KR20080097126A - Multi-level phase change memory device with improved read performance - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 상변화 메모리 장치의 셀 구조를 보여주는 도면이다.1 is a diagram illustrating a cell structure of a general phase change memory device.
도 2는 일반적인 상변화 메모리 장치의 쓰기 동작시 메모리 셀의 온도 프로파일을 보여주는 도면이다.2 is a diagram illustrating a temperature profile of a memory cell during a write operation of a general phase change memory device.
도 3은 시간이 경과함에 따라 저항 소자의 저항값의 변화를 보여주는 도면이다.3 is a view showing a change in the resistance value of the resistance element over time.
도 4는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 분포들을 보여주는 도면이다.4 is a diagram illustrating distributions of a multi-level phase change memory device.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 멀티-레벨 상변화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a multi-level phase change memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 감지 증폭 회로를 보여주는 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the sense amplifier circuit of FIG. 5.
도 7은 도 5에 도시된 제어 로직의 일부로서 클램프 전압 발생 회로를 개략적으로 보여주는 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a clamp voltage generation circuit as part of the control logic shown in FIG. 5.
도 8은 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.8 is a timing diagram illustrating a read operation of a multi-level phase change memory device according to the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 기입 드라이버 회로를 보여주는 회로도이다.9 is a circuit diagram illustrating a write driver circuit of a multi-level phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.10 is a timing diagram illustrating a read operation of a multi-level phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작시 리커버리 전류 및 감지 전류의 흐름을 보여주는 도면이다.FIG. 11 illustrates a flow of recovery current and sense current during a read operation of a multi-level phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변화 메모리 장치를 포함한 시스템을 보여주는 블록도이다.12 is a block diagram illustrating a system including a multi-level phase change memory device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
210 : PRAM 셀 어레이 220 : 행 선택 회로210: PRAM cell array 220: row selection circuit
230 : 열 선택 회로 240 : 제어 로직230: column selection circuit 240: control logic
250 : 고전압 발생 회로 260 : 감지 증폭 회로250: high voltage generation circuit 260: sense amplification circuit
270 : 입력/출력 버퍼 회로 280 : 기입 드라이버 회로270: input / output buffer circuit 280: write driver circuit
290 : 바이어스 전압 발생 회로290: bias voltage generation circuit
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a multi-level phase change memory device and a reading method thereof.
컴퓨터 프로그램 및 데이터를 저장하는 데 현재 사용되는 많은 컴퓨터 메모리 기술들이 있으며, 그러한 기술들은 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 스태틱 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 소거 및 프로그램 가능한 읽기-전용 메모리(EPROM), 전 기적으로 소거 및 프로그램 가능한 읽기-전용 메모리(EEPROM), 등을 포함한다. 몇몇 메모리 기술들은 저장된 데이터를 유지하는 데 전압을 필요로 하는 반면에, 다른 메모리 기술들은 저장된 데이터를 유지하는 데 전압을 필요로 하지 않는다.There are many computer memory technologies currently used to store computer programs and data, which include dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), erasable and programmable read-only memory (EPROM), and Miraculously erased and programmable read-only memory (EEPROM), and the like. Some memory technologies require a voltage to hold stored data, while others do not require a voltage to hold stored data.
반복적으로 읽기/쓰기 가능한 그리고 불휘발성인 메모리에 대한 요구가 증가하고 있다. 현재 사용되고 있는 주요한 불 휘발성 메모리는 플래시 메모리이며, 이는 절연된 플로팅 게이트 상에 전하를 유지하는 플로팅 게이트 트랜지스터를 사용한다. 각 메모리 셀은 플로팅 게이트에/로부터 전자를 주입/제거함으로써 전기적으로 "1" 또는 "0"으로 프로그램될 수 있다. 하지만, 메모리 셀들은 보다 작은 크기로 축소하는 데 더 어렵고, 읽기 및 프로그램 동작을 수행하는 데 비교적 느리고, 비교적 많은 양의 전력을 소모할 수 있다.There is an increasing demand for repetitive read / write and nonvolatile memory. The primary nonvolatile memory currently in use is flash memory, which uses a floating gate transistor that retains charge on an isolated floating gate. Each memory cell can be electrically programmed to "1" or "0" by injecting / removing electrons to / from the floating gate. However, memory cells are more difficult to shrink to smaller sizes, are relatively slow to perform read and program operations, and can consume a relatively large amount of power.
불 휘발성 메모리로서, 상변화 메모리 장치들이 또한 최근에 알려져 왔다. 이 장치들은 상이한 전기적인 독출 특성들을 나타내는 다른 구조적인 상태들(structured states) 사이에서 전기적으로 바뀔 수 있는 물질을 이용한다. 예를 들면, 게르마늄ㆍ안티몬ㆍ텔루르 혼합물(GST)로서 칼코겐 물질(chalcogenide material) (이하, "GST 물질"이라 칭함)로 만드어진 메모리 장치들이 알려져 있으며, GST 물질은 비교적 높은 저항율(resistivity)을 나타내는 비결정 상태(amorphous state)와 비교적 낮은 저항율을 나타내는 결정 상태(crystalline state) 사이에서 프로그램된다. GST 물질을 가열함으로써 GST 물질이 프로그램된다. 가열의 크기 및 기간은 GST 물질이 비결정 또는 결정 상태로 남아있는 지의 여부를 결정한다. 높은 그리고 낮은 저항율들은 프로그램된 값들 "1" 및 "0"을 나타 내며, 이는 GST 물질의 저항율을 측정함으로써 감지될 수 있다.As nonvolatile memory, phase change memory devices have also been known recently. These devices use materials that can be electrically switched between different structured states exhibiting different electrical readout characteristics. For example, memory devices made of a chalcogenide material (hereinafter referred to as "GST material") as a germanium-antimony-tellurium mixture (GST) are known, and the GST material has a relatively high resistivity. It is programmed between the representative amorphous state and the crystalline state exhibiting a relatively low resistivity. The GST material is programmed by heating the GST material. The size and duration of the heating determine whether the GST material remains in an amorphous or crystalline state. High and low resistivities represent programmed values "1" and "0", which can be detected by measuring the resistivity of the GST material.
