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JP2013030240A - Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory - Google Patents

Nonvolatile memory cell and nonvolatile memory Download PDF

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JP2013030240A JP2011164868A JP2011164868A JP2013030240A JP 2013030240 A JP2013030240 A JP 2013030240A JP 2011164868 A JP2011164868 A JP 2011164868A JP 2011164868 A JP2011164868 A JP 2011164868A JP 2013030240 A JP2013030240 A JP 2013030240A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory cell capable of performing storage and recalling between a volatile storage section and a nonvolatile storage section without damaging a static noise margin.SOLUTION: A nonvolatile storage section 12 has an N channel transistor Tw1 and a resistance change type element R1 inserted in series between a node V1 of a volatile storage section 11 and a bias supply node NS, and an N channel transistor Tw2 and a resistance change type element R2 inserted in series between a node V2 of the volatile storage section 11 and the bias supply node NS. During storing, the N channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, and the resistance change type elements R1 and R2 are a high resistance when current flowing from the node V1(V2) toward the bias supply node NS is made to pass through, and are a low resistance when current in a reverse direction is made to pass through. During recalling, a power source voltage to a flip-flop of the volatile storage section 11 is started.

Description

この発明は、抵抗変化型素子を利用した不揮発性メモリセルおよびこの不揮発性メモリセルを備えた不揮発性メモリメモリに関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory cell using a resistance change element and a nonvolatile memory memory including the nonvolatile memory cell.

微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリあるいはDRAMに代わり、近年、次世代不揮発性メモリとして抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型メモリが注目されている。この抵抗変化型素子としては、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory;磁気抵抗RAM)、PRAM(Phase change Random Access Memory;相変化RAM)、ReRAM(Resistance Random Access Memory;抵抗変化型RAM)等に用いられているものが挙げられる。このような抵抗変化型素子を利用したメモリは、フラッシュメモリのような複雑なプロセスを必要とせず、標準ロジックプロセスと相性が良く、微細化に向いていること、低電圧で動作することより、将来性を有望視されている。   In recent years, a resistance change type memory for storing data using a resistance change type element has attracted attention as a next-generation non-volatile memory in place of a flash memory or a DRAM that has become limited in miniaturization. Examples of the resistance change element include MRAM (Magnetoretic Random Access Memory), PRAM (Phase change Random Access Memory), ReRAM (Resistance Random Access Memory). The thing that is. A memory using such a resistance variable element does not require a complicated process like a flash memory, is compatible with a standard logic process, is suitable for miniaturization, and operates at a low voltage. The future is promising.

この種の抵抗変化型素子を利用したメモリの素子構成、特性およびアレイ構成は、例えば非特許文献1に開示されている。この非特許文献1は、MRAMに関するものであるが、1個のトランジスタと1個の抵抗変化型素子とからなるシンプルな構成のメモリセルを開示している。非特許文献1によると、このメモリセルは、1.2Vの低電圧で書き込み、読み出しが可能であり、書込電流は49μA、データ“1”の記憶状態である高抵抗状態のメモリセルからの読出電流は10μA、データ“0”の記憶状態である低抵抗状態のメモリセルからの読出電流は15μAであり、低消費電力化を実現できている。また、非特許文献1の図1によれば、メモリセルへの書込電圧を±0.6V程度までは低下させることができそうである。   The element configuration, characteristics, and array configuration of a memory using this type of variable resistance element are disclosed in Non-Patent Document 1, for example. This non-patent document 1 relates to an MRAM, but discloses a memory cell having a simple configuration including one transistor and one resistance variable element. According to Non-Patent Document 1, this memory cell can be written and read at a low voltage of 1.2 V, the write current is 49 μA, and the memory cell from the high resistance state in which data “1” is stored. The read current is 10 μA, and the read current from the memory cell in the low resistance state in which data “0” is stored is 15 μA. Thus, low power consumption can be realized. Further, according to FIG. 1 of Non-Patent Document 1, it is likely that the write voltage to the memory cell can be lowered to about ± 0.6V.

図21(a)および(b)は、抵抗変化型素子として代表的なMTJ(Magnetic Tunnel Junction;磁気トンネル接合)素子を利用したメモリセルの構成と動作を示す図である。図21に示すように、MTJ素子は、磁気の方向が一定のピン層と、トンネルバリア膜と、磁気の方向が変化するフリー層とからなる。図21(a)に示すように、フリー層からピン層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と同一となり、MTJ素子は低抵抗となり、データ“0”を記憶した状態となる。逆に、図21(b)に示すように、ピン層からフリー層に向かう方向の電流を流すと、フリー層の磁化方向がピン層と反対になり、MTJ素子は高抵抗となり、データ“1”を記憶した状態になる。このようなMTJ素子によりメモリセルを構成する場合には、図21(a)および(b)に例示するように、MTJ素子を選択するためのスイッチとして、トランジスタTsがMTJ素子に直列接続される。   FIGS. 21A and 21B are diagrams showing the configuration and operation of a memory cell using a typical MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element as a resistance variable element. As shown in FIG. 21, the MTJ element is composed of a pinned layer having a constant magnetic direction, a tunnel barrier film, and a free layer whose magnetic direction changes. As shown in FIG. 21A, when a current in the direction from the free layer to the pinned layer is passed, the magnetization direction of the free layer becomes the same as that of the pinned layer, the MTJ element becomes low resistance, and data “0” is stored. It becomes a state. Conversely, as shown in FIG. 21B, when a current in the direction from the pinned layer toward the free layer is passed, the magnetization direction of the free layer is opposite to that of the pinned layer, the MTJ element becomes high resistance, and data “1” "Is stored. When a memory cell is configured with such an MTJ element, a transistor Ts is connected in series with the MTJ element as a switch for selecting the MTJ element, as illustrated in FIGS. .

図22は、図21(a)および(b)に示すようなメモリセルにより構成されたメモリアレイの断面構造を例示する図である。図22に示す例では、半導体基板に図21(a)および(b)に示す選択用のトランジスタTsが形成されている。各トランジスタTsのゲートには選択電圧WLが与えられる。また、トランジスタTsのソースは、スルーホールと第1層メタル配線1Mとを介して書込電圧BLを供給するための第2層メタル配線2Mに接続されている。また、トランジスタTsのドレインは、スルーホールを介してMTJ素子のピン層に接続され、このMTJ素子のフリー層はスルーホールを介してソース電圧SLを供給するための第2層メタル配線2Mに接続されている。   FIG. 22 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a memory array including memory cells as shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b). In the example shown in FIG. 22, the selection transistor Ts shown in FIGS. 21A and 21B is formed on the semiconductor substrate. A selection voltage WL is applied to the gate of each transistor Ts. The source of the transistor Ts is connected to the second layer metal wiring 2M for supplying the write voltage BL via the through hole and the first layer metal wiring 1M. The drain of the transistor Ts is connected to the pin layer of the MTJ element through a through hole, and the free layer of the MTJ element is connected to the second layer metal wiring 2M for supplying the source voltage SL through the through hole. Has been.

特許文献1は、抵抗変化型素子を用いた書き換え可能な不揮発性RAMを開示している。この特許文献1の不揮発性RAMでは、抵抗変化型素子として、相変化メモリ素子を使用している。   Patent Document 1 discloses a rewritable nonvolatile RAM using a resistance variable element. In the nonvolatile RAM of Patent Document 1, a phase change memory element is used as a resistance change element.

図23は、特許文献1の図3に開示された不揮発性RAMのメモリセルの構成を示す回路図である。図23では、PチャネルトランジスタP0およびNチャネルトランジスタN0からなるインバータと、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータとによりフリップフロップが構成されている。PチャネルトランジスタP0およびNチャネルトランジスタN0からなるインバータの出力ノードS0はNチャネルトランジスタNa0を介してビット線BL0に接続されている。また、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータの出力ノードS1はNチャネルトランジスタNa1を介してビット線BL1に接続されている。そして、NチャネルトランジスタNa0およびNa1には、選択電圧WLが与えられる。以上の回路は、通常のSRAM用のメモリセルである。図23に示すメモリセルでは、このSRAM用メモリセルに対して、相変化メモリ素子RrおよびRmと、NチャネルトランジスタNsが追加されている。ここで、相変化メモリ素子RrはPチャネルトランジスタP0のソースと電源線PWRの間に、相変化メモリ素子RmはPチャネルトランジスタP1のソースと電源線PWRの間に各々介挿されている。NチャネルトランジスタNsは、PチャネルトランジスタP1および相変化メモリ素子Rmの接続点とストア線STRとの間に介挿されており、そのゲートにはノードS0の電圧が与えられる。   FIG. 23 is a circuit diagram showing a configuration of the memory cell of the nonvolatile RAM disclosed in FIG. In FIG. 23, a flip-flop is constituted by an inverter composed of a P-channel transistor P0 and an N-channel transistor N0 and an inverter composed of a P-channel transistor P1 and an N-channel transistor N1. An output node S0 of the inverter composed of the P channel transistor P0 and the N channel transistor N0 is connected to the bit line BL0 via the N channel transistor Na0. The output node S1 of the inverter composed of the P channel transistor P1 and the N channel transistor N1 is connected to the bit line BL1 via the N channel transistor Na1. The selection voltage WL is applied to the N channel transistors Na0 and Na1. The above circuit is a normal SRAM memory cell. In the memory cell shown in FIG. 23, phase change memory elements Rr and Rm and an N-channel transistor Ns are added to the SRAM memory cell. Here, phase change memory element Rr is interposed between the source of P channel transistor P0 and power supply line PWR, and phase change memory element Rm is interposed between the source of P channel transistor P1 and power supply line PWR. N-channel transistor Ns is interposed between the connection point of P-channel transistor P1 and phase change memory element Rm and store line STR, and the voltage of node S0 is applied to its gate.

特許文献1によると、相変化メモリ素子の一方(Rr)は参照(リファレンス)抵抗であり、他の一方の相変化メモリ(論理記憶抵抗Rm)が変化する高抵抗(論理値1)と低抵抗(論理値0)との間の抵抗値に予め設定されている。論理記憶抵抗Rmは、電源線PWR、スイッチング素子(トランジスタNs)、ストア線STRにより、相変化を起こす電流を印加される。読み出し時は、点線で示したSRAM回路部を通常のSRAMとして動作させている。この動作のときの論理記憶抵抗Rmは低抵抗値に設定されている。そして、電源が消える前に、ストア線STRの電圧を変化させ、トランジスタNsにより論理記憶抵抗Rmに電流を流すことで、SRAM回路部に記憶されている論理値を移す(ストア)。電源が入ると、相変化メモリ素子Rmに移された記憶内容を、SRAM回路部に戻す(リコール)。このように電源がオフ(OFF)するときとオン(ON)するときに、相変化メモリの論理記憶抵抗RmとSRAM回路部とで記憶内容を移したり戻したりすることで、不揮発性メモリとして動作する(以上、特許文献1の段落0012、0013参照)。   According to Patent Document 1, one of the phase change memory elements (Rr) is a reference (reference) resistance, and the other one of the phase change memory (logic storage resistance Rm) changes with a high resistance (logic value 1) and a low resistance. A resistance value between (logical value 0) is set in advance. The logic memory resistor Rm is applied with a current causing a phase change by the power supply line PWR, the switching element (transistor Ns), and the store line STR. At the time of reading, the SRAM circuit portion indicated by the dotted line is operated as a normal SRAM. The logical storage resistance Rm during this operation is set to a low resistance value. Then, before the power is turned off, the voltage of the store line STR is changed, and a current is passed through the logic storage resistor Rm by the transistor Ns, thereby transferring the logic value stored in the SRAM circuit portion (store). When the power is turned on, the stored contents transferred to the phase change memory element Rm are returned to the SRAM circuit section (recall). As described above, when the power is turned off (OFF) and turned on (ON), the memory contents are transferred and returned by the logical storage resistor Rm of the phase change memory and the SRAM circuit unit, thereby operating as a nonvolatile memory. (See paragraphs 0012 and 0013 of Patent Document 1).

特許第3845734号Japanese Patent No. 3845734

電子情報通信学会 信学技報ICICE Technical Report ICD2010−7 p35〜p40IEICE IEICE technical report ICEC Technical Report ICD2010-7 p35-p40

上述した特許文献1の不揮発性RAMには、幾つかの問題がある。まず、特許文献1の不揮発性RAMでは、抵抗変化型素子として、相変化メモリ素子を使用しているが、この相変化メモリ素子は、いわゆるモノポーラ型の抵抗変化素子であり、データ“1”を書き込む場合も、データ“0”を書き込む場合も同一方向の電流を流す必要がある。このため、データの書き込みのための制御が複雑になる。また、相変化メモリ素子は、書き込み特性と消去特性が大きく異なるので、高速に書き換えることができない。また、図23にも示すように、特許文献1の不揮発性RAMでは、フリップフロップを構成する2つのインバータの電源電流経路上に抵抗値の変化する相変化メモリ素子(RrとRm)が介挿されている。このため、フリップフロップがアンバランスとなり、SRAMの特性として最も重要なSNM(Static Noise Margin;スタティックノイズマージン)に大きな悪影響を与える。
以下、このSNMへの悪影響について説明する。
The nonvolatile RAM of Patent Document 1 described above has several problems. First, in the nonvolatile RAM of Patent Document 1, a phase change memory element is used as a resistance change type element. This phase change memory element is a so-called monopolar type resistance change element, and data “1” is stored. It is necessary to pass current in the same direction when writing data or when writing data “0”. This complicates the control for writing data. In addition, the phase change memory element cannot be rewritten at high speed because the write characteristic and the erase characteristic are greatly different. Further, as shown in FIG. 23, in the nonvolatile RAM of Patent Document 1, phase change memory elements (Rr and Rm) whose resistance values change are inserted on the power supply current paths of two inverters constituting the flip-flop. Has been. For this reason, the flip-flop becomes unbalanced, and has a great adverse effect on the SNM (Static Noise Margin), which is the most important characteristic of the SRAM.
Hereinafter, this adverse effect on the SNM will be described.

図24は一般的なSRAM用のメモリセルの構成を示す回路図である。図示の例では、PチャネルトランジスタP1、P2、NチャネルトランジスタN1、N2、Ta1およびTa2により1つのメモリセルが構成されている。   FIG. 24 is a circuit diagram showing a configuration of a general SRAM memory cell. In the illustrated example, one memory cell is constituted by P-channel transistors P1 and P2 and N-channel transistors N1, N2, Ta1, and Ta2.

図25(a)〜(d)は、図24に示すメモリセルのSNMの特性を例示するものである。図25(a)〜(d)において、横軸はトランジスタP1およびN1の共通接続点の電圧V0を示し、縦軸はトランジスタP2およびN2の共通接続点の電圧V1を示す。   25A to 25D illustrate the SNM characteristics of the memory cell shown in FIG. In FIGS. 25A to 25D, the horizontal axis represents the voltage V0 at the common connection point of the transistors P1 and N1, and the vertical axis represents the voltage V1 at the common connection point of the transistors P2 and N2.

図25(a)〜(d)において破線の曲線および実線の曲線は各々バタフライ曲線と呼ばれる。これらの2本のバタフライ曲線は、途中で互いに交差して、上下および左右の位置関係が入れ替わる。そして、図25(a)〜(d)の各々には、破線のバタフライ曲線と実線のバタフライ曲線との間に挟まれた2つの領域内に各々収まる2個の正方形が描かれているが、この正方形の大きさがSNMの大きさである。さらに詳述すると、破線のバタフライ曲線が右上、実線のバタフライ曲線が左下となる領域における両バタフライ曲線間の正方形は、トランジスタP1およびN1の両ドレインの接続点の電圧V0を上昇させるようなノイズが発生するとき、メモリセルの記憶内容を反転させないノイズレベルの許容値を示すSNM(以下、便宜上、第1のSNMという)である。また、実線のバタフライ曲線が右上、破線のバタフライ曲線が左下となる領域における両バタフライ曲線間の正方形は、トランジスタP2およびN2の両ドレインの接続点の電圧V1を上昇させるようなノイズが発生するとき、メモリセルの記憶内容を反転させないノイズレベルの許容値を示すSNM(以下、便宜上、第2のSNMという)である。   In FIGS. 25A to 25D, the dashed curve and the solid curve are each called a butterfly curve. These two butterfly curves cross each other on the way, and the positional relationship between the top and bottom and the left and right is switched. In each of FIGS. 25A to 25D, two squares are drawn that fit in two regions sandwiched between a broken butterfly curve and a solid butterfly curve. The size of this square is the size of the SNM. More specifically, the square between the two butterfly curves in the region where the broken butterfly curve is at the upper right and the solid butterfly curve is at the lower left is a noise that increases the voltage V0 at the connection point of the drains of the transistors P1 and N1. When this occurs, it is an SNM (hereinafter referred to as a first SNM for convenience) indicating an allowable value of the noise level that does not invert the stored contents of the memory cell. The square between the two butterfly curves in the region where the solid butterfly curve is at the upper right and the broken butterfly curve is at the lower left is when noise that raises the voltage V1 at the connection point of the drains of the transistors P2 and N2 occurs. , An SNM (hereinafter referred to as a second SNM for convenience) indicating an allowable value of the noise level that does not invert the stored contents of the memory cell.

図25(a)および(c)は、SRAMの電源電圧VDDを1.0VとしたときのSNM特性を各々例示している。図25(a)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタのベータ値βや閾値電圧Vtのバランスが取れており、第1のSNMおよび第2のSNMが同程度であり、かつ、いずれも十分な大きさとなっている。従って、このメモリセルでは、安定したライトアクセスおよびリードアクセスが可能である。   FIGS. 25A and 25C illustrate SNM characteristics when the power supply voltage VDD of the SRAM is 1.0 V, respectively. In the example shown in FIG. 25 (a), the beta value β and the threshold voltage Vt of each transistor constituting the memory cell are balanced, the first SNM and the second SNM are approximately the same, and Is also large enough. Therefore, in this memory cell, stable write access and read access are possible.

ところが、バタフライ曲線は、トランジスタP1、N1、P2、N2の各々のベータ値のバランスや閾値電圧のバランスに左右される。例えば図25(a)において、トランジスタP2のベータ値βpとトランジスタN2のベータ値βnとのベータレシオβp/βnが高くなると、破線のバタフライ曲線は右上方向に張り出す。逆にこのベータレシオβp/βnが低くなると、破線のバタフライ曲線は、左下方向に退行する。また、トランジスタN2の閾値電圧Vtnが増加して、トランジスタP2の閾値電圧Vtpが減少すると、破線のバタフライ曲線が急激に立ち下がる電圧V0が高くなる。逆にトランジスタN2の閾値電圧Vtnが減少して、トランジスタP2の閾値電圧Vtpが増加すると、破線のバタフライ曲線が急激に立ち下がる電圧V0は低くなる。   However, the butterfly curve depends on the balance of the beta values and the threshold voltage of each of the transistors P1, N1, P2, and N2. For example, in FIG. 25A, when the beta ratio βp / βn between the beta value βp of the transistor P2 and the beta value βn of the transistor N2 increases, the broken butterfly curve protrudes in the upper right direction. Conversely, when the beta ratio βp / βn decreases, the broken butterfly curve retreats in the lower left direction. Further, when the threshold voltage Vtn of the transistor N2 increases and the threshold voltage Vtp of the transistor P2 decreases, the voltage V0 at which the broken butterfly curve suddenly falls increases. Conversely, when the threshold voltage Vtn of the transistor N2 decreases and the threshold voltage Vtp of the transistor P2 increases, the voltage V0 at which the broken butterfly curve suddenly falls decreases.

また、電圧V0を0VからVDDまで上昇させる過程において、トランジスタN2がONするとき、このトランジスタN2にトランジスタTa2を介して電流が流れ込むため、電圧V1はVSSレベル(0V)まで下がり切らず、VSSレベルから浮く。仮にトランジスタTa2を介して流れ込む電流が一定である場合、このときの電圧V1のVSSレベルからの浮きは、トランジスタN2の閾値電圧Vtnが高いほど、あるいはトランジスタN2のベータ値βnが低いほど大きくなる。   Further, in the process of increasing the voltage V0 from 0V to VDD, when the transistor N2 is turned on, a current flows into the transistor N2 via the transistor Ta2. Therefore, the voltage V1 does not fall down to the VSS level (0V), but the VSS level. Float from. If the current flowing through the transistor Ta2 is constant, the floating of the voltage V1 from the VSS level at this time increases as the threshold voltage Vtn of the transistor N2 is higher or the beta value βn of the transistor N2 is lower.

