JP2010073251A - 半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 - Google Patents
半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010073251A JP2010073251A JP2008239089A JP2008239089A JP2010073251A JP 2010073251 A JP2010073251 A JP 2010073251A JP 2008239089 A JP2008239089 A JP 2008239089A JP 2008239089 A JP2008239089 A JP 2008239089A JP 2010073251 A JP2010073251 A JP 2010073251A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- semiconductor memory
- source
- line
- reset
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
【課題】 半導体メモリの信頼性を向上する。
【解決手段】 マトリックス状に配置された複数のメモリセルの各々は、抵抗変化素子と、抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとを有する。サブソース線は、2以上の所定数のワード線に接続されたメモリセルにおける抵抗変化素子に共通に接続されている。抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、セット電圧が供給されるソース線に対応する全てのワード線が活性化され、対応する選択トランジスタがオンする。これにより、オンされる選択トランジスタのソース・ドレイン間に掛かる電圧を低くできる。所定数のワード線単位でセット動作を実行することで、セット動作時の消費電流を少なくできる。この結果、半導体メモリの信頼性を向上できる。
【選択図】 図2
【解決手段】 マトリックス状に配置された複数のメモリセルの各々は、抵抗変化素子と、抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとを有する。サブソース線は、2以上の所定数のワード線に接続されたメモリセルにおける抵抗変化素子に共通に接続されている。抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、セット電圧が供給されるソース線に対応する全てのワード線が活性化され、対応する選択トランジスタがオンする。これにより、オンされる選択トランジスタのソース・ドレイン間に掛かる電圧を低くできる。所定数のワード線単位でセット動作を実行することで、セット動作時の消費電流を少なくできる。この結果、半導体メモリの信頼性を向上できる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体メモリおよびその動作方法に関する。
近年、抵抗値の変化を利用してデータを記憶する抵抗変化素子が提案されている。また、抵抗変化素子をメモリセルに用いた不揮発性の抵抗変化メモリ(Resistive Random Access Memory)が開発されている(例えば、特許文献1参照)。抵抗変化メモリは、動作電圧が低く、データの書き込み時間が短い。このため、フラッシュメモリに比べて消費電力を小さくでき、書き込みサイクルを短縮できる。
特開2008−72031号公報
一般に、抵抗変化メモリにおいて、抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作では、メモリセルに接続されたソース線等に高い電圧が印加される。セットされるメモリセル内の素子に、耐圧を超える電圧が印加されることを防止する必要がある。また、ソース線等の制御信号線は、複数のメモリセルに共通に配線される。このため、セットされるメモリセルと共に共通のソース線に接続されるメモリセル内の素子に、耐圧を超える電圧が印加されることを防止する必要がある。さらに、メモリセルに接続される回路に、耐圧を超える電圧が印加されることを防止する必要がある。一方、高い電圧を用いてメモリセルを動作させると、消費電流は増加する。半導体メモリの信頼性を維持するためには、消費電流を抑える必要がある。
本発明の目的は、半導体メモリの信頼性を向上することである。
本発明の一形態では、マトリックス状に配置された複数のメモリセルの各々は、抵抗変化素子と、抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとを有する。複数のワード線は、選択トランジスタのゲートに接続されている。サブソース線は、2以上の所定数のワード線に接続されたメモリセルにおける抵抗変化素子の他端に共通に接続されている。メインソース線は、抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、第1電圧を選択トランジスタのソース、ドレインの他方と抵抗変化素子の他端との間に印加するためにセット電圧が供給される。ソーススイッチは、サブソース線とメインソース線との間にそれぞれ配置され、セット動作時に選択的にオンされる。ワードドライバは、セット動作時に2以上の所定数のワード線を選択的に活性化する。
セット動作時に、セット電圧が供給されるソース線に対応する全てのワード線が活性化される。セット電圧が供給されるソース線に接続されたメモリセルの選択トランジスタは全てオンする。これにより、オンしている選択トランジスタのソース・ドレイン間に掛かる電圧を低くできる。特に、選択トランジスタの耐圧を超えるセット電圧がメモリセルに印加されるときにも、選択トランジスタに掛かる電圧を耐圧以下にでき、選択トランジスタの破壊を防止できる。また、所定数のワード線単位でセット動作を実行することで、全てのメモリセルを同時にセットするときに比べてセット動作時の消費電流を少なくできる。この結果、半導体メモリの信頼性を向上できる。
以下、実施形態を図面を用いて説明する。図中、太線で示した信号線は、複数本を示す。また、太線が接続されているブロックの一部は、複数の回路を有する。信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。図中の二重の四角印は、外部端子を示している。外部端子は、例えば、半導体チップ上のパッド、あるいは半導体チップが収納されるパッケージのリードである。外部端子を介して供給される信号には、端子名と同じ符号を使用する。
図1は、一実施形態における半導体メモリMEMを示している。例えば、半導体メモリMEMは、抵抗変化メモリ(Resistive Random Access Memory:ReRAM)である。例えば、半導体メモリMEMは、不揮発性RAMとして、バッテリー駆動タイプの携帯機器や、ICカード、IRIDタグ等に搭載される。半導体メモリMEMは、クロックに同期して動作してもよく、クロックに非同期で動作してもよい。半導体メモリMEMは、パッケージに封入された半導体記憶装置として設計されてもよく、システムLSI等に搭載されるメモリマクロ(IP)として設計されてもよい。
半導体メモリMEMは、例えば、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用して形成される。半導体メモリMEMは、データ出力バッファDOB、アドレスバッファADB、コマンドバッファCMDB、コマンドデコーダCMDD、タイミング制御部TCNT、電圧生成部VGENおよびメモリコアCOREを有している。
データ出力バッファDOBは、メモリコアCOREから出力される読み出しデータDOUTをデータ端子I/Oに出力する。例えば、データ端子I/Oのビット数は、8ビットである。なお、メモリセルMCへのデータの書き込みは、後述するセットコマンドSETおよびリセットコマンドRESETにより行われる。このため、半導体メモリMEMは、データ入力端子およびデータ入力バッファを持たない。
アドレスバッファADBは、アドレス端子で受けるアドレス信号ADの上位ビットをロウアドレス信号RADとして出力し、アドレス信号ADの下位ビットをコラムアドレス信号CADとして出力する。ロウアドレス信号RADは、ワード線WLおよびサブソース線SLを選択するために使用される。コラムアドレス信号CADは、サブビット線BLを選択するために使用される。ロウアドレス信号RADおよびコラムアドレス信号CADにより、アクセスされるメモリセルMCが選択される。
コマンドバッファCMDBは、メモリコアCOREを動作するためのコマンド信号CMDを受け、受けたコマンド信号CMDをコマンドデコーダCMDDに出力する。コマンドデコーダCMDDは、コマンド信号CMDに応じて、読み出しコマンド信号RD、セットコマンド信号SETまたはリセットコマンド信号RESETを出力する。
タイミング制御部TCNTは、読み出しコマンド信号RD、セットコマンド信号SETおよびリセットコマンド信号RESETに応じて、メモリコアCOREを動作するための制御信号(タイミング信号)CNTを生成する。例えば、制御信号CNTは、ビット線リセット信号BLRST、セットアクティブ信号SACT、セットイネーブル信号SETEN、リセットアクティブ信号RACT、クランプ信号CLAMP、読み出し信号READおよびアンプイネーブル信号AMPENを含む。
電圧生成部VGENは、電源電圧VCCおよび接地電圧GNDを用いて、メモリコアCORE内で使用する複数種の内部電圧VINT1−3を生成する。例えば、電源電圧VCCは、1.2Vである。内部電圧VINT1−3は、それぞれ0.9V、1.8V、2.1Vである。例えば、電源電圧VCCより高い電圧は、昇圧回路により生成され、電源電圧VCCより低い電圧は、抵抗分割により生成される。電源電圧VCCおよび接地電圧GNDは他の回路にも供給される。
メモリコアCOREは、ワードデコーダWDEC、コラムデコーダCDEC、センスアンプ部SA、コラムセレクタYSEL、ソース線セレクタSLSEL、ソース線ドライバSLDRVおよびメモリセルアレイARYを有している。ソース線セレクタSLSELおよびソース線ドライバSLDRVは、図2で説明する。
ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADをデコードしてワード線WLの少なくとも1本を選択し、選択したワード線WLを所定の期間低レベルから高レベルに活性化する。また、ワードデコーダWDECは、選択するワード線WLに対応するサブソース線SLを選択するためのソース線選択信号SLSELn(n=0、1、2、...)を出力する。後述するように、読み出し動作およびリセット動作では、1つのワード線WLが選択的に活性化される。セット動作では、1つのワード線WLが選択的に活性化される。
コラムデコーダCDECは、コラムアドレス信号CADをデコードし、コラムアドレス信号CADが示すサブビット線BLに対応するコラム選択信号YSELm(m=0、1、2、...)を所定の期間低レベルから高レベルに変化する。以降の説明では、サブビット線BLをビット線BLとも称する。
センスアンプ部SAは、ビット線BLを介してメモリセルMCから読み出されるデータ信号を増幅し、読み出しデータ信号DOUTとして出力する。コラムセレクタYSELは、ビット線BLをセンスアンプ部SAに選択的に接続するために、コラム選択信号YSELmに応じてオンするコラムスイッチCSW(図2)を有している。コラムスイッチCSWは、セット動作またはリセット動作を実行するメモリセルMCを選択するためにも使用される。
