KR100979374B1 - Phase change memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상 변화 메모리 장치에 관한 것으로서, 센스앰프의 동작시 커플링 노이즈를 제거하여 센싱 마진을 향상시킬 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 상 변화 저항 소자를 포함하여 데이터의 리드 및 라이트 동작이 이루어지는 셀 어레이, 및 비트라인을 통해 셀 어레이로부터 인가된 셀 센싱 전압과, 기준전압을 비교 및 증폭하는 센스앰프를 포함하고, 센스앰프는 데이터의 리드 동작시 기준전압의 인가단에 발생된 커플링 노이즈를 상쇄시켜 기준전압을 일정하게 제어하는 제 1노이즈 제거 수단을 포함한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase change memory device, and discloses a technique for improving a sensing margin by removing coupling noise during operation of a sense amplifier. The present invention includes a cell array including a phase change resistance element and a read and write operation of data, and a sense amplifier for comparing and amplifying a cell sensing voltage applied from a cell array through a bit line and a reference voltage. The sense amplifier includes first noise removing means for controlling the reference voltage constantly by canceling coupling noise generated at the application terminal of the reference voltage during data read operation.
Description
본 발명은 상 변화 메모리 장치에 관한 것으로서, 센스앰프의 동작시 커플링 노이즈를 제거하여 센싱 마진을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 위상 변화 메모리(Phase Change Memory : PCM) 등의 비휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성을 갖는다. In general, nonvolatile memories such as magnetic memory and phase change memory (PCM) have data processing speeds of about volatile random access memory (RAM) and preserve data even when the power is turned off. Has the property of being.
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자(4)를 설명하기 위한 도면이다. 1A and 1B are diagrams for explaining a conventional phase change resistor (PCR)
상 변화 저항 소자(4)는 탑(Top)전극(1)과 버텀(Bottom)전극(3) 사이에 위상 변화층(PCM; Phase Change Material;2)을 삽입하여 전압과 전류를 인가하면, 위상 변화층(2)에 고온이 유기되어 저항의 변화에 따른 전기 전도 상태가 변하게 된다. 여기서, 위상 변화층(2)의 재료로는 AglnSbTe가 주로 사용된다. 그리고, 위상 변화층(2)은 칼코겐(chalcogen) 원소 (S, Se, Te)를 주성분으로 하는 화합물(chalcogenide)을 이용하는데, 구체적으로 Ge-Sb-Te로 이루어진 게르마늄 안티몬 텔루르 합금물질(Ge2Sb2Te5)을 이용한다. When the phase
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 2a에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 저전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 결정화가 되기에 적당한 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 결정 상태(Crystalline phase)가 되어 저저항 상태의 물질이 된다. As shown in FIG. 2A, when a low current of less than or equal to a threshold flows through the phase
반면에, 도 2b에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 고전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 녹는 점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 비결정 상태(Amorphous phase)가 되어 고저항 상태의 물질이 된다. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when a high current of more than a threshold flows through the phase
이와 같이 상 변화 저항 소자(4)는 두 저항의 상태에 대응하는 데이타를 불휘발성으로 저장할 수 있게 된다. 즉, 상 변화 저항 소자(4)가 저저항 상태일 경우를 데이타 "1"이라 하고, 고저항 상태일 경우를 데이타 "0"이라 하면 두 데이타의 로직 상태를 저장할 수 있다. As described above, the phase change
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
상 변화 저항 소자(4)의 탑 전극(1)과 버텀 전극(3) 사이에 일정 시간 동안 전류를 흘리게 되면 고 열이 발생하게 된다. 이에 따라, 탑 전극(1)과 버텀 전극(3)에 가해 준 온도 상태에 의해 위상 변화층(2)의 상태가 결정상과 비결정상으로 변하게 된다. When a current flows between the
이때, 일정 시간 동안 저 전류를 흘리게 되면 저온 가열 상태에 의해 결정상 이 형성되어 저 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 세트(SET) 상태가 된다. 반대로, 일정 시간 동안 고 전류를 흘리게 되면 고온 가열 상태에 의해 비결정상이 형성되어 고 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 리셋(RESET) 상태가 된다. 따라서, 이 두 개의 상(Phase) 차이가 전기적인 저항 변화로 표현되어 나타나게 된다. At this time, when a low current flows for a predetermined time, a crystal phase is formed by a low temperature heating state, and the phase
이에 따라, 라이트 동작 모드시 세트(Set) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가하게 된다. 반면에, 라이트 동작 모드시 리셋(Reset) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가하게 된다. Accordingly, a low voltage is applied to the phase
도 4는 상변화 메모리 장치의 센스앰프 동작에 관련된 커플링 노이즈(Coupling Noise)의 영향을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a diagram for describing the influence of coupling noise related to a sense amplifier operation of a phase change memory device.
