KR100745601B1 - Phase change memory device and read method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치는 메모리 셀, 승압 회로, 프리차지 회로, 바이어스 회로, 그리고 센스 앰프를 포함한다. 상기 메모리 셀은 상 변화 물질 및 다이오드를 포함하고, 비트 라인에 연결된다. 상기 승압 회로는 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생한다. 상기 프리차지 회로는 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한다. 상기 바이어스 회로는 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공한다. 상기 센스 앰프는 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압과 기준 전압을 비교하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어낸다. 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치에 의하면, 프리차지 동작 시에 승압 회로의 부담을 줄일 수 있고, 센싱 동작 시에 센싱 마진을 충분히 확보할 수 있다.The present invention relates to a phase change memory device and a reading method thereof. The phase change memory device according to the present invention includes a memory cell, a boost circuit, a precharge circuit, a bias circuit, and a sense amplifier. The memory cell includes a phase change material and a diode and is connected to the bit line. The boost circuit generates a boost voltage using a power supply voltage. The precharge circuit precharges the bit line using the power supply voltage, and then precharges the bit line using the boosted voltage. The bias circuit uses the boost voltage to provide a read current to the bit line. The sense amplifier uses the boosted voltage to compare the voltage of the bit line with a reference voltage and read data stored in the memory cell. According to the phase change memory device according to the present invention, the burden on the boosting circuit can be reduced during the precharge operation, and the sensing margin can be sufficiently secured during the sensing operation.

Description

상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법 {PHASE CHANGE MEMORY DEVICE AND READ METHOD THEREOF}Phase change memory device and its reading method {PHASE CHANGE MEMORY DEVICE AND READ METHOD THEREOF}

도 1은 상 변화 메모리 장치의 메모리 셀을 보여준다. 1 shows a memory cell of a phase change memory device.

도 2는 상 변화 메모리 장치의 또 다른 메모리 셀을 보여준다.2 shows another memory cell of a phase change memory device.

도 3은 상 변화 물질의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.3 is a graph for explaining the characteristics of the phase change material.

도 4는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a phase change memory device according to the present invention.

도 5는 도 4에 도시된 상 변화 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.FIG. 5 is a timing diagram for describing an operation of the phase change memory device shown in FIG. 4.

도 6은 도 4에 도시된 센스 앰프를 보여주는 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the sense amplifier shown in FIG. 4.

도 7은 도 6에 도시된 센스 앰프의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.FIG. 7 is a timing diagram for describing an operation of the sense amplifier illustrated in FIG. 6.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상 변화 메모리 장치의 적용 예를 보여주는 휴대용 전자 시스템의 블록도이다.8 is a block diagram of a portable electronic system showing an application example of a phase change memory device according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100; 상 변화 메모리 장치 110; 메모리 셀 어레이100; Phase change memory device 110; Memory cell array

120; 어드레스 디코더 130; 비트 라인 선택회로120; Address decoder 130; Bit line selection circuit

135, 136; 디스차지 회로 140; 클램핑 회로135, 136; Discharge circuit 140; Clamping circuit

150; 바이어스 회로 160; 프리차지 회로 150; Bias circuit 160; Precharge circuit

170; 센스 앰프 180; 제어 유닛170; Sense amplifier 180; Control unit

200; 승압 회로200; Boost circuit

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a phase change memory device and a read method thereof.

반도체 메모리 장치는 데이터를 저장해 두고 필요할 때 꺼내어 읽어볼 수 있는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory)으로 나눌 수 있다. ROM은 전원이 끊어지더라도 저장된 데이터가 소멸하지 않는 불 휘발성 메모리(nonvolatile memory)이다. ROM에는 PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable PROM), EEPROM(Electrically EPROM), 플래시 메모리 장치(Flash Memory Device) 등이 있다. RAM은 전원이 끊어지면 저장된 데이터가 소멸하는 소위 휘발성 메모리(volatile memory)이다. RAM에는 Dynamic RAM(DRAM)과 Static RAM(SRAM) 등이 있다. A semiconductor memory device is a memory device that stores data and can be read out when needed. Semiconductor memory devices can be roughly divided into random access memory (RAM) and read only memory (ROM). ROM is nonvolatile memory that does not lose its stored data even when its power source is interrupted. The ROM includes PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), EEPROM (Electrically EPROM), and Flash Memory Device. RAM is a so-called volatile memory that loses its stored data when the power is turned off. RAM includes Dynamic RAM (DRAM) and Static RAM (SRAM).

그 외에 DRAM의 커패시터를 불 휘발성을 지닌 물질로 대체한 반도체 메모리 장치가 등장하고 있다. 강유전체 커패시터를 이용한 강유전체 램(ferroelectric RAM; FRAM), 티엠알(TMR; tunneling magneto-resistive) 막을 이용한 마그네틱 램(magnetic RAM; MRAM), 그리고 칼코겐 화합물(chalcogenide alloys)을 이용한 상 변화 메모리 장치(phase change memory device) 등이 있다. 특히, 상 변화 메모리 장치는 온도 변화에 따른 상 변화(phase change), 즉 저항 변화를 이용한 불휘발성 메모리 장치이다. 상 변화 메모리 장치는 그 제조과정이 비교적 간단하고, 저가로 대용량의 메모리를 구현할 수 있다. In addition, semiconductor memory devices that replace DRAM capacitors with nonvolatile materials are emerging. Phase change memory devices using ferroelectric RAM (FRAM) using ferroelectric capacitors, magnetic RAM (MRAM) using tunneling magneto-resistive (TMR) membranes, and chalcogenide alloys change memory device). In particular, the phase change memory device is a nonvolatile memory device using a phase change according to a temperature change, that is, a resistance change. The phase change memory device has a relatively simple manufacturing process and can implement a large capacity memory at low cost.

도 1은 상 변화 메모리 장치의 메모리 셀을 보여준다. 도 1을 참조하면, 메모리 셀(10)은 기억 소자(memory element, 11)와 선택 소자(select element, 12)를 포함한다. 기억 소자(11)는 비트 라인(BL)과 선택 소자(12) 사이에 연결되며, 선택 소자(12)는 기억 소자(11)와 접지 사이에 연결된다. 1 shows a memory cell of a phase change memory device. Referring to FIG. 1, the memory cell 10 includes a memory element 11 and a select element 12. The memory element 11 is connected between the bit line BL and the selection element 12, and the selection element 12 is connected between the memory element 11 and the ground.

기억 소자(11)는 상 변화 물질(GST)을 포함한다. 상 변화 물질(GST)은 Ge-Sb-Te와 같이 온도에 따라 저항이 변하는 가변 저항 소자이다. 상 변화 물질(GST)은 온도에 따라 2개의 안정된 상태, 즉 결정 상태(crystal state) 및 비정질 상태(amorphous state) 중 어느 하나를 갖는다. 상 변화 물질(GST)은 비트 라인(BL)을 통해 공급되는 전류에 따라 결정 상태(crystal state) 또는 비정질 상태(amorphous state)로 변한다. 상 변화 메모리 장치는 상 변화 물질(GST)의 이러한 특성을 이용하여 데이터를 프로그램한다.The memory element 11 includes a phase change material GST. The phase change material GST is a variable resistance element whose resistance varies with temperature, such as Ge-Sb-Te. The phase change material GST has one of two stable states, a crystal state and an amorphous state, depending on the temperature. The phase change material GST changes to a crystal state or an amorphous state according to the current supplied through the bit line BL. Phase change memory devices use this property of phase change material (GST) to program data.

선택 소자(12)는 NMOS 트랜지스터(NT)로 구성된다. NMOS 트랜지스터(NT)의 게이트에는 워드 라인(WL)이 연결된다. 워드 라인(WL)에 소정의 전압이 인가되면, NMOS 트랜지스터(NT)는 턴 온(turn on) 된다. NMOS 트랜지스터(NT)가 턴 온(turn on) 되면, 기억 소자(11)는 비트 라인(BL)을 통해 전류를 공급받는다. 도 1에서는 기억 소자(11)가 비트 라인(BL)과 선택 소자(12) 사이에 연결되어 있다. 그러나 선택 소자(12)가 비트 라인(BL)과 기억 소자(11) 사이에 연결될 수도 있다.The selection element 12 is composed of an NMOS transistor NT. The word line WL is connected to the gate of the NMOS transistor NT. When a predetermined voltage is applied to the word line WL, the NMOS transistor NT is turned on. When the NMOS transistor NT is turned on, the memory device 11 receives a current through the bit line BL. In FIG. 1, the memory element 11 is connected between the bit line BL and the selection element 12. However, the selection element 12 may be connected between the bit line BL and the memory element 11.

도 2는 상 변화 메모리 장치의 또 다른 메모리 셀을 보여준다. 도 2를 참조하면, 메모리 셀(20)은 기억 소자(21)와 선택 소자(22)를 포함한다. 기억 소자(21)는 비트 라인(BL)과 선택 소자(22) 사이에 연결되며, 선택 소자(22)는 기억 소자(21)와 접지 사이에 연결된다. 기억 소자(21)는 도 1의 기억 소자(11)와 동일하다.2 shows another memory cell of a phase change memory device. Referring to FIG. 2, the memory cell 20 includes a memory element 21 and a selection element 22. The memory element 21 is connected between the bit line BL and the selection element 22, and the selection element 22 is connected between the memory element 21 and ground. The memory element 21 is the same as the memory element 11 of FIG. 1.

