JP2012164399A - 記憶装置およびその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】記憶装置1は、印加される電圧の極性に応じて可逆的に抵抗状態が変化する複数の記憶素子21と、駆動対象の記憶素子21の抵抗状態を、低抵抗状態と高抵抗状態との間で選択的に変化させる駆動部とを備えている。この駆動部は、低抵抗状態および高抵抗状態のうちの一方の抵抗状態から他方の抵抗状態へと変化させる第1の動作(セット動作またはリセット動作)を実行する際に、以下の段階的動作を行う。すなわち、第1の動作に関する強ストレス印加工程を実施した後に第2の動作に関する弱ストレス印加工程を実施するというステップを少なくとも1回以上繰り返して行った後、第1の動作に関する強ストレス印加工程を実施する。
【選択図】図16
Description
1.実施の形態(セット動作およびリセット動作の双方において段階的動作を行う例)
2.変形例
変形例1(セット動作およびリセット動作についての動作モードを遷移させる例)
変形例2,3(記憶素子の他の構成例)
その他の変形例
[記憶装置1の構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る記憶装置(記憶装置1)のブロック構成を表すものである。この記憶装置1は、複数のメモリセル20を有するメモリアレイ2と、ワード線駆動部31と、ビット線駆動部・センスアンプ32とを備えている。これらのうち、ワード線駆動部31およびビット線駆動部・センスアンプ32が、本発明における「駆動部」の一具体例に対応する。
メモリアレイ2では、図1に示したように、複数のメモリセル20が行列状(マトリクス状)に配置されている。図2は、メモリアレイ2の回路構成例を表したものである。このメモリアレイ2では、各メモリセル20に対して、1つのワード線WLと、一対のビット線BL1,BL2とが接続されている。
記憶素子21は、印加される電圧の極性に応じて可逆的に抵抗状態が変化する(低抵抗状態と高抵抗状態との間で変化する)ことを利用して、情報(データ)の記憶(書き込みおよび消去)を行う素子である。この記憶素子21は、図4に断面図で示したように、下部電極211(第1電極)、記憶層212および上部電極213(第2電極)をこの順に有している。
(1.基本動作)
この記憶装置1では、図1および図2に示したように、ワード線駆動部31が、m個のワード線WL1〜WLmに対して所定の電位(後述するワード線電位)を印加する。また、それと共に、ビット線駆動・センスアンプ部32が、m個のビット線BL11〜BL1mおよびm個のビット線BL21〜BL2mに対してそれぞれ、所定の電位を印加する。換言すると、ビット線BL11,BL21間,ビット線BL12,BL22間,…,ビット線BL1m,BL2m間にそれぞれ、所定の電圧(後述するセット動作またはリセット動作を行う際のストレス印加に相当する電圧)を印加する。これにより、メモリアレイ2内の複数のメモリセル20の中から駆動対象(動作対象)となるメモリセル20が選択され、情報の書き込み動作、消去動作または読み出し動作が選択的に行われる。
Vg_set(強セットストレス印加時)>Vg_set(弱セットストレス印加時) ……(1)
Vset(強セットストレス印加時)=Vset(弱セットストレス印加時) ……(2)
Vg_reset(強リセットストレス印加時)=Vg_reset(弱リセットストレス印加時)
……(3)
Vreset(強リセットストレス印加時)>Vreset(弱リセットストレス印加時)
……(4)
次に、本発明の特徴的部分の1つである、記憶装置1におけるセット動作およびリセット動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。
まず、図8〜図11を参照して、比較例に係るセット動作およびリセット動作について説明する。図8は、比較例に係るセット動作をタイミング波形図で表わしたものであり、図9は、比較例に係るリセット動作をタイミング波形図で表わしたものである。これらの図において、(A)はビット線BL1に印加される電圧のタイミング波形を、(B)はビット線BL2に印加される電圧のタイミング波形を、(C)はワード線WLに印加される電圧のタイミング波形を、それぞれ示す。
これに対して本実施の形態の記憶装置1では、例えば図12〜図17に示した実施例のようにして、上記比較例における問題(長期的な信頼性低下の問題)を解決している。ここで、図12は、本実施の形態の実施例に係るセット動作を流れ図で表わしたものであり、図13は、本実施の形態の実施例に係るリセット動作を流れ図で表わしたものである。また、図14は、実施例に係るセット動作をタイミング波形図で表わしたものであり、図15は、実施例に係るリセット動作をタイミング波形図で表わしたものである。これらの図14および図15において、(A)はビット線BL1に印加される電圧のタイミング波形を、(B)はビット線BL2に印加される電圧のタイミング波形を、(C)はワード線WLに印加される電圧のタイミング波形を、それぞれ示す。
具体的には、本実施の形態のセット動作時には、上記した第1の動作がセット動作となると共に第2の動作がリセット動作となることから、駆動部は以下のようにして段階的動作を行う。すなわち、このセット動作を実行する際に、駆動部は、強セットストレス印加工程を実施した後に弱リセットストレス印加工程を実施するというステップを少なくとも1回以上繰り返して行った後、強セットストレス印加工程を実施する。
一方、本実施の形態のリセット動作時には、上記した第1の動作がリセット動作となると共に第2の動作がセット動作となることから、駆動部は以下のようにして段階的動作を行う。すなわち、このリセット動作を実行する際に、駆動部は、強リセットストレス印加工程を実施した後に弱セットストレス印加工程を実施するステップを少なくとも1回以上繰り返して行った後、強リセットストレス印加工程を実施する。
Vg_set3<Vg_set2 ……(5)
Vreset3<Vreset2 ……(6)
続いて、上記実施の形態の変形例(変形例1〜3)について説明する。なお、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図18は、変形例1に係るセット動作およびリセット動作をモード遷移図で表わしたものである。具体的には、モードA〜Dの4つのモード(動作モード)間での状態遷移を表している。
図19は、変形例2に係る記憶素子(記憶素子21A)の断面構成を表したものである。本変形例の記憶素子21Aは、PCM(Phase Change Memory:相変化型メモリ)により構成されている。
図20は、変形例3に係る記憶素子(記憶素子21B)の断面構成を表したものである。本変形例の記憶素子21Bは、ReRAM(Resistive Random Access Memory:抵抗変化型メモリ)により構成されている。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (11)
- 印加される電圧の極性に応じて可逆的に抵抗状態が変化する複数の記憶素子と、
駆動対象の記憶素子の抵抗状態を、低抵抗状態と高抵抗状態との間で選択的に変化させる駆動部と
を備え、
前記駆動部は、
前記低抵抗状態および前記高抵抗状態のうちの一方の抵抗状態から他方の抵抗状態へと変化させる第1の動作と、前記他方の抵抗状態から前記一方の抵抗状態へと変化させる第2の動作と、のうちの前記第1の動作を実行する際に、
前記第1の動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に強く印加する強ストレス印加工程を実施した後に前記第2の動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に弱く印加する弱ストレス印加工程を実施するというステップを、少なくとも1回以上繰り返して行った後、前記強ストレス印加工程を実施する、という段階的動作を行う
記憶装置。 - 前記第1の動作が、前記一方の抵抗状態としての前記高抵抗状態から前記他方の抵抗状態としての前記低抵抗状態へと変化させるセット動作であると共に、
前記第2の動作が、前記低抵抗状態から前記高抵抗状態へと変化させるリセット動作であり、
前記駆動部は、
前記セット動作を実行する際に、
前記セット動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に強く印加する強セットストレス印加工程を前記強ストレス印加工程として実施した後に、前記リセット動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に弱く印加する弱リセットストレス印加工程を前記弱ストレス印加工程として実施するというステップを、少なくとも1回以上繰り返して行った後、前記強セットストレス印加工程を実施する、という段階的動作を行う
請求項1に記載の記憶装置。 - 前記第1の動作が、前記一方の抵抗状態としての前記低抵抗状態から前記他方の抵抗状態としての前記高抵抗状態へと変化させるリセット動作であると共に、
前記第2の動作が、前記高抵抗状態から前記低抵抗状態へと変化させるセット動作であり、
前記駆動部は、
前記リセット動作を実行する際に、
前記リセット動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に強く印加する強リセットストレス印加工程を前記強ストレス印加工程として実施した後に、前記セット動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に弱く印加する弱セットストレス印加工程を前記弱ストレス印加工程として実施するというステップを、少なくとも1回以上繰り返して行った後、前記強リセットストレス印加工程を実施する、という段階的動作を行う
請求項1に記載の記憶装置。 - 前記駆動部は、前記第1の動作を実行する際と前記第2の動作を実行する際との双方において、前記段階的動作を行う
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の記憶装置。 - 前記第1および第2の動作の実行する際の双方において前記段階的動作を行う第1のモードと、
前記第1および第2の動作を実行する際の双方において前記段階的動作を行わない第2のモードと
の2つのモードが、相互に切替可能となっている
請求項4に記載の記憶装置。 - 前記駆動部は、前記第1の動作を実行する際と前記第2の動作を実行する際とのうちの一方において、前記段階的動作を行う
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の記憶装置。 - 前記第1の動作を行うためのストレスおよび前記第2の動作を行うためのストレスはそれぞれ、強ストレスと、この強ストレスよりも弱いストレスである弱ストレスとを含む
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の記憶装置。 - 前記記憶素子は、第1電極、記憶層および第2電極をこの順に有し、
前記記憶層では、前記第1電極と前記第2電極との間に印加される電圧の極性に応じて、可逆的に抵抗状態が変化する
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の記憶装置。 - 前記記憶層は、
前記第1電極側に設けられた抵抗変化層と、
前記第2電極側に設けられたイオン源層と
を有する請求項8に記載の記憶装置。 - 前記記憶素子では、
前記第1電極側に負電位が印加されると共に前記第2電極側に正電位が印加されると、前記イオン源層中のイオンが前記第1電極側に移動して前記抵抗変化層が低抵抗化することにより、前記高抵抗状態から前記低抵抗状態へと変化させるセット動作が行われ、
前記第1電極側に正電位が印加されると共に前記第2電極側に負電位が印加されると、前記イオン源層中のイオンが前記第2電極側に移動して前記抵抗変化層が高抵抗化することにより、前記低抵抗状態から前記高抵抗状態へと変化させるリセット動作が行われる
請求項9に記載の記憶装置。 - 印加される電圧の極性に応じて低抵抗状態と高抵抗状態との間で可逆的に抵抗状態が変化する複数の記憶素子を備えた記憶装置において、前記低抵抗状態および前記高抵抗状態のうちの一方の抵抗状態から他方の抵抗状態へと変化させる第1の動作と、前記他方の抵抗状態から前記一方の抵抗状態へと変化させる第2の動作と、のうちの前記第1の動作を実行する方法は、
前記第1の動作を行うためのストレスを駆動対象の記憶素子に対して相対的に強く印加する強ストレス印加工程を実施した後に前記第2の動作を行うためのストレスを前記駆動対象の記憶素子に対して相対的に弱く印加する弱ストレス印加工程を実施するという第1のステップと、
前記第1のステップを少なくとも1回以上繰り返して行った後、前記強ストレス印加工程を実施する第2のステップと
を含む記憶装置の動作方法。
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