JP5915121B2 - Variable resistance nonvolatile memory - Google Patents

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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に関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory using a resistance variable element.

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MTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素子などの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を利用した不揮発性メモリとしては、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。   In place of flash memory or DRAM, where miniaturization has become apparent, in recent years, resistance change that stores data using resistance variable elements such as MTJ (Magnetic Tunnel Junction) elements as next-generation nonvolatile memory Type memory is attracting attention. Non-volatile memories using this resistance change element include MRAM (Magnetoretic Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), ReRAM (Resistivity Random RAM resistance type). ) And the like. 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.

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及び2に開示されている。特に、特許文献1では、非特許文献2に記載されたメモリアレイの構成よりもメモリセルの面積を縮小できる構成が提案されていた。   An element configuration, characteristics, and array configuration of a memory using this type of variable resistance element are disclosed in, for example, Patent Document 1 or Non-Patent Documents 1 and 2. In particular, Patent Document 1 has proposed a configuration in which the area of the memory cell can be reduced as compared with the configuration of the memory array described in Non-Patent Document 2.

特開2008−016098号公報JP 2008-016098 A

ISSCC Digest of Technical Papers,pp.258、Feb.2010。ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 258, Feb. 2010. 電子情報通信学会 信学技報ICICE Technical Report ICD2010−7 p35〜p40。The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers IEICE Technical Report ICICE Technical Report ICD2010-7 p35-p40.

しかし、特許文献1の技術には、以下の欠点がある。特許文献1の回路図を図23に示す。図23において、メモリセルM00を選択した場合、“0”書き込みの場合は、選択されたビット線BL0に0.6V、行選択線WL0に0.6V、共通ソース線COMSLとそれから分岐するソース線SL01〜SL45に0Vを印加すると、ビット線BL0からソース線SL01と共通ソース線COMSLに電流が流れ、メモリセルM00の抵抗素子は“0”書き込みとなり、低抵抗となる。このとき、非選択のビット線BL1,BL2、・・・はオープンとする。オープンの場合は、通常、0Vとなっているので、行選択線WL0が0.6Vとなって、非選択ビット線が0Vのソース線SLと接続されても、特に問題はない。   However, the technique of Patent Document 1 has the following drawbacks. A circuit diagram of Patent Document 1 is shown in FIG. In FIG. 23, when the memory cell M00 is selected and “0” is written, the selected bit line BL0 is 0.6V, the row selection line WL0 is 0.6V, the common source line COMSL and the source line branched therefrom. When 0 V is applied to SL01 to SL45, a current flows from the bit line BL0 to the source line SL01 and the common source line COMSL, and the resistance element of the memory cell M00 is set to “0” to be low resistance. At this time, the unselected bit lines BL1, BL2,. When open, the voltage is normally 0 V, so there is no particular problem even if the row selection line WL0 is 0.6 V and the non-selected bit line is connected to the 0 V source line SL.

ところが、“1”書き込みの場合は、選択されたビット線BL0が0V,共通ソース線COMSLが0.6Vとなり、共通ソース線COMSLからビット線BL0へ電流が流れて、M00には、“1”が書き込まれ、高抵抗となる。   However, in the case of writing “1”, the selected bit line BL0 is 0V, the common source line COMSL is 0.6V, and a current flows from the common source line COMSL to the bit line BL0. Is written and becomes high resistance.

ここで、非選択ビット線BL1,BL2、・・・がオープンとなっているので、行選択線WL0が接続されているメモリセルM01,M02、・・・のメモリセル選択用トランジスタがオンとなる。すると、共通ソース線COMSLから非選択ビット線BL1,BL2、・・・に充電電流が流れる。この充電電流はオープンとなっている非選択ビット線BL1,BL2、・・・が充電されれば止まる。しかし、余分な非選択ビット線を充電するために無駄な電力を消費してしまう問題があった。   Here, since the unselected bit lines BL1, BL2,... Are open, the memory cell selection transistors of the memory cells M01, M02,... Connected to the row selection line WL0 are turned on. . Then, a charging current flows from the common source line COMSL to the unselected bit lines BL1, BL2,. This charging current stops when the unselected bit lines BL1, BL2,. However, there is a problem that wasteful power is consumed to charge the extra unselected bit lines.

また、一時的ではあるが、非選択のメモリセルM01,M02、・・・にビット線の充電電流が流れるので、その充電電流が流れている間、弱い書き込み状態となる。そのため、この状態を繰り返すと、誤って書き込みされてしまう懸念がある問題があった。   In addition, although temporarily, the bit line charging current flows through the non-selected memory cells M01, M02,..., A weak write state occurs while the charging current flows. Therefore, there has been a problem that there is a concern that if this state is repeated, data is erroneously written.

この誤書き込み問題を解決するには、非選択ビット線BL1、BL2、・・・を、ビット線側から共通ソース線COMSLと同電位の0.6Vに充電しておくことで改善できる。しかし、そのように改善しても、メモリセルの書換えのたびに、非選択のビット線BLへの充放電を繰り返すので、余分な電力の消費が避けられない問題があった。   In order to solve this erroneous writing problem, it can be improved by charging the unselected bit lines BL1, BL2,... From the bit line side to 0.6 V which is the same potential as the common source line COMSL. However, even with such improvement, there is a problem in that excessive power consumption cannot be avoided because the charge / discharge of the unselected bit line BL is repeated each time the memory cell is rewritten.

そのため、本発明の目的は、抵抗変化型不揮発性メモリのメモリセルの面積を縮小し、かつ、消費電力を少なくすることにある。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the area of the memory cell of the variable resistance nonvolatile memory and to reduce power consumption.

本発明は、上記の課題を解決するために、ローカル行選択線をゲート端子に接続したメモリセル選択用トランジスタと抵抗変化型素子を直列に接続した回路をメモリセルとして、該メモリセルの端子をビット線とソース線とに接続して構成したメモリセルアレイを有する抵抗変化型不揮発性メモリであって、前記ソース線を前記ローカル行選択線に平行に配線し、前記ビット線を前記ローカル行選択線に直交させて配線し、前記ソース線にデータ線電圧より低い電圧のソース電圧を出力する回路を有し、前記メモリセルアレイが複数のメモリブロックに分割され、前記メモリブロック毎に該メモリブロック内のローカル行選択線のみを制御するパーシャルデコーダを有し、前記メモリブロックを選択し該メモリブロック内のパーシャルデコーダのみに前記ローカル行選択線に行選択信号を送信させる第1の列デコーダを有し、前記第1の列デコーダの選択したメモリブロックを選択し該メモリブロック内のプリチャージ回路のみを動作させて、前記プリチャージ回路に前記ソース線を前記ビット線に接続させて前記ソース電圧を前記ビット線にプリチャージさせる第2の列デコーダを有し、前記ビット線を選択する第3の列デコーダを有し、選択すべきローカル行選択線を前記パーシャルデコーダに指令する行デコーダを有し、前記ソース線に前記ソース電圧を加えて前記メモリセルへのデータの書き込み及び読出しを行い、前記ビット線に、前記データ線電圧と、前記ソース電圧より低い電圧とを切り替えて加えることで異なる値のデータを前記メモリセルへ書き込むことを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a memory cell having a circuit in which a memory cell selection transistor having a local row selection line connected to a gate terminal and a resistance variable element connected in series as a memory cell. A variable resistance nonvolatile memory having a memory cell array configured to be connected to a bit line and a source line, wherein the source line is wired in parallel to the local row selection line, and the bit line is connected to the local row selection line The memory cell array is divided into a plurality of memory blocks, and each memory block includes a circuit that outputs a source voltage lower than a data line voltage to the source line. A partial decoder for controlling only the local row selection line, selecting the memory block, and selecting a partial decoder in the memory block; Only having a first column decoder for transmitting a row selection signal to the local row selection line, selecting a memory block selected by the first column decoder, and operating only a precharge circuit in the memory block. And a second column decoder for connecting the source line to the bit line to precharge the source voltage to the bit line, and a third column decoder for selecting the bit line. And having a row decoder for instructing the partial decoder to select a local row selection line to be selected, applying the source voltage to the source line to write and read data to the memory cell, and to the bit line, wherein the writing and the data line voltage, the data of different values by adding switching between voltage lower than the source voltage to the memory cell It is a variable resistance nonvolatile memory.

かかる発明によれば、ソース線の電圧を書き込み時でも読出し時でも、常に一定電圧に保持しておくことで、非選択のビット線へ充電電流を流さないので、エネルギーの無駄を無くして消費電力を少なくすることができる効果がある。   According to such an invention, the source line voltage is kept constant at both the time of writing and the time of reading, so that charging current does not flow to the non-selected bit line, thereby eliminating energy waste and power consumption. There is an effect that can be reduced.

かかる発明によれば、メモリセルアレイの連続した2行間でソース線を共有するので、メモリセルの縦方向の素子間寸法を短くすることができる。従って、メモリセルの面積を小さくすることができる効果がある。そして、ソース線の電圧を書き込み時でも読出し時でも、常に一定電圧に保持しておくことで、非選択のビット線へ充電電流を流さないので、エネルギーの無駄を無くして消費電力を少なくすることができる効果がある。   According to this invention, since the source line is shared between two consecutive rows of the memory cell array, the dimension between the elements in the vertical direction of the memory cell can be shortened. Therefore, there is an effect that the area of the memory cell can be reduced. And by keeping the voltage of the source line constant at both the time of writing and the time of reading, no charging current flows to the unselected bit line, so energy is wasted and power consumption is reduced. There is an effect that can.

また、本発明は上記の抵抗変化型不揮発性メモリであって、前記メモリセル選択用トランジスタのソース端子を前記ソース線に接続し、前記抵抗変化型素子を前記メモリセル選択用トランジスタのドレイン端子と前記ビット線の間に接続したことを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリである。   Further, the present invention is the above-described variable resistance nonvolatile memory, wherein the source terminal of the memory cell selection transistor is connected to the source line, and the variable resistance element is connected to the drain terminal of the memory cell selection transistor. A resistance change type nonvolatile memory connected between the bit lines.

また、本発明は上記の抵抗変化型不揮発性メモリであって、前記メモリセルの前記メモリセル選択用トランジスタと前記抵抗変化型素子を直列に接続した回路が、第1のトランジスタと第1の抵抗変化型素子を直列に接続した第1の回路と、第2のトランジスタと第2の抵抗変化型素子を直列に接続した第2の回路を並列に接続した回路であり、前記第1の回路の第1の抵抗変化型素子を第1のトランジスタのドレイン端子とビット線の間に接続し、前記第2の回路の第2の抵抗変化型素子を第2のトランジスタのドレイン端子と反転ビット線の間に接続し、前記メモリセルの第1の抵抗変化型素子と第2の抵抗変化型素子の一方を低抵抗にし他方を高抵抗にしてデータを記憶することを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリである。   Further, the present invention is the resistance variable nonvolatile memory described above, wherein a circuit in which the memory cell selection transistor of the memory cell and the resistance variable element are connected in series includes a first transistor and a first resistor. A first circuit in which variable-type elements are connected in series, and a second circuit in which a second transistor and a second variable resistance-type element are connected in series, which are connected in parallel; The first variable resistance element is connected between the drain terminal of the first transistor and the bit line, and the second variable resistance element of the second circuit is connected to the drain terminal of the second transistor and the inverted bit line. A variable resistance nonvolatile memory characterized in that one of the first variable resistance element and the second variable resistance element of the memory cell is connected with a low resistance and the other is set to a high resistance to store data. It is memory.

本発明は、ソース線SLの電圧を書き込み時でも読出し時でも、常に一定電圧に保持しておくことで、ソース線の電圧を変化させないので、従来のソース線の電圧を変化させることによるエネルギーの無駄を無くすことができる効果がある。   In the present invention, since the voltage of the source line is not changed by constantly maintaining the voltage of the source line SL at the time of writing or reading, the energy of the energy by changing the voltage of the conventional source line is not changed. There is an effect that waste can be eliminated.

また、本発明は、その一定電圧のソース線の電圧をプリチャージ回路がビット線にプリチャージしておくことで、ビット線からのデータの読出しの際のビット線への電流流入に
要する時間を節約することができ、データの読出し速度を高速化できる効果がある。
Further, according to the present invention, the precharge circuit precharges the constant source line voltage to the bit line, thereby reducing the time required for the current to flow into the bit line when reading data from the bit line. This is advantageous in that the data can be saved and the data reading speed can be increased.

更に、本発明のメモリセルアレイをメモリブロックに分割し、メモリブロック内のみに限定されたローカル行選択線をパーシャルデコーダがアクセスするようにすることで、消費電力を低減できる効果がある。   Furthermore, by dividing the memory cell array of the present invention into memory blocks and allowing the partial decoder to access a local row selection line limited only within the memory block, there is an effect that power consumption can be reduced.

第1の実施形態の不揮発性メモリの1ビットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 1 bit of the non-volatile memory of 1st Embodiment. 第1の実施形態の不揮発性メモリの全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a nonvolatile memory according to a first embodiment. 第1の実施形態の列ゲート部のカラムゲートのCMOS回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a column gate CMOS circuit of a column gate portion according to the first embodiment. 第1の実施形態の電源回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power supply circuit of 1st Embodiment. 第1の実施形態の1つのメモリセルの構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of one memory cell according to the first embodiment. 第1の実施形態のMTJ素子の構成および動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the MTJ element of 1st Embodiment. 第1の実施形態におけるメモリセルアレイのレイアウトを示す平面図である。2 is a plan view showing a layout of the memory cell array in the first embodiment. FIG. 第1の実施形態の不揮発性メモリセルの断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross section of the non-volatile memory cell of 1st Embodiment. 第1の実施形態のメモリセルの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the memory cell of 1st Embodiment. 変形例1の1つのメモリセルの構成を示す回路図である。10 is a circuit diagram illustrating a configuration of one memory cell according to Modification 1. FIG. 変形例1のメモリセルの動作条件を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating operating conditions of a memory cell according to Modification 1. 第1の実施形態の動作波形をあらわすタイミングチャートである。It is a timing chart showing the operation waveform of a 1st embodiment. 第2の実施形態の不揮発性メモリの1ビットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 1 bit of the non-volatile memory of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の不揮発性メモリの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the non-volatile memory of 2nd Embodiment. 第2の実施形態のパーシャルデコーダの回路図である。It is a circuit diagram of the partial decoder of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の変形例2の不揮発性メモリの1ビットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 1 bit of the non-volatile memory of the modification 2 of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の変形例2不揮発性メモリの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the modification 2 non-volatile memory of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の不揮発性メモリの1ビットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of 1 bit of the non-volatile memory of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の不揮発性メモリの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the non-volatile memory of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の1つのメモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of one memory cell of 3rd Embodiment. 第3の実施形態のメモリセルの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the memory cell of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の動作波形をあらわすタイミングチャートである。It is a timing chart showing the operation waveform of a 3rd embodiment. 従来の不揮発性メモリのメモリセルアレイを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the memory cell array of the conventional non-volatile memory.

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の実施形態>
図1は、第1の実施形態の16ビットの不揮発性メモリの1ビット分のメモリブロックおよび回路部分の回路図である。図2は、16個のメモリセルに同時に書き込みを行う、16I/O(×16)を持つ16ビットの不揮発性メモリの回路のブロック図である。図2のように、メモリセルアレイ100をメモリブロック100−0から100−15の16のブロックに分割する。メモリブロック100−0は、第0ビット目の出力ビット端子Dout0へ接続するメモリセルを構成する。同様に、メモリブロック100−15が第15ビット目の出力ビット端子Dout15へ接続するメモリセルを構成する。また、400−0〜400−15は、列ゲート部400内の、各メモリブロックに対応した列ゲートブロックである。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram of a 1-bit memory block and a circuit portion of the 16-bit nonvolatile memory according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram of a circuit of a 16-bit nonvolatile memory having 16 I / O (× 16) for simultaneously writing to 16 memory cells. As shown in FIG. 2, the memory cell array 100 is divided into 16 blocks of memory blocks 100-0 to 100-15. The memory block 100-0 constitutes a memory cell connected to the 0th bit output bit terminal Dout0. Similarly, the memory block 100-15 constitutes a memory cell connected to the 15th bit output bit terminal Dout15. Reference numerals 400-0 to 400-15 denote column gate blocks corresponding to the memory blocks in the column gate unit 400.

図1の回路図のように、不揮発性メモリの1ビット分は、メモリセルアレイ100のメモリブロック100−0の有する、メモリセルM00〜Mmnの配列から1つのメモリセルMkjを選択して駆動するためのデコーダ系回路とその他の制御回路から成る。デコーダ系回路は、行デコーダ200と列デコーダ300と列ゲート部400から成る。   As shown in the circuit diagram of FIG. 1, one bit of the nonvolatile memory is used to select and drive one memory cell Mkj from the array of memory cells M00 to Mmn included in the memory block 100-0 of the memory cell array 100. The decoder system circuit and other control circuits. The decoder system circuit includes a row decoder 200, a column decoder 300, and a column gate unit 400.

本実施形態による不揮発性メモリでは、図1のようにメモリセルアレイ100の各メモリブロック100−i(i=0〜15)をm+1本の行選択線WL0〜WLmが行方向に横切っている。また、2つの行選択線WLkに対して1つのソース線SLが行方向に横切っている。各行選択線WLk(k=0〜m)は、メモリセルアレイ100の全メモリブロック100−i(i=0〜15)の各行に対応している。行kに対応した行選択線WLkは、メモリブロック100−i(i=0〜15)の第k行のメモリセルMkj(j=0〜n)に対して行選択信号を送信する信号線である。   In the nonvolatile memory according to the present embodiment, m + 1 row selection lines WL0 to WLm cross the memory block 100-i (i = 0 to 15) of the memory cell array 100 in the row direction as shown in FIG. In addition, one source line SL crosses the two row selection lines WLk in the row direction. Each row selection line WLk (k = 0 to m) corresponds to each row of all the memory blocks 100-i (i = 0 to 15) of the memory cell array 100. The row selection line WLk corresponding to the row k is a signal line that transmits a row selection signal to the memory cell Mkj (j = 0 to n) in the kth row of the memory block 100-i (i = 0 to 15). is there.

