KR20090010601A - Phase change memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항 소자를 설명하기 위한 도면. 1A and 1B are diagrams for explaining a conventional phase change resistance element.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면. 3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
도 4는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치에 관한 구성도. 4 is a block diagram of a phase change memory device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 전체 구성도. 5 is an overall configuration diagram of a phase change memory device according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 셀 어레이 상에서의 워드라인과 글로벌 로오 디코더 라인의 단면 구조를 나타낸 도면. 6 illustrates a cross-sectional structure of a word line and a global row decoder line on a cell array in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 셀 어레이 상에서 워드라인과 글로벌 로오 디코더 라인의 단면 구조를 나타낸 도면. 7 illustrates a cross-sectional structure of a word line and a global row decoder line on a cell array according to the present invention.
도 8은 도 7의 셀 어레이에서 글로벌 로오 디코더 라인의 연결 관계를 나타낸 회로도. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a connection relationship of global row decoder lines in the cell array of FIG. 7. FIG.
도 9는 도 4의 서브 셀 어레이 및 서브 로오 스위치에 관한 상세 회로도. FIG. 9 is a detailed circuit diagram illustrating a sub cell array and a sub row switch of FIG. 4. FIG.
도 10은 도 4의 서브 셀 어레이 및 서브 로오 스위치에 관한 다른 실시예. FIG. 10 illustrates another embodiment of the sub cell array and sub row switch of FIG. 4. FIG.
도 11은 도 4의 서브 셀 어레이 및 서브 로오 스위치에 관한 또 다른 실시예. FIG. 11 is another embodiment of a subcell array and subrow switch of FIG. 4; FIG.
도 12는 도 4의 글로벌 로오 스위치에 관한 상세 회로도. FIG. 12 is a detailed circuit diagram of the global row switch of FIG. 4. FIG.
도 13은 도 4의 글로벌 로오 스위치에 관한 다른 실시예. FIG. 13 is another embodiment of the global row switch of FIG. 4; FIG.
도 14는 도 4의 글로벌 로오 스위치에 관한 또 다른 실시예. FIG. 14 is yet another embodiment of the global row switch of FIG. 4; FIG.
본 발명은 상 변화 메모리 장치에 관한 것으로, 상 변화 저항 소자를 포함하는 메모리 장치에서 로오 디코더 및 로도 디코더 라인의 구조를 개선한 기술이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 위상 변화 메모리(Phase Change Memory : PCM) 등의 비휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성을 갖는다. In general, nonvolatile memories such as magnetic memory and phase change memory (PCM) have data processing speeds of about volatile random access memory (RAM) and preserve data even when the power is turned off. Has the property of being.
도 1a 및 도 1b는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자(4)를 설명하기 위한 도면이다. 1A and 1B are diagrams for explaining a conventional phase change resistor (PCR)
상 변화 저항 소자(4)는 탑(Top)전극(1)과 버텀(Bottom)전극(3) 사이에 위상 변화층(PCM; Phase Change Material;2)을 삽입하여 전압과 전류를 인가하면, 위상 변화층(2)에 고온이 유기되어 저항에 변화에 따른 전기 전도 상태가 변하게 된다. 여기서, 위상 변화층(2)의 재료로는 AglnSbTe가 주로 사용된다. 그리고, 위상 변화층(2)은 칼코겐(chalcogen) 원소 (S, Se, Te)를 주성분으로 하는 화합물(chalcogenide)을 이용하는데, 구체적으로 Ge-Sb-Te로 이루어진 게르마늄 안티몬 텔루르 합금물질(Ge2Sb2Te5)을 이용한다. When the phase
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 2a에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 저전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 결정화가 되기에 적당한 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 결정 상태(Crystalline phase)가 되어 저저항 상태의 물질이 된다. As shown in FIG. 2A, when a low current of less than or equal to a threshold flows through the phase
반면에, 도 2b에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 고전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 녹는 점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 비결정 상태가(Amorphous phase) 되어 고저항 상태의 물질이 된다. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when a high current of more than a threshold flows through the phase
이와 같이 상 변화 저항 소자(4)는 두 저항의 상태에 대응하는 데이타를 불휘발성으로 저장할 수 있게 된다. 즉, 상 변화 저항 소자(4)가 저저항 상태일 경우를 데이타 "1"이라 하고, 고저항 상태일 경우를 데이타 "0"이라 하면 두 데이타의 로직 상태를 저장할 수 있다. As described above, the phase change
도 3은 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
상 변화 저항 소자(4)의 탑 전극(1)과 버텀 전극(3) 사이에 일정 시간 동안 전류를 흘리게 되면 고 열이 발생하게 된다. 이에 따라, 탑 전극(1)과 버텀 전극(3)에 가해 준 온도 상태에 의해 위상 변화층(2)의 상태가 결정상과 비결정상으로 변하게 된다. When a current flows between the
이때, 일정 시간 동안 저 전류를 흘리게 되면 저온 가열 상태에 의해 결정상이 형성되어 저 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 세트(SET) 상태가 된다. 반 대로, 일정 시간 동안 고 전류를 흘리게 되면 고온 가열 상태에 의해 비결정상이 형성되어 고 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 리셋(RESET) 상태가 된다. 따라서, 이 두 개의 상(Phase) 차이가 전기적인 저항 변화로 표현되어 나타나게 된다. At this time, when a low current flows for a predetermined time, a crystal phase is formed by a low temperature heating state, and the phase
이에 따라, 라이트 동작 모드시 세트(Set) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가하게 된다. 반면에, 라이트 동작 모드시 리셋(Reset) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가하게 된다. Accordingly, a low voltage is applied to the phase
본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다. The present invention has the following object.
