KR20090031128A - Semiconductor memory device and refresh method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치 및 그 리프레쉬 방법에 관한 것으로서, 비휘발성 특성을 갖는 상 변화 메모리 장치에서 리프레쉬 동작을 수행하여 데이터 유지(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 상 변화 저항 셀을 포함하여 데이터의 리드/라이트가 이루어지는 셀 어레이와, 셀 어레이의 정보를 저장하는 레지스터, 및 셀 어레이에 저장된 데이터의 유지 특성을 개선하기 위해 레지스터에 저장된 정보를 이용하여 특정 리프레쉬 주기로 리프레쉬 동작을 수행하는 리프레쉬 제어 수단을 포함한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a refresh method thereof, and discloses a technique for improving data retention characteristics by performing a refresh operation in a phase change memory device having a nonvolatile characteristic. The present invention utilizes a cell array including read / write of data including a phase change resistance cell, a register for storing information of the cell array, and information stored in a register to improve retention characteristics of data stored in the cell array. Refresh control means for performing a refresh operation at a specific refresh cycle.
Description
도 1은 종래기술에 따른 디램의 셀 어레이를 나타낸 도면. 1 is a view showing a cell array of a DRAM according to the prior art.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항 소자를 설명하기 위한 도면. 2A and 2B are diagrams for explaining a conventional phase change resistance element.
도 3a 및 도 3b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면. 3A and 3B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 4는 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면. 4 is a diagram for explaining a write operation of a conventional phase change resistance cell.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면. 5 illustrates a memory cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 라이트 동작을 설명하기 위한 도면. 6A and 6B are diagrams for describing a data write operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 5.
도 7은 도 5의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면. FIG. 7 is a diagram for describing a data read operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 5. FIG.
도 8a 및 도 8b는 도 5의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면. 8A and 8B are diagrams for describing a data refresh operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 5.
도 9는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 다른 실시예. 9 is another embodiment of a cell array of a semiconductor memory device according to the present invention;
도 10a 및 도 10b는 도 9의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 라 이트 동작을 설명하기 위한 도면. 10A and 10B are diagrams for describing a data write operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 9.
도 11은 도 9의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면. FIG. 11 is a diagram for describing a data read operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 9. FIG.
도 12a 및 도 12b는 도 9의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면. 12A and 12B are diagrams for describing a data refresh operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 9.
도 13은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 또 다른 실시예. Fig. 13 shows another embodiment of a cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 회로도 및 리드 모드시 동작 파형도. 14A and 14B are circuit diagrams of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 13 and waveform diagrams of operations in a read mode.
도 15a 및 도 15b는 도 13의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 회로도 및 라이트 모드시의 동작 파형도. 15A and 15B are circuit diagrams of the semiconductor memory device according to the embodiment of FIG. 13 and operational waveform diagrams in the write mode.
도 16은 도 13의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 전체 셀 어레이를 나타낸 도면. FIG. 16 is a diagram illustrating an entire cell array of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 13. FIG.
도 17은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 전체 구성도. 17 is an overall configuration diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 18은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리드 동작 타이밍도. 18 is a timing diagram of a read operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
도 19는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 라이트 동작 타이밍도. 19 is a timing diagram of a write operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
도 20은 도 17의 로오 어드레스 레지스터에 관한 상세 구성도. 20 is a detailed configuration diagram of the row address register of FIG. 17;
도 21은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법에 관한 동작 타이밍도. 21 is an operation timing diagram relating to a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법을 설 명하기 위한 플로우 챠트. 22 and 23 are flowcharts illustrating a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 24는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법을 설명하기 위한 도면. 24 is a diagram for explaining a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention;
도 25는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법에서 타이머 제어 동작을 설명하기 위한 도면. 25 is a view for explaining a timer control operation in a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention;
도 26은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 유지 특성을 설명하기 위한 그래프. 26 is a graph for explaining data retention characteristics of a semiconductor memory device according to the present invention;
본 발명은 반도체 메모리 장치 및 그 리프레쉬 방법에 관한 것으로서, 비휘발성 특성을 갖는 상 변화 메모리 장치에서 리프레쉬 동작을 수행하여 데이터 유지(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE
근래에 컴퓨터가 급속히 보급되면서 반도체 소자들에 대한 수요도 크게 증가 하고 있다. 이러한 반도체 소자들은 그 기능적인 면에 있어 높은 축적 용량을 가지면서 고속 동작이 요구된다. 이를 위하여 반도체 소자는 집적도, 응답 속도 및 신뢰도를 향상시키기 위한 방향으로 제조 기술들이 개발되고 있다.With the rapid spread of computers in recent years, the demand for semiconductor devices has also increased greatly. Such semiconductor devices require high speed operation while having high storage capacity in terms of their functions. To this end, semiconductor devices are being manufactured with manufacturing techniques for improving integration, response speed, and reliability.
이와 같은 반도체 소자로서는 정보의 입력과 출력이 자유롭고, 고용량을 갖는 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory) 소자가 범용적으로 이용되고 있다. DRAM 소자는 전하의 형태로 정보 데이터를 저장하는 메모리 셀 영역과 그 정보 데 이터의 입력 및 출력을 위한 주변 영역으로 구성된다. 또한, DRAM 소자는 하나의 액세스 트랜지스터(access transistor)와 하나의 축적 커패시터를 포함한다.As such a semiconductor element, a DRAM (DRAM) element having a high capacity and free input and output of information is freely used. The DRAM device is composed of a memory cell area storing information data in the form of charge and a peripheral area for input and output of the information data. In addition, the DRAM device includes one access transistor and one accumulation capacitor.
이러한 디램(DRAM)은 휘발성 메모리로서 데이터를 저장하기 위해서는 전력 공급이 지속 되어야 한다. 전력이 순간적으로 끊어지게 되면 램(RAM)이 지니고 있던 데이터가 손실될 수 있다. 이는 디램의 메모리 셀이 충전된 전력을 보관하는 작은 충전자 중심으로 설계되었기 때문이다. 이 충전자들은 매우 작은 충전지와 같은 것으로 계속 재충전이 되지 않으며 미리 충전된 전력마저도 잃게 된다. Such DRAM is a volatile memory, and power supply must be continued to store data. If power is lost momentarily, data held in RAM can be lost. This is because DRAM memory cells are designed around small chargers that hold the charged power. These chargers are like very small rechargeable batteries that don't continue to be recharged and lose precharged power.
리프레쉬(Refresh) 동작이란, 바로 이러한 메모리 칩 안에 있는 메모리 셀의 재충전 과정을 말하는 것으로, 한 번의 리프레쉬 사이클마다 한 열의 메모리 셀이 충전될 수가 있다. 이러한 리프레쉬 동작은 시스템의 메모리 제어에 의해 이루어지나 몇몇 칩들은 자가 리프레쉬 동작을 할 수 있도록 설계되어 있다. A refresh operation refers to a process of recharging a memory cell in such a memory chip, and a row of memory cells may be charged in one refresh cycle. This refresh operation is performed by the memory control of the system, but some chips are designed to perform a self refresh operation.
예를 들어, 디램 칩의 경우 자가 리프레쉬 회로를 가지고 있어 CPU(Central Processing Unit)나 외부 리프레쉬 회로의 개입 없이 자생적으로 리프레쉬를 할 수 있도록 하는 기술이 개시된 바 있다. 이러한 자가 리프레쉬 방식은 전력 소모를 현저히 줄여주어 휴대용 컴퓨터에 자주 쓰이게 된다. For example, a DRAM chip has a self-refreshing circuit, and thus a technology for autonomous refreshing without intervention of a central processing unit (CPU) or an external refresh circuit has been disclosed. This self-refreshing method significantly reduces power consumption and is often used in portable computers.
도 1은 종래기술에 따른 디램의 셀 어레이를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a cell array of a DRAM according to the prior art.
디램은 로오 방향으로 복수개의 비트라인 BL이 배열되고, 컬럼 방향으로 복수개의 워드라인 WL이 배열된다. 그리고, 복수개의 워드라인 WL과 복수개의 비트라인 BL이 교차하는 영역에 복수개의 단위 셀이 각각 형성된다. In the DRAM, a plurality of bit lines BL are arranged in a row direction, and a plurality of word lines WL are arranged in a column direction. A plurality of unit cells are formed in regions where the plurality of word lines WL and the plurality of bit lines BL cross each other.
각각의 단위 셀은 워드라인 WL의 상태에 따라 스위칭 동작하여 비트라인 BL 과 커패시터 C를 연결시키는 하나의 스위칭 소자 T와, 스위칭 소자 T의 일단과 플레이트 라인 PL 사이에 연결된 하나의 커패시터 C를 구비하여 이루어진다. 여기서, 스위칭 소자는 게이트 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 NMOS트랜지스터를 주로 사용한다. Each unit cell has one switching element T for switching bit line BL and capacitor C by switching operation according to the state of word line WL, and one capacitor C connected between one end of switching element T and plate line PL. Is done. Here, the switching element mainly uses an NMOS transistor whose switching operation is controlled by a gate control signal.
그리고, 각각의 비트라인 BL에는 센스앰프 S/A가 연결되어 비트라인 BL으로부터 인가되는 셀 데이터를 센싱 및 증폭한다. 또한, 센스앰프 S/A는 2개의 비트라인 BL에 의해 공유된다. A sense amplifier S / A is connected to each bit line BL to sense and amplify cell data applied from the bit line BL. In addition, the sense amplifier S / A is shared by two bit lines BL.
이러한 디램은 커패시터 C에 전하를 저장한 후, 비트라인 BL을 통해 센스앰프 S/A에 인가되는 전압의 변화를 센싱하여 데이터 "1"과 데이터 "0"을 구분하게 된다. 디램은 비트라인 BL에 걸리는 전압의 미세한 변화를 읽어야 하기 때문에 커패시터 C에는 수입 fF 가량의 정전 용량이 필요하다. The DRAM stores charge in the capacitor C and senses a change in the voltage applied to the sense amplifier S / A through the bit line BL to distinguish data “1” from data “0”. Since the DRAM needs to read minute changes in the voltage across the bitline BL, capacitor C requires about fF of capacitance.
그런데, 종래의 디램은 휘발성이면서 리프레쉬 주기가 짧기 때문에 리프레쉬 동작을 자주 수행하게 된다. 즉, 디램의 경우 커패시터 C에 저장된 전하(Charge)가 시간이 흐름에 따라 누설된다. 이에 따라, 이를 주기적으로 읽고 쓰는 리프레쉬 동작을 일정 주기(예를 들면, 64msec)로 수행하게 된다. 따라서, 리프레쉬 동작으로 인한 전력 소모가 크고 동작 성능이 저하된다. However, since the conventional DRAM is volatile and has a short refresh period, the refresh operation is frequently performed. That is, in the case of DRAM, the charge stored in the capacitor C leaks with time. Accordingly, the read and write refresh operation is performed periodically at a predetermined period (for example, 64 msec). Therefore, power consumption due to the refresh operation is large and operation performance is lowered.
