JP2015082336A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】実施形態は、より確実なセット/リセット動作を実現する不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。【解決手段】実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、データ書き込み部とを備え、前記複数のメモリセルのうち、データ書き込みの対象であるメモリセルを第1選択メモリセル、当該第1選択メモリセルの次に前記データ書き込みの対象となるメモリセルを第2選択メモリセル、その他のメモリセルを非選択メモリセルとした場合、前記データ書き込み部は、前記第1選択メモリセルに対する書き込み動作の際、前記第2選択メモリセルに対してメモリ素子の物理状態が遷移しない範囲内の電気エネルギを持つ第1非選択電気パルスを供給し、前記非選択メモリセルに対して前記第1非選択電気パルスよりも電気エネルギが小さい第2非選択電気パルスを供給することを特徴とする。【選択図】図10
Description
実施形態は、不揮発性半導体記憶装置に関する。
近年、不揮発性半導体記憶装置として、電気的に書き換え可能な可変抵抗素子であるReRAM、PRAM、PCRAM等がフラッシュメモリの後継メモリとして注目されている。
例えば、ReRAMのメモリセルは、ビット線及びワード線の交差部に可変抵抗素子と選択素子である整流素子とを形成する単純な構造である。
例えば、ReRAMのメモリセルは、ビット線及びワード線の交差部に可変抵抗素子と選択素子である整流素子とを形成する単純な構造である。
ここで、メモリセルの整流素子としてSiなどの半導体を用いる場合、整流素子の順方向や逆方向に強い電流を長い時間流すと、電子やホールが一定時間蓄積し、整流素子の整流特性が弱くなる可能性がある。
実施形態は、より確実なセット/リセット動作を実現する不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数の第1配線、前記複数の第1配線と交差する複数の第2配線、並びに、前記複数の第1配線及び前記複数の第2配線の各交差部に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記複数のメモリセルに対して書き込み動作を実行するデータ書き込み部とを備え、前記メモリセルは、直列接続されたメモリ素子及び選択素子を有し、前記複数のメモリセルのうち、前記データ書き込みの対象であるメモリセルを第1選択メモリセル、当該第1選択メモリセルの次に前記データ書き込みの対象となるメモリセルを第2選択メモリセル、その他のメモリセルを非選択メモリセルとした場合、前記データ書き込み部は、前記第1選択メモリセルに対する書き込み動作の際、前記第2選択メモリセルに対して前記メモリ素子の物理状態が遷移しない範囲内の電気エネルギを持つ第1非選択電気パルスを供給し、前記非選択メモリセルに対して前記第1非選択電気パルスよりも電気エネルギが小さい第2非選択電気パルスを供給することを特徴とする。
以下、図面を参照しながら実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。
[全体システム]
図1は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のブロック図である。
この不揮発性半導体記憶装置は、複数のビット線BL(第1の配線)と、このビット線BLと交差する複数のワード線WL(第2の配線)と、これらビット線BL及びワード線WLの各交差部に設けられた複数のメモリセルMCとを有するメモリセルアレイ1を備える。
図1は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のブロック図である。
この不揮発性半導体記憶装置は、複数のビット線BL(第1の配線)と、このビット線BLと交差する複数のワード線WL(第2の配線)と、これらビット線BL及びワード線WLの各交差部に設けられた複数のメモリセルMCとを有するメモリセルアレイ1を備える。
メモリセルアレイ1のビット線BL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のビット線BLを制御し、メモリセルMCに対する書き込み動作及び読み出し動作を行うカラム制御回路2が設けられている。
また、メモリセルアレイ1のワード線WL方向に隣接する位置には、メモリセルアレイ1のワード線WLを選択し、メモリセルMCに対する書き込み動作及び読み出し動作に必要な電圧を印加するロウ制御回路3が設けられている。
データ入出力バッファ4は、図示しない外部のホストにI/O線を介して接続され、書き込みデータの受け取り、読み出しデータの出力、アドレスデータやコマンドデータの受け取りを行う。データ入出力バッファ4は、受け取った書き込みデータをカラム制御回路2に送り、カラム制御回路2から読み出したデータを受け取って外部に出力する。外部からデータ入出力バッファ4に供給されたアドレスは、アドレスレジスタ5を介してカラム制御回路2及びロウ制御回路3に送られる。また、ホストからデータ入出力バッファ4に供給されたコマンドは、コマンド・インタフェース6に送られる。
コマンド・インタフェース6は、ホストからの外部制御信号を受け、データ入出力バッファ4に入力されたデータが書き込みデータかコマンドかアドレスかを判断し、コマンドであれば受け取りコマンド信号としてステートマシン7に転送する。
ステートマシン7は、この不揮発性半導体記憶装置全体の管理を行うもので、ホストからのコマンドを受け付け、書き込み動作、読み出し動作、データの入出力管理等を行う。
また、ホストからデータ入出力バッファ4に入力されたデータはエンコード・デコード回路8に転送され、その出力信号がパルスジェネレータ9に入力される。この入力信号によってパルスジェネレータ9は所定の電圧、所定のタイミングの書き込みパルスを出力する。パルスジェネレータ9で生成出力されたパルスが、カラム制御回路2及びロウ制御回路3で選択された任意の配線へ転送される。
なお、カラム制御回路2、ロウ制御回路3、データ入出力バッファ4、アドレスレジスタ5、コマンド・インタフェース6、ステートマシン7、エンコード・デコード回路8、及びパルスジェネレータ9は、データ書き込み部に含まれる
[メモリセル]
次に、実施形態に係るメモリセルMCについて説明する。
メモリセルMCは、ワード線WL及びビット線BLの交差部に直列接続されたメモリ素子と選択素子の一例である整流素子からなる。
メモリ素子には、可変抵抗素子又は相変化素子を用いることができる。可変抵抗素子とは、電圧、電流、熱などによって抵抗値が変化する材料からなる素子のことである。相変化素子とは、相変化によって抵抗値や容量などの物性が変化する材料からなる素子のことである。
次に、実施形態に係るメモリセルMCについて説明する。
メモリセルMCは、ワード線WL及びビット線BLの交差部に直列接続されたメモリ素子と選択素子の一例である整流素子からなる。
メモリ素子には、可変抵抗素子又は相変化素子を用いることができる。可変抵抗素子とは、電圧、電流、熱などによって抵抗値が変化する材料からなる素子のことである。相変化素子とは、相変化によって抵抗値や容量などの物性が変化する材料からなる素子のことである。
ここで、相変化(相転移)とは以下に列挙する態様を含むものである。
(1)金属−半導体転移、金属−絶縁体転移、金属−金属転移、絶縁体−絶縁体転移、絶縁体−半導体転移、絶縁体−金属転移、半導体−半導体転移、半導体−金属転移、又は半導体−絶縁体転移
(2)金属−超伝導体転移などの量子状態の相変化
(3)常磁性体−強磁性体転移、反強磁性体−強磁性体転移、強磁性体−強磁性体転移、フェリ磁性体−強磁性体転移、又はこれらの転移の組み合わせからなる転移
(4)常誘電体−強誘電体転移、常誘電体−焦電体転移、常誘電体−圧電体転移、強誘電体−強誘電体転移、反強誘電体−強誘電体転移、又はこれらの転移の組み合わせからなる転移