일반적인 상변화 메모리 장치에 있어서, 메모리 셀은 저항 소자와 스위칭 소자로 구성된다. 스위칭 소자는 MOS 트랜지스터, 다이오드, 등과 같은 다양한 소자들을 이용하여 구현될 수 있다. 저항 소자는, 도 1에 도시된 바와 같이, GST 물질로 이루어진 상변화막(1), 상변화막(1) 상에 형성된 상부 전극(2), 그리고 상변화막(1) 하부에 형성된 하부 전극(3)을 포함한다. 메모리 셀에 펄스 전류가 인가되면, 인가된 펄스 전류는 하부 전극(3)을 통해 흐르게 된다. 수㎱∼수십㎱ 정도의 매우 짧은 펄스 전류를 메모리 셀에 가하면, 하부 전극(3)의 인접한 상변화막만 주울열로 가열된다. 이때, 가열 프로파일(heating profile)의 차이에 의해서 상변화막(1)의 일부(도 1에서 해칭된 부분)가 결정 상태(또는 "SET 상태"라 불림)가 되거나 비결정 상태(또는, "RESET 상태"로 불림)가 된다. 예를 들면, 상변화막(1)을 비결정 상태(또는, RESET 상태)로 만들기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스 전류(i1)가 단시간 동안 메모리 셀에 인가되고, 1㎱ 내에서 가해진 펄스 전류가 제거된다. 상변화막(1)을 결정 상태(또는, SET 상태)로 만들기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 양적으로 i1보다 적은 펄스 전류(i2)가 메모리 셀에 인가되고, 인가된 펄스 전류는 상변화막(1)이 결정화되도록 30㎱∼50㎱의 시간 동안 유지된 후 제거된다. 따라서, PRAM 메모리 셀은 상술한 방식에 따라 결정 상태 및 비결정 상태 중 어느 하나로 설정된다.In a typical phase change memory device, a memory cell is composed of a resistance element and a switching element. The switching device may be implemented using various devices such as MOS transistors, diodes, and the like. As shown in FIG. 1, the resistance element includes a
비결정 상태를 갖는 메모리 셀의 저항 소자의 저항율은 다양한 원인들로 인해 증가될 것이다. 예를 들면, 저항 소자의 저항율(또는, 저항값)은 다양한 원인들 로 인해 시간이 경과함에 따라 증가될 것이다. 비결정 상태를 갖는 저항 소자의 저항값은 저항 소자의 초기 저항값이 높을수록 더 많이 증가될 것이다. 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The resistivity of the resistive element of the memory cell having an amorphous state will increase due to various causes. For example, the resistivity (or resistance value) of the resistive element will increase over time due to various causes. The resistance value of the resistive element having an amorphous state will increase more as the initial resistance value of the resistive element is higher. More specifically, it is as follows.
시간이 경과함에 따라 저항 소자의 저항값의 변화를 보여주는 도 3을 참조하면, 가로축은 메모리 셀이 비결정 상태로 프로그램될 때 메모리 셀의 초기 저항값(Rini)을 나타내고, 세로축은 시간의 경과에 따라 초기 저항값의 변화된 저항값(Ro)을 나타낸다. 이상적인 경우, "10"으로 표기된 실선과 같이, 초기 저항값(Rini)은 변화된 저항값(Ro)과 일치할 것이다. 하지만, 초기 저항값(Rini)은 시간이 경과함에 따라(또는, 일정 시간 이후) 점차적으로 높은 저항값으로 변화될 것이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 초기 저항값(Rini)이 높으면 높을수록, 저항값의 변화는 커질 것이다. 따라서, 비결정 상태를 갖는 저항 소자의 초기 저항값이 증가됨에 따라, 메모리 셀의 문턱 전압이 증가될 것이다.Referring to FIG. 3 showing a change in the resistance value of the resistive element over time, the horizontal axis represents the initial resistance value Rini of the memory cell when the memory cell is programmed to an amorphous state, and the vertical axis represents the progress of time over time. The changed resistance value Ro of the initial resistance value is shown. Ideally, the initial resistance value Rini will coincide with the changed resistance value Ro, as shown by the solid line marked " 10 ". However, the initial resistance value Rini will gradually change to a higher resistance value as time passes (or after a certain time). As can be seen in Figure 3, the higher the initial resistance value (Rini), the greater the change in resistance value will be. Therefore, as the initial resistance value of the resistive element having the amorphous state is increased, the threshold voltage of the memory cell will increase.
저항값의 변화에 대한 논문이 2004년 5월 5일자로 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES (VOL. 51, NO.5)에 "LOW-FIELD AMORPHOUS STATE RESISTANCE AND THRESHOLD VOLTAGE DRIFT IN CHALCOGENIDE MATERIALS"라는 제목으로 게재되어 있다.A paper on the change in resistance value was published on May 5, 2004 in IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES (VOL. 51, NO.5) entitled "LOW-FIELD AMORPHOUS STATE RESISTANCE AND THRESHOLD VOLTAGE DRIFT IN CHALCOGENIDE MATERIALS." have.
메모리 용량을 증가시키기 위해서 이 분야에 잘 알려진 멀티-레벨 기술이 상변환 메모리 장치에 적용될 것이다. 이하, 그러한 메모리 장치를 멀티-레벨 상변환 메모리 장치라 칭한다. 앞서 언급된 초기 저항값의 변화는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치를 구현하는 데 제한 요인으로 작용하며, 이는 이하 상세히 설명될 것이다.Multi-level techniques, well known in the art, will be applied to phase change memory devices to increase memory capacity. Such memory devices are hereinafter referred to as multi-level phase change memory devices. The aforementioned change in the initial resistance value is a limiting factor in implementing a multi-level phase change memory device, which will be described in detail below.
설명의 편의상, 하나의 메모리 셀에 2-비트 데이터가 저장된다고 가정하자. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 2-비트 데이터는 가능한 4개의 상태들 "11", "10", "01", 그리고 "00" 중 하나를 가질 것이다. 도 3에서, "ST0" 상태에 대응하는 분포(101)는 결정 상태를 갖는 메모리 셀들을 포함할 것이다. 도 4에서, 나머지 상태들(ST1, ST2, ST3)에 대응하는 분포들(102, 103, 104)은 비결정 상태들을 갖는 메모리 셀들을 포함할 것이다. "ST1" 상태에 대응하는 분포(102)에 포함된 메모리 셀들의 저항값들은 "ST2" 상태에 대응하는 분포(103)에 포함된 메모리 셀들의 저항값들보다 작을 것이다. "ST2" 상태에 대응하는 분포(103)에 포함된 메모리 셀들의 저항값들은 "ST3" 상태에 대응하는 분포(104)에 포함된 메모리 셀들의 저항값들보다 작을 것이다. 도 4에서 실선으로 표시된 분포들(101, 102, 103, 104)은 메모리 셀들을 프로그램한 후에 얻어진 곡선들이고, 점선으로 표시된 분포들(101', 102', 103', 104')은 프로그램 이후 소정 시간이 경과한 후에 얻어진 곡선들이다. 이러한 분포/문턱 전압/저항값 변화는 메모리 셀이 어느 상태를 갖는 지의 여부를 판별하는 것이 어려움을 의미한다. 다시 말해서, 이러한 분포/문턱 전압/저항값 변화는 읽기 마진이 감소되게 한다. 최악의 경우, 그러한 분포/문턱 전압/저항값 변화는 읽기 에러를 유발할 것이다. 이러한 문제는 메모리 셀에 저장된 데이터 비트들의 수가 증가할 수록 더욱 심각해 질 것이다.For convenience of explanation, assume that 2-bit data is stored in one memory cell. For example, as shown in FIG. 4, the 2-bit data will have one of four possible states "11", "10", "01", and "00". In FIG. 3, the
따라서, 분포 변화/문턱 전압 변화/저항값 변화에 관계없이 안정적으로 읽기 동작을 수행할 수 있는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치가 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a multi-level phase change memory device capable of stably performing a read operation regardless of distribution change, threshold voltage change, or resistance value change.
