JP6461422B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本国際出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2015年9月9日に出願された米国仮出願第62/216,179号の優先権の利益を主張する。
本発明の実施形態は、半導体記憶装置に関する。
MRAM(Magnetic Random Access Memory)は、メモリセルとして磁気抵抗効果を有するMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子を用いる。MRAMは、高速動作、大容量、および不揮発性を特徴とし、次世代メモリ装置として注目されている。
第1実施形態に係る半導体記憶装置における半導体チップを示すブロック図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置におけるバンクを示すブロック図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子の構成例を示す断面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子の書き込み動作を説明するための図であり、平行状態における可変抵抗素子の断面図を示す図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子の書き込み動作を説明するための図であり、反平行状態における可変抵抗素子の断面図を示す図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の電圧生成回路を示す回路図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置のディストリビュータを示す回路図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置における読み出し動作のバンクインターリーブの電圧波形を示す図。 比較例に係る半導体記憶装置における読み出し動作のバンクインターリーブの電圧波形を示す図。 第2実施形態に係る半導体記憶装置のディストリビュータを示す回路図。 第2実施形態に係る半導体記憶装置におけるロウアドレスと、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値および実際値との関係を示すグラフ。 比較例に係る半導体記憶装置におけるロウアドレスと、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値および実際値との関係を示すグラフ。
実施形態によれば、半導体記憶装置は、半導体記憶装置は、第1バンクおよび第2バンクを具備する。前記第1バンクおよび前記第2バンクはそれぞれ、可変抵抗素子を有するメモリセルと、参照セルと、前記メモリセルに電気的に接続される第1入力端子および前記参照セルに電気的に接続される第2入力端子を有するセンスアンプと、前記メモリセルと前記センスアンプの前記第1入力端子とを電気的に接続する第1トランジスタと、を含む。前記第1バンクの前記第1トランジスタのゲートおよび前記第2バンクの前記第1トランジスタのゲートには、独立して電圧が供給される。
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。
<第1実施形態>
以下に図1乃至図7を用いて、第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
第1実施形態では、バンクBK0に対してディストリビュータ160_0が設けられ、バンクBK1に対してディストリビュータ160_1が設けられ、参照電圧線192およびクランプ電圧線191がバンクBK0,BK1間で分離独立している。これにより、バンクインターリーブに伴う参照電圧線192およびクランプ電圧線191の揺れを抑えることができ、誤センスを防ぐことができる。以下に、第1実施形態について詳説する。
[第1実施形態における半導体チップの構成例および動作例]
ここでは、可変抵抗素子として磁気抵抗効果素子(MTJ素子)を用いてデータを記憶するMRAMを例に説明するが、これに限らない。本実施形態は、可変抵抗素子の抵抗差を電流差または電圧差に変換してセンスするメモリ全般に適用可能である。なお、以下の説明において、特に限定しない限り、「接続」は直接接続することだけではなく、任意の素子を介して接続することも含む。また、トランジスタの一端はソースまたはドレインの一方を示し、他端はソースまたはドレインの他方を示す。
図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置における半導体チップ100を示すブロック図である。
図1に示すように、半導体チップ100は、複数のバンクBK0−BK3、アドレスバッファ120、コマンドデコーダ130、I/Oバッファ140、電圧生成回路(BGR:Band Gap Reference)150、および複数のディストリビュータ160_0−160_3を備える。
バンクBK0−BK3のそれぞれは、メモリセルアレイ10、センスアンプ20、ライトドライバ30、カラムデコーダ40、およびロウデコーダ50を含む。ここで、バンクBKとは、外部(図示せぬコントローラ)から選択可能な最大の活性化ユニットである。
アドレスバッファ120は、コントローラからのアドレス(バンクアドレス、ロウアドレス、カラムアドレス)を各バンクBK0−BK3に供給する。
コマンドデコーダ130は、コントローラからのクロックイネーブル反転信号bCKE、チップセレクト反転信号bCS、クロック信号CLK、およびクロック反転信号bCLKを各バンクBK0−BK3に供給する。
I/Oバッファ140は、コントローラからのデータDQをGIOバス170を介して各バンクBK0−BK3に転送する。
電圧生成回路150は、温度に応じたクランプ電圧Vc_sbおよび参照電圧Vr_sbを生成する。そして、電圧生成回路150は、クランプ電圧Vc_sbをクランプ電圧線181を介して各ディストリビュータ160_0−160_3に供給する。また、電圧生成回路150は、参照電圧Vr_sbを参照電圧線182を介して各ディストリビュータ160_0−160_3に供給する。