선택 소자(22)는 다이오드(D)로 구성된다. 다이오드(D)의 애노드(Anode)에는 기억 소자(21)가 연결되며, 캐소드(Cathode)에는 워드 라인(WL)이 연결된다. 다이오드(D)의 애노드와 캐소드 사이의 전압 차가 다이오드(D)의 문턱 전압보다 높아지면, 다이오드(D)는 턴 온(turn on) 된다. 다이오드(D)가 턴 온 되면, 기억 소자(21)는 비트 라인(BL)을 통해 전류를 공급받는다. The selection element 22 is composed of a diode D. The memory element 21 is connected to the anode of the diode D, and the word line WL is connected to the cathode. When the voltage difference between the anode and the cathode of the diode D becomes higher than the threshold voltage of the diode D, the diode D is turned on. When the diode D is turned on, the memory device 21 receives a current through the bit line BL.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 상 변화 물질(GST)의 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3에서, 참조 번호 1은 상 변화 물질(GST)이 비정질 상태(amorphous state)로 되기 위한 조건을 나타내며, 참조 번호 2는 결정 상태(crystal state)로 되기 위한 조건을 나타낸다.3 is a graph illustrating the characteristics of the phase change material GST shown in FIGS. 1 and 2. In Fig. 3, reference numeral 1 denotes a condition for the phase change material GST to be in an amorphous state, and reference numeral 2 denotes a condition for becoming a crystal state.

도 3을 참조하면, 상 변화 물질(GST)은 전류 공급에 의해 T1 동안 용융 온도(melting temperature; Tm)보다 높은 온도로 가열한 뒤 급속히 냉각(quenching)하면 비정질 상태(amorphous state)로 된다. 비정질 상태는 보통 리셋 상태(reset state)라고 부르며, 데이터 '1'을 저장한다. 이와는 달리, 상 변화 물질은 결정화 온도(crystallization temperature; Tc)보다 높고 용융 온도(Tm)보다는 낮은 온도에서 T1 보다 긴 T2 동안 가열한 뒤 서서히 냉각하면 결정 상태(crystal state)로 된다. 결정 상태는 보통 셋 상태(set state)라고도 부르며, 데이터 '0'을 저장한 다. 메모리 셀은 상 변화 물질의 비정질 양(amorphous volume)에 따라 저항(resistance)이 달라진다. 메모리 셀의 저항은 비정질 상태일 때 높고, 결정 상태일 때 낮다.Referring to FIG. 3, the phase change material GST is heated to a temperature higher than the melting temperature Tm during the T1 by a current supply, and then rapidly cooled to a amorphous state. The amorphous state is usually called the reset state and stores data '1'. In contrast, the phase change material is brought into a crystal state by heating for a longer time than T1 at a temperature above the crystallization temperature (Tc) and below the melting temperature (Tm) and then slowly cooling. The decision state is also commonly called the set state and stores data '0'. Memory cells vary in resistance depending on the amorphous volume of the phase change material. The resistance of the memory cell is high in the amorphous state and low in the crystalline state.

도 1 내지 도 3에서 설명한 메모리 셀을 갖는 상 변화 메모리 장치는 읽기 동작 시에 외부에서 전원 전압(VCC)을 입력받아 비트 라인(BL)을 프리차지 하거나 비트 라인(BL)에 읽기 전류를 공급한다. 일반적으로 상 변화 메모리 장치는 읽기 동작을 수행하기 위해 프리차지 회로, 바이어스 회로, 센스 앰프를 포함한다. 프리차지 회로는 전원 전압(VCC)을 사용하여 비트 라인(BL)을 프리차지한다. 바이어스 회로는 전원 전압(VCC)을 사용하여 비트 라인(BL)에 읽기 전류를 공급한다. 센스 앰프는 전원 전압(VCC)을 사용하여 센싱 노드의 전압과 기준 전압을 비교하고, 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어낸다.The phase change memory device having the memory cells described with reference to FIGS. 1 through 3 receives a power supply voltage VCC from an external source during a read operation and precharges the bit line BL or supplies a read current to the bit line BL. . In general, a phase change memory device includes a precharge circuit, a bias circuit, and a sense amplifier to perform a read operation. The precharge circuit precharges the bit line BL using the power supply voltage VCC. The bias circuit supplies a read current to the bit line BL using the power supply voltage VCC. The sense amplifier uses the supply voltage (VCC) to compare the voltage at the sensing node with the reference voltage and read the data stored in the memory cell.

그러나 상 변화 메모리 장치에 제공되는 전원 전압(VCC)이 일정 전압(예를 들면, 1.5V) 이하로 낮아지면서, 읽기 동작 시에 센스 앰프의 센싱 마진(Sensing Margin)이 줄어드는 문제점이 있다. 여기에서, 센싱 마진은 메모리 셀이 리셋 상태일 때와 셋 상태일 때의 센싱 노드의 전압 차이를 의미한다. 예를 들어, 전원 전압(VCC)이 약 1.5V라고 가정하자. 메모리 셀(도 1 참조, 10)이 리셋 상태이면 센싱 노드는 약 1.5V를 유지하고, 메모리 셀(10)이 셋 상태이면 센싱 노드는 전원 전압(VCC)에서 접지 레벨로 떨어진다. 이는 메모리 셀(10)의 선택 소자(12)가 NMOS 트랜지스터(NT)인 경우이다. However, as the power supply voltage VCC provided to the phase change memory device is lowered below a predetermined voltage (for example, 1.5V), the sensing margin of the sense amplifier is reduced during a read operation. Here, the sensing margin refers to the difference in voltages of the sensing nodes when the memory cells are in the reset state and the set state. For example, suppose the power supply voltage VCC is about 1.5V. When the memory cell (see FIG. 1, 10) is in the reset state, the sensing node maintains about 1.5V. When the memory cell 10 is in the set state, the sensing node drops from the power supply voltage VCC to the ground level. This is the case where the selection element 12 of the memory cell 10 is an NMOS transistor NT.

그러나 메모리 셀(도 2 참조, 20)의 선택 소자(22)가 다이오드(D)인 경우 에, 메모리 셀(20)이 리셋 상태이면 센싱 노드는 약 1.5V를 유지하지만, 메모리 셀(10)이 셋 상태이면 센싱 노드는 다이오드(D)의 문턱 전압까지 떨어진다. 이러한 이유로 인해, 다이오드(D)를 선택 소자로 사용하는 상 변화 메모리 장치의 센싱 마진은 다이오드(D)의 문턱 전압만큼 감소하게 된다. 제조공정 등의 이유로 다이오드(D)의 문턱 전압이 높아지면, 센싱 마진은 더욱 떨어지게 된다.However, in the case where the selection element 22 of the memory cell (see FIG. 2, 20) is a diode D, when the memory cell 20 is in the reset state, the sensing node maintains about 1.5V, but the memory cell 10 In the set state, the sensing node drops to the threshold voltage of the diode D. For this reason, the sensing margin of the phase change memory device using the diode D as the selection element is reduced by the threshold voltage of the diode D. If the threshold voltage of the diode D is increased due to a manufacturing process or the like, the sensing margin is further reduced.

따라서, 다이오드(D)를 선택 소자로 사용하는 상 변화 메모리 장치는, NMOS 트랜지스터(NT)를 선택 소자로 사용하는 상 변화 메모리 장치에 비해, 읽기 동작 시에 다이오드(D)의 문턱 전압만큼 센싱 노드의 전압을 더 높게 해야 한다.Therefore, the phase change memory device using the diode D as the selection element has a sensing node corresponding to the threshold voltage of the diode D during the read operation, compared to the phase change memory device using the NMOS transistor NT as the selection element. Should be higher.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 승압 회로를 구비하여 센싱 마진을 충분히 확보할 수 있는 상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a phase change memory device and a reading method thereof having a boosting circuit to sufficiently secure a sensing margin.

본 발명의 다른 목적은 프리차지 동작 시에 승압 회로의 부담을 줄이고, 센싱 동작 시에 센싱 마진을 충분히 확보할 수 있는 상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a phase change memory device and a method of reading the same, which reduce the burden on the booster circuit during the precharge operation and ensure sufficient sensing margin during the sensing operation.

본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치는 메모리 셀, 승압 회로, 프리차지 회로, 바이어스 회로, 그리고 센스 앰프를 포함한다. 상기 메모리 셀은 상 변화 물질 및 다이오드를 포함하고, 비트 라인에 연결된다. 상기 승압 회로는 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생한다. 상기 프리차지 회로는 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한다. 상기 바이어스 회로는 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공한다. 상기 센스 앰프는 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압과 기준 전압을 비교하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어낸다.The phase change memory device according to the present invention includes a memory cell, a boost circuit, a precharge circuit, a bias circuit, and a sense amplifier. The memory cell includes a phase change material and a diode and is connected to the bit line. The boost circuit generates a boost voltage using a power supply voltage. The precharge circuit precharges the bit line using the power supply voltage, and then precharges the bit line using the boosted voltage. The bias circuit uses the boost voltage to provide a read current to the bit line. The sense amplifier uses the boosted voltage to compare the voltage of the bit line with a reference voltage and read data stored in the memory cell.

실시예로서, 상기 프리차지 회로는 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 제 1 프리차지 회로; 및 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 제 2 프리차지 회로를 포함한다.In example embodiments, the precharge circuit may include: a first precharge circuit configured to precharge the bit line using the power supply voltage; And a second precharge circuit for precharging the bit line using the boosted voltage.

본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 다른 일면은 메모리 셀, 클램핑 회로, 승압 회로, 프리차지 회로, 바이어스 회로, 그리고 센스 앰프를 포함한다. 상기 메모리 셀은 상 변화 물질 및 다이오드를 포함하고, 비트 라인에 연결된다. 상기 클램핑 회로는 상기 비트 라인과 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 비트 라인의 전압을 클램핑한다. 상기 승압 회로는 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생한다. 상기 프리차지 회로는 상기 센싱 노드에 연결되며, 상기 전원 전압을 사용하여 상기 센싱 노드를 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 센싱 노드를 프리차지한다. 상기 바이어스 회로는 상기 센싱 노드에 연결되며, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공한다. 상기 센스 앰프는 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압과 기준 전압을 비교하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어낸다.Another aspect of the phase change memory device according to the present invention includes a memory cell, a clamping circuit, a boost circuit, a precharge circuit, a bias circuit, and a sense amplifier. The memory cell includes a phase change material and a diode and is connected to the bit line. The clamping circuit is connected between the bit line and the sensing node and clamps the voltage of the bit line. The boost circuit generates a boost voltage using a power supply voltage. The precharge circuit is connected to the sensing node, precharges the sensing node using the power supply voltage, and then precharges the sensing node using the boosted voltage. The bias circuit is coupled to the sensing node and provides a read current to the bit line using the boost voltage. The sense amplifier uses the boosted voltage to compare the voltage of the bit line with a reference voltage and read data stored in the memory cell.