각각의 센스앰프 S/A는 비트라인 BL과 일대일 대응하여 연결된다. 그리고, 기준전압 REF이 인가되는 기준전압단은 복수개의 센스앰프 S/A와 공통 연결된다. 이러한 센스앰프 S/A는 비트라인 BL을 통해 셀 센싱 전압이 인가되고, 기준전압단을 통해 기준전압 REF이 인가된다. Each sense amplifier S / A is connected in a one-to-one correspondence with a bit line BL. The reference voltage terminal to which the reference voltage REF is applied is commonly connected to the plurality of sense amplifiers S / A. The sense amplifier S / A is applied with a cell sensing voltage through the bit line BL, and a reference voltage REF is applied through the reference voltage terminal.
이러한 경우 센스앰프 S/A는 그 내부에 포함된 모스 트랜지스터의 게이트 단자를 통해 상술된 셀 센싱 전압과 기준전압을 입력받는다. 그리고, 모스 트랜지스터의 출력 노드인 드레인 단자를 통해 센스앰프 S/A의 출력신호를 출력하게 된다. In this case, the sense amplifier S / A receives the cell sensing voltage and the reference voltage described above through the gate terminal of the MOS transistor included therein. The output signal of the sense amplifier S / A is output through the drain terminal, which is an output node of the MOS transistor.
이에 따라, 비트라인 BL과 연결된 모스 트랜지스터의 게이트 입력과, 기준전압단 REF과 연결된 모스 트랜지스터의 드레인 사이에 기생 커패시턴스(Capacitance) Cn가 존재하게 된다. 따라서, 센스앰프 S/A의 동작시에 모스 트 랜지스터의 드레인 단에서 발생하는 전압 변동이 게이트 입력단에 영향을 주게 되는 커플링 노이즈가 발생하게 된다. Accordingly, parasitic capacitance Cn exists between the gate input of the MOS transistor connected to the bit line BL and the drain of the MOS transistor connected to the reference voltage terminal REF. Therefore, coupling noise occurs when the voltage variation generated at the drain terminal of the MOS transistor during the operation of the sense amplifier S / A affects the gate input terminal.
여기서, 각각의 비트라인 BL은 센스앰프 S/A에 한 개씩 별도로 연결되기 때문에 커플링 노이즈의 영향이 미미할 수 있다. 그러나, 기준전압단 REF은 복수개의 센스앰프 S/A에 의해 공유되어, 하나의 기준전압이 n 개의 센스앰프 S/A에 공통으로 인가된다. Here, since each bit line BL is separately connected to the sense amplifier S / A one by one, the influence of the coupling noise may be insignificant. However, the reference voltage terminal REF is shared by the plurality of sense amplifiers S / A, so that one reference voltage is commonly applied to the n sense amplifiers S / A.
이에 따라, 센스앰프 S/A에서 커플링 노이즈의 영향이 n 배로 증가하게 된다. 따라서, 센스앰프 S/A의 증폭 동작시 기준전압단 REF의 커플링 노이즈가 증가함에 따라 센싱 마진에 영향을 줄 수 있다. Accordingly, the influence of the coupling noise in the sense amplifier S / A is increased by n times. Therefore, as the coupling noise of the reference voltage terminal REF increases during the amplifying operation of the sense amplifier S / A, the sensing margin may be affected.
본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다. The present invention has the following object.
첫째, 센스앰프의 동작시 기준전압 인가단에 발생하게 되는 커플링 노이즈를 제거하여 센싱 마진을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. First, the purpose of the present invention is to improve the sensing margin by eliminating coupling noise generated at the reference voltage applying terminal during the operation of the sense amplifier.
