KR20020004846A - 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀을 포함하는집적 메모리 - Google Patents

자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀을 포함하는집적 메모리 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각각 하나의 열 라인(BL0 내지 BLn)과 각각 하나의 행 라인(WL0 내지 WLm) 사이에 접속된, 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀(MC)을 포함하는 집적 메모리에 관한 것이다. 상기 행 라인(WL2)은, 메모리 셀(MC3)의 하나의 데이터 신호(DA)를 판독 출력하거나 또는 하나의 메모리 셀(MC3) 내부로 하나의 데이터 신호(DA)를 기록하기 위해서, 상기 메모리 셀(MC3)과 연결된 열 라인(BL2)을 통해 선택 신호(GND)용 단자와 연결될 수 있다. 상기 메모리 셀(MC3)과 연결되지 않은 하나 이상의 열 라인(BL0, BL1, BLn)은, 상기 열 라인이 판독 증폭기(3) 내부에 있는 데이터 신호(DA)를 판독 출력 또는 기록하기 위해서 전기적으로 절연되는 방식으로 제어될 수 있다. 그럼으로써, 결함 메모리 셀(MC2)이 존재하는 경우에 메모리 셀(MC3)의 데이터 신호(DA)를 순서에 따라 판독 출력 또는 기록하는 동작이 가능해진다.

Description

자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀을 포함하는 집적 메모리 {INTEGRATED MEMORY WITH MEMORY CELLS WITH MAGNETORESISTIVE MEMORY EFFECT}
본 발명은, 다수의 열 라인 중에서 하나의 열 라인과 다수의 행 라인 중에서하나의 행 라인 사이에 각각 접속된, 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀을 포함하는 집적 메모리에 관한 것으로, 상기 방식의 집적 메모리에서 열 라인은 하나의 판독 증폭기와 연결되고, 행 라인은 각각 하나의 메모리 셀의 데이터 신호를 판독 출력하거나 또는 메모리 셀에 연결된 열 라인을 통해 하나의 메모리 셀 내부에 데이터 신호를 기록하기 위해서 선택 신호용 단자에 연결될 수 있다.
자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀은 데이터 신호를 메모리하기 위해서 일반적으로 상태를 변경시킬 수 있는 강자성 층을 포함한다. 상기 메모리 효과는 일반적으로 소위 GMR-효과(Giant Magnetoresistive) 또는 TMR-효과(Tunneling Magnetoresistive)로 공지되어 있다. 이 경우 상기 방식 메모리 셀의 전기 저항은 강자성 층내에서의 자화에 의존한다.
소위 MRAM-메모리로도 표기되는, 상기 방식의 메모리 셀을 포함하는 집적 메모리는 종종 예를 들어 DRAM 타입의 집적 메모리와 유사하게 구성된다. 상기 방식의 메모리는 일반적으로, 대체로 서로 평행하게 뻗는 행 라인 및 열 라인을 갖는 메모리 셀 장치를 포함하며, 상기 행 라인은 통상적으로 열 라인에 대해 가로로 뻗는다.
상기 방식의 MRAM-메모리는 WO99/14760호에 공지되어 있다. 상기 간행물에서 메모리 셀은 각각 다수의 행 라인 중에서 하나의 행 라인과 다수의 열 라인 중에서 하나의 열 라인 사이에 접속되고, 개별 열 라인 및 행 라인과 전기적으로 결합된다. 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀은 행 라인 및 열 라인보다 고 임피이던스이다. 행 라인은 하나의 메모리 셀의 데이터 신호를 판독 출력하기 위해서 또는 메모리 셀에 연결된 열 라인을 통해 하나의 메모리 셀 내부에 데이터 신호를 기록하기 위해서 선택 신호용 단자에 연결된다. 열 라인은 하나의 메모리 셀의 데이터 신호를 판독 출력하기 위해서 판독 증폭기와 연결된다. 판독 출력을 위해, 열 라인상에서 검출될 수 있는 전류가 측정된다.
