JP5938887B2 - Nonvolatile memory cell and 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セルおよびこの不揮発性メモリセルを備えた不揮発性メモリに関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory cell using a resistance variable element and a nonvolatile memory including the nonvolatile memory cell.

微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリあるいはDRAMに代わり、近年、次世代不揮発性メモリとして抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型メモリが注目されている。この抵抗変化型素子としては、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory;磁気抵抗RAM)、PRAM(Phase change Random Access Memory;相変化RAM)、ReRAM(Resistance Random Access Memory;抵抗変化型RAM)等に用いられているものが挙げられる。このような抵抗変化型素子を利用したメモリは、フラッシュメモリのような複雑なプロセスを必要とせず、標準ロジックプロセスと相性が良く、微細化に向いていること、低電圧で動作することより、将来性を有望視されている。   In recent years, a resistance change type memory for storing data using a resistance change type element has attracted attention as a next-generation non-volatile memory in place of a flash memory or a DRAM that has become limited in miniaturization. Examples of the resistance change element include MRAM (Magnetoretic Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), ReRAM (Resistance Random Access Memory). The thing that is. A memory using such a resistance variable element does not require a complicated process like a flash memory, is compatible with a standard logic process, is suitable for miniaturization, and operates at a low voltage. The future is promising.

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、例えば非特許文献1に開示されている。この非特許文献1は、MRAMに関するものであるが、1個のトランジスタと1個の抵抗変化型素子とからなるシンプルな構成のメモリセルを開示している。非特許文献1によると、このメモリセルは、1.2Vの低電圧で書き込み、読み出しが可能であり、書込電流は49μA、データ“1”の記憶状態である高抵抗状態のメモリセルからの読出電流は10μA、データ“0”の記憶状態である低抵抗状態のメモリセルからの読出電流は15μAであり、低消費電力化を実現できている。また、非特許文献1の図1によれば、メモリセルへの書込電圧を±0.6V程度までは低下させることができそうである。   The element configuration, characteristics, and array configuration of a memory using this type of variable resistance element are disclosed in Non-Patent Document 1, for example. This non-patent document 1 relates to an MRAM, but discloses a memory cell having a simple configuration including one transistor and one resistance variable element. According to Non-Patent Document 1, this memory cell can be written and read at a low voltage of 1.2 V, the write current is 49 μA, and the memory cell from the high resistance state in which data “1” is stored. The read current is 10 μA, and the read current from the memory cell in the low resistance state in which data “0” is stored is 15 μA. Thus, low power consumption can be realized. Further, according to FIG. 1 of Non-Patent Document 1, it is likely that the write voltage to the memory cell can be lowered to about ± 0.6V.

図23(a)および(b)は、抵抗変化型素子として代表的なMTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素子を利用したメモリセルの構成と動作を示す図である。図23に示すように、MTJ素子は、磁気の方向が一定のピン層と、トンネルバリア膜と、磁気の方向が変化するフリー層とからなる。図23(a)に示すように、フリー層からピン層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と同一となり、MTJ素子は低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。逆に、図23(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23(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、トランジスタTsがMTJ素子に直列接続される。   FIGS. 23A and 23B are diagrams showing the configuration and operation of a memory cell using a typical MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element as a resistance variable element. As shown in FIG. 23, the MTJ element includes a pinned layer having a constant magnetic direction, a tunnel barrier film, and a free layer whose magnetic direction changes. As shown in FIG. 23A, when a current in a direction from the free layer to the pinned layer is passed, the magnetization direction of the free layer becomes the same as that of the pinned layer, the MTJ element has a low resistance, and data “0” is stored. It becomes a state. On the other hand, as shown in FIG. 23B, when a current in the direction from the pinned layer to 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, a transistor Ts is connected in series to the MTJ element as a switch for selecting the MTJ element, as illustrated in FIGS. .

図24は、図23(a)および(b)に示すようなメモリセルにより構成されたメモリアレイの断面構造を例示する図である。図24に示す例では、半導体基板に図23(a)および(b)に示す選択用のトランジスタTsが形成されている。各トランジスタTsのゲートには選択電圧WLが与えられる。また、トランジスタTsのソースは、スルーホールと第1層メタル配線1Mとを介して書込電圧BLを供給するための第2層メタル配線2Mに接続されている。また、トランジスタTsのドレインは、スルーホールを介してMTJ素子のピン層に接続され、このMTJ素子のフリー層はスルーホールを介してソース電圧SLを供給するための第2層メタル配線2Mに接続されている。   FIG. 24 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a memory array including memory cells as shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b). In the example shown in FIG. 24, the selection transistor Ts shown in FIGS. 23A and 23B is formed on a semiconductor substrate. A selection voltage WL is applied to the gate of each transistor Ts. The source of the transistor Ts is connected to the second layer metal wiring 2M for supplying the write voltage BL via the through hole and the first layer metal wiring 1M. The drain of the transistor Ts is connected to the pin layer of the MTJ element through a through hole, and the free layer of the MTJ element is connected to the second layer metal wiring 2M for supplying the source voltage SL through the through hole. Has been.

特許文献1は、抵抗変化型素子を用いた書き換え可能な不揮発性RAMを開示している。この特許文献1の不揮発性RAMでは、抵抗変化型素子として、相変化メモリ素子を使用している。   Patent Document 1 discloses a rewritable nonvolatile RAM using a resistance variable element. In the nonvolatile RAM of Patent Document 1, a phase change memory element is used as a resistance change element.

図25は、特許文献1の図3に開示された不揮発性RAMのメモリセルの構成を示す回路図である。図25では、PチャネルトランジスタP0およびNチャネルトランジスタN0からなるインバータと、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータとによりフリップフロップが構成されている。PチャネルトランジスタP0およびNチャネルトランジスタN0からなるインバータの出力ノードS0はNチャネルトランジスタNa0を介してビット線BL0に接続されている。また、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータの出力ノードS1はNチャネルトランジスタNa1を介してビット線BL1に接続されている。そして、NチャネルトランジスタNa0およびNa1には、選択電圧WLが与えられる。以上の回路は、通常のSRAM用のメモリセルである。図25に示すメモリセルでは、このSRAM用メモリセルに対して、相変化メモリ素子RrおよびRmと、NチャネルトランジスタNsが追加されている。ここで、相変化メモリ素子RrはPチャネルトランジスタP0のソースと電源線PWRの間に、相変化メモリ素子RmはPチャネルトランジスタP1のソースと電源線PWRの間に各々介挿されている。NチャネルトランジスタNsは、PチャネルトランジスタP1および相変化メモリ素子Rmの接続点とストア線STRとの間に介挿されており、そのゲートにはノードS0の電圧が与えられる。   FIG. 25 is a circuit diagram showing the configuration of the memory cell of the nonvolatile RAM disclosed in FIG. In FIG. 25, a flip-flop is constituted by an inverter composed of a P-channel transistor P0 and an N-channel transistor N0 and an inverter composed of a P-channel transistor P1 and an N-channel transistor N1. An output node S0 of the inverter composed of the P channel transistor P0 and the N channel transistor N0 is connected to the bit line BL0 via the N channel transistor Na0. The output node S1 of the inverter composed of the P channel transistor P1 and the N channel transistor N1 is connected to the bit line BL1 via the N channel transistor Na1. The selection voltage WL is applied to the N channel transistors Na0 and Na1. The above circuit is a normal SRAM memory cell. In the memory cell shown in FIG. 25, phase change memory elements Rr and Rm and an N-channel transistor Ns are added to the SRAM memory cell. Here, phase change memory element Rr is interposed between the source of P channel transistor P0 and power supply line PWR, and phase change memory element Rm is interposed between the source of P channel transistor P1 and power supply line PWR. N-channel transistor Ns is interposed between the connection point of P-channel transistor P1 and phase change memory element Rm and store line STR, and the voltage of node S0 is applied to its gate.

特許文献1によると、相変化メモリ素子の一方(Rr)は参照(リファレンス)抵抗であり、他の一方の相変化メモリ(論理記憶抵抗Rm)が変化する高抵抗(論理値1)と低抵抗(論理値0)との間の抵抗値に予め設定されている。論理記憶抵抗Rmは、電源線PWR,スイッチング素子(トランジスタNs),ストア線STRにより、相変化を起こす電流を印加される。読み出し時は、点線で示したSRAM回路部を通常のSRAMとして動作させている。この動作のときの論理記憶抵抗Rmは低抵抗値に設定されている。そして、電源が消える前に、ストア線STRの電圧を変化させ、トランジスタNsにより論理記憶抵抗Rmに電流を流すことで、SRAM回路部に記憶されている論理値を移す(ストア)。電源が入ると、相変化メモリ素子Rmに移された記憶内容を、SRAM回路部に戻す(リコール)。このように電源がオフ(OFF)するときとオン(ON)するときに、相変化メモリの論理記憶抵抗RmとSRAM回路部とで記憶内容を移したり戻したりすることで、不揮発性メモリとして動作する(以上、特許文献1の段落0012、0013参照)。   According to Patent Document 1, one of the phase change memory elements (Rr) is a reference (reference) resistance, and the other one of the phase change memory (logic storage resistance Rm) changes with a high resistance (logic value 1) and a low resistance. A resistance value between (logical value 0) is set in advance. The logic memory resistor Rm is applied with a current causing a phase change by the power supply line PWR, the switching element (transistor Ns), and the store line STR. At the time of reading, the SRAM circuit portion indicated by the dotted line is operated as a normal SRAM. The logical storage resistance Rm during this operation is set to a low resistance value. Then, before the power is turned off, the voltage of the store line STR is changed, and a current is passed through the logic storage resistor Rm by the transistor Ns, thereby transferring the logic value stored in the SRAM circuit portion (store). When the power is turned on, the stored contents transferred to the phase change memory element Rm are returned to the SRAM circuit section (recall). As described above, when the power is turned off (OFF) and turned on (ON), the memory contents are transferred and returned by the logical storage resistor Rm of the phase change memory and the SRAM circuit unit, thereby operating as a nonvolatile memory. (See paragraphs 0012 and 0013 of Patent Document 1).

特許第3845734号Japanese Patent No. 3845734

電子情報通信学会 信学技報ICICE Technical Report ICD2010−7 p35〜p40IEICE IEICE technical report ICEC Technical Report ICD2010-7 p35-p40

上述した特許文献1の不揮発性RAMには、幾つかの問題がある。まず、特許文献1の不揮発性RAMでは、抵抗変化型素子として、相変化メモリ素子を使用しているが、この相変化メモリ素子は、いわゆるモノポーラ型の抵抗変化素子であり、データ“1”を書き込む場合も、データ“0”を書き込む場合も同一方向の電流を流す必要がある。このため、データの書き込みのための制御が複雑になる。また、相変化メモリ素子は、書き込み特性と消去特性が大きく異なるので、高速に書き換えることができない。また、図25にも示すように、特許文献1の不揮発性RAMでは、フリップフロップを構成する2つのインバータの電源電流経路上に抵抗値の変化する相変化メモリ素子(RrとRm)が介挿されている。このため、フリップフロップがアンバランスとなり、SRAMの特性として最も重要なSNM(Static Noise Margin;スタティックノイズマージン)に大きな悪影響を与える。
以下、このSNMへの悪影響について説明する。
The nonvolatile RAM of Patent Document 1 described above has several problems. First, in the nonvolatile RAM of Patent Document 1, a phase change memory element is used as a resistance change type element. This phase change memory element is a so-called monopolar type resistance change element, and data “1” is stored. It is necessary to pass current in the same direction when writing data or when writing data “0”. This complicates the control for writing data. In addition, the phase change memory element cannot be rewritten at high speed because the write characteristic and the erase characteristic are greatly different. Also, as shown in FIG. 25, in the nonvolatile RAM of Patent Document 1, phase change memory elements (Rr and Rm) whose resistance values change are inserted on the power supply current paths of the two inverters constituting the flip-flop. Has been. For this reason, the flip-flop becomes unbalanced, and has a great adverse effect on the SNM (Static Noise Margin), which is the most important characteristic of the SRAM.
Hereinafter, this adverse effect on the SNM will be described.

図26は一般的なSRAM用のメモリセルの構成を示す回路図である。図示の例では、PチャネルトランジスタP1、P2、NチャネルトランジスタN1、N2、Ta1およびTa2により1つのメモリセルが構成されている。   FIG. 26 is a circuit diagram showing a configuration of a general SRAM memory cell. In the illustrated example, one memory cell is constituted by P-channel transistors P1 and P2 and N-channel transistors N1, N2, Ta1, and Ta2.

図27(a)〜(d)は、図26に示すメモリセルのSNMの特性を例示するものである。図27(a)〜(d)において、横軸はトランジスタP1およびN1の共通接続点の電圧V0を示し、縦軸はトランジスタP2およびN2の共通接続点の電圧V1を示す。   27A to 27D illustrate the SNM characteristics of the memory cell shown in FIG. 27A to 27D, the horizontal axis represents the voltage V0 at the common connection point of the transistors P1 and N1, and the vertical axis represents the voltage V1 at the common connection point of the transistors P2 and N2.

図27(a)〜(d)において破線の曲線および実線の曲線は各々バタフライ曲線と呼ばれる。これらの2本のバタフライ曲線は、途中で互いに交差して、上下および左右の位置関係が入れ替わる。そして、図27(a)〜(d)の各々には、破線のバタフライ曲線と実線のバタフライ曲線との間に挟まれた2つの領域内に各々収まる2個の正方形が描かれているが、この正方形の大きさがSNMの大きさである。さらに詳述すると、破線のバタフライ曲線が右上、実線のバタフライ曲線が左下となる領域における両バタフライ曲線間の正方形は、トランジスタP1およびN1の両ドレインの接続点の電圧V0を上昇させるようなノイズが発生するとき、メモリセルの記憶内容を反転させないノイズレベルの許容値を示すSNM(以下、便宜上、第1のSNMという)である。また、実線のバタフライ曲線が右上、破線のバタフライ曲線が左下となる領域における両バタフライ曲線間の正方形は、トランジスタP2およびN2の両ドレインの接続点の電圧V1を上昇させるようなノイズが発生するとき、メモリセルの記憶内容を反転させないノイズレベルの許容値を示すSNM(以下、便宜上、第2のSNMという)である。   In FIGS. 27A to 27D, the dashed curve and the solid curve are each called a butterfly curve. These two butterfly curves cross each other on the way, and the positional relationship between the top and bottom and the left and right is switched. In each of FIGS. 27A to 27D, two squares are drawn that fit in two regions sandwiched between a broken butterfly curve and a solid butterfly curve. The size of this square is the size of the SNM. More specifically, the square between the two butterfly curves in the region where the broken butterfly curve is at the upper right and the solid butterfly curve is at the lower left is a noise that increases the voltage V0 at the connection point of the drains of the transistors P1 and N1. When this occurs, it is an SNM (hereinafter referred to as a first SNM for convenience) indicating an allowable value of the noise level that does not invert the stored contents of the memory cell. The square between the two butterfly curves in the region where the solid butterfly curve is at the upper right and the broken butterfly curve is at the lower left is when noise that raises the voltage V1 at the connection point of the drains of the transistors P2 and N2 occurs. , An SNM (hereinafter referred to as a second SNM for convenience) indicating an allowable value of the noise level that does not invert the stored contents of the memory cell.

図27(a)および(c)は、SRAMの電源電圧VDDを1.0VとしたときのSNM特性を各々例示している。図27(a)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタのベータ値βや閾値電圧Vtのバランスが取れており、第1のSNMおよび第2のSNMが同程度であり、かつ、いずれも十分な大きさとなっている。従って、このメモリセルでは、安定したライトアクセスおよびリードアクセスが可能である。   FIGS. 27A and 27C illustrate the SNM characteristics when the power supply voltage VDD of the SRAM is 1.0 V, respectively. In the example shown in FIG. 27A, the beta value β and the threshold voltage Vt of each transistor constituting the memory cell are balanced, the first SNM and the second SNM are approximately the same, and Is also large enough. Therefore, in this memory cell, stable write access and read access are possible.

ところが、バタフライ曲線は、トランジスタP1、N1、P2、N2の各々のベータ値のバランスや閾値電圧のバランスに左右される。例えば図27(a)において、トランジスタP2のベータ値βpとトランジスタN2のベータ値βnとのベータレシオβp/βnが高くなると、破線のバタフライ曲線は右上方向に張り出す。逆にこのベータレシオβp/βnが低くなると、破線のバタフライ曲線は、左下方向に退行する。また、トランジスタN2の閾値電圧Vtnが増加して、トランジスタP2の閾値電圧Vtpが減少すると、破線のバタフライ曲線が急激に立ち下がる電圧V0が高くなる。逆にトランジスタN2の閾値電圧Vtnが減少して、トランジスタP2の閾値電圧Vtpが増加すると、破線のバタフライ曲線が急激に立ち下がる電圧V0は低くなる。   However, the butterfly curve depends on the balance of the beta values and the threshold voltage of each of the transistors P1, N1, P2, and N2. For example, in FIG. 27A, when the beta ratio βp / βn between the beta value βp of the transistor P2 and the beta value βn of the transistor N2 becomes higher, the broken butterfly curve projects in the upper right direction. Conversely, when the beta ratio βp / βn decreases, the broken butterfly curve retreats in the lower left direction. Further, when the threshold voltage Vtn of the transistor N2 increases and the threshold voltage Vtp of the transistor P2 decreases, the voltage V0 at which the broken butterfly curve suddenly falls increases. Conversely, when the threshold voltage Vtn of the transistor N2 decreases and the threshold voltage Vtp of the transistor P2 increases, the voltage V0 at which the broken butterfly curve suddenly falls decreases.

また、電圧V0を0VからVDDまで上昇させる過程において、トランジスタN2がONするとき、このトランジスタN2にトランジスタTa2を介して電流が流れ込むため、電圧V1はVSSレベル(0V)まで下がり切らず、VSSレベルから浮く。仮にトランジスタTa2を介して流れ込む電流が一定である場合、このときの電圧V1のVSSレベルからの浮きは、トランジスタN2の閾値電圧Vtnが高いほど、あるいはトランジスタN2のベータ値βnが低いほど大きくなる。   Further, in the process of increasing the voltage V0 from 0V to VDD, when the transistor N2 is turned on, a current flows into the transistor N2 via the transistor Ta2. Therefore, the voltage V1 does not fall down to the VSS level (0V), but the VSS level. Float from. If the current flowing through the transistor Ta2 is constant, the floating of the voltage V1 from the VSS level at this time increases as the threshold voltage Vtn of the transistor N2 is higher or the beta value βn of the transistor N2 is lower.

このように破線のバタフライ曲線は、トランジスタP2、N2の閾値電圧やベータ値の変化の影響を受ける。一方、実線のバタフライ曲線は、主にトランジスタP1、N1のベータ値のバランス、閾値電圧のバランスの変化の影響を受ける。このようにバタフライ曲線が各トランジスタの閾値電圧やベータ値の変化の影響を受けるため、第1および第2のSNMも、各トランジスタの閾値電圧やベータ値の変化の影響を受けることとなる。   Thus, the broken butterfly curve is affected by changes in threshold voltages and beta values of the transistors P2 and N2. On the other hand, the solid butterfly curve is mainly affected by changes in the balance of the beta values and the balance of the threshold voltages of the transistors P1 and N1. Thus, since the butterfly curve is affected by changes in the threshold voltage and beta value of each transistor, the first and second SNMs are also affected by changes in the threshold voltage and beta value of each transistor.

図27(c)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタの閾値電圧Vtまたはベータ値間にアンバランスが生じており、第1のSNMは十分な大きさがあるが、第2のSNMがやや小さくなっている。   In the example shown in FIG. 27C, an imbalance occurs between the threshold voltage Vt or the beta value of each transistor constituting the memory cell, and the first SNM is sufficiently large, but the second SNM Is slightly smaller.

このようにメモリセルを構成する各トランジスタの特性(具体的には閾値電圧VTやベータ値)がばらつくと、これに起因して第1および第2のSNMの各々の大きさにばらつきが生じる。   As described above, when the characteristics (specifically, the threshold voltage VT and the beta value) of the transistors constituting the memory cell vary, the sizes of the first and second SNMs vary.

また、SRAMの電源電圧VDDが小さくなると、メモリセルを構成する各トランジスタの特性ばらつきの第1および第2のSNMに対する影響の度合いが大きくなる。図27(b)および(d)はその例を示すものである。この図27(b)および(d)の例では、SRAMの電源電圧VDDを0.5Vとしている。図27(b)に示す例では、電源電圧VDDが0.5Vであるため、第1および第2のSNMはかなり小さなものとなるが、メモリセルを構成する各トランジスタの特性のバランスが取れているため、第1および第2のSNMは、正常なライトアクセスおよびリードアクセスを可能ならしめる大きさとなっている。ところが、図27(d)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタの特性に微妙なアンバランスがあり、その影響により第2のSNMが殆どなくなっている。このように動作マージンが不足した状態ではライトアクセスおよびリードアクセスに支障が生じる。   Further, when the power supply voltage VDD of the SRAM is reduced, the degree of influence on the first and second SNMs of the characteristic variation of each transistor constituting the memory cell is increased. FIGS. 27B and 27D show examples thereof. In the examples of FIGS. 27B and 27D, the power supply voltage VDD of the SRAM is 0.5V. In the example shown in FIG. 27B, since the power supply voltage VDD is 0.5 V, the first and second SNMs are considerably small. However, the characteristics of the transistors constituting the memory cell are balanced. Therefore, the first and second SNMs are sized to enable normal write access and read access. However, in the example shown in FIG. 27 (d), there is a delicate imbalance in the characteristics of the transistors constituting the memory cell, and the second SNM is almost eliminated due to the influence. As described above, when the operation margin is insufficient, the write access and the read access are hindered.

このようにメモリセルを構成する各トランジスタの特性にアンバランスが生じると、SRAMのSNMが悪影響を受け、特に電源電圧VDDが低いときにその悪影響が大きくなる。   When an imbalance occurs in the characteristics of the transistors constituting the memory cell in this way, the SNM of the SRAM is adversely affected, particularly when the power supply voltage VDD is low.

しかるに特許文献1の技術では、このようなSRAMのメモリセルを構成する2つのインバータの電源電流経路に抵抗値が変化する相変化メモリ素子を各々介挿している。このような相変化メモリ素子を介挿した場合、一方のインバータを構成するトランジスタP0およびN0と他方のインバータを構成するトランジスタP1およびN1(図25参照)とで、バイアス条件にアンバランスが生じる。この結果、各インバータを構成するトランジスタの特性にアンバランスが生じ、メモリセルのSNMを大きく劣化させるのである。以上はSRAMの静的動作の分析であるが、さらに加えて、動的な動作を鑑みても、ノードS0にトランジスタNsのゲート容量が加わり、ノードS0とノードS1とで容量がアンバランスになっており、この容量のアンバランスが動的な動作マージンを低下させる。   However, in the technique of Patent Document 1, phase change memory elements whose resistance values change are respectively inserted in power supply current paths of two inverters constituting such SRAM memory cells. When such a phase change memory element is interposed, the transistors P0 and N0 constituting one inverter and the transistors P1 and N1 (see FIG. 25) constituting the other inverter are unbalanced in bias conditions. As a result, the characteristics of the transistors constituting each inverter are unbalanced, and the SNM of the memory cell is greatly deteriorated. The above is the analysis of the static operation of the SRAM. In addition, considering the dynamic operation, the gate capacitance of the transistor Ns is added to the node S0, and the capacitance is unbalanced between the node S0 and the node S1. This capacity imbalance reduces the dynamic operating margin.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、SRAMとしての機能を損なうことなく、揮発性記憶部の記憶データの書き換え、記憶データを不揮発性記憶部に書き込むストア、不揮発性記憶部から揮発性記憶部にデータを書き込むリコールの動作を容易に行うことができる不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。また、この発明の第2の目的は、セルを構成する素子の特性ばらつきに強い不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。また、この発明の第3の目的は、少ない素子数(小さい面積)で高速動作可能な不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and a first object thereof is to rewrite the stored data in the volatile storage unit and to store the stored data in the nonvolatile storage unit without impairing the function as the SRAM. It is an object of the present invention to provide a non-volatile memory cell and a non-volatile memory that can easily perform a store operation for writing data and a recall operation for writing data from a non-volatile storage unit to a volatile storage unit. A second object of the present invention is to provide a non-volatile memory cell and a non-volatile memory that are resistant to variations in characteristics of elements constituting the cell. A third object of the present invention is to provide a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that can operate at high speed with a small number of elements (small area).

