(57)【要約】【課題】  相変化メモリのライト動作は、相変化に必要な電流をデータ線に流さなければならないため、消費電流が大きい。【解決手段】  複数のワード線と複数のデータ線との所望の交点に配置された複数のメモリセルとを含むメモリアレイと、データ線の両端を駆動し書き込み電流を流すライトバッファとを有し、複数のメモリセルの各々は、相変化抵抗素子とトランジスタとを含み、ライトバッファは、該データ線上の前記メモリセルを反転書き込みする場合のみ、該データ線を駆動する。【効果】  データ線に電流を流すことによりメモリセルにデータを書き込む不揮発性半導体メモリにおいて、ライト動作の際に書き込みを行うビット数を低減することにより、消費電流を低減できる。それにより、低電力で高集積なメモリを有する相変化メモリが実現できる。【選択図】  図１
2008217975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
複数のワード線と複数のデータ線との所望の交点に配置された複数のメモリセルを含むメモリアレイと、
前記メモリセルに情報を書込む際に流す電流の電流経路の両端に配置された第１のライトバッファ及び第２のライトバッファとを有し、
前記複数のメモリセルの各々は、磁気抵抗素子とトランジスタとを含み、
前記第１のライトバッファ及び前記第２のライトバッファは、前記メモリセルを反転書き込みする場合のみ、前記電流経路に書き込み電流を流す半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置は、前記複数のデータ線に前記メモリセルから読み出された信号を検出するセンスアンプを更に有し、
前記第１のライトバッファは、前記センスアンプの出力に応じて該データ線を駆動し、
前記第２のライトバッファは、入力データに応じて該データ線を駆動する半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２のライトバッファと前記第２のライトバッファは、前記ビット線の両端に配置されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体装置であって、
複数のワード線と複数のデータ線との所望の交点に配置された複数のメモリセルとを含むメモリアレイと、
前記データ線を駆動し書き込み電流を流すライトバッファとを有し、
前記複数のメモリセルの各々は、相変化抵抗素子とトランジスタとを含み、
前記ライトバッファは、該データ線上の前記メモリセルを反転書き込みする場合のみ、該データ線を駆動する半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置は、
前記複数のデータ線に前記メモリセルから読み出された信号を検出するセンスアンプと、
前記センスアンプの出力と入力データを比較する比較回路とを更に有し、
前記比較回路により前記ライトバッファを制御する半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、前記比較回路は、排他的ＯＲゲートである半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に、磁気抵抗あるいは相変化抵抗を利用して情報を記憶するメモリセルを用いた低電力、高速、高集積な不揮発性メモリを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性メモリでありながら、読み書き回数に制限がないメモリとして、マグネトレジスティブ・ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）の開発がなされている。ＭＲＡＭは、メモリセル中の強磁性体の磁化の向きで素子の抵抗が異なる磁気抵抗効果を利用して情報を記憶する。近年、マグネト・レジスタンス（ＭＲ）と呼ばれる磁気抵抗変化率が従来の素子よりも大きいマグネティック・トンネル・ジャンクション（ＭＴＪ）素子の開発と、そのＭＲＡＭへの応用が進められ、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）並みの高速読み書き動作が可能で、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）並みの高集積度が実現できる可能性が示された。このことは、例えば、非特許文献１で述べられている。
【０００３】
図１１は、ＭＲＡＭのメモリセルの基本構成を示している。１個のＭＴＪ素子MTJと１個のトランジスタMTからなり、書き込みワード線WW及び読み出しワード線WRと、データ線DLに接続される。ＭＴＪ素子MTJは、通常の動作において磁化の向きが固定された強磁性体の固定層と、書き込み動作により磁化の向きが反転可能な強磁性体の自由層との間に、トンネル絶縁膜が挟まれた構造である。このＭＴＪ素子の２端子間の抵抗は、二つの強磁性体層における磁化の向きによって変化し、同じ向きの時は低抵抗状態、互いに逆向きの時は高抵抗状態となる。
【０００４】
読み出し動作は、図１２に示すように行う。すなわち、読み出しワード線WRを選択することにより、トランジスタMMCを導通させ、ＭＴＪ素子MTJの端子間に電圧を印加し、データ線DLを介してＭＴＪ素子MTJの磁気抵抗に応じて流れる電流IDLを検出することにより、記憶情報を読み出す。一方、書き込み動作は、図１３に示すように行う。すなわち、選択された書き込みワード線WWの電流IWWを、書き込みワード線電流IWSとし、データ線DLに書き込みデータに応じた書き込み電流ID1あるいはID0を流すことにより行う。この時、ＭＴＪ素子の低抵抗状態に対する高抵抗状態の抵抗増加分の比率である磁化抵抗変化MRは、図１４に示すようなヒステリシス特性を示す。書き込みワード線電流IWSで生じるハードアクシス磁界により、ＭＴＪ素子の磁化反転が起こりやすくなり、イージーアクシス磁界を生じさせるデータ線電流IDLに対して狭いヒステリシス特性となる。これにより、書き込みワード線WWにより選択したメモリセルのみ磁化反転させて記憶情報を書き込むことができる。なお、図１２から図１４では、ＭＴＪ素子の低抵抗状態を'1'，高抵抗状態を'0'としているが、逆であっても構わない。
【０００５】
ＭＲＡＭと同様に、高速で高集積な不揮発性メモリを目指して、相変化メモリも開発が進められている。例えば、非特許文献２で述べられている。相変化メモリは、相変化材料の状態によ
り抵抗が異なることを利用して情報を記憶する。相変化抵抗の書き換えは、電流を流して発熱させることにより行う。
【０００６】
【非特許文献１】シンポジウム・オン・ＶＬＳＩ・サーキッツ、ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第160頁から第163頁（2002年）（2002 Symposium On VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 160-163.）