(5)上記(1)〜(4)の転移の組み合わせからなる転移であり、例えば、金属、絶縁体、半導体、強誘電体、常誘電体、焦電体、圧電体、強磁性体、フェリ磁性体、螺旋磁性体、常磁性体、又は反強磁性体から、強誘電強磁性体への転移、又はその逆の転移
(1)金属−半導体転移、金属−絶縁体転移、金属−金属転移、絶縁体−絶縁体転移、絶縁体−半導体転移、絶縁体−金属転移、半導体−半導体転移、半導体−金属転移、又は半導体−絶縁体転移
(2)金属−超伝導体転移などの量子状態の相変化
(3)常磁性体−強磁性体転移、反強磁性体−強磁性体転移、強磁性体−強磁性体転移、フェリ磁性体−強磁性体転移、又はこれらの転移の組み合わせからなる転移
(4)常誘電体−強誘電体転移、常誘電体−焦電体転移、常誘電体−圧電体転移、強誘電体−強誘電体転移、反強誘電体−強誘電体転移、又はこれらの転移の組み合わせからなる転移
(5)上記(1)〜(4)の転移の組み合わせからなる転移であり、例えば、金属、絶縁体、半導体、強誘電体、常誘電体、焦電体、圧電体、強磁性体、フェリ磁性体、螺旋磁性体、常磁性体、又は反強磁性体から、強誘電強磁性体への転移、又はその逆の転移
この定義によれば、相変化素子は可変抵抗素子に含まれる事になるが、本実施形態の可変抵抗素子は、主として、金属酸化物、金属化合物、有機物薄膜、カーボン、カーボンナノチューブ等からなる素子を意味するものとする。
また、実施形態では、可変抵抗素子をメモリ素子とするReRAMや、相変化素子をメモリ素子とするPCRAMなどを抵抗変化メモリの対象とする。
また、実施形態では、可変抵抗素子をメモリ素子とするReRAMや、相変化素子をメモリ素子とするPCRAMなどを抵抗変化メモリの対象とする。
図2は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構造を示す斜視図であり、メモリセルMCの整流素子としてPINダイオードを用いた場合を示している。
図2に示すように、メモリセルMCは、下層のワード線WL(或いはビット線BL)と上層のビット線BL(或いはワード線WL)の交差部に設けられている。メモリセルMCは、下層から上層に掛けて下部電極、n型半導体(N+Si)−真性半導体(Non dope Si)−p型半導体(P+Si)からなるPINダイオード、及び電極−メモリ素子−電極からなるメモリ素子部が積層された柱状に形成されている。なお、PINダイオードの膜厚は、50n〜150nmの範囲内で設定されている。
図3は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構造を示す斜視図であり、メモリセルMCの整流素子としてPNP素子を用いた場合を示している。
図3に示すように、メモリセルMCは、下層のワード線WL(或いはビット線BL)と上層のビット線BL(或いはワード線WL)の交差部に設けられている。下層から上層に掛けて、下部電極、p型半導体(P+Si)−n型半導体(N+Si)−p型半導体(P+Si)からなるPNP素子、及びメモリ素子部が積層されて形成されている。このPNP素子の膜厚についても、50n〜150nmの範囲内で設定されている。また、メモリセルMCの整流素子として、PNP素子に替えて、n型半導体(N+Si)−p型半導体(P+Si)−n型半導体(N+Si)からなるNPN素子を使用することもできる。
図2及び3から分かるように、これらのメモリセルMCは、クロスポイント型で形成できることから、三次元集積化により大きなメモリ容量を実現できる。また、可変抵抗素子の特性から、DRAM並みの高速動作を実現できる。
以下では、主にメモリ素子をReRAM等の可変抵抗素子として説明する。
メモリセルアレイ1を三次元構造化させた場合、各層毎にメモリセルMCの可変抵抗素子及び整流素子の位置関係、整流素子の向きの組み合わせは様々に選択することができる。
メモリセルアレイ1を三次元構造化させた場合、各層毎にメモリセルMCの可変抵抗素子及び整流素子の位置関係、整流素子の向きの組み合わせは様々に選択することができる。
図4は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの可変抵抗素子と整流素子の配置の組み合わせを説明する図である。
図4は、図4中aに示すように、メモリセルアレイ1の下層のメモリセル層に属するメモリセルMC0とメモリセルアレイ1の上層のメモリセルレイヤに属するメモリセルMC1とで、ワード線WL0を共有化させた場合のメモリセルMC0、MC1の組み合わせのパターンを説明する図である。なお、図4では、便宜的に整流素子をダイオードの記号によって表わしているが、整流素子としては、ダイオードに限られるものではない。
図4は、図4中aに示すように、メモリセルアレイ1の下層のメモリセル層に属するメモリセルMC0とメモリセルアレイ1の上層のメモリセルレイヤに属するメモリセルMC1とで、ワード線WL0を共有化させた場合のメモリセルMC0、MC1の組み合わせのパターンを説明する図である。なお、図4では、便宜的に整流素子をダイオードの記号によって表わしているが、整流素子としては、ダイオードに限られるものではない。
図4中b〜qに示すように、メモリセルMC0とメモリセルMC1の組み合わせとして、可変抵抗素子VRと整流素子Rfとの配置関係を逆転させたり、整流素子Rfの向きを逆転させたり等の16通りのパターンが考えられる。これらパターンの選択については、動作特性、動作方式、製造工程などを勘案して選択することができる。
[書き込み動作]
次に、メモリセルMCに対する書き込み動作について説明する。
ここで書き込み動作とは、メモリセルMCの可変抵抗素子VRをセット動作或いはリセット動作させる動作である。また、セット動作とは、高抵抗状態の可変抵抗素子VRが低抵抗状態に遷移する動作であり、リセット動作とは、低抵抗状態の可変抵抗素子VRが高抵抗状態に遷移する動作である。なお、以下の説明で出てくる電流値、電圧値等に関しては一例であって、可変抵抗素子VRや整流素子Rfの材料、サイズ等によって異なるものである。
次に、メモリセルMCに対する書き込み動作について説明する。
ここで書き込み動作とは、メモリセルMCの可変抵抗素子VRをセット動作或いはリセット動作させる動作である。また、セット動作とは、高抵抗状態の可変抵抗素子VRが低抵抗状態に遷移する動作であり、リセット動作とは、低抵抗状態の可変抵抗素子VRが高抵抗状態に遷移する動作である。なお、以下の説明で出てくる電流値、電圧値等に関しては一例であって、可変抵抗素子VRや整流素子Rfの材料、サイズ等によって異なるものである。
図5は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の選択メモリセル及び非選択メモリセルに流れる電流の様子を説明する図である。
図5の場合、下層のメモリセルMC0は、ビット線BL0及びワード線WL0の交差部に設けられている。上層のメモリセルMC1は、ワード線WL0及びビット線BL1の交差部に設けられている。ワード線WL0は、メモリセルMC0及びMC1で共有されている。
図5の場合、下層のメモリセルMC0は、ビット線BL0及びワード線WL0の交差部に設けられている。上層のメモリセルMC1は、ワード線WL0及びビット線BL1の交差部に設けられている。ワード線WL0は、メモリセルMC0及びMC1で共有されている。
また、メモリセルMC0及びMC1の配置の組み合わせは、図4中bのパターンとなっている。つまり、メモリセルMC0は、ビット線BL0からワード線WL0にかけて、整流素子Rf、可変抵抗素子VRの順に積層されている。整流素子Rfは、ワード線WL0からビット線BL0への方向を順方向とする向きに配置されている。一方、メモリセルMC1は、ワード線WL0からビット線BL1にかけて、整流素子Rf、可変抵抗素子VRの順に積層されている。整流素子Rfは、ビット線BL1からワード線WL0への方向を順方向とする向きに配置されている。
次に、下層のメモリセルレイヤのビット線BL0<1>とワード線WL0<1>の交差部に設けられたメモリセルMC0<1,1>を選択メモリセルとした場合の書き込み動作について考える。