この発明は、揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、前記揮発性記憶部は、互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、前記不揮発性記憶部は、前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルを提供する。   The present invention includes a volatile storage unit and a nonvolatile storage unit, and the volatile storage unit includes a flip-flop composed of first and second inverters each having an output signal of the other party as an input signal, A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line; a second switch interposed between an output node of the second inverter and an inverted bit line; And the nonvolatile memory section includes a third switch and a first resistance variable element inserted in series between an output node of the first inverter and the bit line, and the second resistance element. A fourth switch and a second variable resistance element interposed in series between the output node of the inverter and the inverted bit line, wherein the first and second variable resistance elements are: The bit line and the inversion bit The third and fourth switches are respectively provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, and the first and second resistors are provided on the line side, respectively. Each of the variable elements has a resistance value that changes in a first direction when a current from an output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed, and the bit line or A resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from an inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory cell is provided.

かかる発明によれば、第1および第2のスイッチをOFF、第3および第4のスイッチをONとし、ビット線および反転ビット線にデータ“1”/“0”を表現するための2種類の電圧の中間の電圧を与えることにより、揮発性記憶部の記憶データに対応した電流であって、互いに逆方向の電流を第1および第2の抵抗変化型素子に流し、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値を互いに逆方向に変化させることができる(ストア動作)。この場合、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係が不揮発性記憶部の記憶データを表す。   According to this invention, the first and second switches are turned OFF, the third and fourth switches are turned ON, and two types of data for expressing data “1” / “0” on the bit line and the inverted bit line are provided. By applying a voltage intermediate between the voltages, currents corresponding to the data stored in the volatile storage unit and flowing in opposite directions to the first and second variable resistance elements are supplied to the first and second resistance change elements. Each resistance value of the resistance variable element can be changed in the opposite direction (store operation). In this case, the magnitude relationship between the resistance values of the first and second variable resistance elements represents the data stored in the nonvolatile storage unit.

また、第1および第2のスイッチをOFF、第3および第4のスイッチをONとし、ビット線および反転ビット線に0Vを与えて揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げると、揮発性記憶部の第1のインバータの出力ノードに対する電流と第2のインバータの出力ノードに対する電流との間に不揮発性記憶部の記憶データ(第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係)に応じた差を生じさせ、揮発性記憶部に不揮発性記憶部の記憶データを書き込むことができる(リコール動作)。   When the first and second switches are turned OFF, the third and fourth switches are turned ON, and 0 V is applied to the bit line and the inverted bit line to raise the power supply voltage to the flip-flop of the volatile memory portion, Between the current to the output node of the first inverter and the current to the output node of the second inverter, the storage data (the resistance values of the first and second resistance change elements) A difference in accordance with the magnitude relationship) is generated, and the storage data of the nonvolatile storage unit can be written into the volatile storage unit (recall operation).

そして、第3および第4のスイッチをOFFとすれば、第1および第2の抵抗変化型素子を揮発性記憶部から切り離し、揮発性記憶部を通常のSRAMのメモリセルとして動作させることができる。この場合、揮発性記憶部には、その機能を損なう余分な回路および寄生的な容量が一切接続されていないので、高いSNMが得られる。   If the third and fourth switches are turned OFF, the first and second resistance change elements can be disconnected from the volatile storage unit, and the volatile storage unit can be operated as a normal SRAM memory cell. . In this case, a high SNM can be obtained because the volatile storage unit is not connected to any extra circuit or parasitic capacitance that impairs its function.

従って、この発明によれば、SRAMとしての機能を損なうことなく、揮発性記憶部の記憶データの書き換え、記憶データを不揮発性記憶部に書き込むストア、不揮発性記憶部から揮発性記憶部にデータを書き込むリコールの動作を容易に行うことができる不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを実現することができる。また、この発明において、不揮発性記憶部では、2つの抵抗変化型素子の抵抗値の大小関係が記憶データを示す。また、ストア時には、互いに逆方向の電流を第1および第2の抵抗変化型素子に流し、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値を互いに逆方向に変化させる。従って、抵抗変化型素子の特性ばらつきが大きくても、ストア時には、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係を揮発性記憶部の記憶データに応じた大小関係とすることができる。よって、この発明によれば、セルを構成する素子の特性ばらつきに強い不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを実現することができる。   Therefore, according to the present invention, the data stored in the volatile storage unit is rewritten, the stored data is written in the nonvolatile storage unit, and the data is transferred from the nonvolatile storage unit to the volatile storage unit without impairing the function as the SRAM. It is possible to realize a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that can easily perform a recall operation for writing. In the present invention, in the nonvolatile memory unit, the magnitude relationship between the resistance values of the two resistance variable elements indicates stored data. At the time of storing, currents in opposite directions are passed through the first and second resistance variable elements, and the resistance values of the first and second resistance variable elements are changed in opposite directions. Therefore, even when the characteristic variation of the resistance variable element is large, the magnitude relationship between the resistance values of the first and second resistance variable elements at the time of storing is set to a magnitude relation corresponding to the storage data of the volatile storage unit. Can do. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that are resistant to variations in characteristics of elements constituting the cell.

また、この発明によれば、不揮発性メモリセルに設ける不揮発性記憶部の素子数が少なく、また、ストア時およびリコール時に抵抗変化型素子に流す電流が少なくて済むので、面積が小さくて安価な不揮発性メモリのチップを実現することができる。   In addition, according to the present invention, the number of elements of the nonvolatile memory portion provided in the nonvolatile memory cell is small, and the current flowing through the resistance variable element at the time of storing and recalling is small, so the area is small and inexpensive. A non-volatile memory chip can be realized.

好ましい態様では、抵抗変化型素子として、MTJ素子や電界誘起巨大抵抗変化の発生する抵抗素子が用いられる。この態様によれば、高速にストアおよびリコールを行うことができる。   In a preferred embodiment, an MTJ element or a resistance element that generates an electric field induced giant resistance change is used as the resistance change element. According to this aspect, store and recall can be performed at high speed.

なお、第1の抵抗変化型素子と第3のスイッチの位置関係および第2の抵抗変化型素子と第4のスイッチの位置関係を入れ替えてもよい。この場合も、上記と同様なストア動作が得られる。また、リコール時には、ビット線および反転ビット線に対し、データ“1”/“0”を表現するための2種類の電圧のうち高い方の電圧を与えることにより上記と同様なリコール動作が得られる。   The positional relationship between the first variable resistance element and the third switch and the positional relationship between the second variable resistance element and the fourth switch may be interchanged. Also in this case, a store operation similar to the above can be obtained. At the time of recall, the same recall operation as described above can be obtained by applying the higher one of the two kinds of voltages for expressing data “1” / “0” to the bit line and the inverted bit line. .

他の好ましい態様において、この発明による不揮発性メモリセルからなる不揮発性メモリセルアレイを備えた不揮発性メモリは、同不揮発性メモリは電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えており、ストア動作時には、この昇圧回路の出力電圧をフリップフロップに対する電源電圧、第3および第4のスイッチをONさせるための書込電圧として用いる。従って、不揮発性メモリに対する電源電圧を、SRAMを動作させることが可能な最低限の電圧とすることができる。   In another preferred embodiment, a nonvolatile memory including a nonvolatile memory cell array composed of nonvolatile memory cells according to the present invention includes a booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage. The output voltage of the booster circuit is used as a power supply voltage for the flip-flop and a write voltage for turning on the third and fourth switches. Therefore, the power supply voltage for the non-volatile memory can be set to a minimum voltage at which the SRAM can be operated.

この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 同不揮発性メモリセルの第1の動作条件を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a first operating condition of the nonvolatile memory cell. 同不揮発性メモリセルの第2の動作条件を示す図である。It is a figure which shows the 2nd operating condition of the non-volatile memory cell. この発明の第2実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory cell which is 2nd Embodiment of this invention. 同不揮発性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 non-volatile memory cell. この発明の第3実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 3rd Embodiment of this invention. 同不揮発性RAMの具体的構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structural example of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMの行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMの制御部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control part of the non-volatile RAM. 同実施形態のストア動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the store operation | movement of the embodiment. 同実施形態のリコール動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the recall operation | movement of the embodiment. この発明の第4実施形態である不揮発性RAMにおいて行われる分割ストア動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the division | segmentation store operation | movement performed in the non-volatile RAM which is 4th Embodiment of this invention. この発明の第5実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 5th Embodiment of this invention. 同不揮発性RAMに好適な行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit suitable for the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMにおいて信号WREBを発生する回路を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing a circuit for generating a signal WREB in the nonvolatile RAM. FIG. 同実施形態のリコール動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the recall operation | movement of the embodiment. この発明の第6実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 6th Embodiment of this invention. この発明の第7実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 7th Embodiment of this invention. この発明の第8実施形態である不揮発性RAMにおける一行分の行選択回路および不揮発性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 the row selection circuit and nonvolatile memory cell for one row in the nonvolatile RAM which is 8th Embodiment of this invention. 同実施形態の動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the embodiment. この発明の第9実施形態である不揮発性RAMにおける一行分の行選択回路および不揮発性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 the row selection circuit for one row and nonvolatile memory cell in the nonvolatile RAM which is 9th Embodiment of this invention. この発明の第10実施形態である不揮発性RAMにおける一行分の行選択回路および不揮発性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 the row selection circuit and nonvolatile memory cell for one row in the nonvolatile RAM which is 10th Embodiment of this invention. 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 an MTJ element. MTJ素子を利用したメモリセルの断面構造を例示する図である。It is a figure which illustrates the cross-sectional structure of the memory cell using an MTJ element. 従来の不揮発性メモリセルの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the conventional non-volatile memory cell. 一般的なSRAMのメモリセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a general SRAM memory cell; FIG. 同メモリセルのスタティックノイズマージンを例示する図である。It is a figure which illustrates the static noise margin of the memory cell.

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、トランジスタはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ)を指す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the transistor refers to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; field-effect transistor having a metal-oxide film-semiconductor structure).

<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセル10の構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10は、揮発性記憶部11と、不揮発性記憶部12とを有する。揮発性記憶部11は、通常のSRAMにおいてメモリセルとして用いられるものと同様な構成を有している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10 according to the first embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cell 10 includes a volatile storage unit 11 and a nonvolatile storage unit 12. The volatile storage unit 11 has a configuration similar to that used as a memory cell in a normal SRAM.

より具体的には、揮発性記憶部11は、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータINV1と、PチャネルトランジスタP2およびNチャネルトランジスタN2からなるインバータINV2と、第1および第2のスイッチとしてのNチャネルトランジスタTa1およびTa2を有している。ここで、インバータINV1およびINV2は、互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号としており、フリップフロップを構成している。このフリップフロップは、高電位側電源電圧VDCを供給するための電源線と低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線との間に介挿されている。NチャネルトランジスタTa1は、インバータINV1の出力ノードV1とビット線BLとの間に介挿されている。また、NチャネルトランジスタTa2は、インバータINV2の出力ノードV2と反転ビット線BLBとの間に介挿されている。これらのNチャネルトランジスタTa1およびTa2は、行選択電圧WLがアクティブレベルとなることによりONとなる。これによりビット線BLおよび反転ビット線BLBを介した揮発性記憶部11のフリップフロップへのデータ書き込みと、揮発性記憶部11のフリップフロップからビット線BLおよび反転ビット線BLBへのデータ読み出しが可能になる。   More specifically, the volatile memory unit 11 includes an inverter INV1 composed of a P-channel transistor P1 and an N-channel transistor N1, an inverter INV2 composed of a P-channel transistor P2 and an N-channel transistor N2, and first and second switches. N-channel transistors Ta1 and Ta2. Here, the inverters INV1 and INV2 use the output signals of the other party as input signals for each other, and constitute a flip-flop. This flip-flop is interposed between a power supply line for supplying the high potential side power supply voltage VDC and a power supply line for supplying the low potential side power supply voltage VSS. The N channel transistor Ta1 is interposed between the output node V1 of the inverter INV1 and the bit line BL. The N channel transistor Ta2 is interposed between the output node V2 of the inverter INV2 and the inverted bit line BLB. These N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned on when the row selection voltage WL becomes an active level. As a result, data can be written to the flip-flop of the volatile memory unit 11 via the bit line BL and the inverted bit line BLB, and data can be read from the flip-flop of the volatile memory unit 11 to the bit line BL and the inverted bit line BLB. become.

不揮発性記憶部12は、インバータINV1の出力ノードV1とビット線BLとの間に直列に介挿された第3のスイッチとしてのNチャネルトランジスタTw1および抵抗変化型素子R1と、インバータINV2の出力ノードV2と反転ビット線BLBとの間に直列に介挿された第4のスイッチとしてのNチャネルトランジスタTw2および抵抗変化型素子R2とを有する。ここで、NチャネルトランジスタTw1は、ソースがインバータINV1の出力ノードV1に接続され、ドレインが抵抗変化型素子R1の一端に接続されている。そして、抵抗変化型素子R1の他端はビット線BLに接続されている。また、NチャネルトランジスタTw2は、ソースがインバータINV2の出力ノードV2に接続され、ドレインが抵抗変化型素子R2の一端に接続されている。そして、抵抗変化型素子R2の他端は反転ビット線BLBに接続されている。そして、NチャネルトランジスタTw1およびTw2の各ゲートには書込電圧WREが与えられる。   The nonvolatile memory unit 12 includes an N-channel transistor Tw1 and a resistance variable element R1 as a third switch inserted in series between the output node V1 of the inverter INV1 and the bit line BL, and an output node of the inverter INV2. It has an N-channel transistor Tw2 and a resistance variable element R2 as a fourth switch inserted in series between V2 and the inverted bit line BLB. Here, the N-channel transistor Tw1 has a source connected to the output node V1 of the inverter INV1, and a drain connected to one end of the resistance variable element R1. The other end of the resistance variable element R1 is connected to the bit line BL. The N-channel transistor Tw2 has a source connected to the output node V2 of the inverter INV2, and a drain connected to one end of the resistance variable element R2. The other end of the resistance variable element R2 is connected to the inverted bit line BLB. A write voltage WRE is applied to the gates of N-channel transistors Tw1 and Tw2.

抵抗変化型素子R1およびR2の各々は、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONである状態において、インバータINV1(INV2)の出力ノードからビット線BL(反転ビット線BLB)に向かう逆方向電流を通過させたときに抵抗値が第1の方向(例えば増加方向)に変化し、ビット線BL(反転ビット線BLB)からインバータINV1(INV2)の出力ノードに向かう順方向電流を通過させたときに第1の方向と逆方向の第2の方向(例えば減少方向)に抵抗値が変化する抵抗変化素子である。不揮発性記憶部12では、この抵抗変化型素子R1およびR2の大小関係が記憶データの“1”/“0”を表す。   Each of resistance change elements R1 and R2 passes a reverse current from the output node of inverter INV1 (INV2) to bit line BL (inverted bit line BLB) while N-channel transistors Tw1 and Tw2 are ON. When the resistance value changes in a first direction (for example, an increasing direction), a forward current from the bit line BL (inverted bit line BLB) to the output node of the inverter INV1 (INV2) is passed. The resistance change element has a resistance value that changes in a second direction (for example, a decreasing direction) opposite to the first direction. In the nonvolatile memory unit 12, the magnitude relationship between the resistance variable elements R1 and R2 represents “1” / “0” of the stored data.

一例として、抵抗変化型素子R1およびR2は、スピン注入型MTJ素子である。ここで、抵抗変化型素子R1およびR2をスピン注入型MTJ素子とする場合、抵抗変化型素子R1であるスピン注入型MTJ素子のピン層をNチャネルトランジスタTw1のドレインに、フリー層をビット線BLに接続し、抵抗変化型素子R2であるスピン注入型MTJ素子のピン層をNチャネルトランジスタTw2のドレインに、フリー層を反転ビット線BLBに各々接続する。このようにすることで、上記のような抵抗変化型素子R1およびR2の抵抗変化特性を得ることができる。   As an example, the resistance variable elements R1 and R2 are spin injection MTJ elements. Here, when the resistance variable elements R1 and R2 are spin injection MTJ elements, the pin layer of the spin injection MTJ element, which is the resistance variable element R1, is the drain of the N-channel transistor Tw1, and the free layer is the bit line BL. The pin layer of the spin injection MTJ element, which is the resistance variable element R2, is connected to the drain of the N-channel transistor Tw2, and the free layer is connected to the inverted bit line BLB. By doing so, the resistance change characteristics of the resistance change elements R1 and R2 as described above can be obtained.

あるいは抵抗変化型素子R1およびR2として、ReRAMのメモリセルに用いられるCER(Colossal Electro−Resistance;電界誘起巨大抵抗変化)抵抗素子を利用してもよい。   Alternatively, CER (Corrosive Electro-Resistance) resistance elements used in ReRAM memory cells may be used as the resistance change elements R1 and R2.

本実施形態では、揮発性記憶部11に記憶されたデータを不揮発性記憶部12に書き込むストアと、不揮発性記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に書き込むリコールが可能である。本実施形態では、このストアとリコールを行わせるため、適切なレベルの書込電圧WREによりNチャネルトランジスタTw1およびTw2がONとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11のインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に各々接続される。   In the present embodiment, a store for writing data stored in the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 and a recall for writing the data stored in the nonvolatile storage unit 12 to the volatile storage unit 11 are possible. In the present embodiment, in order to perform this store and recall, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on by an appropriate level of the write voltage WRE, and the resistance variable elements R1 and R2 are connected to the inverter INV1 of the volatile storage unit 11. Output node V1 and inverter INV2 output node V2.

図2は不揮発性メモリセル10を1.2Vの電源電圧で動作させる場合の動作条件を示している。以下、図2を参照し、本実施形態の動作を説明する。図2に示す例では、高電位側電源電圧VDCが1.2V、低電位側電源電圧VSSが0Vとなっている。不揮発性メモリセル10を通常のSRAMのメモリセルとして動作させる場合には、書込電圧WREが0Vとされる。この結果、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がOFFとなり、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から切り離される。この状態では、ビット線BLおよびBLBを介した揮発性記憶部11へのアクセスが可能である。   FIG. 2 shows operating conditions when the nonvolatile memory cell 10 is operated with a power supply voltage of 1.2V. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 2, the high potential side power supply voltage VDC is 1.2V, and the low potential side power supply voltage VSS is 0V. When the nonvolatile memory cell 10 is operated as a normal SRAM memory cell, the write voltage WRE is set to 0V. As a result, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned off, and the resistance variable elements R1 and R2 are disconnected from the volatile storage unit 11. In this state, the volatile storage unit 11 can be accessed via the bit lines BL and BLB.

図2には、揮発性記憶部11からのデータ読み出しの動作条件が示されている。揮発性記憶部11からのデータ読み出しを行うために、行選択電圧WLが1.2Vとされ、NチャネルトランジスタTa1およびTa2がONとされる。そして、揮発性記憶部11にデータ“1”が記憶されている場合には、インバータINV1の出力ノードV1の電圧約1.2Vがビット線BLに、インバータINV2の出力ノードV2の電圧約0Vがビット線BLBに読み出される。また、揮発性記憶部11にデータ“0”が記憶されている場合には、インバータINV1の出力ノードV1の電圧約0Vがビット線BLに、インバータINV2の出力ノードV2の電圧約1.2Vがビット線BLBに読み出される。図示は省略したが、揮発性記憶部11へのデータ書き込みを行う場合には、ビット線BLおよびBLBからインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に、書込データに対応した電圧が各々与えられ、書込データがインバータINV1およびINV2からなるフリップフロップに保持される。   FIG. 2 shows operating conditions for reading data from the volatile storage unit 11. In order to read data from the volatile storage unit 11, the row selection voltage WL is set to 1.2 V, and the N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned on. When the data “1” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of about 1.2 V at the output node V1 of the inverter INV1 is applied to the bit line BL, and the voltage of about 0 V at the output node V2 of the inverter INV2 is applied. Read to the bit line BLB. Further, when data “0” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of about 0 V of the output node V1 of the inverter INV1 is applied to the bit line BL, and the voltage of about 1.2 V of the output node V2 of the inverter INV2 is applied. Read to the bit line BLB. Although not shown, when data is written to the volatile storage unit 11, voltages corresponding to write data are applied from the bit lines BL and BLB to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2. Each is applied, and write data is held in a flip-flop formed of inverters INV1 and INV2.

不揮発性メモリセル10の電源を切断する場合には、電源切断に先立って、揮発性記憶部11に記憶されたデータを不揮発性記憶部12に転送するストアが行われる。図2に示す例では、行選択電圧WLが0V、書込電圧WREが1.5Vとされ、ビット線BLおよび反転ビット線BLBに対する電圧は0.6Vとされる。ここで、1.5Vの電圧は、1.2Vの電源電圧を昇圧することにより生成され、0.6Vの電圧は同電源電圧を降圧することにより生成される。   When the power of the nonvolatile memory cell 10 is turned off, a store for transferring the data stored in the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 is performed prior to the power-off. In the example shown in FIG. 2, the row selection voltage WL is 0V, the write voltage WRE is 1.5V, and the voltage for the bit line BL and the inverted bit line BLB is 0.6V. Here, the voltage of 1.5V is generated by boosting the power supply voltage of 1.2V, and the voltage of 0.6V is generated by stepping down the power supply voltage.

書込電圧WREを1.5Vにするのは、次の理由による。まず、例えばインバータINV1の出力ノードV1の電圧が0V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が1.2Vであったとする。この場合において、仮に書込電圧WREを電源電圧と同じ1.2Vにすると、抵抗変化型素子R2に印加可能な電圧の最大値が、この書込電圧WRE=1.2Vと反転ビット線BLBの電圧0.6Vとの差分0.6VからNチャネルトランジスタTw2の閾値分だけ低下した電圧となる。逆にインバータINV1の出力ノードV1の電圧が1.2V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が0Vである場合には、抵抗変化型素子R1に印加可能な電圧の最大値が、この書込電圧WRE=1.2Vとビット線BLの電圧0.6Vとの差分0.6VからNチャネルトランジスタTw1の閾値分だけ低下した電圧となる。このような抵抗変化型素子R1およびR2への印加電圧の低下は、確実なストア動作の妨げとなるので好ましくない。   The write voltage WRE is set to 1.5 V for the following reason. First, for example, assume that the voltage at the output node V1 of the inverter INV1 is 0V, and the voltage at the output node V2 of the inverter INV2 is 1.2V. In this case, if the write voltage WRE is set to 1.2 V, which is the same as the power supply voltage, the maximum value of the voltage that can be applied to the resistance variable element R2 is the write voltage WRE = 1.2 V and the inverted bit line BLB. The voltage is reduced by the threshold value of the N-channel transistor Tw2 from the difference of 0.6V from the voltage of 0.6V. Conversely, when the voltage at the output node V1 of the inverter INV1 is 1.2V and the voltage at the output node V2 of the inverter INV2 is 0V, the maximum value of the voltage that can be applied to the resistance variable element R1 is the write voltage. The voltage is reduced by the threshold value of the N-channel transistor Tw1 from the difference of 0.6V between WRE = 1.2V and the voltage of the bit line BL of 0.6V. Such a decrease in the voltage applied to the resistance variable elements R1 and R2 is not preferable because it prevents a reliable store operation.

また、抵抗変化型素子R1およびR2の抵抗値の変化を生じさせる十分な電流を各抵抗変化型素子に流すために、NチャネルトランジスタTw1およびTw2の抵抗を小さくする必要がある。このため、書込電圧WREを電源電圧1.2Vより高い1.5Vにしているのである。   In addition, the resistances of the N-channel transistors Tw1 and Tw2 need to be reduced in order to cause a sufficient current that causes a change in the resistance value of the resistance variable elements R1 and R2 to flow through each resistance variable element. Therefore, the write voltage WRE is set to 1.5V which is higher than the power supply voltage 1.2V.

1.5Vの書込電圧WREが出力され、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONになると、不揮発性記憶部12ではストア動作が行われる。ここで、揮発性記憶部11にデータ“1”が記憶された状態では、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が1.2V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が0Vとなっている。この状態において、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONになると、インバータINV1の出力ノードV1(1.2V)からビット線BL(0.6V)に向かう逆方向電流が抵抗変化型素子R1に流れ、抵抗変化型素子R1の抵抗値が上昇する。また、ビット線BLB(0.6V)からインバータINV2の出力ノードV2(0V)に向かう順方向電流が抵抗変化型素子R2に印加され、抵抗変化型素子R2の抵抗値が低下する。このようにデータ“1”のストアにより、不揮発性記憶部12の抵抗変化型素子R1は高抵抗に、抵抗変化型素子R2は低抵抗になる。   When the 1.5V write voltage WRE is output and the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, the nonvolatile memory unit 12 performs a store operation. Here, in a state where data “1” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V 1 of the inverter INV 1 is 1.2 V, and the voltage of the output node V 2 of the inverter INV 2 is 0 V. In this state, when the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, a reverse current from the output node V1 (1.2V) of the inverter INV1 to the bit line BL (0.6V) flows to the resistance variable element R1. The resistance value of the variable element R1 increases. Further, a forward current from the bit line BLB (0.6 V) toward the output node V2 (0 V) of the inverter INV2 is applied to the resistance variable element R2, and the resistance value of the resistance variable element R2 decreases. As described above, by storing the data “1”, the resistance variable element R1 of the nonvolatile memory unit 12 becomes high resistance and the resistance variable element R2 becomes low resistance.