둘째, 센스앰프의 동작시 비트라인에 발생하게 되는 커플링 노이즈를 제거하여 센싱 마진을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Second, the purpose of the present invention is to improve the sensing margin by removing coupling noise generated in the bit line during the operation of the sense amplifier.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상 변화 메모리 장치는, 상 변화 저항 소자를 포함하여 데이터의 리드 및 라이트 동작이 이루어지는 셀 어레이; 및 비트라인을 통해 셀 어레이로부터 인가된 셀 센싱 전압과, 기준전압을 비교 및 증폭하는 센스앰프를 포함하고, 센스앰프는 데이터의 리드 동작시 기준전압의 인가단에 발생된 커플링 노이즈를 상쇄시켜 기준전압을 일정하게 제어하는 제 1노이즈 제거 수단; 및 데이터의 리드 동작시 비트라인에 발생하는 커플링 노이즈를 상쇄시켜 셀 센싱 전압을 일정하게 제어하는 제 2노이즈 제거 수단을 포함하고, 제 1노이즈 제거 수단은 기준전압의 입력단과 연결된 제 1모스 커패시터를 포함하고, 제 2노이즈 제거 수단은 비트라인에 연결된 제 2모스 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상 변화 저항 소자를 포함하여 데이터의 리드 및 라이트 동작이 이루어지는 셀 어레이; 및 비트라인을 통해 셀 어레이로부터 인가된 셀 센싱 전압과, 기준전압을 비교 및 증폭하는 센스앰프를 포함하고, 센스앰프는 데이터의 리드 동작시 비트라인에 발생하는 커플링 노이즈를 상쇄시켜 셀 센싱 전압을 일정하게 제어하며 비트라인에 연결된 모스 커패시터를 포함하는 노이즈 제거 수단; 프리차지 인에이블 신호에 따라 프리차지 구간 동안 출력단을 프리차지시키는 이퀄라이징부; 이퀄라이징 신호에 따라 상기 센스앰프의 양단 노드에 인가된 데이터를 래치하는 래치부; 제 1센스앰프 인에이블 신호에 따라 래치부의 활성화를 제어하는 활성화 제어부; 셀 센싱 전압과 기준전압에 따라 출력단의 전압을 증폭하는 증폭부; 제 2센스앰프 인에이블 신호에 따라 증폭부의 활성화를 제어하는 증폭 활성화 제어부; 및 프리차지 인에이블 신호에 따라 출력단을 풀다운시키는 풀다운부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A phase change memory device of the present invention for achieving the above object includes a cell array including a phase change resistance element to read and write data; And a sense amplifier for comparing and amplifying the cell sensing voltage applied from the cell array and the reference voltage through the bit line, and the sense amplifier cancels coupling noise generated at the application terminal of the reference voltage during data read operation. First noise removing means for constantly controlling the reference voltage; And second noise removing means for constantly controlling the cell sensing voltage by canceling coupling noise generated in the bit line during the data read operation, wherein the first noise removing means includes a first MOS capacitor connected to an input terminal of a reference voltage. And the second noise removing means includes a second MOS capacitor connected to the bit line.
The present invention provides a cell array including a phase change resistance device to perform data read and write operations; And a sense amplifier for comparing and amplifying a cell sensing voltage applied from the cell array through a bit line and a reference voltage, wherein the sense amplifier cancels coupling noise generated in the bit line during a data read operation. Noise canceling means for controlling the constant and including a MOS capacitor connected to the bit line; An equalizer for precharging the output stage during the precharge period according to the precharge enable signal; A latch unit for latching data applied to both nodes of the sense amplifier according to an equalizing signal; An activation control unit controlling an activation of the latch unit according to the first sense amplifier enable signal; An amplifier for amplifying the voltage at the output terminal according to the cell sensing voltage and the reference voltage; An amplification activation control unit controlling an activation of the amplifying unit according to the second sense amplifier enable signal; And a pull-down unit which pulls down the output terminal according to the precharge enable signal.
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본 발명은 센스앰프의 동작시 커플링 노이즈를 제거하여 센싱 마진을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다. The present invention provides an effect of improving the coupling margin by removing the coupling noise during the operation of the sense amplifier.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 구성도이다. 5 is a configuration diagram illustrating a cell array of a phase change memory device according to the present invention.
본 발명은 복수개의 비트라인 BL1~BL4과 복수개의 워드라인 WL1~WL4이 교차하는 영역에 단위 셀 C을 포함한다. 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. 여기서, 다이오드 D는 PN 다이오드 소자로 이루어진다. The present invention includes a unit cell C in an area where a plurality of bit lines BL1 to BL4 and a plurality of word lines WL1 to WL4 intersect. The unit cell C includes a phase change resistance element PCR and a diode D. Here, the diode D is made of a PN diode element.
상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 다이오드 D의 P형 영역에 연결된다. 다이오드 D의 N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. One electrode of the phase change resistance element PCR is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected to the P-type region of the diode D. The N-type region of diode D is connected to wordline WL.
이러한 상 변화 메모리 장치는 리드 모드시 선택된 워드라인 WL에는 로우 전압이 인가된다. 그리고, 비트라인 BL에는 리드전압(Vread)이 인가되어 비트라인 BL, 상 변화 저항 소자 PCR 및 다이오드 D를 통해 세트(Set) 상태의 리드전류 Iset 또는 리셋 상태의 리드전류 Ireset가 워드라인 WL 쪽으로 흐르게 된다. In the phase change memory device, a low voltage is applied to the selected word line WL in the read mode. The read voltage Vread is applied to the bit line BL to cause the set current or the reset current Ireset to flow toward the word line WL through the bit line BL, the phase change resistance element PCR and the diode D. do.