このように破線のバタフライ曲線は、トランジスタP2、N2の閾値電圧やベータ値の変化の影響を受ける。一方、実線のバタフライ曲線は、主にトランジスタP1、N1のベータ値のバランス、閾値電圧のバランスの変化の影響を受ける。このようにバタフライ曲線が各トランジスタの閾値電圧やベータ値の変化の影響を受けるため、第1および第2のSNMも、各トランジスタの閾値電圧やベータ値の変化の影響を受けることとなる。   Thus, the broken butterfly curve is affected by changes in threshold voltages and beta values of the transistors P2 and N2. On the other hand, the solid butterfly curve is mainly affected by changes in the balance of the beta values and the balance of the threshold voltages of the transistors P1 and N1. Thus, since the butterfly curve is affected by changes in the threshold voltage and beta value of each transistor, the first and second SNMs are also affected by changes in the threshold voltage and beta value of each transistor.

図25(c)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタの閾値電圧Vtまたはベータ値間にアンバランスが生じており、第1のSNMは十分な大きさがあるが、第2のSNMがやや小さくなっている。   In the example shown in FIG. 25C, an imbalance occurs between the threshold voltage Vt or the beta value of each transistor constituting the memory cell, and the first SNM is sufficiently large, but the second SNM Is slightly smaller.

このようにメモリセルを構成する各トランジスタの特性(具体的には閾値電圧VTやベータ値)がばらつくと、これに起因して第1および第2のSNMの各々の大きさにばらつきが生じる。   As described above, when the characteristics (specifically, the threshold voltage VT and the beta value) of the transistors constituting the memory cell vary, the sizes of the first and second SNMs vary.

また、SRAMの電源電圧VDDが小さくなると、メモリセルを構成する各トランジスタの特性ばらつきの第1および第2のSNMに対する影響の度合いが大きくなる。図25(b)および(d)はその例を示すものである。この図25(b)および(d)の例では、SRAMの電源電圧VDDを0.5Vとしている。図25(b)に示す例では、電源電圧VDDが0.5Vであるため、第1および第2のSNMはかなり小さなものとなるが、メモリセルを構成する各トランジスタの特性のバランスが取れているため、第1および第2のSNMは、正常なライトアクセスおよびリードアクセスを可能ならしめる大きさとなっている。ところが、図25(d)に示す例では、メモリセルを構成する各トランジスタの特性に微妙なアンバランスがあり、その影響により第2のSNMが殆どなくなっている。このように動作マージンが不足した状態ではライトアクセスおよびリードアクセスに支障が生じる。   Further, when the power supply voltage VDD of the SRAM is reduced, the degree of influence on the first and second SNMs of the characteristic variation of each transistor constituting the memory cell is increased. FIGS. 25B and 25D show examples thereof. In the examples of FIGS. 25B and 25D, the power supply voltage VDD of the SRAM is 0.5V. In the example shown in FIG. 25B, since the power supply voltage VDD is 0.5 V, the first and second SNMs are considerably small, but the characteristics of the respective transistors constituting the memory cell are balanced. Therefore, the first and second SNMs are sized to enable normal write access and read access. However, in the example shown in FIG. 25 (d), there is a delicate imbalance in the characteristics of the transistors constituting the memory cell, and the second SNM is almost eliminated due to the influence. As described above, when the operation margin is insufficient, the write access and the read access are hindered.

このようにメモリセルを構成する各トランジスタの特性にアンバランスが生じると、SRAMのSNMが悪影響を受け、特に電源電圧VDDが低いときにその悪影響が大きくなる。   When an imbalance occurs in the characteristics of the transistors constituting the memory cell in this way, the SNM of the SRAM is adversely affected, particularly when the power supply voltage VDD is low.

しかるに特許文献1の技術では、このようなSRAMのメモリセルを構成する2つのインバータの電源電流経路に抵抗値が変化する相変化メモリ素子を各々介挿している。このような相変化メモリ素子を介挿した場合、一方のインバータを構成するトランジスタP0およびN0と他方のインバータを構成するトランジスタP1およびN1(図23参照)とで、バイアス条件にアンバランスが生じる。この結果、各インバータを構成するトランジスタの特性にアンバランスが生じ、メモリセルのSNMを大きく劣化させるのである。以上はSRAMの静的動作の分析であるが、さらに加えて、動的な動作を鑑みても、ノードS0にトランジスタNsのゲート容量が加わり、ノードS0とノードS1とで容量がアンバランスになっており、この容量のアンバランスが動的な動作マージンを低下させる。   However, in the technique of Patent Document 1, phase change memory elements whose resistance values change are respectively inserted in power supply current paths of two inverters constituting such SRAM memory cells. When such a phase change memory element is inserted, an unbalance occurs in the bias condition between the transistors P0 and N0 constituting one inverter and the transistors P1 and N1 (see FIG. 23) constituting the other inverter. As a result, the characteristics of the transistors constituting each inverter are unbalanced, and the SNM of the memory cell is greatly deteriorated. The above is the analysis of the static operation of the SRAM. In addition, considering the dynamic operation, the gate capacitance of the transistor Ns is added to the node S0, and the capacitance is unbalanced between the node S0 and the node S1. This capacity imbalance reduces the dynamic operating margin.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、SRAMとしての機能を損なうことなく、揮発性記憶部の記憶データの書き換え、記憶データを不揮発性記憶部に書き込むストア、不揮発性記憶部から揮発性記憶部にデータを書き込むリコールの動作を容易に行うことができる不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。また、この発明の第2の目的は、セルを構成する素子の特性ばらつきに強い不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。また、この発明の第3の目的は、少ない素子数(小さい面積)で高速動作可能な不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and a first object thereof is to rewrite the stored data in the volatile storage unit and to store the stored data in the nonvolatile storage unit without impairing the function as the SRAM. It is an object of the present invention to provide a non-volatile memory cell and a non-volatile memory that can easily perform a store operation for writing data and a recall operation for writing data from a non-volatile storage unit to a volatile storage unit. A second object of the present invention is to provide a non-volatile memory cell and a non-volatile memory that are resistant to variations in characteristics of elements constituting the cell. A third object of the present invention is to provide a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that can operate at high speed with a small number of elements (small area).

この発明は、揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、前記揮発性記憶部は、互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップに対してデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、前記不揮発性記憶部は、前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセルを提供する。   The present invention includes a volatile storage unit and a nonvolatile storage unit, and the volatile storage unit includes a flip-flop composed of first and second inverters each having an output signal of the other party as an input signal, When data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, or the flip-flop First and second switches that are turned on when data is read from the two bit lines through the two bit lines, and the non-volatile storage unit includes an output node and a bias of the first inverter. A third switch and a first variable resistance element inserted in series with the supply node; and between an output node of the second inverter and the bias supply node. A fourth switch and a second variable resistance element interposed in a column, and each of the first and second variable resistance elements is connected to an output node of the first or second inverter. The resistance value changes in a first direction when a current directed to the bias supply node is passed, and when a current directed from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. A nonvolatile memory cell is provided that is a variable resistance element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction.

かかる発明によれば、第1および第2のスイッチをOFF、第3および第4のスイッチをONとし、バイアス供給ノードにデータ“1”/“0”を表現するための2種類の電圧の中間の電圧を与えることにより、揮発性記憶部の記憶データに対応した電流であって、互いに逆方向の電流を第1および第2の抵抗変化型素子に流し、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値を互いに逆方向に変化させることができる(ストア動作)。この場合、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係が不揮発性記憶部の記憶データを表す。   According to this invention, the first and second switches are turned OFF, the third and fourth switches are turned ON, and an intermediate between two kinds of voltages for expressing data “1” / “0” at the bias supply node. Is applied to the first and second resistance change-type elements, and currents corresponding to the data stored in the volatile storage section are supplied to the first and second resistance change-type elements. Each resistance value of the element can be changed in opposite directions (store operation). In this case, the magnitude relationship between the resistance values of the first and second variable resistance elements represents the data stored in the nonvolatile storage unit.

また、第1および第2のスイッチをOFF、第3および第4のスイッチをONとし、バイアス供給ノードに所定の電圧(例えば0V)を与えて揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げると、揮発性記憶部の第1のインバータの出力ノードに対する電流と第2のインバータの出力ノードに対する電流との間に不揮発性記憶部の記憶データ(第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係)に応じた差を生じさせ、揮発性記憶部に不揮発性記憶部の記憶データを書き込むことができる(リコール動作)。   Further, the first and second switches are turned OFF, the third and fourth switches are turned ON, and a predetermined voltage (for example, 0 V) is applied to the bias supply node to raise the power supply voltage for the flip-flop of the volatile memory portion. Between the current to the output node of the first inverter of the volatile storage unit and the current to the output node of the second inverter, the storage data of each of the first and second resistance change elements A difference in accordance with the magnitude relationship of the resistance value) is generated, and the storage data of the nonvolatile storage unit can be written into the volatile storage unit (recall operation).

そして、第3および第4のスイッチをOFFとすれば、第1および第2の抵抗変化型素子を揮発性記憶部から切り離し、揮発性記憶部を通常のSRAMのメモリセルとして動作させることができる。この場合、揮発性記憶部には、その機能を損なう余分な回路および寄生的な容量が一切接続されていないので、高いSNMが得られる。   If the third and fourth switches are turned OFF, the first and second resistance change elements can be disconnected from the volatile storage unit, and the volatile storage unit can be operated as a normal SRAM memory cell. . In this case, a high SNM can be obtained because the volatile storage unit is not connected to any extra circuit or parasitic capacitance that impairs its function.

従って、この発明によれば、SRAMとしての機能を損なうことなく、揮発性記憶部の記憶データの書き換え、記憶データを不揮発性記憶部に書き込むストア、不揮発性記憶部から揮発性記憶部にデータを書き込むリコールの動作を容易に行うことができる不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを実現することができる。また、この発明において、不揮発性記憶部では、2つの抵抗変化型素子の抵抗値の大小関係が記憶データを示す。また、ストア時には、互いに逆方向の電流を第1および第2の抵抗変化型素子に流し、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値を互いに逆方向に変化させる。従って、抵抗変化型素子の特性ばらつきが大きくても、ストア時には、第1および第2の抵抗変化型素子の各抵抗値の大小関係を揮発性記憶部の記憶データに応じた大小関係とすることができる。よって、この発明によれば、セルを構成する素子の特性ばらつきに強い不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリを実現することができる。   Therefore, according to the present invention, the data stored in the volatile storage unit is rewritten, the stored data is written in the nonvolatile storage unit, and the data is transferred from the nonvolatile storage unit to the volatile storage unit without impairing the function as the SRAM. It is possible to realize a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that can easily perform a recall operation for writing. In the present invention, in the nonvolatile memory unit, the magnitude relationship between the resistance values of the two resistance variable elements indicates stored data. At the time of storing, currents in opposite directions are passed through the first and second resistance variable elements, and the resistance values of the first and second resistance variable elements are changed in opposite directions. Therefore, even when the characteristic variation of the resistance variable element is large, the magnitude relationship between the resistance values of the first and second resistance variable elements at the time of storing is set to a magnitude relation corresponding to the storage data of the volatile storage unit. Can do. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a nonvolatile memory cell and a nonvolatile memory that are resistant to variations in characteristics of elements constituting the cell.

好ましい態様では、抵抗変化型素子として、MTJ素子や電界誘起巨大抵抗変化の発生する抵抗素子が用いられる。この態様によれば、高速にストアおよびリコールを行うことができる。   In a preferred embodiment, an MTJ element or a resistance element that generates an electric field induced giant resistance change is used as the resistance change element. According to this aspect, store and recall can be performed at high speed.

他の好ましい態様では、不揮発性メモリは電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えており、ストア動作時には、この昇圧回路の出力電圧をフリップフロップに対する電源電圧、第3および第4のスイッチをONさせるための活性化電圧として用いる。従って、不揮発性メモリに対する電源電圧を、SRAMを動作させることが可能な最低限の電圧とすることができる。   In another preferred aspect, the nonvolatile memory includes a booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage. During a store operation, the output voltage of the booster circuit is supplied to the flip-flop power supply voltage, the third and fourth switches. Used as an activation voltage for turning on. Therefore, the power supply voltage for the non-volatile memory can be set to a minimum voltage at which the SRAM can be operated.

また、この発明によれば、不揮発性メモリセルに設ける不揮発性記憶部の素子数が少なく、また、ストア時およびリコール時に抵抗変化型素子に流す電流が少なくて済むので、面積が小さくて安価な不揮発性メモリのチップを実現することができる。   In addition, according to the present invention, the number of elements of the nonvolatile memory portion provided in the nonvolatile memory cell is small, and the current flowing through the resistance variable element at the time of storing and recalling is small, so the area is small and inexpensive. A non-volatile memory chip can be realized.

この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 同不揮発性メモリセルの第1の動作条件を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a first operating condition of the nonvolatile memory cell. 同不揮発性メモリセルの第2の動作条件を示す図である。It is a figure which shows the 2nd operating condition of the non-volatile memory cell. 同不揮発性メモリセルの第3の動作条件を示す図である。It is a figure which shows the 3rd operating condition of the non-volatile memory cell. この発明の第2実施形態である不揮発性RAMの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 2nd Embodiment of this invention. 同不揮発性RAMの具体的な構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structural example of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMの電源制御回路の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the power supply control circuit of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMのストアの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of the store of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMのリコールの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement of recall of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMに好適な行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit suitable for the non-volatile RAM. この発明の第3実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory cell which is 3rd Embodiment of this invention. 同不揮発性メモリセルの動作条件を示す図である。It is a figure which shows the operating condition of the non-volatile memory cell. この発明の第4実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 4th Embodiment of this invention. 同不揮発性RAMのリコール時の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of recall of the non-volatile RAM. 同不揮発性RAMに好適な行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit suitable for the non-volatile RAM. この発明の第5実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory cell which is 5th Embodiment of this invention. この発明の第6実施形態である不揮発性RAMの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile RAM which is 6th Embodiment of this invention. 同不揮発性RAMに好適な行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit suitable for the non-volatile RAM. この発明の第7実施形態である不揮発性メモリセルの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the non-volatile memory cell which is 7th Embodiment of this invention. この発明の第8実施形態である不揮発性RAMに好適な行選択回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the row selection circuit suitable for the non-volatile RAM which is 8th Embodiment of this invention. MTJ素子の構成および動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of an MTJ element. MTJ素子を利用したメモリセルの断面構造を例示する図である。It is a figure which illustrates the cross-sectional structure of the memory cell using an MTJ element. 従来の不揮発性メモリセルの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the conventional non-volatile memory cell. 一般的なSRAMのメモリセルの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a general SRAM memory cell; FIG. 同メモリセルのスタティックノイズマージンを例示する図である。It is a figure which illustrates the static noise margin of the memory cell.

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、トランジスタはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ)を指す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the transistor refers to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; field-effect transistor having a metal-oxide film-semiconductor structure).

<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である不揮発性メモリセル10の構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10は、揮発性記憶部11と、不揮発性記憶部12とを有する。揮発性記憶部11は、通常のSRAMにおいてメモリセルとして用いられるものと同様な構成を有している。より具体的には、揮発性記憶部11は、PチャネルトランジスタP1およびNチャネルトランジスタN1からなるインバータINV1と、PチャネルトランジスタP2およびNチャネルトランジスタN2からなるインバータINV2と、トランスファゲートしてのNチャネルトランジスタTa1およびTa2を有している。ここで、インバータINV1およびINV2は、互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号としており、フリップフロップを構成している。このフリップフロップは、高電位側電源電圧VDCを供給するための電源線と低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線との間に介挿されている。NチャネルトランジスタTa1は、インバータINV1の出力ノードV1とビット線BLとの間に介挿されている。また、NチャネルトランジスタTa2は、インバータINV2の出力ノードV2とビット線BLBとの間に介挿されている。これらのNチャネルトランジスタTa1およびTa2は、行選択電圧WLがアクティブレベルとなることによりONとなる。これによりビット線BLおよびBLBを介した揮発性記憶部11のフリップフロップへのデータ書き込みと、揮発性記憶部11のフリップフロップからビット線BLおよびBLBへのデータ読み出しが可能になる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10 according to the first embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cell 10 includes a volatile storage unit 11 and a nonvolatile storage unit 12. The volatile storage unit 11 has a configuration similar to that used as a memory cell in a normal SRAM. More specifically, the volatile storage unit 11 includes an inverter INV1 composed of a P-channel transistor P1 and an N-channel transistor N1, an inverter INV2 composed of a P-channel transistor P2 and an N-channel transistor N2, and an N-channel as a transfer gate. Transistors Ta1 and Ta2 are included. Here, the inverters INV1 and INV2 use the output signals of the other party as input signals for each other, and constitute a flip-flop. This flip-flop is interposed between a power supply line for supplying the high potential side power supply voltage VDC and a power supply line for supplying the low potential side power supply voltage VSS. The N channel transistor Ta1 is interposed between the output node V1 of the inverter INV1 and the bit line BL. The N-channel transistor Ta2 is interposed between the output node V2 of the inverter INV2 and the bit line BLB. These N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned on when the row selection voltage WL becomes an active level. As a result, data can be written to the flip-flop of the volatile storage unit 11 via the bit lines BL and BLB, and data can be read from the flip-flop of the volatile storage unit 11 to the bit lines BL and BLB.

不揮発性記憶部12は、スイッチとしてのNチャネルトランジスタTw1およびTw2と、抵抗変化型素子R1およびR2とを有している。ここで、NチャネルトランジスタTw1は、インバータINV1の出力ノードにドレインが接続され、抵抗変化型素子R1の一端にソースが接続されている。また、NチャネルトランジスタTw2は、インバータINV2の出力ノードにドレインが接続され、抵抗変化型素子R2の一端にソースが接続されている。これらのNチャネルトランジスタTw1およびTw2の各ゲートには活性化信号WREが与えられる。そして、抵抗変化型素子R1およびR2の各他端は共通接続され、この共通接続点がソース電圧SLを供給するためのバイアス供給ノードNSとなっている。   The nonvolatile memory unit 12 includes N-channel transistors Tw1 and Tw2 as switches and resistance change elements R1 and R2. Here, the drain of the N-channel transistor Tw1 is connected to the output node of the inverter INV1, and the source is connected to one end of the resistance variable element R1. The N-channel transistor Tw2 has a drain connected to the output node of the inverter INV2, and a source connected to one end of the resistance variable element R2. Activation signal WRE is applied to the gates of N channel transistors Tw1 and Tw2. The other ends of the variable resistance elements R1 and R2 are connected in common, and this common connection point is a bias supply node NS for supplying the source voltage SL.

抵抗変化型素子R1およびR2の各々は、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がONである状態において、インバータINV1(INV2)の出力ノードからバイアス供給ノードNSに向かう電流を通過させたときに抵抗値が第1の方向(例えば増加方向)に変化し、バイアス供給ノードNSからインバータINV1(INV2)の出力ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向と逆方向の第2の方向(例えば減少方向)に抵抗値が変化する抵抗変化素子である。不揮発性記憶部12では、この抵抗変化型素子R1およびR2の大小関係が記憶データの“1”/“0”を表す。   Each of the resistance variable elements R1 and R2 has a resistance value when the current from the output node of the inverter INV1 (INV2) to the bias supply node NS is passed while the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are ON. 1 direction (for example, increasing direction), and a second direction (for example, decreasing direction) opposite to the first direction when current flowing from the bias supply node NS toward the output node of the inverter INV1 (INV2) is passed. ) Is a resistance change element whose resistance value changes. In the nonvolatile memory unit 12, the magnitude relationship between the resistance variable elements R1 and R2 represents “1” / “0” of the stored data.