한편, 마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 위상 변화 메모리(Phase Change Memory : PCM) 등의 비휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이터가 보존되는 특성을 갖는다. On the other hand, nonvolatile memories such as magnetic memory and phase change memory (PCM) have data processing speeds of about volatile random access memory (RAM), and preserve data even when the power is turned off. Has the property of being.
도 2a 및 도 2b는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자(4)를 설명하기 위한 도면이다. 2A and 2B are diagrams for explaining a conventional phase change resistor (PCR)
상 변화 저항 소자(4)는 탑(Top) 전극(1)과 버텀(Bottom) 전극(3) 사이에 위상 변화층(PCM; Phase Change Material;2)을 삽입하여 전압과 전류를 인가하면, 위상 변화층(2)에 고온이 유기되어 저항에 변화에 따른 전기 전도 상태가 변하게 된다. 여기서, 위상 변화층(2)의 재료로는 AglnSbTe가 주로 사용된다. 그리고, 위상 변화층(2)은 칼코겐(chalcogen) 원소 (S, Se, Te)를 주성분으로 하는 화합물(chalcogenide)을 이용하는데, 구체적으로 Ge-Sb-Te로 이루어진 게르마늄 안티몬 텔루르 합금물질(Ge2Sb2Te5)을 이용한다. When the phase
도 3a 및 도 3b는 종래의 상 변화 저항 소자의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for explaining the principle of a conventional phase change resistance element.
도 3a에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 저전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 결정화가 되기에 적당한 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 결정 상태(Crystalline phase)가 되어 저저항 상태의 물질이 된다. As shown in FIG. 3A, when a low current of less than or equal to a threshold flows through the phase
반면에, 도 3b에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 고전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 녹는 점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 비결정 상태가(Amorphous phase) 되어 고저항 상태의 물질이 된다. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a high current of more than a threshold flows through the phase
이와 같이 상 변화 저항 소자(4)는 두 저항의 상태에 대응하는 데이터를 불휘발성으로 저장할 수 있게 된다. 즉, 상 변화 저항 소자(4)가 저저항 상태일 경 우를 데이터 "1"이라 하고, 고저항 상태일 경우를 데이터 "0" 이라 하면 두 데이터의 로직 상태를 저장할 수 있다. As described above, the phase change
도 4 종래의 상 변화 저항 셀의 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the write operation of a conventional phase change resistance cell.
상 변화 저항 소자(4)의 탑 전극(1)과 버텀 전극(3) 사이에 일정 시간 동안 전류를 흘리게 되면 고 열이 발생하게 된다. 이에 따라, 탑 전극(1)과 버텀 전극(3)에 가해 준 온도 상태에 의해 위상 변화층(2)의 상태가 결정상과 비결정상으로 변하게 된다. When a current flows between the
이때, 일정 시간 동안 저 전류를 흘리게 되면 저온 가열 상태에 의해 결정상이 형성되어 저 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 세트(SET) 상태가 된다. 반대로, 일정 시간 동안 고 전류를 흘리게 되면 고온 가열 상태에 의해 비결정상이 형성되어 고 저항 소자인 상 변화 저항 소자(4)가 리셋(RESET) 상태가 된다. 따라서, 이 두 개의 상(Phase) 차이가 전기적인 저항 변화로 표현되어 나타나게 된다. At this time, when a low current flows for a predetermined time, a crystal phase is formed by a low temperature heating state, and the phase
이에 따라, 라이트 동작 모드시 세트(Set) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 낮은 전압을 긴 시간 동안 인가하게 된다. 반면에, 라이트 동작 모드시 리셋(Reset) 상태를 라이트 하기 위해 상 변화 저항 소자(4)에 높은 전압을 짧은 시간 동안 인가하게 된다. Accordingly, a low voltage is applied to the phase
그런데, 이러한 종래의 상 변화 메모리 장치는 비휘발성 특성을 갖지만, 실제 상황에서 시간이 지남에 따라 셀 데이터의 열화 조건이 발생하게 되어 데이터 유지(Retention) 수명에 한계가 있다. By the way, such a conventional phase change memory device has a non-volatile characteristic, but the deterioration condition of the cell data occurs over time in an actual situation, and thus the data retention life is limited.
이에 따라, 시간이 지남에 따라 셀 데이터 "1","0"에 대응하는 비트라인 BL 의 전류가 감소하게 된다. 따라서, 데이터 유지 특성이 저하되어 오랜 시간 동안 영구적으로 비휘발성 셀 저장 특성을 최상으로 유지하는 것이 어렵다. As a result, the current of the bit line BL corresponding to the cell data "1" and "0" decreases over time. Therefore, the data retention characteristics are degraded, making it difficult to permanently maintain the best nonvolatile cell storage characteristics for a long time.
본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다. The present invention has the following object.
첫째, 본 발명은 디램에 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자를 적용하여 셀의 구조를 개선함으로써 셀의 크기를 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다 First, an object of the present invention is to reduce the size of a cell by applying a phase change resistor (PCR) element to a DRAM to improve the structure of the cell.
둘째, 본 발명은 하나의 스위칭 소자와 하나의 상 변화 저항 소자를 갖는 반도체 메모리 장치를 구현하고 리프레쉬 동작을 수행하여, 데이터 유지 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Second, an object of the present invention is to implement a semiconductor memory device having one switching element and one phase change resistance element and perform a refresh operation to improve data retention characteristics.
셋째, 본 발명은 상 변화 메모리 장치에서 전원의 오프시 데이터를 그대로 보존할 수 있음과 동시에 특정 주기로 리프레쉬를 수행하여 열화된 셀 데이터를 복구함으로써 데이터 유지(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Third, an object of the present invention is to improve data retention characteristics by restoring deteriorated cell data by refreshing data at a specific cycle while preserving data when power is turned off in a phase change memory device. There is this.
넷째, 본 발명은 전원의 오프시 비휘발성 레지스터에 저장된 파라미터 정보에 따라 리프레쉬 동작을 수행함으로써 전원의 오프시에도 리프레쉬 정보를 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Fourth, an object of the present invention is to maintain the refresh information even when the power supply is turned off by performing the refresh operation according to the parameter information stored in the nonvolatile register when the power supply is turned off.
다섯째, 본 발명은 전원의 온/오프 시간을 합하여 전체 데이터 유지 시간으로 설정하게 되어 리프레쉬 동작을 자주 수행하지 않도록 함으로써 전력 소모를 감소시키고 동작성능을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Fifth, an object of the present invention is to set the total data holding time by adding the on / off time of the power source so that the refresh operation is not frequently performed, thereby reducing power consumption and improving operation performance.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치는, 상 변화 저항 셀을 포함하여 데이터의 리드/라이트가 이루어지는 셀 어레이; 셀 어레이의 정보를 저장하는 레지스터; 및 셀 어레이에 저장된 데이터의 유지 특성을 개선하기 위해 레지스터에 저장된 정보를 이용하여 특정 리프레쉬 주기로 리프레쉬 동작을 수행하는 리프레쉬 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device including a cell array including a phase change resistance cell to read / write data; A register for storing information of the cell array; And refresh control means for performing a refresh operation at a specific refresh cycle by using information stored in a register to improve retention characteristics of data stored in the cell array.
또한, 본 발명은 상 변화 저항 셀을 포함하여 데이터의 리드/라이트가 이루어지는 셀 어레이; 및 셀 어레이에 저장된 데이터의 유지 특성을 개선하기 위해 레지스터에 저장된 정보를 이용하여 특정 리프레쉬 주기로 리프레쉬 동작을 수행하는 리프레쉬 제어 수단을 포함하고, 셀 어레이는 셀 구동 전압을 공급하는 리드/라이트 비트라인; 리드/라이트 비트라인과 연결되어 워드라인에 의해 제어되는 선택 스위치; 선택 스위치와 소스라인 사이에 직렬 연결되어 셀 구동 전압에 따라 데이터의 리드/라이트가 이루어지는 복수개의 상 변화 저항 셀; 및 복수개의 상 변화 저항 셀과 각각 병렬 연결되어 복수개의 비트라인에 의해 선택적으로 제어되는 복수개의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention provides a cell array including read / write of data, including a phase change resistance cell; And refresh control means for performing a refresh operation at a specific refresh cycle using information stored in a register to improve retention characteristics of data stored in the cell array, wherein the cell array comprises: a read / write bit line for supplying a cell driving voltage; A select switch connected to the read / write bit line and controlled by the word line; A plurality of phase change resistance cells connected in series between the selection switch and the source line to read / write data according to the cell driving voltage; And a plurality of switching elements connected in parallel with each of the plurality of phase change resistance cells and selectively controlled by the plurality of bit lines.
또한, 본 발명의 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법은, 비트라인을 통해 인가되는 전류의 크기에 따라 변화되는 결정화 상태를 감지하여 저항의 변화에 대응하는 데이터를 저장하는 상 변화 저항 소자를 포함하는 셀 어레이에 데이터를 리드/라이트하는 단계; 및 셀 어레이에 저장된 데이터의 유지 특성을 개선하기 위해 특정 리프레쉬 주기로 셀 어레이의 데이터를 리프레쉬 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the refresh method of the semiconductor memory device of the present invention, the cell array including a phase change resistance element for detecting the crystallization state changes according to the magnitude of the current applied through the bit line to store data corresponding to the change in resistance Reading / writing data to the; And refreshing the data in the cell array at specific refresh cycles to improve retention characteristics of the data stored in the cell array.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram illustrating a memory cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명의 반도체 메모리 장치는, 로오 방향으로 복수개의 비트라인 BL이 배열되고, 컬럼 방향으로 복수개의 워드라인 WL 및 복수개의 소스라인 SL이 배열된다. 그리고, 복수개의 워드라인 WL 및 복수개의 소스라인 SL과, 복수개의 비트라인 BL이 교차하는 영역에 복수개의 단위 셀 UC이 각각 형성된다. In the semiconductor memory device of the present invention, a plurality of bit lines BL are arranged in the row direction, and a plurality of word lines WL and a plurality of source lines SL are arranged in the column direction. A plurality of unit cells UC are formed in regions where the plurality of word lines WL, the plurality of source lines SL, and the plurality of bit lines BL intersect.
각각의 단위 셀 UC은 하나의 스위칭 소자 T와 하나의 저항 소자를 포함한다. 여기서, 저항 소자는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 또는 ReRAM(Resistive random access memory device)의 RSD(Resistive Switch Device)로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 저항 소자가 상 변화 저항 소자 PCR(Phase Change Resistor)로 이루어진 것을 그 실시예로 설명하고자 한다. Each unit cell UC includes one switching element T and one resistive element. Here, the resistive element may be made of a magnetic tunnel junction (MTJ) or a resistive switch device (RSD) of a resistive random access memory device (ReRAM). In the present invention, the resistive element is made of a phase change resistive element PCR Will be described by way of example.
하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 저항 소자가 전류 또는 전압의 크기에 따라 변화되는 저항값에 대응하여 데이터를 판별하는 그 어떠한 소자로 이루어질 수도 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the resistive element may be made of any element that discriminates data in response to a resistance value changed according to the magnitude of the current or the voltage.