실시예로서, 상기 프리차지 회로는 제 1 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이 에 연결되고, 상기 제 1 전원 단자를 통해 상기 전원 전압을 입력받으며, 제 1 프리차지 신호에 응답하여 상기 센싱 노드를 상기 전원 전압으로 프리차지하는 제 1 프리차지 회로; 및 제 2 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되고, 상기 제 2 전원 단자를 통해 상기 승압 전압을 입력받으며, 제 2 프리차지 신호에 응답하여 상기 센싱 노드를 상기 승압 전압으로 프리차지하는 제 2 프리차지 회로를 포함한다. 상기 제 1 프리차지 회로는 상기 제 1 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 제 1 프리차지 신호에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터이다. 상기 제 2 프리차지 회로는 상기 제 2 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 제 2 프리차지 신호에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터이다. In an embodiment, the precharge circuit is connected between a first power supply terminal and the sensing node, receives the power supply voltage through the first power supply terminal, and supplies the sensing node to the power supply in response to a first precharge signal. A first precharge circuit for precharging with a voltage; And a second precharge connected between a second power terminal and the sensing node, receiving the boost voltage through the second power terminal, and precharging the sensing node to the boost voltage in response to a second precharge signal. It includes a circuit. The first precharge circuit is a PMOS transistor connected between the first power supply terminal and the sensing node and controlled by the first precharge signal. The second precharge circuit is a PMOS transistor connected between the second power supply terminal and the sensing node and controlled by the second precharge signal.

본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 읽기 방법은 메모리 셀에 연결된 비트 라인을 디스차지하는 단계; 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 단계; 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공하는 단계; 및 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압을 센싱하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어내는 단계를 포함한다. A read method of a phase change memory device according to the present invention includes: discharging a bit line connected to a memory cell; Precharging the bit line using a power supply voltage, and then precharging the bit line using a boosted voltage; Providing a read current to the bit line using the boost voltage; And sensing the voltage of the bit line using the boosted voltage and reading data stored in the memory cell.

실시예로서, 상기 메모리 셀은 상 변화 물질을 갖는 기억 소자; 및 상기 메모리 셀을 선택하기 위한 선택 소자를 포함한다. 상기 선택 소자는 상기 기억 소자와 워드 라인 사이에 연결되는 다이오드이다. 상기 프리차지 단계에서, 상기 비트 라인은 상기 다이오드의 문턱 전압으로 클램핑된다.In example embodiments, the memory cell may include a memory device having a phase change material; And a selection element for selecting the memory cell. The selection element is a diode connected between the memory element and the word line. In the precharge step, the bit line is clamped to the threshold voltage of the diode.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 상 변화 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 어드레스 디코더(120), 비트 라인 선택회로(130), 디스차지 회로(135, 136), 클램핑 회로(140), 프리차지 회로(150), 바이어스 회로(160), 센스 앰프(170), 제어 유닛(180), 그리고 승압 회로(200)를 포함한다.4 is a block diagram illustrating a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the phase change memory device 100 includes a memory cell array 110, an address decoder 120, a bit line selection circuit 130, discharge circuits 135 and 136, a clamping circuit 140, The precharge circuit 150, the bias circuit 160, the sense amplifier 170, the control unit 180, and the boost circuit 200 are included.

메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 셀로 구성된다. 복수의 메모리 셀은 복수의 워드 라인(WL0~WLn) 및 복수의 비트 라인(BL0~BLm)에 연결되어 있다. 각각의 메모리 셀은 기억 소자(memory element)와 선택 소자(select element)로 구성된다. 기억 소자는 상 변화 물질(GST)을 포함하고, 선택 소자는 다이오드(D)로 구성되어 있다. The memory cell array 110 is composed of a plurality of memory cells. The plurality of memory cells are connected to the plurality of word lines WL0 to WLn and the plurality of bit lines BL0 to BLm. Each memory cell is composed of a memory element and a select element. The memory element includes a phase change material GST, and the selection element is composed of a diode D.

여기에서, 다이오드(D) 대신에 NMOS 트랜지스터(도 1 참조, NT)가 사용될 수도 있다. 일반적으로 상 변화 메모리 장치(100)는 메모리 셀을 리셋 상태 또는 셋 상태로 프로그램하기 위해서 메모리 셀에 리셋 전류 또는 셋 전류를 공급한다. 리셋 전류는 셋 전류보다 더 큰 전류 값을 필요로 한다. 따라서, NMOS 트랜지스터(도 1 참조, 12)를 선택 소자로 사용하는 경우에, 보다 효율적인 리셋 프로그램을 위해 NMOS 트랜지스터(NT)의 문턱 전압이 센스 앰프(170)에서 사용되는 MOS 트랜지스터의 문턱 전압보다 작게 구현하는 것이 바람직하다. Here, instead of the diode D, an NMOS transistor (see FIG. 1, NT) may be used. In general, the phase change memory device 100 supplies a reset current or a set current to a memory cell in order to program the memory cell into a reset state or a set state. The reset current requires a larger current value than the set current. Therefore, when using the NMOS transistor (see Fig. 1, 12) as the selection device, the threshold voltage of the NMOS transistor NT is smaller than the threshold voltage of the MOS transistor used in the sense amplifier 170 for a more efficient reset program. It is desirable to implement.

어드레스 디코더(120)는 외부에서 입력된 어드레스(ADDR)를 디코딩하고, 워 드 라인 및 비트 라인을 선택한다. 어드레스(ADDR)는 워드 라인(WL0~WLn)을 선택하기 위한 행 어드레스(Row Address; RA)와 비트 라인(BL0~BLm)을 선택하기 위한 열 어드레스(Column Address; CA)로 구분된다. 도 4에서는, 복수의 워드 라인(WL0~WLn) 중에서 워드 라인 WL1이 선택되고, 복수의 비트 라인(BL0~BLm) 중에서 비트 라인 BLm이 선택된 것을 보여주고 있다. 워드 라인 WL1과 비트 라인 BLm에 의해 하나의 메모리 셀(111)이 선택된다.The address decoder 120 decodes an externally input address ADDR and selects a word line and a bit line. The address ADDR is divided into a row address RA for selecting word lines WL0 to WLn and a column address CA for selecting bit lines BL0 to BLm. In FIG. 4, the word line WL1 is selected from the plurality of word lines WL0 to WLn, and the bit line BLm is selected from the plurality of bit lines BL0 to BLm. One memory cell 111 is selected by the word line WL1 and the bit line BLm.

비트 라인 선택회로(130)는 어드레스 디코더(120)로부터 제공되는 선택신호(Yi; i=0~m)에 응답하여 비트 라인을 선택한다. 비트 라인 선택회로(130)는 복수의 NMOS 트랜지스터(YT0~YTm)를 포함한다. 복수의 NMOS 트랜지스터(YT0~YTm)는 비트 라인(BL0~BLm)과 데이터 라인(DL)을 연결한다. 예를 들어, 선택 신호 Ym이 인에이블 될 때, 비트 라인 BLm과 데이터 라인 DL은 서로 전기적으로 연결된다. The bit line selection circuit 130 selects the bit line in response to the selection signal Yi (i = 0 to m) provided from the address decoder 120. The bit line selection circuit 130 includes a plurality of NMOS transistors YT0 to YTm. The plurality of NMOS transistors YT0 to YTm connect the bit lines BL0 to BLm and the data line DL. For example, when the selection signal Ym is enabled, the bit line BLm and the data line DL are electrically connected to each other.

제 1 디스차지 회로(135)는 데이터 라인(DL)과 접지 단자 사이에 연결되며, 데이터 라인(DL)을 디스차지한다. 제 2 디스차지 회로(136)는 센싱 노드(NSA)와 접지 단자 사이에 연결되며, 센싱 노드(NSA)를 디스차지한다. 도 4를 참조하면, 제 1 디스차지 회로(135)는 데이터 라인(DL)과 접지 단자 사이에 전류 통로(current path)를 형성하는 NMOS 트랜지스터(Ndis)로 구성되며, 디스차지 신호(PDIS)에 응답하여 데이터 라인(DL)을 디스차지 한다. 마찬가지로, 제 2 디스차지 회로(136)는 디스차지 신호(PDIS)에 응답하여 센싱 노드(NSA)를 디스차지한다. 디스차지 신호(PDIS)는 제어 유닛(180)으로부터 제공된다.The first discharge circuit 135 is connected between the data line DL and the ground terminal and discharges the data line DL. The second discharge circuit 136 is connected between the sensing node NSA and the ground terminal and discharges the sensing node NSA. Referring to FIG. 4, the first discharge circuit 135 includes an NMOS transistor Ndis which forms a current path between the data line DL and the ground terminal, and is connected to the discharge signal PDIS. In response, the data line DL is discharged. Similarly, the second discharge circuit 136 discharges the sensing node NSA in response to the discharge signal PDIS. The discharge signal PDIS is provided from the control unit 180.