첫째, 상 변화 메모리 장치에 있어서, 로오 디코더 및 글로벌 로오 디코더 라인의 구조를 개선하여 레이아웃 사이즈를 줄이고 회로 구성을 단순화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. First, in a phase change memory device, an object of the present invention is to improve the structure of a row decoder and a global row decoder line so as to reduce layout size and simplify circuit configuration.
둘째, 복수개의 서브 셀 어레이에 의해 공유되는 글로벌 로오 디코더 라인을 구현하여 글로벌 워드라인의 라인 저항을 줄이고 메탈 공정 마진을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Second, the purpose is to implement a global row decoder line shared by a plurality of sub-cell arrays to reduce line resistance of the global word line and improve metal process margins.
셋째, 글로벌 로오 디코더와 서브 로오 스위치의 회로 구성을 개선하여 단순화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Third, the purpose is to improve and simplify the circuit configuration of the global row decoder and sub row switch.
본 발명의 상 변화 메모리 장치는, 전류의 크기에 따라 변화되는 결정화 상태를 감지하여 저항의 변화에 대응하는 데이타를 저장하는 상 변화 저항 셀을 포함 하는 복수개의 서브 셀 어레이; 복수개의 서브 셀 어레이에 의해 공유되는 글로벌 로오 디코더 라인; 로오 어드레스를 디코딩하여 서브 로오 스위치 제어신호를 출력하는 서브 로오 디코더; 글로벌 로오 디코더 라인의 전압 레벨에 따라 서브 로오 스위치 제어신호를 복수개의 서브 셀 어레이에 출력하는 서브 로오 스위치; 워드라인 액티브 신호에 따라 복수개의 서브 셀 어레이의 워드라인을 선택하고, 글로벌 로오 디코더 라인의 전압 레벨을 제어하는 글로벌 로오 디코더 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다. A phase change memory device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of subcell arrays including a phase change resistance cell configured to store a data corresponding to a change in resistance by sensing a crystallization state that changes according to a magnitude of current; A global row decoder line shared by the plurality of subcell arrays; A sub row decoder configured to decode a row address and output a sub row switch control signal; A sub row switch for outputting a sub row switch control signal to the plurality of sub cell arrays according to a voltage level of the global row decoder line; And a global row decoder block for selecting word lines of the plurality of subcell arrays and controlling voltage levels of the global row decoder lines according to the word line active signals.
또한, 본 발명은 로오 방향으로 복수개 배열된 워드라인; 컬럼 방향으로 복수개 배열된 비트라인; 워드라인과 비트라인이 교차하는 영역에 형성되며, 전류의 크기에 따라 변화되는 결정화 상태를 감지하여 저항의 변화에 대응하는 데이터를 저장하는 상 변화 저항 셀을 포함하는 복수개의 셀 어레이; 및 복수개의 셀 어레이에 의해 공유되는 글로벌 로오 디코더 라인을 포함하고, 글로벌 로오 디코더 라인은 워드라인과 동일한 레벨의 메탈 층에 형성된 것을 특징으로 한다. The present invention also provides a plurality of word lines arranged in a row direction; A plurality of bit lines arranged in a column direction; A plurality of cell arrays formed at areas where word lines and bit lines cross each other and including phase change resistance cells configured to store a data corresponding to a change in resistance by sensing a crystallization state that changes according to a magnitude of a current; And a global row decoder line shared by the plurality of cell arrays, wherein the global row decoder line is formed on a metal layer at the same level as the word line.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치에 관한 구성도이다. 4 is a configuration diagram illustrating a phase change memory device according to the present invention.
