JP5316608B2 - Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、抵抗変化型素子を利用した不揮発性メモリセルおよびこの不揮発性メモリセルを備えた不揮発性メモリに関する。 The present invention relates to a nonvolatile memory cell using a resistance variable element and a nonvolatile memory including the nonvolatile memory cell.
微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリあるいはDRAMに代わり、近年、次世代不揮発性メモリとして抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型メモリが注目されている。この抵抗変化型素子としては、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory;磁気抵抗RAM)、PRAM(Phase change Random Access Memory;相変化RAM)、ReRAM(Resistance Random Access Memory;抵抗変化型RAM)等に用いられているものが挙げられる。このような抵抗変化型素子を利用したメモリは、フラッシュメモリのような複雑なプロセスを必要とせず、標準ロジックプロセスと相性が良く、微細化に向いていること、低電圧で動作することより、将来性を有望視されている。この種の抵抗変化型素子を利用したメモリの素子構成、特性およびアレイ構成は、例えば特許文献1または非特許文献1に開示されている。
In recent years, a resistance change type memory for storing data using a resistance change type element has attracted attention as a next-generation non-volatile memory in place of a flash memory or a DRAM that has become limited in miniaturization. Examples of the resistance change element include MRAM (Magnetoretic Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), ReRAM (Resistance Random Access Memory). The thing that is. A memory using such a resistance variable element does not require a complicated process like a flash memory, is compatible with a standard logic process, is suitable for miniaturization, and operates at a low voltage. The future is promising. An element configuration, characteristics, and array configuration of a memory using this type of variable resistance element are disclosed in
図18(a)および(b)は、抵抗変化型素子として代表的なMTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素子を利用したメモリセルの構成と動作を示す図である。図18(a)および(b)に示すように、MTJ素子は、磁気の方向が一定のピン層と、トンネルバリア膜と、磁気の方向が変化するフリー層とからなる。図18(a)に示すように、フリー層からピン層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と同一となり、MTJ素子は低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。逆に、図18(b)に示すように、ピン層からフリー層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と反対になり、MTJ素子は高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態になる。このようなMTJ素子によりメモリセルを構成する場合には、図18(a)および(b)に例示するように、MTJ素子を選択するためのスイッチとして、NチャネルトランジスタTsがMTJ素子に直列接続される。このような不揮発性メモリセルの構成は、例えば特許文献1に開示されている。
FIGS. 18A and 18B are diagrams showing the configuration and operation of a memory cell using a typical MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element as a resistance variable element. As shown in FIGS. 18A and 18B, the MTJ element includes a pinned layer having a constant magnetic direction, a tunnel barrier film, and a free layer having a changed magnetic direction. As shown in FIG. 18A, when a current in the direction from the free layer to the pinned layer is passed, the magnetization direction of the free layer becomes the same as that of the pinned layer, the MTJ element becomes low resistance, and data “0” is stored. It becomes a state. Conversely, as shown in FIG. 18B, when a current in the direction from the pinned layer toward the free layer is passed, the magnetization direction of the free layer is opposite to that of the pinned layer, the MTJ element becomes high resistance, and data “1” "Is stored. When a memory cell is configured with such an MTJ element, an N-channel transistor Ts is connected in series with the MTJ element as a switch for selecting the MTJ element, as illustrated in FIGS. 18 (a) and 18 (b). Is done. The configuration of such a nonvolatile memory cell is disclosed in
図19は、図18(a)および(b)に示すような不揮発性メモリセルにより構成された従来のメモリセルアレイの断面構造を例示する図である。図19に示す例では、半導体基板に図18(a)および(b)に示す選択用のNチャネルトランジスタTsが形成されている。そして、1メモリセルを構成する2つのNチャネルトランジスタTsのゲートに選択電圧WLが与えられる。これらのNチャネルトランジスタTsのソースは、スルーホールと第1メタル層1Mとを介して第2メタル層2Mによるソース線SLに接続されている。また、2つのNチャネルトランジスタTsの共用のドレインは、スルーホールを介してMTJ素子のピン層に接続され、このMTJ素子のフリー層はスルーホールを介して第2メタル層2Mによるビット線BLに接続されている。
FIG. 19 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a conventional memory cell array configured by nonvolatile memory cells as shown in FIGS. 18A and 18B. In the example shown in FIG. 19, the N-channel transistor Ts for selection shown in FIGS. 18A and 18B is formed on the semiconductor substrate. A selection voltage WL is applied to the gates of the two N-channel transistors Ts constituting one memory cell. The sources of these N-channel transistors Ts are connected to the source line SL of the
図20は従来のメモリセルアレイの回路構成を示す図、図21は同メモリセルアレイのレイアウト例を示す図である。図20および図21において、一点鎖線により囲った領域は1個分の不揮発性メモリセルを示している。メモリセルアレイは、この不揮発性メモリセルを行列状に配列したものである。図21に示すように、メモリセルアレイでは、ポリシリコン層による行選択線WL00、WL01、WL10、WL11、WL20、WL21が水平方向に配線されている。メモリセルアレイには、垂直方向に延びた矩形のN型不純物領域が水平方向に複数並列に形成されている。そして、ポリシリコン層である行選択線とこれらのN型不純物層との交差部分が図18および図19に示すNチャネルトランジスタのゲートとなり、このゲートの両側のN型不純物層がNチャネルトランジスタのソースまたはドレインとなる。 FIG. 20 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional memory cell array, and FIG. 21 is a diagram showing a layout example of the memory cell array. In FIGS. 20 and 21, a region surrounded by an alternate long and short dash line indicates one nonvolatile memory cell. The memory cell array is an array of these non-volatile memory cells. As shown in FIG. 21, in the memory cell array, row selection lines WL00, WL01, WL10, WL11, WL20, and WL21 made of a polysilicon layer are wired in the horizontal direction. In the memory cell array, a plurality of rectangular N-type impurity regions extending in the vertical direction are formed in parallel in the horizontal direction. The intersection of the row selection line which is a polysilicon layer and these N-type impurity layers becomes the gate of the N-channel transistor shown in FIGS. 18 and 19, and the N-type impurity layers on both sides of this gate are the N-channel transistor. Source or drain.
メモリセルアレイでは、垂直方向に延びた第2メタル層M2によるソース線SL0、SL1、SL2、SL3と、第2メタル層M2によるビット線BL0、BL1、BL2、BL3とが水平方向に交互に配列されている。図示の例において、一点鎖線で囲まれた不揮発性メモリセルでは、行選択線WL10をゲートとするNチャネルトランジスタのソースと、行選択線WL11をゲートとするNチャネルトランジスタのソースにソース線SL1が接続されている。また、行選択線WL10をゲートとするNチャネルトランジスタと行選択線WL11をゲートとするNチャネルトランジスタの共通のドレインと、第2メタル層M2によるビット線BL1との間にMTJ素子が介挿されている。 In the memory cell array, source lines SL0, SL1, SL2, and SL3 formed by the second metal layer M2 extending in the vertical direction and bit lines BL0, BL1, BL2, and BL3 formed by the second metal layer M2 are alternately arranged in the horizontal direction. ing. In the illustrated example, in the nonvolatile memory cell surrounded by the alternate long and short dash line, the source line SL1 is connected to the source of the N-channel transistor whose gate is the row selection line WL10 and the source of the N-channel transistor whose gate is the row selection line WL11. It is connected. An MTJ element is interposed between the common drain of the N-channel transistor whose gate is the row selection line WL10 and the N-channel transistor whose gate is the row selection line WL11, and the bit line BL1 formed by the second metal layer M2. ing.
図22は以上説明した不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。所望の不揮発性メモリセルのMTJ素子に“0”を書き込む場合、その不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタのゲートに1.2Vの選択電圧WLを与え、ビット線BLに1.2Vを、ソース線SLに0Vを与える。この結果、不揮発性メモリセルのMTJ素子にフリー層からピン層に向かう方向の約49μAの電流が流れ、MTJ素子が低抵抗となり、“0”を記憶した状態となる。一方、所望の不揮発性メモリセルのMTJ素子に“1”を書き込む場合、その不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタのゲートに1.2Vの選択電圧WLを与え、ビット線BLに0Vを、ソース線SLに1.2Vを与える。この結果、不揮発性メモリセルのMTJ素子にピン層からフリー層に向かう方向の約49μAの電流が流れ、MTJ素子が高抵抗となり、“1”を記憶した状態となる。 FIG. 22 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile memory cell described above. When “0” is written in the MTJ element of a desired nonvolatile memory cell, a selection voltage WL of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel transistor of the nonvolatile memory cell, 1.2 V is applied to the bit line BL, and the source line Apply 0V to SL. As a result, a current of about 49 μA in the direction from the free layer to the pinned layer flows through the MTJ element of the nonvolatile memory cell, the MTJ element becomes low resistance, and “0” is stored. On the other hand, when “1” is written to the MTJ element of a desired nonvolatile memory cell, a selection voltage WL of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel transistor of the nonvolatile memory cell, 0 V is applied to the bit line BL, and the source line Apply 1.2V to SL. As a result, a current of about 49 μA in the direction from the pinned layer to the free layer flows through the MTJ element of the nonvolatile memory cell, the MTJ element becomes high resistance, and “1” is stored.
