KR20120079738A - Semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A semiconductor memory device is provided to secure read margin by controlling verification reference values and a read reference current value according to the change of an operational temperature. CONSTITUTION: A temperature sensing unit(110) generates a temperature sensing signal by sensing an operational temperature. A current control unit(120) generates a read current control signal and a verification current control signal based on the temperature sensing signal. A read current generating unit(130) generates a read current in response to a read current control signal. A verification current generating unit(140) generates a verification current based on the verification current control signal.

Description

반도체 메모리 장치 {Semiconductor memory device}Semiconductor memory device

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 변화를 감지하여 데이터 검증 기준 값을 제어하는 감지 증폭기를 구비하는 반도체 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor memory device having a sense amplifier for controlling a data verification reference value by sensing a temperature change.

상 변화 메모리 장치(Phase change random access memory, PCRAM)의 단위 셀(unit cell)은 상 변화 물질로 구성된다. 상 변화 물질은 전류 형태로 제공되는 열에 따라 2개의 안정된 상태(비정질 상태 및 결정 상태)를 갖는다. 상 변화 물질은 게르마늄(Ge), 스티비움(Sb) 및 텔루리움(Te)의 화합물인 GST(Ge-Sb-Te)를 포함한다.A unit cell of a phase change random access memory (PCRAM) is made of a phase change material. The phase change material has two stable states (amorphous state and crystalline state) depending on the heat provided in the form of current. Phase change materials include GST (Ge-Sb-Te), a compound of germanium (Ge), stevilium (Sb) and tellurium (Te).

상 변화 메모리 장치는 상 변화 물질들의 상이한 형태에 기초하여 데이터를 저장한다. 상 변화 물질은 제공되는 전류에 따라 상이한 상태를 가지게 되는데 결론적으로는 상 변화 물질에 제공되는 전류들에 의하여 발생한 열에 의하여 비정질 또는 결정질 상태를 가질 수 있다. 그러나 상 변화 메모리 장치의 동작 온도에 따라 제공되는 전류에 따른 상 변화 물질의 상태가 달라질 수 있다. Phase change memory devices store data based on different forms of phase change materials. The phase change material may have a different state depending on the current provided. In conclusion, the phase change material may have an amorphous or crystalline state due to heat generated by the currents provided to the phase change material. However, depending on the operating temperature of the phase change memory device, the state of the phase change material may vary depending on the current provided.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 감지 증폭기에서 사용하는 검증 기준 값들과 독출 기준 전류 값을 제어하여, 온도 변화에 따른 메모리 셀들의 상태 변화에도 불구하고 독출 마진을 확보할 수 있도록 하는 반도체 메모리 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that controls the verification reference values and the read reference current values used in the sense amplifier, thereby ensuring a read margin despite a change in the state of the memory cells due to temperature changes. It is.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 동작 온도를 감지하여 온도 감지 신호를 생성하는 온도 감지부, 온도 감지 신호에 기초하여 독출 전류 제어 신호 및 검증 전류 제어 신호를 생성하는 전류 제어부, 독출 전류 제어 신호에 응답하여 독출 전류를 생성하는 독출 전류 생성부, 및 검증 전류 제어 신호에 기초하여 검증 전류를 생성하는 검증 전류 생성부를 포함하는 감지/증폭기를 구비한다.In an embodiment, a semiconductor memory device may include a temperature detector configured to sense an operating temperature to generate a temperature sensing signal, a current controller to generate a read current control signal and a verify current control signal based on the temperature sense signal, and a read current. And a sense / amplifier including a read current generator for generating a read current in response to the control signal, and a verify current generator for generating a verify current based on the verify current control signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는, 동작 온도를 감지하여 온도 제어 신호를 생성하는 온도 감지부, 비트 라인들에 연결되고, 상기 온도 제어 신호에 기초하여 상이한 독출 전류 및 검증 전류를 제공하며, 메모리 셀들에 기입된 데이터를 독출 및 검증하는 기입/독출기, 및 워드 라인들 및 상기 비트 라인들에 연결된 상기 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이를 포함한다.In an embodiment, a semiconductor memory device may include a temperature sensing unit configured to sense an operating temperature to generate a temperature control signal and connected to bit lines, and provide different read currents and verify currents based on the temperature control signal. And a write / reader for reading and verifying data written to the memory cells, and a memory cell array including word lines and the memory cells connected to the bit lines.

본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 동작 온도를 감지하여, 온도 변화에 따라 독출 전류 기준 값 및 검증 기준 값을 적응적으로 제어하여 넓은 동작 온도 범위에서 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.The semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention senses the operating temperature, and adaptively controls the read current reference value and the verification reference value according to the temperature change, thereby ensuring operational reliability over a wide operating temperature range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 상 변화 메모리 장치의 기입 전류 및 기입 시간 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상 변화 메모리 장치의 독출 및 검증 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 반도체 메모리 장치의 동작 온도에 따른 메모리 셀의 저항 값의 변화를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1 및 도 5의 검증 전류 생성부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 1 및 도 4의 검증 전류 생성부의 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device having a write / reader according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a relationship between a write current and a write time of a phase change memory device.
3A and 3B are diagrams for describing an operation of reading and verifying a phase change memory device according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are diagrams for describing a change in a resistance value of a memory cell according to an operating temperature of a semiconductor memory device.
5 is a diagram illustrating a semiconductor memory device having a write / reader according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram illustrating an example embodiment of the verification current generator of FIGS. 1 and 5.
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the verify current generating unit of FIGS. 1 and 4.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치를 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device having a write / reader according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기입/독출기(100)는 온도 감지부(110), 전류 제어부(120), 독출 전류 생성부(130), 및 검증 전류 생성부(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기입/독출기는 기입 구동기 및 감지 증폭기를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the write / reader 100 may include a temperature detector 110, a current controller 120, a read current generator 130, and a verify current generator 140. For example, the write / reader may include a write driver and a sense amplifier.

