特許 5744164 抵抗ベースのランダムアクセスメモリ及びその操作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5744164

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月1日

(54)【発明の名称】抵抗ベースのランダムアクセスメモリ及びその操作方法

(51)【国際特許分類】

   G11C 11/15 20060101AFI20150611BHJP

   G11C 13/00 20060101ALI20150611BHJP

【ＦＩ】

   G11C11/15 140

   G11C13/00 270J

   G11C13/00 480B

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-257897(P2013-257897)

(22)【出願日】2013年12月13日

(65)【公開番号】特開2014-149902(P2014-149902A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2013年12月13日

(31)【優先権主張番号】13/755,445

(32)【優先日】2013年1月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500262038

【氏名又は名称】台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100123434

【弁理士】

【氏名又は名称】田澤 英昭

(74)【代理人】

【識別番号】100101133

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 初音

(72)【発明者】

【氏名】于 鴻昌

(72)【発明者】

【氏名】林 楷竣

(72)【発明者】

【氏名】池 育徳

【審査官】 後藤 彰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５８５９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｃ １１／１５

Ｇ１１Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一端と第二端を有する第一データラインと、
第一端と第二端を有する第二データラインと、
前記第一データラインと前記第二データラインに平行な方向に沿って一つずつ配列され、それぞれ、前記第一データラインに結合される第一端と前記第二データラインに結合される第二端を有する複数の抵抗ベースメモリセルと、
前記第一データラインの前記第一端と前記第二データラインの前記第一端に直接接続され、前記第一データラインと前記第二データラインのうちの一つを、第一電圧ノードに電気的に結合するように設定される第一駆動ユニットと、
前記第一データラインの前記第二端と前記第二データラインの前記第二端に直接接続され、前記第一データラインと前記第二データラインのうちの他の一つを、第二電圧ノードに結合するように設定される第二駆動ユニットと、を含み、
前記第一電圧ノードが設定されて、第一電圧レベルを伝え、前記第二電圧ノードが設定されて、前記第一電圧レベルより低い第二電圧レベルを伝えることを特徴とする抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項2】

前記第一駆動ユニットは、
第一トランジスタと、
第二トランジスタと、
書き込みイネーブル信号の論理レベルに応じて、前記第一トランジスタと前記第二トランジスタを、一対の交差結合トランジスタとして設定するように設定された第一スイッチング回路と、を含み、
前記第二駆動ユニットは、
第三トランジスタと、
第四トランジスタと、
読み取りイネーブル信号の論理レベルに応じて、前記第三トランジスタと前記第四トランジスタを、一対の交差結合トランジスタとして設定するように設定された第二スイッチング回路と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項3】

前記第一スイッチング回路は、
前記書き込みイネーブル信号を伝えるように設定される第一ノードと、
前記第一トランジスタのゲートに結合される出力ノードと、前記第一ノードに結合される第一入力ノード、および、前記第二トランジスタのドレインに結合される第二入力ノード、を含む第一ＯＲゲートと、
前記第二トランジスタのゲートに結合される出力ノードと、前記第一ノードに結合される第一入力ノード、および、前記第一トランジスタのドレインに結合される第二入力ノード、を含む第二ＯＲゲートと、を含み、
前記第二スイッチング回路は、
前記読み取りイネーブル信号を伝えるように設定される第二ノード、および、
前記第三トランジスタのゲートに結合される出力ノードと、前記第二ノードに結合される第一入力ノード、および、前記第四トランジスタのドレインに結合される第二入力ノード を含む第三ＯＲゲート、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項4】

前記第一と第二トランジスタはｐ型トランジスタで、前記第三と第四トランジスタはｎ型トランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項5】

前記第一駆動ユニットは、さらに、
前記第一データラインを、書き込みデータムに応じて、前記第一電圧ノードに結合するように設定された第五トランジスタ、および、
前記第二データラインを、書き込みデータムに応じて、前記第一電圧ノードに結合するように設定された第六トランジスタ、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項6】

複数のメモリカラムモジュールを含む抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路であって、前記複数のメモリカラムモジュールの各々は、
第一端、第二端、および、Ｎノードを含む第一データラインであって、前記Ｎノードは前記第一データラインの前記第一端と前記第一データラインの前記第二端間で定義され、Nは整数で、且つ、2≦Nであることと、
第一端、第二端、および、Ｎノードを含む第二データラインであって、前記Ｎノードは前記第二データラインの前記第一端と前記第二データラインの前記第二端間で定義されることと、
N抵抗ベースメモリセルであって、このN抵抗ベースメモリセルの各々が、前記第一データラインの前記Ｎノードのうちの一つに接続される第一端、および、前記第一データラインの前記Ｎノードのうちの一つに対応する前記第二データラインの前記Ｎノードのうちの一つに接続される第二端を有することと、
前記第一データラインの前記第一端と前記第二データラインの前記第一端に直接接続される第一駆動ユニットと、
前記第一データラインの前記第二端と前記第二データラインの前記第二端に直接接続される第二駆動ユニットと、を含み、
前記第一駆動ユニットと前記第二駆動ユニットが設定されて、前記第一データラインのＮ個のノードのうちの、前記第一データラインの前記第一端からカウントした初めのＸノード、および、前記第二データラインのＮ個のノードうちの、前記第二データラインの第二端からカウントした(N-X+1)ノードを通過する導電性パスを生成し、Xは整数、且つ、1≦X≦Nであることを特徴とする抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項7】

