KR101016958B1 - Multi Port Phase Change Memory Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상변화 메모리 셀 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 멀티 포트 상변화 메모리 장치는 2 개 이상의 워드라인 및 비트라인; 상기 워드라인과 비트라인에 연결되는 2 개 이상의 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자들에 공통으로 연결되는 상변화 물질;이 구비되어 하나의 메모리 셀을 형성하되, 상기 스위칭 소자들은 각각의 포트에 대응되는 동작 제어 명령에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a phase change memory cell structure, wherein a multi-port phase change memory device according to the present invention comprises at least two word lines and a bit line; Two or more switching elements connected to the word line and the bit line; And a phase change material commonly connected to the switching elements to form one memory cell, wherein the switching elements are controlled by an operation control command corresponding to each port.
멀티 포트, 상변화 메모리, 엔모스 트랜지스터, 다이오드 Multi-Port, Phase Change Memory, NMOS Transistors, Diodes
Description
도 1은 통상적인 상변화 메모리 셀을 구성하는 상변화 물질의 상태변화를 보여주는 도면1 is a view showing a state change of a phase change material constituting a conventional phase change memory cell
도 2는 도 1에 보여지는 상변화 물질의 시간 대 온도에 따른 상변화 특성 그래프FIG. 2 is a graph of phase change characteristics according to time versus temperature of the phase change material shown in FIG. 1.
도 3은 도 1의 상변화 메모리 셀을 제1, 제 2 저항상태로 변화시키기 위한 전류펄스의 파형들을 보여주는 도면FIG. 3 is a diagram illustrating waveforms of current pulses for changing the phase change memory cell of FIG. 1 to first and second resistance states. FIG.
도 4는 통상적인 상변화 메모리 장치의 블록도4 is a block diagram of a conventional phase change memory device.
도 5는 도 4에 따른 장치에서의 셀 어레이를 상세하게 나타낸 도면FIG. 5 shows in detail the cell array in the apparatus according to FIG. 4; FIG.
도 6은 본 발명의 일 실시예로써 듀얼 포트 상변화 메모리의 셀 구성도6 is a diagram illustrating a cell configuration of a dual port phase change memory according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 도 6의 셀들의 집합으로 이루어진 셀 어레이는 나타낸 구성도FIG. 7 is a diagram illustrating a cell array including a set of cells in FIG. 6.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로써 멀티 포트 상변화 메모리의 셀 구성도8 is a cell diagram illustrating a multi-port phase change memory according to another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 듀얼 포트 상변화 메모리의 셀 구성도9 is a cell diagram illustrating a dual port phase change memory in accordance with still another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 멀티 포트 상변화 메모링의 셀 구성도10 is a cell diagram of a multi-port phase change memorization showing another embodiment of the present invention.
본 발명은 메모리 장치에 관한 것으로서, 특히 상변화 메모리 셀 구조에 관한 것이다. The present invention relates to a memory device, and more particularly to a phase change memory cell structure.
통상적으로, 상변화 물질(phase change material)을 두 물리적 상태들 중의 하나로 세팅하는 것에 의해, 상변화 물질로 구성된 상변화 메모리 셀내에 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들면, 상변화 물질의 제 1 물리적 상태는 고 저항상태를 포함할 수 있고, 제 2 물리적 상태는 저 저항상태를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고 저항상태가 바이너리 1을 표현하는 경우에 저 저항상태는 바이너리 0을 표현할 수 있다.Typically, by setting a phase change material to one of two physical states, data can be stored in a phase change memory cell comprised of a phase change material. For example, the first physical state of the phase change material may comprise a high resistance state and the second physical state may comprise a low resistance state. Here, when the high resistance state represents binary 1, the low resistance state may represent binary 0.
상변화 메모리 셀을 복수로 가지는 메모리 셀 어레이를 포함하는 상변화 메모리 장치가 상기 전자적 시스템 내에 채용될 경우에, 상변화 메모리 장치에 전원의 공급이 중단된 경우에도 상기 상변화 메모리 장치내의 메모리 셀에 저장된 데이터는 상변화 물질의 특성에 기인하여 멸실되지 않는다. 즉, 상기 상변화 메모리 장치는 디램과는 달리 불휘발성 메모리인 것이다. 더구나, 고속 동작 및 저소비 전력 특성은 상기 상변화 메모리 장치가 갖는 또 다른 장점으로 부각된다.When a phase change memory device including a memory cell array having a plurality of phase change memory cells is employed in the electronic system, even when power supply to the phase change memory device is interrupted, Stored data is not lost due to the nature of the phase change material. That is, the phase change memory device is a nonvolatile memory unlike a DRAM. Moreover, high speed operation and low power consumption characteristics are another advantage of the phase change memory device.
도 1은 상변화 물질의 단면도를 나타낸 것이다. 1 shows a cross-sectional view of a phase change material.