스위칭 소자 T는 워드라인 WL의 상태에 따라 스위칭 동작하여 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR를 선택적으로 연결한다. 그리고, 상 변화 저항 소자 PCR는 스위칭 소자 T의 일단과 비트라인 BL 사이에 연결된다. 여기서, 스위칭 소자는 게 이트 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 NMOS트랜지스터를 주로 사용한다.The switching element T selectively switches between the source line SL and the phase change resistance element PCR by switching according to the state of the word line WL. The phase change resistance element PCR is connected between one end of the switching element T and the bit line BL. Here, the switching element mainly uses an NMOS transistor whose switching operation is controlled by a gate control signal.
그리고, 각각의 비트라인 BL에는 이와 일대일 대응하는 센스앰프 S/A가 연결되어 비트라인 BL으로부터 인가되는 셀 데이터를 센싱 및 증폭한다. 이에 따라, 셀 데이터 "1"과 데이터 "0"을 구분할 수 있게 된다. One-to-one corresponding sense amplifier S / A is connected to each bit line BL to sense and amplify cell data applied from the bit line BL. Accordingly, the cell data "1" and the data "0" can be distinguished.
또한, 라이트 구동부 W/D는 비트라인 BL과 일대일 대응하여 연결된다. 라이트 구동부 W/D는 메모리 셀에 데이터를 라이트할 경우 라이트 데이터에 따라 구동 전압을 생성하여 비트라인 BL에 공급한다. 또한, 레지스터 REG는 센스앰프 S/A의 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 임시 기억 장치로, 각각의 비트라인 BL과 연결된다. In addition, the write driver W / D is connected in one-to-one correspondence with the bit line BL. When writing data to a memory cell, the write driver W / D generates a driving voltage according to the write data and supplies the driving voltage to the bit line BL. In addition, the register REG is a temporary storage device for temporarily storing the data of the sense amplifier S / A and is connected to each bit line BL.
도 6a는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 하이 데이터 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 6A is a diagram for describing a high data write operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "1"의 라이트 동작 모드시 워드라인 WL에 셀 활성화 전압인 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리셋 라이트 전압인 펌핑전압 VPP을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. First, in the write operation mode of the data "1", a high voltage (power supply voltage or pumping voltage), which is a cell activation voltage, is applied to the word line WL, a pumping voltage VPP, which is a reset write voltage, is applied to the bit line BL, and a source line SL. Apply ground voltage GND.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이 상태에서 소스라인 SL의 전압보다 비트라인 BL의 전압이 높아지게 될 경우 비트라인 BL에 인가되는 펌핑전압 VPP에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 리셋(Reset) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "1"을 저장할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. In this state, when the voltage of the bit line BL becomes higher than the voltage of the source line SL, the phase change resistance element PCR is reset according to the pumping voltage VPP applied to the bit line BL. Thus, data "1" can be stored in the phase change resistance element PCR.
도 6b는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 로우 데이터 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 6B is a view for explaining a low data write operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "0"의 라이트 동작 모드시 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. 그리고, 비트라인 BL에 펌핑전압 VPP 레벨로부터 단계적으로 낮은 전압 레벨을 갖는 세트 라이트 전압을 인가한다. First, a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL in the write operation mode of the data "0", and the ground voltage GND is applied to the source line SL. Then, a set write voltage having a low voltage level is applied to the bit line BL step by step from the pumping voltage VPP level.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 세트(Set) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "0"을 저장할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. In this state, the phase change resistance element PCR is in a set state according to the set write voltage in the form of a stepwise pulse applied to the bit line BL. Thus, data "0" can be stored in the phase change resistance element PCR.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a data read operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터의 리드 동작 모드시 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. First, in the data read operation mode, a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL, a read voltage Vread is applied to the bit line BL, and a ground voltage GND is applied to the source line SL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "0" 또는 데이터 "1"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. Accordingly, data "0" or data "1" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
도 8a는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 하이 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면이다. 8A is a diagram for describing a high data refresh operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "1"의 리프레쉬 동작 모드시 리드 구간 t0에서 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. First, in the refresh operation mode of the data "1", a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL in the read period t0, the read voltage Vread is applied to the bit line BL, and the ground voltage GND to the source line SL. Is applied.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "1"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. Accordingly, the data "1" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
이후에, 재저장 구간 t1에서 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드된 데이터 "1"을 라이트 하기 위한 펌핑전압 VPP을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. Subsequently, a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL in the resave period t1, and a pumping voltage VPP for writing the data "1" read in the bit line BL is applied to the source line SL. Apply ground voltage GND.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이 상태에서 소스라인 SL의 전압보다 비트라인 BL의 전압이 높아지게 될 경우 비트라인 BL에 인가되는 펌핑전압 VPP에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 리셋(Reset) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "1"을 재저장할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. In this state, when the voltage of the bit line BL becomes higher than the voltage of the source line SL, the phase change resistance element PCR is reset according to the pumping voltage VPP applied to the bit line BL. As a result, data "1" can be restored in the phase change resistance element PCR.
도 8b는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 로우 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면이다. 8B is a view for explaining a row data refresh operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "0"의 리프레쉬 동작 모드시 리드 구간 t0에서 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. First, in the refresh operation mode of the data "0", a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL in the read period t0, the read voltage Vread is applied to the bit line BL, and the ground voltage GND to the source line SL. Is applied.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴 온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "0"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. Accordingly, the data "0" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
이후에, 재저장 구간 t1에서 워드라인 WL에 하이 전압(전원전압 또는 펌핑전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드된 데이터 "0"을 라이트 하기 위해 펌핑전압 VPP으로부터 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압을 인가하며, 소스라인 SL에 그라운드 전압 GND을 인가한다. Subsequently, in the restoring period t1, a high voltage (power supply voltage or pumping voltage) is applied to the word line WL, and in the form of a pulse that is gradually lowered from the pumping voltage VPP to write the data "0" read to the bit line BL. The set write voltage is applied, and the ground voltage GND is applied to the source line SL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 하이 전압에 따라 스위칭 소자 T가 턴온되어 소스라인 SL과 상 변화 저항 소자 PCR가 서로 연결된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 세트(Set) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "0"을 재저장할 수 있게 된다. In this case, the switching element T is turned on according to the high voltage applied to the word line WL so that the source line SL and the phase change resistance element PCR are connected to each other. In this state, the phase change resistance element PCR is in a set state according to the set write voltage in the form of a stepwise pulse applied to the bit line BL. As a result, data "0" can be restored in the phase change resistance element PCR.
도 9는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 다른 실시예이다. 9 is another embodiment of a cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 복수개의 비트라인 BL이 로오 방향으로 배치되고, 복수개의 워드라인 WL이 컬럼 방향으로 배치된다. 그리고, 복수개의 비트라인 BL과, 복수개의 워드라인 WL이 서로 교차하는 영역에 단위 셀 UC이 형성된다. In the present invention, a plurality of bit lines BL are arranged in a row direction, and a plurality of word lines WL are arranged in a column direction. The unit cell UC is formed in an area where the plurality of bit lines BL and the plurality of word lines WL cross each other.
여기서, 단위 셀 UC은 상 변화 저항 소자 PCR와 다이오드 D를 포함한다. 다이오드 D는 PN 다이오드 소자로 이루어짐이 바람직하다. 상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극은 비트라인 BL과 연결되고, 다른 한쪽 전극은 다이오드 D의 P형 영역에 연결된다. 다이오드 D의 N형 영역은 워드라인 WL에 연결된다. 이러한 비트라인 BL에 흐르는 세트 전류 Iset, 리셋 전류 Ireset에 따라 상 변화 저항 소자 PCR의 상(Phase)이 변화되어 데이터를 라이트할 수 있게 된다. Here, the unit cell UC includes a phase change resistance element PCR and a diode D. The diode D is preferably made of a PN diode element. One electrode of the phase change resistance element PCR is connected to the bit line BL, and the other electrode is connected to the P-type region of the diode D. The N-type region of diode D is connected to wordline WL. The phase of the phase change resistance element PCR is changed according to the set current Iset and the reset current Ireset flowing in the bit line BL, so that data can be written.
그리고, 각각의 비트라인 BL에는 이와 일대일 대응하는 센스앰프 S/A가 연결되어 비트라인 BL으로부터 인가되는 셀 데이터를 센싱 및 증폭한다. 이에 따라, 셀 데이터 "1"과 데이터 "0"을 구분할 수 있게 된다. One-to-one corresponding sense amplifier S / A is connected to each bit line BL to sense and amplify cell data applied from the bit line BL. Accordingly, the cell data "1" and the data "0" can be distinguished.
또한, 라이트 구동부 W/D는 비트라인 BL과 일대일 대응하여 연결된다. 라이트 구동부 W/D는 메모리 셀에 데이터를 라이트할 경우 라이트 데이터에 따라 구동 전압을 생성하여 비트라인 BL에 공급한다. 또한, 레지스터 REG는 센스앰프 S/A의 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 임시 기억 장치로, 각각의 비트라인 BL과 연결된다. In addition, the write driver W / D is connected in one-to-one correspondence with the bit line BL. When writing data to a memory cell, the write driver W / D generates a driving voltage according to the write data and supplies the driving voltage to the bit line BL. In addition, the register REG is a temporary storage device for temporarily storing the data of the sense amplifier S / A and is connected to each bit line BL.
도 10a는 도 9의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 하이 데이터 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 10A is a diagram for describing a high data write operation of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 9.
먼저, 데이터 "1"의 라이트 동작 모드시 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 펌핑전압 VPP을 인가한다. First, in the write operation mode of the data "1", a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL, and the pumping voltage VPP is applied to the bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 펌핑전압 VPP에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 리셋(Reset) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "1"을 저장할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. In this state, the phase change resistance element PCR is reset according to the pumping voltage VPP applied to the bit line BL. Thus, data "1" can be stored in the phase change resistance element PCR.
도 10b는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 로우 데이터 라이트 동작을 설명하기 위한 도면이다. 10B is a view for explaining a low data write operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "0"의 라이트 동작 모드시 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 펌핑전압 VPP 레벨로부터 단계적으로 낮아지는 전압 레벨을 갖는 세트 라이트 전압을 인가한다. First, in the write operation mode of the data "0", a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL, and a set write voltage having a voltage level gradually lowered from the pumping voltage VPP level is applied to the bit line BL. do.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 세트(Set) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "0"을 저장할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. In this state, the phase change resistance element PCR is in a set state according to the set write voltage in the form of a stepwise pulse applied to the bit line BL. Thus, data "0" can be stored in the phase change resistance element PCR.
도 11은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 리드 동작을 설명하기 위한 도면이다. 11 is a view for explaining a data read operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터의 리드 동작 모드시 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가한다. First, in the data read operation mode, a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL, and a read voltage Vread is applied to the bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "0" 또는 데이터 "1"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. Accordingly, data "0" or data "1" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
도 12a는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 하이 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면이다. 12A is a diagram for describing a high data refresh operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "1"의 리프레쉬 동작 모드시 리드 구간 t0에서 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가한다. First, in the refresh operation mode of the data "1", a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL in the read period t0, and the read voltage Vread is applied to the bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "1"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. Accordingly, the data "1" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
이후에, 재저장 구간 t1에서 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 리드된 데이터 "1"을 라이트 하기 위한 펌핑전압 VPP을 비트라인 BL에 인가한다. Subsequently, a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL in the resave period t1, and a pumping voltage VPP for writing the read data "1" is applied to the bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 펌핑전압 VPP에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 리셋(Reset) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "1"을 재저장할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. In this state, the phase change resistance element PCR is reset according to the pumping voltage VPP applied to the bit line BL. As a result, data "1" can be restored in the phase change resistance element PCR.