ディストリビュータ160_0−160_3のそれぞれは、電圧生成回路150からのクランプ電圧Vc_sbに基づいて、安定したクランプ電圧Vcをクランプ電圧線191_0−191_3を介してバンクBK0−BK3のそれぞれに供給する。また、ディストリビュータ160_0−160_3のそれぞれは、電圧生成回路150からの参照電圧Vr_sbに基づいて、安定した参照電圧Vrを参照電圧線192_0−192_3のそれぞれを介してバンクBK0−BK3のそれぞれに供給する。すなわち、バンクBK0−BK3のそれぞれには、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrが分離独立して供給される。
[第1実施形態におけるバンクの構成例および動作例]
図2は、第1実施形態に係る半導体記憶装置におけるバンクBK0を示すブロック図である。なお、バンクBK1−3の構成は、バンクBK0と同様であるため、説明を省略する。
図2に示すように、バンクBK0は、メモリセルアレイ10、複数のセンスアンプ20<0>−20<N>、複数のライトドライバ30<0>−30<N>、カラムデコーダ40、およびロウデコーダ50を含む。
メモリセルアレイ10には、複数のビット線BL<0>−BL<N>、複数のソース線SL<0>−SL<N>、複数のワード線WL<0>−WL<N>、複数のメモリセルMC、および複数の参照抵抗Rref<0>−Rref<N>が配置される。なお、Nは、0,1,2,…,Nを示す。また、以下の説明において特に区別しない場合、上記各要素を単にビット線BL、ソース線SL、ワード線WL、センスアンプ20、ライトドライバ30、および参照抵抗Rrefと表記する。
各メモリセルMCは、ビット線BL<0>−BL<N>およびソース線SL<0>−SL<N>と、ワード線WL<0>−WL<N>とが交差する各位置に配置される。すなわち、複数のメモリセルMCは、行列状に配置される。
メモリセルMCは、例えば、可変抵抗素子REおよび選択トランジスタSTを含む。可変抵抗素子REの一端はビット線BLに電気的に接続され、他端は選択トランジスタSTの一端に電気的に接続される。選択トランジスタSTの他端は、ソース線SLに電気的に接続される。選択トランジスタSTのゲートは、ワード線WLに電気的に接続される。メモリセルMCは、選択トランジスタSTがワード線WLによってオンされることにより選択される。
可変抵抗素子REは、電流(あるいは電圧)を加えることにより、抵抗値が変化する素子である。可変抵抗素子REは、例えば、MTJ素子以外に、相変化素子、または強誘電体素子などを含む。
図3Aは、第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子REの構成例を示す断面図である。ここでは、可変抵抗素子REとして、主に記憶層12、トンネルバリア層13、および参照層14について示す。
図3Aに示すように、可変抵抗素子REは、積層体を含む。積層体は、記憶層12と、トンネルバリア層13と、参照層14とを含む。トンネルバリア層13は、記憶層12と参照層14との間に設けられる。
記憶層12は、磁化方向が可変の強磁性層であり、垂直磁気異方性を有する。ここで、垂直磁気異方性とは、磁化方向が膜面(上面/下面)に対して垂直またはほぼ垂直となることを示す。また、磁化方向が可変とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わることを示す。また、ほぼ垂直とは、残留磁化の方向が膜面に対して、45°<θ≦90°の範囲内にあることを意味する。
トンネルバリア層13は、記憶層12上に設けられる。トンネルバリア層13は、非磁性層であり、例えばMgOで構成される。
参照層14は、トンネルバリア層13上に設けられる。参照層14は、磁化方向が不変の強磁性層であり、垂直磁気異方性を有する。ここで、磁化方向が不変とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わらないことを示す。すなわち、参照層14は、記憶層12よりも磁化方向の反転エネルギーバリアが大きい。
図3Bは、第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子REの書き込み動作を説明するための図であり、平行状態(P状態)における可変抵抗素子REの断面図を示す図である。図3Cは、第1実施形態に係る半導体記憶装置における可変抵抗素子REの書き込み動作を説明するための図であり、反平行状態(AP状態)における可変抵抗素子REの断面図を示す図である。
可変抵抗素子REは、例えばスピン注入型の磁気抵抗効果素子である。したがって、可変抵抗素子REにデータを書き込む場合、または可変抵抗素子REからデータを読み出す場合、可変抵抗素子REには膜面に垂直な方向において双方向に電流が流れる。
より具体的には、可変抵抗素子REへのデータの書き込みは、以下のように行われる。
図3Bに示すように、記憶層12から参照層14へ電流が流れる場合、すなわち、参照層14から記憶層12へ向かう電子が供給される場合、参照層14の磁化方向と同じ方向にスピン偏極された電子が記憶層12に注入される。この場合、記憶層12の磁化方向は、参照層14の磁化方向と同じ方向に揃えられる。これにより、参照層14の磁化方向と記憶層12の磁化方向とが、平行配列となる。この平行状態のとき、可変抵抗素子REの抵抗値は最も小さくなる。この場合を例えば“0”データと規定する。
一方、図3Cに示すように、参照層14から記憶層12へ電流が流れる場合、すなわち、記憶層12から参照層14へ向かう電子が供給される場合、電子は参照層14により反射される。これにより、参照層14の磁化方向と反対方向にスピン偏極された電子が記憶層12に注入される。この場合、記憶層12の磁化方向は、参照層14の磁化方向と反対方向に揃えられる。これにより、参照層14の磁化方向と記憶層12磁化方向とが、反平行配列となる。この反平行状態のとき、可変抵抗素子REの抵抗値は最も大きくなる。この場合を例えば“1”データと規定する。
また、可変抵抗素子REからのデータの読み出しは、以下のように行われる。
可変抵抗素子REに、読み出し電流が供給される。この読み出し電流は、記憶層12の磁化方向が反転しない値(書き込み電流よりも小さい値)に設定される。この時の可変抵抗素子REの抵抗値の変化を検出することにより、上記“0”データおよび“1”データを読み出すことができる。
再度、図2に示すように、ソース線SL<0>−SL<N>の一端はそれぞれ、トランジスタM5<0>−M5<N>のそれぞれを介して接地電圧に電気的に接続される。トランジスタM5<0>−M5<N>のゲートには、信号RDSINKが供給される。