一例として、抵抗変化型素子R1およびR2は、スピン注入型MTJ素子である。ここで、抵抗変化型素子R1およびR2をスピン注入型MTJ素子とする場合、抵抗変化型素子R1であるスピン注入型MTJ素子のピン層をNチャネルトランジスタTw1のソースに、フリー層をバイアス供給ノードに接続し、抵抗変化型素子R2であるスピン注入型MTJ素子のピン層をNチャネルトランジスタTw2のソースに、フリー層をバイアス供給ノードに各々接続する。このようにすることで、上記のような抵抗変化型素子R1およびR2の抵抗変化特性を得ることができる。   As an example, the resistance variable elements R1 and R2 are spin injection MTJ elements. Here, when the resistance variable elements R1 and R2 are spin injection MTJ elements, the pin layer of the spin injection MTJ element, which is the resistance variable element R1, is the source of the N-channel transistor Tw1, and the free layer is the bias supply node. The pin layer of the spin injection MTJ element, which is the resistance variable element R2, is connected to the source of the N-channel transistor Tw2, and the free layer is connected to the bias supply node. By doing so, the resistance change characteristics of the resistance change elements R1 and R2 as described above can be obtained.

あるいは抵抗変化型素子R1およびR2として、ReRAMのメモリセルに用いられるCER(Colossal Electro−Resistance;電界誘起巨大抵抗変化)抵抗素子を利用してもよい。   Alternatively, CER (Corrosive Electro-Resistance) resistance elements used in ReRAM memory cells may be used as the resistance change elements R1 and R2.

本実施形態では、揮発性記憶部11に記憶されたデータを不揮発性記憶部12に書き込むストアと、不揮発性記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に書き込むリコールが可能である。本実施形態では、このストアとリコールを行わせるため、適切なレベルの活性化信号WREによりNチャネルトランジスタTw1およびTw2がONとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11のインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に各々接続される。その際、バイアス供給ノードNSに対するソース電圧SLがストア、リコールの動作に適したレベルに制御される。   In the present embodiment, a store for writing data stored in the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 and a recall for writing the data stored in the nonvolatile storage unit 12 to the volatile storage unit 11 are possible. In this embodiment, in order to perform the store and recall, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on by the activation signal WRE at an appropriate level, and the resistance variable elements R1 and R2 are connected to the inverter INV1 of the volatile storage unit 11. Output node V1 and inverter INV2 output node V2. At this time, the source voltage SL for the bias supply node NS is controlled to a level suitable for store and recall operations.

図2は不揮発性メモリセル10を1.2Vの電源電圧で動作させる場合の動作条件を示している。以下、図2を参照し、本実施形態の動作を説明する。図2に示す例では、高電位側電源電圧VDCが1.2V、低電位側電源電圧VSSが0Vとなっている。不揮発性メモリセル10を通常のSRAMのメモリセルとして動作させる場合には、活性化信号WREが0Vとされる。この結果、NチャネルトランジスタTw1およびTw2がOFFとなり、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から切り離される。この状態では、ビット線BLおよびBLBを介した揮発性記憶部11へのアクセスが可能である。   FIG. 2 shows operating conditions when the nonvolatile memory cell 10 is operated with a power supply voltage of 1.2V. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 2, the high potential side power supply voltage VDC is 1.2V, and the low potential side power supply voltage VSS is 0V. When the nonvolatile memory cell 10 is operated as a normal SRAM memory cell, the activation signal WRE is set to 0V. As a result, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned off, and the resistance variable elements R1 and R2 are disconnected from the volatile storage unit 11. In this state, the volatile storage unit 11 can be accessed via the bit lines BL and BLB.

図2には、揮発性記憶部11からのデータ読み出しの動作条件が示されている。揮発性記憶部11からのデータ読み出しを行うために、行選択電圧WLが1.2Vとされ、NチャネルトランジスタTa1およびTa2がONとされる。そして、揮発性記憶部11にデータ“1”が記憶されている場合には、インバータINV1の出力ノードV1の電圧1.2Vがビット線BLに、インバータINV2の出力ノードV2の電圧約0Vがビット線BLBに読み出される。また、揮発性記憶部11にデータ“0”が記憶されている場合には、インバータINV1の出力ノードV1の電圧約0Vがビット線BLに、インバータINV2の出力ノードV2の電圧1.2Vがビット線BLBに読み出される。図示は省略したが、揮発性記憶部11へのデータ書き込みを行う場合には、ビット線BLおよびBLBからインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に、書込データに対応した電圧が各々与えられ、書込データがインバータINV1およびINV2からなるフリップフロップに保持される。   FIG. 2 shows operating conditions for reading data from the volatile storage unit 11. In order to read data from the volatile storage unit 11, the row selection voltage WL is set to 1.2 V, and the N-channel transistors Ta1 and Ta2 are turned on. When data “1” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage 1.2V of the output node V1 of the inverter INV1 is the bit line BL, and the voltage of about 0V of the output node V2 of the inverter INV2 is the bit. Read to line BLB. When data “0” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of about 0 V of the output node V1 of the inverter INV1 is set to the bit line BL, and the voltage of 1.2 V of the output node V2 of the inverter INV2 is set to the bit. Read to line BLB. Although not shown, when data is written to the volatile storage unit 11, voltages corresponding to write data are applied from the bit lines BL and BLB to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2. Each is applied, and write data is held in a flip-flop formed of inverters INV1 and INV2.

不揮発性メモリセル10の電源を切断する場合には、電源切断に先立って、揮発性記憶部11に記憶されたデータを不揮発性記憶部12に転送するストアが行われる。図2に示す例では、行選択電圧WLが0V、活性化信号WREが1.5V、ソース電圧SLが0.6Vとされる。ここで、1.5Vの活性化信号WREは、1.2Vの電源電圧を昇圧することにより生成され、0.6Vのソース電圧SLは同電源電圧を降圧することにより生成される。   When the power of the nonvolatile memory cell 10 is turned off, a store for transferring the data stored in the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 is performed prior to the power-off. In the example shown in FIG. 2, the row selection voltage WL is 0V, the activation signal WRE is 1.5V, and the source voltage SL is 0.6V. Here, the activation signal WRE of 1.5V is generated by boosting the power supply voltage of 1.2V, and the source voltage SL of 0.6V is generated by stepping down the power supply voltage.

活性化信号WREを1.5Vにするのは、次の理由による。まず、仮に活性化信号WREを電源電圧と同じ1.2Vにすると、揮発性記憶部11から抵抗変化型素子R1およびR2に印加可能な電圧の最大値が、この活性化信号WRE=1.2VからNチャネルトランジスタTw1およびTw2の閾値分だけ低下した電圧となる。このような抵抗変化型素子R1およびR2への印加電圧の低下は、確実なデータ書き込みの妨げとなるので好ましくない。また、抵抗変化型素子R1およびR2に流す電流を抵抗値の変化を生じさせる十分な電流値にするために、NチャネルトランジスタTw1およびTw2の抵抗を小さくする必要がある。このため、活性化信号WREを電源電圧1.2Vより高い1.5Vにしているのである。   The reason why the activation signal WRE is set to 1.5 V is as follows. First, if the activation signal WRE is set to 1.2 V, which is the same as the power supply voltage, the maximum value of the voltage that can be applied from the volatile storage unit 11 to the resistance variable elements R1 and R2 is the activation signal WRE = 1.2V. To a voltage reduced by the threshold value of the N-channel transistors Tw1 and Tw2. Such a decrease in the voltage applied to the resistance variable elements R1 and R2 is not preferable because it prevents reliable data writing. In addition, it is necessary to reduce the resistances of the N-channel transistors Tw1 and Tw2 so that the current flowing through the resistance variable elements R1 and R2 has a sufficient current value that causes a change in the resistance value. Therefore, the activation signal WRE is set to 1.5V higher than the power supply voltage 1.2V.

ソース電圧SLは、揮発性記憶部11においてデータ“1”/“0”を表現するために用いている2種類の電圧(すなわち、1.2Vと0V)の中間の電圧である0.6Vにしている。揮発性記憶部11にデータ“1”が記憶された状態では、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が1.2V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が0Vとなっている。この状態において、ソース電圧SLを0.6Vとすると、インバータINV1の出力ノードV1からバイアス供給ノードNSに向かう方向の0.6Vの電圧が抵抗変化型素子R1に印加され、同方向の電流が抵抗変化型素子R1に流れる。この結果、抵抗変化型素子R1の抵抗値が増加する。また、バイアス供給ノードNSからインバータINV2の出力ノードV2に向かう方向の0.6Vの電圧が抵抗変化型素子R2に印加され、同方向の電流が抵抗変化型素子R2に流れる。この結果、抵抗変化型素子R2の抵抗値が減少する。このようにデータ“1”のストアにより、不揮発性記憶部12の抵抗変化型素子R1は高抵抗に、抵抗変化型素子R2は低抵抗になる。   The source voltage SL is set to 0.6 V which is an intermediate voltage between two kinds of voltages (ie, 1.2 V and 0 V) used for expressing the data “1” / “0” in the volatile storage unit 11. ing. In a state where data “1” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V1 of the inverter INV1 is 1.2V, and the voltage of the output node V2 of the inverter INV2 is 0V. In this state, when the source voltage SL is 0.6 V, a voltage of 0.6 V in the direction from the output node V1 of the inverter INV1 to the bias supply node NS is applied to the resistance variable element R1, and a current in the same direction is It flows to the variable element R1. As a result, the resistance value of the resistance variable element R1 increases. Further, a voltage of 0.6 V in the direction from the bias supply node NS toward the output node V2 of the inverter INV2 is applied to the resistance variable element R2, and a current in the same direction flows through the resistance variable element R2. As a result, the resistance value of the resistance variable element R2 decreases. As described above, by storing the data “1”, the resistance variable element R1 of the nonvolatile memory unit 12 becomes high resistance and the resistance variable element R2 becomes low resistance.

一方、揮発性記憶部11にデータ“0”が記憶された状態では、インバータINV1の出力ノードV1の電圧が0V、インバータINV2の出力ノードV2の電圧が1.2Vとなっている。この状態において、ソース電圧SLを0.6Vとすると、データ“1”のストアの場合とは逆方向の電圧が抵抗変化型素子R1およびR2に印加される。従って、データ“0”のストアにより、不揮発性記憶部12の抵抗変化型素子R1は低抵抗に、抵抗変化型素子R2は高抵抗になる。   On the other hand, in a state where data “0” is stored in the volatile storage unit 11, the voltage of the output node V1 of the inverter INV1 is 0V, and the voltage of the output node V2 of the inverter INV2 is 1.2V. In this state, when the source voltage SL is 0.6 V, a voltage in the opposite direction to the case of storing data “1” is applied to the resistance variable elements R1 and R2. Therefore, storing the data “0” causes the resistance variable element R1 of the nonvolatile memory unit 12 to have a low resistance and the resistance variable element R2 to have a high resistance.

抵抗変化型素子R1およびR2として、非特許文献1のMTJ素子を用いた場合は、抵抗変化型素子に対する印加電圧を0.6V以上確保できればストアが可能であり、そのとき抵抗変化型素子に流れる電流は、49μAとなる。   When the MTJ element of Non-Patent Document 1 is used as the resistance variable elements R1 and R2, if the voltage applied to the resistance variable element can be secured at 0.6 V or more, the store can be performed, and then the current flows to the resistance variable element. The current is 49 μA.

次に不揮発記憶部12に記憶されたデータを揮発性記憶部11に書き込むリコール動作について説明する。リコール動作では、行選択電圧WLを0Vとしてビット線BLおよびBLBをopenとする(すなわち、ビット線をフリップフロップから切り離す)。また、活性化信号WREを0.5Vとして、NチャネルトランジスタTw1およびTw2をONさせ、抵抗変化型素子R1およびR2を揮発性記憶部11のインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に各々接続する。また、リコール動作ではソース電圧SLを0Vとする。ここで、活性化信号WREを0.5Vとするのは、リコール動作時に抵抗変化型素子R1およびR2に流れる電流を制限して低消費電力にすると同時に、誤書き込みを防止するために、抵抗変化型素子R1およびR2に過大な電圧が印加されないようにするためである。   Next, a recall operation for writing data stored in the nonvolatile storage unit 12 to the volatile storage unit 11 will be described. In the recall operation, the row selection voltage WL is set to 0 V, and the bit lines BL and BLB are set to open (that is, the bit lines are disconnected from the flip-flops). Further, the activation signal WRE is set to 0.5 V, the N-channel transistors Tw1 and Tw2 are turned on, and the resistance variable elements R1 and R2 are connected to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2, respectively. Connect each one. In the recall operation, the source voltage SL is set to 0V. Here, the activation signal WRE is set to 0.5 V in order to limit the current flowing through the resistance variable elements R1 and R2 during the recall operation to reduce power consumption and to prevent erroneous writing. This is to prevent an excessive voltage from being applied to the mold elements R1 and R2.

そして、リコール動作では、活性化信号WREを0.5V、ソース電圧SLを0Vに保った状態で、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを0Vから1.2Vに上昇させる。   In the recall operation, the high-potential-side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 is increased from 0 V to 1.2 V while maintaining the activation signal WRE at 0.5 V and the source voltage SL at 0 V.

ここで、不揮発性記憶部12がデータ“1”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっている。この状態で、高電位側電源電圧VDCが0Vから1.2Vに上昇すると、インバータINV1の出力ノードV1からバイアス供給ノードNSに向けて流れる電流よりもインバータINV2の出力ノードV2からバイアス供給ノードNSに向けて流れる電流の方が大きくなるので、出力ノードV1の電圧の方が出力ノードV2の電圧より高くなる。この結果、揮発性記憶部11は、インバータINV1の出力ノードV1がHighレベル、インバータINV2の出力ノードV2がLowレベルとなり、この状態を保持する。すなわち、データ“1”が揮発性記憶部11に記憶され、データ“1”のリコールが完了する。このとき、抵抗変化型素子R1およびR2に流れる電流は、非特許文献1のMTJ素子を用いれば、それぞれ10μA、15μA程度になる。   When the nonvolatile storage unit 12 stores data “1”, the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance. In this state, when the high-potential-side power supply voltage VDC rises from 0 V to 1.2 V, the current flowing from the output node V1 of the inverter INV1 toward the bias supply node NS is changed from the output node V2 of the inverter INV2 to the bias supply node NS. Since the current flowing in the direction becomes larger, the voltage at the output node V1 becomes higher than the voltage at the output node V2. As a result, in the volatile storage unit 11, the output node V1 of the inverter INV1 is at the high level and the output node V2 of the inverter INV2 is at the low level, and this state is maintained. That is, the data “1” is stored in the volatile storage unit 11 and the recall of the data “1” is completed. At this time, if the MTJ element of Non-Patent Document 1 is used, the currents flowing through the resistance variable elements R1 and R2 are about 10 μA and 15 μA, respectively.

一方、不揮発性記憶部12がデータ“0”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が低抵抗、抵抗変化型素子R2が高抵抗となっている。この場合、リコールを行うために、高電位側電源電圧VDCを0Vから1.2Vに上昇させると、インバータINV1の出力ノードV1からバイアス供給ノードNSに向けて流れる電流よりもインバータINV2の出力ノードV2からバイアス供給ノードNSに向けて流れる電流の方が小さくなるので、出力ノードV2の電圧の方が出力ノードV1の電圧より高くなる。この結果、揮発性記憶部11は、インバータINV1の出力ノードV1がLowレベル、インバータINV2の出力ノードV2がHighレベルとなり、この状態を保持する。すなわち、データ“0”が揮発性記憶部11に記憶され、データ“0”のリコールが完了する。   On the other hand, when the nonvolatile storage unit 12 stores data “0”, the resistance variable element R1 has a low resistance and the resistance variable element R2 has a high resistance. In this case, if the high potential side power supply voltage VDC is raised from 0 V to 1.2 V in order to perform the recall, the output node V2 of the inverter INV2 is more than the current flowing from the output node V1 of the inverter INV1 toward the bias supply node NS. Since the current flowing from the first to the bias supply node NS becomes smaller, the voltage at the output node V2 becomes higher than the voltage at the output node V1. As a result, the volatile storage unit 11 maintains the state in which the output node V1 of the inverter INV1 is at the low level and the output node V2 of the inverter INV2 is at the high level. That is, the data “0” is stored in the volatile storage unit 11 and the recall of the data “0” is completed.

リコールが完了すると、活性化信号WREが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から切り離される。これによりSRAMとしての動作が開始される。この状態において、揮発性記憶部11は、完全対称性のある6Tr構成のSRAMのメモリセルと同様な構成を有するので、広いSNMが得られる。   When the recall is completed, the activation signal WRE is set to 0 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are disconnected from the volatile storage unit 11. Thereby, the operation as the SRAM is started. In this state, the volatile storage unit 11 has the same configuration as that of a 6Tr configuration SRAM memory cell having complete symmetry, and thus a wide SNM can be obtained.

図3は不揮発性メモリセル10を0.5Vの極低電源電圧で動作させる場合の動作条件を示している。不揮発性メモリセル10を通常のSRAMのメモリセルとして動作させる場合には、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを0.5Vとしてもよい。しかし、ストアを行わせる場合には、不揮発性メモリセル10に対する高電位側電源電圧VDCを1.2Vとし、活性化信号WREを1.5V、ソース電圧SLを0.6Vとする。この場合、不揮発性メモリセル10を搭載したメモリチップに対する電源電圧は0.5Vであるので、この電源電圧を昇圧することにより、高電位側電源電圧VDC、活性化信号WREおよびソース電圧SLを生成する。ストアの動作は図2と同様である。   FIG. 3 shows operating conditions when the nonvolatile memory cell 10 is operated at an extremely low power supply voltage of 0.5V. When the nonvolatile memory cell 10 is operated as a normal SRAM memory cell, the high-potential-side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 may be set to 0.5V. However, when storing, the high potential side power supply voltage VDC for the nonvolatile memory cell 10 is set to 1.2V, the activation signal WRE is set to 1.5V, and the source voltage SL is set to 0.6V. In this case, since the power supply voltage for the memory chip on which the nonvolatile memory cell 10 is mounted is 0.5 V, the high-potential-side power supply voltage VDC, the activation signal WRE, and the source voltage SL are generated by boosting this power supply voltage. To do. The store operation is the same as in FIG.

次にリコール動作について説明する。リコール動作では、ソース電圧SLを0V、活性化信号WREを0.3Vにする。活性化信号WREを0.3Vにするのは、メモリチップの電源電圧が0.5Vと低く、超低消費電力を目指しているので、できるだけ抵抗変化型素子R1およびR2の消費電流を絞るためである。しかし、前掲図2のようにリコール時の活性化信号WREを0.5Vとしても動作上は問題ない。   Next, the recall operation will be described. In the recall operation, the source voltage SL is set to 0V, and the activation signal WRE is set to 0.3V. The activation signal WRE is set to 0.3 V because the power supply voltage of the memory chip is as low as 0.5 V and the target is ultra-low power consumption, so that the current consumption of the resistance variable elements R1 and R2 is reduced as much as possible. is there. However, there is no problem in operation even if the activation signal WRE at the time of recall is set to 0.5 V as shown in FIG.

次にこの状態で高電位側電源電圧VDCを0Vから0.5Vに上昇させる。ここで、不揮発性記憶部12がデータ“1”を記憶している場合、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっているので、前掲図2と同じく、出力ノードV1がHigh、出力ノードV2がLowとなり、揮発性記憶部11にデータ“1”が保持される。リコール時に不揮発性記憶部12がデータ“0”を記憶している場合の動作も同様である。   Next, in this state, the high potential side power supply voltage VDC is raised from 0V to 0.5V. Here, when the nonvolatile storage unit 12 stores data “1”, since the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance, the output is the same as in FIG. The node V1 becomes High, the output node V2 becomes Low, and the data “1” is held in the volatile storage unit 11. The operation in the case where the nonvolatile storage unit 12 stores data “0” at the time of recall is the same.

