KR101213724B1 - 비휘발성 메모리 장치 및 센싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 비휘발성 메모리 장치 및 센싱 방법에 관한 것으로서, 전류를 이용하여 센싱 동작을 수행하는 메모리 장치에 관한 기술이다. 이러한 본 발명의 실시예는, 하나 이상의 단위 셀을 포함하여 데이터의 리드 또는 라이트가 이루어지는 셀 어레이, 및 단위 셀에 저장된 데이터에 대응하는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하여 출력하고, 데이터의 저항값에 대응하여 변화되는 센싱 전압의 시간차를 감지하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 출력하는 센싱부를 포함한다.

Description

비휘발성 메모리 장치 및 센싱 방법{NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND SENSING METHOD THEREOF}

본 발명의 실시예는 비휘발성 메모리 장치 및 센싱 방법에 관한 것으로서, 전류를 이용하여 센싱 동작을 수행하는 상 변화 메모리 장치에 관한 기술이다.

메모리 장치는 휘발성 메모리 장치와 비휘발성 메모리 장치로 구분할 수 있다. 여기서, 비휘발성 메모리 장치는 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 보존할 수 있는 비휘발성 메모리 셀을 이용하는 메모리 장치로서, 플래시 램(Flash Ram), 상 변화 램(PCRAM) 등이 있다.

상 변화 메모리 장치는 상 변화 물질, 대표적인 예로서 GST(게르마늄 안티몬 텔루륨)을 이용하여 메모리 셀을 구성하고, GST에 열을 가하여 정질(Crystal) 또는 비정질(Amorphous) 상태로 만듦으로써 메모리 셀에 데이터를 저장할 수 있도록 한 메모리 장치이다.

마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 상 변화 메모리(Phase Change Memory : PCM) 등의 비휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이터가 보존되는 특성을 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 상 변화 저항 소자(4)를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b를 참고하면, 상 변화 저항 소자(4)는 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 상 변화 물질(Phase Change Material;2)을 삽입하여 형성된다. 상부 전극(1)과 하부 전극(3)에 전압을 인가하면, 상 변화 물질(2)에 전류가 흘러 온도가 변하면서 전기 전도 상태가 변하게 된다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 상 변화 저항 소자(4)의 데이터 저장 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a를 참고하면, 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 전류가 흐르면 상 변화 물질(2)이 결정화된다. 상 변화 물질(2)이 결정 상태가 되면 저 저항인 물질이 된다. 그 결과 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 전류가 흐를 수 있다.

한편, 도 2b를 참고하면, 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 전류가 흐르면 상 변화 물질(2)이 녹는 점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 상 변화 물질(2)이 녹아 비결정 상태(Amorphous Phase)가 되면 고 저항인 물질이 된다. 그 결과 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 전류가 흐르기 어렵게 된다.

따라서, 상 변화 저항 소자(4)는 위와 같은 두 가지 상태에 서로 다른 데이터를 대응시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 상 변화 저항 소자(4)는 저 저항 상태를 데이타 "1"에 대응시키고, 고 저항 상태를 데이터 “0”에 대응시킬 수 있다.

또한, 상 변화 저항 물질(2)의 상태는 상 변화 메모리 장치에 전원이 오프되더라도 변화하지 않기 때문에, 위 데이터는 불휘발성으로 저장 가능하다.

도 3은 종래 기술에 따른 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 그래프이다.

도 3을 참고하면, 상 변화 저항 소자(4)의 상부 전극(1)과 하부 전극(3) 사이에 일정 시간 동안 전류를 흘리면 열이 발생하게 된다.

일정 시간 동안 임계치 이하의 전류를 흘리게 되면 저온 가열 상태에 의해 상 변화 물질(2)이 결정화 상태가 된다. 그 결과, 상 변화 저항 소자(4)가 세트(Set) 상태가 된다.