ビット線BL<0>−BL<N>の一端はそれぞれ、クランプトランジスタM2<0>−M2<N>のそれぞれおよびリードイネーブルトランジスタM1<0>−M1<N>のそれぞれを介して、センスアンプ20<0>−20<N>の第1入力端子のそれぞれに電気的に接続される。リードイネーブルトランジスタM1<0>−M1<N>のそれぞれとクランプトランジスタM2<0>−M2<N>のそれぞれとは、電流経路を直列に形成する。
参照抵抗Rref<0>−Rref<N>はそれぞれ、“1”データと“0”データとの中間の参照信号(参照電流)を生成する。参照抵抗Rref<0>−Rref<N>はそれぞれ、参照トランジスタM4<0>−M4<N>のそれぞれおよびリードイネーブルトランジスタM3<0>−M3<N>のそれぞれを介して、センスアンプ20<0>−20<N>の第2入力端子のそれぞれに電気的に接続される。リードイネーブルトランジスタM3<0>−M3<N>のそれぞれと参照トランジスタM4<0>−M4<N>のそれぞれとは、電流経路を直列に形成する。
なお、参照抵抗Rrefは、固定抵抗に限らず、“1”データおよび“0”データを有する参照セルであってもよい。また、センスアンプ20は、電流検知型であっても、電圧検知型であってもよい。
センスアンプ20<0>−20<N>の出力端子のそれぞれは、カラム選択トランジスタM6<0>−M6<N>のそれぞれを介して、GIOバス170に電気的に接続される。
ワード線ドライバ30<0>−30<N>のそれぞれは、ビット線BL<0>−BL<N>のそれぞれとソース線SL<0>−SL<N>のそれぞれとの間に設けられ、電気的に接続される。
ワード線WL<0>−WL<N>には、ロウデコーダ50から電圧が供給される。カラム選択トランジスタM6<0>−M6<N>のゲートにはそれぞれ、カラムデコーダ40からカラム選択信号CSL<0>−CSL<N>がそれぞれ供給される。
リードイネーブルトランジスタM1<0>−M1<N>,M3<0>−M3<N>のゲートには、図示せぬREN制御回路によってリードイネーブル信号REN_0が供給される。
クランプトランジスタM2<0>−M2<N>のゲートにはそれぞれ、ディストリビュータ160_0(クランプ電圧用ディストリビュータ161)からクランプ電圧線192を介して、クランプ電圧Vcが供給される。また、参照トランジスタM4<0>−M4<N>のゲートにはそれぞれ、ディストリビュータ160_0(参照電圧用ディストリビュータ162)からクランプ電圧線192を介して、クランプ電圧Vcが供給される。
読み出し動作において、ロウデコーダ50は、ロウアドレスに応じてワード線WL<0>−WL<N>のいずれかを選択する。その後、センスアンプ20<0>−20<N>が活性化され、セルデータが読み出される(センスされる)。読み出されたデータは、図示せぬラッチに記憶される。カラムデコーダ40は、カラムアドレスに応じて信号CSL<0>−CSL<N>のいずれかを供給して、センスアンプ20<0>−20<N>のいずれかを選択する。そして、選択されたセンスアンプ20<0>−20<N>(ラッチ)のデータがGIOバス170に読み出される。
書き込み動作において、カラムアドレスに応じてライトドライバ30<0>−30<N>のいずれかが選択される。GIOバス170のデータは、選択されたライトドライバ30<0>−30<N>に転送され、ライトドライバ30<0>−30<N>はそのデータをメモリセルMCに書き込む。
[第1実施形態における電圧生成回路の構成例および動作例]
図4は、第1実施形態に係る半導体記憶装置の電圧生成回路150を示す回路図である。
図4に示すように、電圧生成回路150は、クランプ電圧生成回路151および参照電圧生成回路152を備える。
クランプ電圧生成回路151は、pMOSトランジスタ151A、nMOSトランジスタ151B、および抵抗151Cを含む。pMOSトランジスタ151Aの一端は電源電圧に電気的に接続され、他端はnMOSトランジスタ151Bの一端に電気的に接続される。nMOSトランジスタ151Bの一端(ドレイン)とゲートとは電気的に接続され、ダイオード接続される。nMOSトランジスタ151Bの他端は、抵抗151Cの一端に電気的に接続される。抵抗151Cの他端は接地電圧に接続される。クランプ電圧生成回路151は、nMOSトランジスタ151Bのゲートからクランプ電圧線181にクランプ電圧Vc_sbを供給する。
参照電圧生成回路152は、pMOSトランジスタ152A、nMOSトランジスタ152B、および抵抗152Cを含み、クランプ電圧生成回路151と同様の構成を有する。参照電圧生成回路152は、nMOSトランジスタ152Bのゲートから参照電圧線182に参照電圧Vr_sbを供給する。
[第1実施形態におけるディストリビュータの構成例および動作例]
図5は、第1実施形態に係る半導体記憶装置のディストリビュータ160_0を示す回路図である。なお、ディストリビュータ160_1−160_3の構成は、ディストリビュータ160_0と同様であるため、説明を省略する。
図5に示すように、ディストリビュータ160_0は、クランプ電圧用ディストリビュータ161および参照電圧用ディストリビュータ162を備える。
クランプ電圧用ディストリビュータ161は、オペアンプ161A、pMOSトランジスタ161B、および抵抗161Cを含む。
オペアンプ161Aの第1入力端子(−端子)は、クランプ電圧線181に電気的に接続される。オペアンプ161Aの出力端子は、nMOSトランジスタ161Bのゲートに電気的に接続される。pMOSトランジスタ161Bの一端は電源電圧に電気的に接続され、他端はオペアンプ161Aの第2入力端子(+端子)および抵抗161Cに電気的に接続される。抵抗161Cの他端は、接地電圧に電気的に接続される。クランプ電圧用ディストリビュータ161は、pMOSトランジスタ161Bの他端からクランプ電圧線191にクランプ電圧Vcを供給する。
クランプ電圧用ディストリビュータ161において、オペアンプ161Aは、クランプ電圧線181から入力されるクランプ電圧Vc_sbと、クランプ電圧線191に出力されるクランプ電圧Vcとを比較する。クランプ電圧Vcがクランプ電圧Vc_sbよりも小さい場合、オペアンプ161AはL(low)レベルの信号を出力する。これにより、pMOSトランジスタ161Bがオンし、電源電圧によってクランプ電圧Vcが上昇する。一方、クランプ電圧Vcがクランプ電圧Vc_sbよりも大きい場合、オペアンプ161AはH(high)レベルの信号を出力する。これにより、pMOSトランジスタ161Bがオフし、接地電圧によってクランプ電圧Vcが下降する。すなわち、クランプ電圧用ディストリビュータ161は、クランプ電圧Vcをクランプ電圧Vc_sbと同等にするよう調整する。これにより、クランプ電圧Vcがノイズによって揺れた場合であっても、クランプ電圧Vcはクランプ電圧Vc_sbに戻って安定する。