【非特許文献２】アイ・イー・イー・イー、インターナショナル・ソリッドステート・サーキッツ・コンファレンス、ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第202頁から第203頁（2002年）（2002 IEEE International Solid-State Circuits Conference, Digest of Technical Papers, pp. 202-203.）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者等は、本願に先立って、ＭＲＡＭを高集積化した場合の書きこみ動作での消費電流について検討を行った。現状、図１３に示した書き込みワード線電流IWS及び書き込み電流ID1あるいはID0は、十分大きな磁界を発生させるために、2mAから8mA程度の大きさが必要である。文献１では、ワード線及びデータ線が発生する磁界をＭＴＪ素子側に集中させるクラッディングという技術を提案しているが、4mA程度の電流を用いている。同時に書き込むビット数が大きくなると、それと同数のデータ線に書き込み電流を流すため、合計の書き込み電流が大きくなることを本願発明者等は見いだした。また、一般に、強磁性体の面積を小さくすると、磁化反転に必要な磁界が大きくなり、さらに大きな電流が必要となることを本願発明者等は見いだした。
【０００８】
また、相変化メモリも、相変化抵抗に十分な温度上昇を起こすために書き込みに要する電流が大きい。しかも、読み出しと書き込みが同じ電流経路であり、読み出しによるディスターブを防止するためには、読み出し電流と書き込み電流とに所望の比率で差をつけなければならない。そのため、高速な読み出し動作のために読み出し電流を大きくしようとすると、書き込み電流も大きくしなければならないことを本願発明者等は見いだした。
【０００９】
そこで本願発明の目的は、書き込み時の消費電流が小さく低電力で、高集積な高速不揮発性メモリを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の代表的な手段の一つを示せば以下の通りである。即ち、複数のワード線と複数のデータ線との所望の交点に配置された複数のメモリセルとを含むメモリアレイと、データ線の両端を駆動し書き込み電流を流すライトバッファとを有し、複数のメモリセルの各々は、相変化抵抗素子とトランジスタとを含み、ライトバッファは、該データ線上の前記メモリセルを反転書き込みする場合のみ、該データ線を駆動する。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、データ線に電流を流すことによりメモリセルにデータを書き込む不揮発性半導体メモリにおいては、ライト動作の際に書き込みを行うビット数を低減することにより、消費電流を低減できる。それにより、低電力で高集積なメモリを有する半導体装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。実施例の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳトランジスタ）等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。図面で、ＰＭＯＳトランジスタにはボディに矢印の記号を付すことで、ＮＭＯＳトランジスタと区別することとする。図面にはＭＯＳトランジスタの基板電位の接続は特に明記していないが、ＭＯＳトランジスタが正常動作可能な範囲であれば、その接続方法は特に限定しない。また、特に断りの無い場合、信号のロウレベルを'0'，ハイレベルを'1'とする。
【００１３】
（第１の実施例）
図１は、本発明によるメモリの要部ブロック図である。データエンコーダWCとデータデコーダRDを設けていることが特長である。ここでは、同期式メモリの構成例を示している。クロックバッファCLKB, コマンドバッファCB, コマンドデコーダCD, アドレスバッファAB, アドレスカウンタACT, 入力バッファDIB, 出力バッファDOBを有し、さらにメモリアレイMARを含んだセクタSCT0, SCT1, …が設けられている。セクタはバンクに対応している設けられるが、バンクあたり複数個のセクタとしてもよい。セクタはさらに、ロウプリデコーダXPD, カラムプリデコーダYPD, データエンコーダWC，データデコーダRDなどを有する。
【００１４】
各回路ブロックは、以下のような役割を果たす。クロックバッファCLKBは、外部クロックCLKを内部クロックCLKIとして、コマンドデコーダCDなどに分配する。コマンドデコーダCDは、コマンドバッファCBが取り込む外部からの制御信号CMDに応じて、アドレスバッファAB、カラムアドレスカウンタYCT、入力バッファDIB、出力バッファDOBなどを制御する制御信号CPを発生する。アドレスバッファABは、外部クロックCLKに応じた所望のタイミングで、外部からのアドレスADRを取り込み、アドレスカウンタACTへ送る。アドレスカウンタACTはそのアドレスを初期値として、バースト動作を行うアドレスを発生し、ロウアドレスBXをロウアドレスプリデコーダXPDへ、カラムアドレスBYをカラムアドレスプリデコーダYPDへ送る。ロウアドレスプリデコーダXPDは、ロウアドレスBXをプリデコードし、ロウプリデコードアドレスCXをメモリアレイMARへ出力する。カラムアドレスプリデコーダYPDによりプリデコードして、カラムプリデコードアドレスCYをメモリアレイMARへ出力する。入力バッファDIBは、外部との入出力データDQのデータを所望のタイミングで取り込む。データエンコーダWCは、メモリアレイMARからの読み出しデータGOと比較して、入力データDIをエンコードし、書き込みデータGIをメモリアレイMARへ出力する。一方、データデコーダRDは、読み出しデータGOをデコードし、出力データDOを出力バッファDOBへ送る。出力バッファDOBは、入出力データDQへ所望のタイミングで、出力データDOを出力する。
【００１５】
ここで、メモリアレイMARは、後で示すように、ＭＴＪ素子とトランジスタを含んだメモリセルを配置して構成される。また、データエンコーダWCとデータデコーダRDにより、通常のバイナリの入出力データDQに対し、メモリアレイMARに書き込むデータを、反転するビット数が少なくなるコードにする。このコーディングは、バス・インバート・コーディング（Bus-Invert Coding）と呼ばれ、非特許文献３：アイ・イー・イー・イー  トランズアクションズ・オン・ベリー・ラージ・スケール・インテグレーション（ＶＬＳＩ）システムズ、第3巻1号、第49頁から第58頁、1995年3月（IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol. 3, No. 1, pp. 49-58. March 1995.）に示されているコーディングと同様なコーディングである。文献３では、バス・インバート・コーディングにより、チップ間のバスのデータについて、反転するビット数の最大値を半減でき、平均的な個数を低減できることが述べられている。このようなコーディングを用いることにより、メモリアレイMAR中で反転書き込みするメモリセル数の最大値を半減できる。それにより、書き込み時のメモリアレイMARの合計の消費電流の最大値を低減できる。また、消費電流の平均値も低減される。