メモリセルアレイARYは、マトリックス状に配置される複数のメモリセルMCを有している。ワード線WLおよびサブソース線SLは図の横方向に配線され、ビット線BLは、図の縦方向に配線されている。各サブソース線SLは、2本のワード線WLに共通に配線されている。図の横方向に並ぶメモリセルMCの列は、共通のワード線WLおよび共通のサブソース線SLに接続されている。図の縦方向に並ぶメモリセルMCの列は、共通のビット線BLに接続されている。以降の説明では、サブソース線SLをソース線SLとも称する。
各メモリセルMCは、選択トランジスタST(nMOSトランジスタ)およびデータの論理を記憶する抵抗変化素子(可変抵抗)R1を有している。トランジスタSTは、ゲートをワード線WLに接続し、ソースおよびドレインの一方を抵抗R1の一端に接続し、ソースおよびドレインの他方をビット線BLに接続している。抵抗R1の他端は、ソース線SLに接続されている。
例えば、抵抗R1は、上部電極と下部電極の間に酸化ニッケル(NiO)等の金属酸化物を挟み込むことで形成される。上部電極および下部電極は、プラチナ(Pt)等の遷移金属である。抵抗R1の耐圧は、例えば、2.0Vである。例えば、メモリセルMCに論理1を記憶させるとき、抵抗R1の抵抗値は相対的に低く設定される(セット動作)。メモリセルMCに論理0を記憶させるとき、抵抗R1の抵抗値は相対的に高く設定される(リセット動作)。なお、抵抗R1の抵抗値とメモリセルMCに記憶される論理値との関係は、逆でもよい。
ソース線セレクタSLSELおよびソース線ドライバSLDRVは、例えば、耐圧が1.8VのCMOSプロセスを用いて設計されている。その他の回路は、例えば、耐圧が1.2VのCMOSプロセスを用いて設計されている。
図2は、図1に示したメモリコアCOREの例を示している。例えば、図2は、1つのデータ端子I/Oに対応するメモリコアCOREを示している。実際には、データ端子I/O(I/O0−15)毎に図2の回路が形成される。ここでは、説明を簡単にするために、メモリセルアレイARYは、データ端子I/O毎に16個のメモリセルMC(MC00−03、MC10−13、MC20−23、MC30−33)を有し、4本のワード線WL(WL0−3)、2本のソース線SL(SL0−1)および4本のビット線BL(BL0−3)が配線されている。ワード線WL0−3およびソース線SL0−1は、データ端子I/O0−15に対応するメモリセルアレイARYに共通に配線されている。実際のメモリセルアレイARYでは、例えば、256本のワード線WLとデータ端子I/O毎に32本のビット線BLが配線され、メモリセルMCの数は64k個である。すなわち、半導体メモリMEMの記憶容量は、64kビット(8kビット×8I/O)である。
センスアンプ部SAは、ビット線リセット回路BLR、電流源CSおよび増幅器AMPを有している。ビット線リセット回路BLRは、メインビット線MBLと接地線の間に配置され、ゲートでビット線リセット信号BLRSTを受けるnMOSトランジスタを有している。ビット線リセット回路BLRは、高レベルのビット線リセット信号BLRSTを受けているときにオンし、メインビット線MBLを接地電圧(0V;GND)に設定する。なお、ビット線リセット回路BLRは、センスアンプ部SAではなく、コラムセレクタYSEL内やコラムデコーダCDEC内に配置してもよい。
電流源CSは、読み出し動作において読み出し信号READが高レベルの期間にメインビット線MBLに接続され、メインビット線MBLおよびビット線BL0−3のいずれかに電流を供給する。読み出し信号READに応じて電流源CSをメインビット線MBLに接続する素子は、nMOSトランジスタに限定されず、CMOSトランスファゲート等でもよい。
増幅器AMPは、読み出し動作時にアンプイネーブル信号AMPENが有効レベルの期間に増幅動作を実行する。増幅器AMPは、メインビット線MBLの電圧とリファレンス電圧Vrefとの差に応じて、論理1または論理0の読み出しデータ信号DOUTを出力する。
コラムセレクタYSELは、メインビット線MBLとビット線BL0−BL3の間に配置されたコラムスイッチCSW(CSW0−3)を有している。各コラムスイッチCSW0−3は、コラム選択信号YSEL(YSEL0−3)が高レベルのときにオンするCMOSトランスファゲートを有する。例えば、1つのコラム選択信号YSELにより、データ端子I/Oのビット数(=16)と同じ数のコラムスイッチCSWがオンする。
ソース線セレクタSLSELは、各ソース線SL0−1とメインソース線MSLの間に配置されたソーススイッチSSW(SSW0−1)を有している。各ソーススイッチSSW0−1は、ソース線選択信号SLSEL(SLSEL0−1)が高レベルのときにオンするCMOSトランスファゲートを有する。各ソース線SL0−1は、2つのワード線WLに共通に配線される。このため、ソーススイッチSSWは、2つのワード線WL毎に配置すればよい。
この実施形態では、複数のワード線WL毎にソース線SL0またはSL1を配線することで、耐圧が高くサイズが大きいトランジスタを有するソーススイッチSSWの配置数を少なくできる。この結果、ビット線BLに沿って並ぶメモリセルMCのレイアウトピッチが、ソーススイッチSSW0−1のレイアウトピッチに制限されて大きくなることを防止できる。これにより、メモリセルアレイARYのサイズを小さくでき、半導体メモリMEMのチップサイズを削減できる。一般に、メモリセルアレイARYは、半導体メモリMEMのチップ領域のほとんどを占める。このため、メモリセルアレイARYのサイズを小さくすることによるチップサイズの削減効果は大きい。
ソース線ドライバSLDRVは、セットスイッチSETSW、セットドライバSDRV、クランプトランジスタCLTRおよびリセットドライバRDRVを有している。セットスイッチSETSWは、セットドライバSDRVとメインソース線MSLの間に配置され、セットイネーブル信号SETENが高レベルのときにオンするCMOSトランスファゲートを有する。
セットドライバSDRVは、例えば、CMOSインバータを有する。図中、外側に向く矢印をゲートに付けたトランジスタはpMOSトランジスタである。内側に向く矢印をゲートに付けたトランジスタはnMOSトランジスタである。セットドライバRDRVのpMOSトランジスタのソースは、2.1Vの内部電圧VINT3を受けている。セットドライバSDRVは、高レベルのセットアクティブ信号SACTを受けているときに、低レベル(0V)を出力し、低レベルのセットアクティブ信号SACTを受けているときに、高レベル(2.1V)を出力する。
クランプトランジスタCLTRは、リセットドライバRDRVとメインソース線MSLの間に配置され、クランプ信号CLAMPが高レベルのときにオンするnMOSトランジスタを有している。リセットドライバRDRVは、例えば、CMOSインバータを有する。リセットドライバRDRVのpMOSトランジスタのソースは、1.8Vの内部電圧VINT2を受けている。リセットドライバRDRVは、高レベルのリセットアクティブ信号RACTを受けているときに、低レベル(0V)を出力し、低レベルのリセットアクティブ信号RACTを受けているときに、高レベル(1.8V)を出力する。
図3は、図1に示した半導体メモリMEMが搭載されるシステムSYSの例を示している。システムSYS(ユーザシステム)は、例えば、携帯機器や、ICカード、IRIDタグのいずれかの少なくとも一部を構成する。なお、後述する実施形態においても、図3と同じシステムSYSが構成される。システムSYSは、リードフレーム等のパッケージ基板上に複数のチップが搭載されたシステムインパッケージSiPを有している。あるいは、システムSYSは、パッケージ基板上に複数のチップが積層されたマルチチップパッケージMCPを有している。あるいは、システムSYSは、シリコン基板上に複数のマクロが集積されたシステムオンチップSoCを有している。さらに、システムSYSは、チップオンチップCoCあるいはパッケージオンパッケージPoPの形態で構成されてもよい。
例えば、SiPは、図1に示した半導体メモリMEMと、周辺回路PERIと、半導体メモリMEMおよび周辺回路PERIをアクセスするとともにシステム全体を制御するCPU(コントローラ)とを有している。半導体メモリMEM、周辺回路PERIおよびCPUは、システムバスSBUSにより互いに接続されている。例えば、SiPは、外部バスSCNTを介して上位のシステムに接続される。CPUは、半導体メモリMEMの読み出し動作を行うためにコマンド信号CMD(読み出し要求)およびアドレス信号ADを半導体メモリMEMに出力し、読み出しデータ信号I/Oを半導体メモリMEMから受信する。CPUは、半導体メモリMEMのセット動作またはリセット動作を行うために、コマンド信号CMD(セット要求またはリセット要求)およびアドレス信号ADを半導体メモリMEMに出力する。また、CPUは、周辺回路PERIの動作を制御するための制御信号を周辺回路PERIに出力する。
図4は、図1に示した半導体メモリMEMの読み出し動作の例を示している。読み出し動作は、図3に示したCPUが読み出しコマンドRDおよびアドレス信号ADを半導体メモリMEMに供給することで実行される。この例では、ロウアドレス信号RADは、図2に示したワード線WL2を示し、コラムアドレスCADは、ビット線BL1を示す。これにより、メモリセルMC21に保持されているデータが読み出される。
読み出しコマンドRDが供給される前の初期状態(スタンバイ状態)において、ビット線リセット信号BLRST、セットイネーブル信号SETEN、クランプ信号CLAMP、読み出し信号READおよびアンプイネーブル信号AMPENは、低レベルLに設定され、セットアクティブ信号SACTおよびリセットアクティブ信号RACTは高レベルHに設定されている。高レベルのセットアクティブ信号SACTにより図2に示したセットドライバSDRVの出力は0Vに設定される。
図1に示したタイミング制御部TCNTは、読み出しコマンドRDに応答して、ビット線リセット信号BLRST、セットイネーブル信号SETEN、読み出し信号READおよびアンプイネーブル信号AMPENを、所定の期間だけ順次に高レベルに設定する(図4(a、b、c、d))。ビット線リセット信号BLRSTが高レベルの間、図2に示したメインビット線MBLは低レベル(0V)にリセットされる。図2に示したセットスイッチSETSWは、高レベルのセットイネーブル信号SETENに応答してセットドライバSDRVの出力をメインソース線MSLに接続する。これにより、メインソース線MSLは、低レベル(0V)にリセットされる。
ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADに応じてソース線選択信号SLSEL1を高レベルに設定する(図4(e))。ワードデコーダWDECは、例えば、ロウアドレス信号RADの下位の1ビットをマスクしてソース線選択信号SLSEL1のデコード動作を実施する。高レベルのソース線選択信号SLSEL1により、ソーススイッチSSW1がオンし、ソース線SL1は接地線に接続される。すなわち、ソース線SL1は低レベル(0V)にリセットされる。また、ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADに応じてワード線WL2を高レベル(例えば、1.2V)に活性化する(図4(f))。これにより、メモリセルMC20−23の選択トランジスタSTがオンする。
コラムデコーダCDECは、コラムアドレス信号CADに応じてコラム選択信号YSEL1を高レベルに設定する(図4(g))。これにより、コラムスイッチCSW1がオンし、ビット線BL1は、メインビット線MBLを介して増幅器AMPに接続される。次に、読み出し信号READの高レベルへの変化により、電流源CSからメインビット線MBL、ビット線BL1、メモリセルMC21の選択トランジスタST、および抵抗R1を介してソース線SL1に電流が流れる。
ビット線BL1に流れる電流は、抵抗R1が論理1を記憶し抵抗値が低いときに多く、抵抗R1が論理0を記憶し抵抗値が高いときに少ない。電流値が多いときにビット線BL1の電圧はほとんど上昇しない(図4(h))。電流値が少ないときにビット線BL1の電圧は緩やかに上昇する(図4(i))。ビット線BL1の電圧変化に応じて、メインビット線MBLの電圧も変化する。ビット線BL0、BL2−3は、ワード線WL2の活性化により、抵抗R1を介してソース線SL1に接続される。このため、ビット線BL0、BL2−3の電圧は、ほぼ0Vになる(図4(j))。
増幅器AMPは、高レベルのアンプイネーブル信号AMPENに応答して活性化され増幅動作を開始する。増幅器AMPは、メインビット線MBLの電圧がリファレンス電圧Vrefより低いときに高レベルの読み出しデータ信号DOUTを出力する。増幅器AMPは、メインビット線MBLの電圧がリファレンス電圧Vrefより高いときに低レベルの読み出しデータ信号DOUTを出力する(図4(k))。
図1に示したデータ出力バッファDOBは、読み出しデータ信号DOUTの論理をラッチし、データ端子I/Oから出力する(図4(l))。例えば、CPUが半導体メモリMEMに読み出しコマンドRDを供給してから読み出しデータDOUTを受け取るまでの読み出しサイクル時間Rcycは、5nsである。なお、半導体メモリMEMがクロックに同期して動作するとき、コマンド信号CMDおよびアドレス信号ADは、クロックに同期して半導体メモリMEMに供給される。読み出しデータDOUTは、クロックに同期してデータ端子I/Oから出力される。
図5は、図4に示した読み出し動作におけるメモリセルMCの状態を示している。図5に示した状態は、図4において、ビット線BL1の電圧が十分に上昇したときを示している(例えば、アンプイネーブル信号AMPENの高レベル期間に対応)。読み出し動作が実行される太い破線で示したメモリセルMC21では、ビット線BLの電圧は、抵抗R1の抵抗値に応じて、例えば0.2Vまたは0.4Vまで上昇する。図中の矢印は、ビット線BL1、選択トランジスタSTおよび抵抗R1を流れる電流を示している。抵抗R1の両端の電圧は、最大で0.4Vであり、抵抗R1を流れる電流は少ない。このため、読み出し動作により抵抗R1の記憶状態が変化することはない。
ワード線WL0−1およびソース線SL0に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13では、選択トランジスタSTはオフし、ソース線SL0は、フローティング状態FLTである。ワード線WL3およびソース線SL1に接続されたメモリセルMC30−33では、選択トランジスタSTはオフしている。このため、ワード線WL0−1、WL3に接続されたメモリセルMCの抵抗R1の両端に電圧は印加されず、抵抗R1に電流は流れない。このためメモリセルMC00−03、MC10−13の抵抗R1の記憶状態が変化することはない。
ワード線WL2に接続され、かつアクセスされないメモリセルMC20、MC22−23では、選択トランジスタSTはオンし、フローティング状態FLTのビット線BL0、BL2−3は、ソース線SL1と同じ0Vになる。ビット線BL0、BL2−3に接続されたメモリセルMCの抵抗R1には、電流が流れないため、メモリセルMC20、MC22−23の抵抗R1の記憶状態が変化することはない。
図6は、図1に示した半導体メモリMEMのセット動作の例を示している。図4と同じ動作については、詳細な説明は省略する。セット動作は、所定のメモリセルMCの抵抗R1の抵抗値を低くするための動作である。セット動作は、図3に示したCPUがセットコマンドSETおよびアドレス信号ADを半導体メモリMEMに供給することで実行される。この例では、ロウアドレス信号RADは、図2に示したワード線WL2を示し、コラムアドレスCADは、ビット線BL1を示す。セット動作は、2本のワード線WL毎に実行されるため、メモリセルMC21、MC31に保持されているデータが論理1に書き換えられる。
セットコマンドSETが供給される前の初期状態(スタンバイ状態)は、図4と同じである。図1に示したタイミング制御部TCNTは、セットコマンドSETに応答して、ビット線リセット信号BLRSTおよびセットイネーブル信号SETENを所定の期間だけ順次に高レベルに設定し、セットアクティブ信号SACTを所定の期間だけ低レベルに設定する(図6(a、b、c))。ビット線リセット信号BLRSTが高レベルの間、メインビット線MBLは低レベル(0V)にリセットされる。図2に示したセットドライバSDRVは、低レベルのセットアクティブ信号SACTを受け、内部電圧VINT3(2.1V)を出力する。セットスイッチSETSWは、高レベルのセットイネーブル信号SETENを受け、セットドライバSDRVの出力をメインソース線MSLに接続する。これにより、メインソース線MSLは、高レベル(ほぼ2V)に変化する。
コラムデコーダCDECは、コラムアドレス信号CADに応じてコラム選択信号YSEL1を高レベルに設定する(図6(d))。これにより、コラムスイッチCSW1がオンし、ビット線BL1は、メインビット線MBLに接続されて0Vに設定される。コラムアドレス信号CADに応じてコラムスイッチCSW0−3のいずれかのみをオンすることで、セット動作が実行されるメモリセルMCの数を少なくできる。ワード線WLに接続された複数のメモリセルMCの所定数に対して選択的にセット動作を実行することで、セット動作時の消費電流を削減できる。特に、電源線に流れるピーク電流を削減できるため、電源設計を容易にできる。なお、電源線の許容される最大電流を超えないときには、セット動作時に2以上のコラムスイッチCSWを同時にオンしてもよい。
ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADに応じてワード線WL2−3を高レベル(例えば、0.9V)に設定する(図6(e))。2本のワード線WLを同時に活性化するために、ワードデコーダWDECは、例えば、ロウアドレス信号RADの下位の1ビットをマスクしてデコード動作を実施する。高レベルのワード線WL2−3により、メモリセルMC20−23、MC30−33の選択トランジスタSTがオンする。
ワード線WL2−3の高レベル電圧(例えば、0.9V)は、電源電圧VCC(=1.2V)より低い。これにより、セットされるメモリセルMCの選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に流れる電流の最大値を相対的に小さくでき、セット時に抵抗R1を流れる電流を小さくできる。セット時に抵抗R1に流れる電流を絞ることで、セット動作後の抵抗R1の抵抗値は、セット時のワード線WL2−3の高レベル電圧を1.2Vにするときに比べてわずかに高くなる。しかし、セット状態の抵抗R1の抵抗値を高くすることで、リセット動作時に抵抗R1に流れる電流を少なくでき、リセット動作時の消費電流を少なくできる。また、抵抗R1の両端に掛かる電圧を高くできるため、図13に示すように、リセット動作時におけるソース線SLの電圧を低くできる。換言すれば、セット動作時にワード線WLの高レベル電圧を低くすることで、消費電流を少なくでき、抵抗変化素子R1をリセットしやすくできる。
一般に、リセット動作時にワード線WLに印加される高レベル電圧は、セット動作時にワード線WLに印加される高レベル電圧より高い。例えば、セット時のワード線WLの高レベル電圧を0.9Vに設定することで、リセット時のワード線WLの高レベル電圧を電源電圧VCCに設定できる。すなわち、リセット時のワード線WLの高レベル電圧を、選択トランジスタSTの耐圧(1.2V)以下に設定できる。これにより、半導体メモリMEMの信頼性を向上できる。
ワードデコーダWDECは、セットアクティブ信号SACTが低レベルに変化し、メインソース線MSLが高レベルに設定された後、ロウアドレス信号RADに応じてソース線選択信号SLSEL1を高レベルに設定する(図6(f))。これにより、図2に示したソーススイッチSSW1がオンし、ソース線SL1が高レベル(ほぼ2.0V)に設定される(図6(g))。
高レベルのソース線SL1と低レベルのビット線BL1により、メモリセルMC21、MC31の抵抗R1の両端に電圧が印加される。これにより、抵抗R1に電流が流れ、抵抗R1はいわゆるソフトブレークダウンする。すなわち、抵抗R1の抵抗値は低くなる(セット状態)。セット動作の完了後、ソース線選択信号SLSEL1およびセットイネーブル信号SETENが高レベルの間に、セットアクティブ信号SACTが高レベルに変化する(図6(h))。これにより、セットドライバSDRVは、低レベル(0V)を出力し、ソース線SL1は、低レベルに設定される(図6(i))。
例えば、セット動作に必要なセットサイクル時間Scycは30nsである。半導体メモリMEMが256本のワード線WL、8個のデータ端子I/O毎に32本のビット線BLを有するとき、全てのメモリセルMCをセットするために必要な時間は、約120μsである。これは、フラッシュメモリのフルチップ消去時間(数秒)に比べて3桁から4桁速い。
例えば、セット動作時に1つのメモリセルMCに流れる電流は60μAである。半導体メモリMEMが、256本のワード線WLと、8個のデータ端子I/O毎に32本のビット線BLとを有し、記憶容量が64kビット(8kビット×8I/O)であるとする。2本のワード線WLを同時に活性化し、2本のワード線WLに接続された512個のメモリセルMCの抵抗R1を同時にセットするとき、消費電流は、約30mAである。
図7は、図6に示したセット動作におけるメモリセルMCの状態を示している。図7に示した状態は、図6において、ソース線SL1が高レベルの期間を示している。セット動作が実行される太い破線で示したメモリセルMC21、MC31には、2.0Vのセット電圧が印加される。セット電圧は、選択トランジスタSTの耐圧(1.2V)より高い。メモリセルMC21、MC31では、矢印で示したように、ソース線SL1からビット線BL1に向けて電流が流れる。この電流により、抵抗R1の抵抗値は、セット状態(低抵抗状態)に変化する。
ワード線WL0−1およびソース線SL0に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13では、選択トランジスタSTはオフし、ソース線SL0は、フローティング状態FLTである。このため、ワード線WL0−1に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13の抵抗R1の両端に電圧は印加されず、抵抗R1に電流は流れない。
ワード線WL2−3に接続され、かつセットされないメモリセルMC20、MC22−23、MC30、MC32−33では、選択トランジスタSTはオンし、ソース線SL1は、2.0Vに設定されている。ビット線BL0、BL2−3は、フローティング状態FLTであるため、ソース線SL1の電圧に対して選択トランジスタSTの閾値電圧(例えば、0.5V)だけ低い電圧に設定される。しかし、抵抗R1に定常的に流れる電流は存在しないため、メモリセルMC20、MC22−23、MC30、MC32−33の記憶状態が変化することはない。
図8は、図7においてセットされるメモリセルMC21、MC31内の電圧の変化を示している。図8は、リセット状態(高抵抗)のメモリセルMC21、MC31がセット状態に変化するときを示している。電圧ND1は、図7に示すように、選択トランジスタSTと抵抗R1の接続ノードND1の電圧である。
ソース線SL1の電圧が2Vまで上昇すると、抵抗R1の抵抗値は、高抵抗状態HRSから低抵抗状態LRSに変化する。高抵抗状態HRSから低抵抗状態LRSに変化するときに、電圧ND1は、例えば0.2Vから1.3Vに上昇する。また、高抵抗状態HRSから低抵抗状態LRSに変化することで、ソース線SL1からビット線BL1に供給される電流が増えるため、ビット線BL1の電圧は、例えば0Vから0.1Vに変化する。
図9は、図8においてセットされるメモリセルMC21、MC31内の印加電圧の変化を示している。高抵抗状態HRSでは、例えば、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は1.9Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレインに掛かる電圧VSTは0.1Vである。例えば、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは0Vである。
低抵抗状態LRSでは、例えば、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は0.7Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレインに掛かる電圧VSTは1.2Vである。例えば、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは0.1Vである。すなわち、セット動作の前後において、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW1に掛かる電圧は、耐圧以下であり、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW1が破壊されることはない。
なお、図22に示すように、セット動作に関係しないビット線BL0に接続されるコラムスイッチCSW0に掛かる最大の電圧VYSは1.5Vである。これは、ビット線BL2−3に接続されるコラムスイッチCSW2−3も同じである。このため、コラムスイッチCSW0、CSW2−3のトランジスタは、必要に応じて耐圧を上げる必要がある。
図10は、別の半導体メモリのセット動作におけるメモリセルMCの状態を示している。この例では、セット動作時に1つのワード線WL(例えば、WL2)のみが高レベルに活性化される。このとき、一対のワード線WL2−3に対応するソース線SL1は、2.0Vに設定される。メモリセルMC31では、抵抗R1および選択トランジスタSTの間に2.0Vが印加される。半導体メモリは、セット動作時に1つのワード線WLが活性化されることを除き、図1と同じである。
図11は、図10に示したメモリセルMC31内の印加電圧を示している。メモリセルMC31は、低抵抗状態LRSであるとする。メモリセルMC31では、選択トランジスタSTは、ゲートで0Vを受け、オフしている。選択トランジスタSTのソース・ドレイン間抵抗は非常に高い。このため、例えば、電圧ND1は1.9Vになり、ビット線BL1の電圧は0Vになる。抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は0.1Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に掛かる電圧VSTは1.8Vである。コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは0Vである。すなわち、メモリセルMC31の選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に掛かる電圧VSTは、耐圧(1.2V)を超えてしまう。セット動作時における選択トランジスタSTの破壊を防止するために、図6および図7に示すように、ソース線SL1に対応する2本のワード線WLを共に高レベルに設定する必要がある。
図12は、図1に示した半導体メモリのリセット動作の例を示している。図4と同じ動作については、詳細な説明は省略する。リセット動作は、所定のメモリセルMCの抵抗R1の抵抗値を高くするための動作である。リセット動作は、図3に示したCPUがリセットコマンドRESETおよびアドレス信号ADを半導体メモリMEMに供給することで実行される。この例では、ロウアドレス信号RADは、図2に示したワード線WL2を示し、コラムアドレスCADは、ビット線BL1を示す。そして、メモリセルMC21に保持されているデータが論理0に書き換えられる。
リセットコマンドRESETが供給される前の初期状態(スタンバイ状態)は、図4と同じである。図1に示したタイミング制御部TCNTは、リセットコマンドRESETに応答して、ビット線リセット信号BLRSTおよびクランプ信号CLAMPを所定の期間だけ順次に高レベルに設定し、リセットアクティブ信号RACTを所定の期間だけ低レベルに設定する(図12(a、b、c))。クランプ信号CLAMPの高レベル電圧は、例えば、1.8Vである。ビット線リセット信号BLRSTが高レベルの間、図2に示したメインビット線MBLは低レベル(0V)にリセットされる。リセットドライバRDRVは、低レベルのリセットアクティブ信号RACTを受け、内部電圧VINT2(1.8V)を出力する。クランプトランジスタCLTRは、高レベルのクランプ信号CLAMPを受け、リセットドライバRDRVの出力をメインソース線MSLに接続する。これにより、メインソース線MSLは、内部電圧VINT2に対してクランプトランジスタCLTRの閾値電圧(例えば、0.7V)だけ低い高レベル(ほぼ1.1V)に変化する。
コラムデコーダCDECは、コラムアドレス信号CADに応じてコラム選択信号YSEL1を高レベルに設定する(図12(d))。これにより、コラムスイッチCSW1がオンし、ビット線BL1は、メインビット線MBLに接続されて0Vに設定される。コラムアドレス信号CADに応じてコラムスイッチCSW0−3のいずれかのみをオンすることで、リセットされるメモリセルMCの数を少なくできる。ワード線WLに接続された複数のメモリセルMCの所定数に対して選択的にリセット動作を実行することで、リセット動作時の消費電流を削減できる。特に、電源線に流れるピーク電流を削減できるため、電源設計を容易にできる。なお、電源線の許容される最大電流に応じて、リセット動作時に2以上のコラムスイッチCSWを同時にオンしてもよい。
ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADに応じてワード線WL2を高レベル(例えば、1.2V)に活性化する(図12(e))。高レベルのワード線WL2により、メモリセルMC20−23の選択トランジスタSTがオンする。また、ワードデコーダWDECは、ロウアドレス信号RADに応じてソース線選択信号SLSEL1を高レベルに設定する(図12(f))。これにより、ソーススイッチSSW1がオンする。ソース線SL1は、低レベルのセットアクティブ信号RACTに応答して高レベル(ほぼ1.0V)に設定される(図12(g))。
高レベルのソース線SL1と低レベルのビット線BL1により、メモリセルMC21の抵抗R1の両端に電圧が印加される。これにより、抵抗R1に電流が流れ、抵抗R1の抵抗値は高くなる(リセット状態)。例えば、リセット動作に必要なリセットサイクル時間Rcycは、2μsである。リセット動作の完了後、ソース線選択信号SLSEL1およびクランプ信号CLAMPが高レベルの間に、リセットアクティブ信号RACTが高レベルに変化する(図12(h))。これにより、リセットドライバRDRVは、低レベル(0V)を出力し、ソース線SL1は、低レベルに設定される。
図13は、図12に示したリセット動作におけるメモリセルMCの状態を示している。図13に示した状態は、図12において、ソース線SL1が高レベルの期間を示している。リセット動作が実行される太い破線で示したメモリセルMC21には、1.1Vのリセット電圧が印加される。リセット電圧は、選択トランジスタSTの耐圧(1.2V)より低い。メモリセルMC21では、矢印で示したように、ソース線SL1からビット線BL1に向けて電流が流れる。この電流により、抵抗R1の抵抗値は、リセット状態(高抵抗状態)に変化する。
ワード線WL0−1およびソース線SL0に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13では、選択トランジスタSTはオフし、ソース線SL0は、フローティング状態FLTである。ワード線WL3およびソース線SL1に接続されたメモリセルMC30−33では、選択トランジスタSTはオフしている。このため、ワード線WL0−1、WL3に接続されたメモリセルMCの抵抗R1の両端に電圧は印加されず、抵抗R1に電流は流れない。このためメモリセルMC00−03、MC10−13の抵抗R1の記憶状態が変化することはない。また、メモリセルMC30−33において、オフしている選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に印加される電圧は、最大で1.1Vであり、耐圧より低い。この結果、リセットされないメモリセルMCの電気的特性が変わることを防止でき、リセットされないメモリセルMCが破壊されることを防止できる。すなわち、リセット動作時のディスターブ耐性を向上できる。
ワード線WL2に接続され、かつリセットされないメモリセルMC20、MC22−23では、選択トランジスタSTはオンし、ソース線SL1は、1.1Vに設定されている。ビット線BL0、BL2−3は、フローティング状態FLTであるため、ソース線SL1の電圧に対して選択トランジスタSTの閾値電圧(例えば、0.5V)だけ低い電圧に設定される。しかし、抵抗R1に定常的に流れる電流は存在しないため、メモリセルMC20、MC22−23の記憶状態が変化することはない。
図14は、図13においてリセットされるメモリセルMC21内の電圧の変化を示している。図13は、セット状態(低抵抗)のメモリセルMC21がリセット状態に変化する状態を示している。ソース線SL1の電圧が1.0Vに維持されると、抵抗R1の抵抗値は、低抵抗状態LRSから高抵抗状態HRSに変化する。低抵抗状態LRSから高抵抗状態HRSに変化するときに、電圧ND1は、例えば0.3Vから0.1Vに下降する。ソース線SL1の電圧が低いため、ビット線BL1の電圧は、ほぼ0Vに維持される。
なお、抵抗R1の抵抗値が低抵抗状態LRSから高抵抗状態HRSに変化した瞬間に、ソース線SL1の電圧およびメインソース線MSLの電圧は急激に上昇する。しかし、ソース線SL1の電圧およびメインソース線MSLの電圧は、図2に示したクランプトランジスタCLTRによりクランプされるため、例えば、1.1Vより高くならない。すなわち、抵抗R1の抵抗値が低抵抗状態LRSから高抵抗状態HRSに変化したときに、ソース線SL1の電圧がセット動作時の電圧まで上昇することを防止できる。この結果、リセット動作時にリセットされたメモリセルMCが、再びセットされることを防止できる。
