特許第6557488号(P6557488)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6557488不揮発性メモリ装置及びそれを含む格納装置、それの書込み方法及び読出し方法
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(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】6557488
(24)【登録日】2019年7月19日
(45)【発行日】2019年8月7日
(54)【発明の名称】不揮発性メモリ装置及びそれを含む格納装置、それの書込み方法及び読出し方法
(51)【国際特許分類】
   G11C 11/16 20060101AFI20190729BHJP
   H01L 21/8239 20060101ALI20190729BHJP
   H01L 27/105 20060101ALI20190729BHJP
【FI】
   G11C11/16 230
   G11C11/16 240
   H01L27/105 447
【請求項の数】20
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2015-56454(P2015-56454)
(22)【出願日】2015年3月19日
(65)【公開番号】特開2015-185201(P2015-185201A)
(43)【公開日】2015年10月22日
【審査請求日】2018年2月13日
(31)【優先権主張番号】61/969,911
(32)【優先日】2014年3月25日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】10-2014-0065176
(32)【優先日】2014年5月29日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】表 錫 洙
(72)【発明者】
【氏名】鄭 鉉 沢
【審査官】 堀田 和義
(56)【参考文献】
【文献】 特開2004−186553(JP,A)
【文献】 特開2006−294179(JP,A)
【文献】 特開2009−64498(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2009/0323404(US,A1)
【文献】 米国特許出願公開第2011/0267874(US,A1)
【文献】 特開2010−267362(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2015/0179244(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G11C 11/16
H01L 21/8239
H01L 27/105
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
データを格納する第1及び第2トゥルーセルと、
前記データの相補データを格納する第1及び第2コンプリメンタリセルと、
前記第1及び第2トゥルーセルの各々の一端に連結されるビットラインと、
前記第1及び第2コンプリメンタリセルの各々の一端に連結される相補ビットラインと、
前記第1トゥルーセルの各々の他端に連結される第1サブワードラインと、
前記第2トゥルーセルの各々の他端に連結される第2サブワードラインと、
前記第1コンプリメンタリセルの各々の他端に連結される第1相補サブワードラインと、
前記第2コンプリメンタリセルの各々の他端に連結される第2相補サブワードラインと、
第1ワードラインに印加された第1オープン電圧に応答して前記第1サブワードラインを第1ソースラインに連結する第1トランジスタと、
前記第1オープン電圧に応答して前記第1相補サブワードラインを第1相補ソースラインに連結する第1相補トランジスタと、
第2ワードラインに印加された第2オープン電圧に応答して前記第2サブワードラインを前記第1ソースラインに連結する第2トランジスタと、
前記第2オープン電圧に応答して前記第2相補サブワードラインを前記第1相補ソースラインに連結する第2相補トランジスタと、を含み、
前記第1及び第2ワードラインの伸張方向は、前記第1ソースライン及び前記第1相補ソースラインの伸張方向と同一である不揮発性メモリ装置。
【請求項2】
前記第1及び第2トゥルーセル及び前記第1及び第2コンプリメンタリセルの各々は、磁気トンネル接合素子(magnetic tunnel junction、MTJ)セルである請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項3】
カラム選択信号に応答して前記ビットラインの中いずれか1つをデータラインに連結するビットライン選択トランジスタと、
前記カラム選択信号に応答して前記相補ビットラインの中いずれか1つを相補データラインに連結する相補ビットライン選択トランジスタと、を含む請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項4】
前記データラインに前記データに対応する電圧を提供する入力バッファと、
前記相補データラインに前記相補データに対応する電圧を提供する相補入力バッファと、をさらに含む請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項5】
前記第1及び第2トゥルーセルの中でいずれか1つの書込み動作の時、前記ビットラインにプリチャージ電圧が印加された後、選択されたビットラインに接地電圧が印加され、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1ソースラインに書込み電圧が印加される請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項6】
前記第1及び第2コンプリメンタリセルの中でいずれか1つの書込み動作の時、前記相補ビットラインに接地電圧が印加された後、選択された相補ビットラインに前記プリチャージ電圧が印加され、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1相補ソースラインに接地電圧が印加される請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項7】
前記データライン及び前記相補データラインに流れる電或いは電を感知する感知増幅器をさらに含む請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項8】
前記第1及び第2トゥルーセルの中でいずれか1つの読出し動作の時、前記ビットラインに接地電圧が印加された後、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1ソースラインに接地電圧が印加される請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項9】
前記第1及び第2コンプリメンタリセルの中でいずれか1つの読出し動作の時、前記相補ビットラインに接地電圧が印加された後、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1相補ソースラインに接地電圧が印加される請求項に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項10】
ソースライン制御信号に応答して前記第1ソースラインと前記第1相補ソースラインとを独立的に制御するソースライン制御回路をさらに含む請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項11】
データ、読出し活性化信号、書込み活性化信号を受信し、前記ソースライン制御信号を発生するソースライン制御信号発生器をさらに含む請求項10に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項12】
前記第1及び第2オープン電圧は、電源電圧である請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項13】
少なくとも1つの不揮発性メモリ装置と、
前記少なくとも1つの不揮発性メモリ装置を制御するメモリ制御器と、を含み、
前記少なくとも1つの不揮発性メモリ装置は、
書込み動作の時、互に異なるプリチャージ電圧でビットラインと相補ビットラインとをプリチャージし、選択されたワードラインにオープン電圧を印加することによって、ソースラインをトゥルーセルに連結するか、或いは前記選択されたワードラインに前記オープン電圧を印加することによって、相補ソースラインをコンプリメンタリセルに連結し、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに互に異なる書込み電圧を印加することによって、前記トゥルーセルにデータを格納し、前記コンプリメンタリセル相補データを格納するメモリセルアレイを含み、