센스앰프 S/A는 비트라인 BL을 통해 인가되는 셀 데이터를 감지하고 기준전압 REF과 비교하여 데이터 "1"과 데이터 "0"을 구별한다. 기준전압 REF 인가단에는 레퍼런스 전류 Iref가 흐르게 된다. 그리고, 라이트 구동부 W/D는 셀에 데이터를 라이트할 때 비트라인 BL에 라이트 데이터에 대응하는 구동 전압을 공급한다. The sense amplifier S / A senses cell data applied through the bit line BL and compares the data "1" with the data "0" by comparing with the reference voltage REF. The reference current Iref flows through the reference voltage REF applying end. The write driver W / D supplies a driving voltage corresponding to the write data to the bit line BL when writing data to the cell.
도 6은 도 5의 센스앰프 S/A에 관한 상세 회로도이다. FIG. 6 is a detailed circuit diagram of the sense amplifier S / A of FIG. 5.
센스앰프 S/A는 이퀄라이징부(100)와, 래치부(110)와, 활성화 제어부(120)와, 증폭부(130), 증폭 활성화 제어부(140), 풀다운부(150) 및 노이즈 제거부 CC1를 포함한다. The sense amplifier S / A includes an equalizing
여기서, 이퀄라이징부(100)는 PMOS트랜지스터 P1,P2를 포함한다. PMOS트랜지스터 P1는 전원전압 VDD 인가단과 노드 S1 사이에 연결된다. PMOS트랜지스터 P2는 전원전압 VDD 인가단과 노드 S2 사이에 연결된다. 그리고, PMOS트랜지스터 P1,P2는 공통 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다. Here, the equalizing
래치부(110)는 PMOS트랜지스터 P3,P4와, NMOS트랜지스터 N1~N3를 포함한다. PMOS트랜지스터 P3,P4와, NMOS트랜지스터 N1,N2는 크로스 커플드 연결된다. The
여기서, PMOS트랜지스터 P3와 NMOS트랜지스터 N1는 노드 S1과 NMOS트랜지스터 N4 사이에 직렬 연결되어 공통 게이트 단자가 출력단 SAOUT에 연결된다. PMOS트랜지스터 P4와 NMOS트랜지스터 N2는 노드 S2과 NMOS트랜지스터 N4 사이에 직렬 연결되어 공통 게이트 단자가 출력단 /SAOUT에 연결된다. NMOS트랜지스터 N3는 PMOS트랜지스터 P3,P4의 게이트 단자 사이에 연결되어 이퀄라이징 신호 SEQ에 의해 제어된다. Here, the PMOS transistor P3 and the NMOS transistor N1 are connected in series between the node S1 and the NMOS transistor N4 so that the common gate terminal is connected to the output terminal SAOUT. The PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N2 are connected in series between the node S2 and the NMOS transistor N4 so that the common gate terminal is connected to the output terminal / SAOUT. The NMOS transistor N3 is connected between the gate terminals of the PMOS transistors P3 and P4 and controlled by the equalizing signal SEQ.
활성화 제어부(120)는 NMOS트랜지스터 N4를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N4는 래치부(110)와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 센스앰프 인에이블 신호 SNE2가 인가된다. The
증폭부(130)는 NMOS트랜지스터 N5,N6를 포함한다. NMOS트랜지스터 N5는 노드 S1와 NMOS트랜지스터 N7 사이에 연결되어 게이트 단자가 비트라인 BL과 연결된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N6는 노드 S2와 NMOS트랜지스터 N7 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 기준전압 REF이 인가된다. The
증폭 활성화 제어부(140)는 NMOS트랜지스터 N7를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N7는 증폭부(130)와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 센스앰프 인에이블 신호 SNE1가 인가된다. The amplification
풀다운부(150)는 NMOS트랜지스터 N8,N9를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N8는 출력단 /SAOUT과 그라운드 전압 GND 인가단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N9는 출력단 SAOUT과 그라운드 전압 GND 인가단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다.The pull-down
노이즈 제거부 CC1는 기준전압 REF 인가단과 NMOS트랜지스터 N9의 게이트 단자 사이에 연결된 모스 커패시터를 포함한다. 여기서, 모스 커패시터는 NMOS 커패시터로 이루어진 것이 바람직하다. The noise canceller CC1 includes a MOS capacitor connected between the reference voltage REF applying terminal and the gate terminal of the NMOS transistor N9. Here, the MOS capacitor is preferably made of an NMOS capacitor.
도 7은 도 5의 센스앰프 S/A에 관한 다른 실시예이다. FIG. 7 is another embodiment of the sense amplifier S / A of FIG. 5.