行デコーダ200が、m+1本の行選択線WL0〜WLmの中の1本を行アドレスに従って選択し、選択した行選択線にデータ書き込みまたはデータ読み出しのための行選択信号を出力し、他の行選択線に0Vの行選択信号を出力する回路である。   The row decoder 200 selects one of the m + 1 row selection lines WL0 to WLm according to the row address, outputs a row selection signal for data writing or data reading to the selected row selection line, and outputs the other row. This circuit outputs a 0V row selection signal to a selection line.

また、本実施形態による不揮発性メモリでは、第0ビットに対応したメモリブロック100−0をn+1本のビット線BLj(j=0〜n)が列方向に横切っている。ここで、第j列に対応したビット線BLjは、メモリブロック100−0における第j列のメモリセルMkj(k=0〜m)のためにビット電圧を伝送する信号線である。   In the nonvolatile memory according to the present embodiment, n + 1 bit lines BLj (j = 0 to n) cross the memory block 100-0 corresponding to the 0th bit in the column direction. Here, the bit line BLj corresponding to the j-th column is a signal line for transmitting a bit voltage for the memory cell Mkj (k = 0 to m) in the j-th column in the memory block 100-0.

列デコーダ300は、列アドレスが与えられて、その列アドレスに従ってメモリブロック100−0のメモリセルの配列の列を選択する列選択信号COL0〜COLnを列ゲート部400に出力する回路である。この列選択信号COL0〜COLnの各々は、図3のように、列選択信号COLと反転列選択信号COLBとのセットを、列ゲート部400のCMOS(コンプリメンタリ型)回路のカラムゲートCGに向けて出力する。以下の説明では、その列選択信号COLと反転列選択信号COLBのセットを列選択信号COLのみで代表させて記述する。   The column decoder 300 is a circuit that is supplied with a column address and outputs column selection signals COL0 to COLn for selecting a column of the memory cell array of the memory block 100-0 to the column gate unit 400 according to the column address. As shown in FIG. 3, each of the column selection signals COL0 to COLn sets a set of the column selection signal COL and the inverted column selection signal COLB toward the column gate CG of the CMOS (complementary type) circuit of the column gate unit 400. Output. In the following description, a set of the column selection signal COL and the inverted column selection signal COLB is described by representing only the column selection signal COL.

列ゲート部400におけるメモリブロック100−0に対応する回路は、カラムゲートCG0〜CGnで構成される。カラムゲートCG0〜CGnは、列選択信号COL0〜COLnに従ってメモリセルアレイ100のメモリブロック100−0の列を駆動する信号を切り替えるMOSスイッチ群である。カラムゲートCG0〜CGnは、図2に示す各メモリブロック100−0から100−15の各回路に対応して、図1の回路に示した素子の数の16倍存在する。   A circuit corresponding to the memory block 100-0 in the column gate unit 400 includes column gates CG0 to CGn. The column gates CG0 to CGn are a group of MOS switches for switching signals for driving the columns of the memory block 100-0 of the memory cell array 100 according to the column selection signals COL0 to COLn. The column gates CG0 to CGn are 16 times the number of elements shown in the circuit of FIG. 1 corresponding to the circuits of the memory blocks 100-0 to 100-15 shown in FIG.

各々のカラムゲートCGは、図3のように、列選択信号COLをCMOS回路のNチャンネルMOSトランジスタのゲート端子に接続し、反転列選択信号COLBをCMOS回路のPチャンネルMOSトランジスタのゲート端子に接続し、それらのNチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジスタは、データ線DL0〜DL15とビット線BL0〜BLnとの間に並列に接続する。   As shown in FIG. 3, each column gate CG connects the column selection signal COL to the gate terminal of the N channel MOS transistor of the CMOS circuit, and connects the inverted column selection signal COLB to the gate terminal of the P channel MOS transistor of the CMOS circuit. The N channel MOS transistor and the P channel MOS transistor are connected in parallel between the data lines DL0 to DL15 and the bit lines BL0 to BLn.

このように、カラムゲートCGはCMOS回路で構成するが、以下の説明では、そのCMOS回路の一方のゲート回路のNMOSトランジスタのみを表示して、そのNMOSトランジスタにCMOS回路を代表させる。   As described above, the column gate CG is formed of a CMOS circuit. In the following description, only the NMOS transistor of one gate circuit of the CMOS circuit is displayed, and the NMOS transistor is represented by the NMOS transistor.

メモリセルアレイ100の他のメモリブロック100−1〜100−15も同様であり、第iビットに対応したメモリブロック100−iをn+1本のビット線BLj(j=0〜n)が列方向に横切っている。   The same applies to the other memory blocks 100-1 to 100-15 of the memory cell array 100, and n + 1 bit lines BLj (j = 0 to n) cross the memory block 100-i corresponding to the i-th bit in the column direction. ing.

図2の回路ブロック図で示す半導体素子のレイアウトのように、メモリブロック100−0から100−15は、図2の横方向に順番にメモリブロックの領域を配置する。そして、列ゲート400は、各メモリブロックの上方に、それぞれのゲート回路を配置する。   Like the layout of the semiconductor element shown in the circuit block diagram of FIG. 2, the memory blocks 100-0 to 100-15 have memory block regions arranged in order in the horizontal direction of FIG. In the column gate 400, each gate circuit is arranged above each memory block.

その他の制御回路としては、書き込み電圧発生回路(Write Driver)500と、データ線DL0〜DL15に接続した16個のセンスアンプ600(SA0〜SA15)と、センスアンプ600の後段に設けた出力回路700(OUT0〜OUT15)を有し、また、書込制御回路800、ビット線BLをバイアスするプリチャージ回路900、電源回路1000(図4)を有する。   As other control circuits, a write voltage generation circuit (Write Driver) 500, 16 sense amplifiers 600 (SA0 to SA15) connected to the data lines DL0 to DL15, and an output circuit 700 provided in the subsequent stage of the sense amplifier 600 are provided. (OUT0 to OUT15), a write control circuit 800, a precharge circuit 900 for biasing the bit line BL, and a power supply circuit 1000 (FIG. 4).

(電源回路)
図4は電源回路1000の構成例を示すブロック図である。電源回路1000は、制御回路1001と、昇圧回路1002および1003と、降圧回路1004および1005と、出力調整回路1006〜1009とにより構成されている。昇圧回路1002および1003は、制御回路1001による制御の下、この不揮発性メモリの電源電圧を昇圧して出力する回路である。また、降圧回路1004および1005は、制御回路1001による制御の下、この不揮発性メモリの電源電圧を降圧して出力する回路である。
(Power circuit)
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the power supply circuit 1000. The power supply circuit 1000 includes a control circuit 1001, booster circuits 1002 and 1003, step-down circuits 1004 and 1005, and output adjustment circuits 1006 to 1009. The booster circuits 1002 and 1003 are circuits that boost and output the power supply voltage of the nonvolatile memory under the control of the control circuit 1001. The step-down circuits 1004 and 1005 are circuits that step down and output the power supply voltage of the nonvolatile memory under the control of the control circuit 1001.

電源回路1000の出力調整回路1006はメモリセルMkjへのデータの書き込みの際には1.5Vの行駆動電圧VWLを出力し、データの読出しの際には1.2Vの行駆動電圧VWLを出力する。また、出力調整回路1007は1.5Vの列駆動電圧VCOLを出力し、出力調整回路1008は1.2Vのデータ線電圧VWDを出力する。そして、出力調整回路1009は、データ線電圧VWDの約半分の電圧の0.6Vのソース電圧VSLを出力する回路である。 The output adjustment circuit 1006 of the power supply circuit 1000 outputs a row drive voltage VWL of 1.5V when writing data to the memory cell Mkj, and outputs a row drive voltage VWL of 1.2V when reading data. To do. The output adjustment circuit 1007 outputs a column drive voltage VCOL of 1.5V, and the output adjustment circuit 1008 outputs a data line voltage VWD of 1.2V. The output adjustment circuit 1009 is a circuit that outputs a source voltage VSL of 0.6 V, which is about half the data line voltage VWD .

出力調整回路1006および1007は、行駆動電圧VWLまたはデータ線電圧VWDを供給するために、不揮発性メモリの電源電圧VDDよりも高い電圧を出力する必要があるため、前段の昇圧回路1002または1003を利用してその電圧を生成する。また、出力調整回路1008および1009は、1.2Vのデータ線電圧VWDまたは0.6Vのソース電圧VSLとして不揮発性メモリの電源電圧VDDよりも低い電圧を出力する必要がある場合、前段の降圧回路1004または1005を利用してその電圧を生成する。   Since the output adjustment circuits 1006 and 1007 need to output a voltage higher than the power supply voltage VDD of the nonvolatile memory in order to supply the row drive voltage VWL or the data line voltage VWD, the booster circuit 1002 or 1003 in the previous stage must be output. Use that to generate that voltage. Further, when the output adjustment circuits 1008 and 1009 need to output a voltage lower than the power supply voltage VDD of the nonvolatile memory as the data line voltage VWD of 1.2 V or the source voltage VSL of 0.6 V, the step-down circuit in the previous stage The voltage is generated using 1004 or 1005.

電源回路1000の概略の動作は、書込制御回路800による制御の下、出力調整回路1006から、行選択信号の電圧の基となる1.5Vの行駆動電圧VWLを行デコーダ200に供給し、出力調整回路1007から、列選択信号の電圧の基となる1.5Vの列駆動電圧VCOLを列デコーダ300に供給する。また、書き込み電圧発生回路500がビット線BLjに接続するべきデータ線DLに出力する電圧の基となる1.2Vのデータ線電圧VWDを、出力調整回路1008が書き込み電圧発生回路500に供給する。そして、0.6Vのソース電圧VSLを、出力調整回路1008が共通ソース線COMSLに供給する。また、電源回路1000は、プリチャージトランジスタPR0〜PRnのゲートを制御する1.5Vの行駆動電圧VWLをプリチャージ回路900の電源に供給する。   The general operation of the power supply circuit 1000 is to supply a row drive voltage VWL of 1.5 V, which is the basis of the voltage of the row selection signal, to the row decoder 200 from the output adjustment circuit 1006 under the control of the write control circuit 800. From the output adjustment circuit 1007, the column drive voltage VCOL of 1.5V, which is the basis of the voltage of the column selection signal, is supplied to the column decoder 300. In addition, the output adjustment circuit 1008 supplies the write voltage generation circuit 500 with a data line voltage VWD of 1.2 V that is a basis of a voltage output from the write voltage generation circuit 500 to the data line DL to be connected to the bit line BLj. Then, the output adjustment circuit 1008 supplies the source voltage VSL of 0.6 V to the common source line COMSL. Further, the power supply circuit 1000 supplies the power supply of the precharge circuit 900 with a row drive voltage VWL of 1.5 V that controls the gates of the precharge transistors PR0 to PRn.

(データ書き込みの際の電源回路の動作)
電源回路1000は、データ書き込み時(WE=“1”)、制御回路1001は、出力調整回路1005から行デコーダ200に1.5Vの行駆動電圧VWLを供給する。これにより行デコーダ200は、選択した行kの行選択線WLkに1.5Vの行選択信号を出力し、他の行選択線WLk’に0Vを出力する。
(Operation of power supply circuit when writing data)
The power supply circuit 1000 supplies a row drive voltage VWL of 1.5 V from the output adjustment circuit 1005 to the row decoder 200 when data is written (WE = “1”). As a result, the row decoder 200 outputs a row selection signal of 1.5V to the row selection line WLk of the selected row k, and outputs 0V to the other row selection line WLk ′.

また、制御回路1001は、出力調整回路1008から1.2Vのデータ線電圧VWDを発生して書き込み電圧発生回路500に供給する。これにより、書き込み電圧発生回路500は、書き込みデータ入力信号Diniが“0”の場合には1.2Vのデータ線電圧VWDをデータ線DLiに出力する。なお、書き込み電圧発生回路500は、書き込みデータ入力信号Diniが“1”の場合には0Vをデータ線DLiに出力する。   In addition, the control circuit 1001 generates a data line voltage VWD of 1.2 V from the output adjustment circuit 1008 and supplies it to the write voltage generation circuit 500. As a result, the write voltage generation circuit 500 outputs the data line voltage VWD of 1.2 V to the data line DLi when the write data input signal Dini is “0”. The write voltage generation circuit 500 outputs 0 V to the data line DLi when the write data input signal Dini is “1”.

また、制御回路1001は、出力調整回路1009から0.6Vのソース電圧VSLを出力させる。この0.6Vのソース電圧VSLを共通ソース線COMSLに供給し、共通ソース線COMSLをソース線SLに分岐させる。共通ソース線COMSLは、データ読出しの際も、常に0.6Vのソース電圧VSLに維持される。   In addition, the control circuit 1001 outputs a 0.6V source voltage VSL from the output adjustment circuit 1009. The 0.6V source voltage VSL is supplied to the common source line COMSL, and the common source line COMSL is branched to the source line SL. The common source line COMSL is always maintained at the source voltage VSL of 0.6 V even when data is read.

(データ読出しの際の電源回路の動作)
電源回路1000は、データ読み出し時(WE=“0”)、制御回路1001は、出力調整回路1006から行デコーダ200に1.2Vの行駆動電圧VWLを供給し、行デコーダ200が、その1.2Vの行駆動電圧VWLの行選択信号を行選択線WLkに出力する。
(Operation of power supply circuit when reading data)
When the power supply circuit 1000 reads data (WE = “0”), the control circuit 1001 supplies the row driving voltage VWL of 1.2 V to the row decoder 200 from the output adjustment circuit 1006. A row selection signal having a row driving voltage VWL of 2V is output to the row selection line WLk.

データ読み出しの動作において、行駆動電圧VWLをデータ書き込み時の1.5V時よりも下げた1.2Vにするのは、抵抗変化型素子Rの記憶内容を破壊するような過度な電流を抵抗変化型素子Rに流さないようにするためである。   In the data read operation, the row drive voltage VWL is set to 1.2 V, which is lower than 1.5 V at the time of data write, because an excessive current that destroys the memory content of the resistance variable element R changes in resistance. This is to prevent it from flowing into the mold element R.

本実施形態の特徴は、このように、0.6Vのソース電圧VSLを共通ソース線COMSLに供給し、共通ソース線COMSLをソース線SLに分岐させる。これにより、ソース線SLの電圧を書き込み時でも読出し時でも、常に0.6Vに保持しておくことが本実施形態の特徴である。   The feature of this embodiment is that the source voltage VSL of 0.6 V is supplied to the common source line COMSL and the common source line COMSL is branched to the source line SL. Thus, the feature of this embodiment is that the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V, both at the time of writing and at the time of reading.

書込制御回路800は、書き込みデータ入力信号Dinと書き込み制御信号WEを受信して、書き込み電圧発生回路500に、書き込み制御信号WEと、データ入力信号Din0〜Din15を引き渡す回路である。   The write control circuit 800 is a circuit that receives the write data input signal Din and the write control signal WE and delivers the write control signal WE and the data input signals Din0 to Din15 to the write voltage generation circuit 500.

書き込み電圧発生回路500は、データ線DL0〜DL15を駆動する3ステートバッファを有する。そして、書込制御回路800から書き込みデータ入力信号Dinと書き込み制御信号WEを受信し、データ線DL0〜DL15に書き込み電圧を出力する。ここで、書き込み電圧発生回路500は、書き込みデータ入力信号DinがHighの場合に、データ線DLに0Vを出力し、書き込みデータ入力信号DinがLowの場合にデータ線DLに1.2Vのデータ線電圧VWDを出力するように構成する。
また、読出し時は、書き込み電圧発生回路500はオフとなり、出力をHiZ(ハイインピーダンス)とする。
The write voltage generation circuit 500 includes a three-state buffer that drives the data lines DL0 to DL15. Then, the write data input signal Din and the write control signal WE are received from the write control circuit 800, and a write voltage is output to the data lines DL0 to DL15. Here, the write voltage generation circuit 500 outputs 0V to the data line DL when the write data input signal Din is High, and the 1.2V data line to the data line DL when the write data input signal Din is Low. The configuration is such that the voltage VWD is output.
At the time of reading, the write voltage generating circuit 500 is turned off and the output is set to HiZ (high impedance).

書き込み電圧発生回路500のデータ線DL0〜DL15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。   Data lines DL0 to DL15 of the write voltage generation circuit 500 are signal lines for transmitting data to be written to the memory cell array 100 or data read from the memory cell array 100.

センスアンプ600は、データ線DLに接続し、センスアンプ600の後段には出力回路700を設ける。このセンスアンプ600および出力回路700と、その他に書き込み電圧発生回路500が、データ読み出しのための動作を行う。   The sense amplifier 600 is connected to the data line DL, and an output circuit 700 is provided after the sense amplifier 600. The sense amplifier 600, the output circuit 700, and the write voltage generation circuit 500 perform operations for reading data.

メモリセルアレイ100のメモリブロック100−0には、図1のようにメモリセルM00からMmnをm+1行n+1列の行列状に配列する。そして、図2のように、メモリブロック100−0から100−15の16個のメモリブロックを並べて16ビットのメ
モリセルアレイ100を構成する。そのように、各メモリブロック毎に、m+1行n+1列の行列状のメモリセルMkjを配列する。
In the memory block 100-0 of the memory cell array 100, memory cells M00 to Mmn are arranged in a matrix of m + 1 rows and n + 1 columns as shown in FIG. As shown in FIG. 2, 16 memory blocks 100-0 to 100-15 are arranged to form a 16-bit memory cell array 100. As such, matrix memory cells Mkj of m + 1 rows and n + 1 columns are arranged for each memory block.