前記第一駆動ユニットが設定されて、書き込みデータムに応じて、前記第一データラインと前記第二データラインのうちの一つを、第一電圧ノードに電気的に結合し、
前記第二駆動ユニットが設定されて、前記第一データラインと前記第二データラインのうちの他の一つを、第二電圧ノードに電気的に結合し、
前記第一電圧ノードが設定されて、第一電圧レベルを伝え、前記第二電圧ノードが設定されて、前記第一電圧レベルより低い第二電圧レベルを伝えることを特徴とする請求項６に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項8】

前記第一駆動ユニットは、
第一トランジスタと、
第二トランジスタ、および、
前記第一トランジスタと前記第二トランジスタを、書き込みイネーブル信号の論理レベルに応じて一対の交差結合トランジスタとして設定するように設定された第一スイッチング回路、を含み、
前記第二駆動ユニットは、
第三トランジスタと、
第四トランジスタ、および、
前記第三トランジスタと前記第四トランジスタを、読み取りイネーブル信号の論理レベルに応じて一対の交差結合トランジスタとして設定するように設定された第二スイッチング回路、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路。

【請求項9】

第一駆動ユニットを設定して、第一データラインの第一端と第一電圧ノードを結合し、第二データラインの第一端を、前記第一電圧ノードからデカップルする工程であって、前記第一駆動ユニットは、前記第一データラインの前記第一端と前記第二データラインの前記第一端に直接接続される工程と、
第二駆動ユニットを設定して、前記第一データラインの第二端を第二電圧ノードからデカップルし、前記第二データラインの第二端と前記第二電圧ノードを結合する工程であって、前記第二駆動ユニットは、前記第一データラインの前記第二端と前記第二データラインの前記第二端に直接接続される工程と、
ワードライン信号に応じて、抵抗ベースランダムアクセスメモリ回路の複数の抵抗ベースメモリセルのうちの一つにより、前記第一データラインと前記第二データライン間で、導電性パスを構築する工程であって、前記複数の抵抗ベースメモリセルが、前記第一データラインと前記第二データラインに沿って、カラムに配列し、前記複数の抵抗ベースメモリセルの各々が、前記第一データラインに結合される第一端と前記第二データラインに結合される第二端を有する工程と、
を含むことを特徴とする抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法。

【請求項10】

前記第一駆動ユニットを設定する前記工程は、
第一制御信号に応じて、前記第一駆動ユニットの第一トランジスタをオンにして、前記第一データラインの前記第一端を、前記第一電圧ノードに結合する工程と、
前記第一制御信号に補完的である論理レベルを有する第二制御信号に応じて、前記第一駆動ユニットの第二トランジスタをオフにし、前記第二データラインの前記第一端を前記第一電圧ノードからデカップルする工程と、を含み、
前記第二駆動ユニットを設定する前記工程は、前記第二データラインの論理レベルに応じて、前記第二駆動ユニットの第三トランジスタをオフにして、前記第一データラインの前記第二端を前記第二電圧ノードからデカップルする工程、および、
前記第一データラインの論理レベルに応じて、前記第二駆動ユニットの第四トランジスタをオンにして、前記第二データラインの前記第二端と前記第二電圧ノードを結合する工程、
を含むことを特徴とする請求項第９項に記載の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ及びその操作方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

集積回路（ＩＣ：integrated circuit）装置において、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ、たとえば、抵抗ランダムアクセスメモリ（ＲＲＡＭ：resistance-based random access memory、ＲｅＲＡＭ：resistive random access memory）、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：magnetoresistive random access memory）、および、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ：phase-changed random access memory）が、次世代メモリ装置のために開発されている。電荷ベースのランダムアクセスメモリ、たとえば、フラッシュメモリと比較すると、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路は、それぞれが、少なくとも高抵抗状態と低抵抗状態を有することが可能なメモリセルのアレイを含む。抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路のメモリセルの抵抗状態の設定（すなわち、書込み操作をメモリセルに実行）は、通常、所定電圧差、または、所定電流をメモリセルに加えることにより実現する。メモリセルからデータを読み取る時、所定の読み取り電流（または、電圧）がメモリセルに加えられ、出力データは、メモリセルに生成された電圧（または、電流）にしたがって決定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ及びその操作方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路は、第一データライン、第二データライン、複数のメモリセル、第一駆動ユニット、および、第二駆動ユニットを含む。メモリセルが、第一と第二データラインに平行に一つずつ配列される。各メモリセルは、第一データラインと第二データライン間に結合される。第一駆動ユニットは、第一と第二データラインの第一端に直接接続される。第一駆動ユニットが設定されて、第一データラインと第二データラインのうちの一つと第一電圧ノードを電気的に結合する。第二駆動ユニットは、第一と第二データラインの第二端と直接接続される。第二駆動ユニットが設定されて、第一データラインと第二データラインのうちの他の一つと第二電圧ノードを電気的に結合する。