상변화 물질은 상부전극(2)과 하부전극(6) 사이에 상변화 물질(4)이 위치하는 구조로 되어 있다. 상기 상변화 물질(4)은 온도 및 히팅시간에 따라 상(phase) 이 결정(crystalline) 또는 비정질(amorphous)상태로 변화됨으로써 저항값이 변화된다. 즉, 상 변화 저항(phase change Resistor, PCR) 소자가 된다. 상기 PCR은 AgInSbTe, GexSbyTez 등으로 구성될 수 있다.The phase change material has a structure in which the
상기 상변화 물질에 액세스 트랜지스터(NT)를 연결하면, 하나의 상변화 메모리 셀이 구성될 수 있다. 여기서, 상기 억세스 트랜지스터(NT)의 게이트는 메모리 셀 어레이의 행을 이루는 워드라인(WL)과 연결될 수 있으며, 상기 가변 저항체(PCR)의 일단은 메모리 셀 어레이의 열을 구성하는 비트라인(BL)과 연결될 수 있다. 한편, 상기 가변 저항체(R)는 비트라인과 연결되어 있지만, 경우에 따라 상기 억세스 트랜지스터(NT)의 소스 단자와 기준전압 라인(GND)사이에 연결될 수도 있다.When the access transistor NT is connected to the phase change material, one phase change memory cell may be configured. The gate of the access transistor NT may be connected to a word line WL forming a row of a memory cell array, and one end of the variable resistor PCR forms a bit line BL of a column of a memory cell array. It can be connected with. The variable resistor R is connected to the bit line, but may be connected between the source terminal of the access transistor NT and the reference voltage line GND.
상기 상변화 물질로 이루어진 가변 저항체(R)에 하나의 액세스 트랜지스터(NT)를 연결하면, 하나의 상변화 메모리 셀이 구성될 수 있다. 여기서, 상기 액세스 트랜지스터(NT)의 게이트는 메모리 셀 어레이의 행을 이루는 워드라인(WL)과 연결될 수 있으며, 상기 가변 저항체(R)의 일단은 메모리 셀 어레이의 열을 구성하는 비트라인(BL)과 연결될 수 있다.When one access transistor NT is connected to the variable resistor R made of the phase change material, one phase change memory cell may be configured. The gate of the access transistor NT may be connected to a word line WL forming a row of a memory cell array, and one end of the variable resistor R forms a bit line BL forming a column of a memory cell array. It can be connected with.
한편, 상기 가변 저항체(R)는 비트라인과 연결되어 있지만, 사안이 다를 경우에 상기 가변 저항체(R)는 상기 액세스 트랜지스터(NT)의 소오스 단자와 기준전압 라인(GND)사이에 연결될 수도 있다.On the other hand, the variable resistor R is connected to a bit line, but when the case is different, the variable resistor R may be connected between the source terminal of the access transistor NT and the reference voltage line GND.
도 2에는 도 1에 보여지는 상변화 물질(PCR)의 시간 대 온도에 따른 상변화 특성이 도시된다. 도면에서, 가로축은 시간(time)을 나타내며, 세로축은 온도(T)를 나타낸다. 상기 상변화 물질(PCR)의 비정질화 상태는 상변화 물질(PCR)을 용융점(Tm: melting temperature) 이상으로 가열한 후, 급속히 냉각시키는 것에 의해 달성된다. 또한 결정화 상태는, 그래프 참조부호들(22,20,24)을 따라 나타나는 바와 같이, 상기 상변화 물질(GST)을 일정시간동안 결정화 온도(Tx: crystallization temperature) 이상으로 가열한 후, 냉각시키는 것에 의해 달성된다.FIG. 2 shows the phase change characteristics with time versus temperature of the phase change material (PCR) shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature (T). The amorphous state of the phase change material (PCR) is achieved by heating the phase change material (PCR) above the melting point (Tm: melting temperature) and then rapidly cooling it. In addition, the crystallization state, as shown along the graph reference numerals (22, 20, 24), and after cooling the phase change material (GST) above the crystallization temperature (Tx: crystallization temperature) for a predetermined time, Is achieved by
도 2의 상변화 특성 그래프들에서 비정질화 및 결정화를 위해 인가되어야 할 전류 펄스의 파형들이 고려될 수 있는데, 이는 도 3에 보여진다.In the phase change characteristic graphs of FIG. 2, the waveforms of the current pulses to be applied for amorphous and crystallization can be considered, which is shown in FIG. 3.