図1のように、1ビットのメモリブロック100−0内では、行方向に配列されるメモリセルM00からM0nのゲートに共通に、行デコーダ200の行選択線WL0が接続され、行方向に配列されるメモリセルM10からM1nのゲートには共通に行選択線WL1が接続されている。   As shown in FIG. 1, in the 1-bit memory block 100-0, the row selection line WL0 of the row decoder 200 is connected to the gates of the memory cells M00 to M0n arranged in the row direction and arranged in the row direction. A row selection line WL1 is commonly connected to the gates of the memory cells M10 to M1n.

この2群のメモリセルに1つのソース線SL01を共有させ、そのソース線SL01の上に行選択線WL0に接続するメモリセルM00からM0nを配置し、ソース線SL01の下に行選択線WL1に接続するメモリセルM10からM1nを配置する。   The two groups of memory cells share one source line SL01, memory cells M00 to M0n connected to the row selection line WL0 are disposed on the source line SL01, and the row selection line WL1 is disposed below the source line SL01. Memory cells M10 to M1n to be connected are arranged.

同様にして、1つのソース線SL23を共有するメモリセルM20からM3nについて、ソース線SL23の上に、ゲートに行選択線WL2が接続するメモリセルM20からM2nを配置し、ソース線SL23の下に、ゲートに行選択線WL3が接続するメモリセルM30からM3nを配置する。   Similarly, for the memory cells M20 to M3n sharing one source line SL23, the memory cells M20 to M2n having the gate connected to the row selection line WL2 are arranged on the source line SL23, and below the source line SL23. The memory cells M30 to M3n connected to the row selection line WL3 are arranged at the gate.

こうして、一行をなすn+1個のメモリセルMkj(j=0〜n)には、行方向に走行する行選択線WLkを接続する。これらの行選択線WLk(k=0〜m)に行デコーダ200から行選択信号が送信されることによりメモリセルの行が選択される。   Thus, the row selection line WLk that runs in the row direction is connected to the n + 1 memory cells Mkj (j = 0 to n) forming one row. A row selection signal is transmitted from the row decoder 200 to these row selection lines WLk (k = 0 to m), whereby a row of memory cells is selected.

一列をなすm+1個のメモリセルMkj(k=0〜m)は、列方向に走行する共通のビット線BLjに接続する。ビット線BLj(j=0〜n)は、メモリブロック100−0の中のメモリセルMkjに対して読み書きするデータを伝送するための信号線である。   The m + 1 memory cells Mkj (k = 0 to m) forming one column are connected to a common bit line BLj running in the column direction. The bit line BLj (j = 0 to n) is a signal line for transmitting data to be read / written to / from the memory cell Mkj in the memory block 100-0.

図5は、メモリセルMkjの構成を示す回路図である。図5に示すように、本実施形態による不揮発性メモリセルMkjは、抵抗変化型素子Rをビット線BLjに接続し、Nチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子をソース線SLに直列接続し、ゲート端子を行選択線WLkに接続してなるものである。ビット線BLjはメモリセルMkjへ読み書きするデータを伝送するための信号線である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the memory cell Mkj. As shown in FIG. 5, in the nonvolatile memory cell Mkj according to the present embodiment, the resistance variable element R is connected to the bit line BLj, and the source terminal of the N-channel memory cell selection transistor TN is connected in series to the source line SL. The gate terminal is connected to the row selection line WLk. The bit line BLj is a signal line for transmitting data to be read / written to the memory cell Mkj.

さらに詳述すると、本実施形態において、抵抗変化型素子Rに図6に示すMTJ素子を用い、図6の回路図のように、MTJ素子である抵抗変化型素子Rのフリー層がビット線BLjに接続され、ピン層がNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのドレイン端子に接続され、このNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子はソース線SLに接続されている。   More specifically, in the present embodiment, the MTJ element shown in FIG. 6 is used as the resistance variable element R, and as shown in the circuit diagram of FIG. 6, the free layer of the resistance variable element R that is an MTJ element is the bit line BLj. The pin layer is connected to the drain terminal of the N-channel memory cell selection transistor TN, and the source terminal of the N-channel memory cell selection transistor TN is connected to the source line SL.

なお、抵抗変化型素子Rに接続するトランジスタ回路は、Nチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNで代表させて図6に表記したが、このトランジスタ回路はCMOS回路で構成することが望ましい。すなわち、MTJ素子とソース線SLの間にCMOS回路のNチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジスタを並列に配置してMTJ素子に流す電流を制御することが望ましい。CMOS回路で構成したメモリセル選択用トランジスタTNでは、トランジスタの閾値相当の電圧降下(いわゆる閾値落ち)を起こさないので、共通ソース線COMSLに加える電圧とビット線BLjに加える電圧の差を、MTJ素子の抵抗変化型素子に加える印加電圧のみを加えるだけで、メモリセルへデータを書き込めることができる効果がある。これにより、消費電力を低減できる効果がある。   The transistor circuit connected to the resistance variable element R is represented in FIG. 6 as a representative example of an N-channel memory cell selection transistor TN. However, this transistor circuit is preferably composed of a CMOS circuit. That is, it is desirable that an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor of the CMOS circuit are arranged in parallel between the MTJ element and the source line SL to control the current flowing through the MTJ element. In the memory cell selection transistor TN formed of a CMOS circuit, a voltage drop corresponding to the threshold value of the transistor (so-called threshold drop) does not occur. Therefore, the difference between the voltage applied to the common source line COMSL and the voltage applied to the bit line BLj is determined as an MTJ element. There is an effect that data can be written into the memory cell only by applying only the applied voltage to the resistance variable element. Thereby, there exists an effect which can reduce power consumption.

図6(a)および(b)は、図5の不揮発性メモリセルMkjの抵抗変化型素子RとしてMTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素
子を利用した場合のメモリセルの構成と動作を示す。図6(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。
6A and 6B show the configuration and operation of a memory cell when an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element is used as the resistance variable element R of the nonvolatile memory cell Mkj in FIG. . As shown in FIGS. 6A and 6B, the MTJ element is composed of a pinned layer having a constant magnetic direction, a tunnel barrier film, and a free layer whose magnetic direction changes.

図6(a)に示すように、MTJ素子の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。   As shown in FIG. 6A, when a current in a direction from the free layer to the pinned layer of the MTJ element 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.

逆に、図6(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6(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チャネルのメモリセル選択用トランジスタTNをMTJ素子に直列接続する。   Conversely, as shown in FIG. 6B, 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 memory cell selection transistor TN is used as a switch for selecting the MTJ element as illustrated in FIGS. 6A and 6B. The MTJ element is connected in series.

(メモリセルの立体構造)
図7は本実施形態において、抵抗変化型素子RとしてMTJ素子MTJを用いた場合のメモリセルアレイ100のレイアウト例を示す平面図であり、図8は、その断面構造を示す断面図である。図7の平面図と図8の断面図によりメモリセルアレイ100の立体構造を示す。
(3D structure of memory cell)
FIG. 7 is a plan view showing a layout example of the memory cell array 100 when the MTJ element MTJ is used as the resistance variable element R in this embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure thereof. The three-dimensional structure of the memory cell array 100 is shown by the plan view of FIG. 7 and the cross-sectional view of FIG.

図7の平面図と図8の断面図に示すように、行方向に配置した行選択線WLkとソース線SLは互いに平行に配置し、そのソース線SLと行選択線WLkとの両方と直交する列方向に、メモリセルMkjに読み書きするデータを伝送するための信号線であるビット線BLjを配置する。   As shown in the plan view of FIG. 7 and the cross-sectional view of FIG. 8, the row selection line WLk and the source line SL arranged in the row direction are arranged in parallel to each other and orthogonal to both the source line SL and the row selection line WLk. A bit line BLj which is a signal line for transmitting data to be read / written to the memory cell Mkj is arranged in the column direction.

図7は、図1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7に示すように、メモリセルアレイ100には、複数の矩形状のソース・ドレイン拡散領域(N型不純物領域)が行列状に配列されている。このレイアウト例では列行方向に並んだ3つのソース・ドレイン拡散領域を1組として、そのソース・ドレイン拡散領域の間の列方向の2つの間隙に、ポリシリコン層による2本の行選択線WLk、WL(k+1)が行方向に横切っている。そして、中央のソース・ドレイン拡散領域上の第1メタル層Mt1の1つのソース線SLk(k+1)が行方向に横切っている。図7において破線で囲まれた領域は1つのNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNを含む1つのメモリセルM00が構成されている領域である。   FIG. 7 is a diagram showing a layout example of the memory cell array 100 in FIG. As shown in FIG. 7, in the memory cell array 100, a plurality of rectangular source / drain diffusion regions (N-type impurity regions) are arranged in a matrix. In this layout example, three source / drain diffusion regions arranged in the column row direction are taken as a set, and two row selection lines WLk made of a polysilicon layer are provided in two gaps in the column direction between the source / drain diffusion regions. , WL (k + 1) crosses in the row direction. Then, one source line SLk (k + 1) of the first metal layer Mt1 on the center source / drain diffusion region crosses in the row direction. In FIG. 7, a region surrounded by a broken line is a region in which one memory cell M00 including one N-channel memory cell selection transistor TN is formed.

すなわち、2組の行選択線WLk、WL(k+1)の間に、その行選択線に平行に1つのソース線SLk(k+1)を配線することで、行選択線WLk、WL(k+1)のポリシリコン層の下のソース・ドレイン拡散領域の間の間隙部分で構成される2つのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子を、共通のソース線SLk(k+1)に接続する。   That is, a single source line SLk (k + 1) is wired between two sets of row selection lines WLk and WL (k + 1) in parallel to the row selection line, so that the polylines of the row selection lines WLk and WL (k + 1) can be obtained. The source terminals of the two memory cell selection transistors TN formed by the gaps between the source / drain diffusion regions under the silicon layer are connected to a common source line SLk (k + 1).

このレイアウト例では、メモリセルアレイ100の連続した2行間でソース線SLk(k+1)を共有するので、メモリセルMkjとM(k+1)jとの縦方向の素子間寸法を短くすることができる。従って、メモリセルの面積を小さくすることができる効果がある。これにより、抵抗変化型不揮発性メモリを高速化できるとともに、低コストに製造することができる効果がある。   In this layout example, since the source line SLk (k + 1) is shared between two consecutive rows of the memory cell array 100, the vertical inter-element dimensions of the memory cells Mkj and M (k + 1) j can be shortened. Therefore, there is an effect that the area of the memory cell can be reduced. As a result, the resistance variable nonvolatile memory can be speeded up and manufactured at low cost.

メモリセルMkjのNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNが、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R(MTJ素子MTJ)を選択する選択用スイッチとして機能し、そのゲート端子が行選択線WLkに接続され、行選択線WLkか
ら行選択信号が加えられる。そして、列選択信号COLjがカラムゲートCGjに加えられて、選択されたカラムゲートCGjがビット線BLjをデータ線DLに接続する。
The N-channel memory cell selection transistor TN of the memory cell Mkj functions as a selection switch for selecting the resistance variable element R (MTJ element MTJ) at the time of data reading and data writing, and its gate terminal is the row selection line WLk. And a row selection signal is applied from the row selection line WLk. Then, the column selection signal COLj is applied to the column gate CGj, and the selected column gate CGj connects the bit line BLj to the data line DL.

図7の円形マークは、Nチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子を第1メタル層Mt1に配線したソース線SLに接続するスルーホールCSの部分を示す。図8の断面図のように、上層から順に、第1メタル層Mt1に配線したソース線SLに接続するスルーホールCSと、半導体基板のNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソースのnチャンネル拡散層とが重なっている。   The circular mark in FIG. 7 indicates a portion of the through hole CS that connects the source terminal of the N-channel memory cell selection transistor TN to the source line SL wired in the first metal layer Mt1. As shown in the cross-sectional view of FIG. 8, in order from the top layer, the through hole CS connected to the source line SL wired in the first metal layer Mt1, and the n-channel diffusion of the source of the N-channel memory cell selection transistor TN of the semiconductor substrate Layers overlap.

図7のように、行選択線WL0で選択されるメモリセルM00のNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子と、図の下方に記載した行選択線WL1で選択されるメモリセルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子とを共通のスルーホールCSを介して第1メタル層Mt1に配線したソース線SL01に接続する。   As shown in FIG. 7, the memory terminal of the memory cell selection transistor TN of the N channel of the memory cell M00 selected by the row selection line WL0 and the memory of the memory cell selected by the row selection line WL1 described below in the figure. The source terminal of the cell selection transistor TN is connected to the source line SL01 wired in the first metal layer Mt1 through a common through hole CS.

図7の四角マークは、MTJ素子MTJの部分であり、図8の断面図のように、上層から順に、第2メタル層Mt2に配線したビット線BL0に接続するスルーホールV1と、MTJ素子と、そのMTJ素子の第1メタル層Mt1に接続するスルーホールCSと、半導体基板のNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのドレインのnチャンネル拡散層とが重なっている。   The square mark in FIG. 7 is a portion of the MTJ element MTJ, and as shown in the cross-sectional view of FIG. 8, the through hole V1 connected to the bit line BL0 wired in the second metal layer Mt2 in order from the upper layer, The through hole CS connected to the first metal layer Mt1 of the MTJ element overlaps the n-channel diffusion layer of the drain of the N-channel memory cell selection transistor TN of the semiconductor substrate.

図8の断面図は、行選択線WLkに垂直な列方向に沿った半導体基板SUBの断面図であり、半導体基板SUBに形成されるNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNaを含むメモリセルM20と、Nチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNbを含むメモリセルM30を示す。   The cross-sectional view of FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor substrate SUB along the column direction perpendicular to the row selection line WLk. The memory cell M20 including the N-channel memory cell selection transistor TNa formed on the semiconductor substrate SUB , A memory cell M30 including an N-channel memory cell selection transistor TNb.

メモリセル選択用トランジスタTNaはメモリセルM20選択用のトランジスタであり、メモリセル選択用トランジスタTNbはメモリセルM30選択用のトランジスタである。行選択線WL2がNチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNaのゲートに接続されてメモリセルM20の行が選択され、行選択線WL3がトランジスタTNbのゲートに接続されてメモリセルM30の行が選択される。メモリセルM20とM30のソース端子が共通のソース線SL23に接続されている。   The memory cell selection transistor TNa is a transistor for selecting the memory cell M20, and the memory cell selection transistor TNb is a transistor for selecting the memory cell M30. The row selection line WL2 is connected to the gate of the N-channel memory cell selection transistor TNa to select the row of the memory cell M20, and the row selection line WL3 is connected to the gate of the transistor TNb to select the row of the memory cell M30. The The source terminals of the memory cells M20 and M30 are connected to a common source line SL23.

(2つのメモリセルからなる基本ユニット)
以下では、図1を参照してメモリセルアレイ100の構成と動作を説明する。メモリセルM20は抵抗変化型素子R1とメモリセル選択用トランジスタTNaが直列接続されて構成される。メモリセルM30の構成はM20と同一であり、抵抗変化型素子R2とメモリセル選択用トランジスタTNbが直列接続されて構成される。
(Basic unit consisting of two memory cells)
Hereinafter, the configuration and operation of the memory cell array 100 will be described with reference to FIG. The memory cell M20 is configured by connecting a resistance variable element R1 and a memory cell selection transistor TNa in series. The configuration of the memory cell M30 is the same as that of M20, and is configured by connecting the resistance variable element R2 and the memory cell selection transistor TNb in series.

メモリセルM20のメモリセル選択用トランジスタTNaとメモリセルM30のメモリセル選択用トランジスタTNbのソース端子同士が、共通のソース線(SL23)に接続されている。メモリセルM20,M30の抵抗変化型素子R1とR2の端部はビット線BL0に接続される。   The source terminals of the memory cell selection transistor TNa of the memory cell M20 and the memory cell selection transistor TNb of the memory cell M30 are connected to a common source line (SL23). The ends of the resistance variable elements R1 and R2 of the memory cells M20 and M30 are connected to the bit line BL0.

(メモリセルMkjの動作)
図9には、メモリセルMkjが選択される場合における、メモリセルMkjの抵抗変化型素子Rに対するデータ書き込みと読出しの動作条件を示す。この動作条件の特徴は、以下に説明するように、ソース線SLの電圧を、書き込み時でも読出し時でも常に0.6Vに保持しておくことである。
(Operation of memory cell Mkj)
FIG. 9 shows operating conditions for data writing and reading with respect to the resistance variable element R of the memory cell Mkj when the memory cell Mkj is selected. The feature of this operating condition is that the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V at the time of writing and reading as described below.

(書き込み動作)
(“0”の書き込み)
まず、メモリセルMkjの抵抗変化型素子R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Rに“0”を書き込む場合、ビット線BLjに1.2Vのデータ線電圧VWDを印加し、ソース線SLに0.6Vのソース電圧VSLを印加し、行選択線WLkに1.5Vの行駆動電圧VWLを送信して行選択信号とする。
(Write operation)
(Write “0”)
First, data writing to the resistance variable element R of the memory cell Mkj will be described. When “0” is written to the resistance variable element R, a data line voltage VWD of 1.2 V is applied to the bit line BLj, a source voltage VSL of 0.6 V is applied to the source line SL, and 1 is applied to the row selection line WLk. A row drive voltage VWL of .5 V is transmitted and used as a row selection signal.