所望の不揮発性メモリセルからデータを読み出す場合は、その不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタのゲートに1.2Vの選択電圧WLを与え、ビット線BLに0.15Vを、ソース線SLに0Vを与える。そして、ビット線BLから不揮発性メモリセルのMTJ素子に流れ込む電流を検出する。MTJ素子が“0”を記憶しており、低抵抗となっている場合、MTJ素子には15μA程度の電流が流れる。一方、MTJ素子が“1”を記憶しており、高抵抗となっている場合、MTJ素子には10μA程度の電流が流れる。従って、MTJ素子に流れ込む電流を検出して閾値と比較することにより、MTJ素子が“0”を記憶しているか“1”を記憶しているかを判定することができる。なお、このようなメモリセルアレイの構成およびメモリセルアレイを構成する不揮発性メモリセルの動作条件は例えば非特許文献2に開示されている。
When data is read from a desired nonvolatile memory cell, a selection voltage WL of 1.2 V is applied to the gate of the N-channel transistor of the nonvolatile memory cell, 0.15 V is applied to the bit line BL, and 0 V is applied to the source line SL. give. Then, a current flowing from the bit line BL to the MTJ element of the nonvolatile memory cell is detected. When the MTJ element stores “0” and has a low resistance, a current of about 15 μA flows through the MTJ element. On the other hand, when the MTJ element stores “1” and has a high resistance, a current of about 10 μA flows through the MTJ element. Therefore, it is possible to determine whether the MTJ element stores “0” or “1” by detecting the current flowing into the MTJ element and comparing it with a threshold value. Note that the configuration of such a memory cell array and the operating conditions of the nonvolatile memory cells constituting the memory cell array are disclosed in Non-Patent
ところで、上述した従来の不揮発性メモリセルは、ビット線およびソース線間の電圧がNチャネルトランジスタを介して抵抗変化型素子に印加されるため、いわゆる閾値落ちがNチャネルトランジスタに発生し、抵抗変化型素子に印加される電圧がビット線およびソース線間の電圧からNチャネルトランジスタの閾値分だけ減少する。従って、抵抗変化型素子自体は0.6Vで書き込みが可能であるのに、図22に示すようにデータ書き込みに1.2Vの電圧が必要であり、このため、不揮発性メモリの電源線圧を1.2Vにする必要があった。また、昇圧回路を用いてNチャネルトランジスタのゲート電圧を生成すれば、閾値落ちの対策を行うことができるが、昇圧回路を設けることにより不揮発性メモリの消費電力は増える問題が発生する。 By the way, in the conventional nonvolatile memory cell described above, since the voltage between the bit line and the source line is applied to the resistance variable element via the N channel transistor, a so-called threshold drop occurs in the N channel transistor, and the resistance change The voltage applied to the type element decreases from the voltage between the bit line and the source line by the threshold value of the N-channel transistor. Therefore, although the variable resistance element itself can be written at 0.6 V, a voltage of 1.2 V is required for data writing as shown in FIG. 22, and therefore, the power supply line pressure of the nonvolatile memory is reduced. It was necessary to make it 1.2V. Further, if the gate voltage of the N-channel transistor is generated using the booster circuit, it is possible to take measures against the threshold drop. However, the provision of the booster circuit causes a problem that the power consumption of the nonvolatile memory increases.
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、内部昇圧回路を必要とせず、超低電圧、低消費電力で動作可能な不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that can operate with an ultra-low voltage and low power consumption without requiring an internal booster circuit. And
この発明は、抵抗変化型素子と、並列接続されたNチャネル電界効果トランジスタおよびPチャネル電界効果トランジスタからなる選択用スイッチとをビット線およびソース線間に直列接続してなることを特徴とする不揮発性メモリセルを提供する。 According to the present invention, a variable resistance element and a selection switch composed of an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor connected in parallel are connected in series between a bit line and a source line. A memory cell is provided.
かかる発明によれば、選択用スイッチが並列接続されたNチャネル電界効果トランジスタおよびPチャネル電界効果トランジスタにより構成されているので、ビット線およびソース線間に印加される電圧の極性によらず、閾値落ちの問題が発生しない。従って、低い電源電圧で選択用スイッチを介した抵抗変化型素子へのデータ書き込みを行うことができる。 According to this invention, since the selection switch is configured by the N-channel field effect transistor and the P-channel field effect transistor connected in parallel, the threshold value can be used regardless of the polarity of the voltage applied between the bit line and the source line. The problem of dropping does not occur. Therefore, data can be written to the resistance variable element via the selection switch with a low power supply voltage.
また、この発明は、上記不揮発性メモリセルを行列状に配列したメモリセルアレイを有する各種の不揮発性メモリを提供する。これらの不揮発性メモリにおいても、メモリセルアレイを構成する不揮発性メモリセルの選択用スイッチが並列接続されたNチャネル電界効果トランジスタおよびPチャネル電界効果トランジスタにより構成されているので、閾値落ちの問題が発生しない。従って、内部昇圧回路を必要とせず、超低電圧、低消費電力で動作可能な不揮発性メモリを実現することができる。 The present invention also provides various nonvolatile memories having a memory cell array in which the nonvolatile memory cells are arranged in a matrix. Even in these nonvolatile memories, the selection switch of the nonvolatile memory cells constituting the memory cell array is composed of an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor connected in parallel. do not do. Therefore, it is possible to realize a nonvolatile memory that does not require an internal booster circuit and can operate with an ultra-low voltage and low power consumption.
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、トランジスタはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ)を指す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the transistor refers to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; field-effect transistor having a metal-oxide film-semiconductor structure).
<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。図1に示すように、本実施形態による不揮発性メモリセルは、抵抗変化型素子R1と、並列接続されたNチャネルトランジスタTNおよびPチャネルトランジスタTPからなるCMOSスイッチSWとをビット線接続端およびソース線接続端間に直列接続してなるものである。さらに詳述すると、本実施形態において、抵抗変化型素子R1は、MTJ素子であり、そのフリー層がビット線BLに接続され、ピン層がCMOSスイッチSWの一端に接続され、このCMOSスイッチSWの他端はソース線SLに接続されている。CMOSスイッチSWにおけるNチャネルトランジスタTNのゲートには選択電圧WLが、PチャネルトランジスタTPのゲートには反転選択電圧WLBが与えられる。このCMOSスイッチSWは、データ読み出し時およびデータ書き込み時に抵抗変化型素子R1を選択する選択用スイッチとして機能する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory cell according to the present embodiment includes a resistance change element R1 and a CMOS switch SW composed of an N-channel transistor TN and a P-channel transistor TP connected in parallel and a bit line connection end and a source. The line connection ends are connected in series. More specifically, in the present embodiment, the resistance change element R1 is an MTJ element, the free layer is connected to the bit line BL, the pinned layer is connected to one end of the CMOS switch SW, and the CMOS switch SW The other end is connected to the source line SL. In the CMOS switch SW, the selection voltage WL is applied to the gate of the N-channel transistor TN, and the inverted selection voltage WLB is applied to the gate of the P-channel transistor TP. The CMOS switch SW functions as a selection switch that selects the resistance variable element R1 at the time of data reading and data writing.
図2は本実施形態による不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。まず、抵抗変化型素子R1に対するデータ書き込みについて説明する。抵抗変化型素子R1に“0”を書き込む場合、ビット線BLを0.6V、ソース線SLを0Vとし、選択電圧WLを0.6V、反転選択電圧WLBを0Vとする。この状態では、抵抗変化型素子R1の両端に約0.6Vの電圧が印加され、ビット線BLからソース線SLに約49μAの電流が流れる。この結果、抵抗変化型素子R1は低抵抗になり、データ“0”を記憶した状態となる。抵抗変化型素子R1に“1”を書き込む場合は、ビット線BLを0V、ソース線SLを0.6Vとし、選択電圧WLを0.6V、反転選択電圧WLBを0Vとする。この結果、ソース線SLからビット線BLに電流が流れる。その際、CMOSスイッチSWにトランジスタの閾値相当の電圧降下(いわゆる閾値落ち)が生じないため、抵抗変化型素子R1の両端に約0.6Vの電圧が印加され、約49μAの電流が流れる。これにより抵抗変化型素子R1は高抵抗に変化し、データ“1”を記憶した状態となる。 FIG. 2 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile memory cell according to the present embodiment. First, data writing to the resistance variable element R1 will be described. When “0” is written to the resistance variable element R1, the bit line BL is set to 0.6V, the source line SL is set to 0V, the selection voltage WL is set to 0.6V, and the inversion selection voltage WLB is set to 0V. In this state, a voltage of about 0.6 V is applied to both ends of the resistance variable element R1, and a current of about 49 μA flows from the bit line BL to the source line SL. As a result, the resistance variable element R1 has a low resistance and stores data “0”. When “1” is written to the resistance variable element R1, the bit line BL is set to 0V, the source line SL is set to 0.6V, the selection voltage WL is set to 0.6V, and the inversion selection voltage WLB is set to 0V. As a result, a current flows from the source line SL to the bit line BL. At this time, since a voltage drop corresponding to the threshold value of the transistor (so-called threshold drop) does not occur in the CMOS switch SW, a voltage of about 0.6 V is applied across the resistance variable element R1, and a current of about 49 μA flows. As a result, the resistance variable element R1 changes to a high resistance and stores data “1”.
次に抵抗変化型素子R1からのデータ読み出しについて説明する。データ読み出しでは、ビット線BLを0.15V、ソース線SLを0V、選択電圧WLを0.6V、反転選択電圧WLBを0Vとする。ここで、抵抗変化型素子R1がデータ“0”を記憶しており、低抵抗である場合、ビット線BLからソース線SLに向けて15μAの電流が流れる。一方、抵抗変化型素子R1がデータ“1”を記憶しており、高抵抗である場合、ビット線BLからソース線SLに向けて10μAの電流が流れる。従って、データ“0”の読み出し時に流れる電流15μAと、データ“1”の読み出し時に流れる電流10μAとの間の閾値(例えば12.5μA)を発生し、データ読み出し時にビット線BLからソース線SLに向けて流れる電流をこの閾値と比較することにより、抵抗変化型素子R1に記憶されているデータが“0”か“1”を判定することができる。 Next, data reading from the resistance variable element R1 will be described. In data reading, the bit line BL is set to 0.15V, the source line SL is set to 0V, the selection voltage WL is set to 0.6V, and the inverted selection voltage WLB is set to 0V. Here, when the resistance variable element R1 stores data “0” and has a low resistance, a current of 15 μA flows from the bit line BL to the source line SL. On the other hand, when the resistance variable element R1 stores data “1” and has a high resistance, a current of 10 μA flows from the bit line BL to the source line SL. Therefore, a threshold value (for example, 12.5 μA) is generated between the current 15 μA flowing when reading data “0” and the current 10 μA flowing when reading data “1”, and the bit line BL is switched to the source line SL when reading data. By comparing the current flowing in the direction with this threshold value, it is possible to determine whether the data stored in the resistance variable element R1 is “0” or “1”.