参照電圧用ディストリビュータ162は、オペアンプ162A、pMOSトランジスタ162B、および抵抗162Cを含み、クランプ電圧用ディストリビュータ161と同様の構成を有する。参照電圧用ディストリビュータ162は、pMOSトランジスタ162Bの他端から参照電圧線192に参照電圧Vrを供給する。
参照電圧用ディストリビュータ162において、オペアンプ162Aは、参照電圧線182から入力される参照電圧Vr_sbと、参照電圧線192に出力される参照電圧Vrとを比較する。参照電圧Vrが参照電圧Vr_sbよりも小さい場合、オペアンプ162AはLレベルの信号を出力する。これにより、pMOSトランジスタ162Bがオンし、電源電圧によって参照電圧Vrが上昇する。一方、参照電圧Vrが参照電圧Vr_sbよりも大きい場合、オペアンプ162AはHレベルの信号を出力する。これにより、pMOSトランジスタ162Bがオフし、接地電圧によって参照電圧Vrが下降する。すなわち、参照電圧用ディストリビュータ162は、参照電圧Vrを参照電圧Vr_sbと同等にするよう調整する。これにより、参照電圧Vrがノイズによって揺れた場合であっても、参照電圧Vrは参照電圧Vr_sbに戻って安定する。
[第1実施形態における読み出し動作]
図6は、第1実施形態に係る半導体記憶装置における読み出し動作のバンクインターリーブの電圧波形を示す図である。
図6に示すように、読み出し動作において、クロック信号CLKおよびクロック反転信号bCLKの入力に伴って、チップセレクト反転信号bCSがLレベルになり、かつアドレスBank0が入力されると、バンクBK0が活性化する。これにより、時刻T1において、バンクBK0におけるリードイネーブル信号REN_0がHレベルになる。また、バンクBK0におけるセンスアンプ20およびワード線WL等も活性化する。このとき、リードイネーブル信号REN_0がHレベルとなることで、時刻T2においてカップリングによりバンクBK0におけるM(Middle)レベルのクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0が上昇する。その後、クランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0は、Mレベルに下降していく。
一方、バンクBK0が活性化している間に、クロック信号CLKおよびクロック反転信号bCLKの入力に伴って、チップセレクト反転信号bCSがLレベルになり、かつアドレスBank1が入力されると、バンクBK1が活性化する。これにより、時刻T3において、バンクBK1におけるリードイネーブル信号REN_1がHレベルになる。また、バンクBK1におけるセンスアンプ20およびワード線WL等も活性化する。このとき、リードイネーブル信号REN_1がHレベルとなることで、時刻T4においてカップリングによりバンクBK1におけるMレベルのクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1が上昇する。その後、クランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1は、Mレベルに下降していく。
このように、バンクBK0とバンクBK1とでは、異なるタイミングでアドレス(ロウアドレス)を受け付け、これに伴ってそれぞれ活性化する。
このとき、第1実施形態では、バンクBK0へのクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0と、バンクBK1へのクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1とが分離独立して供給される。より具体的には、バンクBK0へのクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0はディストリビュータ160_0から供給され、バンクBK1へのクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1はディストリビュータ160_1から供給される。このため、カップリング等によりクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1にノイズが生じたとしても、その影響はクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0には生じない。したがって、時刻T5において、クランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0が安定した時に、クランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1のノイズを考慮する必要なく、バンクBK0のセンス動作が行われる。
[第1実施形態における効果]
図7は、比較例に係る半導体記憶装置における読み出し動作のバンクインターリーブの電圧波形を示す図である。図7に示すように、読み出し動作においてバンクインターリーブが行われる場合、バンクBK0が活性化している間にバンクBK1が活性化し始める。このとき、例えば、時刻T5においてバンクBK0をセンスする際、バンクBK1のクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1にノイズが生じる。比較例では、参照電圧線およびクランプ電圧線は、バンクBK0,BK1間で分離されず、共通に接続される。このため、クランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1へのノイズがバンクBK0のクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0にも影響を与えてしまう。その結果、バンクBK0のセンスにおいて誤センスが生じてしまう。
これに対し、第1実施形態によれば、バンクBK0に対してディストリビュータ160_0が設けられ、バンクBK1に対してディストリビュータ160_1が設けられる。これらディストリビュータ160A,160Bにより、参照電圧線192およびクランプ電圧線191がバンクBK0,BK1間で分離独立している。すなわち、バンクBK0へのクランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0と、バンクBK1へのクランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1とが分離独立して供給される。