반대로, 일정 시간 동안 임계치 이상의 전류를 흘리게 되면 고온 가열 상태에 의해 상 변화 물질(2)이 비결정화 상태가 된다. 그 결과, 상 변화 저항 소자(4)가 리셋(Reset) 상태가 된다.

이러한 성질을 이용하여, 라이트 동작에서 세트 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가하게 된다.

반대로, 라이트 동작에서 리셋 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가하게 된다.

상 변화 저항 메모리는 센싱 동작시에 상 변화 저항 소자(4)에 센싱 전류를 인가하여, 상 변화 저항 소자(4)에 라이트 된 데이터를 센싱한다.

도 4는 종래 기술에 따른 상 변화 메모리 장치의 구성도이다.

종래 기술에 따른 상 변화 메모리 장치는 전류-전압 변환부(1), 센스앰프(2) 및 단위 셀 C을 포함한다.

여기서, 전류-전압 변환부(1)는 구동부 CS와 클램핑부 N1를 포함한다. 구동부 CS는 전원전압 VDD 인가단과 센싱전압 VSEN의 출력단 사이에 연결된 센싱 전류원을 포함한다. 구동부 CS는 항상 바이어스(Bias)가 인가된 상태로 전원전압 VDD을 구동하여 센싱전압 VSEN을 출력한다.

그리고, 클램핑부 N1는 센싱전압 VSEN의 출력단과 단위 셀 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 클램핑 전압 VCLMP이 인가되는 NMOS트랜지스터를 포함한다. 클램핑부 N1는 센싱 동작의 수행시 클램핑 전압 VCLMP에 따라 센싱전압 VSEN의 전압 레벨을 클램핑 시킨다.

즉, 클램핑 전압 VCLMP에 따라 클램핑부 N1의 NMOS트랜지스터의 소스 전압이 클램핑 전압 VCLMP-Vth(문턱전압)보다 높게 설정되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 셀 저항 사이의 전압이 일정 전압 이상으로 상승하지 못하게 제한하여 센싱시 발생할 수 있는 에러를 방지할 수 있게 된다.

또한, 센스앰프(2)는 PMOS트랜지스터 P2,P3와 복수의 NMOS트랜지스터 N2~N4를 포함한다. 여기서, PMOS트랜지스터 P2,P3와 NMOS트랜지스터 N2,N3는 크로스 커플드 연결되며 전원전압 VDD의 레벨로 구동된다.

그리고, NMOS트랜지스터 N2,N3는 각각의 게이트 단자를 통해 센싱전압 VSEN과 기준전압 VREF이 인가되며, 이 두 전압 레벨을 비교하여 증폭하게 된다. NMOS트랜지스터 N4는 NMOS트랜지스터 N2,N3의 공통 소스 단자와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 센스앰프 인에이블 신호 SAEN가 인가된다.

이러한 구성을 갖는 센스앰프(2)는 센스앰프 인에이블 신호 SAEN가 하이 레벨이 될 경우 활성화 상태가 되어 센싱전압 VSEN과 기준전압 VREF의 레벨을 비교 및 증폭하게 된다.

또한, 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 소자 D를 포함한다.

도 5는 도 4의 상 변화 메모리 장치에 대한 동작 타이밍도이다.

먼저, 클램핑 전압 VCLMP으로 구동되는 클램핑부 N1의 NMOS트랜지스터가 턴 오프 되어 있을 때 구동부 CS에 의해 센싱전압 VSEN이 전원전압 VDD 레벨로 충전된다.

이후에, 클램핑 전압 VCLMP이 하이 레벨로 활성화되면, 클램핑부 N1가 턴 온 되어 센싱 전류가 흐르게 된다.

이때, 리셋 데이터 RESET가 센싱되는 경우 센싱전압 VSEN이 기준전압 VREF 보다 높은 레벨을 갖게 되며, 세트 데이터 SET가 센싱되는 경우 기준전압 VREF 보다 낮은 레벨을 갖게 된다.