以上のように、本実施形態によれば、抵抗変化型素子R1を選択するための選択用スイッチをCMOSスイッチSWとしたため、データ書き込み時に、データ“0”を書き込む場合、データ“1”を書き込む場合の双方において、選択用スイッチに閾値落ちが発生せず、抵抗変化型素子R1に対する正確なデータ書き込みを行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, since the selection switch for selecting the resistance variable element R1 is the CMOS switch SW, when data “0” is written at the time of data writing, data “1” is written. In both cases, the threshold value drop does not occur in the selection switch, and accurate data writing to the resistance variable element R1 can be performed.
<第2実施形態>
図3はこの発明の第2実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。本実施形態では、上記第1実施形態に対してCMOSスイッチSWと抵抗変化型素子R1との位置関係が入れ替わっており、抵抗変化型素子R1がソース線SL側に、CMOSスイッチSWがビット線BL側にある。
Second Embodiment
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the positional relationship between the CMOS switch SW and the resistance variable element R1 is switched with respect to the first embodiment, the resistance variable element R1 is on the source line SL side, and the CMOS switch SW is on the bit line BL. On the side.
図4は本実施形態による不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。抵抗変化型素子R1に対するデータ書き込みの動作は上記第1実施形態と同様である。そこで、データ読み出しについて説明する。本実施形態では、データ読み出し時、ビット線BLを電源電圧と同じ0.6Vとし、選択電圧WLを0.3Vとし、反転選択電圧WLBを0.6Vとする。これによりPチャネルトランジシタTPはOFFとなる。そして、NチャネルトランジスタTNでは、閾値落ちが発生し、NチャネルトランジスタTNと抵抗変化型素子R1との接続点の電位は0.15Vとなる。この結果、上記第1実施形態と同様、データ読み出し時に抵抗変化型素子R1に印加される電圧は0.15Vとなる。 FIG. 4 is a view showing operating conditions of the nonvolatile memory cell according to the present embodiment. The data write operation for the resistance variable element R1 is the same as that in the first embodiment. Therefore, data reading will be described. In this embodiment, at the time of data reading, the bit line BL is set to 0.6 V, which is the same as the power supply voltage, the selection voltage WL is set to 0.3 V, and the inverted selection voltage WLB is set to 0.6 V. As a result, the P channel transistor TP is turned OFF. In the N-channel transistor TN, a threshold drop occurs, and the potential at the connection point between the N-channel transistor TN and the resistance variable element R1 is 0.15V. As a result, as in the first embodiment, the voltage applied to the resistance variable element R1 during data reading is 0.15V.
上記第1実施形態では、データ読み出し時にビット線BLに印加する0.15Vの電圧を発生する定電圧回路が必要になるが、本実施形態は、この0.15Vの定電圧回路が不要であり、制御が容易であるという利点がある。 In the first embodiment, a constant voltage circuit that generates a voltage of 0.15 V to be applied to the bit line BL at the time of data reading is required. However, in the present embodiment, the constant voltage circuit of 0.15 V is not necessary. There is an advantage that control is easy.
<第3実施形態>
図5はこの発明の第3実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。図5において、メモリセルアレイ100は、メモリセルMkjをm+1行n+1列の行列状に配列してなるものである。図示の例では、各メモリセルMkjは、上記第1実施形態(図1)の不揮発性メモリセルであるが、上記第2実施形態(図3)の不揮発性メモリセルに置き換えてもよい。一列をなすm+1個のメモリセルMkj(k=0〜m)の左右両側にはソース線SLjおよびビット線BLjが各々配線されている。ここで、ソース線SLjおよびビット線BLj間には、第j列のメモリセルMkj(k=0〜m)のCMOSスイッチSWおよび抵抗変化型素子R1が各々介挿されている。また、一行をなすn+1個のメモリセルMkj(j=0〜n)の上下両側には行選択線WLkおよび反転行選択線WLkBが各々配線されている。ここで、行選択線WLkは、第k行のメモリセルMkj(k=0〜m)のNチャネルトランジスタTNに対する選択電圧WLを供給する配線であり、反転行選択線WLkBは、第k行のメモリセルMkj(k=0〜m)のPチャネルトランジスタTPに対する反転選択電圧WLBを供給する配線である(以上、図1参照)。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the
行デコーダ200は、データ書き込み時またはデータ読み出し時に、行アドレスに従って、メモリセルアレイ100の中の一行のメモリセルMkj(j=0〜n)を選択する回路である。さらに詳述すると、行デコーダ200は、行アドレスが第k’行を指示するとき、第k’行に対応した行選択線WLk’に対する選択電圧WLを0.6Vとし、第k’行に対応した反転行選択線WLk’Bに対する反転選択電圧WLBを0Vとする。また、第k’行以外の各行に対応した行選択線WLk(k≠k’)に対する選択電圧WLを0Vとし、第k’行以外の各行に対応した反転行選択線WLkB(k≠k’)に対する反転選択電圧WLBを0.6Vとする。これにより第k’行のメモリセルMk’j(j=0〜n)の各抵抗変化型素子R1がソース線SLj(j=0〜n)に接続され、他の行のメモリセルMkj(k≠k’、j=0〜n)の各抵抗変化型素子R1はソース線SLj(j=0〜n)から切り離される。
The
データ線DLおよび反転データ線DLBは、メモリセルアレイ100に対して書き込むデータまたはメモリセルアレイ100から読み出したデータを伝送するための信号線である。データ線DLとビット線BLj(j=0〜n)の各々との間には、列選択のためのCMOSスイッチCOLBj(j=0〜n)が各々介挿されている。また、反転データ線DLBとソース線SLj(j=0〜n)の各々との間にも列選択のためのCMOSスイッチCOLSj(j=0〜n)が各々介挿されている。これらのCMOSスイッチCOLBj(j=0〜n)およびCMOSスイッチCOLSj(j=0〜n)は列選択部400を構成している。
The data line DL and the inverted data line DLB are signal lines for transmitting data to be written to the
列デコーダ300は、データ書き込み時またはデータ読み出し時に、列アドレスに従って、メモリセルアレイ100の中の一列のメモリセルMkj(k=0〜m)を選択する回路である。さらに詳述すると、列デコーダ300は、列アドレスが第j’列を指示するとき、CMOSスイッチCOLBj’およびCOLSj’のみをONとし、他のCMOSスイッチCOLBj(j≠j’)およびCOLSj(j≠j’)をOFFとする。この結果、第j’列のビット線BLj’およびソース線SLj’のみがCMOSスイッチCOLBj’およびCOLSj’を各々介してデータ線DLおよび反転データ線DLBに接続される。これによりデータ線DLおよび反転データ線DLBを介した第j’列のメモリセルMkj’へのアクセスが可能になる。
The
書込制御回路800は、書込許可信号WEとともに書込データDinが与えられたとき、その書込データDinを書込ドライバ500に引き渡す回路である。書込ドライバ500は、データ線DLを駆動する3ステートバッファと、反転データ線DLBを駆動する3ステートバッファを有する。
The
データ書き込み時、書込ドライバ500は、データ線DLおよび反転データ線DLBを駆動する2個の3ステートバッファを出力イネーブル状態とする。そして、書込ドライバ500は、書込データDinが“0”である場合、データ線DLに0.6Vを、反転データ線DLBに0Vを出力する。一方、データ書き込み時には、そのアクセス対象であるメモリセルMkjの行アドレスおよび列アドレスが行デコーダ200および列デコーダ300に与えられ、行アドレスにより指定された行および列アドレスにより指定された列に属する1個のメモリセルMkjがデータ線DLおよび反転データ線DLBに接続される。そして、データ線DLに0.6V、反転データ線DLBに0Vが出力されると、ビット線BLjから当該メモリセルMkjを介してソース線SLjに電流が流れる。この結果、当該メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1が低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。
At the time of data writing, the
また、書込ドライバ500は、書込データDinが“1”である場合、データ線DLに0Vを、反転データ線DLBに0.6Vを出力する。この結果、ソース線SLjから当該メモリセルMkjを介してビット線BLjに電流が流れる。これにより、当該メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1が高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態となる。
When the write data Din is “1”, the
データ線DLにはセンスアンプ600が接続されている。また、このセンスアンプ600の後段には出力回路700が設けられている。これらのセンスアンプ600および出力回路700はデータ読み出しのための回路である。
A
このセンスアンプ600および出力回路700の他、上述した書込ドライバ500もデータ読み出しのための動作を行う。すなわち、データ読み出し時、書込ドライバ500は、データ線DLを駆動する3ステートバッファを出力ディセーブル状態(フローティング状態)とし、反転データ線DLBを駆動する3ステートバッファを出力イネーブル状態とし、後者の3ステートバッファから反転データ線DLBに0Vを出力する。
In addition to the
データ読み出し時における行選択および列選択の動作はデータ書き込み時と同様である。すなわち、アクセス対象であるメモリセルMkjの行アドレスおよび列アドレスが行デコーダ200および列デコーダ300に与えられ、行アドレスにより指定された行および列アドレスにより指定された列に属する1個のメモリセルMkjがデータ線DLおよび反転データ線DLBに接続される。その際、センスアンプ600は、0.15Vの電圧をデータ線DLに印加し、センスアンプ600からデータ線DLに流れ込む電流を検知して増幅する。
