特許 5931105 ＭＲＡＭ感知基準トリミング方法とメモリ装置

(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】5931105

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】ＭＲＡＭ感知基準トリミング方法とメモリ装置

(51)【国際特許分類】

   G11C 11/15 20060101AFI20160526BHJP

【ＦＩ】

   G11C11/15 150

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-47480(P2014-47480)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2014-175045(P2014-175045A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2014年3月11日

(31)【優先権主張番号】61/777,170

(32)【優先日】2013年3月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/804,773

(32)【優先日】2013年3月14日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(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】池 育徳

(72)【発明者】

【氏名】林 楷竣

(72)【発明者】

【氏名】于 鴻昌

【審査官】 塩澤 如正

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２７０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８５９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２６４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１８９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９９８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６７３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５２４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３４０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１０３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１０３０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５００７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｃ １１／１５

Ｇ１１Ｃ １６／０２ − Ｇ１１Ｃ １７／１８

Ｇ１１Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビットラインに結合される第一磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル、基準ビットラインに結合される複数の基準ＭＲＡＭセル、および、前記ビットラインと前記基準ビットラインに結合されるセンス増幅器を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電流を設定するトリミング方法であって、
ビットライン参照電圧を、前記基準ビットラインに加えて、複数の前記基準ＭＲＡＭセルを介して、それぞれの電流の合計により形成される基準セル電流を提供する工程と、
前記基準セル電流を検出する工程と、
検出された前記基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する工程と、
検出された前記基準セル電流が、前記ターゲット基準セル電流と異なると判断した場合、前記センス増幅器の検知比率を変化させる工程とを含み、
前記ＭＲＡＭモジュールは、前記ＭＲＡＭモジュールの複数の中の一つであり、各ＭＲＡＭモジュールはそれぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置と関連し、それぞれのＭＲＡＭモジュールのセンス増幅器の検知比率は、同じ係数によって変化することを特徴とするトリミング方法。

【請求項2】

前記ビットライン参照電圧は、スイッチを制御するように構成された第一増幅器の第一入力端で、制御参照電圧を変化させることにより変化して、前記スイッチは、選択的に前記基準ビットラインと前記センス増幅器を結合するように構成され、前記第一増幅器の第二入力端は前記基準ビットラインに結合されることを特徴とする請求項１に記載のトリミング方法。

【請求項3】

検出された前記基準セル電流が、前記ターゲット基準セル電流と異なると判断する工程は、検出された前記基準セル電流と前記ターゲット基準セル電流の比率をＭ：１に決定し、前記センス増幅器の検知比率を変化させる工程は、変化させる前に係数Ｍにより検知比率を乗じる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のトリミング方法。

【請求項4】

ビットラインに結合される第一磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル、基準ビットラインに結合される複数の基準ＭＲＡＭセル、および、前記ビットラインと前記基準ビットラインに結合されるセンス増幅器を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電流を設定するトリミング方法であって、
ビットライン参照電圧を、前記基準ビットラインに加えて、複数の前記基準ＭＲＡＭセルを介して、それぞれの電流の合計により形成される基準セル電流を提供する工程と、
前記基準セル電流を検出する工程と、
検出された前記基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する工程と、
検出された前記基準セル電流が、前記ターゲット基準セル電流と異なると判断した場合、前記ビットライン参照電圧を変化させる工程とを含み、
前記ＭＲＡＭモジュールは、前記ＭＲＡＭモジュールの複数の中の一つであり、各ＭＲＡＭモジュールはそれぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置と関連し、それぞれのＭＲＡＭモジュールの第一増幅器のそれぞれの第一入力は、電気的に連結することを特徴とするトリミング方法。

【請求項5】

ビットラインに結合される第一磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル、基準ビットラインに結合される複数の基準ＭＲＡＭセル、および、前記ビットラインと前記基準ビットラインに結合されるセンス増幅器を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電流を設定するトリミング方法であって、
ビットライン参照電圧を、前記基準ビットラインに加えて、複数の前記基準ＭＲＡＭセルを介して、それぞれの電流の合計により形成される基準セル電流を提供する工程と、
前記基準セル電流を検出する工程と、
検出された前記基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する工程と、
検出された前記基準セル電流が、前記ターゲット基準セル電流と異なると判断した場合、検出された前記基準セル電流と前記ターゲット基準セル電流の比率をＭ：１に決定し、係数Ｍにより検知比率を乗じることにより、前記センス増幅器の検知比率を変化させる工程とを含み、
前記ＭＲＡＭモジュールは、前記ＭＲＡＭモジュールの複数の中の一つであり、各ＭＲＡＭモジュールはそれぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置と関連し、それぞれのＭＲＡＭモジュールのセンス増幅器の検知比率は、係数Ｍによる同じ係数によって変化することを特徴とするトリミング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０１３年３月１２日に出願された“Method and Apparatus for MRAM Sense Reference Timing”と題された米国特許仮出願番号61/777,170号から、合衆国法典第３５編第１１９条の下、優先権を主張するものであり、その内容は引用によって本願に援用される。