즉, 셀 상태가 고 저항 상태(리셋 상태)일 경우 미세한 전류가 흘러 센싱전압 VSEN이 거의 변화가 없게 되고, 셀 상태가 저 저항 상태(세트 상태)일 경우 전류가 많이 흘러 센싱전압 VSEN이 기준전압 VREF 보다 낮아지게 된다.

이에 따라, 센싱 동작이 수행되어 센싱전압 VSEN이 센스앰프(2)에 공급되면서 데이터의 디벨롭(Develop) 동작이 이루어진다.

센스앰프(2)는 센스앰프 인에이블 신호 SAEN가 하이 레벨로 활성화되는 경우 전류-전압 변환부(1)로부터 인가되는 센싱전압 VSEN과 기준전압 VREF을 비교하여 출력신호 SAOUT를 출력한다.

예를 들어, 리셋 데이터가 센싱 된 경우 출력신호 SAOUT를 로직 '하이'로 출력하게 되고, 세트 데이터가 센싱 된 경우 출력신호 SAOUT를 로직 '로우'로 출력하게 된다.

그런데, 이러한 동작을 수행하는 종래의 상 변화 메모리 장치는 센싱 전류원으로 이루어진 구동부 CS를 포함하여 센싱 동작이 이루어진다. 이에 따라, 저항의 분포, 온도 특성, 기준전압 VREF의 노이즈, 센스앰프(2)의 오프셋(Offset) 등에 의해 센싱전압 VSEN(리셋인 경우)의 마진이 줄어들어 센싱전압 VSEN이 기준전압 VREF 레벨보다 낮아지게 된다.

또한, 종래의 상 변화 메모리 장치는 기준전압을 이용하여 센싱 동작을 수행하게 된다. 하지만, 이러한 센싱 방법은 외부 환경에 민감하여 센싱 마진을 확보하는데 어려움이 있다.

본 발명의 실시예는 셀 저항의 변화에 의해 달라지는 전류 변화를 감지하여 이를 전압 레벨로 증폭하는 비휘발성 메모리의 리드 동작시, 셀의 저항 상태에 따라서 충전된 노드의 전압 변화 시간의 차이를 이용하여 셀 데이터를 판별하는 타이밍 센싱 방법을 통해 데이터 패일 없이 센싱 동작을 수행할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 하나 이상의 단위 셀을 포함하여 데이터의 리드 또는 라이트가 이루어지는 셀 어레이; 및 단위 셀에 저장된 데이터에 대응하는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하여 출력하고, 데이터의 저항값에 대응하여 변화되는 센싱 전압의 시간차를 감지하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 출력하는 센싱부를 포함하고, 센싱부는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부; 및 센싱 인에이블 신호의 활성화 시점에서 기 설정된 로직 문턱 전압보다 센싱 전압이 높고 낮음을 판별하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 출력하는 전압 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법은, 단위 셀에 저장된 데이터에 대응하는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하는 단계; 데이터의 저항값에 대응하여 변화되는 센싱 전압의 시간차를 감지하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 센싱하는 단계; 및 센싱 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 셀 저항의 변화에 의해 달라지는 전류 변화를 감지하여 이를 전압 레벨로 증폭하는 비휘발성 메모리의 리드 동작시, 타이밍 센싱 방법을 이용하여 센싱 마진을 확보하고 데이터 패일을 방지할 수 있도록 한다.

둘째, 전류 소스원, 기준전압, 바이어스 전압 등을 이용하지 않으므로 회로 로직을 간소화시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 실시예는 예시를 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.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 상 변화 저항 소자를 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 상 변화 저항 소자의 데이터 저장 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 종래 기술에 따른 상 변화 메모리 장치의 회로도.
도 5는 도 4의 상 변화 메모리 장치에 관한 동작 타이밍도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 구성도.
도 7은 도 6의 센싱부에 관한 상세 회로도.
도 8은 도 7의 센싱부에 관한 동작 타이밍도.
도 9는 도 6의 센싱부에 관한 다른 실시예.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는 셀 어레이(100), 워드라인 구동부(200), 컬럼 선택 스위칭부(300), 라이트 구동부(400), 센싱부 SU 및 데이터 입/출력부(700)를 포함한다. 여기서, 센싱부 SU는 전류-전압 변환부(500), 전압 센싱부(600)를 포함한다.