도 12b는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 로우 데이터 리프레쉬 동작을 설명하기 위한 도면이다. 12B is a view for explaining a row data refresh operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 데이터 "0"의 리프레쉬 동작 모드시 리드 구간 t0에서 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 비트라인 BL에 리드전압 Vread을 인가한다. First, in the refresh operation mode of the data "0", a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL in the read period t0, and the read voltage Vread is applied to the bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 저장된 데이터 "0"을 센싱할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. Accordingly, the data "0" stored in the phase change resistance element PCR can be sensed.
이후에, 재저장 구간 t1에서 워드라인 WL에 로우 전압(접지전압 또는 그라운드 전압)을 인가하고, 리드된 데이터 "0"을 라이트 하기 위해 펌핑전압 VPP으로부터 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압을 비트라인 BL에 인가한다. Subsequently, in the restoring period t1, a low voltage (ground voltage or ground voltage) is applied to the word line WL, and a set write voltage in the form of a pulse which is gradually lowered from the pumping voltage VPP to write the read data "0" is applied. Applies to bit line BL.
이러한 경우, 워드라인 WL에 인가되는 로우 전압에 따라 비트라인 BL과, 다이오드 D 및 상 변화 저항 소자 PCR 간의 전류 경로가 형성된다. 이 상태에서 비트라인 BL에 인가되는 단계적으로 낮아지는 펄스 형태의 세트 라이트 전압에 따라 상 변화 저항 소자 PCR가 세트(Set) 상태가 된다. 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에 데이터 "0"을 재저장할 수 있게 된다. In this case, a current path is formed between the bit line BL and the diode D and the phase change resistance element PCR according to the low voltage applied to the word line WL. In this state, the phase change resistance element PCR is in a set state according to the set write voltage in the form of a stepwise pulse applied to the bit line BL. As a result, data "0" can be restored in the phase change resistance element PCR.
도 13은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이에 관한 다른 실시예이다. 13 is another embodiment of a cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 선택 스위치 N1와, 복수개의 상 변화 저항 셀 PCR1~PCRn 및 복수개의 스위칭 소자 N2~N5를 포함한다. The present invention includes a selection switch N1, a plurality of phase change resistance cells PCR1 to PCRn and a plurality of switching elements N2 to N5.
여기서, 선택 스위치 N1와 복수개의 스위칭 소자 N2~N5는 NMOS트랜지스터로 이루어지는 것이 바람직하다. 선택 스위치 N1는 리드/라이트 비트라인 RWBL과 단위 셀 UC1 사이에 연결되어 게이트 단자가 워드라인 WL과 연결된다. Here, it is preferable that the selection switch N1 and the plurality of switching elements N2 to N5 consist of NMOS transistors. The select switch N1 is connected between the read / write bitline RWBL and the unit cell UC1 so that the gate terminal is connected to the wordline WL.
그리고, 각각의 단위 셀 UC1은 하나의 상 변화 저항 셀 PCR1과 하나의 스위칭 소자 N2가 병렬로 연결된다. 상 변화 저항 셀 PCR1의 한쪽 전극은 스위칭 소자 N2의 소스 단자와 연결되고, 상 변화 저항 셀 PCR1의 다른 쪽 전극은 스위칭 소자 N2의 드레인 단자와 연결된다. 또한, 스위칭 소자 N2~N5의 게이트 단자는 복수개의 비트라인 BL1~BLn에 일대일 대응하여 연결된다. In each unit cell UC1, one phase change resistance cell PCR1 and one switching element N2 are connected in parallel. One electrode of the phase change resistance cell PCR1 is connected to the source terminal of the switching element N2, and the other electrode of the phase change resistance cell PCR1 is connected to the drain terminal of the switching element N2. In addition, the gate terminals of the switching elements N2 to N5 are connected one-to-one to the plurality of bit lines BL1 to BLn.
또한, 복수개의 상 변화 저항 셀 RCR1~RCRn 들은 선택 스위치 N1와 소스 라인 SL 사이에서 서로 직렬 연결된다. 즉, 한 개의 상 변화 저항 셀 PCR1의 소스 단자는 인접한 상 변화 저항 셀 PCR2의 드레인 단자에 연결된다. 직렬 연결된 복수개의 상 변화 저항 셀 RCR1~PCRn들 중 첫 번째 상 변화 저항 셀 PCR1은 선택 스위치 N1에 연결되고, 마지막 상 변화 저항 셀 PCRn은 소스라인 SL에 연결된다. In addition, the plurality of phase change resistance cells RCR1 to RCRn are connected in series with each other between the select switch N1 and the source line SL. That is, the source terminal of one phase change resistance cell PCR1 is connected to the drain terminal of the adjacent phase change resistance cell PCR2. The first phase change resistance cell PCR1 of the plurality of phase change resistance cells RCR1 to PCRn connected in series is connected to the selection switch N1, and the last phase change resistance cell PCRn is connected to the source line SL.
여기서, 본 발명은 선택 스위치 N1와, 복수개의 스위칭 소자 N2~N5가 NMOS트랜지스터 이루어진 것을 그 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, PMOS트랜지스터, 바이폴라 정션 트랜지스터 또는 PNPN 다이오드 스위치로 이루어질 수도 있다. Herein, the present invention has been described in the embodiment that the selection switch N1 and the plurality of switching elements N2 to N5 are NMOS transistors. However, the present invention is not limited thereto, but the PMOS transistor, the bipolar junction transistor, or the PNPN diode switch is used. It may be.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 회로도 및 리드 모드시의 동작 파형도이다. 14A and 14B are circuit diagrams of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 13 and operational waveform diagrams in a read mode.
본 발명에서는 리드 모드시 상 변화 저항 셀 PCR1과 스위칭 소자 N2를 포함하는 첫 번째 단위 셀이 선택된 경우를 가정한다. 이러한 경우 선택된 셀과 연결되는 비트라인 BL1에 로우 전압이 인가되어 선택된 단위 셀은 오프 상태를 유지하게 된다. 그리고, 나머지 비선택된 셀과 연결된 비트라인 BL2~BLn 들에 하이 전압이 인가되어 비선택된 단위 셀 들은 모두 온 상태를 유지하게 된다. In the present invention, it is assumed that the first unit cell including the phase change resistance cell PCR1 and the switching element N2 is selected in the read mode. In this case, a low voltage is applied to the bit line BL1 connected to the selected cell to maintain the selected unit cell in an off state. In addition, a high voltage is applied to the bit lines BL2 to BLn connected to the remaining unselected cells so that all unselected unit cells remain on.
먼저, t0 구간에서는 워드라인 WL, 리드/라이트 비트라인 RWBL, 소스라인 SL 및 복수개의 비트라인 BL1~BLn 들은 모두 로우 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 선택 스위치 N1가 턴오프 상태를 유지하게 되어 단위 셀과 리드/라이트 비트라인 RWBL 과의 연결이 차단된다. First, in the t0 period, the word line WL, the read / write bit line RWBL, the source line SL, and the plurality of bit lines BL1 to BLn all maintain the low level. As a result, the selection switch N1 is maintained in the turn-off state, thereby disconnecting the unit cell from the read / write bit line RWBL.
이후에, 리드 구간 t1의 진입시 워드라인 WL이 하이 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 선택 스위치 N1가 턴온되어 선택된 단위 셀의 상 변화 저항 셀 PCR1이 리드/라이트 비트라인 RWBL과 연결된다. Subsequently, upon entering the read period t1, the word line WL transitions to a high level. Accordingly, the select switch N1 is turned on to connect the phase change resistance cell PCR1 of the selected unit cell with the read / write bit line RWBL.
이때, 소스 라인 SL은 그라운드 전압 레벨을 유지하게 된다. 그리고, 선택 셀과 연결된 비트라인 BL1에 그라운드 전압이 인가되어 스위칭 소자 N2가 턴오프 상태를 유지하게 된다. At this time, the source line SL maintains the ground voltage level. In addition, the ground voltage is applied to the bit line BL1 connected to the selection cell to maintain the switching element N2 in the turn-off state.
그리고, 비선택된 셀과 연결된 나머지 비트라인 BL2~BLn 들은 하이 전압 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 나머지 비트라인 BL2~BLn 들과 연결된 스위칭 소자 N3~N5는 모두 턴온되어, 상 변화 저항 셀 PCR1과 소스 라인 SL 사이에서 직렬 연결된 상태가 된다. Then, the remaining bit lines BL2 to BLn connected to the unselected cell transition to the high voltage level. As a result, all of the switching elements N3 to N5 connected to the remaining bit lines BL2 to BLn are turned on to be in series connection between the phase change resistance cell PCR1 and the source line SL.
또한, 리드/라이트 비트라인 RWBL에 셀 구동 전압 중 데이터를 센싱하기 위한 센싱 전압 Vsense을 인가한다. 이에 따라, 선택된 단위 셀에 해당하는 상 변화 저항 셀 PCR1에서 리드된 전류가 리드/라이트 비트라인 RWBL과 소스 라인 SL 사이에 흐르게 된다. In addition, a sensing voltage Vsense for sensing data among cell driving voltages is applied to the read / write bit line RWBL. Accordingly, the current read in the phase change resistance cell PCR1 corresponding to the selected unit cell flows between the read / write bit line RWBL and the source line SL.
도 15a 및 도 15b는 도 13의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 회로도 및 라이트 모드시의 동작 파형도이다. 15A and 15B are circuit diagrams of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of FIG. 13 and operational waveform diagrams in a write mode.
본 발명에서는 라이트 모드시 선택 스위치 N1과 소스 라인 SL 사이에 연결된 모든 단위 셀이 선택된 경우를 가정한다. 이러한 경우 모든 단위 셀과 연결되는 비트라인 BL1~BLn 들에 인가되는 전압을 선택적으로 조정하여 해당 데이터를 복수개의 상 변화 저항 셀 PCR1~PCRn에 동시에 라이트 하게 된다. In the present invention, it is assumed that all unit cells connected between the selection switch N1 and the source line SL are selected in the write mode. In this case, the voltages applied to the bit lines BL1 to BLn connected to all the unit cells are selectively adjusted to simultaneously write the corresponding data to the plurality of phase change resistance cells PCR1 to PCRn.
먼저, t0 구간에서는 워드라인 WL, 리드/라이트 비트라인 RWBL, 소스라인 SL 및 복수개의 비트라인 BL1~BLn 들은 모두 로우 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 선택 스위치 N1가 턴오프 상태를 유지하게 되어 단위 셀과 리드/라이트 비트라인 RWBL 과의 연결이 차단된다. First, in the t0 period, the word line WL, the read / write bit line RWBL, the source line SL, and the plurality of bit lines BL1 to BLn all maintain the low level. As a result, the selection switch N1 is maintained in the turn-off state, thereby disconnecting the unit cell from the read / write bit line RWBL.