상기 도면에서 가로축은 시간(time)을 나타내며, 세로축은 전류(I)를 나타낸다. 전류의 세기를 비교시, 리셋 전류 펄스(G1)의 레벨은 셋 전류 펄스(G2)의 레벨보다 높다. 전류의 인가시간을 비교시, 셋 전류 펄스(G2)의 인가시간은 리셋 전류 펄스(G1)의 인가시간보다 상대적으로 길다. 상기 도 3의 리셋 전류 펄스(G1)와 셋 전류 펄스(G2)는 라이트 동작 모드에서 바이너리 1 또는 바이너리 0을 저장하기 위해 상변화 메모리 셀에 인가되어야 하는 라이트 전류를 의미한다. 결국, 상기 상변화 물질은 전류의 세기(magnitude) 및 전류의 인가 시간에 따라 발생되는 주울 열(joule heating)에 의해 셋 또는 리셋 상태가 결정된다.In the figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current I. In comparing the intensities of the currents, the level of the reset current pulse G1 is higher than the level of the set current pulse G2. When comparing the application time of the current, the application time of the set current pulse G2 is relatively longer than the application time of the reset current pulse G1. The reset current pulse G1 and the set current pulse G2 of FIG. 3 mean a write current to be applied to the phase change memory cell in order to store binary 1 or binary 0 in the write operation mode. As a result, the phase change material is set or reset by a joule heating generated according to the magnitude of the current and the application time of the current.
도 4는 통상적인 상변화 메모리 장치의 라이트 동작관련 블록도이다. 도면을 참조하면, 행(X)어드레스 버퍼들(110_1,110_2), 프리 디코더(120), 메인 디코더(140), 데이터 입력버퍼(111), 라이트 드라이버(130), 컬럼(Y) 패스 및 컬럼(Y) 디코더(150), 및 상변화 메모리 셀 어레이(160)로 구성된 와이어링 관계가 보인다. 상기 도 4의 장치 내의 회로블록들은 통상적인 디램(DRAM)이 갖는 회로 기능 블록 들과 매우 유사하다. 그러나, 상기 상변화 메모리 셀 어레이(160)내의 상변화 물질(PCR)의 특성에 기인하여 상기 도 4내의 라이트 드라이버(130) 및 상변화 메모리 셀 어레이(160)는 디램의 대응되는 블록들과는 세부적 구성 및 동작 측면에서 다르다.4 is a block diagram illustrating a write operation of a conventional phase change memory device. Referring to the drawings, the row (X) address buffers 110_1 and 110_2, the
도 4의 메모리 셀 어레이(160)내의 첫 번째 워드라인(WLi)과 첫 번째 비트라인(BLi)사이에 연결된 상변화 메모리 셀에 라이트 데이터(DATA)를 저장하는 경우라고 가정하면, 메인 디코더(140)의 로우 디코딩 동작에 의해 상기 첫 번째 워드라인(WLi)이 활성화된다. 한편, 컬럼 패스 및 컬럼 디코더(150)의 컬럼 디코딩 동작에 의해 상기 첫 번째 비트라인(BLi)이 선택된다. 한편, 데이터 입력 버퍼(111)의 입력단(DIN)을 통해 인가되는 상기 라이트 데이터(DATA)는 라이트 드라이버(130)에 제공된다. 상기 라이트 드라이버(130)는 상기 라이트 데이터(DATA)가 논리 1인 경우에 도 3에서 보이는 리셋전류 펄스(G1)를 리셋 제어 펄스(RESET_C0N_PULSE)의 펄스 폭(width) 만큼 섹션 데이터 라인(SDL)에 라이트 전류로서 인가한다. 상기 리셋 전류 펄스(G1)가 상기 첫 번째 비트라인(BLi)에 인가되면, 선택된 상변화 메모리 셀의 상변화 물질(PCR)은 리셋된다. 결국, 리셋된 메모리 셀은 고저항 상태를 가지므로, 데이터 1을 저장하고 있는 메모리 셀로서 기능할 수 있다.Assuming that the write data DATA is stored in a phase change memory cell connected between the first word line WLi and the first bit line BLi in the
한편, 상기 라이트 드라이버(130)는 상기 라이트 데이터(DATA)가 논리 0인 경우에 도 3에 도시된 것과 같은 셋 전류 펄스(G2)를 셋 제어 펄스(SET_CON_ PULSE)의 펄스 폭 만큼 상기 섹션 데이터 라인(SDL)에 라이트 전류로서 인가한다. 셋 전류 펄스(G1)가 상기 첫 번째 비트라인(BLi)에 인가되면, 선택된 상변화 메모 리 셀의 상변화 물질(PCR)은 셋(SET) 상태가 된다. 결국, 셋된 메모리 셀은 상대적으로 저저항 상태를 가지므로, 데이터 0을 저장하고 있는 메모리 셀로서 기능한다.Meanwhile, when the write data DATA is logic 0, the
도 5는 상기 도 4의 상변화 메모리 소자의 셀 어레이(160) 구조를 상세히 나타낸 것이다. 5 illustrates the structure of the
도시된 것과 같이 종래의 상변화 메모리 장치에서는 하나의 상변화 물질(PCR)에 하나의 스위칭 소자(D)만이 연결되어 있다. 즉, 상기 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극은 비트라인에 연결되고 다른 쪽 전극은 PN다이오드의 P형에 연결되며, PN다이오드의 N형은 워드라인에 연결된다. As illustrated, in the conventional phase change memory device, only one switching element D is connected to one phase change material PCR. That is, one electrode of the phase change material PCR is connected to the bit line, the other electrode is connected to the P type of the PN diode, and the N type of the PN diode is connected to the word line.