셀 어레이(100)는 복수의 단위 셀 UC을 포함하여, 단위 셀 UC의 저항값을 전류 량의 변화를 이용하게 감지한다. 단위 셀 UC은 비트라인 BL과 워드라인 WL이 교차하는 지점에 형성된다. 그리고, 복수의 단위 셀 UC은 각각 메모리 소자를 포함하고, 메모리 소자에 데이터가 저장된다.

여기서, 메모리 소자는 다양한 비휘발성 메모리 소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 강유전체 커패시터, 상 변화 메모리 소자, STT(Spin Torque Transfer) 소자, 자기 저항 소자 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 셀 어레이(100)에 포함된 복수의 단위 셀 UC이 상 변화 저항 소자를 포함하는 것을 그 실시예로 설명하고자 한다.

예를 들어, 도 6에서는 비휘발성 메모리 소자가 상 변화 저항 소자 PCR이고, 스위칭 소자가 다이오드 소자 D인 경우를 도시하였다. 비휘발성 메모리 소자로는 보통 셀 면적에서 이득이 있는 다이오드 타입을 사용하게 된다. 하지만, 비휘발성 메모리 소자 및 스위칭 소자의 종류는 이에 제한되지 않는다.

상 변화 저항 소자 PCR는 비트라인 BL과 다이오드 소자 D 사이에 연결되어 데이터를 저장한다. 상 변화 저항 소자 PCR는 저장된 데이터에 따라 상 변화 저항 소자의 저항값이 달라진다.

스위칭 소자는 셀 면적을 줄일 수 있는 다이오드 소자 D가 사용될 수 있다. 다이오드 소자 D는 상 변화 저항 소자 PCR과 워드라인 WL 사이에 연결된다. 이러한 다이오드 소자 D는 순 방향으로만 전류를 흐르게 하고, 역방향으로는 전류를 흐르지 않도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 장치에서는 비트라인 BL에서 워드라인 WL 방향이 순 방향이 될 수 있다.

셀 어레이(100)는 비트라인 BL0~BLN을 통해 컬럼 선택 스위칭부(300)와 연결되고, 워드라인 WL0~WLN을 통해 워드라인 구동부(200)와 연결된다.

워드라인 구동부(200)는 하나 이상의 단위 셀 UC에 대하여 센싱 동작을 수행할 때, 해당 단위 셀 UC에 연결된 워드라인 WL을 활성화시킨다. 이러한 워드라인 구동부(200)는 워드라인 WL에 로우 레벨의 전압을 공급함으로써 워드라인 WL을 활성화시킬 수 있다.

예를 들어, 워드라인 WL0에 연결된 단위 셀 UC에 대하여 센싱 동작을 수행한다고 하면, 워드라인 구동부(200)는 워드라인 WL0을 활성화시키고, 나머지 워드라인 WL1~WLN을 비활성화시킨다.

컬럼 선택 스위칭부(300)는 컬럼 선택 신호 LXSW에 따라 복수의 비트라인 BL0~BLN 중 하나의 비트라인을 선택한다. 컬럼 선택 신호 LXSW에 의해 선택된 비트라인 BL은 글로벌 비트라인 GBL과 연결된다.

라이트 구동부(400)는 라이트 동작시 입력 데이터에 대응하는 구동 전압을 생성하여 글로벌 비트라인 GBL, 컬럼 선택 스위칭부(300)를 통해 셀 어레이(100)에 공급한다.

