JP7114097B2 - READ CIRCUIT FOR RESISTIVE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR READ THE SAME - Google Patents

READ CIRCUIT FOR RESISTIVE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR READ THE SAME Download PDF

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Description

本発明は、抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路及びその読み出し方法に関する。 The present invention relates to a read circuit for a resistive memory device and a read method thereof.

抵抗変化型の記憶素子を用いてメモリセルを構成した抵抗変化型メモリ装置(以下、単にメモリ装置という)が知られている。このようなメモリ装置としては、例えば、電界誘起巨大抵抗変化により電気抵抗が変化する記憶素子を備えたReRAM(Resistive Random Access Memory)、強誘電体キャパシタを記憶素子とした強誘電体メモリ(Ferroelectric Random Access Memory)、トンネル磁気抵抗効果を用いたと磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction)素子を記憶素子とした磁気抵抗メモリ装置等がある。いずれの記憶素子においても、記憶素子の高抵抗状態と低抵抗状態に二値(1または0)の記憶データが割り当てられる。 2. Description of the Related Art A resistance change memory device (hereinafter simply referred to as a memory device) in which memory cells are configured using resistance change storage elements is known. Such memory devices include, for example, a ReRAM (Resistive Random Access Memory) having a storage element whose electric resistance changes due to an electric field-induced giant resistance change, and a ferroelectric random access memory (FRAM) using a ferroelectric capacitor as a storage element. and a magnetoresistive memory device using a magnetic tunnel junction element as a storage element using the tunnel magnetoresistive effect. In any memory element, binary (1 or 0) memory data is assigned to the high resistance state and low resistance state of the memory element.

上記のようなメモリ装置の読み出し回路は、格納されているデータの判別の基準となるリファレンスセルを有している。リファレンスセルは、メモリセルの記憶素子の高抵抗状態と低抵抗状態との中間の抵抗値を示すように調整されている。 The readout circuit of the memory device as described above has a reference cell that serves as a reference for determining stored data. The reference cell is adjusted to exhibit an intermediate resistance value between the high resistance state and the low resistance state of the storage element of the memory cell.

データの読み出し方式としては、プリチャージ方式(例えば特許文献1を参照)と、プルアップ方式(例えば特許文献2を参照)とが知られている。プリチャージ方式のデータ読み出しは、メモリセルが接続されたビット線とリファレンスセルが接続されたダミービット線が有する寄生容量を利用したものであり、プリチャージ動作と読み出し動作とを順番に行う。プリチャージ動作では、スイッチ素子を含むビット線負荷を通してビット線とダミービット線とに電荷を供給し、それらを特定の電位に充電(プリチャージ)する。読み出し動作では、ビット線とダミービット線をメモリセルとリファレンスセルを介して放電し、この時の放電速度、すなわち放電中のビット線とダミービット線の電位の差を検出する。 Known methods for reading data include a precharge method (see, for example, Patent Document 1) and a pull-up method (see, for example, Patent Document 2). Data reading by the precharge method utilizes the parasitic capacitance of the bit line to which the memory cell is connected and the dummy bit line to which the reference cell is connected, and performs a precharge operation and a read operation in order. In the precharge operation, charges are supplied to the bit line and the dummy bit line through a bit line load including a switching element to charge (precharge) them to a specific potential. In the read operation, the bit line and the dummy bit line are discharged through the memory cell and the reference cell, and the discharging speed at this time, that is, the potential difference between the discharging bit line and the dummy bit line is detected.

一方、プルアップ方式のデータ読み出しでは、ビット線負荷回路からビット線を介してメモリセルにプルアップ電流を流すと同時に、ダミービット線を介してリファレンスセルにプルアップ電流を流し、このときのビット線とダミービット線との電位の差を検出する読み出し動作を行う。 On the other hand, in pull-up data reading, a pull-up current is supplied from the bit line load circuit to the memory cell via the bit line, and at the same time, a pull-up current is supplied to the reference cell via the dummy bit line. A read operation is performed to detect the potential difference between the line and the dummy bit line.

リファレンスセルとしては、例えばドレインがビット線に接続されたMOSトランジスタであるリファレンストランジスタに所定のゲート電圧を印加し、リファレンストランジスタをリファレンスセルの抵抗として機能させるもの(以下、MOSタイプという)が知られている(例えば、特許文献3を参照)。また、メモリセルと同じ記憶素子を用いたもの(以下、記憶素子タイプという)が知られている。 As a reference cell, for example, a MOS transistor whose drain is connected to a bit line is applied with a predetermined gate voltage to function as a reference cell resistor (hereinafter referred to as a MOS type). (See Patent Document 3, for example). Also known is a memory cell that uses the same memory element as the memory cell (hereinafter referred to as memory element type).

上記記憶素子タイプのリファレンスセルでは、低抵抗状態の記憶素子と高抵抗状態の記憶素子とを接続し、全体として低抵抗状態の記憶素子の抵抗値RLと高抵抗状態の記憶素子の抵抗値RHとの中間抵抗値(=(RL+RH)/2)としている。一般的には、製造プロセスのばらつきや温度特性のばらつきの影響を抑えるために、それぞれ複数の低抵抗状態の記憶素子と高抵抗状態の記憶素子を接続して1個のリファレンスセルを構成する。 In the above memory element type reference cell, the memory element in the low resistance state and the memory element in the high resistance state are connected, and the resistance value RL of the memory element in the low resistance state and the resistance value RH of the memory element in the high resistance state are obtained as a whole. and an intermediate resistance value (=(RL+RH)/2). In general, in order to suppress the influence of variations in manufacturing processes and variations in temperature characteristics, one reference cell is configured by connecting a plurality of storage elements in a low resistance state and a plurality of storage elements in a high resistance state.

図22は、従来の記憶素子タイプのリファレンスセル90の構成を示している。このリファレンスセル90では、並列接続された4個のサブ回路91を有している。各サブ回路91は、それぞれ2個の高抵抗状態のMTJ素子93a、93bと2個の低抵抗状態のMTJ素子93c、93dとを直列に接続した直列回路と、MTJ素子93a~93dを初期化するためのトランジスタ94a~94d、95a~95c及びスイッチ素子96とが設けられている。初期化する場合には、スイッチ素子96をオンとした状態で、トランジスタ94a~94d、95a~95cを組み合わせてオンとすることにより、MTJ素子93a~93dに順番に書き込み電流を流して、各々のMTJ素子93a~93dを高抵抗状態と低抵抗状態のいずれかに設定する。例えば、トランジスタ94aとトランジスタ95aとをオンすることで、MTJ素子93aを高抵抗状態にする。また、トランジスタ95cとトランジスタ94dをオンすることで、MTJ素子93dを低抵抗状態にする。 FIG. 22 shows the configuration of a conventional storage element type reference cell 90 . This reference cell 90 has four sub-circuits 91 connected in parallel. Each sub-circuit 91 initializes a series circuit in which two MTJ elements 93a and 93b in the high resistance state and two MTJ elements 93c and 93d in the low resistance state are connected in series, and the MTJ elements 93a to 93d. Transistors 94a-94d, 95a-95c and a switch element 96 are provided for switching. For initialization, the switches 94a to 94d and 95a to 95c are combined to be turned on while the switch element 96 is turned on, so that write currents are supplied to the MTJ elements 93a to 93d in order, thereby The MTJ elements 93a-93d are set to either a high resistance state or a low resistance state. For example, by turning on the transistors 94a and 95a, the MTJ element 93a is brought into a high resistance state. Also, by turning on the transistors 95c and 94d, the MTJ element 93d is brought into a low resistance state.

特開2009-230798号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-230798 特開2012-243364号公報JP 2012-243364 A 特開2010-92521号公報JP 2010-92521 A

ところで、上記の記憶素子タイプのリファレンスセルは、プリチャージ方式、プルアップ方式のいずれのデータ読み出しにも利用可能であるが、各記憶素子のそれぞれについて1個以上の初期化のためのトランジスタが必要であり、メモリ装置の回路面積を大きくするという問題があった。例えば、図22の構成例では、4個のMTJ素子に対して7個の初期化用のトランジスタが必要であり、1個のリファレンスセルでは28個のトランジスタを要する。直列接続された複数の記憶素子に同一電流を流して、それら記憶素子の抵抗状態を一括で変更することも考えられるが、この場合では、高い書き込み電圧が必要になる他、記憶素子の書き込み特性にばらつきがあり抵抗値の精度が低下するため好ましくない。 By the way, the reference cell of the storage element type described above can be used for reading data by either the precharge method or the pull-up method, but each storage element requires one or more transistors for initialization. , and there is a problem of increasing the circuit area of the memory device. For example, in the configuration example of FIG. 22, seven transistors for initialization are required for four MTJ elements, and one reference cell requires 28 transistors. It is conceivable to apply the same current to a plurality of memory elements connected in series to change the resistance states of the memory elements all at once. , and the precision of the resistance value decreases, which is not preferable.

一方、MOSタイプのリファレンスセルは、記憶素子タイプのものに比べて回路面積を小さくできるが、ダミービット線の電位が変化している間にビット線とダミービット線との電位の差を検出するプリチャージ方式のデータ読み出しにおいては、動作マージンが小さくなるため不向きであった。すなわち、ダミービット線の電位に依存してリファレンストランジスタの抵抗値が変化するため、メモリセルから読み出すべきデータに応じたビット線とダミービット線の電位の差が得られる期間が極めて短く、正常なデータの読み出しを行うことが困難であった。また、プルアップ方式のデータ読み出しは、メモリセル及びリファレンスセルにプルアップ電流を定常的に流している間のビット線及びダミービット線の電位の差を検出するため、ビット線及びダミービット線の寄生容量に充電するプリチャージ方式に比べて消費電力が大きくなるという問題があった。 On the other hand, the MOS type reference cell can have a smaller circuit area than the memory element type, but detects the potential difference between the bit line and the dummy bit line while the potential of the dummy bit line is changing. It is unsuitable for precharge data reading because the operation margin is small. That is, since the resistance value of the reference transistor changes depending on the potential of the dummy bit line, the period during which the potential difference between the bit line and the dummy bit line corresponding to the data to be read from the memory cell is obtained is extremely short. It was difficult to read the data. Further, in the pull-up data reading, the potential difference between the bit line and the dummy bit line is detected while the pull-up current is constantly flowing through the memory cell and the reference cell. There is a problem that the power consumption is larger than that of the precharge method that charges the parasitic capacitance.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、省電力化に有利にしながら小面積化を図ることができる抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路及びその読み出し方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a readout circuit for a resistive memory device and a method for reading the same, which is advantageous for power saving and can achieve a small area. .

本発明は、抵抗変化型の記憶素子を含むメモリセルを備える抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路において、前記メモリセルが接続された第1のビット線と、この第1のビット線と対をなす第2のビット線との電位の差を検出するセンス回路部と、前記第2のビット線にリファレンス電位を生じさせるリファレンスセルとを備え、前記リファレンスセルは、前記第2のビット線とドレインが接続されたリファレンストランジスタと、前記リファレンストランジスタのソースと接地との間に接続され、ゲートにワード線が接続された選択トランジスタと、前記第2のビット線の電位を前記リファレンストランジスタのゲートに帰還し、前記第2のビット線の電位の変化に従い当該変化と同方向に前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させる帰還部とを有するものである。 The present invention provides a read circuit for a resistance change memory device including a memory cell including a resistance change storage element, wherein a first bit line connected to the memory cell is paired with the first bit line. and a reference cell for generating a reference potential on the second bit line, wherein the reference cell has a drain connected to the second bit line. a reference transistor connected, a select transistor connected between the source of the reference transistor and ground and having a gate connected to a word line; and a potential of the second bit line fed back to the gate of the reference transistor. and a feedback section for changing the potential of the gate of the reference transistor in the same direction as the potential of the second bit line changes.

また、本発明は、抵抗変化型の記憶素子を含むメモリセルが接続された第1のビット線と、リファレンスセルが接続された第2のビット線との電位の差に基づき前記メモリセルが記憶しているデータを読み出す抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法において、データの読み出しの際に、前記第2のビット線からの電流を、前記第2のビット線に接続されたリファレンストランジスタを介して流し、前記第2のビット線にリファレンス電位を発生させるリファレンス電位発生ステップと、前記リファレンス電位の発生中に行われ、前記第2のビット線の電位の変化に従い当該変化と同方向に前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させるように、前記第2のビット線の電位を前記リファレンストランジスタのゲートに帰還する帰還ステップとを有するものである。 Further, according to the present invention, the memory cell stores information based on the potential difference between a first bit line connected to a memory cell including a resistance change storage element and a second bit line connected to a reference cell. In the reading method of a resistance change type memory device for reading data from a memory device, a current from the second bit line is caused to flow through a reference transistor connected to the second bit line when reading data. a reference potential generation step of generating a reference potential on the second bit line; and a reference potential generation step performed during the generation of the reference potential, in accordance with a change in the potential of the second bit line, in the same direction as the change in the potential of the reference transistor. and a feedback step of feeding back the potential of the second bit line to the gate of the reference transistor so as to change the potential of the gate.

本発明によれば、第2のビット線の電位をリファレンストランジスタのゲートに帰還して、第2のビット線の電位の変化にしたがってリファレンストランジスタのゲートの電位を変化させるので、リファレンストランジスタの等価抵抗が第2のビット線の電位の変化によらずほぼ一定に維持される。このため、リファレンストランジスタを用いて小面積化を図ることができるとともに、動作マージンを確保しながらプリチャージ方式によるデータの読み出しが可能となり、またプルアップ方式のデータの読み出しでは早期に第1のビット線と第2のビット線との電位の差を検出することが可能になって省電力化することができる。 According to the present invention, the potential of the second bit line is fed back to the gate of the reference transistor, and the potential of the gate of the reference transistor is changed according to the change of the potential of the second bit line. is maintained substantially constant regardless of changes in the potential of the second bit line. Therefore, the area can be reduced by using the reference transistor, and data can be read by the precharge method while securing an operation margin. It is possible to detect the potential difference between the line and the second bit line, and power can be saved.

第1実施形態の抵抗変化型メモリ装置の要部を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a main part of a resistive memory device according to a first embodiment; FIG. センス回路部を示す回路図である。4 is a circuit diagram showing a sense circuit section; FIG. リファレンストランジスタのゲートとソース、ダミービット線の電位の変化を模式的に示すグラフである。5 is a graph schematically showing changes in potentials of the gate and source of a reference transistor and dummy bit lines; ビット線とダミービット線の電位の変化のシミュレーションの結果を示すグラフである。4 is a graph showing simulation results of changes in potentials of bit lines and dummy bit lines; リファレンスセルに帰還部を設けていない場合のビット線とダミービット線の電位の変化のシミュレーションの結果を示すグラフである。7 is a graph showing simulation results of changes in potentials of a bit line and a dummy bit line when a reference cell is not provided with a feedback section; メモリセルがデータ“1”を記憶している場合のセンスアンプの出力のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing simulation results of sense amplifier outputs when a memory cell stores data “1”; FIG. メモリセルがデータ“0”を記憶している場合のセンスアンプの出力のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing simulation results of sense amplifier outputs when a memory cell stores data “0”; FIG. 第2実施形態の抵抗変化型メモリ装置のセンス回路部を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a sense circuit section of a resistance change type memory device according to a second embodiment; 第2実施形態におけるセンスアンプの入力である一対の信号線の電位変化のシミュレーション結果を示すグラフである。10 is a graph showing simulation results of potential changes of a pair of signal lines that are inputs to a sense amplifier in the second embodiment; 図9のシミュレーションに用いたセンス回路部を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a sense circuit unit used in the simulation of FIG. 9; 図9のシミュレーションと同様な回路構成でリファレンスセルに帰還部を設けていない場合の一対の信号線の電位変化のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a simulation result of potential change of a pair of signal lines in a circuit configuration similar to that of the simulation of FIG. 9 when no feedback section is provided in the reference cell; FIG. 第2実施形態におけるメモリセルがデータ“1”を記憶している場合のビット線、ダミービット線及びセンスアンプの出力のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing simulation results of outputs of bit lines, dummy bit lines, and sense amplifiers when memory cells store data “1” in the second embodiment; FIG. 第2実施形態におけるメモリセルがデータ“0”を記憶している場合のビット線、ダミービット線及びセンスアンプの出力のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing simulation results of outputs of bit lines, dummy bit lines, and sense amplifiers when memory cells store data “0” in the second embodiment; FIG. 第3実施形態の抵抗変化型メモリ装置のプルアップ方式のセンス回路部を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a pull-up type sense circuit section of a resistance change type memory device according to a third embodiment; 第3実施形態における各信号線の電位の変化のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing simulation results of changes in potential of each signal line in the third embodiment; FIG. リファレンスセルに帰還部を設けていない場合のプルアップ方式の各信号線の電位の変化のシミュレーションの結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing simulation results of changes in the potential of each signal line of the pull-up system when the reference cell is not provided with a feedback section; FIG. トランジスタを用いてダミービット線電位をリファレンストランジスタのゲートに帰還する帰還部を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a feedback section that feeds back a dummy bit line potential to the gate of a reference transistor using a transistor; MOSダイオードによりダミービット線電位をリファレンストランジスタのゲートに帰還する帰還部を示す回路図である。4 is a circuit diagram showing a feedback section that feeds back a dummy bit line potential to the gate of a reference transistor using a MOS diode; FIG. ソースフォロワ回路によりダミービット線電位をリファレンストランジスタのゲートに帰還する帰還部を示す回路図である。4 is a circuit diagram showing a feedback section that feeds back a dummy bit line potential to the gate of a reference transistor by a source follower circuit; FIG. メモリセルとリファレンスとが共通のビット線に接続されたメモリアレイのレイアウトの一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example layout of a memory array in which memory cells and references are connected to common bit lines; メモリセルとリファレンスとが共通のビット線に接続されたメモリアレイのレイアウトの別の一例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing another example of the layout of a memory array in which memory cells and references are connected to common bit lines; 従来のリファレンスセルを示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a conventional reference cell; FIG.