The operation of row selection and column selection at the time of data reading is the same as that at the time of data writing. That is, the row address and column address of the memory cell Mkj to be accessed are given to the
ここで、アクセス対象であるメモリセルMkjがデータ“0”を記憶している場合、15μAの電流(図2参照)がセンスアンプ600→データ線DL→ビット線BLj→メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1→ソース線SLj→反転データ線DLB→書込ドライバ500という経路を辿って流れる。
Here, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “0”, a current of 15 μA (see FIG. 2) is a resistance change type of the
一方、アクセス対象であるメモリセルMkjがデータ“1”を記憶している場合、10μAの電流(図2参照)が同じ経路を辿って流れる。そこで、センスアンプ600は、データ線DLに流れ込む電流Iを10μAと15μAの中間の閾値Ithと比較し、I>Ithならばデータ“0”を、I<Ithならばデータ“1”を出力する。出力回路700は、このセンスアンプ600の出力データを外部へと出力する。
On the other hand, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “1”, a current of 10 μA (see FIG. 2) flows along the same path. Therefore, the
図6(a)〜(c)は本実施形態におけるメモリセルアレイ100のレイアウト例を示す図である。図6(a)では第2メタル層M2を省略しないで各種の配線や素子のレイアウトが示されており、図6(b)では第2メタル層M2を省略して各種の配線や素子のレイアウトが示されている。また、図6(c)では、図6(a)において一点鎖線により囲まれた1個の不揮発性メモリセルを構成するNチャネルトランジスタTN、PチャネルトランジスタTPおよび抵抗変化型素子R1と、この不揮発性メモリセルに接続された第2メタル層M2によるビット線BL1、第2メタル層M2によるソース線SL1、行選択線WL1および反転行選択線WL1Bをなす各ポリシリコン層の大まかなレイアウトが示されている。
6A to 6C are diagrams showing a layout example of the
一点鎖線で囲まれた不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタTPは、破線で囲まれたNWELL内に形成されている。このPチャネルトランジスタTPのソースは、図中、上下方向に配線された第2メタル層M2によるソース線SL1にPチャネルトランジスタ用コンタクトCN1を介して接続されている。また、このPチャネルトランジスタTPのドレインは、第1メタル層M1によりNチャネルトランジスタTNのドレインに接続されている。このNチャネルトランジスタTNのソースは、第2メタル層M2によるソース線SL1にNチャネルトランジスタ用コンタクトCN2を介して接続されている。そして、PチャネルトランジスタTPのドレインとNチャネルトランジスタTNのドレインとを接続する第1メタル層M1と、図中、上下方向に配線された第2メタル層M2によるビット線BL1との間に抵抗変化型素子R1が挿入されている。 The P-channel transistor TP of the nonvolatile memory cell surrounded by the alternate long and short dash line is formed in the NWELL surrounded by the broken line. The source of the P-channel transistor TP is connected to the source line SL1 by the second metal layer M2 wired in the vertical direction in the figure via the P-channel transistor contact CN1. The drain of the P-channel transistor TP is connected to the drain of the N-channel transistor TN by the first metal layer M1. The source of the N-channel transistor TN is connected to the source line SL1 of the second metal layer M2 via the N-channel transistor contact CN2. A resistance change occurs between the first metal layer M1 connecting the drain of the P-channel transistor TP and the drain of the N-channel transistor TN and the bit line BL1 formed by the second metal layer M2 wired in the vertical direction in the drawing. A mold element R1 is inserted.
以上が本実施形態の詳細である。本実施形態によれば、メモリセルアレイ100を構成するメモリセルMkjとして、CMOSスイッチを選択用スイッチとする不揮発性メモリセルを用いたので、データ書き込み時に選択用スイッチに閾値落ちが発生せず、低電圧で、各メモリセルの抵抗変化型素子R1に対するデータ書き込みを行うことができる。
The above is the details of the present embodiment. According to the present embodiment, since the non-volatile memory cell having the CMOS switch as the selection switch is used as the memory cell Mkj constituting the
<第4実施形態>
図7はこの発明の第4実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。上記第3実施形態と同様、メモリセルアレイ110は、メモリセルMkjをm+1行n+1列の行列状に配列してなるものである。上記第3実施形態では、メモリセルMkjの各列jに対応したソース線SLjが列に沿った方向に配線された。これに対し、本実施形態では、ソース線が行に沿った方向に配線されている。また、本実施形態では、メモリセルアレイ110の各行を挟むようにソース線SL00、SL01、SL12、…、SL(m−1)m、SLmmが配線されている。そして、本実施形態では、各行を挟む2本のソース線が当該行のCMOSスイッチSWにソース電圧SLを供給する役割を果たす。具体的には、ソース線SL00およびSL01が第0行のメモリセルM0j(j=0〜n)のCMOSスイッチSWにソース電圧SLを供給する役割を果たす。次にソース線SL01およびSL12が第1行のメモリセルM1j(j=0〜n)のCMOSスイッチSWにソース電圧SLを供給する役割を果たす。次にソース線SL12およびSL23が第2行のメモリセルM2j(j=0〜n)のCMOSスイッチSWにソース電圧SLを供給する役割を果たす。以下、同様であり、ソース線SLpq(q=p+1)およびSLqr(r=q+1)が第q行のメモリセルMqj(j=0〜n)のCMOSスイッチSWにソース電圧SLを供給する役割を果たすのである。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory according to the fourth embodiment of the present invention. Similar to the third embodiment, the
行選択線WLkおよび反転行選択線WLkB(k=0〜m)と各メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)との接続関係、ビット線BLj(j=0〜n)と各メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)との接続関係は、上記第3実施形態と同様である。 Connection relationship between row selection line WLk and inverted row selection line WLkB (k = 0 to m) and each memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), bit line BLj (j = 0 to n) And the memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are the same as those in the third embodiment.
上記第3実施形態と異なり、列選択部410は、CMOSスイッチCOLBj(j=0〜n)のみにより構成されている。列デコーダ300は、列アドレスが第j’列を示すとき、第j’列に対応したCMOSスイッチCOLBj’をON、他のCMOSスイッチCOLBj(j≠j’)をOFFとし、第j’列のビット線BLj’をデータ線DLに接続する。センスアンプ600および出力回路700の構成は上記第3実施形態と同様である。
Unlike the third embodiment, the
書込制御回路810、書込ドライバ510および行デコーダ210は、上記第3実施形態のものと相違する。本実施形態では、データの書き込み先のメモリセルMkjに対応したソース線SLpqおよびSLqrに供給する電圧を書込データDinに応じて切り替える必要がある。そのための回路が書込制御回路810、書込ドライバ510および行デコーダ210に設けられている。
The write control circuit 810, the
図8は本実施形態による不揮発性メモリの動作条件を示す図である。まず、データ書き込みについて説明する。アクセス先が例えばメモリセルM10である場合、列デコーダ300によってCMOSスイッチCOLB0がONとされ、ビット線BL0がデータ線DLに接続される。また、行デコーダ210によって第1行が選択される。
FIG. 8 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile memory according to the present embodiment. First, data writing will be described. For example, when the access destination is the memory cell M10, the
そして、書込データDinが“0”である場合、書込制御回路810は、書込ドライバ510からデータ線DLに0.6Vを出力させ、行デコーダ210からアクセス先のメモリセルMkjを間に挟む2本のソース線(この例ではソース線SL01およびSL12)に0Vを出力させ、行選択線WLkおよび反転行選択線WLkBに0.6Vおよび0Vを各々出力させる。この結果、書込ドライバ510→データ線DL→ビット線BL0→メモリセルM10→ソース線SL01およびSL12→行デコーダ210という経路を電流が流れ、メモリセルM10の抵抗変化型素子R1が低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。
When the write data Din is “0”, the write control circuit 810 outputs 0.6 V to the data line DL from the
一方、書込データDinが“1”である場合、書込制御回路810は、書込ドライバ510からデータ線DLに0Vを出力させ、行デコーダ210からアクセス先のメモリセルMkjを間に挟む2本のソース線(この例ではソース線SL01およびSL12)に0.6Vを出力させ、行選択線WLkおよび反転行選択線WLkBに0.6Vおよび0Vを各々出力させる。この結果、行デコーダ210→ソース線SL01およびSL12→メモリセルM10→ビット線BL0→データ線DL→書込ドライバ510という経路を電流が流れ、メモリセルM10の抵抗変化型素子R1が高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態となる。
データ読み出し時の動作は上記第3実施形態と同様である。
On the other hand, when the write data Din is “1”, the write control circuit 810 outputs 0 V from the
The operation at the time of data reading is the same as that in the third embodiment.