워드라인 구동부(200)가 워드라인 WL을 로우 레벨의 전압으로 구동하면, 라이트 구동부(400)는 비트라인 BL0~BLN을 통해 단위 셀 UC에 구동 전압을 인가한다. 이 경우 비트라인 BL의 전압 레벨이 워드라인 WL의 전압 레벨보다 높기 때문에, 단위 셀 UC에 포함된 스위칭 소자에는 순 방향 전류가 흐르게 된다.

그 결과, 상 변화 저항 소자 PCR에 전류가 흐르고 상 변화 저항 소자 PCR의 양단에 저항값에 비례하는 전압이 유도된다. 센싱부 SU의 전류-전압 변환부(500)와, 전압 센싱부(600)는 상 변화 저항 소자 PCR의 양단에 유도되는 전류 값을 센싱하여 센싱 전압 VSEN을 생성할 수 있다.

여기서, 상 변화 저항 소자 PCR에 순 방향 전류가 흐를 때, 상 변화 저항 소자 PCR를 통과하는 전류는 상 변화 저항 소자 PCR의 저항값에 반비례한다.

전류-전압 변환부(500)는 글로벌 비트라인 GBL에 흐르는 셀 센싱 전류를 전압으로 변환하여 센싱 전압 VSEN을 출력한다. 전류의 변화를 리드하여 데이터를 센싱하는 비휘발성 메모리 장치는 전류-전압 변환부(500)가 필요하다.

전압 센싱부(600)는 타이밍 센싱 방법을 통해 센싱 데이터 SOUT를 출력한다. 본 발명의 실시예에서는 전류-전압 변화부(500)와 전압 센싱부(600)를 모두 포함하여 "센싱부 SU"로 지칭하기로 한다.

데이터 출력부(700)는 전압 센싱부(600)에서 출력된 센싱 데이터 SOUT를 일정 시간 동안 저장하였다가 출력신호 OUT를 출력할 수 있다.

예를 들어, 데이터 출력부(700)는 래치 회로를 포함할 수 있는데, 이 경우 전압 센싱부(600)에서 출력된 센싱 데이터 SOUT는 일정 시간 동안 래치 회로에 래치 되었다가 출력된다.

도 7은 도 6의 센싱부 SU에 대한 상세 회로도이다.

센싱부 SU의 전류-전압 변환부(500)는 프리차지부(510), 클램핑부(520)를 포함한다.

여기서, 프리차지부(510)는 전원전압 VDD 인가단과 센싱전압 VSEN의 출력단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 신호 PCG가 인가되는 PMOS트랜지스터 P4를 포함한다.

프리차지부(510)는 프리차지 신호 PCG가 로우 레벨로 활성화되는 경우 PMOS트랜지스터 P4가 턴 온 되어, 클램핑부(520)가 동작하기 이전에 전원전압 VDD의 레벨로 센싱전압 VSEN을 프리차지시킨다.

그리고, 클램핑부(520)는 센싱전압 VSEN의 출력단과 글로벌 비트라인 GBL 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 클램핑 전압 VCLMP이 인가되는 NMOS트랜지스터 N5를 포함한다. 클램핑부(520)는 센싱 동작의 수행시 클램핑 전압 VCLMP에 따라 센싱전압 VSEN의 전압 레벨을 클램핑 시킨다.

예를 들어, 센싱 동작시 클램핑 전압 VCLMP이 하이 레벨로 입력되면, NMOS 트랜지스터 N5가 턴 온 되어, 글로벌 비트라인 GBL으로부터 인가된 센싱전압 VSEN의 레벨을 클램핑 시킨다. 반대로, 센싱 동작을 수행하지 않을 경우, 클램핑 전압 VCLMP가 로우 레벨로 입력되면, NMOS트랜지스터 N5가 턴 오프 되어 센싱전압 VSEN을 출력하지 않게 된다.