본 발명은 서브 로오 디코더(Sub Row Decoder;100)와, 셀 어레이(120)와, 글로벌 로오 디코더 블록 GXDEC_B을 포함한다. 여기서, 셀 어레이(120)는 복수개의 서브 셀 어레이 SCA_1~SCA_n와, 복수개의 서브 로오 스위치 SRSW_0~SRSW_(n+1)를 포함한다. 그리고, 글로벌 로오 디코더 블록 GXDEC_B은 글로벌 프리차지 제어 부(130)와, 글로벌 로오 스위치(140) 및 글로벌 로오 디코더(Global Row Decoder;150)를 포함한다. The present invention includes a
각각의 서브 셀 어레이 SCA_1~SCA_n는 복수개의 비트라인 BL과 워드라인 WL이 서로 교차하도록 배치된다. 그리고, 각각의 워드라인 WL은 서브 로오 스위치 SRSW에 각각 연결된다. 즉, 서브 로오 스위치 SRSW의 일단은 워드라인 WL에 연결되고, 다른 일단은 서브 로오 디코더(100)와 연결된다. 서브 로오 디코더(100)는 로오 어드레스를 디코딩하여 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_n를 출력한다. Each of the subcell arrays SCA_1 to SCA_n is disposed such that a plurality of bit lines BL and word lines WL cross each other. Each word line WL is connected to a sub row switch SRSW, respectively. That is, one end of the sub row switch SRSW is connected to the word line WL, and the other end is connected to the
또한, 복수개의 서브 로오 스위치 SRSW_1~SRSW_n의 게이트 단자들은 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC에 공통 연결된다. 그리고, 복수개의 서브 로오 스위치 SRSW_0~SRSW_(n+1)는 그 일단을 통해 각각 서브 로오 디코더(100)의 출력인 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_n가 인가된다. In addition, the gate terminals of the plurality of sub row switches SRSW_1 to SRSW_n are commonly connected to the global row decoder line GXDEC. Sub-low switch control signals SRS_0 to SRS_n, which are outputs of the
또한, 글로벌 프리차지 제어부(130)는 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC의 신호와 워드라인 액티브 신호 WL_ACT에 따라 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC를 출력한다. In addition, the global
글로벌 로오 스위치(140)는 워드라인 WL과 연결되며, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC에 따라 워드라인을 프리차지시킨다. 또한, 글로벌 로오 스위치(140)는 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC에 의해 제어되며, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC를 공유하게 된다. The
또한, 글로벌 로오 디코더(150)는 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC과 연결된다. 그리고, 글로벌 로오 디코더(150)는 복수개의 로오 어드레스 Xadd0~Xaddn를 디코딩하여 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC을 선택한다. In addition, the
도 5는 본 발명에 따른 상 변화 메모리 장치의 전체 구성도이다. 5 is an overall configuration diagram of a phase change memory device according to the present invention.
본 발명의 셀 어레이(120)는 로오 방향으로 복수개 배열된 워드라인 WL과, 컬럼 방향으로 복수개 배열된 비트라인 BL을 포함한다. 그리고, 복수개의 워드라인 WL과 복수개의 글로벌 비트라인 GBL이 교차하는 영역에 단위 셀 C을 포함한다. 이러한 글로벌 비트라인 GBL(또는, 비트라인 BL)은 센스앰프 S/A와 라이트 구동부 W/D와 연결된다. The
여기서, 센스앰프 S/A는 글로벌 비트라인 GBL으로부터 인가되는 셀 데이터를 센싱 및 증폭한다. 그리고, 라이트 구동부 W/D는 단위 셀 C에 저장되는 라이트 데이터에 해당하는 구동전압을 공급한다. Here, the sense amplifier S / A senses and amplifies cell data applied from the global bit line GBL. The write driver W / D supplies a driving voltage corresponding to write data stored in the unit cell C.