센스앰프 S/A는 이퀄라이징부(200)와, 래치부(210)와, 활성화 제어부(220)와, 증폭부(230), 증폭 활성화 제어부(240), 풀다운부(250) 및 노이즈 제거부 CC2,CC3를 포함한다. The sense amplifier S / A includes an equalizing
여기서, 이퀄라이징부(200)는 PMOS트랜지스터 P5,P6를 포함한다. PMOS트랜지스터 P5는 전원전압 VDD 인가단과 노드 S1 사이에 연결된다. PMOS트랜지스터 P6는 전원전압 VDD 인가단과 노드 S2 사이에 연결된다. 그리고, PMOS트랜지스터 P5,P6는 공통 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다. Here, the equalizing
래치부(210)는 PMOS트랜지스터 P7,P8와, NMOS트랜지스터 N10~N12를 포함한다. PMOS트랜지스터 P7,P8와, NMOS트랜지스터 N10,N11는 크로스 커플드 연결된다. The
여기서, PMOS트랜지스터 P7와 NMOS트랜지스터 N10는 노드 S1과 NMOS트랜지스터 N13 사이에 직렬 연결되어 공통 게이트 단자가 출력단 SAOUT에 연결된다. PMOS트랜지스터 P8와 NMOS트랜지스터 N11는 노드 S2과 NMOS트랜지스터 N13 사이에 직렬 연결되어 공통 게이트 단자가 출력단 /SAOUT에 연결된다. NMOS트랜지스터 N12는 PMOS트랜지스터 P7,P8의 게이트 단자 사이에 연결되어 이퀄라이징 신호 SEQ에 의해 제어된다. Here, the PMOS transistor P7 and the NMOS transistor N10 are connected in series between the node S1 and the NMOS transistor N13 so that the common gate terminal is connected to the output terminal SAOUT. The PMOS transistor P8 and the NMOS transistor N11 are connected in series between the node S2 and the NMOS transistor N13 so that a common gate terminal is connected to the output terminal / SAOUT. The NMOS transistor N12 is connected between the gate terminals of the PMOS transistors P7 and P8 and controlled by the equalizing signal SEQ.
활성화 제어부(220)는 NMOS트랜지스터 N13를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N13는 래치부(210)와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 센스앰프 인에이블 신호 SNE2가 인가된다. The
증폭부(230)는 NMOS트랜지스터 N14,N15를 포함한다. NMOS트랜지스터 N14는 노드 S1와 NMOS트랜지스터 N16 사이에 연결되어 게이트 단자가 비트라인 BL과 연결 된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N15는 노드 S2와 NMOS트랜지스터 N16 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 기준전압 REF이 인가된다. The
증폭 활성화 제어부(240)는 NMOS트랜지스터 N16를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N16는 증폭부(230)와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 센스앰프 인에이블 신호 SNE1가 인가된다. The amplification
풀다운부(250)는 NMOS트랜지스터 N17,N18를 포함한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N17는 출력단 /SAOUT과 그라운드 전압 GND 인가단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N18는 출력단 SAOUT과 그라운드 전압 GND 인가단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 인에이블 신호 SPE가 인가된다.The pull-down
노이즈 제거부 CC2는 비트라인 BL과 NMOS트랜지스터 N17의 게이트 단자 사이에 연결된 모스 커패시터를 포함한다. 그리고, 노이즈 제거부 CC3는 기준전압 REF 인가단과 NMOS트랜지스터 N18의 게이트 단자 사이에 연결된 모스 커패시터를 포함한다. 여기서, 모스 커패시터는 NMOS 커패시터로 이루어진 것이 바람직하다. The noise canceller CC2 includes a MOS capacitor connected between the bit line BL and the gate terminal of the NMOS transistor N17. The noise removing unit CC3 includes a MOS capacitor connected between the reference voltage REF applying terminal and the gate terminal of the NMOS transistor N18. Here, the MOS capacitor is preferably made of an NMOS capacitor.
이러한 구성을 갖는 센스앰프 S/A의 동작 과정을 도 8의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. An operation process of the sense amplifier S / A having such a configuration will be described below with reference to the waveform diagram of FIG. 8.
먼저, t0 구간에서는 워드라인 WL 및 센스앰프 인에이블 신호 SNE1가 하이 레벨이 되어 NMOS트랜지스터 N7가 턴온된다. 그리고, 이퀄라이징 신호 SEQ가 하이 레벨이 되어 NMOS트랜지스터 N3이 턴온된다. First, in the t0 period, the word line WL and the sense amplifier enable signal SNE1 are at a high level, and the NMOS transistor N7 is turned on. Then, the equalizing signal SEQ becomes high level and the NMOS transistor N3 is turned on.
그리고, 프리차지 인에이블 신호 SPE 및 비트라인 BL이 하이 레벨 상태를 유 지한다. 이에 따라, NMOS트랜지스터 N8,N9가 턴온되어 노드 S2 및 출력단 SAOUT,/SAOUT이 모두 그라운드 전압 GND 레벨로 프리차지 및 이퀄라이징된다. 그리고, PMOS트랜지스터 P1,P2가 턴오프 상태를 유지하게 된다. The precharge enable signal SPE and the bit line BL maintain a high level state. As a result, the NMOS transistors N8 and N9 are turned on to precharge and equalize the node S2 and the output terminals SAOUT and / SAOUT to the ground voltage GND level. Then, the PMOS transistors P1 and P2 are maintained in a turn off state.