メモリセルMCに対する書き込み動作については、セット動作及びリセット動作を同一極性のバイアス印加によって実現するユニポーラ動作と、セット動作及びリセット動作を異なる極性のバイアス印加によって実現するバイポーラ動作の2つの方法がある。
始めに、ユニポーラ動作について説明する。
セット動作では、例えば、電流密度にして1×105〜1×107A/cm2の電流、又は、1〜2Vの電圧を可変抵抗素子VRに印加する。したがって、メモリセルMCにセット動作させる場合、このような所定の電流或いは電圧が印加されるように整流素子Rfに順方向電流を流すようにする。
セット動作では、例えば、電流密度にして1×105〜1×107A/cm2の電流、又は、1〜2Vの電圧を可変抵抗素子VRに印加する。したがって、メモリセルMCにセット動作させる場合、このような所定の電流或いは電圧が印加されるように整流素子Rfに順方向電流を流すようにする。
リセット動作には、例えば、電流密度にして1×103〜1×106A/cm2の電流、又は、1〜3Vの電圧を可変抵抗素子VRに印加する。したがって、メモリセルMCにリセット動作させる場合、このような所定の電流或いは電圧が印加されるように整流素子Rfに順方向電流を流すようにする。
図5の場合、メモリセルMC0<1,1>に接続されたワード線WL0<1>に3V、ビット線BL0<1>に0Vを印加することで、メモリセルMC0<1,1>のリセット動作を実現することができる。
ところが、メモリセルMCは、図5に示すように、通常、1つのワード線WL或いはビット線BLに複数のメモリセルMCが接続されている。この場合、選択メモリセルMCに所定の電流或いは電圧を印加する必要があると同時に、その他の非選択メモリセルMCがセット/リセット動作しないようにする必要がある。
図5の場合、ビット線BL0<0>及び<2>にもビット線BL0<1>と同様に0Vを印加した場合、非選択メモリセルMC0<1,0>及び<1,2>にも順方向電流I0が流れてしまい、リセット動作してしまう。また、ビット線BL1<0>〜<2>に0Vを印加した場合、非選択メモリセルMC1<1,0>〜<1,2>には逆バイアスが印加されるため、オフ電流I1が流れないように抑制する必要がある。
そこで、ユニポーラ動作させる場合、例えば、メモリセルアレイ1を図6に示すようなバイアス状態にすれば良い。
図6は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置をユニポーラ動作時のバイアス状態の一例を説明する図である。ここからは、ワード線WL<i>(iは、正の整数)及びビット線BL<j>(jは、正の整数)に接続されたメモリセルをMC<i,j>と表現する。
図6は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置をユニポーラ動作時のバイアス状態の一例を説明する図である。ここからは、ワード線WL<i>(iは、正の整数)及びビット線BL<j>(jは、正の整数)に接続されたメモリセルをMC<i,j>と表現する。
図6に示すように、選択ワード線WL0<1>に所定の電圧V(例えば、3V)、その他のワード線WL0<0>及び<2>に0Vを印加する。また、選択ビット線BL0<1>に0V、その他のビット線BL0<0>及び<2>に電圧Vを印加する。
その結果、選択メモリセルMC0<1,1>には電位差Vが掛かる。非選択ワード線WL0<0>及び<2>並びに非選択ビット線BL0<0>及び<2>間に接続された非選択メモリセルMC0<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差−Vが掛かる。その他のメモリセルMC0、つまり、選択ワード線WL0<1>及び選択ビット線BL0<1>のいずれか一方にのみ接続されている非選択メモリセルMC0<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>(以下、「半選択メモリセル」と呼ぶ)には、電位差0Vが掛かる。
この場合、逆バイアスに対しては−Vまで電流がほとんど流れず、順バイアスに対しては急峻に電流が流れる電圧−電流特性を持ったダイオードのような素子を用いれば良い。このような素子をメモリセルMCに用いることで、選択メモリセルMC0<1,1>にのみ書き込みセット/リセット動作させることができる。
続いて、バイポーラ動作について説明する。
バイポーラ動作の場合、基本的に(1)ユニポーラ動作の場合と異なりメモリセルMCの双方向に電流を流す点、(2)動作速度、動作電流、動作電圧がユニポーラ動作の値から変化する点、(3)半選択メモリセルMCにもバイアスが印加される点を考慮しなければいけない。
バイポーラ動作の場合、基本的に(1)ユニポーラ動作の場合と異なりメモリセルMCの双方向に電流を流す点、(2)動作速度、動作電流、動作電圧がユニポーラ動作の値から変化する点、(3)半選択メモリセルMCにもバイアスが印加される点を考慮しなければいけない。
図7は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置をバイポーラ動作時のバイアス状態の一例を説明する図であり、上記(3)を説明する図である。
図7の場合、選択ワード線WL0<1>に所定の電圧V(例えば、3V)、その他のワード線WL0<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。また、選択ビット線BL0<1>に0V、その他のビット線BL0<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。
図7の場合、選択ワード線WL0<1>に所定の電圧V(例えば、3V)、その他のワード線WL0<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。また、選択ビット線BL0<1>に0V、その他のビット線BL0<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。
この場合、図7に示すように、半選択メモリセルMC0<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>に電圧V/2が掛かる。したがって、バイポーラ動作には、電圧V/2以下において電流が殆ど流れない整流素子を用いれば良い。
以上を踏まえ、可変抵抗素子及び整流素子からなるメモリセルMCを用いた不揮発性半導体記憶装置には、バイアス印加時において、オン電流については十分に流れる一方、オフ電流については十分に抑制できる、整流素子を用いることが好ましい。
そこで、実施形態では、整流素子内においてインパクトイオン化現象を生じやすくさせることで、書き込み動作時のオン電流を増大させる。
ここで、インパクトイオン化現象を利用した場合の効果について説明する。
図8は、インパクトイオン化現象の効果を説明する参考図の一例であり、パンチスルー(Punch Through)素子に関し、アノード電位を0Vから8Vまで変位させたときのアノード電流を示す図である。
ここで、インパクトイオン化現象を利用した場合の効果について説明する。
図8は、インパクトイオン化現象の効果を説明する参考図の一例であり、パンチスルー(Punch Through)素子に関し、アノード電位を0Vから8Vまで変位させたときのアノード電流を示す図である。
インパクトイオン化現象を利用しないパンチスルー素子の場合、アノード電位を0Vから8Vまで変位させると、アノード電流は約1×10−8A/μm2から約1×10−2A/μm2まで比較的緩やかに上昇することが分かる。
一方、インパクトイオン化現象を利用したパンチスルー素子の場合、アノード電位が0V〜3Vの範囲では、インパクトイオン化現象を利用しない場合と同程度のアノード電流しか流れないものの、アノード電位が3V付近に達すると、アノード電流は1×10−2A/μm2付近にまで急激に上昇し、アノード電位が8Vに達する頃には、アノード電流は1×100A/μm2付近まで流れていることが分かる。
つまり、パンチスルー素子の場合、インパクトイオン化現象を利用したことによって、オン電流とオフ電流の比(以下、「オン/オフ比」と呼ぶ)を向上させることができると共に、オン電流を増加させることができる。
次に、インパクトイオン化現象を利用した書き込み動作について説明する。以下では、説明を簡単にするために、単層のメモリセルレイヤからなるメモリセルアレイ1を用いるが、この実施形態は、複数のメモリセルレイヤからなるメモリセルアレイ1であっても適用できる点に留意されたい。
図9は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の一例を示す図である。
この例は、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
この例は、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図9上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に0V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<1>に電圧V、非選択ビット線BL<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差の絶対値がV以上の電圧−Vが掛かりセット/リセット動作する。また、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差−V/2(第1非選択電気パルス或いは第1非選択電位差)が掛かり、非選択メモリセルMC<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差0V(第2非選択電気パルス或いは第2非選択電位差)が掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)と同一ワード線WL<1>上にあるメモリセルMC<1,2>(第2選択メモリセル)を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図9下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<2>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧V/2を印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,2>にのみ電位差の絶対値がV以上の電圧V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
図10は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルに供給される電気パルスの一例を示す図である。図10は、メモリセルアレイ1を図9に示すバイアス状態にした際のメモリセルMC<1,2>に供給された電圧パルスを示している。図10では、他のメモリセルMC<1,1>に対する先の書き込み動作時に、次の書き込み動作の対象となるメモリセルMC<2,1>に供給される電圧パルスを‘電荷チャージ用パルス’、メモリセルMC<2,1>に対する書き込み動作時に、メモリセルMC<2,1>に供給される電圧パルスを‘動作用本パルス’と表示している。以下の図においても同様に表示している。
図10に示すように、メモリセルMC<1,2>には、メモリセルMC<1、1>に対する書き込み動作の際に電位差−V/2が掛かっているため、整流素子にはキャリアとなる電荷がチャージされた状態となる。その後、メモリセルMC<1,2>に対する書き込み動作が実行されることになる。つまり、メモリセルMC<1,2>に対する書き込み動作は、電荷チャージされた整流素子を持つメモリセルMC<1,2>に対して行われるため、より確実に実行することができる。
このように、実施形態では、他のメモリセルMCに対する先の書き込み動作の際に、次の書き込み動作の対象となるメモリセルMCの整流素子に対して電荷チャージする。そのため、実施形態によれば、整流素子に電荷チャージするための処理時間を新たに設ける必要がない。
以下、他のメモリセルMCに対する先の書き込み動作の際に、次の書き込み動作の対象となるメモリセルMCの整流素子に対して電荷チャージする書き込み動作の例をいくつか説明する。
図11は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の他の一例である。
この例も、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
この例も、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図11上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<1>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<2>に電圧V/2を印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差Vが掛かりセット/リセット動作する。また、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差V/2(第1非選択電気パルス)が掛かり、非選択メモリセルMC<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差0V(第2非選択電気パルス)が掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)と同一ワード線WL<1>上にあるメモリセルMC<1,2>(第2選択メモリセル)を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図11下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<2>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧V/2を印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,2>にのみ電位差V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
図12は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルに供給される電圧パルスの一例を示す図である。図12は、メモリセルアレイ1を図11に示すバイアス状態にした際のメモリセルMC<1,2>に供給された電圧パルスを示している。
図12に示すように、メモリセルMC<1,2>には、メモリセルMC<1、1>に対する書き込み動作の際に電位差V/2が掛かっているため、整流素子にはキャリアとなる電荷がチャージされた状態となる。その後、メモリセルMC<1,2>に対する書き込み動作が実行されることになる。図12に示すように、電荷チャージ用パルスは、可変抵抗素子がセット/リセット動作しない程度の電気エネルギを持っていれば良く、セット/リセット動作のための動作用本パルスと、極性が同じであって良い。
図13は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の他の一例である。
この例は、正の電圧によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに負の電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図13上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<1>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<2>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルMC<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差−V(第1非選択電気パルス)が掛かり、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差0V(第2非選択電気パルス)が掛かる。
この例は、正の電圧によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに負の電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図13上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<1>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<2>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルMC<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差−V(第1非選択電気パルス)が掛かり、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差0V(第2非選択電気パルス)が掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)に接続されたワード線WL<1>及びビット線BL<1>それぞれに隣接するワード線WL<2>及びビット線BL<2>間のメモリセルMC<2,2>(第2選択メモリセル)、つまりメモリセルMC<1,1>の斜め方向に配置されたメモリセルMC<2,2>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図13下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<2>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<2>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<2,2>にのみ電位差V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
図14は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルに供給される電気パルスの他の一例を示す図である。図14は、メモリセルアレイ1を図13に示すバイアス状態に置いた際のメモリセルMC<2,2>に供給される電気パルスを示している。
図14に示すように、メモリセルMC<2,2>には、メモリセルMC<1、1>に対する書き込み動作の際に負の電位差−Vが掛かっているため、整流素子にはキャリアとなる電荷がチャージされた状態となる。その後、メモリセルMC<2,2>に対する書き込み動作が実行されることになる。図12に示すように、電荷チャージ用パルスは、絶対値が大きい場合であっても可変抵抗素子がセット/リセット動作しない極性であれば良い。
また、図9及び11の場合、同一のワード線WLに接続されたメモリセルMCを順番に選択して書き込み動作を実行したが、図13の場合、斜め方向に配置されたメモリセルMCを順番に選択して書き込み動作を実行している。メモリセルMCの整流素子には、セット/リセット動作後においてキャリアが残存するため、整流素子の選択性が損なわれてしまう。しかし、本例のように、斜め方向にメモリセルMCを選択していけば、残存キャリアの影響によって先の選択メモリセルが誤セット/リセット動作してしまうことを回避することができる。なお、以下の説明において、斜め方向に配置されたメモリセルMCを順番に選択していく書き込み動作の方式を「斜め選択方式」と呼ぶことにする。
図15は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の他の一例である。
この例は、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
この例は、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに絶対値がVよりも低い中間電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図15上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に0V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<1>に電圧V、非選択ビット線BL<0>及び<2>に0Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ絶対値がV以上の電位差−Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルMC<0,0>、<0,2>、<2,0>、及び<2,2>には、電位差V/2(第1非選択電気パルス)が掛かり、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差0V(第2非選択電気パルス)が掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)の斜め方向に配置されたメモリセルMC<2,2>(第2選択メモリセル)を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図15下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<2>に0V、非選択ワード線WL<0>及び<1>に0V、選択ビット線BL<2>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<2,2>にのみ電位差V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
図15の例の場合、メモリセルMC<2,2>には、メモリセルMC<1、1>に対する書き込み動作の際に電圧V/2が掛かっているため、整流素子にはキャリアとなる電荷がチャージされた状態となる。その後、メモリセルMC<2,2>に対する書き込み動作が実行されることになる。本例の場合も、図13の例と同様、斜め選択方式の書き込み動作を実行するため、残存キャリアの影響によって先の選択メモリセルが誤セット/リセット動作することを回避できる。
図16は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の他の一例である。
この例は、正の電圧によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに負の電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図16上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<1>に0V、非選択ビット線BL<0>に0Vよりも大きく電圧Vよりも小さい電圧V1、非選択ビット線<2>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルMC<0,0>及び<2,2>には、電位差−V1(第1非選択電気パルス)、非選択メモリセルMC<2,0>及び<2,2>、並びに、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差0V、−V1、或いはV−V1(第2非選択電気パルス)のいずれかが掛かる。