온도 감지부(110)는 기입/독출기(100)가 포함된 반도체 메모리 장치의 주위 동작 온도를 감지하여 온도 감지 신호(TEMP)를 생성한다. 실시예에 따라, 온도 감지부(110)는 모드 제어 신호(MD)에 응답하여 활성화될 수 있다. 기입/독출기(100)는 모드 제어 신호(MD)에 응답하여 동작 온도와 관계없이 동일한 독출 전류 및 검증 전류에 기초하여 동작하거나, 동작 온도에 따라 상이한 독출 전류 및 검증 전류에 기초하여 동작할 수도 있다.The temperature detector 110 detects an ambient operating temperature of the semiconductor memory device including the write / reader 100 and generates a temperature detection signal TEMP. In some embodiments, the temperature detector 110 may be activated in response to the mode control signal MD. The write / reader 100 may operate based on the same read current and verify current regardless of the operating temperature in response to the mode control signal MD, or may operate based on different read current and verify current depending on the operating temperature. have.

전류 제어부(120)는 온도 감지 신호(TEMP) 및 기입 데이터(WD)에 기초하여 독출 전류 제어 신호(RCON) 및 검증 전류 제어 신호(VCON)를 생성할 수 있다. 전류 제어부(120)는 아날로그-디지털 변환기(Analog digital converter, ADC)를 포함할 수 있다. 전류 제어부(120)는 온도 감지 신호(TEMP)에 따라 기 설정된 독출 전류(Iread)를 생성하도록 독출 전류 제어 신호(RCON)를 생성하고, 또한, 기 설정된 검증 전류(Ivrf)를 생성하도록 검증 전류 제어 신호(VCON)를 생성할 수 있다. 다만, 검증 전류를 생성하는 경우, 검증하고자 하는 메모리 셀에 기입하고자 하였던 기입 데이터(WD)에 따라 상이한 검증 전류를 요구할 수 있으므로, 기입 데이터(WD)에 기초하여 검증 전류 제어 신호(VCON)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라 독출 전류 제어 신호(RCON) 및 검증 전류 제어 신호(VCON)은 복수의 비트들을 포함하는 디지털 신호들일 수 있다.The current controller 120 may generate a read current control signal RCON and a verify current control signal VCON based on the temperature sensing signal TEMP and the write data WD. The current controller 120 may include an analog to digital converter (ADC). The current controller 120 generates the read current control signal RCON to generate the preset read current Iread according to the temperature sensing signal TEMP, and also controls the verify current to generate the preset verify current Ivrf. The signal VCON may be generated. However, when generating the verify current, a different verify current may be required according to the write data WD that was to be written to the memory cell to be verified, so that the verify current control signal VCON is generated based on the write data WD. can do. According to an embodiment, the read current control signal RCON and the verify current control signal VCON may be digital signals including a plurality of bits.

독출 전류 생성부(130)는 독출 전류 제어 신호(RCON)에 기초하여 독출 전류(Iread)를 생성하고, 검증 전류 생성부(140)는 검증 전류 제어 신호(VCON)에 기초하여 검증 전류(Ivrf)를 생성할 수 있다.The read current generator 130 generates a read current Iread based on the read current control signal RCON, and the verify current generator 140 generates a verify current Ivrf based on the verify current control signal VCON. Can be generated.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기입/독출기(100)를 구비하는 반도체 메모리 장치는 동작 온도에 따라 상이한 독출 전류(Iread) 및 검증 전류(Ivrf)를 제공하여 데이터들을 감지하기 때문에 동작 온도에 따라 데이터 독출 오류가 발생하지 않을 수 있다.Therefore, since the semiconductor memory device including the write / reader 100 according to the exemplary embodiment of the present invention senses data by providing different read currents Iread and verify currents Ivrf according to operating temperatures, the operating temperature In some cases, data read error may not occur.

도 2는 상 변화 메모리 장치의 기입 전류 및 기입 시간 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a relationship between a write current and a write time of a phase change memory device.

도 2를 참조하면, 상 변화 메모리 장치의 단위 셀들에 포함된 상 변화 물질은 리셋 상태(reset state) 및 세트 상태(set state)의 두 가지 상이한 상태들을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, the phase change material included in the unit cells of the phase change memory device may have two different states, a reset state and a set state.

상 변화 물질을 리셋 상태로 변화시키기 위해서는 짧은 기입 시간 동안 높은 값을 가지는 기입 전류를 제공하고, 상 변화 물질을 세트 상태로 변화시키기 위해서는 비교적 긴 기입 시간 동안 낮은 값을 가지는 기입 전류를 제공할 수 있다. 따라서, 상 변화 물질은 짧은 시간 동안 높은 열이 발생하여 리셋 상태로 변화되고, 긴 시간 동안 낮은 열이 발생하여 세트 상태로 변화될 수 있다. In order to change the phase change material to the reset state, a high write value may be provided for a short write time, and in order to change the phase change material to a set state, a low write current may be provided for a relatively long write time. . Accordingly, the phase change material may be changed into a reset state by generating high heat for a short time and may be changed into a set state by generating low heat for a long time.