글로벌 로오 디코더 블록 GXDEC_B은 셀 어레이(120)의 워드라인 WL 및 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC을 선택하게 된다. 여기서, 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC은 워드라인 WL과 동일한 레벨의 메탈 층을 사용하여 형성하게 된다. 그리고, 특정 개수(예를 들어, 7개)의 워드라인 WL 마다 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC(예를 들어, 1개)을 배치하게 된다. The global row decoder block GXDEC_B selects the word line WL and the global row decoder line GXDEC of the
도 6은 본 발명에 따른 셀 어레이(120) 상에서의 워드라인 WL과 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 6 is a cross-sectional view of the word line WL and the global row decoder line GXDEC on the
도 6의 단면 구조에서 보는 바와 같이, 워드라인 WL과 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC은 동일한 레벨의 메탈 층을 이용하여 형성하게 된다. 이러한 동일한 레벨의 메탈 층을 기준으로 할 경우, 복수개의 워드라인 WL 중 특정 위치에 배치된 워드라인 WL을 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC으로 사용하게 된다. As shown in the cross-sectional structure of FIG. 6, the word line WL and the global row decoder line GXDEC are formed using the same level metal layer. Based on the same level metal layer, the word line WL disposed at a specific position among the plurality of word lines WL is used as the global row decoder line GXDEC.
도 7은 본 발명에 따른 셀 어레이(120) 상에서 워드라인 WL과 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 7 illustrates a cross-sectional structure of a word line WL and a global row decoder line GXDEC on a
도 7의 단면 구조에서 보는 바와 같이, 워드라인 WL과 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC은 동일한 크기의 라인으로 이루어진다. 그리고, 워드라인 WL을 이용하여 형성된 로오 디코더 라인 GXDEC은 셀과 연결시키지 않도록 한다. As shown in the cross-sectional structure of FIG. 7, the word line WL and the global row decoder line GXDEC are composed of lines of the same size. The row decoder line GXDEC formed using the word line WL is not connected to the cell.
즉, 워드라인 WL은 셀과 연결되는 콘택 라인을 형성하게 되고, 로오 디코더 라인 GXDEC는 셀 과의 콘택 라인을 형성하지 않고 개방하게 된다. That is, the word line WL forms a contact line connected to the cell, and the row decoder line GXDEC opens without forming a contact line with the cell.
도 8은 도 7의 셀 어레이(120)에서 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC의 연결 관계를 나타낸 회로도이다. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a connection relationship between the global row decoder lines GXDEC in the
비트라인 BL과 워드라인 WL이 교차하는 영역에 형성된 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. 여기서, 상 변화 저항 소자 PCR는 비트라인 BL과 다이오드 D의 P형 영역 사이에 연결된다. 그리고, 다이오드 D는 P형 영역이 상 변화 저항 소자 PCR에 연결되고, N형 영역이 워드라인 WL과 연결된다. The unit cell C formed in the region where the bit line BL and the word line WL cross each other includes a phase change resistance element PCR and a diode D. Here, the phase change resistance element PCR is connected between the bit line BL and the P-type region of the diode D. In the diode D, the P-type region is connected to the phase change resistance element PCR, and the N-type region is connected to the word line WL.
반면에, 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC과 연결되는 단위 셀 DEC_C은 단위 셀 C과 동일하게 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. 그리고, 상 변화 저항 소자 PCR는 비트라인 BL과 다이오드 D의 P형 영역 사이에 연결된다. On the other hand, the unit cell DEC_C connected to the global row decoder line GXDEC includes the phase change resistance element PCR and the diode D in the same way as the unit cell C. The phase change resistance device PCR is connected between the bit line BL and the P-type region of the diode D.
하지만, 단위 셀 DEC_C에 포함된 다이오드 D는 P형 영역이 상 변화 저항 소자 PCR에 연결되고, N형 영역이 워드라인 WL과 연결되지 않고 오픈된 상태가 된다. 즉, 다이오드 D의 P형 영역은 상 변화 저항 소자 PCR와 연결되지만, N형 영역은 글 로벌 로오 디코더 라인 GXDEC과 콘택이 형성되지 않아 오픈된 상태가 된다. However, in the diode D included in the unit cell DEC_C, the P-type region is connected to the phase change resistance element PCR, and the N-type region is opened without being connected to the word line WL. That is, the P-type region of the diode D is connected to the phase change resistance element PCR, but the N-type region is open because no contact is made with the global decoder line GXDEC.
이러한 본 발명은 공정의 편의성 및 규칙성을 위해 단위 셀 DEC_C을 단위 셀 C과 같이 동일하게 형성하지만, 단위 셀 DEC_C에 포함된 다이오드 D를 오픈된 상태로 형성하여 실질적인 셀로 사용되지는 않도록 한다. 즉, 워드라인 WL과 동일한 메탈 층에 형성된 워드라인 WL을 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC으로 사용하여 전체 셀 어레이의 면적을 줄일 수 있도록 한다. The present invention forms the same unit cell DEC_C as the unit cell C for convenience and regularity of the process, but forms the diode D included in the unit cell DEC_C in an open state so as not to be used as a substantial cell. That is, the word line WL formed on the same metal layer as the word line WL is used as the global row decoder line GXDEC to reduce the area of the entire cell array.