一方、揮発性記憶部11にデータ“0”が記憶された状態では、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が0V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が1.2Vとなっている。この状態において、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONになると、ビット線BL(0.6V)からインバータINV1の出力ノードV1(0V)に向かう順方向電流が抵抗変化型素子R1に流れ、抵抗変化型素子R1の抵抗値が低下する。また、インバータINV2の出力ノードV2(1.2V)から反転ビット線BLB(0.6V)に向かう逆方向電流が抵抗変化型素子R2に流れ、抵抗変化型素子R2の抵抗値が上昇する。このようにデータ“0”のストアにより、不揮発性記憶部12の抵抗変化型素子R1は低抵抗に、抵抗変化型素子R2は高抵抗になる。   On the other hand, in a state where data “0” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V1 of the inverter INV1 is 0V, and the voltage of the output node V2 of the inverter INV2 is 1.2V. In this state, when the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, a forward current from the bit line BL (0.6 V) toward the output node V1 (0 V) of the inverter INV1 flows to the resistance variable element R1, and the resistance variable type The resistance value of the element R1 decreases. Further, a reverse current from the output node V2 (1.2V) of the inverter INV2 toward the inverted bit line BLB (0.6V) flows to the resistance variable element R2, and the resistance value of the resistance variable element R2 increases. Thus, by storing data “0”, the resistance variable element R1 of the nonvolatile memory unit 12 becomes low resistance, and the resistance variable element R2 becomes high resistance.

抵抗変化型素子R1およびR2として、非特許文献1のMTJ素子を用いた場合は、抵抗変化型素子に対する印加電圧を0.6V以上確保できればストアが可能であり、そのとき抵抗変化型素子に流れる電流は、49μAとなる。   When the MTJ element of Non-Patent Document 1 is used as the resistance variable elements R1 and R2, if the applied voltage to the resistance variable element can be secured to 0.6 V or more, the store can be performed, and the current flows to the resistance variable element at that time. The current is 49 μA.

次に不揮発記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に書き込むリコール動作について説明する。リコール動作では、行選択電圧WLを0VとしてNチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFFとする。また、書込電圧WREを0.5VとしてNチャネルトランジスタTw1およびTw2をONさせ、抵抗変化型素子R1およびR2を揮発性記憶部11のインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に各々接続する。ここで、書込電圧WREを揮発性記憶部11に対する電源電圧よりも低い0.5Vとするのは、リコール動作時に抵抗変化型素子R1およびR2に流れる電流を制限して低消費電力にすると同時に、誤書き込みを防止するために、抵抗変化型素子R1およびR2に過大な電圧が印加されないようにするためである。   Next, a recall operation for writing data stored in the nonvolatile storage unit 12 to the volatile storage unit 11 will be described. In the recall operation, the row selection voltage WL is set to 0 V, and the N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned off. Further, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on by setting the write voltage WRE to 0.5 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are respectively connected to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2 Connecting. Here, the reason why the write voltage WRE is set to 0.5 V, which is lower than the power supply voltage for the volatile storage unit 11, is that the current flowing through the resistance variable elements R1 and R2 is limited during the recall operation to reduce power consumption. This is to prevent an excessive voltage from being applied to the resistance variable elements R1 and R2 in order to prevent erroneous writing.

そして、リコール動作では、ビット線BLおよびBLBに対する電圧を、揮発性記憶部11においてデータ“1”/“0”を表現するための2種類の電圧のうち低い方の電圧、具体的には0Vに保ち、書込電圧WREを0.5Vに保った状態で、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを0Vから1.2Vに上昇させる。   In the recall operation, the voltage for the bit lines BL and BLB is set to the lower one of the two voltages for expressing the data “1” / “0” in the volatile storage unit 11, specifically 0 V. The high-potential-side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 is increased from 0V to 1.2V while maintaining the write voltage WRE at 0.5V.

ここで、不揮発性記憶部12がデータ“1”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっている。この状態で、高電位側電源電圧VDCが0Vから1.2Vに上昇すると、インバータINV1の出力ノードV1から抵抗変化型素子R1を介してビット線BLに向けて流れる電流よりもインバータINV2の出力ノードV2から抵抗変化型素子R2を介して反転ビット線BLBに向けて流れる電流の方が大きくなるので、出力ノードV1の電圧の方が出力ノードV2の電圧より高くなる。この結果、揮発性記憶部11は、インバータINV1の出力ノードV1がHighレベル、インバータINV2の出力ノードV2がLowレベルとなり、この状態を保持する。すなわち、データ“1”が揮発性記憶部11に記憶され、データ“1”のリコールが完了する。このとき、抵抗変化型素子R1およびR2に流れる電流は、非特許文献1のMTJ素子を用いれば、それぞれ10μA、15μA程度になる。   When the nonvolatile storage unit 12 stores data “1”, the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance. In this state, when the high-potential-side power supply voltage VDC increases from 0 V to 1.2 V, the output node of the inverter INV2 is more than the current flowing from the output node V1 of the inverter INV1 to the bit line BL via the resistance variable element R1. Since the current flowing from V2 to the inverted bit line BLB via the resistance variable element R2 becomes larger, the voltage at the output node V1 becomes higher than the voltage at the output node V2. As a result, in the volatile storage unit 11, the output node V1 of the inverter INV1 is at the high level and the output node V2 of the inverter INV2 is at the low level, and this state is maintained. That is, the data “1” is stored in the volatile storage unit 11 and the recall of the data “1” is completed. At this time, if the MTJ element of Non-Patent Document 1 is used, the currents flowing through the resistance variable elements R1 and R2 are about 10 μA and 15 μA, respectively.

一方、不揮発性記憶部12がデータ“0”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗となっている。この場合、リコールを行うために、高電位側電源電圧VDCを0Vから1.2Vに上昇させると、インバータINV1の出力ノードV1から抵抗変化型素子R1を介してビット線BLに向けて流れる電流よりもインバータINV2の出力ノードV2から抵抗変化型素子R2を介して反転ビット線BLBに向けて流れる電流の方が小さくなるので、出力ノードV2の電圧の方が出力ノードV1の電圧より高くなる。この結果、揮発性記憶部11は、インバータINV1の出力ノードV1がLowレベル、インバータINV2の出力ノードV2がHighレベルとなり、この状態を保持する。すなわち、データ“0”が揮発性記憶部11に記憶され、データ“0”のリコールが完了する。   On the other hand, when the nonvolatile storage unit 12 stores data “0”, the resistance variable element R1 has a low resistance and the resistance variable element R2 has a high resistance. In this case, when the high potential side power supply voltage VDC is raised from 0 V to 1.2 V in order to perform the recall, the current flowing from the output node V1 of the inverter INV1 toward the bit line BL via the resistance variable element R1 is increased. Since the current flowing from the output node V2 of the inverter INV2 toward the inverted bit line BLB via the resistance change element R2 is smaller, the voltage of the output node V2 is higher than the voltage of the output node V1. As a result, the volatile storage unit 11 maintains the state in which the output node V1 of the inverter INV1 is at the low level and the output node V2 of the inverter INV2 is at the high level. That is, the data “0” is stored in the volatile storage unit 11 and the recall of the data “0” is completed.

リコールが完了すると、書込電圧WREが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から切り離される。これによりSRAMとしての動作が開始される。この状態において、揮発性記憶部11は、完全対称性のある6Tr構成のSRAMのメモリセルと同様な構成を有するので、広いSNMが得られる。   When the recall is completed, the write voltage WRE is set to 0 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are disconnected from the volatile storage unit 11. Thereby, the operation as the SRAM is started. In this state, the volatile storage unit 11 has the same configuration as that of a 6Tr configuration SRAM memory cell having complete symmetry, and thus a wide SNM can be obtained.

図3は不揮発性メモリセル10を0.6Vの極低電源電圧で動作させる場合の動作条件を示している。不揮発性メモリセル10を通常のSRAMのメモリセルとして動作させる場合には、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを0.6Vとしてもよい。しかし、ストアを行わせる場合には、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを1.2Vとし、書込電圧WREを1.5Vとする。この場合、不揮発性メモリセル10を搭載したメモリチップに対する電源電圧は0.6Vであるので、この電源電圧を昇圧することにより、高電位側電源電圧VDC、書込電圧WREを生成する。ストアの動作は図2と同様である。   FIG. 3 shows operating conditions when the nonvolatile memory cell 10 is operated at an extremely low power supply voltage of 0.6V. When the nonvolatile memory cell 10 is operated as a normal SRAM memory cell, the high-potential-side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 may be 0.6V. However, when storing, the high-potential-side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 is set to 1.2V, and the write voltage WRE is set to 1.5V. In this case, since the power supply voltage for the memory chip on which the nonvolatile memory cell 10 is mounted is 0.6 V, the high-potential-side power supply voltage VDC and the write voltage WRE are generated by boosting this power supply voltage. The store operation is the same as in FIG.

次にリコール動作について説明する。リコール動作では、書込電圧WREを0.3Vにする。書込電圧WREを0.3Vにするのは、メモリチップの電源電圧が0.6Vと低く、超低消費電力を目指しているので、できるだけ抵抗変化型素子R1およびR2の消費電流を絞るためである。しかし、前掲図2のようにリコール時の書込電圧WREを0.6Vとしても動作上は問題ない。   Next, the recall operation will be described. In the recall operation, the write voltage WRE is set to 0.3V. The reason why the write voltage WRE is set to 0.3V is to reduce the current consumption of the resistance variable elements R1 and R2 as much as possible because the power supply voltage of the memory chip is as low as 0.6V and the ultra low power consumption is aimed at. is there. However, there is no problem in operation even when the write voltage WRE at the time of recall is set to 0.6 V as shown in FIG.

次にこの状態で高電位側電源電圧VDCを0Vから0.6Vに上昇させる。ここで、不揮発性記憶部12がデータ“1”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっているので、前掲図2と同じく、出力ノードV1がHigh、出力ノードV2がLowとなり、揮発性記憶部11にデータ“1”が保持される。リコール時に不揮発性記憶部12がデータ“0”を記憶している場合の動作も同様である。   Next, in this state, the high potential side power supply voltage VDC is raised from 0V to 0.6V. Here, when the nonvolatile storage unit 12 stores data “1”, since the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance, the output is the same as in FIG. The node V1 becomes High, the output node V2 becomes Low, and the data “1” is held in the volatile storage unit 11. The operation in the case where the nonvolatile storage unit 12 stores data “0” at the time of recall is the same.

このリコールが完了すると、書込電圧WREが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から分離される。これにより揮発性記憶部11は、電源電圧VDC=0.6Vの供給を受けて通常のSRAMのメモリセルとして動作する。   When the recall is completed, the write voltage WRE is set to 0 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are separated from the volatile storage unit 11. Thus, the volatile memory unit 11 operates as a normal SRAM memory cell in response to the supply of the power supply voltage VDC = 0.6V.

<第2実施形態>
図4は、この発明の第2実施形態である不揮発性メモリセル10Aの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10Aは、上記第1実施形態のものと同様な揮発性記憶部11と、不揮発性記憶部12Aとを有する。ここで、不揮発性記憶部12Aは、上記第1実施形態におけるNチャネルトランジスタTw1と抵抗変化型素子R1との位置関係、NチャネルトランジスタTw2と抵抗変化型素子R2との位置関係を各々入れ替えた構成となっている。さらに詳述すると、抵抗変化型素子R1およびR2を例えばスピン注入型MTJ素子とする場合、不揮発性記憶部12Aでは、インバータINV1(INV2)の出力ノードV1(V2)に抵抗変化型素子R1(R2)のフリー層が接続され、この抵抗変化型素子R1(R2)のピン層にNチャネルトランジスタTw1(Tw2)のドレインが接続され、このNチャネルトランジスタTw1(Tw2)のソースがビット線BL(反転ビット線BLB)に接続されている。
Second Embodiment
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10A according to the second embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cell 10A includes a volatile storage unit 11 and a nonvolatile storage unit 12A similar to those of the first embodiment. Here, the nonvolatile memory unit 12A has a configuration in which the positional relationship between the N-channel transistor Tw1 and the resistance variable element R1 and the positional relationship between the N-channel transistor Tw2 and the resistance variable element R2 in the first embodiment are interchanged. It has become. More specifically, when the variable resistance elements R1 and R2 are, for example, spin injection type MTJ elements, in the nonvolatile memory unit 12A, the variable resistance element R1 (R2) is connected to the output node V1 (V2) of the inverter INV1 (INV2). ) Of the N channel transistor Tw1 (Tw2) is connected to the pin layer of the variable resistance element R1 (R2), and the source of the N channel transistor Tw1 (Tw2) is connected to the bit line BL (inverted). Bit line BLB).

図5は本実施形態における不揮発性メモリセル10Aを0.6Vの電源電圧で動作させる動作条件を例示する図である。本実施形態では、抵抗変化型素子R1およびR2への書き込みを行う際に1.2Vの電源電圧が必要であるため、チップの電源電圧VDD=0.6Vを昇圧回路により昇圧して、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDC=1.2V、書込電圧WRE=1.5Vを生成する。なお、前掲図2のように、チップの電源電圧VDDが1.2Vである場合、昇圧を行うことなく、この電源電圧VDDを不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCとすればよい。   FIG. 5 is a diagram exemplifying operating conditions for operating the nonvolatile memory cell 10A in the present embodiment with a power supply voltage of 0.6V. In this embodiment, when writing to the resistance variable elements R1 and R2, a power supply voltage of 1.2V is required. Therefore, the power supply voltage VDD = 0.6V of the chip is boosted by a booster circuit and is nonvolatile. A power supply voltage VDC = 1.2V and a write voltage WRE = 1.5V are generated for the memory cell 10A. As shown in FIG. 2, when the power supply voltage VDD of the chip is 1.2V, the power supply voltage VDD may be used as the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A without boosting.

ストア動作では、行選択電圧WLを0VとしてNチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFFとし、書込電圧WREを1.5VとしてNチャネルトランジスタTw1およびTw2をONとする。また、ビット線BLおよび反転ビット線BLBに対する電圧を、揮発性記憶部11においてデータ“1”/“0”を表現するために用いられる2種類の電圧(すなわち、1.2Vと0V)の中間電圧である0.6Vとする。   In the store operation, the row selection voltage WL is set to 0V, the N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned OFF, the write voltage WRE is set to 1.5V, and the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned ON. Further, the voltage for the bit line BL and the inverted bit line BLB is an intermediate between two kinds of voltages (that is, 1.2V and 0V) used for expressing the data “1” / “0” in the volatile memory unit 11. The voltage is 0.6V.

揮発性記憶部11にデータ“1”が記憶されている場合、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が1.2V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が0Vとなっている。この状態において、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONになると、インバータINV1の出力ノードV1(1.2V)からビット線BL(0.6V)に向かう順方向電流が抵抗変化型素子R1に流れ、抵抗変化型素子R1は低抵抗となる。また、反転ビット線BLB(0.6V)からインバータINV2の出力ノードV2(0V)に向かう逆方向電流が抵抗変化型素子R2に流れ、抵抗変化型素子R2は高抵抗となる。   When data “1” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V1 of the inverter INV1 is 1.2V, and the voltage of the output node V2 of the inverter INV2 is 0V. In this state, when the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, a forward current from the output node V1 (1.2V) of the inverter INV1 toward the bit line BL (0.6V) flows to the resistance variable element R1, and the resistance The variable element R1 has a low resistance. Further, a reverse current from the inverted bit line BLB (0.6 V) toward the output node V2 (0 V) of the inverter INV2 flows through the resistance variable element R2, and the resistance variable element R2 becomes high resistance.

一方、揮発性記憶部11にデータ“0”が記憶されている場合、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が0V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が1.2Vとなっている。この状態において、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONになると、ビット線BL(0.6V)からインバータINV1の出力ノードV1(0V)に向かう逆方向電流が抵抗変化型素子R1に流れ、抵抗変化型素子R1は高抵抗となる。また、インバータINV2の出力ノードV2(1.2V)から反転ビット線BLB(0.6V)に向かう順方向電流が抵抗変化型素子R2に流れ、抵抗変化型素子R2は低抵抗となる。   On the other hand, when data “0” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V1 of the inverter INV1 is 0V, and the voltage of the output node V2 of the inverter INV2 is 1.2V. In this state, when the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, a reverse current from the bit line BL (0.6V) toward the output node V1 (0V) of the inverter INV1 flows to the resistance variable element R1, and the resistance variable The element R1 has a high resistance. Further, a forward current from the output node V2 (1.2V) of the inverter INV2 toward the inverted bit line BLB (0.6V) flows to the resistance variable element R2, and the resistance variable element R2 has a low resistance.

次にリコール動作について説明する。リコール時は、行選択電圧WLを0Vとして、NチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFFとする。また、ビット線BLおよび反転ビット線BLBに対する電圧を、通常動作時の揮発性記憶部11においてデータ“1”/“0”を表現するために用いられる2種類の電圧(すなわち、0.6Vと0V)のうち高い方の電圧である0.6Vとする。また、書込電圧WREを0.3Vとし、NチャネルトランジスタTw1およびTw2をONにして、抵抗変化型素子R1およびR2をインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に各々接続する。この状態において、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCを0Vから通常動作時の電源電圧である0.6Vに立ち上げる。   Next, the recall operation will be described. At the time of recall, the row selection voltage WL is set to 0 V, and the N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned off. The voltages for the bit line BL and the inverted bit line BLB are two kinds of voltages (that is, 0.6V) used for expressing the data “1” / “0” in the volatile memory unit 11 during normal operation. 0V), which is the higher voltage of 0.6V. Further, the write voltage WRE is set to 0.3 V, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, and the resistance variable elements R1 and R2 are connected to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2, respectively. In this state, the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A is raised from 0V to 0.6V which is the power supply voltage during normal operation.

ここで、ビット線BLおよびBLBに対する電圧が0.6V、書込電圧WEが0.3Vであるので、NチャネルトランジスタTw1(Tw2)がONを維持するノードV1(V2)の電圧の上限値は、書込電圧WREの電圧値0.3VからNチャネルトランジスタTw1(Tw2)の閾値電圧を差し引いた電圧である。従って、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0Vから0.6Vに立ち上がる過程において、ノードV1(V2)の電圧がこの上限値以下である期間は、ビット線BL(反転ビット線BLB)からNチャネルトランジスタTw1(Tw2)を介してノードV1(V2)に電流が流入し得る。しかし、ノードV1の電圧がこの上限値を越えるとNチャネルトランジスタTw1がOFFとなり、ノードV2の電圧がこの上限値を越えるとNチャネルトランジスタTw2がOFFとなる。以下、この点を踏まえて、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0Vから0.6Vに立ち上がる過程における各部の動作を説明する。   Here, since the voltage for the bit lines BL and BLB is 0.6 V and the write voltage WE is 0.3 V, the upper limit value of the voltage of the node V1 (V2) at which the N-channel transistor Tw1 (Tw2) is kept ON is The voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the N-channel transistor Tw1 (Tw2) from the voltage value 0.3V of the write voltage WRE. Accordingly, in the process in which the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A rises from 0V to 0.6V, the period during which the voltage at the node V1 (V2) is less than or equal to this upper limit value is from A current can flow into the node V1 (V2) through the channel transistor Tw1 (Tw2). However, when the voltage at the node V1 exceeds the upper limit value, the N-channel transistor Tw1 is turned off. When the voltage at the node V2 exceeds the upper limit value, the N-channel transistor Tw2 is turned off. Hereinafter, based on this point, the operation of each part in the process in which the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A rises from 0V to 0.6V will be described.

まず、不揮発性記憶部10Aに対してデータ“1”がストアされている場合、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗となっている。この状態において、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0Vから上昇し始めると、ノードV1の電圧はビット線BLに対する電圧0.6VをNチャネルトランジスタTw1および抵抗変化型素子R1とからなる直列抵抗とNチャネルトランジスタN1およびPチャネルトランジスタP1からなる並列抵抗とにより内分した電圧となる。また、ノードV2の電圧はビット線BLBに対する電圧0.6VをNチャネルトランジスタTw2および抵抗変化型素子R2とからなる直列抵抗とNチャネルトランジスタN2およびPチャネルトランジスタP2からなる並列抵抗とにより内分した電圧となる。   First, when data “1” is stored in the nonvolatile memory unit 10A, the resistance variable element R1 has a low resistance and the resistance variable element R2 has a high resistance. In this state, when the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A starts to increase from 0V, the voltage at the node V1 is set to 0.6V for the bit line BL, and the series resistance composed of the N-channel transistor Tw1 and the resistance variable element R1. And a voltage internally divided by the parallel resistance composed of the N-channel transistor N1 and the P-channel transistor P1. The voltage at the node V2 is divided internally from the voltage 0.6V with respect to the bit line BLB by a series resistance composed of the N-channel transistor Tw2 and the resistance variable element R2 and a parallel resistance composed of the N-channel transistor N2 and the P-channel transistor P2. Voltage.

ここで、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗であるので、前者の内分比の方が後者の内分比よりも大きい。このため、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0Vから上昇する過程において、ノードV1の電圧がノードV2の電圧よりも高くなる。そして、ノードV1の電圧が高くなると、NチャネルトランジスタN2のON抵抗が低くなり、PチャネルトランジスタP2のON抵抗が高くなるので、抵抗変化型素子R2を介したNチャネルトランジスタN2への電流の流入があってもノードV2の電圧は低く抑えられる。   Here, since the resistance variable element R1 has a low resistance and the resistance variable element R2 has a high resistance, the former internal ratio is larger than the latter internal ratio. For this reason, in the process in which the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A increases from 0V, the voltage at the node V1 becomes higher than the voltage at the node V2. When the voltage at the node V1 increases, the ON resistance of the N channel transistor N2 decreases and the ON resistance of the P channel transistor P2 increases, so that current flows into the N channel transistor N2 via the resistance variable element R2. Even if there is, the voltage at the node V2 can be kept low.

そして、電源電圧VDCの上昇に伴ってノードV1の電圧が上昇し、上述した上限値を越えると、NチャネルトランジスタTw1がOFFとなる。しかし、この時点では、インバータINV1およびINV2からなる揮発性記憶部11はデータ“1”(V1=Highレベル、V2=Lowレベル)の保持動作を完了しているので、NチャネルトランジスタTw1がOFFとなることがリコール動作に影響を与えることはない。このようにしてデータ“1”のリコールが完了する。   Then, as the power supply voltage VDC increases, the voltage at the node V1 increases, and when the above-described upper limit is exceeded, the N-channel transistor Tw1 is turned off. However, at this time, the volatile storage unit 11 including the inverters INV1 and INV2 has completed the operation of holding the data “1” (V1 = High level, V2 = Low level), so that the N-channel transistor Tw1 is turned off. Does not affect the recall operation. In this way, the recall of data “1” is completed.

一方、不揮発性記憶部10Aに対してデータ“0”がストアされている場合、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっている。この場合、NチャネルトランジスタTw1および抵抗変化型素子R1とからなる直列抵抗とNチャネルトランジスタN1およびPチャネルトランジスタP1からなる並列抵抗との内分比に比べて、NチャネルトランジスタTw2および抵抗変化型素子R2とからなる直列抵抗とNチャネルトランジスタN2およびPチャネルトランジスタP2からなる並列抵抗との内分比の方が大きくなる。このため、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0Vから上昇する過程において、ノードV2の電圧がノードV1の電圧よりも高くなり、揮発性記憶部11はデータ“0”(V1=Lowレベル、V2=Highレベル)の保持動作を行うこととなる。   On the other hand, when data “0” is stored in the nonvolatile memory unit 10A, the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance. In this case, the N channel transistor Tw2 and the resistance variable element are compared with the internal ratio of the series resistance composed of the N channel transistor Tw1 and the resistance variable element R1 and the parallel resistance composed of the N channel transistor N1 and the P channel transistor P1. The internal division ratio between the series resistance composed of R2 and the parallel resistance composed of the N-channel transistor N2 and the P-channel transistor P2 becomes larger. Therefore, in the process in which the power supply voltage VDC to the nonvolatile memory cell 10A increases from 0V, the voltage at the node V2 becomes higher than the voltage at the node V1, and the volatile storage unit 11 stores data “0” (V1 = Low level, (V2 = High level) holding operation is performed.

以上のようにしてリコール動作が完了すると、その後、書込電圧WREが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から分離される。そして、不揮発性メモリセル10Aに対する電源電圧VDCが0.6Vとされ、通常のSRAMと同様な揮発性記憶部10Aの読み出し動作および書き込み動作が行われる。   When the recall operation is completed as described above, the write voltage WRE is then set to 0 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are separated from the volatile storage unit 11. Then, the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10A is set to 0.6V, and the read operation and write operation of the volatile storage unit 10A similar to those of a normal SRAM are performed.

