JP2013191249A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013191249A JP2013191249A JP2012055195A JP2012055195A JP2013191249A JP 2013191249 A JP2013191249 A JP 2013191249A JP 2012055195 A JP2012055195 A JP 2012055195A JP 2012055195 A JP2012055195 A JP 2012055195A JP 2013191249 A JP2013191249 A JP 2013191249A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power supply
- transistor
- resistance
- voltage
- semiconductor device
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
【課題】抵抗変化素子の抵抗値を変化させるときに過剰な電流が流れることを防止する半導体装置を提供する。
【解決手段】自身に流れる電流に対応して第1の抵抗値又は第2の抵抗値をとる抵抗変化素子と、抵抗変化素子を挟んで、第1及び第2の配線間に直列に接続された第1及び第2のトランジスタ(Y3a、Q3k)と、第1のトランジスタの制御電極に電源を供給する電源発生回路と、を備え、電源発生回路は、抵抗変化素子を第1の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源を供給し、第2の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源とは異なる第2の電源を供給する。
【選択図】図2
【解決手段】自身に流れる電流に対応して第1の抵抗値又は第2の抵抗値をとる抵抗変化素子と、抵抗変化素子を挟んで、第1及び第2の配線間に直列に接続された第1及び第2のトランジスタ(Y3a、Q3k)と、第1のトランジスタの制御電極に電源を供給する電源発生回路と、を備え、電源発生回路は、抵抗変化素子を第1の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源を供給し、第2の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源とは異なる第2の電源を供給する。
【選択図】図2
Description
本発明は、抵抗変化素子を備える半導体装置に関する。特に、複数の抵抗変化素子とその中から抵抗値を変化させる抵抗変化素子を選択するトランジスタとが直列に接続された回路構成を備える半導体装置に関する。
電流や電圧や磁界等を素子に引加することにより素子の抵抗値を変化させ、その抵抗変化素子を記憶素子として用いる抵抗変化型メモリが知られている。中でも、遷移金属酸化物などに電圧を印加することにより抵抗変化が生じる現象を利用したReRAMは、高速なリードライトが可能で、高密度化が実現できる不揮発性メモリとして注目を浴びている。
非特許文献1には、MOSトランジスタと抵抗変化素子とを直列に接続したメモリセル構造を有するReRAMが記載されている。また、特許文献1、特許文献2には、抵抗変化素子を用いた半導体装置(抵抗変化型メモリ)が記載されている。抵抗変化型メモリはその抵抗値により状態0、1を区別してメモリとして用いるものである。特許文献1では、データ0をライトするときには抵抗変化素子に対して第1の方向に所定の電流を、データ1をライトするときには抵抗変化素子に対して第1の方向と逆の第2の方向に他の所定の電流を、夫々流してその制御を行うことが記載されている。
W.W.Zhuang他著「Novel Colossal Magnetoresistive Thin Film Nonvolatile Resistance Random Access Memory(PRAM)」 2002.12, pp193−196
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。
抵抗変化素子の抵抗値を変化させその書き込みを行う際に、抵抗変化素子に流す電流が所定値に足りない場合にはライトが行われなかったり、所定値より多すぎる場合には予期しない抵抗値に変化したりする不具合が生じる可能性がある。
本発明の第1の視点によれば、第1及び第2の配線と、自身に流れる電流に対応して第1の抵抗値又は第2の抵抗値をとる抵抗変化素子と、前記抵抗変化素子を挟んで、前記第1及び第2の配線間に直列に接続された第1及び第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタの制御電極が受ける信号の活性化電位を制御する電源制御回路と、を備え、前記電源制御回路は、前記抵抗変化素子を前記第1の抵抗値に変化させるときに前記制御電極を第1の電位に制御し、前記第2の抵抗値に変化させるときに前記制御電極を前記第1の電位とは異なる第2の電位に制御する半導体装置が提供される。
本発明の第1の視点によれば、抵抗変化素子の抵抗値を変化させるときに流す電流値を精度よく制御することが可能になる。
本発明の実施形態の概要について説明する。なお、概要の説明において引用する図面、及び、付記した図面参照符号は専ら理解を助けるための例示であり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
一実施形態による半導体装置は、たとえば一例を図2に示すように、第1及び第2の配線(GBLとVSL)と、自身に流れる電流に対応して第1の抵抗値又は第2の抵抗値をとる抵抗変化素子(たとえば、R3k)と、抵抗変化素子(R3k)を挟んで、第1及び第2の配線間に直列に接続された第1及び第2のトランジスタ(Y3a、Q3k)と、第1のトランジスタの制御電極に電源を供給する電源発生回路(図3の112、図10の189)と、を備え、電源発生回路は、抵抗変化素子を第1の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源(図3のVWL_s、図10のVYS_s)を供給し、第2の抵抗値に変化させるときに制御電極に第1の電源とは異なる第2の電源(図3のVWL_rs、図10のVYS_rs)を供給する。
第1の抵抗値に変化させるときと、第2の抵抗値に変化させるときに異なる電源を用いて抵抗変化素子と直列に接続されたトランジスタの制御電極を制御するので、抵抗変化素子に流す電流を精度よく制御することができる。
以上で概要の説明を終え、以下、具体的な実施の形態について、図面を参照してより詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態による半導体装置全体のブロック図である。図1に示す半導体装置100は、NAND型フラッシュメモリと互換性を持たせた半導体装置である。図1において、制御信号入力回路102は、チップイネーブル端子CEB、コマンドラッチイネーブル端子CLE、アドレスラッチイネーブル端子ALE、ライトイネーブル端子WEB、リードイネーブル端子REB、ライトプロテクト端子WPBからそれぞれ入力される制御信号を取り込む。入出力制御回路103は、8ビットの入出力端子I/O 0〜I/O 7からコマンド、アドレスの入力、データの入出力を行う。入出力制御回路103が行うコマンド、アドレスの入力、データの入出力は、制御信号入力回路102が取り込んだ制御信号に基づいて行われる。入出力制御回路103が取り込んだコマンドはコマンドレジスタ104に送られる。入出力制御回路103が取り込んだアドレスはアドレスレジスタに送られる。また、入出力制御回路103はデータバッファ111との間でデータの入出力を行う。