このため、例えば、バンクBK1側の参照電圧線192およびクランプ電圧線191(クランプ電圧Vc_1および参照電圧Vr_1)にノイズが生じた場合でも、このノイズによる影響はバンクBK0側の参照電圧線192およびクランプ電圧線191(クランプ電圧Vc_0および参照電圧Vr_0)には生じない。したがって、バンクインターリーブに伴う参照電圧線192およびクランプ電圧線191の揺れを抑えることができ、誤センスを防ぐことができる。
<第2実施形態>
以下に図8および図10を用いて、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
第2実施形態では、クランプ電圧用ディストリビュータ161がアドレスコントローラ161Iを備え、参照電圧用ディストリビュータ162がアドレスコントローラ162Iを備える。これにより、ロウアドレスに応じて複数種類のクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの値を供給することができ、十分なセンスマージンを確保することができる。
以下に、第2実施形態について詳説する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
[第2実施形態におけるディストリビュータの構成例および動作例]
図8は、第2実施形態に係る半導体記憶装置のディストリビュータ160_0を示す回路図である。なお、ディストリビュータ160_1−160_3の構成は、ディストリビュータ160_0と同様であるため、説明を省略する。
図8に示すように、クランプ電圧用ディストリビュータ161は、オペアンプ161D、pMOSトランジスタ161E、抵抗161F,161G、nMOSトランジスタ161H、およびアドレスコントローラ161Iを含む。
オペアンプ161Dの第1入力端子は、クランプ電圧線181に電気的に接続される。オペアンプ161Dの出力端子は、pMOSトランジスタ161Eのゲートに電気的に接続される。pMOSトランジスタ161Eの一端は電源電圧に電気的に接続され、他端は抵抗161Fの一端およびnMOSトランジスタ161Hの一端に電気的に接続される。抵抗161Fの他端およびnMOSトランジスタ161Hの他端は、抵抗161Gの一端およびオペアンプ161Dの第2入力端子に電気的に接続される。抵抗161Gの他端は、接地電圧に電気的に接続される。nMOSトランジスタ161Hのゲートには、アドレスコントローラ161Iからアドレスに応じた信号が供給される。クランプ電圧用ディストリビュータ161は、pMOSトランジスタ161Eの他端からクランプ電圧線191にクランプ電圧Vcを供給する。
参照電圧用ディストリビュータ162は、オペアンプ162D、pMOSトランジスタ162E、抵抗162F,162G、nMOSトランジスタ162H、およびアドレスコントローラ162Iを含み、クランプ電圧用ディストリビュータ161と同様の構成を有する。参照電圧用ディストリビュータ162は、pMOSトランジスタ162Eの他端から参照電圧線192に参照電圧Vrを供給する。
図9は、第2実施形態に係る半導体記憶装置におけるロウアドレスと、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値および実際値との関係を示すグラフである。
図9に示すように、各バンクにおいて、ロウアドレスに応じて、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値は異なる(実線)。これは、ロウアドレスに応じたビット線BLおよびソース線の寄生抵抗の違いによるものである。例えば、ロウアドレスが上位側であるほどクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値は小さく、ロウアドレスが下位側であるほどクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値は大きくなる。
これに対し、第2実施形態では、ロウアドレスに応じて、実際に供給されるクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの値(実際値)としてそれぞれ2種類の値が用いられる(破線)。より具体的には、ロウアドレスが上位側(Part A)である場合にクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの実際値を小さくし、ロウアドレスが下位側(Part B)である場合にクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの実際値を大きくする。以下に、上記制御のためのディストリビュータ160_0の動作について説明する。
再度、図8に示すように、クランプ電圧用ディストリビュータ161において、アドレスコントローラ161Iは、ロウアドレスを受け取り、そのロウアドレスに応じてHレベルまたはLレベルの信号をnMOSトランジスタ161Hのゲートに供給する。
アドレスコントローラ161Iは、ロウアドレスが上位側である場合、Hレベルの信号を供給する。これにより、nMOSトランジスタ161Hがオンし、出力されるクランプ電圧VcがnMOSトランジスタ161Hを介してオペアンプ161Dの第2入力端子に入力される。すなわち、オペアンプ161Dの第2入力端子には、出力されるクランプ電圧Vcと実質的に同じ電圧が入力される。したがって、クランプ電圧用ディストリビュータ161は、クランプ電圧Vcをクランプ電圧Vc_sbと同等になるように出力する。
一方、アドレスコントローラ161Iは、ロウアドレスが下位側である場合、Lレベルの信号を供給する。これにより、nMOSトランジスタ161Hがオフし、出力されるクランプ電圧Vcが抵抗161Fを介してオペアンプ161Dの第2入力端子に入力される。すなわち、オペアンプ161Dの第2入力端子には、クランプ電圧Vcより小さい[Vc−Δ]の電圧が入力される。ここで、R1を抵抗161Fの抵抗、iを抵抗161Fに流れる電流とすると、Δ=R1×iである。したがって、クランプ電圧用ディストリビュータ161は、[Vc−Δ]をクランプ電圧Vc_sbと同等になるように、すなわち、クランプ電圧Vcを電圧[Vc_sb+Δ]と同等になるように出力する。