본 발명의 목적은 향상된 읽기 성능을 갖는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치 및 그것의 읽기 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a multi-level phase change memory device having improved read performance and a read method thereof.
본 발명의 예시적인 실시예들은 각각이 복수의 데이터 상태들 중 하나를 갖는 메모리 셀들을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 방법을 제공하며, 상기 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들 각각의 저항값이 상기 복수의 데이터 상태들에 관계없이 상기 복수의 데이터 상태들 각각의 초기 저항값으로 회복되도록 상기 선택된 메모리 셀들을 리커버리하는 단계와; 그리고, 상기 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하는 단계를 포함한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a method of reading a multi-level phase change memory device each including memory cells having one of a plurality of data states, wherein a resistance value of each of the selected memory cells is selected from among the memory cells. Recovering the selected memory cells to return to an initial resistance value of each of the plurality of data states irrespective of the plurality of data states; And sensing data from the selected memory cells.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들은 각각이 복수의 데이터 상태들 중 하나를 갖는 메모리 셀들을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 방법을 제공하며, 이 읽기 방법은 상기 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급하는 단계와; 그리고, 상기 선택된 메모리 셀들로 감지 전류를 공급하여 상기 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 리커버리 전류는 상기 감지 전류보다 양적으로 많다.Other exemplary embodiments of the present invention provide a method of reading a multi-level phase change memory device, each memory cell having one of a plurality of data states, wherein the read method comprises selected memory cells of the memory cells. Supplying a recovery current to the furnace; And sensing data from the selected memory cells by supplying a sensing current to the selected memory cells, wherein the recovery current is quantitatively greater than the sensing current.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 각각이 복수의 데이터 상태들 중 하나를 갖는 메모리 셀들을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 방법을 제공하며, 이 읽기 방법은 선택된 메모리 셀들에 연결된 비트 라인들을 프리챠지 전압으로 프리챠지하는 동안, 상기 선택된 메모리 셀들에 연결된 워드 라인을 활성화시키는 단계와; 상기 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공 급하는 단계와; 상기 리커버리 전류의 공급을 종료한 후, 상기 선택된 메모리 셀들로 감지 전류를 공급하여 상기 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 리커버리 전류는 상기 감지 전류보다 양적으로 많다.Still other exemplary embodiments of the present invention provide a method of reading a multi-level phase change memory device each including memory cells having one of a plurality of data states, the read method comprising bits coupled to selected memory cells. Activating a word line coupled to the selected memory cells while precharging lines to a precharge voltage; Supplying a recovery current to selected ones of the memory cells; After supplying the recovery current, supplying a sensing current to the selected memory cells to sense data from the selected memory cells, wherein the recovery current is quantitatively greater than the sensing current.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 각각이 복수의 데이터 상태들 중 하나를 갖는 메모리 셀들을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 방법을 제공하며, 이 읽기 방법은 선택된 메모리 셀들에 연결된 비트 라인들을 프리챠지 전압으로 프리챠지하는 단계와; 상기 선택된 메모리 셀들에 연결된 워드 라인을 활성화시키는 단계와; 상기 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급하는 단계와; 상기 리커버리 전류의 공급을 종료한 후, 상기 선택된 메모리 셀들로 감지 전류를 공급하여 상기 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 리커버리 전류는 상기 감지 전류보다 양적으로 많다.Still other exemplary embodiments of the present invention provide a method of reading a multi-level phase change memory device each including memory cells having one of a plurality of data states, the read method comprising bits coupled to selected memory cells. Precharging the lines to a precharge voltage; Activating a word line coupled to the selected memory cells; Supplying a recovery current to selected ones of the memory cells; After supplying the recovery current, supplying a sensing current to the selected memory cells to sense data from the selected memory cells, wherein the recovery current is quantitatively greater than the sensing current.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 워드 라인들과 비트 라인들로 배열된 메모리 셀들을 갖는 메모리 셀 어레이와; 상기 메모리 셀들 각각은 멀티-레벨 데이터에 대응하는 복수의 데이터 상태들 중 하나를 가지며; 상기 메모리 셀 어레이의 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하도록 구성된 감지 증폭 회로와; 쓰기 동작시 입력된 데이터에 따라 상기 메모리 셀 어레이의 선택된 메모리 셀들로 쓰기 전류를 공급하도록 구성된 기입 드라이버 회로와; 그리고 읽기 동작의 감지 구간 이전에 상기 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급하도록 상기 감지 증폭 회로와 상기 기입 드라이버 회로 중 하나를 제어하는 제어 로직을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치를 제공한다.Still other exemplary embodiments of the present invention include a memory cell array having memory cells arranged in word lines and bit lines; Each of the memory cells has one of a plurality of data states corresponding to multi-level data; Sense amplifier circuitry configured to sense data from selected memory cells of the memory cell array; A write driver circuit configured to supply a write current to selected memory cells of the memory cell array in accordance with data input during a write operation; And a control logic for controlling one of the sense amplifying circuit and the write driver circuit to supply a recovery current to the selected memory cells before a sensing period of a read operation.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 워드 라인들과 비트 라인들로 배열된 메모리 셀들을 갖는 메모리 셀 어레이와; 상기 메모리 셀들 각각은 멀티-레벨 데이터에 대응하는 복수의 데이터 상태들 중 하나를 가지며; 상기 메모리 셀 어레이의 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하도록 구성된 감지 증폭 회로와; 그리고 읽기 동작의 감지 구간 이전에 상기 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급하도록 상기 감지 증폭 회로를 제어하는 제어 로직을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치를 제공한다.Still other exemplary embodiments of the present invention include a memory cell array having memory cells arranged in word lines and bit lines; Each of the memory cells has one of a plurality of data states corresponding to multi-level data; Sense amplifier circuitry configured to sense data from selected memory cells of the memory cell array; And a control logic for controlling the sense amplifier circuit to supply a recovery current to the selected memory cells before a sensing period of a read operation.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예들은 워드 라인들과 비트 라인들로 배열된 메모리 셀들을 갖는 메모리 셀 어레이와; 상기 메모리 셀들 각각은 멀티-레벨 데이터에 대응하는 복수의 데이터 상태들 중 하나를 가지며; 상기 메모리 셀 어레이의 선택된 메모리 셀들로부터 데이터를 감지하도록 구성된 감지 증폭 회로와; 쓰기 동작 동안 입력된 데이터에 따라 상기 메모리 셀 어레이의 선택된 메모리 셀들로 쓰기 전류를 공급하도록 구성된 기입 드라이버 회로와; 그리고 읽기 동작의 감지 구간 이전에 상기 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급하도록 상기 기입 드라이버 회로를 제어하는 제어 로직을 포함하는 멀티-레벨 상변환 메모리 장치를 제공한다.Still other exemplary embodiments of the present invention include a memory cell array having memory cells arranged in word lines and bit lines; Each of the memory cells has one of a plurality of data states corresponding to multi-level data; Sense amplifier circuitry configured to sense data from selected memory cells of the memory cell array; A write driver circuit configured to supply a write current to selected memory cells of the memory cell array in accordance with data input during a write operation; And a control logic for controlling the write driver circuit to supply a recovery current to the selected memory cells before a sensing period of a read operation.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and that additional explanations of the claimed invention are provided.