【００１６】
データエンコーダWCをセクタ毎に設けることにより、データをエンコードする際に、メモリアレイMARから読み出した読み出しデータGOをデータエンコーダWCまで伝達するパスを短くしている。それにより、読み出しデータGOの伝達に伴う遅延時間と消費電力を小さくしている。ここでは、データデコーダRDも、データエンコーダWCに合わせて、セクタ毎に設けている。
【００１７】
以下に、データエンコーダWCとデータデコーダRDの構成と動作を説明する。以下では、8ビットのバイナリの入力データDIを、データエンコードWCにより、フラグとして1ビットを加えた9ビットの書き込みデータGIにエンコードする場合を示す。逆に、9ビットの読み出しデータGOを、データデコーダRDにより、フラグを取り除いた8ビットの出力データDOにデコードする。ここで、8ビットのバイナリの入力データDIは、相補信号DI0t〜DI7t，DI0b〜DI7bで伝達される。また、9ビットの書き込みデータGIも、相補信号GI0t〜GI8t，GI0b〜GI8bで伝達される。同様に、9ビットの読み出しデータGOも、相補信号GO0t〜GO8t，GO0b〜GO8bで伝達される。一方、8ビットの出力データDOは、トゥルー信号DO0〜DO7で伝達される。本発明は、このデータ伝達方法に限定されないことはもちろん、このビット数に限定されず、他のビット数でも適用可能である。ただし、ビット数が大きいとデータエンコーダWC及びデータデコーダRDの回路規模が大きくなり、ビット数が小さいとフラグの分のメモリセル数が増加する。そのため、8ビットを9ビットにするコーディング程度が適当である。16ビット構成のメモリの場合、上位8ビットと下位8ビットに分けて、それぞれコーディングすることが望ましい。
【００１８】
図２は、データエンコーダWCの構成例を示している。8ビットの入力データDI0t〜DI7t，DI0b〜DI7bに対応した8個のデータ制御回路GICと、フラグ制御回路GFCと、判定回路IFDにより構成される。データ制御回路GICは、入力データDI0t〜DI7t，DI0b〜DI7bと読み出しデータGO0t〜GO7t，GO0b〜GO7bを比較し、判定回路IFDが出力する制御信号DIFt, DIFbにより制御されて、書き込みデータGI0t〜GI7t，GI0b〜GI7bを出力する。フラグ制御回路GFCは、フラグの読み出しデータGO8t，GO8bを受け、制御信号DIFt, DIFbにより制御されて、フラグの書き込みデータGI8t，GI8bを出力する。判定回路IFDは、8個のデータ制御回路GICのデータ比較結果DH0〜DH7及びフラグの読み出しデータGO8tに応じて、制御信号DIFt, DIFbを出力する。この制御信号DIFt, DIFbは、データを反転させるか否かを示し、反転させる場合にはDIFtが'0'，DIFbが'1'となる。
【００１９】
図３は、図２中の判定回路IFDの構成例を示している。この回路は、データ比較結果DH0〜DH7及びフラグの読み出しデータGO8tの9個の入力に対し、'1'が5個以上であるか否かを判定する。2個の論理回路IC4と、論理回路IC4Dからなる。論理回路IC4は、3個の2入力ＮＡＮＤゲートと、3個の2入力ＮＯＲゲートと、2入力ずつのＯＲをとってＮＡＮＤをとる4入力複合ゲートと、2入力のＯＲをとって他の2入力とＮＡＮＤをとる複合ゲートで構成されている。この論理回路IC4は、4入力の'1'の個数に応じた出力を得る回路である。例えば、データ比較結果DH0〜DH3が入力される論理回路IC4の出力DHL1〜DHL4は以下のようになる。DHL1は、DH0〜DH3のいずれかが'1'で、'1'が1個以上の時に、'1'となる。DHL2は、DH0〜DH3中に'1'が2個以上の時に'1'となる。DHL3は、DH0〜DH3中に'1'が3個以上の時に'1'となる。DHL4は、DH0〜DH3がすべて'1'で、'1'の個数が4個の時、'1'となる。論理回路IC4の以上のような出力DHL1〜DHL4及びDHU1〜DHU4と、読み出しデータGO8tが、論理回路IC4Dに入力される。論理回路IC4Dは、2個の2入力ＮＯＲゲートと、7個の2入力ＮＡＮＤゲートと、4入力のＯＲをとって他の入力とＮＡＮＤをとる複合ゲートと、4入力ＮＡＮＤゲートと、インバータから構成される。この論理回路IC4Dにより、データ比較結果DH0〜DH7及びフラグの読み出しデータGO8tの9個の入力に対し、'1'が5個以上の時、判定結果DIFtが'1'，DIFbが'0'となる。
【００２０】
この判定回路は、スタティックなＣＭＯＳ論理ゲートで構成されており、タイミングを制御する信号を用いていない。そのため、コーディングによる書き込みデータの遅延を小さくできる。この判定回路は、複合ゲートを用いることにより、ゲート段数を少なくして遅延時間を小さくすると共に、回路規模を小さくしている。このようなＣＭＯＳ論理ゲートではなく、多入力の差動アンプを用いて判定回路を構成することもできる。その場合、図３に示した判定回路に比べて、動作タイミングの設定などＳ／Ｎ確保に向けた工夫が必要であるが、素子数が低減できる。
【００２１】
図４は、図２中のデータ制御回路GICの構成例を示している。図の記号中のiが、0〜7のいずれかであることにより、図２に対応する。4個のＰＭＯＳトランジスタと4個のＮＭＯＳトランジスタからなる論理ゲートXORを2個と、インバータINVと、2個の2入力ＮＡＮＤゲートND2と、2入力ずつのＯＲをとってＮＡＮＤをとる4入力複合ゲートONA2を2個と、2入力ＮＡＮＤゲートとインバータからなる2個の書き込みデータドライバGIDで構成される。書き込みデータドライバGIDは、エネーブル信号GIEにより制御され、書き込みデータGIit, GIibを出力する。論理ゲートXORにより、相補信号の入力データDIit, DIibと読み出しデータGOit, GOibとの排他的ＮＯＲをとり、データ比較結果DHiを出力する。また、インバータINVと論理ゲートXORにより、データ比較結果DHiと相補信号の判定結果DIFt, DIFbとの排他的ＯＲを取り、制御信号GIiEを発生する。この制御信号GIiEは、反転書き込みが必要か否かを示す信号である。制御信号がGIiEが'0'ならば、書き込みデータGIit, GIibを両方'0'とする。制御信号がGIiEが'1'ならば、制御信号DIFtが'0'，DIFbが'1'の場合には、入力データDIit, DIibのトゥルー信号とバー信号を入れ替えて書き込みデータGIit, GIibとして出力し、DIFtが'1'でDIFbが'0'の場合には、入力データDIit, DIibをそのまま書き込みデータGIit, GIibとして出力する。個の構成では、複合ゲートを用いることにより、少ないゲート段数で所望の論理を実現している。特に、入力データDIit, DIib及び読み出しデータGOit, GOibと判定結果DIFt, DIFbを相補信号とすることにより、排他的ＮＯＲ及び排他的ＯＲを1段のゲートで構成し、遅延時間の低減を小さくしている。
【００２２】