【背景技術】

【0002】

磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、磁気記憶素子を用いて、データを保存する不揮発性ランダムアクセスメモリ技術である。ＭＲＡＭは、絶縁薄膜により分離される磁性材料の二重層を有するメモリセルでデータを保存し、ＭＲＡＭセルの磁気トンネル接合（“ＭＴＪ”または“ＭＴＪ素子”）を定義する。その二層は、固定磁界アライメント方向で永久に磁化される磁気層（この層はピン層と称される）、および、可変磁化磁気層（この層は自由層と称される）を含む。可変磁化磁気層は、永久磁気層に対応する二配向のうちの一つに磁化される。二個の配向は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）の重層により、はっきりと異なる直列抵抗により特徴付けられる。可変層の磁界配向は永久磁石層（平行）と同じように揃えられる、または、可変層の磁界は永久磁石層（逆平行）と正反対に揃えられる。平行アライメント状態は比較的低い抵抗、逆平行アライメント状態は高い抵抗を有する。

【0003】

ＭＲＡＭセルの二状態が、それらの比較的高い又は低い抵抗（ＲＨとＲＬ）から感知され、メモリに保存されるビットの異なる二値論理値を示す。参照電圧がＭＲＡＭセルに加えられ、生成されたセル電流が用いられて、セルが、低抵抗状態または高抵抗状態にあるかを判断する。このために、通常は、センス増幅器が用いられて、セル電流と基準電流を比較する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、ＭＲＡＭ感知基準トリミング方法とメモリ装置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】

【0005】

本発明の一態様は、ビットラインに結合される第一ＭＲＡＭセル、基準ビットラインに結合される複数の基準ＭＲＡＭセル、および、ビットラインと基準ビットラインに結合されるセンス増幅器を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電流を設定するトリミング方法を開示する。この方法は、ビットライン参照電圧を、基準ビットラインに加えて、複数の基準ＭＲＡＭセルにより、個別の電流の合計から生成される基準セル電流を提供する工程、基準セル電流を検出する工程、検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する工程、検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流とは異なると判断した場合、センス増幅器の検知比率を変化させる工程とを含み、ＭＲＡＭモジュールは、ＭＲＡＭモジュールの複数の中の一つであり、各ＭＲＡＭモジュールはそれぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置と関連し、それぞれのＭＲＡＭモジュールのセンス増幅器の検知比率は、同じ係数によって変化する。
あるいは、検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なると判断した場合、ビットライン参照電圧を変化させる工程とを含み、ＭＲＡＭモジュールは、ＭＲＡＭモジュールの複数の中の一つであり、各ＭＲＡＭモジュールはそれぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置と関連し、それぞれのＭＲＡＭモジュールの第一増幅器のそれぞれの第一入力は、電気的に連結する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によるトリミング方法によれば、検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流とは異なると判断すると、ＭＲＡＭモジュールのセンス増幅器の検知比率を同じ係数で変化させるか、ＭＲＡＭモジュールの第一増幅器の第一入力を電気的に連結することにより、それらの感知結果の信頼性を高めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

この発明の目的と特徴を、以下図面を参照して説明する。

【0008】

【図1A】本発明の実施例による回路図である。

【図1B】実施例による検知比率を変化させる技術を示す回路図である。

【図1C】実施例によるグループ化セルの技術を示す回路図である。

【図2A】いくつかの参照セルは特定状態で固定されている、行列配置の参照セル対を示す説明図である。

【図2B】実施例による参照セルパターン化技術を示す説明図である。

【図2C】実施例による基準トリミングセルの追加セットを用いた説明図である。

【図3】実施例によるプロセスのフローチャートである。

【図4】実施例による別のプロセスのフローチャートである。

【図5】実施例による別のプロセスのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示中、ある実施例の説明は、図面と併せて参照することによって明らかとなり、これらの図面は本書の一部を成す。連接、結合、および類似する用語、例えば、「連結」「相互接続」は、構造が、中間構造により直接または間接的に、別の構造に固定または結合する関係を示し、特に明確な記述がなければ、移動または固定可能な連接や関係を含む。同様に、電気的接続および類似する用語、たとえば、「結合」「相互接続」は、明確な記述がない限り、構造が、中間構造により直接または間接的に、別の構造と通信する関係を示す。