<第3実施形態>
図6は、この発明の第3実施形態である不揮発性RAMの全体構成を示すブロック図である。図6において、不揮発性RAMセルアレイ100は、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を行列状に配列したセルアレイである。この例では、不揮発性RAMセルアレイ100のメモリ容量は、64Mビット(4M×16ビット)である。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram showing an overall configuration of a nonvolatile RAM according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, a nonvolatile RAM cell array 100 is a cell array in which the nonvolatile memory cells 10 of the first embodiment are arranged in a matrix. In this example, the memory capacity of the nonvolatile RAM cell array 100 is 64M bits (4M × 16 bits).

制御部500は、制御回路501と電源制御回路510とを有する。ここで、制御回路501は、外部から与えられるチップイネーブル信号CEB、出力許可信号OEB、ストア指示信号STR、リコール指示信号RCL等に応じて、電源制御回路510、アドレス入力回路550、行デコーダ200、列デコーダ300、書込回路800および入出力バッファ700を制御する回路である。ここで、チップイネーブル信号CEB、出力許可信号OEBは、通常のSRAMに使用される制御信号である。ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLは、本実施形態に特有の制御信号であり、各々、不揮発性RAMにストアを行わせる場合およびリコールを行わせる場合にアクティブレベルとされる制御信号である。電源制御回路510は、制御回路501による制御の下、行デコーダ200、列デコーダ300および書込回路800を各々動作させるための電圧を発生する回路である。   The control unit 500 includes a control circuit 501 and a power supply control circuit 510. Here, the control circuit 501 includes a power supply control circuit 510, an address input circuit 550, a row decoder 200, and the like according to a chip enable signal CEB, an output permission signal OEB, a store instruction signal STR, a recall instruction signal RCL, and the like given from the outside. This circuit controls the column decoder 300, the write circuit 800, and the input / output buffer 700. Here, the chip enable signal CEB and the output permission signal OEB are control signals used in a normal SRAM. The store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL are control signals peculiar to the present embodiment, and are control signals that are set to active levels when the nonvolatile RAM is to store and to be recalled, respectively. The power supply control circuit 510 is a circuit that generates voltages for operating the row decoder 200, the column decoder 300, and the write circuit 800 under the control of the control circuit 501.

アドレス入力回路550は、制御回路501による制御の下、不揮発性RAMセルアレイ100内のアクセス先を指定するアドレスA0〜A21を受け取って保持する回路である。このアドレスA0〜A21は、不揮発性RAMセルアレイ100内において、アクセス先が属する行を指定する行アドレスと、アクセス先が属する列を指定する列アドレスに区分されている。   The address input circuit 550 is a circuit that receives and holds addresses A0 to A21 that specify access destinations in the nonvolatile RAM cell array 100 under the control of the control circuit 501. In the nonvolatile RAM cell array 100, the addresses A0 to A21 are divided into a row address that specifies the row to which the access destination belongs and a column address that specifies the column to which the access destination belongs.

行デコーダ200は、行アドレスをデコードし、デコード結果に従って不揮発性RAMセルアレイ100の各行の中の1つの行を選択する。また、列デコーダ300は、列アドレスをデコードし、デコード結果に従って不揮発性RAMセルアレイ100の各列の中の1つの列を選択する。カラムゲート400は、ライトアクセス時には書込回路800を、リードアクセス時にはセンスアンプ600を、列デコーダ300によって選択された列のビット線および反転ビット線に接続する。センスアンプ600は、リードアクセス時にカラムゲート400を介して供給されるビット線および反転ビット線上の電圧を差動増幅し、入出力バッファ700に出力する回路である。書込回路800は、ライトアクセス時に入出力バッファ700を介して供給される書込データに応じたデータ電圧をカラムゲート400に供給する回路である。入出力バッファ700は、16ビットの書込データを外部から受け取って書込回路800に供給し、センスアンプ600の出力信号に基づいて16ビットの読出データを外部に出力する16個の双方向入出力回路により構成されている。   The row decoder 200 decodes the row address and selects one of the rows of the nonvolatile RAM cell array 100 according to the decoding result. In addition, the column decoder 300 decodes the column address and selects one of the columns of the nonvolatile RAM cell array 100 according to the decoding result. Column gate 400 connects write circuit 800 at the time of write access and sense amplifier 600 at the time of read access to the bit line and the inverted bit line of the column selected by column decoder 300. The sense amplifier 600 is a circuit that differentially amplifies the voltage on the bit line and the inverted bit line supplied via the column gate 400 during read access and outputs the amplified voltage to the input / output buffer 700. The write circuit 800 is a circuit that supplies the column gate 400 with a data voltage corresponding to write data supplied via the input / output buffer 700 during write access. Input / output buffer 700 receives 16-bit write data from the outside, supplies it to write circuit 800, and outputs 16-bit read data to the outside based on the output signal of sense amplifier 600. An output circuit is used.

本実施形態における行デコーダ200は、ストア時およびリコール時には、不揮発性RAMセルアレイ100の全ての不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFFとし、ストア時には不揮発性RAMセルアレイ100の各不揮発性メモリセルの行単位でのNチャネルトランジスタTw1およびTw2のON/OFF制御を行い、リコール時には不揮発性RAMセルアレイ100の各不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタTw1およびTw2のON/OFF制御を行う。また、本実施形態における列デコーダ300は、ストア時およびリコール時に、不揮発性RAMセルアレイ100の全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を選択させるためのカラムゲート400の制御を行う。   The row decoder 200 in the present embodiment turns off the N-channel transistors Ta1 and Ta2 of all the nonvolatile memory cells of the nonvolatile RAM cell array 100 at the time of storing and recalling, and each nonvolatile memory of the nonvolatile RAM cell array 100 at the time of storing. ON / OFF control of the N channel transistors Tw1 and Tw2 is performed in cell row units, and ON / OFF control of the N channel transistors Tw1 and Tw2 of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile RAM cell array 100 is performed at the time of recall. Further, the column decoder 300 in the present embodiment is a column for selecting each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all the columns of the nonvolatile RAM cell array 100 is connected at the time of storing and recalling. The gate 400 is controlled.

図7は本実施形態による不揮発性RAMの具体的な構成例を示すブロック図である。なお、この図7では、図面が煩雑になるのを防止するため、1ビット分のデータの記憶および入出力に関連した構成のみが図示されている。実際の不揮発性RAMは、図7に示された不揮発性RAMセルアレイ100やカラムゲート400等を16ビット分並列化した構成となっている。   FIG. 7 is a block diagram showing a specific configuration example of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In FIG. 7, only the configuration related to storage and input / output of 1-bit data is shown in order to prevent the drawing from becoming complicated. The actual non-volatile RAM has a configuration in which the non-volatile RAM cell array 100 and the column gate 400 shown in FIG.

図7において、不揮発性RAMセルアレイ100は、上記第1実施形態(図1)の不揮発性メモリセル10を不揮発性メモリセルMkjとし、この不揮発性メモリセルMkjをm+1行n+1列からなる行列状に配列したものである。不揮発性RAMセルアレイ100の最小単位は、高速性、メモリ容量の規模にもよるが、一般的には、例えば、m=1024、n=512として、512Kビット位に分割する。本例の場合には、メモリ容量が64Mビットなので、この最小メモリアレイである不揮発性RAMセルアレイ100を128個設けることになる。   In FIG. 7, the nonvolatile RAM cell array 100 uses the nonvolatile memory cells 10 of the first embodiment (FIG. 1) as nonvolatile memory cells Mkj, and the nonvolatile memory cells Mkj are arranged in a matrix of m + 1 rows and n + 1 columns. It is an arrangement. The minimum unit of the nonvolatile RAM cell array 100 is generally divided into 512K bits, for example, m = 1024 and n = 512, although depending on the high speed and the scale of the memory capacity. In this example, since the memory capacity is 64 Mbits, 128 nonvolatile RAM cell arrays 100 as the minimum memory array are provided.

この行列をなす不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列jに沿って、対をなすビット線BITjおよび反転ビット線BITjBが配線されている。ここで、ビット線BITjには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)のNチャネルトランジスタTa1のソースが各々接続され、反転ビット線BITjBには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)のNチャネルトランジスタTa2のソースが各々接続されている。また、ビット線BITjには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)の抵抗変化型素子R1の一端が各々接続され、反転ビット線BITjBには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)の抵抗変化型素子R2の一端が各々接続されている。   A paired bit line BITj and inverted bit line BITjB are wired along each column j of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) forming the matrix. Here, the source of the N-channel transistor Ta1 of m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) belonging to the column j is connected to the bit line BITj, respectively, and the inverted bit line BITjB is connected to the column j. The sources of the N channel transistors Ta2 of the m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) to which it belongs belong to each other. Further, one end of each of the resistance change elements R1 of the m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) belonging to the column j is connected to the bit line BITj, and the inverted bit line BITjB is connected to the column j. One end of the resistance change element R2 of each of the m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) to which it belongs is connected.

また、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各行kに沿って、行選択電圧WLkを供給する信号線と、書込電圧WREkを供給するための信号線が配線されている。ここで、行kに対応した行選択電圧WLkは、同行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTa1およびTa2(図1参照)の各ゲートに供給される。また、行kに対応した書込電圧WREkは、同行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2(図1参照)の各ゲートに供給される(図1参照)。   A signal line for supplying a row selection voltage WLk and a signal line for supplying a write voltage WREk are provided along each row k of the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n). Wired. Here, the row selection voltage WLk corresponding to the row k is supplied to the gates of the N-channel transistors Ta1 and Ta2 (see FIG. 1) of the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) of the row k. The write voltage WREk corresponding to the row k is supplied to the gates of the N-channel transistors Tw1 and Tw2 (see FIG. 1) of the non-volatile memory cell Mkj (j = 0 to n) of the row k (FIG. 1). reference).

そして、不揮発性RAMセルアレイ100の全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のNチャネルトランジスタN1およびN2の各ソースには、低電位側電源電圧VSSが供給される。また、不揮発性RAMセルアレイ100の全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のPチャネルトランジスタP1およびP2(図1参照)の各ソースには、基準電源電圧である高電位側電源電圧VDCが供給される。本実施形態では、リコール時には、全不揮発性メモリセルを同時にリコールするために、全不揮発性メモリセルに共通の基準電源電圧VDCを発生するようにしている。この基準電源電圧VDCは、電源制御回路510によって制御される。   The low-potential-side power supply voltage VSS is supplied to the sources of the N-channel transistors N1 and N2 of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100. The In addition, each source of P channel transistors P1 and P2 (see FIG. 1) of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100 has a reference power supply voltage. A certain high potential side power supply voltage VDC is supplied. In the present embodiment, at the time of recall, a reference power supply voltage VDC common to all nonvolatile memory cells is generated in order to recall all nonvolatile memory cells simultaneously. This reference power supply voltage VDC is controlled by a power supply control circuit 510.

カラムゲート400は、不揮発性RAMセルアレイ100の各列j(j=0〜n)に対応付けられたn+1組のNチャネルの列選択トランジスタCGj(j=0〜n)およびCGjB(j=0〜n)の組を有している。列jに対応した列選択トランジスタCGjおよびCGjBは、列選択電圧COLjがアクティブレベルとなることによりONとなり、ビット線BITjおよび反転ビット線BITjBをデータ線DLおよび反転データ線DLBに各々接続する。このデータ線DLおよび反転データ線DLBは、書込回路800およびセンスアンプ600に接続されている。   The column gate 400 includes n + 1 sets of N-channel column selection transistors CGj (j = 0 to n) and CGjB (j = 0 to 0) associated with the respective columns j (j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100. n). The column selection transistors CGj and CGjB corresponding to the column j are turned on when the column selection voltage COLj becomes an active level, and connect the bit line BITj and the inverted bit line BITjB to the data line DL and the inverted data line DLB, respectively. Data line DL and inverted data line DLB are connected to write circuit 800 and sense amplifier 600.

列デコータ300は、不揮発性RAMセルアレイ100の各列j(j=0〜n)に各々対応したn+1個の列選択回路300−j(j=0〜n)により構成されている。ここで、列jに対応した列選択回路300−jは、列アドレス一致検出部301と、ANDゲート302と、レベルシフタ303とを有する。   The column decoder 300 includes n + 1 column selection circuits 300-j (j = 0 to n) corresponding to the columns j (j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100, respectively. Here, the column selection circuit 300-j corresponding to the column j includes a column address match detection unit 301, an AND gate 302, and a level shifter 303.

列アドレス一致検出部301は、列アドレスが当該列jを示す場合にLレベルの信号を出力する。ANDゲート302には、列アドレス一致検出部301の出力信号と一括選択信号ASELBが入力される。ここで、一括選択信号ASELBは、制御回路501によって出力される信号であり、通常のSRAMとしての動作時には非アクティブレベル(Highレベル)とされ、ストア動作およびリコール動作の際にはアクティブレベル(Lowレベル)とされる。   The column address match detection unit 301 outputs an L level signal when the column address indicates the column j. The AND gate 302 receives the output signal of the column address match detection unit 301 and the collective selection signal ASELB. Here, the collective selection signal ASELB is a signal output by the control circuit 501, and is set to an inactive level (High level) during an operation as a normal SRAM, and to an active level (Low level) during a store operation and a recall operation. Level).

ANDゲート302は、一括選択信号ASELBが非アクティブレベルのとき、列アドレス一致検出部301の出力信号をレベルシフタ303に供給し、アクティブレベルのとき、Lowレベルの信号をレベルシフタ303に供給する。   The AND gate 302 supplies the output signal of the column address match detection unit 301 to the level shifter 303 when the collective selection signal ASELB is at the inactive level, and supplies the low level signal to the level shifter 303 when it is at the active level.

レベルシフタ303は、ANDゲート302の出力信号がLowレベルであるときにHレベルの行選択電圧COLjを出力し、列jに対応したカラムゲートトタンジスタCGjおよびCGjBをONにする。この列選択回路300−j(j=0〜n)の各レベルシフタ303の高電位側電源端子には、基準列選択電圧VCOLが与えられる。この基準列選択電圧VCOLは、電源制御回路510が出力する電圧である。   The level shifter 303 outputs the row selection voltage COLj at the H level when the output signal of the AND gate 302 is at the Low level, and turns on the column gate transistors CGj and CGjB corresponding to the column j. A reference column selection voltage VCOL is applied to the high potential side power supply terminal of each level shifter 303 of the column selection circuit 300-j (j = 0 to n). The reference column selection voltage VCOL is a voltage output from the power supply control circuit 510.

行デコーダ200は、不揮発性RAMセルアレイ100の各行k(k=0〜m)に各々対応したm+1個の行選択回路200−k(k=0〜m)により構成されている。各行kに対応した行選択回路200−kは、当該行kに属するn+1個の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTa1およびTa2並びにNチャネルトランジスタTw1およびTw2(図1参照)の制御を行う。   The row decoder 200 includes m + 1 row selection circuits 200-k (k = 0 to m) corresponding to the rows k (k = 0 to m) of the nonvolatile RAM cell array 100, respectively. A row selection circuit 200-k corresponding to each row k includes N channel transistors Ta1 and Ta2 and N channel transistors Tw1 and Tw2 of n + 1 nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) belonging to the row k (FIG. 1). Control).

図8は、行kに対応した行選択回路200−kの構成例を示す回路図である。図8において、信号STRBおよび信号RCLBは、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの論理を反転した信号であり、制御回路501により発生される。ADDXはアドレス入力回路550に保持された行アドレスである。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a row selection circuit 200-k corresponding to row k. In FIG. 8, a signal STRB and a signal RCLB are signals obtained by inverting the logic of the store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL, and are generated by the control circuit 501. ADDX is a row address held in the address input circuit 550.

アドレス一致検出部201は、行アドレスADDXが当該行を示す場合にHighレベルを、そうでない場合にLowレベルを出力する回路である。NANDゲート202は、信号STRBおよびRCLBの両方がHighレベル、すなわち、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの両方が非アクティブレベル(Lowレベル)であるときには、アドレス一致検出部201の出力信号を反転した信号を、そうでない場合にHighレベルを出力する。インバータ203は、このNANDゲート202の出力信号を反転し、当該行kに対する行選択電圧WLkとして出力する。   The address match detection unit 201 is a circuit that outputs a high level when the row address ADDX indicates the row, and outputs a low level otherwise. NAND gate 202 inverts the output signal of address match detection unit 201 when both signals STRB and RCLB are at a high level, that is, both store instruction signal STR and recall instruction signal RCL are at an inactive level (low level). If not, a high level is output. The inverter 203 inverts the output signal of the NAND gate 202 and outputs it as a row selection voltage WLk for the row k.

従って、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの両方が非アクティブレベル(Lowレベル)である場合(すなわち、SRAMとしての動作モードである場合)、行アドレスADDXが当該行kを示すときに行選択電圧WLkがHighレベルとなり、行アドレスADDXが当該行kを示さないときに行選択電圧WLkがLowレベルとなる。また、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの一方がアクティブレベル(Highレベル)である場合、行選択電圧WLkはLowレベルとなる。   Therefore, when both the store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL are in the inactive level (Low level) (that is, in the operation mode as the SRAM), the row selection is performed when the row address ADDX indicates the row k. When the voltage WLk is at a high level and the row address ADDX does not indicate the row k, the row selection voltage WLk is at a low level. When one of the store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL is at an active level (High level), the row selection voltage WLk is at a Low level.

NANDゲート206には、アドレス一致検出部201の出力信号と、信号STRBをインバータ204により反転した信号が入力される。このNANDゲート206の高電位側電源端子と高電位側電源VDDとの間にはPチャネルトランジスタ206Pが介挿されており、このPチャネルトランジスタ206Pのゲートには信号RCLBをインバータ205により反転した信号が入力される。また、NANDゲート206の出力ノードと低電位側電源VSSとの間にはNチャネルトランジスタ206Nが介挿されており、このNチャネルトランジスタ206Nのゲートには信号RCLBをインバータ205により反転した信号が入力される。   The NAND gate 206 receives an output signal from the address match detection unit 201 and a signal obtained by inverting the signal STRB by the inverter 204. A P-channel transistor 206P is inserted between the high-potential side power supply terminal and the high-potential side power supply VDD of the NAND gate 206. A signal obtained by inverting the signal RCLB by the inverter 205 is connected to the gate of the P-channel transistor 206P. Is entered. An N-channel transistor 206N is interposed between the output node of the NAND gate 206 and the low-potential-side power supply VSS. A signal obtained by inverting the signal RCLB by the inverter 205 is input to the gate of the N-channel transistor 206N. Is done.

従って、リコール時、リコール指示信号RCLがアクティブレベル(Highレベル)である場合は、インバータ205の出力信号がHighレベルとなり、Pチャネルトランジスタ206PがOFF、Nチャネルトランジスタ206NがONとなる。従って、NANDゲート206は強制的にLowレベルを出力する。   Therefore, at the time of recall, when the recall instruction signal RCL is at the active level (High level), the output signal of the inverter 205 becomes High level, the P-channel transistor 206P is turned off, and the N-channel transistor 206N is turned on. Accordingly, the NAND gate 206 forcibly outputs a Low level.

また、ストア時、ストア指示信号STRがアクティブレベルである場合、リコール指示信号RCLが非アクティブレベルであるので、Pチャネルトランジスタ206PがON、Nチャネルトランジスタ206NがOFFとなる。ここで、行アドレスADDXが当該行kを示し、アドレス一致検出部201がHighレベルを出力する場合、NANDゲート206はLowレベルを出力する。   When the store instruction signal STR is at the active level during the store, the recall instruction signal RCL is at the inactive level, so that the P-channel transistor 206P is turned on and the N-channel transistor 206N is turned off. Here, when the row address ADDX indicates the row k and the address match detection unit 201 outputs a high level, the NAND gate 206 outputs a low level.

一方、行アドレスが当該行kを示さず、アドレス一致検出部201がLowレベルを出力する場合は、NANDゲート206の出力信号はHighレベルとなる。   On the other hand, when the row address does not indicate the row k and the address match detection unit 201 outputs a low level, the output signal of the NAND gate 206 becomes a high level.

レベルシフタ207は、NANDゲート206の出力信号を反転し、書込電圧WREkとして出力する。ここで、レベルシフタ207には、電源制御回路510が出力する基準書込電圧VWRが高電位側電源電圧として与えられる。従って、レベルシフタ207がHighレベルの書込電圧WREkを出力するとき、この基準書込電圧VWRと同じレベルの書込電圧WREkを出力する。   The level shifter 207 inverts the output signal of the NAND gate 206 and outputs it as the write voltage WREk. Here, the reference write voltage VWR output from the power supply control circuit 510 is applied to the level shifter 207 as a high potential side power supply voltage. Therefore, when the level shifter 207 outputs the high level write voltage WREk, the level shifter 207 outputs the write voltage WREk having the same level as the reference write voltage VWR.

書込回路800は、ライトアクセス時には、不揮発性RAMの外部からの書き込みデータDinに応じたビット電圧および反転ビット電圧をデータ線DLおよび反転データ線DLBに出力する。そして、ライトアクセス時、データ線DLには、ビット線BITj(j=0〜n)のうちカラムゲート400により選択された1本のビット線が接続され、反転データ線DLBには、反転ビット線BITjB(j=0〜n)のうちカラムゲート400により選択された1本の反転ビット線が接続される。   Write circuit 800 outputs a bit voltage and an inverted bit voltage corresponding to write data Din from the outside of the nonvolatile RAM to data line DL and inverted data line DLB during a write access. In write access, one bit line selected by the column gate 400 among the bit lines BITj (j = 0 to n) is connected to the data line DL, and the inverted data line DLB is connected to the inverted bit line. One inverted bit line selected by the column gate 400 among BITjB (j = 0 to n) is connected.

一方、書込回路800には、基準ビット線電圧VWDが電源制御回路510から与えられる。書込回路800は、ストア動作時およびリコール動作時、この基準ビット線電圧VWDをデータ線DLおよび反転データ線DLBの双方に出力する。   On the other hand, the reference bit line voltage VWD is applied to the write circuit 800 from the power supply control circuit 510. Write circuit 800 outputs reference bit line voltage VWD to both data line DL and inverted data line DLB during a store operation and a recall operation.

そして、ストア動作時およびリコール動作時には、一括選択信号ASELBがアクティブレベル(Lowレベル)とされ、全ての列選択回路300−j(j=0〜n)がHighレベル(=VCOL)の列選択電圧COLj(j=0〜n)を出力する。このため、データ線DLには、ビット線BITj(j=0〜n)の全てがカラムゲート400を介して接続され、反転データ線DLBには、反転ビット線BITjB(j=0〜n)の全てがカラムゲート400を介して接続される。従って、全てのビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)に基準ビット線電圧VWDが与えられる。   During the store operation and the recall operation, the collective selection signal ASELB is set to the active level (Low level), and all the column selection circuits 300-j (j = 0 to n) are set to the high level (= VCOL) column selection voltage. COLj (j = 0 to n) is output. Therefore, all of the bit lines BITj (j = 0 to n) are connected to the data line DL via the column gate 400, and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n) is connected to the inverted data line DLB. All are connected via the column gate 400. Accordingly, the reference bit line voltage VWD is applied to all the bit lines BITj (j = 0 to n) and the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n).

図9は制御部500の構成を示すブロック図である。制御部500において、電源制御回路510は、昇圧回路502と、降圧回路503と、出力調整回路504と、電圧検知回路505を有する。制御回路501は、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLに基づき、昇圧回路502と、降圧回路503と、出力調整回路504との制御を行う。電圧検知回路505は、不揮発性RAMの電源VDDが投入されたとき、パワーオンパルスPONを出力する回路である。   FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the control unit 500. In the control unit 500, the power supply control circuit 510 includes a booster circuit 502, a step-down circuit 503, an output adjustment circuit 504, and a voltage detection circuit 505. The control circuit 501 controls the booster circuit 502, the step-down circuit 503, and the output adjustment circuit 504 based on the store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL. The voltage detection circuit 505 is a circuit that outputs a power-on pulse PON when the power supply VDD of the nonvolatile RAM is turned on.