도 9는 도 4의 서브 셀 어레이 SCA 및 서브 로오 스위치 SRSW에 관한 상세 회로도이다. FIG. 9 is a detailed circuit diagram of the sub cell array SCA and the sub row switch SRSW of FIG. 4.
각각의 서브 셀 어레이 SCA_1~SCA_n는 복수개의 비트라인 BL과 복수개의 워드라인 WL0~WLn이 서로 교차하는 영역에 배치된 단위 셀 C을 포함한다. 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. 여기서, 다이오드 D는 PN 다이오드 소자로 이루어짐이 바람직하다. Each sub cell array SCA_1 to SCA_n includes a unit cell C disposed in an area where a plurality of bit lines BL and a plurality of word lines WL0 to WLn cross each other. The unit cell C includes a phase change resistance element PCR and a diode D. Here, the diode D is preferably made of a PN diode element.
상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 다이오드 D의 P형 영역에 연결된다. 다이오드 D의 N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. 이러한 비트라인 BL에 흐르는 세트 전류 Iset, 리셋 전류 Ireset에 따라 상 변화 저항 소자 PCR의 상(Phase)이 변화되어 데이터를 라이트할 수 있게 된다. One electrode of the phase change resistance element PCR is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected to the P-type region of the diode D. The N-type region of diode D is connected to wordline WL. The phase of the phase change resistance element PCR is changed according to the set current Iset and the reset current Ireset flowing in the bit line BL, so that data can be written.
그리고, 각각의 워드라인 WL은 서브 로오 스위치 SRSW에 연결된다. 즉, 서브 로오 스위치 SRSW는 워드라인 WL과 서브 로오 디코더(100) 사이에 연결된 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. Each word line WL is connected to a sub row switch SRSW. That is, the sub row switch SRSW includes a plurality of switching elements connected between the word line WL and the
여기서, 복수개의 스위칭 소자는 NMOS트랜지스터 N0~N3로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 서브 로오 스위치 SRSW를 NMOS트랜지스터로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, PMOS트랜지스터로 구현할 수도 있다. Here, the plurality of switching elements are preferably made of NMOS transistors N0 to N3. In the embodiment of the present invention, the sub-row switch SRSW has been described as an NMOS transistor. However, the present invention is not limited thereto and may be implemented as a PMOS transistor.
NMOS트랜지스터 N0~N3의 드레인 단자는 이와 대응하는 각각의 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, 게이트 단자는 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC에 공통 연결된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N0~N3는 각각의 소스 단자를 통해 서브 로오 디코더(100)의 출력인 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_3가 인가된다.The drain terminals of the NMOS transistors N0 to N3 are connected to respective word lines WL0 to WL3 corresponding thereto, and the gate terminal is commonly connected to the global row decoder line GXDEC. The NMOS transistors N0 to N3 are supplied with sub-row switch control signals SRS_0 to SRS_3 that are outputs of the
도 10은 도 4의 서브 셀 어레이 SCA 및 서브 로오 스위치 SRSW에 관한 다른 실시예이다. FIG. 10 is another embodiment of the sub-cell array SCA and sub-row switch SRSW of FIG. 4.
각각의 서브 셀 어레이 SCA_1~SCA_n는 복수개의 비트라인 BL과 복수개의 워드라인 WL0~WLn이 서로 교차하는 영역에 배치된 단위 셀 C을 포함한다. 여기서, 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. Each sub cell array SCA_1 to SCA_n includes a unit cell C disposed in an area where a plurality of bit lines BL and a plurality of word lines WL0 to WLn cross each other. Here, the unit cell C includes a phase change resistance device PCR and a diode D.
상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 다이오드 D의 P형 영역에 연결된다. 다이오드 D의 N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. 이러한 비트라인 BL에 흐르는 세트 전류 Iset, 리셋 전류 Ireset에 따라 상 변화 저항 소자 PCR의 상(Phase)이 변화되어 데이터를 라이트할 수 있게 된다. One electrode of the phase change resistance element PCR is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected to the P-type region of the diode D. The N-type region of diode D is connected to wordline WL. The phase of the phase change resistance element PCR is changed according to the set current Iset and the reset current Ireset flowing in the bit line BL, so that data can be written.