図５は、図２中のフラグ制御回路GFCの構成例を示している。4個のＰＭＯＳトランジスタと4個のＮＭＯＳトランジスタからなる論理ゲートXORと、2個の2入力ＮＡＮＤゲートND2と、2個のインバータINVと、2入力ＮＡＮＤゲートとインバータからなる2個の書き込みデータドライバGIDで構成される。図４のデータ制御回路GICと同様に、書き込みデータドライバGIDは、エネーブル信号GIEにより制御され、書き込みデータGI8t, GI8bを出力する。論理ゲートXORにより、相補信号のフラグの読み出しデータGO8t, GO8bと判定結果DIFt, DIFbとの排他的ＮＯＲを取り、制御信号GI8Eを発生する。この制御信号GI8Eは、図４中の制御信号と同様GIiEと同様に、反転書き込みが必要か否かを示す信号である。制御信号がGI8Eが'0'ならば、書き込みデータGI8t, GI8bを両方'0'とする。制御信号がGI8Eが'1'ならば、判定結果DIFt, DIFbをそのまま書き込みデータGI8t, GI8bとして出力する。判定結果DIFt, DIFbに対して、この書き込みデータGI8t, GI8bを出力するパスは、図４のデータ制御回路GICが書き込みデータGIit, GIibを出力するパスと同じ段数となっており、遅延時間をほぼ揃えることができる。
【００２３】
図６は、データデコーダRDの構成例を示している。8ビットの出力データDO0〜DO7に対応して設けられ、フラグの読み出しデータGO8t, GO8bにより制御される8個のデータ制御回路DODにより構成されている。なお、フラグの読み出しデータGO8t, GO8bについて、8個のデータ制御回路DODに入力することにより、負荷容量が過大になる場合には、偶数段のインバータ列によるバッファを設ければ良い。
【００２４】
図７は、図６中のデータ制御回路DODの構成例を示している。図の記号中のiが、0〜7のいずれかであることにより、図６に対応する。2入力ずつのＡＮＤをとってＮＯＲをとる4入力複合ゲートNAO2と、2個のＰＭＯＳトランジスタと2個のＮＭＯＳトランジスタからなるトライステートインバータTIVで構成される。4入力複合ゲートNAO2は、相補信号であるフラグの読み出しデータGO8t, GO8bにより、読み出しデータGOit, GOibのいずれかを選択する。トライステートインバータTIVは、エネーブル信号DOEbがロウ，DOEtがハイになることにより、出力データDOiを出力する。このようにトライステートインバータを用いているのは、出力データDOiは、図１に示しているように、複数のセクタSCT0, SCT1, …から駆動されるバスであるためである。このように、簡単な回路構成で読み出しデータのエンコードは実現できる。遅延時間は小さく、リードのアクセス時間への影響は小さい。
【００２５】
図８は、図１中のメモリアレイMARの構成例を示している。メモリセルアレイMCA、ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WDP、データ線制御回路CCN, CCFを有する。ここでは、簡単のため、参照信号発生用のダミーセルなどは省略している。また、メモリ容量によっては、このような構成を繰り返して図１のメモリアレイMARとしても良い。メモリセルアレイMCAは、書き込みワード線WW0, WW1, WW2, WW3, …及び読み出しワード線WR0, WR1, WR2, WR3, …と、データ線DL0, DL1, DL2, DL3, …の交点に、メモリセルMCが設けられる。メモリセルMCは、両端を接地されたソース線SL01, SL23, …にも接続される。書き込みワード線WW0, WW1, WW2, WW3, …及び読み出しワード線WR0, WR1, WR2, WR3, …は、駆動回路を含むワードドライバ群WDPにより制御される。データ線DL0, DL1, DL2, DL3, …は、センスアンプ及びライトバッファを含むデータ線制御回路CCN, CCFにより両端を制御される。
【００２６】
各メモリセルMCは、１個のＭＴＪ素子MTJと１個のトランジスタMTからなる。ＭＴＪ素子MTJは、通常の動作において磁化の向きが固定された強磁性体の固定層と、書き込み動作により磁化の向きが反転可能な強磁性体の自由層との間に、トンネル絶縁膜が挟まれた構造である。このＭＴＪ素子の２端子間の抵抗は、二つの強磁性体層における磁化の向きによって変化し、同じ向きの時は低抵抗状態、互いに逆向きの時は高抵抗状態となる。メモリセルMCの読み出し動作は、図１２に示すように行う。すなわち、WR0, WR1, WR2, WR3, …中で選択した読み出しワード線WRをハイレベルにすることにより、該ワード線に接続されたメモリセル中でトランジスタMTを導通させてＭＴＪ素子MTJの端子間に電圧を印加し、ＭＴＪ素子MTJの磁気抵抗に応じて、DL0, DL1, DL2, DL3, …中の所望のデータ線を介して流れる電流IDLを検出することにより、記憶情報を読み出す。一方、書き込み動作は、図１３に示すように行う。すなわち、WW0, WW1, WW2, WW3, …中で選択された書き込みワード線の電流IWWを、書き込みワード線電流IWSとし、DL0, DL1, DL2, DL3, …中で選択したデータ線の電流を、書き込みデータに応じて正の書き込み電流ID1あるいは負のID0とすることにより磁界を発生させて行う。
【００２７】
ロウデコーダXDECは、ロウプリデコードアドレスCXをデコードし、ロウデコード信号XA0, XA1, XA2, XA3, …をワードドライバ群WDPへ出力する。ワードドライバ群WDPは、書き込みワード線WW0, WW1, WW2, WW3, …及び読み出しワード線WR0, WR1, WR2, WR3, …に対応して、それぞれ2入力ＮＡＮＤゲートとインバータからなるワードドライバWWD及びWRDが設けられて構成される。ワードドライバWWDは、書き込みワード線駆動のエネーブル信号WWEが'1'の時、ロウデコード信号XA0, XA1, XA2, XA3, …により選択されて、書き込みワード線WW0, WW1, WW2, WW3, …のいずれかを駆動する。書き込みワード線WW0, WW1, WW2, WW3, …は、ワードドライバ群WDPとアレイを挟んだ反対側が接地されており、選択された書き込みワード線に書き込みワード線電流が流れる。ワードドライバWRDは、読み出しワード線駆動のエネーブル信号WREが'1'の時、ロウデコード信号XA0, XA1, XA2, XA3, …により選択されて、読み出しワード線WR0, WR1, WR2, WR3, …のいずれかを駆動する。
【００２８】