이후에, 라이트 구간 t1의 진입시 워드라인 WL이 하이 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 선택 스위치 N1가 턴온되어 모든 단위 셀 중 상 변화 저항 셀 PCR1이 리드/라이트 비트라인 RWBL과 연결된다. Thereafter, the word line WL transitions to a high level when the write period t1 is entered. Accordingly, the select switch N1 is turned on so that the phase change resistance cell PCR1 of all the unit cells is connected to the read / write bit line RWBL.
이때, 소스 라인 SL은 그라운드 전압 레벨을 유지하게 된다. 그리고, 리드/라이트 비트라인 RWBL에 셀 구동 전압 중 데이터를 라이트 하기 위한 라이트 전압 Vwrite을 인가한다. 이에 따라, 모든 상 변화 저항 셀 PCR1~PCRn에 해당하는 데이터를 각각 동시에 라이트할 수 있게 된다. At this time, the source line SL maintains the ground voltage level. The write voltage Vwrite for writing data among the cell driving voltages is applied to the read / write bit line RWBL. As a result, data corresponding to all the phase change resistance cells PCR1 to PCRn can be written at the same time.
예를 들어, 상 변화 저항 셀 PCR1에 세트(Set) 상태, 즉, 데이터 "0"을 라이트 할 경우, 상 변화 저항 셀 PCR1과 연결된 비트라인 BL1이 하이 전압 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 스위칭 소자 N2가 턴온 되어 선택 스위치 N1를 통해 인가되는 라이트 전압 Vwrite이 상 변화 저항 셀 PCR1과 스위칭 소자 N2에 인가된다. For example, when the set state, that is, data "0", is written to the phase change resistance cell PCR1, the bit line BL1 connected to the phase change resistance cell PCR1 transitions to a high voltage level. Thus, the switching element N2 is turned on and the write voltage Vwrite applied through the selection switch N1 is applied to the phase change resistance cell PCR1 and the switching element N2.
따라서, 라이트 전류가 상 변화 저항 셀 PCR1과 스위칭 소자 N2에 나누어 흐르게 된다. 이러한 경우 상 변화 저항 셀 PCR1에 흐르는 전류는 전체 전류에 비해 작아지게 되어 상 변화 저항 셀 PCR1에 데이터 "0"이 라이트 된다. 즉, 선택 스위치 N1에 흐르는 전체 전류를 리셋 전류(Reset current)로 가정할 경우, 상 변화 저항 셀 PCR1에 리셋 전류보다 낮은 세트 전류(Set current)가 흐르게 된다. Therefore, the write current flows into the phase change resistance cell PCR1 and the switching element N2. In this case, the current flowing through the phase change resistance cell PCR1 becomes smaller than the total current, and data "0" is written to the phase change resistance cell PCR1. That is, assuming that the total current flowing through the select switch N1 is a reset current, a set current lower than the reset current flows through the phase change resistance cell PCR1.
그리고, 상 변화 저항 셀 PCR2에 리셋(Reset) 상태, 즉, 데이터 "1"을 라이트 할 경우, 상 변화 저항 셀 PCR2과 연결된 비트라인 BL2이 로우 전압 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 스위칭 소자 N3가 턴오프 되어 선택 스위치 N1를 통해 인가되는 라이트 전압 Vwrite이 상 변화 저항 셀 PCR2과 스위칭 소자 N3에 인가된다. When the reset state, that is, data "1", is written to the phase change resistance cell PCR2, the bit line BL2 connected to the phase change resistance cell PCR2 maintains the low voltage level. Accordingly, the switching element N3 is turned off and the write voltage Vwrite applied through the selection switch N1 is applied to the phase change resistance cell PCR2 and the switching element N3.
따라서, 라이트 전류가 상 변화 저항 셀 PCR2에만 흐르게 된다. 이러한 경우 상 변화 저항 셀 PCR2에 흐르는 전류는 전체 전류에 해당하게 되어 상 변화 저항 셀 PCR2에 데이터 "1"이 라이트 된다. 즉, 선택 스위치 N1에 흐르는 전체 전류를 리셋 전류(Reset current)로 가정할 경우, 상 변화 저항 셀 PCR2에 리셋 전류가 흐르게 된다. Therefore, the write current flows only in the phase change resistance cell PCR2. In this case, the current flowing through the phase change resistance cell PCR2 corresponds to the total current, and data "1" is written to the phase change resistance cell PCR2. That is, assuming that the entire current flowing through the selector switch N1 is a reset current, the reset current flows through the phase change resistance cell PCR2.
또한, 상 변화 저항 셀 PCRn-1에 세트(Set) 상태, 즉, 데이터 "0"을 라이트 할 경우, 상 변화 저항 셀 PCRn-1과 연결된 비트라인 BLn-1이 하이 전압 레벨로 천이하게 된다. 이에 따라, 스위칭 소자 N4가 턴온 되어 선택 스위치 N1를 통해 인가되는 라이트 전압 Vwrite이 상 변화 저항 셀 PCRn-1과 스위칭 소자 N4에 인가된다. When the set state, that is, data "0", is written to the phase change resistance cell PCRn-1, the bit line BLn-1 connected to the phase change resistance cell PCRn-1 transitions to a high voltage level. Thus, the switching element N4 is turned on and the write voltage Vwrite applied through the selection switch N1 is applied to the phase change resistance cell PCRn-1 and the switching element N4.
따라서, 라이트 전류가 상 변화 저항 셀 PCRn-1과 스위칭 소자 N4에 나누어 흐르게 된다. 이러한 경우 상 변화 저항 셀 PCRn-1에 흐르는 전류는 전체 전류에 비해 작아지게 되어 상 변화 저항 셀 PCRn-1에 데이터 "0"이 라이트 된다. 즉, 선택 스위치 N1에 흐르는 전체 전류를 리셋 전류(Reset current)로 가정할 경우, 상 변화 저항 셀 PCRn-1에 리셋 전류보다 낮은 세트 전류(Set current)가 흐르게 된 다. Therefore, the write current flows into the phase change resistance cell PCRn-1 and the switching element N4. In this case, the current flowing in the phase change resistance cell PCRn-1 becomes smaller than the total current, and data "0" is written in the phase change resistance cell PCRn-1. That is, assuming that the total current flowing through the selection switch N1 is a reset current, a set current lower than the reset current flows in the phase change resistance cell PCRn-1.
그리고, 상 변화 저항 셀 PCRn에 리셋(Reset) 상태, 즉, 데이터 "1"을 라이트 할 경우, 상 변화 저항 셀 PCRn과 연결된 비트라인 BLn이 로우 전압 레벨을 유지하게 된다. 이에 따라, 스위칭 소자 N5가 턴오프 되어 선택 스위치 N1를 통해 인가되는 라이트 전압 Vwrite이 상 변화 저항 셀 PCRn과 스위칭 소자 N5에 인가된다. When the reset state, that is, data "1", is written to the phase change resistance cell PCRn, the bit line BLn connected to the phase change resistance cell PCRn maintains the low voltage level. As a result, the switching element N5 is turned off and the write voltage Vwrite applied through the selection switch N1 is applied to the phase change resistance cell PCRn and the switching element N5.
따라서, 라이트 전류가 상 변화 저항 셀 PCRn에만 흐르게 된다. 이러한 경우 상 변화 저항 셀 PCRn에 흐르는 전류는 전체 전류에 해당하게 되어 상 변화 저항 셀 PCRn에 데이터 "1"이 라이트 된다. 즉, 선택 스위치 N1에 흐르는 전체 전류를 리셋 전류(Reset current)로 가정할 경우, 상 변화 저항 셀 PCRn에 리셋 전류가 흐르게 된다. Therefore, the write current flows only in the phase change resistance cell PCRn. In this case, the current flowing through the phase change resistance cell PCRn corresponds to the total current, and data "1" is written to the phase change resistance cell PCRn. That is, assuming that the total current flowing through the selection switch N1 is a reset current, the reset current flows through the phase change resistance cell PCRn.
이와 같이, 선택 스위치 N1를 통해 흐르게 되는 전체 전류는 동일하고, 세트 상태가 라이트 되는 상 변화 저항 셀 PCR1,PCRn-1에는 작은 세트 전류가 흐르게 되며, 리셋 상태가 라이트 되는 상 변화 저항 셀 PCR2,PCRn에는 큰 리셋 전류가 흐르게 된다. In this way, the total current flowing through the selector switch N1 is the same, and a small set current flows in the phase change resistance cells PCR1 and PCRn-1 in which the set state is written, and the phase change resistance cells PCR2 and PCRn in which the reset state is written. Large reset current flows through it.
이러한 본 발명은 직렬 연결된 상 변화 저항 셀 PCR1~PCRn에 따라, 라이트 전류의 증가 없이 복수개의 상 변화 저항 셀 PCR1~PCRn에 동시에 데이터를 라이트할 수 있도록 한다. 이에 따라, 본 발명은 종래 기술에 비해 셀에 데이터를 라이트 하기 위한 라이트 전류의 크기를 1/N로 줄일 수 있게 된다. 그리고, 본 발명은 종래 기술에 비해 셀에 데이터를 라이트 하기 위한 라이트 시간을 1/N로 줄일 수 있게 된다. According to the present invention, data can be simultaneously written to a plurality of phase change resistance cells PCR1 to PCRn without increasing the write current according to the series-connected phase change resistance cells PCR1 to PCRn. Accordingly, the present invention can reduce the size of the write current for writing data to the cell to 1 / N, compared with the prior art. According to the present invention, the write time for writing data into a cell can be reduced to 1 / N, compared with the related art.
도 16은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이를 나타낸 도면이다. 16 illustrates a cell array of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 복수개의 리드/라이트 비트라인 RWBL1~RWBLn이 로오 방향으로 배열된다. 그리고, 복수개의 비트라인 BL1~BLn이 로오 방향으로 배열된다. 또한, 복수개의 워드라인 WL1~WLn이 컬럼 방향으로 배열된다. In the present invention, a plurality of read / write bit lines RWBL1 to RWBLn are arranged in the row direction. The plurality of bit lines BL1 to BLn are arranged in the row direction. Further, a plurality of word lines WL1 to WLn are arranged in the column direction.
또한, 복수개의 리드/라이트 비트라인 RWBL1~RWBLn과 복수개의 워드라인 WL1~WLn이 교차하는 영역에 선택 스위치 N1가 배열된다. 이러한 선택 스위치 N1는 로오 및 컬럼 방향으로 복수개 배열된다. Further, the selection switch N1 is arranged in an area where the plurality of read / write bit lines RWBL1 to RWBLn and the plurality of word lines WL1 to WLn intersect. A plurality of such selection switches N1 are arranged in the row and column directions.
그리고, 복수개의 비트라인 BL1~BLn과 복수개의 워드라인 WL1~WLn이 교차하는 영역에 단위 셀 UC이 배열된다. 이러한 단위 셀 UC은 로오 및 컬럼 방향으로 복수개 배열된다. 여기서, 하나의 리드/라이트 비트라인 RWBL은 복수개의 선택 스위치 N1에 의해 공유된다. 그리고, 하나의 소스 라인 SL은 복수개의 단위 셀 UC에 의해 공유된다. The unit cell UC is arranged in an area where the plurality of bit lines BL1 to BLn and the plurality of word lines WL1 to WLn intersect. A plurality of such unit cells UC are arranged in the row and column directions. Here, one read / write bitline RWBL is shared by the plurality of select switches N1. One source line SL is shared by a plurality of unit cells UC.