【0010】

図１Ａは、本発明の一実施例による回路図である。ＭＲＡＭセル１１０がビットラインＢＬと供給ラインＳＬ間に結合される。セル１１０は、二状態のうちの一つにある（高抵抗ＲＨまたは低抵抗ＲＬに対応する）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含み、セル１１０は一ビットのデータを保存する。セル１１０の状態を感知するため、図１Ａに示されるように、第一参照電圧Ｖ_ＲＥＦを加える。別の入力端子に結合されるＢＬにより、一入力端子でＶ_ＲＥＦを受信する増幅器１２０ａが、図示のフィードバック構成に設けられる。増幅器１２０ａは、ＢＬに結合されるＮＭＯＳトランジスタＭ１を駆動する。加えられた参照電圧Ｖ_ＲＥＦのため、セル電流Ｉ_ＣＥＬＬがセル１１０を流れる。セル電流Ｉ_ＣＥＬＬが基準電流Ｉ_ＲＥＦと比較され、基準ビットラインＲＢＬに結合される一対の基準メモリセル１３０ａ，１３０ｂ（基準対１３０）に基づいて生成される。基準対１３０の抵抗はＲ_ＰＡＩＲと称される。参照セル１３０ａ，１３０ｂを用いて、基準電流を提供する。一方、セル１１０を用いて、一ビットを、ＭＲＡＭの一部として保存するので、セル１１０は操作セルと称される。基準対の一セル（たとえば、参照セル１３０ａ）はＲＨに設定され、その他（たとえば、参照セル１３０ｂ）はＲＬに設定される。図１Ａに示されるように、フィードバック構成に設けられて、ＮＭＯＳトランジスタＭ２を駆動する増幅器１２０ｂを用いて、第二参照電圧Ｖ_ＲＥＦ２を基準対の各セルに加える。その結果、基準電流Ｉ_ＲＨとＩ_ＲＬは、それぞれ、高抵抗と低抵抗の参照セル１３０ａ，１３０ｂを流れ、それらの合計（即ち、Ｉ_ＲＥＦ）がＩ_ＣＥＬＬに対して比較される。ミラー型比較器であるセンス増幅器１４０は入力１４２と１４４を受信して、ＭＲＡＭセル１１０の状態を示す感知結果１５０を生成する。

【0011】

プロセス変化により、参照セル１３０ａと１３０ｂが、それぞれ、高および低抵抗状態に設定されるとき、それらセルの抵抗が変化する。その結果、Ｉ_ＲＥＦは変化してターゲットレベルから離れるおそれがある。ある実施例において、テスト段階（ＭＲＡＭシステムをテストするため）の間に、Ｖ_ＲＥＦ２がトリムされて（即ち、調整されて）、Ｉ_ＲＥＦのこのような変動を補償する。基準電流Ｉ_ＲＥＦはオームの法則（Ｉ_ＲＥＦ＝Ｖ_ＲＥＦ２／Ｒ_ＰＡＩＲ）に従う。よって、Ｒ_ＰＡＩＲが予期されるより低いと検出される場合（たとえば、プロセス変化のため）、Ｖ_ＲＥＦ２が、補償としてより高くトリムされる（調整される）ので、ＲＢＬでの電圧を調整することができる。その結果、信頼性のある基準電流が確立され、センス増幅器の出力の信頼性を高めることができる（感知結果１５０）。

【0012】

センス増幅器１４０は、いくつかのセンス増幅器のうちの一つで、各センス増幅器は、それぞれの入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置に関連し、各センス増幅器は、それ自身の基準電流Ｉ_ＲＥＦを有する。ある実施例において、Ｖ_ＲＥＦ２がトリムされて、たとえば、スイッチを用いて、感知基準電流を全体的に調整し、それぞれのＩ／Ｏ装置に関連するＶ_ＲＥＦ２ラインを接続する。あるいは又、各Ｉ／Ｏ装置を基準として、Ｖ_ＲＥＦ２がトリムされて、感知基準電流を調整する。

【0013】

ある実施例において、トリミング参照電圧Ｖ_ＲＥＦ２（よって、ＲＢＬでの電圧を調整する）よりは、むしろ検知比率が変化して、ＩＲＥＦの変動を補償する。たとえば、Ｉ＿ＲＬとＩ＿ＲＨのターゲット値が、それぞれ、１０μＡと３０μＡであると仮定する。そのとき、ターゲット基準電流レベルは、１０μＡと３０μＡの真ん中で（即ち、２０μＡ）、セル電流ＩＣＥＬＬは、このターゲット基準電流レベルより高いか低くなるように決定される。検知比率は、通常、２：１であり、その結果、重み付け係数１／２が、センス増幅器１４０の入力１４４に加えられる（即ち、Ｉ＿ＲＨとＩ＿ＲＬの合計であるＩＲＥＦを２で割る）。プロセス変化によって、基準対１３０の抵抗はその期待値から変化し、この例では、公称値４０μＡに代わって、ＩＲＥＦは５０μＡになる。検知比率２：１が続けて用いられる場合、基準電流レベル５０／２＝２５μＡが３０μＡに近すぎて（１０μＡと３０μＡ間の真ん中ではなく）、歪曲し、感知結果１５０の信頼性を低下させる。基準対１３０の変化した抵抗を補償するため、検知比率は、たとえば、２：１に代わって５：２に設定することにより変化されてもよい。検出された基準セル電流とターゲット基準セル電流間の比率はＭ：１（Ｍ＝５／４＝１．２５の場合）、元の検知比率（２／１）に１．２５を乗じて、２．５／１（即ち、５：２）を得る。５：２の検知比率により、ＩＲＥＦは２／５により重み付けられ、再度、２０μＡのレベルを得て、適当な感知機能を確保する。検知比率が全体的に（即ち、全センス増幅器に対して）、または各Ｉ／Ｏ装置を基準として（即ち、特定のＩ／Ｏ装置に関連するセンス増幅器に対してのみ）調整してもよい。

