current WI flows only to the divided word line DWWLnm. Since reverse bias or zero bias is applied to the other diodes D12, D21, and D22, no current flows through the other divided word lines DWWL (n + 1) m, DWWLn (m + 1), and DWWL (n + 1) (m + 1). .

このように、分割ワード線DWWLnmを通して書き込み電流を流すことにより、図2において点線で囲んだ記憶部MU11における8個の磁気抵抗素子Mに対して同時にデータ書き込みを行なうことができる。   In this way, by supplying a write current through the divided word line DWWLnm, data can be simultaneously written to the eight magnetoresistive elements M in the storage unit MU11 surrounded by a dotted line in FIG.

ところで、ワード線を分割し、分割ワード線ごとにワード線ドライバを設けることにより、書き込み対象の磁気抵抗素子に対応する分割ワード線以外の分割ワード線には書き込み電流が流れないようにする構成では、同時にデータ書き込みを行なう磁気抵抗素子数を減らすにつれて、すなわちワード線の分割数が増えるにつれて、ワード線ドライバの数が増え、レイアウト面積が増大するという問題点があった。   By the way, in the configuration in which the word line is divided and a word line driver is provided for each divided word line, the write current does not flow to the divided word lines other than the divided word line corresponding to the magnetoresistive element to be written. As the number of magnetoresistive elements simultaneously writing data decreases, that is, as the number of divided word lines increases, the number of word line drivers increases and the layout area increases.

しかしながら、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、記憶部MUに対応して設けられ、対応の記憶部MUに対応するライトイネーブル線WWLEおよびワード線WWLの間に接続された複数の分割ワード線DWWLと、記憶部MUに対応して設けられ、対応の記憶部MUに対応するライトイネーブル線WWLEおよび分割ワード線DWWLの間に接続されたダイオードDとを備える。そして、書き込み回路11は、データ書き込み時、複数の分割ワード線DWWLのうちの少なくともいずれか1つを選択し、選択した分割ワード線DWWLを通して書き込み電流を流すことにより、選択した分割ワード線DWWLに対応する磁気抵抗素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する。   However, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a plurality of divided words provided corresponding to the storage unit MU and connected between the write enable line WWLE and the word line WWL corresponding to the corresponding storage unit MU. A line DWWL and a diode D provided corresponding to the storage unit MU and connected between the write enable line WWLE and the divided word line DWWL corresponding to the corresponding storage unit MU. Then, the write circuit 11 selects at least one of the plurality of divided word lines DWWL and writes a write current through the selected divided word line DWWL to write the selected divided word line DWWL to the selected divided word line DWWL. A data write magnetic field acting on the magnetization of the corresponding magnetoresistive element M is generated.

これにより、ワード線の分割数が増えても、ワード線ドライバWLDの数は記憶部列の数と等しく、一定となる。また、記憶部列の数が増えても、分割ワード線ドライバWLEDの数は記憶部行の数と等しく、一定である。ここで、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、分割ワード線DWWLごとにダイオードDが設けられるが、ダイオードはMOSトランジスタに比べて占有面積が小さい。このため、分割ワード線ごとにワード線ドライバを設ける構成と比べて、小さいレイアウト面積で多くの電流を流すことができる。   Thus, even if the number of word line divisions increases, the number of word line drivers WLD is equal to the number of storage unit columns and is constant. Even if the number of storage unit columns is increased, the number of divided word line drivers WLED is equal to the number of storage unit rows and is constant. Here, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a diode D is provided for each divided word line DWWL, but the diode occupies a smaller area than a MOS transistor. For this reason, it is possible to pass a large amount of current with a small layout area as compared with a configuration in which a word line driver is provided for each divided word line.

なお、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、書き込み回路13は、ビット線ドライバ部BLD1,BLD2を制御することにより、選択したビット線BLを通して書き込みデータの論理値に応じた方向に書き込み電流を流し、選択したビット線BLに対応する記憶部行に属する磁気抵抗素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する構成であるとしたが、これに限定するものではない。非特許文献2に記載されているように、磁気抵抗素子を通してスピン注入電流を流す構成であってもよい。   In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the write circuit 13 controls the bit line driver portions BLD1 and BLD2 to write current in the direction according to the logical value of the write data through the selected bit line BL. The data write magnetic field acting on the magnetization of the magnetoresistive element M belonging to the storage unit row corresponding to the selected bit line BL is generated. However, the present invention is not limited to this. As described in Non-Patent Document 2, a configuration in which a spin injection current is allowed to flow through a magnetoresistive element may be used.

また、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、ワード線ドライバWLDおよび分割ワード線ドライバWLEDは、それぞれワード線WWLおよびライトイネーブル線WWLEの片側に設けられているが、これに限定するものではない。ワード線ドライバWLDおよび分割ワード線ドライバWLEDを、それぞれワード線WWLおよびライトイネーブル線WWLEの両側に設けることにより、ワード線WWLおよびライトイネーブル線WWLEの配線抵抗によって配線の寄生抵抗が変化することを防ぐことができる。   In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the word line driver WLD and the divided word line driver WLED are provided on one side of the word line WWL and the write enable line WWLE, respectively. However, the present invention is not limited to this. Absent. By providing the word line driver WLD and the divided word line driver WLED on both sides of the word line WWL and the write enable line WWLE, respectively, the parasitic resistance of the wiring is prevented from changing due to the wiring resistance of the word line WWL and the write enable line WWLE. be able to.