前記トゥルーセルの各々の一端は、サブワードラインに連結され、
前記コンプリメンタリセルの各々の一端は、相補サブワードラインに連結され、
前記トゥルーセルの各々の他端は、前記ビットラインに連結され、
前記コンプリメンタリセルの各々の他端は、前記相補ビットラインに連結され、
前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記サブワードラインを前記ソースラインに連結するトランジスタと、
前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記相補サブワードラインを前記相補ソースラインに連結する相補トランジスタと、を含み、
前記ソースラインと前記相補ソースラインとは、伸長方向が前記ワードラインと同一である格納装置。
【請求項14】
読出し動作の時、前記ビットラインと前記相補ビットラインとに接地電圧が印加され、選択されたワードラインに前記オープン電圧を印加し、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに読出し電圧が印加され、選択されたビットライン及び選択された相補ビットラインの電圧或いは電流が感知される請求項13に記載の格納装置。
【請求項15】
1つのトランジスタの一端が複数のメモリセルの各々の一端に連結され、前記複数のメモリセルの各々の他端がビットラインに連結され、前記複数のメモリセルは、データを格納するトゥルーセルと相補データを格納するコンプリメンタリセルとを含む不揮発性メモリ装置の書込み方法において、
互に異なるプリチャージ電圧でビットラインと相補ビットラインとをプリチャージする段階と、
選択されたワードラインをオープンし、書き込まれるデータ及び相補データに対応する電圧に選択されたビットライン及び相補ビットラインを設定する段階と、
前記オープンされたワードラインによって前記トゥルーセルとサブワードラインを介して連結されたソースライン及び前記オープンされたワードラインによって前記コンプリメンタリセルと相補サブワードラインを介して連結された相補ソースラインに互に異なる書込み電圧を印加する段階と、を含む書込み方法。
【請求項16】
前記プリチャージする段階は、前記ビットラインにプリチャージ電圧が印加され、前記相補ビットラインに接地電圧を印加する段階を含む請求項15に記載の書込み方法。
【請求項17】
前記書込み電圧を印加する段階は、前記ソースラインに書込み電圧が印加され、前記相補ソースラインに前記接地電圧を印加する段階を含む請求項16に記載の書込み方法。
【請求項18】
1つのトランジスタの一端が複数のメモリセルの各々の一端に連結され、前記複数のメモリセルの各々の他端がビットラインに連結され、前記複数のメモリセルは、データを格納するトゥルーセルと相補データを格納するコンプリメンタリセルとを含む不揮発性メモリ装置の読出し方法において、
ビットラインと相補ビットラインとをプリチャージする段階と、
選択されたワードラインをオープンし、ソースラインからサブワードラインに読出し電圧を印加し、相補ソースラインから相補サブワードラインに読出し電圧を印加する段階と、
選択されたビットラインと選択された相補ビットラインとの電圧或いは電流を感知する段階と、を含む読出し方法。
【請求項19】
前記プリチャージする段階は、前記ビットライン及び前記相補ビットラインに接地電圧を印加する段階を含む請求項18に記載の読出し方法。
【請求項20】
前記読出し電圧を印加する段階は、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに接地電圧を印加する段階を含む請求項18に記載の読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は不揮発性メモリ装置及びそれを含む格納装置、それの書込み方法及び読出し方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器の高速化及び/又は低消費電力化等によって、電気機器に含まれる半導体記憶素子の高速化及び/又は低い動作電圧等に対する要求が増加している。このような要求を充足させるために、半導体記憶素子として磁気記憶素子が提案されたことがある。磁気記憶素子は高速動作及び/又は不揮発性等の特性を有するので、次世代半導体記憶素子として脚光を浴びている。
【0003】
一般的に、磁気記憶素子は磁気トンネル接合パターン(Magnetic tunnel junction pattern;MTJ)含む。磁気トンネル接合パターンは2つの磁性体と、その間に介在された絶縁膜とを含む。2つの磁性体の磁化方向に沿って磁気トンネル接合パターンの抵抗値を変えることができる。例えば、2つの磁性体の磁化方向が反平行である場合に磁気トンネル接合パターンは大きな抵抗値を有し、2つの磁性体の磁化方向が平行な場合に磁気トンネル接合パターンは小さい抵抗値を有する。このような抵抗値の差を利用してデータを書き込む/読み出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第8,508,987号公報
【特許文献2】米国特許第8,432,727号公報
【特許文献3】米国特許第8,144,509号公報
【特許文献4】米国特許第8,194,439号公報
【特許文献5】米国特許第8,634,232号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的はセンシングマージンを増大しながら、チップサイズを減らす不揮発性メモリ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置は、データを格納する第1及び第2トゥルーセルと、前記データの相補データを格納する第1及び第2コンプリメンタリセルと、前記第1及び第2トゥルーセルの各々の一端に連結されるビットラインと、前記第1及び第2コンプリメンタリセルの各々の一端に連結される相補ビットラインと、前記第1トゥルーセルの各々の他端に連結される第1サブワードラインと、前記第2トゥルーセルの各々の他端に連結される第2サブワードラインと、前記第1コンプリメンタリセルの各々の他端に連結される第1相補サブワードラインと、前記第2コンプリメンタリセルの各々の他端に連結される第2相補サブワードラインと、第1ワードラインに印加された第1オープン電圧に応答して前記第1サブサブワードラインを第1ソースラインに連結する第1トランジスタと、前記第1オープン電圧に応答して前記第1相補サブサブワードラインを第1相補ソースラインに連結する第1相補トランジスタと、第2ワードラインに印加された第2オープン電圧に応答して前記第2サブサブワードラインを前記第1ソースラインに連結する第2トランジスタと、前記第2オープン電圧に応答して前記第2相補サブサブワードラインを前記第1相補ソースラインに連結する第2相補トランジスタと、を含む。
【0007】
実施形態において、前記第1及び第2トゥルーセル及び前記第1及び第2コンプリメンタリセルの各々は、磁気トンネル接合素子(magnetic tunnel junction、MTJ)セルである。
実施形態において、前記第1及び第2ワードラインの伸張方向は、前記第1ソースライン及び前記第2相補ソースラインの伸張方向と同一である。
実施形態において、カラム選択信号に応答して前記ビットラインの中でいずれか1つをデータラインに連結するビットライン選択トランジスタと、
前記カラム選択信号に応答して前記相補ビットラインの中でいずれか1つを相補データラインに連結する相補ビットライン選択トランジスタと、を含む。
【0008】
実施形態において、前記データラインに前記データに対応する電圧を提供する入力バッファと、前記相補データラインに前記相補データに対応する電圧を提供する相補入力バッファと、をさらに含む。
実施形態において、前記第1及び第2トゥルーセルの中でいずれか1つの書込み動作の時、前記ビットラインにプリチャージ電圧が印加された後、選択されたビットラインに接地電圧が印加され、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1ソースラインに書込み電圧が印加される。
【0009】
実施形態において、前記第1及び第2コンプリメンタリセルの中でいずれか1つの書込み動作の時、前記相補ビットラインに接地電圧が印加された後、選択された相補ビットラインに前記プリチャージ電圧が印加され、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1相補ソースラインに接地電圧が印加される。
実施形態において、前記データライン及び前記相補データラインに流れる電圧或いは電流を感知する感知増幅器をさらに含む。
実施形態において、前記第1及び第2トゥルーセルの中でいずれか1つの読出し動作の時、前記ビットラインに接地電圧が印加された後、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1ソースラインに接地電圧が印加される。