この例は、正の電圧によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに負の電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図16上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<1>に0V、非選択ビット線BL<0>に0Vよりも大きく電圧Vよりも小さい電圧V1、非選択ビット線<2>に電圧Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルMC<0,0>及び<2,2>には、電位差−V1(第1非選択電気パルス)、非選択メモリセルMC<2,0>及び<2,2>、並びに、半選択メモリセルMC<0,1>、<1,0>、<1,2>、及び<2,1>には、電位差0V、−V1、或いはV−V1(第2非選択電気パルス)のいずれかが掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)の斜め方向に配置されたメモリセルMC<2,2>(第2選択メモリセル)を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図16下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<2>に電圧V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に0V、選択ビット線BL<2>に0V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧V1を印加する。これによって、選択メモリセルMC<2,2>にのみ電位差V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
この例では、ワード線WLに印加する電圧として0V及び電圧Vの他、電圧V1(0<V1<V)の3つの電圧を用いる。これによって、非選択メモリセルMCに掛かる負の電圧を大小2種類作ることができる。このことを利用して、次に選択されるメモリセルMC<2,2>に対して大きな負の電位差を掛けている。逆に言えば、大きな負の電位差が掛かったメモリセルMC<2,2>を次の選択メモリセルMCとして書き込み動作を実行している。こうすることで、本来整流素子のインパクトイオン化が必要な次に選択されるメモリセルMC<2,2>に対して整流素子に対する電荷チャージに必要な負の電位差−Vの電荷チャージ用パルスを掛けられると共に、整流素子のインパクトイオン化が不要なメモリセルMC<0,0>等には、より電気エネルギが小さい負の電位差−V1等しか掛からないようにできる。そのため、整流素子に対する余計な電荷チャージを低減することができ、より誤セット/リセット動作の発生を抑制できる。
図17は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルアレイのバイアス状態の他の一例である。
この例も、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに電圧Vよりも低い正の中間電圧を利用するものである。
この例も、電位差の絶対値がV以上によってセット/リセット動作する可変抵抗素子を用いた例であり、整流素子に対する電荷チャージに電圧Vよりも低い正の中間電圧を利用するものである。
始めに、メモリセルMC<1,1>を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図17上図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<1>に0V、非選択ワード線WL<0>に電圧V/3、非選択ワード線WL<2>に電圧V/2、選択ビット線BL<1>に電圧V、非選択ビット線BL<0>に電圧V/2、非選択ビット線<2>に0Vを印加する。これによって、選択メモリセルMC<1,1>にのみ電位差の絶対値がV以上の電位差−Vが掛かりセット/リセット動作する。また、非選択メモリセルのうち、非選択メモリセルMC<2,2>には、最も大きい正の電位差V/2(第1非選択電気パルス)が掛かり、非選択メモリセルMC<0,2>には、電位差V/3(第2非選択電気パルス)が掛かる。
続いて、先の選択メモリセルMC<1,1>(第1選択メモリセル)の斜め方向に配置されたメモリセルMC<2,2>(第2選択メモリセル)を選択メモリセルとして書き込み動作を行う。この場合、図17下図に示すように、データ書き込み部によって、選択ワード線WL<2>に0V、非選択ワード線WL<0>及び<2>に電圧V/3、選択ビット線BL<2>に電圧V、非選択ビット線BL<0>及び<1>に電圧V/2を印加する。これによって、選択メモリセルMC<2,2>にのみ絶対値がV以上の電位差−V(選択電気パルス)が掛かりセット/リセット動作する。
この例では、図16と同様に、ワード線WLに印加する電圧として0V及び電圧V/2の他、電圧V/3の3つの電圧を用いるのに加え、ビット線BLに印加する電圧として0V及び電圧Vの他、電圧V/2の3つの電圧を用いる。これによって、非選択メモリセルMCに掛かる正の電圧を大小2種類作ることができる。このことを利用して、次に選択されるメモリセルMC<2,2>に対して大きな正の電位差を掛けている。逆に言えば、大きな正の電位差が掛かったメモリセルMC<2,2>を次の選択メモリセルMCとして書き込み動作を実行している。こうすることで、図16の例とは異なり、本来整流素子のインパクトイオン化が必要な次に選択されるメモリセルMC<2,2>に対してのみ整流素子に対する電荷チャージに必要な十分な正の電位差V/2を掛けられると共に、その他のメモリセルMC<0,0>等には、負の電圧或いはより小さい正の電位差しか掛からないようにできる。そのため、図16の例よりも、整流素子に対する余計な電荷チャージをより低減できる。
[メモリセルに対するアドレス割り付け]
図18は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルの選択順の一例を説明する図である。
以上、インパクトイオン化現象を利用したいくつかの書き込み動作の例を示したが、その中でも、図13、及び15〜17の例の場合、図18に示すように、斜め方向に配置されたメモリセルMCを順次選択していく斜め選択方式によって書き込み動作を実行している。しかし、通常、メモリセルMCに対するアドレス割り付けは、ワード線WL或いはビット線BLに沿って行われる。このようなアドレス割り付けの場合、斜め選択方式で書き込み動作を実行するには、煩雑なアドレスのデコードが必要となる。
図18は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルの選択順の一例を説明する図である。
以上、インパクトイオン化現象を利用したいくつかの書き込み動作の例を示したが、その中でも、図13、及び15〜17の例の場合、図18に示すように、斜め方向に配置されたメモリセルMCを順次選択していく斜め選択方式によって書き込み動作を実行している。しかし、通常、メモリセルMCに対するアドレス割り付けは、ワード線WL或いはビット線BLに沿って行われる。このようなアドレス割り付けの場合、斜め選択方式で書き込み動作を実行するには、煩雑なアドレスのデコードが必要となる。
そこで、斜め選択方式の書き込み動作に適したメモリセルMCに対するアドレス割り付けの例を説明する。
図19は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。図19は、図18に示す斜め選択方式の書き込み動作に対応するメモリセルMCに対するアドレス割り付けを示している。また、図19は、n×n個(nは、2以上の整数)のメモリセルMCを有するセルアレイ1を前提としてものである。
図19は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。図19は、図18に示す斜め選択方式の書き込み動作に対応するメモリセルMCに対するアドレス割り付けを示している。また、図19は、n×n個(nは、2以上の整数)のメモリセルMCを有するセルアレイ1を前提としてものである。