상기 방식의 MRAM-메모리에서는, 데이터 신호를 판독 출력하거나 기록하기 위해서 메모리 셀을 어드레싱에 따라 개별 열 라인에 연결시키는 다이오드 또는 트랜지스터가 존재하지 않는다. 그럼으로써, 메모리 셀을 구조적으로 배열할 때 특이한 장점들이 얻어진다.
예를 들어 프로세스 변동과 같은 제조와 관련된 영향들 또는 노화로 인해, 개별 메모리 셀은 원치 않는 비교적 낮은 저항을 갖게 되고 그에 따라 결함을 갖게 된다. 상기와 같은 결함 메모리 셀에 의해서는, 서로 연결된 개별 열 라인 및 행 라인이 실제로 단락된다. 이와 같은 단락에 의해서는, 추가 메모리 셀도 또한 상기 열 라인 및 행 라인을 따라 만나게 된다. 또한 하나의 메모리 셀의 단락으로 인해, 기능 테스트시 관련 라인을 따라 배치된 다른 메모리 셀은 더이상 테스트될 수 없게 된다. 결함 메모리 셀을 포함하는 메모리를 복구할 때에는, 관련된 개별 행 라인 및 열 라인을 대체하는 것으로 상기와 같은 문제들이 제거될 수 없는데, 그 이유는 관련된 다른 라인의 메모리 셀의 기능이 단락에 의해서 계속적으로 악영향을 받기 때문이다. 또한 계속적으로 존재하는 단락에 의해서는, 판독 출력 과정 또는 기록 과정에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 기생 전류가 다른 라인상에서도 야기된다. 따라서, 이 경우에는 하나의 결함 메모리 셀의 2개의 관련 라인을 모두대체시켜야 한다.
본 발명의 목적은, 하나의 행 라인과 하나의 열 라인 사이에서 단락을 야기하는 결함 메모리 셀이 존재하는 경우에, 나머지 메모리 셀의 데이터 신호를 순서에 따라 판독 출력 또는 기록할 수 있는, 서문에 언급한 방식의 집적 메모리를 제공하는 것이다.
도 1은 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀(MC)을 포함하는 MRAM-메모리의 실시예.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 메모리 셀 필드 2: 선택 회로
3 : 판독 증폭기 4 : 액세스 제어 장치
50 : 소자
30 - 3n : 드라이버 회로 40 - 4n : 메모리 유닛
BL : 비트라인 DA: 데이터 신호
GND : 전위 KS : 단락 원호
MC : 메모리 셀 RBL : 용장 비트라인
S : 신호 WL : 워드라인
상기 목적은,
- 다수의 열 라인 중에서 각각 하나의 열 라인과 다수의 행 라인 중에서 각각 하나의 행 라인 사이에 접속된, 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀을 포함하며,
- 상기 열 라인은 판독 증폭기와 연결되며,
- 상기 행 라인은 각각, 선택된 메모리 셀의 하나의 데이터 신호를 판독 출력하거나 또는 선택된 메모리 셀 내부로 하나의 데이터 신호를 기록하기 위해서, 상기 선택된 메모리 셀과 연결된 열 라인을 통해 선택 신호용 단자와 연결될 수 있도록 구성된 집적 메모리에 의해서 달성된다.
추가의 바람직한 실시예 및 개선예는 종속항에서 기술된다.
본 발명에 따른 집적 메모리에서는, 서로 연결된 개별 행 라인과 열 라인 사이에서 단락을 야기하는 결함 메모리 셀이 발생되는 경우에, 서로 연결된 상응하는 행 라인이 계속 사용될 수 있도록 판독 증폭기 내부에 있는 관련 열 라인을 분리시킬 수가 있다. 예를 들어 결함 메모리 셀에 연결된 행 라인은 집적 메모리의 정상 동작 또는 테스트 동작을 위해서 계속적으로 사용될 수 있다. 분리 후에는 판독 증폭기내에 있는 상응하는 열 라인이 일종의 플로우팅 상태를 가지기 때문에, 상기 열 라인은 단락된 메모리 셀을 통해서, 결함 메모리 셀에 연결된 행 라인의 전위로 될 수 있다. 그럼으로써, 관련 행 라인을 통한 판독 출력 과정 또는 기록 과정은 더이상 결함 메모리 셀에 의해서 부정적인 영향을 받지 않게 된다. 이 경우 판독 증폭기내에 있는 관련 열 라인을 분리시키기 위한 비용은 상당히 적다. 경우에 따른 복구를 위해서는 다만 관련 열 라인만을 대체하면 된다.