참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번 호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.Reference numerals are shown in detail in preferred embodiments of the invention, examples of which are shown in the reference figures. In any case, the same reference numerals are used in the description and the drawings to refer to the same or similar parts.
아래에서, 멀티-레벨 상변환 메모리 장치가 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 한 예로서 사용된다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.In the following, a multi-level phase change memory device is used as an example for explaining the features and functions of the present invention. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate the other advantages and performances of the present invention in accordance with the teachings herein. The present invention may be implemented or applied through other embodiments as well. In addition, the detailed description may be modified or changed according to aspects and applications without departing from the scope, technical spirit and other objects of the present invention.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 멀티-레벨 상변화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a multi-level phase change memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 상변화 메모리 장치(200)는 N-비트 데이터 정보(N은 2 또는 그 보다 큰 정수)를 저장하는 메모리 셀 어레이(210)를 포함하며, 메모리 셀 어레이(210)에는, 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 복수의 메모리 셀들이 행들(또는 워드 라인들)과 열들(또는 비트 라인들)로 배열될 것이다. 각 메모리 셀은 스위칭 소자와 저항 소자로 구성될 것이다. 스위칭 소자는 MOS 트랜지스터, 다이오드, 등과 같은 다양한 소자들을 이용하여 구현될 수 있다. 저항 소자는 앞서 설명된 GST 물질로 구성된 상변화막을 포함하도록 구성될 것이다. 각 메모리 셀은 덮어쓰기 가능한 메모리 셀(overwritable memory cell)이다. 예시적인 저항 소자는 미국특허 제6928022호에 "WRITE DRIVER CIRCUIT IN PHASE CHANGE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR APPLYING WRITE CURRENT"라는 제목으로, 미국특허 제6967865호에 "LOW-CURRENT AND HIGH-SPEED PHASE-CHANGE MEMORY DEVICES AND METHODS OF DRIVING THE SAME"라는 제목으로, 그리고 미국특허 제6982913호에 "DATA READ CIRCUIT FOR USE IN A SEMICONDUCTOR MEMORY AND A MEMORY THEREOF"라는 제목으로 각각 게재되어 있으며, 이 출원의 레퍼런스로 포함될 것이다.Referring to FIG. 5, the phase
계속해서 도 5를 참조하면, 행 선택 회로(220)는 행 어드레스(RA)에 응답하여 행들(또는 워드 라인들) 중 적어도 하나의 행을 선택하고, 열 선택 회로(230)는 열 어드레스(CA)에 응답하여 열들(또는 비트 라인들) 중 일부를 선택한다. 제어 로직(240)은 외부로부터의 읽기/쓰기 명령에 응답하여 멀티-레벨 상변화 메모리 장치(200)의 전반적인 동작들을 제어하도록 구성될 것이다. 고전압 발생 회로(250)는 제어 로직(240)에 의해서 제어되며, 행 및 열 선택 회로들(220, 230), 감지 증폭 회로(260), 그리고 기입 드라이버 회로(280)에서 사용되는 고전압을 발생하도록 구성된다. 예를 들면, 고전압 발생 회로(250)는 전하 펌프를 이용하여 구현될 수 있다. 하지만, 고전압 발생 회로(250)의 구현이 여기에 개시된 것에 제한되지 않음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.5, the row
감지 증폭 회로(260)는 제어 로직(240)에 의해서 제어되며, 읽기 동작시 열 선택 회로(230)에 의해서 선택된 열들(또는 비트 라인들)을 통해 셀 데이터를 감지한다. 감지된 데이터는 데이터 입력/출력 버퍼 회로(270)를 통해 외부로 출력될 것이다. 감지 증폭 회로(260)는 데이터 버스(DL)에 연결되며, 읽기 동작시 감지 전류(I_SENSE)를 데이터 버스(DL)로 공급할 것이다. 기입 드라이버 회로(280)는 제어 로직(240)에 의해서 제어되며, 입력/출력 버퍼 회로(270)를 통해 제공되는 데이터에 따라 데이터 라인(DL)으로 쓰기 전류를 공급할 것이다. 바이어스 전압 발생 회 로(290)는 제어 로직(240)에 의해서 제어되며, 감지 증폭 회로(260) 및 기입 드라이버 회로(280)에 공급될 바이어스 전압들을 발생하도록 구성될 것이다.The
본 발명의 멀티-레벨 상변환 메모리 장치에 따르면, 특히, 제어 로직(240)은 결정 및 비결정 상태들(101, 102, 103, 104)(도 3 참조)의 문턱 전압 변화/분포 변화/저항 변화로 인한 읽기 에러를 방지하기 위해서 감지 동작 이전에 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류(recovery current)(양적으로 감지 전류보다 많음)를 공급하도록 감지 증폭 회로(260) 또는/그리고 기입 드라이버 회로(280)를 제어할 것이다. 이는 이후 상세히 설명될 것이다. 예시적인 실시예에 있어서, 리커버리 전류의 양은 복수의 데이터 상태들 각각의 초기 저항값이 리커버리 전류의 공급 이후에 변화되지 않도록 결정될 것이다. 선택된 메모리 셀들로 리커버리 전류를 공급함으로써 선택된 메모리 셀들 각각의 저항 소자의 저항값은 초기 저항값(즉, 프로그램될 때 결정된 저항값 또는 변화되기 이전의 저항값을 나타냄)으로 회복될 것이다. 이러한 특성(초기 저항값으로의 회복)은 앞서 언급된 논문에 상세히 설명되어 있으며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다. 이러한 동작은 이후 "리커버리 동작"이라 칭한다. 리커버리 동작 이후, 선택된 메모리 셀들로 감지 전류를 공급함으로써 선택된 메모리 셀들로부터 정확하게 멀티-레벨 데이터를 감지하는 것이 가능하다.According to the multi-level phase-change memory device of the present invention, in particular, the