この状態では、MTJ素子の抵抗変化型素子Rの両端には、1.2Vのデータ線電圧VWDと0.6Vのソース電圧VSLの差の約0.6Vの電圧が印加され、ビット線BLjからソース線SLに約49μAの電流が流れる。すなわち、MTJ素子のフリー層からピン層の方向に電流が流れ、MTJ素子の抵抗変化型素子Rは低抵抗になる。すなわち、抵抗変化型素子Rは、“0”書き込み状態となる。   In this state, a voltage of about 0.6 V, which is the difference between the 1.2 V data line voltage VWD and the 0.6 V source voltage VSL, is applied to both ends of the variable resistance element R of the MTJ element, and from the bit line BLj. A current of about 49 μA flows through the source line SL. That is, current flows from the free layer of the MTJ element to the pinned layer, and the resistance variable element R of the MTJ element has a low resistance. That is, the resistance variable element R is in a “0” write state.

(“1”の書き込み)
メモリセルMkjの抵抗変化型素子Rに“0”を書き込む場合、ビット線BLjに0Vを印加し、ソース線SLに0.6Vのソース電圧VSLを印加し、行選択線WLkに1.5Vの行駆動電圧VWLを送信して行選択信号とする。
(Write “1”)
When “0” is written to the resistance variable element R of the memory cell Mkj, 0 V is applied to the bit line BLj, a source voltage VSL of 0.6 V is applied to the source line SL, and 1.5 V is applied to the row selection line WLk. A row driving voltage VWL is transmitted and used as a row selection signal.

この状態では、MTJ素子の抵抗変化型素子Rの両端には、ビット線BLjの0Vの電圧と0.6Vのソース電圧VSLとの差の−0.6Vの電圧が印加され、ソース線SLからビット線BLjに約49μAの電流が流れる。すなわち、MTJ素子のピン層からフリー層の方向に電流が流れ、MTJ素子の抵抗変化型素子Rは高抵抗になる。すなわち、抵抗変化型素子Rは、“1”書き込み状態となる。   In this state, a voltage of −0.6 V, which is a difference between the 0 V voltage of the bit line BLj and the 0.6 V source voltage VSL, is applied to both ends of the resistance change element R of the MTJ element, and the voltage from the source line SL is increased. A current of about 49 μA flows through the bit line BLj. That is, current flows from the pinned layer to the free layer of the MTJ element, and the resistance variable element R of the MTJ element has a high resistance. That is, the resistance variable element R is in a “1” write state.

このように、ソース線SLの電圧を一定値のソース電圧VSLに維持してメモリセルMkjの抵抗変化型素子Rへのデータの書き込みを行い、ビット線BLjに、ソース線SLの電圧より高い電圧の1.2Vと低い電圧0Vとを切り替えて加えることでメモリセルMkjへ異なる値のデータを書き込む。   In this way, data is written to the resistance variable element R of the memory cell Mkj while maintaining the voltage of the source line SL at a constant source voltage VSL, and a voltage higher than the voltage of the source line SL is applied to the bit line BLj. By switching between 1.2V and low voltage 0V, different values of data are written into the memory cell Mkj.

(読出し動作)
次に、メモリセルMkjの抵抗変化型素子Rからのデータ読み出しについて説明する。データ読み出しの際には、書き込み電圧発生回路500は、データ線DLに接続する3ステートバッファをフローティング状態にする。そして、データ線DLに接続するセンスアンプ600には、データ線DLを0.45Vにバイアスするデータ線バイアス回路を設けておき、データ線DLを0.45Vにバイアスさせる。それ以外の回路ノードについては、ソース線SL23に0.6Vを印加し、行選択線WLには1.2Vの行駆動電圧VWLを送信する。そして、センスアンプ600がビット線BLjに接続したデータ線DLの電圧を検知することでメモリセルMkjのデータを読み出す。
(Read operation)
Next, data reading from the resistance variable element R of the memory cell Mkj will be described. When reading data, the write voltage generation circuit 500 puts the three-state buffer connected to the data line DL into a floating state. The sense amplifier 600 connected to the data line DL is provided with a data line bias circuit for biasing the data line DL to 0.45V, and the data line DL is biased to 0.45V. For other circuit nodes, 0.6 V is applied to the source line SL23, and a row driving voltage VWL of 1.2 V is transmitted to the row selection line WL. The sense amplifier 600 detects the voltage of the data line DL connected to the bit line BLj, thereby reading the data in the memory cell Mkj.

データ読み出しの動作において、行駆動電圧VWLをデータ書き込み時の1.5V時よりも下げた1.2Vにするのは、抵抗変化型素子Rの記憶内容を破壊するような過度な電流を抵抗変化型素子Rに流さないようにするためである。   In the data read operation, the row drive voltage VWL is set to 1.2 V, which is lower than 1.5 V at the time of data write, because an excessive current that destroys the memory content of the resistance variable element R changes in resistance. This is to prevent it from flowing into the mold element R.

ここで、抵抗変化型素子Rがデータ“0”を記憶しており、低抵抗である場合、ビット線BLj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Rがデータ“1”を記憶しており、高抵抗である場合、ビット線BLj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BLj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”かを判定することができる。   Here, when the resistance variable element R stores data “0” and has a low resistance, a current of 15 μA flows from the bit line BLj to the source line SL. On the other hand, when the resistance variable element R stores data “1” and has a high resistance, a current of 10 μA flows from the bit line BLj to the source line SL. Therefore, a threshold value (for example, 12.5 μA) is generated between the current 15 μA that flows when data “0” is read and the current 10 μA that flows when data “1” is read, and from the bit line BLj to the source line SL when data is read. 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、ソース線SLの電圧を書き込み時でも読出し時でも、常に0.6Vに保持しておくことで、ソース線の電圧を変化させないので、従来のソース線の電圧を変化させることによるエネルギーの無駄を無くすことができる効果がある。   As described above, the voltage of the source line SL is always kept at 0.6 V both at the time of writing and at the time of reading, so that the voltage of the source line is not changed, so that the voltage of the conventional source line is changed. There is an effect that waste of energy can be eliminated.

(変形例1)
図10は、変形例1のメモリセルMkjの構成を示す回路図である。図10に示すように、変形例1の不揮発性メモリセルMkjは、抵抗変化型素子Rをソース線SLに接続し、Nチャネルのメモリセル選択用トランジスタTNのソース端子をビット線BLjに直列接続し、ゲート端子を行選択線WLkに接続してなるものである。さらに詳述すると、抵抗変化型素子Rのフリー層がソース線SLに接続され、抵抗変化型素子Rのピン層とビット線BLjとの間にNチャネルトランジスタTNが介挿されている。
(Modification 1)
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of the memory cell Mkj of the first modification. As shown in FIG. 10, in the nonvolatile memory cell Mkj of Modification 1, the resistance variable element R is connected to the source line SL, and the source terminal of the N-channel memory cell selection transistor TN is connected in series to the bit line BLj. The gate terminal is connected to the row selection line WLk. More specifically, the free layer of the resistance variable element R is connected to the source line SL, and an N-channel transistor TN is interposed between the pin layer of the resistance variable element R and the bit line BLj.

(変形例1のメモリセルMkjの動作)
図11には、変形例1のメモリセルMkjの抵抗変化型素子Rに対するデータ書き込みと読出しの動作条件を示す。この動作条件も、図5の回路構成のメモリセルMkjの場合の動作条件の図9と同様に、ソース線SLの電圧を、書き込み時でも読出し時でも常に0.6Vに保持しておく。
(Operation of Memory Cell Mkj of Modification 1)
FIG. 11 shows operating conditions for data writing and reading with respect to the resistance variable element R of the memory cell Mkj of the first modification. Also in this operating condition, the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V at the time of writing and reading, as in FIG. 9 of the operating condition in the case of the memory cell Mkj having the circuit configuration of FIG.

(タイミングチャート)
図12に、本実施形態の不揮発性メモリのタイミングチャートの動作波形を示す。特に、電源回路1000の0.6Vのソース電圧VSLを共通ソース線COMSLに供給し、それをソース線SLに分岐させ、ソース線SLの電圧を0.6Vのソース電圧VSLに維持する。
(Timing chart)
FIG. 12 shows operation waveforms of the timing chart of the nonvolatile memory of the present embodiment. In particular, the source voltage VSL of 0.6 V of the power supply circuit 1000 is supplied to the common source line COMSL, and is branched to the source line SL, and the voltage of the source line SL is maintained at the source voltage VSL of 0.6 V.

(プリチャージモード)
本実施形態の不揮発性メモリは、図12のように、初期状態では、プリチャージモードになっている。すなわち、書き込み制御信号WE=Lowであり、プリチャージ回路900に加えるプリチャージ起動信号PREがHighであり、プリチャージ回路900が出力するプリチャージ信号がHighである。そのため、プリチャージ回路900のプリチャージトランジスタPRj(j=0〜n)が全てオンとなり、全てのビット線BLj(j=0〜n)をプリチャージトランジスタPRjによって、ソース線SLに接続し、略0.6Vのソース電圧VSLをプリチャージする。なお、プリチャージの間、行選択線WLkと列選択信号COLjとにLowが供給されている。
(Precharge mode)
As shown in FIG. 12, the nonvolatile memory of the present embodiment is in a precharge mode in the initial state. That is, the write control signal WE = Low, the precharge activation signal PRE applied to the precharge circuit 900 is High, and the precharge signal output from the precharge circuit 900 is High. Therefore, all the precharge transistors PRj (j = 0 to n) of the precharge circuit 900 are turned on, and all the bit lines BLj (j = 0 to n) are connected to the source line SL by the precharge transistors PRj. A source voltage VSL of 0.6V is precharged. During precharge, Low is supplied to the row selection line WLk and the column selection signal COLj.

(書き込みモード)
次に、書き込み制御信号WEをHighにすることでデータの書き込みモードに入り、書き込み電圧発生回路500が、データ線DL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する。
(Write mode)
Next, the write control signal WE is set to High to enter the data write mode, and the write voltage generation circuit 500 sets the 3-state buffer that drives the data line DL to the output enable state.

書き込み制御信号WEをHighにする前に、アドレスADDを指定して、書込制御回路800に、書き込みデータ入力信号Dinを送信する。次に、書き込み制御信号WEをHighにして送信しデータ線DLの3ステートバッファを出力イネーブル状態にするとともに、プリチャージ起動信号PREをHighからLowに切り替えることでプリチャージトランジスタPR0〜PRnのゲートを閉じて、ビット線BLと0.6Vの電圧の共通ソース線COMSLとの接続を切り離してプリチャージを終了させる。   Before setting the write control signal WE to High, the address ADD is specified, and the write data input signal Din is transmitted to the write control circuit 800. Next, the write control signal WE is set to High to transmit it, the 3-state buffer of the data line DL is set to the output enable state, and the precharge activation signal PRE is switched from High to Low, whereby the gates of the precharge transistors PR0 to PRn are switched. Then, the connection between the bit line BL and the common source line COMSL having a voltage of 0.6 V is disconnected to finish the precharge.

アドレスADDは行アドレスと列アドレスに分解される。列デコーダ300から列選択信号COLjに1.5Vの列駆動電圧VCOLを出力することでカラムゲートCGjを開いてビット線BLjにデータ線DLを接続する。また、行デコーダ200から行選択線W
Lkに1.5Vを出力することで行を選択してメモリセルMkjを選択する。
The address ADD is broken down into a row address and a column address. By outputting a column drive voltage VCOL of 1.5 V to the column selection signal COLj from the column decoder 300, the column gate CGj is opened and the data line DL is connected to the bit line BLj. Further, a row selection line W is sent from the row decoder 200.
By outputting 1.5V to Lk, a row is selected and a memory cell Mkj is selected.

(“0”書き込みの場合)
ここで、メモリセルMkjに“0”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号Din=Lowを設定する。そして、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに1.2Vを出力する。それにより、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が1.2Vになり、選択されたメモリセルMkjの抵抗変化型素子Rに順方向の電流が流れ、低抵抗に設定される。
(When writing “0”)
Here, when “0” is written to the memory cell Mkj, the write data input signal Din = Low is set. Then, the write voltage generation circuit 500 outputs 1.2 V to the data line DL. As a result, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 1.2 V, a forward current flows through the resistance variable element R of the selected memory cell Mkj, and the resistance is set to a low resistance.

(“1”書き込みの場合)
ここで、メモリセルMkjに“1”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号Din=Highを設定する。そして、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに0Vを出力する。それにより、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が0Vになり、メモリセルMkjの抵抗変化型素子Rには逆方向の電流が流れ、高抵抗に設定される。
(When “1” is written)
Here, when “1” is written to the memory cell Mkj, the write data input signal Din = High is set. Then, the write voltage generation circuit 500 outputs 0V to the data line DL. As a result, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 0 V, a reverse current flows through the resistance variable element R of the memory cell Mkj, and the resistance is set to a high resistance.

(非選択のビット線)
ここで、非選択のビット線BLj’は、プリチャージ起動信号PREがHighの間に共通ソース線COMSLに接続されて0.6Vのソース電圧VSLに充電されるプリチャージが行われていたので、その接続が切り離された後でも0.6Vのソース電圧VSLに維持されている。そのため、選択された行選択線WLkに1.5Vの選択電圧が伝送されても、非選択のメモリセルMkj’では、メモリセル選択用トランジスタTNを介して抵抗変化型素子Rに充電電流が流れることは無い効果がある。すなわち、従来技術の回路で懸念された誤書き込みの問題が起きない効果がある。
(Unselected bit line)
Here, since the non-selected bit line BLj ′ is precharged to be connected to the common source line COMSL and charged to the source voltage VSL of 0.6 V while the precharge activation signal PRE is High, Even after the connection is disconnected, the source voltage VSL of 0.6 V is maintained. Therefore, even when a selection voltage of 1.5V is transmitted to the selected row selection line WLk, in the non-selected memory cell Mkj ′, a charging current flows to the resistance variable element R via the memory cell selection transistor TN. There is no effect. That is, there is an effect that the problem of erroneous writing, which has been a concern in the prior art circuit, does not occur.

また、ビット線BLj’の電圧がソース線SLと切り離されいても常に0.6Vのソース電圧VSLにプリチャージされている。そのため、ビット線BLj’が再度ソース線SLに接続されても、ビット線BLj’の電圧がソース線SLと同じ電圧であるためソース線SLから無駄な充電電流がビット線BLj’に流れないので、消費電流が削減できる効果がある。   Even if the voltage of the bit line BLj ′ is disconnected from the source line SL, it is always precharged to the source voltage VSL of 0.6V. Therefore, even if the bit line BLj ′ is connected to the source line SL again, a wasteful charging current does not flow from the source line SL to the bit line BLj ′ because the voltage of the bit line BLj ′ is the same voltage as the source line SL. The current consumption can be reduced.

(読出しモード)
次に、読み出しモードの場合は、書き込み制御信号WEをLowにすることでデータの読出しモードに入り、書き込み電圧発生回路500が、データ線DLを駆動する3ステートバッファをフローティングにする。ここで、全ビット線BLjは、書き込み時と同様に、常に0.6Vのソース電圧VSLの電位にプリチャージされている。また、アドレスADDが確定すると、プリチャージ起動信号PREをHighの状態からLowに切り替える。
(Read mode)
Next, in the read mode, the write control signal WE is set to Low to enter the data read mode, and the write voltage generation circuit 500 puts the three-state buffer that drives the data line DL into a floating state. Here, all the bit lines BLj are always precharged to the potential of the source voltage VSL of 0.6 V, as in the writing. When the address ADD is determined, the precharge activation signal PRE is switched from the High state to Low.

プリチャージ起動信号PREをHighからLowに切り替えることでプリチャージトランジスタPR0〜PRnのゲートを閉じて、ビット線BLjを0.6Vの電圧の共通ソース線COMSLから切り離す。一方、列選択信号COLjに1.2Vを出力することでカラムゲートCGjを開いてビット線BLjにデータ線DLを接続する。   By switching the precharge activation signal PRE from High to Low, the gates of the precharge transistors PR0 to PRn are closed, and the bit line BLj is disconnected from the common source line COMSL having a voltage of 0.6V. On the other hand, by outputting 1.2 V to the column selection signal COLj, the column gate CGj is opened and the data line DL is connected to the bit line BLj.

(非選択のビット線)
プリチャージ起動信号PREをLowにすると非選択のビット線BLj’、すなわち、データ線DLに接続されないビット線BLj’はフローティングになるが、先にプリチャージ起動信号PREがHighの際に0.6Vのソース電圧VSLにプリチャージされていたので、ビット線BLj’の電圧は常に0.6Vに維持される。
(Unselected bit line)
When the precharge activation signal PRE is set to Low, the non-selected bit line BLj ′, that is, the bit line BLj ′ that is not connected to the data line DL is in a floating state, but when the precharge activation signal PRE is High first, 0.6V Since the source voltage VSL is precharged, the voltage of the bit line BLj ′ is always maintained at 0.6V.

(選択されたビット線)
一方、1.2Vの列選択信号COLjで選択されたビット線BLjにはデータ線DLが接続される。また、選択された行選択線WLkも1.2Vになり、行選択線WLkで選択されたメモリセルMkjのメモリセル選択用トランジスタTNのゲートが開かれ、その抵抗変化型素子Rが0.6Vのソース電圧VSLのソース線SLに接続される。
(Selected bit line)
On the other hand, the data line DL is connected to the bit line BLj selected by the column selection signal COLj of 1.2V. Also, the selected row selection line WLk becomes 1.2V, the gate of the memory cell selection transistor TN of the memory cell Mkj selected by the row selection line WLk is opened, and the resistance variable element R becomes 0.6V. Are connected to the source line SL of the source voltage VSL.