昇圧回路502は、不揮発性RAMに対する電源電圧VDDを昇圧して出力する。また、降圧回路503は、同電源電圧を降圧して出力する。この昇圧回路502と降圧回路503が設けられているのは、図2、図4、図5に示されているように、ストアおよびリコールの動作を行うために不揮発性RAMに対する電源電圧よりも高い電圧や低い電圧を発生する必要があるからである。出力調整回路504は、制御回路501による制御の下、昇圧回路502の出力電圧、降圧回路503の出力電圧または不揮発性RAMに対する電源電圧を選択することにより、基準列選択電圧VCOL、基準書込電圧VWR、基準ビット線電圧VWD、不揮発性RAMセルアレイ100に対するセル電源電圧VDCを出力する。   The booster circuit 502 boosts and outputs the power supply voltage VDD for the nonvolatile RAM. The step-down circuit 503 steps down the power supply voltage and outputs it. The step-up circuit 502 and the step-down circuit 503 are provided, as shown in FIGS. 2, 4, and 5, which are higher than the power supply voltage for the nonvolatile RAM in order to perform store and recall operations. This is because it is necessary to generate a voltage or a low voltage. The output adjustment circuit 504 selects a reference column selection voltage VCOL and a reference write voltage by selecting an output voltage of the booster circuit 502, an output voltage of the step-down circuit 503, or a power supply voltage for the nonvolatile RAM under the control of the control circuit 501. VWR, reference bit line voltage VWD, and cell power supply voltage VDC for nonvolatile RAM cell array 100 are output.

図10は本実施形態による不揮発性RAMのストア時の動作を示すタイムチャートである。この例では、前掲図3の動作条件で不揮発性RAMが動作している。そして、制御回路501は、昇圧回路502に1.2Vの電圧および1.5Vの電圧を出力させる。   FIG. 10 is a time chart showing the operation during storage of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In this example, the nonvolatile RAM operates under the operating conditions shown in FIG. Then, the control circuit 501 causes the booster circuit 502 to output a voltage of 1.2V and a voltage of 1.5V.

期間t1において、不揮発性RAMは、0.6Vの電源電圧VDDの供給を受けて、通常のSRAMとして動作している。そして、出力調整回路504は、制御回路501による制御の下、電源電圧VDDを不揮発性RAMセルアレイ100に対する電源電圧VDCとして出力している。   In the period t1, the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM in response to the supply of the power supply voltage VDD of 0.6V. The output adjustment circuit 504 outputs the power supply voltage VDD as the power supply voltage VDC to the nonvolatile RAM cell array 100 under the control of the control circuit 501.

不揮発性RAMに対する電源電圧VDDの供給を断つ場合、それに先立って、ストア指示信号STRが立ち上げられる。これにより制御回路501は、昇圧回路502が出力する1.2Vの電圧を出力調整回路501に選択させ、基準列選択電圧VCOLおよび不揮発性RAMセルアレイ100に対する電源電圧VDCとして出力させる。また、制御回路501は、昇圧回路502が出力する1.5Vの電圧を出力調整回路501に選択させ、基準書込電圧VWRとして出力させる。   When the supply of the power supply voltage VDD to the nonvolatile RAM is cut off, the store instruction signal STR is raised prior to that. As a result, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 501 to select the voltage of 1.2 V output from the booster circuit 502, and outputs the voltage as the reference column selection voltage VCOL and the power supply voltage VDC to the nonvolatile RAM cell array 100. In addition, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 501 to select the voltage of 1.5 V output from the booster circuit 502 and outputs the selected voltage as the reference write voltage VWR.

また、ストア指示信号STRが立ち上がると、行選択回路200−k(k=0〜m)は、信号STRBがLowレベルとなることから、行選択電圧WLk(k=0〜m)を0Vとする。これにより全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のNチャネルトランジスタTaおよびTbがOFFとなる。また、行アドレスADDXが示す行kに対応した行選択回路200−kは、当該行kに対応した書込電圧WREkとして基準書込電圧VWRを出力する。また、制御回路501は、一括選択信号ASELBをアクティブレベル(Lowレベル)とする。これにより列選択回路300−j(j=0〜n)は、全ての列選択トランジスタCGj(j=0〜n)およびCGjB(j=0〜n)をONとし、全てのビット線BITj(j=0〜n)をデータ線DLに、全ての反転ビット線BITjB(j=0〜n)を反転データ線DLBに接続する。   When the store instruction signal STR rises, the row selection circuit 200-k (k = 0 to m) sets the row selection voltage WLk (k = 0 to m) to 0 V because the signal STRB becomes a low level. . As a result, the N-channel transistors Ta and Tb of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are turned off. The row selection circuit 200-k corresponding to the row k indicated by the row address ADDX outputs the reference write voltage VWR as the write voltage WREk corresponding to the row k. Further, the control circuit 501 sets the collective selection signal ASELB to the active level (Low level). Accordingly, the column selection circuit 300-j (j = 0 to n) turns on all the column selection transistors CGj (j = 0 to n) and CGjB (j = 0 to n), and all the bit lines BITj (j = 0 to n) are connected to the data line DL, and all the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n) are connected to the inverted data line DLB.

そして、制御回路501は、ストア指示信号STRの立ち上がり後の期間t2に亙って、出力調整回路504に電源電圧VDD=0.6Vを基準ビット線電圧VWDとして出力させ、書込回路800にこの基準ビット線電圧VWD=0.6Vをデータ線DLおよび反転データ線DLBに出力させる。そして、不揮発性RAMでは期間t2を利用してストア動作が行われる。   Then, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 504 to output the power supply voltage VDD = 0.6 V as the reference bit line voltage VWD over the period t2 after the rise of the store instruction signal STR, and causes the write circuit 800 to Reference bit line voltage VWD = 0.6 V is output to data line DL and inverted data line DLB. In the nonvolatile RAM, the store operation is performed using the period t2.

まず、アドレス入力回路550は、行アドレスADDXとして最初のアドレスAX0を出力し、行選択回路200−0に時間Δt1に亙って1.5Vの書込電圧WRE0を出力させる。これにより第0行の全ての不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2がONとなる。このとき、各不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)を各々挟むビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)には0.6Vの基準ビット線電圧VWDが印加されている。このため、第0行の全ての不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)において、揮発性記憶部11に記憶されたデータが不揮発性記憶部12に書き込まれる。   First, the address input circuit 550 outputs the first address AX0 as the row address ADDX, and causes the row selection circuit 200-0 to output the 1.5V write voltage WRE0 over time Δt1. As a result, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 of all the nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) in the 0th row are turned on. At this time, the 0.6V reference bit line is used for the bit line BITj (j = 0 to n) and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n) sandwiching each nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n). A voltage VWD is applied. Therefore, the data stored in the volatile storage unit 11 is written into the nonvolatile storage unit 12 in all the nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) in the 0th row.

次に、アドレス入力回路550は、行アドレスADDXとして2番目のアドレスAX1を出力し、行選択回路200−1に時間Δt1に亙って1.5Vの書込電圧WRE1を出力させる。これにより第1行の全ての不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)において、揮発性記憶部11に記憶されたデータが不揮発性記憶部12に書き込まれる。   Next, the address input circuit 550 outputs the second address AX1 as the row address ADDX, and causes the row selection circuit 200-1 to output the write voltage WRE1 of 1.5 V over the time Δt1. As a result, the data stored in the volatile storage unit 11 is written into the nonvolatile storage unit 12 in all the nonvolatile memory cells M1j (j = 0 to n) in the first row.

以下同様であり、行アドレスADDXが、AX2〜AXmまで繰り返して進められ、全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のストア動作が行われる。   The same applies to the following, and the row address ADDX is repeatedly advanced from AX2 to AXm, and the store operation of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is performed.

最後の行のストア動作が終了すると、ストア指示信号STRはLowレベルとされる。そして、その後の期間t3において電源電圧VDDが0Vとされ、電源遮断が行われる。   When the store operation for the last row is completed, the store instruction signal STR is set to the Low level. In the subsequent period t3, the power supply voltage VDD is set to 0 V, and the power supply is shut off.

予期しない停電等による突然の電源OFFに対しては、図示しない電圧降下検知回路により、電圧の低下を検知し、キャパシタ(蓄電池)等に蓄えてあるチャージにより、ストア動作を行い、電源遮断までにストア動作を終了させる機能を付加すれば良い。   For sudden power off due to an unexpected power failure, etc., a voltage drop detection circuit (not shown) detects a voltage drop, performs a store operation with the charge stored in a capacitor (storage battery), etc., and shuts off the power A function for terminating the store operation may be added.

図11は本実施形態による不揮発性RAMのリコール時の動作を示すタイムチャートである。この例では、前掲図3の動作条件で不揮発性RAMが動作している。まず、不揮発性RAMに対する電源が投入されると、電源電圧VDDが0.6Vまで立ち上がる。電圧検知回路505は、この電源電圧VDDの立ち上がりを検知して、パワーオンパルスPONを出力する。このパワーオンパルスPONにより、内部回路のリセット(初期化)が行なわれる。この期間が電源立ち上げ期間t1である。   FIG. 11 is a time chart showing the operation at the time of recall of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In this example, the nonvolatile RAM operates under the operating conditions shown in FIG. First, when power is supplied to the nonvolatile RAM, the power supply voltage VDD rises to 0.6V. The voltage detection circuit 505 detects the rise of the power supply voltage VDD and outputs a power-on pulse PON. The internal circuit is reset (initialized) by the power-on pulse PON. This period is the power-on period t1.

次に、リコール指示信号RCLがHighレベルになると、不揮発性RAMでは、その後の期間t2を利用してリコール動作が行われる。まず、制御回路501は、0Vの基準ビット線電圧VWDを出力調整回路504に出力させ、書込回路800にこの基準ビット線電圧VWD=0Vをデータ線DLおよび反転データ線DLBに出力させる。これにより全てのビット線BITj(j=0〜n)および全ての反転ビット線BITjB(j=0〜n)に基準ビット線電圧VWD=0Vが印加される。また、制御回路501は、0.3Vの基準書込電圧VWRおよび0.6Vの基準列選択電圧VCOLを出力調整回路504に出力させる。   Next, when the recall instruction signal RCL becomes high level, the nonvolatile RAM performs a recall operation using the subsequent period t2. First, the control circuit 501 outputs the reference bit line voltage VWD of 0V to the output adjustment circuit 504, and causes the write circuit 800 to output the reference bit line voltage VWD = 0V to the data line DL and the inverted data line DLB. As a result, the reference bit line voltage VWD = 0 V is applied to all the bit lines BITj (j = 0 to n) and all the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n). In addition, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 504 to output a reference write voltage VWR of 0.3V and a reference column selection voltage VCOL of 0.6V.

また、リコール指示信号RCLがHighレベルになると、行選択回路200−k(k=0〜m)では、信号RCLBがLowレベルとなることから、行選択電圧WLk(k=0〜m)が0Vとされる。これにより全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のNチャネルトランジスタTaおよびTbがOFFとなる。   Further, when the recall instruction signal RCL becomes High level, the signal RCLB becomes Low level in the row selection circuit 200-k (k = 0 to m), so that the row selection voltage WLk (k = 0 to m) is 0V. It is said. As a result, the N-channel transistors Ta and Tb of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are turned off.

また、行選択回路200−k(k=0〜m)では、Pチャネルトランジスタ206PがOFF、Nチャネルトランジスタ206NがONとなり、全ての書込電圧WREk(k=0〜m)が基準書込電圧VWR=0.3Vとなる。   In the row selection circuit 200-k (k = 0 to m), the P-channel transistor 206P is turned OFF and the N-channel transistor 206N is turned ON, so that all the write voltages WREk (k = 0 to m) are the reference write voltages. VWR = 0.3V.

また、制御回路501は、一括選択信号ASELBをHighレベルとする。これにより列選択回路300−j(j=0〜n)は、全ての列選択トランジスタCGj(j=0〜n)およびCGjB(j=0〜n)をONとし、全てのビット線BITj(j=0〜n)をデータ線DLに、全ての反転ビット線BITjB(j=0〜n)を反転データ線DLBに接続する。この結果、全てのビット線BITj(j=0〜n)および全ての反転ビット線BITjB(j=0〜n)に基準ビット線電圧VWD=0Vが印加される。   Further, the control circuit 501 sets the collective selection signal ASELB to High level. Accordingly, the column selection circuit 300-j (j = 0 to n) turns on all the column selection transistors CGj (j = 0 to n) and CGjB (j = 0 to n), and all the bit lines BITj (j = 0 to n) are connected to the data line DL, and all the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n) are connected to the inverted data line DLB. As a result, the reference bit line voltage VWD = 0 V is applied to all the bit lines BITj (j = 0 to n) and all the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n).

そして、制御回路501は、出力調整回路501に、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)に対する電源電圧VDCを0Vから0.6Vにかけて所定の時間勾配で立ち上げさせる。これにより不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)では、不揮発性記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に書き込むリコール動作が行われる。   Then, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 501 to raise the power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) from 0V to 0.6V with a predetermined time gradient. . As a result, in the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), a recall operation for writing the data stored in the nonvolatile storage unit 12 to the volatile storage unit 11 is performed.

その後、リコール指示信号RCLが立ち下げられると、リコール動作のための期間t2が終了し、SRAMとしての動作を行う期間t3となる。この期間t3では、リコール指示信号RCLおよびストア指示信号STRがLowレベルとなることから、行選択回路200−k(k=0〜m)は、書込電圧WREk(k=0〜m)を0Vとする。このため、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)では、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がOFFとなり、不揮発性RAMでは通常のSRAMとしての動作が行われる。   Thereafter, when the recall instruction signal RCL falls, the period t2 for the recall operation ends, and the period t3 during which the operation as the SRAM is performed. In this period t3, since the recall instruction signal RCL and the store instruction signal STR are at the low level, the row selection circuit 200-k (k = 0 to m) sets the write voltage WREk (k = 0 to m) to 0V. And Therefore, in the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned off, and the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM.

<第4実施形態>
上記第3実施形態では、列デコーダ300に全ての列を選択させ、行単位で、その行に属する全ての不揮発性メモリセルのストア動作を行わせた。しかし、同時にストア動作を行わせる不揮発性メモリセルの数が多いと、ストア電流が大きくなる。そこで、本実施形態では、一行に属する全ての不揮発性メモリセルを複数のグループに分割し、各グループを順次選択してストア動作を行わせる分割ストアを採用している。ここで、1個の抵抗変化型素子へのデータ書き込みに要するストア電流が49μAである場合において、一行分の不揮発性メモリセルを各々16ビット分の不揮発性メモリセルからなる複数のグループに分割するものとすると、1グループ当たりのストア電流は49μA×16×2(R1とR2)=1.6mAとなる。また、1グループ=128ビットページ単位でのストア動作を行うとすると、1グループ当たりのストア電流は49μA×128×2=12.5mAとなる。
<Fourth embodiment>
In the third embodiment, all the columns are selected by the column decoder 300, and all the nonvolatile memory cells belonging to the row are stored in units of rows. However, if the number of nonvolatile memory cells that simultaneously perform a store operation is large, the store current increases. Therefore, in the present embodiment, a divided store is used in which all nonvolatile memory cells belonging to one row are divided into a plurality of groups, and each group is sequentially selected to perform a store operation. Here, when the store current required for writing data to one resistance variable element is 49 μA, one row of nonvolatile memory cells is divided into a plurality of groups each consisting of 16 bits of nonvolatile memory cells. Assuming that the store current per group is 49 μA × 16 × 2 (R1 and R2) = 1.6 mA. Further, if a store operation is performed in units of 1 group = 128 bit pages, the store current per group is 49 μA × 128 × 2 = 12.5 mA.

図12は、本実施形態におけるストア動作を示すタイムチャートである。以下、上記第3実施形態のストア動作(図10)と相違している点を中心に本実施形態の動作を説明する。   FIG. 12 is a time chart showing the store operation in the present embodiment. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described focusing on differences from the store operation (FIG. 10) of the third embodiment.

図12に示す例では、各行の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)を第1のグループMkj(j=0〜h)と第2のグループMkj(j=h+1〜n)とに分け、グループ単位でストア動作を行っている。   In the example shown in FIG. 12, the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in each row are divided into a first group Mkj (j = 0 to h) and a second group Mkj (j = h + 1 to n). Store operation is performed in group units.

具体的には、行選択回路200−0が第0行に対応した書込電圧WRE0を1.5Vにしているときに、まず、第1のグループに対応した列デコーダ300−0〜300−hがHighレベルの列選択電圧COL0〜COLh、COL0B〜COLhBを出力し、第2のグループに対応した列デコーダ300−(h+1)〜300−nがLowレベルの列選択電圧COLh+1〜COLn、COL(h+1)B〜COLnBを出力する。   Specifically, when the row selection circuit 200-0 sets the write voltage WRE0 corresponding to the 0th row to 1.5V, first, the column decoders 300-0 to 300-h corresponding to the first group. Outputs high level column selection voltages COL0 to COLh and COL0B to COLhB, and column decoders 300- (h + 1) to 300-n corresponding to the second group have low level column selection voltages COLh + 1 to COLn and COL (h + 1). ) B to COLnB are output.

この結果、第1のグループに対応したビット線BITj(j=0〜h)、反転ビット線BITjB(j=0〜h)の電圧が0.6Vとなり、第2のグループに対応したビット線BITj(j=h+1〜n)、反転ビット線BITjB(j=h+1〜n)がオープンとなる。このため、第1のグループの不揮発性メモリセルM0j(j=0〜h)において揮発性記憶部11に記憶されたデータが不揮発性記憶部12に書き込まれる。   As a result, the voltage of the bit line BITj (j = 0 to h) corresponding to the first group and the inverted bit line BITjB (j = 0 to h) becomes 0.6 V, and the bit line BITj corresponding to the second group. (J = h + 1 to n), the inverted bit line BITjB (j = h + 1 to n) is opened. Therefore, the data stored in the volatile storage unit 11 in the first group of nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to h) is written into the nonvolatile storage unit 12.

次に、第1のグループに対応した列デコーダ300−0〜300−hがLowレベルの列選択電圧COL0〜COLh、COL0B〜COLhBを出力し、第2のグループに対応した列デコーダ300−(h+1)〜300−nがHighレベルの列選択電圧COLh+1〜COLn、COL(h+1)B〜COLnBを出力する。   Next, column decoders 300-0 to 300-h corresponding to the first group output low level column selection voltages COL0 to COLh and COL0B to COLhB, and column decoders 300- (h + 1) corresponding to the second group. ) To 300-n output high level column selection voltages COLh + 1 to COLn and COL (h + 1) B to COLnB.

この結果、第1のグループに対応したビット線BITj(j=0〜h)、反転ビット線BITjB(j=0〜h)がオープンとなり、第2のグループに対応したビット線BITj(j=h+1〜n)、反転ビット線BITjB(j=h+1〜n)の電圧が0.6Vとなる。このため、第2のグループの不揮発性メモリセルM0j(j=h+1〜n)において揮発性記憶部11に記憶されたデータが不揮発性記憶部12に書き込まれる。この後、書込電圧WRE0が0Vとなり、行選択回路200−0に接続される不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)のストアが終了する。   As a result, the bit line BITj (j = 0 to h) corresponding to the first group and the inverted bit line BITjB (j = 0 to h) are opened, and the bit line BITj (j = h + 1) corresponding to the second group. N), the voltage of the inverted bit line BITjB (j = h + 1 to n) becomes 0.6V. Therefore, the data stored in the volatile storage unit 11 in the second group of nonvolatile memory cells M0j (j = h + 1 to n) is written into the nonvolatile storage unit 12. Thereafter, the write voltage WRE0 becomes 0V, and the storage of the nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) connected to the row selection circuit 200-0 is completed.

次に、行選択回路200−1が第1行に対応した書込電圧WRE1を1.5Vとし、同様の動作が行われる。以下同様の動作が第2行から第m行まで繰り返され、全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のストア動作が終了する。   Next, the row selection circuit 200-1 sets the write voltage WRE1 corresponding to the first row to 1.5 V, and the same operation is performed. Thereafter, the same operation is repeated from the second row to the m-th row, and the store operation of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is completed.

以上のような分割ストア動作を実現するためには、例えば第1のグループに対応した列選択回路300−j(j=0〜h)と第2の列選択回路300−j(j=h+1〜n)に別個の一括選択信号ASELB−1およびASELB−2を供給する。そして、一行を選択する期間の前半は一括選択信号ASELB−1をアクティブレベル、一括選択信号ASELB−2を非アクティブレベルとし、後半は括選択信号ASELB−1を非アクティブレベル、一括選択信号ASELB−2をアクティブレベルとする制御を繰り返せばよい。なお、以上の説明では、各行の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)を2つのグループに分割したが、何個のグループに分割するかは、一行分の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)の個数、ストア電流の合計値の許容限度等を考慮して適切に定めればよい。   In order to realize the divided store operation as described above, for example, the column selection circuit 300-j (j = 0 to h) and the second column selection circuit 300-j (j = h + 1 to 1) corresponding to the first group. n) are supplied with separate batch selection signals ASELB-1 and ASELB-2. In the first half of the period for selecting one row, the collective selection signal ASELB-1 is set to the active level and the collective selection signal ASELB-2 is set to the inactive level, and in the second half, the collective selection signal ASELB-1 is set to the inactive level and the collective selection signal ASELB- What is necessary is just to repeat the control which makes 2 active level. In the above description, the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in each row are divided into two groups, but the number of groups to be divided depends on the nonvolatile memory cells Mkj (j in one row). = 0 to n), the allowable limit of the total value of the store current, and the like may be determined appropriately.

<第5実施形態>
図13はこの発明の第5実施形態である不揮発性RAMの構成を示すブロック図である。本実施形態は、行単位でリコール動作を行うための変形を上記第3実施形態に加えたものである。
<Fifth Embodiment>
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile RAM according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a modification for performing a recall operation in units of rows is added to the third embodiment.

本実施形態では、上記第3実施形態における不揮発性RAMセルアレイ100および行選択回路200−k(k=0〜m)が不揮発性RAMセルアレイ110および行選択回路220−k(k=0〜m)に置き換えられている。   In the present embodiment, the nonvolatile RAM cell array 100 and the row selection circuit 200-k (k = 0 to m) in the third embodiment are replaced with the nonvolatile RAM cell array 110 and the row selection circuit 220-k (k = 0 to m). Has been replaced.

ここで、不揮発性RAMセルアレイ110は、不揮発性RAMセルアレイ100と同様、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を行列状に並べたものである。しかしながら、不揮発性RAMセルアレイ110では、行列をなす不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の行k毎に各々独立に高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)を供給するための電源線が設けられている。この不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の行k毎に高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)を供給するための電源線は、行選択回路220−k(k=0〜m)に各々接続されている。   Here, like the nonvolatile RAM cell array 100, the nonvolatile RAM cell array 110 is configured by arranging the nonvolatile memory cells 10 of the first embodiment in a matrix. However, in the nonvolatile RAM cell array 110, the high-potential-side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) is independently applied to each row k of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) forming a matrix. ) Is provided. A power supply line for supplying the high-potential-side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) for each row k of the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is the row selection circuit 220. -K (k = 0 to m) are connected to each other.

各行kに対応した行選択回路220−kは、上記第3実施形態の行選択回路220−kが有する機能の他、リコール動作時、行アドレスADDXが当該行kを示したとき、当該行kに属する不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に供給する高電位側電源電圧VDCkを0Vから電源制御回路510が出力する基準電源電圧VDCまで立ち上げる機能を備えている。   In addition to the function of the row selection circuit 220-k of the third embodiment, the row selection circuit 220-k corresponding to each row k has the row k when the row address ADDX indicates the row k during the recall operation. The high potential side power supply voltage VDCk supplied to the non-volatile memory cell Mkj (j = 0 to n) belonging to is raised from 0 V to the reference power supply voltage VDC output from the power supply control circuit 510.

図14は行選択回路220−kの具体的構成例を示す回路図である。図14において、アドレス一致検出部221は、行アドレスADDXが当該行kを示す場合にHighレベルを、当該行kを示さない場合にLowレベルを出力する。   FIG. 14 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the row selection circuit 220-k. In FIG. 14, the address match detection unit 221 outputs a high level when the row address ADDX indicates the row k, and outputs a low level when the row address ADDX does not indicate the row k.

ラッチL1は、Pチャネルトランジスタ222と、Nチャネルトランジスタ223および225と、インバータ224とにより構成されている。Pチャネルトランジスタ222およびNチャネルトランジスタ223は、高電位側電源VDDおよび低電位側電源VSS間に直列に介挿されている。Nチャネルトランジスタ223のゲートには、アドレス一致検出部221の出力信号N1が与えられる。インバータ224は、Pチャネルトランジスタ222およびNチャネルトランジスタ223のドレイン同士の接続ノードに発生する信号を反転して出力する。このインバータ224の出力信号がラッチL1の出力信号N2となる。この信号N2は、Pチャネルトランジスタ222のゲートに供給される。Nチャネルトランジスタ225は、インバータ224の出力ノードと低電位側電源VSSとの間に介挿されている。このNチャネルトランジスタ225のゲートには、不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが立ち上がるときに発生するパワーオンパルスPONが与えられる。以上がラッチL1の構成である。   The latch L1 is composed of a P-channel transistor 222, N-channel transistors 223 and 225, and an inverter 224. The P-channel transistor 222 and the N-channel transistor 223 are inserted in series between the high potential side power supply VDD and the low potential side power supply VSS. The output signal N1 of the address match detection unit 221 is given to the gate of the N-channel transistor 223. Inverter 224 inverts and outputs a signal generated at a connection node between the drains of P channel transistor 222 and N channel transistor 223. The output signal of the inverter 224 becomes the output signal N2 of the latch L1. This signal N 2 is supplied to the gate of the P-channel transistor 222. The N-channel transistor 225 is interposed between the output node of the inverter 224 and the low potential side power source VSS. A power-on pulse PON generated when the power supply voltage VDD for the nonvolatile RAM rises is applied to the gate of the N-channel transistor 225. The above is the configuration of the latch L1.