図9は本実施形態における書込制御回路810および行デコーダ210の一部の構成を示す回路図である。書込制御回路810は、図9に示す回路810Aを含む。この回路810Aは、NORゲート811、インバータ812および813により構成されている。NORゲート811には、書込許可信号WEを反転した信号WEBと書込データDinを反転したデータDINBが入力される。書込許可信号WEが“0”であって、信号WEBが“1”である場合、NORゲート811の出力信号は“0”に固定される。この場合、インバータ813は、行デコーダ210に対して0Vのソース電圧SLを供給する。書込許可信号WEが“1”であって、信号WEBが“0”である場合、NORゲート811の出力信号は信号DINBを反転したもの、すなわち、書込データDinと同じ値になる。従って、インバータ813は、書込データDinが“0”である場合に0Vのソース電圧SLを行デコーダ210に供給し、書込データDinが“1”である場合に0.6Vのソース電圧SLを行デコーダ210に供給する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a partial configuration of the write control circuit 810 and the
行デコーダ210は、メモリセルアレイ110の各行に対応した行選択回路210−k(k=0〜m)により構成されている。各行に対応した各行選択回路210−kは、行アドレスADDXが当該行を示す場合に、当該行の各不揮発性メモリの選択用スイッチをONにする選択電圧WLおよび反転選択電圧WLBを出力するとともに、当該行を挟む2本のソース線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力する回路である。図9には行選択回路210−k(k=0〜m)のうち行選択回路210−1の構成が例示されている。
The
図9において、アドレス一致検出回路211は、行アドレスADDXが当該行選択回路210−1に対応した行(この例では第1行)を示す場合に“0”を、そうでない場合に“1”を出力する。インバータ212は、アドレス一致検出回路211の出力信号を反転し、その反転結果が“0”である場合(すなわち、行アドレス不一致)には0Vの選択電圧WLを行選択線WL1に出力し、反転結果が“1”である場合(すなわち、行アドレス一致)には0.6Vの選択電圧WLを行選択線WL1に出力する。また、インバータ213は、インバータ212の出力信号を反転し、その反転結果が“1”である場合(すなわち、行アドレス不一致)には0.6Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL1Bに出力し、反転結果が“0”である場合(すなわち、行アドレス一致)には0Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL1Bに出力する。
In FIG. 9, the address
Nチャネルトランジスタ214およびPチャネルトランジスタ215は、ソース電圧SLをソース線SL01に伝達するCMOSスイッチを構成している。また、Nチャネルトランジスタ216およびPチャネルトランジスタ217は、ソース電圧SLをソース線SL12に伝達するCMOSスイッチを構成している。これらのCMOSスイッチは、行アドレスADDXが当該行選択回路210−1に対応した行(この例では第1行)を示しており、行選択線WL1に対する電圧が0.6V、反転行選択線WL1Bに対する電圧が0VになるときにONとなり、ソース電圧SLをソース線SL01およびSL12に供給する。このソース線SL01およびSL12に供給されるソース電圧SLは、上述したように、書込データDinが“0”の場合は0V、“1”の場合は0.6Vとなる。
以上、行選択回路210−1を例に説明したが、他の行選択回路の構成も同様である。
N-
The row selection circuit 210-1 has been described above as an example, but the configuration of other row selection circuits is the same.
図10(a)〜(c)は本実施形態におけるメモリセルアレイ110のレイアウト例を示す図である。図10(a)では第2メタル層M2を省略しないで各種の配線や素子のレイアウトが示されており、図10(b)では第2メタル層M2を省略して各種の配線や素子のレイアウトが示されている。また、図10(c)では、図10(a)において一点鎖線により囲まれた1個の不揮発性メモリセルを構成するNチャネルトランジスタTN、PチャネルトランジスタTPおよび抵抗変化型素子R1と、この不揮発性メモリセルに接続された第2メタル層M2によるビット線BL1、第1メタル層M1によるソース線SL01およびSL12、行選択線WL1およびWL1Bをなす各ポリシリコン層の大まかなレイアウトが示されている。
FIGS. 10A to 10C are diagrams showing layout examples of the
一点鎖線で囲まれた不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタTPは、破線で囲まれたNWELL内に形成されている。このPチャネルトランジスタTPのソースは、図中、左右方向に配線された第1メタル層M1によるソース線SL01にPチャネルトランジスタ用コンタクトCN3を介して接続されている。また、このPチャネルトランジスタTPのドレインは、第1メタル層M1によりNチャネルトランジスタTNのドレインに接続されている。このNチャネルトランジスタTNは、第1メタル層M1によるソース線SL12にNチャネルトランジスタ用コンタクトCN4を介して接続されている。そして、PチャネルトランジスタTPのドレインとNチャネルトランジスタTNのドレインとを接続する第1メタル層M1と、図中、上下方向に配線された第2メタル層M2によるビット線BL1との間に抵抗変化型素子R1が挿入されている。このように配線することで、横方向のピッチは基本的に最小の2F(Fは最小デザインルール)でレイアウトできるので、微小なメモリセルサイズを実現することができる。 The P-channel transistor TP of the nonvolatile memory cell surrounded by the alternate long and short dash line is formed in the NWELL surrounded by the broken line. The source of the P-channel transistor TP is connected to the source line SL01 of the first metal layer M1 wired in the left-right direction in the drawing via a P-channel transistor contact CN3. The drain of the P-channel transistor TP is connected to the drain of the N-channel transistor TN by the first metal layer M1. The N channel transistor TN is connected to the source line SL12 of the first metal layer M1 through an N channel transistor contact CN4. A resistance change occurs between the first metal layer M1 connecting the drain of the P-channel transistor TP and the drain of the N-channel transistor TN and the bit line BL1 formed by the second metal layer M2 wired in the vertical direction in the drawing. A mold element R1 is inserted. By wiring in this way, the horizontal pitch can be basically laid out with the minimum 2F (F is the minimum design rule), so that a very small memory cell size can be realized.
本実施形態においても上記第3実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、図7に示すように、縦方向(列に沿った方向)の配線がビット線BLj(j=0〜n)のみとなるので、面積の小さなメモリセルを実現することができる。 Also in this embodiment, the same effect as the third embodiment can be obtained. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 7, since the wiring in the vertical direction (direction along the column) is only the bit line BLj (j = 0 to n), a memory cell with a small area is realized. Can do.
なお、本実施形態において、図9に示すトランジスタ214、215、216および217を省略して、各ソース線SL01、SL12、SL23、…を全て共通にソース電圧SLを伝達する共通ソース線に接続してもよい。この場合、行デコーダ210が非常にシンプルになり、面積を削減することができる。ただし、この態様は、共通ソース線の寄生容量が増大するので、高速書き込みには不向きである。この態様は、面積を縮小して廉価版の不揮発性メモリを設計する場合に有効である。
In this embodiment, the
<第5実施形態>
図11はこの発明の第5実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。本実施形態は上記第4実施形態を変形したものである。上記第4実施形態と同様、本実施形態におけるメモリセルアレイ120でも、ソース線SL01〜SL(m−1)mが行に沿った方向に配線されている。ただし、本実施形態においてメモリセルアレイ120では、メモリセルアレイ120の第0行および第1行に共用のソース線S01、第2行および第3行に共用のソース線S23、…という具合に、メモリセルアレイ120の連続した2行に1本ずつソース線S(k−1)k(k=1、3、5、…、m)が配線されている。各ソース線S(k−1)kは、当該ソース線に対応した上下2行のメモリセルM(k−1)j(j=0〜n)およびMkj(j=0〜n)に対してソース電圧SLを供給する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory according to the fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is a modification of the fourth embodiment. Similar to the fourth embodiment, also in the
また、本実施形態では、行選択回路250−(k−1)kが、メモリセルアレイ120の2行に1個ずつ設けられている。1個の行選択回路250−(k−1)kは、第k−1行に対応した行選択線WL(k−1)およびWL(k−1)Bに対する各選択電圧と、第k行に対応した行選択線WLkおよびWLkBに対する各選択電圧と、第k−1行および第k行の共用のソース線SL(k−1)kに対するソース電圧を出力する。書込制御回路850は、行選択回路250−(k−1)kに発生させるソース電圧を制御する。
In this embodiment, one row selection circuit 250- (k−1) k is provided for each two rows of the
列選択部410、列デコーダ300、センスアンプ600、出力回路700、書込ドライバ510の構成は上記第4実施形態と同様である。
The configurations of the
図12は本実施形態による不揮発性メモリの動作条件を示す図である。この例では、共通のソース線S01に接続されたメモリセルM00およびM10がアクセス対象である場合について動作条件が示されている。まず、メモリセルM00が選択されたとする。ここで、書込データDinが“0”である場合、書込制御回路850は、電圧0.6Vをデータ線DLに出力させる。これによりビット線BL0の電圧は0.6Vとなる。また、アクセス対象がメモリセルM00である場合、行選択回路250−01は、行選択線WL0に0.6Vを、反転行選択線WL0Bに0Vを出力し、ソース線SL01にソース電圧0Vを出力する。この結果、ビット線BL0からメモリセルM00を介してソース線SL01に電流が流れ、メモリセルM00の抵抗変化型素子R1が低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。一方、書込データDinが“1”である場合、書込制御回路850は、電圧0Vをデータ線DLに出力させる。これによりビット線BL0の電圧は0Vとなる。また、行選択回路250−01は、行選択線WL0に0.6Vを、反転行選択線WL0Bに0Vを出力し、ソース線SL01にソース電圧0.6Vを出力する。この結果、ソース線SL01からメモリセルM00を介してビット線BL0に電流が流れ、メモリセルM00の抵抗変化型素子R1が高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態となる。 FIG. 12 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile memory according to the present embodiment. In this example, the operating conditions are shown for the case where the memory cells M00 and M10 connected to the common source line S01 are access targets. First, assume that the memory cell M00 is selected. Here, when the write data Din is “0”, the write control circuit 850 outputs a voltage of 0.6 V to the data line DL. As a result, the voltage of the bit line BL0 becomes 0.6V. When the access target is the memory cell M00, the row selection circuit 250-01 outputs 0.6V to the row selection line WL0, 0V to the inverted row selection line WL0B, and outputs a source voltage 0V to the source line SL01. To do. As a result, a current flows from the bit line BL0 to the source line SL01 via the memory cell M00, the resistance variable element R1 of the memory cell M00 becomes low resistance, and data “0” is stored. On the other hand, when the write data Din is “1”, the write control circuit 850 outputs the voltage 0V to the data line DL. As a result, the voltage of the bit line BL0 becomes 0V. The row selection circuit 250-01 outputs 0.6V to the row selection line WL0, 0V to the inverted row selection line WL0B, and outputs a source voltage 0.6V to the source line SL01. As a result, a current flows from the source line SL01 to the bit line BL0 via the memory cell M00, the resistance variable element R1 of the memory cell M00 becomes high resistance, and data “1” is stored.