그리고, 각각의 워드라인 WL은 서브 로오 스위치 SRSW에 연결된다. 즉, 서브 로오 스위치 SRSW는 워드라인 WL과 서브 로오 디코더(100) 사이에 연결된 복수 개의 스위칭 소자를 포함한다. Each word line WL is connected to a sub row switch SRSW. That is, the sub row switch SRSW includes a plurality of switching elements connected between the word line WL and the
여기서, 복수개의 스위칭 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT) B0~B3로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 서브 로오 스위치 SRSW를 NPN형 바이폴라 정션 트랜지스터로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, PNP형 바이폴라 정션 트랜지스터로 구현할 수도 있다. Here, it is preferable that the plurality of switching elements consist of bipolar junction transistors (BJTs) B0 to B3. In the exemplary embodiment of the present invention, the sub-row switch SRSW is described as an NPN type bipolar junction transistor. However, the present invention is not limited thereto and may be implemented as a PNP type bipolar junction transistor.
바이폴라 정션 트랜지스터 B0~B3의 콜렉터(Collector) 단자는 이와 대응하는 각각의 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, 베이스(Base) 단자는 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC에 공통 연결된다. 그리고, 바이폴라 정션 트랜지스터 B0~B3는 각각의 이미터(Emitter) 단자를 통해 서브 로오 디코더(100)의 출력인 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_3가 인가된다.The collector terminals of the bipolar junction transistors B0 to B3 are connected to their respective wordlines WL0 to WL3, and the base terminals are commonly connected to the global row decoder line GXDEC. Sub-polar switch control signals SRS_0 to SRS_3, which are outputs of the
도 11은 도 4의 서브 셀 어레이 SCA 및 서브 로오 스위치 SRSW에 관한 또 다른 실시예이다. FIG. 11 is yet another embodiment of a subcell array SCA and a sub-row switch SRSW of FIG. 4.
각각의 서브 셀 어레이 SCA_1~SCA_n는 복수개의 비트라인 BL과 복수개의 워드라인 WL0~WLn이 서로 교차하는 영역에 배치된 단위 셀 C을 포함한다. 여기서, 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. Each sub cell array SCA_1 to SCA_n includes a unit cell C disposed in an area where a plurality of bit lines BL and a plurality of word lines WL0 to WLn cross each other. Here, the unit cell C includes a phase change resistance device PCR and a diode D.
상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 다이오드 D의 P형 영역에 연결된다. 다이오드 D의 N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. 이러한 비트라인 BL에 흐르는 세트 전류 Iset, 리셋 전류 Ireset에 따라 상 변화 저항 소자 PCR의 상(Phase)이 변화되어 데이터를 라이트할 수 있게 된다. One electrode of the phase change resistance element PCR is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected to the P-type region of the diode D. The N-type region of diode D is connected to wordline WL. The phase of the phase change resistance element PCR is changed according to the set current Iset and the reset current Ireset flowing in the bit line BL, so that data can be written.
그리고, 각각의 워드라인 WL은 서브 로오 스위치 SRSW에 연결된다. 즉, 서브 로오 스위치 SRSW는 워드라인 WL과 서브 로오 디코더(100) 사이에 연결된 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. Each word line WL is connected to a sub row switch SRSW. That is, the sub row switch SRSW includes a plurality of switching elements connected between the word line WL and the
여기서, 복수개의 스위칭 소자는 PNPN 다이오드 스위치 PNSW0~PNSW3로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 서브 로오 스위치 SRSW를 PNPN 다이오드 소자로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, NPNP 다이오드 소자로 구현할 수도 있다. Here, it is preferable that the some switching element consists of PNPN diode switches PNSW0-PNSW3. In the embodiment of the present invention, the sub-row switch SRSW has been described as a PNPN diode device, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented as a NPNP diode device.
PNPN 다이오드 스위치 PNSW0~PNSW3의 P형 영역(Collector)은 이와 대응하는 각각의 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, P형 영역(Base)은 글로벌 로오 디코더 라인 GXDEC에 공통 연결된다. 그리고, PNPN 다이오드 스위치 PNSW0~PNSW3는 각각의 N형 이미터(Emitter) 단자를 통해 서브 로오 디코더(100)의 출력인 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_3가 인가된다.The P-type regions of the PNPN diode switches PNSW0 to PNSW3 are connected to the respective word lines WL0 to WL3, and the P-type region is commonly connected to the global row decoder line GXDEC. The PNPN diode switches PNSW0 to PNSW3 are supplied with sub-row switch control signals SRS_0 to SRS_3 that are outputs of the
이러한 PNPN 다이오드 스위치에 관한 상세 구조 및 동작 원리는 동일 발명자에 의해 출원된 특허 출원번호 제 2003-0090962호에 개시된바 있다. The detailed structure and operating principle of the PNPN diode switch is disclosed in Patent Application No. 2003-0090962 filed by the same inventor.