상 변화 물질은 리셋 상태에서 불안정한 비정질 상태를 가져 높은 저항 값을 가질 수 있으며, 세트 상태에서는 안정된 결정질 상태를 가져 낮은 저항 값을 가질 수 있다.The phase change material may have a high resistance value due to an unstable amorphous state in the reset state, and may have a low resistance value due to a stable crystalline state in the set state.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상 변화 메모리 장치의 독출 및 검증 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3a 및 도 3b에서 X축은 메모리 셀들의 저항 값을 나타내고, Y축은 메모리 셀들의 개수를 나타낸다. 즉, 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이들에 대하여 특정한 저항 값을 가지는 메모리 셀들의 수에 따른 분포를 나타낸다.3A and 3B are diagrams for describing an operation of reading and verifying a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. In FIGS. 3A and 3B, the X axis represents the resistance value of the memory cells, and the Y axis represents the number of memory cells. That is, it shows distribution according to the number of memory cells having a specific resistance value for memory cell arrays including a plurality of memory cells.

도 3a는 검증 동작 이전의 상 변화 메모리 장치의 복수의 단위 셀들의 상태들을 나타내는 도면이다.3A is a diagram illustrating states of a plurality of unit cells of a phase change memory device before a verify operation.

도 3a를 참조하면, 상 변화 메모리 셀들의 저항 값에 의할 때, 독출 기준 값을 사이에 두고 세트 상태와 리셋 상태를 구분할 수 있다. 다만, 독출 기준 값와 유사한 저항 값들을 가지는 메모리 셀들이 분포하여, 각 메모리 셀들이 세트 상태임에도 불구하고 리셋 상태에 해당하는 것으로 판단될 수 있으며, 반대로 리셋 상태임에도 불구하고 세트 상태에 해당하는 것으로 판단되어 기입 및 독출 페일(Fail)이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 메모리 셀들의 저항 값 분포를 개선할 필요가 있다.Referring to FIG. 3A, when the resistance value of the phase change memory cells is used, the set state and the reset state may be distinguished with a read reference value interposed therebetween. However, since memory cells having resistance values similar to the read reference value are distributed, the memory cells may be determined to correspond to the reset state despite being in the set state, and conversely, the memory cells may be determined to correspond to the set state despite the reset state. Write and read fail may occur. Therefore, there is a need to improve the resistance value distribution of these memory cells.

도 3b는 검증 동작 이후의 상 변화 메모리 장치의 복수의 단위 셀들의 상태들을 나타내는 도면이다.3B is a diagram illustrating states of a plurality of unit cells of the phase change memory device after the verify operation.

도 3b를 참조하면, 검증 동작 이후에는 독출 기준 값과 유사한 저항 값을 가지는 메모리 셀들의 수가 현저하게 줄어든 것을 알 수 있다. 반도체 메모리 장치의 검증 동작은 특정한 기입 전류를 메모리 셀에 제공한 이후, 검증 전류를 흘려 주어, 메모리 셀의 저항 값을 검증 기준 값과 비교하고, 저항 값이 검증 기준 값에 이르지 못한 경우, 기입 전류의 크기를 증가시키거나 감소시켜 반복적으로 메모리 셀에 제공함으로써 기입 동작을 수행하여 이루어진다. 예를 들어, 세트 상태로 제어하려고 한 메모리 셀에 포함된 상 변화 메모리 장치의 저항이 세트 검증 기준 값보다 큰 경우, 기입 전류를 다시 제공하는 방식으로 검증 동작이 이루어질 수 있다. 다라서, 반복적인 검증 동작으로 메모리 셀들의 분포가 개선될 수 있다. Referring to FIG. 3B, it can be seen that after the verify operation, the number of memory cells having a resistance value similar to the read reference value is significantly reduced. The verify operation of the semiconductor memory device supplies a verify current after supplying a specific write current to the memory cell to compare the resistance value of the memory cell with the verify reference value, and if the resist value does not reach the verify reference value, the write current. The write operation is performed by increasing or decreasing the size of and repeatedly providing the same to the memory cell. For example, when the resistance of the phase change memory device included in the memory cell to be controlled in the set state is greater than the set verify reference value, the verify operation may be performed by providing the write current again. Therefore, the distribution of memory cells may be improved by an iterative verify operation.

독출 기준 값을 기준으로 하여 메모리 셀들의 분포가 도 3b와 같이 벌어진 경우, 독출 마진이 확보된 것으로 판단한다.When the distribution of the memory cells is opened as shown in FIG. 3B based on the read reference value, it is determined that the read margin is secured.

도 4a 및 도 4b는 반도체 메모리 장치의 동작 온도에 따른 메모리 셀의 저항 값의 변화를 설명하기 위한 도면들이다. 도 4a 및 도 4b에서 X축은 동작 온도(℃)를 나타내며, Y축은 메모리 셀의 저항 값(Ω)을 나타낸다. 4A and 4B are diagrams for describing a change in a resistance value of a memory cell according to an operating temperature of a semiconductor memory device. In FIGS. 4A and 4B, the X axis represents an operating temperature (° C.), and the Y axis represents a resistance value (Ω) of the memory cell.

도 4a는 동작 온도에 관계없이 동일한 독출 기준 값 및 검증 기준 값들이 적용되는 경우의 메모리 셀들의 상태에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4A is a diagram for describing a problem depending on states of memory cells when the same read reference value and verify reference values are applied regardless of an operating temperature.