これにより、0.6Vの電圧のソース線SLから、選択されたメモリセルMkjの抵抗変化型素子Rと、それに接続するビット線BLjと、そのビット線BLjにカラムゲートCGjを介して接続するデータ線DLに電流が流れ、そのデータ線DLに接続したセンスアンプ600へ電流が流れ込む。   Thereby, from the source line SL having a voltage of 0.6 V, the resistance change element R of the selected memory cell Mkj, the bit line BLj connected thereto, and the data connected to the bit line BLj via the column gate CGj. A current flows through the line DL, and a current flows into the sense amplifier 600 connected to the data line DL.

(“0”読みの場合)
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の電流がソース線SL→メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1→ビット線BLj→データ線DL→センスアンプ600という経路を辿って流れる。
(When reading “0”)
Here, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “0”, a current of 15 μA is generated from the source line SL → the resistance variable element R1 of the memory cell Mkj → the bit line BLj → the data line DL → the sense amplifier. It follows the route 600.

(“1”読みの場合)
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Iref(参照電流:Reference)と比較し、I>Irefならばデータ“0”を、I<Iref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出力する。
(When reading “1”)
On the other hand, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “1”, a current of 10 μA flows along the same path. Therefore, the sense amplifier 600 compares the current I flowing into the data line DL with an intermediate threshold value Iref (reference current: Reference) between 10 μA and 15 μA, and if I> Iref, the data “0”, and if I <Iref, the data “0”. Outputs “1”. The output circuit 700 outputs the output data of the sense amplifier 600 to the outside.

<第2の実施形態>
図13から図15を参照して第2の実施形態を説明する。図14の回路は、ページモードで動作する16ビット×8ページ構成の第2の実施形態の回路の全体の回路図であり、図13は、その中の1つのメモリブロック110−0とその周辺の回路を示す。図15は、第2の実施形態が第1の実施形態と異なる特徴的な部分であるパーシャルデコーダ230とその周辺の回路を示す。また、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同じく、ソース線SLの電圧を、メモリセルMkjへの書き込み時でも読出し時でも、常に0.6Vに保持する。
<Second Embodiment>
A second embodiment will be described with reference to FIGS. The circuit of FIG. 14 is an overall circuit diagram of the circuit of the second embodiment having a 16-bit × 8-page configuration that operates in the page mode. FIG. 13 shows one of the memory blocks 110-0 and its periphery. The circuit of is shown. FIG. 15 shows a partial decoder 230 and its peripheral circuits, which are characteristic parts of the second embodiment different from those of the first embodiment. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V when writing to and reading from the memory cell Mkj.

図13で、500は書き込み電圧発生回路、600はセンスアンプ、330は、ページアドレスPを受けてページを選択する第3列デコーダ、450は、ページを選択する選択ゲートトランジスタである。それ以外の回路で、310と320は、メモリブロックを選択する第1列デコーダと第2列デコーダ、210は、メイン行デコーダ、220は、サブ行デコーダ、700は、出力回路、800は、書き込み制御回路である。   In FIG. 13, 500 is a write voltage generation circuit, 600 is a sense amplifier, 330 is a third column decoder that receives a page address P and selects a page, and 450 is a selection gate transistor that selects a page. In other circuits, 310 and 320 are a first column decoder and a second column decoder for selecting a memory block, 210 is a main row decoder, 220 is a sub row decoder, 700 is an output circuit, and 800 is a write It is a control circuit.

図13で、第1列デコーダ310は、列アドレスCを受けてメモリブロック110−jを選択して、そのメモリブロック110−jを選択する列選択信号COLj、その反転信号COLBj(j=0〜n)を出力する。すなわち、列選択信号COLjにより、列ゲート部410のカラムゲートCGのうち、メモリブロック110−jの全ビット線BL0〜BLhを全データ線DL0〜DLhに接続するカラムゲートCGが開かれてメモリブロック110−jが選択される。ここでhは、例えば127くらいで全データ線DL0〜DLhが128本の場合や、hがそれ以上ある場合も可能である。   In FIG. 13, the first column decoder 310 receives the column address C, selects the memory block 110-j, selects the memory block 110-j, the column selection signal COLj, and its inverted signal COLBj (j = 0 to 0). n) is output. That is, the column selection signal COLj opens the column gate CG that connects all the bit lines BL0 to BLh of the memory block 110-j to all the data lines DL0 to DLh among the column gates CG of the column gate unit 410. 110-j is selected. Here, h can be about 127, for example, when all the data lines DL0 to DLh are 128, or when h is more than that.

第2列デコーダ320は、第1列デコーダ310と同じく、列アドレスCを受けて、選択されたメモリブロック110−jのみをプリチャージするプリチャージ回路910−jを起動する。すなわち、列アドレスが決定して、メモリブロック110−jが選択されると、プリチャージが始まるので、そのときは、プリチャージ電流が流れるが、その後、ペ
ージアドレスが変化している間は、無駄なプリチャージ電流が流れず、特に、選択されないメモリブロックにはプリチャージ電流が流れないので、低消費電力が達成できる効果がある。
Similar to the first column decoder 310, the second column decoder 320 receives the column address C and activates a precharge circuit 910-j that precharges only the selected memory block 110-j. That is, when the column address is determined and the memory block 110-j is selected, the precharge starts. At that time, the precharge current flows, but after that, the page address changes while it is wasted. No precharge current flows, and in particular, no precharge current flows in a memory block that is not selected, so that it is possible to achieve low power consumption.

また、第3列デコーダ330は、列アドレスPを受けて、メモリブロック内の全ビット線BLj(j=0〜h)を8つのブロックに分けて、その各ブロックの中から1つのビット線のデータを出力回路700に出力する。   The third column decoder 330 receives the column address P, divides all bit lines BLj (j = 0 to h) in the memory block into eight blocks, and selects one bit line from each block. Data is output to the output circuit 700.

第2の実施形態では、図14のように、メモリセルアレイ100をメモリブロック110−0から110−nに分割し、各メモリブロックを、例えばメモリブロック110−0をメモリセルM00〜Mmh(h=127)で構成し、メモリブロックを第1列デコーダ310で選択する回路構成にする。   In the second embodiment, as shown in FIG. 14, the memory cell array 100 is divided into memory blocks 110-0 to 110-n, and each memory block, for example, the memory block 110-0 is divided into memory cells M00 to Mmh (h = 127), and the circuit configuration is such that the memory block is selected by the first column decoder 310.

そして、記憶データを読み書きするメモリセルMkjを含む1つのメモリブロックのみに電力を消費させ、それ以外の大部分のメモリブロックにはほとんど電力を消費させないように構成する。本実施形態では、行アドレスAを受けて動作するメイン行デコーダ210と行アドレスBを受けて動作するサブ行デコーダ220を設置する。   Then, the power is consumed only by one memory block including the memory cell Mkj for reading / writing the stored data, and the power is hardly consumed for most other memory blocks. In this embodiment, a main row decoder 210 that operates in response to the row address A and a sub-row decoder 220 that operates in response to the row address B are provided.

メイン行デコーダ210は、グローバル行選択線GWL0〜GWLgへアクセス信号を出力し、グローバル行選択線GWL0〜GWLgは全メモリブロックのパーシャルデコーダ230に接続する。   Main row decoder 210 outputs an access signal to global row selection lines GWL0 to GWLg, and global row selection lines GWL0 to GWLg are connected to partial decoders 230 of all memory blocks.

サブ行デコーダ220は、サブデコード信号φ0、φ1を出力し、そのサブデコード信号φを、図15のように、列ゲート部410の一部の、各メモリブロック毎に設置したパーシャルデコーダ選択列ゲート410aを介して、各メモリブロックのローカルデコード信号線φj0、φj1に接続する。パーシャルデコーダ選択列ゲート410aは、また、φj0及びφj1の反転信号を送信するローカルデコード信号線φBj0及びφBj1に接続する。それらのローカルデコード信号線は、各メモリブロックのパーシャルデコーダ230に接続する。各メモリブロック毎のパーシャルデコーダ選択列ゲート410aは、第1列デコーダ310が出力する列選択信号COLjで選択されたメモリブロックのローカルデコード信号線φj0、φj1にのみ選択信号を送信する。   Sub-row decoder 220 outputs sub-decode signals φ0 and φ1, and this sub-decode signal φ is a partial decoder selection column gate provided for each memory block in a part of column gate section 410 as shown in FIG. Via 410a, the local decode signal lines φj0 and φj1 of each memory block are connected. Partial decoder selection column gate 410a is also connected to local decode signal lines φBj0 and φBj1 that transmit inverted signals of φj0 and φj1. These local decode signal lines are connected to the partial decoder 230 of each memory block. The partial decoder selection column gate 410a for each memory block transmits a selection signal only to the local decode signal lines φj0 and φj1 of the memory block selected by the column selection signal COLj output from the first column decoder 310.

ローカルデコード信号線φj0=High,φBj0=Lowとなることで、それが接続するパーシャルデコーダ230、例えばパーシャルデコーダ230−0のバッファ235−0を選択して動作させる。ローカルデコード信号線φj1=High,φBj1=Lowとなることで、それが接続するパーシャルデコーダ230、例えばパーシャルデコーダ230−0のバッファ235−1を選択して動作させる。   When the local decode signal line φj0 = High and φBj0 = Low, the partial decoder 230 connected thereto, for example, the buffer 235-0 of the partial decoder 230-0 is selected and operated. When the local decode signal line φj1 = High and φBj1 = Low, the partial decoder 230 connected thereto, for example, the buffer 235-1 of the partial decoder 230-0 is selected and operated.

なお、選択されなかったメモリブロック110−j’には、パーシャルデコーダ選択列ゲート410aから、ローカルデコード信号線φj’0とφj’1にLowを出力することで、選択されなかったメモリブロック110−jのパーシャルデコーダ230が動作しないようにする。   In addition, the memory block 110-j ′ that has not been selected is output Low from the partial decoder selection column gate 410a to the local decode signal lines φj′0 and φj′1, so that the memory block 110-j that has not been selected is selected. The j partial decoder 230 is prevented from operating.

こうして、パーシャルデコーダ230を制御する信号は、メイン行デコーダ210からのグローバル行選択線GWLを接続し、それ以外に、サブ行デコーダ220からのサブデコード信号φを、パーシャルデコーダ選択列ゲート410aを介して、パーシャルデコーダ230に接続する。列選択信号COLjで選択されたメモリブロックのみが、そのパーシャルデコーダ選択列ゲート410aに接続するパーシャルデコーダ230を動作させる。   Thus, the signal for controlling the partial decoder 230 connects the global row selection line GWL from the main row decoder 210, and in addition, the subdecode signal φ from the sub row decoder 220 is sent via the partial decoder selection column gate 410a. To the partial decoder 230. Only the memory block selected by the column selection signal COLj operates the partial decoder 230 connected to the partial decoder selection column gate 410a.

メモリブロック内のパーシャルデコーダ230は、そのメモリブロック内のみに配線する複数のローカル行選択線LWLに接続する。そして、列選択信号COLjで選択されたメモリブロックのパーシャルデコーダ230のみが、それに接続するローカル行選択線LWLのうち、サブデコード信号φで選択されたローカル行選択線LWLに行選択信号を送信する。   The partial decoder 230 in the memory block is connected to a plurality of local row selection lines LWL that are wired only in the memory block. Only the partial decoder 230 of the memory block selected by the column selection signal COLj transmits a row selection signal to the local row selection line LWL selected by the subdecode signal φ among the local row selection lines LWL connected thereto. .

パーシャルデコーダ230は以下のように構成する。すなわち、図15のパーシャルデコーダ230−0は、トランジスタ231、232、233により、ローカル行選択線LWL0のバッファ235−0を構成する。同様に、235−1はローカル行選択線LWL1に信号を出力するバッファである。235−0と235−1により1つのパーシャルデコーダ230−0を構成する。   The partial decoder 230 is configured as follows. That is, the partial decoder 230-0 of FIG. 15 includes the buffer 235-0 of the local row selection line LWL0 by the transistors 231, 232, and 233. Similarly, 235-1 is a buffer for outputting a signal to the local row selection line LWL1. 235-0 and 235-1 constitute one partial decoder 230-0.

パーシャルデコーダ230−0は、メイン行デコーダ210のグローバル行選択線GWL0の出力により選択される。更に、第1列デコーダ310の列選択信号COL0により、メモリブロック110−0のパーシャルデコーダ選択列ゲート410aが起動され、そのパーシャルデコーダ選択列ゲート410aがローカルデコード信号線φ00、φB00、φ01、φB01に信号を出力する。そのローカルデコード信号線φ00、φB00、φ01、φB01の信号が、パーシャルデコーダ230−0のバッファ235−0又はバッファ235−1を選択する。   The partial decoder 230-0 is selected by the output of the global row selection line GWL0 of the main row decoder 210. Further, the partial decoder selection column gate 410a of the memory block 110-0 is activated by the column selection signal COL0 of the first column decoder 310, and the partial decoder selection column gate 410a is set to the local decode signal lines φ00, φB00, φ01, and φB01. Output a signal. The signals on the local decode signal lines φ00, φB00, φ01, and φB01 select the buffer 235-0 or the buffer 235-1 of the partial decoder 230-0.

選択信号COL0により選択されたメモリブロック110−0のローカルデコード信号線φ00、φB00に選択信号(φ00=High)が送信されると、グローバル行選択線GWL0により選択されたパーシャルデコーダ230−0のバッファ235−0が選択される。また、グローバル行選択線GWL0により選択されたパーシャルデコーダ230−0に、ローカルデコード信号線φ01、φB01から選択信号(φ01=High)が送信されると、バッファ235−1が選択される。   When the selection signal (φ00 = High) is transmitted to the local decode signal lines φ00 and φB00 of the memory block 110-0 selected by the selection signal COL0, the buffer of the partial decoder 230-0 selected by the global row selection line GWL0 235-0 is selected. When the selection signal (φ01 = High) is transmitted from the local decode signal lines φ01 and φB01 to the partial decoder 230-0 selected by the global row selection line GWL0, the buffer 235-1 is selected.

具体的には、グローバル行選択線GWL0が選択される、その線にLレベルが出力され、グローバル行選択線GWL1は非選択となりHighレベルが出力される。この状態では、グローバル行選択線GWL0に接続するパーシャルデコーダ230−0のバッファ235−0、235−1が選択され、グローバル行選択線GWL1に接続するパーシャルデコーダ230−1のバッファ235−2、235−3は非選択となる。   Specifically, the global row selection line GWL0 is selected, the L level is output to that line, the global row selection line GWL1 is not selected, and the High level is output. In this state, the buffers 235-0 and 235-1 of the partial decoder 230-0 connected to the global row selection line GWL0 are selected, and the buffers 235-2 and 235 of the partial decoder 230-1 connected to the global row selection line GWL1. -3 is not selected.

ここで選択されたメモリブロック110−0のローカルデコード信号線φ00=High,φB00=Lowとなって選択され、一方、ローカルデコード信号線φ01、φB01が非選択となり、φ01=Low、φB01=Highとなる。このため、パーシャルデコーダ230−0のバッファ235−0が選択され、従って、ローカル行選択線LWL0が選択されLWL=Highとなり、その他のローカル行選択線は非選択となり、LWL1=LWL2=LWL3=Lowとなる。   The local decode signal lines φ00 = High and φB00 = Low of the selected memory block 110-0 are selected. On the other hand, the local decode signal lines φ01 and φB01 are not selected, and φ01 = Low and φB01 = High. Become. For this reason, the buffer 235-0 of the partial decoder 230-0 is selected. Therefore, the local row selection line LWL0 is selected and becomes LWL = High, and other local row selection lines are not selected, and LWL1 = LWL2 = LWL3 = Low. It becomes.

要するに、第1列デコーダ310の出力によりメモリブロックの一つが選択され、メイン行デコーダ210によりパーシャルデコーダ230が選択され、選択されたパーシャルデコーダ230のうち選択されたメモリブロックのパーシャルデコーダ230のみが起動される。そして、その起動されたパーシャルデコーダ230に接続するローカル行選択線の1本がサブ行デコーダ220の出力するサブデコード信号φ0、φ1により選択される。   In short, one of the memory blocks is selected by the output of the first column decoder 310, the partial decoder 230 is selected by the main row decoder 210, and only the partial decoder 230 of the selected memory block among the selected partial decoders 230 is activated. Is done. Then, one of the local row selection lines connected to the activated partial decoder 230 is selected by subdecode signals φ0 and φ1 output from the subrow decoder 220.

このような構成にすることにより、複数のメモリブロックに分けて動作させることで、消費電流を削減させることができる。すなわち、行選択デコーダを、全メモリブロックに共通なメイン行デコーダ210と、サブ行デコーダ220と、メモリブロック毎に設けた
パーシャルデコーダ230とで構成する。そして、パーシャルデコーダ230をメイン行デコーダ210と、第1列デコーダ310とで選択し、選択されたパーシャルデコーダ230のみを動作させる。パーシャルデコーダ230が制御するローカル行選択線LWLはサブ行デコーダ220が選択して指定する。
With such a configuration, current consumption can be reduced by dividing the memory block into a plurality of memory blocks. That is, the row selection decoder includes a main row decoder 210 common to all memory blocks, a sub row decoder 220, and a partial decoder 230 provided for each memory block. Then, the partial decoder 230 is selected by the main row decoder 210 and the first column decoder 310, and only the selected partial decoder 230 is operated. The local row selection line LWL controlled by the partial decoder 230 is selected and designated by the sub row decoder 220.