図９は、図８中のデータ線制御回路CCNの構成例を示している。ここでは、9ビットずつの読み出しあるいは書き込みを、144本のデータ線DL0〜DL143に対して行う例を示しており、3ビット分ずつ3分割された構成としている。3個のカラムデコーダYD16と、9個のライトバッファWBNと、9個のセンスアンプSAと、3個のカラムセレクタYSN3からなる。カラムデコーダYD16は、カラムプリデコードアドレスCYをデコードし、相補信号のカラム選択信号YN0t〜YN15tとYN0b〜YN15b，YN16t〜YN31tとYN16b〜YN31b，YN32t〜YN47tとYN32b〜YN47bの16対から1対ずつを選択する。ライトバッファWBNは、インバータとＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとで構成され、書き込みデータGI0t〜GI8t，GI0b〜GI8bを受け、共通データ線DN0〜DN8を駆動する。例えば、書き込みデータGI0tがハイであれば共通データ線DN0をハイに駆動し、GI0bがロウであればDN0をロウに駆動する。ここで、書き込みデータGI0t, GI0bが両方ロウである場合には、ハイインピーダンス状態となる。センスアンプSAは、メモリセルの読み出し動作の際、共通データ線DN0〜DN8の信号を検出して、読み出しデータGO0t〜GO8t，GO0b〜GO8bを出力する。カラムセレクタYSN3は、それぞれ48本のデータ線DL0〜DL47, DL48〜DL95, DL96〜DL143の各々に、カラム選択信号YN0t〜YN15tとYN0b〜YN15b，YN16t〜YN31tとYN16b〜YN31b，YN32t〜YN47tとYN32b〜YN47bにより制御される1個のＰＭＯＳトランジスタと2個のＮＭＯＳが接続されてなり、48本のデータ線から3本を共通データ線DN0〜DN2, DN3〜DN5, DN6〜DN8に接続する。非選択のデータ線は、接地電圧VSSに保つ。例えば、カラム選択信号YN0tがハイ、YN0bがロウになると、データ線DL0〜DL2を共通データ線DN0〜DN2に接続し、データ線DL3〜DL47をVSSに保つ。
【００２９】
図１０は、図８中のデータ線制御回路CCFの構成例を示している。図９のデータ線制御回路CCNがメモリセルの読み出しと書き込みの両方に寄与するのに対し、このデータ線制御回路CCFは書き込みのみに用いられる。図９のデータ線制御回路CCNに対応し、9ビットずつの書き込みを、144本のデータ線DL0〜DL143に対して行う例を示しており、3ビット分ずつ3分割された構成としている。3個のカラムデコーダYD16と、9個のライトバッファWBFと、3個のカラムセレクタYSF3からなる。カラムデコーダYD16は、カラムプリデコードアドレスCYをデコードし、相補信号のカラム選択信号YF0t〜YF15tとYF0b〜YF15b，YF16t〜YF31tとYF16b〜YF31b，YF32t〜YF47tとYF32b〜YF47bの16対から1対ずつを選択する。ライトバッファWBFは、図９中のライトバッファWBNと同様に、インバータとＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとで構成され、書き込みデータGI0t〜GI8t，GI0b〜GI8bを受け、共通データ線DF0〜DF8を駆動する。ここで、図９中のライトバッファWBNとは、書き込みデータGI0t〜GI8t，GI0b〜GI8bが逆に接続されている。例えば、書き込みデータGI0tがハイであれば共通データ線DF0をロウに駆動し、GI0bがロウであればDF0をハイに駆動する。書き込みデータGI0t, GI0bが両方ロウである場合には、ハイインピーダンス状態となる。カラムセレクタYSN3は、それぞれ48本のデータ線DL0〜DL47, DL48〜DL95, DL96〜DL143の各々に、カラム選択信号YF0t〜YF15tとYF0b〜YF15b，YF16t〜YF31tとYF16b〜YF31b，YF32t〜YF47tとYF32b〜YF47bにより制御される1個のＰＭＯＳトランジスタと1個のＮＭＯＳが接続されてなり、48本のデータ線から3本を共通データ線DF0〜DF2, DF3〜DF5, DF6〜DF8に接続する。例えば、カラム選択信号YF0tがハイ、YF0bがロウになると、データ線DL0〜DL2を共通データ線DF0〜DF2に接続する。
【００３０】
このようにライトバッファWBN, WBFを構成することにより、書き込みデータの信号が両方ロウである場合に、ライトバッファが両方ハイインピーダンス状態となり、データ線に電流を流さないように制御できる。すなわち、不要な書き込み電流を防止できる。
【００３１】
本実施例のようにデータをコーディングすると、フラグを付加することにより、同時に選択するメモリセル数が2のべき乗ではなくなってしまう。8ビットを9ビットにコーディングする場合、このようにデータ線制御回路CCN, CCFを構成し、3ビットずつに3分割することにより、データパスを揃えることができ、センスアンプなどのタイミング制御が容易になる。
【００３２】
図１５は、以上に説明してきた同期式ＭＲＡＭのリード動作のタイミングの例を示している。このタイミングチャートに従い、動作を説明する。外部クロックCLKの立ち上がり毎に、コマンドデコーダCDが制御信号CMDを判断する。リードコマンドRが与えられることにより、アドレスADRからロウアドレス及びカラムアドレスをアドレスバッファABに取り込む。アドレスバッファABに取り込んだカラムアドレスを初期値として、アドレスカウンタACTがクロックサイクル毎に動作し、ロウアドレスBXとカラムアドレスBYを出力する。これを受けて、ロウアドレスプリデコーダXPDがロウプリデコードアドレスCXを、カラムアドレスプリデコーダYPDがカラムプリデコードアドレスCXを出力し、メモリアレイMAR内で、読み出し用ワード線WRとカラム選択信号YSが選択される。それにより選択されたデータ線に、データ線電流IDLが流れる。これをセンスアンプSAが検出して読み出しデータGOを出力する。データデコーダRDにより読み出しデータGOをデコードして、出力データDOを出力バッファDOBへ送る。さらに出力バッファDOBが外部クロックCLKに応じたタイミングでデータを入出力データDQへ出力する。ここでは、リードコマンドRに対してクロックCLKの2サイクル後の立ち上りに応じて、入出力データDQへ出力しており、リードレイテンシが3の場合を示している。クロックCLKのサイクル毎に、以上の動作が繰り返される。
【００３３】
図１６は、ライト動作のタイミングの例を示している。リードコマンドWが与えられることにより、アドレスADRからロウアドレス及びカラムアドレスをアドレスバッファABに取り込む。アドレスバッファABに取り込んだカラムアドレスを初期値として、アドレスカウンタACTがクロックCLKの2サイクル毎に動作し、ロウアドレスBXとカラムアドレスBYを出力する。これを受けて、ロウアドレスプリデコーダXPDがロウプリデコードアドレスCXを、カラムアドレスプリデコーダYPDがカラムプリデコードアドレスCXを出力する。メモリアレイMAR内で、まず読み出し用ワード線WRとカラム選択信号YSが選択される。それにより選択されたデータ線に、データ線電流IDLが流れる。これをセンスアンプSAが検出して読み出しデータGOを出力する。一方、ライトコマンドが入力された次のクロックサイクルで、入力バッファDIBが入出力データDQを取り込み、入力データDIを出力する。データエンコーダWDにより、読み出しデータGOと比較して入力データDIをエンコードし、書き込みデータGIとする。読み出しワード線WRをリセットし、書き込みワード線電流IWWに所望の電流を流す。また、ライトバッファによりデータ線を書き込みデータGIに応じて電流を流す。その結果、所望のメモリセルに反転書き込みが行われる。クロックCLKの2サイクル毎に、以上の動作が繰り返される。