도 4a를 참조하면, 동작 온도에 관계 없이, 리셋 검증 기준 값, 독출 기준 값, 및 세트 검증 기준 값은 동일한 값을 유지한다. Referring to FIG. 4A, regardless of the operating temperature, the reset verify reference value, read reference value, and set verify reference value maintain the same value.

동작 온도 변화에 따라 세트 상태에 대한 메모리 셀의 저항 값은 비교적 일정하게 유지되지만, 동작 온도가 증가함에 따라 리셋 상태의 메모리 셀의 저항 값은 급격하게 줄어든다. 따라서, 일정한 동작 온도 이상이 되면, 리셋 검증 기준 값보다 리셋 상태 저항 값이 낮아지게 되고, 결론적으로 리셋 검증 기준 값보다 저항 값을 크게 만들기 위해서는 단위 셀에 포함된 상 변화 물질 중에서 비정질 상태로 변화하는 부피를 증가시키는 등으로 기입 시간을 증가 시키거나 기입 전류의 크기를 더 크게 생성하여 기입 동작을 수행하여야 한다. 결론적으로 기입 시간이 증가하거나, 리셋 기입 동작이 페일로 판단되는 문제가 발생하게 된다. As the operating temperature changes, the resistance value of the memory cell with respect to the set state remains relatively constant, but as the operating temperature increases, the resistance value of the memory cell in the reset state decreases drastically. Therefore, when the temperature exceeds a certain operating temperature, the reset state resistance value becomes lower than the reset verification reference value, and consequently, in order to make the resistance value larger than the reset verification reference value, it is changed to an amorphous state among the phase change materials included in the unit cell. The write operation should be performed by increasing the write time by increasing the volume or generating a larger write current. As a result, there is a problem that the write time is increased or the reset write operation is determined to fail.

또한, 독출 기준 값이 일정하게 유지되기 때문에 높은 동작 온도에서는 리셋 상태를 세트 상태로 판단하는 등의 독출 페일이 발생할 수 있으며, 독출 마진을 확보하기 어렵다.In addition, since the read reference value is kept constant, a read fail such as determining the reset state as a set state may occur at a high operating temperature, and it is difficult to secure a read margin.

도 4b는 동작 온도에 따라 적응적으로 변화하는 독출 기준 값 및 검증 기준 값을 설정한 경우를 설명하기 위한 도면이다.4B is a diagram for explaining a case in which a reading reference value and a verification reference value that are adaptively changed according to an operating temperature are set.

도 4b를 참조하면, 도 4a의 리셋 검증 기준 값을 동작 온도에 따라 상이하게 변화시켜 보상 리셋 검증 기준 값을 설정하고, 독출 기준 값을 동작 온도에 따라 상이하게 변화시켜 보상 독출 기준 값을 설정한다.Referring to FIG. 4B, a compensation reset verification reference value is set by changing the reset verification reference value of FIG. 4A differently according to the operating temperature, and a compensation reading reference value is set by changing the reading reference value differently according to the operating temperature. .

각각의 보상 리셋 검증 기준 값 및 보상 독출 기준 값은 온도에 따라 감소하는 형태를 가진다. 따라서, 동작 온도가 상승함에 따라 리셋 상태의 저항 값이 감소하여 리셋 검증 기준 값에 도달하지 못하는 등으로 발생하였던 문제를 개선할 수 있다. 도 4b에서 보상 리셋 검증 기준 값은 상 변화 물질의 특징에 따라 온도에 따라 감소하는 값으로 설정되어 모든 동작 온도 범위에 대하여 리셋 상태 보다 작은 저항 값을 가진다. 보상 리셋 검증 기준 값보다 큰 저항 값을 가지는 상 변화 물질은 리셋 상태에 있는 것으로 판단된다.Each compensation reset verification reference value and compensation reading reference value has a form of decreasing with temperature. Therefore, the problem caused by failure to reach the reset verification reference value due to the decrease in the resistance value of the reset state as the operating temperature rises can be improved. In FIG. 4B the compensation reset verification reference value is set to a value that decreases with temperature according to the characteristics of the phase change material to have a resistance value smaller than the reset state for all operating temperature ranges. The phase change material having a resistance value greater than the compensation reset verification reference value is determined to be in a reset state.

또한, 보상 독출 기준 값은 동작 온도가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 동작 온도가 증가하여 리셋 상태의 저항 값이 감소하여 높은 동작 온도에서 독출 마진이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 모든 동작 범위 내에서 동일한 독출 마진을 확보할 수 있어 독출 페일을 최소화할 수 있다.In addition, the compensation readout reference value decreases as the operating temperature increases. Therefore, it is possible to prevent the read margin from decreasing at high operating temperatures by increasing the operating temperature and decreasing the resistance value in the reset state. Therefore, the same read margin can be secured within all operating ranges, thereby minimizing the read fail.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a semiconductor memory device having a write / reader according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 반도체 메모리 장치(10a)는 메모리 셀(200), 기입/독출기(500), 및 온도 감지부(210)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the semiconductor memory device 10a may include a memory cell 200, a write / reader 500, and a temperature detector 210.

메모리 셀(200)은 비트 라인(BL)에 연결된 메모리 셀로, 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀(200)은 비트 라인(BL)을 통하여 칼럼 어드레스(CADDR)에 응답하여 전기적으로 연결되는 제1 스위치(SW1)에 의해 기입/독출기(500)와 연결된다.The memory cell 200 is a memory cell connected to the bit line BL and may include a plurality of memory cells. The memory cell 200 is connected to the write / reader 500 by a first switch SW1 electrically connected in response to the column address CADDR through the bit line BL.