도 6은 도 5에 도시된 감지 증폭 회로를 보여주는 회로도이다. 비록 도 6에는 하나의 비트 라인에 대응하는 감지 증폭 회로가 도시되어 있지만, 비트 구조(bit organization)에 대응하는 감지 증폭 회로들이 더 구비됨은 이 분야의 통상 적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. 예를 들면, 비트 구조가 x8인 경우, 8개의 감지 증폭 회로들이 요구될 것이다. 비트 구조가 x16인 경우, 16개의 감지 증폭 회로들이 요구될 것이다. 하지만, 감지 증폭 회로들의 수가 비트 구조에 제한되지 않음은 자명하다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the sense amplifier circuit of FIG. 5. Although a sense amplification circuit corresponding to one bit line is shown in FIG. 6, it is apparent to those skilled in the art that more sense amplification circuits corresponding to a bit organization are further provided. For example, if the bit structure is x8, eight sense amplifier circuits would be required. If the bit structure is x16, 16 sense amplifier circuits will be required. However, it is apparent that the number of sense amplifier circuits is not limited to the bit structure.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 감지 증폭 회로(260)는 PMOS 트랜지스터들(261, 262, 265), NMOS 트랜지스터들(263, 266, 267), 그리고 감지 증폭기(264)를 포함한다. PMOS 트랜지스터들(261, 262)은 전원 단자(268)와 신호 라인(NSA)(또는 감지 증폭기의 입력단) 사이에 직렬 연결되며, 전원 단자(268)에는 전원 전압(VCC) 또는 그 보다 높은 전압(VSA)이 인가될 수 있다. 여기서, VSA 전압은 다이오드의 문턱 전압만큼 전원 전압보다 높은 전압일 것이다. 하지만, VSA 전압이 여기에 개시된 것에 국한되지 않음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. PMOS 트랜지스터(261)는 감지 구간을 나타내는 제어 신호(nPBAIS)에 의해서 턴 온/오프되고, PMOS 트랜지스터(262)는 바이어스 전압(VBIASi)(i=1∼3)(도 3 참조)에 의해서 턴 온/오프된다. 제어 신호(nPBAIS)는 도 5의 제어 로직(240)으로부터 제공되고, 바이어스 전압(VBIASi)은 도 5의 바이어스 전압 발생 회로(290)로부터 제공될 것이다.Referring to FIG. 6, the
NMOS 트랜지스터(263)는 신호 라인(NSA)과 열 선택 회로(230)(또는, 데이터 라인(DL)) 사이에 연결되며, 비트 라인(BL)의 전압 또는 비트 라인(BL)으로의 전류를 제한하도록 클램프 전압(VCLP)에 의해서 제어된다. 클램프 전압(VCLP)은 상변화 막의 리세트 상태가 변화되는 문턱 전압 이하로 비트 라인의 전압을 유지하기 위해서 그리고 리커버리 구간 동안 리커버리 전류(양적으로 감지 전류보다 많음)를 비트 라인으로 공급하기 위해서 사용된다. 감지 증폭기(264)(도면에는 "AMP"로 표기됨)는 열 선택 회로(230)를 통해 비트 라인 상의 전압이 기준 전압(VREF)보다 낮은 지 또는 높은 지의 여부를 감지하고, 감지된 결과를 셀 데이터로서 데이터 입력/출력 버퍼 회로(270)로 출력한다.The
여기서, 감지 증폭기(264)는 메모리 셀에 저장된 2개의 데이터 비트들 중 하나를 감지하도록 구성될 수 있다. 또는, 감지 증폭기(264)는 메모리 셀에 저장된 2개의 데이터 비트들을 모두 감지하도록 구성될 수도 있다. 하지만, 감지 증폭기(264)의 구조가 멀티-레벨 읽기 방식들에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.Here, the
PMOS 트랜지스터(265)는 프리챠지 전압(VPRE)과 신호 라인(NSA) 사이에 연결되며, 도 5의 제어 로직(240)으로부터의 제어 신호(nPRE)에 의해서 제어될 것이다. NMOS 트랜지스터(266)는 열 선택 회로(230)의 입력(또는 데이터 라인(DL))과 접지 전압 사이에 연결되며, 도 5의 제어 로직(240)으로부터의 제어 신호(PDIS)에 의해서 제어될 것이다. NMOS 트랜지스터(267)는 신호 라인(NSA)과 접지 전압 사이에 연결되며, 제어 신호(PDIS)에 의해서 제어될 것이다. PMOS 트랜지스터들(261, 262)은 감지 구간 동안 바이어스 전압(VBIASi)에 의해서 결정되는 양의 전류(또는 감지 전류(I_SENSE))를 신호 라인(NSA) 즉, 비트 라인(BL)으로 공급하는 감지 전류 공급부 를 구성할 것이다. 감지 전류(I_SENSE)는 감지 구간 동안 비트 라인을 통해 메모리 셀로 공급될 것이다. PMOS 트랜지스터(265)는 프리챠지 구간 동안 신호 라인(NSA)으로 프리챠지 전류를 공급하는 프리챠지 전류 공급부를 구성할 것이다. NMOS 트랜지스터(263)에 인가되는 클램프 전압(VCLP)은 감지 동작 이전에 프리챠지 전류를 그리고 리커버리 전류를 비트 라인으로 공급하도록 제 1 및 제 2 클램프 전압들을 가질 것이다. 제 1 클램 전압은 제 2 클램프 전압보다 낮고, 접지 전압보다 높을 것이다. 이는 이후 상세히 설명될 것이다.The
도 7은 도 5에 도시된 제어 로직의 일부로서 클램프 전압 발생 회로를 개략적으로 보여주는 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a clamp voltage generation circuit as part of the control logic shown in FIG. 5.