【0010】
実施形態において、前記第1及び第2コンプリメンタリセルの中でいずれか1つの読出し動作の時、前記相補ビットラインに接地電圧が印加された後、選択されたワードラインにオープン電圧が印加され、前記第1相補ソースラインに接地電圧が印加される。
実施形態において、ソースライン制御信号に応答して前記第1ソースラインと前記第1相補ソースラインとを独立的に制御するソースライン制御回路をさらに含む。
実施形態において、データ、読出し活性化信号、書込み活性化信号を受信し、前記ソースライン制御信号を発生するソースライン制御信号発生器をさらに含む。
実施形態において、前記第1及び第2オープン電圧は、電源電圧である。
【0011】
本発明の実施形態による格納装置は、少なくとも1つの不揮発性メモリ装置と、前記少なくとも1つの不揮発性メモリ装置を制御するメモリ制御器と、を含み、前記少なくとも1つの不揮発性メモリ装置は、書込み動作の時、互に異なるプリチャージ電圧でビットラインと相補ビットラインとをプリチャージし、選択されたワードラインにオープン電圧を印加することによって、ソースラインをトゥルーセルに連結するか、或いは前記選択されたワードラインに前記オープン電圧を印加することによって、相補ソースラインをコンプリメンタリセルに連結し、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに互に異なる書込み電圧を印加することによって、前記トゥルーセルにデータを格納し、前記コンプリメンタリセル相補データを格納するメモリセルアレイを含む。
【0012】
実施形態において、前記トゥルーセル及び前記コンプリメンタリセルの各々の一端は、サブワードラインに連結され、前記トゥルーセルの各々の他端は、前記ビットラインに連結され、前記コンプリメンタリセルの各々の他端は、前記相補ビットラインに連結され、前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記サブサブワードラインを前記ソースライン及び前記相補ソースラインに連結するトランジスタを含み、前記ソースラインと前記相補ソースラインとは、同一であり、前記サブワードラインに連結された前記トゥルーセルと前記コンプリメンタリセルとが交互に配置される。
【0013】
実施形態において、前記トゥルーセル及び前記コンプリメンタリセルの各々の一端は、サブワードラインに連結され、前記トゥルーセルの各々の他端は、前記ビットラインに連結され、前記コンプリメンタリセルの各々の他端は、前記相補ビットラインに連結され、前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記サブサブワードラインを前記ソースライン及び前記相補ソースラインに連結するトランジスタを含み、前記ソースラインと前記相補ソースラインとは、同一であり、前記サブワードラインに連結された前記トゥルーセルのグループと前記トゥルーセルのグループに隣接して前記コンプリメンタリセルグループとが配置される。
【0014】
実施形態において、前記トゥルーセルの各々の一端は、サブワードラインに連結され、前記コンプリメンタリセルの各々の一端は、相補サブワードラインに連結され、前記トゥルーセルの各々の他端は、前記ビットラインに連結され、前記コンプリメンタリセルの各々の他端は、前記相補ビットラインに連結され、前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記サブサブワードラインを前記ソースラインに連結するトランジスタと、前記選択されたワードラインに印加された前記オープン電圧に応答して前記相補サブサブワードラインを前記相補ソースラインに連結する相補トランジスタと、を含む。
実施形態において、読出し動作の時、前記ビットラインと前記相補ビットラインとに接地電圧が印加され、選択されたワードラインに前記オープン電圧を印加し、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに読出し電圧が印加され、選択されたビットライン及び選択された相補ビットラインの電圧或いは電流が感知される。
【0015】
本発明の実施形態による1つのトランジスタの一端が複数のメモリセルの各々の一端に連結され、前記複数のメモリセルの各々の他端がビットラインに連結され、前記複数のメモリセルは、データを格納するトゥルーセルと相補データを格納するコンプリメンタリセルとを含む不揮発性メモリ装置の書込み方法は、互に異なるプリチャージ電圧でビットラインと相補ビットラインとをプリチャージする段階と、選択されたサブワードラインをオープンし、書き込まれるデータ及び相補データに対応する電圧に選択されたビットライン及び相補ビットラインを設定する段階と、前記オープンされたワードラインによってトゥルーセルと連結されたソースライン及び前記オフされたワードラインによってコンプリメンタリセルと連結された相補ソースラインに互に異なる書込み電圧を印加する段階と、を含む。
【0016】
実施形態において、前記プリチャージする段階は、前記ビットラインにプリチャージ電圧が印加され、前記相補ビットラインに接地電圧を印加する段階を含む。
実施形態において、前記書込み電圧を印加する段階は、前記ソースラインに書込み電圧が印加され、前記相補ソースラインに前記接地電圧を印加する段階を含む。
【0017】
本発明の実施形態による1つのトランジスタの一端が複数のメモリセルの各々の一端に連結され、前記複数のメモリセルの各々の他端がビットラインに連結され、前記複数のメモリセルは、データを格納するトゥルーセルと相補データを格納するコンプリメンタリセルとを含む不揮発性メモリ装置の読出し方法は、ビットラインと相補ビットラインとをプリチャージする段階と、選択されたサブワードラインをオープンし、ソースラインと相補ソースラインとに読出し電圧を印加する段階と、選択されたビットラインと選択された相補ビットラインとの電圧或いは電流を感知する段階と、を含む。
実施形態において、前記プリチャージする段階は、前記ビットライン及び前記相補ビットラインに接地電圧を印加する段階を含む。
実施形態において、前記読出し電圧を印加する段階は、前記ソースラインと前記相補ソースラインとに接地電圧を印加する段階を含む。
【発明の効果】
【0018】
上述したように本発明による不揮発性メモリ装置はトゥルーセルとコンプリメンタリセルとの各々を1T−nCell構造で具現することによって、センシングマージンを極大化させながら、同時にチップサイズを大幅に減らすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置を例示的に示す図。
図2図1に図示されたメモリセル構造に対する第1実施形態を示す図。
図3図1に図示されたメモリセル構造に対する第2実施形態を示す図。
図4図1に図示されたメモリセル構造に対する第3実施形態を示す図。
図5】本発明の実施形態によるメモリセルを例示的に示す図。
図6図5に図示されたメモリセルMCに格納されたデータによる可変抵抗素子VRの磁化方向に対する第1実施形態を示す図。
図7図5に図示されたメモリセルMCに格納されたデータによる可変抵抗素子VRの磁化方向に対する第2実施形態を示す図。
図8】本発明のI/O単位の書込み動作と読出し動作とを説明するための不揮発性メモリ装置の一部に対する第1実施形態を示す図。
図9】本発明のI/O単位の書込み動作と読出し動作を説明するための不揮発性メモリ装置の一部に対する第2実施形態を示す図。
図10図9に図示された不揮発性メモリ装置の書込み動作と読出し動作をさらに詳細に説明するためのブロック図。
図11】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のトゥルーセルに対する書込み動作のタイミングを例示的に示す図。
図12】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のコンプリメンタリセルに対する書込み動作のタイミングを例示的に示す図。
図13】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置の書込み方法を例示的に示すフローチャート。
図14】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のトゥルーセルに対する読出し動作のタイミングを例示的に示す図。
図15】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のコンプリメンタリセルに対する読出し動作のタイミングを例示的に示す図。
図16】本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置の読出し方法を例示的に示すフローチャート。
図17】本発明の実施形態による格納装置を例示的に示す図。
図18】本発明の応用例を例示的に示す図。
図19】本発明の応用例を例示的に示す図。