칼럼 어드레스(CADDR)는 반도체 메모리 장치(10a)에 포함된 제어부와 같은 장치에서 제공될 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 클램프 전압(VCLP)에 응답하여 턴-온 된다. 클램프 전압(VCLP)은 메모리 셀(200)의 상 변화막의 리셋 상태가 변화되는 문턱 전압 이하로 비트 라인(BL)의 전압을 유지하기 위하여 사용된다. The column address CADDR may be provided in a device such as a controller included in the semiconductor memory device 10a. The first switch SW1 is turned on in response to the clamp voltage VCLP. The clamp voltage VCLP is used to maintain the voltage of the bit line BL below a threshold voltage at which the reset state of the phase change film of the memory cell 200 is changed.

기입/독출기(500)는 독출 전류 생성부(230), 검증 전류 생성부(240), 기입 전류 생성부(250), 전류 제어부(120a), 및 검증부(260)를 포함할 수 있다.The write / reader 500 may include a read current generator 230, a verify current generator 240, a write current generator 250, a current controller 120a, and a verifier 260.

전류 제어부(120a)는 온도 감지 신호(TEMP)에 기초하여 독출 전류 제어 신호(RCON), 검증 전류 제어 신호(VCON), 및 기입 전류 제어 신호(WCON)를 생성할 수 있다. 독출, 검증, 및 기입 전류 제어 신호들(RCON, VCON, WCON)은 반도체 메모리 장치(10a)의 동작 온도에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 전류 제어부(120a)는 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 기입/독출기(500)의 전체 동작을 제어할 수 있다.The current controller 120a may generate a read current control signal RCON, a verify current control signal VCON, and a write current control signal WCON based on the temperature sensing signal TEMP. The read, verify, and write current control signals RCON, VCON, and WCON may have different values depending on the operating temperature of the semiconductor memory device 10a. The current controller 120a may include an analog-to-digital converter and control the overall operation of the write / reader 500.

독출 전류 생성부(230)는 독출 전류 제어 신호(RCON)에 기초하여 독출 전류(Iread)를 생성할 수 있다. 독출 전류(Iread)는 제2 스위치(SW2)를 통하여 감지 노드(SN)와 전기적으로 연결된다. 제2 스위치(SW2)는 커맨드 신호에 포함되는 독출 커맨드 신호(RCMD)에 응답하여 턴-온(turn-on)될 수 있다.The read current generator 230 may generate a read current Iread based on the read current control signal RCON. The read current Iread is electrically connected to the sensing node SN through the second switch SW2. The second switch SW2 may be turned on in response to the read command signal RCMD included in the command signal.

검증 전류 생성부(240)는 검증 전류 제어 신호(VCON)에 기초하여 검증 전류(Ivrf)를 생성할 수 있다. 검증 전류(Ivrf)는 제3 스위치(SW3)를 통하여 감지 노드(SN)와 전기적으로 연결된다. 제3 스위치(SW3)는 커맨드 신호에 포함된 검증 커맨드 신호(VCMD)에 응답하여 턴-온 될 수 있으며, 검증 전류(Ivrf)에 기초하여 감지 노드(SN)에 생성된 전압, 또는 전류에 기초하여 검증부(260)에서 데이터 기입의 패스 혹은 페일 여부를 결정한다. The verify current generator 240 may generate the verify current Ivrf based on the verify current control signal VCON. The verify current Ivrf is electrically connected to the sensing node SN through the third switch SW3. The third switch SW3 may be turned on in response to the verify command signal VCMD included in the command signal, and may be based on a voltage or current generated at the sensing node SN based on the verify current Ivrf. The verifier 260 determines whether to pass or fail data writing.

상기한 바와 같이. 메모리 셀(200)에 기입될 데이터에 따라 검증 값이 상이하기 때문에 검증 전류 생성부(240)는 기입 데이터(WD)에 기초하여 검증 전류(Ivrf)를 생성할 수 있다.As mentioned above. Since the verify value is different according to the data to be written in the memory cell 200, the verify current generator 240 may generate the verify current Ivrf based on the write data WD.

기입 전류 생성부(250)는 기입 전류 제어 신호(WCON) 및 기입 데이터(WD)에 기초하여 기입 전류(Iwrt)를 생성할 수 있다. 기입 전류(Iwrt)는 제4 스위치(SW4)를 통하여 감지 노드(SN)와 연결되며, 제4 스위치(SW4)는 커맨드 신호에 포함되는 기입 커맨드(WCMD)에 응답하여 턴-온될 수 있다.The write current generator 250 may generate the write current Iwrt based on the write current control signal WCON and the write data WD. The write current Iwrt is connected to the sensing node SN through the fourth switch SW4, and the fourth switch SW4 may be turned on in response to the write command WCMD included in the command signal.

따라서, 동일 시점에서, 감지 노드(SN)에는 커맨드 신호에 기초하여 독출 전류(Iread), 검증 전류(Ivrf), 및 기입 전류(Iwrt) 중에서 하나의 전류만이 제공될 수 있다.Therefore, at the same time, only one of the read current Iread, the verify current Ivrf, and the write current Iwrt may be provided to the sensing node SN based on the command signal.