このリコールが完了すると、活性化信号WREが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2が揮発性記憶部11から分離される。これにより揮発性記憶部11は、電源電圧VDC=0.5Vの供給を受けて通常のSRAMのメモリセルとして動作する。   When this recall is completed, the activation signal WRE is set to 0 V, and the resistance variable elements R1 and R2 are separated from the volatile storage unit 11. Thus, the volatile memory unit 11 operates as a normal SRAM memory cell in response to the supply of the power supply voltage VDC = 0.5V.

図4はリコール時の消費電流を減らすのに有効な動作の動作条件を示している。前掲図2との違いは、リコール時にソース電圧SLを0Vから0.3Vに上昇させる点である。このようにソース電圧SLを上昇させることにより、リコール時に抵抗変化型素子R1およびR2に流れる電流を抑制し、消費電力を低減することができる。   FIG. 4 shows the operating conditions of the operation effective for reducing the current consumption during the recall. The difference from FIG. 2 is that the source voltage SL is raised from 0V to 0.3V at the time of recall. By raising the source voltage SL in this way, the current flowing through the resistance variable elements R1 and R2 during the recall can be suppressed, and the power consumption can be reduced.

<第2実施形態>
図5は、この発明の第2実施形態である不揮発性RAMの全体構成を示すブロック図である。図5において、不揮発性RAMセルアレイ100は、上記第1実施形態の不揮発性メモリセル10を行列状に配列したセルアレイである。この例では、不揮発性RAMセルアレイ100のメモリ容量は、64Mビット(4M×16ビット)である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a nonvolatile RAM according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, a nonvolatile RAM cell array 100 is a cell array in which the nonvolatile memory cells 10 of the first embodiment are arranged in a matrix. In this example, the memory capacity of the nonvolatile RAM cell array 100 is 64M bits (4M × 16 bits).

制御回路900は、外部から与えられるチップイネーブル信号CEB、書き込み許可信号WEB、出力許可信号OEB、活性化指示信号WREDに応じて、不揮発性RAM内の各部を制御する回路である。ここで、チップイネーブル信号CEB、書き込み許可信号WEBは、通常のSRAMに使用される制御信号である。活性化指示信号WREDは、本実施形態に特有の制御信号であり、不揮発性RAMにストアまたはリコールを行わせるときにアクティブレベル(この例ではHighレベル)とされる制御信号である。   The control circuit 900 is a circuit that controls each part in the nonvolatile RAM in accordance with a chip enable signal CEB, a write permission signal WEB, an output permission signal OEB, and an activation instruction signal WRED given from the outside. Here, the chip enable signal CEB and the write enable signal WEB are control signals used in a normal SRAM. The activation instruction signal WRED is a control signal unique to the present embodiment, and is a control signal that is set to an active level (High level in this example) when storing or recalling the nonvolatile RAM.

アドレス入力回路950は、制御回路900による制御の下、不揮発性RAMセルアレイ100内のアクセス先を指定するアドレスA0〜A21を受け取って保持する回路である。このアドレスA0〜A21は、不揮発性RAMセルアレイ100内において、アクセス先が属する行を指定する行アドレスと、アクセス先が属する列を指定する列アドレスに区分されている。   The address input circuit 950 is a circuit that receives and holds addresses A0 to A21 that designate access destinations in the nonvolatile RAM cell array 100 under the control of the control circuit 900. In the nonvolatile RAM cell array 100, the addresses A0 to A21 are divided into a row address that specifies the row to which the access destination belongs and a column address that specifies the column to which the access destination belongs.

行デコーダ200は、行アドレスをデコードし、デコード結果に従って不揮発性RAMセルアレイ100の各行の中の1つの行を選択する。また、列デコーダ300は、列アドレスをデコードし、デコード結果に従って不揮発性RAMセルアレイ100の各列の中の1つの列を選択する。カラムゲート400は、ライトアクセス時には書込回路800を、リードアクセス時にはセンスアンプ600を、列デコーダ300によって選択された列のビット線に接続する。センスアンプ600は、リードアクセス時にカラムゲート400を介して供給されるビット線上の電圧を増幅し、入出力バッファ700に出力する回路である。書込回路800は、ライトアクセス時に入出力バッファ700を介して供給される書込データに応じたデータ電圧をカラムゲート400に供給する回路である。入出力バッファ700は、16ビットの書込データを外部から受け取って書込回路800に供給し、センスアンプ600の出力信号に基づいて16ビットの読出データを外部に出力する16個の双方向入出力回路により構成されている。   The row decoder 200 decodes the row address and selects one of the rows of the nonvolatile RAM cell array 100 according to the decoding result. In addition, the column decoder 300 decodes the column address and selects one of the columns of the nonvolatile RAM cell array 100 according to the decoding result. Column gate 400 connects write circuit 800 at the time of write access and sense amplifier 600 at the time of read access to the bit line of the column selected by column decoder 300. The sense amplifier 600 is a circuit that amplifies the voltage on the bit line supplied through the column gate 400 at the time of read access and outputs the amplified voltage to the input / output buffer 700. The write circuit 800 is a circuit that supplies the column gate 400 with a data voltage corresponding to write data supplied via the input / output buffer 700 during write access. Input / output buffer 700 receives 16-bit write data from the outside, supplies it to write circuit 800, and outputs 16-bit read data to the outside based on the output signal of sense amplifier 600. An output circuit is used.

行デコーダ200には、通常のSRAMの行デコーダの機能に加えて、本実施形態に特有の機能が設けられている。すなわち、本実施形態における行デコーダ200は、不揮発性RAMセルアレイ100における所望の不揮発性メモリセル10を行単位で選択し、当該不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFF、NチャネルトランジスタTw1およびTw2をONとし、当該不揮発性メモリセル10のバイアス供給ノードNSに所定のソース電圧SLを与え、当該不揮発性メモリセル10の揮発性記憶部11から不揮発性記憶部12へデータを書き込むストアを行わせるストア制御手段と、不揮発性RAMセルアレイ100における所望の不揮発性メモリセルM10を行単位で選択し、当該不揮発性メモリセル10のNチャネルトランジスタTa1およびTa2をOFF、NチャネルトランジスタTw1およびTw2をONとし、当該不揮発性メモリセル10のバイアス供給ノードNSに所定のソース電圧SLを与え、当該不揮発性メモリセル10のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることにより、当該不揮発性メモリセル10の不揮発性記憶部12から揮発性記憶部11へデータを書き込むリコールを行わせるリコール制御手段としての機能を有している。電源制御回路500は、このストアおよびリコールを行うための各種の制御信号の生成に用いられる基準ソース電圧VSL、基準書込電圧VDW、基準電源電圧VDCを発生する回路である。   The row decoder 200 is provided with a function specific to the present embodiment in addition to the function of a normal SRAM row decoder. That is, the row decoder 200 in this embodiment selects a desired nonvolatile memory cell 10 in the nonvolatile RAM cell array 100 in units of rows, turns off the N-channel transistors Ta1 and Ta2 of the nonvolatile memory cell, and turns off the N-channel transistor Tw1. And Tw2 are turned ON, a predetermined source voltage SL is applied to the bias supply node NS of the nonvolatile memory cell 10, and a store for writing data from the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 of the nonvolatile memory cell 10 is stored. The store control means to be performed and the desired nonvolatile memory cell M10 in the nonvolatile RAM cell array 100 are selected in units of rows, the N channel transistors Ta1 and Ta2 of the nonvolatile memory cell 10 are turned off, and the N channel transistors Tw1 and Tw2 are turned off. ON Then, by applying a predetermined source voltage SL to the bias supply node NS of the nonvolatile memory cell 10 and raising the power supply voltage for the flip-flop of the nonvolatile memory cell 10, nonvolatile storage of the nonvolatile memory cell 10 is performed. It has a function as a recall control means for performing a recall for writing data from the unit 12 to the volatile storage unit 11. The power supply control circuit 500 is a circuit that generates a reference source voltage VSL, a reference write voltage VDW, and a reference power supply voltage VDC that are used to generate various control signals for storing and recalling.

図6は本実施形態による不揮発性RAMの具体的な構成例を示すブロック図である。なお、この図6では、図面が煩雑になるのを防止するため、1ビット分のデータの記憶および入出力に関連した構成のみが図示されている。実際の不揮発性RAMは、図6に示された不揮発性RAMセルアレイ100やカラムゲート400等を16ビット分並列化した構成となっている。   FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration example of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In FIG. 6, only the configuration related to storage and input / output of 1-bit data is shown in order to prevent the drawing from becoming complicated. The actual nonvolatile RAM has a configuration in which the nonvolatile RAM cell array 100 and the column gate 400 shown in FIG.

図6において、不揮発性RAMセルアレイ100は、上記第1実施形態(図1)の不揮発性メモリセル10を不揮発性メモリセルMkjとし、この不揮発性メモリセルMkjをm+1行n+1列からなる行列状に配列したものである。   In FIG. 6, the nonvolatile RAM cell array 100 uses the nonvolatile memory cells 10 of the first embodiment (FIG. 1) as nonvolatile memory cells Mkj, and the nonvolatile memory cells Mkj are arranged in a matrix having m + 1 rows and n + 1 columns. It is an arrangement.

この不揮発性メモリセル行列Mkj(k=0〜m、j=0〜n)の各列jに沿って、対をなすビット線BITjおよびBITjBが配線されている。ここで、ビット線BITjには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)のNチャネルトランジスタTa1のソースが各々接続され、ビット線BITjBには、列jに属するm+1個の不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m)のNチャネルトランジスタTa2のソースが各々接続されている。   A pair of bit lines BITj and BITjB are wired along each column j of the nonvolatile memory cell matrix Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n). Here, the sources of the N-channel transistors Ta1 of m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) belonging to the column j are connected to the bit line BITj, respectively, and the bit line BITjB belongs to the column j. The sources of N-channel transistors Ta2 of m + 1 nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m) are connected to each other.

また、不揮発性メモリセル行列Mkj(k=0〜m、j=0〜n)の各行kに沿って、行選択電圧WLkを供給する信号線と、行毎に高電位側電源電圧VDCkを供給するための電源線と、行毎にソース電圧SLkを供給するための電源線と、活性化信号WREkを供給するための信号線が配線されている。ここで、高電位側電源電圧VDCkは、行kに属するn+1個の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のPチャネルトランジスタP1およびP2(図1参照)の各ソースに与えられる。また、ソース電圧SLkは、同不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のバイアス供給ノードNS(図1参照)に供給される。また、活性化信号WREkは、同不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2(図1参照)の各ゲートに供給される。   Further, along each row k of the nonvolatile memory cell matrix Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n), a signal line for supplying a row selection voltage WLk and a high potential side power supply voltage VDCk are supplied for each row. A power supply line for supplying power, a power supply line for supplying source voltage SLk for each row, and a signal line for supplying activation signal WREk are wired. Here, the high potential side power supply voltage VDCk is applied to the sources of P channel transistors P1 and P2 (see FIG. 1) of n + 1 nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) belonging to row k. The source voltage SLk is supplied to the bias supply node NS (see FIG. 1) of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n). The activation signal WREk is supplied to the gates of the N-channel transistors Tw1 and Tw2 (see FIG. 1) of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n).

そして、不揮発性メモリセル行列Mkj(k=0〜m、j=0〜n)の各不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタN1およびN2のソース同士の接続ノードには、低電位側電源電圧VSSが供給される。本実施形態では、この低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線が列j毎に列方向(行を横切る方向)に配線されている。   The low-potential-side power supply voltage VSS is applied to the connection node between the sources of the N-channel transistors N1 and N2 of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell matrix Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n). Supplied. In the present embodiment, the power supply line for supplying the low-potential-side power supply voltage VSS is wired in the column direction (direction across the row) for each column j.

カラムゲート400は、不揮発性RAMセルアレイ100の各列j(j=0〜n)に対応付けられたn+1組のNチャネルの列選択トランジスタCGj(j=0〜n)およびCGjB(j=0〜n)の組を有している。列jに対応した列選択トランジスタCGjおよびCGjBは、列選択電圧COLjがアクティブレベルとなることによりONとなり、ビット線BITjおよびBITjBを書込回路800およびセンスアンプ600に接続する。   The column gate 400 includes n + 1 sets of N-channel column selection transistors CGj (j = 0 to n) and CGjB (j = 0 to 0) associated with the respective columns j (j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100. n). The column selection transistors CGj and CGjB corresponding to the column j are turned on when the column selection voltage COLj becomes an active level, and connect the bit lines BITj and BITjB to the write circuit 800 and the sense amplifier 600.

列デコータ300は、不揮発性RAMセルアレイ100の各列j(j=0〜n)に各々対応したn+1個の列選択回路300−j(j=0〜n)により構成されている。ここで、列jに対応した列選択回路300−jは、列アドレスが当該列jを示す場合にLレベルの信号を出力する列アドレス一致検出部301と、この列アドレス一致検出部301の出力信号がLレベルであるときにHレベルの行選択電圧COLjを出力し、列jに対応したカラムゲートトタンジスタCGjおよびCGjBをONにするインバータ302とにより構成されている。   The column decoder 300 includes n + 1 column selection circuits 300-j (j = 0 to n) corresponding to the columns j (j = 0 to n) of the nonvolatile RAM cell array 100, respectively. Here, the column selection circuit 300-j corresponding to the column j includes a column address match detection unit 301 that outputs an L level signal when the column address indicates the column j, and an output of the column address match detection unit 301. When the signal is at the L level, the inverter 302 outputs an H level row selection voltage COLj and turns on the column gate transistors CGj and CGjB corresponding to the column j.

行デコーダ200は、不揮発性RAMセルアレイ100の各行k(k=0〜m)に各々対応したm+1個の行選択回路200−k(k=0〜m)により構成されている。各行kに対応した行選択回路200−kは、通常のSRAMとしての動作モードでは、行アドレスが当該行kを示す場合に、行選択電圧WLkをアクティブレベルとし、当該行kに属するn+1個の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTa1およびTa2(図1参照)をONにする。また、各行kに対応した行選択回路200−kは、当該行kに属するn+1個の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に供給する高電位側電源電圧VDCk、ソース電圧VSLk、活性化信号WREkの制御を行う。より具体的には次の通りである。   The row decoder 200 includes m + 1 row selection circuits 200-k (k = 0 to m) corresponding to the rows k (k = 0 to m) of the nonvolatile RAM cell array 100, respectively. In an operation mode as a normal SRAM, the row selection circuit 200-k corresponding to each row k sets the row selection voltage WLk to an active level when the row address indicates the row k, and n + 1 pieces belonging to the row k. The N-channel transistors Ta1 and Ta2 (see FIG. 1) of the nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) are turned on. In addition, the row selection circuit 200-k corresponding to each row k includes a high-potential-side power supply voltage VDCk, a source voltage VSLk, and an active voltage supplied to n + 1 nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) belonging to the row k. The control signal WREk is controlled. More specifically, it is as follows.

a.不揮発性RAMをSRAMとして動作させる通常動作モードでは、行アドレスが当該行kを示す場合に当該行kに対応した行選択電圧WLkをアクティブレベル(Highレベル)とし、行アドレスが当該行kを示さない場合には同行選択電圧WLkを非アクティブレベル(Lowレベル)とする。 a. In the normal operation mode in which the nonvolatile RAM is operated as an SRAM, when the row address indicates the row k, the row selection voltage WLk corresponding to the row k is set to an active level (High level), and the row address indicates the row k. If not, the accompanying selection voltage WLk is set to an inactive level (Low level).

b.ストアを行う動作モードでは、行アドレスが当該行kを示す場合に、当該行kに対応した活性化信号WREkのレベルを電源制御回路500が出力する基準書込電圧VDWとし、当該行kに対応した高電位側電源電圧VDCkを電源制御回路500が出力する基準電源電圧VDCとし、当該行kに対応したソース電圧SLkを電源制御回路500が出力する基準ソース電圧VSLとし、行アドレスが当該行kを示さない場合には、同活性化信号WREkおよび同ソース電圧SLkを0Vとする。 b. In the operation mode for storing, when the row address indicates the row k, the level of the activation signal WREk corresponding to the row k is set to the reference write voltage VDW output from the power supply control circuit 500, and the row k corresponds to the row k. The high-potential-side power supply voltage VDCk is used as the reference power supply voltage VDC output from the power supply control circuit 500, the source voltage SLk corresponding to the row k is used as the reference source voltage VSL output from the power supply control circuit 500, and the row address is the row k. Is not set, the activation signal WREk and the source voltage SLk are set to 0V.

c.リコールを行う動作モードでは、不揮発性RAMの電源が投入されたとき、当該行kに対応した高電位側電源電圧VDCkを0Vに初期化し、この初期化後、行アドレスが当該行kを示す状態となり、さらに所定時間が経過したとき、当該行kに対応した高電位側電源電圧VDCkを0Vから基準電源電圧VDCに上昇させ、以後、同高電位側電源電圧VDCkを基準電源電圧VDCに維持する。また、行アドレスが当該行kを示す場合に当該行kに対応した活性化信号WREkのレベルを電源制御回路500が出力する基準書込電圧VDWとするとともに、当該行kに対応したソース電圧SLkを電源制御回路500が出力する基準ソース電圧VSLとし、行アドレスが当該行kを示さない場合には同活性化信号WREkおよび同ソース電圧SLkを0Vとする。 c. In the recall operation mode, when the nonvolatile RAM is powered on, the high potential side power supply voltage VDCk corresponding to the row k is initialized to 0 V, and after this initialization, the row address indicates the row k When a predetermined time further elapses, the high potential side power supply voltage VDCk corresponding to the row k is raised from 0 V to the reference power supply voltage VDC, and thereafter, the high potential side power supply voltage VDCk is maintained at the reference power supply voltage VDC. . When the row address indicates the row k, the level of the activation signal WREk corresponding to the row k is set to the reference write voltage VDW output from the power supply control circuit 500, and the source voltage SLk corresponding to the row k. Is the reference source voltage VSL output from the power supply control circuit 500. When the row address does not indicate the row k, the activation signal WREk and the source voltage SLk are set to 0V.

電源制御回路500は、図7に示すように、制御回路501と、昇圧回路502と、降圧回路503と、出力調整回路504とを有する。制御回路501には、上述した活性化指示信号WREDとパワーオンパルスPONが与えられる。ここで、パワーオンパルスPONは、不揮発性RAMの電源が投入されたときに発生するパルスである。制御回路501は、不揮発性RAMの電源がONである状態において、活性化指示信号WREDが立ち上がったとき(パワーオンパルスPONが発生せず、活性化指示信号WREDの立ち上がりのみが単独で発生したとき)、ストアの指示がなされたと解釈し、不揮発性メモリセルMkjにストアの動作を行わせるのに必要な基準ソース電圧VSL、基準書込電圧VDW、基準電源電圧VDCを出力するための昇圧回路502、降圧回路503および出力調整回路504の制御を行う。また、制御回路501は、活性化指示信号WREDの立ち上がりとパワーオンパルスPONが接近して発生したとき、リコールの指示がなされたと解釈し、不揮発性メモリセルMkjにリコールの動作を行わせるのに必要な基準ソース電圧VSL、基準書込電圧VDW、基準電源電圧VDCを出力するための昇圧回路502、降圧回路503および出力調整回路504の制御を行う。   As shown in FIG. 7, the power supply control circuit 500 includes a control circuit 501, a booster circuit 502, a step-down circuit 503, and an output adjustment circuit 504. The control circuit 501 is supplied with the activation instruction signal WRED and the power-on pulse PON described above. Here, the power-on pulse PON is a pulse generated when the power of the nonvolatile RAM is turned on. When the activation instruction signal WRED rises in a state where the power source of the nonvolatile RAM is ON (the power supply pulse PON is not generated, and only the rise of the activation instruction signal WRED is generated alone) ), A booster circuit 502 for outputting the reference source voltage VSL, the reference write voltage VDW, and the reference power supply voltage VDC necessary for causing the nonvolatile memory cell Mkj to perform the store operation. The step-down circuit 503 and the output adjustment circuit 504 are controlled. Further, when the rise of the activation instruction signal WRED and the power-on pulse PON are generated close to each other, the control circuit 501 interprets that a recall instruction has been issued, and causes the nonvolatile memory cell Mkj to perform a recall operation. The booster circuit 502, the step-down circuit 503, and the output adjustment circuit 504 for outputting the necessary reference source voltage VSL, reference write voltage VDW, and reference power supply voltage VDC are controlled.