図1は、第1の実施形態による半導体装置全体のブロック図である。図1に示す半導体装置100は、NAND型フラッシュメモリと互換性を持たせた半導体装置である。図1において、制御信号入力回路102は、チップイネーブル端子CEB、コマンドラッチイネーブル端子CLE、アドレスラッチイネーブル端子ALE、ライトイネーブル端子WEB、リードイネーブル端子REB、ライトプロテクト端子WPBからそれぞれ入力される制御信号を取り込む。入出力制御回路103は、8ビットの入出力端子I/O 0〜I/O 7からコマンド、アドレスの入力、データの入出力を行う。入出力制御回路103が行うコマンド、アドレスの入力、データの入出力は、制御信号入力回路102が取り込んだ制御信号に基づいて行われる。入出力制御回路103が取り込んだコマンドはコマンドレジスタ104に送られる。入出力制御回路103が取り込んだアドレスはアドレスレジスタに送られる。また、入出力制御回路103はデータバッファ111との間でデータの入出力を行う。
制御ロジック回路105は、制御信号入力回路102に入力された制御信号及びコマンドレジスタ104に取り込まれたコマンドに基づいて半導体装置100全体の動作を制御する。制御ロジック回路105は半導体装置100の状態によって、半導体装置100がビジーであるときは、RY/BY信号出力回路106を動作させてRY/BY信号出力端子からロウレベルを出力し、半導体装置がビジー状態であることを外部に知らせる。半導体装置100がレディ状態であるときには、RY/BY信号出力回路106は出力ハイインピーダンス状態となり、外部にプルアップ抵抗を設けることによりRY/BY信号出力端子はハイレベルとなる。また、制御ロジック回路105は内部の状態をステータスレジスタ107に出力する。入出力制御回路103が行う入出力動作は、ステータスレジスタ107が示す状態によって、制御される。
アドレスレジスタ108に取り込まれたアドレスの一部は行アドレスバッファ109に送られメモリセルアレイ118の行アドレスを指定する。また、アドレスレジスタ108に取り込まれたアドレスのうち、列アドレスは列アドレスバッファ110に取り込まれ、リードライトを行うデータレジスタ116及びメモリセルアレイ118の列アドレスを指定する。
メモリセルアレイ118は抵抗変化素子を備えたメモリセル(図示せず)が交差する方向に配置された複数のワード線(図示せず)と複数のビット線(図示せず)の交点にそれぞれ対応して行列状に設けられている。行電源発生回路112は、制御ロジック回路105が出力する内部コマンド信号INT_comに基づいてワード線ドライバ(図示せず)の電源VWLを発生させる。アレイ制御回路113は行デコーダ114を制御する信号ROcont、センスアンプ・ライトバッファ117を制御する信号SRcont、列デコーダ115を制御する信号Ccontをそれぞれ出力する。また、アレイ制御回路113は、データレジスタ116から状態信号Stateを入力する。行デコーダ114は行アドレスバッファ109が出力する行アドレス、電源VWL、制御信号ROcontに基づいて行アドレスをデコードし、メモリセルアレイ118へと延びている複数のワード線(図示せず)のうち、リードライトアクセスを行うワード線を選択する。列デコーダ115はメモリセルアレイ118に対してリードライトを行う列を指定する。センスアンプ・ライトバッファ117は、リード動作のときは、メモリセルアレイ118から列アドレスにより選択されたビット線に読み出されたデータを増幅しデータレジスタ116へと出力する。ライト動作のときはデータレジスタ116の書き込みデータがライトバッファを介してメモリセルアレイ118のメモリセルへと書き込まれる。データバッファ111のデータはデータレジスタ116を介してメモリセルアレイ118へと書き込まれ、メモリセルアレイ118から読み出されたデータはデータレジスタ116を介してデータバッファ111に格納される。なお、図1の例では、半導体装置100はBank0、Bank1の2バンク構成であり、データバッファ111、行デコーダ114、データレジスタ116、センスアンプ・ライトバッファ117、メモリセルアレイ118は各バンク毎に設けられている。
図2は、メモリセルアレイ118の内部の一部の構成を示すブロック図である。図2においてグローバルビット線(共通ビット線)GBLは、センスアンプ・ライトバッファ117(図1参照)へと接続されている。グローバルビット線GBLは、ビット線選択スイッチ(カラム選択スイッチ)Y0a〜Y7aを介してローカルビット線LBL0〜LBL7に接続されている。なお、グローバルビット線GBLは、グロービルビット線が延びる方向に設けられたさらに別のビット線選択スイッチを介して別のローカルビット線にも接続されている。従って、グローバルビット線GBLには大きな寄生容量123が存在する。
ローカルビット線LBL0〜LBL7には、ビット線選択スイッチY0a〜Y7aが非選択のときに、非選択のローカルビット線LBL0〜LBL7をソース線VSLに接続するビット線選択スイッチY0b〜Y7bがさらに設けられている。各ビット線選択スイッチYXaとYXb(Xは0〜7)はそれぞれ対をなしており、どちらか一方が選択されるように制御される。
各ローカルビット線LBLX(Xは0〜7)にはそれぞれ、n個のメモリセルCXy(yは0〜n−1)が接続される。図2には、各ローカルビット線LBLXに接続されるn個のメモリセルのうち、CXkとCXs(Xは0〜7)の2個ずつのみを図示する。すなわち、各ローカルビット線LBLに接続されるメモリセルの数は2個ずつしか図示していないが、実際には、もっと多くのメモリセルが接続される。各メモリセルCXyには、一端が対応するローカルビット線LBLXに接続された抵抗変化素子RXyと抵抗変化素子の他端とソース線VSLとの間に接続されたセルトランジスタQXyが設けられる。セルトランジスタのゲートには、それぞれ対応するワード線WLyが接続されている。図2には、複数のワード線のうち、WLkとWLsの2本のワード線のみを図示する。
ワード線ドライバ121kは行アドレス選択信号xadd kを入力し、行アドレス選択信号xadd kに基づいて、ワード線WLkを駆動する。同様に、ワード線ドライバ121sは行アドレス選択信号xadd sを入力し、行アドレス選択信号xadd sに基づいて、ワード線WLsを駆動する。
図2では、ビット線選択スイッチY3aが導通し、ビット線選択スイッチY0a〜Y2a、Y4a〜Y7aは非導通である。逆にビット線選択スイッチY3bが非導通であり、ビット線選択スイッチY0b〜Y2b、Y4b〜Y7bは導通している。従ってローカルビット線LBL3がグルーバルビット線GBLに接続され、他のローカルビット線LBL0〜LBL2、LBL4〜LBL7はグローバルビット線GBLから切り離され、ソース線VSLに接続されている。
また、ワード線ドライバ121kと121sは、行アドレス信号に基づいて、ワード線WLkを選択し、ワード線WLsは非選択である。したがって、図2では、ローカルビット線LBL3の選択とワード線WLkとの選択により、メモリセルC3kが選択され、メモリセルC3kの抵抗変化素子R3kに対するリードライトのアクセスが行われる状態を示している。
図3は、ワード線ドライバ121及び行電源発生回路112のブロック図である。行電源発生回路112はワード線ドライバ121に電源VWLを供給する回路である。ワード線ドライバ121は、行電源発生回路112から電源VWLの供給を受け、アドレス信号Xadd_sに基づいてワード線を選択するときに行電源発生回路112から供給される電源VWLによってワード線WLsを駆動する。なお、非選択ワード線は接地レベルの電源VSSにプルダウンされる。
行電源発生回路112は、セット書き込み用電源部131、リセット書き込み用電源部132、リード用電源部133を備えている。セット書き込み用電源部131、リセット書き込み用電源部132、リード用電源部133には、それぞれ出力する電源の基準となる信号としてセット基準電圧信号VREF_Set、リセット基準電圧信号VREF_Reset、リード基準電圧信号VREF_Readが接続される。
セット書き込み用電源部131は、セット基準電圧信号VREF_Setに基づいて、抵抗変化素子のセット書き込み時に用いる電源VWL_sを出力する。リセット書き込み用電源部132は、リセット基準電圧信号VREF_Resetに基づいて、抵抗変化素子のリセット書き込み時に用いる電源VWL_rsを出力する。リード用電源部133は、リード基準電圧信号VREF_Readに基づいて、抵抗変化素子の抵抗値の読み出し時に用いる電源VWL_rを出力する。
なお、本明細書において、セット書き込みとは、高抵抗である抵抗変化素子を低抵抗に変化させる書き込みであり、リセット書き込みとは、低抵抗である抵抗変化素子を高抵抗に変化させる書き込みである。なお、非特許文献1では、高抵抗である抵抗変化素子を低抵抗に変化させることをリセットと呼んでおり、本明細書とは用語の定義が異なることに留意されたい。
電源選択スイッチ134〜136はそれぞれ電源VWL_s、電源VWL_rs、電源VWL_rのうち、いずれかの電源をワード線ドライバ121に供給するのかを選択する。電源選択スイッチ134〜136の選択は、セット書き込み、リセット書き込み、リードのいずれかの動作によって、制御ロジック回路105(図1参照)が出力する内部コマンド信号INT_comに基づいて、行われる。
図4は、第1の実施形態における抵抗変化素子に対する(a)セット書き込みの動作説明図と(b)リセット書き込みの動作説明図である。図4を参照して、セット書き込みとリセット書き込みの動作について説明しておく。
図4(a)、(b)には、それぞれ、第1の実施形態において、センスアンプ・ライトバッファ117(図1参照)からグローバルビット線GBL、ビット線選択スイッチ141、142、ローカルビット線LBLを介して抵抗変化素子144とセルトランジスタ145を備えたメモリセルに接続されている構成を図示している。抵抗変化素子144の一端はローカルビット線LBLに接続され、抵抗変化素子144の他端は、NMOSトランジスタであるセルトランジスタ145のドレインに接続され、セルトランジスタ145のソースは、ソース線146に接続されている。第1の実施形態では、ビット線選択スイッチはPMOSトランジスタであるビット線選択トランジスタ141とNMOSトランジスタであるビット線選択トランジスタ142を含むCMOSトランスミッションゲートで構成され、PMOSトランジスタ141のゲートにはカラム選択線/YSが接続され、NMOSトランジスタ142のゲートには、インバータ143によりカラム選択線/YSの反転信号が接続されている。抵抗変化素子144はたとえば、抵抗値が1.0kΩから50kΩまでの範囲で変化する素子である。
まず、図4(a)のセット書き込み動作から説明する。セット書き込みとはすでに述べたように高抵抗である抵抗変化素子を低抵抗である状態に変化させる書き込みである。この場合、グローバルビット線GBLにセット電圧VSETを与え、ソース線146は接地させる。抵抗変化素子144の端子間に所定の電圧を与えると抵抗変化素子の抵抗値は高抵抗である状態から低抵抗である状態に変化する。一例としてセット電圧VSETとして3.0Vを与えたときに、抵抗変化素子144のローカルビット線LBL側の端子に1.4V、セルトランジスタ145側の端子が1.0Vになるように、ワード線WLに与える電圧を制御することにより、抵抗変化素子144の抵抗値を所望の低抵抗に変化させることができる。選択するワード線WLに適切な電圧が与えられるようにワード線ドライバ121(図1、図3参照)の電源を制御する。
次に、図4(b)のリセット書き込み動作について説明する。リセット書き込みとは抵抗変化素子144を低抵抗である状態から高抵抗である状態に遷移させる書き込みである。この場合、グローバルビット線GBLは接地し、ソース線146にリセット電圧VRESETを与える。抵抗変化素子144の端子間にセット書き込みとは逆向きの所定の電圧を与えると抵抗変化素子の抵抗値は低抵抗である状態から高抵抗である状態に変化する。
一例としてリセット電圧VRESETに3.0Vを与えたときに、抵抗変化素子144のローカルビット線LBL側の端子に1.0V、セルトランジスタ145側の端子が1.4Vになるように、ワード線WLに与える電圧を制御することにより、抵抗変化素子144の抵抗値を所望の高抵抗値に変化させることができる。選択するワード線WLに適切な電圧が与えられるようにワード線ドライバ121(図1、図3参照)の電源を制御する。
一例としてリセット電圧VRESETに3.0Vを与えたときに、抵抗変化素子144のローカルビット線LBL側の端子に1.0V、セルトランジスタ145側の端子が1.4Vになるように、ワード線WLに与える電圧を制御することにより、抵抗変化素子144の抵抗値を所望の高抵抗値に変化させることができる。選択するワード線WLに適切な電圧が与えられるようにワード線ドライバ121(図1、図3参照)の電源を制御する。
なお、リード動作については、詳しい説明は省略するが、グローバルビット線GBLからソース線146に電流を流しこみ、そのときのグローバルビット線GBLの電圧値、または、グローバルビット線GBLに流れる電流値をセンスアンプ・ライトバッファ117(図1参照)により読み取ることにより抵抗変化素子144の抵抗値を論理値として読みだすことができる。この場合もワード線WLの選択電圧を最適に制御することにより抵抗変化素子の抵抗値を誤りなく高速に読みだすことができる。また、抵抗変化素子に書き込み電流に近い大きな電流を流すと抵抗値が変化する恐れがあるが、ワード線WLの選択電圧を抑制することにより、抵抗変化素子に流れる電流を抑制し、リード時に抵抗変化素子の抵抗値が変化することを避けることができる。
図5は、第1の実施形態における行電源発生回路112のセット書き込み用電源部131の内部の構成を示すブロック図である。図5を用いて、セット書き込み用電源部131の詳細な構成について説明する。PMOSトランジスタ151、NMOSトランジスタ152はそれぞれビット線選択トランジスタ141、142と同等の特性を有するトランジスタであり、それぞれドレインソースが互いに接続されている。NMOSトランジスタ152のゲートにインバータ153によってPMOSトランジスタ151のゲートに与える信号と反転した信号を接続することにより、ビット線選択スイッチと同等な特性を有するCMOSトランスミッションゲートを構成している。ただし、インバータ153のゲート、PMOSトランジスタ151のゲートが接地されているので、このPMOSトランジスタ151、NMOSトランジスタ152は常に導通した状態にある。
このPMOSトランジスタ151、NMOSトランジスタ152の共通接続されたソース・ドレインの一端には、セット電圧VSETが供給され、他端にはセット基準抵抗154の一端が接続されている。このセット基準抵抗154はセット書き込み時に抵抗変化素子144に流す電流値の基準となる抵抗である。セット基準抵抗154は、抵抗値が調整可能である可変抵抗であることが好ましい。セット基準抵抗154の他端には、セルトランジスタ145と同等な特性を有するレプリカトランジスタ156のドレインが接続され、レプリカトランジスタ156のソースは接地され、ゲートは演算増幅器155の出力端子が接続されている。演算増幅器155の反転入力端子にはセット基準電圧信号VREF_Setが接続される。演算増幅器155の非反転入力端子は、セット基準抵抗154の他端とレプリカトランジスタ156のドレインとの接点に接続される。
別の演算増幅器157は、反転入力端子が演算増幅器155の出力端子に接続され、出力端子が電源出力部158となるPMOSトランジスタのゲートに接続される。この電源出力部158となるPMOSトランジスタのソースは電源VMWLに接続され、ドレインは電源VWL_sを出力すると共に演算増幅器157の非反転入力端子に接続される。