검증부(260)는 기입 데이터(WD)와 감지 노드(SN)의 전압 또는 전류에 기초하여 기입 데이터(WD)가 메모리 셀(200)에 제대로 기입되었는지 여부를 검증하여, 피드백 신호(FB)를 온도 전류 제어부(220)에 제공한다. 전류 제어부(220)는 검증 결과에 따라, 기입 전류 제어 신호(WCON)를 변화시켜 생성할 수 있다.The verification unit 260 verifies whether or not the write data WD is correctly written to the memory cell 200 based on the write data WD and the voltage or current of the sensing node SN, and verifies the feedback signal FB. Provided to the temperature current control unit 220. The current controller 220 may generate and change the write current control signal WCON according to the verification result.

도 5의 반도체 메모리 장치(10a)는 도 1에 나타난 기입/독출기(100)의 구성 요소들을 포함하면서, 기입 전류 생성부(250) 및 검증부(260)를 더 포함하여, 기입 동작을 더 수행할 수 있다.The semiconductor memory device 10a of FIG. 5 further includes a write current generator 250 and a verification unit 260 including the components of the write / reader 100 shown in FIG. 1 to further perform a write operation. Can be done.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치(10a)는 온도 감지부(210)에서 생성된 온도 감지 신호(TEMP)에 기초하여 독출, 검증, 및 기입 전류들(Iread, Ivrf, Iwrt)이 생성되기 때문에, 메모리 셀(200)에 제공되는 전류들은 반도체 메모리 장치(10a)의 동작 온도에 따라 상이한 값들을 가질 수 있다.In the semiconductor memory device 10a according to an embodiment of the present invention, the read, verify, and write currents Iread, Ivrf, and Iwrt are generated based on the temperature sensing signal TEMP generated by the temperature sensor 210. Therefore, the currents provided to the memory cell 200 may have different values depending on the operating temperature of the semiconductor memory device 10a.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 반도체 메모리 장치(10b)는 복수의 워드 라인들(WL0, WL1, WL2, ...)과 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2, BL3, ...)의 사이에 연결된 단위 셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2, BL3, ...)은 기입/독출기(500a, 500b)와 연결된다. 기입/독출기(500a, 500b)는 반도체 메모리 장치(10b)의 비트 구조(bit organization)에 따라 기 설정된 개수의 비트 라인들과 연결될 수 있다. 도 6에서는 기입/독출기(500a, 500b)가 두 개의 비트 라인들과 연결되어 있는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 6, the semiconductor memory device 10b may include a plurality of word lines WL0, WL1, WL2,... And a plurality of bit lines BL0, BL1, BL2, BL3,. And a plurality of bit lines BL0, BL1, BL2, BL3, ... are connected to the write / readers 500a and 500b. The write / readers 500a and 500b may be connected to a predetermined number of bit lines according to the bit organization of the semiconductor memory device 10b. In FIG. 6, the write / readers 500a and 500b are connected to two bit lines, but the present invention is not limited thereto.

반도체 메모리 장치(10b)는 온도 감지부(310)를 포함할 수 있으며, 온도 감지부(310)는 모드 제어 신호(MD)에 응답하여 온도 감지 신호(TEMP)를 복수의 기입/독출기들(500a, 500b)에 제공할 수 있다. 따라서, 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이들에 각각 연결된 기입/독출기들(500a, 500b)은 온도 감지 신호(TEMP)에 응답하여 동작할 수 있다.The semiconductor memory device 10b may include a temperature detector 310, and the temperature detector 310 may write a plurality of write / readers in response to the mode control signal MD. 500a, 500b). Therefore, the write / readers 500a and 500b respectively connected to the memory cell arrays including the plurality of memory cells may operate in response to the temperature sensing signal TEMP.

도 7은 도 1 및 도 5의 검증 전류 생성부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 검증 전류 생성부의 참조 부호를 도 1의 검증 전류 생성부(140)의 참조 부호를 사용하여 설명하지만, 도 5의 검증 전류 생성부(240)도 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.7 is a circuit diagram illustrating an example embodiment of the verification current generator of FIGS. 1 and 5. Hereinafter, for convenience of description, reference numerals of the verification current generation unit will be described using reference numerals of the verification current generation unit 140 of FIG. 1, but the verification current generation unit 240 of FIG. 5 may have substantially the same configuration. Can be.

도 7을 참조하면, 검증 전류 생성부(140a)는 복수의 스위치들(SW5, SW6, SW7, SW8, SW9, SW10), 복수의 리셋 정전류원(Ir1, Ir2, Ir3, ..., Irn), 및 세트 정전류원(Isvrf)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the verify current generator 140a includes a plurality of switches SW5, SW6, SW7, SW8, SW9, and SW10, and a plurality of reset constant current sources Ir1, Ir2, Ir3,..., And Ir. , And a set constant current source Isvrf.

복수의 리셋 정전류원(Ir1, Ir2, Ir3, ..., Irn)은 검증 전류 제어 신호(VCON)의 상응하는 비트들에 응답하여 제5 내지 제8 스위치들(SW5, SW6, SW7, SW8)을 통하여 리셋 검증 전류(Irvrf)로 제공될 수 있다. 기입 데이터(WD)가 리셋 상태에 상응하는 경우, 제9 스위치(SW9)가 턴-온 되어 리셋 검증 전류(Irvrf)가 검증 전류(Ivrf)로 비트 라인(BL)에 제공될 수 있다.The plurality of reset constant current sources Ir1, Ir2, Ir3, ..., Irn are connected to the fifth to eighth switches SW5, SW6, SW7, and SW8 in response to corresponding bits of the verify current control signal VCON. Through may be provided as a reset verify current (Irvrf). When the write data WD corresponds to the reset state, the ninth switch SW9 may be turned on so that the reset verify current Irvrf may be provided to the bit line BL as the verify current Ivrf.