このように、クランプ電圧用ディストリビュータ161は、ロウアドレスが上位側である場合に小さいクランプ電圧Vcを出力し、ロウアドレスが下位側である場合に大きいクランプ電圧Vcを出力する。
同様に、参照電圧用ディストリビュータ162は、ロウアドレスが上位側である場合に小さいクランプ電圧Vrを出力し、ロウアドレスが下位側である場合に大きいクランプ電圧Vrを出力する。
[第2実施形態における効果]
図10は、比較例に係る半導体記憶装置におけるロウアドレスと、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値および実際値との関係を示すグラフである。図10に示すように、比較例では、ロウアドレスに応じてクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrを調整することはなく、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの実際値はそれぞれ1種類である。このため、例えば端部(最上位または最下位)のロウアドレスの場合、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値と、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの実際値とが大きくずれてしまう。このため、センスマージンが劣化してしまう。
これに対し、第2実施形態によれば、クランプ電圧用ディストリビュータ161がアドレスコントローラ161Iを備え、参照電圧用ディストリビュータ162がアドレスコントローラ162Iを備える。これらアドレスコントローラ161I,162Iの制御により、クランプ電圧用ディストリビュータ161および参照電圧用ディストリビュータ162は、ロウアドレスに応じて複数種類(ここでは、2種類)のクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの値を供給することができる。これにより、クランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの最適値とクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの実際値とのずれを小さくすることができ、十分なセンスマージンを確保することができる。
なお、第2実施形態において、クランプ電圧用ディストリビュータ161および参照電圧用ディストリビュータ162は、ロウアドレスに応じてそれぞれ2種類のクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの値を供給したが、これに限らない。クランプ電圧用ディストリビュータ161および参照電圧用ディストリビュータ162は、ロウアドレスに応じてそれぞれ3種類以上のクランプ電圧Vcおよび参照電圧Vrの値を供給してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (15)

  1. 第1バンクおよび第2バンクを具備し、
    前記第1バンクおよび前記第2バンクはそれぞれ、
    可変抵抗素子を有するメモリセルと、
    参照セルと、
    前記メモリセルに電気的に接続される第1入力端子および前記参照セルに電気的に接続される第2入力端子を有するセンスアンプと、
    前記メモリセルと前記センスアンプの前記第1入力端子とを電気的に接続する第1トランジスタと、
    を含み、
    前記第1バンクの前記第1トランジスタのゲートおよび前記第2バンクの前記第1トランジスタのゲートには、独立して電圧が供給され、
    読み出し動作において、前記第1バンクが活性化している間に、前記第2バンクが活性化され、
    第1バンクアドレスの入力に基づいて第1信号が第1レベルから第2レベルに変化することによって、前記第1バンクは活性化され、
    第2バンクアドレスの入力に基づいて第2信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化することによって、前記第2バンクは活性化される、
    半導体記憶装置。
  2. 第1電圧を生成する第1電圧生成回路と、
    前記第1電圧に基づいて第2電圧を生成し、前記第2電圧を前記第1バンクの前記第1トランジスタのゲートに供給する第1ディストリビュータと、
    前記第1電圧に基づいて第3電圧を生成し、前記第3電圧を前記第2バンクの前記第1トランジスタのゲートに供給する第2ディストリビュータと、
    をさらに具備する請求項1の半導体記憶装置。
  3. 前記第1ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子、および前記第2電圧が入力される第2入力端子を有する第1オペアンプと、
    前記第1オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第2電圧を出力する他端を有する第2トランジスタと、
    前記第2トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第1抵抗と、
    を備え、
    前記第2ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子、および前記第3電圧が入力される第2入力端子を有する第2オペアンプと、
    前記第2オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第3電圧を出力する他端を有する第3トランジスタと、
    前記第2トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第2抵抗と、
    を備える、
    請求項2の半導体記憶装置。
  4. 前記第1ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第2電圧の値を変化させ、 前記第2ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第3電圧の値を変化させる、
    請求項2の半導体記憶装置。
  5. 前記第1ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子を有する第3オペアンプと、
    前記第3オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第2電圧を出力する他端を有する第4トランジスタと、