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.

本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置のデータ書き込み時の動作を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the operation | movement at the time of the data writing of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 メモリアレイ、11 書き込み回路、101 半導体装置、MU11,MU12,MU21,MU22 記憶部、WLD1,WLD2 ワード線ドライバ、WLED1,WLED2 分割ワード線ドライバ、BLD1,BLD2 ビット線ドライバ部、D11,D12,D21,D22 ダイオード、WLn,WLn+1,WWLn,WWLn+1 ワード線、WWLEm,WWLEm+1 ライトイネーブル線、DWWLnm,DWWL(n+1)m,DWWLn(m+1),DWWL(n+1)(m+1) 分割ワード線、BL8m+0〜BL8m+7,BL8(m+1)+0〜BL8(m+1)+7 ビット線、MC メモリセル、M 磁気抵抗素子、TRC トランジスタ。   10 memory array, 11 write circuit, 101 semiconductor device, MU11, MU12, MU21, MU22 storage unit, WLD1, WLD2 word line driver, WLED1, WLED2 split word line driver, BLD1, BLD2 bit line driver unit, D11, D12, D21 , D22 Diode, WLn, WLn + 1, WWLn, WWLn + 1 Word line, WWLEm, WWLEm + 1 Write enable line, DWWLnm, DWWL (n + 1) m, DWWLn (m + 1), DWWL (n + 1) (m + 1) Split word line, BL8m + 0 to BL8m + 7, BL8 (M + 1) +0 to BL8 (m + 1) +7 Bit line, MC memory cell, M magnetoresistive element, TRC transistor.

Claims (1)

行列上に配置され、各々が、記憶データの論理値に対応する磁化方向に応じて電気抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を含む複数の記憶部と、
前記記憶部行に対応して設けられた複数の第1の制御線と、
前記記憶部列に対応して設けられた複数の第2の制御線と、
前記記憶部に対応して設けられ、対応の前記記憶部に対応する前記第1の制御線および前記第2の制御線の間に接続された複数の第3の制御線と、
前記記憶部に対応して設けられ、対応の前記記憶部に対応する前記第1の制御線および前記第3の制御線の間に接続されたダイオードと、
データ書き込み時、前記複数の第3の制御線のうちの少なくともいずれか1つを選択し、前記選択した前記第3の制御線を通して書き込み電流を流すことにより、前記選択した前記第3の制御線に対応する前記磁気抵抗素子の磁化に作用するデータ書き込み磁場を発生する書き込み回路とを備える半導体装置。
A plurality of storage units arranged on a matrix, each including a plurality of magnetoresistive elements whose electrical resistance values change according to the magnetization direction corresponding to the logical value of the stored data;
A plurality of first control lines provided corresponding to the storage unit rows;
A plurality of second control lines provided corresponding to the storage section row;
A plurality of third control lines provided corresponding to the storage unit and connected between the first control line and the second control line corresponding to the corresponding storage unit;
A diode provided corresponding to the storage unit and connected between the first control line and the third control line corresponding to the corresponding storage unit;
At the time of data writing, the selected third control line is selected by selecting at least one of the plurality of third control lines and passing a write current through the selected third control line. And a write circuit that generates a data write magnetic field that acts on the magnetization of the magnetoresistive element corresponding to.
JP2008218174A 2008-08-27 2008-08-27 Semiconductor device Expired - Fee Related JP5140859B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008218174A JP5140859B2 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008218174A JP5140859B2 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010055674A JP2010055674A (en) 2010-03-11
JP5140859B2 true JP5140859B2 (en) 2013-02-13

Family

ID=42071432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008218174A Expired - Fee Related JP5140859B2 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5140859B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6122170B1 (en) 2016-03-16 2017-04-26 株式会社東芝 Nonvolatile RAM and system including nonvolatile RAM

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010055674A (en) 2010-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5046194B2 (en) MRAM with variable word line drive potential
JP5019681B2 (en) Thin film magnetic memory device
US8634232B2 (en) Write driver circuit for MRAM, MRAM and layout structure thereof
US7742328B2 (en) Method and system for providing spin transfer tunneling magnetic memories utilizing non-planar transistors
US9552861B2 (en) Resistance change memory
JP2004297049A (en) Magnetic random access memory
JP2007115956A (en) Semiconductor memory
JP5091969B2 (en) Semiconductor memory device
US8654577B2 (en) Shared bit line SMT MRAM array with shunting transistors between bit lines
JP2007087524A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP5045672B2 (en) MRAM using 2T2MTJ cell
US20040012995A1 (en) Thim film magnetic memory device permitting high precision data read
KR20040002446A (en) Thin film magnetic memory device suppressing internal magnetic noises
JP2013026337A (en) Semiconductor device and magnetic random access memory
JP5754531B2 (en) Magnetoresistive element and method of manufacturing magnetic random access memory
JP2009176383A (en) Magnetic nonvolatile semiconductor storage device
JP2007080344A (en) Semiconductor storage device
JP2010027178A (en) Storage device
JP5140859B2 (en) Semiconductor device
JP4219134B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP4315703B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5300959B2 (en) Thin film magnetic memory device
JP5140855B2 (en) Semiconductor device
JP2009164319A (en) Nonvolatile semiconductor storage device
JP4698712B2 (en) Thin film magnetic memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100602

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110401

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121023

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121031

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151130

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees