[發明專利]半導體存儲裝置

有效

• 申請號: 201710652927.7
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN108573726B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 服部規男;矢野勝
• 申請（專利權）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;G11C11/56
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 馬雯雯;臧建明

本發明提供一種半導體存儲裝置，抑制由區塊單位的擦除或字單位的編程引起的耐久特性的下降。本發明的電阻變化型存儲器(100)包括：存儲陣列(110)，通過可逆性且非易失性的可變電阻元件來存儲數據；以及控制器(120)，在響應來自外部的擦除指令，擦除存儲陣列(110)的選擇的區塊時，不變更區塊的數據，而是設定表示區塊為擦除狀態的EF標志。控制器(120)還包括讀取單元，此讀取單元在響應來自外部的讀取指令，讀取存儲陣列(110)的選擇的字時，基于EF標志，輸出選擇的字的數據或表示擦除的數據。

技術領域

本發明涉及一種半導體存儲裝置，尤其涉及一種利用了可變電阻元件的電阻變化型存儲器。

背景技術

作為代替閃速存儲器(flash memory)的非易失性存儲器(non-volatilememory)，利用了可變電阻元件的電阻變化型存儲器已受到關注。電阻變化型存儲器作為如下存儲器而為人所知，此存儲器將脈沖電壓施加至金屬氧化物等的膜，可逆且非易失性地設定膜的電阻，由此來存儲數據。電阻變化型存儲器能夠利用電壓來改寫數據，因此，消耗電力小，另外，因為采用了包含一個晶體管+一個電阻器的較簡單的構造，所以單元面積小至約6F²(F為配線的直徑，且為數十nm左右)，能夠實現高密度化，而且有讀取時間為10納秒左右的與DRAM同樣快速的優點(專利文獻1、2等)。

圖1是表示現有的電阻變化型存儲器的存儲陣列(memory array)的典型結構的電路圖。一個存儲單元組(memory cell unit)包含可變電阻元件與串聯地連接于所述可變電阻元件的存取用的晶體管。m×n(m、n為1以上的整數)個單元組形成為二維陣列狀，晶體管的柵極連接于字線，漏極區域連接于可變電阻元件的一個電極，源極區域連接于源極線。可變電阻元件的另一個電極連接于位線。

可變電阻元件包含氧化鉿(HfOx)等金屬氧化物的薄膜，且能夠根據所施加的脈沖電壓的大小及極性，可逆且非易失性地將電阻值設定為低電阻狀態或高電阻狀態。將可變電阻元件設定(或寫入)為高電阻狀態稱為設置(SET)，設定(寫入)為低電阻狀態稱為重置(RESET)。

能夠通過字線、位線及源極線，以位單位來選擇單元組。例如，在對單元組M11進行寫入的情況下，通過字線WL1使晶體管導通，將與設置或重置對應的電壓施加至位線BL1、源極線SL1。由此，對可變電阻元件進行設置或重置。在對單元組M11進行讀取的情況下，通過字線WL1使晶體管導通，將用于讀取的電壓施加至位線BL1、源極線SL1。在位線BL1中具有與可變電阻元件的設置或重置對應的電壓或電流，通過傳感器電路來檢測所述電壓或電流。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2012-64286號公報

[專利文獻2]日本專利特開2008-41704號公報

[發明所要解決的問題]

電阻變化型存儲器與閃速存儲器不同，能夠將數據直接從“0”切換(改寫)為“1”，或從“1”切換(改寫)為“0”，而閃速存儲器是通過擦除將數據設為“1”，并通過編程將數據設為“0”，并不存在將數據從“0”編程為“1”的動作。因此，在打算利用電阻變化型存儲器替代閃速存儲器的情況下，較理想的是使電阻變化型存儲器以與閃速存儲器具有兼容性的規格進行動作。即，要求電阻變化型存儲器對應于閃速存儲器所使用的擦除等指令(command)。因此，若電阻變化型存儲器對區塊擦除指令進行了斷言(assert)，則電阻變化型存儲器需要對目標區塊中所含的全部的存儲單元進行重置(將數據切換為“1”)。但是，若被重置的存儲單元中有存儲有數據“1”的存儲單元，則對于此種存儲單元來說，未必需要進行重置。反復地進行不必要的改寫會無端地消耗電阻變化型存儲器的改寫限制次數，致使耐久特性變差。