遅延回路226は、ラッチL1の出力信号N2を所定時間Δt1だけ遅延させる。インバータ227は、この遅延回路226の出力信号を反転して出力する。レベルシフタ228には、電源制御回路510の出力調整回路504(図9参照)が出力する基準電源電圧VDCが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ228は、インバータ227の出力信号を反転し、反転した結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準電源電圧VDCを行kに対応した高電位側電源電圧VDCkとして出力する。   The delay circuit 226 delays the output signal N2 of the latch L1 by a predetermined time Δt1. The inverter 227 inverts the output signal of the delay circuit 226 and outputs it. The level shifter 228 is supplied with the reference power supply voltage VDC output from the output adjustment circuit 504 (see FIG. 9) of the power supply control circuit 510 as the high potential side power supply voltage. The level shifter 228 inverts the output signal of the inverter 227, and when the inverted result is “0”, the level shifter 228 sets the reference power supply voltage VDC to the high potential side power supply voltage VDCk corresponding to the row k. Output as.

NANDゲート229は、アドレス一致検出部221の出力信号N1と信号WREBが与えられる。この信号WREBは、制御回路501が内蔵する図15のNORゲートにより発生される信号であり、ストア指示信号STRまたはリコール指示信号RCLがアクティブレベルのときにLowレベルとなり、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの両方が非アクティブレベルのときにHighレベルとなる。NANDゲート229の出力信号はインバータ230により反転され、当該行kに対応した行選択電圧WLkとして出力される。この行選択電圧WLkは、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの両方が非アクティブレベルであり、かつ、アドレス一致検出部221の出力信号N1がHighレベルのときのみHighレベルとなり、それ以外の場合にはLowレベルとなる。   The NAND gate 229 receives the output signal N1 of the address match detection unit 221 and the signal WREB. This signal WREB is a signal generated by the NOR gate of FIG. 15 built in the control circuit 501, and becomes Low level when the store instruction signal STR or the recall instruction signal RCL is at the active level, and the store instruction signal STR and the recall instruction When both signals RCL are at an inactive level, they are at a high level. The output signal of the NAND gate 229 is inverted by the inverter 230 and is output as the row selection voltage WLk corresponding to the row k. The row selection voltage WLk is at a high level only when both the store instruction signal STR and the recall instruction signal RCL are at an inactive level and the output signal N1 of the address match detection unit 221 is at a high level. Becomes Low level.

NANDゲート232には、信号WREBをインバータ231により反転した信号とアドレス一致検出部221の出力信号N1とが入力される。レベルシフタ233には、電源制御回路510の出力調整回路504(図9参照)が出力する基準書込電圧VWRが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ233は、NANDゲート232の出力信号を反転し、その反転結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準書込電圧VWRを書込電圧WREkとして出力する。   The NAND gate 232 receives a signal obtained by inverting the signal WREB by the inverter 231 and the output signal N1 of the address match detection unit 221. The level shifter 233 is supplied with the reference write voltage VWR output from the output adjustment circuit 504 (see FIG. 9) of the power supply control circuit 510 as the high potential side power supply voltage. The level shifter 233 inverts the output signal of the NAND gate 232, and outputs 0V when the inversion result is “0”, and outputs the reference write voltage VWR as the write voltage WREk when it is “1”.

従って、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLの両方が非アクティブレベルである場合、この書込電圧WREkは0Vとなる。また、ストア指示信号STRまたはリコール指示信号RCLの一方がアクティブレベルであり、かつ、アドレス一致検出部221の出力信号N1がHighレベルである場合、書込電圧WREkは基準書込電圧VWRと同じ電圧になる。   Therefore, when both store instruction signal STR and recall instruction signal RCL are at the inactive level, write voltage WREk is 0V. Further, when one of the store instruction signal STR or the recall instruction signal RCL is at the active level and the output signal N1 of the address match detection unit 221 is at the high level, the write voltage WREk is the same voltage as the reference write voltage VWR. become.

図16は本実施形態におけるリコール動作を示すタイムチャートである。不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが立ち上がり、パワーオンパルスPONが発生すると、各行選択回路220−k(k=0〜m)(図14参照)では、Nチャネルトランジスタ225がONとなり、ラッチL1の出力信号N2が0V(Lowレベル)にリセットされる。この結果、各行選択回路220−k(k=0〜m)のレベルシフタ228が出力する高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)は0Vとなる。これが初期状態である。   FIG. 16 is a time chart showing a recall operation in the present embodiment. When the power supply voltage VDD rises to the nonvolatile RAM and the power-on pulse PON is generated, in each row selection circuit 220-k (k = 0 to m) (see FIG. 14), the N-channel transistor 225 is turned on and the output of the latch L1 The signal N2 is reset to 0V (Low level). As a result, the high-potential side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) output from the level shifter 228 of each row selection circuit 220-k (k = 0 to m) becomes 0V. This is the initial state.

次に、リコール指示信号RCLが立ち上がると、不揮発性RAMではその後の期間t2を利用して次のようにリコール動作が行われる。まず、制御回路501は、一括選択信号ASELBをアクティブレベルにするとともに、電源制御回路510の出力調整回路504に0Vの基準ビット線電圧VWDを出力させ、書込回路800にこの基準ビット線電圧VWD=0Vをデータ線DLおよび反転データ線DLBに出力させる。この結果、全てのビット線BITj(j=0〜n)および全てのビット線BITjB(j=0〜n)に基準ビット線電圧VWD=0Vが印加される。   Next, when the recall instruction signal RCL rises, the non-volatile RAM performs a recall operation as follows using the subsequent period t2. First, the control circuit 501 sets the collective selection signal ASELB to an active level, causes the output adjustment circuit 504 of the power supply control circuit 510 to output a reference bit line voltage VWD of 0 V, and causes the writing circuit 800 to output this reference bit line voltage VWD. = 0V is output to the data line DL and the inverted data line DLB. As a result, the reference bit line voltage VWD = 0 V is applied to all the bit lines BITj (j = 0 to n) and all the bit lines BITjB (j = 0 to n).

その後、行アドレスADDXが第0行を示す行アドレスAX0になると、行選択回路220−0のアドレス一致検出部221の出力信号N1がLowレベルからHighレベルに立ち上がる。ここで、リコール動作時には信号WREBがLowレベルであるので、各行選択回路220−k(k=0〜m)が出力する行選択電圧WLk(k=0〜m)は0Vとなる。この結果、全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のNチャネルトランジスタTa1およびTa2がOFFとなる。   Thereafter, when the row address ADDX becomes the row address AX0 indicating the 0th row, the output signal N1 of the address coincidence detection unit 221 of the row selection circuit 220-0 rises from the Low level to the High level. Here, since the signal WREB is at the low level during the recall operation, the row selection voltage WLk (k = 0 to m) output from each row selection circuit 220-k (k = 0 to m) is 0V. As a result, the N channel transistors Ta1 and Ta2 of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are turned off.

一方、信号WREBがLowレベルであると、行選択回路220−0では、アドレス一致検出部221の出力信号N1がHighレベルになったことにより、レベルシフタ233が基準書込電圧VWRと同じ電圧の書込電圧WRE0を出力する。この結果、第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2がONとなる。   On the other hand, when the signal WREB is at the low level, the row selection circuit 220-0 causes the level shifter 233 to write the same voltage as the reference write voltage VWR because the output signal N1 of the address match detection unit 221 is at the high level. Output voltage WRE0. As a result, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 of the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the 0th row are turned on.

また、行選択回路220−0では、アドレス一致検出部221の出力信号N1がLowレベルからHighレベルに立ち上がると、ラッチL1の出力信号N2がHighレベルに立ち上がる。そして、この立ち上がりタイミングから遅延回路226の遅延時間Δt1だけ遅れて、レベルシフタ228が第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)に対して供給する電源電圧VDC0が0Vから基準電源電圧VDC=0.6Vに立ち上がる。ここで、ラッチL1の出力信号N2は、一旦、Highレベルになると、以後、電源電圧VDDが与えられている間、Highレベルを維持する。従って、第0行のための高電位側電源電圧VDC0は、以後、基準電源電圧VDC=0.6Vを維持する。   In the row selection circuit 220-0, when the output signal N1 of the address match detection unit 221 rises from the low level to the high level, the output signal N2 of the latch L1 rises to the high level. The power supply voltage VDC0 that the level shifter 228 supplies to the non-volatile memory cells M0j (j = 0 to n) in the 0th row is delayed from this rising timing by the delay time Δt1 of the delay circuit 226 from 0V to the reference power supply voltage. It rises to VDC = 0.6V. Here, once the output signal N2 of the latch L1 becomes the high level, the high level is maintained while the power supply voltage VDD is applied thereafter. Therefore, the high-potential side power supply voltage VDC0 for the 0th row thereafter maintains the reference power supply voltage VDC = 0.6V.

このようにして第0行のための高電位側電源電圧VDC0が立ち上がると、第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)では、不揮発性記憶部12に記憶されたデータが揮発性記憶部11に保持される。   When the high-potential side power supply voltage VDC0 for the 0th row rises in this way, the data stored in the nonvolatile storage unit 12 is volatilized in the nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) in the 0th row. Held in the sex storage unit 11.

次に、第0行のための高電位側電源電圧VDC0の立ち上がりから所定時間Δt2が経過すると、行アドレスADDXが第1行を示す行アドレスAX1に切り換えられる。この結果、行選択回路220−0のアドレス一致検出部221の出力信号N1がHighレベルからLowレベルに立ち下がる。そして、行選択回路220−0が第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)に供給する書込電圧WRE0が0Vになる。これにより第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)の抵抗変化型素子R1およびR2がビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)から切り離される。   Next, when a predetermined time Δt2 has elapsed since the rising of the high potential side power supply voltage VDC0 for the 0th row, the row address ADDX is switched to the row address AX1 indicating the first row. As a result, the output signal N1 of the address match detection unit 221 of the row selection circuit 220-0 falls from the High level to the Low level. Then, the write voltage WRE0 that the row selection circuit 220-0 supplies to the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the 0th row becomes 0V. As a result, the variable resistance elements R1 and R2 of the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the 0th row are transferred from the bit line BITj (j = 0 to n) and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n). Disconnected.

一方、行アドレスADDXが第1行を示す行アドレスAX1になると、行選択回路220−1のアドレス一致検出部221の出力信号N1がLowレベルからHighレベルに立ち上がる。この結果、行選択回路220−1が第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)に供給する書込電圧WRE1が0.3Vになる。そして、この行選択回路220−1のアドレス一致検出部221の出力信号N1の立ち上がりタイミングから時間Δt1だけ遅れて、行選択回路220−1が第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)に供給する高電位側電源電圧VDC1が立ち上がる。   On the other hand, when the row address ADDX becomes the row address AX1 indicating the first row, the output signal N1 of the address match detection unit 221 of the row selection circuit 220-1 rises from the Low level to the High level. As a result, the write voltage WRE1 supplied to the non-volatile memory cell M1j (j = 0 to n) in the first row by the row selection circuit 220-1 becomes 0.3V. Then, the row selection circuit 220-1 is delayed by a time Δt1 from the rising timing of the output signal N1 of the address coincidence detection unit 221 of the row selection circuit 220-1, and the row selection circuit 220-1 receives the nonvolatile memory cell M1j (j = 0 to 0) in the first row. The high potential side power supply voltage VDC1 supplied to n) rises.

このようにして第1行のための高電位側電源電圧VDC1が立ち上がると、第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)では、不揮発性記憶部12に記憶されたデータが揮発性記憶部11に保持される。   When the high potential side power supply voltage VDC1 for the first row rises in this way, the data stored in the nonvolatile storage unit 12 is volatilized in the nonvolatile memory cells M1j (j = 0 to n) in the first row. Held in the sex storage unit 11.

以下、行アドレスADDXが第2行を示す行アドレスAX2から第m行を示す行アドレスAXmまで順次切り換えられ、同様な動作が繰り返される。この結果、全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のリコール動作が完了する。   Thereafter, the row address ADDX is sequentially switched from the row address AX2 indicating the second row to the row address AXm indicating the m-th row, and the same operation is repeated. As a result, the recall operation of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is completed.

その後、リコール指示信号RCLが立ち下げられると、リコール動作のための期間t2が終了し、SRAMとしての動作を行う期間t3となる。この期間t3では、リコール指示信号RCLおよびストア指示信号STRがLowレベルとなることから、行選択回路220−k(k=0〜m)は、書込電圧WREk(k=0〜m)を0Vとする。このため、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)では、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がOFFとなり、不揮発性RAMでは通常のSRAMとしての動作が行われる。   Thereafter, when the recall instruction signal RCL falls, the period t2 for the recall operation ends, and the period t3 during which the operation as the SRAM is performed. In this period t3, since the recall instruction signal RCL and the store instruction signal STR are at the low level, the row selection circuit 220-k (k = 0 to m) sets the write voltage WREk (k = 0 to m) to 0V. And Therefore, in the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned off, and the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM.

各不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)において、不揮発性記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に保持させる動作は非常に高速であり、10ns以下のサイクルで行うことができる。すなわち、図16において、Δt1+Δt2<10nsとすることができる。   In each nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), the operation of holding the data stored in the nonvolatile storage unit 12 in the volatile storage unit 11 is very fast, and is 10 ns or less. Cycle. That is, in FIG. 16, Δt1 + Δt2 <10 ns.

従って、不揮発性RAMセルアレイ110がm=1024、n=512のメモリアレイであるとすると、1つのメモリアレイのリコールを完了するための所要時間は、10ns×1024行=10.2μsとなる。64Mビットのメモリの場合、このメモリアレイが128個あるので、10.2μs×128ブロック=1.3msの時間で全メモリのリコールを完了することができる。   Therefore, if the nonvolatile RAM cell array 110 is a memory array with m = 1024 and n = 512, the time required to complete the recall of one memory array is 10 ns × 1024 rows = 10.2 μs. In the case of a 64-Mbit memory, since there are 128 memory arrays, the recall of all memories can be completed in a time of 10.2 μs × 128 blocks = 1.3 ms.

なお、本実施形態におけるストア動作は、上記第3実施形態と同様であるので、その説明を省略する。   Note that the store operation in the present embodiment is the same as that in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

<第6実施形態>
図17はこの発明の第6実施形態である不揮発性RAMの構成を示すブロック図である。本実施形態は、上記第5実施形態に変形を加えたものである。本実施形態では、上記第5実施形態における不揮発性RAMセルアレイ110、列選択回路300−j(j=0〜n)、カラムゲート400が不揮発性RAMセルアレイ120、列選択回路320−j(j=0〜n)、カラムゲート420に置き換えられている。
<Sixth Embodiment>
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile RAM according to the sixth embodiment of the present invention. The present embodiment is a modification of the fifth embodiment. In the present embodiment, the nonvolatile RAM cell array 110 and the column selection circuit 300-j (j = 0 to n) and the column gate 400 in the fifth embodiment are the nonvolatile RAM cell array 120 and the column selection circuit 320-j (j = 0-n), replaced by column gate 420.

不揮発性AMセルアレイ120は、上記第2実施形態(図4)の不揮発性メモリセル10Aを行列状に配列してなるものである。上記第5実施形態と同様、行列をなす不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の行k毎に各々独立に高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)を供給するための電源線が設けられている。この不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の行k毎に高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)を供給するための電源線は、行選択回路220−k(k=0〜m)に各々接続されている。   The non-volatile AM cell array 120 is formed by arranging the non-volatile memory cells 10A of the second embodiment (FIG. 4) in a matrix. As in the fifth embodiment, the high-potential-side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) is independently applied to each row k of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) forming a matrix. A power line is provided for supplying. A power supply line for supplying the high-potential-side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) for each row k of the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is the row selection circuit 220. -K (k = 0 to m) are connected to each other.

カラムゲート420は、各々PチャネルトランジスタCGpjおよびNチャネルトランジスタCGnjからなるCMOSトランスファゲートTGj(j=0〜n)と、各々PチャネルトランジスタCGpjBおよびNチャネルトランジスタCGnjBからなるCMOSトランスファゲートTGjB(j=0〜n)とにより構成されている。ここで、CMOSトランスファゲートTGj(j=0〜n)は、データ線DLとビット線BITj(j=0〜n)との間に各々介挿されている。また、CMOSトランスファゲートTGjB(j=0〜n)は、反転データ線DLBと反転ビット線BITjB(j=0〜n)との間に各々介挿されている。   The column gate 420 includes a CMOS transfer gate TGj (j = 0 to n) composed of a P channel transistor CGpj and an N channel transistor CGnj, and a CMOS transfer gate TGjB (j = 0) composed of a P channel transistor CGpjB and an N channel transistor CGnjB, respectively. To n). Here, the CMOS transfer gate TGj (j = 0 to n) is interposed between the data line DL and the bit line BITj (j = 0 to n). The CMOS transfer gate TGjB (j = 0 to n) is interposed between the inverted data line DLB and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n).

カラムゲート420を構成するスイッチをCMOSトランスファゲートにしたことに伴い、列選択回路320−j(j=0〜n)では、上記第5実施形態の列選択回路300−j(j=0〜n)におけるレベルシフタ303が2段のレベルシフタ304および305に置き換えられている。これらのレベルシフタ304および305には、上記第5実施形態の基準列選択電圧VCOLよりも低い基準ビット線電圧VWDが高電位側電源電圧として供給される。このように本実施形態では、カラムゲート400のスイッチをONさせる列選択電圧を発生するための電源電圧が基準列選択電圧VCOLから基準ビット線電圧VWDに変更されている。   Along with the switch constituting the column gate 420 being a CMOS transfer gate, the column selection circuit 320-j (j = 0 to n) in the column selection circuit 320-j (j = 0 to n) of the fifth embodiment. The level shifter 303 is replaced with two level shifters 304 and 305. These level shifters 304 and 305 are supplied with a reference bit line voltage VWD lower than the reference column selection voltage VCOL of the fifth embodiment as a high potential side power supply voltage. As described above, in this embodiment, the power supply voltage for generating the column selection voltage for turning on the switch of the column gate 400 is changed from the reference column selection voltage VCOL to the reference bit line voltage VWD.

各列選択回路300−j(j=0〜n)において、レベルシフタ304は、ANDゲート302の出力信号を反転し、その反転結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準ビット線電圧VWDを、カラムゲート420における各列jに対応したNチャネルトランジスタCGnjおよびCGnjBの各ゲートに供給する。また、各列選択回路300−j(j=0〜n)において、レベルシフタ305は、レベルシフタ304の出力信号を反転し、その反転結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準ビット線電圧VWDを、カラムゲート420における各列jに対応したPチャネルトランジスタCGpjおよびCGnjBの各ゲートに供給する。   In each column selection circuit 300-j (j = 0 to n), the level shifter 304 inverts the output signal of the AND gate 302. When the inversion result is “0”, 0V is set, and “1”. Supplies reference bit line voltage VWD to the gates of N-channel transistors CGnj and CGnjB corresponding to each column j in column gate 420. In each column selection circuit 300-j (j = 0 to n), the level shifter 305 inverts the output signal of the level shifter 304, and when the inversion result is “0”, 0V is set to “1”. In this case, reference bit line voltage VWD is supplied to each gate of P channel transistors CGpj and CGnjB corresponding to each column j in column gate 420.

本実施形態におけるストア動作は上記第5実施形態と同様であるが、本実施形態におけるリコール動作は上記第5実施形態と若干異なる。本実施形態において、リコールを行うときには、電源電圧VDDを基準ビット線電圧VWDとし、この基準ビット線電圧VWDを全てのビット線BITj(j=0〜n)および全ての反転ビット線BITjB(j=0〜n)に印加する。これにより各不揮発性メモリセルMkjにおいて、前掲図5に示す動作条件でリコール動作を行わせ、不揮発性記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に保持させることができる。   The store operation in this embodiment is the same as that in the fifth embodiment, but the recall operation in this embodiment is slightly different from that in the fifth embodiment. In this embodiment, when a recall is performed, the power supply voltage VDD is set to the reference bit line voltage VWD, and this reference bit line voltage VWD is set to all the bit lines BITj (j = 0 to n) and all the inverted bit lines BITjB (j = 0 to n). As a result, each nonvolatile memory cell Mkj can be recalled under the operating conditions shown in FIG. 5 and the data stored in the nonvolatile storage unit 12 can be held in the volatile storage unit 11.

本実施形態によれば、カラムゲート400を構成するスイッチをCMOSトランスファゲートにしたため、レイアウト面積は多少大きくなる。しかしながら、カラムゲート400を構成するスイッチがCMOSトランスファゲートである場合、データ線DLおよびDLBの電圧を列選択電圧のレベルまで上昇させることができるので、昇圧回路に列選択電圧VCOLjを出力させる必要がなくなる。従って、不揮発性RAMの低消費電力化を図ることができる。   According to the present embodiment, since the switch constituting the column gate 400 is a CMOS transfer gate, the layout area is somewhat increased. However, when the switch constituting the column gate 400 is a CMOS transfer gate, the voltage of the data lines DL and DLB can be raised to the level of the column selection voltage, so that it is necessary to output the column selection voltage VCOLj to the booster circuit. Disappear. Therefore, the power consumption of the nonvolatile RAM can be reduced.

<第7実施形態>
図18はこの発明の第7実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。本実施形態は、上記第5実施形態(図13)に変形を加えたものである。本実施形態では、上記第5実施形態における列選択回路300−j(j=0〜n)が列選択回路330−j(j=0〜n)に置き換えられ、さらにビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)にストアおよびリコール専用のバイアス回路900が接続されている。
<Seventh embodiment>
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile RAM according to the seventh embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fifth embodiment (FIG. 13). In this embodiment, the column selection circuit 300-j (j = 0 to n) in the fifth embodiment is replaced with a column selection circuit 330-j (j = 0 to n), and the bit line BITj (j = 0). ˜n) and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n) are connected to a bias circuit 900 dedicated for storing and recalling.

列選択回路330−j(j=0〜n)は、上記第5実施形態(図13)における列選択回路300−j(j=0〜n)のレベルシフタ303をレベルシフト機能のない通常のインバータ306に置き換えた構成となっている。このインバータ306には不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが供給される。   The column selection circuit 330-j (j = 0 to n) replaces the level shifter 303 of the column selection circuit 300-j (j = 0 to n) in the fifth embodiment (FIG. 13) with a normal inverter having no level shift function. The configuration is replaced with 306. The inverter 306 is supplied with a power supply voltage VDD for the nonvolatile RAM.

バイアス回路900は、インバータ901と、NORゲート903と、レベルシフタ902および904と、NチャネルトランジスタSRGj(j=0〜n)およびSRGjB(j=0〜n)とを有する。   Bias circuit 900 includes inverter 901, NOR gate 903, level shifters 902 and 904, and N-channel transistors SRGj (j = 0 to n) and SRGjB (j = 0 to n).

インバータ901は、ストア指示信号STRを反転して出力する。レベルシフタ902には、電源制御回路510が出力する基準ビット線電圧VWDが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ902は、インバータ901の出力信号を反転し、反転結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準ビット線電圧VWDを共通ソース線COMに出力する。   Inverter 901 inverts store instruction signal STR and outputs the inverted signal. The level shifter 902 is supplied with the reference bit line voltage VWD output from the power supply control circuit 510 as a high potential side power supply voltage. The level shifter 902 inverts the output signal of the inverter 901, and outputs 0 V when the inversion result is “0”, and outputs the reference bit line voltage VWD to the common source line COM when it is “1”.

この共通ソース線COMとビット線BITj(j=0〜n)との間にはNチャネルのビット線選択トランジスタSRGj(j=0〜n)が各々介挿されている。また、共通ソース線COMと反転ビット線BITjB(j=0〜n)との間にはNチャネルの反転ビット線選択トランジスタSRGjB(j=0〜n)が各々介挿されている。また、ビット線選択トランジスタSRGj(j=0〜n)および反転ビット線選択トランジスタSRGjB(j=0〜n)の各ゲートは共通ゲート線SRに接続されている。   N-channel bit line selection transistors SRGj (j = 0 to n) are interposed between the common source line COM and the bit lines BITj (j = 0 to n). An N-channel inverted bit line selection transistor SRGjB (j = 0 to n) is interposed between the common source line COM and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n). The gates of the bit line selection transistor SRGj (j = 0 to n) and the inverted bit line selection transistor SRGjB (j = 0 to n) are connected to the common gate line SR.