이후에, 리드신호 READ가 인에이블 되면, 리드 사이클 구간 t1에 진입하게 된다. 여기서, 리드 사이클 구간은 t1 구간 ~ t6 구간으로 설정하게 된다. 리드 구간 t2에 진입시 워드라인 WL이 로우 전압 레벨로 천이한다. 워드라인 WL이 로우 레벨로 활성화되면 셀에 센싱 전류가 흐르게 된다. Thereafter, when the read signal READ is enabled, the read cycle period t1 is entered. Here, the read cycle section is set to t1 section to t6 section. When entering the read period t2, the word line WL transitions to the low voltage level. When wordline WL is activated at a low level, sensing current flows through the cell.
이에 따라, 증폭부(130)에 센싱 전압이 인가되어 비트라인 BL에 셀 센싱 전압이 인가된다. 그리고, 레퍼런스 노드에 기준전압 REF이 인가된다. 따라서, 증폭부(130)는 비트라인 BL과 기준전압 REF에 인가되는 전압을 비교 및 증폭하게 된다. Accordingly, the sensing voltage is applied to the
이후에, t3 구간에서는 프리차지 인에이블 신호 SPE가 로우 전압 레벨로 천이하여 이퀄라이징 동작을 중지하게 된다. 이에 따라, NMOS트랜지스터 N8,N9가 턴오프된다. 그리고, 센싱 로드 전류 소자인 PMOS트랜지스터 P1,P2가 턴온되어 노드 S1,S2에 전원전압 VDD이 공급된다. Thereafter, in the period t3, the precharge enable signal SPE transitions to the low voltage level to stop the equalizing operation. Accordingly, the NMOS transistors N8 and N9 are turned off. The PMOS transistors P1 and P2 which are sensing load current devices are turned on to supply the power supply voltage VDD to the nodes S1 and S2.
따라서, 노드 S1,S2에 1차 증폭 전류를 공급하게 되어, 노드 S1,S2의 전압 레벨이 상승하게 된다. 즉, NMOS트랜지스터 N13,N14의 전류 차에 의해 노드 S1,S2에 1차 증폭 전압이 발생 된다. 이에 따라, 출력단 SAOUT을 통해 기준전압 REF과 데이터 "0"을 구분하게 되고, 출력단 /SAOUT을 통해 데이터 "1"을 구분하게 된다. Therefore, the primary amplification current is supplied to the nodes S1, S2, and the voltage levels of the nodes S1, S2 increase. That is, the primary amplification voltage is generated at the nodes S1 and S2 by the current difference between the NMOS transistors N13 and N14. Accordingly, the reference voltage REF and the data "0" are distinguished through the output terminal SAOUT, and the data "1" is distinguished through the output terminal / SAOUT.
이때, 프리차지 인에이블 신호 SPE가 로우 전압 레벨로 활성화될 경우 기준 전압 REF이 입력되는 NMOS트랜지스터 N6의 드레인 전압 및 노드 S2가 전원전압 VDD 레벨이 된다. 여기서, 노드 S2와 프리차지 인에이블 신호 SPE의 전압 레벨은 그 위상이 반대이다. At this time, when the precharge enable signal SPE is activated at the low voltage level, the drain voltage of the NMOS transistor N6 to which the reference voltage REF is input and the node S2 become the power supply voltage VDD level. Here, the voltage levels of the node S2 and the precharge enable signal SPE are opposite in phase.
노이즈 제거부 CC1의 한쪽 전극은 기준전압 REF 인가단에 연결되고, 다른 한쪽 전극은 프리차지 인에이블 신호 SPE의 인가단 사이에 연결된다. 이에 따라, 프리차지 인에이블 신호 SPE가 하이 레벨을 유지하게 될 경우 NMOS트랜지스터 N8,N9가 턴온되어 출력단 SAOUT,/SAOUT이 그라운드 전압 GND 레벨로 풀다운 된다. One electrode of the noise removing unit CC1 is connected to the reference voltage REF applying end, and the other electrode is connected between the applying end of the precharge enable signal SPE. Accordingly, when the precharge enable signal SPE maintains a high level, the NMOS transistors N8 and N9 are turned on, and the output terminals SAOUT and / SAOUT are pulled down to the ground voltage GND level.