이러한 종래의 메모리 셀 구조에서는 하나의 비트라인과 워드라인에 하나의 상변화 물질이 연결되어 듀얼 포트나 멀티 포트를 구성하는 것일 불가능하였다. In such a conventional memory cell structure, it is impossible to configure a dual port or a multi port by connecting one phase change material to one bit line and a word line.
따라서 메모리 셀의 데이터를 2개의 인터페이스를 이용해 동시에 액세스하는 것이 불가능하였고, 데이터를 효율적으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다. Therefore, it is impossible to simultaneously access the data of the memory cell using two interfaces, and there is a problem in that the data cannot be used efficiently.
본 발명은 멀티 포트 구성이 가능한 상변화 메모리 셀 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a phase change memory cell structure capable of a multi-port configuration.
또한, 본 발명은 복수개의 포트를 이용하여 각 포트들을 독립적으로 제어하여 라이트(write) 및 리트(read) 동작을 수행할 수 있는 상변화 메모리 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a phase change memory cell capable of performing write and read operations by independently controlling each port using a plurality of ports.
또한, 본 발명은 복수개의 포트를 이용하여 각각 다른 동작인 라이트 및 리 드 동작을 수행할 수 있는 상변화 메모리 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a phase change memory cell capable of performing write and read operations, which are different operations using a plurality of ports.
본 발명에 따른 멀티 포트 상변화 메모리 장치는2 개 이상의 워드라인 및 비트라인; 상기 워드라인과 비트라인에 연결되는 2 개 이상의 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자들에 공통으로 연결되는 상변화 물질;이 구비되어 하나의 메모리 셀을 형성하되, 상기 스위칭 소자들은 각각의 포트에 대응되는 동작 제어 명령에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다. A multi-port phase change memory device according to the present invention includes two or more word lines and bit lines; Two or more switching elements connected to the word line and the bit line; And a phase change material commonly connected to the switching elements to form one memory cell, wherein the switching elements are controlled by an operation control command corresponding to each port.
상기 스위칭 소자들은 하나가 온 될 때 나머지 스위칭 소자는 오프 되는 것을 특징으로 한다. The switching elements are characterized in that the other switching element is turned off when one is on.
상기 스위칭 소자는 엔모스 트랜지스터이고, 상기 엔모스 트랜지스터의 게이트단은 워드라인에 연결되고, 드레인단은 비트라인에 연결되고, 소스단은 상기 상변화 물질의 일측에 연결되는 것이 바람직하다. Preferably, the switching element is an NMOS transistor, a gate terminal of the NMOS transistor is connected to a word line, a drain terminal is connected to a bit line, and a source terminal is connected to one side of the phase change material.
상기 워드라인 및 비트라인은 포트의 수와 동일하게 구비되는 것이 바람직하다. The word line and the bit line are preferably provided equal to the number of ports.
상기 상변화 물질의 타측에는 전원전압 라인 또는 접지전압 라인이 연결될 수 있다. A power supply line or a ground voltage line may be connected to the other side of the phase change material.
또한, 본 발명에 따른 멀티 포트 상변화 메모리 장치는 2 개 이상의 워드라인 및 비트라인; 상기 워드라인 및 비트라인에 연결되는 다이오드 쌍으로 이루어진 2 개 이상의 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자들에 공통으로 연결되는 상변화 물질;이 구비되어 하나의 메모리 셀을 형성하되, 상기 스위칭 소자들은 각각의 포트에 대응되는 동작 제어 명령에 의해 제어된다. In addition, the multi-port phase change memory device according to the present invention includes at least two word lines and bit lines; At least two switching elements comprising a diode pair connected to the word line and the bit line; And a phase change material commonly connected to the switching elements to form one memory cell, wherein the switching elements are controlled by an operation control command corresponding to each port.
상기 스위칭 소자들은 하나가 온 될 때는 나머지 스위칭 소자는 오프된다. The switching elements are turned off when one is on.
상기 다이오드 쌍은 애노드가 상기 비트라인에 연결되고 캐소드가 상기 상변화 물질에 연결된 제 1 다이오드; 및 애노드가 상변화 물질에 연결되고 캐소드가 상기 워드라인에 연결된 제 2 다이오드가 될 수 있다. The diode pair includes a first diode having an anode connected to the bit line and a cathode connected to the phase change material; And a second diode having an anode connected to the phase change material and a cathode connected to the word line.
상기 워드라인 및 비트라인의 수는 포트의 수와 동일하게 구비되는 것이 바람직하다.The number of word lines and bit lines is preferably equal to the number of ports.