これらの場合において、行選択回路250−01は、行選択線WL1に0Vを、反転行選択線WL1Bに0.6Vを出力するので、第1行のメモリセルM10のCMOSスイッチSWはOFFとなる。従って、メモリセルM10は、メモリセルM00に対するデータ書き込みの影響を受けず、メモリセルM10の抵抗変化型素子R1の抵抗値は変化しない。 In these cases, the row selection circuit 250-01 outputs 0V to the row selection line WL1 and 0.6V to the inverted row selection line WL1B, so that the CMOS switch SW of the memory cell M10 in the first row is turned off. . Therefore, the memory cell M10 is not affected by the data write to the memory cell M00, and the resistance value of the resistance variable element R1 of the memory cell M10 does not change.
次にメモリセルM10が選択されたとする。この場合も、書込データDinが“0”ならば電圧0.6Vがデータ線DLに出力され、ビット線BL0の電圧は0.6Vとなる。また、行選択回路250−01は、行選択線WL1に0.6Vを、反転行選択線WL1Bに0Vを出力し、ソース線SL01にソース電圧0Vを出力する。この結果、ビット線BL0からメモリセルM10を介してソース線SL01に電流が流れ、メモリセルM10の抵抗変化型素子R1が低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。一方、書込データDinが“1”である場合、電圧0Vがデータ線DLに出力され、ビット線BL0の電圧は0Vとなる。また、行選択回路250−01は、行選択線WL1に0.6Vを、反転行選択線WL1Bに0Vを出力し、ソース線SL01にソース電圧0.6Vを出力する。この結果、ソース線SL01からメモリセルM10を介してビット線BL0に電流が流れ、メモリセルM10の抵抗変化型素子R1が高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態となる。 Next, it is assumed that the memory cell M10 is selected. Also in this case, if the write data Din is “0”, the voltage 0.6V is output to the data line DL, and the voltage of the bit line BL0 becomes 0.6V. The row selection circuit 250-01 outputs 0.6V to the row selection line WL1, 0V to the inverted row selection line WL1B, and outputs a source voltage 0V to the source line SL01. As a result, a current flows from the bit line BL0 to the source line SL01 via the memory cell M10, the resistance variable element R1 of the memory cell M10 has a low resistance, and data “0” is stored. On the other hand, when the write data Din is “1”, the voltage 0V is output to the data line DL, and the voltage of the bit line BL0 becomes 0V. The row selection circuit 250-01 outputs 0.6V to the row selection line WL1, 0V to the inverted row selection line WL1B, and outputs a source voltage 0.6V to the source line SL01. As a result, a current flows from the source line SL01 to the bit line BL0 via the memory cell M10, the resistance variable element R1 of the memory cell M10 becomes high resistance, and data “1” is stored.
これらの場合において、行選択回路250−01は、行選択線WL0に0Vを、反転行選択線WL0Bに0.6Vを出力するので、第0行のメモリセルM00のCMOSスイッチSWはOFFとなる。従って、メモリセルM00は、メモリセルM10に対するデータ書き込みの影響を受けず、メモリセルM00の抵抗変化型素子R1の抵抗値は変化しない。
なお、データ読み出しの動作は上記第3実施形態と同様である。
In these cases, the row selection circuit 250-01 outputs 0V to the row selection line WL0 and 0.6V to the inverted row selection line WL0B, so that the CMOS switch SW of the memory cell M00 in the 0th row is turned off. . Therefore, the memory cell M00 is not affected by the data write to the memory cell M10, and the resistance value of the resistance variable element R1 of the memory cell M00 does not change.
The data reading operation is the same as that in the third embodiment.
図13は本実施形態における行選択回路250−(k−1)kの構成例を示す回路図である。この例では、行選択回路250−01の構成を示しているが、他の行選択回路も同じ構成である。 FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration example of the row selection circuit 250- (k-1) k in the present embodiment. In this example, the configuration of the row selection circuit 250-01 is shown, but other row selection circuits have the same configuration.
アドレス一致検出回路251は、行アドレスADDXがk−1(この例では0)を示す場合に“0”を、そうでない場合に“1”を出力する回路である。アドレス一致検出回路252は、行アドレスADDXがk(この例では1)を示す場合に“0”を、そうでない場合に“1”を出力する回路である。インバータ253は、アドレス一致検出回路251の出力信号を反転し、その反転結果が“1”(すなわち、ADDX=0)である場合には0.6Vの選択電圧WLを行選択線WL0に、そうでない場合には0Vの選択電圧WLを行選択線WL0に出力する。インバータ254は、インバータ253の出力信号を反転し、その反転結果が“0”(すなわち、ADDX=0)である場合には0Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL0Bに、そうでない場合には0.6Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL0Bに出力する。インバータ255は、アドレス一致検出回路252の出力信号を反転し、その反転結果が“1”(すなわち、ADDX=1)である場合には0.6Vの選択電圧WLを行選択線WL1に、そうでない場合には0Vの選択電圧WLを行選択線WL1に出力する。インバータ256は、インバータ255の出力信号を反転し、その反転結果が“0”(すなわち、ADDX=1)である場合には0Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL1Bに、そうでない場合には0.6Vの反転選択電圧WLBを反転行選択線WL1Bに出力する。
The address
NANDゲート257は、アドレス一致検出回路251または252の一方の出力信号が“0”である場合(すなわち、ADDX=0または1)に“1”を出力し、そうでない場合に“0”を出力する。NORゲート258は、書込許可信号WEを反転した信号WEBが“0”である場合(すなわち、WE=“1”の場合)に、書込データDinを反転した信号DINBを反転して出力(すなわち、書込データDinと同じ論理値の信号を出力)し、信号WEBが“1”である場合は“0”を出力する。NANDゲート259は、NANDゲート257の出力信号が“1”である場合(すなわち、ADDX=0または1である場合)、NORゲート258の出力信号を反転して出力する。そして、インバータ260は、このNANDゲート259の出力信号を反転し、反転結果が“0”である場合は0Vのソース電圧SLをソース線SL01に出力し、反転結果が“1”である場合は0.6Vのソース電圧SLをソース線SL01に出力する。ここで、ADDX=0または1であり、書込許可信号WEが“1”である場合、NANDゲート259は、書込データDinを反転した信号を出力する。従って、インバータ260は、書込データDinが“0”である場合は0Vのソース電圧SLをソース線SL01に出力し、書込データDinが“1”である場合は0.6Vのソース電圧SLをソース線SL01に出力する。一方、ADDXが0でも1でもない場合または書込許可信号WEが“0”である場合、NANDゲート259は“1”を出力する。従って、インバータ260は、0Vのソース電圧SLをソース線SL01に出力する。この行選択回路250−(k−1)kによれば、図12に示す動作条件での動作を実現することができる。
The
<第6実施形態>
図14はこの発明の第6実施形態である不揮発性メモリの構成を示す回路図である。本実施形態は上記第5実施形態を変形したものである。メモリセルアレイ120の構成は上記第5実施形態と同様である。本実施形態においても、メモリセルアレイ120の第0行および第1行に共用のソース線S01、第2行および第3行に共用のソース線S23、…という具合に、メモリセルアレイ120の2行に1本ずつの割合でソース線S(k−1)k(k=1、3、5、…、m)が配線されており、各ソース線S(k−1)kは、各々の上下両側のメモリセルM(k−1)j(j=0〜n)およびメモリセルMkj(j=0〜n)にソース電圧SLを供給する。
<Sixth Embodiment>
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory according to the sixth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fifth embodiment. The configuration of the
行選択回路200−(k−1)k(k=1、3、5、…、m)は、上記第5実施形態の行選択回路250−(k−1)k(k=1、3、5、…、m)からソース電圧SLを発生するための回路(図13のNORゲート258、NANDゲート257および259、インバータ260)を削除した構成となっている。本実施形態では、この行選択回路250−(k−1)k(k=1、3、5、…、m)から行選択回路200−(k−1)k(k=1、3、5、…、m)への置き換えが行われるとともに、ソースデコーダ900−0〜900−hが追加されている。このソースデコーダ900−0〜900−hは、行アドレスの示す行の不揮発性メモリセルに接続されたソース線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力するソース線選択手段を構成している。本実施形態では、複数のソース線SL01、SL23、…を共通にまとめる共通ソース線COMSL0〜COMSLhが設けられている。ソースデコーダ900−0〜900−hは、これらの共通ソース線COMSL0〜COMSLhに各々接続されている。各ソースデコーダ900−kは、行アドレスADDXが示す行の不揮発性メモリセルに接続されたソース線が当該ソースデコーダに対応付けられたソース線の組の中に含まれる場合に当該組のソース線をまとめる共通ソース線CMSLkにデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力する。
The row selection circuit 200- (k−1) k (k = 1, 3, 5,..., M) is the row selection circuit 250- (k−1) k (k = 1, 3, 5, m), the circuit for generating the source voltage SL (NOR
図15は4本のソース線を共通にまとめる共通ソース線COMSL0〜COMSLhを設けた場合のソースデコーダ900−0〜900−hと各ソース線S01、S12、…、S(m−1)mとの接続関係を示す回路図である。この例では、全ソース線を所定本数のソース線の組に分割し、組毎に各ソース線をまとめる共通ソース線COMSL0〜COMSLhを設けている。 FIG. 15 shows source decoders 900-0 to 900-h and source lines S01, S12,..., S (m−1) m when common source lines COMSL0 to COMSLh are provided to group four source lines in common. It is a circuit diagram which shows these connection relationships. In this example, all the source lines are divided into a set of a predetermined number of source lines, and common source lines COMSL0 to COMSLh for collecting the source lines for each set are provided.