昇圧回路502は、不揮発性RAMに対する電源電圧を昇圧して出力する。また、降圧回路503は、同電源電圧を降圧して出力する。この昇圧回路502と降圧回路503が設けられているのは、図2〜図4に示されているように、ストアおよびリコールの動作を行うために不揮発性RAMに対する電源電圧よりも高い電圧や低い電圧を発生する必要があるからである。出力調整回路504は、制御回路501による制御の下、昇圧回路502の出力電圧、降圧回路503の出力電圧または不揮発性RAMに対する電源電圧を選択することにより、基準ソース電圧VSL、基準書込電圧VDWおよび基準電源電圧VDCを出力する。   The booster circuit 502 boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile RAM. The step-down circuit 503 steps down the power supply voltage and outputs it. The step-up circuit 502 and the step-down circuit 503 are provided, as shown in FIGS. 2 to 4, in order to perform store and recall operations, a voltage higher or lower than the power supply voltage for the nonvolatile RAM. This is because it is necessary to generate a voltage. The output adjustment circuit 504 selects a reference source voltage VSL, a reference write voltage VDW by selecting an output voltage of the booster circuit 502, an output voltage of the step-down circuit 503, or a power supply voltage for the nonvolatile RAM under the control of the control circuit 501. And the reference power supply voltage VDC is output.

本実施形態では、ストアとリコールを行単位で行う(すなわち、行を同じくするn+1個の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)を単位としてストアとリコールを行う)。不揮発性RAMセルアレイの最小単位は、高速性、メモリ容量の規模にもよるが、一般的には、例えば、m+1=1024、n+1=512として、512Kビット位に分割する。本例の場合には、メモリ容量が64Mビットなので、この最小単位の不揮発性RAMセルアレイを、128個設けることになる。   In the present embodiment, store and recall are performed in units of rows (that is, store and recall are performed in units of n + 1 nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) having the same row). The minimum unit of the nonvolatile RAM cell array is generally divided into 512 K bits, for example, as m + 1 = 1024 and n + 1 = 512, although depending on the high speed and the scale of the memory capacity. In this example, since the memory capacity is 64 Mbits, 128 nonvolatile RAM cell arrays of the minimum unit are provided.

図8は本実施形態による不揮発性RAMのストア時の動作を示すタイムチャートである。この例では、前掲図3の動作条件で不揮発性RAMが動作している。期間t1において、不揮発性RAMは、0.5Vの電源電圧VDDの供給を受けて、通常のSRAMとして動作している。不揮発性RAMに対する電源電圧VDDの供給を断つ場合、それに先立って、活性化指示信号WREDが立ち上げられ、不揮発性RAMでは、次のようにストアのための動作が行われる。   FIG. 8 is a time chart showing the operation during storage of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In this example, the nonvolatile RAM operates under the operating conditions shown in FIG. In the period t1, the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM in response to the supply of the power supply voltage VDD of 0.5V. When the supply of the power supply voltage VDD to the nonvolatile RAM is cut off, the activation instruction signal WRED is raised prior to the operation, and the nonvolatile RAM performs the store operation as follows.

まず、制御回路501は、昇圧回路502に1.5V、降圧回路503に0.6Vの各電圧を出力させる。そして、制御回路501は、基準電源電圧VDCとして1.2Vを、基準書込電圧VDWとして1.5Vを、基準ソース電圧VSLとして0.6Vを出力調整回路504に出力させる。この結果、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)に対する高電位側電源電圧VDCk(k=0〜m)が0.5Vから1.2Vに上昇する。   First, the control circuit 501 outputs each voltage of 1.5 V to the booster circuit 502 and 0.6 V to the step-down circuit 503. Then, the control circuit 501 causes the output adjustment circuit 504 to output 1.2 V as the reference power supply voltage VDC, 1.5 V as the reference write voltage VDW, and 0.6 V as the reference source voltage VSL. As a result, the high-potential side power supply voltage VDCk (k = 0 to m) for the nonvolatile memory cell Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) rises from 0.5V to 1.2V.

次に期間t2の間に、不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)の各々における揮発性記憶部11から不揮発性記憶部12へのストアが行単位で行われる。具体的には、まず、行アドレスADDXが最初の行k=0に対応したアドレスAX0に設定される。これにより行選択回路200−0は、時間Δt1だけ1.5Vの活性化信号WRE0(=VDW)を第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2に供給する。また、行選択回路200−0は、この時間Δt1の期間、0.6Vのソース電圧SL0(=VSL)を第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)のバイアス供給ノードに供給する。この結果、第0行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)の各々において、揮発性記憶部11の記憶データが不揮発性記憶部12に書き込まれる。   Next, during the period t2, storage from the volatile storage unit 11 to the nonvolatile storage unit 12 in each of the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) is performed in units of rows. Specifically, first, the row address ADDX is set to the address AX0 corresponding to the first row k = 0. As a result, the row selection circuit 200-0 applies the activation signal WRE0 (= VDW) of 1.5 V to the N-channel transistors Tw1 and Tw2 of the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the 0th row for the time Δt1. Supply. In addition, the row selection circuit 200-0 supplies the source voltage SL0 (= VSL) of 0.6V to the bias supply node of the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) of the 0th row during the time Δt1. To do. As a result, the storage data of the volatile storage unit 11 is written to the nonvolatile storage unit 12 in each of the nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) in the 0th row.

次に、行アドレスADDXが次の行k=1を示すAX1とされる。これにより行選択回路200−1は、所定時間だけ1.5Vの活性化信号WRE1を第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)のNチャネルトランジスタTw1およびTw2に供給する。また、行選択回路200−1は、この間、0.6Vのソース電圧SL1を第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)のバイアス供給ノードに供給する。この結果、第1行の不揮発性メモリセルM1j(j=0〜n)の各々において、揮発性記憶部11の記憶データが不揮発性記憶部12に書き込まれる。   Next, the row address ADDX is set to AX1 indicating the next row k = 1. Thereby, the row selection circuit 200-1 supplies the activation signal WRE1 of 1.5 V to the N-channel transistors Tw1 and Tw2 of the nonvolatile memory cells M1j (j = 0 to n) in the first row for a predetermined time. In addition, the row selection circuit 200-1 supplies the 0.6V source voltage SL1 to the bias supply node of the nonvolatile memory cell M1j (j = 0 to n) in the first row during this period. As a result, the storage data of the volatile storage unit 11 is written to the nonvolatile storage unit 12 in each of the nonvolatile memory cells M1j (j = 0 to n) in the first row.

以下同様に、行アドレスADDXがAX2からAXmまで順次進められ、行単位でのデータ書き込みが進められる。そして、全ての行についてのデータ書き込みが完了すると、その後の期間t3において不揮発性RAMに対する電源電圧が遮断される。   Similarly, the row address ADDX is sequentially advanced from AX2 to AXm, and the data writing in units of rows is advanced. When the data writing for all the rows is completed, the power supply voltage to the nonvolatile RAM is cut off in the subsequent period t3.

以上の動作において、n+1=512、1セル当たりのストアに要する電流を49μAとすると、1行(=512個)のストアを一括して行うのに必要な消費電流は25mAとなり、許容範囲内の電流値となる。   In the above operation, if n + 1 = 512, the current required for storing per cell is 49 μA, the current consumption required to store one row (= 512) at once is 25 mA, which is within the allowable range. Current value.

なお、現状では、これ以上の同時ストアは、消費電流が増加し、電源電圧VDCおよびソース電圧SLを供給するための配線の抵抗の電圧降下が大きくなるので厳しいが、将来的に抵抗変化型素子の特性が改良されて、もう少し低電流にて抵抗変化型素子へのデータ書き込みが可能になれば、例えば一括してストアを行うセル数を1024まで拡大することは可能である。   At present, further simultaneous storage is severe because the current consumption increases and the voltage drop of the resistance of the wiring for supplying the power supply voltage VDC and the source voltage SL becomes severe. If the above characteristics are improved and data can be written to the resistance variable element at a slightly lower current, for example, the number of cells to be stored at once can be increased to 1024.

図9は本実施形態による不揮発性RAMのリコール時の動作を示すタイムチャートである。この例では、前掲図3の動作条件に従ってリコールを行わせている。   FIG. 9 is a time chart showing the operation at the time of recall of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. In this example, the recall is performed in accordance with the operating conditions shown in FIG.

まず、不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが0.5Vに立ち上がるともに、活性化指示信号WREDが立ち上がると、制御回路501は、降圧回路503に0.3Vの電圧を出力させる。そして、制御回路501は、基準電源電圧VDCとして0.5V(不揮発性RAMの電源電圧VDD)を、基準書込電圧VDWとして0.3Vを、基準ソース電圧VSLとして0V(不揮発性RAMの電源電圧VSS)を出力調整回路504に出力させる。   First, when the power supply voltage VDD for the nonvolatile RAM rises to 0.5V and the activation instruction signal WRED rises, the control circuit 501 causes the voltage down converter 503 to output a voltage of 0.3V. Then, the control circuit 501 uses 0.5 V as the reference power supply voltage VDC (power supply voltage VDD of the nonvolatile RAM), 0.3 V as the reference write voltage VDW, and 0 V as the reference source voltage VSL (power supply voltage of the nonvolatile RAM). VSS) is output to the output adjustment circuit 504.

そして、不揮発性RAMでは、行アドレスADDXが最初の行を指定する行アドレスAX0とされ、活性化信号WREが0.3V(=VDW)とされる。その後、所定時間Δt1を置いて、最初の行に対応した高電位側電源電圧VDC0が0Vから0.5V(=VDC)に上昇する。その後、時間Δt2が経過した後に行アドレスAX0が非選択にされる(次のアドレスに進む)。これにより活性化信号WRE0が0Vとなり、最初の行に属するn+1個の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)の不揮発性記憶部12(図1参照)に記憶されたデータが揮発性記憶部11に保持される。   In the nonvolatile RAM, the row address ADDX is set to the row address AX0 designating the first row, and the activation signal WRE is set to 0.3 V (= VDW). Thereafter, after a predetermined time Δt1, the high potential side power supply voltage VDC0 corresponding to the first row rises from 0V to 0.5V (= VDC). Thereafter, the row address AX0 is deselected (goes to the next address) after the time Δt2 has elapsed. As a result, the activation signal WRE0 becomes 0 V, and the data stored in the nonvolatile storage unit 12 (see FIG. 1) of the (n + 1) nonvolatile memory cells M0j (j = 0 to n) belonging to the first row is stored in the volatile memory. Held in the part 11.

以後同様に、行アドレスをAX1、AX2、……、AXmと進め、行単位でのリコールを行う。全ての行についてリコールが完了すると、その後、不揮発性RAMは、通常のSRAMと同一の動作を開始する。   Thereafter, similarly, the row address is advanced to AX1, AX2,..., AXm, and the recall is performed in units of rows. When the recall is completed for all rows, the non-volatile RAM then starts the same operation as a normal SRAM.

本実施形態において、リコール動作は非常に高速であり、1サイクル(1行)のリコールを10ns以下で行うことができる(すなわち、Δt1+Δt2<10ns)。従って、不揮発性RAMセルアレイ100のサイズをm+1=1024、n+1=512とすると、1つの不揮発性RAMセルアレイ100をリコールするための所要時間は、10ns×1024行=10.2μsとなる。また、64MビットのSRAMを実現する場合、この不揮発性RAMセルアレイ100を128個使用するので、全記憶領域のリコールを行うための所要時間は、10.2μs×128=1.3msとなる。   In this embodiment, the recall operation is very fast, and one cycle (one row) can be recalled in 10 ns or less (that is, Δt1 + Δt2 <10 ns). Therefore, if the size of the nonvolatile RAM cell array 100 is m + 1 = 1024 and n + 1 = 512, the time required to recall one nonvolatile RAM cell array 100 is 10 ns × 1024 rows = 10.2 μs. Further, when realizing a 64-Mbit SRAM, since 128 nonvolatile RAM cell arrays 100 are used, the time required for recalling the entire storage area is 10.2 μs × 128 = 1.3 ms.

以上、前掲図3の動作条件でのリコールについて説明したが、前掲図4の動作条件でのリコールの動作も同様である。図9には前掲図4の動作条件でのリコールの動作の際のソース電圧SL0〜SLmの波形が破線で示されている。図示のように、前掲図4の動作条件でのリコールを行う場合には、行kに対応した活性化信号WREkを上昇させる期間、行kに対応したソース電圧SLkを0.3に上昇させる。この態様によれば、リコール時における抵抗変化型素子の消費電流を低減することができる。非特許文献1によれば、リコール時に流れる電流は10μA程度であり、ストアのときの49μAに比べて十分小さいため、複数の行を同時に選択することも可能である。また、小さな容量のメモリの場合は、全行を一括して選択して、リコール時間を短縮することも可能である。   While the recall under the operating conditions of FIG. 3 has been described above, the recall operation under the operating conditions of FIG. 4 is the same. In FIG. 9, the waveforms of the source voltages SL0 to SLm during the recall operation under the operating conditions shown in FIG. 4 are indicated by broken lines. As shown in the figure, when a recall is performed under the operating conditions shown in FIG. 4, the source voltage SLk corresponding to the row k is increased to 0.3 during the period in which the activation signal WREk corresponding to the row k is increased. According to this aspect, the current consumption of the resistance variable element at the time of recall can be reduced. According to Non-Patent Document 1, the current that flows at the time of recall is about 10 μA, which is sufficiently smaller than 49 μA at the time of store, so that a plurality of rows can be selected simultaneously. In the case of a memory with a small capacity, it is possible to select all rows at once and shorten the recall time.

図10は本実施形態に好適な行選択回路200−kの構成例を示す回路図である。図10において、アドレス一致検出部201は、行アドレスADDXが当該行kを示す場合にLowレベルを、当該行kを示さない場合にHighレベルを出力する。インバータ202は、このアドレス一致検出部201の出力信号を反転し、アドレス一致検出信号ADTkとして出力する。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a row selection circuit 200-k suitable for the present embodiment. In FIG. 10, the address match detection unit 201 outputs a low level when the row address ADDX indicates the row k, and outputs a high level when the row address ADDX does not indicate the row k. The inverter 202 inverts the output signal of the address match detection unit 201 and outputs it as an address match detection signal ADTk.

ラッチL1は、Pチャネルトランジスタ203と、Nチャネルトランジスタ204および206と、インバータ205とにより構成されている。Pチャネルトランジスタ203およびNチャネルトランジスタ204は、高電位側電源VDDおよび低電位側電源VSS間に直列に介挿されている。Nチャネルトランジスタ204のゲートには、アドレス一致検出信号ADTkが与えられる。インバータ205は、Pチャネルトランジスタ203およびNチャネルトランジスタ204のドレイン同士の接続ノードに発生する信号を反転して出力する。このインバータ205の出力信号がラッチL1の出力信号となる。インバータ205の出力信号は、Pチャネルトランジスタ203のゲートに供給される。Nチャネルトランジスタ206は、インバータ205の出力ノードと低電位側電源VSSとの間に介挿されている。このNチャネルトランジスタ206のゲートには、パワーオンパルスPONが与えられる。以上がラッチL1の構成である。   The latch L1 includes a P-channel transistor 203, N-channel transistors 204 and 206, and an inverter 205. The P-channel transistor 203 and the N-channel transistor 204 are interposed in series between the high potential side power supply VDD and the low potential side power supply VSS. Address match detection signal ADTk is applied to the gate of N channel transistor 204. Inverter 205 inverts and outputs a signal generated at a connection node between the drains of P-channel transistor 203 and N-channel transistor 204. The output signal of the inverter 205 becomes the output signal of the latch L1. The output signal of the inverter 205 is supplied to the gate of the P channel transistor 203. The N-channel transistor 206 is interposed between the output node of the inverter 205 and the low potential side power source VSS. A power-on pulse PON is applied to the gate of the N-channel transistor 206. The above is the configuration of the latch L1.

遅延回路207は、ラッチL1の出力信号を所定時間Δt1だけ遅延させる。インバータ208は、この遅延回路207の出力信号を反転して出力する。レベルシフタ209には、電源制御回路500の出力調整回路504が出力する基準電源電圧VDCが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ209は、インバータ208の出力信号を反転し、反転した結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準電源電圧VDCを行kに対応した高電位側電源電圧VDCkとして出力する。   The delay circuit 207 delays the output signal of the latch L1 by a predetermined time Δt1. The inverter 208 inverts the output signal of the delay circuit 207 and outputs it. The reference power supply voltage VDC output from the output adjustment circuit 504 of the power supply control circuit 500 is supplied to the level shifter 209 as a high potential side power supply voltage. The level shifter 209 inverts the output signal of the inverter 208. When the inverted result is “0”, the level shifter 209 uses 0V, and when the result is “1”, the reference power supply voltage VDC corresponds to the high-potential-side power supply voltage VDCk. Output as.

NANDゲート210は、アドレス一致検出信号ADTkがHighレベルであり、かつ、活性化指示信号WREDがHighレベルである場合にLowレベルを、それ以外の場合にHighレベルをレベルシフタ211および212に出力する。レベルシフタ211には、電源制御回路500の出力調整回路504が出力する基準書込電圧VDWが高電位側電源電圧として与えられる。また、レベルシフタ212には、同出力調整回路504が出力する基準ソース電圧VSLが高電位側電源電圧として与えられる。レベルシフタ211は、NANDゲート210の出力信号を反転し、反転した結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準書込電圧VDWを行kに対応した活性化信号WREkとして出力する。レベルシフタ212は、NANDゲート210の出力信号を反転し、反転した結果が“0”である場合は0Vを、“1”である場合は基準ソース電圧VSLを行kに対応したソース電圧SLkとして出力する。   The NAND gate 210 outputs a low level to the level shifters 211 and 212 when the address match detection signal ADTk is at a high level and the activation instruction signal WRED is at a high level, and otherwise the high level. A reference write voltage VDW output from the output adjustment circuit 504 of the power supply control circuit 500 is supplied to the level shifter 211 as a high potential side power supply voltage. The level shifter 212 is supplied with the reference source voltage VSL output from the output adjustment circuit 504 as a high potential side power supply voltage. The level shifter 211 inverts the output signal of the NAND gate 210. When the inverted result is “0”, the level shifter 211 sets the activation signal WREk corresponding to the row k to 0V, and when the result is “1”, the reference write voltage VDW is set. Output as. The level shifter 212 inverts the output signal of the NAND gate 210 and outputs 0 V when the inverted result is “0”, and outputs the reference source voltage VSL as the source voltage SLk corresponding to the row k when the result is “1”. To do.

NANDゲート214には、アドレス一致検出信号ADTkと、活性化指示信号WREDをインバータ213により反転した信号が入力される。インバータ215は、このNANDゲート214の出力信号を反転し、行kに対応した行選択電圧WLkとして出力する。   The NAND gate 214 receives an address match detection signal ADTk and a signal obtained by inverting the activation instruction signal WRED by the inverter 213. Inverter 215 inverts the output signal of NAND gate 214 and outputs the inverted signal as row selection voltage WLk corresponding to row k.

次にこの行選択回路200−kの動作を説明する。まず、リコール動作のための動作について説明する。不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが立ち上がり、パワーオンパルスPONが発生すると、Nチャネルトランジスタ206がONとなり、ラッチL1の出力信号が0V(Lowレベル)にリセットされる。この結果、レベルシフタ209が出力する行kのための高電位側電源電圧VDCkは0Vとなる。これが初期状態である。   Next, the operation of the row selection circuit 200-k will be described. First, the operation for the recall operation will be described. When the power supply voltage VDD rises to the nonvolatile RAM and the power-on pulse PON is generated, the N-channel transistor 206 is turned on, and the output signal of the latch L1 is reset to 0V (Low level). As a result, the high-potential-side power supply voltage VDCk for the row k output from the level shifter 209 is 0V. This is the initial state.