【0014】

検知比率がどのように変化するかの例が、図１Ｂに示されている。スイッチＳ_１とＳ_２は、任意のＰＭＯＳトランジスタＭ９とＭ１３が用いられるかを判断する。このようなＰＭＯＳトランジスタの各種数量を用いて、各種方法で、それぞれの電流を調整する。これらのトランジスタのうちの一つを加えることにより（適切なスイッチが閉じられる時）、電流が増加する。それぞれのトランジスタＭ９，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３の幅が、各トランジスタのソースとドレイン端子間を伝導する電流の大きさを決定する。
たとえば、トランジスタＭ９，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ１２、およびＭ１３は、電流Ｉ_ｂａｓｅを各Ｍ１０，Ｍ１１とＭ１２の各々のソースとドレイン端子間に流すことができ、電流０．１＊Ｉ_ｂａｓｅを任意のＰＭＯＳトランジスタＭ９，Ｍ１３の各々のソースとドレイン端子間に流すことができる幅を有する。よって、スイッチＳ_１および／またはＳ_２が閉じられるかどうかに基づいて、Ｍ９とＭ１３が検知比率の微調整を行う。たとえば、スイッチＳ_１とＳ_２が共に開く場合、公称検知比率（２＊Ｉ_ｂａｓｅ）／（Ｉ_ｂａｓｅ）＝２：１が達成される。スイッチＳ_１とＳ_２両方を閉じる場合、検知比率は（２．１＊Ｉ_ｂａｓｅ）／（１．１＊Ｉ_ｂａｓｅ）＝２．１／１．１に調整される。切替可能に選択される異なる数量の任意のＰＭＯＳレジスタ（たとえば、Ｍ９とＭ１３）、または、それらのトランジスタの異なる幅が用いられて、各種オプションを提供して、検知比率を所望の解決（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に制御する。同じトランジスタサイズ（幅）が、各トランジスタＭ９，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ１２とＭ１３に用いられる場合、スイッチＳ_１とＳ_２を閉じることにより、検知比率を３：２にする。任意のＰＭＯＳトランジスタが任意のサイズ、分子と分母の任意の組み合わせなので、どの検知比率も達成可能である。

【0015】

ＮＭＯＳトランジスタＭ１４，Ｍ１５、および、Ｍ１８が、ビットライン電圧のクランピングに用いられる。たとえば、０．８Ｖが各トランジスタＭ１４，Ｍ１５とＭ１８に加えられ、ビットラインＢＬでの電圧、約０．８Ｖ−Ｖ_ｔ（Ｖ_ｔはこれらのトランジスタのターンオン電圧）となる。このビットライン電圧は、異なる電圧または電流条件に基づいて変化する。トランジスタＭ１６、Ｍ１７およびＭ１９が、各種ビットラインのうちの一つを選択するために用いられる。たとえば、３２個のビットライン（または、その他の数量のビットライン）が用いられ、Ｍ１６、Ｍ１７およびＭ１９のゲートの信号をアサートすることにより、ビットラインのうちの一つが選択される。
よって、各種実施例において、センス増幅器１４０のビットライン参照電圧（ＲＢＬでの電圧）、または検知比率を変化して、ターゲット基準セル電流と異なる基準セル電流を補償してもよい。

【0016】

図２Ａは、行列配置の参照セル対を示し、いくつかの参照セルは特定状態で固定される。図２Ａは、１２対の参照セル（１２個の基準対）を示す。各基準対は、“−ｉ−ｊ”形式の接尾辞で表示され、行と列のアレイに配列される複数のセルを有するＭＲＡＭには、“ｉ”は行列インデックス、“ｊ”は列インデックスである。各基準対において、一つのセルは“ａ”で示され、その他は“ｂ”で示される。よって、図２Ａの左上の基準対は、参照セル２３０ａ−１−１と２３０ｂ−１−１を含み、右下の基準対は、参照セル２３０ａ−４−３と２３０ｂ−４−３を含むことになる。任意の数量の行と列が用いられる。各基準対は、アレイ中の対応するＭＲＡＭセルのセル電流と比較のための基準電流を提供するために用いられる。理想的に、図１Ａに関する記述のように、各基準対にて、ある参照セルがＲＨに設定され、別の参照セルがＲＬに設定される。図２Ａの第一および第三列は、参照セルが、所定の割り当てられた状態と一致するような状況を示す。よって、所定パターンによれば、第一状態（たとえば、ＲＨ）が、各対のセル（たとえば、図２Ａの列１の各対の左に示されるセル）の第一位置のものに割り当てられ、第二状態が、各対のセル（たとえば、列１の各対の右に示されるセル）の第二位置のものに割り当てられる。