図20】本発明の応用例を例示的に示す図。
図21】本発明の応用例を例示的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下では図面を利用して本発明の技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できる程度に本発明の内容を明確、かつ、詳細に説明する。
本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置はデータを格納するトゥルーセル(true cells)と相補データを格納するコンプリメンタリセル(complementary cells)との各々を1T−nCell構造で具現することによって、センシングマージンを極大化させながら、同時にチップサイズを大幅に減らすことができる。ここで、1T−nCell構造は1つのトランジスタの一端が複数のメモリセルの各々の一端に連結され、複数のメモリセルの各々の他端はビットラインに連結された構造である。ここで、複数のメモリセルの各々はトゥルーセル或いはコンプリメントセルである。
【0021】
図1は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置を例示的に示す図である。図1を参照すれば、不揮発性メモリ装置100はメモリセルアレイ110、アドレスデコーダ120、ビットライン選択回路130、書込みドライバ回路140、感知増幅回路150、データ入出力回路160、及び制御ロジック170を含む。
【0022】
メモリセルアレイ110はデータを格納するための複数の不揮発性メモリセルを含む。例えば、メモリセルアレイ110はPRAM(Phase Change Random Access Memory)やRRAM(登録商標)(Resistance Random Access Memory)のような抵抗メモリ(Resistive Memory)セルや、NFGM(Nano Floating Gate Memory)、PoRAM(Polymer Random Access Memory)、MRAM(Magnetic Random Access Memory)、FRAM(登録商標)(Ferroelectric Random Access Memory)等で構成されるメモリセルを含む。特に、本発明の実施形態でメモリセルアレイ110はSTT−MRAM(Spin Transfer Torque Magneto Resistive Random Access Memory)セルを含む。例えば、メモリセルの各々は磁性物質を有する磁気トンネル接合素子(magnetic tunnel junction、MTJ)を含むことができる。
【0023】
メモリセルアレイ110はデータを格納するトゥルーセルアレイ(true cell array)112及び相補的なデータを格納するコンプリメンタリセルアレイ(complementary cell array)114を含む。実施形態において、トゥルーセルアレイ112及びコンプリメンタリセルアレイ114の各々のメモリセルはSTT−MRAMセルで具現することができる。以下ではトゥルーセルアレイ112に含まれたメモリセルをトゥルーセルと称し、コンプリメントセルアレイ114に含まれたメモリセルをコンプリメンタリセルと称する。
【0024】
実施形態において、トゥルーセル及びコンプリメンタリセルは1T−nCell構造で具現される。ここで、1T−nCell構造はいずれか1つのワードラインに対応する1つのトランジスタに複数のメモリセルが連結された構造である。
メモリセルアレイ110に含まれるトゥルーセル/コンプリメンタリセルは行アドレス及び列アドレスによって選択される。行アドレスによってワードラインWLsの中で少なくとも1つのワードラインが選択され、列アドレスによって複数のビットラインBLs、BLBsの中で少なくとも1つのビットラインが選択される。図示しないが、いずれか1つのワードラインに複数のトゥルーセル/コンプリメンタリセルが連結される。
【0025】
アドレスデコーダ120はアドレスADDRを受信して行アドレス及び列アドレスにデコーディングする。アドレスデコーダ120は行アドレスXiにしたがって複数のワードラインの中で1つのサブワードラインを選択する。また、アドレスデコーダ120は列アドレスをビットライン選択回路130に伝達する。
ビットライン選択回路130は列アドレスに応答してデータラインDLを選択されたビットライン/相補ビットラインに連結する。例示的に、アドレスデコーダ120は行デコーダ、列デコーダ、アドレスバッファ等のような構成要素を含むことができる。
【0026】
ビットライン選択回路130はビットラインBLs/相補ビットラインBLBsを通じてメモリセルアレイ110に連結され、書込みドライバ回路140及び感知増幅回路150に連結される。ビットライン選択回路130は制御ロジック170の制御に応答して動作する。読出し/書込み回路はアドレスデコーダ120からデコーディングされた列アドレスを受信するように構成される。ビットライン選択回路130はデコーディングされた列アドレスを利用してビットライン/相補ビットラインを選択する。例えば、書込み動作の時、ビットライン選択回路130は選択されたビットライン/相補ビットラインをデータラインDLs/相補データラインDLBsに連結することによって書込みドライバ回路140に連結させる。読出し動作の時、ビットライン選択回路130は選択されたビットライン/相補ビットラインを感知増幅回路150と連結する。
【0027】
書込みドライバ回路140は制御ロジック170の制御にしたがって動作する。書込みドライバ回路140はビットライン選択回路130によって選択されたビットライン/相補ビットラインとアドレスデコーダ120によって選択されたワードラインに連結されたメモリセル(トゥルーセル及びコンプリメンタリセル)をプログラムするように構成される。書込みドライバ回路140はデータ入出力回路160から入力されるデータにしたがって電流或いは電圧を発生して選択されたビットライン/相補ビットラインに出力する。
【0028】
感知増幅回路150は制御ロジック170の制御にしたがって動作する。感知増幅回路150はビットライン選択回路130によって選択されたビットライン/相補ビットラインとアドレスデコーダ120とによって選択されたワードラインに連結されたトゥルーセル/コンプリメンタリセルを読み出す複数の感知増幅器(図示せず)を含む。
感知増幅器は選択されたビットライン/相補ビットラインを通じて流れる電流或いは選択されたビットライン/相補ビットラインに印加された電圧を感知して、メモリセルを読み出す。感知増幅回路150は読み出されたデータをデータ入出力回路160に出力する。
【0029】
データ入出力回路160は制御ロジック170の制御にしたがって動作する。データ入出力回路160は外部から入力されるデータを書込みドライバ回路140に伝達し、感知増幅回路150から入力されるデータを外部へ出力する。
制御ロジック170は不揮発性メモリ装置100の諸般動作を制御する。制御ロジック170は外部から入力される命令或いは制御信号に応答して動作する。
【0030】
本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置100はデータを格納するトゥルーセルと相補データを格納するコンプリメンタリセルとから読出し動作を遂行することによって、センシングマージン(sensing margin)を極大化させることができる。
また、本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置100は1つのワードラインに複数のトゥルーセル/コンプリメントセルを連結することによって、従来のそれと比較してメモリセルアレイ110の大きさを大幅に減らすことができる。
【0031】
図2図1に図示された1T−nCell構造に対する第1実施形態を示す図である。図2を参照すれば、第1サブワードラインSWL1に複数のトゥルーセルTC1、TC2及び複数のコンプリメンタリセルCC1、CC2が連結される。第1サブワードラインSWL1は第1トランジスタT1によってソースラインSL1に連結される。ここで、トランジスタT1のゲートは第1ワードラインWL1に連結される。トゥルーセルTC1、TC2の各々はサブワードラインSWL1とビットラインBL1、BL2との間に連結される。コンプリメンタリセルCC1、CC2の各々はサブワードラインSWL1と相補ビットラインBLB1、BLB2との間に連結される。
【0032】
また、類似に、第2サブワードラインSWL2に複数のトゥルーセル及び複数のコンプリメンタリセルが連結される。第2サブワードラインSWL2は第2トランジスタT2によってソースラインSL1に連結される。ここで、第2トランジスタT2のゲートは第2ワードラインWL2に連結される。