【発明の効果】

【0005】

本発明によれば、第一端と第二端を有する第一データラインと、第一端と第二端を有する第二データラインと、第一データラインと第二データラインに平行な方向に沿って一つずつ配列され、それぞれ、第一データラインに結合される第一端と第二データラインに結合される第二端を有する複数の抵抗ベースメモリセルと、第一データラインの第一端と第二データラインの第一端に直接接続され、第一データラインと第二データラインのうちの一つを、第一電圧ノードに電気的に結合するように設定される第一駆動ユニットと、第一データラインの第二端と第二データラインの第二端に直接接続され、第一データラインと第二データラインのうちの他の一つを、第二電圧ノードに結合するように設定される第二駆動ユニットとを含み、第一電圧ノードが設定されて、第一電圧レベルを伝え、第二電圧ノードが設定されて、第一電圧レベルより低い第二電圧レベルを伝える抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路を容易に提供できるものである。

【0006】

本発明によれば、第一駆動ユニットを設定して、第一データラインの第一端と第一電圧ノードを結合し、第二データラインの第一端を、第一電圧ノードからデカップルする工程と、第二駆動ユニットを設定して、第一データラインの第二端を第二電圧ノードからデカップルし、第二データラインの第二端と第二電圧ノードを結合する工程であって、第二駆動ユニットは、第一データラインの第二端と第二データラインの第二端に直接接続される工程と、ワードライン信号に応じて、抵抗ベースランダムアクセスメモリ回路の複数の抵抗ベースメモリセルのうちの一つにより、第一データラインと第二データライン間で、導電性パスを構築する工程であって、複数の抵抗ベースメモリセルが、第一データラインと第二データラインに沿って、カラムに配列し、複数の抵抗ベースメモリセルの各々が、第一データラインに結合される第一端と第二データラインに結合される第二端を有する工程と、を含む抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法を容易に提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

添付の図面は、本発明の実施の形態を説明しており、同様の符号は同様の構成要素を示している。

【図1】いくつかの実施例の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路のメモリカラムモジュールの回路図である。

【図2A】いくつかの実施例の異なるメモリセルがアクセスされる時の図１に示されるメモリカラムモジュールの機能ブロック図である。

【図2B】いくつかの実施例の異なるメモリセルがアクセスされる時の図１に示されるメモリカラムモジュールの機能ブロック図である。

【図3】いくつかの実施例の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の機能ブロック図である。

【図4】一つ以上の実施例の抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の開示は、一つ以上の異なる実施例、具体例を提供して、本発明の異なる特徴を実行することが理解できる。構成要素と配置の特定の例が以下で示されて、本発明をわかりやすくしている。もちろん、これらは、単なる例であり、これに限定されない。図の各種特徴は、工業における標準的技法によっては描かれておらず、説明目的にのみ用いられている。

【0009】

さらに、空間的相対語、たとえば、“低”“上部”“水平”“垂直”“上方”“下方”“上”“下”“頂部”“底部”“左”“右”等とその派生用語（たとえば、“水平に”“下方に”“上方に”等）を用いて、本発明の一特徴ともう一つの特徴の関係をわかりやすくしている。空間的相対語は、特徴を含む装置の異なる配向性をカバーすることが目的である。

【0010】

図１は、いくつかの実施例による抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路（図３中の３００）のメモリカラムモジュール１００の回路図である。メモリカラムモジュール１００は、第一データライン（ビットラインＢＬとも称される）、第二データライン（ソースラインＳＬとも称される）、複数の抵抗ベースメモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]、第一駆動ユニット１２０、および、第二駆動ユニット１３０を含む。図１では、４個のメモリセルだけが示されているが、いくつかの実施例において、メモリカラムモジュール１００は、カラムに配列された２個以上のメモリセルを含んでいる。いくつかの実施例において、Ｎは整数で、且つ、2≦Nである。いくつかの実施例において、Ｎは、512から2048である。

【0011】

データラインＢＬは、第一駆動ユニット１２０に結合される第一端、および、第二駆動ユニット１３０に結合される第二端を有する。ＮノードＢ[1]、Ｂ[2]、Ｂ[3]、および、Ｂ[N]が、データラインＢＬに沿って特定される。データラインＳＬは、また、第一駆動ユニット１２０に結合される第一端と第二駆動ユニット１３０に結合される第二端を有する。ノードＢ[1]、Ｂ[2]、Ｂ[3]、および、Ｂ[N]に対応するＮノードＳ[1]、Ｓ[2]、Ｓ[3]、および、Ｓ[N]が、データラインＳＬに沿って特定される。抵抗ベースメモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]が、第一データラインＢＬと第二データラインＳＬに平行な方向に沿って一つずつ配列される。メモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０ [N]の各々は、データラインＢＬのノードＢ[1]、Ｂ[2]、Ｂ[3]、および、Ｂ[N]のうちの一つに接続される第一端、および、ノードＢ[1]、Ｂ[2]、Ｂ[3]、および、Ｂ[N]に対応するデータラインＳＬのノードＳ[1]、Ｓ[2]、Ｓ[3]、および、Ｓ[N]のうちの一つに接続される第二端を有する。