[第1実施形態]
図1に抵抗変化型メモリ装置(以下、単にメモリ装置という)10の概略を示すように、メモリ装置10は、複数のメモリセル12とリファレンスセル14とがマトリクス状に配列されたメモリアレイを備えている。また、メモリアレイの各列には、センス回路部15が設けられている。なお、図1では、1つのメモリセル12とその列に対応して設けた1つのリファレンスセル14と、センス回路部15のみを描いてある。また、メモリ装置10には、図示を省略するが、各種の信号線を通してメモリセル12やリファレンスセル14の選択や電位の供給等を行う列デコーダ、行デコーダを含む周辺回路が設けられている。
[First embodiment]
As shown schematically in FIG. 1, a resistive memory device (hereinafter simply referred to as a memory device) 10 includes a memory array in which a plurality of memory cells 12 and reference cells 14 are arranged in a matrix. ing. A sense circuit section 15 is provided in each column of the memory array. In FIG. 1, only one memory cell 12, one reference cell 14 provided corresponding to the column, and the sense circuit section 15 are illustrated. Although not shown, the memory device 10 is provided with peripheral circuits including column decoders and row decoders for selecting the memory cells 12 and the reference cells 14 and supplying potentials through various signal lines.

メモリ装置10では、第1のビット線としてのビット線BLが列ごとに、また第1のワード線としてのワード線WLが行ごとにそれぞれ設けられている。ビット線BLは、列方向(図中上下方向)に延在し、ワード線WLは、行方向(図中左右方向)に延在する。メモリセル12は、ビット線BLと、ワード線WLとの交差部に設けられている。同一列にあるメモリセル12は、同一のビット線BLに接続され、同一行にある各メモリセル12は、同一のワード線WLに接続されている。 In the memory device 10, bit lines BL as first bit lines are provided for each column, and word lines WL as first word lines are provided for each row. The bit lines BL extend in the column direction (vertical direction in the drawing), and the word lines WL extend in the row direction (horizontal direction in the drawing). The memory cells 12 are provided at intersections between bit lines BL and word lines WL. Memory cells 12 in the same column are connected to the same bit line BL, and memory cells 12 in the same row are connected to the same word line WL.

また、メモリアレイには、その各列に対応して第2のビット線としてのダミービット線DBLがそれぞれ設けられ、各リファレンスセル14が並んだ行には、第2のワード線としてのダミーワード線DWLが設けられている。ダミービット線DBLは、列方向に延在し、ダミーワード線DWLは、行方向に延在する。各ダミービット線DBLには、それぞれリファレンスセル14が接続されている。また、ダミーワード線DWLには各リファレンスセル14が接続されている。 In the memory array, dummy bit lines DBL as second bit lines are provided corresponding to respective columns, and dummy word lines DBL as second word lines are provided in rows in which the reference cells 14 are arranged. A line DWL is provided. Dummy bit lines DBL extend in the column direction, and dummy word lines DWL extend in the row direction. A reference cell 14 is connected to each dummy bit line DBL. Each reference cell 14 is connected to the dummy word line DWL.

データの読み出しの際に、読み出し対象となるメモリセル12が接続され、そのメモリセル12が記憶しているデータに基づいた態様で電位が変化するビット線が第1のビット線である。また、メモリセル12からデータを読み出す際に用いられるリファレンスセル14が接続されたビット線が第2のビット線である。読み出し対象のメモリセル12の行を選択するワード線が第1のワード線であり、そのメモリセル12を読み出す際に用いられるリファレンスセル14の行を選択するワード線が第2のワードである。 A first bit line is a bit line to which a memory cell 12 to be read is connected when data is read, and whose potential changes in a manner based on the data stored in the memory cell 12 . A bit line connected to the reference cell 14 used when reading data from the memory cell 12 is a second bit line. A word line that selects a row of memory cells 12 to be read is a first word line, and a word line that selects a row of reference cells 14 used when reading the memory cell 12 is a second word.

メモリセル12は、抵抗変化型の記憶素子としてのMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子(磁気トンネル接合素子)17と、NMOSトランジスタの選択トランジスタ18とを有している。MTJ素子17としては、絶縁膜を挟んで磁化固定層と磁化自由層とが積層された構成を有し、磁化固定層と磁化自由層にそれぞれ端子が設けられた2端子型のものが用いられている。メモリセル12は、MTJ素子17の磁化状態、すなわち磁化の向きが固定された磁化固定層に対する磁化自由層の磁化の向きで1ビットを記憶することができる。MTJ素子17は、磁化固定層と磁化自由層の磁化の向きが一致する平行状態のときに抵抗値が小さい低抵抗状態になり、磁化固定層に対して磁化自由層の磁化が反対向きである反平行状態のときに抵抗値が大きい高抵抗状態になる。例えば、MTJ素子17は、データ“0”に対して低抵抗状態が、データ“1”に対して高抵抗状態が割り当てられる。なお、以下の説明では、MTJ素子17の低抵抗状態のときの抵抗値をRL、高抵抗状態のときの抵抗値をRHとし、それらの中間抵抗値をRAVE(=(RL+RH)/2)とする。The memory cell 12 has an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element (magnetic tunnel junction element) 17 as a resistance change memory element and a selection transistor 18 of an NMOS transistor. As the MTJ element 17, a two-terminal type element having a configuration in which a magnetization fixed layer and a magnetization free layer are laminated with an insulating film interposed therebetween, and terminals are provided for each of the magnetization fixed layer and the magnetization free layer is used. ing. The memory cell 12 can store one bit in the magnetization state of the MTJ element 17, that is, the magnetization direction of the magnetization free layer with respect to the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed. The MTJ element 17 is in a low resistance state with a small resistance value when the magnetization directions of the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are parallel to each other, and the magnetization direction of the magnetization free layer is opposite to that of the magnetization fixed layer. In the anti-parallel state, a high resistance state is obtained in which the resistance value is large. For example, the MTJ element 17 is assigned a low resistance state for data "0" and a high resistance state for data "1". In the following description, RL is the resistance value of the MTJ element 17 in the low resistance state, RH is the resistance value in the high resistance state, and R AVE (=(RL+RH)/2) is the intermediate resistance value between them. and

MTJ素子17と選択トランジスタ18は、直列に接続され、その直列回路が読み出し時においてビット線BLと接地との間に接続される。具体的には、MTJ素子17の一端がビット線BLに接続され他端が選択トランジスタ18のドレインに接続され、選択トランジスタ18のソースが第1ソース線SL1に接続されており、読み出し時に第1ソース線SL1が、それに接続された第1ソース線スイッチ部(図示省略)を介して接地される。また、選択トランジスタ18は、そのゲートがワード線WLに接続されており、接続されたワード線WLが行デコーダによって活性化(Hレベル)することでオンになる。 The MTJ element 17 and the selection transistor 18 are connected in series, and the series circuit is connected between the bit line BL and ground during reading. Specifically, one end of the MTJ element 17 is connected to the bit line BL, the other end is connected to the drain of the selection transistor 18, and the source of the selection transistor 18 is connected to the first source line SL1. A source line SL1 is grounded via a first source line switch section (not shown) connected thereto. The select transistor 18 has its gate connected to the word line WL, and is turned on when the connected word line WL is activated (H level) by the row decoder.

なお、上記の選択トランジスタ18をはじめ各トランジスタの一部または全てについて、高密度実装に有利な縦型MOSトランジスタを用いて構成することも可能であって、こうした構成により回路面積のさらなる低減が可能となる。 It should be noted that some or all of the transistors, including the select transistor 18, can be configured using vertical MOS transistors that are advantageous for high-density mounting, and such a configuration can further reduce the circuit area. becomes.

メモリセル12へのデータの書き込み及び読み出しをする場合には、書き込みまたは読み出しする行のワード線WLが活性化される。データを書き込む場合には、選択トランジスタ18がオンの状態で、データを書き込むべきメモリセル12が接続されているビット線BLの電位を、書き込むべきデータ(1または0)に応じてソース線よりも高くしまたは低くすることにより、MTJ素子17に流れる書き込み電流の向きを変える。この電流の向きの制御の際には、ビット線BLを接地した状態と電源電圧VDDに接続した状態とに切り替えるとともに、第1ソース線SL1を電源電圧VDDに接続した状態と接地した状態とに切り替える。なお、第1ソース線SL1は、上述の第1ソース線スイッチ部により接続の状態が切り替えられる。 When writing data to or reading data from the memory cells 12, the word line WL of the row to be written or read is activated. When writing data, with the select transistor 18 turned on, the potential of the bit line BL connected to the memory cell 12 to which data is to be written is set higher than that of the source line according to the data (1 or 0) to be written. By making it higher or lower, the direction of the write current flowing through the MTJ element 17 is changed. When controlling the direction of the current, the bit line BL is switched between the state of being grounded and the state of being connected to the power supply voltage VDD, and the state of the first source line SL1 is switched between the state of being connected to the power supply voltage VDD and the state of being grounded. switch. The connection state of the first source line SL1 is switched by the above-described first source line switch section.

リファレンスセル14は、読み出し回路20を構成する。読み出し回路20は、メモリセル12に記憶されているデータを読み出すためのものであり、リファレンスセル14の他に、ビット線BL、ダミービット線DBL、センス回路部15等で構成される。この例では、データの読み出し方式としてプリチャージ方式を採用しており、読み出し回路20によるデータ読み出しは、ビット線BL及びダミービット線DBLの寄生容量にプリチャージ(充電)するプリチャージ動作と、このプリチャージ動作の後の読み出し期間に行われ、ビット線BL及びダミービット線DBLの放電速度の違いを電位の差として検出する読み出し動作とがある。 The reference cell 14 constitutes a readout circuit 20 . The read circuit 20 is for reading data stored in the memory cell 12, and includes the bit line BL, the dummy bit line DBL, the sense circuit section 15, etc. in addition to the reference cell 14. FIG. In this example, a precharge method is adopted as a data read method, and data read by the read circuit 20 includes a precharge operation of precharging the parasitic capacitances of the bit line BL and the dummy bit line DBL, and precharging the parasitic capacitance of the bit line BL and the dummy bit line DBL. There is a read operation which is performed in a read period after the precharge operation and detects a difference in discharge speed between the bit line BL and the dummy bit line DBL as a potential difference.

リファレンスセル14は、読み出し動作の際に、ダミービット線DBLに、ビット線BLのビット線電位VBLの高低のリファレンス電位となるダミービット線電位VDBLを生じさせる。このリファレンスセル14は、リファレンストランジスタ27、選択トランジスタ28、帰還部30を有している。リファレンストランジスタ27、選択トランジスタ28は、いずれもNMOSトランジスタである。The reference cell 14 generates a dummy bit line potential V_DBL on the dummy bit line DBL during a read operation. This reference cell 14 has a reference transistor 27 , a selection transistor 28 and a feedback section 30 . Both the reference transistor 27 and the selection transistor 28 are NMOS transistors.

リファレンストランジスタ27、選択トランジスタ28は、直列に接続され、その直列回路がダミービット線DBLと接地との間に接続されている。具体的には、リファレンストランジスタ27は、ドレインがダミービット線DBLに接続されソースが選択トランジスタ28のドレインに接続されている。選択トランジスタ28は、そのソースが接地された第2ソース線SL2に接続されている。また、リファレンストランジスタ27は、そのゲートが帰還部30に接続されており、帰還部30によってそのゲート電位Vが制御される。選択トランジスタ28は、そのゲートがダミーワード線DWLに接続されており、行デコーダによってダミーワード線DWLが活性化(Hレベル)することによってオンになる。The reference transistor 27 and selection transistor 28 are connected in series, and the series circuit is connected between the dummy bit line DBL and the ground. Specifically, the reference transistor 27 has a drain connected to the dummy bit line DBL and a source connected to the drain of the select transistor 28 . The select transistor 28 is connected to a second source line SL2 whose source is grounded. The reference transistor 27 has its gate connected to the feedback section 30 and the gate potential Vg thereof is controlled by the feedback section 30 . The select transistor 28 has its gate connected to the dummy word line DWL, and is turned on when the dummy word line DWL is activated (H level) by the row decoder.

なお、後述するようにメモリセル12が接続されたビット線が第1のビット線及び第2のビット線になり得る構成においては、第1ソース線スイッチ部と同様な第2ソース線スイッチ部(図示省略)が第2ソース線SL2に接続され、その第2ソース線スイッチ部によって、前記第2ソース線SL2が電源電圧VDDに接続された状態と接地された状態とに切り替えられる。 As will be described later, in a configuration in which the bit lines to which the memory cells 12 are connected can serve as the first bit line and the second bit line, a second source line switch section similar to the first source line switch section ( (not shown) is connected to the second source line SL2, and the second source line SL2 is switched between a state of being connected to the power supply voltage VDD and a state of being grounded by the second source line switch section.

帰還部30は、ダミービット線DBLのダミービット線電位VDBLをリファレンストランジスタ27のゲートに帰還し、ダミービット線電位VDBLの変化に従い、その変化と同方向にリファレンストランジスタ27のゲート電位Vを変化させる。この例では、帰還部30は、キャパシタ31、32とスイッチ素子33とで構成される。The feedback unit 30 feeds back the dummy bit line potential VDBL of the dummy bit line DBL to the gate of the reference transistor 27, and according to the change of the dummy bit line potential VDBL , the gate potential Vg of the reference transistor 27 in the same direction as the change. change. In this example, the feedback section 30 is composed of capacitors 31 and 32 and a switch element 33 .

ビット線側静電容量成分としてのキャパシタ31は、その一端がダミービット線DBLに接続され、他端がリファレンストランジスタ27のゲートに接続されている。このように接続されたキャパシタ31によって、ダミービット線DBLとリファレンストランジスタ27のゲートとを容量結合し、読み出し期間において、キャパシタ32と協働して、ダミービット線電位VDBLの低下にしたがってリファレンストランジスタ27のゲート電位Vも低下するようにしている。ビット線側静電容量成分は、必ずしも素子の形態で設けられる必要はなく、リファレンストランジスタ27のゲート-ドレイン間容量(帰還容量)を十分に大きくすることで、そのゲート-ドレイン間容量をビット線側静電容量成分として実装することも可能である。A capacitor 31 as a bit line side capacitance component has one end connected to the dummy bit line DBL and the other end connected to the gate of the reference transistor 27 . The dummy bit line DBL and the gate of the reference transistor 27 are capacitively coupled by the capacitor 31 connected in this way. The gate potential Vg of 27 is also lowered. The bit line side capacitance component does not necessarily need to be provided in the form of an element. It can also be implemented as a side capacitance component.

接地側静電容量成分としてのキャパシタ32は、その一端がリファレンストランジスタ27のゲートに接続され、他端が接地されている。このキャパシタ32は、ノイズに対してリファレンストランジスタ27のゲート電位Vを安定に保つために設けられている。また、後述するように、キャパシタ31の容量とキャパシタ32の容量とを適宜設定することで、読み出し動作におけるリファレンストランジスタ27のゲート電位Vの変化量を調整できる。キャパシタ31、32は、例えばMOSキャパシタとして形成されている。なお、接地側静電容量成分は、ビット線側静電容量成分と同様に、必ずしも素子の形態で設けられる必要はない。例えば、接地側静電容量成分として、配線容量やスイッチ素子33の寄生容量などにより、リファレンストランジスタ27のゲートと接地間に、ゲート電位Vの変化量を適宜調整できるような所定の等価容量が実装されていればよい。なお、キャパシタ31がビット線側キャパシタであり、キャパシタ32が接地側キャパシタである。A capacitor 32 as a ground-side capacitance component has one end connected to the gate of the reference transistor 27 and the other end grounded. This capacitor 32 is provided to keep the gate potential Vg of the reference transistor 27 stable against noise. Further, as will be described later, by appropriately setting the capacitance of the capacitor 31 and the capacitance of the capacitor 32, the amount of change in the gate potential Vg of the reference transistor 27 in the read operation can be adjusted. Capacitors 31 and 32 are formed, for example, as MOS capacitors. It should be noted that the ground-side capacitance component does not necessarily have to be provided in the form of an element, like the bit-line-side capacitance component. For example, as the ground-side capacitance component, there is a predetermined equivalent capacitance between the gate of the reference transistor 27 and the ground due to the wiring capacitance, the parasitic capacitance of the switch element 33, etc., so that the amount of change in the gate potential Vg can be appropriately adjusted. It just needs to be implemented. Note that the capacitor 31 is a bit line side capacitor, and the capacitor 32 is a ground side capacitor.

スイッチ素子33は、一端がリファレンストランジスタ27のゲートに接続され、他端が初期ゲート電位VR1を出力する電位供給部(図示省略)に接続されている。スイッチ素子33は、例えばトランジスタで構成されており、プリチャージ動作時にオンとされ、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vを初期ゲート電位VR1にする。このスイッチ素子33は、読み出し動作時にはオフとされる。The switch element 33 has one end connected to the gate of the reference transistor 27 and the other end connected to a potential supply section (not shown) that outputs an initial gate potential VR1 . The switch element 33 is composed of a transistor, for example, and is turned on during the precharge operation to set the gate potential Vg of the reference transistor 27 to the initial gate potential VR1 . This switch element 33 is turned off during the read operation.

初期ゲート電位VR1は、読み出し期間の開始時に、リファレンストランジスタ27の等価抵抗(ドレインソース間オン抵抗)Ronを中間抵抗値RAVEと等しくするゲート電位Vである。ダミービット線DBLの読み出し期間の開始時の電位である初期ビット線電位VB0をリファレンストランジスタ27のドレイン電位として、リファレンストランジスタ27の特性に基づいて初期ゲート電位VR1を決めることができる。なお、検出期間の開始時では、ビット線BLのビット線電位VBL及びダミービット線DBLのダミービット線電位VDBLは、同じ初期ビット線電位VB0にされる。The initial gate potential V R1 is the gate potential V g that makes the equivalent resistance (drain-source on-resistance) Ron of the reference transistor 27 equal to the intermediate resistance value R AVE at the start of the read period. The initial gate potential V R1 can be determined based on the characteristics of the reference transistor 27 by using the initial bit line potential V B0 , which is the potential at the start of the read period of the dummy bit line DBL, as the drain potential of the reference transistor 27 . At the start of the detection period, the bit line potential VBL of the bit line BL and the dummy bit line potential VDBL of the dummy bit line DBL are set to the same initial bit line potential VB0.