클램핑 회로(140)는 읽기 동작 시에 데이터 라인(DL)을 소정의 전압 레벨로 클램핑한다. 이는 선택된 비트 라인(BLm)의 전압 레벨이 상 변화 물질(GST)의 문턱 전압을 넘지 않도록 하기 위함이다. 다시 말하면, 상 변화 물질(GST) 양단 사이의 전압이 상 변화 물질(GST)의 문턱 전압을 넘지 않도록 하기 위함이다. 예를 들면, 다이오드(D)의 문턱 전압이 0.5V이고 상 변화 물질(GST)의 문턱 전압이 1V라고 가정하면, 비트 라인(BLm)의 전압은 1.5V보다 작은 값(예를 들면, 약 1V)으로 클램핑된다.The clamping circuit 140 clamps the data line DL to a predetermined voltage level during a read operation. This is to prevent the voltage level of the selected bit line BLm from exceeding the threshold voltage of the phase change material GST. In other words, the voltage between both ends of the phase change material GST does not exceed the threshold voltage of the phase change material GST. For example, assuming that the threshold voltage of the diode D is 0.5V and the threshold voltage of the phase change material GST is 1V, the voltage of the bit line BLm is less than 1.5V (for example, about 1V). Is clamped).

도 4를 참조하면, 클램핑 회로(140)는 센싱 노드(NSA)와 데이터 라인(DL) 사이에 전류 통로를 형성하는 NMOS 트랜지스터(Ncmp)로 구성되며, 클램프 신호(CLMP)에 응답하여 데이터 라인(DL)의 전압 레벨을 클램핑한다. 예를 들어, NMOS 트랜지스터(Ncmp)의 문턱 전압은 1V이고 클램프 신호(CLMP)는 2V라고 가정하면, 데이터 라인(DL)은 약 1V로 클램핑된다. 이때 선택된 비트 라인(BLm)의 전압 레벨도 약 1V로 클램핑된다. 클램프 신호(CLMP)는 제어 유닛(180)으로부터 제공되며, 읽기 동작 시에 일정한 레벨의 직류(DC) 전압 값을 갖는다. Referring to FIG. 4, the clamping circuit 140 includes an NMOS transistor Ncmp that forms a current path between the sensing node NSA and the data line DL, and responds to the clamp signal CLMP in response to the clamp signal CLMP. Clamp the voltage level of DL). For example, assuming that the threshold voltage of the NMOS transistor Ncmp is 1V and the clamp signal CLMP is 2V, the data line DL is clamped to about 1V. At this time, the voltage level of the selected bit line BLm is also clamped to about 1V. The clamp signal CLMP is provided from the control unit 180 and has a constant level of direct current (DC) voltage value in a read operation.

프리차지 회로(150)는 센싱 노드(NSA)를 전원 전압(VCC)으로 프리차지한 다음에, 승압 전압(VSA)으로 프리차지한다. 이때 선택된 비트 라인(BLm)은 클램핑 전압(예를 들면, 1V)으로 프리차지된다. 도 4를 참조하면, 프리차지 회로(150)는 제 1 및 제 2 프리차지 회로(151, 152)를 포함한다. 제 1 프리차지 회로(151)는 제 1 프리차지 신호(nPCH1)에 응답하여 센싱 노드(NSA)를 전원 전압(VCC)으로 프리차지하고, 제 2 프리차지 회로(152)는 제 2 프리차지 신호(nPCH2)에 응답하여 센싱 노드(NSA)를 승압 전압(VSA)으로 프리차지한다. 제 1 및 제 2 프리차지 신호(nPCH1, nPCH2)는 제어 유닛(180)으로부터 제공된다.The precharge circuit 150 precharges the sensing node NSA to the power supply voltage VCC and then precharges the boosted voltage VSA. At this time, the selected bit line BLm is precharged with a clamping voltage (for example, 1V). Referring to FIG. 4, the precharge circuit 150 includes first and second precharge circuits 151 and 152. The first precharge circuit 151 precharges the sensing node NSA to the power supply voltage VCC in response to the first precharge signal nPCH1, and the second precharge circuit 152 performs the second precharge signal ( In response to nPCH2, the sensing node NSA is precharged to the boosted voltage VSA. The first and second precharge signals nPCH1 and nPCH2 are provided from the control unit 180.

제 1 프리차지 회로(151)는 제 1 전원 단자와 센싱 노드(NSA) 사이에 연결되고, 제 1 전원 단자를 통해 전원 전압(VCC)을 입력받으며, 제 1 프리차지 신호(nPCH1)에 응답하여 센싱 노드(NSA)를 전원 전압(VCC)으로 프리차지한다. 도 4를 참조하면, 제 1 프리차지 회로(151)는 PMOS 트랜지스터(Ppre)로 구성된다. 제 1 프리차지 회로(151)의 PMOS 트랜지스터(Ppre)는 제 1 프리차지 신호(nPCH1)를 입력받는 게이트, 전원 전압(VCC)을 입력받는 소오스, 센싱 노드(NSA)에 연결된 드레인, 그리고 승압 전압(VSA)을 입력받는 벌크(도시되지 않음)를 갖는다. The first precharge circuit 151 is connected between the first power supply terminal and the sensing node NSA, receives the power supply voltage VCC through the first power supply terminal, and responds to the first precharge signal nPCH1. The sensing node NSA is precharged with the power supply voltage VCC. Referring to FIG. 4, the first precharge circuit 151 is composed of a PMOS transistor Ppre. The PMOS transistor Ppre of the first precharge circuit 151 may include a gate for receiving the first precharge signal nPCH1, a source for receiving the power supply voltage VCC, a drain connected to the sensing node NSA, and a boost voltage. It has a bulk (not shown) that receives (VSA) input.

제 2 프리차지 회로(152)는 제 2 전원 단자와 센싱 노드(NSA) 사이에 연결되고, 제 2 전원 단자를 통해 승압 전압(VSA)을 입력받으며, 제 2 프리차지 신호(nPCH2)에 응답하여 센싱 노드(NSA)를 승압 전압(VSA)으로 프리차지한다. 도 4를 참조하면, 제 2 프리차지 회로(152)는 PMOS 트랜지스터(Ppre)로 구성된다. 제 2 프리차지 회로(152)의 PMOS 트랜지스터(Ppre)는 제 2 프리차지 신호(nPCH2)를 입력받는 게이트, 승압 전압(VSA)을 입력받는 소오스, 센싱 노드(NSA)에 연결된 드레인, 그리고 승압 전압(VSA)을 입력받는 벌크(도시되지 않음)를 갖는다.The second precharge circuit 152 is connected between the second power supply terminal and the sensing node NSA, receives the boost voltage VSA through the second power supply terminal, and responds to the second precharge signal nPCH2. The sensing node NSA is precharged with the boosted voltage VSA. Referring to FIG. 4, the second precharge circuit 152 is configured of a PMOS transistor Ppre. The PMOS transistor Ppre of the second precharge circuit 152 may include a gate for receiving the second precharge signal nPCH2, a source for receiving the boost voltage VSA, a drain connected to the sensing node NSA, and a boost voltage. It has a bulk (not shown) that receives (VSA) input.

만약, 프리차지 회로(150)가 승압 전압(VSA)만을 사용하여 프리차지 한다고 가정하면, 승압 회로(200)는 버스트 읽기 동작(burst read operation) 시에 많은 수의 비트 라인(BL)을 프리차지 해야 하기 때문에 많은 부담을 갖게 된다. 또한, 프리차지 동작 시에 각각의 비트 라인(BLm)은 큰 로딩(loading)을 갖기 때문에, 승압 회로(200)는 더욱 많은 부담을 갖게 된다.If it is assumed that the precharge circuit 150 precharges using only the boost voltage VSA, the boost circuit 200 precharges a large number of bit lines BL during a burst read operation. There is a lot of burden because you have to. In addition, since each bit line BLm has a large loading during the precharge operation, the boosting circuit 200 has a greater burden.

프리차지 회로(150)는 프리차지 동작 시에 승압 회로(200)의 이러한 부담을 줄이기 위해, 두 단계의 프리차지 동작을 수행한다. 즉, 제 1 프리차지 동작 시에는 전원 전압(VCC)을 사용하여, 선택된 비트 라인(BLm)을 프리차지한다. 이때 제 1 프리차지 회로(151)는 외부에서 제공되는 전원 전압(VCC)을 사용하여 프리차지 동작을 수행한다. 다음에, 제 2 프리차지 동작 시에는 승압 전압(VSA)을 사용하여, 선택된 비트 라인(BLm)을 프리차지한다. 이때 제 2 프리차지 회로(152)는 승압 회로(200)에서 제공되는 승압 전압(VSA)을 사용하여 프리차지 동작을 수행한다. The precharge circuit 150 performs two steps of precharge operation in order to reduce such a burden on the boost circuit 200 during the precharge operation. That is, during the first precharge operation, the selected bit line BLm is precharged using the power supply voltage VCC. In this case, the first precharge circuit 151 performs a precharge operation using an externally supplied power supply voltage VCC. Next, during the second precharge operation, the boosted voltage VSA is used to precharge the selected bit line BLm. In this case, the second precharge circuit 152 performs the precharge operation by using the boosted voltage VSA provided by the booster circuit 200.

위에서 설명한 바와 같이, 프리차지 회로(150)는 제 2 프리차지 동작 시에 센싱 노드(NSA)를 전원 전압(VCC)에서 승압 전압(VSA)으로 프리차지 한다. 승압 회로(200)는 제 2 프리차지 동작 시에만 프리차지 회로(150)에 승압 전압(VSA)을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치(100)는 프리차지 동작 시에 승압 회로(200)의 부담을 줄이고, 센싱 동작 시에 센스 앰프(170)의 센싱 마진을 충분히 확보할 수 있다. 이는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명된다.As described above, the precharge circuit 150 precharges the sensing node NSA from the power supply voltage VCC to the boosted voltage VSA during the second precharge operation. The booster circuit 200 provides the boosted voltage VSA to the precharge circuit 150 only during the second precharge operation. Therefore, the phase change memory device 100 according to the present invention can reduce the burden of the booster circuit 200 during the precharge operation and sufficiently secure the sensing margin of the sense amplifier 170 during the sensing operation. This is explained in more detail in FIG.