【0017】

プロセスの欠点のため、たとえば、いくつかの参照セルは“固定（stuck）”ビットとなるか、または、悪い状態に書き込まれる。たとえば、図２Ａにおいて、固定ビットは円で囲まれている。よって、所望のＲＨ−ＲＬ対に代わって、第二列の基準対は（第一行から第四行）、それぞれ、ＲＨ−ＲＨ（参照セル２３０ｂ−１−２がＲＨ状態で固定される。このため、ＲＬに書き込むことができない）、ＲＬ−ＲＬ（参照セル２３０ａ−２−２と２３０ｂ−２−２両方がＲＬ状態で固定されるので）、ＲＬ−ＲＬ、およびＲＨ−ＲＨである。その結果、これらの基準対のセルの合併は、異なる状態の二つのセルではなく、単一状態の二つのセルが合併されるので、通常、正確な（ターゲット）基準電流レベルを生成しない。

【0018】

図２Ｂは、ある実施例による参照セルパターン技術を示す説明図である。図２Ｂに示すように、固定されない参照セルである“補償セル”は、同じ行の固定ビットを効果的に補償する値で書き込まれる。これらの補償セルが、固定ビットの補償に用いられなかった場合、補償セルは、通常、これらの値で書き込まれない（図２Ａを参照）。補償セルは、図２Ｂにて、斜めのストライピングで示される。第一行（図２Ｂの上部）にて、参照セル２３０ｂ−１−２の固定ビットＲＨは、そのセルの状態を読み出すと共に、その状態が、図２Ａの第一列に示されるパターンにより望まれるように、ＲＬの代わりにＲＨであると判断することにより、検出される。ＲＬが補償セル２３０ａ−１−２に書き込まれて、セル２３０ｂ−１−２の固定ビットを補償する。つまり、書き込み操作がセル２３０ａ−１−２で初期化されて、そのセルの状態を変化させる（この例では、ＲＨからＲＬ）。基準対２４０中に、今、１ＲＬセルと１ＲＨセルがあるので、これらの二個の参照セルが合併して、セル２３０ａ−１−２が既に（元は望まれていた）ＲＨに書き込まれている、および、セル２３０ｂ−１−２が既にＲＬに書き込まれている場合と同じ基準電流を生成する。

【0019】

第二行で、第二列（セル２３０ａ−２−２と２３０ｂ−２−２）中の両セルはＲＬで固定されるので、上述の技術（対２４０）は不十分である。この場合、セル２３０ａ−２−２と２３０ｂ−２−２は、同じ行にあるセル２３０ａ−２−１と２３０ｂ−２−１と同じグループとなり、セル２３０ｂ−２−１（通常はＲＬに書き込まれる）がＲＨに書き込まれて、第二列の固定ＲＬを補償する。よって、セル２３０ｂ−２−１は補償セルである。セル２３０ａ−２−１もＲＨに書き込まれる（図２Ａに示されるように、正常に、書き込まれる）。グループ２４２中のセル（２個のＲＨセルと２個のＲＬセルを含む）は合併して、正確な基準電流を生成する。

【0020】

同様に、そのグループ中のセルが合併する時、第三行で、ＲＨが補償セル２３０ｂ−３−２に書き込まれて、基準対２４４が正確な基準電流を生じ、第四行で、ＲＬが補償セル２３０ａ−４−３に書き込まれて、グループ２４６が正確な基準電流を生じる。ある実施例において、所定の行の所定の列での固定ビットを補償し、同じ行の隣接する列からの補償セルが用いられる。別の具体例において、同じ行の非隣接列から、補償セルが用いられる。二個の基準対がグループ２４６にグループ化されるが、同様に、二個を超える基準対がグループ化される。

【0021】

図２Ｂは、ワードライン、および、どのように、各種参照セルが合併して、グループ化することも示す。図２Ｂの行は、ワードラインＷＬ１，…，ＷＬ４に関連する。操作セル２５０−１−１，２５０−２−１，２５０−３−１、および、２５０−４−１が、第一列に示され、図式の便宜のため、図示されていないが、類似の操作セルが別の列に含まれる。同様に、図式の便宜のため、図２Ｂ中では、ワードラインが全列に延伸することが示されていない。第一列で、選択されたワードラインに基づいて、トランジスタＭ３が操作セルに結合され、トランジスタＭ４が基準対に結合される。センス増幅器２７０−１は、操作セルからのセル電流と基準対からの基準電流を比較する。図２Ｂに示されるように、類似のトランジスタＭ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８、およびセンス増幅器２７０−２，２７０−３が、別の列で提供される。よって、各列は、それぞれのＩ／Ｏ装置に関連する。クランプ電圧Ｖ_{ＣＬＡＭＰ}は、トランジスタＭ３，…，Ｍ８を駆動する。たとえば、トランジスタ、伝送ゲート、または別のタイプのスイッチとして実行される。スイッチ２６０−１と２６０−２は、参照セルを合併して、グループ化２４２と２４６を提供することができるようにする。たとえば、スイッチ２６０−１が閉じられ、スイッチ２６０−２が開き、グループ化２４２を実行する。この結合技術により、各種参照セル（各種列中の参照セル）に対応するセンス増幅器入力が連結される。