【0012】

メモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]は、対応するワードラインＷＬ[1]、ＷＬ[2]、ＷＬ[3]、および、ＷＬ[N]により選択可能な磁気抵抗ランダムアクセスメモリセルである。たとえば、例のメモリセル１１０[N]は、誘電層（図示されない）により分離されるピン層１１２ａと自由層１１２ｂを有する磁気トンネル接合（MTJ）１１２を含む。メモリセル１１０[N]は、また、ワードラインＷＬ[N]に結合されるスイッチ１１４を有する。ワードラインＷＬ[N]が駆動されて、メモリセル１１０[N]を選択する時、スイッチ１１４は、ＭＴＪ１１２とデータラインＳＬを結合し、よって、データラインＢＬとデータラインＳＬ間に、導電性パスを形成している。ピン層１１２ａと自由層１１２ｂの相対配向が、ＭＴＪ１１２の抵抗を決定する。いくつかの実施例において、ピン層１１２ａと自由層１１２ｂが同一方向性で配向する場合、ＭＴＪ１１２は低抵抗状態となる。いくつかの実施例において、ピン層１１２ａと自由層１１２ｂが反対方向で配向する場合、ＭＴＪ１１２は高抵抗状態となる。

【0013】

第一駆動ユニット１２０が設定されて、データラインＢＬとデータラインＳＬのうちの一つを、書き込み操作期間中の書き込みデータムに応じて、電圧ノードＶＰに電気的に結合するか、または、読み取り操作期間中のセンス増幅器（例えば、図３中の３２８）に結合する。第二駆動ユニット１３０が設定されて、データラインＢＬとデータラインＳＬのうちの他の一つと電圧ノードＶＳＳを電気的に結合する。いくつかの実施例において、電圧ノードＶＰは、電圧ノードＶＳＳより高い電圧レベルを有する。いくつかの実施例において、電圧ノードＶＰと電圧ノードＶＳＳは、共に、メモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]のうちの選択された一つのＭＴＪ１１２の自由層１１２ｂの配向性を変化させる電流を生成するのに十分な第一駆動ユニット１２０と第二駆動ユニット１３０間の電圧差を提供する。いくつかの実施例において、電圧ノードＶＳＳが接地に結合され、電圧ノードＶＰが、0.8から1.5ボルトの電圧レベルを有する電源に結合される。駆動ユニット１２０と１３０は、データラインＢＬとＳＬの反対端に位置するので、個別のメモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]にアクセスする時に生成される導電性パスは、データラインＢＬとＳＬの略同数のセグメント（ノードＢ[1]、Ｂ[2]、Ｂ[3]、Ｂ[N]、Ｓ[1]、Ｓ[2]、Ｓ[3]、および、Ｓ[N]により特定される)を介して走る。よって、アクセスされる時、メモリセル１１０[1]、１１０[2]、１１０[3]、および、１１０[N]は、同様に、データラインＢＬとＳＬの寄生抵抗の影響を受ける。

【0014】

第一駆動ユニット１２０は、書き込みバッファ１２２、書き込み選択回路１２４、および、読み取り選択回路１２６を有する。書き込みバッファ１２２は、トランジスタ１４２と１４４、および、ＯＲゲート１４６と１４８を有する。トランジスタ１４２と１４４のソースは、電圧ノードＶＰに結合されている。トランジスタ１４２のドレインはデータラインＢＬに結合され、トランジスタ１４４のドレインはデータラインＳＬに結合されている。ＯＲゲート１４６は、データラインＳＬに結合される第一入力、および、書き込みイネーブル信号を伝えるように設定される書き込みイネーブルノードWEN_Bに結合される第二入力を有している。ＯＲゲート１４８は、データラインＢＬに結合される第一入力、および、書き込みイネーブルノードWEN_Bに結合される第二入力を有している。書き込みイネーブルノードWEN_Bで、書き込みイネーブル信号が低レベル論理を有する時、ＯＲゲート１４６と１４８は、トランジスタ１４２と１４４を一対の交差結合トランジスタとして設定するためのスイッチング回路として共に機能する。いくつかの実施例において、トランジスタ１４２と１４４はｐ型トランジスタである。