바이어스 회로(160)는 전원 단자와 센싱 노드(NSA) 사이에 연결되며, 선택된 비트 라인(BLm)으로 읽기 전류(read current)를 공급한다. 도 4를 참조하면, 바이어스 회로(160)는 전원 단자를 통해 승압 전압(VSA)을 입력받는다. 바이어스 회로(160)는 직렬 연결된 2개의 PMOS 트랜지스터(Pdis, Pbias)로 구성된다. The bias circuit 160 is connected between the power supply terminal and the sensing node NSA and supplies a read current to the selected bit line BLm. Referring to FIG. 4, the bias circuit 160 receives a boosted voltage VSA through a power supply terminal. The bias circuit 160 is composed of two PMOS transistors Pdis and Pbias connected in series.

제 1 PMOS 트랜지스터(Pdis)는 전원 단자와 제 2 PMOS 트랜지스터(Pbias) 사이에 연결되며, 디스차지 신호(PDIS)에 의해 제어된다. 제 2 PMOS 트랜지스터(Pbias)는 제 1 PMOS 트랜지스터(Pdis)와 센싱 노드(NSA) 사이에 연결되며, 바이어 스 신호(BIAS)에 의해 제어된다. 여기에서, 바이어스 신호(BIAS)는 제어 유닛(180)으로부터 제공되며, 읽기 동작 시에 정해진 직류(DC) 전압 값을 갖는다. 바이어스 회로(160)는 디스차지 신호(PDIS)가 로우 레벨 상태일 때, 선택된 비트 라인(BLm)으로 읽기 전류를 공급한다.The first PMOS transistor Pdis is connected between the power supply terminal and the second PMOS transistor Pbias and is controlled by the discharge signal PDIS. The second PMOS transistor Pbias is connected between the first PMOS transistor Pdis and the sensing node NSA and controlled by the bias signal BIAS. Here, the bias signal BIAS is provided from the control unit 180 and has a predetermined DC voltage value at the read operation. The bias circuit 160 supplies a read current to the selected bit line BLm when the discharge signal PDIS is in the low level state.

센스 앰프(170)는 읽기 동작 시에 센싱 노드(NSA)의 전압을 기준 전압(Vref)과 비교하고, 비교 결과 값(SAO)을 출력한다. 여기에서, 기준 전압(Vref)은 기준 전압 발생회로(미도시)로부터 제공된다. 센스 앰프(170)는 승압 전압(VSA)을 사용하여 센싱 동작을 수행한다. 센스 앰프(170)는 센싱 동작 시에 제어 유닛(180)으로부터 제어신호(nPSA, PMUX)를 입력받는다. 센스 앰프(170)의 구성 및 동작은 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.The sense amplifier 170 compares the voltage of the sensing node NSA with the reference voltage Vref during a read operation and outputs a comparison result value SAO. Here, the reference voltage Vref is provided from a reference voltage generation circuit (not shown). The sense amplifier 170 performs a sensing operation using the boosted voltage VSA. The sense amplifier 170 receives control signals nPSA and PMUX from the control unit 180 during the sensing operation. The configuration and operation of the sense amplifier 170 are described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.

제어 유닛(180)은 외부에서 제공된 커맨드(CMD)에 응답하여 제어 신호들 (PDIS, CLMP, BIAS, nPCH1, nPCH2, nPSA, PMUX, EN_PUMP)을 출력한다. 여기에서, 펌프 인에이블 신호(EN_PUMP)는 승압 회로(200)에 제공된다. 제어 유닛(180)에서 출력되는 제어 신호에 대한 설명은 도 5 및 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.The control unit 180 outputs control signals PDIS, CLMP, BIAS, nPCH1, nPCH2, nPSA, PMUX, and EN_PUMP in response to an externally provided command CMD. Here, the pump enable signal EN_PUMP is provided to the boost circuit 200. The control signal output from the control unit 180 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 7.

승압 회로(200)는 펌프 회로(210) 및 검출 회로(220)를 포함한다. 펌프 회로(210)는 전하 펌핑(charge pumping) 동작을 통해 전원 전압(VCC)을 승압한다. 검출 회로(220)는 펌프 회로(210)의 출력 노드가 승압 전압(VSA)에 도달하였는지를 감지한다. 출력 노드가 승압 전압(VSA)에 도달하면, 검출 회로(220)는 펌프 회로(210)를 디스에이블(Disable)한다. 그러나 출력 노드가 승압 전압(VSA)에 도달하지 않았으면, 검출 회로(220)는 펌프 회로(210)를 인에이블(Enable)한다. 승압 전압 (VSA)은 바이어스 회로(150), 프리차지 회로(160), 그리고 센스 앰프(170) 등에 제공된다.The booster circuit 200 includes a pump circuit 210 and a detection circuit 220. The pump circuit 210 boosts the power supply voltage VCC through a charge pumping operation. The detection circuit 220 detects whether the output node of the pump circuit 210 has reached the boosted voltage VSA. When the output node reaches the boosted voltage VSA, the detection circuit 220 disables the pump circuit 210. However, if the output node has not reached the boosted voltage VSA, the detection circuit 220 enables the pump circuit 210. The boosted voltage VSA is provided to the bias circuit 150, the precharge circuit 160, the sense amplifier 170, and the like.

도 5는 도 4에 도시된 상 변화 메모리 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 5를 참조하여, 상 변화 메모리 장치(100)의 읽기 동작(Read Operation)은 디스차지 구간(T0), 제 1 프리차지 구간(T1(a)), 제 2 프리차지 구간(T1(b)), 센싱 구간(T2), 그리고 디스차지 구간(T3)으로 나누어진다. 설명의 편의를 위해, 메모리 셀(111)에 대한 읽기 동작이 설명된다. FIG. 5 is a timing diagram for describing an operation of the phase change memory device 100 shown in FIG. 4. Referring to FIG. 5, a read operation of the phase change memory device 100 may include a discharge period T0, a first precharge period T1 (a), and a second precharge period T1 (b). ), The sensing section T2, and the discharge section T3. For convenience of explanation, a read operation on the memory cell 111 is described.

디스차지 구간(T0)에서, 데이터 라인(DL) 및 센싱 노드(NSA)는 접지 레벨로 디스차지된다. 도 5를 참조하면, 선택 신호(Ym)가 로우 레벨 상태에 있으므로, 비트 라인(BLm)과 데이터 라인(DL)은 전기적으로 차단(disconnect)된다. 그리고 디스차지 신호(PDIS)가 하이 레벨이므로, 데이터 라인(DL) 및 센싱 노드(NSA)는 접지 레벨로 디스차지된다. 또한, 디스차지 신호(PDIS)가 하이 레벨이므로, 바이어스 회로(160)의 제 1 PMOS 트랜지스터(Pdis)는 턴 오프 상태에 있게 된다. 도 5에서, 비트 라인(BLm)이 접지 레벨에 있는 이유는 비트 라인(BLm) 상에 설치되어 있는 비트 라인 디스차지 회로(도시되지 않음)에 의해 비트 라인(BLm)이 디스차지되기 때문이다.In the discharge period TO, the data line DL and the sensing node NSA are discharged to the ground level. Referring to FIG. 5, since the select signal Ym is in a low level state, the bit line BLm and the data line DL are electrically disconnected. Since the discharge signal PDIS is at the high level, the data line DL and the sensing node NSA are discharged to the ground level. In addition, since the discharge signal PDIS is at a high level, the first PMOS transistor Pdis of the bias circuit 160 is in a turned off state. In FIG. 5, the bit line BLm is at the ground level because the bit line BLm is discharged by a bit line discharge circuit (not shown) provided on the bit line BLm.

제 1 프리차지 구간(T1(a))에서, 센싱 노드(NSA)는 전원 전압(VCC)으로 프리차지되고, 비트 라인(BLm)은 클램핑 전압(예를 들면, 1V)을 향해 상승한다. 도 5를 참조하면, 선택 신호(Ym)는 하이 레벨로 되고, 디스차지 신호(PDIS)는 로우 레벨로 되며, 제 1 프리차지 신호(nPCH1)는 로우 레벨로 된다. 선택 신호(Ym)가 하이 레벨로 되면, 비트 라인(BLm)과 데이터 라인(DL)은 전기적으로 연결된다. 디스차지 신호(PDIS)가 로우 레벨로 되면, 디스차지 회로(135, 136)의 NMOS 트랜지스터(Ndis)는 턴 오프 되고, 바이어스 회로(160)의 제 1 PMOS 트랜지스터(Pdis)는 턴 온 된다. 제 1 프리차지 신호(nPCH1)가 로우 레벨로 되면, 센싱 노드(NSA)는 전원 전압(VCC)으로 프리차지 된다. 센싱 노드(NSA)가 전원 전압(VCC)으로 프리차지되면, 비트 라인(BLm)은 클램핑 전압(1V)까지 상승한다.In the first precharge period T1 (a), the sensing node NSA is precharged with the power supply voltage VCC, and the bit line BLm rises toward the clamping voltage (for example, 1V). Referring to FIG. 5, the selection signal Ym becomes a high level, the discharge signal PDIS becomes a low level, and the first precharge signal nPCH1 becomes a low level. When the select signal Ym becomes high, the bit line BLm and the data line DL are electrically connected. When the discharge signal PDIS becomes low, the NMOS transistors Ndis of the discharge circuits 135 and 136 are turned off, and the first PMOS transistor Pdis of the bias circuit 160 is turned on. When the first precharge signal nPCH1 becomes low, the sensing node NSA is precharged with the power supply voltage VCC. When the sensing node NSA is precharged with the power supply voltage VCC, the bit line BLm rises to the clamping voltage 1V.