【0022】

図１Ｃは、ある実施例による合併／グループ化セルの技術を示す回路図である。スイッチＳ_３を閉じると、第一列の参照セル１３０ａ−１，１３０ｂ−１対を第二列の対の参照セル１３０ａ−２，１３０ｂ−２と合併する。図２Ｂの各スイッチ２６０−１と２６０−２は、スイッチＳ_３としての役割を果たす。図１Ｃは、図２Ｂに示されない追加のスイッチＳ_４を示す図である。スイッチＳ_４が閉じる時、それぞれの列からの電流ミラーが一緒に結合される。よって、各種実施例において、ビットラインが合併されるおよび／または電流ミラーが合併される。

【0023】

一般に、各種数量の補償セルは、基準電流レベルを上向きか下向きにトリムするのに用いられる。トリミング前、基準電流レベルは、Ａ＝Ｉ＿ＲＨ_０＋…＋Ｉ＿ＲＨ_ｎ＋Ｉ＿ＲＬ_０＋…＋Ｉ＿ＲＬ_ｎ）／２ｎ（ｎはＩ／Ｏ装置の数量）により指定されるとするなら、トリミング後、基準電流レベルは、Ｂ＝（Ｉ＿ＲＨ_０＋…＋Ｉ＿ＲＨ_ｎ−ｋ＋Ｉ＿ＲＬ_０＋…＋Ｉ＿ＲＬ_ｎ＋ｋ）／２ｎ（ｎはＩ／Ｏ装置の数量、ｋは整数トリミングファクタ）により指定される。

【0024】

図２Ｃは、ある具体例による基準トリミングセルの追加セットを用いた説明図である。基準トリミングセルは、各操作ビットセルに関連する。たとえば、基準トリミングセル２８０−１−２は操作セル２５０−１−２と関連し、第一行と第二列にある。図２Ｃに示されるように、各基準トリミングセルが、ＲＨまたはＲＬに設定され、選択的に（たとえば、トランジスタにより）、抵抗Ｒ_ＴＲＩＭを有するレジスタに結合される。図２Ｃの例において、参照セル２３０ａ−１−１、２３０ｂ−１−１、２３０ａ−１−２、および、２３０ｂ−１−２は、それぞれ、抵抗ＲＨ，ＲＬ，ＲＨ，およびＲＬを有し、トリムセル２８０−１−１と２８０−１−２は、それぞれ、抵抗Ｒ_Ｘ１とＲ_Ｘ２を有する。この例にて、セル２３０ａ−１−１と２３０ａ−１−２の電流はＩ_ＲＨ＝ＶＢＬ／ＲＨ、セル２３０ｂ−１−１と２３０ｂ−１−２の電流はＩ_ＲＬ＝ＶＢＬ／ＲＬ、ＶＢＬは、読み取り操作のビットライン電圧である。よって、列Ｉ／Ｏ１とＩ／Ｏ２の基準電流（たとえば、それぞれのＩ／Ｏ装置に対応する各列を有する）は、Ｉ_{ＷＩＴＨ−ＴＲＩＭ}＝［２＊ＶＢＬ／ＲＨ＋２＊ＶＢＬ／ＲＬ＋ＶＢＬ／（Ｒ_Ｘ１＋Ｒ_ＴＲＩＭ）＋ＶＢＬ／（Ｒ_Ｘ２＋Ｒ_ＴＲＩＭ）］／２により与えられる。

【0025】

トリムセル２８０−１−１と２８０−１−２が用いられない場合、本来の電流を考慮する。この本来の電流は、Ｉ_{ＮＯ−ＴＲＩＭ}＝２＊ＶＢＬ／ＲＨ＋２＊ＶＢＬ／ＲＬである。Ｉ_{ＮＯ−ＴＲＩＭ}がＩ_ＲＬに近すぎる場合（即ち、大き過ぎる）、Ｒ_Ｘ１とＲ_Ｘ２はＲＨと等しく設定されて、基準電流を減少させる（合併後）。一方、Ｉ_{ＮＯ−ＴＲＩＭ}がＩ_ＲＨに近すぎる場合（即ち、小さすぎる）、Ｒ_Ｘ１とＲ_Ｘ２がＲＬに等しく設定されて、基準電流を増加する（合併後）。