도 12는 도 4의 글로벌 로오 스위치(140)에 관한 상세 회로도이다. 12 is a detailed circuit diagram of the
글로벌 로오 스위치(140)는 셀 어레이(120)의 워드라인 WL과 각각 연결된 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. 여기서, 스위칭 소자는 PMOS트랜지스터 P0~P3로 이루어지는 것이 바람직하다. The
본 발명의 실시예에서는 글로벌 로오 스위치를 낮은 전압의 구동 특성을 위 해 PMOS트랜지스터로 구현하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, NMOS트랜지스터로 구현할 수도 있다. In the exemplary embodiment of the present invention, the global row switch is implemented as a PMOS transistor for low voltage driving characteristics. However, the present invention is not limited thereto and may be implemented as an NMOS transistor.
여기서, 각각의 PMOS트랜지스터 P0~P3의 드레인 단자는 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, 게이트 단자를 통해 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통으로 인가된다. 각각의 PMOS트랜지스터 P0~P3의 소스 단자는 워드라인 전원인 펌핑전압 VPP 인가단에 연결된다. Here, the drain terminals of the respective PMOS transistors P0 to P3 are connected to the word lines WL0 to WL3, and the word line precharge signal WL_PREC is commonly applied through the gate terminal. The source terminal of each PMOS transistor P0 to P3 is connected to the pumping voltage VPP applying terminal, which is a word line power supply.
이러한 복수개의 PMOS트랜지스터 P0~P3는 하나의 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통 게이트 단자를 통해 인가되어, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC를 공유하게 된다. 이에 따라, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC의 활성화시 워드라인 WL을 펌핑전압 VPP 레벨로 프리차지 하게 된다. The plurality of PMOS transistors P0 to P3 have one word line precharge signal WL_PREC applied through a common gate terminal to share the word line precharge signal WL_PREC. Accordingly, when the word line precharge signal WL_PREC is activated, the word line WL is precharged to the pumping voltage VPP level.
도 13은 도 4의 글로벌 로오 스위치(140)에 관한 다른 실시예이다. FIG. 13 is another embodiment of the
글로벌 로오 스위치(140)는 셀 어레이(120)의 워드라인 WL0~WL3과 각각 연결된 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. 여기서, 스위칭 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT) B4~B7로 이루어지는 것이 바람직하다. The
본 발명의 실시예에서는 글로벌 로오 스위치를 NPN형 바이폴라 정션 트랜지스터로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, PNP형 바이폴라 정션 트랜지스터로 구현할 수도 있다. In the exemplary embodiment of the present invention, the global row switch is described as an NPN type bipolar junction transistor. However, the present invention is not limited thereto and may be implemented as a PNP type bipolar junction transistor.
여기서, 각각의 바이폴라 정션 트랜지스터 B4~B7의 이미터 단자는 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, 베이스 단자를 통해 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통으로 인가된다. 각각의 바이폴라 정션 트랜지스터 B4~B7의 콜렉터 단자는 워드라 인 전원인 펌핑전압 VPP 인가단과 연결된다. Here, the emitter terminals of each of the bipolar junction transistors B4 to B7 are connected to the word lines WL0 to WL3, and the word line precharge signal WL_PREC is commonly applied through the base terminal. The collector terminal of each of the bipolar junction transistors B4 to B7 is connected to the pumping voltage VPP applying stage, which is a word line power supply.
이러한 복수개의 바이폴라 정션 트랜지스터 B4~B7는 하나의 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통 베이스 단자를 통해 인가되어, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC를 공유하게 된다. 이에 따라, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC의 활성화시 워드라인 WL을 펌핑전압 VPP 레벨로 프리차지 하게 된다. In the plurality of bipolar junction transistors B4 to B7, one word line precharge signal WL_PREC is applied through a common base terminal to share the word line precharge signal WL_PREC. Accordingly, when the word line precharge signal WL_PREC is activated, the word line WL is precharged to the pumping voltage VPP level.