반면에, 프리차지 인에이블 신호 SPE가 로우 레벨로 천이할 경우 노드 S2가 전원전압 레벨이 되어 노이즈의 영향을 받게 된다. 이에 따라, 도 9와 같이 기준전압 REF의 레벨이 t3,t4 구간에서 순간적으로 상승하게 되어 기준전압 REF이 센싱 동작 영역을 벗어나게 된다. On the other hand, when the precharge enable signal SPE transitions to a low level, the node S2 becomes a power supply voltage level and is affected by noise. Accordingly, as shown in FIG. 9, the level of the reference voltage REF rises momentarily in the period t3 and t4 so that the reference voltage REF leaves the sensing operation region.
이때, 본 발명은 노이즈 제거부 CC1에 따라 기준전압 REF의 레벨을 낮춰주게 되어 도 8에서와 같이 일정한 기준전압 REF이 입력되도록 한다. 즉, t3,t4 구간에서 일시적으로 상승된 기준전압 REF이 노이즈 제거부 CC1에 의해 상쇄되도록 하여 일정한 기준전압 REF이 되도록 제어한다. At this time, the present invention lowers the level of the reference voltage REF according to the noise removing unit CC1 so that a constant reference voltage REF is input as shown in FIG. 8. That is, the reference voltage REF temporarily raised in the period t3, t4 is canceled by the noise canceller CC1 to control the constant reference voltage REF.
여기서, 노이즈 제거부 CC1의 용량(Capacitance)은 노드 S2가 기준전압 REF 인가단에 유기되는 노이즈 전압과 동일한 전압 값을 가지며 반대 위상을 갖도록 설정되는 것이 바람직하다. Here, the capacitance of the noise removing unit CC1 is preferably set such that the node S2 has the same voltage value as that of the noise voltage induced at the reference voltage REF applying terminal and has the opposite phase.
한편, 도 7의 실시예의 경우 프리차지 인에이블 신호 SPE가 로우 전압 레벨로 활성화될 경우 비트라인 BL의 셀 센싱 전압이 입력되는 NMOS트랜지스터 N14의 드레인 전압 및 노드 S1가 전원전압 VDD 레벨이 된다. 여기서, 노드 S1와 프리차지 인에이블 신호 SPE의 전압 레벨은 그 위상이 반대이다. Meanwhile, in the embodiment of FIG. 7, when the precharge enable signal SPE is activated at the low voltage level, the drain voltage of the NMOS transistor N14 and the node S1 to which the cell sensing voltage of the bit line BL is input become the power supply voltage VDD level. Here, the voltage levels of the node S1 and the precharge enable signal SPE are opposite in phase.
노이즈 제거부 CC2의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 프리차지 인에이블 신호 SPE의 인가단 사이에 연결된다. 이에 따라, 프리차지 인에이블 신호 SPE가 하이 레벨을 유지하게 될 경우 NMOS트랜지스터 N17,N18가 턴온되어 출력단 SAOUT,/SAOUT이 그라운드 전압 GND 레벨로 풀다운 된다. One electrode of the noise removing unit CC2 is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected between the applying ends of the precharge enable signal SPE. Accordingly, when the precharge enable signal SPE maintains the high level, the NMOS transistors N17 and N18 are turned on, and the output terminals SAOUT and / SAOUT are pulled down to the ground voltage GND level.
반면에, 프리차지 인에이블 신호 SPE가 로우 레벨로 천이할 경우 노드 S1가 전원전압 레벨이 되어 노이즈의 영향을 받게 된다. 이에 따라, 비트라인 BL의 전압 레벨이 t3,t4 구간에서 순간적으로 상승하게 된다. On the other hand, when the precharge enable signal SPE transitions to a low level, the node S1 becomes a power supply voltage level and is affected by noise. As a result, the voltage level of the bit line BL rises instantaneously in the period t3, t4.
이때, 본 발명은 노이즈 제거부 CC2에 따라 비트라인 BL의 전압 레벨을 낮춰주게 되어 도 8에서와 같이 일정한 비트라인 BL 전압이 입력되도록 한다. 즉, t3,t4 구간에서 일시적으로 상승된 비트라인 BL 전압이 노이즈 제거부 CC2에 의해 상쇄되도록 하여 안정적인 비트라인 BL 전압이 되도록 제어한다. In this case, the present invention lowers the voltage level of the bit line BL according to the noise removing unit CC2 so that a constant bit line BL voltage is input as shown in FIG. 8. That is, the bit line BL voltage temporarily raised in the period t3, t4 is canceled by the noise canceller CC2 to control the stable bit line BL voltage.
여기서, 노이즈 제거부 CC2의 용량(Capacitance)은 노드 S1가 비트라인 BL에 유기되는 노이즈 전압과 동일한 전압 값을 가지며 반대 위상을 갖도록 설정되는 것이 바람직하다. Here, the capacitance of the noise removing unit CC2 is preferably set such that the node S1 has the same voltage value as that of the noise voltage induced on the bit line BL and has the opposite phase.