또한, 본 발명에 따른 멀티 포트 상변화 메모리 장치는 제 1 포트에 연결되고 서로 직각으로 교차하는 제 1 워드라인 및 제 1 비트라인; 제 2 포트에 연결되고 서로 직각으로 교차하는 제 2 워드라인 및 제 2 비트라인; 상기 제 1 비트라인 및 제 1 워드라인에 각각 연결된 제 1 및 제 2 다이오드; 상기 제 2 비트라인 및 제 2 워드라인에 각각 연결된 제 3 및 제 4 다이오드; 및 상기 제 1 및 제 3 다이오드와 연결되어 제 1 스토리지 노드를 형성하고 상기 제 2 및 제 4 다이오드와 연결되어 제 2 스토리지 노드를 형성하는 상변화 물질;이 구비되어 하나의 셀을 형성하는 것이 바람직하다. In addition, the multi-port phase change memory device according to the present invention includes: a first word line and a first bit line connected to the first port and crossing each other at right angles; A second word line and a second bit line connected to the second port and crossing each other at right angles; First and second diodes connected to the first bit line and the first word line, respectively; Third and fourth diodes connected to the second bit line and the second word line, respectively; And a phase change material connected to the first and third diodes to form a first storage node and connected to the second and fourth diodes to form a second storage node. Do.
여기서, 상기 제 1 다이오드의 애노드는 제 1 비트라인에 연결되고 캐소드는 상기 제 1 스토리지 노드에 연결되는 것이 이 바람직하다.Here, it is preferable that the anode of the first diode is connected to the first bit line and the cathode is connected to the first storage node.
여기서, 상기 제 2 다이오드의 캐소드는 제 1 워드라인에 연결되고 애노드는 제 2 스토리지 노드에 연결되는 것이 바람직하다. Here, the cathode of the second diode is preferably connected to the first word line and the anode is connected to the second storage node.
여기서, 상기 제 3 다이오드의 애노드는 제 2 비트라인에 연결되고 애노드는 제 1 스토리지 노드에 연결되는 것이 바람직하다.Here, the anode of the third diode is preferably connected to the second bit line and the anode is connected to the first storage node.
여기서, 상기 제 4 다이오드의 캐소드는 제 2 워드라인에 연결되고 애노드는 제 2 스토리지 라인에 연결되는 것이 바람직하다.Here, the cathode of the fourth diode is preferably connected to the second word line and the anode is connected to the second storage line.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 살펴보기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 6는 본 발명의 일 실시예로써 듀얼 포트 상변화 메모리의 셀 구성을 도시한 것이다. FIG. 6 illustrates a cell configuration of a dual port phase change memory according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 메모리 셀은 두 개의 워드 라인에 의해 구동되는 두 개의 NMOS 트랜지스터(T_P1, T_P2)와 한 개의 상변화 물질(10)로 구성된다. The memory cell according to the present exemplary embodiment includes two NMOS transistors T_P1 and T_P2 and one
제 1 포트(미도시)에는 제 1 워드라인(WL_P1)과 제 1 비트라인(BL_P1)이 연결되고 제 2 포트(미도시)에는 제 2 워드라인(WL_P2)과 제 2 비트라인(BL_P2)이 연결된다. The first word line WL_P1 and the first bit line BL_P1 are connected to the first port (not shown), and the second word line WL_P2 and the second bit line BL_P2 are connected to the second port (not shown). Connected.
제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 게이트는 제 1 포트(미도시)에 의해 제어되는 제 1워드라인(WL_P1)에 연결된다. 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 드레인단은 제 1 비트라인(BL_P1)에 연결되고 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 소스단에는 상변화 물질(10)의 한 쪽 전극이 연결되어 노드(Storage Node, SN)를 형성한다.The gate of the first NMOS transistor T_P1 is connected to a first word line WL_P1 controlled by a first port (not shown). A drain terminal of the first NMOS transistor T_P1 is connected to a first bit line BL_P1 and one electrode of a
제 2 NMOS 트랜지스터(T_P2)의 게이트는 제 2 포트(미도시)에 의해 제어되는 제 2 워드라인(WL_P2)에 연결된다. 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(T_P2)의 드레인단은 제 2 비트라인(BL_P2)에 연결되고 소스단에는 상기 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극 이 연결된다. The gate of the second NMOS transistor T_P2 is connected to a second word line WL_P2 controlled by a second port (not shown). A drain terminal of the second NMOS transistor T_P2 is connected to the second bit line BL_P2 and one electrode of the phase change material PCR is connected to a source terminal.