도 14는 도 4의 글로벌 로오 스위치(140)에 관한 또 다른 실시예이다. FIG. 14 is yet another embodiment of the
글로벌 로오 스위치(140)는 셀 어레이(120)의 워드라인 WL0~WL3과 각각 연결된 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. 여기서, 스위칭 소자는 PNPN 다이오드 스위치 PNSW4~PNSW7로 이루어지는 것이 바람직하다. The
본 발명의 실시예에서는 글로벌 로오 스위치를 PNPN 다이오드 소자로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, NPNP 다이오드 소자로 구현할 수도 있다. In the exemplary embodiment of the present invention, the global row switch is described as a PNPN diode device, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented as an NPNP diode device.
여기서, 각각의 PNPN 다이오드 스위치 PNSW4~PNSW7의 N형 영역(Emitter)은 워드라인 WL0~WL3에 연결되고, P형 영역(Base)을 통해 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통으로 인가된다. 각각의 PNPN 다이오드 스위치 PNSW4~PNSW7의 P형 영역(Collector)은 워드라인 전원인 펌핑전압 VPP 인가단과 연결된다. Here, the N-type regions (Emitters) of the respective PNPN diode switches PNSW4 to PNSW7 are connected to the word lines WL0 to WL3, and the word line precharge signal WL_PREC is commonly applied through the P-type region Base. The P-type collector of each PNPN diode switch PNSW4 to PNSW7 is connected to the pumping voltage VPP applying stage, which is a word line power source.
이러한 복수개의 PNPN 다이오드 스위치 PNSW4~PNSW7는 하나의 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC가 공통 P형 영역을 통해 인가되어, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC를 공유하게 된다. 이에 따라, 워드라인 프리차지 신호 WL_PREC의 활성화시 워드라인 WL을 펌핑전압 VPP 레벨로 프리차지 하게 된다. In the plurality of PNPN diode switches PNSW4 to PNSW7, one word line precharge signal WL_PREC is applied through a common P-type region to share the word line precharge signal WL_PREC. Accordingly, when the word line precharge signal WL_PREC is activated, the word line WL is precharged to the pumping voltage VPP level.
이러한 구성을 갖는 본 발명은 액티브(Active) 동작 모드시 글로벌 로오 디코더(150)가 하이 상태가 된다. 그리고, 워드라인 WL이 로우 레벨로 인에이블 될 경우 워드라인 액티브 신호 WL_ACT가 하이 레벨이 되어 글로벌 로오 스위치 P0~P3가 턴오프 상태를 유지한다. 그리고, 서브 로오 디코더(100)가 로우 상태가 되어 워드라인 WL이 플로팅(Floating) 상태가 된다. In the present invention having such a configuration, the
반면에, 본 발명은 비활성화 동작 모드시 글로벌 로오 디코더(150)가 로우 상태가 된다. 그리고, 워드라인 WL이 하이 레벨로 디스에이블 될 경우 워드라인 액티브 신호 WL_ACT가 로우 레벨이 된다. 이에 따라, 글로벌 로오 스위치 P0~P3가 턴온되어 워드라인 WL이 펌핑 전압 VPP 레벨로 프리차지된다. On the other hand, in the present invention, the
이때, 서브 로오 스위치 N0~N3가 턴온되고, 서브 로오 디코더(100)가 하이 상태가 된다. 따라서, 서브 로오 디코더(100)의 출력인 서브 로오 스위치 제어신호 SRS_0~SRS_3가 워드라인 WL에 인가된다. At this time, the sub row switches N0 to N3 are turned on, and the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다. As described above, the present invention provides the following effects.
첫째, 상 변화 메모리 장치에 있어서, 로오 디코더의 구조를 개선하여 레이아웃 사이즈를 줄이고 회로 구성을 단순화시킬 수 있도록 한다. First, in the phase change memory device, the structure of the row decoder can be improved to reduce the layout size and simplify the circuit configuration.
둘째, 복수개의 서브 셀 어레이에 의해 공유되는 글로벌 워드라인을 구현하여 글로벌 워드라인의 라인 저항을 줄이고 메탈 공정 마진을 향상시킬 수 있도록 한다. Second, by implementing a global word line shared by a plurality of sub-cell array to reduce the line resistance of the global word line and to improve the metal process margin.
셋째, 글로벌 로오 디코더와 서브 로오 스위치의 회로 구성을 개선하여 단순 화시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다. Third, the circuit configuration of the global row decoder and sub row switch can be improved and simplified.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (19)
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KR1020070073853A KR100905172B1 (en) | 2007-07-24 | 2007-07-24 | Phase change memory device |
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KR1020070073853A KR100905172B1 (en) | 2007-07-24 | 2007-07-24 | Phase change memory device |
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