本実施形態によれば、上記第5実施形態に比べて行選択回路の構成を簡素にすることができ、不揮発性メモリのチップ面積を縮小することができる。また、本実施形態によれば、全てのソース線を複数のグループに分割し、グループ単位でソース電圧を供給するようにしているので、ソースデコーダ900−0〜900−hの各々の負荷となる寄生容量の増大を抑えることができ、書き込み速度の高速化を達成することができる。 According to the present embodiment, the configuration of the row selection circuit can be simplified as compared with the fifth embodiment, and the chip area of the nonvolatile memory can be reduced. Further, according to the present embodiment, all source lines are divided into a plurality of groups, and the source voltage is supplied in units of groups. Therefore, each load is applied to the source decoders 900-0 to 900-h. An increase in parasitic capacitance can be suppressed, and an increase in writing speed can be achieved.
図16(a)〜(c)は本実施形態におけるメモリセルアレイ120のレイアウト例を示す平面図である。この例では第1メタル層M1、第2メタル層M2および第3メタル層M3からなる3層配線によりメモリセルアレイの各素子間の配線が行われている。図16(a)では全てのメタル層を省略しないで各種の配線や素子のレイアウトが示されており、図16(b)では第2メタル層M2を省略して各種の配線や素子のレイアウトが示されており、図16(c)では第2メタル層M2および第3メタル層M3を省略して各種の配線や素子のレイアウトが示されている。また、図17では、図16(a)において一点鎖線により囲まれた1個の不揮発性メモリセルと、その同じ行の右側の不揮発性メモリセル、その下の行の不揮発性メモリセルについて、各々を構成するNチャネルトランジスタTN、PチャネルトランジスタTPおよび抵抗変化型素子R1と、これらの不揮発性メモリセルの各素子間の配線の大まかなレイアウトが示されている。
16A to 16C are plan views showing layout examples of the
図16(a)に示すように、一点鎖線で囲まれた不揮発性メモリセルを第3メタル層M3による行選択線WL2およびWL2B、第1メタル層M1によるソース線SL23が水平方向に横切っている。第3メタル層M3による行選択線WL2は、不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタTNのゲートNGに接続されている(図16(b)参照)。また、第3メタル層M3による反転行選択線WL2Bは、不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタTPのゲートPGに接続されている(図16(b)参照)。NチャネルトランジスタTNのソースおよびPチャネルトランジスタTPのソースは、第1メタル層M1によるソース線SL23に接続されている(図16(b)および(c)参照)。そして、一点鎖線で囲まれた不揮発性メモリセルを第2メタル層M2によるビット線BL0が垂直方向に横切っており、このビット線BL0と、PチャネルトランジスタTPのドレインおよびNチャネルトランジスタTNのドレインを接続する第1メタル層M1の配線(水平方向の配線)との間に抵抗変化型素子R1が挿入されている(図16(a)および(c)参照)。 As shown in FIG. 16A, in the nonvolatile memory cell surrounded by the alternate long and short dash line, the row selection lines WL2 and WL2B by the third metal layer M3 and the source line SL23 by the first metal layer M1 cross in the horizontal direction. . The row selection line WL2 formed by the third metal layer M3 is connected to the gate NG of the N-channel transistor TN of the nonvolatile memory cell (see FIG. 16B). Further, the inversion row selection line WL2B formed by the third metal layer M3 is connected to the gate PG of the P-channel transistor TP of the nonvolatile memory cell (see FIG. 16B). The source of the N-channel transistor TN and the source of the P-channel transistor TP are connected to the source line SL23 by the first metal layer M1 (see FIGS. 16B and 16C). Then, the bit line BL0 by the second metal layer M2 crosses the nonvolatile memory cell surrounded by the alternate long and short dash line in the vertical direction, and the bit line BL0, the drain of the P channel transistor TP, and the drain of the N channel transistor TN are connected to each other. The resistance variable element R1 is inserted between the wiring (horizontal wiring) of the first metal layer M1 to be connected (see FIGS. 16A and 16C).
このレイアウト例では、水平方向に隣接した2個の不揮発性メモリセル間で各々のPチャネルトランジスタTP同士または各々のNチャネルトランジスタTN同士を互いに隣接させ、2個のPチャネルトランジスタTPのゲートを共通のポリシリコン配線により構成し、2個のNチャネルトランジスタTNのゲートを共通のポリシリコン配線により構成している。また、このレイアウト例では、垂直方向に隣接した2個の不揮発性メモリセル間で各々のPチャネルトランジスタTP同士または各々のNチャネルトランジスタTN同士を互いに隣接させる(図17参照)。また、このレイアウト例では、第2メタル層M2を利用してビット線BL0、BL1、…を垂直方向に配線している。従って、メモリセルアレイ120の所要面積を小さくすることができる。
In this layout example, between two non-volatile memory cells adjacent in the horizontal direction, the P channel transistors TP or the N channel transistors TN are adjacent to each other, and the gates of the two P channel transistors TP are shared. The gates of the two N-channel transistors TN are formed of a common polysilicon wiring. In this layout example, the P-channel transistors TP or the N-channel transistors TN are adjacent to each other between two nonvolatile memory cells adjacent in the vertical direction (see FIG. 17). In this layout example, the bit lines BL0, BL1,... Are wired in the vertical direction using the second metal layer M2. Therefore, the required area of the
<他の実施形態>
以上、この発明の第1〜第6実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
Although the first to sixth embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:
(1)上記第3〜第6実施形態では、上記第1実施形態(図1)の抵抗変化型不揮発性メモリセルをメモリセルMkjとして用いたが、上記第2実施形態(図3)の抵抗変化型不揮発性メモリセルをメモリセルMkjとして用いてもよい。この場合、前掲図4に示すように、データ読み出し時にアクセス対象である行のメモリセルに出力される選択電圧WLを0.3Vとし、反転選択電圧WLBを0.6Vとし、センスアンプ600からデータ線DLに印加する電圧を0.6Vとすればよい。
(1) In the third to sixth embodiments, the variable resistance nonvolatile memory cell of the first embodiment (FIG. 1) is used as the memory cell Mkj. However, the resistance of the second embodiment (FIG. 3) is used. A changeable nonvolatile memory cell may be used as the memory cell Mkj. In this case, as shown in FIG. 4, the selection voltage WL output to the memory cell in the row to be accessed at the time of data reading is set to 0.3V, the inversion selection voltage WLB is set to 0.6V, and the data from the
(2)第4実施形態(図7)に対して、第6実施形態(図14)を適用し、メモリセルアレイのソース線を複数本のグループにまとめ、各グループに各ソースデコーダからソース電圧を供給するようにしてもよい。 (2) The sixth embodiment (FIG. 14) is applied to the fourth embodiment (FIG. 7), the source lines of the memory cell array are grouped into a plurality of groups, and the source voltage is applied to each group from each source decoder. You may make it supply.
(3)抵抗変化型素子R1として、ReRAMのメモリセルに用いられるCER(Colossal Electro−Resistance;電界誘起巨大抵抗変化)抵抗素子を利用してもよい。 (3) As the variable resistance element R1, a CER (Corrosive Electro-Resistance) resistance element used in a ReRAM memory cell may be used.
(4)上記各実施形態においては、出力が1ビットである構成について説明したが、複数ビット出力(例えば×16構成)の不揮発性メモリを構成する場合には、各実施形態の基本構成を複数個並列に配置すれば良い。この場合、行デコーダを複数個設けることになるが、面積を削減するためには、周知の技術であるグローバルデコーダ、ローカルデコーダ構成の方式を採用すれば、デコーダ部を共通化することができる。 (4) In each of the embodiments described above, the configuration in which the output is 1 bit has been described. However, when configuring a non-volatile memory having a multi-bit output (for example, × 16 configuration), a plurality of basic configurations in each embodiment are provided. They may be arranged in parallel. In this case, a plurality of row decoders are provided. However, in order to reduce the area, the decoder unit can be shared by adopting a known global decoder / local decoder configuration.
TN……Nチャネルトランジスタ、TP……Pチャネルトランジスタ、R1……抵抗変化型素子、BL,BL0〜BLn……ビット線、SL,SL0〜SLn……ソース線、100,110,120……メモリセルアレイ、200,210……行デコーダ、300……列デコーダ、400,410……列選択部、COLS0〜COLSn,COLB0〜COLBn……CMOSスイッチ、DL……データ線、DLB……反転データ線、800,810,850……書込制御回路、500,510……書込ドライバ、600……センスアンプ、700……出力回路、210−0〜210−n,250−01〜250−(m−1)m,200−01〜200−(m−1)m……行選択回路、900−0〜900−h……ソースデコーダ。 TN: N-channel transistor, TP: P-channel transistor, R1: Variable resistance element, BL, BL0 to BLn: Bit line, SL, SL0 to SLn: Source line, 100, 110, 120: Memory Cell array, 200, 210... Row decoder, 300... Column decoder, 400, 410. 800, 810, 850 ... write control circuit, 500, 510 ... write driver, 600 ... sense amplifier, 700 ... output circuit, 210-0 to 210-n, 250-01 to 250- (m- 1) m, 200-01 to 200- (m-1) m... Row selection circuit, 900-0 to 900-h.