온도 감지 신호(TEMP)에 따라 상이한 검증 전류 제어 신호(VCON)가 생성되기 때문에, 동작 온도에 따라 리셋 검증 전류(Irvrf)는 상이한 값을 가질 수 있다. 따라서, 동작 온도에 따라 설정된 보상 리셋 검증값에 의하여 리셋 검증 전류(Irvrf)를 제공하여 리셋 상태로의 기입 동작에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.Since the different verify current control signal VCON is generated according to the temperature sensing signal TEMP, the reset verify current Irvrf may have a different value according to the operating temperature. Therefore, it is possible to reduce the time required for the write operation to the reset state by providing the reset verify current Irvrf based on the compensation reset verify value set according to the operating temperature.

세트 검증 전류(Isvrf)는 동작 온도에 따라 일정한 값을 가진다. 따라서, 기입 데이터(WD)가 세트 상태에 상응 하는 경우, 제10 스위치(SW10)가 턴-온 되어 세트 검증 전류(Isvrf)가 검증 전류(Ivrf)로서 비트 라인(BL)에 제공된다.The set verify current Isvrf has a constant value depending on the operating temperature. Therefore, when the write data WD corresponds to the set state, the tenth switch SW10 is turned on so that the set verify current Isvrf is provided to the bit line BL as the verify current Ivrf.

도 8은 도 1 및 도 4의 검증 전류 생성부의 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the verify current generating unit of FIGS. 1 and 4.

도 8을 참조하면, 검증 전류 생성부(140b)는 제1 내지 제4 NMOS 트랜지스터(TN1, TN2, TN3, TN4) 및 제1 PMOS 트랜지스터(TP1)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the verify current generator 140b may include first to fourth NMOS transistors TN1, TN2, TN3, and TN4 and a first PMOS transistor TP1.

도 8에서 제1 NMOS 트랜지스터(TN1)와 제1 PMOS 트랜지스터(TP1)는 승압 전압(VPP)과 비트 라인(BL) 사이에 직렬로 연결되며, 제2 및 제3 NMOS 트랜지스터들(TN2, TN3)은 승압 전압(VPP)과 비트 라인(BL) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 제1 PMOS 트랜지스터(TP1)와 제3 NMOS 트랜지스터(TN3)는 기입 데이터(WD)에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프(turn-off)된다. 따라서, 제1 PMOS 트랜지스터(TP1)과 제3 NMOS 트랜지스터(TN3)는 서로 상보적으로(alternatively) 동작할 수 있다. 제1 NMOS 트랜지스터(TN1)는 세트 바이어스 전압(Vsvias)에 응답하여 동작하며, 제2 NMOS 트랜지스터(TN2)는 리셋 바이어스 전압(Vrbias)에 응답하여 동작한다. In FIG. 8, the first NMOS transistor TN1 and the first PMOS transistor TP1 are connected in series between the boosted voltage VPP and the bit line BL, and the second and third NMOS transistors TN2 and TN3 are connected in series. Is connected in series between the boosted voltage VPP and the bit line BL. The first PMOS transistor TP1 and the third NMOS transistor TN3 are turned on or turned off in response to the write data WD. Therefore, the first PMOS transistor TP1 and the third NMOS transistor TN3 may operate alternately with each other. The first NMOS transistor TN1 operates in response to the set bias voltage Vsvias, and the second NMOS transistor TN2 operates in response to the reset bias voltage Vrbias.

제2 NMOS 트랜지스터(TN2)는 리셋 바이어스 전압(Vrbias)의 크기에 따라 상이한 리셋 검증 전류(Irvrf)를 생성하여 제3 NMOS 트랜지스터(TN3)에 제공하고, 기입 데이터(WD)가 리셋 상태에 상응하는 데이터일 경우, 비트 라인(BL)에 검증 전류(Ivrf)로 제공한다.The second NMOS transistor TN2 generates a different reset verify current Irvrf according to the magnitude of the reset bias voltage Vrbias and provides it to the third NMOS transistor TN3, and the write data WD corresponds to the reset state. In the case of data, the verify current Ivrf is provided to the bit line BL.

제1 NMOS 트랜지스터(TN1)는 세트 바이어스 전압(Vsvias)에 기초하여 세트 검증 전류(Isvrf)를 생성하여, 제1 PMOS 트랜지스터(TP1)를 통하여 비트 라인(BL)에 제공한다.The first NMOS transistor TN1 generates the set verify current Isvrf based on the set bias voltage Vsvias and provides the set verify current Isvrf to the bit line BL through the first PMOS transistor TP1.

따라서, 리셋 바이어스 전압(Vrbias) 및 세트 바이어스 전압(Vsvias)은 온도 감지 신호(TEMP)에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 검증 전류 생성부(140b)는 동작 온도를 감지하여 온도 감지 신호(TEMP)를 생성하고, 이에 따라 검증 전류 제어 신호(VCON)를 제어하여 검증 값들을 보상하여 동작 온도에 따라 상이한 저항 값을 가지도록 하며, 또한 동작 온도에 따라 좁아지는 독출 마진을 개선하기 위하여 독출 기준 값을 보상하여 높은 온도에서는 독출 기준 저항을 감소시킨다.Therefore, the reset bias voltage Vrbias and the set bias voltage Vsvias may have different values according to the temperature sensing signal TEMP. Accordingly, the verify current generator 140b according to an embodiment of the present invention senses the operating temperature to generate a temperature sensing signal TEMP, and accordingly controls the verify current control signal VCON to compensate for the verify values. In order to have a different resistance value according to the operating temperature, and to improve the read margin narrowed with the operating temperature, the read reference value is compensated to reduce the read reference resistance at high temperatures.