次に、行アドレスADDXが行kを示す行アドレスになると、アドレス一致検出信号ADTkがLowレベルからHighレベルに立ち上がる。ここで、リコール動作時には活性化指示信号WREDがHighレベルであるので、NANDゲート210の出力信号がLowレベルとなる。このため、レベルシフタ211は、行kのための活性化信号WREkとして基準書込電圧VDWを出力し、レベルシフタ212は、行kのためのソース電圧SLkとして基準ソース電圧VSLを出力する。   Next, when the row address ADDX becomes a row address indicating the row k, the address match detection signal ADTk rises from the Low level to the High level. Here, since the activation instruction signal WRED is at the high level during the recall operation, the output signal of the NAND gate 210 is at the low level. Therefore, the level shifter 211 outputs the reference write voltage VDW as the activation signal WREk for the row k, and the level shifter 212 outputs the reference source voltage VSL as the source voltage SLk for the row k.

また、活性化指示信号WREDがHighレベルであることから、NANDゲート214の出力信号はHighレベルとなり、インバータ215が出力する行kのための行選択電圧WLkはLowレベルとなる。従って、行kの不揮発性メモリセル10のNチャネルトランジスタTa1およびTa2はOFFとなる。   Since activation instruction signal WRED is at a high level, the output signal of NAND gate 214 is at a high level, and row selection voltage WLk for row k output from inverter 215 is at a low level. Accordingly, the N channel transistors Ta1 and Ta2 of the nonvolatile memory cell 10 in the row k are turned off.

また、アドレス一致検出信号ADTkが立ち上がると、ラッチL1では、Nチャネルトランジスタ204がONとなり、ラッチL1の出力信号がHighレベルに立ち上がる。このラッチL1の出力信号の立ち上がりエッジは、遅延回路207により時間Δt1だけ遅延され、インバータ208によって反転されて、レベルシフタ209に伝達される。このため、アドレス一致検出信号ADTkが立ち上がりから時間Δt1だけ遅れて、レベルシフタ209の出力する行kのための高電位側電源電圧VDCkが0Vから基準電源電圧VDCに上昇する。   When the address match detection signal ADTk rises, in the latch L1, the N-channel transistor 204 is turned on, and the output signal of the latch L1 rises to a high level. The rising edge of the output signal of the latch L1 is delayed by the time Δt1 by the delay circuit 207, inverted by the inverter 208, and transmitted to the level shifter 209. Therefore, the high-potential-side power supply voltage VDCk for the row k output from the level shifter 209 rises from 0 V to the reference power supply voltage VDC with the delay of the time Δt1 from the rise of the address match detection signal ADTk.

ラッチL1の出力信号は、一旦、Highレベルになると、以後、電源電圧VDDが与えられている間、Highレベルを維持する。従って、行kのための高電位側電源電圧VDCkは、基準電源電圧VDCを維持する。
以上のようにして、前掲図9のリコール時の動作が実現される。
Once the output signal of the latch L1 is at a high level, the high level is maintained while the power supply voltage VDD is applied thereafter. Therefore, the high potential side power supply voltage VDCk for row k maintains the reference power supply voltage VDC.
As described above, the recall operation of FIG. 9 is realized.

全記憶領域についてのリコールが完了すると、活性化指示信号WREDが0Vになる。この結果、全ての行kについて、活性化信号WREk、ソース電圧SLkが0Vとなる。この結果、各不揮発性メモリセル10では、揮発性記憶部11から抵抗変化型素子R1およびR2が切り離される。   When the recall for all storage areas is completed, the activation instruction signal WRED becomes 0V. As a result, for all the rows k, the activation signal WREk and the source voltage SLk become 0V. As a result, in each nonvolatile memory cell 10, the resistance change elements R 1 and R 2 are disconnected from the volatile storage unit 11.

また、インバータ213の出力信号がHighレベルとなるため、行選択回路200−kでは、アドレス一致検出信号ADTkがHighレベルになったとき、行選択電圧WLkがHighレベルとなる。従って、不揮発性RAMでは、通常のSRAMとしての動作が行われる。   In addition, since the output signal of the inverter 213 is at a high level, in the row selection circuit 200-k, the row selection voltage WLk is at a high level when the address match detection signal ADTk is at a high level. Therefore, the nonvolatile RAM operates as a normal SRAM.

ストアを行う場合は、活性化指示信号WREDがHighレベルとなる。この場合の行選択回路200−kの動作は、行kのための高電位側電源電圧VDCkが電圧VDCを維持する点、基準電源電圧VDC、基準書込電圧VDWおよび基準ソース電圧VSLがストアに適した電圧とされる点を除いて、リコール時の動作と同様である。   When storing, the activation instruction signal WRED becomes High level. The operation of the row selection circuit 200-k in this case is that the high potential side power supply voltage VDCk for the row k maintains the voltage VDC, the reference power supply voltage VDC, the reference write voltage VDW, and the reference source voltage VSL are stored. The operation is the same as that at the time of recall except that the voltage is set to a suitable voltage.

<第3実施形態>
図11はこの発明の第3実施形態である不揮発性メモリセル10Aの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10Aは、揮発性記憶部11Aと、上記第1実施形態のものと同様な不揮発性記憶部12とを有する。上記第1実施形態では、メモリチップに共通の低電位側電源電圧VSSと、行単位で可変制御される高電位側電源電圧VDCが揮発性記憶部11に与えられた。これに対し、本実施形態では、基準電源電圧VDCと、行単位で可変制御される低電位側電源電圧VSCが揮発性記憶部11Aに与えられる。
<Third Embodiment>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10A according to the third embodiment of the present invention. The non-volatile memory cell 10A includes a volatile memory unit 11A and a non-volatile memory unit 12 similar to that of the first embodiment. In the first embodiment, the low-potential-side power supply voltage VSS common to the memory chips and the high-potential-side power supply voltage VDC that is variably controlled in units of rows are supplied to the volatile storage unit 11. On the other hand, in the present embodiment, the reference power supply voltage VDC and the low-potential-side power supply voltage VSC that is variably controlled in units of rows are supplied to the volatile storage unit 11A.

本実施形態では、図12に示す動作条件に従って、不揮発性メモリセル10Aを動作させる。この不揮発性メモリセル10Aの通常のSRAMメモリセルとしての動作、ストア時の動作は、上記第1実施形態と同様である。   In the present embodiment, the nonvolatile memory cell 10A is operated according to the operating conditions shown in FIG. The operation of the nonvolatile memory cell 10A as a normal SRAM memory cell and the operation at the time of storage are the same as those in the first embodiment.

不揮発性メモリセル10Aのリコール時の動作は次のようになる。リコールの初期状態では、当該不揮発性メモリセル10Aに対する高電位側電源電圧VSCは、基準電源電圧VDCとほぼ一致したレベルとなり、図示の例では、0.5Vに充電されている。そして、リコール動作では、活性化信号WREが0.3V、ソース電圧SLが0Vとされ、抵抗変化型素子R1およびR2に対する通電が開始される。ここで、不揮発性記憶部12がデータ“1”を記憶している場合には、抵抗変化型素子R1が高抵抗、抵抗変化型素子R2が低抵抗となっており、インバータINV1の出力ノードV1のレベルより、インバータINV2の出力ノードV2のレベルの方が少し低くなる。この状態において、該不揮発性メモリセル10Aに対する低電位側電源電圧VSCが0.5Vから0Vに下げられると、揮発性記憶部11Aにデータ“1”が保持される。データ“0”のリコールの場合も同様である。
本実施形態においても上記第1実施形態と同様な効果が得られる。
The operation at the time of recall of the nonvolatile memory cell 10A is as follows. In the initial state of the recall, the high-potential side power supply voltage VSC for the nonvolatile memory cell 10A is at a level substantially equal to the reference power supply voltage VDC, and is charged to 0.5 V in the illustrated example. In the recall operation, the activation signal WRE is set to 0.3 V, the source voltage SL is set to 0 V, and energization to the resistance variable elements R1 and R2 is started. Here, when the nonvolatile storage unit 12 stores data “1”, the resistance variable element R1 has a high resistance and the resistance variable element R2 has a low resistance, and the output node V1 of the inverter INV1. The level of the output node V2 of the inverter INV2 is slightly lower than the level of. In this state, when the low potential side power supply voltage VSC for the nonvolatile memory cell 10A is lowered from 0.5V to 0V, the data “1” is held in the volatile memory portion 11A. The same applies to the recall of data “0”.
Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

<第4実施形態>
図13はこの発明の第4実施形態である不揮発性RAMの一部の構成を示す回路図である。この図13では、不揮発性RAMの中の1個の行選択回路250−kと、この行選択回路250−kにより制御される一行の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)が図示されている。ここで、各不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)は、上記第3実施形態の不揮発性メモリセル10Aにより構成されている。
<Fourth embodiment>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a partial configuration of a nonvolatile RAM according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 shows one row selection circuit 250-k in the nonvolatile RAM and one row of nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) controlled by the row selection circuit 250-k. ing. Here, each nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) is configured by the nonvolatile memory cell 10A of the third embodiment.

図14は本実施形態による不揮発性RAMのリコール時の動作を示すタイムチャートである。上記第2実施形態の動作(図9)と異なっているのは、低電位側電源電圧VSCk(k=0〜m)の波形である。   FIG. 14 is a time chart showing the operation at the time of recall of the nonvolatile RAM according to the present embodiment. What is different from the operation of the second embodiment (FIG. 9) is the waveform of the low-potential-side power supply voltage VSCk (k = 0 to m).

まず、不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが立ち上がると、全ての各不揮発性メモリセルMkj(k=0〜m、j=0〜n)のための高電位側電源電圧VDCが0.5Vに上昇する。この結果、低電位側電源電圧VSCk(k=0〜m)は、基準電源電圧VDCのレベルに充電される。   First, when the power supply voltage VDD for the nonvolatile RAM rises, the high-potential-side power supply voltage VDC for all the nonvolatile memory cells Mkj (k = 0 to m, j = 0 to n) rises to 0.5V. . As a result, the low potential side power supply voltage VSCk (k = 0 to m) is charged to the level of the reference power supply voltage VDC.

次に、不揮発性RAMに行アドレスADDXが入力される。行アドレスADDXとして最初の行に対応した行アドレスAX0が与えられる間、その行に対応した活性化信号WRE0がHighレベルとされる。この結果、最初の行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)では、抵抗変化型素子R1およびR2がインバータINV1の出力ノードV1およびインバータINV2の出力ノードV2に接続される。そして、活性化信号WRE0がHighレベルになってから所定時間Δt1が経過すると、最初の行のための低電位側電源電圧VSC0が0Vになる。これにより、最初の行の不揮発性メモリセルM0j(j=0〜n)では、不揮発性記憶部12に記憶されたデータが揮発性記憶部11Aにより保持される。   Next, the row address ADDX is input to the nonvolatile RAM. While the row address AX0 corresponding to the first row is given as the row address ADDX, the activation signal WRE0 corresponding to that row is set to the high level. As a result, in the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the first row, the resistance variable elements R1 and R2 are connected to the output node V1 of the inverter INV1 and the output node V2 of the inverter INV2. When a predetermined time Δt1 elapses after the activation signal WRE0 becomes High level, the low-potential-side power supply voltage VSC0 for the first row becomes 0V. Thereby, in the nonvolatile memory cell M0j (j = 0 to n) in the first row, the data stored in the nonvolatile storage unit 12 is held by the volatile storage unit 11A.

この後、所定時間Δt2が経過した後、行アドレスADDXが次の行に対応した行アドレスAX1に切り替わり、最初の行と同様な動作が行われる。以後、行アドレスADDXがAX2、…、AXmと順次切り換えられ、全ての行についてのリコールが行われる。   Thereafter, after a predetermined time Δt2 has elapsed, the row address ADDX is switched to the row address AX1 corresponding to the next row, and the same operation as the first row is performed. Thereafter, the row address ADDX is sequentially switched to AX2,..., AXm, and recall for all rows is performed.

図15は本実施形態による不揮発性RAMに好適な行選択回路250−kの構成例を示す回路図である。前掲図10の回路との違いは、インバータ208を削除するとともに、レベルシフタ209をNチャネルトランジスタ259に置き換えた点である。このNチャネルトランジスタ259は、ソースが低電位側電源電圧VSSに固定され、ゲートに遅延回路207の出力信号が与えられ、ドレインが行kの不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)に対して低電位側電源電圧VSCkを供給するための電源線に接続されている。   FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration example of a row selection circuit 250-k suitable for the nonvolatile RAM according to the present embodiment. The difference from the circuit shown in FIG. 10 is that the inverter 208 is deleted and the level shifter 209 is replaced with an N-channel transistor 259. The N-channel transistor 259 has a source fixed at the low potential side power supply voltage VSS, a gate supplied with the output signal of the delay circuit 207, and a drain connected to the non-volatile memory cell Mkj (j = 0 to n) in the row k. Are connected to a power supply line for supplying the low potential side power supply voltage VSCk.

この構成では、既に第2実施形態において説明したように、パワーオンパルスPONの発生後、アドレス一致検出信号ADTkが立ち上がるまでの期間は、ラッチL1の出力信号はLowレベルであり、Nチャネルトランジスタ259はOFFとなる。このNチャネルトランジスタ259がOFFである間、低電位側電源電圧VSCkはフローティング状態となり、不揮発性RAMの高電位側電源電圧VDCと同じレベルに充電される。   In this configuration, as already described in the second embodiment, the output signal of the latch L1 is at the low level during the period from the generation of the power-on pulse PON until the address match detection signal ADTk rises, and the N-channel transistor 259. Becomes OFF. While the N-channel transistor 259 is OFF, the low potential side power supply voltage VSCk is in a floating state and is charged to the same level as the high potential side power supply voltage VDC of the nonvolatile RAM.

そして、アドレス一致検出信号ADTkが立ち上がると、ラッチL1の出力信号がHighレベルとなり、それから所定時間Δt1が経過したとき、Nチャネルトランジスタ259がONとなり、低電位側電源電圧VSCkがVSS=0Vとなる。
従って、行kについてのリコールを行うことができる。
When the address coincidence detection signal ADTk rises, the output signal of the latch L1 becomes High level, and when a predetermined time Δt1 has elapsed from that time, the N-channel transistor 259 is turned ON and the low-potential power supply voltage VSCk becomes VSS = 0V. .
Therefore, the recall for row k can be performed.

なお、低電位側電源電圧VSCkをフローティングにするのが好ましくない場合には、Nチャネルトランジスタ259の代わりに、レベルシフタを用い、このレベルシフタに高基準電源電圧VDCと低電位側電源電圧VSSを与えてもよい。   When it is not preferable to float the low potential side power supply voltage VSCk, a level shifter is used instead of the N-channel transistor 259, and a high reference power supply voltage VDC and a low potential side power supply voltage VSS are applied to the level shifter. Also good.

<第5実施形態>
図16はこの発明の第5実施形態である不揮発性メモリセル10Bの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10Bは、揮発性記憶部11Bと、上記第1実施形態のものと同様な不揮発性記憶部12とを有する。本実施形態では、揮発性記憶部11BのPチャネルトランジスタP1およびP2のソース同士の共通接続点と、高電位側電源電圧VDCを供給するための電源線との間に電源スイッチとしてのPチャネルトランジスタP3が介挿されている。このPチャネルトランジスタP3のゲートには選択信号SELDが与えられる。
<Fifth Embodiment>
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10B according to the fifth embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cell 10B includes a volatile memory unit 11B and a nonvolatile memory unit 12 similar to that of the first embodiment. In the present embodiment, a P-channel transistor serving as a power switch between a common connection point between the sources of the P-channel transistors P1 and P2 of the volatile storage unit 11B and a power supply line for supplying the high-potential-side power supply voltage VDC. P3 is inserted. A selection signal SELD is applied to the gate of the P-channel transistor P3.

通常のSRAMメモリセルとしての動作、ストアを不揮発性メモリセル10Bに行わせる場合、この選択信号SELDは、常にLowレベルとされ、PチャネルトランジスタP3はONとされる。この場合の不揮発性メモリセル10Bの動作は上記第1実施形態と同様である。   When causing the nonvolatile memory cell 10B to perform an operation and store as a normal SRAM memory cell, the selection signal SELD is always at a low level, and the P-channel transistor P3 is turned on. The operation of the nonvolatile memory cell 10B in this case is the same as that in the first embodiment.

不揮発性メモリセル10Bにリコールを行わせる場合の動作は、上記第1実施形態と異なる。上記第1実施形態では、リコール時、活性化信号WREをHighレベルとした状態で高電位側電源電圧VDCを立ち上げた。これに対し、本実施形態では、リコールの開始時、全ての不揮発性メモリセル10Bに対する高電位側電源電圧VDCを立ち上げるとともに、全ての不揮発性メモリセル10Bに対する選択信号SELDをHighレベルにする。その後、リコールの対象とする行を順次選択し、選択した行の不揮発性メモリセル10Bに対する選択信号SELDをLowレベルに立ち下げて、その不揮発性メモリセル10BのPチャネルトランジスタP3をONとし、インバータINV1およびINV2からなるフリップフロップの電源電圧を立ち上げるのである。
本実施形態においても上記第1実施形態と同様な効果が得られる。
The operation when the nonvolatile memory cell 10B is recalled is different from that in the first embodiment. In the first embodiment, at the time of recall, the high-potential-side power supply voltage VDC is raised with the activation signal WRE being at a high level. On the other hand, in the present embodiment, at the start of the recall, the high potential side power supply voltage VDC for all the nonvolatile memory cells 10B is raised and the selection signal SELD for all the nonvolatile memory cells 10B is set to the high level. Thereafter, the rows to be recalled are sequentially selected, the selection signal SELD for the nonvolatile memory cell 10B in the selected row is lowered to the Low level, the P channel transistor P3 of the nonvolatile memory cell 10B is turned on, and the inverter The power supply voltage of the flip-flop composed of INV1 and INV2 is raised.
Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

<第6実施形態>
図17はこの発明の第6実施形態である不揮発性RAMの一部の構成を示すブロック図である。この図17では、不揮発性RAMの中の1個の行選択回路260−kと、この行選択回路260−kにより制御される一行の不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)が図示されている。ここで、各不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)は、上記第5実施形態の不揮発性メモリセル10Bにより構成されている。
<Sixth Embodiment>
FIG. 17 is a block diagram showing a partial configuration of a nonvolatile RAM according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 17 illustrates one row selection circuit 260-k in the nonvolatile RAM and one row of nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n) controlled by the row selection circuit 260-k. ing. Here, each nonvolatile memory cell Mkj (j = 0 to n) is configured by the nonvolatile memory cell 10B of the fifth embodiment.

本実施形態における行選択回路260−kは、上記第5実施形態において述べた選択信号SELD−kを不揮発性メモリセルMkj(j=0〜n)のために出力する機能を有している。   The row selection circuit 260-k in this embodiment has a function of outputting the selection signal SELD-k described in the fifth embodiment for the nonvolatile memory cells Mkj (j = 0 to n).

本実施形態は、次のような利点を有する。まず、PチャネルトランジスタP3を各不揮発性メモリセルMkjに個別に設けたため、高電位側電源電圧VDCの電源配線を、不揮発性RAMセルアレイにおいて列方向(行を横切る方向)に配線することができる。従って、ストア時あるいはリコール時に1本の電源配線に流れる電流として1ビット分の電流のみを考慮すれば良く、電源配線抵抗による電圧低下を低減することができる。   This embodiment has the following advantages. First, since the P-channel transistor P3 is individually provided in each nonvolatile memory cell Mkj, the power supply wiring of the high-potential-side power supply voltage VDC can be wired in the column direction (direction across the row) in the nonvolatile RAM cell array. Therefore, it is only necessary to consider the current for one bit as the current flowing in one power supply line at the time of store or recall, and the voltage drop due to the power supply line resistance can be reduced.