본 발명에 따른 메모리의 일 실시예에서는, 열 라인이 도전 상태 또는 비도전 상태로 작동될 수 있는 개별 드라이버 회로와 연결된다. 상기 드라이버 회로를 통해서 열 라인이 데이터 신호의 판독 출력 또는 기록을 위해 전기적으로 절연되도록 제어된다. 이 목적을 위해 드라이버 회로는 비도전 상태로 작동된다. 개별 드라이버 회로는 예를 들어 소스-드레인-구간을 통해 개별 열 라인과 연결된 트랜지스터의 형태로 구성된 스위칭 수단을 포함한다. 상기 트랜지스터는 상응하게 비도전 상태로 작동된다.
본 발명의 일 개선예에서 개별 드라이버 회로에는 메모리 유닛이 할당되며, 상기 메모리 유닛에 의해 개별 드라이버 회로가 제어될 수 있다. 개별 메모리 유닛내에는, 예를 들어 어느 열 라인이 결함 메모리 셀과 각각 연결되어 있는지에 대한 정보가 저장될 수 있다. 이 때 개별 메모리 유닛은 개별적으로 할당된 드라이버 회로에 상응하는 제어 신호를 발생시킨다. 메모리 유닛은 예를 들어 전기적으로 프로그래밍 가능한 소자 또는 에너지 광선에 의해 프로그래밍 될 수 있는 소자를 각각 하나씩 포함한다. 에너지 광선에 의해 프로그래밍 될 수 있는 소자는 예를 들어 레이저 광선에 의해 프로그래밍 가능한 소위 레이저 퓨즈의 형태로 형성될 수 있다. 저장될 정보가 상기와 같은 프로그래밍 가능한 소자들에 의해서 영구적으로 저장될 수 있음으로써, 결국 결함 메모리 셀을 검출하기 위한 기능 테스트는 단 한번만 실행되어야 한다.
집적 메모리는 바람직하게 결함 메모리 셀을 복구하기 위해서 다수의 용장 메모리 셀을 포함하며, 상기 용장 메모리 셀은 결함 메모리 셀을 갖는 정상 열 라인을 어드레스에 따라 대체시킬 수 있는 적어도 하나의 용장 열 라인에 통합된다. 이 때 집적 메모리는 예를 들어 외부 테스트 장치에 의해 테스트되고, 그 다음에 소위 용장 분석 결과를 참조하여 용장 소자의 프로그래밍이 실행된다. 그 경우 용장 회로는 예를 들어 대체될 라인의 어드레스를 저장하기 위해 이용되는 프로그래밍 가능한 퓨즈의 형태로 형성된 프로그래밍 가능 소자를 포함한다.
결함 메모리 셀이 존재하는 경우에 집적 메모리를 복구하기 위해서는, 다만 관련 열 라인을 용장 열 라인으로 대체하는 것으로 충분하다. 판독 증폭기내에 있는 단락과 관련된 열 라인이 판독 출력 또는 기록시에는 전기적으로 절연되기 때문에, 관련 행 라인은 계속 작동될 수 있다. 그럼으로써 복구 비용이 바람직하게 경감될 수 있다.