제 2 프리차지 구간(T1(b))에서, 제 2 프리차지 신호(nPCH2)는 로우 레벨로 된다. 제 2 프리차지 신호(nPCH2)가 로우 레벨로 되면, 센싱 노드(NSA)는 승압 전압(VSA)으로 프리차지 된다. 센싱 노드(NSA)가 승압 전압(VSA)으로 프리차지되면, 비트 라인(BLm)은 클램핑 전압(1V)까지 상승한다.In the second precharge period T1 (b), the second precharge signal nPCH2 goes low. When the second precharge signal nPCH2 is at a low level, the sensing node NSA is precharged by the boosted voltage VSA. When the sensing node NSA is precharged with the boosted voltage VSA, the bit line BLm rises to the clamping voltage 1V.

센싱 구간(T2)에서, 워드 라인(WL1)은 로우 레벨로 된다. 워드 라인(WL1)이 로우 레벨로 되면, 메모리 셀(111)의 상태에 따라 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨이 달라진다.In the sensing period T2, the word line WL1 goes low. When the word line WL1 becomes low, the voltage level of the sensing node NSA varies according to the state of the memory cell 111.

메모리 셀(111)이 리셋 상태 또는 데이터 '1'을 저장하고 있으면, 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨은 승압 전압(VSA)을 유지한다. 센싱 노드(NSA)가 승압 전압(VSA)을 유지하는 이유는 바이어스 회로(160)를 통해 읽기 전류가 공급되기 때문이다. 메모리 셀(111)이 셋 상태 또는 데이터 '0'을 저장하고 있으면, 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨은 승압 전압(VSA)에서 1V로 하강한다. 여기에서, 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨은 다이오드(D)의 문턱 전압(Threshold Voltage)으로 인하여 접지 레벨(GND)까지 떨어지지 않고, 1V로 하강한다. T2 구간에서는 센스 앰프(170)의 센싱 동작이 수행된다. 센스 앰프(170)의 센싱 동작은 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.When the memory cell 111 stores the reset state or the data '1', the voltage level of the sensing node NSA maintains the boosted voltage VSA. The reason why the sensing node NSA maintains the boosted voltage VSA is because the read current is supplied through the bias circuit 160. When the memory cell 111 stores the set state or data '0', the voltage level of the sensing node NSA drops to 1V at the boosted voltage VSA. Here, the voltage level of the sensing node NSA does not fall to the ground level GND due to the threshold voltage of the diode D, but drops to 1V. In the T2 section, a sensing operation of the sense amplifier 170 is performed. The sensing operation of the sense amplifier 170 is described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.

디스차지 구간(T3)에서, 워드 라인(WL1)은 하이 레벨로 되고, 선택 신호(Ym)는 로우 레벨로 되고, 디스차지 신호(PDIS)는 하이 레벨로 된다. 선택 신호(Ym)가 로우 레벨로 되면, 비트 라인(BLm)과 데이터 라인(DL)은 전기적으로 차단(disconnect)된다. 디스차지 신호(PDIS)가 하이 레벨로 되면, 센싱 노드(NSA)는 접지 레벨로 된다.In the discharge period T3, the word line WL1 goes high, the select signal Ym goes low, and the discharge signal PDIS goes high. When the select signal Ym becomes low, the bit line BLm and the data line DL are electrically disconnected. When the discharge signal PDIS is at a high level, the sensing node NSA is at a ground level.

종래의 상 변화 메모리 장치에 의하면, 센싱 노드(NSA)의 센싱 마진은 (VCC-1V)에 불과하다. 전원 전압(VCC)이 1.5V 이하로 낮아지면, 센싱 마진은 0.5V 이하로 낮아지게 된다. 이것은 상 변화 메모리 장치의 읽기 동작 특성을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다. 그러나 도 5에서 볼 수 있듯이 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치(100)에 의하면, 센싱 노드(NSA)의 센싱 마진은 (VSA-1V)이므로 충분한 센싱 마진을 확보할 수 있고, 안정적인 읽기 동작을 수행할 수 있다.According to the conventional phase change memory device, the sensing margin of the sensing node NSA is only (VCC-1V). When the supply voltage VCC is lowered below 1.5V, the sensing margin is lowered below 0.5V. This is a major cause of deterioration in the read operation characteristics of the phase change memory device. However, as shown in FIG. 5, according to the phase change memory device 100 according to the present invention, since the sensing margin of the sensing node NSA is (VSA-1V), sufficient sensing margin may be secured and a stable read operation may be performed. can do.

또한, 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치(100)에 의하면, 전원 전압(VCC)과 승압 전압(VSA)을 사용하여 두 번의 프리차지 동작 수행하기 때문에, 프리차지 동작 시에 승압 회로(200)의 부담이 많이 줄어들게 된다.In addition, according to the phase change memory device 100 according to the present invention, since the precharge operation is performed twice using the power supply voltage VCC and the boost voltage VSA, the booster circuit 200 may be operated during the precharge operation. The burden will be greatly reduced.

도 6은 도 4에 도시된 센스 앰프를 보여주는 회로도이다. 센스 앰프(170)는 센싱 노드(NSA)의 전압을 기준 전압(Vref)과 비교하고, 센싱 결과 값(SAO)을 출력한다. 센스 앰프(170)는 승압 전압(VSA)을 입력받으며, 제어 신호(nPSA, PMUX)에 응답하여 센싱 동작을 수행한다. 도 6을 참조하면, 센스 앰프(170)는 센싱부(310), 래치부(320), 그리고 더미 래치부(330)를 포함한다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the sense amplifier shown in FIG. 4. The sense amplifier 170 compares the voltage of the sensing node NSA with the reference voltage Vref and outputs a sensing result value SAO. The sense amplifier 170 receives the boosted voltage VSA and performs a sensing operation in response to the control signals nPSA and PMUX. Referring to FIG. 6, the sense amplifier 170 includes a sensing unit 310, a latch unit 320, and a dummy latch unit 330.

센싱부(310)는 복수의 PMOS 트랜지스터(P1~P3) 및 복수의 NMOS 트랜지스터(N1~N5)를 포함한다. 센싱부(310)는 차동 증폭기(Differential Amplifier)(311)와 등화기(Equalizer)(312)를 포함한다. 차동 증폭기(311)는 승압 전압(VSA)을 입력받고, 센싱 노드(NSA)의 전압과 기준 전압(Vref) 사이의 차이를 감지 증폭한다. 등화기(312)는 제어 신호(nPSA)에 응답하여 차동 증폭기(311)의 출력 노드(Na, Nb)를 등화한다.The sensing unit 310 includes a plurality of PMOS transistors P1 to P3 and a plurality of NMOS transistors N1 to N5. The sensing unit 310 includes a differential amplifier 311 and an equalizer 312. The differential amplifier 311 receives the boosted voltage VSA and senses and amplifies a difference between the voltage of the sensing node NSA and the reference voltage Vref. Equalizer 312 equalizes output nodes Na and Nb of differential amplifier 311 in response to control signal nPSA.

차동 증폭기(311)는 제 1 내지 제 2 NMOS 트랜지스터(N1, N2) 및 제 1 내지 제 3 PMOS 트랜지스터(P1, P2, P3)로 구성된다. 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)는 센싱 노드(NSA)의 전압에 응답하여 제 1 노드(Na)와 접지 사이에 전류 통로를 형성한다. 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)는 기준 전압(Vref)에 응답하여 제 2 노드(Nb)와 접지 사이에 전류 통로를 형성한다. 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)는 제 2 노드(Nb)의 전압에 응답하여 제 3 노드(Nc)와 제 1 노드(Na) 사이에 전류 통로를 형성한다. 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)는 제 1 노드(Na)의 전압에 응답하여 제 3 노드(Nc)와 제 2 노드(Nb) 사이에 전류 통로를 형성한다. 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)는 제어 신호(nPSA)에 응답하여 전원 단자와 제 3 노드(Nc) 사이에 전류 통로를 형성한다. 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)는 전원 단자를 통해 승압 전압(VSA)을 입력받는다.The differential amplifier 311 includes first to second NMOS transistors N1 and N2 and first to third PMOS transistors P1, P2 and P3. The first NMOS transistor N1 forms a current path between the first node Na and ground in response to the voltage of the sensing node NSA. The second NMOS transistor N2 forms a current path between the second node Nb and ground in response to the reference voltage Vref. The first PMOS transistor P1 forms a current path between the third node Nc and the first node Na in response to the voltage of the second node Nb. The second PMOS transistor P2 forms a current path between the third node Nc and the second node Nb in response to the voltage of the first node Na. The third PMOS transistor P3 forms a current path between the power supply terminal and the third node Nc in response to the control signal nPSA. The third PMOS transistor P3 receives the boosted voltage VSA through a power supply terminal.

등화기(312)는 제 3 내지 제 5 NMOS 트랜지스터(N3, N4, N5)로 구성된다. 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)는 제 1 노드(Na)와 접지 사이에 연결되어 있다. 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)는 제 2 노드(Nb)와 접지 사이에 연결되어 있다. 제 5 NMOS 트 랜지스터(N5)는 제 1 노드(Na)와 제 2 노드(Nb) 사이에 연결되어 있다. 제 3 내지 제 5 NMOS 트랜지스터(N3~N5)는 제어 신호(nPSA)에 응답하여 동시에 온(on) 또는 오프(off) 된다. The equalizer 312 is composed of third to fifth NMOS transistors N3, N4, N5. The third NMOS transistor N3 is connected between the first node Na and ground. The fourth NMOS transistor N4 is connected between the second node Nb and the ground. The fifth NMOS transistor N5 is connected between the first node Na and the second node Nb. The third to fifth NMOS transistors N3 to N5 are simultaneously turned on or off in response to the control signal nPSA.