ビットライン選択トランジスタBST1、BST2はカラム選択信号C1、C2に応答してビットラインBL1、BL2の中でいずれか1つを感知増幅器SAのデータラインDL1に連結する。相補ビットライン選択トランジスタBSTB1、BSTB2はカラム選択信号C1、C2に応答して相補ビットラインBLB1、BLB2の中でいずれか1つを感知増幅器SAの相補データラインDLB1に連結する。
【0033】
一方、図2に図示された1T−nCell構造は1つのトランジスタT1に2つのトゥルーセルTC1、TC2及び2つのコンプリメンタリセルCC1、CC2を連結した。しかし、本発明の1T−nCell構造がここに制限されない。本発明は1つのトランジスタに3つ以上のトゥルーセルと3つ以上のコンプリメンタリセルを連結することもできる。
一方、図2では1T−nCell構造はトゥルーセルとコンプリメンタリセルとが交互に配置されている。しかし、本発明がここに制限される必要はない。本発明の1T−nCell構造はトゥルーセルグループとコンプリメンタリグループとに配置されてもよい。
【0034】
図3図1に図示された1T−nCell構造に対する第2実施形態を示す図である。図3を参照すれば、トゥルーセルTC1、TC2で構成されたトゥルーセルグループがトランジスタT1から近いところに配置され、コンプリメンタリセルCC1、CC2で構成されたコンプリメンタリセルグループがトランジスタT1から相対的に遠い方に配置される。しかし、このような配置は必ず本発明に制限されない。反対に、コンプリメンタリセルグループがトランジスタT1から近いところに配置され、トゥルーセルグループがトランジスタT1から遠い方に配置されてもよい。
【0035】
図3に図示されたトゥルーセルグループとコンプリメンタリセルグループとはサブワードラインSWL1、SWL2及びソースラインSL1を共有している。しかし、本発明の1T−nCell構造は必ずこれに制限されない。本発明の1T−nCell構造はトゥルーセルグループとコンプリメンタリセルグループとの各々が別のサブワードライン及びソースラインを具備してもよい。
【0036】
図4図1に図示された1T−nCell構造に対する第3実施形態を示す図である。図4を参照すれば、1T−nCell構造は、図3に図示されたそれと比較して分離されたサブワードラインSWL1、SWL2及び分離されたソースラインSL1、SLB1を含む。
第1サブワードラインSWL1に複数の第1トゥルーセルTC1、TC2が連結される。第1サブワードラインSWL1は第1トランジスタT1によって第1ソースラインSL1に連結される。ここで、第1トランジスタT1のゲートは第1ワードラインWL1に連結される。第1トゥルーセルTC1、TC2の各々は第1サブワードラインSWL1とビットラインBL1、BL2との間に連結される。
【0037】
第1相補サブワードラインSWLB1に複数の第2コンプリメンタリセルCC1、CC2が連結される。第1相補サブワードラインSWLB1は第1相補トランジスタTB1によって第1相補ソースラインSLB1に連結される。ここで、第1相補トランジスタTB1のゲートは第1ワードラインWL1に連結される。第1コンプリメンタリセルCC1、CC2の各々は第1相補サブワードラインSWLB1と相補ビットラインBLB1、BLB2との間に連結される。
【0038】
第2サブワードラインSWL2に複数の第2トゥルーセルが連結される。第2サブワードラインSWL2は第2トランジスタT2によって第1ソースラインSL1に連結される。ここで、第2トランジスタT2のゲートは第2ワードラインWL2に連結される。第2トゥルーセルの各々は第2サブワードラインSWL2とビットラインBL1、BL2との間に連結される。
【0039】
第2相補サブワードラインSWLB2に複数の第2コンプリメンタリセルが連結される。第2相補サブワードラインSWLB2は第2相補トランジスタTB2によって第1相補ソースラインSLB1に連結される。ここで、第2相補トランジスタTB2のゲートは第2ワードラインWL2に連結される。第2コンプリメンタリセルの各々は第2相補サブワードラインSWLB2と相補ビットラインBLB1、BLB2との間に連結される。
【0040】
図5は本発明の実施形態によるメモリセルを例示的に示す図である。図5を参照すれば、メモリセルはトゥルーセル及びコンプリメンタリセルの中でいずれか1つである。メモリセルMCは可変抵抗素子VR及びセルトランジスタCT(図2の場合、T1)を含む。セルトランジスタCTのゲートはワードライン(例えば、第1ワードラインWL1)に連結される。セルトランジスタCTの1つの電極は可変抵抗素子VRを通じてビットライン(例えば、第1ビットラインBL1)に連結される。また、セルトランジスタCTの他の電極はソースライン(例えば、第1ソースラインSL1)に連結される。
【0041】
可変抵抗素子VRは自由層(Free Layer)L1、固定層(Pinned Layer)L3、及びこれらの間に位置されるトンネル層L2を含む。固定層L3の磁化方向は固定されており、自由層L1の磁化方向は条件にしたがって固定層L3の磁化方向と同一であるか、或いは逆方向になる。固定層L3の磁化方向を固定させるために、可変抵抗素子VRは反強磁性層(anti−ferromagnetic layer、図示せず)をさらに含んでもよい。
【0042】
実施形態において、自由層L1は変化可能である磁化方向を有する物質を含む。自由層L1の磁化方向はメモリセルの外部及び/又は内部から提供される電気的/磁気的な要因によって変わる。自由層L1はコバルト(Co)、鉄(Fe)及びニッケル(Ni)の中で少なくとも1つを含む強磁性物質を含む。例えば、自由層L1はFeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO、及びY3Fe5O12の中で選択された少なくとも1つを含む。
【0043】
実施形態において、トンネル層L2はスピン拡散の長さ(Spin Diffusion Distance)より薄い厚さを有する。トンネル層L2は非磁性物質を含む。一例としてトンネル層L2はマグネシウム(Mg)、チタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)、マグネシウム−亜鉛(MgZn)及びマグネシウム−ホウ素(MgB)の酸化物、そしてチタニウム(Ti)及びバナジウム(V)の窒化物の中で選択された少なくとも1つを含む。
【0044】
実施形態において、固定層(pinned layer)L3は反強磁性層(図示せず)によって固定された磁化方向を有する。また、固定層L3は強磁性物質(ferromagnetic material)を含む。例えば、固定層L3はCoFeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO、及びY3Fe5O12の中で選択された少なくとも1つを含む。
【0045】
実施形態において、反強磁性層(pinning layer)は反強磁性物質(anti−Ferromagnetic material)を含む。例えば、反強磁性層はPtMn、IrMn、MnO、MnS、MnTe、MnF2、FeCl2、FeO、CoCl2、CoO、NiCl2、NiO及びCrで選択された少なくとも1つを含む。
メモリセルMCに対する読出し動作の時、ワードラインWL1にロジックハイの電圧が提供される。ワードラインWL1電圧に応答してセルトランジスタCTがターンオンされる。また、可変抵抗素子VRの抵抗値を測定するためにビットラインBL1からソースラインSL方向に読出し電流(read current)が提供される。測定される抵抗値によって可変抵抗素子VRに格納されたデータが判別される。
実施形態において、ワードラインWL1の伸張方向とソースラインSL1の伸張方向とは同一である。
実施形態において、ワードラインWL1の伸張方向とビットラインBL1の伸張方向とは互いに直角である。
【0046】
図6及び図7図5に図示されたメモリセルMCに格納されたデータによる可変抵抗素子VRの磁化方向を示す図である。
可変抵抗素子VRの抵抗値は自由層L1の磁化方向に沿って変わる。可変抵抗素子に読出し電流Iを提供すれば、可変抵抗素子の抵抗値にしたがうデータ電圧が出力される。読出し電流Iの強さは書込み電流の強さより非常に小さいので、一般的に読出し電流Iによって自由層L1の磁化方向は変化しない。
図6を参照すれば、可変抵抗素子VRで自由層L1の磁化方向と固定層L3の磁化方向とが平行(parallel)に配置される。したがって、可変抵抗素子は低い抵抗値を有する。この場合、データは、例えば、‘0’として判別される。
【0047】
図7を参照すれば、可変抵抗素子VRの自由層L1の磁化方向は固定層L3の磁化方向と反平行(anti−parallel)に配置される。したがって、可変抵抗素子VRは高い抵抗値を有する。この場合、データは、例えば、‘1’として判別される。
一方、図6及び図7では、可変抵抗素子VRの自由層L1と固定層L3とを水平磁気素子として図示したが、本発明がこれに限定されることではない。他の実施形態として、自由層L1と固定層L3とは垂直磁気素子を利用して提供されることもある。
【0048】