こうすることで、メイン行デコーダ210は行アドレスAを受けて、行の集合をアクセスするグローバル行選択線GWLへアクセス信号を出力してパーシャルデコーダ230を選択する。そして、サブ行デコーダ220は、行アドレスBを受けて、パーシャルデコーダ230−kのローカル行選択線にアクセス信号を出力させる。また、パーシャルデコーダ230−kは、メモリブロック110−jを選択する第1列デコーダ310によって選択され、選択されたメモリブロック110−jのパーシャルデコーダ230−kのみが起動される。   By doing so, the main row decoder 210 receives the row address A, outputs an access signal to the global row selection line GWL that accesses the set of rows, and selects the partial decoder 230. Then, the sub row decoder 220 receives the row address B and outputs an access signal to the local row selection line of the partial decoder 230-k. The partial decoder 230-k is selected by the first column decoder 310 that selects the memory block 110-j, and only the partial decoder 230-k of the selected memory block 110-j is activated.

パーシャルデコーダ230−kに接続されるローカル行選択線LWLは、1つのメモリブロック内のみに配線されている。これにより、パーシャルデコーダ230−kは選択されたメモリブロック内のみに行選択信号を送信する。そのため、消費電力を少なくすることができる効果がある。   The local row selection line LWL connected to the partial decoder 230-k is wired only in one memory block. As a result, the partial decoder 230-k transmits a row selection signal only within the selected memory block. Therefore, there is an effect that power consumption can be reduced.

ここで、サブ行デコーダ220の出力するデコード信号はφ0、φ1の2種に限らず、サブ行デコーダ220は、2種以上のサブデコード信号φ0、φ1、・・・φdを出力するように構成しても良い。その場合は、パーシャルデコーダ選択列ゲート410aからローカルデコード信号線φj0、φj1、・・・φjdを引き出す。そして、各メモリブロックの各グローバル行選択線GWLに接続するパーシャルデコーダ230は、ローカル行選択線LWL0〜LWLmのバッファ235−0〜235−mを持つように構成する。   Here, the decode signals output from sub-row decoder 220 are not limited to two types of φ0 and φ1, and sub-row decoder 220 is configured to output two or more types of sub-decode signals φ0, φ1,. You may do it. In that case, local decode signal lines φj0, φj1,... Φjd are drawn out from the partial decoder selection column gate 410a. The partial decoder 230 connected to each global row selection line GWL of each memory block is configured to have buffers 235-0 to 235-m of local row selection lines LWL0 to LWLm.

結局、第2の実施形態は、第1列デコーダ310が列アドレスCを受けてメモリブロック110−jを選択して、そのメモリブロック110−jの全ビット線BL0〜BLhを選択する列選択信号COLj、その反転信号COLBj(j=0〜n)を出力する。そして、その列選択信号COLjが、列ゲート部410のうちの、選択したメモリブロック110−j、例えばメモリブロック110−0のビット線BLr(r=0〜h)に接続する全カラムゲートCGr(r=0〜h)を開いて、全ビット線BL0〜BLhをデータ線DL0〜DLhに接続する。   Eventually, in the second embodiment, the first column decoder 310 receives the column address C, selects the memory block 110-j, and selects all the bit lines BL0 to BLh of the memory block 110-j. COLj and its inverted signal COLBj (j = 0 to n) are output. The column selection signal COLj is connected to all the column gates CGr (r) connected to the selected memory block 110-j, for example, the bit line BLr (r = 0 to h) of the memory block 110-0. r = 0 to h) are opened, and all the bit lines BL0 to BLh are connected to the data lines DL0 to DLh.

また、列選択信号COLjが、列ゲート部410のうちの、選択したメモリブロックのパーシャルデコーダ選択列ゲート410aのカラムゲートを開いて、サブ行デコーダ220からのサブデコード信号φを、選択したメモリブロックのパーシャルデコーダ230に接続する。   Further, the column selection signal COLj opens the column gate of the partial decoder selection column gate 410a of the selected memory block in the column gate unit 410, and the subdecode signal φ from the sub row decoder 220 is selected as the selected memory block. To the partial decoder 230.

本実施形態も第1の実施形態と同様に、列アドレスCが入力されて、第1列デコーダ310により選択されたメモリブロック用のプリチャージ回路910−jを選択する第2列デコーダ320を有する。第2列デコーダ320が、プリチャージ回路910−j、例えば、メモリブロック110−0用のプリチャージ回路910−0を選択して動作させことで、プリチャージ回路910−0がメモリブロック110−0の全ビット線BLj(j=0〜h)をプリチャージする。また、第2の実施形態も、第1の実施形態と同じく、ソース線SLの電圧を、メモリセルMkjへの書き込み時でも読出し時でも、常に0.6Vに保持する。   Similar to the first embodiment, this embodiment also includes a second column decoder 320 that receives the column address C and selects the precharge circuit 910-j for the memory block selected by the first column decoder 310. . The second column decoder 320 selects and operates the precharge circuit 910-j, for example, the precharge circuit 910-0 for the memory block 110-0, so that the precharge circuit 910-0 operates in the memory block 110-0. All bit lines BLj (j = 0 to h) are precharged. In the second embodiment, as in the first embodiment, the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V when writing to and reading from the memory cell Mkj.

本実施形態は、このように構成することで、メモリセルアレイ100中の1つのメモリブロックのみを選択して動作させることに特徴がある。すなわち、選択したメモリブロック、例えば、メモリブロック110−0のみに選択的にプリチャージを行なう。また、選
択したメモリブロック内のみのローカル行選択線LWLにのみ行選択信号を送信する特徴がある。本実施形態は、このように、メモリセルアレイ100中の、選択したメモリブロックのみを動作させるので、消費電力を少なくできる効果がある。
The present embodiment is characterized in that only one memory block in the memory cell array 100 is selected and operated by being configured in this way. That is, only the selected memory block, for example, the memory block 110-0 is selectively precharged. In addition, the row selection signal is transmitted only to the local row selection line LWL only in the selected memory block. In this embodiment, since only the selected memory block in the memory cell array 100 is operated as described above, the power consumption can be reduced.

(変形例2)
第2の実施形態の変形例(変形例2)として、図16と図17に示すように回路を構成することもできる。変形例2では、第2列デコーダ320からの、プリチャージ回路910−jの選択信号を各メモリブロックの各パーシャルデコーダ230に接続する。また、パーシャルデコーダ230には、更に、サブ行デコーダ220からのサブデコード信号φ0、φ1を接続する。パーシャルデコーダ230は、第2列デコーダ320からの選択信号によって起動され、サブ行デコーダ220からのサブデコード信号φ0、φ1によって、サブ行デコーダ220に接続するローカル行選択線LWLに行選択信号を送信する。
(Modification 2)
As a modification (modification 2) of the second embodiment, a circuit may be configured as shown in FIGS. In the second modification, the selection signal of the precharge circuit 910-j from the second column decoder 320 is connected to each partial decoder 230 of each memory block. The partial decoder 230 is further connected to sub-decode signals φ0 and φ1 from the sub-row decoder 220. Partial decoder 230 is activated by a selection signal from second column decoder 320 and transmits a row selection signal to local row selection line LWL connected to sub row decoder 220 by sub decode signals φ0 and φ1 from sub row decoder 220. To do.

(変形例3)
変形例3として、第2列デコーダ320を削除し、そのかわり、第1列デコーダ310からのメモリブロック110−jの選択信号により、選択されたメモリブロック110−jのプリチャージ回路910−jを起動する。そして、第1列デコーダ310からのメモリブロック110−jの選択信号は、選択されたメモリブロック110−j内のパーシャルデコーダ230を起動する回路構成にすることができる。
(Modification 3)
As a third modification, the second column decoder 320 is deleted, and instead, the precharge circuit 910-j of the selected memory block 110-j is changed by the selection signal of the memory block 110-j from the first column decoder 310. to start. The selection signal of the memory block 110-j from the first column decoder 310 can be configured to activate the partial decoder 230 in the selected memory block 110-j.

<第3の実施形態>
第3の実施形態は、メモリセルMkjの回路構成を高速差動型のメモリセルにすることに特徴がある。第3の実施形態においても、第1の実施形態と同じく、ソース線SLの電圧を、メモリセルMkjへの書き込み時でも読出し時でも、常に0.6Vに保持する。
<Third Embodiment>
The third embodiment is characterized in that the circuit configuration of the memory cell Mkj is a high-speed differential memory cell. Also in the third embodiment, as in the first embodiment, the voltage of the source line SL is always held at 0.6 V when writing to and reading from the memory cell Mkj.

図18は、第3の実施形態の16ビットの不揮発性メモリの1ビット分の回路部分の回路図である。第3の実施形態は、第1の実施形態と同様に、16個のメモリセルに同時に書き込みを行う16I/O(×16)を持つ16ビットの不揮発性メモリであり、図19のように、メモリセルアレイ100をメモリブロック100−0から100−15の16のブロックに分割する。また、420−0〜420−15は、列ゲート部420内の、各メモリブロックに対応した列ゲートブロックである。   FIG. 18 is a circuit diagram of a 1-bit circuit portion of the 16-bit nonvolatile memory according to the third embodiment. As in the first embodiment, the third embodiment is a 16-bit non-volatile memory having 16 I / O (× 16) for simultaneously writing to 16 memory cells. The memory cell array 100 is divided into 16 blocks of memory blocks 100-0 to 100-15. Reference numerals 420-0 to 420-15 are column gate blocks corresponding to the memory blocks in the column gate unit 420.

図18のように、全てのメモリセルのソース線SLは共通ソース線COMSLに接続される。メモリブロック100−0は、第0ビット目の出力ビット端子Dout0へ接続されるメモリセルを構成する。同様に、第15ビット目の出力ビット端子Dout15へ接続されるメモリブロック150−15が構成される。行デコーダ200は行アドレスを受けて、行選択線WLk(k=0〜m)を選択出力する。列デコーダ300は列アドレスを受けて列選択信号COLj(j=0〜n)を出力する。   As shown in FIG. 18, the source lines SL of all the memory cells are connected to the common source line COMSL. The memory block 100-0 constitutes a memory cell connected to the 0th bit output bit terminal Dout0. Similarly, a memory block 150-15 connected to the output bit terminal Dout15 of the 15th bit is configured. The row decoder 200 receives a row address and selectively outputs a row selection line WLk (k = 0 to m). The column decoder 300 receives a column address and outputs a column selection signal COLj (j = 0 to n).

本実施形態のメモリセルMjkは、図20のように、高速差動型のメモリセルを構成する。図20(a)のメモリセルMkjには、ビット線BLjと反転ビット線BLBjを接続する。図18のように、メモリブロック100−0のビット線BLj(j=0〜n)を列ゲート部420のカラムゲートCGjを介してデータ線DL0に接続し、反転ビット線BLBjを列ゲート部420のカラムゲートCGBjを介して反転データ線DLB0に接続する。   The memory cell Mjk of this embodiment constitutes a high-speed differential memory cell as shown in FIG. A bit line BLj and an inverted bit line BLBj are connected to the memory cell Mkj in FIG. As shown in FIG. 18, the bit line BLj (j = 0 to n) of the memory block 100-0 is connected to the data line DL0 via the column gate CGj of the column gate unit 420, and the inverted bit line BLBj is connected to the column gate unit 420. Is connected to the inverted data line DLB0 via the column gate CGBj.

また、図19のように、メモリブロック100−16のビット線BLj(j=0〜n)を列ゲート部420のカラムゲートCGjを介してデータ線DL15に接続し、反転ビット線BLBjを列ゲート部420のカラムゲートCGBjを介して反転データ線DLB15に接続する。すなわち、メモリブロック100−u(u=0〜15)のビット線BLj
を列ゲート部420のカラムゲートCGjを介してデータ線DLuに接続し、反転ビット線BLBjを列ゲート部420のカラムゲートCGBjを介して反転データ線DLBuに接続する。
Further, as shown in FIG. 19, the bit line BLj (j = 0 to n) of the memory block 100-16 is connected to the data line DL15 via the column gate CGj of the column gate unit 420, and the inverted bit line BLBj is connected to the column gate. The column 420 is connected to the inverted data line DLB15 via the column gate CGBj of the unit 420. That is, the bit line BLj of the memory block 100-u (u = 0 to 15)
Are connected to the data line DLu via the column gate CGj of the column gate section 420, and the inverted bit line BLBj is connected to the inverted data line DLBu via the column gate CGBj of the column gate section 420.

メモリセルMkjは、図20(a)のように、ビット線BLjとソース線SLとの間に抵抗変化型素子R1とメモリセル選択用トランジスタTN1が直列接続され、反転ビット線BLBjとソース線SLの間に抵抗変化型素子R2とメモリセル選択用トランジスタTN2が直列接続されて構成される。すなわち、メモリセル選択用トランジスタTN1,TN2のソース端子は、共通のソース線SLに接続する。また、メモリセル選択用トランジスタTN1とTN2のゲートには、行選択線WLkが接続される。抵抗変化型素子R1とR2には、逆のデータを書き込み、差動で動作を行なわせる。   In the memory cell Mkj, as shown in FIG. 20A, a resistance change element R1 and a memory cell selection transistor TN1 are connected in series between a bit line BLj and a source line SL, and an inverted bit line BLBj and a source line SL are connected. The resistance variable element R2 and the memory cell selection transistor TN2 are connected in series between the two. That is, the source terminals of the memory cell selection transistors TN1 and TN2 are connected to the common source line SL. A row selection line WLk is connected to the gates of the memory cell selection transistors TN1 and TN2. Opposite data is written in the resistance variable elements R1 and R2, and the differential operation is performed.

変形例として、図20(b)に、図20(a)の抵抗変化型素子R1とメモリセル選択用トランジスタTN1、抵抗変化型素子R2とメモリセル選択用トランジスタTN2を入れ替えたメモリセルの回路を示す。   As a modification, FIG. 20B shows a memory cell circuit in which the resistance change element R1 and the memory cell selection transistor TN1 and the resistance change element R2 and the memory cell selection transistor TN2 in FIG. Show.

図18のように、プリチャージ回路900は、プリチャージ信号PREを受けて、全てのビット線BLj(j=0〜n)及び反転ビット線BLBjをプリチャージトランジスタPRj、PRBjのゲートを開いてソース電圧VSLに接続する。これにより、全てのビット線BLj(j=0〜n)及び反転ビット線BLBjを0.6Vのソース電圧VSLにプリチャージする。   As shown in FIG. 18, the precharge circuit 900 receives the precharge signal PRE, opens all the bit lines BLj (j = 0 to n) and the inverted bit lines BLBj by opening the gates of the precharge transistors PRj and PRBj. Connect to voltage VSL. As a result, all the bit lines BLj (j = 0 to n) and the inverted bit lines BLBj are precharged to a source voltage VSL of 0.6V.

書き込み電圧発生回路500は、第1の実施形態と同様に、書き込みデータ入力信号DinがHighの場合に、データ線DLに1.2Vのデータ線電圧VWDを出力し、また、反転データ線DLBに0Vの電圧を出力する。また、書き込みデータ入力信号DinがLowの場合にデータ線DLに0Vの電圧を出力し、反転データ線DLBに1.2Vのデータ線電圧VWDを出力する。   As in the first embodiment, the write voltage generation circuit 500 outputs a data line voltage VWD of 1.2 V to the data line DL when the write data input signal Din is High, and also outputs to the inverted data line DLB. Outputs a voltage of 0V. When the write data input signal Din is Low, a voltage of 0V is output to the data line DL, and a data line voltage VWD of 1.2V is output to the inverted data line DLB.

センスアンプ600は、メモリセルMkjからデータを読み出す際に、メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1、R2の抵抗値の差を判定して、“0”或いは“1”のデータを判定する。出力回路700は、センスアンプ600の出力を増幅して出力ビット端子Doutに出力する。書き込み制御回路800は、書き込み制御信号WE及び、書き込みデータ入力信号Dinを受けて書き込みを制御する。   When the sense amplifier 600 reads data from the memory cell Mkj, the sense amplifier 600 determines the difference between the resistance values of the resistance variable elements R1 and R2 of the memory cell Mkj to determine “0” or “1” data. The output circuit 700 amplifies the output of the sense amplifier 600 and outputs it to the output bit terminal Dout. The write control circuit 800 receives the write control signal WE and the write data input signal Din and controls writing.

図21(a)に、図20(a)のメモリセルMkjの動作を示す。
(“0”書き込みの場合)
このメモリセルMkjに“0”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号DinにLowを設定する。それにより、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに0Vを出力し、反転データ線DLBに1.2Vのデータ線電圧VWDを出力する。そして、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が0Vになり、反転ビット線BLBj=1.2Vになる。一方、ソース線SLには0.6Vを印加し、行選択線WLkには1.5Vの電圧を印加してメモリセルMkjを選択する。
FIG. 21A shows the operation of the memory cell Mkj in FIG.
(When writing “0”)
When writing “0” into the memory cell Mkj, the write data input signal Din is set to Low. As a result, the write voltage generation circuit 500 outputs 0 V to the data line DL, and outputs a data line voltage VWD of 1.2 V to the inverted data line DLB. Then, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 0V, and the inverted bit line BLBj = 1.2V. On the other hand, 0.6 V is applied to the source line SL, and a voltage of 1.5 V is applied to the row selection line WLk to select the memory cell Mkj.

これにより、0.6Vのソース線SLから0Vのビット線BLへ電流が流れ、抵抗変化型素子R1は、逆方向に電流が流れるので、高抵抗に変化する。同時に、1.2Vの反転ビット線BLBから0.6Vのソース線SLへ電流が流れ、抵抗変化型素子R2には順方向に電流が流れるので、低抵抗に変化する。この状態を“0”書き込みと定義する。   As a result, a current flows from the 0.6V source line SL to the 0V bit line BL, and the resistance variable element R1 changes to a high resistance because a current flows in the opposite direction. At the same time, a current flows from the 1.2V inverted bit line BLB to the 0.6V source line SL, and a current flows in the resistance variable element R2 in the forward direction, so that the resistance changes. This state is defined as “0” writing.