래치부(320)는 센싱부(310)의 제 1 노드(Na)에 연결되며, 제어 신호(PMUX)에 응답하여 센싱 결과(SAO)를 출력한다. 래치부(320)는 반전 회로(321) 및 래치 회로(322)를 포함한다. 반전 회로(321)는 제 1 노드(Na)와 제 4 노드(Nd) 사이에 연결되며, 제어 신호(PMUX)에 응답하여 동작한다. 반전 회로(321)는 제 6 및 제 7 PMOS 트랜지스터(P6, P7), 제 6 및 제 7 NMOS 트랜지스터(N6, N7), 제 1 인버터(IN1)를 포함한다. 제어 신호(PMUX)가 하이 레벨일 때, 반전 회로(321)는 제 1 노드(Na)의 전압 레벨을 반전한다. 래치 회로(322)는 제 2 및 제 3 인버터(IN2, IN3)를 포함한다. The latch unit 320 is connected to the first node Na of the sensing unit 310 and outputs a sensing result SAO in response to the control signal PMUX. The latch unit 320 includes an inversion circuit 321 and a latch circuit 322. The inversion circuit 321 is connected between the first node Na and the fourth node Nd and operates in response to the control signal PMUX. The inversion circuit 321 includes sixth and seventh PMOS transistors P6 and P7, sixth and seventh NMOS transistors N6 and N7, and a first inverter IN1. When the control signal PMUX is at the high level, the inversion circuit 321 inverts the voltage level of the first node Na. The latch circuit 322 includes second and third inverters IN2 and IN3.

더미 래치부(330)는 센싱부(310)의 제 2 노드(Nb)에 연결되어 있다. 더미 래치부(330)는 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)와 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)를 포함한다. 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)의 소오스와 드레인은 서로 연결되며, 게이트는 제 2 노드(Nb)에 연결되어 있다. 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)는 소오스 단자를 통해 전원 전압(VCC)을 입력받는다. 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)의 소오스와 드레인은 서로 연결되며, 게이트는 제 2 노드(Nb)에 연결되어 있다. 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)의 소오스 단자는 접지 단자에 연결되어 있다. 여기에서, 제 8 PMOS 트랜지스터(P8)의 드레인과 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)의 드레인은 서로 차단(disconnect)되어 있음에 주목하여야 한다. 더미 래치부(330)는 제 1 노드(Na) 및 제 2 노드(Nb)에서 바라보 는 로딩을 동일하게 하기 위하여 설치된다.The dummy latch unit 330 is connected to the second node Nb of the sensing unit 310. The dummy latch unit 330 includes an eighth PMOS transistor P8 and an eighth NMOS transistor N8. The source and the drain of the eighth PMOS transistor P8 are connected to each other, and the gate is connected to the second node Nb. The eighth PMOS transistor P8 receives a power supply voltage VCC through a source terminal. The source and the drain of the eighth NMOS transistor N8 are connected to each other, and the gate is connected to the second node Nb. The source terminal of the eighth NMOS transistor N8 is connected to the ground terminal. Here, it should be noted that the drain of the eighth PMOS transistor P8 and the drain of the eighth NMOS transistor N8 are disconnected from each other. The dummy latch unit 330 is installed to equalize the loading viewed from the first node Na and the second node Nb.

도 7은 도 6에 도시된 센스 앰프의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 7에서는 도 5의 센싱 구간(T2)에서의 센스 앰프(170)의 동작이 보다 상세하게 설명된다. 도 7(a)의 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨은 도 5(g)의 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨과 동일하다.FIG. 7 is a timing diagram for describing an operation of the sense amplifier illustrated in FIG. 6. In FIG. 7, the operation of the sense amplifier 170 in the sensing period T2 of FIG. 5 will be described in more detail. The voltage level of the sensing node NSA of FIG. 7A is the same as the voltage level of the sensing node NSA of FIG. 5G.

제 2 프리차지 구간(T1(b))에서, 제 1 제어 신호(nPSA)는 승압 전압(VSA) 상태이고, 제 2 제어 신호(PMUX)는 로우 레벨 상태에 있다. 제 1 제어 신호(nPSA)가 승압 전압(VSA)이므로, 제 1 및 제 2 노드(Na, Nb)는 접지 레벨 상태에 있다.In the second precharge period T1 (b), the first control signal nPSA is in the boosted voltage VSA state and the second control signal PMUX is in the low level state. Since the first control signal nPSA is the boosted voltage VSA, the first and second nodes Na and Nb are in a ground level state.

제 1 센싱 구간(T2(a))에서, 센싱 노드(NSA)의 전압 레벨은 메모리 셀(111)의 상태에 따라 달라진다. 센싱 노드(NSA)는 메모리 셀(111)이 리셋 상태이면 승압 전압(VSA)을 유지하고, 메모리 셀(111)이 셋 상태이면 1V로 하강한다.In the first sensing period T2 (a), the voltage level of the sensing node NSA depends on the state of the memory cell 111. The sensing node NSA maintains the boosted voltage VSA when the memory cell 111 is in the reset state and drops to 1V when the memory cell 111 is in the set state.

제 2 센싱 구간(T2(b))에서, 제 1 제어 신호(nPSA)가 접지 전압(GND)으로 된다. 도 6을 참조하면, 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)는 턴 온 되고, 제 3 내지 제 5 NMOS 트랜지스터(N3~N5)는 턴 오프 된다. 이때 센싱부(310)는 센싱 노드(NSA)의 전압과 기준 전압(Vref)의 차이를 비교하여 센싱 동작을 수행한다. 센싱 노드(NSA)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 높으면, 제 1 노드(Na)는 접지 전압으로 된다. 센싱 노드(NSA)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮으면, 제 1 노드(Na)는 승압 전압(VSA)으로 된다. 즉, 메모리 셀(111)이 리셋 상태이면 제 1 노드(Na)는 접지 전압으로 되고, 셋 상태이면 제 1 노드(Na)는 승압 전압(VSA)으로 된다.In the second sensing period T2 (b), the first control signal nPSA becomes the ground voltage GND. Referring to FIG. 6, the third PMOS transistor P3 is turned on, and the third to fifth NMOS transistors N3 to N5 are turned off. In this case, the sensing unit 310 performs a sensing operation by comparing a difference between the voltage of the sensing node NSA and the reference voltage Vref. When the voltage of the sensing node NSA is higher than the reference voltage Vref, the first node Na becomes a ground voltage. When the voltage of the sensing node NSA is lower than the reference voltage Vref, the first node Na becomes the boosted voltage VSA. That is, when the memory cell 111 is in the reset state, the first node Na becomes the ground voltage, and when the memory cell 111 is in the set state, the first node Na becomes the boosted voltage VSA.

제 3 센싱 구간(T2(c))에서, 제 2 제어 신호(PMUX)는 인에이블된다. 제 2 제어 신호(PMUX)가 하이 레벨로 되면, 래치부(320)는 제 1 노드(Na)의 전압 레벨을 반전하고, 그 결과(SAO)를 출력한다. 도 7을 참조하면 센스 앰프(170)의 출력 노드는 제 2 센싱 구간(T2(b))까지 이전 상태(previous state)에 있다. 제 3 센싱 구간(T2(c))에서, 센스 앰프(170)의 출력 노드는 제어 신호(PMUX)에 응답하여 전원 전압(VCC) 또는 접지 전압(GND)으로 된다. 즉, 제 1 노드(Na)가 승압 전압(VSA) 레벨이면, 출력 전압(SAO)은 접지 전압(GND)으로 된다. 제 1 노드(Na)가 접지 전압(GND) 레벨이면, 출력 전압(SAO)은 전원 전압(VCC)으로 된다. In the third sensing period T2 (c), the second control signal PMUX is enabled. When the second control signal PMUX is at the high level, the latch unit 320 inverts the voltage level of the first node Na, and outputs the result SAO. Referring to FIG. 7, the output node of the sense amplifier 170 is in a previous state until the second sensing period T2 (b). In the third sensing period T2 (c), the output node of the sense amplifier 170 becomes the power supply voltage VCC or the ground voltage GND in response to the control signal PMUX. That is, when the first node Na is at the boosted voltage VSA level, the output voltage SAO becomes the ground voltage GND. When the first node Na is at the ground voltage GND level, the output voltage SAO becomes the power supply voltage VCC.

디스차지 구간(T3)에서, 제 1 제어 신호(nPSA)는 승압 전압(VSA)으로 되고, 제 2 제어 신호(PMUX)는 접지 전압으로 된다. 도 6을 참조하면, 센싱부(310)의 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)는 턴 오프 되고, 제 3 내지 제 5 NMOS 트랜지스터(N3~N5)는 턴 온 된다. 이때, 제 1 및 제 2 노드(Na, Nb)는 접지 전압(GND)으로 된다. 이때, 래치 회로(322)는 출력 노드의 전압 레벨을 래치한다.In the discharge period T3, the first control signal nPSA becomes the boosted voltage VSA and the second control signal PMUX becomes the ground voltage. Referring to FIG. 6, the third PMOS transistor P3 of the sensing unit 310 is turned off, and the third to fifth NMOS transistors N3 to N5 are turned on. At this time, the first and second nodes Na and Nb become the ground voltage GND. At this time, the latch circuit 322 latches the voltage level of the output node.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상 변화 메모리 소자의 적용 예를 보인 휴대용 전자 시스템의 블록도이다. 버스 라인(L3)을 통하여 마이크로 프로세서(500)와 연결된 상 변화 메모리 장치(100)는 휴대용 전자시스템의 메인 메모리로서 기능한다. 배터리(400)는 전원 라인(L4)을 통해 마이크로 프로세서(500), 입출력 장치(600), 그리고 상 변화 메모리 장치(100)에 전원을 공급한다. 수신 데이터가 라인(L1)을 통하여 입출력 장치(600)에 제공되는 경우에 마이크로 프로세서(500)는 라인(L2)을 통해 수신 데이터를 입력받아 처리한 후, 버스 라인(L3)을 통해 상 변화 메모리 장치(100)에 수신 또는 처리된 데이터를 인가한다. 상 변화 메 모리 장치(100)는 버스 라인(L3)을 통해 인가되는 데이터를 메모리 셀에 저장한다. 또한, 메모리 셀에 저장된 데이터는 마이크로 프로세서(500)에 의해 읽혀지고 입출력 장치(600)를 통해 외부로 출력된다. 8 is a block diagram of a portable electronic system showing an application example of a phase change memory device according to still another embodiment of the present invention. The phase change memory device 100 connected to the microprocessor 500 through the bus line L3 functions as a main memory of the portable electronic system. The battery 400 supplies power to the microprocessor 500, the input / output device 600, and the phase change memory device 100 through the power line L4. When the received data is provided to the input / output device 600 through the line L1, the microprocessor 500 receives the received data through the line L2, processes the received data, and then changes the phase change memory through the bus line L3. Applies the received or processed data to the device 100. The phase change memory device 100 stores data applied through the bus line L3 in a memory cell. In addition, the data stored in the memory cell is read by the microprocessor 500 and output to the outside through the input / output device 600.