또한, 리드/라이트 비트라인 RWBL은 센스앰프 S/A 및 글로벌 라이트 구동부 GWD에 연결된다. 이에 따라, 센스앰프 S/A는 리드 동작 모드시 리드/라이트 비트라인 RWBL을 통해 인가되는 센싱 전압 Vsense을 센싱 및 증폭하게 된다. 그리고, 글로벌 라이트 구동부 GWD는 라이트 동작 모드시 리드/라이트 비트라인 RWBL에 라이트 전압 Vwrite을 공급하게 된다. In addition, the read / write bit line RWBL is connected to the sense amplifier S / A and the global write driver GWD. Accordingly, the sense amplifier S / A senses and amplifies the sensing voltage Vsense applied through the read / write bit line RWBL in the read operation mode. The global write driver GWD supplies the write voltage Vwrite to the read / write bit line RWBL in the write operation mode.
그리고, 각각의 비트라인 BL은 라이트 구동부 W/D에 연결된다. 이에 따라, 리드 또는 라이트 동작 모드시 라이트 구동부 W/D의 전압에 따라 비트라인 BL에 인가되는 전압을 선택적으로 제어하여 해당하는 단위 셀 UC을 선택하도록 한다. Each bit line BL is connected to the write driver W / D. Accordingly, the unit cell UC is selected by selectively controlling the voltage applied to the bit line BL according to the voltage of the write driver W / D in the read or write operation mode.
또한, 소스 라인 SL은 소스 구동부 SD에 연결된다. 이에 따라, 리드 또는 라이트 동작 모드시 소스 구동부 SD의 전압(그라운드 전압)에 따라 소스 라인 SL에 인가되는 전압을 선택적으로 조정할 수 있도록 한다. In addition, the source line SL is connected to the source driver SD. Accordingly, the voltage applied to the source line SL may be selectively adjusted according to the voltage (ground voltage) of the source driver SD in the read or write operation mode.
도 17은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 전체 구성도이다. 17 is an overall configuration diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 패드 어레이(100)와, 리프레쉬 제어수단(110)과, 로오 어드레스 레지스터(120)와, 로오 타이밍 로직(130)과, 로오 디코더(140)와, 셀 어레이(150)와, 리드/라이트 제어부(160)와, 컬럼 디코더(170)와, 컬럼 어드레스 레지스터(180)와, 컬럼 타이밍 로직(190)과, 리프레쉬 레지스터(200)와, 센스앰프 S/A, 레지스터 REG 및 라이트 구동부 W/D와, 입/출력 로직(210)과, I/O 레지스터(220)와, I/O 버퍼(230) 및 I/O 핀들(240)을 포함한다. The present invention provides the
여기서, 리프레쉬 제어수단(110)은 리프레쉬 제어부(Refresh Controller;111)와, 리프레쉬 카운터(Refresh Counter;112)를 포함한다. 그리고, 본 발명의 셀 어레이(150)는 도 5 내지 도 15a의 실시예들에 따른 상 변화 저항 셀 들 중 하나의 구조를 복수개 포함하는 형태로 구성된다. Here, the refresh control means 110 includes a
패드 어레이(100)는 복수개의 패드 PAD를 포함하며, 하나의 패드를 통해 로오 어드레스와 컬럼 어드레스를 입력받아 시간차를 두고 출력한다. 그리고, 리프레쉬 제어부(111)는 라스신호 /RAS, 카스신호 /CAS, 리드/라이트 명령 R,/W 및 리프레쉬 제어신호 REF_CON에 따라 리프레쉬 동작을 제어하기 위한 리프레쉬 신호 REF와 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN를 출력한다. 리프레쉬 카운터(112)는 리프레쉬 제어부(111)로부터 인가되는 리프레쉬 신호 REF와 리프레쉬 레지스터(200)로부터 인가되는 리프레쉬 제어신호 REF_CON에 따라 리프레쉬 주기를 카운팅하여 카운트 어드레스 CA를 출력한다. The
그리고, 로오 어드레스 레지스터(120)는 패드 어레이부(100)로부터 인가되는 로오 어드레스를 입력받아 임시 저장한다. 그리고, 로오 어드레스 레지스터(120)는 로오 타이밍 로직(130)의 출력 및 리드/라이트 제어부(160)로부터 인가되는 리드/라이트 제어신호 RWCON에 따라 활성화된 로오 어드레스 RADD를 로오 디코더(140)에 출력한다. 로오 타이밍 로직(130)은 라스신호 /RAS에 따라 로오 어드레스 레지스터(120)의 저장 동작 및 어드레스 출력 타이밍을 제어한다. 로오 디코더(140)는 로오 어드레스 레지스터(120)로부터 인가되는 활성화된 로오 어드레스 RADD를 디코딩하여 셀 어레이(150)에 출력한다. The
또한, 리드/라이트 제어부(160)는 라스신호 /RAS, 카스신호 /CAS, 리드/라이트 명령 R,/W에 따라 로오 어드레스 레지스터(120)에 리드/라이트 동작을 제어하기 위한 리드/라이트 제어신호 RWCON를 출력하고, 컬럼 디코더(170), 센스앰프 S/A, 레지스터 REG 및 라이트 구동부 W/D의 동작을 제어한다. The read /
그리고, 컬럼 디코더(170)는 리드/라이트 제어부(160)의 제어에 따라 컬럼 어드레스 레지스터(180)로부터 인가되는 컬럼 어드레스를 디코딩하여 입/출력 로직(210)에 출력한다. 컬럼 어드레스 레지스터(180)는 패드 어레이(100)로부터 인가되는 컬럼 어드레스를 입력받아 임시 저장하고 컬럼 타이밍 로직(190)의 제어에 따라 이를 컬럼 디코더(170)에 출력한다. The
또한, 컬럼 타이밍 로직(190)은 카스신호 /CAS에 따라 컬럼 어드레스 레지스터(180)의 저장 동작 및 어드레스 출력 타이밍을 제어한다. 그리고, 컬럼 어드레스 레지스터(180)는 리프레쉬 신호 REF의 활성화시 컬럼 타이밍 로직(190)의 제어에 따라 리프레쉬 데이터를 메모리 셀에 제공하게 된다. In addition, the
리프레쉬 레지스터(200)는 리프레쉬와 관련된 파라미터(Parameter)를 저장하기 위한 비휘발성 레지스터이다. 이러한 리프레쉬 레지스터(200)는 리프레쉬 카운트 정보와, 시스템 또는 내부 메모리의 파워-오프 시간에 관한 정보 및 기타 여러 가지 파라미터 정보를 저장하며, 리프레쉬 동작시 이러한 파라미터 정보에 근거하여 리프레쉬 제어신호 REF_CON를 출력한다. The
그리고, 센스앰프 S/A는 셀 데이터를 감지 및 증폭하여 데이터 "1"과, 데이터 "0"을 구별하기 위한 구성이다. 그리고, 라이트 구동부 W/D는 메모리 셀에 데이터를 라이트할 경우 라이트 데이터에 따라 구동 전압을 생성하여 비트라인에 공급하기 위한 구성이다. 또한, 레지스터 REG는 센스앰프 S/A에서 센싱된 데이터를 일시적으로 저장하고, 라이트 동작시 메모리 셀에 데이터를 다시 재저장하게 된다. The sense amplifier S / A is configured to detect and amplify cell data to distinguish data "1" from data "0". The write driver W / D is configured to generate a driving voltage according to the write data to supply the bit line when writing data to the memory cell. In addition, the register REG temporarily stores data sensed by the sense amplifier S / A, and re-stores the data in the memory cell during the write operation.
입/출력 로직(210)은 컬럼 디코더(170)의 출력과 리드/라이트 명령 R,/W에 따라 셀 어레이(150)에 저장된 데이터를 리드하거나, 셀 어레이(150)에 데이터를 저장한다. 여기서, 입/출력 로직(210)은 컬럼 선택신호(C/S)를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 입/출력 로직(210)은 출력 인에이블 신호 /OE에 따라 셀 어레이(150)에 저장된 데이터를 데이터 I/O 레지스터(220)에 출력한다. The input /
I/O 버퍼(230)는 리프레쉬 레지스터(200)의 제어에 따라 I/O 레지스터(220)에 저장된 리드 데이터 또는 I/O 핀들(240)을 통해 인가된 라이트 데이터를 버퍼링한다. I/O 핀들(240)은 I/O 버퍼(230)로부터 인가된 데이터를 데이터 버스를 통해 시스템 컨트롤러(300)에 출력하거나, 시스템 컨트롤러(300)로부터 데이터 버스를 통해 인가된 데이터를 I/O 버퍼(230)에 출력한다. The I /
도 18은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리드 동작 타이밍도 이고, 도 19는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 라이트 동작 타이밍도 이다. 18 is a timing diagram of the read operation of the semiconductor memory device according to the present invention, and FIG. 19 is a timing diagram of the write operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
상술된 구성을 갖는 본 발명의 동작 과정을 도 18 및 도 19의 동작 타이밍도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. An operation process of the present invention having the above-described configuration will now be described with reference to the operation timing diagrams of FIGS. 18 and 19.
먼저, 패드 어레이(100)는 복수개의 패드 PAD를 통해 로오 어드레스와 컬럼 어드레스를 입력받아 로오 어드레스 레지스터(120) 및 컬럼 어드레스 레지스터(180)에 각각 출력한다. 이후에, 로오 어드레스 레지스터(120) 및 컬럼 어드레스 레지스터(180)는 로오 타이밍 로직(130)과 컬럼 타이밍 로직(190)의 제어에 따라 타이밍 멀티플렉싱(Timing Multiplexing) 방법으로 일정 시간 차를 두고 로오 어드레스 및 컬럼 어드레스를 출력한다. First, the
이때, 도 18 및 도 19의 동작 타이밍도에서 보는 바와 같이, 로오 어드레스 레지스터(120)는 라스신호 /RAS에 동기하여 로오 어드레스를 임시 저장하고 활성화된 로오 어드레스 RADD를 로오 디코더(140)에 출력하게 된다. 이러한 로오 어드레스 RADD의 출력 동작시 컬럼 어드레스 레지스터(180)는 입력된 컬럼 어드레스를 임시 저장하게 된다. 18 and 19, the row address register 120 temporarily stores the row address in synchronization with the ras signal / RAS and outputs the activated row address RADD to the
반면에, 도 18 및 도 19의 동작 타이밍도에서 보는 바와 같이, 컬럼 어드레스 레지스터(180)는 카스신호 /CAS에 동기하여 컬럼 어드레스를 임시 저장하고 컬럼 디코더(170)에 출력하게 된다. 이러한 컬럼 어드레스의 출력 동작시 로오 어드레스 레지스터(120)는 입력된 로오 어드레스를 임시 저장하게 된다. 18 and 19, the column address register 180 temporarily stores the column address in synchronization with the cas signal / CAS and outputs the column address to the
이어서, 리드 동작 모드시 리드명령 R이 활성화된 상태에서 출력 인에이블 신호 /OE가 활성화되면 입/출력 로직(210)에 따라 셀 어레이(150)에 저장된 데이터가 I/O 레지스터(220)에 출력된다. 반면에, 라이트 동작 모드시 라이트 명령 /W이 활성화된 상태에서 출력 인에이블 신호 /OE가 비활성화되면 입/출력 로직(210)에 따라 셀 어레이(150)에 데이터를 저장하게 된다. Subsequently, when the output enable signal / OE is activated while the read command R is activated in the read operation mode, data stored in the
도 20은 도 17의 로오 어드레스 레지스터(120)에 관한 상세 구성도이다. 20 is a detailed configuration diagram illustrating the row address register 120 of FIG. 17.