즉, 클램핑부(520)는 클램핑 전압 VCLMP에 따라 NMOS트랜지스터 N5의 소스 전압이 클램핑 전압 VCLMP-Vth(문턱전압)보다 높게 설정되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 셀 저항 사이의 전압이 일정 전압 이상으로 상승하지 못하게 제한하여 센싱시 발생할 수 있는 에러를 방지할 수 있게 된다.

또한, 센싱부 SU의 전압 센싱부(600)는 구동부 D1를 포함한다. 여기서, 구동부 D1는 3-상태 인버터로 이루어질 수 있다.

구동부 D1는 센싱 인에이블 신호 SEN에 의해 센싱전압 VSEN을 센싱 및 구동하여 센싱 데이터 SOUT를 출력한다.

도 8은 도 7의 센싱부 SU에 대한 동작 타이밍도이다.

먼저, 프리차지부(510)는 프리차지 신호 PCG가 로우 레벨로 활성화되는 경우 PMOS트랜지스터 P4가 턴 온 되어, 클램핑부(520)가 동작하기 이전에 전원전압 VDD의 레벨로 센싱전압 VSEN을 프리차지시킨다.

즉, 클램핑 전압 VCLMP으로 구동되는 클램핑부(520)의 NMOS트랜지스터 N5가 턴 오프 되어 있을 때 프리차지부(510)에 의해 센싱전압 VSEN이 전원전압 VDD 레벨로 충전된다.

이후에, 클램핑 전압 VCLMP이 하이 레벨로 활성화되면, 클램핑부 N5가 턴 온 되어 센싱 전류가 흐르게 된다.

센싱 동작이 시작되면, 단위 셀 UC에 포함된 비휘발성 메모리 소자, 예를 들어, 상 변화 저항 소자 양단에 소정의 전압이 유도된다. 그러면서 센싱전압 VSEN의 값이 셀 데이터의 저항 차이에 따라 변화하기 시작한다. 이러한 값의 차이를 센싱 마진이라고 한다.

이때, 센싱된 셀 데이터의 저항값이 저 저항 상태인 경우 센싱 전류가 많이 흘러 상대적으로 빨리 방전 상태가 된다. 센싱된 데이터의 저항값이 저 저항 상태인 경우를 세트 데이터 SET의 센싱 상태로 정의한다.

그리고, 세트 데이터 SET의 센싱시 센싱전압 VSEN이 구동부 D1(3-상태 인버터)의 로직 문턱전압(VLT) 보다 낮아지는 시간을 TSET로 정의한다.

그러면, 센싱전압 VSEN이 로직 문턱전압(VLT) 보다 낮아지는 시간, 즉, TSET 타이밍 이후에 센싱 인에이블 신호 SEN를 하이 레벨로 활성화시킨다.

즉, 센싱 인에이블 신호 SEN가 하이 레벨로 활성화되는 TSEN 시점에서 세트 SET 데이터의 센싱전압 VSEN은 로직 문턱전압 VLT 보다 낮은 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 구동부 D1가 동작하게 되어 센싱 데이터 SOUT를 로직 '하이'로 출력하게 된다.

반면에, 센싱된 셀 데이터의 저항값이 고 저항 상태인 경우 센싱 전류가 미세하게 흘러 충전된 전하가 상대적으로 서서히 방전 상태가 된다.

센싱된 데이터의 저항값이 고 저항 상태인 경우를 리셋 데이터 RESET의 센싱 상태로 정의한다. 즉, 셀 상태가 고 저항 상태(리셋 상태)일 경우 미세한 전류가 흘러 센싱전압 VSEN의 레벨이 거의 변화가 없게 된다.

그리고, 리셋 데이터 RESET의 센싱시 센싱전압 VSEN이 구동부 D1(3-상태 인버터)의 로직 문턱전압 VLT 보다 낮아지는 시간을 TRESET로 정의한다. 여기서, TRESET 시간은 TSET 시간보다 긴 것(느린 것)이 바람직하다.