【0026】

基準対（参照セル対）と基準トリミングセルを合併することにより、基準電流レベルを調整する付加的なフレキシブル性(良い解決)が得られる。図２Ｂ中、補償セルとグループ化が用いられ（たとえば、一つの行、または、各行に対し）、図２Ｂに示される技術と比較して、図２Ｃに示される技術は拡張機能を提供するものである。

【0027】

各実施例において、トリミング（たとえば、図２Ｂ−図２Ｃ中、ビットライン参照電圧または検知比率またはパターンベースのトリミング等を変化させることにより）は、「テスト段階で、たとえば、テープアプトまたは最終パッケージの前に、ＭＲＡＭシステムがテストされるときに、発生する。トリミングは、ヒューズをとばすことにより、または、余分なメモリアレイストレージ（たとえば、余分なトランジスタ）を用いて実施されて、トリミング情報を保存する。

【0028】

本発明の各種具体例は、たとえば、固定を補償する、または基準ビットを間違って書き込むことにより、ＭＲＡＭ構成要素のプロセス変化に関連する悪影響を緩和することができる。よって、同じ読み取りマージンが得られて、状態（“０”または“１”）を読み取り、ＭＲＡＭシステムの読み取り歩留り、および、読み取り操作の信頼性を改善することができる。

【0029】

図３は、ある実施例によるトリミングプロセスのフローチャートである。プロセス３００は、ビットライン（たとえば、ＢＬ）に結合される操作ＭＲＡＭセル（たとえば、セル１１０）、基準ビットライン（たとえば、ＲＢＬ）に結合される複数の基準ＭＲＡＭセル（たとえば、参照セル１３０ａ，１３０ｂ）、および、ビットラインと基準ビットラインに結合されるセンス増幅器（たとえば、センス増幅器１４０）を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電圧を設定する。プロセスは、ビットライン参照電圧（工程３１０）を、基準ビットラインに加えて、複数の基準ＭＲＡＭセルにより、それぞれの電流の合計により形成される基準セル電流（たとえば、Ｉ_ＲＥＦ）を提供する工程を有し、基準セル電流が検出される（工程３２０）。検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する（工程３３０）。検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なると判断する場合、ビットライン参照電圧が変化する、またはセンス増幅器の検知比率が変化する（工程３４０）。

【0030】

図４は、ある実施例によるプロセスのフローチャートである。プロセス４００は、行と列のアレイに配列された基準ＭＲＡＭセル対を含む磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）で実行される。このとき、所定の割り当てられた状態と一致しないので、参照セル対（たとえば、対２４０）の参照セルのうちの一つ（たとえば、セル２３０ｂ−１−２）の状態を検出する（工程４１０）。そして、書き込み操作を初期化して（工程４２０）、当該対の別の参照セル（たとえば、セル２３０ａ−１−２）の状態を変化させる。

【0031】

図５は、ある実施例によるプロセスのフローチャートである。プロセス５００は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）によって実行される。メモリは、行と列のアレイに配列される基準ＭＲＡＭセル対、および参照セルの個々の対に関連する基準トリミングセルを有している。各セルは、それぞれ、第一および第二抵抗に対応する第一状態または第二状態（たとえば、ＲＬとＲＨ）に設定することができる。少なくとも一つの行に対して、工程５１０、５２０、５３０、５４０に対応する処理が実行される。この行（少なくとも一つの行）の各対の参照セルに基づいて、基準セル電流が決定される（工程５１０）。基準セル電流が、第二状態に関連する第二電流（たとえば、Ｉ＿ＲＨ）より、第一状態に関連する第一電流（たとえば、Ｉ＿ＲＬ）に近いと判断すると（工程５２０）、前記行の一つ以上の基準トリミングセルが第二状態に設定される（工程５３０）。そして、この行の対の参照セル、および、この行の対に関連する基準トリミングセルが合併される（工程５４０）。

【0032】

ある実施例は、ビットライン（たとえば、ＢＬ）に結合される操作ＭＲＡＭセル（たとえば、セル１１０）、基準ビットライン（たとえば、ＲＢＬ）に結合される複数の基準ＭＲＡＭセル（たとえば、参照セル１３０ａ，１３０ｂ）、および、ビットラインと基準ビットラインに結合されるセンス増幅器（たとえば、センス増幅器１４０）を含むＭＲＡＭモジュールを操作するのに用いられる基準電流を設定するトリミングプロセスを有している。このプロセスは、ビットライン参照電圧を、基準ビットラインに加え、複数の基準ＭＲＡＭセルにより、それぞれの電流の合計により形成される基準セル電流（たとえば、Ｉ_ＲＥＦ）を提供する工程を有し、基準セル電流が検出される。検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なるかを判断する。検出された基準セル電流が、ターゲット基準セル電流と異なると判断すると、ビットライン参照電圧を変化するか、またはセンス増幅器の検知比率を変化する。