로오 어드레스 레지스터(120)는 어드레스 버퍼 및 래치(121)와 선택부(122)를 포함한다. 여기서, 선택부는 멀티플렉서로 이루어지는 것이 바람직하다. The
어드레스 버퍼 및 래치(121)는 리드/라이트 제어부(160)로부터 인가되는 리드/라이트 제어신호 RWCON에 따라 패드 어레이(100)로부터 인가되는 로오 어드레스를 버퍼링하고 래치한다. 그리고, 선택부(122)는 리프레쉬 제어부(111)로부터 인가되는 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN의 활성화 상태에 따라 리프레쉬 카운터(112)로부터 인가되는 카운트 어드레스 CA 또는 어드레스 버퍼 및 래치(121)의 출력 중 어느 하나를 선택하여 활성화된 로오 어드레스 RADD를 로오 디코더(140)에 출력한다. The address buffer and the
즉, 로오 어드레스 레지스터(120)는 정상 동작시 패드 어레이(100)로부터 인 가되는 로오 어드레스를 선택하여 로오 디코더(140)에 출력한다. 그리고, 리프레쉬 동작 모드시 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN가 활성화되면 리프레쉬 카운터(112)로부터 인가되는 카운트 어드레스 CA를 선택하여 로오 디코더(140)에 출력한다. That is, the
도 21은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법에 관한 동작 타이밍도이다. 21 is an operation timing diagram relating to a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention.
리프레쉬 제어부(111)는 라스신호 /RAS, 카스신호 /CAS, 리드/라이트 명령 R,/W 및 리프레쉬 제어신호 REF_CON의 조합에 따라 리프레쉬 동작 명령이 인가되면 리프레쉬 동작을 수행하기 위한 리프레쉬 신호 REF를 리프레쉬 카운터(112)에 출력하고, 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN를 로오 어드레스 레지스터(120)에 출력한다. 또한, 리프레쉬 카운터(112)는 리프레쉬 제어부(111)로부터 인가되는 리프레쉬 신호 REF와 리프레쉬 제어신호 REF_CON에 따라 리프레쉬 주기를 카운팅하여 로오 어드레스 레지스터(120)에 카운트 어드레스 CA를 출력한다. The
리프레쉬 카운터(112)에서 출력된 카운트 어드레스 CA는 로오 어드레스 레지스터(120)에 저장된다. 이후에, 컬럼 타이밍 로직(190)은 카스신호 /CAS에 응답하여 컬럼 어드레스 레지스터(180)에 저장된 데이터를 컬럼 디코더(170)에 출력하게 된다. 그리고, 센스앰프 S/A가 활성화된 상태에서 입/출력 로직(210)을 통해 레지스터 REG에 저장된 리프레쉬 데이터를 셀 어레이(150)에 라이트하게 된다. The count address CA output from the
여기서, 리프레쉬 신호 REF는 라스신호 /RAS 및 카스신호 /CAS를 이용한 제어신호 일 수도 있다. 즉, 리프레쉬 신호 REF가 라스신호 /RAS 및 카스신호 /CAS 를 이용한 제어신호일 경우 카스 비포 라스(/CBR;/CAS Before /RAS) 방식을 사용하여 리프레쉬 동작을 수행하게 된다. Here, the refresh signal REF may be a control signal using the ras signal / RAS and the cas signal / CAS. That is, when the refresh signal REF is a control signal using the ras signal / RAS and the cas signal / CAS, the refresh operation is performed using a cas biphoras (/ CBR; / CAS Before / RAS) method.
예를 들어, 리드 또는 라이트 동작을 수행하는 정상동작 모드일 경우에는 라스신호 /RAS가 카스신호 /CAS 보다 먼저 활성화되어 로오 타이밍 로직(130) 및 컬럼 타이밍 로직(190)에 따라 정상 동작이 수행된다. 즉, (A)에서와 같이 라스신호 /RAS가 먼저 활성화되면 외부 로오 어드레스가 활성화되어 센스앰프 S/A가 활성화된다. 그 이후에, (B)에서와 같이 카스신호 /CAS가 활성화되면 외부 컬럼 어드레스가 활성화되어 된다. For example, in the normal operation mode for performing the read or write operation, the ras signal / RAS is activated before the cas signal / CAS and the normal operation is performed according to the
반면에, 리프레쉬 모드일 경우에는 리프레쉬 제어부(111)를 통해 카스신호 /CAS가 라스신호 /RAS 보다 먼저 천이(Transition) 되는 것을 감지하여 리프레쉬 신호 REF가 활성화된다. 즉, 리프레쉬 제어부(111)는 카스신호 /CAS가 라스신호 /RAS 보다 먼저 천이(Transition) 되는 것을 감지하면 리프레쉬 모드로 판단하여 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN를 활성화시킨다. On the other hand, in the refresh mode, the refresh signal REF is activated by detecting that the cas signal / CAS is transitioned before the lath signal / RAS through the
로오 어드레스 레지스터(120)는 리프레쉬 인에이블 신호 REF_EN가 활성화될 경우 정상 동작 모드의 경로가 차단된 상태에서 리프레쉬 카운터(112)에 따라 생성된 카운트 어드레스 CA에 따라 리프레쉬 동작을 수행하게 된다. 여기서, 카스신호 /CAS와 라스신호 /RAS가 동시에 천이되는 것을 감지하여 리프레쉬 신호 REF가 활성화될 수도 있다. When the refresh enable signal REF_EN is activated, the
본 발명에서는 카스 비포 라스(/CBR;/CAS Before /RAS) 방식을 이용한 리프레쉬 방식을 그 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 셀 프(Self) 리프레쉬, 오토(Auto) 리프레쉬 또는 클럭 등을 이용하여 유사하게 적용 가능한 여러 가지 방식을 통하여 리프레쉬 동작을 수행할 수도 있다. In the present invention, the refresh method using the cas biphoras (/ CBR; / CAS Before / RAS) method was described as an embodiment, the present invention is not limited to this, Self (Self) refresh, Auto (Auto) refresh Alternatively, the refresh operation may be performed through various methods similarly applicable using a clock or the like.
즉, 리프레쉬 모드에서는 리프레쉬 카운터(112)의 출력인 카운트 어드레스 CA에 따라 셀 어레이(150)의 워드라인 WL이 선택된다. 이에 따라, 셀 어레이(150)에서 1T 구조를 갖는 해당 셀의 데이터를 센싱하여 증폭한 후 센스앰프 레지스터 REG에 저장한다. 그리고, 새로운 데이터를 셀 어레이(150)에 라이트하거나 레지스터 REG에 저장된 데이터를 셀 어레이(150)에 재저장하게 된다. That is, in the refresh mode, the word line WL of the
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 22 and 23 are flowcharts for describing a method of refreshing a semiconductor memory device according to the present invention.
먼저, 휘발성 메모리인 디램은 시스템 파워가 오프된 상태에서(단계 S10) 파워가 온 될 경우(단계 S11) 다시 메모리 내부의 데이터를 업로드(단계 S12) 하여 새로운 리프레쉬 동작을 시작하게 된다.(단계 S13) 즉, 시스템 파워가 다시 온 되면 메모리의 데이터를 무조건 업로드해야만 한다. First, the DRAM, which is a volatile memory, uploads data in the memory (step S12) again when power is turned on (step S11) while the system power is turned off (step S10). The new refresh operation is started (step S13). In other words, when the system powers back on, the data in the memory must be uploaded unconditionally.
하지만, 본 발명의 반도체 메모리 장치는 시스템 파워가 오프된 상태에서(단계 S20) 파워가 온 될 경우(단계 S21) 상 변화 저항 소자 PCR에 기저장된 데이터가 어떠한 데이터인지의 여부를 판단하기 위해 데이터를 리드하게 된다.(단계 S22) 이후에, 리프레쉬 동작이 시작되면(단계 S23), 리프레쉬 레지스터(200)에서 리프레쉬 시간이 초과 되었는지를 판단한다.(단계 S24)However, in the semiconductor memory device of the present invention, when the power is turned on (step S20) while the system power is turned off (step S21), the data is stored to determine what data is stored in the phase change resistance element PCR. After the refresh operation starts (step S23), it is determined whether the refresh time has been exceeded in the refresh register 200 (step S24).
리프레쉬 레지스터(200)의 판단결과, 기설정된 리프레쉬 시간이 초과되었을 경우 다시 메모리의 데이터를 업로드(단계 S25)하여 새로운 리프레쉬 동작을 시작 하게 된다.(단계 S27) As a result of the determination of the
반면에, 리프레쉬 레지스터(200)의 판단결과, 기설정된 리프레쉬 시간이 초과되지 않았을 경우 리프레쉬 시간이 유효한 것으로 판단하여 이전의 리프레쉬 동작을 계속 수행하게 된다.(단계 S26) 이에 따라, 상 변화 저항 소자 PCR에서 리르된 데이터를 메모리 셀 어레이에 다시 재저장하게 된다. On the other hand, as a result of the determination of the
즉, 리프레쉬 레지스터(200)는 리프레쉬와 관련된 파라미터(Parameter)를 비휘발성 레지스터에 저장한다. 리프레쉬 레지스터(200)는 리프레쉬 카운트 정보와, 시스템 또는 내부 메모리의 파워-오프 시간에 관한 정보 및 기타 여러 가지 파라미터 정보를 비휘발성 상태로 저장한다. 여기서, 리프레쉬 레지스터(200)는 별도의 파워 감지수단(미도시)을 통해 시스템 또는 내부 메모리의 파워가 온/오프되는 것을 감지할 수도 있다. That is, the refresh register 200 stores parameters related to refresh in a nonvolatile register. The refresh register 200 stores the refresh count information, the power-off time of the system or the internal memory, and various other parameter information in a nonvolatile state. Here, the
이에 따라, 파워-오프시에 리프레쉬 레지스터(200)에 저장된 데이터를 리드하여 리프레쉬 경과시간을 계산한다. 여기서, 리프레쉬 경과 시간은 별도의 모드 레지스터 세트(MRS)를 통해 기저장할 수 있으며, 리프레쉬 경과 시간을 시스템 레벨에서 제어할 수도 있다. Accordingly, data stored in the
이후에, 리프레쉬 제어신호 REF_CON에 따라 계산된 리프레쉬 경과 시간이 리프레쉬 제어부(111)에 전달되어 리프레쉬 동작을 제어하게 된다. 따라서, 본 발명은 파워-오프 상태에서 파워가 온 된 경우에도 리프레쉬 관련 정보를 다시 업로드할 필요가 없게 된다. Thereafter, the refresh elapsed time calculated according to the refresh control signal REF_CON is transmitted to the
도 24는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법을 설명하기 위 한 도면이다. 본 발명에 따른 리프레쉬 방법은 크게 분산(Distributed) 리프레쉬 방법과, 버스트(Burst) 리프레쉬 방법으로 나뉜다. 24 is a view for explaining a refresh method of a semiconductor memory device according to the present invention. The refresh method according to the present invention is largely divided into a distributed refresh method and a burst refresh method.