배터리(400)의 전원이 전원 라인(L4)에 공급되지 않는 경우에도 상 변화 메모리 장치(100)의 메모리 셀에 저장된 데이터는 상 변화 물질의 특성에 기인하여 소멸하지 않는다. 이는 상 변화 메모리 장치(100)가 디램(DRAM)과는 달리 불 휘발성 메모리이기 때문이다. 이외에도 상 변화 메모리 장치(100)는 다른 메모리 장치에 비해 동작 속도가 빠르고, 전력 소비가 적다는 장점이 있다.Even when the power of the battery 400 is not supplied to the power line L4, the data stored in the memory cell of the phase change memory device 100 does not disappear due to the characteristics of the phase change material. This is because the phase change memory device 100 is a nonvolatile memory unlike the DRAM. In addition, the phase change memory device 100 has advantages in that the operation speed is faster and power consumption is lower than that of other memory devices.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications are of course possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법에 의하면, 프리차지 동작 시에 승압 회로의 부담을 줄일 수 있고, 센싱 동작 시에 센스 앰프의 센싱 마진을 충분히 확보할 수 있기 때문에 안정적인 읽기 동작을 수행할 수 있다.As described above, according to the phase change memory device and the reading method thereof according to the present invention, the burden of the boost circuit can be reduced during the precharge operation, and the sensing margin of the sense amplifier can be sufficiently secured during the sensing operation. A stable read operation can be performed.

Claims (14)

비트 라인에 연결된 메모리 셀;A memory cell coupled to the bit line; 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생하는 승압 회로;A boost circuit for generating a boost voltage using a power supply voltage; 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 프리차지 회로;A precharge circuit which precharges the bit line using the power supply voltage, and then precharges the bit line using the boosted voltage; 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공하는 바이어스 회로; 및A bias circuit using the boost voltage to provide a read current to the bit line; And 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압 레벨을 센싱하는 센스 앰프를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a sense amplifier configured to sense the voltage level of the bit line using the boosted voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀은,The memory cell, 상 변화 물질을 갖는 기억 소자; 및 A memory element having a phase change material; And 상기 메모리 셀을 선택하기 위한 선택 소자를 포함하되,A selection element for selecting the memory cell, 상기 선택 소자는 상기 기억 소자와 워드 라인 사이에 연결되는 다이오드이며,The selection device is a diode connected between the memory device and a word line, 상기 승압 전압은 상기 전원 전압과 상기 다이오드의 문턱 전압을 더한 값인 것을 특징으로 하는 상 변화 메모리 장치.The boost voltage is a phase change memory device, characterized in that the sum of the power supply voltage and the threshold voltage of the diode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 승압 회로는The boost circuit 상기 전원전압을 승압하는 펌프 회로; 및A pump circuit for boosting the power supply voltage; And 상기 펌프 회로의 출력 전압의 레벨을 검출하여, 상기 펌프 회로의 승압 동작을 제어하는 검출 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a detection circuit for detecting a level of an output voltage of the pump circuit and controlling a boosting operation of the pump circuit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리차지 회로는The precharge circuit is 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 제 1 프리차지 회로; 및A first precharge circuit for precharging the bit line using the power supply voltage; And 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 제 2 프리차지 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치. And a second precharge circuit to precharge the bit line using the boosted voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센스 앰프는 상기 비트 라인의 전압을 기준 전압과 비교하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어내는 것을 특징으로 하는 상 변화 메모리 장치.And the sense amplifier compares the voltage of the bit line with a reference voltage and reads data stored in the memory cell. 비트 라인에 연결된 메모리 셀;A memory cell coupled to the bit line; 상기 비트 라인과 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 비트 라인의 전압을 클램핑하는 클램핑 회로;A clamping circuit connected between the bit line and the sensing node and clamping a voltage of the bit line; 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생하는 승압 회로;A boost circuit for generating a boost voltage using a power supply voltage; 상기 센싱 노드에 연결되며, 상기 전원 전압을 사용하여 상기 센싱 노드를 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 센싱 노드를 프리차지하는 프리차지 회로;A precharge circuit connected to the sensing node, precharging the sensing node using the power supply voltage, and then precharging the sensing node using the boosted voltage; 상기 센싱 노드에 연결되며, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공하는 바이어스 회로; 및A bias circuit coupled to the sensing node and providing a read current to the bit line using the boost voltage; And 상기 승압 전압을 사용하여 상기 센싱 노드의 전압을 기준 전압과 비교하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어내는 센스 앰프를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a sense amplifier configured to compare the voltage of the sensing node with a reference voltage using the boosted voltage, and to read data stored in the memory cell. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 메모리 셀은,The memory cell, 상 변화 물질을 갖는 기억 소자; 및 A memory element having a phase change material; And 상기 메모리 셀을 선택하기 위한 선택 소자를 포함하되,A selection element for selecting the memory cell, 상기 선택 소자는 상기 기억 소자와 워드 라인 사이에 연결되는 다이오드이며,The selection device is a diode connected between the memory device and a word line, 상기 승압 전압은 상기 전원 전압과 상기 다이오드의 문턱 전압을 더한 값인 것을 특징으로 하는 상 변화 메모리 장치.The boost voltage is a phase change memory device, characterized in that the sum of the power supply voltage and the threshold voltage of the diode. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 클램핑 회로는 상기 비트 라인을 상기 다이오드의 문턱 전압으로 클램핑하는 것을 특징으로 하는 상 변화 메모리 장치.And the clamping circuit clamps the bit line to the threshold voltage of the diode. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 프리차지 회로는The precharge circuit is 제 1 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 전원 단자를 통해 상기 전원 전압을 입력받으며, 제 1 프리차지 신호에 응답하여 상기 센싱 노드를 상기 전원 전압으로 프리차지하는 제 1 프리차지 회로; 및A first precharge circuit connected between a first power terminal and the sensing node, receiving the power voltage through the first power terminal, and precharging the sensing node to the power voltage in response to a first precharge signal ; And 제 2 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되고, 상기 제 2 전원 단자를 통해 상기 승압 전압을 입력받으며, 제 2 프리차지 신호에 응답하여 상기 센싱 노드를 상기 승압 전압으로 프리차지하는 제 2 프리차지 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치.A second precharge circuit connected between a second power terminal and the sensing node, receiving the boosted voltage through the second power terminal, and precharging the sensing node to the boosted voltage in response to a second precharge signal; Phase change memory device comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 프리차지 회로는 상기 제 1 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 제 1 프리차지 신호에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터이고;The first precharge circuit is a PMOS transistor connected between the first power supply terminal and the sensing node and controlled by the first precharge signal; 상기 제 2 프리차지 회로는 상기 제 2 전원 단자와 상기 센싱 노드 사이에 연결되며, 상기 제 2 프리차지 신호에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 상 변화 메모리 장치.And the second precharge circuit is a PMOS transistor connected between the second power supply terminal and the sensing node and controlled by the second precharge signal. 상 변화 메모리 장치의 읽기 방법에 있어서:To read a phase change memory device: 메모리 셀에 연결된 비트 라인을 디스차지하는 단계;Discharging a bit line coupled to the memory cell; 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 단계;Precharging the bit line using a power supply voltage, and then precharging the bit line using a boosted voltage; 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공하는 단계; 및Providing a read current to the bit line using the boost voltage; And 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압을 센싱하고, 상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어내는 단계를 포함하는 읽기 방법.And sensing the voltage of the bit line using the boosted voltage and reading data stored in the memory cell. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 메모리 셀은,The memory cell, 상 변화 물질을 갖는 기억 소자; 및 A memory element having a phase change material; And 상기 메모리 셀을 선택하기 위한 선택 소자를 포함하되,A selection element for selecting the memory cell, 상기 선택 소자는 상기 기억 소자와 워드 라인 사이에 연결되는 다이오드인 것을 특징으로 하는 읽기 방법.And said select element is a diode connected between said memory element and a word line. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 프리차지 단계에서, 상기 비트 라인은 상기 다이오드의 문턱 전압으로 클램핑되는 것을 특징으로 하는 읽기 방법.And in the precharge step, the bit line is clamped to the threshold voltage of the diode. 상 변화 메모리 장치; 및Phase change memory devices; And 상기 상 변화 메모리 장치를 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하되,A microprocessor for controlling the phase change memory device, 상기 상 변화 메모리 장치는The phase change memory device 비트 라인에 연결된 메모리 셀;A memory cell coupled to the bit line; 전원 전압을 사용하여 승압 전압을 발생하는 승압 회로;A boost circuit for generating a boost voltage using a power supply voltage; 상기 전원 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지한 다음에, 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인을 프리차지하는 프리차지 회로;A precharge circuit which precharges the bit line using the power supply voltage, and then precharges the bit line using the boosted voltage; 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인에 읽기 전류를 제공하는 바이어스 회로; 및A bias circuit using the boost voltage to provide a read current to the bit line; And 상기 승압 전압을 사용하여 상기 비트 라인의 전압 레벨을 센싱하는 센스 앰프를 포함하는 휴대용 전자 시스템.And a sense amplifier configured to sense the voltage level of the bit line using the boosted voltage.
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