図18は本実施形態による不揮発性RAMに好適な行選択回路260−kの構成例を示す回路図である。この回路が前掲図10の回路と異なるところは、インバータ208を削除し、レベルシフタ209の代わりにレベルシフタ269を設けた点である。このレベルシフタ269は、上記第2実施形態の出力調整回路504(図7参照)に相当する回路が出力する基準電源電圧VDCを高電位側電源電圧としている。そして、レベルシフタ269は、遅延回路207の出力信号を反転し、反転結果が“1”である場合は基準電源電圧VDCを、“0”である場合は低電位側電源電圧VSS(=0V)を、選択信号SELDkとして行kの各不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタP3のゲートに出力する。   FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration example of a row selection circuit 260-k suitable for the nonvolatile RAM according to the present embodiment. This circuit is different from the circuit of FIG. 10 described above in that the inverter 208 is omitted and a level shifter 269 is provided instead of the level shifter 209. The level shifter 269 uses the reference power supply voltage VDC output by a circuit corresponding to the output adjustment circuit 504 (see FIG. 7) of the second embodiment as a high potential side power supply voltage. The level shifter 269 inverts the output signal of the delay circuit 207. When the inversion result is “1”, the level power supply voltage VDC is obtained. When the inversion result is “0”, the low potential side power supply voltage VSS (= 0 V) is obtained. The selection signal SELDk is output to the gate of the P-channel transistor P3 of each nonvolatile memory cell in the row k.

この構成によれば、上記第2実施形態と同様、不揮発性RAMに対する電源電圧VDDが立ち上がってリコール動作が開始される際、パワーオンパルスPONの発生によりラッチLの出力信号がリセットされる。これによりレベルシフタ269が出力する選択信号SELDkは基準電源電圧VDCのレベルとなり、行kの各不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタP3がOFFとなる。   According to this configuration, as in the second embodiment, when the power supply voltage VDD rises to the nonvolatile RAM and the recall operation is started, the output signal of the latch L is reset by the generation of the power-on pulse PON. As a result, the selection signal SELDk output from the level shifter 269 becomes the level of the reference power supply voltage VDC, and the P-channel transistor P3 of each nonvolatile memory cell in the row k is turned off.

そして、行アドレスADDXが行kを示すアドレスとなり、アドレス一致検出信号ADTkがHighレベルになると、ラッチLの出力信号がHighレベルに立ち上がる。そして、このラッチLの出力信号の立ち上がりから所定時間Δt1が経過したとき、レベルシフタ269が出力する選択信号SELDkが低電位側電源電圧VSSのレベルとなり、行kの各不揮発性メモリセルのPチャネルトランジスタP3がONとなる。これにより行kの各不揮発性メモリセルではリコール動作が行われる。   When the row address ADDX becomes an address indicating the row k and the address match detection signal ADTk becomes High level, the output signal of the latch L rises to High level. When a predetermined time Δt1 has elapsed from the rise of the output signal of the latch L, the selection signal SELDk output from the level shifter 269 becomes the level of the low potential side power supply voltage VSS, and the P-channel transistor of each nonvolatile memory cell in the row k. P3 is turned ON. As a result, a recall operation is performed in each nonvolatile memory cell in row k.

<第7実施形態>
図19はこの発明の第7実施形態である不揮発性メモリセル10Cの構成を示す回路図である。この不揮発性メモリセル10Cは、揮発性記憶部11Cと、上記第1実施形態のものと同様な不揮発性記憶部12とを有する。本実施形態では、揮発性記憶部11CのNチャネルトランジスタN1およびN2のソース同士の共通接続点と、低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線との間にNチャネルトランジスタN3が介挿されている。このNチャネルトランジスタN3のゲートには選択信号SELSが与えられる。
<Seventh embodiment>
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of a nonvolatile memory cell 10C according to the seventh embodiment of the present invention. The nonvolatile memory cell 10C includes a volatile memory unit 11C and a nonvolatile memory unit 12 similar to that of the first embodiment. In the present embodiment, the N-channel transistor N3 is interposed between the common connection point between the sources of the N-channel transistors N1 and N2 of the volatile storage unit 11C and the power supply line for supplying the low-potential-side power supply voltage VSS. Has been. A selection signal SELS is applied to the gate of the N-channel transistor N3.

通常のSRAMメモリセルとしての動作やストアを不揮発性メモリセル10Cに行わせる場合、この選択信号SELSは、常にHighレベルとされ、NチャネルトランジスタN3はONとされる。この場合の不揮発性メモリセル10Cの動作は上記第1実施形態と同様である。   When causing the nonvolatile memory cell 10C to perform an operation or store as a normal SRAM memory cell, the selection signal SELS is always at a high level, and the N-channel transistor N3 is turned on. The operation of the nonvolatile memory cell 10C in this case is the same as that in the first embodiment.

不揮発性メモリセル10Cにリコールを行わせる場合の動作は、上記第3実施形態(図11)と近似しているが若干異なる。上記第3実施形態では、リコール時、活性化信号WREをHighレベルとした状態で低電位側電源電圧VSCを立ち上げた。これに対し、本実施形態では、リコールの開始時、全ての不揮発性メモリセル10Cに対する低電位側電源電圧VSSを0Vにするとともに、全ての不揮発性メモリセル10Cに対する選択信号SELSをLowレベルにする。その後、リコールの対象とする行を順次選択し、選択した行の不揮発性メモリセル10Cに対する選択信号SELSをHighレベルに立ち上げて、その不揮発性メモリセル10CのNチャネルトランジスタN3をONとし、インバータINV1およびINV2からなるフリップフロップの電源電圧を設定するのである。
本実施形態においても上記第3実施形態と同様な効果が得られる。
The operation when the nonvolatile memory cell 10C is recalled is similar to the third embodiment (FIG. 11), but is slightly different. In the third embodiment, at the time of recall, the low-potential-side power supply voltage VSC is raised with the activation signal WRE being at a high level. On the other hand, in this embodiment, at the start of the recall, the low-potential-side power supply voltage VSS for all the nonvolatile memory cells 10C is set to 0 V, and the selection signal SELS for all the nonvolatile memory cells 10C is set to the low level. . Thereafter, the rows to be recalled are sequentially selected, the selection signal SELS for the nonvolatile memory cell 10C in the selected row is raised to a high level, the N-channel transistor N3 of the nonvolatile memory cell 10C is turned on, and the inverter The power supply voltage of the flip-flop composed of INV1 and INV2 is set.
Also in this embodiment, the same effect as the third embodiment can be obtained.

<第8実施形態>
図示は省略したが、本実施形態では、上記第7実施形態による不揮発性メモリセル10Cを用いて、不揮発性RAMセルアレイ100(図5参照)を構成する。本実施形態によれば、高電位側電源電圧VDCを供給するための電源線および低電位側電源電圧VSSを供給するための電源線を不揮発性RAMセルアレイ100の列に沿った方向(行を横切る方向)に配線することができる。従って、本実施形態によれば、上記第6実施形態と同様、ストア時あるいはリコール時に1本の電源配線に流れる電流として1ビット分の電流のみを考慮すれば良く、電源配線抵抗による電圧低下を低減することができる。
<Eighth Embodiment>
Although not shown, in the present embodiment, the nonvolatile RAM cell array 100 (see FIG. 5) is configured using the nonvolatile memory cell 10C according to the seventh embodiment. According to this embodiment, the power supply line for supplying the high-potential-side power supply voltage VDC and the power supply line for supplying the low-potential-side power supply voltage VSS are arranged in the direction along the columns (rows) across the nonvolatile RAM cell array 100. Direction). Therefore, according to the present embodiment, as in the sixth embodiment, only one bit of current needs to be considered as the current flowing through one power supply line at the time of store or recall, and the voltage drop due to the power supply line resistance is reduced. Can be reduced.

図20は本実施形態による不揮発性RAMに好適な行選択回路270−kの構成例を示す回路図である。この回路が前掲図10の回路と異なるところは、レベルシフタ209の代わりにインバータ279を設けた点である。このインバータ279は、遅延回路207の出力信号を反転し、反転結果が“1”である場合はHighレベルを、“0”である場合はLowレベルを、選択信号SELSkとして行kの各不揮発性メモリセルのNチャネルトランジスタN3のゲートに出力する。   FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration example of a row selection circuit 270-k suitable for the nonvolatile RAM according to the present embodiment. This circuit is different from the circuit shown in FIG. 10 in that an inverter 279 is provided instead of the level shifter 209. The inverter 279 inverts the output signal of the delay circuit 207. When the inversion result is “1”, the high level is set, and when the result is “0”, the low level is set as the selection signal SELSk and each non-volatile in the row k. Output to the gate of the N-channel transistor N3 of the memory cell.

本実施形態では、NチャネルトランジスタN3のON/OFF切り換えを行うことができる選択信号SELSkを発生すればよく、選択信号SELSkのHighレベルに自由度がある。そこで、選択信号SELSkを発生するための手段として、レベルシフタではない通常のインバータが用いられている。   In the present embodiment, it is only necessary to generate the selection signal SELSk that can perform ON / OFF switching of the N-channel transistor N3, and the High level of the selection signal SELSk has a degree of freedom. Therefore, a normal inverter that is not a level shifter is used as a means for generating the selection signal SELSk.

<他の実施形態>
以上、この発明の第1〜第8実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
Although the first to eighth embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:

(1)図1の不揮発性記憶部12において、NチャネルトランジスタTw1および抵抗変化型素子R1の相互の位置関係と、NチャネルトランジスタTw2および抵抗変化型素子R2の相互の位置関係を入れ替えてもよい。 (1) In the nonvolatile memory unit 12 of FIG. 1, the mutual positional relationship between the N-channel transistor Tw1 and the resistance variable element R1 and the mutual positional relationship between the N-channel transistor Tw2 and the resistance variable element R2 may be interchanged. .

(2)上記各実施形態では、ストア時、リコール時に、行アドレスを不揮発性RAMの外部から与え、この行アドレスを外部から切り換えることにより行単位でのストアおよびリコールを行った。しかし、そのようにする代わりに、例えばカウンタ等により順次変化する行アドレスを出力する行アドレス発生手段を不揮発性RAM内に設け、この行アドレス発生手段が出力する行アドレスを利用してストアおよびリコールを行うようにしてもよい。 (2) In each of the above embodiments, at the time of storing and recalling, a row address is given from the outside of the non-volatile RAM, and this row address is switched from the outside to store and recall in units of rows. However, instead of doing so, a row address generating means for outputting sequentially changing row addresses by a counter or the like is provided in the nonvolatile RAM, and store and recall are performed using the row address output by the row address generating means. May be performed.

(3)上記各実施形態では、RAMセルアレイの全セルを揮発性記憶部と不揮発性記憶部からなる不揮発性メモリセルにより構成した。しかし、そのようにする代わりに、RAMセルアレイの一部の領域を不揮発性メモリセルにより構成し、残りの領域を通常のSRAMのメモリセルにより構成してもよい。すなわち、SRAMの全メモリ空間のうち一部の領域のみをストアおよびリコールの可能な領域にするのである。 (3) In each of the above embodiments, all the cells of the RAM cell array are configured by nonvolatile memory cells including a volatile storage unit and a nonvolatile storage unit. However, instead of doing so, a part of the RAM cell array may be constituted by nonvolatile memory cells, and the remaining area may be constituted by normal SRAM memory cells. That is, only a part of the entire memory space of the SRAM is made an area that can be stored and recalled.

10,10A,10B,10C,Mkj……不揮発性メモリセル、11,11A,11B,11C……揮発性記憶部、12……不揮発性記憶部、P1,P2……Pチャネルトランジスタ、N1,N2,Ta1,Ta2,Tw1,Tw2……Nチャネルトランジスタ、R1,R2……抵抗変化型素子、INV1,INV2……インバータ、BL,BLB,BITj,BITjB……ビット線、NS……バイアス供給ノード、100……不揮発性RAMセルアレイ、200……行デコーダ、300……列デコーダ、400……カラムゲート、500……電源制御回路、600……センスアンプ、700……入出力バッファ、800……書込回路、900……制御回路、200−k,250−k,260−k,270−k……行選択回路、201……アドレス一致検出部、L1……ラッチ、207……遅延回路、209,211,212……レベルシフタ。 10, 10A, 10B, 10C, Mkj... Nonvolatile memory cell, 11, 11A, 11B, 11C... Volatile memory unit, 12... Nonvolatile memory unit, P1, P2. , Ta1, Ta2, Tw1, Tw2... N channel transistor, R1, R2... Variable resistance element, INV1, INV2... Inverter, BL, BLB, BITj, BITjB... Bit line, NS. DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Nonvolatile RAM cell array, 200 ... Row decoder, 300 ... Column decoder, 400 ... Column gate, 500 ... Power supply control circuit, 600 ... Sense amplifier, 700 ... I / O buffer, 800 ... Writing Embedded circuit, 900... Control circuit, 200 -k, 250 -k, 260 -k, 270 -k... Row selection circuit, 201. Address coincidence detecting unit, L1 ...... latch, 207 ...... delay circuit, 209,211,212 ...... level shifter.

Claims (23)

揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップに対してデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセル。
A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
When data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, or the flip-flop A first switch and a second switch that are turned on when data is read from the two bit lines via the two bit lines,
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between an output node of the first inverter and a bias supply node;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the bias supply node;
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value that changes in a first direction when passing a current from an output node of the first or second inverter to the bias supply node. The resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory cell.
前記第1および第2の抵抗変化型素子は、磁気トンネル接合素子または電界誘起巨大抵抗変化の発生する抵抗素子であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリセル。   2. The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein the first and second resistance change elements are a magnetic tunnel junction element or a resistance element in which an electric field induced giant resistance change occurs. 請求項1に記載の不揮発性メモリセルにより構成された不揮発性メモリセルアレイを有する不揮発性メモリであって、
前記不揮発性メモリセルにおいて前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部にデータを書き込むストアを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、前記揮発性記憶部において“1”/“0”を表現するのに用いている2種類の電圧の中間の電圧を前記バイアス供給ノードに供給し、
前記不揮発性メモリセルにおいて前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部にデータを書き込むリコールを行う場合には、前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、前記バイアス供給ノードに所定の電圧を供給した状態において、前記揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることを特徴とする不揮発性メモリ。
A non-volatile memory having a non-volatile memory cell array composed of the non-volatile memory cell according to claim 1,
In the nonvolatile memory cell, when storing data from the volatile storage unit to the nonvolatile storage unit, the first and second switches are turned off, and the third and fourth switches are turned on. Supplying an intermediate voltage between two kinds of voltages used to express “1” / “0” in the volatile storage unit to the bias supply node;
When performing a recall to write data from the nonvolatile memory unit to the volatile memory unit in the nonvolatile memory cell, the first and second switches are turned off, and the third and fourth switches are turned on. A nonvolatile memory, wherein a power supply voltage for a flip-flop of the volatile storage unit is raised in a state where a predetermined voltage is supplied to the bias supply node.
前記第3および第4のスイッチは、電界効果トランジスタであり、
前記不揮発性メモリセルをSRAMのメモリセルとして機能させるときには前記揮発性メモリセルのフリップフロップに第1の電圧を電源電圧として与え、
前記不揮発性メモリセルに前記ストアを行わせるときに、前記揮発性メモリセルのフリップフロップに前記第1の電圧より高い第2の電圧を電源電圧として与えることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性メモリ。
The third and fourth switches are field effect transistors;
When the nonvolatile memory cell functions as an SRAM memory cell, a first voltage is applied as a power supply voltage to the flip-flop of the volatile memory cell,
The second voltage higher than the first voltage is applied as a power supply voltage to the flip-flop of the volatile memory cell when the nonvolatile memory cell performs the store. Non-volatile memory.
前記不揮発性メモリセルに前記リコールを行わせるときに、前記バイアス供給ノードに与える電圧を0Vより高くすることを特徴とする請求項3または4に記載の不揮発性メモリ。   5. The nonvolatile memory according to claim 3, wherein a voltage applied to the bias supply node is set higher than 0 V when the nonvolatile memory cell performs the recall. 6. 前記第3および第4のスイッチは、電界効果トランジスタであり、前記不揮発性メモリセルに前記ストアを行わせるとき、前記不揮発性記憶部のフリップフロップに与える電源電圧よりも大きな電圧を前記第3および第4のスイッチである各電界効果トランジスタのゲートに与えて各電界効果トランジスタをONさせることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1の請求項に記載の不揮発性メモリ。   The third and fourth switches are field effect transistors, and when the nonvolatile memory cell performs the store, a voltage larger than a power supply voltage applied to a flip-flop of the nonvolatile memory unit is applied to the third and fourth switches. 6. The nonvolatile memory according to claim 3, wherein each field effect transistor is turned on by being applied to a gate of each field effect transistor which is a fourth switch. 7. 前記不揮発性メモリセルに前記リコールを行わせるとき、前記リコールのために前記不揮発性記憶部のフリップフロップに与える電源電圧を立ち上げるときの立ち上げ後の電源電圧よりも低い電圧を前記第3および第4のスイッチである各電界効果トランジスタのゲートに与えて各電界効果トランジスタをONさせることを特徴とする請求項6に記載の不揮発性メモリ。   When causing the nonvolatile memory cell to perform the recall, a voltage lower than the power supply voltage after startup when the power supply voltage applied to the flip-flop of the nonvolatile memory unit for the recall is raised is set to the third and 7. The nonvolatile memory according to claim 6, wherein each field effect transistor is turned on by being applied to a gate of each field effect transistor which is a fourth switch. 揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記フリップフロップと前記フリップフロップに高電位側電源電圧を供給するための電源線との間に介挿された電源スイッチと、
前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップにデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセル。
A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
A power switch interposed between the flip-flop and a power supply line for supplying a high-potential power supply voltage to the flip-flop;
When the data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, respectively, or from the flip-flop A first switch and a second switch that are turned on when reading data via the two bit lines;
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between an output node of the first inverter and a bias supply node;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the bias supply node;
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value that changes in a first direction when passing a current from an output node of the first or second inverter to the bias supply node. The resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory cell.
揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記フリップフロップと前記フリップフロップに低電位側電源電圧を供給するための電源線との間に介挿された電源スイッチと、
前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップにデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であることを特徴とする不揮発性メモリセル。
A volatile storage unit and a non-volatile storage unit;
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
A power switch interposed between the flip-flop and a power line for supplying a low-potential power supply voltage to the flip-flop;
When the data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, respectively, or from the flip-flop A first switch and a second switch that are turned on when reading data via the two bit lines;
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between an output node of the first inverter and a bias supply node;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the bias supply node;
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value that changes in a first direction when passing a current from an output node of the first or second inverter to the bias supply node. The resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. A non-volatile memory cell.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルアレイにおける各不揮発性メモリセルの動作を制御する制御手段とを有し、
前記不揮発性メモリセルは、揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップにデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であり、
前記制御手段は、
前記不揮発性メモリセルアレイにおける所望の不揮発性メモリセルを選択し、当該不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、当該不揮発性メモリの前記バイアス供給ノードに所定のソース電圧を与え、当該不揮発性メモリの前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部へデータを書き込むストアを行わせるストア制御手段と、
前記不揮発性メモリセルアレイにおける所望の不揮発性メモリセルを選択し、当該不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、当該不揮発性メモリの前記バイアス供給ノードに所定のソース電圧を与え、当該不揮発性メモリセルのフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることにより、当該不揮発性メモリセルの前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部へデータを書き込むリコールを行わせるリコール制御手段とを有することを特徴とする不揮発性メモリ。
A nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix;
Control means for controlling the operation of each nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array,
The non-volatile memory cell has a volatile memory unit and a non-volatile memory unit,
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
When the data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, respectively, or from the flip-flop A first switch and a second switch that are turned on when reading data via the two bit lines;
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between an output node of the first inverter and a bias supply node;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the bias supply node;
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value that changes in a first direction when passing a current from an output node of the first or second inverter to the bias supply node. The resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. ,
The control means includes
A desired nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array is selected, the first and second switches of the nonvolatile memory cell are turned off, the third and fourth switches are turned on, and the nonvolatile memory cell Store control means for applying a predetermined source voltage to the bias supply node, and performing a store for writing data from the volatile storage unit of the nonvolatile memory to the nonvolatile storage unit;
A desired nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array is selected, the first and second switches of the nonvolatile memory cell are turned off, the third and fourth switches are turned on, and the nonvolatile memory cell Data is written from the nonvolatile memory unit of the nonvolatile memory cell to the volatile memory unit by applying a predetermined source voltage to the bias supply node and raising the power supply voltage for the flip-flop of the nonvolatile memory cell. A non-volatile memory comprising recall control means for performing a recall.
前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記不揮発性メモリに対する電源電圧を降圧して出力する降圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧、前記降圧回路の出力電圧または前記不揮発性メモリに対する電源電圧を選択して出力する出力調整回路とを有する電源制御回路を有し、
前記ストア制御手段および前記リコール制御手段は、前記出力調整回路の出力電圧を利用して所望の不揮発性メモリセルの前記第3および第4のスイッチをONさせる活性化信号と、所望の不揮発性メモリセルのバイアス供給ノードに供給するソース電圧と、所望の不揮発性メモリセルのフリップフロップに対する電源電圧を発生することを特徴とする請求項10に記載の不揮発性メモリ。
A booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, a step-down circuit that steps down and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, an output voltage of the booster circuit, an output voltage of the step-down circuit, or the nonvolatile memory A power supply control circuit having an output adjustment circuit that selects and outputs a power supply voltage for the memory,
The store control means and the recall control means include an activation signal for turning on the third and fourth switches of a desired nonvolatile memory cell using an output voltage of the output adjustment circuit, and a desired nonvolatile memory 11. The nonvolatile memory according to claim 10, wherein a source voltage supplied to a bias supply node of the cell and a power supply voltage for a flip-flop of a desired nonvolatile memory cell are generated.
不揮発性メモリセルを行列状に配列した不揮発性メモリセルアレイと、
前記不揮発性メモリセルアレイにおいて制御対象とする不揮発性メモリセルが属する行を選択する行デコーダとを有し、
前記不揮発性メモリセルは、揮発性記憶部と不揮発性記憶部とを有し、
前記揮発性記憶部は、
互いに相手の出力信号を各々に対する入力信号とする第1および第2のインバータからなるフリップフロップと、
前記第1および第2のインバータの各出力ノードと2本のビット線との間に各々介挿され、前記2本のビット線を介して前記フリップフロップにデータ書き込みを行う場合または前記フリップフロップから前記2本のビット線を介してデータ読み出しを行う場合にONとされる第1および第2のスイッチとを有し、
前記不揮発性記憶部は、
前記第1のインバータの出力ノードとバイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第3のスイッチおよび第1の抵抗変化型素子と、
前記第2のインバータの出力ノードと前記バイアス供給ノードとの間に直列に介挿された第4のスイッチおよび第2の抵抗変化型素子とを有し、
前記第1および第2の抵抗変化型素子の各々は、前記第1または第2のインバータの出力ノードから前記バイアス供給ノードに向かう電流を通過させたときに第1の方向に抵抗値が変化し、前記バイアス供給ノードから前記第1または第2のインバータの出力ノードに向かう電流を通過させたときに前記第1の方向と逆方向の第2の方向に抵抗値が変化する抵抗変化素子であり、
前記行デコーダは、
前記不揮発性メモリセルアレイにおける所望の不揮発性メモリセルを行単位で選択し、当該不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、当該不揮発性メモリセルの前記バイアス供給ノードに所定のソース電圧を与え、当該不揮発性メモリセルの前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部へデータを書き込むストアを行わせるストア制御手段と、
前記不揮発性メモリセルアレイにおける所望の不揮発性メモリセルを行単位で選択し、当該不揮発性メモリセルの前記第1および第2のスイッチをOFF、前記第3および第4のスイッチをONとし、当該不揮発性メモリセルの前記バイアス供給ノードに所定のソース電圧を与え、当該不揮発性メモリセルのフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることにより、当該不揮発性メモリセルの前記不揮発性記憶部から前記揮発性記憶部へデータを書き込むリコールを行わせるリコール制御手段とを有することを特徴とする不揮発性メモリ。
A nonvolatile memory cell array in which nonvolatile memory cells are arranged in a matrix;
A row decoder for selecting a row to which a nonvolatile memory cell to be controlled belongs in the nonvolatile memory cell array;
The non-volatile memory cell has a volatile memory unit and a non-volatile memory unit,
The volatile storage unit is
A flip-flop composed of first and second inverters each having the other's output signal as an input signal;
When the data is written to the flip-flop via the two bit lines inserted between the output nodes of the first and second inverters and the two bit lines, respectively, or from the flip-flop A first switch and a second switch that are turned on when reading data via the two bit lines;
The nonvolatile storage unit is
A third switch and a first variable resistance element inserted in series between an output node of the first inverter and a bias supply node;
A fourth switch and a second variable resistance element inserted in series between the output node of the second inverter and the bias supply node;
Each of the first and second variable resistance elements has a resistance value that changes in a first direction when passing a current from an output node of the first or second inverter to the bias supply node. The resistance change element whose resistance value changes in a second direction opposite to the first direction when a current from the bias supply node to the output node of the first or second inverter is passed. ,
The row decoder
A desired nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array is selected in units of rows, the first and second switches of the nonvolatile memory cell are turned off, the third and fourth switches are turned on, and the nonvolatile memory cell is turned on. Store control means for applying a predetermined source voltage to the bias supply node of the non-volatile memory cell and performing a store for writing data from the volatile memory unit of the non-volatile memory cell to the non-volatile memory unit;
A desired nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory cell array is selected in units of rows, the first and second switches of the nonvolatile memory cell are turned off, the third and fourth switches are turned on, and the nonvolatile memory cell is turned on. A predetermined source voltage is applied to the bias supply node of the non-volatile memory cell, and a power supply voltage for the flip-flop of the non-volatile memory cell is raised, so that the non-volatile memory unit of the non-volatile memory cell is changed to the volatile memory unit. A non-volatile memory comprising recall control means for performing a recall for writing data into the memory.
前記ストア制御手段は、前記ストアの対象とする不揮発性メモリセルが属する行を順次切り換え、前記不揮発性メモリセルアレイの全行について前記ストアを行わせ、前記リコール制御手段は、前記リコールの対象とする不揮発性メモリセルが属する行を順次切り換え、前記不揮発性メモリセルアレイの全行について前記リコールを行わせことを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ。   The store control means sequentially switches the rows to which the nonvolatile memory cells to be stored belong, and performs the store for all the rows of the nonvolatile memory cell array, and the recall control means sets the recall targets. The nonvolatile memory according to claim 12, wherein the row to which the nonvolatile memory cell belongs is sequentially switched, and the recall is performed for all rows of the nonvolatile memory cell array. 前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記不揮発性メモリに対する電源電圧を降圧して出力する降圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧、前記降圧回路の出力電圧または前記不揮発性メモリに対する電源電圧を選択して出力する出力調整回路とを有する電源制御回路を有し、
前記行デコーダは、前記不揮発性メモリセルアレイの各行に対応付けられた複数の行選択回路を有し、
各行に対応した各行選択回路は、
行アドレスが当該行を示す場合にアドレス一致検出信号をアクティブレベルとするアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部の第3および第4のスイッチをONさせる活性化信号を供給する第1のレベルシフタと、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部のバイアス供給ノードにソース電圧を供給する第2のレベルシフタと、
前記不揮発性メモリに対する電源電圧が立ち上がった後の最初の前記アドレス一致検出信号が発生してから所定時間が経過した後、当該行に属する各不揮発性メモリセルの揮発性記憶部のフリップフロップに対する高電位側電源電圧を立ち上げる第3のレベルシフタとを有し、
前記出力調整回路の出力電圧を前記第1〜第3のレベルシフタに高電位側電源電圧として与えることを特徴とする請求項12または13に記載の不揮発性メモリ。
A booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, a step-down circuit that steps down and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, an output voltage of the booster circuit, an output voltage of the step-down circuit, or the nonvolatile memory A power supply control circuit having an output adjustment circuit that selects and outputs a power supply voltage for the memory,
The row decoder has a plurality of row selection circuits associated with each row of the nonvolatile memory cell array,
Each row selection circuit corresponding to each row
An address match detection circuit which sets an address match detection signal to an active level when the row address indicates the row;
A first level shifter for supplying an activation signal for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
A second level shifter for supplying a source voltage to a bias supply node of a nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
After a predetermined time has elapsed since the generation of the first address match detection signal after the power supply voltage for the nonvolatile memory rises, a high voltage is applied to the flip-flop of the volatile storage unit of each nonvolatile memory cell belonging to the row. A third level shifter for raising the potential side power supply voltage;
14. The nonvolatile memory according to claim 12, wherein an output voltage of the output adjustment circuit is supplied to the first to third level shifters as a high-potential side power supply voltage.
前記各行に対応した各行選択回路が、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記ストアの対象とする行を順次切り換えて、前記不揮発性メモリセルアレイの各行についての前記ストアを行わせることを特徴とする請求項14に記載の不揮発性メモリ。   15. Each row selection circuit corresponding to each row sequentially switches the row to be stored in the nonvolatile memory cell array to perform the store for each row of the nonvolatile memory cell array. Nonvolatile memory as described in 1. 前記各行に対応した各行選択回路が、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記リコールの対象とする行を順次切り換えて、前記不揮発性メモリセルアレイの各行についての前記リコールを行わせることを特徴とする請求項14に記載の不揮発性メモリ。   15. Each row selection circuit corresponding to each row sequentially switches the row to be recalled in the nonvolatile memory cell array to perform the recall for each row of the nonvolatile memory cell array. Nonvolatile memory as described in 1. 前記不揮発性メモリセルアレイでは、各列の不揮発性メモリセルのフリップフロップに高電位側電源電圧を供給する電源線が列方向に配線されるとともに、各行の不揮発性メモリセルのフリップフロップに低電位側電源電圧を供給する電源線が行方向に配線され、
前記行デコーダは、選択した行に属する各不揮発性メモリセルについて、前記リコールを行わせるために、当該行に属する各不揮発性メモリセルに低電位側電源電圧を供給するための電源線のレベルを高電位側電源電圧と同一のレベルから低下させることにより、前記揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ。
In the nonvolatile memory cell array, a power supply line for supplying a high-potential-side power supply voltage to the flip-flops of the nonvolatile memory cells in each column is wired in the column direction, and a low-potential side is connected to the flip-flops of the nonvolatile memory cells in each row. Power supply lines that supply power supply voltage are wired in the row direction,
The row decoder sets a level of a power supply line for supplying a low-potential-side power supply voltage to each nonvolatile memory cell belonging to the row in order to perform the recall for each nonvolatile memory cell belonging to the selected row. The nonvolatile memory according to claim 12, wherein the power supply voltage for the flip-flop of the volatile storage unit is raised by lowering from the same level as the high-potential-side power supply voltage.
前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記不揮発性メモリに対する電源電圧を降圧して出力する降圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧、前記降圧回路の出力電圧または前記不揮発性メモリに対する電源電圧を選択して出力する出力調整回路とを有する電源制御回路を有し、
前記行デコーダは、前記不揮発性メモリセルアレイの各行に対応付けられた複数の行選択回路を有し、
各行に対応した各行選択回路は、
行アドレスが当該行を示す場合にアドレス一致検出信号を出力するアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部の第3および第4のスイッチをONさせる活性化信号を出力する第1のレベルシフタと、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部のバイアス供給ノードにソース電圧を供給する第2のレベルシフタと、
前記不揮発性メモリに対する電源電圧が立ち上がった後の最初の前記アドレス一致検出信号が発生してから所定時間が経過した後、ONとなり、当該行に属する各不揮発性メモリセルの揮発性記憶部のフリップフロップに対して低電位側電源電圧を供給する電源スイッチとを有し、
前記出力調整回路の出力電圧を前記第1および第2のレベルシフタに高電位側電源電圧として与えることを特徴とする請求項17に記載の不揮発性メモリ。
A booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, a step-down circuit that steps down and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, an output voltage of the booster circuit, an output voltage of the step-down circuit, or the nonvolatile memory A power supply control circuit having an output adjustment circuit that selects and outputs a power supply voltage for the memory,
The row decoder has a plurality of row selection circuits associated with each row of the nonvolatile memory cell array,
Each row selection circuit corresponding to each row
An address match detection circuit that outputs an address match detection signal when the row address indicates the row;
A first level shifter for outputting an activation signal for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
A second level shifter for supplying a source voltage to a bias supply node of a nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
A flip-flop of the volatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row after a predetermined time has elapsed since the generation of the first address match detection signal after the power supply voltage for the nonvolatile memory rises A power switch for supplying a low-potential-side power supply voltage to the
18. The nonvolatile memory according to claim 17, wherein an output voltage of the output adjustment circuit is supplied to the first and second level shifters as a high-potential side power supply voltage.
前記各行に対応した各行選択回路が、前記不揮発性メモリセルアレイにおいて前記リコールの対象とする行を順次切り換えて、前記不揮発性メモリセルアレイの各行についての前記リコールを行わせることを特徴とする請求項18に記載の不揮発性メモリ。   19. Each row selection circuit corresponding to each row sequentially switches the row to be recalled in the nonvolatile memory cell array to perform the recall for each row of the nonvolatile memory cell array. Nonvolatile memory as described in 1. 前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部は、前記フリップフロップと前記フリップフロップに高電位側電源電圧を供給する電源線との間に介挿された電源スイッチを各々有し、
前記不揮発性メモリセルアレイでは、各列の不揮発性メモリセルのフリップフロップに高電位側電源電圧および低電位側電源電圧を供給する各電源線が列方向に配線され、
前記行デコーダは、選択した行に属する各不揮発性メモリセルについて、前記リコールを行わせるために、当該行に属する各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部の前記電源スイッチをONにすることにより、前記揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ。
Each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array has a power switch interposed between the flip-flop and a power supply line that supplies a high-potential-side power supply voltage to the flip-flop. And
In the nonvolatile memory cell array, each power supply line for supplying a high potential side power supply voltage and a low potential side power supply voltage to the flip-flops of the nonvolatile memory cells in each column is wired in the column direction,
The row decoder turns on the power switch of each volatile memory unit of each nonvolatile memory cell belonging to the row in order to perform the recall for each nonvolatile memory cell belonging to the selected row. The nonvolatile memory according to claim 12, wherein a power supply voltage for a flip-flop of the volatile storage unit is raised.
前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記不揮発性メモリに対する電源電圧を降圧して出力する降圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧、前記降圧回路の出力電圧または前記不揮発性メモリに対する電源電圧を選択して出力する出力調整回路とを有する電源制御回路を有し、
前記行デコーダは、前記不揮発性メモリセルアレイの各行に対応付けられた複数の行選択回路を有し、
各行に対応した各行選択回路は、
行アドレスが当該行を示す場合にアドレス一致検出信号を出力するアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部の第3および第4のスイッチをONさせる活性化信号を出力する第1のレベルシフタと、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部のバイアス供給ノードにソース電圧を供給する第2のレベルシフタと、
前記不揮発性メモリに対する電源電圧が立ち上がった後の最初の前記アドレス一致検出信号が発生してから所定時間が経過した後、当該行に属する各不揮発性メモリセルの揮発性記憶部の電源スイッチをONさせる選択信号を出力する第3のレベルシフタとを有し、
前記出力調整回路の出力電圧を前記第1〜第3のレベルシフタに高電位側電源電圧として与えることを特徴とする請求項20に記載の不揮発性メモリ。
A booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, a step-down circuit that steps down and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, an output voltage of the booster circuit, an output voltage of the step-down circuit, or the nonvolatile memory A power supply control circuit having an output adjustment circuit that selects and outputs a power supply voltage for the memory,
The row decoder has a plurality of row selection circuits associated with each row of the nonvolatile memory cell array,
Each row selection circuit corresponding to each row
An address match detection circuit that outputs an address match detection signal when the row address indicates the row;
A first level shifter for outputting an activation signal for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
A second level shifter for supplying a source voltage to a bias supply node of a nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
After a predetermined time has elapsed since the first address match detection signal after the power supply voltage for the nonvolatile memory rises, turn on the power switch of the volatile storage unit of each nonvolatile memory cell belonging to the row A third level shifter for outputting a selection signal to be
21. The nonvolatile memory according to claim 20, wherein an output voltage of the output adjustment circuit is supplied to the first to third level shifters as a high-potential side power supply voltage.
前記不揮発性メモリセルアレイの各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部は、前記フリップフロップと前記フリップフロップに低電位側電源電圧を供給する電源線との間に介挿された電源スイッチを各々有し、
前記不揮発性メモリセルアレイでは、各列の不揮発性メモリセルのフリップフロップに高電位側電源電圧および低電位側電源電圧を供給する各電源線が列方向に配線され、
前記行デコーダは、選択した行に属する各不揮発性メモリセルについて、前記リコールを行わせるために、当該行に属する各不揮発性メモリセルの各揮発性記憶部の前記電源スイッチをONにすることにより、前記揮発性記憶部のフリップフロップに対する電源電圧を立ち上げることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性メモリ。
Each volatile memory portion of each nonvolatile memory cell of the nonvolatile memory cell array has a power switch interposed between the flip-flop and a power supply line that supplies a low-potential-side power supply voltage to the flip-flop. And
In the nonvolatile memory cell array, each power supply line for supplying a high potential side power supply voltage and a low potential side power supply voltage to the flip-flops of the nonvolatile memory cells in each column is wired in the column direction,
The row decoder turns on the power switch of each volatile memory unit of each nonvolatile memory cell belonging to the row in order to perform the recall for each nonvolatile memory cell belonging to the selected row. The nonvolatile memory according to claim 12, wherein a power supply voltage for a flip-flop of the volatile storage unit is raised.
前記不揮発性メモリに対する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記不揮発性メモリに対する電源電圧を降圧して出力する降圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧、前記降圧回路の出力電圧または前記不揮発性メモリに対する電源電圧を選択して出力する出力調整回路とを有する電源制御回路を有し、
前記行デコーダは、前記不揮発性メモリセルアレイの各行に対応付けられた複数の行選択回路を有し、
各行に対応した各行選択回路は、
行アドレスが当該行を示す場合にアドレス一致検出信号を出力するアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部の第3および第4のスイッチをONにする活性化信号を出力する第1のレベルシフタと、
前記アドレス一致検出信号に応じて、当該行に属する各不揮発性メモリセルの不揮発性記憶部のバイアス供給ノードにソース電圧を供給する第2のレベルシフタと、
前記不揮発性メモリに対する電源電圧が立ち上がった後の最初の前記アドレス一致検出信号が発生してから所定時間が経過した後、当該行に属する各不揮発性メモリセルの揮発性記憶部の電源スイッチをONさせる選択信号を出力するバッファとを有し、
前記出力調整回路の出力電圧を前記第1および第2のレベルシフタに高電位側電源電圧として与えることを特徴とする請求項22に記載の不揮発性メモリ。
A booster circuit that boosts and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, a step-down circuit that steps down and outputs a power supply voltage for the nonvolatile memory, an output voltage of the booster circuit, an output voltage of the step-down circuit, or the nonvolatile memory A power supply control circuit having an output adjustment circuit that selects and outputs a power supply voltage for the memory,
The row decoder has a plurality of row selection circuits associated with each row of the nonvolatile memory cell array,
Each row selection circuit corresponding to each row
An address match detection circuit that outputs an address match detection signal when the row address indicates the row;
A first level shifter for outputting an activation signal for turning on the third and fourth switches of the nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
A second level shifter for supplying a source voltage to a bias supply node of a nonvolatile memory portion of each nonvolatile memory cell belonging to the row in response to the address match detection signal;
After a predetermined time has elapsed since the first address match detection signal after the power supply voltage for the nonvolatile memory rises, turn on the power switch of the volatile storage unit of each nonvolatile memory cell belonging to the row And a buffer for outputting a selection signal to be
23. The nonvolatile memory according to claim 22, wherein an output voltage of the output adjustment circuit is supplied to the first and second level shifters as a high-potential side power supply voltage.
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