上記構成により、セット基準抵抗154とレプリカトランジスタ156のドレインとの接点の電圧が、セット基準電圧信号VREF_Setの電圧に等しくなるようにレプリカトランジスタ156のゲート電圧が制御される。また、レプリカトランジスタ156のゲート電圧とほぼ等しい電圧が、電源VWL_sとして出力される。さらに、レプリカトランジスタ156はセルトランジスタ145と同等な特性を有するトランジスタであるので、抵抗変化素子144の抵抗値がセット基準抵抗154の抵抗値と等しいときに抵抗変化素子144に流れる電流とセット基準抵抗154に流れる電流がほぼ等しくなる。
好ましい一例としては、セット基準電圧信号VREF_Setの電圧が1.0V、セット電圧VSETが3.0Vとして、セット基準抵抗154のトランスミッションゲート側の端子電圧が1.4V、レプリカトランジスタ156側の端子電圧が1.0Vとなり、セット基準抵抗154には約150μAの電流を流すことができる。
なお、レプリカトランジスタ156は、セルトランジスタ145と同じ製造工程で製造されたトランジスタであり、セルトランジスタ145とトランジスタ閾値等の製造ばらつきが同じ傾向を示すトランジスタであることが好ましい。ただし、セルトランジスタ145の製造ばらつき等の傾向をモニターできるトランジスタであれば、セルトランジスタ145と、必ずしも同一サイズのトランジスタである必要は必ずしもない。
図6は、第1の実施形態における行電源発生回路112のリセット書き込み用電源部132の内部の構成を示すブロック図である。図6を用いて、リセット書き込み用電源部132の詳細な構成について説明する。図5のセット書き込み用電源部131とほぼ同一である部分については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
リセット書き込み用電源部132では、PMOSトランジスタ151、NMOSトランジスタ152で構成するCMOSトランスミッションゲートの電流路の一端が接地され、他端にはリセット基準抵抗164の一端が接続されている。このリセット基準抵抗164はリセット書き込み時に抵抗変化素子144に流す電流値の基準となる抵抗である。リセット基準抵抗164もセット基準抵抗154と同様に、抵抗値が調整可能である可変抵抗であることが好ましい。リセット基準抵抗164の他端には、レプリカトランジスタ156のソースが接続され、レプリカトランジスタ156のドレインにはリセット電圧VRESETが与えられる。さらに、レプリカトランジスタ156のゲートは演算増幅器155の出力端子が接続されている。演算増幅器155の非反転入力端子にはリセット基準電圧信号VREF_Resetが接続される。演算増幅器155の反転入力端子は、リセット基準抵抗164とレプリカトランジスタ156のソースとの接点に接続される。電源出力部158となるPMOSトランジスタのドレインからは、電源VWL_rsを出力する。
上記リセット書き込み用電源部132の構成は、レプリカトランジスタ156のソース・ドレイン間を流れる電流の向きがセット書き込み用電源部131のレプリカトランジスタ156と逆であるので、演算増幅器155の反転入力端子と非反転入力端子の接続が逆であることを除いて、おおよそセット書き込み用電源部131の構成と同一である。
上記構成により、リセット基準抵抗164とレプリカトランジスタ156のソースとの接点の電圧が、リセット基準電圧信号VREF_Resetの電圧に等しくなるようにレプリカトランジスタ156のゲート電圧が制御され、レプリカトランジスタ156のゲート電圧とほぼ等しい電圧が、電源VWL_rsとして出力される。さらに、レプリカトランジスタ156はセルトランジスタ145と同等な特性を有するトランジスタであるので、抵抗変化素子144の抵抗値がリセット基準抵抗164の抵抗値と等しいときに抵抗変化素子144に流れる電流とリセット基準抵抗164に流れる電流がほぼ等しくなる。
好ましい一例としては、リセット基準電圧信号VREF_Resetの電圧が1.4V、リセット電圧VRESETが3.0Vとして、リセット基準抵抗164のトランスミッションゲート側の端子電圧が1.0V、レプリカトランジスタ156側の端子電圧が1.4Vとなり、セット基準抵抗164には約50μAの電流を流すことができる。
図7は、第1の実施形態における行電源発生回路112のリード用電源部133のブロック図である。図7を用いて、リード用電源部133の構成と動作について説明する。図7では、図5のセット書き込み用電源部131とほぼ同一である部分については、同一の符号を付している。リード用電源部133では、セット書き込み用電源部131のセット電圧VSETがリード電圧VREADに、セット基準抵抗154がリード基準抵抗174に、セット基準電圧信号VREF_Setがリード基準電圧信号VREF_Readに、それぞれ置き換わっている。また、電源出力部158となるPMOSトランジスタのドレインからは、リード時に選択ワード線に引加する電源となる電源VWL_rを出力する。上記の点を除いては、図5を用いて説明したセット書き込み用電源部131の構成、動作とほぼ同一であるので、重複する説明は省略する。ただし、出力する電源VWL_rの電圧値は、電源VWL_sの電圧値より、その電源がセルトランジスタの制御電極に引加されたときに抵抗変化素子に流れる電流を小さくすることができるように、小さい電圧値となるように制御される。
次に、セット基準抵抗154、リセット基準抵抗164、リード基準抵抗174となる可変抵抗の好ましい構成について説明する。
図8は、第1の実施形態における行電源発生回路112に用いられる可変抵抗の構成の好ましい一例を示すブロック図である。可変抵抗の端子201から固定抵抗素子203、204、205が直列に接続され、端子202から固定抵抗素子206、207、208が直列に接続されている。固定抵抗素子203と204との接続箇所と固定抵抗素子206と207との接続箇所の間にはスイッチ210が設けられている。同様に、固定抵抗素子204と205との接続箇所と固定抵抗素子207と208との接続箇所の間にはスイッチ220が接続されている。さらに、固定抵抗素子205と208の他の固定抵抗に直接接続されていない側のそれぞれの端との間にはスイッチ230が接続されている。スイッチ210はPMOSトランジスタ211とNMOSトランジスタ212とのCMOSトランスミッションゲート構成であり、PMOSトランジスタ211とNMOSトランジスタ212が信号Aによりスイッチの開閉を制御できるように信号AがPMOSトランジスタ211のゲートに接続され、信号Aをインバータ213により反転した信号がNMOSトランジスタ212のゲートに接続されている。スイッチ220、スイッチ230の構成も基本的な回路構成はスイッチ210と同一であり、それぞれPMOSトランジスタ221とNMOSトランジスタ222、PMOSトランジスタ231とNMOSトランジスタ232を含み、それぞれ信号B、信号Cがスイッチの開閉を制御する信号として接続されている。ただし、以下に説明するように可変抵抗の相対的な抵抗値の精度を上げるため、スイッチ210、220、230のトランジスタサイズはそれぞれ異なっている。
固定抵抗の抵抗値は、抵抗203と206の抵抗値がr、抵抗204と207の抵抗値がrのA0倍、抵抗205と208の抵抗値がrのA1倍に設定されている。さらに、スイッチ210に含まれるトランジスタ210、211のオン抵抗に対して、スイッチ220に含まれるトランジスタ221、222のオン抵抗が(1+A0)倍、スイッチ230に含まれるトランジスタ231、232のオン抵抗が(1+A0+A1)倍となるようにトランジスタサイズが設定されている。そのように設定することにより、スイッチ210、220、230のいずれが導通しても、端子201と202間に、直列に接続される固定抵抗の抵抗値の総和に対して、導通するスイッチのオン抵抗の抵抗値が一定の比率になるように設定できる。