【0033】

幾つかの実施例は、行と列のアレイに配置される基準ＭＲＡＭセル対を含む磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）で実行されるプロセスを有し、一対の参照セル（たとえば、対２４０）の参照セルのうちの一つ（たとえば、セル２３０ｂ−１−２）の状態が、所定の割り当てられた状態と一致しないことが検出されると、書き込み操作を初期化して、当該対の別の参照セル（たとえば、セル２３０ａ−１−２）に状態を変化させる。

【0034】

幾つかの実施例は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）で実行されるプロセスを有している。メモリは、行と列のアレイに配列された対の基準ＭＲＡＭセル、および、参照セルの個々の対に関連する基準トリミングセルを有している。各セルは、それぞれ、第一および第二抵抗（たとえば、ＲＬとＲＨ）に対応する第一状態または第二状態に設定できる。少なくとも一つの行に対して、各種処理が行われる。この行（少なくとも一つの行）の各対の参照セルに基づいて、基準セル電流が決定される。基準セル電流が、第二状態に関連する第二電流（たとえば、Ｉ＿ＲＨ）より、第一状態に関連する第一電流（たとえば、Ｉ＿ＲＬ）に近いと判断すると、前記行の一つ以上の基準トリミングセルが第二状態に設定される。そして、この行の対の参照セル、および、この行の対に関連する基準トリミングセルが合併される。

【0035】

ある実施例において、メモリ装置は、行と列のアレイに配列される複数の操作磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル（たとえば、セル２５０−１−１，２５０−２−１等）、各対が、対応する操作セルと同じ行と列に対応する複数の対の基準ＭＲＡＭセル（たとえば、参照セル２３０ａ−１−１と２３０ｂ−１−１を含む一対、参照セル２３０ａ−２−１と２３０−ｂ−２−１を含む別の対等）、それぞれの列に関連する複数のセンス増幅器（たとえば、センス増幅器２７０−１，２７０−２等）、および、それぞれの行を選択するように設定される複数のワードライン（たとえば、ワードラインＷＬ１，ＷＬ２等）を有している。参照セル対の第一サブセットは、第一サブセットの参照セルの各対の中で、第一状態を、第一位置のＭＲＡＭセルに割り当てると共に、第二状態を、第二位置のＭＲＡＭセルに割り当てる所定パターンに一致する。第一サブセットにない対（たとえば、参照セル２３０ａ−１−２−と２３０ｂ−１−２を含む対）は所定パターンに一致せず、第一状態で固定されるセル（この例では、セル２３０ｂ−１−２が、ＲＨ状態に固定される）および第二状態に設定される別のセル（この例では、セル２３０ａ−１−２が、ＲＬ状態に設定されて、固定セル２３０ｂ−１−２を補償する）を有している。

【0036】

ある実施例において、メモリ装置は、行と列のアレイに配列される複数の操作磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル（たとえば、セル２５０−１−１，２５０−２−１等）、各対が、対応する操作セルと同じ行と列に対応する複数の対の基準ＭＲＡＭセル（たとえば、対は、参照セル２３０ａ−１−１と２３０ｂ−１−１を含み、別の対は、参照セル２３０ａ−２−１と２３０−ｂ−２−１等を含む）、それぞれの列に関連する複数のセンス増幅器（たとえば、センス増幅器２７０−１，２７０−２等）、および、それぞれの行を選択するように設定される複数のワードライン（たとえば、ワードラインＷＬ１，ＷＬ２等）を有している。対の参照セルの第一サブセットは所定パターンに適合し、所定パターンは、第一状態と第二状態を、前記第一サブセットの各対のそれぞれ、第一位置と第二位置の参照セルに割り当てる。第一サブセットをばらばらに形成する対の第二サブセットは第一対と第二対を有し、第一対は、第一状態で固定される二個の参照セル（たとえば、ＲＨ状態で固定される参照セル２３０−ａ−４−２と２３０ｂ−４−２）を有し、第二対は、第二状態の二個の参照セルを有して（たとえば、ＲＬ状態にある参照セル２３０ａ−４−３と２３０ｂ−４−３）、第一および第二対が一緒に合併される。

【0037】

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】

【0038】

１１０ ＭＲＡＭセル
１２０ａ、１２０b 増幅器
１３０ 基準メモリセル基準対
１３０ａ，１３０ｂ、１３０a―１、１３０b―２ 参照セル
１４０、１４２、１４４ センス増幅器
１５０ 感知結果
２３０ａ−１−１、２３０ｂ−１、２３０ｂ−１−２、２３０ａ−２−１、２３０ａ−２−２、２３０ｂ−２−１、２３０ｂ−２−２、２３０a−４−３、２３０b−４−３ 参照セル
２４２、２４６ グループ
２４４ 基準対
２５０−１−１、２５０−２−１、２５０−３−１、２５０−４−１ 操作セル
２７０−１、２７０−２、２７０−３ センス増幅器
２６０−1、２６０―２ スイッチ
２８０−１−１、２８０−１−２ トリムセル
３００、４００ プロセス

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】