【0015】

書き込み選択回路１２４は、電圧ノードＶＰとデータラインＢＬ間に結合されるトランジスタ１５２、および、電圧ノードＶＰとデータラインＳＬ間に結合されるトランジスタ１５４を含む。トランジスタ１５２が設定されて、制御信号 DIN_Bに応じて、データラインＢＬの電圧レベルを、電圧ノードＶＰの電圧レベルに向かってプルする。トランジスタ１５４が設定されて、制御信号 DIN_Bに論理的に相補する信号である制御信号 DINB_Bに応じて、データラインＳＬの電圧レベルを、電圧ノードＶＰの電圧レベルに向かってプルする。いくつかの実施例において、アクセスされるメモリセルの書き込みデータムと一組のロウアドレス信号（図３中のＡＹ）に基づいて、信号DIN_BとDINB_Bが、ロウデコーダ（図３中の３３４）により生成される。さらに、読み取り選択回路１２６は、読み取りカラム選択信号RCSに応じて、データラインＢＬをセンス増幅器（図３中の３２８）に電気的に結合するためのトランジスタ１６２を含む。いくつかの実施例において、トランジスタ１５２と１５４はｐ型トランジスタである。

【0016】

第二駆動ユニット１３０は、二個のトランジスタ１７２と１７４とＯＲゲート１７６を含む。トランジスタ１７２は、データラインＢＬに結合されるドレイン、電圧ノードＶＳＳに結合されるソース、および、データラインＳＬに結合されるゲートを有する。トランジスタ１７４は、データラインＳＬに結合されるドレイン、電圧ノードＶＳＳに結合されるソース、および、ＯＲゲート１７６の出力に結合されるゲートを有する。ＯＲゲート１７６の入力はデータラインＢＬに結合され、ＯＲゲートのもう一方の入力は、読み取りイネーブルノード RENに結合されている。読み取りイネーブルノード RENで、読み取りイネーブル信号が低レベル論理を有する時、ＯＲゲート１７６は、トランジスタ１７２と１７４を一対の交差結合トランジスタとして設定するスイッチング回路として機能する。いくつかの実施例において、トランジスタ１７２と１７４はｎ型トランジスタである。

【0017】

いくつかの実施例において、メモリセル、たとえば、メモリセル１１０[X]（図２Ａ−図２Ｂ）を、低抵抗状態を有するように設定する時、信号DIN_Bは低レベル論理を有し、信号DINB_Bは高レベル論理を有し、および、読み取りカラム選択信号 RCSは低レベル論理を有する。書き込みイネーブルノード WEN_B は低レベル論理を有し、よって、トランジスタ１４２と１４４は、一対の交差結合トランジスタとして機能するように設定される。Xは整数で、且つ、1≦X≦Nである。読み取りイネーブルノードは低レベル論理を有し、よって、トランジスタ１７２と１７４も、一対の交差結合トランジスタとして機能するように設定される。トランジスタ１５２をオンにして、データラインＢＬと電圧ノードＶＰを結合し、トランジスタ１５４をオフにして、データラインＳＬを電圧ノードＶＰから切り離す（デカップルする）。電圧ノードＶＰ、トランジスタ１４２と１５２、ノードＢ[1] . . . Ｂ[X]（図２Ａ−図２Ｂ）、メモリセル１１０[X]、ノードＳ[X]（図２Ａ−図２Ｂ） . . . S[N]、トランジスタ１７４から、電圧ノードＶＳＳに導電性パスが構築される。

【0018】

いくつかの実施例において、メモリセル、たとえば、メモリセル１１０[X]が、低抵抗状態を有するように設定される時、信号DIN_Bは高レベル論理を有し、信号DINB_Bは低レベル論理を有し、および、読み取りカラム選択信号RCSは低レベル論理を有する。書き込みイネーブルノードWEN_Bは低レベル論理を有し、よって、トランジスタ１４２と１４４は、一対の交差結合トランジスタとして機能するように設定される。読み取りイネーブルノードは低レベル論理を有し、トランジスタ１７２と１７４も又、一対の交差結合トランジスタとして機能するように設定される。トランジスタ１５２をオフにして、データラインＢＬを電圧ノードＶＰから切り離し、トランジスタ１５４をオンにして、データラインＳＬと電圧ノードＶＰを結合する。導電性パスが、電圧ノードＶＰ、トランジスタ１４４と１５４、ノードＳ[1] . . .Ｓ[X]、メモリセル１１０[X]、ノードＢ[X] . . . Ｂ[N]、トランジスタ１７２、および、電圧ノードＶＳＳから構築される。

【0019】

いくつかの実施例において、メモリセル、たとえば、メモリセル１１０[X]の抵抗状態を読み取る時、信号DIN_Bと信号DINB_Bは、低レベル論理を有する。読み取りカラム選択信号RCSは高レベル論理を有し、よって、トランジスタ１６２をオンにして、データラインＢＬとセンス増幅器（図３中の３２８）を結合する。書き込みイネーブルノードWEN_Bは高レベル論理を有して、トランジスタ１４２と１４４をオフにする。読み取りイネーブルノードは低レベル論理を有して、トランジスタ１７４をオンにし、トランジスタ１７２をオフにする。センス増幅器３２８、トランジスタ１６２、ノードＢ[1] . . . Ｂ[X]、メモリセル１１０[X]、ノードＳ[X] . . . Ｓ[N]、トランジスタ１７４から電圧ノードＶＳＳに導電性パスが構築される。