すなわち、スイッチ210が導通し、スイッチ220、230が非導通である場合には、端子201と202間の固定抵抗の抵抗値は2rとなる。一方、スイッチ220が導通し、スイッチ210、230が非導通である場合には、端子201と202間の固定抵抗の抵抗値は2*(1+A0)rとなる。スイッチ210が導通したときに対してスイッチ220が導通すると固定抵抗の抵抗値は(1+A0)倍となるが、スイッチ220のオン抵抗の値がスイッチ210のオン抵抗の値の(1+A0)倍となるように設定されているので、端子201と202との間の固定抵抗の抵抗値とスイッチのオン抵抗の抵抗値の比率は変わらない。同様に、スイッチ230が導通し、スイッチ210、220が非導通である場合には、端子201と202間の固定抵抗の抵抗値は2*(1+A0+A1)rとなる。スイッチ210が導通したときに対してスイッチ230が導通すると固定抵抗の抵抗値は(1+A0+A1)倍となるが、スイッチ230のオン抵抗の値がスイッチ210のオン抵抗の値の(1+A0+A1)倍となるように設定されているので、端子201と202との間の固定抵抗の抵抗値とスイッチのオン抵抗の抵抗値の比率は変わらない。
なお、図8の例では、端子201と端子202の両方に複数の固定抵抗を直列に接続し、その間に複数のスイッチを設けているが、たとえば、端子201又は202の一方のみに固定抵抗を直列に接続し、他方の端子には、複数のスイッチを直接並列に接続してもよい。一例をあげれば、固定抵抗206、207、208は設けずに、端子202とスイッチ210、220、230との間を配線で接続してもよい。なお、固定抵抗の数、固定抵抗値間の抵抗値の比率、固定抵抗の抵抗値とスイッチのオン抵抗との比率、スイッチの内部構成、さらには、固定抵抗と、スイッチ全体の構成は任意の構成を取ることができる。ただし、端子間に接続される固定抵抗とスイッチのオン抵抗との比率はスイッチを切り替えても同じになるように各スイッチに含まれるトランジスタのサイズを設定することが望ましい。
半導体装置の前工程における加工の微細化が進むにつれてトランジスタのコンタクト抵抗や拡散層部抵抗などは増加する傾向にある。しかし、上記構成によれば、微細化が進み、スイッチとなるトランジスタのオン抵抗が無視できなくなる場合も、抵抗値の相対的な精度を維持することができる。
次に、第1の実施形態による効果について説明する。図9はセット書き込みにおいて(a)行電源制御を行わない場合の抵抗変化素子の電流波形及びワード線の電圧波形図と、(b)第1の実施形態による抵抗変化素子の電流波形及びワード線の電圧波形図である。図9(a)は、ワード線の電源制御を行わない場合である。すなわち、ワード線の選択電位VWLは十分に高い電圧となる。この場合は、グローバルビット線GBLを駆動するライトバッファに定電流を出力するアンプを設け、このアンプが出力する定電流によって、抵抗変化素子の抵抗値を高抵抗から低抵抗に変化させる。抵抗変化素子が遷移金属酸化物などに電圧を印加することにより抵抗変化が生じる現象を利用したReRAMである場合には、ワード線をVSS(接地レベル)から選択電位のVWLまで引き上げると、セルトランジスタが導通し、抵抗変化素子の端子間に一定の電圧が引加され、抵抗変化素子の抵抗値が高抵抗である状態から低抵抗に遷移する。しかし、抵抗変化素子の抵抗値が高抵抗から低抵抗に遷移すると抵抗変化素子のグローバルビット線GBL側の端子電圧が急激に低下し、グローバルビット線GBLの寄生容量123(図2参照)に蓄積された電荷が一気にビット線選択スイッチを経由して抵抗変化素子に流れる。このときに瞬時に流れる電流値Ipeakは、定電流によりグローバルビット線GBLを駆動するアンプから抵抗変化素子に流そうとする電流Icellを超える。この電流Ipeakにより本来の設定しようとする抵抗値よりさらに低い抵抗値に抵抗変化素子の抵抗値が遷移してしまう恐れがある。この問題は、グローバルビット線GBLの遠端に設けた定電流出力のアンプからは、グローバルビット線GBLの寄生容量123から抵抗変化素子に流れ込む電流値を制御できないので、定電流出力のアンプの精度を上げても解決できない。
これに対して、図9(b)は、第1の実施形態による抵抗変化素子の電流波形及びワード線の電圧波形図である。第1の実施形態では、選択されるワード線を駆動する電源の電圧を制御することにより、セルトランジスタに流れる電流を制御し、抵抗変化素子を所望の抵抗値へと変化させる。すなわち、セルトランジスタのゲートに与える電圧を制御することにより抵抗変化素子に流れる電流がIcellを大きく超えないように制御する。セルトランジスタのゲート電圧は、図9(a)では、VWLであったのが、図9(b)に示す第1の実施形態では、VWLSであり、VWLより低い電圧であり、抵抗変化素子に流れる電流がIcellを大きく超えないように制御する。
なお、第1の実施形態において、Icellの電流値をセルトランジスタのゲートに与える電圧を制御するだけで、制御できる場合には、グローバルビット線GBLに接続されるライトバッファに定電流出力のアンプは必要ない。しかし、セルトランジスタのゲートに与える電圧を制御することにより電流値Ipeakの制限を行い、Icellの正確な値は、定電流出力のアンプにより行ってもよい。
[第2の実施形態]
第1の実施形態では、グローバルビット線GBLとソース線VSLとの間に抵抗変化素子と直列に接続されるメモリセルトランジスタのゲート電極に与える電源を制御することにより、グローバルビット線GBLの寄生容量にかかわらず、抵抗変化素子に流す電流を制御した。セルトランジスタと同様にビット線選択トランジスタ(図2のY0a〜Y7a)もグローバルビット線GBLとソース線VSLとの間に抵抗変化素子と直列に接続されるトランジスタであり、ビット線選択トランジスタの制御電極に与える電源を制御することにより、配線の寄生容量にかかわらず、抵抗変化素子に流す電流を制御することもできる。第2の実施形態は、ビット線選択トランジスタ(カラム選択トランジスタ)の制御電極に与える電源を制御することにより、抵抗変化素子に流れる電流を制御する実施形態である。
第1の実施形態では、グローバルビット線GBLとソース線VSLとの間に抵抗変化素子と直列に接続されるメモリセルトランジスタのゲート電極に与える電源を制御することにより、グローバルビット線GBLの寄生容量にかかわらず、抵抗変化素子に流す電流を制御した。セルトランジスタと同様にビット線選択トランジスタ(図2のY0a〜Y7a)もグローバルビット線GBLとソース線VSLとの間に抵抗変化素子と直列に接続されるトランジスタであり、ビット線選択トランジスタの制御電極に与える電源を制御することにより、配線の寄生容量にかかわらず、抵抗変化素子に流す電流を制御することもできる。第2の実施形態は、ビット線選択トランジスタ(カラム選択トランジスタ)の制御電極に与える電源を制御することにより、抵抗変化素子に流れる電流を制御する実施形態である。
図10は、第2の実施形態におけるカラムスイッチドライバ187及び列電源発生回路189のブロック図である。第2の実施形態における半導体装置は、第1の実施形態における行電源発生回路112に代えて列電源発生回路189を備えている。列電源発生回路189はカラムスイッチドライバ187に電源VYSを供給する回路である。カラムスイッチドライバ187は、ビット線選択トランジスタの選択信号であるカラム選択線YSを駆動する回路であり、列電源発生回路189から電源VYSの供給を受け、カラムアドレス信号Yadd_sに基づいて選択するカラム選択線YSを電源VYSによって駆動する。なお、非選択のカラム選択線は接地レベルの電源VSSにプルダウンされる。