이때, 센싱 인에이블 신호 SEN가 하이 레벨로 활성화되는 TSEN 시점에서 리셋 데이터 RESET의 센싱전압 VSEN은 로직 문턱전압 VLT 보다 높은 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 구동부 D1가 동작하게 되어 센싱 데이터 SOUT를 로직 '로우'로 출력하게 된다.

여기서, 센싱 인에이블 신호 SEN는 세트 데이터 SET가 로직 문턱 전압 VLT의 레벨에 도달하는 시점 TSET 이후에 활성화 상태가 된다. 그리고, 센싱 인에이블 신호 SEN는 리셋 데이터 RESET가 로직 문턱 전압 VLT의 레벨에 도달하는 시점 TRESET 이전에 비활성화 상태가 된다.

이후에, 클램핑 전압 VCLMP이 로우 레벨로 천이하면, 클램핑부 N5가 턴 오프 되어 센싱 동작이 종료된다.

회로의 설계상 센싱전압 VSEN의 전하 충전량을 가변하고자 하는 경우, 센싱전압 VSEN의 출력 노드에 커패시터를 병렬로 추가하여 구성할 수도 있다. 그리고, 3-상태 인버터의 로직 문턱전압 VLT은 트랜지스터의 사이즈를 튜닝하여 설계 환경에 맞게 변화시킬 수도 있다.

도 9는 도 6의 센싱부 SU에 대한 다른 실시예이다.

센싱부 SU의 전류-전압 변환부(500_1)는 프리차지부(510_1), 클램핑부(520_1)를 포함한다.

여기서, 프리차지부(510_1)는 전원전압 VDD 인가단과 센싱전압 VSEN의 출력단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 프리차지 신호 PCG가 인가되는 PMOS트랜지스터 P5를 포함한다.

프리차지부(510_1)는 프리차지 신호 PCG가 로우 레벨로 활성화되는 경우 PMOS트랜지스터 P5가 턴 온 되어, 클램핑부(520_1)가 동작하기 이전에 전원전압 VDD의 레벨로 센싱전압 VSEN을 프리차지시킨다.

그리고, 클램핑부(520_1)는 센싱전압 VSEN의 출력단과 글로벌 비트라인 GBL 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 클램핑 전압 VCLMP이 인가되는 NMOS트랜지스터 N6를 포함한다. 클램핑부(520_1)는 센싱 동작의 수행시 클램핑 전압 VCLMP에 따라 센싱전압 VSEN의 전압 레벨을 클램핑 시킨다.

즉, 클램핑부(520_1)는 클램핑 전압 VCLMP에 따라 NMOS트랜지스터 N6의 소스 전압이 클램핑 전압 VCLMP-Vth(문턱전압)보다 높게 설정되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 셀 저항 사이의 전압이 일정 전압 이상으로 상승하지 못하게 제한하여 센싱시 발생할 수 있는 에러를 방지할 수 있게 된다.

또한, 센싱부 SU의 전압 센싱부(600)는 구동부(610)와 저장부(620)를 포함한다.

여기서, 구동부(610)는 3-상태 인버터 D2로 이루어질 수 있다. 3-상태 인버터 D2는 센싱 인에이블 신호 SEN에 의해 센싱전압 VSEN을 센싱 및 구동하여 출력한다.

그리고, 저장부(620)를 입력단과 출력단이 서로 연결된 래치 구조의 인버터 IV1,IV2를 포함한다. 저장부(620)는 구동부(610)의 출력을 저장하여 센싱 데이터 SOUT를 출력한다.

이러한 본 발명의 실시예는 메모리가 상 변화 메모리로 구현된 것을 그 예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 저항 성질을 이용하는 모든 비휘발성 메모리의 센싱 기술에 적용이 가능하다.