上記の電位供給部は、例えばメモリセル12と同じMTJ素子を複数接続した回路を有しており、その回路により初期ゲート電位VR1を変化させる。これにより、MTJ素子の製造プロセスのばらつきについての変動補償や、温度補償を行っている。メモリ装置10の各リファレンスセル14に対して、例えば1個の電位供給部から初期ゲート電位VR1を供給することにより、メモリ装置10の回路面積の増加を抑制できる。The above-mentioned potential supply section has, for example, a circuit in which a plurality of MTJ elements that are the same as the memory cell 12 are connected, and the circuit changes the initial gate potential VR1. As a result, variation compensation and temperature compensation for variations in the manufacturing process of the MTJ element are performed. By supplying the initial gate potential VR1 from, for example, one potential supply unit to each reference cell 14 of the memory device 10, an increase in the circuit area of the memory device 10 can be suppressed.

上記のように構成された帰還部30は、読み出し期間(その全期間ないし大半の期間)においてリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronを中間抵抗値RAVEに安定的に維持する。すなわち、リファレンストランジスタ27のソース電位をV、閾値電圧をVとしたときに、読み出し期間において「(V-V)≧{(VDBL-V)+V}≧V」を満たすように、初期ビット線電位VB0、初期ゲート電位VR1、キャパシタ31、32の容量、リファレンストランジスタ27の閾値電圧Vが適宜に選択される。The feedback section 30 configured as described above stably maintains the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 at the intermediate resistance value RAVE during the readout period (all or most of the period). That is, when the source potential of the reference transistor 27 is V s and the threshold voltage is V t , “(V g −V s )≧{(V DBL −V s )+V t }≧V t ” in the read period. The initial bit line potential V B0 , the initial gate potential V R1 , the capacities of the capacitors 31 and 32, and the threshold voltage V t of the reference transistor 27 are appropriately selected so as to satisfy the above conditions.

センス回路部15は、ビット線BLとダミービット線DBLとに接続されている。このセンス回路部15は、読み出し動作の際に、読み出し対象となるメモリセル12が接続されたビット線BLと、このビット線BLと対をなしリファレンスセル14が接続されたダミービット線DBLとの電位の差を検出する。 The sense circuit section 15 is connected to the bit lines BL and the dummy bit lines DBL. The sense circuit section 15 has a bit line BL to which the memory cell 12 to be read is connected and a dummy bit line DBL paired with the bit line BL and to which the reference cell 14 is connected. Detects potential difference.

図2に示すように、この例におけるセンス回路部15は、プリチャージ回路36と、電位制限回路37と、センスアンプ38とから構成される。プリチャージ回路36は、ビット線負荷としてのトランジスタPR1、PR2から構成され、電位制限回路37は、トランジスタ37a、37bから構成される。トランジスタPR1、PR2は、PMOSトランジスタであり、トランジスタ37a、37bは、NMOSトランジスタである。 As shown in FIG. 2, the sense circuit section 15 in this example comprises a precharge circuit 36, a potential limiting circuit 37, and a sense amplifier . The precharge circuit 36 is composed of transistors PR1 and PR2 as bit line loads, and the potential limiting circuit 37 is composed of transistors 37a and 37b. The transistors PR1 and PR2 are PMOS transistors, and the transistors 37a and 37b are NMOS transistors.

トランジスタPR1、PR2は、それぞれソースが電源電圧VDDに接続されている。また、トランジスタPR1、PR2は、それぞれ電位制限回路37を介してビット線BL、ダミービット線DBLに接続されている。すなわち、トランジスタPR1は、そのドレインがトランジスタ37aのドレインに接続され、トランジスタ37aのソースがビット線BLに接続されている。また、トランジスタPR2は、そのドレインがトランジスタ37bのドレインに接続され、トランジスタ37bのソースがダミービット線DBLに接続されている。 Sources of the transistors PR1 and PR2 are connected to the power supply voltage VDD. The transistors PR1 and PR2 are connected to the bit line BL and the dummy bit line DBL through the potential limiting circuit 37, respectively. That is, the transistor PR1 has its drain connected to the drain of the transistor 37a, and the source of the transistor 37a connected to the bit line BL. The drain of the transistor PR2 is connected to the drain of the transistor 37b, and the source of the transistor 37b is connected to the dummy bit line DBL.

上記トランジスタPR1、PR2は、プリチャージ信号/PRCが活性化(Lレベル)したときにオンとなる。プリチャージ信号/PRCは、プリチャージ動作時に活性化される。これにより、電源電圧VDDを電位制限回路37を介してビット線BLとダミービット線DBLとに印加し、ビット線BLとダミービット線DBLとをプリチャージする。 The transistors PR1 and PR2 are turned on when the precharge signal /PRC is activated (L level). Precharge signal /PRC is activated during the precharge operation. As a result, the power supply voltage VDD is applied to the bit line BL and the dummy bit line DBL through the potential limiting circuit 37 to precharge the bit line BL and the dummy bit line DBL.

トランジスタ37a、37bは、プリチャージ動作時に各ゲートにゲート電圧Vgnが印加される。これにより、プリチャージ動作におけるビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLを、電源電圧VDDよりも小さい初期ビット線電位VB0に制限してプリチャージし、リードディスターブを防止する。A gate voltage Vgn is applied to each gate of the transistors 37a and 37b during the precharge operation. As a result, the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL in the precharge operation are limited to the initial bit line potential VB0 smaller than the power supply voltage VDD for precharging, thereby preventing read disturb.

センスアンプ38は、ビット線BLとダミービット線DBLとに接続されている。このセンスアンプ38は、読み出し期間におけるビット線BL及びダミービット線DBLの放電時のビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLとの電位の差を検出する。Sense amplifier 38 is connected to bit line BL and dummy bit line DBL. The sense amplifier 38 detects a potential difference between the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL when the bit line BL and the dummy bit line DBL are discharged during the read period.

図2に一例が示されるように、センスアンプ38は、インバータINV1、INV2と、PMOSトランジスタのトランジスタ41~43、NMOSトランジスタのトランジスタ49a、49bとで構成される。インバータINV1は、トランジスタ45、46からなり、インバータINV2は、トランジスタ47、48からなる。トランジスタ45、47は、PMOSトランジスタであり、トランジスタ46、48は、NMOSトランジスタである。 As an example is shown in FIG. 2, the sense amplifier 38 is composed of inverters INV1 and INV2, PMOS transistors 41 to 43, and NMOS transistors 49a and 49b. The inverter INV1 consists of transistors 45 and 46, and the inverter INV2 consists of transistors 47 and 48. FIG. Transistors 45 and 47 are PMOS transistors and transistors 46 and 48 are NMOS transistors.

トランジスタ41は、そのソースに電源電圧VDDが接続され、ドレインがトランジスタ42、43の各ソースに接続されている。トランジスタ41は、ゲートに入力されるセンス信号/SEが活性化(Lレベル)することでオンになって、センスアンプ38の動作を開始させる。センス信号/SEは、読み出し期間内に設定されたセンス可能期間の開始と同時に活性化される。トランジスタ42は、そのゲートにビット線BLが接続され、ドレインがトランジスタ45のソースに接続されている。同様に、トランジスタ43は、そのゲートにダミービット線DBLが接続され、ドレインがトランジスタ47のソースに接続されている。 The transistor 41 has a source connected to the power supply voltage VDD and a drain connected to the sources of the transistors 42 and 43 . The transistor 41 is turned on by activating (L level) the sense signal /SE input to the gate, and starts the operation of the sense amplifier 38 . Sense signal /SE is activated simultaneously with the start of a senseable period set within the read period. The transistor 42 has a gate connected to the bit line BL and a drain connected to the source of the transistor 45 . Similarly, the transistor 43 has its gate connected to the dummy bit line DBL and its drain connected to the source of the transistor 47 .

インバータINV1では、トランジスタ45、46のゲート同士が接続されている。トランジスタ45は、そのドレインがトランジスタ46のドレインに接続されている。これらトランジスタ45、46のドレイン同士の接続点がインバータINV1の出力ノードn1になっている。インバータINV2では、トランジスタ47、48のゲート同士が接続されており、これに出力ノードn1が接続されている。トランジスタ47は、そのドレインがトランジスタ48のドレインに接続されている。これらトランジスタ47、48のドレイン同士の接続点がインバータINV2の出力ノードn2になっている。また、出力ノードn2がトランジスタ45、46のゲートに接続されている。 Gates of the transistors 45 and 46 are connected to each other in the inverter INV1. Transistor 45 has its drain connected to the drain of transistor 46 . The connection point between the drains of these transistors 45 and 46 is the output node n1 of the inverter INV1. In the inverter INV2, the gates of the transistors 47 and 48 are connected to each other, to which the output node n1 is connected. Transistor 47 has its drain connected to the drain of transistor 48 . The connection point between the drains of these transistors 47 and 48 is the output node n2 of the inverter INV2. Also, the output node n2 is connected to the gates of the transistors 45 and 46. FIG.

トランジスタ49a、49bは、出力ノードn1,n2をLレベルにしてセンスアンプ38を初期化する。トランジスタ49aは、そのドレインが出力ノードn1に接続され、ソースが接地されている。同様に、トランジスタ49bは、そのドレインが出力ノードn2に接続され、ソースが接地されている。トランジスタ49a、49bの各ゲートにはセンス信号/SEが入力される。これにより、トランジスタ49a、49bは、読み出し動作前のプリチャージ動作時、すなわち読み出し期間前の不活性化(Hレベル)されたセンス信号/SEによってオンとなり、出力ノードn1,n2をLレベルにする。読み出し期間では、トランジスタ49a、49bは、センス信号/SEが活性化することによりオフとなって、出力ノードn1,n2の電位が変化することを許容する。 Transistors 49a and 49b set output nodes n1 and n2 to L level to initialize sense amplifier . The transistor 49a has its drain connected to the output node n1 and its source grounded. Similarly, transistor 49b has its drain connected to output node n2 and its source grounded. Sense signal /SE is input to each gate of transistors 49a and 49b. As a result, the transistors 49a and 49b are turned on by the inactivated (H level) sense signal /SE during the precharge operation before the read operation, that is, before the read period, and the output nodes n1 and n2 are brought to the L level. . In the read period, the transistors 49a and 49b are turned off by activating the sense signal /SE, allowing the potentials of the output nodes n1 and n2 to change.

上記構成のセンスアンプ38は、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLとの電位の差に基づいて、出力ノードn1,n2から相補的な出力信号/D、Dを出力する。メモリセル12がデータ“1”を記憶している場合、出力ノードn1からのLレベルの出力信号/Dを出力し、出力ノードn2からのHレベルの出力信号Dを出力する。また、メモリセル12がデータ“0”を記憶している場合、出力ノードn1からのHレベルの出力信号/Dを出力し、出力ノードn2からのLレベルの出力信号Dを出力する。なお、出力信号D、/Dのいずれか一方だけを出力してもよい。Sense amplifier 38 configured as described above outputs complementary output signals /D and D from output nodes n1 and n2 based on the potential difference between bit line potential VBL and dummy bit line potential VDBL . When memory cell 12 stores data "1", it outputs L level output signal /D from output node n1 and H level output signal D from output node n2. When the memory cell 12 stores data "0", it outputs an H level output signal /D from the output node n1 and outputs an L level output signal D from the output node n2. Only one of the output signals D and /D may be output.

次に帰還部30のキャパシタ31、32の容量について説明する。なお、以下の説明においては、センス信号/SEの活性化によるセンスアンプ38の動作の開始を読み出し開始とし、センスアンプ38の状態が安定的に確定する時刻を読み出し完了時刻と称する。また、キャパシタ31について、その容量をC31、読み出し開始時点での電荷をQ31s、読み出し完了時刻での電荷をQ31fとし、キャパシタ32の容量をC32、読み出し開始時点での電荷をQ32s、読み出し完了時刻での電荷をQ32fとする。また、キャパシタ31の電荷は、ダミービット線DBLに接続されているキャパシタ31の電極を正極とし、キャパシタ32の電荷は、リファレンストランジスタ27のゲートに接続されているキャパシタ32の電極を正極としてそれぞれ正負を定義する。さらに、読み出し完了時刻におけるダミービット線電位VDBLをVBf、リファレンストランジスタ27のゲート電位VをVgfとする。なお、説明を簡単にするために、リファレンストランジスタ27のゲート-ドレイン間容量成分及びリファレンストランジスタ27のゲートと接地との間に寄生する容量成分は、容量C31および容量C32に対し十分小さいか、または容量C31および容量C32のそれぞれに含まれているものとする。Next, the capacities of the capacitors 31 and 32 of the feedback section 30 will be explained. In the following description, the start of the operation of the sense amplifier 38 due to the activation of the sense signal /SE is referred to as read start, and the time at which the state of the sense amplifier 38 is stably determined is referred to as the read completion time. Further, for the capacitor 31 , the capacitance is C31, the charge at the read start time is Q31s , the charge at the read completion time is Q31f , the capacitance of the capacitor 32 is C32, and the charge at the read start time is Q32s . , and the charge at the read completion time is Q 32f . The charge of the capacitor 31 is positive and negative with the electrode of the capacitor 31 connected to the dummy bit line DBL as the positive electrode, and the charge of the capacitor 32 is positive and negative with the electrode of the capacitor 32 connected to the gate of the reference transistor 27 being the positive electrode. Define Further, the dummy bit line potential VDBL at the read completion time is set to VBf , and the gate potential Vg of the reference transistor 27 is set to Vgf . In order to simplify the explanation, are the capacitive component between the gate and the drain of the reference transistor 27 and the capacitive component parasitic between the gate of the reference transistor 27 and the ground sufficiently small with respect to the capacitance C31 and the capacitance C32 ? , or included in each of the capacitors C 31 and C 32 .

読み出し開始時点では、下記式(1)、式(2)が成り立つ。この例では、読み出し開始に先立って、各キャパシタ31、32がそれぞれ充電されるので、キャパシタ31、32ごとに初期の電荷Q31s、Q32sが異なる。At the start of reading, the following formulas (1) and (2) hold. In this example, the capacitors 31 and 32 are charged prior to the start of reading, so the initial charges Q 31s and Q 32s are different for each of the capacitors 31 and 32 .

Figure 0007114097000001
Figure 0007114097000001

読み出し完了時刻では、下記式(3)、式(4)が成り立つ。 The following formulas (3) and (4) hold at the read completion time.

Figure 0007114097000002
Figure 0007114097000002

上記式(2)と式(4)とから、読み出し開始から読み出し完了の間に生じる、キャパシタ31の電荷量の変化ΔQ31は、下記式(5)のように表される。From the above equations (2) and (4), the change ΔQ 31 in the charge amount of the capacitor 31 that occurs between the start of reading and the completion of reading is expressed by the following equation (5).

Figure 0007114097000003
Figure 0007114097000003

ダミービット線電位VDBLの電位変化をΔV、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vの電位変化をΔVとすると、上記式(5)は下記式(6)のように表される。If the potential change of the dummy bit line potential VDBL is ΔVB and the potential change of the gate potential Vg of the reference transistor 27 is ΔVg , the above equation (5) is expressed as the following equation (6).

Figure 0007114097000004
Figure 0007114097000004

読み出し動作においてダミービット線電位VDBLは低下するので、「VB0>>VBf」であり「ΔV<0」となる。また、電位変化ΔVについては、「ΔV<0」であるが、「|ΔV|>|ΔV|」であり、ΔQ31は負となる(ΔQ31<0)。すなわち、読み出し期間においては、キャパシタ31の正極からリファレンストランジスタ27を通して「|ΔQ31|」なる電荷が放電される。この読み出し期間では、スイッチ素子33がオフであるから、キャパシタ32の正極から「|ΔQ31|」と等しい電荷がキャパシタ31へと移行する。したがって、式(1)、式(3)、式(6)から下記の式(7)が成り立つ。Since the dummy bit line potential V DBL decreases in the read operation, "V B0 >>V Bf " and "ΔV B <0". As for the potential change ΔV g , "ΔV g <0", but "|ΔV B |>|ΔV g |", and ΔQ 31 becomes negative (ΔQ 31 <0). That is, during the read period, the charge of “|ΔQ31|” is discharged from the positive terminal of the capacitor 31 through the reference transistor 27 . Since the switch element 33 is off during this read period, the charge equal to “|ΔQ31|” is transferred from the positive terminal of the capacitor 32 to the capacitor 31 . Therefore, the following formula (7) holds from formulas (1), (3), and (6).

Figure 0007114097000005
Figure 0007114097000005

式(7)中の値(Vgf-VR1)は、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vの電位変化ΔVであるから、下記式(8)のように変形できる。Since the value (V gf −V R1 ) in the equation (7) is the potential change ΔV g of the gate potential V g of the reference transistor 27, it can be transformed into the following equation (8).

Figure 0007114097000006
Figure 0007114097000006

式(8)に示すように、この例では読み出し期間におけるダミービット線DBLの電位変化ΔVとリファレンストランジスタ27のゲート電位Vの電位変化ΔVの関係を、各キャパシタ31、32の容量C31、C32を適宜定めることで調整できる。こうした調整を行い、かつリファレンストランジスタ27のゲート幅、ゲート長、そして初期ゲート電位VR1を適宜設定することで、リファレンストランジスタ27が、読み出し動作(期間)の大半の間、線形状態となるようにする。すなわち、「(Vg-)≧{(VDBL-V)+V}」が成り立つように調整する。かかる調整により、読み出し期間におけるリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronを、中間抵抗値RAVEに安定的に維持することが可能となる。As shown in equation (8), in this example, the relationship between the potential change ΔVB of the dummy bit line DBL and the potential change ΔVg of the gate potential Vg of the reference transistor 27 during the read period is expressed by the capacitance C 31 and C 32 can be adjusted accordingly. By making these adjustments and appropriately setting the gate width, gate length, and initial gate potential VR1 of the reference transistor 27, the reference transistor 27 is kept in a linear state during most of the read operation (period). do. That is, adjustment is made so that "(V g −V s )≧{(V DBL −V s )+V t }" holds. Such adjustment makes it possible to stably maintain the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 at the intermediate resistance value RAVE during the read period.