列電源発生回路189は、第1の実施形態における行電源発生回路112と同様にセット書き込み用電源部181、リセット書き込み用電源部182、リード用電源部183を備えている。セット書き込み用電源部181、リセット書き込み用電源部182、リード用電源部183には、それぞれ別の基準となる基準電圧信号VREFが接続され、各基準電圧信号VREFに基づいて、それぞれ電源VYS_s、電源VYS_rs、電源VYS_rを出力する。また、電源選択スイッチ184〜186は、内部コマンド信号INT_comに基づいて開閉が制御され、電源VYS_s、電源VYS_rs、電源VYS_rのいずれかの電源をカラムスイッチドライバ187に供給する。カラムスイッチドライバ187は供給される電源に基づいて、選択するカラム選択線YSをセット書き込み時、リセット書き込み時、リード時にそれぞれ異なった電源で駆動する。
図11は、第2の実施形態における抵抗変化素子に対する(a)セット書き込みの動作説明図と(b)リセット書き込みの動作説明図である。図11に示すように第2の実施形態では、カラム選択スイッチであるカラム選択トランジスタ142Aは、NMOSトランジスタのみで構成されている。カラムスイッチの制御電極に対する電源制御を容易にするためである。もちろん、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、カラムスイッチ(ビット線選択スイッチ)をPMOSトランジスタとNMOSトランジスタからなるCMOSトランスミッションゲート構成にすることもできるが、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタの両方のトランジスタの制御電極の電源制御が必要となるため、さらに別の電源が必要になる。その場合の詳しい説明は省略する。
また、図11では、第1の実施形態とは逆に、セット書き込み時には、ソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流し(図11(a)参照)、リセット書き込み時には、グローバルビット線GBL側からソース線146側に電流を流す(図11(b)参照)。従って、抵抗変化素子144のa端子をセルトランジスタ145に接続し、b端子をカラム選択トランジスタ142A側に接続している。すなわち、a端子とb端子の接続が第1の実施形態とは逆である。
第2の実施形態では、図11(a)に示すセット書き込み時にソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流す理由について説明する。第1の実施形態のように
セット書き込みにより抵抗変化素子144の抵抗値を高抵抗から低抵抗に変化させようとする場合に、グローバルビット線GBL側からソース線146側に電流を流すと、抵抗変化素子144の抵抗値が高抵抗状態から低抵抗に遷移すると抵抗変化素子の選択スイッチ側の端子電圧が低下する。カラム選択トランジスタがNMOSトランジスタ142Aである場合、NMOSトランジスタ142Aのソース電位が低下することになる。NMOSトランジスタ142Aのソース電位が低下するとNMOSトランジスタ142Aのゲートソース間電圧が増加し、これは、NMOSトランジスタ142Aのソース・ドレイン間に流れる電流を増加させる方向に作用する。したがって、抵抗変化素子144に流す電流を精度よく制御することが難しい。一方、図11(a)に示すように、セット書き込み時に、ソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流せばそのようなことはない。また、セット書き込み時に、ソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流す場合、抵抗変化素子144の抵抗値が高抵抗から低抵抗に遷移することにより、抵抗変化素子144のセルトランジスタ側のa端子の電圧が低下する。このときに、ソース線146に大きな寄生容量があっても、NMOSトランジスタ142Aの制御電極の電源を制御することにより、電流値が制限できるので、過大なピーク電流が流れることもない。
セット書き込みにより抵抗変化素子144の抵抗値を高抵抗から低抵抗に変化させようとする場合に、グローバルビット線GBL側からソース線146側に電流を流すと、抵抗変化素子144の抵抗値が高抵抗状態から低抵抗に遷移すると抵抗変化素子の選択スイッチ側の端子電圧が低下する。カラム選択トランジスタがNMOSトランジスタ142Aである場合、NMOSトランジスタ142Aのソース電位が低下することになる。NMOSトランジスタ142Aのソース電位が低下するとNMOSトランジスタ142Aのゲートソース間電圧が増加し、これは、NMOSトランジスタ142Aのソース・ドレイン間に流れる電流を増加させる方向に作用する。したがって、抵抗変化素子144に流す電流を精度よく制御することが難しい。一方、図11(a)に示すように、セット書き込み時に、ソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流せばそのようなことはない。また、セット書き込み時に、ソース線146側からグローバルビット線GBL側に電流を流す場合、抵抗変化素子144の抵抗値が高抵抗から低抵抗に遷移することにより、抵抗変化素子144のセルトランジスタ側のa端子の電圧が低下する。このときに、ソース線146に大きな寄生容量があっても、NMOSトランジスタ142Aの制御電極の電源を制御することにより、電流値が制限できるので、過大なピーク電流が流れることもない。
第2の実施形態においては、書き込み時に電流の流す方向が逆であるので、セット書き込み用電源部181(図10参照)には、第1の実施形態におけるリセット書き込み用電源部132(図6参照)と略同一の回路を用い、リセット書き込み用電源部182(図10参照)には、第1の実施形態におけるセット書き込み用電源部131(図5参照)と略同一の回路を用いることができる。
なお、第2の実施形態において、ビット線選択スイッチにPMOSトランジスタのみを用いる場合には、電流の流す方向は、第1の実施形態と同じにすればよい。ただし、グローバルビット線GBLの寄生容量と同様にローカルビット線LBLの寄生容量が問題になる場合は、ビット線選択スイッチにPMOSトランジスタを用いて、その制御電極を制御して電流を制限するより、第1の実施形態のようにセルトランジスタの制御電極を制御して電流を制限する方が好ましい。抵抗変化素子が低抵抗に遷移し、抵抗変化素子の端子間電圧が急減に減少するときに、ビット線選択スイッチより電流の流れる方向の下流にあるローカルビット線LBLの寄生容量から抵抗変化素子に流れ込む電流を上流にあるビット線選択スイッチでは制御できないからである。
なお、第1の実施形態と第2の実施形態のいずれの実施形態においても、抵抗変化素子の抵抗値を変化させるときに、グローバルビット線GBL、又は、ソース線146の寄生容量から抵抗変化素子に流れる電流が問題になる場合には同様な効果が得られる。
なお、上記第1、第2の実施形態では、いずれも、セット書き込み、リセット書き込み、リードのそれぞれにおいて、ワード線、又は、カラム選択線の電源を制御している。しかし、セット書き込み、リセット書き込み、リード動作におけるすべての場合に抵抗変化素子に流れる電流をワード線、又は、カラム選択線により制御する必要がない場合は、セット書き込み、リセット書き込み、リードのうち、必要な場合だけワード線、又は、カラム選択線により抵抗変化素子に流れる電流を制御してもよい。たとえば、図11に示すようにセット書き込み時のピーク電流のみが問題になる場合は、セット書き込み時においてのみ、ワード線、又は、カラム選択線の電源制御を行ってもよい。この場合、リセット書き込み時とリード時には、同じ電源(ただし、セット書き込み時とは異なる)電源を用いてもよい。
本発明の全開示(特許請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
100:半導体装置
102:制御信号入力回路
103:入出力制御回路
104:コマンドレジスタ
105:制御ロジック回路
106:RY/BY信号出力回路
107:ステータスレジスタ
108:アドレスレジスタ
109:行アドレスバッファ
110:列アドレスバッファ
111:データバッファ
112:行電源発生回路
113:アレイ制御回路
114:行デコーダ
115:列デコーダ
116:データレジスタ
117:センスアンプ・ライトバッファ
118:メモリセルアレイ
121、121k、121s:ワード線ドライバ
123:寄生容量
131、181:セット書き込み用電源部
132、182:リセット書き込み用電源部
133、183:リード用電源部
134〜136、184〜186:電源選択スイッチ
141:ビット線選択トランジスタ(PMOSトランジスタ)
142、142A:ビット線選択トランジスタ(NMOSトランジスタ)
143、153、213、223、233:インバータ
144、R0k〜R7k、R0s〜R7s:抵抗変化素子
145、Q0k〜Q7k、Q0s〜Q7s:セルトランジスタ
146:ソース線
151、211、221、231:PMOSトランジスタ
152、212、222、232:NMOSトランジスタ
154:セット基準抵抗(可変抵抗)
155、157:演算増幅器
156:レプリカトランジスタ
158:電源出力部
164:リセット基準抵抗(可変抵抗)
174:リード基準抵抗(可変抵抗)
187:カラムスイッチドライバ(ビット線選択トランジスタドライバ)
189:列電源発生回路
201、202:端子
203、204、205、206、207、208:固定抵抗素子
210、220、230:スイッチ
C0k〜C7k、C0s〜C7s:メモリセル
GBL:グローバルビット線(共通ビット線)
LBL0〜LBL7:ローカルビット線
WLk、WLs:ワード線
Y0a〜Y7a、Y0b〜Y7b:ビット線選択スイッチ
102:制御信号入力回路
103:入出力制御回路
104:コマンドレジスタ
105:制御ロジック回路
106:RY/BY信号出力回路
107:ステータスレジスタ
108:アドレスレジスタ
109:行アドレスバッファ
110:列アドレスバッファ
111:データバッファ
112:行電源発生回路
113:アレイ制御回路
114:行デコーダ
115:列デコーダ
116:データレジスタ
117:センスアンプ・ライトバッファ
118:メモリセルアレイ
121、121k、121s:ワード線ドライバ
123:寄生容量
131、181:セット書き込み用電源部
132、182:リセット書き込み用電源部
133、183:リード用電源部
134〜136、184〜186:電源選択スイッチ
141:ビット線選択トランジスタ(PMOSトランジスタ)
142、142A:ビット線選択トランジスタ(NMOSトランジスタ)
143、153、213、223、233:インバータ
144、R0k〜R7k、R0s〜R7s:抵抗変化素子
145、Q0k〜Q7k、Q0s〜Q7s:セルトランジスタ
146:ソース線
151、211、221、231:PMOSトランジスタ
152、212、222、232:NMOSトランジスタ
154:セット基準抵抗(可変抵抗)
155、157:演算増幅器
156:レプリカトランジスタ
158:電源出力部
164:リセット基準抵抗(可変抵抗)
174:リード基準抵抗(可変抵抗)
187:カラムスイッチドライバ(ビット線選択トランジスタドライバ)
189:列電源発生回路
201、202:端子
203、204、205、206、207、208:固定抵抗素子
210、220、230:スイッチ
C0k〜C7k、C0s〜C7s:メモリセル
GBL:グローバルビット線(共通ビット線)
LBL0〜LBL7:ローカルビット線
WLk、WLs:ワード線
Y0a〜Y7a、Y0b〜Y7b:ビット線選択スイッチ
Claims (15)
- 第1及び第2の配線と、
自身に流れる電流に対応して第1の抵抗値又は第2の抵抗値をとる抵抗変化素子と、
前記抵抗変化素子を挟んで、前記第1及び第2の配線間に直列に接続された第1及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタの制御電極が受ける信号の活性化電位を制御する電源制御回路と、を備え、
前記電源制御回路は、前記抵抗変化素子を前記第1の抵抗値に変化させるときに前記制御電極を第1の電位に制御し、前記第2の抵抗値に変化させるときに前記制御電極を前記第1の電位とは異なる第2の電位に制御することを特徴とする半導体装置。 - 前記電源制御回路は、前記第1のトランジスタを非導通に制御するときに前記制御電極を前記第1及び第2の電位とは異なる第3の電位に制御することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記電源制御回路は、前記抵抗変化素子の抵抗値を読み出すときに前記制御電極を前記第1乃至第3の電位のいずれとも異なる第4の電位に制御することを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
- 前記電源制御回路が、
前記第1のトランジスタのレプリカトランジスタと、
一端が前記レプリカトランジスタに接続された基準抵抗と、
基準電圧を入力し、前記基準抵抗に電流を流したときに、前記基準抵抗の一端の電圧が前記基準電圧に対応する電圧になるように前記レプリカトランジスタの制御電極を制御する第1電圧制御回路と、
前記第1のトランジスタの制御電極に与える電源を出力する電源出力部と、
前記電源出力部の出力電圧が前記レプリカトランジスタの制御電極に引加する電圧に対応する電圧となるように前記電源出力部を制御する第2電圧制御回路と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の半導体装置。 - 前記電源制御回路が、前記第1の電位を制御する第1電源部と、前記第2の電位を制御する第2電源部と、を備え、
前記第1及び第2電源部が、それぞれ、前記レプリカトランジスタと、前記基準抵抗と、第1電圧制御回路と、前記電源出力部と、前記第2電圧制御回路と、を備え、
前記第1電源部に入力する前記基準電圧と、前記第2電源部に入力する前記基準電圧とが異なる基準電圧であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 - 前記電源制御回路が、前記第1の電位を制御する第1電源部と、前記第2の電位を制御する第2電源部と、前記抵抗変化素子の抵抗値を読み出すときに前記制御電極に供給する第4の電位を制御する第3電源部と、を備え、
前記第1乃至第3電源部が、それぞれ、前記レプリカトランジスタと、前記基準抵抗と、第1電圧制御回路と、前記電源出力部と、前記第2電圧制御回路と、を備え、
前記第1乃至第3電源部に入力する前記基準電圧がそれぞれ互いに異なる基準電圧であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 - 前記基準抵抗が可変抵抗であることを特徴とする請求項4乃至6いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記可変抵抗が、複数の固定抵抗と、前記可変抵抗の一端と他端との間に接続される前記複数の固定抵抗の接続を切り替える複数のスイッチとを含み、各スイッチがトランジスタを含み、導通したときのスイッチのオン抵抗が、前記一端と前記他端との間に接続される固定抵抗の抵抗値に比例するようにトランジスタサイズが設定されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
- 前記可変抵抗が、一端から直列に接続された複数の固定抵抗素子と、それぞれ対応する前記いずれかの固定抵抗素子と他端との間に互いに並列に接続された複数のスイッチと、を備え、前記複数並列に接続されたスイッチを選択的に導通させることにより、前記一端と前記他端との間に接続される前記複数の固定抵抗素子を切り替えて抵抗値を可変にする可変抵抗であって、