    前記第4トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第3オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第3抵抗と、
    前記第4トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第3オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第5トランジスタと、
    前記第5トランジスタの他端および前記第3抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第4抵抗と、
    前記第5トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第1アドレスコントローラと、
    を備え、
    前記第2ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子を有する第4オペアンプと、
    前記第4オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第3電圧を出力する他端を有する第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第4オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第5抵抗と、
    前記第6トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第4オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの他端および前記第5抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第6抵抗と、
    前記第7トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第2アドレスコントローラと、
    を備える、
    請求項2の半導体記憶装置。
  6. 前記第1バンクおよび前記第2バンクはそれぞれ、前記参照セルと前記センスアンプの前記第2入力端子とを電気的に接続する第8トランジスタをさらに含み、
    前記第1バンクの前記第8トランジスタのゲートおよび前記第2バンクの前記第8トランジスタのゲートには、独立して電圧が供給される、
    請求項1の半導体記憶装置。
  7. 第4電圧を生成する第2電圧生成回路と、
    前記第4電圧に基づいて第5電圧を生成し、前記第5電圧を前記第1バンクの前記第8トランジスタのゲートに供給する第3ディストリビュータと、
    前記第4電圧に基づいて第6電圧を生成し、前記第6電圧を前記第2バンクの前記第8トランジスタのゲートに供給する第4ディストリビュータと、
    をさらに具備する請求項6の半導体記憶装置。
  8. 前記第3ディストリビュータは、
    前記第4電圧が入力される第1入力端子、および前記第5電圧が入力される第2入力端子を有する第5オペアンプと、
    前記第5オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第5電圧を出力する他端を有する第9トランジスタと、
    前記第9トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第7抵抗と、
    を備え、
    前記第4ディストリビュータは、
    前記第4電圧が入力される第1入力端子、および前記第6電圧が入力される第2入力端子を有する第6オペアンプと、
    前記第6オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第6電圧を出力する他端を有する第10トランジスタと、
    前記第10トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第8抵抗と、
    を備える、
    請求項7の半導体記憶装置。
  9. 前記第3ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第5電圧の値を変化させ、 前記第4ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第6電圧の値を変化させる、
    請求項7の半導体記憶装置。
  10. 前記第3ディストリビュータは、
    前記第4電圧が入力される第1入力端子を有する第7オペアンプと、
    前記第7オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第5電圧を出力する他端を有する第11トランジスタと、
    前記第11トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第7オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第9抵抗と、
    前記第11トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第7オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第12トランジスタと、
    前記第12トランジスタの他端および前記第9抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第10抵抗と、
    前記第12トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第3アドレスコントローラと、
    を備え、
    前記第4ディストリビュータは、
    前記第4電圧が入力される第1入力端子を有する第8オペアンプと、
    前記第8オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第6電圧を出力する他端を有する第13トランジスタ、
    前記第13トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第8オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第11抵抗と、