実際にはダミービット線電位VDBLの変化に応答してゲート電位Vが変化することを考慮すると、読み出し期間においてゲート電位Vがダミービット線電位VDBLと同方向に並行して変化し、かつゲート電位Vの変化率がダミービット線電位VDBLの変化率以下になるように、上記式(8)に基づき各キャパシタ31、32の容量C31、C32の比を調整する。ダミービット線電位VDBLの変化に応答してゲート電位Vが変化することは、ダミービット線電位VDBLの変化から僅かな応答時間の経過後にゲート電位Vが変化を開始することを意味する。また、ゲート電位Vがダミービット線電位VDBLと同方向に並行して変化するとは、この例ではダミービット線電位VDBLの低下にしたがって、それと概ね同時にゲート電位Vが低下することを意味する。さらに、読み出し期間中に「V-V≧V」(好ましくは「(V-V)≧{(VDBL-V)+V}≧V」)を維持し、かつ読み出し完了時刻において、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEから大きく乖離しないようにするため「(V-V)≧V」となるようにする。このために、上記式(8)に基づき各キャパシタ31、32の容量C31、C32の比を調整するとともに、リファレンストランジスタ27のゲート幅及びゲート長、そして初期ゲート電位VR1を適宜定める。Considering that the gate potential Vg actually changes in response to changes in the dummy bit line potential VDBL , the gate potential Vg changes in parallel with the dummy bit line potential VDBL in the read period. , and the ratio of the capacitances C 31 and C 32 of the capacitors 31 and 32 is adjusted based on the above equation (8) so that the rate of change of the gate potential Vg is less than or equal to the rate of change of the dummy bit line potential VDBL . The fact that the gate potential Vg changes in response to the change in the dummy bit line potential VDBL means that the gate potential Vg starts to change after a short response time elapses from the change in the dummy bit line potential VDBL . do. Further, the fact that the gate potential Vg changes in the same direction as the dummy bit line potential VDBL in this example means that the gate potential Vg decreases substantially simultaneously with the decrease of the dummy bit line potential VDBL . means. Further, maintaining "V g - V s ≥ V t " (preferably "(V g - V s ) ≥ {(V DBL - V s )+V t } ≥ V t ") during the readout period, and In order to prevent the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 from greatly deviating from the intermediate resistance value R AVE at the completion time, "(V g −V s )≧V t " is set. For this purpose, the ratio of the capacitances C 31 and C 32 of the capacitors 31 and 32 is adjusted based on the above equation (8), and the gate width and length of the reference transistor 27 and the initial gate potential V R1 are appropriately determined.

読み出し完了時刻で「(V-V)≧V」の関係を電位的な余裕をもって満足するために、ダミービット線電位VDBLが変化しなくなるタイミングよりも少し遅れてゲート電位Vが変化しなくなる程度に調整するのがよい。このためには、例えば帰還部30のキャパシタ31をキャパシタと抵抗rとが直列接続された回路と置き換えればよい。これにより、ダミービット線電位VDBLの変化に対して、所定の時定数τだけ遅延して変化するゲート電位Vが得られる。なお、上記時定数τは、「r」によりその大きさを調整できる。In order to satisfy the relationship “(V g −V s )≧V t ” at the read completion time with a potential margin, the gate potential V g is set slightly later than the timing at which the dummy bit line potential V DBL stops changing. It is better to adjust it to the extent that it does not change. For this purpose, for example, the capacitor 31 of the feedback section 30 may be replaced with a circuit in which a capacitor and a resistor r are connected in series. As a result, a gate potential Vg is obtained which changes with a delay of a predetermined time constant τ with respect to a change in the dummy bit line potential VDBL . The magnitude of the time constant τ can be adjusted by "r".

次に上記構成のデータ読み出しについて説明する。データ読み出しでは、まずプリチャージ動作が行われる。プリチャージ動作では、最初に電位制限回路37のトランジスタ37a、37bにそれぞれゲート電圧Vgnが印加された状態にされる。この後に、プリチャージ信号/PRCが活性化されてトランジスタPR1、PR2がそれぞれオンとされるとともに、リファレンスセル14のスイッチ素子33がオンされる。 Next, data reading with the above configuration will be described. In data reading, a precharge operation is first performed. In the precharge operation, the transistors 37a and 37b of the potential limiting circuit 37 are first applied with the gate voltage Vgn. After that, the precharge signal /PRC is activated to turn on the transistors PR1 and PR2, and the switch element 33 of the reference cell 14 is turned on.

トランジスタPR1、PR2がオンになると、電源の電位VDDがトランジスタ37a、37bを介してビット線BL及びダミービット線DBLにそれぞれ印加され、ビット線BL及びダミービット線DBLがプリチャージされる。これにより、ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLが上昇し、それぞれ初期ビット線電位VB0で一定になる。When the transistors PR1 and PR2 are turned on, the power supply potential VDD is applied to the bit line BL and the dummy bit line DBL through the transistors 37a and 37b, respectively, to precharge the bit line BL and the dummy bit line DBL. As a result, the bit line potential V_BL and the dummy bit line potential V_DBL rise and become constant at the initial bit line potential V_B0 .

一方、スイッチ素子33がオンすることにより、キャパシタ31、32が充電されて、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vが初期ゲート電位VR1となる。このときに、キャパシタ31は、その一端が初期ビット線電位VB0であり、他端が初期ゲート電位VR1である。On the other hand, when the switch element 33 is turned on, the capacitors 31 and 32 are charged, and the gate potential Vg of the reference transistor 27 becomes the initial gate potential VR1 . At this time, the capacitor 31 has one end at the initial bit line potential VB0 and the other end at the initial gate potential VR1 .

また、プリチャージ動作のときには、センス信号/SEは、非活性化(Hレベル)されている。このため、トランジスタ49a、49bがそれぞれオンとなり、出力ノードn1,n2がLレベルにされ、センスアンプ38が初期化された状態になる。したがって、出力ノードn1,n2が等電位になっている。 In the precharge operation, sense signal /SE is inactivated (H level). Therefore, the transistors 49a and 49b are turned on, the output nodes n1 and n2 are set to L level, and the sense amplifier 38 is initialized. Therefore, the output nodes n1 and n2 are at the same potential.

プリチャージ信号/PRCが活性化した時点から、上記のようにビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLが初期ビット線電位VB0となり、またゲート電位Vが初期ゲート電位VR1となるのに必要な時間が経過すると、プリチャージ信号/PRCが非活性化(Hレベル)されてトランジスタPR1、PR2がオフとされるとともに、スイッチ素子33がオフにされる。また、電位制限回路37へのゲート電圧Vgnの印加が停止される。これにより、プリチャージ動作が終了する。From the time when the precharge signal /PRC is activated, the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL become the initial bit line potential VB0 , and the gate potential Vg becomes the initial gate potential VR1 as described above. After the elapse of the time required for this, the precharge signal /PRC is deactivated (H level) to turn off the transistors PR1 and PR2, and the switch element 33 is turned off. Also, the application of the gate voltage Vgn to the potential limiting circuit 37 is stopped. This completes the precharge operation.

プリチャージ動作の終了後、ワード線WLとダミーワード線DWLとが同時に活性化され、読み出し期間になって読み出し動作が開始される。ワード線WLとダミーワード線DWLが同時に活性化することにより、メモリセル12の選択トランジスタ18とリファレンスセル14の選択トランジスタ28とが同時にオンになる。 After the precharge operation is finished, the word line WL and the dummy word line DWL are activated at the same time, and the read operation starts in the read period. By simultaneously activating the word line WL and the dummy word line DWL, the select transistor 18 of the memory cell 12 and the select transistor 28 of the reference cell 14 are turned on at the same time.

選択トランジスタ18のオンにより、プリチャージ動作で充電されたビット線BLの電荷がMTJ素子17と選択トランジスタ18とを介して放電され(放電電流が流れ)、ビット線電位VBLが初期ビット線電位VB0から徐々に低下する。このときのビット線BLの放電速度は、MTJ素子17の一定な抵抗値に依存する時定数で決まるから、メモリセル12が記憶しているデータに応じたものとなる。When the selection transistor 18 is turned on, the charge of the bit line BL charged by the precharge operation is discharged through the MTJ element 17 and the selection transistor 18 (discharge current flows), and the bit line potential VBL becomes the initial bit line potential. Gradually decreases from V B0 . Since the discharge speed of the bit line BL at this time is determined by the time constant that depends on the constant resistance value of the MTJ element 17, it corresponds to the data stored in the memory cell 12. FIG.

また、リファレンスセル14の選択トランジスタ28がオンになることにより、プリチャージ動作で充電されたダミービット線DBLの電荷がリファレンストランジスタ27と選択トランジスタ28とを介して放電される(放電電流が流れる)。このときのダミービット線DBLの放電速度は、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronで決まる。図3に示すように、ダミーワード線DWLが活性化されると、そのダミービット線電位VDBLは、初期ビット線電位VB0から徐々に低下する。このダミービット線電位VDBLの低下にともない、リファレンストランジスタ27のソース電位Vが低下する。一方で、ダミービット線電位VDBLの低下は、帰還部30のキャパシタ31を通してリファレンストランジスタ27のゲートに帰還される。これにより、ダミービット線電位VDBLの低下にしたがって、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vが初期ゲート電位VR1から低下する。このため、リファレンストランジスタ27のゲート・ソース電圧(=V-V)とドレイン・ソース電圧(=V-V)との関係が大きく変化することがない。すなわち、リファレンストランジスタ27のゲート・ソース電圧がドレイン・ソース電圧(=V-V)に対して高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることがないので、読み出し期間におけるリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEに安定的に維持される。Also, when the selection transistor 28 of the reference cell 14 is turned on, the charge of the dummy bit line DBL charged by the precharge operation is discharged via the reference transistor 27 and the selection transistor 28 (discharge current flows). . The discharge speed of the dummy bit line DBL at this time is determined by the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 . As shown in FIG. 3, when the dummy word line DWL is activated, its dummy bit line potential VDBL gradually decreases from the initial bit line potential VB0 . As the dummy bit line potential VDBL drops, the source potential Vs of the reference transistor 27 drops. On the other hand, the decrease in the dummy bit line potential V DBL is fed back to the gate of the reference transistor 27 through the capacitor 31 of the feedback section 30 . As a result, the gate potential Vg of the reference transistor 27 drops from the initial gate potential VR1 as the dummy bit line potential VDBL drops. Therefore, the relationship between the gate-source voltage (=V g −V s ) and the drain-source voltage (=V d −V s ) of the reference transistor 27 does not change significantly. That is, since the gate-source voltage of the reference transistor 27 does not become too high or too low with respect to the drain-source voltage (=V d −V s ), the equivalent resistance of the reference transistor 27 during the read period is Ron is stably maintained at the intermediate resistance value RAVE .

ワード線WLとダミーワード線DWLとが活性化されてから、所定の遅延時間が経過してセンス可能期間になると、センス信号/SEが活性化される。これにより、トランジスタ41がオンになるとともに、トランジスタ49a、49bがオフになる。トランジスタ49a、49bのオフにより、等電位とされていた出力ノードn1,n2の電位の変化が許容される。また、トランジスタ41のオンにより、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLとの電位の差がトランジスタ42、43を通して出力ノードn1、n2の電位の差として伝搬する。この例では、ダミービット線電位VDBLに対するビット線電位VBLの高低が、出力ノードn1の電位に対する出力ノードn2の電位の高低として、出力ノードn1と出力ノードn2とに電位の差が生じる。そして、出力ノードn1と出力ノードn2とに微小な電位の差が生じると、インバータINV1とインバータINV2との相互の正帰還作用により、出力ノードn1、n2の電位は、一方がHレベル(VDD)、他方がLレベル(0V)となるまで増幅されてラッチされる。After the word line WL and the dummy word line DWL are activated, the sense signal /SE is activated when a predetermined delay time elapses and the sensing possible period is reached. This turns on the transistor 41 and turns off the transistors 49a and 49b. By turning off the transistors 49a and 49b, the potentials of the output nodes n1 and n2, which have been assumed to have the same potential, are allowed to change. Also, when the transistor 41 is turned on, the potential difference between the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL is propagated through the transistors 42 and 43 as the potential difference between the output nodes n1 and n2. In this example, the level of the bit line potential VBL with respect to the dummy bit line potential VDBL is the level of the potential of the output node n2 with respect to the potential of the output node n1, resulting in a potential difference between the output nodes n1 and n2. When a minute potential difference occurs between the output node n1 and the output node n2, one of the potentials of the output nodes n1 and n2 becomes H level (VDD) due to the mutual positive feedback action of the inverter INV1 and the inverter INV2. , is amplified and latched until the other becomes L level (0V).

例えば、メモリセル12がデータ“1”を記憶している場合、MTJ素子17は、高抵抗状態であり、リファレンスセル14のリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronよりも抵抗値が高い。このため、ビット線電位VBLの放電速度は、ダミービット線電位VDBLの放電速度よりも遅く、ビット線電位VBLがダミービット線電位VDBLよりも高くなる。これにより、出力ノードn1よりも出力ノードn2の電位が高くなり、出力ノードn1がLレベル、出力ノードn2がHレベルとなる。この結果、出力ノードn1からのLレベルの出力信号/Dと、出力ノードn2からのHレベルの出力信号Dが出力され、データ“1”が得られる。For example, when the memory cell 12 stores data “1”, the MTJ element 17 is in a high resistance state and has a resistance value higher than the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 of the reference cell 14 . Therefore, the discharge speed of the bit line potential V_BL is slower than the discharge speed of the dummy bit line potential V_DBL , and the bit line potential V_BL is higher than the dummy bit line potential V_DBL . As a result, the potential of the output node n2 becomes higher than that of the output node n1, the output node n1 becomes L level, and the output node n2 becomes H level. As a result, an L level output signal /D from the output node n1 and an H level output signal D from the output node n2 are output, and data "1" is obtained.

また、メモリセル12がデータ“0”を記憶している場合、MTJ素子17は、低抵抗状態であり、リファレンスセル14のリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronよりも抵抗値が低い。このため、ビット線電位VBLの放電速度は、ダミービット線電位VDBLの放電速度よりも速く、ビット線電位VBLがダミービット線電位VDBLよりも低くなる。これにより、出力ノードn2よりも出力ノードn1の電位が高くなり、出力ノードn1がHレベル、出力ノードn2がLレベルとなる。この結果、出力ノードn1からのHレベルの出力信号/Dと、出力ノードn2からのLレベルの出力信号Dが出力され、データ“0”が得られる。Also, when the memory cell 12 stores data “0”, the MTJ element 17 is in a low resistance state and has a resistance value lower than the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 of the reference cell 14 . Therefore, the discharge speed of the bit line potential V_BL is faster than the discharge speed of the dummy bit line potential V_DBL , and the bit line potential V_BL is lower than the dummy bit line potential V_DBL . As a result, the potential of the output node n1 becomes higher than that of the output node n2, the output node n1 becomes H level, and the output node n2 becomes L level. As a result, an H level output signal /D from the output node n1 and an L level output signal D from the output node n2 are output, and data "0" is obtained.

以上のようにして、プリチャージ動作と読み出し動作とを順次に行って、メモリセル12に対するデータの読み出しが行われ、メモリセル12に記憶されているデータに応じた出力信号D、/Dが出力される。 As described above, the precharge operation and the read operation are sequentially performed, data is read from the memory cell 12, and the output signals D and /D corresponding to the data stored in the memory cell 12 are output. be done.

ところで、リファレンスセル14に帰還部30を設けず、読み出し期間中に、リファレンストランジスタ27のゲートに一定の電位を与える構成(以下、このような構成を比較構成という)では、ダミービット線DBLの放電が進むにつれて、リファレンストランジスタ27のゲート・ソース電圧(=V-V)とドレイン・ソース電圧(=V-V)との関係が大きく変化する。このため、読み出し期間において等価抵抗Ronを一定に維持できない。この比較構成において、例えば、等価抵抗Ronがダミービット線DBLの放電中のある時刻に中間抵抗値RAVEとなるように調整した場合、ダミービット線電位VDBLの放電前では、等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEに対して高くなりすぎ、放電終了時には、等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEに対して低くなりすぎるような変化を示し、所望の特性が得られない。この結果、ダミービット線DBLの放電中において、低抵抗状態及び高抵抗状態のMTJ素子17に対応した変化を示す各ビット線電位VBLのそれぞれとの間に、ダミービット線電位VDBLが有効な差を持つセンス可能期間が極めて短くなり、動作マージンが確保できない。By the way, in a configuration in which the feedback unit 30 is not provided in the reference cell 14 and a constant potential is applied to the gate of the reference transistor 27 during the read period (this configuration is hereinafter referred to as a comparative configuration), the dummy bit line DBL is discharged. advances, the relationship between the gate-source voltage (=V g −V s ) and the drain-source voltage (=V d −V s ) of the reference transistor 27 changes significantly. Therefore, the equivalent resistance Ron cannot be kept constant during the read period. In this comparative configuration, for example, when the equivalent resistance Ron is adjusted to have an intermediate resistance value RAVE at a certain time during discharging of the dummy bit line DBL , the equivalent resistance Ron is equal to At the end of discharge, the equivalent resistance Ron becomes too low with respect to the intermediate resistance value RAVE , and desired characteristics cannot be obtained. As a result, during discharging of the dummy bit line DBL, the dummy bit line potential V_DBL is effective between each of the bit line potentials V_BL showing changes corresponding to the MTJ element 17 in the low resistance state and the high resistance state. The senseable period with a large difference becomes extremely short, and an operating margin cannot be secured.