図19に示す場合、メモリセルMCの物理アドレス<0,0>、<1,1>、・・・、<n−2,n−2>、<n−1,n−1>に対して、論理アドレス<0,0><0,1>、・・・、<0,n−2>、<0、n−1>が割り付けられている。また、メモリセルMCの物理アドレス<0,1>、<1,2>、・・・、<n−2,n−1>、<n−1,0>に対して、論理アドレス<1,0>、<1,1>、・・・、<1,n−2>、<1,n−1>が割り付けられている。以降、同様にアドレス割り付けが行われ、メモリセルMCの物理アドレス<n−1,n−2>に論理アドレス<n−1,n−1>が割り付けられている。
図19に示すように、メモリセルMCに対するアドレス割り付けを行うことで、アドレスの順番にメモリセルMCを選択して行くだけで、斜め選択方式の書き込み動作を実現することができる。
以上で説明した斜め選択方式は、ワード線WL<i>(i=0〜n−1)及びビット線BL<j>(j=0〜n〜1)を選択した後に、これらに隣接するワード線WL<i+1>及びビット線BL<j+1>を選択するものであった。しかし、残存キャリアによる誤セット/リセット動作の回避は、同じワード線WL又は同じビット線BLに接続されたメモリセルMCを連続して選択しないようにすれば足りる。
図20は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時の選択順を説明する図である。
つまり、ワード線WL<i>及びビット線BL<j>間のメモリセルMC<i、j>を選択した後、ワード線WL<i>又はビット線BL<j>に接続されているメモリセルMC以外のメモリセルMC、つまり、図20の斜線で示された範囲のメモリセルMCを選択しさえすれば、斜め選択方式の効果を得ることができる。
つまり、ワード線WL<i>及びビット線BL<j>間のメモリセルMC<i、j>を選択した後、ワード線WL<i>又はビット線BL<j>に接続されているメモリセルMC以外のメモリセルMC、つまり、図20の斜線で示された範囲のメモリセルMCを選択しさえすれば、斜め選択方式の効果を得ることができる。
図21は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時のメモリセルの選択順の一例を説明する図である。また、図22は、同不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対するアドレス割り付けの一例を示す図であり、図21に示す斜め選択方式の書き込み動作に対応するメモリセルMCに対するアドレス割り付けを示している。
図21に示すように、メモリセルMCの物理アドレス<0,0>、<1,2>、<2,1>、<3,4>、<4,3>、<5,6>、<6,5>、<7,7>、・・・のように、同一のワード線WL又は同一のビット線BLに接続されたメモリセルMCを連続して選択するのではなく、何らかの数列、規則に基づいてメモリセルMCを選択するものであれば良い。図21に示す例では、ワード線WLの物理アドレスが1つ増えることに、ビット線BLの物理アドレスが+2、−1、+3、−1、+2、−1、・・・のように、ビット線BLの物理アドレスが互い違いになりながらメモリセルMCを選択する例である。
最後に、電荷チャージ用パルスと動作用本パルスの変形例についていくつか列挙し、簡単に説明しておく。
以上では、電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスが共に矩形パルスである例で説明してきたが、これに限定されるものではない。
図23〜28は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み動作時のメモリセルに供給される電気パルスの例を示す図である。
図23は、動作用本パルスの前に、電荷チャージ用パルスが複数供給される場合であり、図24は、1回の電荷チャージ用パルスを供給した後、複数回の動作用本パルスを供給する場合である。これらのように、実施形態では、動作用本パルスの前に、整流素子に電荷を蓄積し、オン電流が流れ易い状態にさえすれば良いため、電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスの回数に制限はない。したがって、セット/リセット動作の処理速度や、発熱の影響を考慮した適切な電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスの回数を設定することができる。
以上では、電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスが共に矩形パルスである例で説明してきたが、これに限定されるものではない。
図23〜28は、実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の書き込み動作時のメモリセルに供給される電気パルスの例を示す図である。
図23は、動作用本パルスの前に、電荷チャージ用パルスが複数供給される場合であり、図24は、1回の電荷チャージ用パルスを供給した後、複数回の動作用本パルスを供給する場合である。これらのように、実施形態では、動作用本パルスの前に、整流素子に電荷を蓄積し、オン電流が流れ易い状態にさえすれば良いため、電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスの回数に制限はない。したがって、セット/リセット動作の処理速度や、発熱の影響を考慮した適切な電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスの回数を設定することができる。
また、電荷チャージ用パルス及び動作用本パルスの形状は、図25に示す三角形、図26に示す半楕円形、図27に示すのこぎり形、図28に示す台形であっても良い。
実際には、図10等に示すような矩形の電気パルスを供給しても、ワード線WLやビット線BLに生じる寄生容量などの影響によって波形がなまってしまう場合がある。このように意図しない場合も含め、電荷チャージ用パルス及び本動作パルスの形状は、任意に設定することができる。更に、電荷チャージ用パルスと本動作パルスの形状は異なっていても良い。また、電荷チャージ用パルスは、セット/リセット動作しない範囲内の電気エネルギを持つようにすれば良いため、電気パルスの高さ、幅、極性或いは、これらの組み合わせによって調整することもできる。
[まとめ]
以上、実施形態によれば、セット/リセット動作前に整流素子に電荷をチャージしインパクトイオン化させるため、整流素子のオン/オフ比を稼ぐことができ、より確実なセット/リセット動作を実現することができる。また、インパクトイオン化のための電荷チャージ用パルスを他のメモリセルに対する先の書き込み動作時に供給するため、電荷チャージのための処理時間を新たに設ける必要はない。また、書き込み動作を斜め選択方式にすることで、残存キャリアによる誤セット/リセット動作を回避することができる。
以上、実施形態によれば、セット/リセット動作前に整流素子に電荷をチャージしインパクトイオン化させるため、整流素子のオン/オフ比を稼ぐことができ、より確実なセット/リセット動作を実現することができる。また、インパクトイオン化のための電荷チャージ用パルスを他のメモリセルに対する先の書き込み動作時に供給するため、電荷チャージのための処理時間を新たに設ける必要はない。また、書き込み動作を斜め選択方式にすることで、残存キャリアによる誤セット/リセット動作を回避することができる。
[その他]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1・・・メモリセルアレイ、2・・・カラム制御回路、3・・・ロウ制御回路、4・・・データ入出力バッファ、5・・・アドレスレジスタ、6・・・コマンド・インタフェース、7・・・ステートマシン、8・・・エンコード・デコード回路、9・・・パルスジェネレータ。
Claims (16)
- 複数の第1配線、前記複数の第1配線と交差する複数の第2配線、並びに、前記複数の第1配線及び前記複数の第2配線の各交差部に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルに対して書き込み動作を実行するデータ書き込み部と