(“1”書き込みの場合)
ここで、メモリセルMkjに“1”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号Din
にHighを設定する。それにより、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに1.2Vのデータ線電圧VWDを出力し、反転データ線DLBに0Vを出力する。そして、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が1.2Vになり、反転ビット線BLBj=0Vになる。一方、ソース線SLには0.6Vを印加し、行選択線WLkには1.5Vの電圧を印加してメモリセルMkjを選択する。
(When “1” is written)
Here, when “1” is written to the memory cell Mkj, the write data input signal Din
Set High to. As a result, the write voltage generation circuit 500 outputs the data line voltage VWD of 1.2V to the data line DL, and outputs 0V to the inverted data line DLB. Then, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 1.2V, and the inverted bit line BLBj = 0V. On the other hand, 0.6 V is applied to the source line SL, and a voltage of 1.5 V is applied to the row selection line WLk to select the memory cell Mkj.

これにより、1.2Vのビット線BLから0.6Vのソース線SLへ電流が流れ、抵抗変化型素子R1には順方向に電流が流れるので、低抵抗に変化する。同時に、0.6Vのソース線SLから0Vの反転ビット線BLBへ電流が流れ、抵抗変化型素子R2は、逆方向に電流が流れるので、高抵抗に変化する。この状態を“1”書き込みと定義する。   As a result, a current flows from the 1.2V bit line BL to the 0.6V source line SL, and a current flows in the resistance variable element R1 in the forward direction, so that the resistance changes. At the same time, a current flows from the 0.6V source line SL to the 0V inverted bit line BLB, and the resistance variable element R2 changes to a high resistance because a current flows in the opposite direction. This state is defined as “1” write.

(読出し動作)
次に、メモリセルMkjの抵抗変化型素子R1とR2からのデータ読み出しについて説明する。データ読み出しの際には、書き込み電圧発生回路500は、データ線DLに接続する3ステートバッファをフローティング状態にする。そして、データ線DLに接続するセンスアンプ600には、データ線DLを0.45Vにバイアスするデータ線バイアス回路を設けておき、データ線DLを0.45Vにバイアスさせる。それ以外の回路ノードについては、ソース線SLに0.6Vを印加し、行選択線WLkに1.2Vの行選択信号を送信する。そして、センスアンプ600がデータ線DLと反転データ線DLBの電圧を差動で検知することでメモリセルMkjのデータを読み出す。
(Read operation)
Next, data reading from the resistance variable elements R1 and R2 of the memory cell Mkj will be described. When reading data, the write voltage generation circuit 500 puts the three-state buffer connected to the data line DL into a floating state. The sense amplifier 600 connected to the data line DL is provided with a data line bias circuit for biasing the data line DL to 0.45V, and the data line DL is biased to 0.45V. For other circuit nodes, 0.6 V is applied to the source line SL, and a 1.2 V row selection signal is transmitted to the row selection line WLk. Then, the sense amplifier 600 reads the data of the memory cell Mkj by differentially detecting the voltage of the data line DL and the inverted data line DLB.

ここで、メモリセルMkjが“0”を記憶している場合、そのデータの読出しは、以下のように行われる。列選択信号COLjが供給されることで列ゲート部420のカラムゲートCGjを介してビット線BLjが選択されデータ線DLに接続され、カラムゲートCGBjを介して反転ビット線BLBjが選択され反転データ線DLBに接続される。こうして列が選択され、また、行選択線WLkに1.2Vの行選択信号が供給されて行が選択されることでメモリセルMkjが選択される。   Here, when the memory cell Mkj stores “0”, reading of the data is performed as follows. By supplying the column selection signal COLj, the bit line BLj is selected via the column gate CGj of the column gate unit 420 and connected to the data line DL, and the inverted bit line BLBj is selected via the column gate CGBj. Connected to DLB. In this way, a column is selected, and a memory cell Mkj is selected by supplying a row selection signal of 1.2 V to the row selection line WLk and selecting a row.

ビット線BLjと反転ビット線BLBjは、カラムゲートCGjとCGBjを介してデータ線DLと反転データ線DLBに接続され、そのデータ線DLと反転データ線DLBがセンスアンプ600に接続される。そして、ソース線SLから抵抗変化型素子R1を介してセンスアンプのデータ入力端子へ電流を流し込み、ソース線SLから抵抗変化型素子R2を介してセンスアンプの反転データ入力端子へ電流を流し込む。   Bit line BLj and inverted bit line BLBj are connected to data line DL and inverted data line DLB via column gates CGj and CGBj, and data line DL and inverted data line DLB are connected to sense amplifier 600. Then, a current is supplied from the source line SL to the data input terminal of the sense amplifier via the resistance change element R1, and a current is supplied from the source line SL to the inverted data input terminal of the sense amplifier via the resistance change element R2.

ここで、メモリセルMkjが“0”を記憶している場合は、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗なので、高抵抗な抵抗変化型素子R1のソース線SLから遠い側の端子がビット線BLJに接続する電位は低く、低抵抗な抵抗変化型素子R2のソース線SLから遠い側の端子が反転ビット線BLBjに接続する電位は高い。よって、ビット線BLjと反転ビット線BLBjの電位関係は、BLj<BLBjとなる。センスアンプは、この電位差を検出して“0”データがメモリセルMkjに記憶されていると判定する。   Here, when the memory cell Mkj stores “0”, since the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance, from the source line SL of the high resistance resistance variable element R1. The potential at which the far terminal is connected to the bit line BLJ is low, and the potential at which the far terminal from the source line SL of the low resistance variable resistance element R2 is connected to the inverted bit line BLBj is high. Therefore, the potential relationship between the bit line BLj and the inverted bit line BLBj is BLj <BLBj. The sense amplifier detects this potential difference and determines that “0” data is stored in the memory cell Mkj.

逆に、メモリセルMkjが“1”を記憶している場合は、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗なので、低抵抗な抵抗変化型素子R1のソース線SLから遠い側の端子がビット線BLJに接続する電位は高く、高抵抗な抵抗変化型素子R2のソース線SLから遠い側の端子が反転ビット線BLBjに接続する電位は低い。よって、ビット線BLjと反転ビット線BLBjの電位関係は、BLj>BLBjとなる。センスアンプは、この電位差を検出して“1”データがメモリセルMkjに記憶されていると判定する。   Conversely, when the memory cell Mkj stores “1”, since the resistance variable element R1 has a low resistance and the resistance variable element R2 has a high resistance, the source line SL of the low resistance resistance variable element R1 is used. The potential at which the far terminal is connected to the bit line BLJ is high, and the potential at which the far terminal from the source line SL of the high resistance variable resistance element R2 is connected to the inverted bit line BLBj is low. Therefore, the potential relationship between the bit line BLj and the inverted bit line BLBj is BLj> BLBj. The sense amplifier detects this potential difference and determines that “1” data is stored in the memory cell Mkj.

本実施形態のメモリセルMkjも、第1の実施形態と同様に、データの書き込み時に、“0”書き込みの際も“1”書き込みの際も、また、データの読み出しの際も、常にソース電圧は0.6Vの一定電圧にしている。そのため、データの書き込み、読み出し時に、ソース線SLを充放電する必要が無く、高速読み出しが可能である効果がある。また、そのようにソース線SLを充放電する無駄な電流が流れないので、消費電力を低くできる効果がある。   Similarly to the first embodiment, the memory cell Mkj according to the present embodiment always has a source voltage at the time of data writing, “0” writing, “1” writing, and data reading. Is a constant voltage of 0.6V. Therefore, there is no need to charge / discharge the source line SL at the time of data writing / reading, and there is an effect that high-speed reading is possible. In addition, since such a useless current for charging / discharging the source line SL does not flow, there is an effect that power consumption can be reduced.

図21(b)には、図20(b)のメモリセルMkjの動作を示す。図20(b)のメモリセルMkjでは、抵抗変化型素子R1とR2が、メモリセル選択用トランジスタTN1とTN2とソース線との間に接続されている。そのため、ビット線BLjと反転ビット線BLBjに加える電圧、また、読み出す電圧の関係が図21(a)とは逆になる。図20(b)のメモリセルMkjにおいても、ソース線SLには0.6Vを印加し、行選択線WLkには1.5Vの電圧を印加してメモリセルMkjを選択することは、図20(a)の回路と同じである。   FIG. 21B shows the operation of the memory cell Mkj in FIG. In the memory cell Mkj of FIG. 20B, the resistance variable elements R1 and R2 are connected between the memory cell selection transistors TN1 and TN2 and the source line. Therefore, the relationship between the voltage applied to the bit line BLj and the inverted bit line BLBj and the voltage to be read is opposite to that in FIG. Also in the memory cell Mkj of FIG. 20B, the selection of the memory cell Mkj by applying 0.6 V to the source line SL and applying the voltage of 1.5 V to the row selection line WLk is shown in FIG. The circuit is the same as (a).

(タイミングチャート)
図22に、図18の不揮発性メモリのタイミングチャートの動作波形を示す。
(プリチャージモード)
初期状態では、プリチャージモードになっており、書き込み制御信号WE=Lowであり、プリチャージ回路900に加えるプリチャージ起動信号PREがHighであり、プリチャージ回路900が出力するプリチャージ信号がHighである。そのため、プリチャージ回路900のプリチャージトランジスタPRj(j=0〜n)及びPRBjが全てオンとなり、プリチャージトランジスタPRj及びPRBjによって全てのビット線BLj(j=0〜n)と反転ビット線BLBjを共通ソース線COMSLに接続する。これにより、共通ソース線COMSLの0.6Vのソース電圧VSLをビット線BLj及び反転ビット線BLBjに供給してプリチャージする。
(Timing chart)
FIG. 22 shows operation waveforms of a timing chart of the nonvolatile memory of FIG.
(Precharge mode)
In the initial state, the precharge mode is set, the write control signal WE = Low, the precharge activation signal PRE applied to the precharge circuit 900 is High, and the precharge signal output from the precharge circuit 900 is High. is there. Therefore, the precharge transistors PRj (j = 0 to n) and PRBj of the precharge circuit 900 are all turned on, and all the bit lines BLj (j = 0 to n) and the inverted bit lines BLBj are turned on by the precharge transistors PRj and PRBj. Connected to the common source line COMSL. Accordingly, the 0.6V source voltage VSL of the common source line COMSL is supplied to the bit line BLj and the inverted bit line BLBj to be precharged.

(書き込みモード)
次に、書き込み制御信号WEをHighにすることでデータの書き込みモードに入り、書き込み電圧発生回路500が、データ線DL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する。
(Write mode)
Next, the write control signal WE is set to High to enter the data write mode, and the write voltage generation circuit 500 sets the 3-state buffer that drives the data line DL to the output enable state.

書き込み制御信号WEをHighにする前に、アドレスADDを指定して、書込制御回路800に、書き込みデータ入力信号Dinを送信する。次に、書き込み制御信号WEをHighにして送信しデータ線DLの3ステートバッファを出力イネーブル状態にするとともに、プリチャージ起動信号PREをHighからLowに切り替えることでプリチャージトランジスタPR0〜PRnのゲートを閉じて、ビット線BLと0.6Vの電圧の共通ソース線COMSLとの接続を切り離してプリチャージを終了させる。   Before setting the write control signal WE to High, the address ADD is specified, and the write data input signal Din is transmitted to the write control circuit 800. Next, the write control signal WE is set to High to transmit it, the 3-state buffer of the data line DL is set to the output enable state, and the precharge activation signal PRE is switched from High to Low, whereby the gates of the precharge transistors PR0 to PRn are switched. Then, the connection between the bit line BL and the common source line COMSL having a voltage of 0.6 V is disconnected to finish the precharge.

アドレスADDは行アドレスと列アドレスに分解される。列デコーダ300から列選択信号COLjに1.5Vを出力することでカラムゲートCGjとCGBjを開いてビット線BLjにデータ線DLを接続し、反転ビット線BLBjに反転データ線DLBを接続する。また、行デコーダ200から行選択線WLkに1.5Vを出力することで行を選択してメモリセルMkjを選択する。   The address ADD is broken down into a row address and a column address. By outputting 1.5 V to the column selection signal COLj from the column decoder 300, the column gates CGj and CGBj are opened, the data line DL is connected to the bit line BLj, and the inverted data line DLB is connected to the inverted bit line BLBj. In addition, a row is selected by outputting 1.5 V from the row decoder 200 to the row selection line WLk, and the memory cell Mkj is selected.

(“0”書き込みの場合)
ここで、メモリセルMkjに“0”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号Din=Lowを設定する。そして、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに0Vを出力し、反転データ線DLBに1.2Vを出力する。それにより、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が0Vになり、反転データ線DLBに接続されたビット線BLBj
の電圧が1.2Vになる。
(When writing “0”)
Here, when “0” is written to the memory cell Mkj, the write data input signal Din = Low is set. Then, the write voltage generation circuit 500 outputs 0V to the data line DL and outputs 1.2V to the inverted data line DLB. As a result, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 0V, and the bit line BLBj connected to the inverted data line DLB.
Becomes 1.2V.

これにより、0.6Vの共通ソース線COMSLから、選択されたメモリセルMkjのメモリセル選択用トランジスタTN1、抵抗変化型素子R1を介して0Vのビット線BLjへ電流が流れ、抵抗変化型素子R1には、逆方向に電流が流れ、高抵抗になる。また、1.2Vの反転ビット線BLBjから抵抗変化型素子R2、メモリセル選択用トランジスタT2を介して0.6Vの共通ソース線COMSLへ電流が流れ、抵抗変化型素子R2には順方向に電流が流れ、低抵抗になる。すなわち、メモリセルMkjに“0”データが書き込まれる。   As a result, a current flows from the common source line COMSL of 0.6 V to the bit line BLj of 0 V via the memory cell selection transistor TN1 and the resistance variable element R1 of the selected memory cell Mkj, and the resistance variable element R1 , Current flows in the opposite direction, resulting in high resistance. Further, a current flows from the 1.2 V inversion bit line BLBj to the 0.6 V common source line COMSL via the resistance change element R2 and the memory cell selection transistor T2, and a current flows in the resistance change element R2 in the forward direction. Flows and becomes low resistance. That is, “0” data is written into the memory cell Mkj.

(“1”書き込みの場合)
ここで、メモリセルMkjに“1”を書き込む場合は、書き込みデータ入力信号Din=Highを設定する。そして、書き込み電圧発生回路500がデータ線DLに1.2Vを出力し、反転データ線DLBに0Vを出力する。それにより、データ線DLに接続されたビット線BLjの電圧が1.2Vになり、反転データ線DLBに接続されたビット線BLBjの電圧が0Vになる。
(When “1” is written)
Here, when “1” is written to the memory cell Mkj, the write data input signal Din = High is set. Then, the write voltage generation circuit 500 outputs 1.2V to the data line DL and outputs 0V to the inverted data line DLB. As a result, the voltage of the bit line BLj connected to the data line DL becomes 1.2V, and the voltage of the bit line BLBj connected to the inverted data line DLB becomes 0V.

これにより、1.2Vのビット線BLjから、選択されたメモリセルMkjの抵抗変化型素子R1、メモリセル選択用トランジスタT1を介して0.6Vの共通ソース線COMSLへ電流が流れ、抵抗変化型素子R1には順方向に電流が流れ、低抵抗になる。また、0.6Vの共通ソース線COMSLから、メモリセル選択用トランジスタTN2、抵抗変化型素子R2を介して0Vの反転ビット線BLBjへ電流が流れ、抵抗変化型素子R2には、逆方向に電流が流れ、高抵抗になる。すなわち、メモリセルMkjに“1”データが書き込まれる。   As a result, a current flows from the 1.2V bit line BLj to the 0.6V common source line COMSL via the resistance change element R1 of the selected memory cell Mkj and the memory cell selection transistor T1, and the resistance change type. A current flows through the element R1 in the forward direction, resulting in a low resistance. Further, a current flows from the common source line COMSL of 0.6V to the inverted bit line BLBj of 0V via the memory cell selection transistor TN2 and the resistance variable element R2, and the current flows in the resistance variable element R2 in the reverse direction. Flows and becomes high resistance. That is, “1” data is written into the memory cell Mkj.

(非選択のビット線)
このとき、非選択のビット線BLj’及び反転ビット線BLBj’は、あらかじめプリチャージ期間に0.6Vにプリチャージされている。そのため、非選択のビット線BLj及び反転ビット線BLBjは、メモリセル選択用トランジスタTN1、TN2のゲート端子に選択された行選択線WLkから行選択信号が入力されても、0.6Vの共通ソース線COMSLに接続するソース線からメモリセル選択用トランジスタTN1、TN2を介して充電電流が流れることはない。そのため、非選択のメモリセルMkj’のメモリセルに余分な電流が流れることなく、低消費電流が実現できる。
(Unselected bit line)
At this time, the non-selected bit line BLj ′ and the inverted bit line BLBj ′ are precharged to 0.6 V in advance during the precharge period. Therefore, the non-selected bit line BLj and the inverted bit line BLBj are connected to the common source of 0.6 V even if a row selection signal is input from the row selection line WLk selected to the gate terminals of the memory cell selection transistors TN1 and TN2. A charging current does not flow from the source line connected to the line COMSL via the memory cell selection transistors TN1 and TN2. Therefore, a low current consumption can be realized without an extra current flowing in the memory cell of the non-selected memory cell Mkj ′.