Claims (20)

1. 하나 이상의 단위 셀을 포함하여 데이터의 리드 또는 라이트가 이루어지는 셀 어레이; 및
   상기 단위 셀에 저장된 데이터에 대응하는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하여 출력하고, 상기 데이터의 저항값에 대응하여 변화되는 상기 센싱 전압의 시간차를 감지하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 출력하는 센싱부를 포함하고,
   상기 센싱부는
   상기 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부; 및
   센싱 인에이블 신호의 활성화 시점에서 기 설정된 로직 문턱 전압보다 상기 센싱 전압이 높고 낮음을 판별하여 상기 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 출력하는 전압 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
2. 삭제
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 전류-전압 변환부는
   프리차지 신호에 따라 상기 센싱 전압의 출력 노드를 프리차지시키는 프리차지부; 및
   클램핑 전압에 따라 상기 센싱 전압의 출력 노드를 클램핑시키는 클램핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 전압 센싱부는
   상기 센싱 인에이블 신호의 활성화시 구동되는 3-상태 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 센싱부는
   상기 센싱 인에이블 신호의 활성화 구간에서 상기 센싱 전압이 상기 로직 문턱 전압보다 낮은 경우 상기 센싱 데이터를 세트 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 센싱부는
   상기 센싱 인에이블 신호의 활성화 구간에서 상기 센싱 전압이 상기 로직 문턱 전압보다 높은 경우 상기 센싱 데이터를 리셋 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 전압 센싱부는 상기 센싱 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서, 상기 센싱 데이터가 세트 데이터인 경우 상기 센싱 데이터가 리셋 데이터인 경우보다 상기 로직 문턱 전압 레벨에 도달하는 시간이 빠른 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 8항에 있어서, 상기 센싱 인에이블 신호는 상기 세트 데이터가 상기 로직 문턱 전압 레벨에 도달한 이후에 활성화 상태가 되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 8항에 있어서, 상기 센싱 인에이블 신호는 상기 리셋 데이터가 상기 로직 문턱 전압 레벨에 도달하기 이전에 비활성화 상태가 되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치.
11. 단위 셀에 저장된 데이터에 대응하는 센싱 전류를 센싱 전압으로 변환하는 단계;
    상기 데이터의 저항값에 대응하여 변화되는 상기 센싱 전압의 시간차를 감지하여 센싱 데이터의 로직 레벨을 다르게 센싱하는 단계; 및
    상기 센싱 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11항에 있어서, 상기 센싱 데이터를 센싱하는 단계는
    상기 센싱 데이터가 제 1데이터인 경우 상기 센싱 전압이 기 설정된 로직 문턱 전압 레벨에 제 1시점에 도달하는 단계;
    상기 센싱 데이터가 제 2데이터인 경우 상기 센싱 전압이 상기 로직 문턱 전압 레벨에 제 2시점에 도달하는 단계; 및
    상기 제 1시점과 상기 제 2시점 사이에 있는 센싱 인에이블 신호의 활성화 구간에서 기 설정된 로직 문턱 전압보다 상기 센싱 전압이 높고 낮음을 판별하여 상기 센싱 데이터의 로직 레벨을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 12항에 있어서, 상기 제 1데이터는 세트 데이터인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 12항에 있어서, 상기 제 2데이터는 리셋 데이터인 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 12항에 있어서, 상기 제 2시점은 상기 제 1시점보다 느린 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 12항에 있어서,
    상기 센싱 인에이블 신호의 활성화 구간에서 상기 센싱 전압이 상기 로직 문턱 전압보다 낮은 경우 상기 센싱 데이터를 세트 데이터로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 12항에 있어서,
    상기 센싱 인에이블 신호의 활성화 구간에서 상기 센싱 전압이 상기 로직 문턱 전압보다 높은 경우 상기 센싱 데이터를 리셋 데이터로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11항에 있어서, 상기 센싱 전압의 출력 이전에 상기 센싱 전압의 출력단을 프리차지 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11항에 있어서, 상기 센싱 전압의 출력단을 클램핑 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 장치의 센싱 방법.
20. 삭제

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