즉, 상기 상변화 물질의 한 쪽 전극은 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터의 소스단에 공통으로 연결되어 스토리지 노드를 형성하고 다른 한쪽 전극은 소스 라인에 연결된다. 상기 소스라인의 주기능은 액티브(active) 동작시에는 접지 전압을 공급하는 역할을 하고 프리차지(precharge) 동작시에는 회로 구성 및 동작 방법에 따라 접지 또는 플로팅(floating) 상태가 될 수 있고 하이(high) 전압을 공급할 수도 있다. 즉, 상기 소스 라인은 콘트롤 라인(control line)으로 셀 어레이의 아키텍처에 따라 달라질 수 있다. 상기 소스 라인은 전원전압(VDD) 라인에 연결될 수도 있고, 접지전압(VSS) 라인에 연결될 수도 있다. That is, one electrode of the phase change material is commonly connected to the source terminals of the first and second NMOS transistors to form a storage node, and the other electrode is connected to the source line. The main function of the source line is to supply a ground voltage in an active operation, and in a precharge operation, it may be grounded or floating according to a circuit configuration and an operation method, and may be high ( high) voltage may be supplied. That is, the source line may be a control line and may vary depending on the architecture of the cell array. The source line may be connected to a power supply voltage VDD line or may be connected to a ground voltage VSS line.
상기와 같은 구성에 의해 하나의 데이터 셀을 두 개의 워드라인을 이용해 각각 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. With this configuration, it is possible to control one data cell independently using two word lines.
예를 들어 제 1 포트를 이용하는 경우에는 제 1 워드라인(WL_P1)을 제어하여 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)을 온 시키고 제 1 워드라인(BL_P1)을 통해 데이터의 입출력이 이루어진다. 이 경우 제 2 NMOS 트랜지스터(T_P2)는 오프 상태를 유지한다. 반대로 제 2 포트를 이용하는 경우에는 제 2 NMOS 트랜지스터가 온 상태다 되고 제 2 비트라인(BL_P1)을 통해 데이터의 입출력이 이루어진다. For example, when the first port is used, the first word line WL_P1 is controlled to turn on the first NMOS transistor T_P1, and data input / output is performed through the first word line BL_P1. In this case, the second NMOS transistor T_P2 maintains the off state. On the contrary, when the second port is used, the second NMOS transistor is turned on and data is input / output through the second bit line BL_P1.
상기와 같은 구성에 의해 두 개의 트랜지스터를 각각 두 개의 워드라인에 의해 독립적으로 제어하고 해당 비트라인을 선택할 수 있다. 따라서 하나의 상변화 메모리 셀을 두 개의 프로세서로 독립적으로 제어할 수 있다.With the above configuration, two transistors can be independently controlled by two word lines, and corresponding bit lines can be selected. Therefore, one phase change memory cell can be independently controlled by two processors.
도 7은 상기 도 6과 같은 셀들로 이루어진 셀 어레이를 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a cell array including cells as shown in FIG. 6.
다수의 워드라인과 비트라인이 직교하게 배치되어 있고, 도 6에서 도시된 셀들이 모여서 셀 어레이를 이루는 것을 확인할 수 있다. It can be seen that a plurality of word lines and bit lines are arranged orthogonally, and the cells shown in FIG. 6 form a cell array.
제 1 포트의 비트라인들(BL0_P1, /BL0_P1)은 제 1 센스 앰프부(20)에 연결되고, 제 2 포트의 비트라인들(BL0_P2, /BL0_P2)은 제 2 센스 앰프부(30)에 연결된다. 즉, 제 1 포트가 사용되는 경우에는 워드라인(WL0_P1, WL1_P1)이 구동되고 NMOS 트랜지스터(T_P1)가 턴 온 되고 제 1 센스 앰프부(20)가 동작하게 되고, 제 2 포트가 사용되는 경우에는 워드라인(WL0_P2, WL1_P2)이 구동되고 NMOS 트랜지스터(T_P2)가 턴 온 되고 제 2 센스 앰프부(30)가 동작하게 된다. 상기 센스 앰프부(20, 30)는 각각 듀얼 포트에 의해 각각 독립적으로 제어된다. The bit lines BL0_P1 and / BL0_P1 of the first port are connected to the first
도 8은 본 발명의 다른 실시예로써 멀티 포트 셀 구조를 나타낸 것이다. 8 illustrates a multi-port cell structure according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 메모리 셀은 네 개의 워드 라인(WL_P1, WL_P2, WL_P3, WL_P4)에 의해 구동되는 네 개의 NMOS 트랜지스터(T_P1, T_P2, T_P3, T_P4)와 한 개의 상변화 물질(PCR)로 구성된다. The memory cell according to the present exemplary embodiment includes four NMOS transistors T_P1, T_P2, T_P3, and T_P4 driven by four word lines WL_P1, WL_P2, WL_P3, and WL_P4 and one phase change material PCR. .
제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 게이트는 제 1 포트(미도시)에 의해 제어되는 제 1워드라인(WL_P1)에 연결되고, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 드레인단은 제 1 비트라인(BL_P1)에 연결되고, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P1)의 소스단은 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극이 연결되어 노드(Storage Node, SN)를 형성한다. A gate of the first NMOS transistor T_P1 is connected to a first word line WL_P1 controlled by a first port (not shown), and a drain terminal of the first NMOS transistor T_P1 is connected to a first bit line BL_P1. ), And one electrode of the phase change material PCR is connected to a source terminal of the first NMOS transistor T_P1 to form a node.
