[發明專利]非易失性存儲裝置和對非易失性存儲裝置的寫入方法

有效

• 申請號: 201180002021.1
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102422361A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 加藤佳一
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L27/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 徐殿軍

技術領域

本發明涉及非易失性存儲裝置和對非易失性存儲裝置的寫入方法。更詳細的，涉及具有電阻變化型元件的非易失性存儲裝置和對非易失性存儲裝置的寫入方法。

背景技術

非易失性存儲裝置廣泛裝載在便攜電話和數字相機等便攜設備上，使用急劇擴大。近年來，處理聲音數據和圖像數據的機會增加，開始強烈希望容量大到之前以上且可高速動作的非易失性存儲裝置。在用于便攜設備的非易失性存儲裝置領域中，對耗電量低的要求進一步增強。

當前的非易失性存儲裝置的主流是閃存(flash?memory)。閃存通過控制浮柵(floating?gate)中貯存的電荷來進行數據的存儲。由于閃存具有在浮柵中以高電場貯存電荷的結構，所以小型化有限制，指出了進一步大容量化所需的細微加工有困難的問題。進一步，閃存中為了進行改寫而必須統一擦除規定的塊。因該特性，閃存的改寫需要非常長的時間，對隨機訪問和高速化也有限制。

作為解決這些問題的下一代非易失性存儲裝置，使用了通過電阻的變化來記錄信息的電阻變化型元件。作為利用當前提出的電阻變化型元件的非易失性半導體裝置(還稱作“非易失性存儲器”)，提出了MRAM(Magnetic?RAM：磁性RAM)、PCRAM(Phase-Change?RAM：相變RAM)和ReRAM(Resistive?RAM：電阻式RAM)等(例如，參考專利文獻1～3)。

專利文獻1公開了采用鈣鈦礦(perovskite)結構的氧化物的雙極型ReRAM元件的控制方法的一例。這里，雙極型是指利用極性不同的電壓脈沖，通過一個極性的電壓脈沖使ReRAM元件變為高電阻狀態，通過另一個極性的電壓脈沖變為低電阻的狀態。ReRAM元件是指通過電刺激至少可在第1電阻狀態(“低電阻狀態”、還稱作“LR狀態”或僅稱為“LR”)、電阻值比所述第1電阻狀態高的第2電阻狀態(“高電阻狀態”、還稱作“HR狀態”或僅稱為“HR”)之間可逆變化的元件。是指根據所述電阻狀態來存儲信息的非易失性存儲器。

下面，參考附圖來說明該ReRAM元件的控制方法。

圖20至圖22是表示專利文獻1公開的存儲器單元9的控制方法的圖。存儲器單元9具備電阻變化型元件1和選擇晶體管2。電阻變化型元件1的一個端子和選擇晶體管2的一個主端子(漏極或源極)彼此電連接。選擇晶體管2的另一個主端子(源極或漏極)通過源極線6與源極線端子3電連接。電阻變化型元件1的另一個端子通過位線8與位線端子5電連接。選擇晶體管2的柵極通過字線7與字線端子4電連接。在寫入數據的情況(寫入“1”的情況(這里，將數據“1”分配給ReRAM元件的HR狀態))、進行擦除的情況(寫入“0”的情況(這里，將數據“0”分配給ReRAM元件的LR狀態))、以及進行讀出的情況中的任何一種情況下，對所選出的存儲器單元的字線端子4施加高電平的開啟(on)電壓，使選擇晶體管2變為導通狀態。

圖20是表示在專利文獻1的存儲器單元9中，在進行寫入動作時的電壓脈沖的施加狀態的圖。將源極線6設定為0V(接地)，并對位線8施加具有規定的寫入電壓振幅的正極性寫入脈沖，向電阻變化型元件1寫入希望的數據。在將多值信息寫入到電阻變化型元件1的情況下，將寫入脈沖的電壓振幅設定為與寫入數據的值相應的電平。例如，在將4值數據寫入一個電阻變化型元件1的情況下，從對應于各個寫入數據的值而決定的規定的4個電壓振幅中選擇1個而進行寫入動作。此外，寫入脈沖寬度選擇與元件相應的適當寬度。即，為了變化為規定的電阻狀態，存在與該電阻狀態對應的1個電壓振幅電平和脈沖寬度。

圖21是表示在專利文獻1的存儲器單元9中，進行擦除動作時的電壓脈沖的施加狀態的圖。將位線8設定為0V(接地)，向源極線6施加具有規定的擦除電壓振幅的正極性擦除脈沖。通過施加擦除脈沖，使電阻變化型元件1的電阻為最小值。專利文獻1中，公開了以下內容，即：在將多個位線8設定為0V的狀態下，若向特定的源極線6施加擦除脈沖，則與該多個位線8和源極線6連接的多個存儲器單元同時被統一擦除。

圖22是表示在專利文獻1的存儲器單元9中，進行讀出動作時的電壓脈沖的施加狀態的圖。在讀出電阻變化型元件1中存儲的數據的情況下，將源極線6設定為0V(接地)，將規定的讀出電壓經由讀出電路施加給所選出的位線8。若施加了讀出電壓，則通過比較判定電路將位線8的電平與用于讀出的參考電平相比較，讀出存儲數據。