【0020】

図１において、ＭＲＡＭセルは、抵抗ベースのランダムアクセスメモリセルの例として描かれている。実施例において、メモリセル１１０[1] . . . １１０[N]は、ＲＲＡＭセル、または、ＰＣＲＡＭセルである。

【0021】

図２Ａは、いくつかの実施例による第一メモリセル（すなわち、メモリセル１１０[1]）がアクセスされる時の図１中に示されるメモリカラムモジュール１００の機能ブロック図である。メモリセル１１０[1]を読み取り、または、書き込みするために構築される導電性パス２１０は、ノードＢ[1]、メモリセル１１０[1]、および、ノードＳ[1] . . .Ｓ[N]を通過する。図２Ｂは、いくつかの実施例による第Ｎメモリセル（すなわち、メモリセル１１０[N]）がアクセスされる時の図１に示されるメモリカラムモジュール１００の機能ブロック図である。メモリセル１１０[1]の読み取り、または、書き込みのために構築される導電性パス２２０は、ノードＢ[1] . . . Ｂ[N]、メモリセル１１０[1]、および、ノードＳ[N]を通過する。

【0022】

いくつかの実施例において、データラインＢＬとデータラインＳＬは、同じレイアウトを有し、同じ材料で形成される。よって、データラインＢＬとデータラインＳＬは、各ユニット長さで、同じ寄生抵抗を有する。いくつかの実施例において、ノードＢ[1] . . . B[X]のうちの２個の隣接するものにより特定されるデータラインＢＬの各セグメントは、ノードＳ[1] . . . S[X]により特定されるデータラインＳＬの対応するセグメントと同等、または、ほぼ同じである寄生抵抗値を有する。導電性パス２１０と２２０、または、メモリセル１１０[1] . . . １１０[N]のどれか一つが選択される時の任意の導電性パスと比較すると、メモリセルにアクセスする各導電性パスは、データラインＢＬの長さ、または、データラインＳＬの長さを通過しなければならない。したがって、各導電性パス（たとえば、２１０、または、２２０）は、同様に、データラインＢＬとＳＬの寄生抵抗の影響を受ける。

【0023】

よって、駆動ユニット１２０と１３０の双方を備えることにより、メモリカラムモジュール中の各選択されたメモリセルに対して、データラインＢＬとＳＬの寄生抵抗によって寄与される電圧降下がほぼ同じになることを確保するのを助ける。よって、メモリカラムモジュールにおいて、各種位置でメモリセルにアクセスする駆動条件は、ほぼ同じである。その一方、データラインＢＬとＳＬの一端でだけ、駆動ユニットを有する設定において、駆動ユニットに近いメモリセルのデータラインＢＬとＳＬの寄生抵抗によって寄与される電圧降下は、駆動ユニットから遠いメモリセルよりも小さい。データラインＢＬとＳＬの一端でだけ駆動ユニットを有する設定において、近接するメモリセルにアクセスするのに十分な駆動電圧は、さらに遠いメモリセルにとって十分ではなく、さらに遠いメモリセルにアクセスするのに十分な駆動電圧は、近いメモリセルにとって、過度である。その結果、図１と図２Ａ−図２Ｂに示される実施例と比較すると、さらに遠いメモリセルは、読み取り、または、書込み操作が失敗する傾向があり、近いメモリセルは、過剰電圧と電流によりストレスを受けるのでさらに遠いメモリセルよりも早く、回復不能な損傷を受ける（すなわち、異なる抵抗状態間で、もはや切り換えが可能ではなくなる）傾向がある。いくつかの実施例において、データライン一端でだけ、駆動ユニットを有する設定と比較すると、例のメモリカラムモジュール１００は、メモリセルが損壊する前、少なくとも２回の読み取り書き込み周期に耐えることができる。いくつかの実施例において、例のメモリカラムモジュール１００は、メモリセルが損壊する前、少なくとも１００，０００回の読み取り書き込み周期に耐えることができる。