집적 메모리가 다수의 용장 행 라인 및 열 라인을 포함하면, 결함 메모리 셀이 존재할 때 상기 결함 메모리 셀에 연결된 열 라인이 미리 절연된 경우에는 나머지 메모리 셀에 대한 기능 테스트가 속행될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 중간에 결함 메모리 셀이 발생되는 경우에도 집적 메모리의 다수의 메모리 셀이 테스트될 수 있다. 그럼으로써, 후속하는 용장 분석 결과를 참조하여 용장 라인을 목표한 대로 최적으로 프로그래밍할 수 있다는 장점이 얻어진다. 용장 라인의 개수가 대부분 한정되기 때문에, 상기와 같은 방식에 의해서는 제조될 집적 메모리의 수율이 상승될 수 있다.
본 발명은 도시된 도면을 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
열 라인 및 행 라인보다 고 임피이던스라면, 공지된 모든 GMR-/TMR-소자가 메모리 셀로서 적합하다. 본 실시예에서 열 라인은 비트라인(BL0 내지 BLn)으로 표기되고, 행 라인은 워드라인(WL0 내지 WLm)으로 표기된다. 실시예에서 메모리는 예를 들어 다수의 워드라인 및 비트라인을 포함한다. 매트릭스 형태의 하나의 메모리 셀 필드(1)내에 배치된 메모리 셀(MC)은 각각 다수의 비트라인(BL0 내지 BLn) 중에서 하나의 비트라인과 다수의 워드라인(WL0 내지 WLm) 중에서 하나의 워드라인 사이에 접속된다.
하나의 정보 또는 데이터 신호를 하나의 메모리 셀(MC) 내부에 기록하기 위해서, 상응하게 연결된 비트라인 및 워드라인이 도면에 도시되지 않은 개별 파워 서플라이와 연결된다. 상응하는 라인 내부를 흐르는 전류에 의해서는, 관련 메모리 셀(MC)이 배치된 라인의 교차점에서, 소정 상태에 있는 상기 관련 메모리 셀의 자기층을 변위시키는 중첩 자기장이 결과적으로 형성된다. 이 때 메모리 셀은 자기 이력을 갖는다.
하나의 데이터 신호를 하나의 메모리 셀(MC)로부터 판독 출력하기 위해서, 대응 비트라인이 판독 증폭기(3)와 연결된다. 판독 출력을 위해, 관련 워드라인이 행 선택 회로(2)에 의해서 트리거링 되고, 스위칭 수단을 통해 상기 워드라인에 예정된 선택 신호 또는 선택 전위, 예를 들어 기준 전압 GND = 0V이 제공됨으로써, 판독 출력될 메모리 셀을 통해 흐르는 전류 흐름이 발생된다. 다른 모든 워드라인 및 개별 비트라인에는 하나의 전위, 예를 들어 V1 = 0.5가 인가된다. 메모리 셀을 통해 흐르는 전류 흐름은 판독 증폭기(3)에 의해 상응하는 비트라인에서 검출된다.
도면에 도시된 메모리 셀(MC2)은 워드라인(WL2) 및 비트라인(BL0)에 연결된다. 상기 메모리 셀(MC2)은 결함이 있는 것으로 가정된다. 상기 메모리 셀(MC2)을 통해 비트라인(BL0) 및 워드라인(WL2)이 단락되며, 이와 같은 단락 현상은 도면에서 단락 원호(KS)로 개략적으로 도시된다. 상기 단락 상태가 예를 들어 메모리의 정상 작동 동안 계속 유지되면, 메모리 셀을 선택할 때 상기 워드라인(WL2)을 따라서는 전술한 작동 방식으로 순서에 따른 판독 출력 과정이 이루어질 수 없게 된다: 예를 들어 메모리 셀(MC2)의 하나의 데이터 신호를 판독 출력하기 위해서 워드라인(WL2)이 선택 전위(GND = 0V)와 연결된다. 다른 워드라인(WL0, WL1 및 WLm)은 전위 V1 = 0.5V와 연결된다. 마찬가지로 비트라인(BL0 내지 BLn)도 전위 V1 = 0.5V와 연결된다. 단락된 메모리 셀(MC2)에 의해서 워드라인(WL2)의 전위 레벨이 변동된다. 상기 전위 레벨은 0V와 0.5V 사이에서, 메모리 셀(MC2)의 유지 저항값에 따라 변동된다. 이 경우에 메모리 셀(MC3)의 하나의 정보가 판독 출력되어야 한다면, 판독 증폭기(3)에 의해서 검출될 전류 흐름은 변동되는 전위 레벨로 인해위조될 가능성이 있다. 상기 경우에는 메모리 셀(MC3)의 순서에 따른 판독 출력 과정이 가능하다.