그리고 제 2 NMOS 트랜지스터(T_P2)의 게이트는 제 2 포트(미도시)에 의해 제어되는 제 2워드라인(WL_P1)에 연결되고, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(T_P2)의 드레인단은 제 2 비트라인(BL_P2)에 연결되고, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(T_P2)의 소스단에는 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극이 연결되어 노드(Storage Node, SN)를 형성한다. In addition, a gate of the second NMOS transistor T_P2 is connected to a second word line WL_P1 controlled by a second port (not shown), and a drain terminal of the first NMOS transistor T_P2 is connected to a second bit line. One electrode of a phase change material PCR is connected to a source terminal of the second NMOS transistor T_P2 to form a node.
마찬가지로 방법으로 제 3 NMOS 트랜지스터(T_P3)와 제 4 NMOS 트랜지스터(T_P4)도 각각 게이트는 워드라인(WL_P3, WL_P4)에 연결되고 드레인단은 비트라인(BL_P3, BL_P4)에 연결되며 소스단은 상변화 물질(10)의 한쪽 전극에 연결된다. Similarly, the third NMOS transistor T_P3 and the fourth NMOS transistor T_P4 also have gates connected to word lines WL_P3 and WL_P4, drain terminals connected to bit lines BL_P3 and BL_P4, and source stages of phase change. It is connected to one electrode of the
상기와 같은 구성에 의해 4개의 트랜지스터를 각각 네 개의 워드라인에 의해 독립적으로 제어하고 해당 비트라인을 선택할 수 있다. 따라서 하나의 상변화 메모리 셀을 네 개의 프로세서로 독립적으로 제어할 수 있다. With the above configuration, four transistors can be independently controlled by four word lines, and corresponding bit lines can be selected. Therefore, one phase change memory cell can be independently controlled by four processors.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로써 스위칭 소자로서 NMOS 트랜지스터 대신에 PN 다이오드를 이용한 경우의 메모리 셀 구조를 도시한 것이다. FIG. 9 illustrates a memory cell structure when a PN diode is used instead of an NMOS transistor as a switching device according to another embodiment of the present invention.
도시된 것과 같이 본 실시예에 의하면, 상변환 메모리 셀은 4개의 다이오드(D1_P1, D1_P2, D2_P1, D2_P2) 와 1개의 상변화 물질(PCR)로 구성된다. As shown, the phase change memory cell is composed of four diodes D1_P1, D1_P2, D2_P1, and D2_P2 and one phase change material PCR.
제 1 포트에는 제 1 워드라인(WL_P1)과 제 1 비트라인(BL_P1)이 연결되고 제 2 포트에는 제 2 워드라인(WL_P2)과 제 2 비트라인(BL_P2)이 연결된다. The first word line WL_P1 and the first bit line BL_P1 are connected to the first port, and the second word line WL_P2 and the second bit line BL_P2 are connected to the second port.
그리고 제 1 다이오드(D1_P1)와 제 2 다이오드(D1_P2)의 캐소드는 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극에 연결되어 제 1 스토리지 노드(Storage Node, SN1)가 형성되고 애노드는 제 1 비트라인(BL_P1)과 제 2 비트라인(BL_P2)에 각각 연결된다. The cathode of the first diode D1_P1 and the second diode D1_P2 is connected to one electrode of the phase change material PCR so that a first storage node SN1 is formed, and the anode has a first bit line BL_P1. ) And the second bit line BL_P2, respectively.
상기 제 3 다이오드(D2_P1)와 제 4 다이오드(D2_P2)의 애노드는 상기 상변화 물질(PCR)의 다른 쪽 전극에 연결되어 제 2 스토리지 노드(SN2)가 형성되고 캐소드는 각각 제 1 워드라인(WL_P1)과 제 2 워드라인(WL_P2)에 연결된다. An anode of the third diode D2_P1 and the fourth diode D2_P2 is connected to the other electrode of the phase change material PCR to form a second storage node SN2, and the cathodes of the first word line WL_P1 are respectively. ) And the second word line WL_P2.
상기와 같은 구성에 의해, 제 1 워드라인(WL_P1)과 제 2 워드라인(WL_P2)를 선택적으로 구동하여 메모리 셀 데이터를 2개의 프로세서를 통해 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제 1 워드라인에 로우 전압이 인가될 때에는 제 2 워드라인에 하이 전압을 인가하여 제 3 다이오드(D2_P1)가 턴 온 되고 4 다이오드(D2_P2)가 턴 오프되도록 하여 2개의 프로세서를 통해 셀 데이터를 독립적으로 제어할 수 있다. By the above configuration, the memory cell data may be independently controlled through two processors by selectively driving the first word line WL_P1 and the second word line WL_P2. That is, when a low voltage is applied to the first word line, a high voltage is applied to the second word line so that the third diode D2_P1 is turned on and the fourth diode D2_P2 is turned off, thereby providing cell data through two processors. Can be controlled independently.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예로써 8개의 다이오드(D1_P1, D1_P2, D1_P3, D1_P4, D2_P1, D2_P2, D2_P3, D2_P4)와 하나의 상변화 물질(PCR)로 이루어진 멀티 포트 상변화 메모리 셀 구조를 나타낸 것이다. FIG. 10 illustrates a multi-port phase change memory cell structure including eight diodes D1_P1, D1_P2, D1_P3, D1_P4, D2_P1, D2_P2, D2_P3, and D2_P4 and one phase change material (PCR). It is shown.