【００３４】
このように、同期式メモリとすることで、外部クロックCLKと同期してコマンドやアドレスの取り込み及びデータの入出力を行う同期式メモリとすることにより、高い周波数での動作が可能であり、高データレートが実現できる。本発明によるＭＲＡＭは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭについて開発されている各種の高速メモリ方式が応用できる。
【００３５】
この例では、図１５のリード動作がクロックCLKと同じサイクルで行われるのに対し、ライト動作をクロックCLKの2サイクル毎としている。これは、ライト動作ではメモリセルからの読み出し動作後に反転書き込みを行うため、ライト動作よりもサイクル時間が長くなるためである。このようにライト動作を2サイクル毎とすることにより、リードのサイクルとなるクロックサイクル時間を短くできる。場合によっては、ライト動作もクロックサイクル毎に行うようにすることもできる。その方が、クロックサイクル時間が長くなるが、リード動作とライト動作のサイクルが揃うため、制御は容易となる。
【００３６】
また、図１６のライト動作では、入力データをライトコマンドに対してクロックCLKの1サイクル後に取り込み、ライトレイテンシを1としている。このようにしても、メモリセルの書き込み動作は読み出し動作後に行うため、入力データがクリティカルパスとはならない。ライトレイテンシを1とすることにより、リードレイテンシとの差が小さくなり、入出力データDQのバスの使用効率を向上できる。
【００３７】
図１５及び図１６では、リードコマンドRあるいはライトコマンドWで、ロウアドレスとカラムアドレスを同時に取り込んでいる。これにより、ＤＲＡＭでは一般に必要とされているロウアドレス取り込みからカラムアドレス取り込みまでの遅延時間がなく、選択されたデータ線の情報のみを検出できる。ＤＲＡＭと異なり、ＭＲＡＭは非破壊読み出しが可能であり、ワード線上の全メモリセルのデータを検出する必要はないため、このような動作が可能である。選択されたデータ線の情報のみを検出することにより、消費電力が低減できる。
【００３８】
図８では、各メモリセルMCが、１個のＭＴＪ素子MTJと１個のトランジスタMTからなる構成を示したが、非特許文献４：アイ・イー・イー・イー、インターナショナル・ソリッドステート・サーキッツ・コンファレンス、ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第128頁から第129頁（2000年）（2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference, Digest of Technical Papers, pp. 128-129.）に示されているように、メモリセルを2個のＭＴＪ素子と2個のトランジスタで構成するメモリアレイにも本発明は適用でき、同様に書き込み時の消費電流を低減する効果が得られる。そのようなメモリアレイでは、書き込み時のデータ線電流をループ状に流すため、片側で制御でき、データ線制御回路の構成を簡単化できる。
【００３９】
（第２の実施例）
第１の実施例で説明したような、書き込むビット数を減らす手法は、ＭＲＡＭだけでなく、相変化メモリでも有効である。本発明を適用した相変化メモリは、ＭＲＡＭと同様に図１のように構成でき、図２〜図７に示したデータエンコーダ及びデータデコーダを使用できる。図１７は、メモリアレイの構成例を示しており、図１中のメモリアレイMARとして用いられる。メモリセルアレイOCA、ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WD、データ線制御回路CCOからなる。ここでも図８と同様に、簡単のため、参照信号発生用のダミーセルなどは省略している。また、メモリ容量によっては、このような構成を繰り返して図１のメモリアレイMARとしても良い。メモリセルアレイOCAは、ワード線WL0, WL1, WL2, WL3, …と、データ線OL0, OL1, OL2, OL3, …の交点に、メモリセルOCが設けられる。メモリセルOCは、両端を接地されたソース線SL01, SL23, …にも接続される。各メモリセルは、１個の相変化抵抗CRと１個のトランジスタMTからなる。相変化抵抗CRは、カルコゲナイド材料でなり、状態により低抵抗状態と高抵抗状態になる。ワード線WL0, WL1, WL2, WL3, …は、ワードドライバ群WDにより駆動される。ロウデコーダXDECは、ロウプリデコードアドレスCXをデコードし、ロウデコード信号XA0, XA1, XA2, XA3, …をワードドライバ群WDへ出力し、それに応じてワードドライバ群WDが選択的にワード線WL0, WL1, WL2, WL3, …を駆動する。データ線OL0, OL1, OL2, OL3, …は、センスアンプ及びライトバッファを含むデータ線制御回路CCOにより制御される。
【００４０】
図１８は、図１７中のデータ線制御回路CCOの構成例を示している。ここでも図９と同様に、9ビットずつの読み出しあるいは書き込みを、144本のデータ線DL0〜DL143に対して行う例を示しており、3ビット分ずつ3分割された構成としている。3個のカラムデコーダYD16と、書き込みパルス発生回路WPGと、9個のライトバッファWBOと、9個のセンスアンプSAOと、3個のカラムセレクタYSO3からなる。図９に示したＭＲＡＭのデータ線制御回路CCNと同様に、カラムデコーダYD16は、カラムプリデコードアドレスCYをデコードし、相補信号のカラム選択信号YO0t〜YO15tとYO0b〜YO15b，YO16t〜YO31tとYO16b〜YO31b，YO32t〜YO47tとYO32b〜YO47bの16対から1対ずつを選択する。カラムセレクタYSO3は、図９中のカラムセレクタYSN3と同じ構成であり、それぞれ48本のデータ線OL0〜OL47, OL48〜OL95, OL96〜OL143の各々に、カラム選択信号対により制御される1個のＰＭＯＳトランジスタと2個のＮＭＯＳが接続されてなり、48本のデータ線から3本を共通データ線CD0〜CD2, CD3〜CD5, CD6〜CD8に接続し、非選択のデータ線を接地電圧VSSに保つ。ライトパルス発生回路WPGは、'1'及び'0'の書き込み用のパルスを、書き込みパルス線WP1, WP0に出力する。ライトバッファWBNは、2個のインバータと2個のＰＭＯＳトランジスタとで構成され、書き込みデータGI0t〜GI8t，GI0b〜GI8bを受け、書き込みパルス線WP1, WP0に共通データ線DN0〜DN8を接続する。例えば、書き込みデータGI0tがハイであれば共通データ線CD0を書き込みパルス線WP1に接続し、GI0bがロウであればCD0をWP0に接続する。ここで、書き込みデータGI0t, GI0bが両方ロウである場合には、図９中のライトバッファWBNと同様に、ハイインピーダンス状態となる。センスアンプSAOは、メモリセルの読み出し動作の際、共通データ線CD0〜CD8の信号を検出して、読み出しデータGO0t〜GO8t， GO0b〜GO8bを出力する。