상기 경우에는, 비트라인(BL0)을 용장 비트라인으로 대체하는 것으로 충분하지 않다. 워드라인(WL2) 및 비트라인(BL0)이 여전히 단락 상태이기 때문에, 워드라인(WL2)을 따라서는 순서에 따른 판독 출력 과정이 이루어질 수 없다. 이 경우에는 워드라인(WL2)이 마찬가지로 용장 워드라인으로 대체되어야 한다. 그 결과 예를 들어 메모리 셀(MC3)은 더이상 비트라인(BL2)을 통해서 판독 출력되거나 기록될 수 없게 된다.
선택 회로(2) 및 판독 증폭기(3)는 제어 수단으로서의 액세스 제어 장치(4) 또는 상기 장치의 신호(S1 및 S2)에 의해서 트리거링 된다. 기술된 바와 같이, 메모리 셀(MC3)의 데이터 신호(DA)를 판독 출력하기 위해서, 상기 메모리 셀(MC3)과 연결된 비트라인(BL2)을 통해 행 라인(WL2)이 선택 전위(GND)와 연결된다. 단락과 관련된 비트라인(BL0)은 본 발명에 따라, 상기 비트라인이 판독 증폭기(3)내에 있는 메모리 셀(MC3)의 데이터 신호(DA)를 판독 출력하기 위해 절연되는 방식으로 제어된다. 상기 비트라인은 판독 증폭기(3)내에서 일종의 플로우팅 상태를 갖는다. 따라서 단락 메모리 셀(MC2)에 연결된 비트라인(BL0)은 메모리 셀(MC3)의 데이터 신호(DA)를 판독 출력하기 위해서 메모리 셀(MC2)을 통해 전위(GND = 0V)까지 방전된다. 상기 상태에 도달하자마자, 메모리 셀(MC3)의 판독 출력은 비트라인(BL2)을 통해 이루어질 수 있다. 상기 시점에서는 워드라인(WL2) 및 상기 라인의 전위 레벨이 더이상 결함 메모리 셀(MC)에 의해서 영향을 받지 않는다.
도면에는 또한 판독 증폭기(3)의 실시예가 도시되어 있다. 비트라인(BL0 내지 BLn)은 각각 드라이버 회로(30 내지 3n)와 연결된다. 이 경우 상기 드라이버 회로(30 내지 3n)는 각각 동일하게 구성된다. 상기 회로는 예를 들어 스위칭 트랜지스터를 포함하는데, 상기 트랜지스터는 도전 상태 또는 비도전 상태로 작동될 수 있다. 드라이버 회로(30 내지 3n)를 통해 비트라인(BL0 내지 BLn)에는 예를 들어 전위(V1)가 공급된다. 이 목적을 위해 드라이버 회로(30 내지 3n) 및 상기 회로의 스위칭 트랜지스터는 상응하는 도전 상태에 있게 된다. 판독 증폭기(3) 내부에 있는 개별 비트라인(BL0 내지 BLn)을 전기적으로 절연하기 위해서는, 상응하는 드라이버 회로(30 내지 3n) 및 스위칭 트랜지스터가 상응하는 비도전 상태로 작동된다.