図15は、図14においてセットされるメモリセルMC21内の印加電圧の変化を示している。低抵抗状態LRSでは、例えば、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は0.7Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレインに掛かる電圧VSTは0.3Vである。例えば、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは0Vである。
高抵抗状態HRSでは、例えば、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は1.0Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレインに掛かる電圧VSTは0.1Vである。例えば、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは0Vである。すなわち、リセット動作の前後において、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW1に掛かる電圧は、耐圧以下であり、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW1が破壊されることはない。
以上、この実施形態では、セット動作時に、ソース線SL1に対応するワード線WL2−3を活性化することにより、ソース線SL1に接続されたメモリセルMCの選択トランジスタSTは全てオンする。これにより、オンしている選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に掛かる電圧を低くできる。特に、選択トランジスタSTの耐圧を超えるセット電圧がメモリセルMCに印加されるときにも、選択トランジスタSTに掛かる電圧を耐圧以下にでき、選択トランジスタの破壊を防止できる。また、セット動作時に、ワード線WLを選択的に活性化し、あるいは、コラムスイッチCSWを選択的にオンすることで、全てのメモリセルMCを同時にセットするときに比べてセット動作時の消費電流を少なくできる。この結果、半導体メモリMEMの信頼性を向上できる。
図16は、別の実施形態における半導体メモリMEMの例を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。例えば、半導体メモリMEMは、抵抗変化メモリである。半導体メモリMEMは、図1に示したメモリコアCOREにプリチャージ制御回路PRECNTおよびプリチャージ回路PREを追加している。また、タイミング制御部TCNTは、図1に示したタイミング制御部TCNTに、プリチャージ制御回路PRECNTを動作するためのビット線プリチャージ信号BLPREを生成する機能を追加している。その他の構成は、図1と同じである。ビット線プリチャージ信号BLPREは、セットコマンドSETに応答して生成される。
図17は、図16に示したプリチャージ制御回路PRECNTの例を示している。プリチャージ制御回路PRECNTは、ビット線プリチャージ信号BLPREおよびコラム選択信号YSEL0−3の反転信号を受ける4つのNANDゲートを有している。NANDゲートは、プリチャージ信号PRE0−3をそれぞれ出力する。プリチャージ制御回路PRECNTは、コラム選択信号YSEL0−3のいずれかが高レベルに設定されるときに、残りの非選択のコラム選択信号YSEL(YSEL0−3の3つ)に対応するプリチャージ信号PREを、ビット線プリチャージ信号BLPREに同期して低レベルに設定する。なお、リチャージ信号PRE0−3を生成するための専用のコラムデコーダを設け、このコラムデコーダの出力信号をプリチャージ制御回路PRECNTに供給してもよい。
図18は、図16に示したメモリコアCOREの例を示している。図2と同じ要素については、詳細な説明は省略する。プリチャージ回路PREは、ビット線BL0−3と電源線VCCの間にそれぞれ配置されたプリチャージスイッチPSW0−3(pMOSトランジスタ)を有している。プリチャージスイッチPSW0−3を形成するpMOSトランジスタのゲートは、プリチャージ信号PRE0−3をそれぞれ受けている。プリチャージスイッチPSW0−3を形成するpMOSトランジスタのソースは、非選択のビット線BLのプリチャージ電圧として電源電圧VCC(1.2V)を受ける。メモリコアCOREのその他の構成は、図2と同じである。なお、プリチャージ回路PREは、コラムセレクタYSELに隣接する位置に配置してもよい。
図19は、図16に示した半導体メモリMEMのセット動作の例を示している。図6と同じ動作は、詳細な説明を省略する。この例においても、図6と同様に、メモリセルMC21、MC31に保持されているデータが論理1に書き換えられる。
この実施形態では、タイミング制御部TCNTは、セットアクティブ信号SACTの低レベル期間より幅が広く、コラム選択信号YSEL0の高レベル期間より幅が狭い高レベル期間を有するビット線プリチャージ信号BLPREを生成する(図19(a))。図17に示したプリチャージ回路PREは、ビット線プリチャージ信号BLPREに同期して非選択のビット線BL0、2−3に対応するプリチャージ信号PRE0、2、3を低レベルに設定する(図19(b))。これにより、セット動作に関係しないビット線BL0、BL2−3は、少なくともソース線SL1が高レベルに設定されているセット期間に、高レベル(例えば、1.2V)に設定される(図19(c))。その他の動作は、図6と同じである。
図20は、図19に示したセット動作におけるメモリセルMCの状態を示している。図20に示した状態は、図19において、ソース線SL1が高レベルの期間を示している。セット動作が実行される太い破線で示したメモリセルMC21、MC31およびメモリセルMC01、MC11の状態は、図7と同じである。メモリセルMC00、MC02−03、MC10、MC12−13、MC20、MC22−23、MC30、MC32−33の状態は、ビット線BL0、BL2−3の電圧が1.2Vに設定されることを除き、図7と同じである。
図7と同様に、ワード線WL0−1およびソース線SL0に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13では、選択トランジスタSTはオフし、ソース線SL0は、フローティング状態FLTである。このため、ワード線WL0−1に接続されたメモリセルMC00−03、MC10−13の抵抗R1の両端に電圧は印加されず、抵抗R1に電流は流れない。
ワード線WL2−3に接続され、かつセットされないメモリセルMC20、MC22−23、MC30、MC32−33では、選択トランジスタSTはオンし、ソース線SL1は、2.0Vに設定されている。ビット線BL0、BL2−3は1.2Vに設定されている。このため、抵抗R1に定常的に電流が流れる。しかし、メモリセルMC20、MC22−23、MC30、MC32−33の記憶状態が変化することはない。その理由は、図21で説明する。
図21は、図20に示したメモリセルMC20内の印加電圧を示している。図21に示した状態は、図19において、ソース線SL1が高レベルの期間を示している。ビット線BL0の電圧は、プリチャージ回路PREにより1.2Vに設定されている。高レベルのワード線WL2−3に接続され、セット動作されないメモリセルMC22−23、MC30、MC32−33内の印加電圧も図21と同じである。
メモリセルMC20が低抵抗状態LRSのとき、例えば、電圧ND1は1.6Vになる。このため、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は0.4Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に掛かる電圧VSTは0.4Vである。コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは1.2Vである。電圧VST、VYSは、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW0の耐圧(1.2V)以下である。
メモリセルMC20が高抵抗状態HRSのとき、例えば、電圧ND1は1.4Vになる。このため、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は0.6Vであり、選択トランジスタSTのソース・ドレイン間に掛かる電圧VSTは0.2Vである。コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは1.2Vである。電圧VST、VYSは、選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW0の耐圧(1.2V)より低い。
低抵抗状態LRSおよび高抵抗状態HRSにおいて、抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1は、リセットに必要な電圧(0.7V)より低い。このため、メモリセルMC21,MC31のセット動作により、メモリセルMC20等がリセットされることはない。セット動作時に、メモリセルMC20の選択トランジスタSTおよびコラムスイッチCSW0に印加される電圧は、いずれも耐圧以下である。この結果、セットされないメモリセルMCおよびコラムスイッチCSWが破壊されることを防止できる。すなわち、セット動作時のディスターブ耐性を向上できる。
なお、セット時のワード線WLの高レベル電圧を下げることで、選択トランジスタSTのオン抵抗は高くなり、電圧ND1は上昇する。これにより、高レベルのワード線WLに接続され、セットされないメモリセルMCの抵抗R1の両端に掛かる電圧VR1を下げることができる。すなわち、セットされないメモリセルMCがリセットされることを確実に防止できる。
図22は、ビット線BL0をプリチャージしないときのメモリセルMC20内の印加電圧を示している。コラムスイッチCSW0はオフしている。ビット線BL0をプリチャージしないとき、ビット線BL0は、ノードND1のみに電気的に接続される。メモリセルMC20が低抵抗状態LRSのとき、ビット線BL0の電圧は、電圧ND1(ほぼ1.9V)より0.1V低い1.8Vに設定される。これにより、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは1.8Vになり、耐圧(1.2V)を超えてしまう。したがって、コラムスイッチCSW(CSW0−3)は、耐圧が高い素子を用いる必要がある。なお、メモリセルMC20が高抵抗状態HRSのとき、ノードND1の電圧は低抵抗状態LRSのときより低くなり、ビット線BL0の電圧も低くなる。しかし、コラムスイッチCSW1の両端に掛かる電圧VYSは、耐圧を超えるおそれがある。
以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、セット動作時に、セットされないメモリセルMCに接続されるビット線BLをプリチャージすることにより、コラムスイッチCSWに高電圧が印加されることを防止できる。この結果、コラムスイッチCSWの信頼性を向上できる。換言すれば、耐圧が低いトランジスタを用いてコラムスイッチCSWを形成でき、コラムスイッチCSWのレイアウトサイズを小さくできる。なお、プリチャージ電圧を低くすることで耐圧がさらに低い小さいトランジスタを用いてコラムスイッチCSWを形成できる。