【００４１】
リード動作は、図１９に示すように行う。すなわち、WL0, WL1, WL2, WL3, …中で選択したワード線WLをハイレベルとし、該ワード線に接続されたメモリセル中でトランジスタMTを導通させ、所望のカラム選択信号対YOt, YObを選択することにより、センスアンプSAOからカラムセレクタ及びデータ線を介して、相変化抵抗CRの端子間に電圧を印加する。相変化抵抗CRの状態に応じてデータ線に流れる電流IOLにより、メモリセルOCから記憶情報を読み出し、センスアンプSAOで検出し、読み出しデータGOを出力する。ここで、データ線電流IOLの流れる期間は、センスアンプSAOにより定める。
【００４２】
一方、ライト動作は、図２０に示すように行う。まず、リード動作と同様にメモリセルOCからの読み出し動作を行う。ここで、ワード線WLとカラム選択信号対YOt, YObをそのまま保つ。読み出しデータに応じて書き込みデータが定まる。それに応じて、メモリセルOCへの書き込みを、データ線電流が流れることによる発熱によって、相変化抵抗CRの状態を変化させて行う。反転書き込みを行う場合には、データ線制御回路CCO内のライトパルス発生回路WPGとライトバッファWBNにより、データ線に書き込み電流を流す。'1'の書き込み('1'WRITE)では、小さな電流ID1を長いパルス幅で印加し、相変化抵抗CRをアニールして低抵抗化する。'1'の書き込み('1'WRITE)では、大きな電流ID0を短いパルス幅で印加し、相変化抵抗CRをアモルファス化して高抵抗化する。反転書き込みが不要(WRITE_VOID)な場合には、データ線電流IOLを0に保つ。
【００４３】
このようにして、相変化メモリでも、第１の実施例と同様に、書き込みを行うビット数を低減して消費電流を低減できる。相変化メモリでは特に、温度上昇を抑制して動作を安定させる効果が得られる。多数のメモリセルOCに同時に書き込むと、メモリセルアレイ全体の温度が上昇し、データ線電流IOLのパルス印加後の温度下降が遅くなる。そのため、'0'書き込み('0'WRITE)を短いパルスで行っても、低抵抗状態となってしまう恐れがある。本発明により、書き込みを行う最大のビット数を半減することによって、この問題を回避できる。
【００４４】
また、相変化メモリでは、書き込み動作を繰り返すことによる相変化抵抗の劣化が懸念される。本発明により、メモリセル毎の書き込み回数を、平均的には低減できるため、相変化抵抗の劣化を低減し、高信頼化できる。
【００４５】
図１２及び図１３を用いて説明したＭＲＡＭの動作と異なり、相変化メモリでは、読み出し動作と書き込み動作の両方でワード線WLをハイレベルとする。そのため、ライト動作でワード線WLをハイレベルとしたまま、読み出し動作に続けて書き込み動作を行える。したがって、周辺回路の消費電流や遅延時間について、書き込み動作の前に読み出し動作を行うことによるペナルティは小さい。
【００４６】
（第３の実施例）
コーディングを用いない実施例を、ＭＲＡＭについて次に説明する。図２１は、ＭＲＡＭのメモリアレイの、図８とは別な構成例を示している。ＭＲＡＭ全体は、例えば、図１からデータエンコーダWC，データデコーダRDを削除した構成される。このメモリアレイ構成は、メモリセルアレイMCA、ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WDP、データ線制御回路CCN2, CCF2を有する。メモリセルアレイMCAは、データ線数が異なるが、図８に示したように構成される。ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WDPは、図８と同様に動作する。
【００４７】
データ線制御回路CCN2は、カラムセレクタYSNと、読み出しデータGO0, GO1,…に対応した複数の読み出し書き込み回路RWNを含む。ここでは、簡単のため、カラムデコーダなどは省略している。カラムセレクタYSNは、図９中のカラムセレクタYSN3と同様に構成され、所望のデータ線を共通データ線DN0, DN1, …に接続する。読み出し書き込み回路RWNは、センスアンプSAとライトバッファWBにより構成される。リード動作では、メモリセルアレイから読み出した共通データ線DN0, DN1, …の信号を、センスアンプSAにより検出し、読み出しデータGO0, GO1, …として出力する。ライト動作でも、まず、メモリセルアレイから読み出した共通データ線DN0, DN1, …の信号を、センスアンプSAにより検出する。その結果に応じて、ライトバッファWBにより、共通データ線DN0, DN1, …を介してデータ線を駆動する。すなわち、'1'を読み出した場合には、ハイレベルに駆動し、'0'を読み出した場合にはロウレベルに駆動する。
【００４８】
データ線制御回路CCF2は、カラムセレクタYSFと、書き込みデータGI0, GI1,…に対応した複数の書き込み回路WFを含む。ここでは、簡単のため、カラムデコーダなどは省略している。カラムセレクタYSFは、図１０中のカラムセレクタYSF3と同様に構成され、所望のデータ線を共通データ線DF0, DF1, …に接続する。書き込み回路WFは、ライトバッファWBとインバータINVにより構成される。ライト動作において、入力された書き込みデータGI0, GI1, …を反転して、共通データ線DF0, DF1, …を介してデータ線を駆動する。すなわち、'1'が入力された場合には、ハイレベルに駆動し、'0'が入力された場合にはロウレベルに駆動する。
【００４９】
ライト動作において、以上のようにデータ線を駆動することにより、読み出しデータと書き込みデータが一致している場合には、データ線の両側が同じレベルに駆動され、電流が流れない。不一致の場合には、書き込みデータに応じて、データ線制御回路CCN2, CCF2間でデータ線に流れる。これにより、反転させるビットのみメモリセルへの書き込みを行うことが実現できる。反転書き込み不要なビットについては、データ線電流を流さないため、ライト動作の平均電流を低減できる。
【００５０】
第１の実施例では、コーディングによりフラグビットを付加するコーディングを用いて、反転書き込みのビット数を低減し、書き込むビット数の最大値と平均値を同時に低減していのに対し、本実施例では反転書き込みを行わないことにより、平均値を低減している。第１の実施例に比べ簡便な手法であり、フラグビットを付加することによるメモリセル数の増加はない。また、両側のデータ線制御回路の一方のみに書き込みデータを入力すれば良いため、従来の構成よりも配線数が少なくて済み、回路構成も簡単になる。
【００５１】
（第４の実施例）
相変化メモリで、コーディングを用いない実施例を、次に説明する。図２２は、相変化メモリのメモリアレイの、図１７とは別な構成例を示している。相変化メモリ全体は、第３の実施例と同様に、例えば、図１からデータエンコーダWC，データデコーダRDを削除した構成される。このメモリアレイ構成は、メモリセルアレイOCA、ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WD、データ線制御回路CCO2を有する。メモリセルアレイOCAは、データ線数が異なるが、図１７に示したように構成される。ロウデコーダXDEC、ワードドライバ群WDは、図１７と同様に動作する。