(読出しモード)
次に、読み出しモードの場合は、書き込み制御信号WEをLowにすることでデータの読出しモードに入り、書き込み電圧発生回路500が、データ線DL(および反転データ線DLB)を駆動する3ステートバッファをフローティングにして、その電圧を任意の値にできるようにする。ここで、全ビット線BLjと反転ビット線BLBjは、書き込み時と同様に、常に0.6VのVSLレベルにプリチャージされている。また、アドレスADDが確定すると、プリチャージ起動信号PREをHighの状態からLowに切り替える。
(Read mode)
Next, in the read mode, the write control signal WE is set to Low to enter the data read mode, and the write voltage generation circuit 500 sets a three-state buffer for driving the data line DL (and the inverted data line DLB). Float so that the voltage can be set to any value. Here, all the bit lines BLj and the inverted bit lines BLBj are always precharged to the VSL level of 0.6 V, as in the writing. When the address ADD is determined, the precharge activation signal PRE is switched from the High state to Low.

プリチャージ起動信号PREをHighからLowに切り替えることでプリチャージトランジスタPR0〜PRn、PRB0〜PRBnのゲートを閉じて、ビット線BLj及び反転ビット線BLBjと共通ソース線COMSLとの接続を切り離し、一方、列選択信号COLjに1.5Vを出力することでカラムゲートCGj及びCGBjを開いてビット線BLjにデータ線DLを接続し反転ビット線BLBjに反転データ線DLBを接続する。   By switching the precharge activation signal PRE from High to Low, the gates of the precharge transistors PR0 to PRn and PRB0 to PRBn are closed to disconnect the bit line BLj and the inverted bit line BLBj from the common source line COMSL, By outputting 1.5 V to the column selection signal COLj, the column gates CGj and CGBj are opened, the data line DL is connected to the bit line BLj, and the inverted data line DLB is connected to the inverted bit line BLBj.

(非選択のビット線)
プリチャージ起動信号PREをLowにするとデータ線DL及び反転データ線DLBに接続されない非選択のビット線BLj’及び反転ビット線BLBj’はフローティングになるが、先にプリチャージ起動信号PREがHighの際にビット線BLj’及び反転ビット線BLBj’が0.6Vにプリチャージされているので常に0.6Vに維持され、無駄な充放電電流は流れない。
(Unselected bit line)
When the precharge activation signal PRE is set to Low, the unselected bit line BLj ′ and the inverted bit line BLBj ′ that are not connected to the data line DL and the inverted data line DLB are in a floating state, but when the precharge activation signal PRE is first High. In addition, since the bit line BLj ′ and the inverted bit line BLBj ′ are precharged to 0.6V, the bit line BLj ′ is always maintained at 0.6V, and useless charge / discharge current does not flow.

(選択されたビット線)
一方、1.2Vの列選択信号COLjで選択されたビット線BLj及び反転ビット線BLBjにはデータ線DL及び反転データ線DLBが接続される。また、選択された行選択線WLkも1.2Vになり、行選択線WLkで選択されたメモリセルMkjのメモリセル選択用トランジスタTN1及びTN2のゲートが開かれ、その抵抗変化型素子R1及びR2が0.6Vの電圧のソース線SLに接続される。
(Selected bit line)
On the other hand, the data line DL and the inverted data line DLB are connected to the bit line BLj and the inverted bit line BLBj selected by the column selection signal COLj of 1.2V. Also, the selected row selection line WLk becomes 1.2 V, the gates of the memory cell selection transistors TN1 and TN2 of the memory cell Mkj selected by the row selection line WLk are opened, and the resistance variable elements R1 and R2 thereof are opened. Is connected to the source line SL having a voltage of 0.6V.

これにより、0.6Vの電圧の共通ソース線COMSLに接続するソース線SLから、選択されたメモリセルMkjの抵抗変化型素子R1及びR2と、それに接続するビット線BLjと、そのビット線BLjにカラムゲートCGjとCGBjを介して接続するデータ線DLと反転データ線DLBに電流が流れ、そのデータ線DLと反転データ線DLBに接続したセンスアンプ600へ電流が流れ出す。   Thereby, from the source line SL connected to the common source line COMSL having a voltage of 0.6 V, the resistance change elements R1 and R2 of the selected memory cell Mkj, the bit line BLj connected thereto, and the bit line BLj are connected. A current flows through the data line DL and the inverted data line DLB connected via the column gates CGj and CGBj, and a current flows out to the sense amplifier 600 connected to the data line DL and the inverted data line DLB.

(“0”読みの場合)
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は、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗なので、センスアンプ600に入力されるデータ線DL(ビット線BLj)の電圧は、反転データ線DLB(反転ビット線BLBjの電圧よりも低くなり(DL<DLB)、センスアンプ600は、メモリセルMkjのデータを“0”と判定し、出力ビット端子Doutには“0”を出力する。
(When reading “0”)
Here, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “0”, since the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance, the data input to the sense amplifier 600. The voltage of the line DL (bit line BLj) becomes lower than the voltage of the inverted data line DLB (inverted bit line BLBj (DL <DLB)), and the sense amplifier 600 determines that the data in the memory cell Mkj is “0”. “0” is output to the output bit terminal Dout.

(“1”読みの場合)
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は、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗なので、センスアンプ600に入力されるデータ線DL(ビット線BLj)の電圧は、反転データ線DLB(反転ビット線BLBjの電圧よりも高くなり(DL>DLB)、センスアンプ600は、メモリセルMkjのデータを“1”と判定し、出力ビット端子Doutには“1”を出力する。
(When reading “1”)
On the other hand, when the memory cell Mkj to be accessed stores data “1”, since the resistance variable element R1 is low resistance and the resistance variable element R2 is high resistance, the data line input to the sense amplifier 600 The voltage of DL (bit line BLj) becomes higher than the voltage of inverted data line DLB (inverted bit line BLBj (DL> DLB), and sense amplifier 600 determines that the data in memory cell Mkj is “1” and outputs it. “1” is output to the bit terminal Dout.

本実施形態によれば、メモリセルMkjへのデータ書き込み時に、抵抗変化型素子R1の抵抗値とR2の抵抗値の間に大きな差を生じさせることができる。そのため、両者の抵抗値の大小関係を示す信号を高速に不揮発性メモリセルから読み出すことができ、メモリセルMkjの読出しを高速化できる効果がある。   According to the present embodiment, a large difference can be generated between the resistance value of the resistance variable element R1 and the resistance value of R2 when data is written to the memory cell Mkj. For this reason, a signal indicating the magnitude relationship between the resistance values of the two can be read from the nonvolatile memory cell at high speed, and the reading of the memory cell Mkj can be speeded up.

なお、図18の回路におけるメモリセルMkjに図20(b)の回路構成のメモリセルを用いても、同様の動作を実現できる。   The same operation can be realized even if the memory cell Mkj in the circuit of FIG. 18 uses the memory cell having the circuit configuration of FIG.

本実施形態は、抵抗変化型素子R1とR2には、逆のデータを書き込み、差動で動作を行なわせ、センスアンプ600でメモリセルMkjからの信号を差動で検出するので、不揮発性メモリセルを流れる電流値や放電時間に場所依存性があっても、メモリセルMkjの記憶するデータをバランス良く正確に読み出せ、また、データをバランス良く正確に書き込むことができる効果がある。そのため、データの読出しを高速に行うことができる効果がある。   In the present embodiment, reverse data is written to the resistance variable elements R1 and R2, differential operation is performed, and the signal from the memory cell Mkj is detected differentially by the sense amplifier 600. Even if the current value flowing through the cell and the discharge time are location dependent, the data stored in the memory cell Mkj can be read accurately in a balanced manner and the data can be written accurately in a balanced manner. Therefore, there is an effect that data can be read at high speed.

なお、本発明の不揮発性メモリセルに用いる抵抗変化型素子RはMTJ素子に限定されず、例えば、ReRAMのメモリセルに用いられるCER(Colossal Elec
tro−Resistance;電界誘起巨大抵抗変化)の抵抗変化型素子Rを利用することもできる。
Note that the resistance change element R used in the nonvolatile memory cell of the present invention is not limited to the MTJ element. For example, CER (Collective Elec) used in the memory cell of ReRAM.
It is also possible to use a resistance change element R of tro-Resistance (electric field induced giant resistance change).

100・・・メモリセルアレイ
100−0、100−1、100−n・・・メモリブロック
110−0、110−1、110−n・・・メモリブロック
200・・・行デコーダ
210・・・メイン行デコーダ
220・・・サブ行デコーダ
230、230−k、230−0、230−1・・・パーシャルデコーダ
231、232、233・・・トランジスタ
235−0〜235−m・・・バッファ
300・・・列デコーダ
310・・・第1列デコーダ
320・・・第2列デコーダ
330・・・第3列デコーダ
400、410、420・・・列ゲート部
400−0〜400−15、420−0〜420−15・・・列ゲートブロック
410a・・・パーシャルデコーダ選択列ゲート
500、WD・・・書き込み電圧発生回路
600、SA・・・センスアンプ
700、OUT・・・出力回路
800・・・書込制御回路
900、910−0〜910−n・・・プリチャージ回路
1000・・・電源回路
1001・・・制御回路
1002、1003・・・昇圧回路
1004、1005・・・降圧回路
1006、1007、1008、1009・・・出力調整回路
AY0・・・カラムアドレス信号
AY0B・・・反転カラムアドレス信号
BL,BL0〜BLn・・・ビット線
CG、CG0〜CGn、CGB、CGB0〜CGBn・・・カラムゲート
COL、COL0、COL1、COL2、COL3、COLn−1,COLn・・・列選択信号
COLB・・・反転列選択信号
COMSL・・・共通ソース線
CS・・・スルーホール
Din、Din0〜Din15・・・書き込みデータ入力信号
DL、DL0〜DL15、DL0〜DLh・・・データ線
DLB・・・反転データ線
Dout0〜Dout15・・・出力ビット端子
GWL、GWL0〜GWLg・・・グローバル行選択線
LWL、LWL0〜LWLm・・・ローカル行選択線
Mkj、M00、M01、M03〜Mm(n+1)・・・メモリセル
Mt1・・・第1メタル層
Mt2・・・第2メタル層
n・・・nチャンネル拡散層
p・・・p型領域
PRE・・・プリチャージ起動信号
PR0〜PRn、PRB0〜PRBn・・・プリチャージトランジスタ
R、R1、R2、MTJ・・・抵抗変化型素子
SL,SL01〜SLn(n+1)・・・ソース線
SUB・・・半導体基板
TN、TNa、TNb、TN1、TN2・・・メモリセル選択用トランジスタ
VCOL・・・列駆動電圧
VSL・・・ソース電圧
VWD・・・データ線電圧
VWL・・・行駆動電圧
V1・・・スルーホール
WE・・・書き込み制御信号
WL、WLk、WL0〜WLm・・・行選択線
φ、φ0、φ1・・・サブデコード信号
φ00、φ01、φB00、φB01・・・ローカルデコード信号線
100: Memory cell arrays 100-0, 100-1, 100-n ... Memory blocks 110-0, 110-1, 110-n ... Memory block 200 ... Row decoder 210 ... Main row Decoder 220 ... sub-row decoders 230, 230-k, 230-0, 230-1 ... partial decoders 231, 232, 233 ... transistors 235-0 to 235-m ... buffer 300 ... Column decoder 310 ... first column decoder 320 ... second column decoder 330 ... third column decoders 400, 410, 420 ... column gate sections 400-0 to 400-15, 420-0 to 420 -15... Column gate block 410a... Partial decoder selection column gate 500, WD... Write voltage generation circuit 600, SA. Samp 700, OUT ... Output circuit 800 ... Write control circuit 900, 910-0 to 910-n ... Precharge circuit 1000 ... Power supply circuit 1001 ... Control circuit 1002, 1003 ... Step-up circuits 1004, 1005 ... Step-down circuits 1006, 1007, 1008, 1009 ... Output adjustment circuit AY0 ... Column address signal AY0B ... Inverted column address signals BL, BL0-BLn ... Bit lines CG, CG0 to CGn, CGB, CGB0 to CGBn ... column gates COL, COL0, COL1, COL2, COL3, COLn-1, COLn ... column selection signal COLB ... inverted column selection signal COMSL ... common source line CS: Through hole Din, Din0 to Din15, write data input signal D DL0 to DL15, DL0 to DLh, data line DLB, inverted data lines Dout0 to Dout15, output bit terminals GWL, GWL0 to GWLg, global row selection lines LWL, LWL0 to LWLm, local Row selection lines Mkj, M00, M01, M03 to Mm (n + 1)... Memory cell Mt1... First metal layer Mt2... Second metal layer n... N channel diffusion layer p. Region PRE ... Precharge activation signals PR0-PRn, PRB0-PRBn ... Precharge transistors R, R1, R2, MTJ ... Variable resistance elements SL, SL01-SLn (n + 1) ... Source line SUB ... Semiconductor substrate TN, TNa, TNb, TN1, TN2 ... Memory cell selection transistor VCOL ... Column drive voltage VSL ... Source voltage VWD ... Data line voltage VWL ... Row drive voltage V1 ... Through hole WE ... Write control signals WL, WLk, WL0 to WLm ... Row selection lines φ, φ0, φ1... Subdecode signal φ00, φ01, φB00, φB01... Local decode signal line

Claims (3)

ローカル行選択線をゲート端子に接続したメモリセル選択用トランジスタと抵抗変化型素子を直列に接続した回路をメモリセルとして、該メモリセルの端子をビット線とソース線とに接続して構成したメモリセルアレイを有する抵抗変化型不揮発性メモリであって、
前記ソース線を前記ローカル行選択線に平行に配線し、前記ビット線を前記ローカル行選択線に直交させて配線し、
前記ソース線にデータ線電圧より低い電圧のソース電圧を出力する回路を有し、
前記メモリセルアレイが複数のメモリブロックに分割され、
前記メモリブロック毎に該メモリブロック内のローカル行選択線のみを制御するパーシャルデコーダを有し、
前記メモリブロックを選択し該メモリブロック内のパーシャルデコーダのみに前記ローカル行選択線に行選択信号を送信させる第1の列デコーダを有し、
前記第1の列デコーダの選択したメモリブロックを選択し該メモリブロック内のプリチャージ回路のみを動作させて、前記プリチャージ回路に前記ソース線を前記ビット線に接続させて前記ソース電圧を前記ビット線にプリチャージさせる第2の列デコーダを有し、
前記ビット線を選択する第3の列デコーダを有し、
選択すべきローカル行選択線を前記パーシャルデコーダに指令する行デコーダを有し、
前記ソース線に前記ソース電圧を加えて前記メモリセルへのデータの書き込み及び読出しを行い、
前記ビット線に、前記データ線電圧と、前記ソース電圧より低い電圧とを切り替えて加えることで異なる値のデータを前記メモリセルへ書き込むことを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリ。
A memory configured by connecting a memory cell selection transistor having a local row selection line connected to a gate terminal and a resistance variable element in series as a memory cell, and connecting the terminal of the memory cell to a bit line and a source line A variable resistance nonvolatile memory having a cell array,
The source line is wired parallel to the local row selection line, and the bit line is wired perpendicular to the local row selection line,
A circuit for outputting a source voltage lower than a data line voltage to the source line;
The memory cell array is divided into a plurality of memory blocks;
A partial decoder for controlling only a local row selection line in each memory block;
A first column decoder that selects the memory block and causes only a partial decoder in the memory block to transmit a row selection signal to the local row selection line;
The memory block selected by the first column decoder is selected, only the precharge circuit in the memory block is operated, the source line is connected to the bit line in the precharge circuit, and the source voltage is set to the bit A second column decoder for precharging the line;
A third column decoder for selecting the bit line;
A row decoder for instructing the partial decoder to select a local row selection line;
Applying the source voltage to the source line to write and read data to the memory cell,
A variable resistance nonvolatile memory, wherein different data values are written to the memory cell by switching and applying the data line voltage and a voltage lower than the source voltage to the bit line.
請求項1に記載の抵抗変化型不揮発性メモリであって、前記メモリセル選択用トランジスタのソース端子を前記ソース線に接続し、前記抵抗変化型素子を前記メモリセル選択用トランジスタのドレイン端子と前記ビット線の間に接続したことを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリ。 2. The variable resistance nonvolatile memory according to claim 1 , wherein a source terminal of the memory cell selecting transistor is connected to the source line, and the variable resistance element is connected to a drain terminal of the memory cell selecting transistor. A variable resistance nonvolatile memory characterized by being connected between bit lines. 請求項に記載の抵抗変化型不揮発性メモリであって、前記メモリセルの前記メモリセル選択用トランジスタと前記抵抗変化型素子を直列に接続した回路が、第1のトランジスタと第1の抵抗変化型素子を直列に接続した第1の回路と、第2のトランジスタと第2の抵抗変化型素子を直列に接続した第2の回路を並列に接続した回路であり、前記第1の回路の第1の抵抗変化型素子を第1のトランジスタのドレイン端子とビット線の間に接続し、前記第2の回路の第2の抵抗変化型素子を第2のトランジスタのドレイン端子と反転ビット線の間に接続し、前記メモリセルの第1の抵抗変化型素子と第2の抵抗変化型素子の一方を低抵抗にし他方を高抵抗にしてデータを記憶することを特徴とする抵抗変化型不揮発性メモリ。 3. The variable resistance nonvolatile memory according to claim 2 , wherein a circuit in which the memory cell selection transistor and the variable resistance element of the memory cell are connected in series includes a first transistor and a first resistance change. A first circuit in which type elements are connected in series, and a second circuit in which a second transistor and a second variable resistance element are connected in series, which are connected in parallel. One resistance change element is connected between the drain terminal of the first transistor and the bit line, and the second resistance change element of the second circuit is connected between the drain terminal of the second transistor and the inverted bit line. A variable resistance nonvolatile memory characterized in that one of the first variable resistance element and the second variable resistance element of the memory cell has a low resistance and the other has a high resistance to store data. .
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