NORゲート903には、ストア指示信号STRおよびリコール指示信号RCLが与えられる。レベルシフタ904には、電源制御回路510が出力する基準電源電圧VDCが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ904は、NORゲート903の出力信号を反転し、反転結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準電源電圧VDCを共通ゲート線SRに出力する。   The NOR gate 903 is supplied with a store instruction signal STR and a recall instruction signal RCL. A reference power supply voltage VDC output from the power supply control circuit 510 is applied to the level shifter 904 as a high potential side power supply voltage. The level shifter 904 inverts the output signal of the NOR gate 903, and outputs 0 V when the inversion result is “0”, and outputs the reference power supply voltage VDC to the common gate line SR when the inversion result is “1”.

次に本実施形態のストア時の動作を説明する。ストア指示信号STRがHighレベルになると、制御回路501は、電源制御回路510に、1.2Vの基準電源電圧VDC、1.5Vの基準書込電圧VWR、0.6Vの基準ビット線電圧VWDを出力させる。   Next, the store operation of the present embodiment will be described. When the store instruction signal STR becomes High level, the control circuit 501 supplies the power supply control circuit 510 with a reference power supply voltage VDC of 1.2V, a reference write voltage VWR of 1.5V, and a reference bit line voltage VWD of 0.6V. Output.

また、バイアス回路900は、ストア指示信号STRがHighレベルであることから、基準ビット線電圧VWD=0.6Vを共通ソース線COMに出力し、基準電源電圧VDC=1.2Vを共通ゲート線SRに出力する。この結果、ビット線選択トランジスタSRGj(j=0〜n)および反転ビット線選択トランジスタSRGjB(j=0〜n)がONとなり、基準ビット線電圧VWD=0.6Vがビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)に印加される。   Further, since the store instruction signal STR is at a high level, the bias circuit 900 outputs the reference bit line voltage VWD = 0.6V to the common source line COM, and supplies the reference power supply voltage VDC = 1.2V to the common gate line SR. Output to. As a result, the bit line selection transistor SRGj (j = 0 to n) and the inverted bit line selection transistor SRGjB (j = 0 to n) are turned on, and the reference bit line voltage VWD = 0.6 V is set to the bit line BITj (j = 0). To n) and the inverted bit line BITjB (j = 0 to n).

この状態において、行アドレスADDXの示す行が第0行から第m行まで順次切り換えられる。そして、行アドレスADDXが示す行kに対応した行選択回路220−k(図14参照)は、基準書込電圧VWR=1.5Vを書込電圧WREkとして出力する。この結果、行kに対応した不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)においてストア動作が行われる。   In this state, the row indicated by the row address ADDX is sequentially switched from the 0th row to the mth row. Then, the row selection circuit 220-k (see FIG. 14) corresponding to the row k indicated by the row address ADDX outputs the reference write voltage VWR = 1.5V as the write voltage WREk. As a result, the store operation is performed in the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) corresponding to the row k.

次に本実施形態のリコール時の動作を説明する。リコール指示信号RCLがHighレベルになると、制御回路501は、電源制御回路510に、0.6Vの基準電源電圧VDC、0.3Vの基準書込電圧VWR、0Vの基準ビット線電圧VWDを出力させる。   Next, the operation at the time of recall of this embodiment will be described. When the recall instruction signal RCL becomes High level, the control circuit 501 causes the power supply control circuit 510 to output the 0.6V reference power supply voltage VDC, the 0.3V reference write voltage VWR, and the 0V reference bit line voltage VWD. .

また、バイアス回路900は、リコール指示信号RCLがHighレベルであることから、基準ビット線電圧VWD=0Vを共通ソース線COMに出力し、基準電源電圧VDC=0.6Vを共通ゲート線SRに出力する。この結果、ビット線選択トランジスタSRGj(j=0〜n)および反転ビット線選択トランジスタSRGjB(j=0〜n)がONとなり、基準ビット線電圧VWD=0Vがビット線BITj(j=0〜n)および反転ビット線BITjB(j=0〜n)に印加される。   The bias circuit 900 outputs the reference bit line voltage VWD = 0V to the common source line COM and outputs the reference power supply voltage VDC = 0.6V to the common gate line SR because the recall instruction signal RCL is at the high level. To do. As a result, the bit line selection transistor SRGj (j = 0 to n) and the inverted bit line selection transistor SRGjB (j = 0 to n) are turned on, and the reference bit line voltage VWD = 0 V is set to the bit line BITj (j = 0 to n). ) And the inverted bit line BITjB (j = 0 to n).

この状態において、行アドレスADDXの示す行が第0行から第m行まで順次切り換えられる。そして、行アドレスADDXが示す行kに対応した行選択回路220−kは、基準書込電圧VWR=1.5Vを書込電圧WREkとして出力し、このタイミングから時間Δt1だけ遅れて行kに対応した電源電圧VDCkを立ち上げる(図16参照)。この結果、行kに対応した不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)においてリコール動作が行われる。   In this state, the row indicated by the row address ADDX is sequentially switched from the 0th row to the mth row. The row selection circuit 220-k corresponding to the row k indicated by the row address ADDX outputs the reference write voltage VWR = 1.5V as the write voltage WREk, and corresponds to the row k with a delay of time Δt1 from this timing. The raised power supply voltage VDCk is raised (see FIG. 16). As a result, the recall operation is performed in the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) corresponding to the row k.

なお、本実施形態では、共通ゲート線SRがビット線選択トランジスタSRGj(j=0〜n)および反転ビット線選択トランジスタSRGjB(j=0〜n)の全てのゲートに接続されているが、列アドレスを複数のグループに分割するとともに、それに合わせて共通ゲート線SRを分割してもよい。例えば第0のグループの各列アドレスに対応したビット線選択トランジスタおよび反転ビット線選択トランジスタの各ゲートを第0の共通ゲート線SR0に接続し、第1のグループの各列アドレスに対応したビット線選択トランジスタおよび反転ビット線選択トランジスタの各ゲートを第1の共通ゲート線SR0に接続し、…という具合に共通ゲート線SRを分割するのである。そして、複数のグループを順次選択し、選択したグループの共通ゲート線に基準電源電圧VDC=0.6Vを与えて、そのグループの不揮発性メモリセルのストア動作を行わせるのである。この態様によれば、1回当たりのストア動作において流れるストア電流を小さくすることができる。   In the present embodiment, the common gate line SR is connected to all the gates of the bit line selection transistor SRGj (j = 0 to n) and the inverted bit line selection transistor SRGjB (j = 0 to n). The address may be divided into a plurality of groups, and the common gate line SR may be divided accordingly. For example, the gates of the bit line selection transistor and the inverted bit line selection transistor corresponding to each column address of the 0th group are connected to the 0th common gate line SR0, and the bit line corresponding to each column address of the first group Each gate of the selection transistor and the inverted bit line selection transistor is connected to the first common gate line SR0, and so on, and the common gate line SR is divided. Then, a plurality of groups are sequentially selected, and the reference power supply voltage VDC = 0.6 V is applied to the common gate line of the selected group, and the store operation of the nonvolatile memory cells of the group is performed. According to this aspect, the store current that flows in one store operation can be reduced.

<第8実施形態>
図19はこの発明の第8実施形態である不揮発性RAMの一行分の行選択回路230−kおよび不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)の構成を示す回路図である。本実施形態は上記第5実施形態(図13)に変形を加えたものである。
<Eighth Embodiment>
FIG. 19 is a circuit diagram showing configurations of a row selection circuit 230-k and nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) for one row of the nonvolatile RAM according to the eighth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fifth embodiment (FIG. 13).

本実施形態の第5実施形態に対する相違点は、全ての不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のPチャネルトランジスタP1およびP2の各ソースを共通接続して基準電源電圧VDCを与え、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)に低電位側電源電圧を供給する電源線を行単位に分割し、各行に対応した行選択回路230−kから行毎に低電位側電源電圧VSCk(k=0〜m)を供給するようにした点にある。   The difference of the present embodiment from the fifth embodiment is that the sources of the P-channel transistors P1 and P2 of all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are connected in common to the reference power supply. A power supply line that applies a voltage VDC and supplies a low-potential-side power supply voltage to the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is divided into rows, and a row selection circuit 230-corresponding to each row The low-potential-side power supply voltage VSCk (k = 0 to m) is supplied for each row from k.

図20は本実施形態の動作条件を示す図である。図20に示すように、本実施形態の動作と第5実施形態の動作(図5および図16参照)とではリコール動作が異なったものとなる。   FIG. 20 is a diagram showing operating conditions of the present embodiment. As shown in FIG. 20, the recall operation differs between the operation of the present embodiment and the operation of the fifth embodiment (see FIGS. 5 and 16).

不揮発性RAMに対する電源投入後、行選択回路230−kは、行アドレスADDXが行kを示さない期間は行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に対する低電位側電源電圧VSCkをVDC=0.6Vとし、書込電圧WREkを0Vとする。   After powering on the nonvolatile RAM, the row selection circuit 230-k supplies the low-potential-side power supply voltage VSCk to the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in the row k during a period when the row address ADDX does not indicate the row k. VDC = 0.6V and the write voltage WREk is 0V.

しかし、行kを示す行アドレスADDXが与えられると、行選択回路230−kは、まず、行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に対する書込電圧WREkを0.3Vとし、次いで低電位側電源電圧VSCkを0.6Vから0Vに低下させる。この結果、行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)において不揮発性記憶部12に記憶されたデータが揮発性記憶部11に保持される。そして、低電位側電源電圧VSCkは、一旦、0Vになると、その後は、リセットが掛からない限り、0Vに維持される。   However, when the row address ADDX indicating the row k is given, the row selection circuit 230-k first sets the write voltage WREk for the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in the row k to 0.3 V, Next, the low potential side power supply voltage VSCk is decreased from 0.6V to 0V. As a result, the data stored in the nonvolatile storage unit 12 in the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) in the row k is held in the volatile storage unit 11. Once the low-potential-side power supply voltage VSCk reaches 0V, it is maintained at 0V unless a reset is applied thereafter.

そして、行アドレスADDXが第0行を示すアドレスから第m行を示すアドレスまで順次切り換えられ、このリコール動作が繰り返され、全不揮発性メモリセルについてのリコール動作が完了する。その後、不揮発性RAMでは、通常のSRAMとしての動作が行われる。
本実施形態におけるストア動作は上記第5実施形態と同様なので説明を省略する。
Then, the row address ADDX is sequentially switched from the address indicating the 0th row to the address indicating the mth row, this recall operation is repeated, and the recall operation for all the nonvolatile memory cells is completed. Thereafter, the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM.
Since the store operation in the present embodiment is the same as that in the fifth embodiment, description thereof is omitted.

<第9実施形態>
図21はこの発明の第9実施形態である不揮発性RAMの一行分の行選択回路240−kおよび不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)の構成を示す回路図である。本実施形態は上記第5実施形態(図13)に変形を加えたものである。本実施形態の第5実施形態に対する相違点は、電源電圧VDCおよびVSSを供給する各電源線を不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列に沿って各々設け、この各列の電源電圧VDCを供給するための電源線と不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列のPチャネルトランジスタP1およびP2の各ソースの接続点との間にPチャネルのソース選択トランジスタTw3を介挿し、各行に対応した行選択回路240−kからその行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のソース選択トランジスタTw3の各ゲートにソース選択制御電圧RCSBkを供給するようにした点にある。
<Ninth Embodiment>
FIG. 21 is a circuit diagram showing configurations of a row selection circuit 240-k and nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) for one row of the nonvolatile RAM according to the ninth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the fifth embodiment (FIG. 13). The difference of the present embodiment from the fifth embodiment is that each power line supplying the power supply voltages VDC and VSS is arranged along each column of nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n). Connection between the power supply line for supplying the power supply voltage VDC of each column and the sources of the P channel transistors P1 and P2 in each column of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) A P-channel source selection transistor Tw3 is interposed between the point and each of the source selection transistors Tw3 of the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in the row k from the row selection circuit 240-k corresponding to each row. The source selection control voltage RCSBk is supplied to the gate.

上記第5実施形態では、行選択回路220−k(図14参照)が行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に供給する電源電圧VDCkを立ち上げることにより行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)にリコール動作を行わせた。   In the fifth embodiment, the row selection circuit 220-k (see FIG. 14) raises the power supply voltage VDCk supplied to the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in the row k, thereby causing the nonvolatile in the row k. The memory cell Mkj (j = 0 to n) was caused to perform a recall operation.

これに対し、本実施形態では、行選択回路240−kが行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のPチャネルトランジスタTw3をONさせるソース選択制御電圧RCSBkを出力することにより行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)にリコール動作を行わせる。
本実施形態におけるストア動作は上記第5実施形態と同様なので説明を省略する。
On the other hand, in this embodiment, the row selection circuit 240-k outputs the source selection control voltage RCSBk that turns on the P-channel transistor Tw3 of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) of the row k. The recall operation is performed on the k nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n).
Since the store operation in the present embodiment is the same as that in the fifth embodiment, description thereof is omitted.

本実施形態によれば、高電位側電源電圧VDCを供給するための電源線および低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線を、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列に沿って各行を横切る方向に配線することができる。従って、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のストア動作およびリコール動作を行単位で行う場合に、高電位側電源電圧VDCを供給するための1本の電源線および低電位側電源電圧VSSを供給するための1本の電源線には、不揮発性メモリセル1個分の消費電流しか流れない。従って、各電源線の線幅を決定するに当たって、1ビット分(不揮発性メモリセル1個分)の消費電流のみを考慮すれば良く、また、各電源線の配線抵抗による電圧低下を低減することができる。   According to the present embodiment, the power supply line for supplying the high potential side power supply voltage VDC and the power supply line for supplying the low potential side power supply voltage VSS are connected to the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = Wiring can be performed in the direction crossing each row along each column of 0-n). Accordingly, when the store operation and the recall operation of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) are performed in units of rows, one power supply line for supplying the high potential side power supply voltage VDC. In addition, only a current consumption corresponding to one nonvolatile memory cell flows through one power supply line for supplying the low potential side power supply voltage VSS. Therefore, in determining the line width of each power supply line, only the current consumption for one bit (one nonvolatile memory cell) needs to be considered, and the voltage drop due to the wiring resistance of each power supply line is reduced. Can do.

<第10実施形態>
図22はこの発明の第10実施形態である不揮発性RAMの一行分の行選択回路250−kおよび不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)の構成を示す回路図である。本実施形態は上記第8実施形態(図19)に変形を加えたものである。本実施形態の第8実施形態に対する相違点は、電源電圧VDCおよびVSSを供給する各電源線を不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列に沿って各々設け、この各列の電源電圧VSSを供給するための電源線と不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列のNチャネルトランジスタN1およびN2の各ソースの接続点との間にNチャネルのソース選択トランジスタTw4を介挿し、各行に対応した行選択回路250−kからその行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のソース選択トランジスタTw4の各ゲートにソース選択制御電圧RCSkを供給するようにした点にある。
<Tenth Embodiment>
FIG. 22 is a circuit diagram showing configurations of a row selection circuit 250-k and nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) for one row of the nonvolatile RAM according to the tenth embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the eighth embodiment (FIG. 19). The difference of this embodiment from the eighth embodiment is that each power supply line for supplying power supply voltages VDC and VSS is arranged along each column of nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n). Connection between the power supply line for supplying the power supply voltage VSS of each column and the sources of the N channel transistors N1 and N2 in each column of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) An N-channel source selection transistor Tw4 is interposed between the point and each of the source selection transistors Tw4 of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) in the row k from the row selection circuit 250-k corresponding to each row. The source selection control voltage RCSK is supplied to the gate.

上記第8実施形態では、行選択回路230−k(図19参照)が行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に供給する低電位側電源電圧VSCkを立ち上げることにより行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)にリコール動作を行わせた。   In the eighth embodiment, the row selection circuit 230-k (see FIG. 19) raises the low-potential-side power supply voltage VSCk supplied to the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) in the row k, thereby causing the row k. The non-volatile memory cell Mkj (j = 0 to n) was subjected to a recall operation.

これに対し、本実施形態では、行選択回路250−kが行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のソース選択トランジスタTw4をONさせるソース選択制御電圧RCSkを出力することにより行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)にリコール動作を行わせる。
本実施形態においても上記第9実施形態と同様な効果が得られる。
On the other hand, in this embodiment, the row selection circuit 250-k outputs the source selection control voltage RCSK that turns on the source selection transistor Tw4 of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) of the row k. The recall operation is performed on the k nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n).
Also in this embodiment, the same effect as the ninth embodiment can be obtained.

<他の実施形態>
以上、この発明の第1〜第10実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
Although the first to tenth embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:

(1)上記各実施形態では、ストア時、リコール時に、行アドレスを不揮発性RAMの外部から与え、この行アドレスを外部から切り換えることにより行単位でのストアおよびリコールを行った。しかし、そのようにする代わりに、例えばカウンタ等により順次変化する行アドレスを出力する行アドレス発生手段を不揮発性RAM内に設け、この行アドレス発生手段が出力する行アドレスを利用してストアおよびリコールを行うようにしてもよい。 (1) In each of the above embodiments, at the time of storing and recalling, a row address is given from outside the non-volatile RAM, and this row address is switched from outside to perform storing and recall in units of rows. However, instead of doing so, a row address generating means for outputting sequentially changing row addresses by a counter or the like is provided in the nonvolatile RAM, and store and recall are performed using the row address output by the row address generating means. May be performed.

(2)上記各実施形態では、RAMセルアレイの全セルを揮発性記憶部と不揮発性記憶部からなる不揮発性メモリセルにより構成した。しかし、そのようにする代わりに、RAMセルアレイの一部の領域を不揮発性メモリセルにより構成し、残りの領域を通常のSRAMのメモリセルにより構成してもよい。すなわち、SRAMの全メモリ空間のうち一部の領域のみをストアおよびリコールの可能な領域にするのである。 (2) In each of the above embodiments, all the cells of the RAM cell array are configured by nonvolatile memory cells including a volatile storage unit and a nonvolatile storage unit. However, instead of doing so, a part of the RAM cell array may be constituted by nonvolatile memory cells, and the remaining area may be constituted by normal SRAM memory cells. That is, only a part of the entire memory space of the SRAM is made an area that can be stored and recalled.

(3)上記第3〜第5、第7〜第10実施形態では、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を用いて不揮発性RAMセルアレイを構成した。また、上記第6実施形態では、上記第2実施形態の不揮発性メモリセル10Aを用いて不揮発性RAMセルアレイを構成した。しかし、上記第3〜第5、第7〜第10実施形態において、上記第2実施形態の不揮発性メモリセル10Aを用いて不揮発性RAMセルアレイを構成してもよい。また、上記第6実施形態において、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を用いて不揮発性RAMセルアレイを構成してもよい。 (3) In the third to fifth and seventh to tenth embodiments, the nonvolatile RAM cell array is configured using the nonvolatile memory cell 10 of the first embodiment. In the sixth embodiment, the nonvolatile RAM cell array is configured using the nonvolatile memory cell 10A of the second embodiment. However, in the third to fifth and seventh to tenth embodiments, the nonvolatile RAM cell array may be configured using the nonvolatile memory cell 10A of the second embodiment. In the sixth embodiment, a nonvolatile RAM cell array may be configured using the nonvolatile memory cell 10 of the first embodiment.

上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を用いて不揮発性RAMセルアレイを構成する場合、ストア時には、不揮発性メモリセルの揮発性記憶部11において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として各ビット線および各反転ビット線に与えればよい。また、リコール時には、不揮発性メモリセルの揮発性記憶部11において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧(例えば0V)を基準ビット線電圧として各ビット線および各反転ビット線に与えればよい。   When a nonvolatile RAM cell array is configured using the nonvolatile memory cell 10 of the first embodiment, it is used for expressing “1” / “0” in the volatile storage unit 11 of the nonvolatile memory cell at the time of storing. An intermediate voltage between the two types of voltages may be applied to each bit line and each inverted bit line as a reference bit line voltage. At the time of recall, the lower voltage (for example, 0 V) of the two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit 11 of the nonvolatile memory cell is used as the reference bit line voltage. What is necessary is just to give to each bit line and each inversion bit line.

また、上記第2実施形態の不揮発性メモリセル10Aを用いて不揮発性RAMセルアレイを構成する場合、ストア時には、不揮発性メモリセルの揮発性記憶部11において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として各ビット線および各反転ビット線に与えればよい。また、リコール時には、不揮発性メモリセルの揮発性記憶部11において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧(例えば通常動作時の揮発性記憶部11に対する基準電源電圧VDC)を基準ビット線電圧として各ビット線および各反転ビット線に与えればよい。   Further, when the nonvolatile RAM cell array is configured using the nonvolatile memory cell 10A of the second embodiment, “1” / “0” is expressed in the volatile storage unit 11 of the nonvolatile memory cell at the time of storing. An intermediate voltage between the two types of voltages used in the above may be applied to each bit line and each inverted bit line as a reference bit line voltage. Further, at the time of recall, the higher voltage (for example, the volatile storage unit during normal operation) of the two types of voltages used to express “1” / “0” in the volatile storage unit 11 of the nonvolatile memory cell. 11 is applied to each bit line and each inverted bit line as a reference bit line voltage.

(4)上記各実施形態において開示した各種の動作電圧は、非特許文献1に記載の抵抗素子特性に基づいている。しかし、この分野の開発は進んでおり、将来的には、電源電圧0.6Vあるいはそれ以下の低電圧でも十分にストア、リコールあるいは読み出し動作が可能で、昇圧電圧を必要としない抵抗変化型素子が実現されると予想される。本発明は、このような場合に新しい抵抗変化型素子に合わせて動作電圧値を変更することを妨げるものではない。そのような新しい抵抗変化型素子の特性に合わせて動作電圧値を変化させた態様も本発明の範囲内に属する。 (4) Various operating voltages disclosed in the above embodiments are based on the resistance element characteristics described in Non-Patent Document 1. However, development in this field is progressing, and in the future, a variable resistance element that can store, recall, or read out sufficiently even at a low power supply voltage of 0.6 V or lower and does not require a boosted voltage. Is expected to be realized. The present invention does not preclude changing the operating voltage value in accordance with a new variable resistance element in such a case. A mode in which the operating voltage value is changed in accordance with the characteristics of such a new variable resistance element also belongs to the scope of the present invention.

10,10A,Mkj……不揮発性メモリセル、11……揮発性記憶部、12,12A……不揮発性記憶部、P1,P2,Tw3……Pチャネルトランジスタ、N1,N2,Ta1,Ta2,Tw1,Tw2,Tw4……Nチャネルトランジスタ、R1,R2……抵抗変化型素子、INV1,INV2……インバータ、BL,BLB,BITj,BITjB……ビット線、100,110,120……不揮発性RAMセルアレイ、200……行デコーダ、300……列デコーダ、400,420……カラムゲート、600……センスアンプ、700……入出力バッファ、800……書込回路、500……制御部、501……制御回路、510……電源制御回路、200−k,220−k,230−k,240−k,250−k……行選択回路、300−j,320−j,330−j……列選択回路、201,221,301……アドレス一致検出部、L1……ラッチ、226……遅延回路、207,228,233,303,304,305,902,904……レベルシフタ。 10, 10A, Mkj: Non-volatile memory cell, 11: Volatile memory unit, 12, 12A: Non-volatile memory unit, P1, P2, Tw3: P channel transistor, N1, N2, Ta1, Ta2, Tw1 , Tw2, Tw4... N channel transistor, R1, R2... Variable resistance element, INV1, INV2... Inverter, BL, BLB, BITj, BITjB... Bit line, 100, 110, 120. , 200 ... row decoder, 300 ... column decoder, 400, 420 ... column gate, 600 ... sense amplifier, 700 ... input / output buffer, 800 ... write circuit, 500 ... control unit, 501 ... Control circuit, 510... Power supply control circuit, 200-k, 220-k, 230-k, 240-k, 250-k, row selection circuit 300-j, 320-j, 330-j... Column selection circuit, 201, 221 and 301... Address match detection unit, L1... Latch, 226 ... delay circuit, 207, 228, 233, 303, 304, 305, 902, 904... Level shifter.