도 7을 참조하면, 클램프 전압 발생 회로(241)는 펄스 발생기(241a)와 레벨 쉬프터(241b)를 포함할 것이다. 펄스 발생기(241a)는 워드 라인의 인에이블 정보에 응답하여 펄스 신호를 발생하도록 구성될 것이다. 예시적인 실시예에 있어서, 펄스 신호는 약 10㎱∼10㎲의 듀레이션을 갖고 (Vth-0.3∼Vth+0.1)의 크기(Vth는 "11" 상태를 갖는 멀티-레벨 셀의 문턱 전압을 나타냄)를 갖도록 설정될 것이다. 레벨 쉬프터(241b)는 펄스 발생기(241a)의 출력에 응답하여 동작하며, 제 1 클램프 전압(V1)과 제 2 클램프 전압(V2)을 공급받는다. 레벨 쉬프터(241b)는 펄스 발생기(241a)의 출력이 로우 레벨을 가질 때 제 1 클램프 전압(V1)을 갖는 클램프 전압(VCLP)을 출력하고, 레벨 쉬프터(241b)는 펄스 발생기(241a)의 출력이 하이 레벨을 가질 때 제 2 클램프 전압(V2)을 갖는 클램프 전압(VCLP)을 출력할 것이다. 클램프 전압(VCLP)은 앞서 언급된 감지 증폭 회로(260)의 NMOS 트랜지스터(263)의 게 이트에 인가될 것이다.Referring to FIG. 7, the clamp
도 8은 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작이 참조 도면들에 의거하여 이하 상세히 설명될 것이다.8 is a timing diagram illustrating a read operation of a multi-level phase change memory device according to the present invention. A read operation of the multi-level phase change memory device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
읽기 동작을 설명하기에 앞서, 하나의 메모리 셀에 2-비트 데이터가 저장되는 경우, 다양한 읽기 방법들을 통해 읽기 동작이 수행될 것이다. 예를 들면, 이 분야에 잘 알려진 바와 같이, 2개의 데이터 비트들 중 하나(예를 들면, LSB 데이터 비트 또는 MSB 데이터 비트)가 감지 증폭 회로(260)에 의해서 감지될 것이다. 이를 위해서, 이후 설명될 감지 동작은 가능한 4개의 상태들(11, 10, 01, 00)의 코딩 방식에 따라 일회 또는 그 보다 많이 수행될 것이다. 리커버리 동작은 감지 동작들의 횟수에 관계없이 첫번째 감지 동작 이전에 한번 수행될 것이다. 이에 반해서, 리커버리 동작이 감지 동작들에 앞서 매번 수행될 수도 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. 설명의 편의상, 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작은 한번의 리커버리 동작과 한번의 감지 동작을 통해 설명될 것이다. 하지만, 리커버리 동작이 적용되는 방식은 멀티-레벨 데이터를 읽는 방식에 따라 다양하게 변경될 것이다.Before describing the read operation, when 2-bit data is stored in one memory cell, the read operation may be performed through various read methods. For example, as is well known in the art, one of two data bits (eg, LSB data bits or MSB data bits) will be sensed by the
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작은 크게 프리챠지 구간과 감지 구간을 포함할 것이다. 비트 라인/신호 라인(BL/NSA)이 프리챠지되기 이전에, 즉, 프리챠지 구간 이전에, 제어 신호들(PDIS, nPBIAS)은 하이 레벨을 갖고 제어 신호(nPRE)는 로우 레벨을 갖는다. 이때, 클램프 전압(VCLP)은 제 1 클램프 전압(V1)(예를 들면, 2.2V)을 갖는다. 이러한 조건에 의하면, 감지 증폭 회로(260)의 트랜지스터들(261, 262, 265)은 턴 오프되는 반면에, 감지 증폭 회로(260)의 트랜지스터들(263, 266, 267)은 턴 온될 것이다. 이는 데이터 라인(DL) 및 신호 라인(NSA)이 접지 전압으로 방전됨을 의미한다.As shown in FIG. 8, the read operation of the multi-level phase change memory device according to the present invention will largely include a precharge period and a detection period. Before the bit line / signal line BL / NSA is precharged, that is, before the precharge period, the control signals PDIS and nPBIAS have a high level and the control signal nPRE has a low level. At this time, the clamp voltage VCLP has a first clamp voltage V1 (for example, 2.2V). Under these conditions,
프리챠지 구간 동안, 선택된 비트 라인(BL), 데이터 라인(DL), 그리고 신호 라인(NSA)은 프리챠지 전압(VPRE)으로 프리챠지될 것이다. 구체적으로는, 프리챠지 구간 동안, 제어 신호들(nPRE, PDIS)은 로우 레벨을 갖는 반면에, 제어 신호(nPBIAS)는 하이 레벨을 갖는다. 이때, 열 선택 신호(YA)가 하이로 활성화됨에 따라 비트 라인(BL)은 데이터 라인(DL)에 전기적으로 연결될 것이다. 이러한 조건에 따르면, NMOS 트랜지스터(263)의 게이트에 클램프 전압(VCLP)으로서 제 1 클램프 전압(V1)(예를 들면, 2.2V)이 인가된 상태에서, 신호 라인(NSA) 및 비트 라인(BL)은 PMOS 트랜지스터(265)를 통해 공급되는 프리챠지 전압(VPRE)으로 충전될 것이다. 여기서, 프리챠지 전압(VPRE)은 감지 증폭기(264)에 인가되는 기준 전압(VREF)과 동일할 것이다.During the precharge period, the selected bit line BL, the data line DL, and the signal line NSA will be precharged with the precharge voltage V PRE . Specifically, during the precharge period, the control signals nPRE and PDIS have a low level, while the control signal nPBIAS has a high level. At this time, as the column select signal YA is activated high, the bit line BL may be electrically connected to the data line DL. According to this condition, in the state where the first clamp voltage V1 (for example, 2.2 V) is applied as the clamp voltage VCLP to the gate of the
도 8에 도시된 바와 같이, 프리챠지 구간에서 워드 라인(WL)이 활성화될 것이다. 그 다음에, 클램프 전압(VCLP)으로서 제 2 클램프 전압(V2)(예를 들면, 3V)이 NMOS 트랜지스터(263)의 게이트에 공급될 것이다. 다시 말해서, 도 8에 도시된 바와 같이, 클램프 전압(VCLP)이 제 1 클램프 전압(V1)에서 제 2 클램프 전압(V2)으로 증가될 것이다. 제 2 클램프 전압(V2)(예를 들면, 3V)이 NMOS 트랜지스 터(263)의 게이트에 공급됨에 따라, 프리챠지 전류보다 많은 양의 리커버리 전류가 주어진 시간 동안 NMOS 트랜지스터(263)를 통해 비트 라인(BL) 즉, 메모리 셀로 공급될 것이다. 리커버리 전류가 메모리 셀에 인가될 때, 앞서 언급된 바와 같이, 메모리 셀의 저항 소자의 저항값은 초기 저항값으로 회복될 것이다.As shown in FIG. 8, the word line WL may be activated in the precharge period. Next, the second clamp voltage V2 (eg, 3V) as the clamp voltage VCLP will be supplied to the gate of the
클램프 전압(VCLP)이 제 2 클램프 전압(V2)에서 제 1 클램프 전압(V1)으로 낮아진 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어 신호(nPRE)는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하고, 제어 신호(nPBIAS)는 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이한다. 이때, PMOS 트랜지스터(262)에는 적정한 바이어스 전압(VBIASi)이 공급될 것이다. 이러한 조건에 따르면, PMOS 트랜지스터들(261, 262)을 통해 흐르는 감지 전류가 NMOS 트랜지스터(263)와 열 선택 회로(230)를 통해 비트 라인(BL)으로 공급될 것이다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 비트 라인(BL)/신호 라인(NSA)의 전압은 메모리 셀의 상태에 따라 기준 전압(VREF) 이상 또는 이하로 변화될 것이다. 신호 라인(NSA)의 전압 변화는 감지 증폭기(264)를 통해 감지될 것이다. 감지된 데이터(SAOUT)는 입력/출력 버퍼 회로(270)로 출력될 것이다. 이후, 감지 동작이 종료될 것이다.After the clamp voltage VCLP is lowered from the second clamp voltage V2 to the first clamp voltage V1, as shown in FIG. 8, the control signal nPRE transitions from the low level to the high level, and the control signal. (nPBIAS) transitions from high level to low level. In this case, an appropriate bias voltage VBIASi will be supplied to the