【００５２】
データ線制御回路CCO2は、カラムセレクタYSOと、書き込みデータGI0, GI1,…及び読み出しデータGO0, GO1, …に対応した複数の読み出し書き込み回路RWOと、書き込みパルス発生回路WPGを含む。ここでも、簡単のため、カラムデコーダなどは省略している。カラムセレクタYSOは、図１８中のカラムセレクタYSO3と同様に構成され、所望のデータ線を共通データ線CD0, CD1, …に接続する。読み出し書き込み回路RWOは、センスアンプSAと、排他的ＯＲゲートXOR2と、インバータと、2個のＮＡＮＤゲートと、2個のＰＭＯＳトランジスタにより構成される。リード動作では、メモリセルアレイから読み出した共通データ線CD0, CD1,…の信号を、センスアンプSAにより検出し、読み出しデータGO0, GO1, …として出力する。ライト動作でも、まず、メモリセルアレイから読み出した信号を、センスアンプSAにより検出する。その結果を、排他的ＯＲゲートXOR2により、書き込みデータGI0, GI1, …と比較する。不一致の場合、排他的ＯＲゲートXOR2が'1'を出力し、ＰＭＯＳトランジスタにより書き込みパルス線WP1, WP0を共通データ線に接続する。その結果、ライトパルス発生回路WPGが書き込みパルス線WP1, WP0に出力する'1'及び'0'の書き込み用のパルスがデータ線に伝えられる。これにより、反転させるビットのみメモリセルへの書き込みを行うことが実現できる。
【００５３】
本実施例でも、第３の実施例と同様に、反転書き込み不要なビットについては、データ線電流を流さないため、ライト動作の平均電流を低減できる。なお、特許文献１：特開平7-220479号に、スタティックＲＡＭに関して、排他的ＯＲゲートを用いてセンスアンプ出力と書き込みデータを比較し、反転書き込みのみを行い、書き込みの消費電流を低減する手法が開示されている。本発明は、その手法を相変化メモリに応用しているが、消費電流低減の効果に加え、第２の実施例について述べたような、メモリセルアレイ全体の温度上昇を抑制し書き込みを安定化する効果や、相変化抵抗の書き込み回数を低減して劣化を抑制し高信頼化する効果が得られる。また、特許文献２：特開平9-63286号には、ＥＥＰＲＯＭについて、読み出しデータと入力データを比較して消去回路及び書き込み回路を制御し、不必要な消去動作をなくして寿命を延ばす手法が開示されている。特許文献２の手法では、同時に動作させるデータ毎に比較を行って制御しているのに対し、本実施例では、ビット毎に比較して書き込み動作を行うか否かを判定している。そのため、本実施例の方が、不要な書き込みを行わない効果が大きく、特に同時に動作させるビット数が大きい場合に有効である。
【００５４】
なお、ＭＲＡＭでも本実施例のように、排他的ＯＲゲートを用いてセンスアンプ出力と書き込みデータを比較し、反転書き込みのみを行う構成とすることもできる。
【００５５】
以上の実施例で説明してきた本発明は、単体のＭＲＡＭや相変化メモリだけでなく、ＭＲＡＭあるいは相変化メモリを混載したシステムＬＳＩなど半導体装置一般に適用できることは言うまでもない。その場合にも、ＭＲＡＭあるいは相変化メモリについて、実施例毎に説明したような効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による同期式メモリの構成例を示すブロック図。
【図２】データエンコーダの構成例を示すブロック図。
【図３】図２中の判定回路の構成例を示す回路図。
【図４】図２中のデータ制御回路の構成例を示す回路図。
【図５】図２中のフラグ制御回路の構成例を示す回路図。
【図６】データデコーダの構成例を示すブロック図。
【図７】図６中のデータ制御回路の構成例を示す回路図。
【図８】ＭＲＡＭのメモリアレイの構成例を示す図。
【図９】図８中のデータ線制御回路の構成例を示す図。
【図１０】図８中の他端のデータ線制御回路の構成例を示す図。
【図１１】ＭＲＡＭセルの構成例を示す図。
【図１２】ＭＲＡＭセルの読み出し動作を示す図。
【図１３】ＭＲＡＭセルの書き込み動作を示す図。
【図１４】ＭＴＪ素子の書き込み特性を示す図。
【図１５】本発明による同期式ＭＲＡＭのリード動作のタイミングチャート。
【図１６】本発明による同期式ＭＲＡＭのライト動作のタイミングチャート。
【図１７】相変化メモリのメモリアレイの構成例を示す図。
【図１８】図１７中のデータ線制御回路の構成例を示す図。
【図１９】相変化メモリのメモリセルの読み出し動作を示す図。
【図２０】相変化メモリのメモリセルの書き込み動作を示す図。
【図２１】ＭＲＡＭのメモリアレイの別な構成例を示す図。
【図２２】相変化メモリのメモリアレイの別な構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
AB…アドレスバッファ、
ACT…アドレスカウンタ、
ADD…外部からのアドレス信号、
BX…ロウアドレス、
BY…カラムアドレス、
CB…制御信号バッファ、
CCF, CCN, CCO, CCF2, CCN2, CCO2…データ線制御回路、
CD…コマンドデコーダ、
CLK…外部クロック、
CKB…クロックバッファ、
CLKI…内部クロック、
CMD…外部からの制御コマンド信号、
CP…制御信号、
CX…ロウプリデコードアドレス、
CY…カラムプリデコードアドレス、
DI…入力データ、
DIB…入力バッファ、
DL0〜DL3…データ線、
DO…出力データ、
DOB…出力バッファ、
DOD…データ制御回路、
DQ…外部との入出力データ、
GI…書き込みデータ、
GFC…フラグ制御回路、
GIC…データ制御回路、
GID…書き込みデータドライバ、
GO…読み出しデータ、
IFD…データエンコード用判定回路、
MA…メインアンプ、
MAR…メモリアレイ、
MC…ＭＲＡＭのメモリセル、
MCA, MCA2…ＭＲＡＭのメモリセルアレイ、
MIO…メイン入出力線、
OC…相変化メモリのメモリセル、
OCA, OCA2…相変化メモリのメモリセルアレイ、
RD…データデコーダ、
SA, SAO…センスアンプ、
WBF, WBN…ライトバッファ、
SCT0, SCT1…セクタ、
WB, WBF, WBN…ライトバッファ、
WC…データエンコーダ、
WD, WDP…ワードドライバ群、
WL, WL0〜WL3…ワード線、
WPG…書き込みパルス発生回路W、
WR, WR0〜WR3…読み出しワード線、
WRD, WWD…ワードドライバ、
WW, WW0〜WW3…書き込みワード線、
XDEC…ロウデコーダ、
XPD…ロウアドレスプリデコーダ、
YD16…カラムデコーダ、
YPD…カラムアドレスプリデコーダ、
YSF, YSN, YSO, YSF3, YSN3, YSO3…カラムセレクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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