を備え、
前記メモリセルは、直列接続されたメモリ素子及び選択素子を有し、
前記複数のメモリセルのうち、前記データ書き込みの対象であるメモリセルを第1選択メモリセル、当該第1選択メモリセルの次に前記データ書き込みの対象となるメモリセルを第2選択メモリセル、その他のメモリセルを非選択メモリセルとした場合、
前記データ書き込み部は、前記第1選択メモリセルに対する書き込み動作の際、前記第2選択メモリセルに対して前記メモリ素子の物理状態が遷移しない範囲内の電気エネルギを持つ第1非選択電気パルスを供給し、前記非選択メモリセルに対して前記第1非選択電気パルスよりも電気エネルギが小さい第2非選択電気パルスを供給する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と異なる前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と隣接する前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線のいずれか一方に接続されている
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記選択素子は、p型半導体−真性半導体−n型半導体、p型半導体−n型半導体−p型半導体、又はn型半導体−p型半導体−n型半導体の構造を持つ整流素子である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 複数の第1配線、前記複数の第1配線と交差する複数の第2配線、並びに、前記複数の第1配線及び前記複数の第2配線の各交差部に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルに対して書き込み動作を実行するデータ書き込み部と
を備え、
前記メモリセルは、直列接続されたメモリ素子及び選択素子を有し、
前記複数のメモリセルのうち、前記データ書き込みの対象であるメモリセルを第1選択メモリセル、当該第1選択メモリセルの次に前記データ書き込みの対象となるメモリセルを第2選択メモリセル、その他のメモリセルを非選択メモリセルとした場合、
前記データ書き込み部は、前記第1選択メモリセルに対する書き込み動作の際、前記第2選択メモリセルに対して第1非選択電位差とし、前記非選択メモリセルに対して前記第1非選択電位差よりも小さい第2非選択電位差とし、
前記第1非選択電位差は、前記第2選択メモリセルに対するデータ書き込みの際に前記第2選択メモリセルに対して供給する選択電位差よりも小さい
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1非選択電位差は、前記選択電位差と同じ極性を持つ
こと特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と異なる前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と隣接する前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線のいずれか一方に接続されている
ことを特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記選択素子は、p型半導体−真性半導体−n型半導体、p型半導体−n型半導体−p型半導体、又はn型半導体−p型半導体−n型半導体の構造を持つ整流素子である
ことを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 複数の第1配線、前記複数の第1配線と交差する複数の第2配線、並びに、前記複数の第1配線及び前記複数の第2配線の各交差部に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルに対して書き込み動作を実行するデータ書き込み部と
を備え、
前記メモリセルは、直列接続されたメモリ素子及び選択素子を有し、
前記複数のメモリセルのうち、前記データ書き込みの対象であるメモリセルを第1選択メモリセル、当該第1選択メモリセルの次に前記データ書き込みの対象となるメモリセルを第2選択メモリセル、その他のメモリセルを非選択メモリセルとした場合、
前記データ書き込み部は、前記第1選択メモリセルに対する書き込み動作の際、前記第2選択メモリセルに対して第1非選択電位差とし、前記非選択メモリセルに対して前記第1非選択電位差よりも小さい第2非選択電位差とし、
前記第1非選択電気パルスは、前記第2選択メモリセルに対するデータ書き込みの際に前記第2選択メモリセルに対して供給する選択電位差と異なる極性を持つ
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と異なる前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線と隣接する前記第1及び第2配線に接続されている
ことを特徴とする請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2選択メモリセルは、前記第1選択メモリセルに接続された前記第1及び第2配線のいずれか一方に接続されている
ことを特徴とする請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記選択素子は、p型半導体−真性半導体−n型半導体、p型半導体−n型半導体−p型半導体、又はn型半導体−p型半導体−n型半導体の構造を持つ整流素子である
ことを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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US14/162,996 US20150109868A1 (en) | 2013-10-23 | 2014-01-24 | Nonvolatile semiconductor memory device |
US14/162,996 | 2014-01-24 |
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WO2018123287A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 記憶装置および制御方法 |
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JP2012064254A (ja) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
-
2014
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- 2014-05-08 JP JP2014096925A patent/JP2015082336A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018123287A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 記憶装置および制御方法 |
JPWO2018123287A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2019-10-31 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 記憶装置および制御方法 |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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US20150109868A1 (en) | 2015-04-23 |
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