제 1 포트에는 제 1워드라인(WL_P1)과 제 1 비트라인(BL_P1), 제2 포트에는 제 2워드라인(WL_P2)과 제 2 비트라인(BL_P2), 제 3 포트에는 제 3워드라인(WL_P3)과 제 3 비트라인(BL_P3), 제 4 포트에는 제 4워드라인(WL_P4)과 제 1 비트라인(BL_P4)이 연결된다. A first word line WL_P1 and a first bit line BL_P1 at a first port, a second word line WL_P2 and a second bit line BL_P2 at a second port, and a third word line WL_P3 at a third port. ), A third bit line BL_P3 and a fourth port are connected to a fourth word line WL_P4 and a first bit line BL_P4.
그리고 제 1 다이오드(D1_P1), 제 2 다이오드(D1_P2), 제 3 다이오드(D1_P3) 및 제 4 다이오드(D1_P4)의 캐소드는 상기 상변화 물질(PCR)의 한쪽 전극과 연결되어 제 1 스토리지 노드(SN1)가 형성되고, 상기 다이오드(D1_P1, D1_P2, D1_P3, D1_P4)들의 애노드는 각각의 포트에 해당하는 비트라인(BL_P1, BL_P2, BL_P3, BL_P4)에 연결된다. 제 5 다이오드(D2_P1), 제 6 다이오드(D2_P2), 제 7 다이오드(D2_P3) 및 제 8 다이오드(D2_P4)의 애노드는 상기 상변화 물질(PCR)의 다른 쪽 전극에 연결되어 제 2 스토리지 노드(SN2)가 형성되고 애노드는 각각의 포트에 해당하는 워드라인(WL_P1, WL_P2, WL_P3, WL_P4)에 연결된다. The cathode of the first diode D1_P1, the second diode D1_P2, the third diode D1_P3, and the fourth diode D1_P4 is connected to one electrode of the phase change material PCR so that the first storage node SN1 is connected. ) Is formed, and the anodes of the diodes D1_P1, D1_P2, D1_P3, and D1_P4 are connected to bit lines BL_P1, BL_P2, BL_P3, and BL_P4 corresponding to the respective ports. The anodes of the fifth diode D2_P1, the sixth diode D2_P2, the seventh diode D2_P3, and the eighth diode D2_P4 are connected to the other electrode of the phase change material PCR to connect the second storage node SN2. ) Is formed and the anode is connected to word lines WL_P1, WL_P2, WL_P3, and WL_P4 corresponding to the respective ports.
상기와 같은 구성에 의해, 제 1 워드라인(WL_P1), 제 2 워드라인(WL_P2), 제 3 워드라인(WL_P3) 및 제 4 워드라인(WL_P4)을 선택적으로 구동하여 메모리 셀 데이터를 2개의 프로세서를 통해 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제 1 워드라인에 로우 전압이 인가될 때에는 나머지 워드라인에 하이 전압을 인가하여 제 5 다이오드(D2_P1)만 턴 온 되고 제 6 내지 8 다이오드(D2_P2, D2P_3, D3_P4)는 턴 오프되도록 하여 4개의 프로세서를 통해 셀 데이터를 독립적으로 제어할 수 있다. By the above configuration, the memory cell data is selectively driven by selectively driving the first word line WL_P1, the second word line WL_P2, the third word line WL_P3, and the fourth word line WL_P4. Can be controlled independently. That is, when a low voltage is applied to the first word line, a high voltage is applied to the remaining word lines so that only the fifth diode D2_P1 is turned on and the sixth to eighth diodes D2_P2, D2P_3, and D3_P4 are turned off. Cell processors can be controlled independently through four processors.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 멀티 포트 상변화 메모리 셀을 구현할 수 있다. As described above, according to the present invention, a multi-port phase change memory cell can be implemented.
또한, 본 발명에 의하면 복수개의 포트를 이용하여 각 포트들을 독립적으로 제어하여 라이트(write) 및 리트(read) 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, write and read operations may be performed by independently controlling each port using a plurality of ports.
따라서 본 발명에 의하면 복수개의 포트를 이용하여 각각 다른 동작인 라이트 및 리드 동작을 수행함으로써 메모리 셀의 액세스 수행 능력을 향상시킬 수 있다. Accordingly, according to the present invention, the write and read operations, which are different operations using the plurality of ports, may be performed to improve the access performance of the memory cell.
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