다음에, t4 구간에서는 이퀄라이징 신호 SEQ가 로우 전압 레벨로 천이한다. 이에 따라, NMOS트랜지스터 N3가 턴오프되어 PMOS트랜지스터 P3,P4의 게이트 간의 연결이 차단된다. Next, in the period t4, the equalizing signal SEQ shifts to the low voltage level. Accordingly, the NMOS transistor N3 is turned off to disconnect the gates of the PMOS transistors P3 and P4.
다음에, t5 구간에서는 센스앰프 인에이블 신호 SNE2가 하이 레벨로 천이하 게 된다. 이에 따라, NMOS트랜지스터 N4가 턴온되어 래치부(110)가 증폭 동작을 수행하게 된다. Next, in the period t5, the sense amplifier enable signal SNE2 transitions to the high level. Accordingly, the NMOS transistor N4 is turned on so that the
이어서, t6 구간에서는 센스앰프 인에이블 신호 SNE1가 로우 전압 레벨로 천이하여 NMOS트랜지스터 N5,N6에 흐르던 전류가 차단된다. 이에 따라, 노드 S1,S2 단자는 완전한(Full) CMOS 레벨로 상승하게 된다. Subsequently, in the period t6, the sense amplifier enable signal SNE1 transitions to a low voltage level to cut off current flowing through the NMOS transistors N5 and N6. Accordingly, the nodes S1 and S2 are raised to the full CMOS level.
그리고, 센스앰프 인에이블 신호 SNE2가 하이 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, NMOS트랜지스터 N7가 턴오프되고, 2차 증폭부인 NMOS트랜지스터 N1,N2 및 PMOS트랜지스터 P3,P4가 동작하게 된다. 따라서, 노드 S2 및 출력단 SAOUT,/SAOUT의 전압 레벨이 증폭되어 완전한(Full) CMOS 레벨의 데이터가 출력된다. The sense amplifier enable signal SNE2 is maintained at a high level. Accordingly, the NMOS transistor N7 is turned off, and the NMOS transistors N1, N2 and the PMOS transistors P3, P4, which are secondary amplifiers, operate. Therefore, the voltage levels of the node S2 and the output terminals SAOUT, / SAOUT are amplified to output data of a full CMOS level.
이때, 셀의 데이터 전압이 기준전압 REF 보다 작으므로 출력단 SAOUT이 로우 전압 레벨로 출력된다. 그리고, 셀의 데이터 전압이 기준전압 REF 보다 크므로 출력단 /SAOUT이 하이 전압 레벨로 출력된다. At this time, since the data voltage of the cell is smaller than the reference voltage REF, the output terminal SAOUT is output at a low voltage level. Since the data voltage of the cell is greater than the reference voltage REF, the output terminal / SAOUT is output at a high voltage level.
이후에, 프리차지 구간 t7에서는 워드라인 WL, 센스앰프 인에이블 신호SNE1, 이퀄라이징 신호 SEQ 및 프리차지 인에이블 신호 SPE가 하이 레벨로 천이되고, 센스앰프 인에이블 신호 SNE2가 로우 전압 레벨로 천이된다. 그리고, 비트라인 BL으로부터 셀 센싱 전압이 인가되지 않게 되어 노드 S2 및 출력단 SAOUT,/SAOUT이 로우 전압 레벨로 천이하게 된다. Thereafter, in the precharge period t7, the word line WL, the sense amplifier enable signal SNE1, the equalizing signal SEQ, and the precharge enable signal SPE transition to a high level, and the sense amplifier enable signal SNE2 transition to a low voltage level. The cell sensing voltage is not applied from the bit line BL, so that the node S2 and the output terminal SAOUT, / SAOUT transition to a low voltage level.
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항 소자를 설명하기 위한 도면. 1A and 1B are diagrams for explaining a conventional phase change resistance element.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면. 3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
도 4는 종래의 상 변화 메모리 장치에서 센스앰프의 동작에 관련된 커플링 노이즈의 영향을 설명하기 위한 도면. 4 is a diagram for explaining the influence of coupling noise related to the operation of a sense amplifier in a conventional phase change memory device.
도 5는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 구성도. 5 is a block diagram of a cell array of a phase change memory device according to the present invention;
도 6은 도 5의 센스앰프에 관한 상세 회로도. FIG. 6 is a detailed circuit diagram of the sense amplifier of FIG. 5. FIG.
도 7은 도 5의 센스앰프에 관한 다른 실시예. 7 is another embodiment of the sense amplifier of FIG.
도 8 및 도 9는 도 6 및 도 7의 센스앰프의 동작과정을 설명하기 위한 동작 타이밍도. 8 and 9 are operation timing diagrams for describing an operation process of the sense amplifiers of FIGS. 6 and 7.
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