図8は本発明のI/O単位の書込み動作と読出し動作とを説明するための不揮発性メモリ装置の一部に対する第1実施形態を示す図である。図8を参照すれば、メモリセル構造は図4に図示された1T−nCell構造が拡張された構造である。
書込み動作の時、データDINは入力バッファIBFに入力され及び相補データDINBは相補入力バッファIBFBに入力される。カラム選択信号C1〜C8に応答して入力されたデータに対応するビットライン選択トランジスタがターンオンされることによって、入力バッファIBFに格納されたデータに対応する電圧或いは電流が対応する選択されたビットラインに提供される。
【0049】
選択されたワードラインと選択されたビットラインとに連結されたトゥルーセルに、入力バッファIBFに格納されたデータが書き込まれる。同様に、カラム選択信号C1〜C8に応答して入力された相補データに対応する相補ビットライン選択トランジスタがターンオンされることによって、相補入力バッファIBFBに格納された相補データに対応する電圧或いは電流が対応する選択された相補ビットラインに提供される。選択されたワードラインと選択された相補ビットラインとに連結されたコンプリメンタリセルに、相補入力バッファIBFBに格納されたデータが書き込まれる。
【0050】
読出し動作の時、選択されたワードラインと選択されたビットラインとに連結されたトゥルーセルに対応する電圧或いは電流と、選択されたワードラインと選択された相補ビットラインに連結されたコンプリメンタリセルに対応する電圧或いは電流とが感知増幅器SAに入力される。感知増幅器は入力された電圧或いは電流を感知してトゥルーセルに格納されたデータが“1”であるか、或いは“0”であるかを判別し、これを感知されたデータDOUTとして出力する。
一方、図8ではトゥルーセルグループ112_IOはソースラインSL1を共有し、コンプリメンタリセルグループ114_IOはソースラインSLB1を共有する。しかし、本発明がここに制限されない。本発明のメモリセルアレイはソースラインを独立的に制御できるように具現される。
【0051】
図9は本発明のI/O単位の書込み動作と読出し動作を説明するための不揮発性メモリ装置の一部に対する第2実施形態を示す図である。図9を参照すれば、不揮発性メモリ装置110aはソースライン制御回路171、172、171B、172Bをさらに含む。
ソースライン制御回路171、172、171B、172Bの各々はソースライン制御信号SLC1、SLC2とソースライン制御信号SL<1>、SL<2>を受信してソースラインSL1、SL2、SLB1、SLB2を制御する。実施形態において、ソースライン制御回路171、172、171B、172Bの各々はNANDゲート回路で構成される。
【0052】
本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置110は書込み/読出し動作の時、分離されたソースラインSL1、SL2、SLB1、SLB2を独立的に制御することによって、消費電力を最小化させ、動作速度を向上させることができる。
図10図9に図示された不揮発性メモリ装置100aの書込み動作と読出し動作とをさらに詳細に説明するためのブロック図である。図10を参照すれば、不揮発性メモリ装置100bは図9に図示された不揮発性メモリ装置100aと比較してカラムデコーダ122及びソースライン制御信号発生器175をさらに含む。
【0053】
カラムデコーダ122は入力アドレスADDR(図1参照)の中でカラムアドレスを受信し、デコーディングしてカラム選択信号C1〜C8を発生する。
ソースライン制御信号発生器175は読出し活性化信号REE、書込み活性化信号WRE、及び入力データDINを受信し、ソースライン制御信号SL_sub、SLB_subを発生する。
入力バッファIBFは入力データDIN及び書込み活性化信号WREを受信して選択されたビットラインに対応する電圧/電流を提供する。相補入力バッファIBFBは入力データDINのインバーティングされた値と書込み活性化信号WREとを受信して選択された相補ビットラインに対応する電圧/電流を提供する。
感知増幅器SAは選択されたビットライン及び選択された相補ビットラインから感知された電圧或いは電流を基づいて出力データDOUTを出力する。
【0054】
図11は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のトゥルーセルに対する書込み動作のタイミングを例示的に示す図である。図11を参照すれば、トゥルーセルTCに対する書込み動作は大きくプリチャージ区間と書込み区間とに区分される。
プリチャージ区間で、すべてのビットラインSEL BL、UNSEL BLsにプリチャージ電圧Vpreを印加するように非選択カラム選択ラインUNSEL CSLs及び選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが印加される。同時に非選択ビットラインUNSEL BLs及び選択ビットラインSEL BLにプリチャージ電圧Vpreが印加される。ワードラインSEL WL、UNSEL WLs及びソースラインSL_subに接地電圧GNDが印加される。
【0055】
書込み区間では、非選択カラム選択ラインUNSEL CSLsに接地電圧GNDが印加され、選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが維持される。したがって、非選択ビットラインUNSEL BLsにプリチャージ区間のプリチャージ電圧Vpreを維持する。一方、選択されたビットラインSEL BLに入力バッファIBFに格納されたデータによって接地電圧GNDが印加される。この時、選択されたワードラインSEL WLにトランジスタT1をオープンするためのオープン電圧Vopenが印加され、非選択ワードラインSEL WLsに接地電圧GNDが維持される。実施形態において、オープン電圧Vopenは電源電圧である。
【0056】
選択ビットラインSEL BLに連結されたトゥルーセルTCにデータを書き込むためにソースラインSL_subに書込み電圧Vwriteが印加される。この時、選択されたビットラインSEL BLに連結されたトゥルーセルTCとソースラインSL_subとがオープン電圧Vopenによって電気的に連結される。即ち、選択されたビットラインSEL BLに連結されたトゥルーセルTCの一端には接地電圧GNDが印加され、ソースラインSL_subに連結されたトゥルーセルTCの他端には書込み電圧Vwriteが印加される。したがって、トゥルーセルTCに電流が流れることによって、データが格納される。
【0057】
図12は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のコンプリメンタリセルに対する書込み動作のタイミングを例示的に示す図である。図12を参照すれば、コンプリメンタリセルCCに対する書込みの動作も大きくプリチャージ区間と書込み区間とに区分される。
プリチャージ区間で、すべてのビットラインSEL BL、UNSEL BLsに接地電圧GNDを印加するように非選択カラム選択ラインUNSEL CSLs及び選択カラム選択ラインSEL CSLは選択電圧Vselが印加される。同時に非選択相補ビットラインUNSEL BLBs及び選択相補ビットラインSEL BLBに接地電圧GNDが印加される。共有されたワードラインSEL WL、UNSEL WLs及び相補ソースラインSL_subは接地電圧GNDが印加される。
【0058】
書込み区間では、非選択カラム選択ラインUNSEL CSLsに接地電圧が印加され、選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが維持される。したがって、非選択相補ビットラインUNSEL BLBsにプリチャージ区間の接地電圧GNDが維持される。一方、選択された相補ビットラインSEL BLBに入力バッファIBFに格納されたデータのインバーティングされた値、即ち相補データによってプリチャージ電圧Vpreが印加される。
【0059】
この時、選択されたワードラインSEL WLに相補トランジスタTB1をオープンするためのオープン電圧Vopenが印加され、非選択ワードラインSEL WLsに接地電圧GNDが維持される。選択相補ビットラインSEL BLBに連結されたコンプリメンタリセルCCに相補データを書き込むために相補ソースラインSLB_subに接地電圧GNDが印加される。
【0060】
この時、選択された相補ビットラインSEL BLBに連結されたコンプリメンタリセルCCと相補ソースラインSLB_subとがオープン電圧Vopenによって電気的に連結される。即ち、選択された相補ビットラインSEL BLBに連結されたコンプリメンタリセルCCの一端にはプリチャージ電圧Vpreが印加され、相補ソースラインSLB_subに連結されたコンプリメンタリセルCCの他端にはw接地電圧GNDが印加される。したがって、コンプリメンタリセルCCに電流が流れることによって、相補データが格納される。この時、電流方向は図11に図示されたそれと比較して反対方向である。