개별 드라이버 회로(30 내지 3n)에는 메모리 유닛(40 내지 4n)이 각각 할당된다. 이 경우에는 드라이버 회로가 상기 메모리 유닛에 의해서 트리거링될 수 있다. 상기 메모리 유닛(40 내지 4n)은 예를 들어 전기적으로 프로그래밍될 수 있는 소자(50)를 각각 하나씩 포함하는데, 메모리 될 정보가 상기 소자 내부에 영구적으로 저장될 수 있다. 예를 들어 메모리 유닛(40) 내부에는, 판독 증폭기(3) 내부에 있는 데이터 신호(DA)를 판독 출력할 때 비트라인(BL0)이 그에 상응하게 절연되어야 한다는 정보가 저장되는데, 그 이유는 상기 메모리 유닛이 결함 메모리 셀(MC2)과 연결되어 있기 때문이다.
기능 테스트시에는 예를 들어 메모리 셀 필드(1)의 메모리 셀(MC)의 효율이 테스트된다. 테스트시에 결함 메모리 셀(MC)이 검출되면, 상응하는 비트라인이 기술된 방식으로 트리거링될 수 있다. 그럼으로써 메모리 셀 필드(1)는, 판독 출력과정 또는 기록 과정이 단락에 의해서 부정적인 영향을 받지 않으면서 완전하게 테스트될 수 있다. 결함 메모리 셀(MC)이 발생되는 경우에는 관련 비트라인(BL0 내지 BLn)이 도시된 용장 비트라인(RBL)으로 대체될 수 있다. 용장 비트라인(RBL)을 이용해서 복구하는 경우에는 다만 관련 비트라인(예를 들어 비트라인(BL0))만 대체되면 된다.
본 발명에 따른 집적 메모리에 의해, 하나의 행 라인과 하나의 열 라인 사이에서 단락을 야기하는 결함 메모리 셀이 존재하는 경우에도, 나머지 메모리 셀의 데이터 신호를 순서에 따라 판독 출력 또는 기록할 수 있게 되었다.

Claims (5)

  1. - 다수의 열 라인(BL0 내지 BLn) 중에서 각각 하나의 열 라인과 다수의 행 라인(WL0 내지 WLm) 중에서 각각 하나의 행 라인 사이에 접속된, 자기 저항성 메모리 효과를 갖는 메모리 셀(MC)을 포함하며,
    - 상기 열 라인(BL0 내지 BLn)은 판독 증폭기(3)와 연결되며,
    - 상기 행 라인(WL0 내지 WLm)은 각각, 선택된 메모리 셀(MC3)의 하나의 데이터 신호(DA)를 판독 출력하거나 또는 선택된 메모리 셀(MC3) 내부로 하나의 데이터 신호(DA)를 기록하기 위해서, 상기 선택된 메모리 셀(MC3)과 연결된 열 라인(BL2)을 통해 선택 신호(GND)용 단자와 연결될 수 있도록 구성된 집적 메모리에 있어서,
    적어도 하나의 결함 메모리 셀(MC2)과 연결되고, 각각 하나의 행 라인(WL2)과 열 라인(BL0) 사이에서 단락(KS)을 야기하며, 상기 선택된 메모리 셀(MC3)과 연결되지 않은 적어도 하나의 열 라인(BL0)이 판독 증폭기(3)내에 있는 데이터 신호(DA)를 판독 출력하거나 또는 기록하기 위해서 전기적으로 절연되는 방식으로, 상기 판독 증폭기(3)가 형성되고 제어 수단(4)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 집적 메모리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 라인(BL0 내지 BLn)은, 도전 상태 또는 비도전 상태로 작동될 수 있는 드라이버 회로(30 내지 3n)와 각각 하나씩 연결되는 것을 특징으로 하는 집적 메모리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개별 드라이버 회로(30 내지 3n)에는 메모리 유닛(40 내지 4n)이 하나씩 할당되며, 상기 메모리 유닛(40 내지 4n)에 의해서 드라이버 회로(30 내지 3n)가 트리거링되는 것을 특징으로 하는 집적 메모리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메모리 유닛(40 내지 4n)은 전기적으로 프로그래밍 가능한 또는 에너지 광선에 의해서 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 소자(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 메모리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 열 라인(BL0 내지 BLn) 중에서 하나의 열 라인을 대체하기 위해서 적어도 하나의 용장 열 라인(RBL)을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 메모리.
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