결론적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치는, 동작 온도에 따라 상이한 저항 값을 가지는 상 변화 물질들의 세트 및 리셋 상태의 저항 값을 보상하여 기입 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 기입/독출기를 구비하는 반도체 메모리 장치는 검증 기준 값들이 달라짐에 따라 실제 기입된 데이터들을 독출하는 과정에서 독출 페일이 발생하는 것을 방지하기 위하여 독출 기준 값을 보상하여, 독출 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In conclusion, the semiconductor memory device including the write / reader according to the embodiments of the present invention may shorten the writing time by compensating the resistance value of the reset state and the set of phase change materials having different resistance values according to the operating temperature. Can be. In addition, the semiconductor memory device including the write / reader according to the embodiments of the present invention may read the read reference value in order to prevent a read fail from occurring in the process of reading the actually written data as the verification reference values are changed. By compensating, the reliability of the read operation can be improved.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.

100, 500: 기입/독출기
10a, 10b: 반도체 메모리 장치
110, 210, 310: 온도 감지부
200: 메모리 셀
100, 500: register / reader
10a and 10b: semiconductor memory device
110, 210, 310: temperature sensor
200: memory cell

Claims (10)

동작 온도를 감지하여 온도 감지 신호를 생성하는 온도 감지부;
상기 온도 감지 신호에 기초하여 독출 전류 제어 신호 및 검증 전류 제어 신호를 생성하는 전류 제어부;
상기 독출 전류 제어 신호에 응답하여 독출 전류를 생성하는 독출 전류 생성부; 및
상기 검증 전류 제어 신호에 기초하여 검증 전류를 생성하는 검증 전류 생성부를 포함하는 기입/독출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
A temperature sensor configured to detect an operating temperature and generate a temperature detection signal;
A current controller configured to generate a read current control signal and a verify current control signal based on the temperature sensing signal;
A read current generator configured to generate a read current in response to the read current control signal; And
And a write / reader including a verify current generator configured to generate a verify current based on the verify current control signal.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 제어부는 상기 온도 감지 신호에 기초하여 기 설정된 메모리 셀 특성에 따라 독출 전류 제어 신호 및 검증 전류 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
And the current controller generates a read current control signal and a verify current control signal according to a predetermined memory cell characteristic based on the temperature sensing signal.
청구항 2에 있어서,
상기 기 설정된 메모리 셀 특성은,
상기 독출 전류 및 검증 전류가 제공되는 메모리 셀의 저항 값의, 온도에 따른 변화량에 기초하여 결정되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 2,
The preset memory cell characteristic is,
And determining the resistance value of the memory cell provided with the read current and the verify current based on an amount of change with temperature.
청구항 1에 있어서,
비트 라인을 통하여 상기 독출 전류 또는 검증 전류를 제공받는 메모리 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
And a memory cell receiving the read current or the verify current through a bit line.
청구항 4에 있어서,
상기 메모리 셀은 상 변화(phase change) 메모리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 4,
And the memory cell comprises a phase change memory cell.
청구항 1에 있어서,
상기 온도 감지부는 모드 제어 신호에 응답하여 활성화되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
And the temperature sensing unit is activated in response to a mode control signal.
청구항 1에 있어서,
상기 검증 전류 생성부는, 기입 데이터 및 상기 검증 전류 제어 신호에 기초하여 검증 전류를 생성하며,
상기 검증 전류에 의하여 형성된 상기 비트 라인의 전압과 상기 검증 데이터를 비교하여 피드백 신호를 생성하는 검증부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
The verify current generator generates a verify current based on write data and the verify current control signal.
And a verification unit configured to generate a feedback signal by comparing the voltage of the bit line formed by the verification current with the verification data.
청구항 7에 있어서,
상기 피드백 신호 및 상기 검증 데이터에 기초하여 기입 전류를 생성하고 상기 비트 라인에 상기 기입 전류를 제공하는 것을 특징으로 하는 기입 전류 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 7,
And a write current generator to generate a write current based on the feedback signal and the verification data and to provide the write current to the bit line.
동작 온도를 감지하여 온도 제어 신호를 생성하는 온도 감지부;
비트 라인들에 연결되고, 상기 온도 제어 신호에 기초하여 상이한 독출 전류 및 검증 전류를 제공하며, 메모리 셀들에 기입된 데이터를 독출 및 검증하는 기입/독출기; 및
워드 라인들 및 상기 비트 라인들에 연결된 상기 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
A temperature sensor configured to generate a temperature control signal by sensing an operating temperature;
A write / reader coupled to bit lines, providing different read current and verify current based on the temperature control signal, and reading and verifying data written to memory cells; And
And a memory cell array including word lines and the memory cells connected to the bit lines.
청구항 9에 있어서,
상기 기입/독출기는, 상기 메모리 셀의 특성 및 상기 온도 제어 신호에 기초하여 보상 독출 기준 값 및 보상 검증 기준 값을 설정하고, 상기 설정된 보상 독출 기준 값 및 보상 검증 기준 값에 기초하여 상기 독출 전류 및 검증 전류를 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 9,
The write / reader sets a compensation read reference value and a compensation verification reference value based on the characteristics of the memory cell and the temperature control signal, and reads the read current and the value based on the set compensation read reference value and the compensation verification reference value. A semiconductor memory device, characterized by providing a verify current.
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