【0061】
図13は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置の書込み方法を例示的に示すフローチャートである。図1乃至図13を参照すれば、書込み方法は次の通りである。
トゥルーセルが連結されたビットラインBLsとコンプリメンタリセルが連結された相補ビットラインBLBsとに互に異なるプリチャージ電圧によってプリチャージされる。例えば、図11及び図12で説明されたように、プリチャージ区間でトゥルーセルTCの書込み動作のためにビットラインBLsにプリチャージ電圧Vpreが印加され、コンプリメンタリセルCCの書込み動作のために相補ビットラインBLBsに接地電圧GNDが印加される(S110)。
【0062】
トゥルーセルにソースラインSLを連結し、コンプリメントセルに相補ソースラインSLBを連結するために選択されたワードラインSEL WLがオープンされる。選択されたビットラインは書き込まれるデータにしたがって設定され、選択された相補ビットラインは書き込まれる相補データにしたがって設定される(S120)。
所定の時間の間にソースラインSLと相補ソースラインSLBとに互に異なる書込み電圧が印加される。例えば、図11に示されたようにソースラインSLに書込み電圧Vwriteが印加され、図12に示したようにこの相補ソースラインSLBに接地電圧GNDが印加される(S130)。
【0063】
本発明の実施形態による書込み方法はトゥルーセルに連結されたビットラインとコンプリメンタリセルに連結された相補ビットラインとに互に異なる電圧を印加し、トゥルーセルに連結されたソースラインとコンプリメンタリセルに連結された相補ソースラインとに互に異なる電圧を印加することができる。
【0064】
図14は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のトゥルーセルに対する読出し動作のタイミングを例示的に示す図である。図1乃至図14を参照すれば、トゥルーセルTCに対する読出し動作は大きくプリチャージ区間と読出し区間とに区分される。
プリチャージ区間で、すべてのビットラインSEL BL、UNSEL BLsに接地電圧GNDを印加するように非選択カラム選択ラインUNSEL CSLs及び選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが印加される。同時に非選択ビットラインUNSEL BLs及び選択ビットラインSEL BLに接地電圧GNDが印加される。ワードラインSEL WL、UNSEL WLs及びソースラインSL_subに接地電圧GNDが印加される。
【0065】
読出し区間では、非選択カラム選択ラインUNSEL CSLsに接地電圧GNDが印加され、選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが維持される。したがって、非選択ビットラインUNSEL BLsにプリチャージ区間のプリチャージ電圧Vpreが維持される。この時、選択されたワードラインSEL WLにトランジスタT1をオープンするためのオープン電圧Vopenが印加され、非選択ワードラインSEL WLsに接地電圧GNDが維持され、ソースラインSL_subに接地電圧GNDが維持される。したがって、選択ビットラインSEL BLがトゥルーセルTCに格納されたデータに対応する電圧になる。感知増幅器SAは選択ビットラインSEL BLの電圧を感知することによって、トゥルーセルTCのデータを判別する。
【0066】
図15は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置のコンプリメンタリセルに対する読出し動作のタイミングを例示的に示す図である。図1乃至図13及び図15を参照すれば、コンプリメンタリセルCCに対する読出し動作は大きくプリチャージ区間と読出し区間とに区分される。
プリチャージ区間で、すべての相補ビットラインSEL BLB、UNSEL BLBsに接地電圧GNDを印加するように非選択カラム選択ラインUNSEL CSLs及び選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが印加される。同時に非選択ビットラインUNSEL BLBs及び選択相補ビットラインSEL BLBに接地電圧GNDが印加される。ワードラインSEL WL、UNSEL WLs及び相補ソースラインSL_subに接地電圧GNDが印加される。
【0067】
読出し区間では、非選択カラム選択ラインUNSEL CSLsに接地電圧GNDが印加され、選択カラム選択ラインSEL CSLに選択電圧Vselが維持される。したがって、非選択相補ビットラインUNSEL BLBsにプリチャージ区間のプリチャージ電圧Vpreが維持される。この時、選択されたワードラインSEL WLに相補トランジスタTB1をオープンするためのオープン電圧Vopenが印加され、非選択ワードラインSEL WLsに接地電圧GNDが維持され、相補ソースラインSLB_subに接地電圧GNDが維持される。したがって、選択相補ビットラインSEL BLBがコンプリメンタリセルCCに格納された相補データに対応する電圧になる。感知増幅器SAは選択相補ビットラインSEL BLBの電圧を感知することによって、コンプリメンタリセルCCの相補データを判別する。
【0068】
図16は本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置の読出し方法を例示的に示すフローチャートである。図1乃至図16を参照すれば、読出し方法は次の通りである。
トゥルーセルが連結されたビットラインBLsとコンプリメンタリセルが連結された相補ビットラインBLBsとに同一のプリチャージ電圧がプリチャージされる。例えば、図14及び図15で説明したように、プリチャージ区間でトゥルーセルTCの読出し動作のためにビットラインBLsに接地電圧GNDが印加され、コンプリメンタリセルCCの読出し動作のために相補ビットラインBLBsに接地電圧GNDが印加される(S210)。
【0069】
トゥルーセルにソースラインSLを連結し、コンプリメンタリセルに相補ソースラインSLBを連結するために選択されたワードラインSEL WLがオープンされる。この時、ソースラインSL及び相補ソースラインSLBに読出し電圧(例えば、GND)が印加される(S220)。
選択されたビットラインSEL BLと選択された相補ビットラインSEL BLBとが感知増幅器SAに連結される。感知増幅器SAは選択されたビットラインSEL BL及び選択された相補ビットラインSEL BLBの電圧或いは電流を感知することによってトゥルーセルに格納されたデータを判別する(S230)。
【0070】
本発明の実施形態による読出し方法はトゥルーセルに連結されたビットラインとコンプリメンタリセルに連結された相補ビットラインとに同一のプリチャージ電圧(例えば、GND)を印加し、トゥルーセルに連結されたソースラインとコンプリメンタリセルに連結された相補ソースラインとに同一の読出し電圧GNDを印加することができる。
【0071】
図17は本発明の実施形態による格納装置を例示的に示す図である。図17を参照すれば、格納装置10は少なくとも1つの不揮発性メモリ装置(MRAM(s))100及びそれを制御するメモリ制御器200を含む。
不揮発性メモリ装置100は図1乃至図16で説明したように同一の構成或いは方法で具現される。実施形態において、不揮発性メモリ装置100はDRAMインターフェイスを通じてメモリ制御器200と通信する。
本発明の実施形態による格納装置10はメモリモジュールに適用される。
以下では本発明の不揮発性メモリ装置に対する応用例を説明する。
【0072】
図18は本発明の実施形態による格納装置100を例示的に示すブロック図である。図18を参照すれば、格納装置1000は少なくとも1つのフラッシュメモリ装置1100及びそれを制御するメモリ制御器1200を含む。図18に図示された格納装置1000はメモリカード(CF、SD、microSD、等)、USB格納装置等のような格納媒体である。
【0073】
フラッシュメモリ装置1100はNANDフラッシュメモリ或いはVNANDで具現される。また、メモリ制御器1200はホストの要請に応答してフラッシュメモリ装置1100に対する読出し、書込み、消去動作等を制御する。メモリ制御器1200は少なくとも1つの中央処理装置1210、バッファメモリ1220、エラー訂正回路1230、ROM1240、ホストインターフェイス1250、及びメモリインターフェイス1260を含む。
【0074】