図23は、別の実施形態における半導体メモリMEMの例を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。例えば、半導体メモリMEMは、抵抗変化メモリである。半導体メモリMEMは、コマンドデコーダCMDDおよびタイミング制御部TCNTが図1と相違している。また、半導体メモリMEMは、アドレスカウンタCOUNTおよびビジー端子BSYを有している。その他の構成は、図1と同じである。
コマンドデコーダCMDDは、図1に示したコマンドデコーダCMDDにオールセットコマンドALLSETをデコードする機能を追加している。オールセットコマンドALLSETは、全てのメモリセルMCをセットするためのコマンドである。タイミング制御部TCNTは、図に示したタイミング制御部TCNTに、オールセットコマンドALLSETに応答してオールセット動作を実行するための制御回路を追加している。また、タイミング制御部TCNTは、オールセット動作を実行中にビジー信号BSYを出力する。例えば、ビジー信号BSYは、図3に示したCPUに出力される。CPUは、ビジー信号BSYを受けている間、半導体メモリMEMのアクセスを禁止し、他の動作を実行する。なお、ビジー信号BSYの出力は、必須ではない。予め、CPUがオールセット動作のサイクル時間を認識しているとき、CPUは、オールセットコマンドALLSETの出力後、オールセット動作のサイクル時間中に、半導体メモリMEMのアクセスを禁止すればよい。
アドレスカウンタCOUNTは、オールセットコマンドALLSETを受けたときに、アドレスバッファADBからのロウアドレス信号RADおよびコラムアドレス信号CADをマスクし、内蔵するカウンタを用いて内部ロウアドレス信号IRADおよび内部コラムアドレス信号ICADを順次に生成する。内部アドレス信号IRAD、ICADは、タイミング制御部TCNTからのカウントアップ信号CUPに同期して所定の順序で生成される。アドレスカウンタCOUNTは、オールセットコマンドALLSETを受けていないときに、アドレスバッファADBからのロウアドレス信号RADおよびコラムアドレス信号CADを内部ロウアドレス信号IRADおよび内部コラムアドレス信号ICADとして出力する。
図24は、図23に示した半導体メモリMEMのオールセット動作の例を示している。図6と同じ動作については、詳細な説明は省略する。ここでは、説明を簡単にするために、メモリセルアレイARYは、データ端子I/O毎に16個のメモリセルMC(MC00−03、MC10−13、MC20−23、MC30−33)、4本のワード線WL(WL0−3)、2本のソース線SL(SL0−1)および4本のビット線BL(BL0−3)を有するとする。すなわち、メモリセルアレイARYは、図2と同じである。
オールセット動作では、アドレスカウンタCOUNTは、カウントアップ信号CUPに同期して、内部ロウアドレス信号IRADおよびコラムアドレス信号ICADを生成する。図では、内部ロウアドレス信号IRADおよびコラムアドレス信号ICADの値を2進数で示している。ワードデコーダWDECおよびコラムデコーダCDECは、全てのメモリセル対(MC00、MC10等)をセットするために2本のワード線WL(WL0−1またはWL2−3等)、ソース線選択信号SLSEL(SLSEL0−1のいずれか)およびコラム選択信号YSEL(YSEL0−3のいずれか)を順次に高レベルに設定する。そして、図6に示したセット動作が繰り返し実施される。
タイミング制御部TCNTは、オールセット動作を実行中にビジー信号BSYを出力する。半導体メモリMEMが256本のワード線WL、8個のI/O端子毎に32本のビット線BLを有するとき、オールセット動作に必要な時間は、約120μsである。なお、電源線の許容される最大電流を超えないときには、セット動作時に2以上のコラム選択信号YSELを同時に高レベルに設定し、2以上のコラムスイッチCSWを同時にオンしてもよい。これにより、オールセット動作のサイクル時間を短縮できる。
以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、オールセットコマンドALLSETにより全てのメモリセルMCのセット動作を実行できるため、図3に示したCPUの負荷を軽減できる。
なお、上述した実施形態では、セット状態(低抵抗状態)を論理1とし、リセット状態(高抵抗状態)を論理0とする例について述べた。しかし、セット状態を論理0とし、リセット状態を論理1としてもよい。
上述した実施形態では、セット動作時に、2本のワード線WLを同時に活性化する例について述べた。しかし、例えば、1本のソース線SLを4本のワード線WLに共通に配線し、セット動作時に、4本のワード線WLを同時に活性化してもよい。
上述した実施形態では、セット動作およびリセット動作をセットコマンドSETおよびリセットコマンドRESETに応答して実施する例について述べた。しかし、例えば、書き込みデータの論理レベルに応じてセット動作またはリセット動作を実行してもよい。このとき、コマンド信号CMDは書き込みコマンドを含む。書き込みコマンドとともに論理0のデータをデータ端子I/Oで受けたとき、リセット動作が実行される。書き込みコマンドとともに論理1のデータをデータ端子I/Oで受けたとき、セット動作が実行される。
セット動作では、共通のビット線BLに接続された複数のメモリセルMCに論理1が書き込まれる。このため、例えば、1つのメモリセルMCのみ論理1を書き込むためには、セットすべきでないメモリセルMCに対して、セット動作後にリセット動作を実行する必要がある。このため、セット動作前に、セットされるメモリセルMCからデータを読み出し、リセット動作用に保持しておく必要がある。なお、フラッシュメモリ等のROMと同様に、書き込みコマンドによりメモリセルMCに論理0を書き込み(書き込み動作)、消去コマンドによりメモリセルMCに論理1を書き込んでもよい(消去動作)。書き込み動作は、上述したリセット動作に対応する。消去動作は、上述したセット動作に対応する。消去動作では、複数のメモリセルMCに保持されているデータが一度に消去される。
上述した実施形態は、抵抗変化メモリに適用する例について述べた。しかし、例えば、上述した実施形態は、PRAM(phase change RAM)またはMRAM(Magnetoresistive RAM)に適用してもよい。
以上の実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
抵抗変化素子と、前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有し、マトリックス状に配置された複数のメモリセルと、
前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、
2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線と、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するためにセット電圧が供給されるメインソース線と、
前記サブソース線と前記メインソース線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるソーススイッチと、
前記セット動作時に前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するワードドライバと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記2)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。
(付記3)
付記1または付記2記載の半導体メモリにおいて、
前記ソーススイッチは、トランジスタを備え、
前記ソーススイッチのトランジスタの耐圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。
(付記4)
付記1ないし付記3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線と、
前記セット動作時に前記セット電圧より低い電圧が供給されるメインビット線と、
前記サブビット線と前記メインビット線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるコラムスイッチと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記5)
付記4記載の半導体メモリにおいて、
前記コラムスイッチは、トランジスタを備え、
前記セット動作時に、前記コラムスイッチに印加される電圧を前記コラムスイッチの前記トランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給するプリチャージ回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記6)
付記5記載の半導体メモリにおいて、
前記プリチャージ回路は、前記ビット線と、前記プリチャージ電圧が供給されるプリチャージ電圧線との間にそれぞれ配置されたプリチャージスイッチと、
オフしている前記コラムスイッチに対応する前記プリチャージスイッチをオンするためのプリチャージ信号を生成するプリチャージ制御回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記7)
付記1ないし付記3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記抵抗変化素子の抵抗値を高くするリセット動作時に、前記選択トランジスタの耐圧以下の電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために高レベルのリセット電圧が前記メインソース線に供給され、
前記ワードドライバは、前記リセット動作時に、前記ワード線の何れかを選択的に活性化することを特徴とする半導体メモリ。
(付記8)
付記7記載の半導体メモリにおいて、
前記ワードドライバは、前記セット動作時の前記ワード線の活性化電圧を、前記リセット動作時の前記ワード線の活性化電圧より低くすることを特徴とする半導体メモリ。
(付記9)
付記7または付記8記載の半導体メモリにおいて、
前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線と、
前記リセット動作時に前記リセット電圧より低い電圧が供給されるメインビット線と、
前記サブビット線と前記メインビット線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンするコラムスイッチと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記10)
付記9記載の半導体メモリにおいて、
前記コラムスイッチは、トランジスタを備え、
前記セット動作時に、前記コラムスイッチに印加される電圧を前記コラムスイッチの前記トランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給するプリチャージ回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記11)