【0024】

図３は、いくつかの実施例による抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路３００の機能ブロック図である。メモリ回路３００は、Ｍ個のロウとＮ個のカラムに配列された抵抗ベースメモリセル３１０のアレイ、書き込みドライバ３２２、書き込みマルチプレクサー３２４、読み取りマルチプレクサー３２６、センス増幅器３２８、ロウデコーダ３３２、カラムデコーダ３３４、エンドドライバ３４０、および、メモリコントローラー３５０を含む。メモリセル３１０の各カラムは、対応するデータラインＢＬ[1] . . . ＢＬ[M]とＳＬ[1] . . . ＳＬ[M]に結合される。メモリセル３１０の各ロウは、対応するワードラインＷＬ[1] . . . ＷＬ[N]に結合される。ＭとＮは正の整数である。メモリセルのアレイ、書き込みドライバ３２２、書き込みマルチプレクサー３２４、読み取りマルチプレクサー３２６、および、対応するデータラインＢＬ[1] . . . ＢＬ[M]とＳＬ[1] . . . ＳＬ[M]は、また、複数のメモリカラムモジュール３６０、たとえば、図１に示される複数の例のメモリカラムモジュール１００を有するように配列される。そのようなものとして、いくつかの実施例において、メモリカラムモジュール３６０の全書き込みバッファ１２２は、まとめて、書き込みドライバ３２２と見なされ、メモリカラムモジュール３６０の全書き込み選択回路１２４は、まとめて、書き込みマルチプレクサー３２４と見なされ、メモリカラムモジュール３６０の全読み取り選択回路１２６は、まとめて、読み取りマルチプレクサー３２４と見なされ、全駆動ユニット１３０は、まとめて、エンドドライバ３４０と見なされる。

【0025】

メモリコントローラー３５０は、メモリ回路３００に関連する外付け回路から、各種信号を受信する。メモリコントローラー３５０は、読み取りイネーブル信号RENをエンドドライバ３４０に、書き込みイネーブル信号WEN_Bを書き込みドライバ３２２に伝送する。メモリコントローラー３５０は、アクセスされるメモリセルのアドレスの一部を示すロウアドレス信号ＡＸを、ロウデコーダ３３２に伝送する。ロウデコーダ３３２は、ロウアドレス信号ＡＸに応じて、ワードラインＷＬ[1] . . . ＷＬ[N]上で、ワードライン信号を生成、並びに、出力する。メモリコントローラー３５０は、アクセスされるメモリセルのアドレスの別の部分を示すカラムアドレス信号ＡＹ、書き込まれるデータムW_DATA、および、読み取りイネーブル信号RENを、カラムデコーダ３３４に伝送する。カラムデコーダ３３４は、カラムアドレス信号ＡＹとデータムW_DATAに応じて、対応する制御信号、たとえば、対応する制御信号DIN_BとDINB_Bを生成し、並びに、カラムアドレス信号AYと読み取りイネーブル信号RENに応じて、対応する読み取りカラム選択信号RCSを生成する。

【0026】

カラムデコーダ３３４は、対応する制御信号を生成して、２個以上のデータラインＢＬ[1] . . . ＢＬ[M]をセンス増幅器３２８に選択する。いくつかの実施例において、データムは、差動方式で保存され、よって、読み取り操作期間中、２個の対応するメモリカラムモジュール３６０のデータラインＢＬがセンス増幅器３２８に結合される。いくつかの実施例において、データムは、非差動方式で保存され、よって、選択されたメモリカラムモジュール３６０のデータラインＢＬ、全高抵抗状態メモリセルを有する第一参照カラム、および、全低抵抗状態メモリセルを有する第二参照カラムは、読み取り操作期間中、センス増幅器３２８に結合される。センス増幅器３２８は、読み取りマルチプレクサー３２６から、データラインＢＬを読み取り、読み取りデータDOUTを、メモリコントローラー３５０に出力する。

【0027】

メモリ回路３００は、図１で示される複数のメモリカラムモジュール１００が、どのように、配列されて、メモリ回路を形成するかの例である。当業者なら分かるように、メモリカラムモジュール１００は、多くの他の可能なメモリ回路構造と連結するメモリ回路を実行するように使用可能である。

【0028】

図４は、一つ以上の実施例による抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法のフローチャートである。図４で示される方法４００を実行する前、実行中、および／または、実行後、追加操作が実行されてもよく、いくつかの別のプロセスが簡潔に示されているにすぎないことが理解される。

【0029】

図４と図１に示されるように、操作４１０中、第一駆動ユニット１２０は、第一データラインＢＬの第一端と電圧ノードＶＰを結合し、第二データラインＳＬの第一端を電圧ノードＶＰから切り離すように設定される。いくつかの実施例において、操作４１０は、書き込みデータムに基づいて生成される書き込みイネーブル信号DIN_Bに応じて、第一駆動ユニット１２０のトランジスタ１５２をオンにして、データラインＢＬの第一端と電圧ノードＶＰを結合する工程を含む。いくつかの実施例において、操作４１０は、また、書き込みイネーブル信号 DIN_Bと補完的である論理レベルを有する書き込みイネーブル信号DINB_Bに応じて、第一駆動ユニット１２０の別のトランジスタ１５４をオフにして、データラインＳＬの第一端を電圧ノードＶＰから切り離す工程を含む。いくつかの実施例において、操作４１０中、第一駆動ユニット１２０は、データラインＢＬの第一端を電圧ノードＶＰから切り離して、データラインＳＬの第一端と電圧ノードＶＰを結合するように設定される。