中央処理装置1110はフラッシュメモリ装置1100に対する全般的な動作(例えば、読出し、書込み、ファイルシステム管理、バッドページ管理等)を制御する。バッファメモリ1120は中央処理装置1110の制御にしたがって動作し、ワークメモリ(work memory)、キャッシュメモリ(cache memory)等が使用される。バッファメモリ1120がワークメモリとして使用される場合に、中央処理装置1110によって処理されるデータが臨時格納される。バッファメモリ1120は、ホストからフラッシュメモリ装置1100に/又はフラッシュメモリ装置1100からホストに伝送されるデータをバッファリングするのに、使用される。RAM1240がキャッシュメモリとして使用される場合には低速のフラッシュメモリ1100が高速に動作するようにする。
【0075】
ECC回路1230はフラッシュメモリ装置1100から受信されたデータのフェイルビット(fail bit)又はエラービット(error bit)を訂正するためのエラー訂正コード(ECC;Error Correction Code)を生成する。ECC回路1230はフラッシュメモリ装置1100に提供されるデータのエラー訂正エンコーディングを遂行して、パリティ(parity)ビットが付加されたデータを形成する。パリティビットはフラッシュメモリ装置1100に格納される。
【0076】
また、ECC回路1130はフラッシュメモリ装置1100から出力されたデータに対してエラー訂正デコーディングを遂行する。ECC回路1230はパリティ(parity)を使用してエラーを訂正することができる。ECC回路1230はLDPC(low density parity check) code、BCH code、turbo code、リードソロモンコード(Reed−Solomon code)、convolution code、RSC(recursive systematic code)、TCM(trellis−coded modulation)、BCM(Block coded modulation)等の符号化変調(coded modulation)を使用してエラーを訂正することができる。
【0077】
コードメモリ1240は格納装置1000を駆動するために必要とする運営/コードデータを格納する。コードメモリ1340は図1乃至図17で説明された不揮発性メモリ装置100で具現される。
メモリ制御器1200はホストインターフェイス1150を通じてホストとデータ等を送受信し、フラッシュインターフェイス1160を通じてフラッシュメモリ装置1100とデータ等を送受信する。ホストインターフェイス1150はPATAバス(parallel AT attachment bus)、SATAバス(serial AT attachment bus)、SCSI、USB、PCIe、SD、SAS、UFS、NANDインターフェイス等を通じてホストと連結される。
実施形態において、メモリ制御器1200は無線通信機能(例えば、WiFi)を搭載することができる。
【0078】
本発明の実施形態による格納装置1000はセンシングマージンを極大化しながら、チップサイズを減らすコードメモリ1240を具備することによって、性能の向上を図る。
本発明はメモリカードにも適用できる。図19は本発明の実施形態によるメモリカード2000を例示的に示すブロック図である。メモリカードは、例えばMMCカード、SDカード、マルチユーズ(multiuse)カード、マイクロSDカード、メモリスティック、コンパクトSDカード、IDカード、PCMCIAカード、SSDカード、チップカード(chipcard)、スマトカード(smartcard)、USBカード等である。
【0079】
図19を参照すれば、メモリカード2000は外部とのインターフェイスを遂行するインターフェイス部2100、バッファメモリを有し、メモリカード2000の動作を制御するコントローラ2200、本発明の実施形態による不揮発性メモリ装置2300を少なくとも1つを含む。コントローラ2200はプロセッサとして、不揮発性メモリ装置2300の書込み動作及び読出し動作を制御する。コントローラ2200はデータバスDATAとアドレスバスADDRESSとを通じて不揮発性メモリ装置2300及びインターフェイス部2100とカップリングされている。
【0080】
本発明の実施形態によるメモリカード2000はチップサイズを減らすことによって,それにしたがう集積化に有利である。
本発明はUFS(uiversal flash storage)にも適用できる。図20は本発明の実施形態によるUFSシステムを例示的に示すブロック図である。図20を参照すれば、UFSシステム3000はUFSホスト3100、少なくとも1つの埋め込み型UFS装置3200、着脱型UFSカード3300を含む。UFSホスト3100及び埋め込み型UFS装置3200の間の通信及びUFSホスト3100及び着脱型UFSカード3300の間の通信はM−PHY階層を通じて遂行することができる。
【0081】
埋め込み型UFS装置3200、及び着脱型UFSカード3300の中で少なくとも1つは図17に図示された格納装置10で具現される。
一方、ホスト3100は着脱型UFSカード3400はUFSプロトコルではない他のプロトコルによって通信するようにブリッジ(bridge)を具備してもよい。UFSホスト3100と着脱型UFSカード3400とは多様なカードプロトコル(例えば、UFDs、MMC、eMMC SD(secure digital)、mini SD、Micro SD等)によって通信できる。
【0082】
本発明はモバイル装置にも適用できる。図21は本発明の実施形態によるモバイル装置4000を例示的に示す図である。図21を参照すれば、モバイル装置4000は統合プロセッサ(ModAP)4100、バッファメモリ4200、ディスプレイ/タッチモジュール4300、及び格納装置4400を含む。
【0083】
統合プロセッサ4100はモバイル装置4000の全般的な動作及び外部との有線/無線通信を制御するように具現される。バッファメモリ4200はモバイル装置4000の処理動作の時、必要であるデータを臨時的に格納するように具現される。ディスプレイ/タッチモジュール4300は統合プロセッサ4100で処理されたデータをディスプレイするか、或いはタッチパネルからデータを入力されるように具現される。格納装置4400は使用者のデータを格納するように具現される。格納装置4400はeMMC、SSD、UFS装置であってもよい。バッファメモリ4200及び格納装置4400の中で少なくとも1つは図1乃至図17で説明された不揮発性メモリ装置100を含んでもよい。
【0084】
本発明の実施形態によるモバイル装置4000は集積化に有利な不揮発性メモリ装置を具現されたバッファメモリ4200或いは格納装置4400を具備することができる。
【0085】
本発明の実施形態によるメモリシステム或いは格納装置は多様な形態のパッケージを利用して実装される。 実施形態において,本発明の実施形態によるメモリシステム或いは格納装置はPoPPackage on Package)、Ball grid arrays(BGAs)、Chip scale packages(CSPs)、Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC)、Plastic Dual In−Line Package(PDIP)、Die in Waffle Pack、Die in Wafer Form、Chip On Board(COB)、Ceramic Dual In−Line Package(CERDIP)、Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP)、Thin Quad Flatpack(TQFP)、Small Outline(SOIC)、Shrink Small Outline Package(SSOP)、Thin Small Outline(TSOP)、Thin Quad Flatpack(TQFP)、System In Package(SIP)、Multi Chip Package(MCP)、Wafer−level Fabricated Package(WFP)、Wafer−Level Processed Stack Package(WSP)等のようなパッケージを利用して実装されることができる。
【0086】
一方、上述された本発明の内容は発明を実施するための具体的な実施形態に過ぎない。本発明は具体的であり実際に利用できる手段だけでなく、将来の技術で活用できる抽象的であり、概念的なアイディアである技術的思想を含む。
【符号の説明】
【0087】
100 不揮発性メモリ装置
110 メモリアレイ
112 トゥルーセルアレイ
114 コンプリメンタリセルアレイ
120 アドレスデコーダ
130 ビットライン選択回路
140 書込みドライバ回路
150 感知増幅回路
160 データ入出力回路
170 制御回路
TC トゥルーセル
CC コンプリメンタリセル
10 格納装置
200 メモリ制御器
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
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図11
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図21