付記10記載の半導体メモリにおいて、
前記プリチャージ回路は、前記ビット線と、前記プリチャージ電圧が供給されるプリチャージ電圧線との間にそれぞれ配置されたプリチャージスイッチと、
オフしている前記コラムスイッチに対応する前記プリチャージスイッチをオンするためのプリチャージ信号を生成するプリチャージ制御回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記12)
抵抗変化素子と前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有しマトリックス状に配置された複数のメモリセルと、前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線とを備えた半導体メモリの動作方法であって、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するとともに、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために、前記サブソース線にセット電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記13)
付記12記載の半導体メモリの動作方法において、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記14)
付記12または付記13記載の半導体メモリの動作方法において、
前記セット動作時に、前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線にそれぞれ接続されたコラムスイッチに印加される電圧を、前記コラムスイッチのトランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記15)
付記12ないし付記14のいずれか1項記載の半導体メモリの動作方法において、
前記抵抗変化素子の抵抗値を高くするリセット動作時に、前記ワード線の何れかを選択的に活性化するとともに、前記選択トランジスタの耐圧以下の電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために高レベルのリセット電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記16)
付記15記載の半導体メモリの動作方法において、
前記セット動作時の前記ワード線の活性化電圧を、前記リセット動作時の前記ワード線の活性化電圧より低くすることを特徴とする半導体メモリの動作方法。(図7,13)
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点及び利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神及び権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点及び利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良及び変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物及び均等物に拠ることも可能である。
(付記1)
抵抗変化素子と、前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有し、マトリックス状に配置された複数のメモリセルと、
前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、
2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線と、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するためにセット電圧が供給されるメインソース線と、
前記サブソース線と前記メインソース線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるソーススイッチと、
前記セット動作時に前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するワードドライバと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記2)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。
(付記3)
付記1または付記2記載の半導体メモリにおいて、
前記ソーススイッチは、トランジスタを備え、
前記ソーススイッチのトランジスタの耐圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。
(付記4)
付記1ないし付記3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線と、
前記セット動作時に前記セット電圧より低い電圧が供給されるメインビット線と、
前記サブビット線と前記メインビット線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるコラムスイッチと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記5)
付記4記載の半導体メモリにおいて、
前記コラムスイッチは、トランジスタを備え、
前記セット動作時に、前記コラムスイッチに印加される電圧を前記コラムスイッチの前記トランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給するプリチャージ回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記6)
付記5記載の半導体メモリにおいて、
前記プリチャージ回路は、前記ビット線と、前記プリチャージ電圧が供給されるプリチャージ電圧線との間にそれぞれ配置されたプリチャージスイッチと、
オフしている前記コラムスイッチに対応する前記プリチャージスイッチをオンするためのプリチャージ信号を生成するプリチャージ制御回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記7)
付記1ないし付記3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記抵抗変化素子の抵抗値を高くするリセット動作時に、前記選択トランジスタの耐圧以下の電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために高レベルのリセット電圧が前記メインソース線に供給され、
前記ワードドライバは、前記リセット動作時に、前記ワード線の何れかを選択的に活性化することを特徴とする半導体メモリ。
(付記8)
付記7記載の半導体メモリにおいて、
前記ワードドライバは、前記セット動作時の前記ワード線の活性化電圧を、前記リセット動作時の前記ワード線の活性化電圧より低くすることを特徴とする半導体メモリ。
(付記9)
付記7または付記8記載の半導体メモリにおいて、
前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線と、
前記リセット動作時に前記リセット電圧より低い電圧が供給されるメインビット線と、
前記サブビット線と前記メインビット線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンするコラムスイッチと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記10)
付記9記載の半導体メモリにおいて、
前記コラムスイッチは、トランジスタを備え、
前記セット動作時に、前記コラムスイッチに印加される電圧を前記コラムスイッチの前記トランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給するプリチャージ回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記11)
付記10記載の半導体メモリにおいて、
前記プリチャージ回路は、前記ビット線と、前記プリチャージ電圧が供給されるプリチャージ電圧線との間にそれぞれ配置されたプリチャージスイッチと、
オフしている前記コラムスイッチに対応する前記プリチャージスイッチをオンするためのプリチャージ信号を生成するプリチャージ制御回路と
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記12)
抵抗変化素子と前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有しマトリックス状に配置された複数のメモリセルと、前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線とを備えた半導体メモリの動作方法であって、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するとともに、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために、前記サブソース線にセット電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記13)
付記12記載の半導体メモリの動作方法において、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記14)
付記12または付記13記載の半導体メモリの動作方法において、
前記セット動作時に、前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線にそれぞれ接続されたコラムスイッチに印加される電圧を、前記コラムスイッチのトランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記15)
付記12ないし付記14のいずれか1項記載の半導体メモリの動作方法において、
前記抵抗変化素子の抵抗値を高くするリセット動作時に、前記ワード線の何れかを選択的に活性化するとともに、前記選択トランジスタの耐圧以下の電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために高レベルのリセット電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。
(付記16)
付記15記載の半導体メモリの動作方法において、
前記セット動作時の前記ワード線の活性化電圧を、前記リセット動作時の前記ワード線の活性化電圧より低くすることを特徴とする半導体メモリの動作方法。(図7,13)
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点及び利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神及び権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点及び利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良及び変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物及び均等物に拠ることも可能である。