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 기입 드라이버 회로를 보여주는 회로도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치는 리커버리 전류가 감지 증폭 회로 대신에 기입 드라이버 회로를 통해 선택된 메모리 셀로 공급된다는 점을 제외하면 도 5에 도시된 것과 실질적으로 동일하며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다. 즉, 도 5에 도시된 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 경우, 기입 드라이버 회로(280)는 읽기 동작 동안 동작하지 않을 것이다. 이에 반해서, 도 8에 도시된 기입 드라이버 회로(280')는 감지 동작이 수행되기 이전에 제어 로직(240)의 제어에 따라 리커버리 전류를 선택된 비트 라인으로 공급할 것이다. 이는 이후 상세히 설명될 것이다.9 is a circuit diagram illustrating a write driver circuit of a multi-level phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. The multi-level phase change memory device according to another embodiment of the present invention is substantially the same as that shown in Fig. 5 except that the recovery current is supplied to the selected memory cell through the write driver circuit instead of the sense amplifier circuit. The description will therefore be omitted. That is, in the case of the multi-level phase change memory device shown in Fig. 5, the
도 9을 참조하면, 기입 드라이버 회로(280')는 드라이버 제어기(281), 선택부(282), 풀업 드라이버로서 동작하는 PMOS 트랜지스터(283), 풀다운 드라이버로서 동작하는 NMOS 트랜지스터(284), 그리고 NMOS 트랜지스터(285)를 포함할 것이다. 드라이버 제어기(281)는 U.S. Patent No.7,012,834에 상세히 기재되어 있으며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다. 특히, 본 발명의 경우, 읽기 동작시, 풀업 드라이버(283)는 드라이버 제어기(281)로부터 출력되는 구동 신호에 의해서 제어되는 것이 아니라, 선택부(282)를 통해 전달되는 구동 신호에 의해서 제어될 것이다. 선택부(282)는 동작 모드에 따라 제어 신호(nRCV)를 풀업 및 풀다운 드라이버들(283, 284)로 선택적으로 출력할 것이다. 예를 들면, 선택부(282)는 읽기 동작시 제어 신호(nRCV)를 출력하고, 제어 신호(nRCV)는 NMOS 트랜지스터(285)를 통해 풀업 및 풀다운 드라이버들(283, 284)로 출력될 것이다. NMOS 트랜지스터(285)는 동작 모드 신호(RM)에 의해서 제어될 것이다. 여기서, 제어 신호(nRCV)는 리커버리 동작을 나타내는 플래그 신호로, 도 5의 제어 로직(240)로부터 제공될 것이다.Referring to Fig. 9, the write driver circuit 280 'includes a
계속해서 도 9을 참조하면, 선택부(282)는 드라이버(282a)와 스위치(282b)를 포함할 것이다. 스위치(282b)는 동작 모드를 나타내는 동작 모드 신호(RM)에 응답하여 드라이버(282a)의 출력을 풀업 및 풀다운 트랜지스터들(283, 284)의 게이트들 로 연결할 것이다. 여기서, 스위치(282b)는 동작 모드 신호(RM)가 읽기 동작을 나타낼 때 스위치 온되고 동작 모드 신호(RM)가 쓰기 동작을 나타낼 때 스위치 오프될 것이다. 드라이버(282a)는 제어 신호(nRCV)에 응답하여 스위치(282b)를 통해 풀업 및 풀다운 트랜지스터들(283, 284)을 구동할 것이다. 예를들면, 제어 신호(nRCV)가 로우 레벨을 가질 때, 풀업 트랜지스터(283)은 턴 오프되고, 풀다운 트랜지스터(284)는 턴 온될 것이다. 이에 반해서, 제어 신호(nRCV)가 하이 레벨을 가질 때, 풀업 트랜지스터(283)은 턴 온되고, 풀다운 트랜지스터(284)는 턴 오프될 것이다. 여기서, 드라이버(282a)의 풀업/풀다운 구동 능력은 드라이버 제어기(281)의 PMOS 트랜지스터(TR7) 및 인버터(INV1)의 그것보다 크게 설정될 것이다.With continued reference to FIG. 9, the
여기서, 제어 신호(nRCV)는 약 10㎱∼10㎲의 듀레이션을 갖고 (Vth-0.3∼Vth+0.1)의 크기(Vth는 "11" 상태를 갖는 멀티-레벨 셀의 문턱 전압을 나타냄)를 갖도록 설정될 것이다. Here, the control signal nRCV has a duration of about 10 Hz to 10 Hz and has a magnitude (Vth-0.3 to Vth + 0.1) (Vth represents a threshold voltage of a multi-level cell having a "11" state). Will be set.
비록 도면에는 도시되지 않았지만, 기입 드라이버 회로(280')가 읽기 동작(특히, 리커버리 전류를 공급하는 구간) 동안만 데이터 라인에 연결되도록 구성될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. 예를 들면, 이는 기입 드라이버 회로(280')의 출력과 데이터 라인 사이에 스위치를 제공하고 스위치를 쓰기 동작과 리커버리 전류의 공급 구간에서 턴 온시킴으로써 달성될 것이다. 하지만, 데이터 라인과 기입 드라이버 회로 사이의 전기적인 연결이 여기에 개시된 것에 국한되지 않음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.Although not shown in the drawings, it is to be understood by those skilled in the art that the write driver circuit 280 'can be configured to connect to the data line only during a read operation (especially during the supply of recovery current). Self-explanatory For example, this may be achieved by providing a switch between the output of the write driver circuit 280 'and the data line and turning the switch on in the write period and the supply of recovery current. However, it is apparent to those skilled in the art that the electrical connection between the data line and the write driver circuit is not limited to that disclosed herein.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽 기 동작을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작시 리커버리 전류 및 감지 전류의 흐름을 보여주는 도면이다. 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변환 메모리 장치의 읽기 동작이 참조 도면들에 의거하여 이하 상세히 설명될 것이다. 프리챠지 및 감지 동작들은 앞서 설명된 것과 실질적으로 동일하며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다.10 is a timing diagram illustrating a read operation of a multi-level phase change memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a read of the multi-level phase change memory device according to another embodiment of the present invention. A diagram showing the flow of recovery current and sense current during operation. A read operation of the multi-level phase change memory device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The precharge and sensing operations are substantially the same as described above, and a description thereof will therefore be omitted.