これに対して、この例の読み出し回路20では、上記のようにリファレンスセル14に設けた帰還部30のキャパシタ31によって、ダミービット線電位VDBLの低下に追従させてリファレンスセル14のゲート電位Vを低下させているから、そのゲート・ソース電圧(=V-V)とドレイン・ソース電圧(=V-V)との関係が大きく変化することがなく、読み出し期間におけるリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEに安定的に維持される。この結果、ダミービット線DBLの放電中において、低抵抗状態及び高抵抗状態のMTJ素子17に対応した変化を示す各ビット線電位VBLのそれぞれとの間に、ダミービット線電位VDBLが有効な差を持つセンス可能期間が長くなり、十分な動作マージンがある。On the other hand, in the read circuit 20 of this example, the capacitor 31 of the feedback section 30 provided in the reference cell 14 as described above causes the gate potential V of the reference cell 14 to follow the decrease in the dummy bit line potential VDBL . Since g is lowered, the relationship between the gate-source voltage (=V g −V s ) and the drain-source voltage (=V d −V s ) does not change significantly, and the reference transistor in the read period 27 equivalent resistance Ron is stably maintained at the intermediate resistance value R AVE . As a result, during discharging of the dummy bit line DBL, the dummy bit line potential V_DBL is effective between each of the bit line potentials V_BL showing changes corresponding to the MTJ element 17 in the low resistance state and the high resistance state. The senseable period with a large difference is longer, and there is a sufficient operating margin.

また、この例における読み出し回路20は、上記のようにプリチャージ方式のものであり、プリチャージされたビット線BLとダミービット線DBLとの放電時の電位の差を検出するので、プルアップ方式のように定常的に流れる電流の大きさを検出する必要がなく、省電力化に有利である。例えばプルアップ方式のデータ読み出しに対して、この例のデータ読み出しにおける消費電力は、1/10程度にまで低減することができる。しかも、リファレンスセル14は、リファレンストランジスタ27を抵抗として機能させるMOSタイプのものであるから、MTJ素子を用いたリファレンスセルに比べて回路面積が小さい。 Further, the read circuit 20 in this example is of the precharge type as described above, and detects the potential difference between the precharged bit line BL and the dummy bit line DBL at the time of discharging. This eliminates the need to detect the magnitude of the steadily flowing current, which is advantageous for power saving. For example, the power consumption in data reading in this example can be reduced to about 1/10 of that in pull-up data reading. Moreover, since the reference cell 14 is of a MOS type in which the reference transistor 27 functions as a resistor, the circuit area is smaller than that of a reference cell using an MTJ element.

さらに、帰還部30により、ビット線電位VBLの高低を識別する閾値として、安定した精度の高いダミービット線電位VDBLが得られるため、データ“1”に対応したビット線電位VBLとデータ“0”に対応したビット線電位VBLとの差を小さくすることが可能となる。これは、ビット線BLの放電の際にデータ“1”及びデータ“0”に対応したMTJ素子17に流れる読み出し電流(放電電流)を小さくできることを意味する。MTJ素子17においては、その磁化状態を変化させる書き込み電流が読み出し電流よりも大きくされるが、読み出し電流を小さくすれば、それに応じて書き込み電流をも小さくするようにMTJ素子17のスケーリングが可能となる。この結果、メモリ装置10の書き込み動作までを含めた消費電力の低減を図ることができる。Further, the feedback unit 30 provides a stable and highly accurate dummy bit line potential VDBL as a threshold for discriminating whether the bit line potential VBL is high or low. It is possible to reduce the difference from the bit line potential VBL corresponding to "0". This means that the read current (discharge current) flowing through the MTJ element 17 corresponding to data "1" and data "0" can be reduced when the bit line BL is discharged. In the MTJ element 17, the write current that changes the magnetization state is made larger than the read current. If the read current is made smaller, the MTJ element 17 can be scaled so that the write current is also made smaller accordingly. Become. As a result, the power consumption including the write operation of the memory device 10 can be reduced.

図4は、読み出し回路20の構成において、メモリセル12がデータ“1”及びデータ“0”を記憶している場合の各ビット線電位VBLと、ダミービット線電位VDBLの読み出し期間における変化をシミュレーションした結果を、ワード線WL及びダミーワード線DWL、プリチャージ信号/PRCの各電位の変化とともに示している。また、図5には、上記比較構成における各ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLの読み出し期間における変化をシミュレーションした結果を同様に示している。FIG. 4 shows changes in the readout period of each bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL when the memory cell 12 stores data "1" and data "0" in the configuration of the read circuit 20. are shown along with changes in the potentials of the word line WL, the dummy word line DWL, and the precharge signal /PRC. FIG. 5 also shows the result of simulating the change in the readout period of each bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL in the comparative configuration.

図4からわかるように、ワード線WL及びダミーワード線DWLを活性化して放電を開始すると、その放電中においては、ダミービット線電位VDBLは、データ“1”に対応したビット線電位VBLとデータ“0”を記憶したビット線電位VBLとの中間の電位にあり、帰還部30によってリファレンスセル14の等価抵抗Ronが前述の中間抵抗値RAVEにほぼ維持されていることがわかる。ダミービット線電位VDBLが、データ“1”及びデータ“0”のいずれのビット線電位VBLに対しても、60mV(=|VBL-DBL|)を超える期間をセンス可能期間tSEとした場合、そのセンス可能期間tSEは1.56nsecとなった。このセンス可能期間tSEは、比較構成の後述するセンス可能期間tSEの約2.7倍の長さである。As can be seen from FIG. 4, when the word line WL and the dummy word line DWL are activated and discharge is started, the dummy bit line potential VDBL is changed to the bit line potential VBL corresponding to data "1" during the discharge. , and the bit line potential VBL storing data "0", and the equivalent resistance Ron of the reference cell 14 is maintained substantially at the aforementioned intermediate resistance value RAVE by the feedback section 30. FIG. The senseable period t SE is a period in which the dummy bit line potential V DBL exceeds 60 mV (=|V BL−V DBL |) with respect to the bit line potential V BL of either data “1” or data “0”. , the senseable period t SE is 1.56 nsec. This senseable period tSE is approximately 2.7 times as long as the senseable period tSE of the comparative configuration, which will be described later.

一方、比較構成では、図5からわかるように、ダミービット線電位VDBLは、放電開始直後では、データ“1”に対応したビット線電位VBLよりも高く、その後データ“1”及び“0”に対応した各ビット線電位VBLとの間の電位になる。さらに放電が進むと、データ“1”に対応したビット線電位VBLとの差が大きくなるが、データ“0”に対応したビット線電位VBLとの差が小さくなり、放電の終了に近づくとデータ“0”に対応したビット線電位VBLよりも低くなる。このようなダミービット線電位VDBLの変化を示す比較構成では、上記と同様に設定可能なセンス可能期間tSEは、0.58nsecであり、極めて短いことがわかる。On the other hand, in the comparative configuration, as can be seen from FIG. 5, the dummy bit line potential V_DBL is higher than the bit line potential V_BL corresponding to data “1” immediately after the start of discharge, and then data “1” and “0”. '' and each bit line potential VBL . As the discharge progresses further, the difference from the bit line potential VBL corresponding to data "1" increases, but the difference from the bit line potential VBL corresponding to data "0" decreases, and the discharge approaches the end. becomes lower than the bit line potential VBL corresponding to data "0". In the comparative configuration showing such a change in the dummy bit line potential VDBL , the senseable period tSE that can be set in the same manner as described above is 0.58 nsec, which is extremely short.

また、図6、図7に、帰還部30を設けた構成での出力ノードn1、n2の電位変化のシミュレーション結果を示すように、センス可能期間tSEにおいて、センス信号/SEを活性化することにより、上述のように出力ノードn1、n2の信号レベルが変化し、正常にデータをメモリセル12から読み出させることもわかる。なお、図6がメモリセル12にデータ“1”が記憶されている場合であり、図7がデータ“0”が記憶されている場合である。Further, as shown in FIGS. 6 and 7, simulation results of potential changes of the output nodes n1 and n2 in the configuration provided with the feedback section 30, the sense signal / SE is activated during the sensing enable period tSE. As a result, the signal levels of the output nodes n1 and n2 change as described above, and the data can be read out from the memory cell 12 normally. 6 shows the case where data "1" is stored in the memory cell 12, and FIG. 7 shows the case where data "0" is stored.

[第2実施形態]
第2実施形態のメモリ装置は、以下に詳細を説明するセンス回路部以外の構成は、第1実施形態のものと同じである。このため、以下の説明では、同一の部材については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略するとともに、センス回路部以外の回路構成の図示を省略する。
[Second embodiment]
The configuration of the memory device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, except for the sense circuit section which will be described in detail below. Therefore, in the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and illustration of the circuit configuration other than the sense circuit portion is omitted.

この例では、図8に示すように、センス回路部15Aは、プリチャージ回路56と、電位制限回路57と、センスアンプ58とから構成される。プリチャージ回路56は、トランジスタPR1、PR2から構成され、電位制限回路57は、NMOSトランジスタのトランジスタ57a、57bから構成される。センスアンプ58は、インバータINV1A、INV2Aとから構成される。インバータINV1Aは、トランジスタ61、62からなり、インバータINV2Aは、トランジスタ63、64からなる。トランジスタ61、63は、PMOSトランジスタであり、トランジスタ62、64はNMOSトランジスタである。 In this example, the sense circuit section 15A comprises a precharge circuit 56, a potential limiting circuit 57, and a sense amplifier 58, as shown in FIG. The precharge circuit 56 is composed of transistors PR1 and PR2, and the potential limiting circuit 57 is composed of NMOS transistors 57a and 57b. The sense amplifier 58 is composed of inverters INV1A and INV2A. The inverter INV1A consists of transistors 61 and 62, and the inverter INV2A consists of transistors 63 and 64. FIG. Transistors 61 and 63 are PMOS transistors and transistors 62 and 64 are NMOS transistors.

インバータINV1Aでは、トランジスタ61、62のゲート同士が接続され、これがインバータINV1Aの入力になっている。トランジスタ61は、そのソースが電源電圧VDDに接続され、ドレインがトランジスタ62のドレインに接続されている。トランジスタ62は、そのソースが信号線SBLに接続され、信号線SBLが電位制限回路57のトランジスタ57aを介してビット線BLに接続されている。また、インバータINV2Aでは、トランジスタ63、64のゲート同士が接続され、これがインバータINV2Aの入力になっている。トランジスタ63は、そのソースが電源電圧VDDに接続され、ドレインがトランジスタ64のドレインに接続されている。トランジスタ64は、そのソースが信号線SDBLに接続され、信号線SDBLが電位制限回路57のトランジスタ57bを介してダミービット線DBLに接続されている。この例では、信号線SBL及び信号線SDBLがセンスアンプ58の入力となる。 In the inverter INV1A, the gates of the transistors 61 and 62 are connected together and this is the input of the inverter INV1A. The transistor 61 has its source connected to the power supply voltage VDD and its drain connected to the drain of the transistor 62 . The source of the transistor 62 is connected to the signal line SBL, and the signal line SBL is connected to the bit line BL through the transistor 57a of the potential limiting circuit 57. FIG. In the inverter INV2A, the gates of the transistors 63 and 64 are connected to each other, and this serves as the input of the inverter INV2A. The transistor 63 has its source connected to the power supply voltage VDD and its drain connected to the drain of the transistor 64 . The source of the transistor 64 is connected to the signal line SDBL, and the signal line SDBL is connected to the dummy bit line DBL through the transistor 57b of the potential limiting circuit 57. FIG. In this example, the signal line SBL and the signal line SDBL serve as inputs to the sense amplifier 58 .

トランジスタ61、62のドレイン同士の接続点が出力ノードn1であり、トランジスタ63、64のドレイン同士の接続点が出力ノードn2である。出力ノードn1は、トランジスタ63、64のゲートにそれぞれ接続され、出力ノードn2は、トランジスタ61、62のゲートにそれぞれ接続されている。センスアンプ58は、出力ノードn1,n2から相補的な出力信号D、/Dを出力する。この例では、出力ノードn1の信号レベルが出力信号Dとして、出力ノードn2の信号レベルが出力信号/Dとしてそれぞれ出力される。 The connection point between the drains of the transistors 61 and 62 is the output node n1, and the connection point between the drains of the transistors 63 and 64 is the output node n2. The output node n1 is connected to the gates of transistors 63 and 64, respectively, and the output node n2 is connected to the gates of transistors 61 and 62, respectively. Sense amplifier 58 outputs complementary output signals D and /D from output nodes n1 and n2. In this example, the signal level of output node n1 is output as output signal D, and the signal level of output node n2 is output as output signal /D.

プリチャージ回路56のトランジスタPR1、PR2は、それぞれソースが電源電圧VDDに接続されている。また、トランジスタPR1は、そのドレインが出力ノードn1に接続され、トランジスタPR2は、そのドレインが出力ノードn2に接続されている。 The sources of the transistors PR1 and PR2 of the precharge circuit 56 are connected to the power supply voltage VDD. The drain of the transistor PR1 is connected to the output node n1, and the drain of the transistor PR2 is connected to the output node n2.

電位制限回路57のトランジスタ57a、57bは、プリチャージ動作の開始時から読み出し動作の終了時まで、それらにゲート電圧Vgnが印加される。これらトランジスタ57a、57bは、プリチャージ動作時においては、第1実施形態と同様に、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLを制限し、リードディスターブを防止する。また、読み出し動作時では、トランジスタ57a、57bは、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLを増幅するプリアンプとして動作する。A gate voltage Vgn is applied to the transistors 57a and 57b of the potential limiting circuit 57 from the start of the precharge operation to the end of the read operation. During the precharge operation, these transistors 57a and 57b limit the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL to prevent read disturb, as in the first embodiment. Further, in the read operation, the transistors 57a and 57b operate as preamplifiers for amplifying the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL .

上記センスアンプ58は、トランジスタ62、64の各のソースと電位制限回路57のトランジスタ57a、57bの各ドレインとを接続する信号線SBLの信号線電位VSBLと信号線SDBLの信号線電位VSDBLの差を検出する。すなわち、ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLをトランジスタ57a、57bで増幅した信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとの差に基づく出力信号D、/Dを出力する。The sense amplifier 58 has a signal line potential V SBL of the signal line SBL connecting the sources of the transistors 62 and 64 and the drains of the transistors 57 a and 57 b of the potential limiting circuit 57 and a signal line potential V SDBL of the signal line SDBL. detect the difference between That is, output signals D and /D are output based on the difference between the signal line potential V_SBL obtained by amplifying the bit line potential V_BL and the dummy bit line potential V_DBL by the transistors 57a and 57b and the signal line potential V_SDBL .

上記構成のデータ読み出しでは、プリチャージ動作において、まず電位制限回路57のトランジスタ57a、57bにゲート電圧Vgnが印加された状態にされる。この後に、プリチャージ信号/PRCが活性化され、トランジスタPR1、PR2がそれぞれオンになる。これと同時にスイッチ素子33(図1参照)がオンされる。トランジスタPR1、PR2がオンになると、これらトランジスタPR1、PR2を介して各出力ノードn1、n2がそれぞれ電位VDD、すなわちHレベルとなってセンスアンプ58が初期化される。このときに、トランジスタ61、63がオフ、トランジスタ62、64がオンになっている。 In data reading with the above configuration, the gate voltage Vgn is first applied to the transistors 57a and 57b of the potential limiting circuit 57 in the precharge operation. After that, the precharge signal /PRC is activated to turn on the transistors PR1 and PR2. At the same time, the switch element 33 (see FIG. 1) is turned on. When the transistors PR1 and PR2 are turned on, the output nodes n1 and n2 go to the potential VDD, that is, the H level through the transistors PR1 and PR2, and the sense amplifier 58 is initialized. At this time, transistors 61 and 63 are off and transistors 62 and 64 are on.

また、トランジスタ62、64がオンになると、電源電圧VDDがトランジスタPR1、62、57aを介してビット線BLに印加され、またトランジスタPR2、64、57bを介してダミービット線DBLに印加される。これにより、ビット線BL及びダミービット線DBLがそれぞれプリチャージされ、ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLがそれぞれ初期ビット線電位VB0になる。このときの信号線電位VSBL、信号線電位VSDBLは、ビット線電位VBL、ダミービット線電位VDBLを増幅したものなので等しい。Also, when the transistors 62 and 64 are turned on, the power supply voltage VDD is applied to the bit line BL via the transistors PR1, 62 and 57a and to the dummy bit line DBL via the transistors PR2, 64 and 57b. As a result, the bit line BL and the dummy bit line DBL are precharged, and the bit line potential VBL and the dummy bit line potential V_DBL become the initial bit line potential VB0 . At this time, the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL are equal because they are obtained by amplifying the bit line potential V BL and the dummy bit line potential V DBL .

ビット線BL及びダミービット線DBLを初期ビット線電位VB0までプリチャージした後に、プリチャージ信号/PRCが非活性化される。これにより、トランジスタPR1、PR2がそれぞれオフにされる、またスイッチ素子33がオフにされる。これによりプリチャージ動作が終了する。After precharging the bit line BL and the dummy bit line DBL to the initial bit line potential VB0 , the precharge signal /PRC is deactivated. As a result, the transistors PR1 and PR2 are turned off, and the switch element 33 is turned off. This completes the precharge operation.

プリチャージ動作の終了後に、ワード線WL及びダミーワード線DWLがそれぞれ活性化されて読み出し期間となり、読み出し動作が行われる。ワード線WL及びダミーワード線DWLが活性化することにより、MTJ素子17(図1参照)を介したビット線BLの放電とリファレンストランジスタ27(図1参照)を介したダミービット線DBLの放電とがそれぞれ開始され、ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLが徐々に低下する。After the precharge operation is finished, the word lines WL and the dummy word lines DWL are activated to enter the read period, and the read operation is performed. By activating the word line WL and the dummy word line DWL, discharge of the bit line BL through the MTJ element 17 (see FIG. 1) and discharge of the dummy bit line DBL through the reference transistor 27 (see FIG. 1) are performed. are started respectively, and the bit line potential V_BL and the dummy bit line potential V_DBL are gradually lowered.

ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLが低下すると、トランジスタ57a、57bの増幅作用により、信号線SBL、SDBLの信号線電位VSBL、VSDBLも比例的に低下する。また、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLとに電位の差が生じると、信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとに増幅された電位の差が生じる。そして、この信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとの差がトランジスタ62、64を通して出力ノードn1、n2の電位の差として伝搬する。When the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL drop, the signal line potentials V SBL and V SDBL of the signal lines SBL and SDBL also drop proportionally due to the amplifying action of the transistors 57a and 57b. Further, when a potential difference occurs between the bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL , an amplified potential difference occurs between the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL . The difference between the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL propagates through the transistors 62 and 64 as the potential difference between the output nodes n1 and n2.

センスアンプ58は、プリチャージ動作の終了時にトランジスタPR1、PR2がオフとなることで動作可能な状態で待機しており、ワード線WLおよびダミーワード線DWLの活性化により動作開始となる。かくて、信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとの電位の差により、出力ノードn1と出力ノードn2に微小な電位の差が生じると、インバータINV1A、INV2Aの相互の正帰還作用により、出力ノードn1、n2は、その一方がHレベル、他方がLレベルとなるまで増幅されてラッチされる。この結果、ビット線BLとダミービット線DBLとの放電速度との違い、すなわちリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronに対するMTJ素子17の抵抗値の高低に応じた出力信号D、/Dが出力され、メモリセル12に記憶されているデータを読み出すことができる。The sense amplifier 58 stands by in an operable state by turning off the transistors PR1 and PR2 at the end of the precharge operation, and starts operating by activating the word line WL and the dummy word line DWL. Thus, when a slight potential difference occurs between the output node n1 and the output node n2 due to the potential difference between the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL , the mutual positive feedback action of the inverters INV1A and INV2A causes: Output nodes n1 and n2 are amplified and latched until one of them becomes H level and the other becomes L level. As a result, output signals D and /D corresponding to the difference in discharge speed between the bit line BL and the dummy bit line DBL, that is, the level of the resistance value of the MTJ element 17 with respect to the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27, are output. The data stored in cell 12 can be read.

図9は、メモリセル12(図1参照)がデータ“1”及びデータ“0”を記憶している場合の読み出し期間における信号線SBLの信号線電位VSBL及び信号線SDBLの信号線電位VSDBLの変化をシミュレーションした結果を、ワード線WL及びダミーワード線DWL、プリチャージ信号/PRCの各電位の変化とともに示している。なお、このシミュレーションでは、センスアンプ58のラッチ動作に起因した信号線電位VSBL及び信号線電位VSDBLの変化を排除するために、センス回路部15Aとして、図10に示すように、センスアンプ58を省略し、プリチャージ回路56のトランジスタPR1、PR2を電位制限回路57のトランジスタ57a、57bに直接接続した回路を用いている。FIG. 9 shows the signal line potential V SBL of the signal line SBL and the signal line potential V of the signal line SDBL in the read period when the memory cell 12 (see FIG. 1) stores data “1” and data “0”. The results of simulating changes in SDBL are shown along with changes in potentials of the word line WL, dummy word line DWL, and precharge signal /PRC. In this simulation, in order to eliminate changes in the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL due to the latching operation of the sense amplifier 58, the sense circuit section 15A is configured with the sense amplifier 58 as shown in FIG. are omitted, and a circuit in which the transistors PR1 and PR2 of the precharge circuit 56 are directly connected to the transistors 57a and 57b of the potential limiting circuit 57 is used.

図9からわかるように、信号線電位VSDBLは、放電中においては、データ“1”に対応した信号線電位VSBLとデータ“0”を記憶した信号線電位VSBLとの中間の電位にあり、帰還部30(図1参照)によってリファレンスセル14の等価抵抗Ronが前述の中間抵抗値RAVEにほぼ維持されていることがわかる。また、データ“1”及びデータ“0”のいずれの場合においても、センス可能期間tSEは1.7nsecであり、これは帰還部30をリファレンスセル14に設けない比較構成(後述)の約3.5倍であった。なお、この例では、ビット線電位VBL、ダミービット線電位VDBLを増幅した信号線電位VSBL、信号線電位VSDBLをセンスアンプ58の検出に用いることから、上記センス可能期間tSEは、信号線電位VSBL、信号線電位VSDBLとの差が80mVを超える期間としている。As can be seen from FIG. 9, the signal line potential V SDBL is at an intermediate potential between the signal line potential V SBL corresponding to data "1" and the signal line potential V SBL storing data "0" during discharging. It can be seen that the equivalent resistance Ron of the reference cell 14 is substantially maintained at the aforementioned intermediate resistance value RAVE by the feedback section 30 (see FIG. 1). In both cases of data "1" and data "0", the senseable period tSE is 1.7 nsec, which is about 3.0 nsec compared to the comparative configuration (described later) in which the feedback section 30 is not provided in the reference cell 14. was five times. In this example, since the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL obtained by amplifying the bit line potential V BL and the dummy bit line potential V DBL are used for detection by the sense amplifier 58, the senseable period tSE is A period in which the difference between the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL exceeds 80 mV.

図11は、リファレンスセルに帰還部を設けない比較構成における、信号線SBLの信号線電位VSBL及び信号線SDBLの信号線電位VSDBLの変化をシミュレーションした結果を示している。この比較構成においても、センス回路部15Aとして、図10に示すセンスアンプ58を省略した構成とし、メモリセル12がデータ“1”及びデータ“0”を記憶している場合のそれぞれについてシミュレーションしている。帰還部を設けない比較構成においては、読み出し動作の進行とともにリファレンスセルの等価抵抗Ronが変化してしまうことから、センス可能期間tSEが短くなる。例えば、読み出し開始時点でのリファレンスセルの等価抵抗Ronが、前述の中間抵抗値RAVEになるように調整すると、読み出し動作の早い時点で等価抵抗Ronが低くなり過ぎ、その結果リファレンス側の信号線電位VSDBLが“0”と判定されるべき信号線電位VSBLより低下してしまい誤動作となる。かくて、比較構成におけるセンス可能期間tSEは0.48nsecと短くなり、これは帰還部30を設けた、この例のリファレンスセル14(図9)と比べて著しく短い。FIG. 11 shows the result of simulating changes in the signal line potential V SBL of the signal line SBL and the signal line potential V SDBL of the signal line SDBL in a comparative configuration in which the reference cell is not provided with the feedback section. Also in this comparative configuration, the sense circuit section 15A is configured without the sense amplifier 58 shown in FIG. there is In the comparative configuration in which no feedback section is provided, the equivalent resistance Ron of the reference cell changes as the read operation progresses, so the sensing enabled period tSE is shortened. For example, if the equivalent resistance Ron of the reference cell at the start of readout is adjusted to the intermediate resistance value RAVE , the equivalent resistance Ron becomes too low at an early point in the readout operation, resulting in a signal line on the reference side. The potential V SDBL becomes lower than the signal line potential V SBL that should be determined as "0", resulting in malfunction. Thus, the sensing enable period tSE in the comparative configuration is shortened to 0.48 nsec, which is significantly shorter than the reference cell 14 (FIG. 9) of this example provided with the feedback section 30. FIG.

また、センス回路部15Aを用いた場合における、プリチャージ信号/PRC、ワード線WL及びダミーワード線DWLの各電位、ビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBL、出力ノードn1、n2の各電位の変化を図12、図13に示す。図12は、メモリセル12にデータ“1”が記憶されている場合、図13は、データ“0”が記憶されている場合のものである。これらの各電位の変化より、出力ノードn1、n2の信号レベルがメモリセル12に記憶されているデータに応じて変化し、正常にデータをメモリセル12から読み出させることもわかる。センスアンプ58が出力ノードn1、n2の電位の差を増幅することにともなって、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLの差が減少するが、その時点でセンスアンプ58は、その増幅動作をほぼ完了して安定状態になっているため問題にはならない。Further, when the sense circuit section 15A is used, the precharge signal /PRC, the potentials of the word line WL and the dummy word line DWL, the bit line potential V BL and the dummy bit line potential V DBL , the output nodes n1 and n2. Changes in potential are shown in FIGS. FIG. 12 shows the case where data "1" is stored in the memory cell 12, and FIG. 13 shows the case where data "0" is stored. From these potential changes, it can also be seen that the signal levels of the output nodes n1 and n2 change according to the data stored in the memory cell 12, and the data is normally read out from the memory cell 12. FIG. As sense amplifier 58 amplifies the potential difference between output nodes n1 and n2, the difference between bit line potential VBL and dummy bit line potential VDBL decreases . Since the operation is almost completed and it is in a stable state, there is no problem.

[第3実施形態]
第3実施形態のメモリ装置は、データ読み出しをプルアップ方式で行うものである。なお、以下に詳細を説明するセンス回路部以外の構成は、第1実施形態のものと同じである。このため、以下の説明では、同一の部材については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略するとともに、センス回路部以外の回路構成の図示を省略する。
[Third embodiment]
The memory device of the third embodiment performs data reading by a pull-up method. The configuration other than the sense circuit section, which will be described in detail below, is the same as that of the first embodiment. Therefore, in the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and illustration of the circuit configuration other than the sense circuit portion is omitted.

この例では、図14に示すように、センス回路部15Bは、プルアップ回路71と、センスアンプ72と、電位制限回路73とから構成される。プルアップ回路71は、ビット線負荷としてのトランジスタPL1、PL2から構成され、電位制限回路73は、トランジスタ73a、73bから構成される。トランジスタPL1、PL2は、PMOSトランジスタであり、トランジスタ73a、73bは、NMOSトランジスタである。 In this example, as shown in FIG. 14, the sense circuit section 15B is composed of a pull-up circuit 71, a sense amplifier 72, and a potential limiting circuit 73. FIG. The pull-up circuit 71 is composed of transistors PL1 and PL2 as bit line loads, and the potential limiting circuit 73 is composed of transistors 73a and 73b. Transistors PL1 and PL2 are PMOS transistors, and transistors 73a and 73b are NMOS transistors.

トランジスタPL1、PL2は、ソースが電源電圧VDDに接続されている。また、トランジスタPL1、PL2は、それぞれ電位制限回路73を介してビット線BL、ダミービット線DBLに接続されている。すなわち、トランジスタPL1は、そのドレインがトランジスタ73aのドレインに接続され、トランジスタ73aのソースがビット線BLに接続されている。また、トランジスタPL2は、そのドレインがトランジスタ73bのドレインに接続され、トランジスタ73bのソースがダミービット線DBLに接続されている。電位制限回路73の機能は、第2実施形態の電位制限回路57(図8参照)と同じである。 The sources of the transistors PL1 and PL2 are connected to the power supply voltage VDD. Also, the transistors PL1 and PL2 are connected to the bit line BL and the dummy bit line DBL through the potential limiting circuit 73, respectively. That is, the transistor PL1 has its drain connected to the drain of the transistor 73a, and the source of the transistor 73a connected to the bit line BL. The drain of the transistor PL2 is connected to the drain of the transistor 73b, and the source of the transistor 73b is connected to the dummy bit line DBL. The potential limiting circuit 73 has the same function as the potential limiting circuit 57 (see FIG. 8) of the second embodiment.

センスアンプ72は、トランジスタPL1とトランジスタ73aとを接続する信号線SBLと、トランジスタPL2とトランジスタ73bとを接続する信号線SDBLとの間に接続されている。このセンスアンプ72は、信号線SBLの信号線電位VSBLと信号線SDBLの信号線電位VSDBLとの差を検出する。センスアンプ72の回路は、例えば図2に示すものと同様な回路構成のものが用いられるが、各トランジスタの極性(PMOSとNMOS)が逆であり、またセンス信号SEが活性化(Hレベル)することで動作を開始する点で異なる。The sense amplifier 72 is connected between a signal line SBL connecting the transistors PL1 and 73a and a signal line SDBL connecting the transistors PL2 and 73b. The sense amplifier 72 detects the difference between the signal line potential V SBL of the signal line SBL and the signal line potential V SDBL of the signal line SDBL. The circuit of the sense amplifier 72 has the same circuit configuration as that shown in FIG. 2, for example, but the polarities of the transistors (PMOS and NMOS) are opposite, and the sense signal SE is activated (H level). The difference is that the operation is started by

この例におけるデータ読み出しでは、読み出し動作だけが行われる。この読み出し動作では、まずスイッチ素子33(図1参照)がオンにされるとともに、電位制限回路73のトランジスタ73a、73bにゲート電圧Vgnをそれぞれ印加した状態にする。また、プルアップ信号/PLUが活性化(Lレベル)される。スイッチ素子33は、リファレンストランジスタ27(図1参照)のゲート電位Vを初期ゲート電位VR1とするのに十分な時間が経過してからオフにされる。一方、ゲート電圧Vgn、プルアップ信号/PLUは、読み出し動作に先立って活性化され、その状態が読み出し動作が完了するまで継続される。In the data read in this example, only read operations are performed. In this read operation, the switch element 33 (see FIG. 1) is first turned on, and the gate voltage Vgn is applied to the transistors 73a and 73b of the potential limiting circuit 73, respectively. In addition, pull-up signal /PLU is activated (L level). The switch element 33 is turned off after a sufficient period of time has elapsed to bring the gate potential Vg of the reference transistor 27 (see FIG. 1) to the initial gate potential VR1 . On the other hand, the gate voltage Vgn and the pull-up signal /PLU are activated prior to the read operation and maintained until the read operation is completed.

プルアップ信号/PLUの活性化によりトランジスタPR1、PR2がそれぞれオンする。これにより、ビット線BL及びダミービット線DBLには、互いに同じ電圧(<VDD)が印加される。このようにトランジスタPR1、PR2をオンした後にワード線WLとダミーワード線DWLをそれぞれ活性化する。ワード線WLとダミーワード線DWLをそれぞれ活性化してから所定のセンス遅延時間tDSEが経過した時点で、センス信号SEが活性化され、センスアンプ72の動作が開始する。Activation of pull-up signal /PLU turns on transistors PR1 and PR2. As a result, the same voltage (<VDD) is applied to the bit line BL and the dummy bit line DBL. After turning on the transistors PR1 and PR2 in this way, the word line WL and the dummy word line DWL are respectively activated. When the predetermined sense delay time tDSE has elapsed after the activation of the word line WL and the dummy word line DWL, the sense signal SE is activated and the sense amplifier 72 starts operating.

ワード線WLとダミーワード線DWLとの活性化により、選択トランジスタ18、28(図1参照)がオンになると、ビット線BLにはMTJ素子17(図1参照)と選択トランジスタ18を介して電流が流れ、ダミービット線DBLにはリファレンストランジスタ27(図1参照)と選択トランジスタ28を介して電流が流れる。この結果、ビット線BLは、MTJ素子17の抵抗値に応じたビット線電位VBLとなり、ダミービット線DBLは、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronに応じたダミービット線電位VDBLとなる。このビット線電位VBL及びダミービット線電位VDBLは、トランジスタ73a、73bに増幅されて信号線SBL、SDBLの信号線電位VSBL、VSDBLとして現われ、ビット線電位VBLとダミービット線電位VDBLとに電位の差が生じると、信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとに増幅された電位の差が生じる。そして、信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLがセンスアンプ72によって検出され、MTJ素子17の抵抗値の高低に応じた出力信号D、/Dが出力される。このようにして、メモリセル12(図1参照)に記憶されているデータが読み出される。When the select transistors 18 and 28 (see FIG. 1) are turned on by activating the word line WL and the dummy word line DWL, a current flows through the MTJ element 17 (see FIG. 1) and the select transistor 18 to the bit line BL. , and a current flows through the dummy bit line DBL through the reference transistor 27 (see FIG. 1) and the selection transistor 28 . As a result, the bit line BL becomes the bit line potential VBL corresponding to the resistance value of the MTJ element 17, and the dummy bit line DBL becomes the dummy bit line potential VDBL corresponding to the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27. FIG. The bit line potential VBL and the dummy bit line potential VDBL are amplified by the transistors 73a and 73b and appear as the signal line potentials V SBL and V SDBL of the signal lines SBL and SDBL . When a potential difference occurs between VDBL and VDBL, an amplified potential difference occurs between the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL . Then, the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL are detected by the sense amplifier 72 and the output signals D and /D corresponding to the level of the resistance value of the MTJ element 17 are output. Thus, data stored in the memory cell 12 (see FIG. 1) is read.

なお、リファレンストランジスタ27の定数及び初期ゲート電位VR1等は、ワード線WL及びダミーワード線DWLが活性化されてから十分な時間が経過した時点において、信号線SDBLの信号線電位VSDBLが、データ“1”の読み出し時の信号線SBLの信号線電位VSBLとデータ“0”の読み出し時の信号線SBLの信号線電位VSBLとの中間の電位となるように調整される。Note that the constant of the reference transistor 27, the initial gate potential V R1 , and the like are such that the signal line potential V SDBL of the signal line SDBL becomes It is adjusted to be an intermediate potential between the signal line potential VSBL of the signal line SBL when data "1" is read and the signal line potential VSBL of the signal line SBL when data "0" is read.

図15は、上記構成において、メモリセル12がデータ“1”及びデータ“0”を記憶している場合の各信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとの変化をシミュレーションした結果を、ワード線WL及びダミーワード線DWLの各電位の変化とともに示している。また、図16には、帰還部を設けない構成の場合の各信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLの変化のシミュレーションの結果を同様に示す。FIG. 15 shows the result of simulating changes in the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL when the memory cell 12 stores data “1” and data “0” in the above configuration. It is shown along with changes in the respective potentials of the line WL and the dummy word line DWL. FIG. 16 also shows simulation results of changes in the signal line potential V SBL and the signal line potential V SDBL in the case of the configuration without the feedback section.