ADB‥アドレスバッファ;AMP‥増幅器;ARY‥メモリセルアレイ;BL‥ビット線;BLR‥ビット線リセット回路;CDEC‥コラムデコーダ;CLTR‥クランプトランジスタ;CMDB‥コマンドバッファ;CMDD‥コマンドデコーダ;CORE‥メモリコア;COUNT‥アドレスカウンタ;CS‥電流源;CSW‥コラムスイッチ;DOB‥データ出力バッファ;MBL‥メインビット線;MC‥メモリセル;MEM‥半導体メモリ;MSL‥メインソース線;PRE‥プリチャージ回路;PRECNT‥プリチャージ制御回路;PSW‥プリチャージスイッチ;R1‥抵抗変化素子;RDRV‥リセットドライバ;SA‥センスアンプ部;SDRV‥セットドライバ;SETSW‥セットスイッチ;SL‥ソース線;SLSEL‥ソース線セレクタ;SLDRV‥ソース線ドライバ;SSW‥ソーススイッチ;ST‥選択トランジスタ;TCNT‥タイミング制御部;VGEN‥電圧生成部;WDEC‥ワードデコーダ;WL‥ワード線;YSEL‥コラムセレクタ
Claims (9)
- 抵抗変化素子と、前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有し、マトリックス状に配置された複数のメモリセルと、
前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、
2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線と、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するためにセット電圧が供給されるメインソース線と、
前記サブソース線と前記メインソース線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるソーススイッチと、
前記セット動作時に前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するワードドライバと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項1または請求項2記載の半導体メモリにおいて、
前記ソーススイッチは、トランジスタを備え、
前記ソーススイッチのトランジスタの耐圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記ワード線に交差する方向に配線され、前記交差する方向に並ぶ前記メモリセルの前記選択トランジスタに接続された複数のサブビット線と、
前記セット動作時に前記セット電圧より低い電圧が供給されるメインビット線と、
前記サブビット線と前記メインビット線との間にそれぞれ配置され、前記セット動作時に選択的にオンされるコラムスイッチと
を備えていることを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項4記載の半導体メモリにおいて、
前記コラムスイッチは、トランジスタを備え、
前記セット動作時に、前記コラムスイッチに印加される電圧を前記コラムスイッチの前記トランジスタの耐圧以下にするために、オフしている前記コラムスイッチに接続された前記ビット線に、高レベルのプリチャージ電圧を供給するプリチャージ回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の半導体メモリにおいて、
前記抵抗変化素子の抵抗値を高くするリセット動作時に、前記選択トランジスタの耐圧以下の電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために高レベルのリセット電圧が前記メインソース線に供給され、
前記ワードドライバは、前記リセット動作時に、前記ワード線の何れかを選択的に活性化することを特徴とする半導体メモリ。 - 請求項6記載の半導体メモリにおいて、
前記ワードドライバは、前記セット動作時の前記ワード線の活性化電圧を、前記リセット動作時の前記ワード線の活性化電圧より低くすることを特徴とする半導体メモリ。 - 抵抗変化素子と前記抵抗変化素子の一端にソース、ドレインの一方が接続された選択トランジスタとをそれぞれ有しマトリックス状に配置された複数のメモリセルと、前記選択トランジスタのゲートに接続された複数のワード線と、2以上の所定数の前記ワード線に接続された前記メモリセルにおける前記抵抗変化素子の他端に共通に接続されたサブソース線とを備えた半導体メモリの動作方法であって、
前記抵抗変化素子の抵抗値を低くするセット動作時に、前記2以上の所定数の前記ワード線を選択的に活性化するとともに、第1電圧を前記選択トランジスタのソース、ドレインの他方と前記抵抗変化素子の他端との間に印加するために、前記サブソース線にセット電圧を供給することを特徴とする半導体メモリの動作方法。 - 請求項8記載の半導体メモリの動作方法において、
前記第1電圧は、前記選択トランジスタの耐圧より高いことを特徴とする半導体メモリの動作方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008239089A JP2010073251A (ja) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | 半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008239089A JP2010073251A (ja) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | 半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010073251A true JP2010073251A (ja) | 2010-04-02 |
Family
ID=42204891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008239089A Withdrawn JP2010073251A (ja) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | 半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010073251A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013030241A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toppan Printing Co Ltd | 不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリ |
JP2014232565A (ja) * | 2014-09-18 | 2014-12-11 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
-
2008
- 2008-09-18 JP JP2008239089A patent/JP2010073251A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013030241A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toppan Printing Co Ltd | 不揮発性メモリセルおよび不揮発性メモリ |
JP2014232565A (ja) * | 2014-09-18 | 2014-12-11 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102274259B1 (ko) | 멀티 비트 프로그램을 위한 오티피 메모리 셀 및 오티피 메모리 장치 | |
JP4646634B2 (ja) | 半導体装置 | |
KR101718458B1 (ko) | 퓨즈 어레이를 갖는 반도체 장치 및 그 동작방법 | |
JP5233815B2 (ja) | 抵抗変化型メモリデバイスおよびその動作方法 | |
US10199118B2 (en) | One-time programmable (OTP) memory device for reading multiple fuse bits | |
US9318158B2 (en) | Non-volatile memory using bi-directional resistive elements | |
JP4762986B2 (ja) | 不揮発性記憶装置、および不揮発性記憶装置の制御方法 | |
US8634227B2 (en) | Resistive memory device having voltage level equalizer | |
US20120257437A1 (en) | Semiconductor device | |
US20120044742A1 (en) | Variable resistance memory array architecture | |
US9378785B2 (en) | Resistive random-access memory devices | |
CN107492392B (zh) | 半导体存储器件及其操作方法 | |
US9842649B2 (en) | Resistance variable element methods and apparatuses | |
US9437274B1 (en) | Memory device | |
US9401207B2 (en) | Pseudo SRAM using resistive elements for non-volatile storage | |
JP7430278B2 (ja) | メモリでのプログラム動作中の寄生電流の防止 | |
JPWO2011101947A1 (ja) | 半導体装置 | |
US10748595B2 (en) | Magnetic memory including meomory units and circuits for reading and writing data and memory system | |
CN112397122A (zh) | 具有多个1TnR结构的电阻式随机存取存储器 | |
JP2010073251A (ja) | 半導体メモリおよび半導体メモリの動作方法 | |
TWI655639B (zh) | Semiconductor memory device | |
JP2012221525A (ja) | 半導体装置 | |
JP2006024342A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置、不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法、メモリカード及びicカード | |
US20230221871A1 (en) | Memory device and operating method thereof | |
JP2006172681A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20111206 |