도 10에서 알 수 있듯이, 제어 신호(nPRE)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이한 후, 즉, 프리챠지 동작이 완료된 후, 워드 라인(WL)이 활성화되고, 제어 신호(nRCV)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이할 것이다. 이는 기입 드라이버 회로(280')의 선택부(282)를 통해 제어 신호(nRCV)가 풀업 드라이버(283)에 인가됨을 의미한다. 즉, 풀업 드라이버(283)를 통해 리커버리 전류가 선택된 비트 라인(BL)으로 공급될 것이다. 풀업 드라이버(283)를 통해 리커버리 전류가 선택된 비트 라인(BL)으로 공급됨에 따라, 저항 소자의 저항값은 초기 저항값으로 회복될 것이다. 리커버리 전류가 주어진 시간 동안 선택된 비트 라인으로 공급된 후, 제어 신호(nRCV)는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이할 것이다. 이는 풀업 드라이버(283)가 턴 오프되게 할 것이다. 이후, 선택된 메모리 셀에 대한 감지 동작이 수행될 것이다. 감지 동작은 앞서 설명된 것과 실질적으로 동일하며, 그것에 대한 설명은 그러므로 생략될 것이다.As can be seen in FIG. 10, after the control signal nPRE transitions from the low level to the high level, that is, after the precharge operation is completed, the word line WL is activated and the control signal nRCV is at the high level. Will transition to the low level. This means that the control signal nRCV is applied to the pull-up
결론적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 기입 드라이버 회로(280')를 통해 선택된 비트 라인으로 리커버리 전류(①로 표기된 화살표 참조)가 공급되고, 감지 증폭 회로(260)를 통해 선택된 비트 라인으로 감지 전류(②로 표기된 화살표 참조)가 공급될 것이다.In conclusion, as shown in FIG. 11, a recovery current (see an arrow denoted by 1) is supplied to the selected bit line through the
멀티-레벨 상변화 메모리 장치는 전력이 차단되어도 저장된 데이터를 유지할 수 있는 불 휘발성 메모리 장치이다. 상변화 메모리 장치는 랜덤 데이터 액세스를 지원하며, 빠른 데이터 읽기 및 처리를 제공한다. 이는 상변화 메모리 장치가 코드 스토리지에 이상적임을 의미한다. 셀룰러 폰, PDA 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔, 그리고 MP3P와 같은 모바일 장치들의 사용 증가에 따라, 상변화 메모리 장치는 코드 스토리지 뿐만아니라 데이터 스토리지로서 보다 널리 사용된다. 상변화 메모리 장치는, 또한, HDTV, DVD, 라우터, 그리고 GPS와 같은 홈 어플리케이션에 사용된다. 본 발명에 따른 멀티-레벨 상변화 메모리 장치를 포함한 시스템이 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. 컴퓨팅 시스템, 모바일 장치, 등과 같은 본 발명에 따른 시스템(1000)은 버스(1001)에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서(1100), 사용자 인터페이스(1200), 베이스밴드 칩셋(baseband chipset)과 같은 모뎀(1300), 그리고 상변화 메모리 장치(1400) (도면에는 "PRAM"으로 표기됨)를 포함하며, 상변화 메모리 장치(1400)는 도 5 및 도 9에서 설명된 것과 동일한 멀티-레벨 상변화 메모리 장치로 구현될 것이다. 멀티-레벨 상변화 메모리 장치(1400)는 마이크로프로세서(1100)에 의해서 처리된/처리될 N-비트 데이터(N은 2 또는 그 보다 큰 정수)를 저장할 것이다. 본 발명에 따른 시스템(1000)이 모바일 장치인 경우, 시스템(1000)의 동작 전압을 공급하기 위한 배터리(1500)가 추가적으로 제공될 것이다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 시스템(1000)에는 응용 칩 셋(application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 모바일 디램, 낸드 플래시 메모리 장치, 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.Multi-level phase change memory devices are nonvolatile memory devices capable of retaining stored data even when power is cut off. Phase change memory devices support random data access and provide fast data reading and processing. This means that phase-change memory devices are ideal for code storage. With the increasing use of mobile devices such as cellular phones, PDA digital cameras, portable game consoles, and MP3Ps, phase change memory devices are becoming more widely used as data storage as well as code storage. Phase change memory devices are also used in home applications such as HDTV, DVD, routers, and GPS. A system including a multi-level phase change memory device according to the present invention is schematically illustrated in FIG.
본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 칼코게나이드 물질(chalcogenide material)은 Te, Se, S, 이들의 혼합물, 또는 이들의 합금으로 이루어질 것이다. 또는, 칼코게나이드 물질은 Te, Se, S, 이들의 혼합물, 또는 이들의 합금에 불순물(예를 들면, Bi, Sr, Si, C, N, O, 등)을 첨가하여 얻어진 물질로 이루어질 것이다. 또는, 칼코게나이드 물질은 Ge, Sb, Sn, As, Si, Pb, Te, Se, S, 이들의 혼합물, 그리고 이들의 합금 중 선택된 어느 하나로 이루어질 것이다. 또는, 칼코게나이드 물질은 Ge, Sb, Sn, As, Si, Pb, Te, Se, S, 이들의 혼합물, 또는 이들의 합금에 불순물(예를 들면, Bi, Sr, Si, C, N, O, 등)을 첨가하여 얻어진 물질로 이루어질 것이다.In an exemplary embodiment of the invention, the chalcogenide material will consist of Te, Se, S, mixtures thereof, or alloys thereof. Alternatively, the chalcogenide material will consist of a material obtained by adding impurities (eg, Bi, Sr, Si, C, N, O, etc.) to Te, Se, S, mixtures thereof, or alloys thereof. . Alternatively, the chalcogenide material may be made of any one selected from Ge, Sb, Sn, As, Si, Pb, Te, Se, S, mixtures thereof, and alloys thereof. Alternatively, the chalcogenide material may include impurities (eg, Bi, Sr, Si, C, N, Ge, Sb, Sn, As, Si, Pb, Te, Se, S, mixtures thereof, or alloys thereof). O, etc.).
본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.It will be apparent to those skilled in the art that the structure of the present invention may be variously modified or changed without departing from the scope or spirit of the present invention. In view of the foregoing, it is believed that the present invention includes modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the following claims and their equivalents.
상술한 바와 같이, 감지 동작이 수행되기 이전에 리커버리 전류를 선택된 메모리 셀로 공급함으로써 비결정 상태를 갖는 메모리 셀들의 분포가 회복되며, 그 결과 읽기 마진을 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 저항 변화로 인한 읽기 에러를 방지하는 것이 가능하다.As described above, the distribution of memory cells having an amorphous state is restored by supplying a recovery current to the selected memory cell before the sensing operation is performed, and as a result, it is possible to secure a read margin. Thus, it is possible to prevent read errors due to resistance changes.
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