図15のグラフからわかるように、帰還部30(図1参照)を設けた構成では、それを設けない構成に比べて、ワード線WL及びダミーワード線DWLの活性化から早く信号線電位VSBLと信号線電位VSDBLとに大きな差が生じ、センスアンプ72によってセンス可能な期間となることがわかる。これは、ダミーワード線DWLが立ち上がる(活性化するとき)ときのその電位の変化に追従するようにして、ダミービット線電位VDBLも変化するが、このときのダミービット線電位VDBLの変化によっても、帰還部30によってリファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが中間抵抗値RAVEにほぼ維持されるからである。As can be seen from the graph of FIG. 15, in the configuration provided with the feedback section 30 (see FIG. 1), compared with the configuration without the feedback section 30, the activation of the word line WL and the dummy word line DWL occurs earlier than the signal line potential V SBL . , and the signal line potential V SDBL . When the dummy word line DWL rises (activates), the dummy bit line potential VDBL also changes so as to follow the change in its potential . This is because the feedback section 30 maintains the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 substantially at the intermediate resistance value RAVE .

ワード線WL及びダミーワード線DWLの電位がVDD/2となってからセンス可能となるまでのセンス遅延時間をtDSEとしたときに、図15に示される帰還部30を設けた構成のシミュレーション結果におけるセンス遅延時間tDSEは、0.34nsであった。一方、図16に示される帰還部30を設けない構成のシミュレーション結果におけるセンス遅延時間tDSEは0.60nsであり、帰還部30を設けた構成は、それを設けない構成に比べてセンス遅延時間tDSEが約40%の短縮されている。 Simulation results of the configuration provided with the feedback section 30 shown in FIG. The sense delay time t DSE at was 0.34 ns. On the other hand, the sense delay time t DSE in the simulation result of the configuration without the feedback unit 30 shown in FIG. The t DSE is shortened by approximately 40%.

上記のようにセンス遅延時間tDSEが小さくなることにより、読み出し動作のために、ビット線BL及びダミービット線DBLに電流が流れている時間を短くすることができ、省電力化を図ることができる。By reducing the sense delay time t DSE as described above, it is possible to shorten the time during which the current flows through the bit line BL and the dummy bit line DBL for the read operation, thereby saving power. can.

上記各実施形態で説明した帰還部の構成は、一例であり、本発明は、その構成に限定されない。図17に示す帰還部30Aは、キャパシタ32及びスイッチ素子33と、PMOSトランジスタの帰還用トランジスタ81とで構成される。帰還用トランジスタ81は、そのゲートがダミービット線DBLに接続され、ドレインが接地され、ソースがリファレンストランジスタ27のゲートに接続されている。キャパシタ32及びスイッチ素子33の接続は、第1実施形態と同じであり、スイッチ素子33は、読み出し動作の前にオンされ、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vを初期ゲート電位VR1にした後にオフにされる。読み出し期間では、ダミービット線電位VDBLの低下に追従して帰還用トランジスタ81がリファレンストランジスタ27のゲート電位Vを低下させ、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが一定に保たれる。The configuration of the feedback section described in each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to that configuration. A feedback section 30A shown in FIG. 17 is composed of a capacitor 32, a switch element 33, and a feedback transistor 81 of a PMOS transistor. The feedback transistor 81 has its gate connected to the dummy bit line DBL, its drain grounded, and its source connected to the gate of the reference transistor 27 . The connection between the capacitor 32 and the switch element 33 is the same as in the first embodiment, and the switch element 33 is turned on before the read operation and turned off after setting the gate potential Vg of the reference transistor 27 to the initial gate potential VR1 . be made. In the read period, the feedback transistor 81 lowers the gate potential Vg of the reference transistor 27 following the lowering of the dummy bit line potential VDBL , and the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 is kept constant.

図18の帰還部30Bは、キャパシタ32及びスイッチ素子33と、NMOSトランジスタのドレインとゲートを接続したMOSダイオード82、83とで構成される。MOSダイオード82、83は、直列に接続されており、ダミービット線DBLとリファレンストランジスタ27のゲートとの間に接続されている。すなわち、MOSダイオード82のソースがダミービット線DBLに接続され、MOSダイオード82のゲート(ドレイン)とMOSダイオード83のソースが接続され、MOSダイオード83のゲート(ドレイン)がリファレンストランジスタ27のゲートに接続されている。この例でキャパシタ32及びスイッチ素子33の接続は、第1実施形態と同じであり、スイッチ素子33は、読み出し動作の前にオンされ、リファレンストランジスタ27のゲート電位Vを初期ゲート電位VR1にした後にオフにされる。The feedback section 30B of FIG. 18 is composed of a capacitor 32, a switch element 33, and MOS diodes 82 and 83 connecting the drain and gate of an NMOS transistor. MOS diodes 82 and 83 are connected in series and connected between dummy bit line DBL and the gate of reference transistor 27 . That is, the source of the MOS diode 82 is connected to the dummy bit line DBL, the gate (drain) of the MOS diode 82 and the source of the MOS diode 83 are connected, and the gate (drain) of the MOS diode 83 is connected to the gate of the reference transistor 27. It is In this example, the connection between the capacitor 32 and the switch element 33 is the same as in the first embodiment, and the switch element 33 is turned on before the read operation to set the gate potential Vg of the reference transistor 27 to the initial gate potential VR1 . turned off after

読み出し期間では、帰還部30BのMOSダイオード82、83により、ダミービット線電位VDBLの低下に追従してリファレンストランジスタ27のゲート電位Vが低下され、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが一定に保たれる。この構成では、N型のMOSダイオード82、83を用いてダミービット線電位VDBLを同極性のNMOSであるリファレンストランジスタ27のゲートに帰還しているため、プロセス変動の影響を受け難い。During the read period, the MOS diodes 82 and 83 of the feedback section 30B lower the gate potential Vg of the reference transistor 27 following the lowering of the dummy bit line potential VDBL , and the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 is kept constant. drip. In this configuration, since the N-type MOS diodes 82 and 83 are used to feed back the dummy bit line potential VDBL to the gate of the reference transistor 27, which is an NMOS of the same polarity, it is less susceptible to process variations.

図19の帰還部30Cは、電流源85とPMOSトランジスタのトランジスタ86とからなり、これらによってソースフォロワ回路が構成されている。ソースフォロワ回路の入力端となるトランジスタ86のゲートは、ダミービット線DBLに接続されて、ダミービット線電位VDBLが入力される。また、トランジスタ86は、そのソースが電流源85に接続され、これらの接続点がソースフォロワ回路の出力端として、リファレンストランジスタ27のゲートに接続されている。トランジスタ86のドレインは、接地されている。ソースフォロワ回路の入力端の電位であるダミービット線電位VDBLに応じて、出力端に接続されたリファレンストランジスタ27のゲート電位Vが変化し、リファレンストランジスタ27の等価抵抗Ronが一定に保たれる。なお、電流源85を調整することにより、等価抵抗Ronを微調整できるので、例えば温度や電圧変化に対応した調整をおこなうことで読み出し動作の動作マージンを向上させることができる。The feedback section 30C of FIG. 19 comprises a current source 85 and a PMOS transistor 86, which constitute a source follower circuit. The gate of the transistor 86 serving as the input terminal of the source follower circuit is connected to the dummy bit line DBL to receive the dummy bit line potential V_DBL. The source of the transistor 86 is connected to the current source 85, and the connection point thereof is connected to the gate of the reference transistor 27 as the output terminal of the source follower circuit. The drain of transistor 86 is grounded. The gate potential Vg of the reference transistor 27 connected to the output terminal changes according to the dummy bit line potential VDBL , which is the potential of the input terminal of the source follower circuit, and the equivalent resistance Ron of the reference transistor 27 is kept constant. be Since the equivalent resistance Ron can be finely adjusted by adjusting the current source 85, the operation margin of the read operation can be improved by making adjustments corresponding to temperature and voltage changes, for example.

図17、図18及び図19に示す例では、ダミービット線DBLとリファレンストランジスタ27との間に接続されるキャパシタが不要であるため、素子の種類を減らして製造を容易にすることができる。 In the examples shown in FIGS. 17, 18 and 19, the capacitor connected between the dummy bit line DBL and the reference transistor 27 is not required, so the number of types of elements can be reduced and the manufacturing can be facilitated.

上記各実施形態におけるメモリ装置のメモリセル、リファレンスセル、ビット線、ダミービット線等の配置は、一例であり、それに限定されない。例えば、後述する図20や図21の例のように、メモリセルの各列において、メモリセルとリファレンスセルとを共通のビット線に接続した構成としてもよい。この構成では、各ビット線が第1のビット線、第2のビット線になり得る。すなわち、任意の列のビット線に接続されたメモリセルからデータを読み出す際に、他のビット線に接続されたリファレンスセルを用いる場合には、当該メモリセルが接続されたビット線が第1のビット線であり、当該リファレンスセルが接続されたビット線が第2のビット線となる。また、ダミーワード線については、例えば、各行において、複数のメモリセルと1個のリファレンスセルとが共通のワード線に接続され、メモリセルが接続されたビット線を順次に選択して、選択したビット線とリファレンスセルが接続されたダミービット線とを組み合わせる構成としてもよい。 The arrangement of the memory cells, reference cells, bit lines, dummy bit lines, etc. of the memory device in each of the above-described embodiments is an example, and is not limited thereto. For example, as shown in FIGS. 20 and 21 to be described later, in each column of memory cells, memory cells and reference cells may be connected to a common bit line. In this configuration, each bit line can be a first bit line, a second bit line. That is, when reading data from a memory cell connected to a bit line in an arbitrary column, if a reference cell connected to another bit line is used, the bit line to which the memory cell is connected is the first bit line. A bit line connected to the reference cell is a second bit line. As for the dummy word line, for example, in each row, a plurality of memory cells and one reference cell are connected to a common word line, and bit lines to which the memory cells are connected are sequentially selected and selected. A configuration in which bit lines and dummy bit lines to which reference cells are connected may be combined.

図20に示すメモリ装置10では、上下方向に第1メモリアレイ87aと第2メモリアレイ87bとが配置され、それらの間に複数のセンス回路部15が行方向(図中左右方向)に並べて配置されている。第1メモリアレイ87a及び第2メモリアレイ87bは、それぞれメモリセル12が行列状に配置されている。第1メモリアレイ87aでは、列ごとにビット線BLa1、BLa2・・・が、また行ごとにワード線WLa1、WLa2・・・が設けられている。ビット線BLa1、BLa2・・・は、列方向(図中上下方向)にそれぞれ延在し、ワード線WLa1、WLa2・・・は、行方向にそれぞれ延在する。第1メモリアレイ87a内においては、同一列にあるメモリセル12は、同一のビット線BLa1、BLa2・・・のいずれかに接続され、同一行にある各メモリセル12は、同一のワード線WLa1、WLa2・・・のいずれかに接続されている。また、第1メモリアレイ87aには、複数のリファレンスセル14が行方向に並べて配置されている。第1メモリアレイ87aでは、各ビット線BLa1、BLa2・・・にそれぞれ1つのリファレンスセル14が接続され、各リファレンスセル14が同一のダミーワード線DWLaに接続されている。 In the memory device 10 shown in FIG. 20, a first memory array 87a and a second memory array 87b are arranged in the vertical direction, and a plurality of sense circuit portions 15 are arranged in the row direction (horizontal direction in the figure) between them. It is The memory cells 12 are arranged in rows and columns in each of the first memory array 87a and the second memory array 87b. In the first memory array 87a, bit lines BLa1, BLa2, . . . are provided for each column, and word lines WLa1, WLa2, . Bit lines BLa1, BLa2, . In the first memory array 87a, the memory cells 12 in the same column are connected to one of the same bit lines BLa1, BLa2, . , WLa2 . . . A plurality of reference cells 14 are arranged side by side in the row direction in the first memory array 87a. In the first memory array 87a, one reference cell 14 is connected to each bit line BLa1, BLa2, . . . , and each reference cell 14 is connected to the same dummy word line DWLa.

同様に、第2メモリアレイ87bには、列ごとに列方向に延在するビット線BLb1、BLb2・・・が設けられ、また行ごとに行方向に延在するワード線WLb1、WLb2・・・が設けられている。第2メモリアレイ87b内においては、同一列にあるメモリセル12は、同一のビット線BLb1、BLb2・・・のいずれかに接続され、同一行にある各メモリセル12は、同一のワード線WLb1、WLb2・・・のいずれかに接続されている。また、第2メモリアレイ87bには、複数のリファレンスセル14が行方向に並べて配置されている。第2メモリアレイ87bでは、各ビット線BLb1、BLb2・・・にそれぞれ1つのリファレンスセル14が接続され、各リファレンスセル14に同一のダミーワード線DWLbが接続されている。この第2メモリアレイ87bのメモリセル12等の配置は、センス回路部15の行を対称軸として第1メモリアレイ87aのものと線対称である。 Similarly, the second memory array 87b is provided with bit lines BLb1, BLb2, . . . extending in the column direction for each column, and word lines WLb1, WLb2, . is provided. In the second memory array 87b, the memory cells 12 in the same column are connected to one of the same bit lines BLb1, BLb2, . , WLb2 . . . A plurality of reference cells 14 are arranged in the row direction in the second memory array 87b. In the second memory array 87b, one reference cell 14 is connected to each bit line BLb1, BLb2, . The arrangement of the memory cells 12 and the like in the second memory array 87b is line-symmetrical with that in the first memory array 87a with the rows of the sense circuit section 15 as the axis of symmetry.

センス回路部15は、列ごとに設けられており、各々のセンス回路部15は、同一列の第1メモリアレイ87aのビット線と第2メモリアレイ87bのビット線にそれぞれ接続されている。例えば、第1列C1のセンス回路部15には、第1メモリアレイ87aのビット線BLa1と第2メモリアレイ87bのビット線BLb1とが接続されている。 The sense circuit section 15 is provided for each column, and each sense circuit section 15 is connected to the bit line of the first memory array 87a and the bit line of the second memory array 87b in the same column. For example, the sense circuit section 15 of the first column C1 is connected to the bit line BLa1 of the first memory array 87a and the bit line BLb1 of the second memory array 87b.

このような構成のメモリ装置10では、第1メモリアレイ87aと第2メモリアレイ87bとのうちの一方のメモリアレイの1行の各メモリセル12からデータを読み出す場合には、その読み出し対象となるメモリセル12の行のワード線が活性化されるとともに、他方のメモリアレイのリファレンスセル14に接続されたダミーワード線が活性化される。例えば第1メモリアレイ87aの第2行の各メモリセル12からデータを読み出す場合には、それに対応したワード線WLa2が活性化されるとともに、第2メモリアレイ87bのリファレンスセル14が接続されたダミーワード線DWLbが活性化される。そして、各センス回路部15は、各ビット線BLa1、BLa2・・・の電位の高低を、それぞれ対応する各ビット線BLb1、BLb2・・・の電位を基準にして検出する。 In the memory device 10 having such a configuration, when data is read from each memory cell 12 in one row of one of the first memory array 87a and the second memory array 87b, the read target is The word line of the row of memory cells 12 is activated, and the dummy word line connected to the reference cell 14 of the other memory array is activated. For example, when data is read from each memory cell 12 in the second row of the first memory array 87a, the corresponding word line WLa2 is activated and a dummy line connected to the reference cell 14 of the second memory array 87b is activated. Word line DWLb is activated. Each sense circuit section 15 detects the level of the potential of each bit line BLa1, BLa2, . . . based on the potential of each corresponding bit line BLb1, BLb2, .

また、例えば第2メモリアレイ87bの第1行の各メモリセル12からデータを読み出す場合には、それに対応したワード線WLb1が活性化されるとともに、第1メモリアレイ87aのリファレンスセル14が接続されたダミーワード線DWLaが活性化される。この場合には、各センス回路部15は、各ビット線BLb1、BLb2・・・の電位の高低を、それぞれ対応する各ビット線BLa1、BLa2・・・の電位を基準にして検出する。 For example, when data is read from each memory cell 12 in the first row of the second memory array 87b, the corresponding word line WLb1 is activated and the reference cell 14 of the first memory array 87a is connected. Dummy word line DWLa is activated. In this case, each sense circuit section 15 detects the level of the potential of each bit line BLb1, BLb2, . . . based on the potential of each corresponding bit line BLa1, BLa2, .

したがって、上記の図20に示すメモリ装置10では、第1メモリアレイ87aのメモリセル12からデータを読み出す場合には、第1メモリアレイ87aの各ビット線BLa1、BLa2・・・が第1のビット線、ワード線WLa1、WLa2・・・が第1のワード線となり、第2メモリアレイ87bの各ビット線BLb1、BLb2・・・が第2のビット線、ダミーワード線DWLbが第2のワード線となる。逆に第2メモリアレイ87bのメモリセル12からデータを読み出す場合には、第2メモリアレイ87bの各ビット線BLb1、BLb2・・・が第1のビット線、ワード線WLb1、WLb2・・・が第1のワード線となり、第1メモリアレイ87aの各ビット線BLa1、BLa2・・・が第2のビット線、ダミーワード線DWLaが第2のワード線となる。 Therefore, in the memory device 10 shown in FIG. 20, when data is read from the memory cells 12 of the first memory array 87a, the bit lines BLa1, BLa2, . of the second memory array 87b are the second bit lines, and the dummy word line DWLb is the second word line. becomes. Conversely, when reading data from the memory cells 12 of the second memory array 87b, the bit lines BLb1, BLb2, . The bit lines BLa1, BLa2, .