前記並列に接続された複数のスイッチが、それぞれトランジスタを含み、導通したときに前記一端と前記他端との間に接続される前記固定抵抗素子の抵抗値に比例するようなオン抵抗となるようにそれぞれトランジスタサイズが設定されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。 - 前記可変抵抗が、
前記一端から直列に接続された複数の固定抵抗素子に対して、前記一端と前記他端との間でそれぞれの抵抗値が対称になるように他端から直列に接続された複数の固定抵抗素子をさらに含み、
前記複数のスイッチが、前記一端から直列に接続された複数の固定抵抗素子と、前記他端から直列に接続された複数の固定抵抗素子と、の間に並列に接続されていることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。 - 前記複数のスイッチが、それぞれ、第1導電型トランジスタと、前記第1導電型トランジスタと並列に接続された前記第1導電型とは逆導電型のトランジスタと、を含むことを特徴とする請求項8乃至10いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記抵抗変化素子及び前記第1のトランジスタがそれぞれ複数であり、前記複数の第1のトランジスタは一つの前記第2のトランジスタとの間にそれぞれ前記複数の抵抗変化素子のうち対応する抵抗変化素子を挟んで、並列に接続されていることを特徴とする請求項1乃至11いずれか1項記載の半導体装置。
- 前記抵抗変化素子及び前記第2のトランジスタがそれぞれ複数であり、前記複数の第2のトランジスタは一つの前記第1のトランジスタとの間にそれぞれ前記複数の抵抗変化素子のうち対応する抵抗変化素子を挟んで、並列に接続されていることを特徴とする請求項1乃至11いずれか1項記載の半導体装置。
- ソース線と、
共通ビット線と、
第1の方向に配線された複数のビット線と、
前記第1の方向と交差する第2の方向に配線された複数のワード線と、
一端が前記複数のビット線のうち対応するビット線に接続された前記抵抗変化素子と、当該抵抗変化素子の他端と前記ソース線との間に接続され、制御電極が前記複数のワード線のうち対応するワード線に接続されたセルトランジスタと、を含み、それぞれ複数のビット線と複数のワード線との交点に対応してマトリクス状に設けられた複数のメモリセルと、
前記複数のビット線にそれぞれ対応して設けられ、前記共通ビット線と前記複数ビット線のうち対応するビット線との間に接続された複数のビット線選択トランジスタと、
を備え、
前記第1及び第2の配線のうち、一方が前記共通ビット線、他方が前記ソース線であり、
前記第1及び第2のトランジスタのうち、一方が前記セルトランジスタ、他方が前記ビット線選択トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至13いずれか1項記載の半導体装置。 - 出力が前記第1のトランジスタの制御電極に接続されたドライバ回路を備え、前記電源制御回路が、前記ドライバ回路を介して第1のトランジスタの制御電極の電位を制御することを特徴とする請求項1乃至14いずれか1項記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012055195A JP2013191249A (ja) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | 半導体装置 |
US13/440,633 US8787068B2 (en) | 2011-04-07 | 2012-04-05 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012055195A JP2013191249A (ja) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013191249A true JP2013191249A (ja) | 2013-09-26 |
Family
ID=49391336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012055195A Pending JP2013191249A (ja) | 2011-04-07 | 2012-03-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013191249A (ja) |
-
2012
- 2012-03-13 JP JP2012055195A patent/JP2013191249A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10699786B2 (en) | Resistance change memory cell circuits and methods | |
US8194434B2 (en) | Resistance change memory device | |
US8787068B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5095728B2 (ja) | 抵抗変化型記憶装置 | |
TWI480873B (zh) | 非揮發性半導體記憶體裝置 | |
US7668001B2 (en) | Semiconductor memory device | |
TWI492231B (zh) | 可變電阻記憶體裝置及其驅動方法 | |
US20210335420A1 (en) | Cross-point memory compensation | |
TWI445004B (zh) | Semiconductor memory device | |
JP5287197B2 (ja) | 半導体装置 | |
CN109671452B (zh) | 用于访问阻变元件阵列中的阻变元件的装置和方法 | |
US8498164B1 (en) | Variable impedance memory device biasing circuits and methods | |
US8854873B1 (en) | Memory devices, architectures and methods for memory elements having dynamic change in property | |
US11328784B2 (en) | Memory with cells having multiple select transistors | |
US20130242638A1 (en) | Resistance-change type non-volatile semiconductor memory | |
US20130242671A1 (en) | Voltage regulator for biasing a nand memory device | |
US9472272B2 (en) | Resistive switching memory with cell access by analog signal controlled transmission gate | |
JP5988061B2 (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 | |
CN115862713A (zh) | 存储器器件和降低存储器器件的操作电压的方法 | |
JP2009252283A (ja) | 半導体記憶装置 | |
JP2012221525A (ja) | 半導体装置 | |
JP5774154B1 (ja) | 抵抗変化型メモリ | |
JP2013191249A (ja) | 半導体装置 | |
CN105304129A (zh) | 电阻可变型存储器及其写入方法 | |
CN115410622A (zh) | 具有翻转电压跟随器的存储器读取电路系统 |