【0030】

プロセスは、その後、操作４２０に進み、第二駆動ユニット１３０は、データラインＢＬの第二端を第二電圧ノードＶＳＳから切り離して、データラインＳＬの第二端と電圧ノードＶＳＳを結合するように設定される。いくつかの実施例において、操作４２０は、駆動ユニット１３０のトランジスタ１７２をオフにして、データラインＢＬの第二端を電圧ノードＶＳＳから切り離す工程を含む。いくつかの実施例において、操作４２０は、また、駆動ユニット１３０の別のトランジスタ１７４をオンにして、データラインＳＬの第二端と電圧ノードＶＳＳを結合する工程を含む。いくつかの実施例において、操作４２０中、第二駆動ユニット１３０は、データラインＢＬの第二端と電圧ノードＶＳＳを結合して、データラインＳＬの第二端を電圧ノードＶＳＳから切り離すように設定される。

【0031】

その後、プロセスは操作４３０に進み、ワードラインＷＬ[1] . . . ＷＬ[N]のうちの一つの対応するワードライン信号に応じて、複数の抵抗ベースメモリセル１１０[1] . . . １１０[N]のうちの一つにより、データラインＢＬとデータラインＳＬ間に導電性パスが構築される。

【0032】

一実施例において、抵抗ベースランダムアクセスメモリ回路は、第一データライン、第二データライン、複数の抵抗ベースメモリセル、第一駆動ユニット、および、第二駆動ユニットを含む。複数の抵抗ベースメモリセルは、第一データラインと第二データラインに平行な方向に沿って一つずつ配列される。複数の抵抗ベースメモリセルはそれぞれ、第一データラインと結合される第一端と第二データラインと結合される第一端を有する。第一駆動ユニットは、第一データラインの第一端と第二データラインの第一端と直接接続される。第一駆動ユニットが設定されて、第一データラインと第二データラインのうちの一つと第一電圧ノードを電気的に結合する。第二駆動ユニットは、第一データラインの第二端と第二データラインの第二端と直接接続される。第二駆動ユニットが設定されて、第一データラインと第二データラインのうちの他の一つと第二電圧ノードを電気的に結合する。

【0033】

別の実施例において、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路は、複数のメモリカラムモジュールを含む。複数のメモリカラムモジュールのそれぞれは、第一データライン、第二データライン、N抵抗ベースメモリセル、第一駆動ユニット、および、第二駆動ユニットを有する。Nは整数、且つ、2≦Nである。第一データラインは、第一データラインの第一端と第一データラインの第二端間で定義されるＮノードを有する。第二データラインは、第二データラインの第一端と第二データラインの第二端間で特定されるＮノードを有する。N抵抗ベースメモリセルのそれぞれは、第一データラインのＮノードのうちの一つに接続される第一端、および、第一データラインのＮノードのうちの一つに対応する第二データラインのＮノードのうちの一つに接続される第二端を有する。第一駆動ユニットは、第一データラインの第一端と第二データラインの第一端と直接接続される。第二駆動ユニットは、第一データラインの第二端と第二データラインの第二端と直接接続される。第一駆動ユニットと第二駆動ユニットが設定されて、第一データラインのＮ個のノードのうちの、第一データラインの第一端からカウントした初めのＸノード、および、第二データラインのＮ個のノードうちの、第二データラインの第二端からカウントした(N-X+1)ノードを通過する導電性パスを生成する。Xは整数、且つ、1≦X≦Nである。

【0034】

別の実施例において、抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路の操作方法は、第一データラインの第一端と第一電圧ノードを結合し、第二データラインの第一端を第一電圧ノードからデカップルするように、第一駆動ユニットを設定する工程を含む。第二駆動ユニットは、第一データラインの第二端を第二電圧ノードからデカップルし、第二データラインの第二端と第二電圧ノードを結合するように設定される。ワードライン信号に応じて、メモリ回路の複数の抵抗ベースメモリセルのうちの一つにより、第一データラインと第二データライン間に導電性パスが構築される。複数の抵抗ベースメモリセルは、第一データラインと第二データラインに沿って、カラムで配列され、複数の抵抗ベースメモリセルは、それぞれ、第一データラインと結合する第一端と第二データラインと結合する第二端を有する。

【0035】

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0036】

１００ メモリカラムモジュール
１１０ 抵抗ベースメモリセル
１１２ 磁気トンネル接合（MTJ）
１１２ａ ピン層
１１２ｂ 自由層
１１４ スイッチ
１２０ 第一駆動ユニット
１２２ 書き込みバッファ
１２４ 書き込み選択回路
１２６ 読み取り選択回路
１３０ 第二駆動ユニット
１４２，１４４，１５２，１５４，１６２，１７２，１７４，トランジスタ
１４６，１４８、１７６ ＯＲゲート
２１０，２２０ 導電性パス
３００ 抵抗ベースのランダムアクセスメモリ回路
３１０ 抵抗ベースメモリセル
３２２ 書き込みドライバ
３２４ 書き込みマルチプレクサー
３２６ 読み取りマルチプレクサー
３２８ センス増幅器
３３２，３３４ デコーダ
３４０ エンドドライバ
３５０ メモリコントローラー
３６０ メモリカラムモジュール

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】