Claims (6)
データ書き込み時には、前記Nチャネル電界効果トランジスタをONさせる選択電圧と前記Pチャネル電界効果トランジスタをONさせる反転選択電圧を前記Nチャネル電界効果トランジスタおよび前記Pチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに与え、前記ビット線および前記ソース線間に書込データに対応した極性の電圧を印加し、データ読み出し時には、前記Nチャネル電界効果トランジスタをONさせる選択電圧であって前記データ書き込み時よりも低い選択電圧と前記Pチャネル電界効果トランジスタをOFFさせる反転選択電圧を前記Nチャネル電界効果トランジスタおよび前記Pチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに与え、前記ビット線および前記ソース線間に前記データ書き込み時と同じ大きさの所定の極性の電圧を印加し、前記ビット線および前記ソース線間に流れる電流を検出するようにしたことを特徴とする不揮発性メモリセル。 A resistance variable element and a selection switch composed of an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor connected in parallel are connected in series between the bit line and the source line, and the selection switch is on the bit line side, The variable resistance element is provided on the source line side;
At the time of data writing, a selection voltage for turning on the N channel field effect transistor and an inversion selection voltage for turning on the P channel field effect transistor are applied to the gates of the N channel field effect transistor and the P channel field effect transistor, A voltage having a polarity corresponding to write data is applied between the source line and the source line, and at the time of data reading, a selection voltage for turning on the N-channel field effect transistor, which is lower than that at the time of data writing, and the P An inversion selection voltage for turning off the channel field-effect transistor is applied to each gate of the N-channel field-effect transistor and the P-channel field-effect transistor, and a predetermined magnitude of the same magnitude as that during the data write is applied between the bit line and the source line Polarity voltage Applied to, non-volatile memory cells, characterized in that to detect the current flowing between the bit line and the source line.
前記メモリセルアレイの行毎に各々設けられ、各行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る配線であって、当該行の各不揮発性メモリセルのNチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに接続された複数の行選択線と、
前記メモリセルアレイの行毎に各々設けられ、各行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る配線であって、当該行の各不揮発性メモリセルのPチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに接続された複数の反転行選択線と、
前記メモリセルアレイの各行を挟むように各々設けられ、各行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る複数のソース線であって、隣接するソース線との間に挟む一行の各不揮発性メモリセルのソース線接続端に接続された複数のソース線と、
前記メモリセルアレイの列毎に各々設けられ、各列に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切り、各列の各不揮発性メモリセルのビット線接続端に接続された複数のビット線と、
行アドレスが示す行に対応した行選択線および反転行選択線に当該行の不揮発性メモリセルの選択用スイッチをONさせる選択電圧および反転選択電圧を出力し、行アドレスが示す行以外の行に対応した行選択線および反転行選択線に当該行の不揮発性メモリセルの選択用スイッチをOFFさせる選択電圧および反転選択電圧を出力するとともに、行アドレスが示す行を挟む2本のソース線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力する行デコーダと、
前記列毎に設けられたビット線の中から1本のビット線を選択し、データ線に接続する列選択部と、
列アドレスに対応した列のビット線を前記列選択部に選択させる列デコーダと、
データ書き込み時に前記データ線に出力するビット電圧を書込データに応じて制御する書込ドライバと、
データ読み出し時に前記データ線に流れ込む電流を検出することによりアクセス対象である不揮発性メモリセルに記憶されたデータを判定するセンスアンプと
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。 A variable resistance element and a selection switch composed of an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor connected in parallel are connected in series between the bit line connection end and the source line connection end, respectively, in a matrix form A plurality of nonvolatile memory cells arranged to form a memory cell array;
A plurality of wirings provided for each row of the memory cell array, extending in a direction along each row and crossing the memory cell array, and connected to gates of N-channel field effect transistors of each nonvolatile memory cell in the row. Row selection line
A plurality of wirings provided for each row of the memory cell array, extending in a direction along each row and crossing the memory cell array, and connected to gates of P-channel field effect transistors of each nonvolatile memory cell in the row. Inverted row selection line and
A plurality of source lines that are provided so as to sandwich each row of the memory cell array, extend in the direction along each row, and cross the memory cell array, and each of the nonvolatile memory cells in one row sandwiched between adjacent source lines A plurality of source lines connected to the source line connection ends;
A plurality of bit lines provided for each column of the memory cell array, extending in a direction along each column, crossing the memory cell array, and connected to a bit line connection end of each nonvolatile memory cell in each column;
A selection voltage and an inversion selection voltage for turning on a switch for selecting a nonvolatile memory cell in the row are output to a row selection line and an inversion row selection line corresponding to the row indicated by the row address, and are output to a row other than the row indicated by the row address. The selection voltage and the inversion selection voltage for turning off the selection switch for the nonvolatile memory cell in the row are output to the corresponding row selection line and the inversion row selection line, and the data is supplied to the two source lines sandwiching the row indicated by the row address. A row decoder that outputs a source voltage for writing or reading data;
A column selection unit that selects one bit line from the bit lines provided for each column and connects to the data line;
A column decoder for causing the column selector to select a bit line of a column corresponding to a column address;
A write driver for controlling a bit voltage output to the data line at the time of data writing according to write data;
A non-volatile memory comprising: a sense amplifier that determines data stored in a non-volatile memory cell to be accessed by detecting a current flowing into the data line when reading data.
前記メモリセルアレイの行毎に各々設けられ、各行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る配線であって、当該行の各不揮発性メモリセルのNチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに接続された複数の行選択線と、
前記メモリセルアレイの行毎に各々設けられ、各行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る配線であって、当該行の各不揮発性メモリセルのPチャネル電界効果トランジスタの各ゲートに接続された複数の反転行選択線と、
前記メモリセルアレイの連続した2行の組毎に各々設けられ、行に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切る複数のソース線であって、各ソース線に対応した2行の各不揮発性メモリセルの各ソース線接続端に接続された複数のソース線と、
前記メモリセルアレイの列毎に各々設けられ、各列に沿った方向に延びてメモリセルアレイを横切り、各列の各不揮発性メモリセルの各ビット線接続端に接続された複数のビット線と、
行アドレスが示す行に対応した行選択線および反転行選択線に当該行の不揮発性メモリセルの選択用スイッチをONさせる選択電圧および反転選択電圧を出力し、行アドレスが示す行以外の行に対応した行選択線および反転行選択線に当該行の不揮発性メモリセルの選択用スイッチをOFFさせる選択電圧および反転選択電圧を出力するとともに、行アドレスが示す行を含む2行の組に対応した1本のソース線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力する行デコーダと、
前記列毎に設けられたビット線の中から1本のビット線を選択し、データ線に接続する列選択部と、
列アドレスに対応した列のビット線を前記列選択部に選択させる列デコーダと、
データ書き込み時に前記データ線に出力するビット電圧を書込データに応じて制御する書込ドライバと、
データ読み出し時に前記データ線に流れ込む電流を検出することによりアクセス対象である不揮発性メモリセルに記憶されたデータを判定するセンスアンプとを具備し、
前記行デコーダは、前記メモリセルアレイの連続した2行の組毎に各々設けられた複数の行選択回路を具備し、各行選択回路は、行アドレスが当該行を示す場合に、当該行の各不揮発性メモリの選択用スイッチをONにする選択電圧および反転選択電圧を出力する当該組の各行に対応した回路と、行アドレスが当該組のいずれかの行を示す場合に当該組に対応したソース線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのためのソース電圧を出力する回路を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。 A variable resistance element and a selection switch composed of an N-channel field effect transistor and a P-channel field effect transistor connected in parallel are connected in series between the bit line connection end and the source line connection end, respectively, in a matrix form A plurality of nonvolatile memory cells arranged to form a memory cell array;
A plurality of wirings provided for each row of the memory cell array, extending in a direction along each row and crossing the memory cell array, and connected to gates of N-channel field effect transistors of each nonvolatile memory cell in the row. Row selection line
A plurality of wirings provided for each row of the memory cell array, extending in a direction along each row and crossing the memory cell array, and connected to gates of P-channel field effect transistors of each nonvolatile memory cell in the row. Inverted row selection line and
A plurality of source lines provided for each set of two consecutive rows of the memory cell array, extending in a direction along the rows and crossing the memory cell array, each row of nonvolatile memory cells corresponding to each source line A plurality of source lines connected to each source line connection end of
A plurality of bit lines provided for each column of the memory cell array, extending in a direction along each column, crossing the memory cell array, and connected to each bit line connection end of each nonvolatile memory cell in each column;
A selection voltage and an inversion selection voltage for turning on a switch for selecting a nonvolatile memory cell in the row are output to a row selection line and an inversion row selection line corresponding to the row indicated by the row address, and are output to a row other than the row indicated by the row address. A selection voltage and an inversion selection voltage for turning off the switch for selecting a nonvolatile memory cell in the corresponding row are output to the corresponding row selection line and inversion row selection line, and corresponding to a set of two rows including the row indicated by the row address A row decoder for outputting a source voltage for data writing or data reading to one source line;
A column selection unit that selects one bit line from the bit lines provided for each column and connects to the data line;
A column decoder for causing the column selector to select a bit line of a column corresponding to a column address;
A write driver for controlling a bit voltage output to the data line at the time of data writing according to write data;
A sense amplifier that determines data stored in a nonvolatile memory cell to be accessed by detecting a current flowing into the data line when reading data;
The row decoder includes a plurality of row selection circuits provided for each set of two consecutive rows of the memory cell array, and each row selection circuit is configured so that each non-volatile in each row when the row address indicates the row. A circuit corresponding to each row of the set that outputs a selection voltage and an inversion selection voltage for turning on the selection switch of the memory, and a source line corresponding to the set when the row address indicates any row of the set A nonvolatile memory comprising a circuit for outputting a source voltage for data writing or data reading.
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