図21に示すメモリ装置10のメモリアレイ88では、メモリセル12が行列状に配置されており、列ごとに列方向に延在するビット線BL1、BL2・・・が設けられている。また、行ごとに、2本のワード線が設けられており、同一行の一方のワード線には奇数列のメモリセル12が接続され、他方のワード線には偶数列のメモリセル12が接続されている。例えば、第1行については、ワード線WLa1に奇数列のメモリセル12が接続され、他方のワード線WLb1には偶数列のメモリセル12が接続されている。同様に、第2行については、ワード線WLa2に奇数列のメモリセル12が接続され、他方のワード線WLb2には偶数列のメモリセル12が接続されている。 In a memory array 88 of the memory device 10 shown in FIG. 21, memory cells 12 are arranged in rows and columns, and bit lines BL1, BL2, . . . extending in the column direction are provided for each column. Two word lines are provided for each row. One word line in the same row is connected to the memory cells 12 in the odd columns, and the other word line is connected to the memory cells 12 in the even columns. It is For example, in the first row, word line WLa1 is connected to memory cells 12 in odd columns, and word line WLb1 is connected to memory cells 12 in even columns. Similarly, in the second row, word line WLa2 is connected to memory cells 12 in odd columns, and word line WLb2 is connected to memory cells 12 in even columns.

また、メモリアレイ88には、複数のリファレンスセル14が行方向に並べて配置されており、各ビット線BL1、BL2・・・には、それぞれ1つのリファレンスセル14が接続されている。リファレンスセル14の行には、ダミーワード線DWLa、DWLbが設けられている。ダミーワード線DWLaには、奇数列のリファレンスセル14が接続され、ダミーワード線DWLbには、偶数列のリファレンスセル14が接続されている。 A plurality of reference cells 14 are arranged in the row direction in the memory array 88, and one reference cell 14 is connected to each bit line BL1, BL2, . A row of reference cells 14 is provided with dummy word lines DWLa and DWLb. The odd-numbered reference cells 14 are connected to the dummy word line DWLa, and the even-numbered reference cells 14 are connected to the dummy word line DWLb.

奇数列と偶数列の1組のビット線に対して、1個のセンス回路部15が設けられている。すなわち、mを1以上の整数としたときに、第(2m-1)列と第2m列の1組のビット線に対して1個のセンス回路部15が設けられている。例えば、第1列のビット線BL1と第2列のビット線BL2に対して1個のセンス回路部15が設けられ、第3列のビット線BL3と第4列のビット線BL4に対して1個のセンス回路部15が設けられる。 One sense circuit section 15 is provided for one set of bit lines of odd and even columns. That is, when m is an integer of 1 or more, one sense circuit section 15 is provided for a pair of bit lines in the (2m-1)th column and the 2mth column. For example, one sense circuit unit 15 is provided for the bit line BL1 of the first column and the bit line BL2 of the second column, and one sense circuit unit 15 is provided for the bit line BL3 of the third column and the bit line BL4 of the fourth column. Sense circuits 15 are provided.

この構成では、例えば第2行の奇数列(第1列、第3列・・・)の各メモリセル12からデータを読み出す場合には、ワード線WLa2と、ダミーワード線DWLbとをそれぞれ活性化する。そして、各センス回路部15は、各ビット線BL1、BL3・・・の電位の高低を、それぞれ対応する各ビット線BL2、BL4・・・の電位を基準にして検出する。第2行の偶数列(第2列、第4列・・・)の各メモリセル12からデータを読み出す場合には、ワード線WLb2とダミーワード線DWLaとをそれぞれ活性化し、センス回路部15で各ビット線BL2、BL4・・・の電位の高低を各ビット線BL1、BL3・・・の電位を基準にして検出する。 In this configuration, for example, when reading data from each memory cell 12 in the second row and odd columns (first column, third column, . . . ), the word line WLa2 and the dummy word line DWLb are activated. do. Each sense circuit section 15 detects the level of the potential of each bit line BL1, BL3, . . . based on the potential of each corresponding bit line BL2, BL4, . When data is read from each memory cell 12 in even columns (second column, fourth column, . . . ) of the second row, the word line WLb2 and the dummy word line DWLa are activated and The level of the potential of each bit line BL2, BL4, . . . is detected with reference to the potential of each bit line BL1, BL3, .

上記の図21のメモリ装置10では、奇数列のメモリセル12からデータを読み出す場合には、奇数列に対応して設けられたビット線BL1、BL3・・・が第1のビット線となり、読み出す行のワード線WLa1、WLa2・・・のいずれかが第1のワード線となる。また、偶数列に対応して設けられたビット線BL2、BL4・・・が第2のビット線となり、ダミーワード線DWLbが第2のワード線となる。一方、偶数列のメモリセル12からデータを読み出す場合には、偶数列に対応して設けられたビット線BL2、BL4・・・が第1のビット線となり、読み出す行のワード線WLb1、WLb2・・・のいずれかが第1のワード線となり、奇数列に対応して設けられたビット線BL1、BL3・・・が第2のビット線となり、ダミーワード線DWLaが第2のワード線となる。 In the memory device 10 of FIG. 21, when data is read from the memory cells 12 of the odd columns, the bit lines BL1, BL3, . Any one of the word lines WLa1, WLa2, . . . of the row becomes the first word line. Also, the bit lines BL2, BL4, . On the other hand, when data is read from the memory cells 12 of the even columns, the bit lines BL2, BL4, . . . become the first word line, the bit lines BL1, BL3, . .

上記では、抵抗変化型の記憶素子として2端子型のMTJ素子を用いた例を説明しているが、抵抗変化型の記憶素子は、これに限定されるものではない。例えば、3端子型のMTJ素子や、電界誘起巨大抵抗変化により電気抵抗が変化する記憶素子、強誘電体キャパシタを記憶素子とした強誘電体メモリ(Ferroelectric Random Access Memory)、相変化メモリ(Phase Change Random Access Memory)などでもよい。 Although an example using a two-terminal type MTJ element as a variable resistance memory element has been described above, the variable resistance memory element is not limited to this. For example, a three-terminal type MTJ element, a memory element whose electrical resistance changes due to an electric field-induced colossal resistance change, a ferroelectric random access memory using a ferroelectric capacitor as a memory element, a phase change memory (Phase Change Memory). Random Access Memory) or the like may be used.

10 メモリ装置
12 メモリセル
14 リファレンスセル
17 MTJ素子
20 読み出し回路
27 リファレンストランジスタ
30、30A、30B、30C 帰還部
31、32 キャパシタ
33 スイッチ素子
36、56 プリチャージ回路
71 プルアップ回路
81 帰還用トランジスタ
82、83 MOSダイオード
BL、BLa1、BLa2、BLb1、BLb2、BL1~BL4 ビット線
DBL ダミービット線
BL ビット線電位
DBL ダミービット線電位
R1 初期ゲート電位
SBL、VSDBL 信号線電位

10 memory device 12 memory cell 14 reference cell 17 MTJ element 20 readout circuit 27 reference transistors 30, 30A, 30B, 30C feedback sections 31, 32 capacitor 33 switch elements 36, 56 precharge circuit 71 pull-up circuit 81 feedback transistor 82, 83 MOS diodes BL, BLa1, BLa2, BLb1, BLb2, BL1 to BL4 Bit line DBL Dummy bit line V BL bit line potential V DBL dummy bit line potential V R1 Initial gate potential V SBL , V SDBL Signal line potential

Claims (18)

抵抗変化型の記憶素子を含むメモリセルを備える抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路において、
前記メモリセルが接続された第1のビット線と、この第1のビット線と対をなす第2のビット線との電位の差を検出するセンス回路部と、
前記第2のビット線にリファレンス電位を生じさせるリファレンスセルとを備え、
前記リファレンスセルは、
前記第2のビット線とドレインが接続されたリファレンストランジスタと、
前記リファレンストランジスタのソースと接地との間に接続され、ゲートにワード線が接続された選択トランジスタと、
前記第2のビット線の電位を前記リファレンストランジスタのゲートに帰還し、前記第2のビット線の電位の変化に従い当該変化と同方向に前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させる帰還部と
を有することを特徴とする抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。
In a read circuit of a resistance change memory device including memory cells including resistance change storage elements,
a sense circuit unit for detecting a potential difference between a first bit line connected to the memory cell and a second bit line paired with the first bit line;
a reference cell for generating a reference potential on the second bit line;
The reference cell is
a reference transistor having a drain connected to the second bit line;
a selection transistor connected between the source of the reference transistor and the ground and having a gate connected to a word line;
a feedback unit that feeds back the potential of the second bit line to the gate of the reference transistor, and changes the potential of the gate of the reference transistor in the same direction as the potential of the second bit line changes. A readout circuit for a resistance change memory device, characterized by:
前記帰還部は、前記第1のビット線と前記第2のビット線との電位の差を前記センス回路部が検出する読み出し動作に先立ってオンになり、前記第2のビット線と前記リファレンストランジスタのゲートとの間のビット線側静電容量成分と前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分とを充電し、前記リファレンストランジスタのゲートの電位を初期ゲート電位にした後にオフするスイッチ素子を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 The feedback section is turned on prior to a read operation in which the sense circuit section detects a potential difference between the first bit line and the second bit line, and the second bit line and the reference transistor are turned on. and the ground side capacitance component between the gate of the reference transistor and the ground are charged, and the potential of the gate of the reference transistor is set to the initial gate potential. 2. The readout circuit of a resistance change type memory device according to claim 1, further comprising a switching element that turns off. 前記ビット線側静電容量成分として、一端が前記第2のビット線に接続され他端が前記リファレンストランジスタのゲートに接続されたビット線側キャパシタを有することを特徴とする請求項2に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 3. The bit line side capacitor according to claim 2, wherein the bit line side capacitance component includes a bit line side capacitor having one end connected to the second bit line and the other end connected to the gate of the reference transistor. A readout circuit of a resistive memory device. 前記ビット線側キャパシタは、MOSキャパシタであることを特徴とする請求項3に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 4. The readout circuit of the resistance change type memory device according to claim 3, wherein the bit line side capacitor is a MOS capacitor. 前記帰還部は、
ゲートが前記第2のビット線に接続されドレインが接地されソースが前記リファレンストランジスタのゲートに接続された帰還用トランジスタと、
前記第1のビット線と前記第2のビット線との電位の差を前記センス回路部が検出する読み出し動作に先立ってオンになり、前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分を充電し、前記リファレンストランジスタのゲートの電位を初期ゲート電位にした後にオフするスイッチ素子と
を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。
The feedback unit
a feedback transistor having a gate connected to the second bit line, a drain grounded, and a source connected to the gate of the reference transistor;
Prior to the read operation in which the sense circuit unit detects the potential difference between the first bit line and the second bit line, the ground side static electricity between the gate of the reference transistor and the ground is turned on. 2. The readout circuit of the resistance change type memory device according to claim 1, further comprising a switch element that charges a capacitive component and turns off after setting the potential of the gate of the reference transistor to the initial gate potential.
前記帰還部は、
前記第2のビット線と前記リファレンストランジスタのゲートとの間に接続されたMOSダイオードと、
前記第1のビット線と前記第2のビット線との電位の差を前記センス回路部が検出する読み出し動作に先立ってオンになり、前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分を充電し、前記リファレンストランジスタのゲートの電位を初期ゲート電位にした後にオフするスイッチ素子と
を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。
The feedback unit
a MOS diode connected between the second bit line and the gate of the reference transistor;
Prior to the read operation in which the sense circuit unit detects the potential difference between the first bit line and the second bit line, the ground side static electricity between the gate of the reference transistor and the ground is turned on. 2. The readout circuit of the resistance change type memory device according to claim 1, further comprising a switch element that charges a capacitive component and turns off after setting the potential of the gate of the reference transistor to the initial gate potential.
前記接地側静電容量成分として、一端が前記リファレンストランジスタのゲートに接続され他端が接地された接地側キャパシタを有することを特徴とする請求項2ないし6のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 7. The resistance change according to any one of claims 2 to 6, wherein the ground-side capacitance component includes a ground-side capacitor having one end connected to the gate of the reference transistor and the other end grounded. memory device readout circuit. 前記接地側キャパシタは、MOSキャパシタであることを特徴とする請求項7に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 8. The readout circuit of the resistance change type memory device according to claim 7, wherein the ground side capacitor is a MOS capacitor. 前記帰還部は、入力端が前記第2のビット線に接続され、出力端が前記リファレンストランジスタのゲートに接続されたソースフォロワ回路であることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 2. The resistance change type memory according to claim 1, wherein the feedback section is a source follower circuit having an input end connected to the second bit line and an output end connected to the gate of the reference transistor. Device readout circuitry. 前記センス回路部は、前記第1のビット線と前記第2のビット線との電位の差を検出する読み出し動作に先立って前記第1のビット線とともに前記第2のビット線を所定の電位にプリチャージするプリチャージ回路を備えること特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 The sense circuit unit sets the first bit line and the second bit line to a predetermined potential prior to a read operation for detecting a potential difference between the first bit line and the second bit line. 10. The readout circuit of a resistive memory device according to claim 1, further comprising a precharge circuit for precharging. 前記センス回路部は、前記第1のビット線と前記第2のビット線との電位の差を前記センス回路部が検出する読み出し動作の間に前記第1のビット線とともに前記第2のビット線をプルアップするプルアップ回路を備えることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し回路。 The sense circuit unit detects the potential difference between the first bit line and the second bit line during a read operation in which the sense circuit unit senses the potential difference between the first bit line and the second bit line. 10. The reading circuit of the resistance change type memory device according to claim 1, further comprising a pull-up circuit that pulls up the . 抵抗変化型の記憶素子を含むメモリセルが接続された第1のビット線と、リファレンスセルが接続された第2のビット線との電位の差に基づき前記メモリセルが記憶しているデータを読み出す抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法において、
データの読み出しの際に、前記第2のビット線からの電流を、前記第2のビット線に接続されたリファレンストランジスタを介して流し、前記第2のビット線にリファレンス電位を発生させるリファレンス電位発生ステップと、
前記リファレンス電位の発生中に行われ、前記第2のビット線の電位の変化に従い当該変化と同方向に前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させるように、前記第2のビット線の電位を前記リファレンストランジスタのゲートに帰還する帰還ステップと
を有することを特徴とする抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。
Data stored in the memory cell is read based on a potential difference between a first bit line to which a memory cell including a resistance change storage element is connected and a second bit line to which a reference cell is connected. In the reading method of the resistance change type memory device,
Reference potential generation for generating a reference potential in the second bit line by causing a current from the second bit line to flow through a reference transistor connected to the second bit line when data is read. a step;
During the generation of the reference potential, the potential of the second bit line is changed according to the change of the potential of the second bit line so as to change the potential of the gate of the reference transistor in the same direction as the change. and a feedback step of feeding back to the gate of the reference transistor.
前記帰還ステップの前に行われ、前記リファレンストランジスタのゲートに所定の電位を印加し、前記第2のビット線と前記リファレンストランジスタのゲートとの間のビット線側静電容量成分と前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分とを充電する充電ステップを有し、
前記帰還ステップは、前記第2のビット線の電位の変化により、前記ビット線側静電容量成分と前記接地側静電容量成分とに充電されている電荷量を変化することによって、前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させることを特徴とする請求項12に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。
Before the feedback step, a predetermined potential is applied to the gate of the reference transistor, and the bit line side capacitance component between the second bit line and the gate of the reference transistor and the voltage of the reference transistor a charging step of charging a ground-side capacitance component between the gate and ground;
The feedback step changes the amount of charge charged in the bit line side capacitance component and the ground side capacitance component due to a change in the potential of the second bit line, thereby changing the reference transistor. 13. The reading method of the resistance change type memory device according to claim 12, wherein the potential of the gate of is changed.
前記帰還ステップの前に行われ、前記リファレンストランジスタのゲートに所定の電位を印加し、前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分を充電する充電ステップを有し、
前記帰還ステップは、前記第2のビット線の電位がゲートに入力される帰還用トランジスタにより、前記接地側静電容量成分に充電されている電荷量を変化することによって前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させることを特徴とする請求項12に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。
a charging step performed before the feedback step of applying a predetermined potential to the gate of the reference transistor to charge a ground-side capacitance component between the gate of the reference transistor and ground;
In the feedback step, the potential of the gate of the reference transistor is changed by changing the amount of charge charged in the ground-side capacitance component by a feedback transistor having a gate to which the potential of the second bit line is input. 13. The readout method of the resistance change type memory device according to claim 12, wherein .
前記帰還ステップの前に行われ、前記リファレンストランジスタのゲートに所定の電位を印加し、前記リファレンストランジスタのゲートと接地との間の接地側静電容量成分を充電する充電ステップを有し、
前記帰還ステップは、前記第2のビット線と前記リファレンストランジスタのゲートとの間に接続されたMOSダイオードによって前記接地側静電容量成分に充電されている電荷量を変化することによって前記リファレンストランジスタのゲートの電位を変化させることを特徴とする請求項12に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。
a charging step performed before the feedback step of applying a predetermined potential to the gate of the reference transistor to charge a ground-side capacitance component between the gate of the reference transistor and ground;
In the feedback step, a MOS diode connected between the second bit line and the gate of the reference transistor changes the amount of charge charged in the ground-side electrostatic capacitance component, thereby changing the reference transistor. 13. The reading method of the resistance change type memory device according to claim 12, wherein the potential of the gate is changed.
前記帰還ステップは、ソースフォロワ回路により前記第2のビット線の電位を前記リファレンストランジスタのゲートに帰還することを特徴とする請求項12に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。 13. The reading method of the resistance change type memory device according to claim 12, wherein said feedback step feeds back the potential of said second bit line to the gate of said reference transistor by a source follower circuit. 前記リファレンス電位発生ステップの前に行われ、前記第1のビット線及び前記第2のビット線をプリチャージするプリチャージステップを有することを特徴とする請求項12ないし16のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。 17. The method according to claim 12, further comprising a precharge step of precharging the first bit line and the second bit line before the reference potential generating step. read method of the resistance change memory device of. 前記リファレンス電位発生ステップの際に、前記第1のビット線及び前記第2のビット線を所定の電位にプルアップすることを特徴とする請求項12ないし16のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ装置の読み出し方法。

17. The resistance change according to claim 12, wherein the first bit line and the second bit line are pulled up to a predetermined potential during the reference potential generating step. method of reading a memory device.

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