    前記第13トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第8オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第14トランジスタと、
    前記第14トランジスタの他端および前記第11抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第12抵抗と、
    前記第14トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第4アドレスコントローラと、
    を備える、
    請求項7の半導体記憶装置。
  11. 第1バンクおよび第2バンクを具備し、
    前記第1バンクおよび第2バンクはそれぞれ、
    可変抵抗素子を有するメモリセルと、
    参照セルと、
    前記メモリセルに電気的に接続される第1入力端子および前記参照セルに電気的に接続される第2入力端子を有するセンスアンプと、
    前記参照セルと前記センスアンプの前記第1入力端子とを電気的に接続する第1トランジスタと、
    を含み、
    前記第1バンクの前記第1トランジスタのゲートおよび前記第2バンクの前記第1トランジスタのゲートには、独立して電圧が供給され、
    読み出し動作において、前記第1バンクが活性化している間に、前記第2バンクが活性化され、
    第1バンクアドレスの入力に基づいて第1信号が第1レベルから第2レベルに変化することによって、前記第1バンクは活性化され、
    第2バンクアドレスの入力に基づいて第2信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化することによって、前記第2バンクは活性化される、
    半導体記憶装置。
  12. 第1電圧を生成する第1電圧生成回路と、
    前記第1電圧に基づいて第2電圧を生成し、前記第2電圧を前記第1バンクの前記第1トランジスタのゲートに供給する第1ディストリビュータと、
    前記第1電圧に基づいて第3電圧を生成し、前記第3電圧を前記第2バンクの前記第1トランジスタのゲートに供給する第2ディストリビュータと、
    をさらに具備する、
    請求項11の半導体記憶装置。
  13. 前記第1ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子、および前記第2電圧が入力される第2入力端子を有する第1オペアンプと、
    前記第1オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第2電圧を出力する他端を有する第2トランジスタと、
    前記第2トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第1抵抗と、
    を備え、
    前記第2ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子、および前記第3電圧が入力される第2入力端子を有する第2オペアンプと、
    前記第2オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第3電圧を出力する他端を有する第3トランジスタと、
    前記第2トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に接続される他端を有する第2抵抗と、
    を備える、
    請求項12の半導体記憶装置。
  14. 前記第1ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第2電圧の値を変化させ、 前記第2ディストリビュータは、ロウアドレスに応じて前記第3電圧の値を変化させる、
    請求項12の半導体記憶装置。
  15. 前記第1ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子を有する第3オペアンプと、
    前記第3オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第2電圧を出力する他端を有する第4トランジスタと、
    前記第4トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第3オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第3抵抗と、
    前記第4トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第3オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第5トランジスタと、
    前記第5トランジスタの他端および前記第3抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第4抵抗と、
    前記第5トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第1アドレスコントローラと、
    を備え、
    前記第2ディストリビュータは、
    前記第1電圧が入力される第1入力端子を有する第4オペアンプと、
    前記第4オペアンプの出力端子に電気的に接続されるゲート、電源電圧に電気的に接続される一端、および前記第3電圧を出力する他端を有する第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第4オペアンプの第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第5抵抗と、
    前記第6トランジスタの他端に電気的に接続される一端、および前記第4オペアンプの前記第2入力端子に電気的に接続される他端を有する第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの他端および前記第5抵抗の他端に電気的に接続される一端、および接地電圧に電気的に接続される他端を有する第6抵抗と、
    前記第7トランジスタのゲートに、ロウアドレスに応じた信号を供給する第2アドレスコントローラと、
    を備える、
    請求項12の半導体記憶装置。
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