Claims (32)

揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルにより構成された不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリであって、
前記不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチが電界効果トランジスタにより構成されており、
前記不揮発性メモリセルにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストアを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給し、
前記不揮発性メモリセルにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコールを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも低いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給した状態において、前記揮発性記憶部に対する電源電圧を0Vから通常動作時の電源電圧まで立ち上げることを特徴とする不揮発性メモリ
A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory having a non-volatile memory cell array composed of non-volatile memory cells, which is a variable resistance element
The third and fourth switches of the nonvolatile memory cell are formed of field effect transistors;
When performing storage for writing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned off, and the volatile storage unit is operated during normal operation. An intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit by applying a gate voltage higher than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. To the bit line and the inverted bit line,
When performing a recall to write data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned OFF, and the volatile memory unit during normal operation is turned off. Two types of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation by applying a gate voltage lower than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. A non-volatile memory, wherein a power supply voltage for the volatile memory portion is raised from 0 V to a power supply voltage during normal operation in a state where the lower voltage is supplied to the bit line and the inverted bit line .
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルにより構成された不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリであって、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory having a non-volatile memory cell array composed of non-volatile memory cells, which is a variable resistance element
前記不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチが電界効果トランジスタにより構成されており、The third and fourth switches of the nonvolatile memory cell are formed of field effect transistors;
前記不揮発性メモリセルにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストアを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高い電源電圧を前記揮発性記憶部に与え、このストア時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、このストア時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給し、When performing storage for writing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned off, and the volatile storage unit is operated during normal operation. A power supply voltage higher than the power supply voltage is applied to the volatile storage unit, a gate voltage higher than the power supply voltage for the volatile storage unit at the time of storage is applied to turn on the third and fourth switches, and the store Supplying an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit to the bit line and the inverted bit line;
前記不揮発性メモリセルにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコールを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも低いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給した状態において、前記揮発性記憶部に対する電源電圧を0Vから通常動作時の電源電圧まで立ち上げることを特徴とする不揮発性メモリ。When performing a recall to write data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned OFF, and the volatile memory unit during normal operation is turned off. Two types of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation by applying a gate voltage lower than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. A non-volatile memory, wherein a power supply voltage for the volatile memory portion is raised from 0 V to a power supply voltage during normal operation in a state where the lower voltage is supplied to the bit line and the inverted bit line.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the lower of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. A row decoder that performs ON / OFF control and performs ON / OFF control of the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array at the time of recall;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記行デコーダは、前記ストア時において行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力し、前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての行の各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力することを特徴とする請求項3に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to the row indicated by the row address at the time of the store, and at the time of the recall, the row decoder 4. The non-volatile memory according to claim 3, wherein a write voltage for turning on the third and fourth switches of each non-volatile memory cell in all rows is output. 前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧する昇圧回路を含む電源制御回路を有し、A power supply control circuit including a booster circuit that boosts a power supply voltage for the nonvolatile memory;
前記行デコーダは、前記ストア時に、前記昇圧回路により昇圧された第1の電圧を前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルに対する電源電圧として出力し、前記昇圧回路により昇圧された電圧であって、前記第1の電圧より高い第2の電圧を前記書込電圧として前記行アドレスが示す行の各不揮発性メモリセルに供給することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a first voltage boosted by the booster circuit as a power supply voltage for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array during the store, and is a voltage boosted by the booster circuit. 5. The nonvolatile memory according to claim 4, wherein a second voltage higher than the first voltage is supplied to each nonvolatile memory cell in a row indicated by the row address as the write voltage.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the lower of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御と、前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する電源電圧の立ち上げ制御とを行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, ON / OFF control of the third and fourth switches in units of rows of the nonvolatile memory cells of the nonvolatile memory cell array, and the third and fourth switches are controlled. A row decoder for controlling the rise of the power supply voltage for each non-volatile memory cell that is turned ON;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記行デコーダは、前記ストア時に、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチをONさせる書込電圧を出力し、前記リコール時には、前記不揮発性メモリに対する電源電圧の立ち上げ後、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチをONさせる書込電圧を出力するとともに、当該行に属する各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げ、この立ち上げた電源電圧を維持することを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array at the time of storing, and at the time of the recall, After the power supply voltage for the nonvolatile memory is raised, a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to the row indicated by the row address in the nonvolatile memory cell array is output. 7. The nonvolatile memory according to claim 6, wherein a power supply voltage for each nonvolatile memory cell belonging to the row is raised, and the raised power supply voltage is maintained. 前記列デコーダは、前記ストア時において前記行デコーダが1つの行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力している間、前記不揮発性メモリセルアレイの各列を複数のグループに分け、各グループを順次選択し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて当該選択したグループの各列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に接続するための前記カラムゲートの制御を順次行うことを特徴とする請求項3または6に記載の不揮発性メモリ。The column decoder outputs the write voltage for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory cells belonging to one row during the store, while the row decoder outputs the write voltage. Each column is divided into a plurality of groups, each group is sequentially selected, and each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of each column of the selected group is connected in the nonvolatile memory cell array The nonvolatile memory according to claim 3, wherein the column gate for connecting to the data line and the inverted data line is sequentially controlled. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、A write circuit for outputting a voltage corresponding to write data during normal operation to the data line and the inverted data line;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時および前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する電源電圧の立ち上げ制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the volatile storage unit in the nonvolatile memory cell array When storing data from the nonvolatile memory cell array and when recalling writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, all nonvolatile memory cells in the nonvolatile memory cell array The first and second switches are turned off, the third and fourth switches are turned on and off in units of rows of the nonvolatile memory cells of the nonvolatile memory cell array at the time of storing, and at the time of the recall A row of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array A row decoder for raising control of the power supply voltage to the third and fourth switches ON / OFF control, and the third and fourth of each nonvolatile memory cell is turned ON the switch in position,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線から切り離すための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダと、Control of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for separation from the line;
前記ストア時には、前記不揮発性メモリセルアレイの各列の不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線に対し、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として出力し、前記リコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を前記基準ビット線電圧として出力するバイアス回路とAt the time of storing, “1” / “0” in the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell for each bit line and each inverted bit line to which the nonvolatile memory cells of each column of the nonvolatile memory cell array are connected. An intermediate voltage between two kinds of voltages used to express the signal is output as a reference bit line voltage, and at the time of the recall, the volatile memory unit during normal operation expresses “1” / “0”. A bias circuit for outputting a lower one of the two kinds of voltages used as the reference bit line voltage;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記バイアス回路は、前記基準ビット線電圧を供給するための共通ソース線と、前記共通ソース線と前記各ビット線および前記各反転ビット線との間に各々介挿された複数のビット線選択スイッチを具備し、前記ストア時および前記リコール時に前記複数のビット線選択スイッチをONにすることを特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ。The bias circuit includes a common source line for supplying the reference bit line voltage, and a plurality of bit line selection switches interposed between the common source line, the bit lines, and the inverted bit lines, respectively. The nonvolatile memory according to claim 9, wherein the plurality of bit line selection switches are turned on at the time of storing and at the time of recall. 前記バイアス回路は、前記ストア時において前記行デコーダが1つの行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力している間、前記不揮発性メモリセルアレイの各列を複数のグループに分け、各グループを順次選択し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて当該選択したグループの各列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線に前記基準ビット電圧を出力する制御を順次行うことを特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ。The bias circuit outputs the write voltage for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory cells belonging to one row during the store while the row decoder outputs the write voltage. Each column is divided into a plurality of groups, each group is sequentially selected, and each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell in each column of the selected group is connected in the nonvolatile memory cell array The nonvolatile memory according to claim 9, wherein the control for outputting the reference bit voltage is sequentially performed. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the lower of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する低電位側電源電圧を低下させることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, the ON / OFF control of the third and fourth switches and the third and fourth switches are turned ON for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array. By reducing the low-potential-side power supply voltage for each nonvolatile memory cell A row decoder for controlling turning on the power voltage on sexual memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。  A non-volatile memory comprising:
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と、不揮発性記憶部と、高電位側電源電圧を供給するための電源線と前記揮発性記憶部における高電位側電源ノードとの間に介挿された高電位側電源スイッチとを有し、A volatile storage unit, a nonvolatile storage unit, a power line for supplying a high-potential-side power supply voltage, and a high-potential-side power switch interposed between the high-potential-side power supply node in the volatile storage unit, Have
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the lower of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時には、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御と、前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルの前記高電位側電源スイッチをONにすることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御とを行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell at the time of storing and recalling The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the nonvolatile memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array at the time of storing ON / OFF control of the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and the third and fourth switches at the time of the recall. By turning on the high potential side power switch of each nonvolatile memory cell whose switch is turned on, A row decoder for the control of turning on the power voltage for the nonvolatile memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部に高電位側電源電圧および低電位側電源線を供給するための各電源線が前記不揮発性メモリセルアレイの各列に沿って各行を横切る方向に各々配線されていることを特徴とする請求項13に記載の不揮発性メモリ。Each power line for supplying a high-potential-side power supply voltage and a low-potential-side power supply line to each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell is in a direction crossing each row along each column of the nonvolatile memory cell array. The nonvolatile memory according to claim 13, wherein the nonvolatile memory is wired. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と、不揮発性記憶部と、低電位側電源電圧を供給するための電源線と前記揮発性記憶部における低電位側電源ノードとの間に介挿された低電位側電源スイッチとを有し、A volatile memory unit; a nonvolatile memory unit; a power line for supplying a low-potential-side power supply voltage; and a low-potential-side power switch interposed between the low-potential-side power node in the volatile memory unit; Have
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are respectively provided on the bit line and the inverted bit line side,
前記第3および第4のスイッチは、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち低い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the lower of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルの前記低電位側電源スイッチをONにすることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, the ON / OFF control of the third and fourth switches and the third and fourth switches are turned ON for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array. Each non-volatile memory cell is turned on by turning on the low potential side power switch. A row decoder for controlling turning on the power voltage for the nonvolatile memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部に高電位側電源電圧および低電位側電源線を供給するための各電源線が前記不揮発性メモリセルアレイの各列に沿って各行を横切る方向に各々配線されていることを特徴とする請求項15に記載の不揮発性メモリ。Each power line for supplying a high-potential-side power supply voltage and a low-potential-side power supply line to each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell is in a direction crossing each row along each column of the nonvolatile memory cell array. The nonvolatile memory according to claim 15, wherein the nonvolatile memory is wired. 揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルにより構成された不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリであって、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory having a non-volatile memory cell array composed of non-volatile memory cells, which is a variable resistance element
前記不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチが電界効果トランジスタにより構成されており、The third and fourth switches of the nonvolatile memory cell are formed of field effect transistors;
前記不揮発性メモリセルにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストアを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給し、When performing storage for writing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned off, and the volatile storage unit is operated during normal operation. An intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit by applying a gate voltage higher than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. To the bit line and the inverted bit line,
前記不揮発性メモリセルにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコールを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも低いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給した状態において、前記揮発性記憶部に対する電源電圧を0Vから通常動作時の電源電圧まで立ち上げることを特徴とする不揮発性メモリ。When performing a recall to write data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned OFF, and the volatile memory unit during normal operation is turned off. Two types of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation by applying a gate voltage lower than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. A non-volatile memory, wherein a power supply voltage for the volatile memory portion is raised from 0 V to a power supply voltage during normal operation in a state where a higher voltage is supplied to the bit line and the inverted bit line.
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルにより構成された不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリであって、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory having a non-volatile memory cell array composed of non-volatile memory cells, which is a variable resistance element
前記不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチが電界効果トランジスタにより構成されており、The third and fourth switches of the nonvolatile memory cell are formed of field effect transistors;
前記不揮発性メモリセルにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストアを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高い電源電圧を前記揮発性記憶部に与え、このストア時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも高いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、このストア時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給し、When performing storage for writing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned off, and the volatile storage unit is operated during normal operation. A power supply voltage higher than the power supply voltage is applied to the volatile storage unit, a gate voltage higher than the power supply voltage for the volatile storage unit at the time of storage is applied to turn on the third and fourth switches, and the store Supplying an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit to the bit line and the inverted bit line;
前記不揮発性メモリセルにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコールを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFFとし、通常動作時の前記揮発性記憶部に対する電源電圧よりも低いゲート電圧を与えて前記第3および第4のスイッチをONとし、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を前記ビット線および前記反転ビット線に供給した状態において、前記揮発性記憶部に対する電源電圧を0Vから通常動作時の電源電圧まで立ち上げることを特徴とする不揮発性メモリ。When performing a recall to write data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned OFF, and the volatile memory unit during normal operation is turned off. Two types of voltages used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation by applying a gate voltage lower than the power supply voltage to turn on the third and fourth switches. A non-volatile memory, wherein a power supply voltage for the volatile memory portion is raised from 0 V to a power supply voltage during normal operation in a state where a higher voltage is supplied to the bit line and the inverted bit line.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the higher of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. A row decoder that performs ON / OFF control and performs ON / OFF control of the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array at the time of recall;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記行デコーダは、前記ストア時において行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力し、前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての行の各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力することを特徴とする請求項19に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to the row indicated by the row address at the time of the store, and at the time of the recall, the row decoder The nonvolatile memory according to claim 19, wherein a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell in all rows is output. 前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧する昇圧回路を含む電源制御回路を有し、A power supply control circuit including a booster circuit that boosts a power supply voltage for the nonvolatile memory;
前記行デコーダは、前記ストア時に、前記昇圧回路により昇圧された第1の電圧を前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルに対する電源電圧として出力し、前記昇圧回路により昇圧された電圧であって、前記第1の電圧より高い第2の電圧を前記書込電圧として前記行アドレスが示す行の各不揮発性メモリセルに供給することを特徴とする請求項20に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a first voltage boosted by the booster circuit as a power supply voltage for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array during the store, and is a voltage boosted by the booster circuit. 21. The nonvolatile memory according to claim 20, wherein a second voltage higher than the first voltage is supplied to each nonvolatile memory cell in a row indicated by the row address as the write voltage.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the higher of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御と、前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する電源電圧の立ち上げ制御とを行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, ON / OFF control of the third and fourth switches in units of rows of the nonvolatile memory cells of the nonvolatile memory cell array, and the third and fourth switches are controlled. A row decoder for controlling the rise of the power supply voltage for each non-volatile memory cell that is turned ON;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。  A non-volatile memory comprising:
前記行デコーダは、前記ストア時に、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチをONさせる書込電圧を出力し、前記リコール時には、前記不揮発性メモリに対する電源電圧の立ち上げ後、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチをONさせる書込電圧を出力するとともに、当該行に属する各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げ、この立ち上げた電源電圧を維持することを特徴とする請求項22に記載の不揮発性メモリ。The row decoder outputs a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array at the time of storing, and at the time of the recall, After the power supply voltage for the nonvolatile memory is raised, a write voltage for turning on the third and fourth switches of each nonvolatile memory cell belonging to the row indicated by the row address in the nonvolatile memory cell array is output. 23. The nonvolatile memory according to claim 22, wherein a power supply voltage for each nonvolatile memory cell belonging to the row is raised, and the raised power supply voltage is maintained. 前記列デコーダは、前記ストア時において前記行デコーダが1つの行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力している間、前記不揮発性メモリセルアレイの各列を複数のグループに分け、各グループを順次選択し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて当該選択したグループの各列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に接続するための前記カラムゲートの制御を順次行うことを特徴とする請求項19または22に記載の不揮発性メモリ。The column decoder outputs the write voltage for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory cells belonging to one row during the store, while the row decoder outputs the write voltage. Each column is divided into a plurality of groups, each group is sequentially selected, and each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of each column of the selected group is connected in the nonvolatile memory cell array 23. The nonvolatile memory according to claim 19, wherein the column gate for connecting to the data line and the inverted data line is sequentially controlled. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、A write circuit for outputting a voltage corresponding to write data during normal operation to the data line and the inverted data line;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時および前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する電源電圧の立ち上げ制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the volatile storage unit in the nonvolatile memory cell array When storing data from the nonvolatile memory cell array and when recalling writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, all nonvolatile memory cells in the nonvolatile memory cell array The first and second switches are turned off, the third and fourth switches are turned on and off in units of rows of the nonvolatile memory cells of the nonvolatile memory cell array at the time of storing, and at the time of the recall A row of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array A row decoder for raising control of the power supply voltage to the third and fourth switches ON / OFF control, and the third and fourth of each nonvolatile memory cell is turned ON the switch in position,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線から切り離すための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダと、Control of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for separation from the line;
前記ストア時には、前記不揮発性メモリセルアレイの各列の不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線に対し、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として出力し、前記リコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を前記基準ビット線電圧として出力するバイアス回路とAt the time of storing, “1” / “0” in the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell for each bit line and each inverted bit line to which the nonvolatile memory cells of each column of the nonvolatile memory cell array are connected. An intermediate voltage between two kinds of voltages used to express the signal is output as a reference bit line voltage, and at the time of the recall, the volatile memory unit during normal operation expresses “1” / “0”. A bias circuit for outputting a higher one of the two kinds of voltages used as the reference bit line voltage;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記バイアス回路は、前記基準ビット線電圧を供給するための共通ソース線と、前記共通ソース線と前記各ビット線および前記各反転ビット線との間に各々介挿された複数のビット線選択スイッチを具備し、前記ストア時および前記リコール時に前記複数のビット線選択スイッチをONにすることを特徴とする請求項25に記載の不揮発性メモリ。The bias circuit includes a common source line for supplying the reference bit line voltage, and a plurality of bit line selection switches interposed between the common source line, the bit lines, and the inverted bit lines, respectively. 26. The nonvolatile memory according to claim 25, wherein the plurality of bit line selection switches are turned on at the time of storing and at the time of recall. 前記バイアス回路は、前記ストア時において前記行デコーダが1つの行に属する各不揮発性メモリセルの第3および第4のスイッチをONとする書込電圧を出力している間、前記不揮発性メモリセルアレイの各列を複数のグループに分け、各グループを順次選択し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて当該選択したグループの各列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線に前記基準ビット電圧を出力する制御を順次行うことを特徴とする請求項25に記載の不揮発性メモリ。The bias circuit outputs the write voltage for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory cells belonging to one row during the store while the row decoder outputs the write voltage. Each column is divided into a plurality of groups, each group is sequentially selected, and each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell in each column of the selected group is connected in the nonvolatile memory cell array 26. The nonvolatile memory according to claim 25, wherein control for outputting the reference bit voltage is sequentially performed. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the higher of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルに対する低電位側電源電圧を低下させることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, the ON / OFF control of the third and fourth switches and the third and fourth switches are turned ON for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array. By reducing the low-potential-side power supply voltage for each nonvolatile memory cell A row decoder for controlling turning on the power voltage on sexual memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と、不揮発性記憶部と、高電位側電源電圧を供給するための電源線と前記揮発性記憶部における高電位側電源ノードとの間に介挿された高電位側電源スイッチとを有し、A volatile storage unit, a nonvolatile storage unit, a power line for supplying a high-potential-side power supply voltage, and a high-potential-side power switch interposed between the high-potential-side power supply node in the volatile storage unit, Have
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the higher of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御と、前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルの前記高電位側電源スイッチをONにすることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御とを行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, ON / OFF control of the third and fourth switches in units of rows of the nonvolatile memory cells of the nonvolatile memory cell array, and the third and fourth switches By turning on the high-potential-side power switch of each nonvolatile memory cell in which A row decoder for the control of turning on the power voltage for the nonvolatile memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部に高電位側電源電圧および低電位側電源線を供給するための各電源線が前記不揮発性メモリセルアレイの各列に沿って各行を横切る方向に各々配線されていることを特徴とする請求項29に記載の不揮発性メモリ。Each power line for supplying a high-potential-side power supply voltage and a low-potential-side power supply line to each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell is in a direction crossing each row along each column of the nonvolatile memory cell array. The nonvolatile memory according to claim 29, wherein the nonvolatile memory is wired. 不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリにおいて、In a nonvolatile memory having a nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix,
前記不揮発性メモリセルは、The nonvolatile memory cell is
揮発性記憶部と、不揮発性記憶部と、低電位側電源電圧を供給するための電源線と前記揮発性記憶部における低電位側電源ノードとの間に介挿された低電位側電源スイッチとを有し、A volatile memory unit; a nonvolatile memory unit; a power line for supplying a low-potential-side power supply voltage; and a low-potential-side power switch interposed between the low-potential-side power node in the volatile memory unit; Have
前記揮発性記憶部は、The volatile storage unit is
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
前記第1のインバータの出力ノードとビット線との間に介挿された第1のスイッチと、A first switch interposed between an output node of the first inverter and a bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと反転ビット線との間に介挿された第2のスイッチとを有し、A second switch interposed between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記不揮発性記憶部は、The nonvolatile storage unit is
前記第1のインバータの出力ノードと前記ビット線との間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、A third switch and a first variable resistance element inserted in series between the output node of the first inverter and the bit line;
前記第2のインバータの出力ノードと前記反転ビット線との間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the inverted bit line;
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、前記第1のインバータの出力ノードおよび前記第2のインバータの出力ノード側に各々設けられ、The first and second variable resistance elements are provided on the output node side of the first inverter and the output node side of the second inverter, respectively.
前記第3および第4のスイッチは、前記ビット線および前記反転ビット線側に各々設けられており、The third and fourth switches are provided on the bit line and the inverted bit line side, respectively.
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記ビット線または反転ビット線に向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記ビット線または反転ビット線から前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であるものであり、Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value in a first direction when current flowing from the output node of the first or second inverter to the bit line or the inverted bit line is passed. Changes and the resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bit line or the inverted bit line to the output node of the first or second inverter is passed. It is a variable resistance element that
前記不揮発性メモリは、The nonvolatile memory is
データ線および反転データ線と、Data lines and inverted data lines;
前記不揮発性メモリセルアレイの不揮発性メモリセルの各列のビット線と前記データ線の間に各々介挿された各スイッチと各列の反転ビット線と前記反転データ線の間に各々介挿された各スイッチとを有するカラムゲートと、Each switch interposed between the bit line and each data line of each column of the nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array, and each interposed between the inverted bit line and each inverted data line of each column. A column gate having each switch;
通常動作時に書込データに応じた電圧を前記データ線および前記反転データ線に出力する手段であって、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストア時には、前記不揮発性メモリセルの揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧の中間の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力し、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコール時には、通常動作時の前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いられる2種類の電圧のうち高い方の電圧を基準ビット線電圧として前記データ線および前記反転データ線に出力する書込回路と、Means for outputting a voltage corresponding to write data to the data line and the inverted data line during normal operation, and in the nonvolatile memory cell array, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit In the volatile memory portion of the nonvolatile memory cell, an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” is output to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage. At the time of recall for writing data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell array, it is used to express “1” / “0” in the volatile memory unit during normal operation. A write circuit that outputs the higher of the two types of voltages to the data line and the inverted data line as a reference bit line voltage;
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて行アドレスが示す行に属する各不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをONにする手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFFとし、前記ストア時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御を行い、前記リコール時には前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの行単位での前記第3および第4のスイッチのON/OFF制御および前記第3および第4のスイッチをONとした各不揮発性メモリセルの前記低電位側電源スイッチをONにすることにより当該各不揮発性メモリセルに対する電源電圧を立ち上げる制御を行う行デコーダと、Means for turning on the first and second switches of each nonvolatile memory cell belonging to a row indicated by a row address in the nonvolatile memory cell array during normal operation, wherein the nonvolatile memory cell is at the store and the recall time. The first and second switches of all the nonvolatile memory cells in the memory cell array are turned OFF, and the third and fourth switches in the row unit of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array are stored during the storage. ON / OFF control is performed, and at the time of the recall, the ON / OFF control of the third and fourth switches and the third and fourth switches are turned ON for each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array. Each non-volatile memory cell is turned on by turning on the low potential side power switch. A row decoder for controlling turning on the power voltage for the nonvolatile memory cell,
通常動作時に前記不揮発性メモリセルアレイにおいて列アドレスが示す列の各不揮発性メモリセルが接続されたビット線および反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う手段であって、前記ストア時および前記リコール時には、前記不揮発性メモリセルアレイの全ての列の各不揮発性メモリセルが接続された各ビット線および各反転ビット線を前記データ線および前記反転データ線に各々接続させるための前記カラムゲートの制御を行う列デコーダとControl of the column gate for connecting a bit line and an inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of a column indicated by a column address is connected to the data line and the inverted data line in the nonvolatile memory cell array during normal operation And at the time of storing and at the time of recall, each bit line and each inverted bit line to which each nonvolatile memory cell of all columns of the nonvolatile memory cell array is connected are connected to the data line and the inverted data. A column decoder for controlling the column gate for connection to each line;
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory comprising:
前記各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部に高電位側電源電圧および低電位側電源線を供給するための各電源線が前記不揮発性メモリセルアレイの各列に沿って各行を横切る方向に各々配線されていることを特徴とする請求項31に記載の不揮発性メモリ。Each power line for supplying a high-potential-side power supply voltage and a low-potential-side power supply line to each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell is in a direction crossing each row along each column of the nonvolatile memory cell array. 32. The nonvolatile memory according to claim 31, wherein the nonvolatile memory is wired.

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