첫 번째, 분산 리프레쉬 방법은 리프레쉬 카운터(112)에서 카운트된 카운트 어드레스 CA에 따라 리프레쉬 시간 내에 모든 셀들이 리프레쉬 될 수 있도록 동일한 시간 배분으로 리프레쉬 동작을 수행하는 방법이다. 즉, 8k 개의 로오가 리프레쉬 된다면 각각의 분산 리프레쉬 동작 주기는 (리프레쉬 시간)/8k가 되는 주기로 리프레쉬 동작이 수행된다. 이에 따라, 모든 워드라인 WL에 대해 데이터가 써져야만 초기화 상태가 된다. First, the distributed refresh method is a method of performing a refresh operation at the same time allocation so that all cells can be refreshed within the refresh time according to the count address CA counted by the
두 번째, 버스트 리프레쉬 방법은 버스트 리프레쉬 사이클 시간 동안 8k 리프레쉬 사이클을 연속해서 수행하는 방법을 말한다. 여기서, 각각의 펄스는 각각의 리프레쉬 사이클을 의미하는 것으로, 펄스가 비활성화 상태인 리드/라이트 동작 사이클 구간에서는 정상 동작을 수행하도록 한다. Second, the burst refresh method refers to a method of continuously performing an 8k refresh cycle during a burst refresh cycle time. Here, each pulse means each refresh cycle, and normal operation is performed in the read / write operation cycle section in which the pulse is inactive.
도 25는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 방법에서 타이머 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 25 is a diagram illustrating a timer control operation in the refresh method of the semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명의 리프레쉬 레지스터(200)는 시스템 파워가 오프되었는지를 판단하여 그 결과를 저장한다.(단계 S30) 이러한 리프레쉬 레지스터(200)의 판단결과, 파워가 오프된 경우 내부 메모리 타이머가 오프된 상태에서 시스템이 가지고 있는 시스템 타이머를 이용하여(단계 S31) 리프레쉬 동작을 제어하게 된다.(단계 S32) 이러한 시스템 타이머는 주로 배터리를 이용하여 날짜, 시간 등을 저장하는 것으로, 그 전원이 항상 켜져 있도록 한다. The
반면에, 리프레쉬 레지스터(200)의 판단결과, 파워가 오프되지 않은 경우 독립적으로 동작하는 내부 메모리 타이머를 이용하여 (단계 S33) 내부 리프레쉬 동작을 제어하게 된다.(단계 S34)On the other hand, as a result of the determination of the
여기서, 본 발명은 입/출력 데이터 핀들(240)을 통해 파워의 온/오프 상태에 따라 외부 시스템 타이머 또는 내부 메모리 타이머 중 하나를 선택할 수 있도록 한다. 즉, 내부 메모리 타이머를 포함하는 메모리 장치의 리프레쉬 레지스터(200)는 I/O 버퍼(230), I/O 핀들(240)을 통해 데이터 버스와 데이터를 교환한다. 그리고, 시스템 타이머를 포함하는 시스템(CPU)은 데이터 버스를 통해 메모리 장치와 데이터를 교환한다. Herein, the present invention allows the user to select either an external system timer or an internal memory timer according to the on / off state of the power through the input / output data pins 240. That is, the
이에 따라, 메모리 장치와 시스템 컨트롤러(300) 간의 데이터 교환을 통해 파워가 오프 상태일 경우 전원이 항상 켜져 있게 되는 외부 시스템 타이머를 이용하여 리프레쉬 동작을 수행하고, 파워가 온 상태일 경우 내부 메모리 타이머를 이용하여 리프레쉬 동작을 수행하게 된다. Accordingly, the refresh operation is performed using an external system timer that is always turned on when the power is turned off by exchanging data between the memory device and the
이러한 본 발명은 메모리 칩의 전원의 온/오프에 무관하게 리프레쉬 구간과 메모리 데이터를 유효하게 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 리프레쉬 구간 사이에서는 메모리 칩 전원을 오프하여 칩에서 소모되는 전류를 줄일 수 있도록 하고, 리프레쉬 구간 동안에만 칩 전원을 공급하도록 하여 리프레쉬 동작을 수행하도록 제어할 수도 있다. The present invention can effectively maintain the refresh period and the memory data irrespective of whether the power supply of the memory chip is turned on or off. Accordingly, the memory chip power may be turned off between the refresh periods to reduce the current consumed by the chip, and the chip power may be supplied only during the refresh period to perform the refresh operation.
도 26은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 유지 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 26 is a graph illustrating data retention characteristics of the semiconductor memory device according to the present invention.
종래의 반도체 메모리 장치의 메모리 셀은 비휘발성 특성을 갖지만, 실제 상황에서 시간이 지남에 따라 셀 데이터의 열화 조건이 발생하게 되어 데이터 유지(Retention) 수명에 한계가 있다. 이에 따라, 시간이 지남에 따라 비셀 데이터 "1","0"에 대응하는 비트라인 BL 전류가 감소하게 된다. The memory cell of the conventional semiconductor memory device has a non-volatile characteristic, but the deterioration condition of the cell data occurs over time in an actual situation, and thus the data retention life is limited. Accordingly, as time passes, the bit line BL current corresponding to the non-cell data "1" and "0" decreases.
하지만, 본 발명은 비트라인 BL 전류가 감소하는 특정 시점에서 특정 주기로 리프레쉬 동작을 수행함으로써 열화된 셀 데이터를 복구하여 데이터 유지(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. However, the present invention improves data retention characteristics by recovering deteriorated cell data by performing a refresh operation at a specific period at a specific time when the bit line BL current decreases.
즉, 본 발명은 메모리 셀의 저장 데이터 유지 특성이 기설정된 목표 값 이상으로 감소할 경우 리프레쉬 회로를 구동하여 셀 데이터를 다시 초기 상태로 복구시키도록 한다. 이와 같이 설정한 셀의 열화 한계 목표 시간이 리프레쉬 시간이 되고, 모든 셀들은 리프레쉬 시간 안에서 항상 동작하게 된다. That is, the present invention drives the refresh circuit to restore the cell data back to the initial state when the storage data holding characteristic of the memory cell is reduced to a predetermined target value or more. The deterioration threshold target time of the cell set as described above becomes the refresh time, and all the cells always operate within the refresh time.
여기서, 본 발명은 불휘발성 특성이 있으므로 전원이 오프되어도 상관없다. 그리고, 전원의 온/오프 시간을 합하여 전체 데이터 유지 시간으로 설정하게 되어 리프레쉬 동작을 자주 수행하지 않도록 함으로써 전력 소모를 감소시키고 동작성능을 향상시킬 수 있도록 한다. Here, since the present invention has a nonvolatile characteristic, the power supply may be turned off. In addition, the sum of the on / off times of the power supply is set as the total data retention time, so that the refresh operation is not frequently performed, thereby reducing power consumption and improving operation performance.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다. As described above, the present invention has the following effects.
첫째, 본 발명은 디램에 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자를 적용하여 셀의 구조를 개선함으로써 셀의 크기를 줄일 수 있도록 한다. First, the present invention improves the structure of a cell by applying a phase change resistor (PCR) element to a DRAM, thereby reducing the size of the cell.
둘째, 본 발명은 하나의 스위칭 소자와 하나의 상 변화 저항 소자를 갖는 반 도체 메모리 장치를 구현하고 리프레쉬 동작을 수행하여, 데이터 유지 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. Second, the present invention implements a semiconductor memory device having one switching element and one phase change resistance element and performs a refresh operation to improve data retention characteristics.
셋째, 본 발명은 상 변화 메모리 장치에서 전원의 오프시 데이터를 그대로 보존할 수 있음과 동시에 특정 주기로 리프레쉬를 수행하여 열화된 셀 데이터를 복구함으로써 데이터 유지(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. Third, the present invention can preserve data when the power is turned off in the phase change memory device as it is, and at the same time, perform data refresh at a specific cycle to restore deteriorated cell data, thereby improving data retention characteristics.
넷째, 본 발명은 전원의 오프시 비휘발성 레지스터에 저장된 파라미터 정보에 따라 리프레쉬 동작을 수행함으로써 전원의 오프시에도 리프레쉬 정보를 유지할 수 있도록 한다. Fourthly, the present invention maintains the refresh information even when the power supply is turned off by performing the refresh operation according to the parameter information stored in the nonvolatile register when the power supply is turned off.
다섯째, 본 발명은 전원의 온/오프 시간을 합하여 전체 데이터 유지 시간으로 설정하게 되어 리프레쉬 동작을 자주 수행하지 않도록 함으로써 전력 소모를 감소시키고 동작성능을 향상시킬 수 있도록 한다. Fifth, the present invention sets the total data holding time by adding the on / off time of the power supply so that the refresh operation is not frequently performed, thereby reducing power consumption and improving operation performance.
여섯째, 본 발명은 전원의 오프시 시스템 타이머에 따라 리프레쉬 동작을 제어하여 전원의 온/오프와 무관하게 리프레쉬 구간과 메모리 데이터를 유효하게 유지할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. Sixth, the present invention controls the refresh operation according to the system timer when the power is off, thereby providing an effect of effectively maintaining the refresh period and the memory data regardless of the power on / off.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (34)
Priority Applications (3)
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| US12/204,965 US7961534B2 (en) | 2007-09-10 | 2008-09-05 | Semiconductor memory device for writing data to multiple cells simultaneously and refresh method thereof |
| US13/152,692 US8605496B2 (en) | 2007-09-10 | 2011-06-03 | Semiconductor memory device for writing data to multiple cells simultaneously and refresh method thereof |
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| KR1020070096991A Ceased KR20090031128A (en) | 2007-09-10 | 2007-09-21 | Semiconductor memory device and refresh method thereof |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090031128A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9105331B2 (en) | 2012-06-28 | 2015-08-11 | SK Hynix Inc. | Semiconductor memory apparatus and method of operating using the same |
| US9355703B2 (en) | 2013-02-25 | 2016-05-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Devices, systems and methods with improved refresh address generation |
| KR101874927B1 (en) * | 2013-09-26 | 2018-07-06 | 인텔 코포레이션 | Refresh of data stored in a cross-point non-volatile memory |
| CN112687313A (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-20 | 三星电子株式会社 | Phase change memory system, phase change memory device and refreshing method thereof |
| CN115240728A (en) * | 2022-07-29 | 2022-10-25 | 华中科技大学 | Dynamic memory operating method |
-
2007
- 2007-09-21 KR KR1020070096991A patent/KR20090031128A/en not_active Ceased
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20070921 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20120106 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20070921 Comment text: Patent Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20130313 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20130902 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20130313 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |