JP2015230736A - Resistance change type nonvolatile storage and its writing method - Google Patents

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Yuichiro Ikeda
雄一郎 池田
一彦 島川
Kazuhiko Shimakawa
一彦 島川
魏 志強
Zhiqiang Wei
志強 魏
神澤 好彦
Yoshihiko Kanzawa
好彦 神澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistance change type nonvolatile storage configured to perform verification writing operation that combines improvement of precision of recording and retrieval of data with speed improvement in writing of data and its writing method.SOLUTION: A resistance change type nonvolatile storage performs verification writing operation configured to apply a voltage pulse to newly change a resistive state to a resistance change type element that fails to satisfy a criterion for checking that the resistive state has changed regardless of application of a voltage pulse for changing the resistive state. When the frequency of verification writing operation performed for a prescribed number of resistance change type elements to be a writing object exceeds a predetermined frequency, the storage waits for a prescribed time without applying an additional voltage pulse.

Description

本発明は、抵抗変化型不揮発性記憶装置およびその書き込み方法に関する。より詳しくは、本発明は、ベリファイ書き込み動作を行う抵抗変化型不揮発性記憶装置およびその書き込み方法に関する。   The present invention relates to a variable resistance nonvolatile memory device and a writing method thereof. More specifically, the present invention relates to a variable resistance nonvolatile memory device that performs a verify write operation and a write method thereof.

特許文献1は、NAND型フラッシュメモリに関する技術を開示する。この特許文献1に記載された不揮発性記憶装置は、消去時のしきい値が第1のしきい値分布に含まれ、データ書き込み時のしきい値が第2のしきい値分布に含まれる複数の不揮発性メモリセルをマトリクス状に配置してなるメモリセルアレイを有している。データの消去時は、消去すべき不揮発性メモリセルに消去電圧を印加して、消去時のしきい値を、第1のしきい値分布に含まれるように移動させる。データを消去すべき不揮発性メモリセルのしきい値が第1のしきい値分布内に移動したことを、消去ベリファイレベルを指標として消去ベリファイ動作で確認する。データの書き込み時は、書き込むべき不揮発性メモリセルに書き込み電圧を印加して、書き込み時のしきい値を、第2のしきい値分布に含まれるように移動させる。データを書き込むべき不揮発性メモリセルのしきい値が第2のしきい値分布内に移動したことを、書き込みベリファイレベルを指標として書き込みベリファイ動作で確認する。そして、消去動作の状況及び書き込み動作の状況の少なくとも一方に基づいて、消去ベリファイレベル及び書き込みベリファイレベルを適応的に変化させている。   Patent Document 1 discloses a technique related to a NAND flash memory. In the nonvolatile memory device described in Patent Document 1, the threshold value at the time of erasure is included in the first threshold value distribution, and the threshold value at the time of data writing is included in the second threshold value distribution. A memory cell array is formed by arranging a plurality of nonvolatile memory cells in a matrix. When erasing data, an erasing voltage is applied to the nonvolatile memory cell to be erased, and the threshold value at the time of erasing is moved so as to be included in the first threshold value distribution. It is confirmed by the erase verify operation using the erase verify level as an index that the threshold value of the nonvolatile memory cell from which data is to be erased has moved into the first threshold distribution. When writing data, a write voltage is applied to the nonvolatile memory cell to be written, and the threshold value at the time of writing is moved so as to be included in the second threshold distribution. The fact that the threshold value of the nonvolatile memory cell to which data is to be written has moved into the second threshold distribution is confirmed by the write verify operation using the write verify level as an index. The erase verify level and the write verify level are adaptively changed based on at least one of the status of the erase operation and the status of the write operation.

特許文献2および特許文献3は、抵抗変化層に酸化タンタル(TaO)を用いた抵抗変化型不揮発性記憶素子を開示する。   Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose variable resistance nonvolatile memory elements using tantalum oxide (TaO) as a variable resistance layer.

特開2012−27962号公報JP 2012-27962 A 国際公開第2008/149484号International Publication No. 2008/149484 国際公開第2009/050833号International Publication No. 2009/050833

本開示は、ベリファイ書き込み動作を行う抵抗変化型不揮発性記憶装置において、ベリファイ書き込み動作の繰り返し回数の増加を抑制するものである。   The present disclosure suppresses an increase in the number of repetitions of a verify write operation in a variable resistance nonvolatile memory device that performs a verify write operation.

上記目的を達成するために、本開示に係る書き込み方法の一態様(aspect)は、抵抗変化型素子を含むメモリセルを複数有するメモリセルアレイを備える抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、前記抵抗変化型素子は、書き込み動作において、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、前記第2抵抗状態から前記第1抵抗状態へと変化する特性を有し、抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子に対し抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加するベリファイ書き込み動作を行ない、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する。   In order to achieve the above object, one aspect of a writing method according to the present disclosure is a writing method of a variable resistance nonvolatile memory device including a memory cell array including a plurality of memory cells including a variable resistance element. In the write operation, when the first voltage pulse is applied, the resistance variable element changes from the first resistance state used for storing the first information to the first resistance state used for storing the second information. To change to a second resistance state having a low resistance value, and to change the resistance state from the second resistance state to the first resistance state when a second voltage pulse is applied. An additional voltage pulse for changing the resistance state is applied to the resistance variable element that does not satisfy the determination condition for confirming that the resistance state has changed despite the application of the voltage pulse. When the number of the verify write operations performed on the predetermined number of resistance variable elements to be written exceeds the predetermined number, the additional voltage pulse is not applied and the predetermined voltage pulse is not applied. Wait for time.

本開示は、上記書き込み方法を実行するパルス印加装置を備えた抵抗変化型不揮発性記憶装置としても実現されうる。   The present disclosure can also be realized as a variable resistance nonvolatile memory device including a pulse applying device that executes the above writing method.

本開示の抵抗変化型不揮発性記憶装置およびその書き込み方法によれば、ベリファイ書き込み動作の繰り返し回数の増加を抑制できる。   According to the variable resistance nonvolatile memory device and the writing method thereof of the present disclosure, an increase in the number of repetitions of the verify write operation can be suppressed.

図1は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の概略構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置が備えるメモリセルの概略構成の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a memory cell included in the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. 図4は、第2実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment. 図5は、第3実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the third embodiment. 図6は、第4実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fourth embodiment. 図7は、第5実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fifth embodiment. 図8は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a variable resistance nonvolatile memory device according to a study example. 図9は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置が備えるセンスアンプの概略構成の一例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an example of a schematic configuration of a sense amplifier included in the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図10は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法におけるセンスアンプの判定レベルを示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the determination level of the sense amplifier in the writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図11Aは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の高抵抗化時におけるベリファイ書き込み動作を説明するための模式的なフローチャートである。FIG. 11A is a schematic flowchart for explaining a verify write operation at the time of increasing the resistance of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図11Bは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の低抵抗化時におけるベリファイ書き込み動作を説明するための模式的なフローチャートである。FIG. 11B is a schematic flowchart for explaining a verify write operation when the resistance of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example is lowered. 図12は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法における各動作の設定電圧を示す表である。FIG. 12 is a table showing set voltages for each operation in the write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図13Aは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の低抵抗化動作を示すタイミングチャートである。FIG. 13A is a timing chart illustrating a low resistance operation of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図13Bは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の高抵抗化動作を示すタイミングチャートである。FIG. 13B is a timing chart illustrating a high resistance operation of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図13Cは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の読み出し動作を示すタイミングチャートである。FIG. 13C is a timing chart illustrating a read operation of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図14は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. 図15は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置(1kビット)において、ベリファイ動作を行わずに高抵抗化と低抵抗化とを5万回繰り返した場合の抵抗値の頻度分布を示す図である。FIG. 15 shows a frequency distribution of resistance values in the resistance variable nonvolatile memory device (1 kbit) according to the study example when high resistance and low resistance are repeated 50,000 times without performing a verify operation. FIG. 図16は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置(1kビット)において、ベリファイ動作を行いつつ高抵抗化と低抵抗化とを5万回繰り返した場合の抵抗値の頻度分布を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a frequency distribution of resistance values when the resistance change type nonvolatile memory device (1 kbit) according to the examination example repeats the high resistance and the low resistance 50,000 times while performing the verify operation. It is. 図17は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置において、高抵抗化と低抵抗化とを繰り返した場合の、ベリファイ書き込み動作の1ビットあたりの平均回数の推移を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the transition of the average number of times per one bit of the verify write operation when the resistance increase and the resistance decrease are repeated in the resistance change nonvolatile memory device according to the study example. 図18は、第1実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart illustrating a write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. 図19は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart illustrating a write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment. 図20は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置において、高抵抗化と低抵抗化とを繰り返した場合の、低抵抗ベリファイ書き込み動作の1ビットあたりの平均回数の推移を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the transition of the average number of times per bit of the low resistance verify write operation when the resistance increase and the resistance decrease are repeated in the resistance change nonvolatile memory device according to the second embodiment. It is. 図21は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置において、高抵抗化と低抵抗化とを繰り返した場合の、高抵抗ベリファイ書き込み動作の1ビットあたりの平均回数の推移を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing the transition of the average number of times per bit of the high resistance verify write operation when the resistance increase and the resistance decrease are repeated in the resistance variable nonvolatile memory device according to the second embodiment. It is. 図22は、実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の抵抗変化素子(7ビット)において、高抵抗化書き込み後の抵抗値の変動割合の推移を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a transition of the variation ratio of the resistance value after the high resistance writing in the variable resistance element (7 bits) of the variable resistance nonvolatile memory device according to the example.

抵抗変化型不揮発性記憶装置においてデータの記録および読み出しの精度向上とデータの書き込み速度向上とを両立させるべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見が得られた。   In the variable resistance nonvolatile memory device, in order to achieve both improvement in data recording and reading accuracy and improvement in data writing speed, intensive studies were conducted. As a result, the following knowledge was obtained.

不揮発性記憶装置においては近年、最小加工寸法がますます小さくなり、微細化が進行するにつれて、メモリセルの信頼性低下が大きな課題となりうる。   In recent years, the minimum processing dimension of a nonvolatile memory device has become increasingly smaller, and as the miniaturization progresses, the reliability of the memory cell can be reduced.

信頼性向上のためには、素子への情報の書き込み動作が行われた後、当該素子が保持する情報を確認し、所望の情報が書き込まれていない場合には再度書き込み動作を実行すること、すなわちベリファイ書き込み動作を導入すること、が考えられる。   In order to improve the reliability, after the information writing operation to the element is performed, the information held by the element is confirmed, and when the desired information is not written, the writing operation is executed again. That is, it is conceivable to introduce a verify write operation.

NAND型フラッシュメモリでは、抵抗状態が一律に高抵抗側、もしくは低抵抗側にシフトする形で劣化が進行する。このために特許文献1のような方法で、劣化に対応することができる。すなわち、消去(高抵抗化、低抵抗化書き込みの一方に相当)ベリファイレベル、及び書き込み(同じく他方)ベリファイレベルを同一方向に一律、Δvrfyだけ変化させる方法で、劣化に対応することができる。   In the NAND flash memory, the deterioration proceeds in such a manner that the resistance state is uniformly shifted to the high resistance side or the low resistance side. For this reason, it is possible to cope with deterioration by a method as disclosed in Patent Document 1. That is, it is possible to cope with the deterioration by changing the erase (corresponding to one of high resistance and low resistance writing) verify level and the write (also the other) verify level uniformly in the same direction by Δvrfy.

しかしながら、抵抗変化型不揮発性記憶素子では、高抵抗状態の抵抗値が低下し、かつ、低抵抗状態の抵抗値が上昇する方向へと劣化する。このため、特許文献1のように一律にベリファイレベルを変化させるだけでは、高抵抗化書き込み、および、低抵抗化書き込みのいずれか一方は改善されるものの、他方は改善することができない。   However, in the resistance change type nonvolatile memory element, the resistance value in the high resistance state decreases and the resistance value in the low resistance state increases. For this reason, only by changing the verify level uniformly as in Patent Document 1, either the high resistance writing or the low resistance writing can be improved, but the other cannot be improved.

抵抗変化型不揮発性記憶素子は、書き込まれた後に検出される抵抗値がばらつく現象が見られる。例えば、同じ電圧と同じパルス幅とを有する電圧パルスを用いて高抵抗状態に書き込まれた素子であっても、その後に検出される抵抗値は、素子によって大きく変動する。   In the variable resistance nonvolatile memory element, a phenomenon in which a resistance value detected after writing varies. For example, even in an element written in a high resistance state using a voltage pulse having the same voltage and the same pulse width, the resistance value detected thereafter varies greatly depending on the element.

図15に、高抵抗状態(HR)と低抵抗状態(LR)のそれぞれに書き込まれた素子の抵抗値の頻度分布の一例を示す。高抵抗状態(HR)においても、低抵抗状態(LR)においても、抵抗値が大きくばらついていることが読み取れる。図15は、バイポーラ型の抵抗変化型不揮発性記憶素子に関するデータであるが、ユニポーラ型の抵抗変化型不揮発性記憶素子であっても、フォラメント構造を有し、かつ、抵抗変化に欠陥を利用する抵抗変化型素子であれば、同様に抵抗値のばらつきが生じる(例えば、Lee, S. B. et al., Applied Physics Letters, vol.95, p.122112 (2009)を参照)。   FIG. 15 shows an example of the frequency distribution of the resistance values of the elements written in the high resistance state (HR) and the low resistance state (LR). It can be seen that the resistance value varies greatly both in the high resistance state (HR) and in the low resistance state (LR). FIG. 15 shows data related to a bipolar variable resistance nonvolatile memory element, but even a unipolar variable resistance nonvolatile memory element has a forament structure and uses a defect for resistance change. In the case of a resistance variable element, variation in resistance value occurs similarly (see, for example, Lee, SB et al., Applied Physics Letters, vol. 95, p. 122112 (2009)).

該変動は、素子の劣化と共に増大する。すなわち、抵抗変化型不揮発性記憶素子では、高抵抗状態および低抵抗状態への書き込み動作を繰り返すことにより、メモリセルの性能が劣化し、高抵抗状態の抵抗値が低下したり、低抵抗状態の抵抗値が上昇したりする。書き込み動作の回数が増加するに従い、素子の劣化は顕著となり、ベリファイフェイル回数、すなわちベリファイ書き込み動作において再度の電圧パルス印加が行われる回数が増加し、書き込み速度が低下するという問題が生じる。   The variation increases with device degradation. That is, in the variable resistance nonvolatile memory element, by repeating the write operation to the high resistance state and the low resistance state, the performance of the memory cell deteriorates, the resistance value in the high resistance state decreases, The resistance value increases. As the number of write operations increases, the deterioration of the element becomes more prominent, and the number of verify failures, that is, the number of times that a voltage pulse is applied again in the verify write operation increases, resulting in a problem that the writing speed decreases.

図17は、判定条件を一定とした場合の、書込サイクル数とベリファイフェイル回数との関係の一例を示す図である。同図に示すように、書込サイクル数が増加するにつれて、1ビットあたりの平均ベリファイフェイル回数は急激に増大する。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the relationship between the number of write cycles and the number of verify failures when the determination condition is constant. As shown in the figure, the average number of verify failures per bit increases rapidly as the number of write cycles increases.

ここで本願発明者は、ベリファイフェイル回数が増大した場合に、ベリファイ動作を中断し、所定時間待機した後、再度ベリファイ書き込み動作を行った時、ベリファイフェイル回数が顕著に減少する現象を見い出した。   The inventor of the present application has found a phenomenon that when the number of verify failures increases, the verify operation is interrupted, waits for a predetermined time, and then when the verify write operation is performed again, the number of verify failures decreases significantly.

この現象は、劣化した素子において、時間経過とともにその特性が回復することに起因する。ベリファイフェイル回数が増大した場合でも、再度書き込み動作を行うまでの間、所定時間書き込み動作を行わないことにより、素子特性が回復し、再度書き込み動作を行う時のベリファイフェイル回数が減少する。よって、書き込み速度を向上させうる。   This phenomenon is attributed to the recovery of the characteristics of a deteriorated device over time. Even when the number of verify failures increases, by not performing the write operation for a predetermined time until the write operation is performed again, the device characteristics are restored, and the number of verify failures when the write operation is performed again decreases. Therefore, the writing speed can be improved.

また、ベリファイフェイル回数の減少に伴い、再書き込みを含めた書き込み動作の回数も減少するため、書き込みを繰り返すことにより生じる劣化も抑制されうる。一方で、ベリファイ動作を一切実行しない構成と比較すれば、データの記録および読み出しの精度を向上できる。   In addition, as the number of verify failures is reduced, the number of write operations including rewriting is also reduced, so that deterioration caused by repeated writing can be suppressed. On the other hand, the accuracy of data recording and reading can be improved as compared with a configuration in which no verify operation is executed.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、実施形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。   Each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as arbitrary constituent elements constituting the embodiments. In the drawings, the same reference numerals are sometimes omitted. In addition, the drawings schematically show each component for easy understanding, and there are cases where the shape, dimensional ratio, and the like are not accurately displayed. Moreover, in a manufacturing method, the order of each process etc. can be changed as needed, and another well-known process can be added.

(第1実施形態)
第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法は、抵抗変化型素子を含むメモリセルを複数有するメモリセルアレイを備える抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、抵抗変化型素子は、書き込み動作において、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、第2抵抗状態から第1抵抗状態へと変化する特性を有し、抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子に対して、抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加するベリファイ書き込み動作を行ない、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれたベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する。
(First embodiment)
A write method for a variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment is a write method for a variable resistance nonvolatile memory device including a memory cell array including a plurality of memory cells including a variable resistance device, the variable resistance device In the write operation, when a first voltage pulse is applied, the first resistance state used for storing the first information is changed from the first resistance state used for storing the second information to a second resistance value lower than that of the first resistance state. When the second voltage pulse is applied when changing to the two-resistance state, the second resistance state changes from the second resistance state to the first resistance state, and the voltage pulse for changing the resistance state is applied. Regardless of the condition for confirming that the resistance state has changed, the verify write operation that applies an additional voltage pulse to change the resistance state does not satisfy the judgment condition. The performed, the number of verify-write operation performed for a predetermined number of the resistance variable element to be written exceeds a predetermined number, waits for a predetermined without applying an additional voltage pulse time.

第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、抵抗変化型素子を含むメモリセルを複数有するメモリセルアレイを備え、抵抗変化型素子は、書き込み動作において、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、第2抵抗状態から第1抵抗状態へと変化する特性を有し、抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子に対し抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加するベリファイ書き込み動作を行ない、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれたベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、パルス印加装置を備える。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment includes a memory cell array having a plurality of memory cells including a variable resistance element, and the variable resistance element receives a first voltage pulse in a write operation. The first resistance state used for storing the first information is changed to the second resistance state used for storing the second information and having a resistance value lower than that of the first resistance state, and the second voltage pulse is applied. And a determination condition for confirming that the resistance state has changed despite the application of a voltage pulse for changing the resistance state, which has a characteristic of changing from the second resistance state to the first resistance state. A verify write operation is performed by applying an additional voltage pulse for changing the resistance state to a resistance variable element that is not satisfied, and this is performed for a predetermined number of resistance variable elements to be written. If the number of verify-write operation exceeds a predetermined number, it waits for a predetermined time without applying an additional voltage pulses comprises a pulse applying device.

かかる構成では、ベリファイ書き込み動作の繰り返し回数の増加を抑制できる。   With this configuration, it is possible to suppress an increase in the number of repetitions of the verify write operation.

より具体的には、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置においてデータの記録および読み出しの精度向上とあわせて、データの書き込み速度向上と劣化の抑制を実現できる。   More specifically, for example, in the variable resistance nonvolatile memory device, it is possible to realize improvement in data writing speed and suppression of deterioration together with improvement in data recording and reading accuracy.

以下に、まず、用語の定義を行う。   First, terms will be defined.

「ベリファイ書き込み動作を行ない」とは、抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件が満たされるまで、当該抵抗変化型素子に対する書き込み動作を終了しないことを必ずしも意味しない。抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件が満たされない場合において、例えば、何らかの条件が満たされると、ベリファイ書き込み動作を中止して、当該抵抗変化型素子に対する書き込み動作を終了してもよい。   “Performing the verify write operation” does not necessarily mean that the write operation on the variable resistance element is not completed until the determination condition for confirming that the resistance state has changed is satisfied. In a case where the determination condition for confirming that the resistance state has changed is not satisfied, for example, if any condition is satisfied, the verify write operation may be stopped and the write operation to the resistance variable element may be terminated. .

「書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子」は、1個の抵抗変化型素子でもよいし、複数の抵抗変化型素子でもよい。   The “predetermined number of resistance variable elements to be written” may be one resistance variable element or a plurality of resistance variable elements.

「ベリファイ書き込み動作の回数」とは、当該抵抗変化型素子に対して連続して行われた追加的な電圧パルスの印加回数としうる。具体的には例えば、第1抵抗状態にある抵抗変化型素子を第2抵抗状態に変化させるために第1電圧パルスを印加し、その後、その抵抗変化型素子の抵抗状態を確認したところ、依然として第1抵抗状態にあったとする。この場合に、1回目の追加的な電圧パルスの印加が行われ、その後、その抵抗変化型素子の抵抗状態を確認したら、依然として第1抵抗状態にあったとする。そこで、2回目の追加的な電圧パルスの印加が行われたとする。このとき、2回目の追加的な電圧パルスの印加が行われた状態におけるベリファイ書き込み動作の回数は、2回である。   The “number of verify write operations” may be the number of times of application of additional voltage pulses continuously performed on the variable resistance element. Specifically, for example, the first voltage pulse is applied to change the resistance variable element in the first resistance state to the second resistance state, and then the resistance state of the resistance variable element is confirmed. Suppose that it was in the 1st resistance state. In this case, if the first additional voltage pulse is applied and then the resistance state of the resistance variable element is confirmed, it is assumed that the first resistance state is still present. Therefore, it is assumed that the second additional voltage pulse is applied. At this time, the number of verify write operations in the state where the second additional voltage pulse is applied is two.

すなわち「ベリファイ書き込み動作の回数」とは、ベリファイ書き込み動作に先立って抵抗状態を変化させるために電圧パルス(初期パルス)を抵抗変化型素子に印加した後に印加される追加的な電圧パルスの印加回数としてもよい。換言すれば、ベリファイ書き込み動作の回数は、初期パルスが印加されることでリセットされてもよい。また、ベリファイ書き込み動作の回数は、「所定時間待機する」ことでリセットされてもよい。なお、該リセットをするか否かは任意であり、リセットされなくてもよい。   In other words, the “number of verify write operations” means the number of additional voltage pulses applied after a voltage pulse (initial pulse) is applied to the resistance variable element in order to change the resistance state prior to the verify write operation. It is good. In other words, the number of verify write operations may be reset by applying an initial pulse. The number of verify write operations may be reset by “waiting for a predetermined time”. Note that whether or not to perform the reset is arbitrary, and may not be reset.

なお、所定時間の待機がされた後は、次に行われるベリファイ書き込み動作において、再度、所定時間の待機がされるか否かは特に限定されない。また、ベリファイ書き込み動作が終了した後、再度、通常の書き込み動作が行われ、その後に最初に行われるベリファイ書き込み動作において、所定時間の待機がされるか否かは特に限定されない。   Note that there is no particular limitation on whether or not to wait for a predetermined time again in the next verify write operation after waiting for a predetermined time. In addition, there is no particular limitation on whether or not to wait for a predetermined time in the normal write operation after the verify write operation is completed and the verify write operation performed first after that.

ベリファイ書き込み動作に先立って抵抗状態を変化させるために抵抗変化型素子に印加される電圧パルス(初期パルス)と、ベリファイ書き込み動作において抵抗状態を変化させるために抵抗変化型素子に印加される追加的な電圧パルスとは、同一であってもよいし互いに異なっていてもよい。例えば、ある抵抗変化型素子を低抵抗状態から高抵抗状態へと変化させる場合において、最初に素子に印加される高抵抗化パルスと、当該素子に対するベリファイ書き込み動作において素子の抵抗状態を変化させるために印加される追加的な電圧パルスとは、同じであってもよいし、電圧およびパルス幅等が異なっていてもよい。   A voltage pulse (initial pulse) applied to the resistance variable element to change the resistance state prior to the verify write operation, and an additional voltage pulse applied to the resistance variable element to change the resistance state in the verify write operation These voltage pulses may be the same or different. For example, when a certain resistance variable element is changed from a low resistance state to a high resistance state, a resistance increasing pulse that is first applied to the element and the resistance state of the element is changed in a verify write operation on the element. The additional voltage pulse applied to may be the same, or the voltage and pulse width may be different.

また、各回のベリファイ書き込み動作において抵抗状態を変化させるために抵抗変化型素子に印加される電圧パルスは、同一であってもよいし互いに異なっていてもよい。例えば、ある抵抗変化型素子を低抵抗状態から高抵抗状態へと変化させる場合において、当該素子に対して1回目のベリファイ書き込み動作で素子の抵抗状態を変化させるために印加される追加的な電圧パルスと、2回目のベリファイ書き込み動作で素子の抵抗状態を変化させるために印加される追加的な電圧パルスとは、互いに同じであってもよいし、電圧およびパルス幅等が互いに異なっていてもよい。   In addition, the voltage pulses applied to the resistance variable element in order to change the resistance state in each verify write operation may be the same or different from each other. For example, when a certain resistance variable element is changed from a low resistance state to a high resistance state, an additional voltage applied to change the resistance state of the element in the first verify write operation for the element. The pulse and the additional voltage pulse applied to change the resistance state of the element in the second verify write operation may be the same, or the voltage and the pulse width may be different from each other. Good.

「所定時間」とは、抵抗変化素子の回復特性に応じて必要な時間が設定されうる。一般には、「所定時間」は通常の書き込み動作に必要な時間以上の時間に設定されうる。より具体的には例えば、「所定時間」を150ns以上10分以下の時間としてもよい。あるいは例えば、「所定時間」を1μs以上10分以下の時間としてもよい。あるいは例えば、「所定時間」を10秒以上10分以下の時間としてもよい。あるいは例えば、「所定時間」を15秒以上10分以下の時間としてもよい。   The “predetermined time” can be set according to the recovery characteristic of the variable resistance element. In general, the “predetermined time” can be set to a time longer than the time required for a normal write operation. More specifically, for example, the “predetermined time” may be 150 ns or more and 10 minutes or less. Alternatively, for example, the “predetermined time” may be 1 μs or more and 10 minutes or less. Alternatively, for example, the “predetermined time” may be 10 seconds or more and 10 minutes or less. Alternatively, for example, the “predetermined time” may be 15 seconds or more and 10 minutes or less.

[装置構成]
図1は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment.

図1に示す例において、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置140は、メモリセルアレイ120と、パルス印加装置130とを備えている。メモリセルアレイ120は、抵抗変化型素子100を含むメモリセル110を複数有する。   In the example illustrated in FIG. 1, the variable resistance nonvolatile memory device 140 according to the first embodiment includes a memory cell array 120 and a pulse applying device 130. The memory cell array 120 includes a plurality of memory cells 110 including the resistance change element 100.

抵抗変化型素子100は、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、第2抵抗状態から第1抵抗状態へと変化する特性を有する。第1電圧パルスの極性と第2電圧パルスの極性とは、異なっていてもよいし、同じでもよい。   When the first voltage pulse is applied, the resistance variable element 100 has a lower resistance value than the first resistance state used for storing the second information from the first resistance state used for storing the first information. It changes to the 2nd resistance state, and when the 2nd voltage pulse is applied, it has the characteristic which changes from the 2nd resistance state to the 1st resistance state. The polarity of the first voltage pulse and the polarity of the second voltage pulse may be different or the same.

図2は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置が備えるメモリセルの概略構成の一例を示す模式図である。図2に示す例において、第1実施形態のメモリセル110は、抵抗変化型素子100と、NMOSトランジスタ104とを備えている。抵抗変化型素子100は、第1電極100aと、抵抗変化層100bと、第2電極100cとが積層されることで形成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a memory cell included in the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. In the example illustrated in FIG. 2, the memory cell 110 according to the first embodiment includes a resistance variable element 100 and an NMOS transistor 104. The resistance variable element 100 is formed by laminating a first electrode 100a, a resistance variable layer 100b, and a second electrode 100c.

抵抗変化層100bは、第1電極100aと第2電極100cとの間に介在され、第1電極100aと第2電極100cとの間に与えられる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する層である。抵抗変化層100bは、例えば、第1電極100aと第2電極100cとの間に与えられる電圧の極性に応じて高抵抗状態と低抵抗状態とを可逆的に遷移する層である。図2に示す例において、抵抗変化層100bは、第1電極100aに接続する第1抵抗変化層100b−1と、第2電極に接続する第2抵抗変化層100b−2の少なくとも2層を積層して構成される。なお、抵抗変化層100bは、単一の層から構成されていてもよいし、3以上の層から構成されていてもよい。   The resistance change layer 100b is interposed between the first electrode 100a and the second electrode 100c, and the resistance value reversibly changes based on an electrical signal applied between the first electrode 100a and the second electrode 100c. It is a layer to do. The resistance change layer 100b is a layer that reversibly transitions between a high resistance state and a low resistance state according to the polarity of the voltage applied between the first electrode 100a and the second electrode 100c, for example. In the example shown in FIG. 2, the resistance change layer 100b includes at least two layers of a first resistance change layer 100b-1 connected to the first electrode 100a and a second resistance change layer 100b-2 connected to the second electrode. Configured. The resistance change layer 100b may be composed of a single layer or may be composed of three or more layers.

第1抵抗変化層100b−1は、酸素不足型の第1金属酸化物で構成され、第2抵抗変化層100b−2は、第1金属酸化物よりも酸素不足度が小さい第2金属酸化物で構成されている。抵抗変化型素子100の第2抵抗変化層100b−2中には、電気パルスの印加に応じて酸素不足度が可逆的に変化する微小な局所領域が形成されている。局所領域は、酸素欠陥サイトから構成されるフィラメントを含むと考えられる。   The first resistance change layer 100b-1 is composed of an oxygen-deficient first metal oxide, and the second resistance change layer 100b-2 is a second metal oxide having a lower degree of oxygen deficiency than the first metal oxide. It consists of In the second resistance change layer 100b-2 of the resistance change element 100, a minute local region in which the degree of oxygen deficiency reversibly changes according to the application of an electric pulse is formed. The local region is considered to include a filament composed of oxygen defect sites.

例えば、第1金属酸化物は、第1のタンタル酸化物(TaO、0<x<2.5)とすることができる。第2金属酸化物は、第2のタンタル酸化物(TaO、x<y)とすることができる。 For example, the first metal oxide can be a first tantalum oxide (TaO x , 0 <x <2.5). The second metal oxide can be a second tantalum oxide (TaO y , x <y).

「酸素不足度」とは、金属酸化物において、その化学量論的組成(複数の化学量論的組成が存在する場合は、そのなかで最も抵抗値が高い化学量論的組成)の酸化物を構成する酸素の量に対し、不足している酸素の割合をいう。化学量論的組成の金属酸化物は、他の組成の金属酸化物と比べて、より安定でありかつより高い抵抗値を有している。   “Oxygen deficiency” refers to an oxide having a stoichiometric composition (the stoichiometric composition having the highest resistance value in the case where there are a plurality of stoichiometric compositions) in a metal oxide. Is the ratio of oxygen deficiency to the amount of oxygen constituting. A metal oxide having a stoichiometric composition is more stable and has a higher resistance value than a metal oxide having another composition.

例えば、金属がタンタル(Ta)の場合、上述の定義による化学量論的組成の酸化物はTaであるので、TaO2.5と表現できる。TaO2.5の酸素不足度は0%であり、TaO1.5の酸素不足度は、酸素不足度=(2.5−1.5)/2.5=40%となる。また、酸素過剰の金属酸化物は、酸素不足度が負の値となる。なお、本明細書中では、特に断りのない限り、酸素不足度は正の値、0、負の値も含むものとして説明する。 For example, when the metal is tantalum (Ta), the oxide having the stoichiometric composition according to the above definition is Ta 2 O 5 , and can be expressed as TaO 2.5 . The oxygen deficiency of TaO 2.5 is 0%, and the oxygen deficiency of TaO 1.5 is oxygen deficiency = (2.5−1.5) /2.5=40%. In addition, the oxygen excess metal oxide has a negative oxygen deficiency. In the present specification, unless otherwise specified, the oxygen deficiency is described as including a positive value, 0, and a negative value.

酸素不足度の小さい酸化物は化学量論的組成の酸化物により近いため抵抗値が高く、酸素不足度の大きい酸化物は酸化物を構成する金属により近いため抵抗値が低い。   An oxide with a low degree of oxygen deficiency has a high resistance value because it is closer to a stoichiometric oxide, and an oxide with a high degree of oxygen deficiency has a low resistance value because it is closer to the metal constituting the oxide.

「酸素含有率」とは、総原子数に占める酸素原子の比率である。例えば、Taの酸素含有率は、総原子数に占める酸素原子の比率(O/(Ta+O))であり、71.4atm%となる。したがって、酸素不足型のタンタル酸化物は、酸素含有率は0より大きく、71.4atm%より小さいことになる。例えば、第1金属酸化物を構成する金属と、第2金属酸化物を構成する金属とが同種である場合、酸素含有率は酸素不足度と対応関係にある。すなわち、第2金属酸化物の酸素含有率が第1金属酸化物の酸素含有率よりも大きいとき、第2金属酸化物の酸素不足度は第1金属酸化物の酸素不足度より小さい。 “Oxygen content” is the ratio of oxygen atoms to the total number of atoms. For example, the oxygen content of Ta 2 O 5 is the ratio of oxygen atoms to the total number of atoms (O / (Ta + O)), which is 71.4 atm%. Therefore, the oxygen-deficient tantalum oxide has an oxygen content greater than 0 and less than 71.4 atm%. For example, when the metal constituting the first metal oxide and the metal constituting the second metal oxide are of the same type, the oxygen content has a corresponding relationship with the degree of oxygen deficiency. That is, when the oxygen content of the second metal oxide is larger than the oxygen content of the first metal oxide, the oxygen deficiency of the second metal oxide is smaller than the oxygen deficiency of the first metal oxide.

抵抗変化層を構成する金属は、タンタル以外の金属を用いてもよい。抵抗変化層を構成する金属としては、遷移金属、またはアルミニウム(Al)を用いることができる。遷移金属としては、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)等を用いることができる。遷移金属は複数の酸化状態をとることができるため、異なる抵抗状態を酸化還元反応により実現することが可能である。   A metal other than tantalum may be used as the metal constituting the resistance change layer. As a metal constituting the variable resistance layer, a transition metal or aluminum (Al) can be used. As the transition metal, tantalum (Ta), titanium (Ti), hafnium (Hf), zirconium (Zr), niobium (Nb), tungsten (W), nickel (Ni), or the like can be used. Since transition metals can take a plurality of oxidation states, different resistance states can be realized by oxidation-reduction reactions.

例えば、ハフニウム酸化物を用いる場合、第1金属酸化物の組成をHfOとした場合にxが0.9以上1.6以下であり、かつ、第2金属酸化物の組成をHfOとした場合にyがxの値よりも大である場合に、抵抗変化層の抵抗値を安定して高速に変化させることができる。この場合、第2金属酸化物の膜厚は、3〜4nmとしてもよい。 For example, when hafnium oxide is used, when the composition of the first metal oxide is HfO x , x is 0.9 or more and 1.6 or less, and the composition of the second metal oxide is HfO y . In this case, when y is larger than the value x, the resistance value of the resistance change layer can be stably changed at high speed. In this case, the film thickness of the second metal oxide may be 3 to 4 nm.

また、ジルコニウム酸化物を用いる場合、第1金属酸化物の組成をZrOとした場合にxが0.9以上1.4以下であり、かつ、第2金属酸化物の組成をZrOとした場合にyがxの値よりも大である場合に、抵抗変化層の抵抗値を安定して高速に変化させることができる。この場合、第2金属酸化物の膜厚は、1〜5nmとしてもよい。 Further, when zirconium oxide is used, when the composition of the first metal oxide is ZrO x , x is 0.9 or more and 1.4 or less, and the composition of the second metal oxide is ZrO y . In this case, when y is larger than the value x, the resistance value of the resistance change layer can be stably changed at high speed. In this case, the film thickness of the second metal oxide may be 1 to 5 nm.

第1金属酸化物を構成する第1の金属と、第2金属酸化物を構成する第2の金属とは、異なる金属を用いてもよい。この場合、第2金属酸化物は、第1金属酸化物よりも酸素不足度が小さい、つまり抵抗が高くてもよい。このような構成とすることにより、抵抗変化時に第1電極と第2電極との間に印加された電圧は、第2金属酸化物に、より多くの電圧が分配され、第2金属酸化物中で発生する酸化還元反応をより起こしやすくすることができる。   Different metals may be used for the first metal constituting the first metal oxide and the second metal constituting the second metal oxide. In this case, the second metal oxide may have a lower degree of oxygen deficiency than the first metal oxide, that is, the resistance may be higher. By adopting such a configuration, the voltage applied between the first electrode and the second electrode at the time of resistance change is more distributed to the second metal oxide, and the second metal oxide It is possible to make the oxidation-reduction reaction generated in the process easier.

また、第1抵抗変化層となる第1金属酸化物を構成する第1の金属と、第2抵抗変化層となる第2金属酸化物を構成する第2の金属とを、互いに異なる材料を用いる場合、第2の金属の標準電極電位は、第1の金属の標準電極電位より低くてもよい。標準電極電位は、その値が高いほど酸化しにくい特性を表す。これにより、標準電極電位が相対的に低い第2金属酸化物において、酸化還元反応が起こりやすくなる。なお、抵抗変化現象は、抵抗が高い第2金属酸化物中に形成された微小な局所領域中で酸化還元反応が起こってフィラメント(導電パス)が変化することにより、その抵抗値(酸素不足度)が変化すると考えられる。   Further, different materials are used for the first metal constituting the first metal oxide serving as the first resistance change layer and the second metal constituting the second metal oxide serving as the second resistance change layer. In this case, the standard electrode potential of the second metal may be lower than the standard electrode potential of the first metal. The standard electrode potential represents a characteristic that the higher the value is, the more difficult it is to oxidize. Thereby, an oxidation-reduction reaction easily occurs in the second metal oxide having a relatively low standard electrode potential. The resistance change phenomenon is caused by a change in the filament (conducting path) caused by an oxidation-reduction reaction in a minute local region formed in the second metal oxide having a high resistance. ) Will change.

例えば、第1金属酸化物に酸素不足型のタンタル酸化物(TaO)を用い、第2金属酸化物にチタン酸化物(TiO)を用いることにより、安定した抵抗変化動作が得られる。チタン(標準電極電位=−1.63eV)はタンタル(標準電極電位=−0.6eV)より標準電極電位が低い材料である。このように、第2金属酸化物に第1金属酸化物より標準電極電位が低い金属の酸化物を用いることにより、第2金属酸化物中でより酸化還元反応が発生しやすくなる。その他の組み合わせとして、高抵抗層となる第2金属酸化物にアルミニウム酸化物(Al)を用いることができる。例えば、第1金属酸化物に酸素不足型のタンタル酸化物(TaO)を用い、第2金属酸化物にアルミニウム酸化物(Al)を用いてもよい。 For example, stable resistance change operation can be obtained by using oxygen-deficient tantalum oxide (TaO x ) as the first metal oxide and titanium oxide (TiO 2 ) as the second metal oxide. Titanium (standard electrode potential = −1.63 eV) is a material having a lower standard electrode potential than tantalum (standard electrode potential = −0.6 eV). As described above, by using a metal oxide having a standard electrode potential lower than that of the first metal oxide as the second metal oxide, a redox reaction is more likely to occur in the second metal oxide. As another combination, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be used for the second metal oxide to be the high resistance layer. For example, oxygen-deficient tantalum oxide (TaO x ) may be used for the first metal oxide, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) may be used for the second metal oxide.

積層構造の抵抗変化層における抵抗変化現象は、いずれも抵抗が高い第2金属酸化物中に形成された微小な局所領域中で酸化還元反応が起こって、局所領域中のフィラメント(導電パス)が変化することにより、その抵抗値が変化すると考えられる。   The resistance change phenomenon in the variable resistance layer of the laminated structure is that a redox reaction occurs in a small local region formed in the second metal oxide having a high resistance, and a filament (conductive path) in the local region is formed. By changing, the resistance value is considered to change.

つまり、第2金属酸化物に接続する第2電極に、第1電極を基準にして正の電圧を印加したとき、抵抗変化層中の酸素イオンが第2金属酸化物側に引き寄せられる。これによって、第2金属酸化物中に形成された微小な局所領域中で酸化反応が発生し、酸素不足度が減少する。その結果、局所領域中のフィラメントが繋がりにくくなり、抵抗値が増大すると考えられる。   That is, when a positive voltage is applied to the second electrode connected to the second metal oxide with reference to the first electrode, oxygen ions in the resistance change layer are attracted to the second metal oxide side. As a result, an oxidation reaction occurs in a small local region formed in the second metal oxide, and the degree of oxygen deficiency is reduced. As a result, it is considered that the filaments in the local region are not easily connected and the resistance value is increased.

逆に、第2金属酸化物に接続する第2電極に、第1電極を基準にして負の電圧を印加したとき、第2金属酸化物中の酸素イオンが第1金属酸化物側に押しやられる。これによって、第2金属酸化物中に形成された微小な局所領域中で還元反応が発生し、酸素不足度が増加する。その結果、局所領域中のフィラメントが繋がりやすくなり、抵抗値が減少すると考えられる。   Conversely, when a negative voltage is applied to the second electrode connected to the second metal oxide with reference to the first electrode, oxygen ions in the second metal oxide are pushed to the first metal oxide side. . As a result, a reduction reaction occurs in a minute local region formed in the second metal oxide, and the degree of oxygen deficiency increases. As a result, it is considered that the filaments in the local region are easily connected and the resistance value decreases.

酸素不足度がより小さい第2金属酸化物に接続されている第2電極は、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)など、第2金属酸化物を構成する金属及び第1電極を構成する材料と比べて標準電極電位が、より高い材料で構成する。また、酸素不足度がより高い第1金属酸化物に接続されている第1電極は、例えば、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)など、第1金属酸化物を構成する金属と比べて標準電極電位が、より低い材料で構成してもよい。標準電極電位は、その値が高いほど酸化しにくい特性を表す。   The second electrode connected to the second metal oxide having a lower oxygen deficiency includes, for example, a metal constituting the second metal oxide, such as platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd), and the like. The standard electrode potential is higher than that of the material forming one electrode. The first electrode connected to the first metal oxide having a higher degree of oxygen deficiency is, for example, tungsten (W), nickel (Ni), tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum (Al), The standard electrode potential may be made of a material having a lower standard electrode potential than the metal constituting the first metal oxide, such as tantalum nitride (TaN) or titanium nitride (TiN). The standard electrode potential represents a characteristic that the higher the value is, the more difficult it is to oxidize.

すなわち、第2電極の標準電極電位V2、第2金属酸化物を構成する金属の標準電極電位Vr2、第1金属酸化物を構成する金属の標準電極電位Vr1、第1電極の標準電極電位V1との間には、Vr2<V2、かつV1<V2なる関係を満足してもよい。さらには、V2>Vr2で、Vr1≧V1の関係を満足してもよい。   That is, the standard electrode potential V2 of the second electrode, the standard electrode potential Vr2 of the metal constituting the second metal oxide, the standard electrode potential Vr1 of the metal constituting the first metal oxide, and the standard electrode potential V1 of the first electrode May satisfy the relationship of Vr2 <V2 and V1 <V2. Furthermore, V2> Vr2 and Vr1 ≧ V1 may be satisfied.

上記の構成とすることにより、第2電極と第2金属酸化物の界面近傍の第2金属酸化物中において、選択的に酸化還元反応が発生し、安定した抵抗変化現象が得られる。   With the above configuration, a redox reaction occurs selectively in the second metal oxide in the vicinity of the interface between the second electrode and the second metal oxide, and a stable resistance change phenomenon is obtained.

第1電極100aから第1電極端子105が引き出され、第2電極100cから第2電極端子102が引き出されている。また、選択トランジスタ(つまり、スイッチ素子の一例)であるNMOSトランジスタ104は、ゲート端子103を備える。抵抗変化型素子100の第1電極端子105とNMOSトランジスタ104のソースまたはドレイン(N+拡散)領域が直列に接続され、抵抗変化型素子100と接続されていない他方のドレインまたはソース(N+拡散)領域は、第1電極端子101として引き出され、基板端子は、接地電位に接続されている。ここでは高抵抗な第2抵抗変化層100b−2を、NMOSトランジスタ104と反対側の第2電極端子102側に配置している。   The first electrode terminal 105 is drawn from the first electrode 100a, and the second electrode terminal 102 is drawn from the second electrode 100c. The NMOS transistor 104 that is a selection transistor (that is, an example of a switch element) includes a gate terminal 103. The first electrode terminal 105 of the variable resistance element 100 and the source or drain (N + diffusion) region of the NMOS transistor 104 are connected in series, and the other drain or source (N + diffusion) region not connected to the variable resistance element 100. Is drawn out as the first electrode terminal 101, and the substrate terminal is connected to the ground potential. Here, the high resistance second resistance change layer 100 b-2 is disposed on the second electrode terminal 102 side opposite to the NMOS transistor 104.

また、図2に示されたメモリセルでは、第2電極端子102を基準として第1電極端子101に所定電圧(例えば、第1の閾値電圧)以上の電圧(低抵抗化電圧パルス)が印加された場合、第2電極100cと第2抵抗変化層100b−2との界面の近傍で還元が起こり、抵抗変化型素子100は低抵抗状態に遷移する。一方、第1電極端子101を基準として第2電極端子102に別の所定電圧(例えば、第2の閾値電圧)以上の電圧(高抵抗化電圧パルス)が印加された場合、第2電極100cと第2抵抗変化層100b−2との界面の近傍で酸化が起こり、抵抗変化型素子100は高抵抗状態に遷移する。ここで、低抵抗化電圧パルスの印加方向を負電圧方向と定義し、高抵抗化電圧パルスの印加方向を正電圧方向と定義する。すなわち、本実施形態の抵抗変化型素子100は、バイポーラ型の抵抗変化型素子とすることができる。なお、抵抗変化型素子100は、ユニポーラ型の抵抗変化型素子であってもよい。   In the memory cell shown in FIG. 2, a voltage (low resistance voltage pulse) equal to or higher than a predetermined voltage (for example, the first threshold voltage) is applied to the first electrode terminal 101 with the second electrode terminal 102 as a reference. In this case, reduction occurs near the interface between the second electrode 100c and the second resistance change layer 100b-2, and the resistance change element 100 transitions to a low resistance state. On the other hand, when a voltage (high resistance voltage pulse) equal to or higher than another predetermined voltage (for example, a second threshold voltage) is applied to the second electrode terminal 102 with respect to the first electrode terminal 101, the second electrode 100c Oxidation occurs near the interface with the second resistance change layer 100b-2, and the resistance change element 100 transitions to a high resistance state. Here, the application direction of the low resistance voltage pulse is defined as a negative voltage direction, and the application direction of the high resistance voltage pulse is defined as a positive voltage direction. That is, the resistance variable element 100 of this embodiment can be a bipolar resistance variable element. Note that the resistance variable element 100 may be a unipolar resistance variable element.

メモリセルアレイ120は、互いに直交するように配置されたビット線とワード線との交点近傍の位置に、MOSトランジスタと抵抗変化型素子を直列に接続した、いわゆる1T1R型と呼ばれるメモリセルをマトリックス状にアレイ配置した構成とすることができる。1T1R型において、2端子の抵抗変化型素子の一端はビット線またはソース線に接続されうる。他の一端はトランジスタのドレインまたはソースに接続されうる。トランジスタのゲートはワード線に接続されうる。トランジスタの他の一端は抵抗変化型素子の一端が接続されていないソース線またはビット線に接続されうる。ソース線は、ビット線またはワード線と平行に配置されうる。   The memory cell array 120 has a so-called 1T1R type memory cell in which a MOS transistor and a resistance variable element are connected in series at a position near the intersection of a bit line and a word line arranged orthogonal to each other. An array arrangement may be employed. In the 1T1R type, one end of the two-terminal variable resistance element can be connected to a bit line or a source line. The other end can be connected to the drain or source of the transistor. The gate of the transistor can be connected to a word line. The other end of the transistor can be connected to a source line or a bit line to which one end of the resistance variable element is not connected. The source line can be arranged in parallel with the bit line or the word line.

メモリセルアレイ120は、互いに直交するように配置されたビット線とワード線との交点の位置に、ダイオードと抵抗変化型素子を直列に接続した、いわゆる1D1R型と呼ばれるクロスポイントメモリセルをマトリックス状にアレイ配置した構成としてもよい。   The memory cell array 120 has a so-called 1D1R type cross-point memory cell in which a diode and a resistance variable element are connected in series at the intersection of a bit line and a word line arranged orthogonal to each other in a matrix. A configuration in which an array is arranged may be used.

パルス印加装置130は、ベリファイ書き込み動作を行う。ベリファイ書き込み動作とは、抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず、抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子100に対し、抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加する動作である。抵抗状態を変化させるための電圧パルスの印加は、例えば、判定条件を満たすまで繰り返されてもよいし、何らかの条件を満たした場合に中止されてもよい。   The pulse applying device 130 performs a verify write operation. The verify write operation is a state in which the resistance state is applied to the resistance variable element 100 that does not satisfy the determination condition for confirming that the resistance state has changed despite the application of the voltage pulse for changing the resistance state. This is an operation of applying an additional voltage pulse for changing. The application of the voltage pulse for changing the resistance state may be repeated until the determination condition is satisfied, for example, or may be stopped when some condition is satisfied.

パルス印加装置130は、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子100に対して行なわれたベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えた場合には、該ベリファイ書き込み動作後に所定時間待機する。   When the number of verify write operations performed on a predetermined number of variable resistance elements 100 to be written exceeds a predetermined number, the pulse applying device 130 waits for a predetermined time after the verify write operation.

[書き込み方法(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)]
図3は、第1実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。図3に示す動作は、パルス印加装置130の制御により実行されうる。
[Write Method (Operation Method of Resistance Change Nonvolatile Memory Device)]
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. The operation shown in FIG. 3 can be executed under the control of the pulse applying device 130.

抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みが開始されると(スタート)、まず、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に電圧パルスが印加される(ステップS101)。   When data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 is started (start), first, a voltage pulse is applied to the variable resistance element 100 to be written (step S101).

次に、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100について、判定条件を満たすか否かの判定が行われる(ステップS102)。具体的には例えば、パルス印加装置130により、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子の抵抗値が読み出され、所定の閾値との大小関係がセンスアンプを用いて判定される。判定結果がYESであれば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みは終了する(エンド)。   Next, it is determined whether or not the resistance change element 100 to which the voltage pulse is applied satisfies the determination condition (step S102). Specifically, for example, the resistance value of the resistance variable element to which the voltage pulse is applied is read by the pulse applying device 130, and the magnitude relationship with a predetermined threshold is determined using a sense amplifier. If the determination result is YES, data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 ends (END).

ステップS102の判定結果がNOであれば、ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えているか否かの判定が行われる(ステップS103)。   If the decision result in the step S102 is NO, it is judged whether or not the number of verify write operations exceeds a predetermined number (step S103).

ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、同一の抵抗変化型素子に対して、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの個数としてもよいし、ステップS103の判定でNOとなった回数としてもよい。ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、書き込み対象となっている複数の抵抗変化型素子に対して、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの合計としてもよいし、ステップS103の判定でNOとなった回数の合計としてもよいし、ステップS103の判定でNOとなった回数の抵抗変化型素子1個あたりの平均値としてもよい。   The number of verify write operations may be, for example, the number of voltage pulses applied to the same resistance variable element after the start of data write, or may be the number of times determined as NO in step S103. The number of verify write operations may be, for example, the sum of voltage pulses applied after the start of data write to a plurality of resistance change elements to be written, or NO in the determination in step S103. The total number of times may be used, or an average value of the number of times of NO in the determination in step S103 per resistance change element.

ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140が備えるデータラッチなどに記憶されていてもよい。   The number of verify write operations may be stored in, for example, a data latch included in the variable resistance nonvolatile memory device 140.

ステップS103の判定結果がNOであれば、ステップS101に戻って再度、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に電圧パルスが印加される。このとき、ベリファイ書き込み動作の回数に1が追加される。   If the decision result in the step S103 is NO, the process returns to the step S101 and the voltage pulse is applied again to the resistance variable element 100 to be written. At this time, 1 is added to the number of verify write operations.

ステップS103の判定結果がYESであれば、ステップS104にて所定時間、パルス印加をせずに待機される。   If the decision result in the step S103 is YES, it waits for a predetermined time without applying a pulse in a step S104.

なお、ステップS104にて所定時間の待機がされた後、ステップS101に戻って、再度、電圧パルスの印加がされてもよい。また、ステップS104にて所定時間の待機がされた後、ステップS102に戻って、判定条件を満たすか否かの判定が行われてもよい。   In addition, after waiting for predetermined time in step S104, it returns to step S101 and a voltage pulse may be applied again. Further, after waiting for a predetermined time in step S104, the process may return to step S102 to determine whether or not the determination condition is satisfied.

所定時間待機することにより、抵抗変化型素子の劣化が回復し、高抵抗化書き込みの場合はより高抵抗に、低抵抗化書き込みの場合はより低抵抗に遷移する。これに伴い、例えば、ステップS101で再度書き込む際、および以降の書き込み動作において、ベリファイフェイルする確率が低減し、書き込み速度が向上する。   By waiting for a predetermined time, the degradation of the resistance variable element is recovered, and transitions to a higher resistance in the case of high resistance writing and to a lower resistance in the case of low resistance writing. Accordingly, for example, when writing again in step S101 and in the subsequent writing operation, the probability of verify fail is reduced, and the writing speed is improved.

所定時間の待機は、個々の抵抗変化型素子毎に行われてもよいし、複数の抵抗変化型素子毎(書込ブロック単位)で行われてもよい。   The standby for a predetermined time may be performed for each resistance variable element or may be performed for each of the plurality of resistance variable elements (in units of writing blocks).

(第2実施形態)
第2実施形態は、1個の抵抗変化型素子を高抵抗状態から低抵抗状態へと変化させる書き込みを行う場合に、ベリファイ書き込み動作の回数に応じて、所定の待機時間を設けるものである。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, when writing is performed to change one resistance change element from a high resistance state to a low resistance state, a predetermined standby time is provided according to the number of verify write operations.

第2実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、ベリファイ書き込み動作は、第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、追加的な電圧パルスとして、再度、第1電圧パルスを印加するものであり、ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれたベリファイ書き込み動作の回数が第1閾値回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機するものである。   The resistance change nonvolatile memory device write method according to the second embodiment is the resistance change nonvolatile memory device write method according to the first embodiment. The verify write operation is performed after the first voltage pulse is applied. The resistance value of the resistance variable element is read, and the first voltage is again applied as an additional voltage pulse to the resistance variable element determined that the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. A pulse is applied. In the verify write operation, if the number of verify write operations performed so far on one resistance variable element to be written exceeds the first threshold number, an additional operation is performed. It waits for a predetermined time without applying a typical voltage pulse.

第2実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置であって、パルス印加装置が上記書き込み方法を実行するものである。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment is the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, in which the pulse applying device executes the above writing method.

追加的な電圧パルスは、第1電圧パルスと同一でなくてもよく、他の追加的な電圧パルスであってもよい。   The additional voltage pulse may not be the same as the first voltage pulse, and may be another additional voltage pulse.

[装置構成]
第2実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成は、パルス印加装置の動作(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)を除き、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置と同様とすることができる。よって、第1実施形態と第2実施形態とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
[Device configuration]
The configuration of the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment is the same as that of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, except for the operation of the pulse applying device (the operation method of the variable resistance nonvolatile memory device). It can be. Therefore, the same code | symbol and name are attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

[書き込み方法(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)]
図4は、第2実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。図4に示す動作は、パルス印加装置130の制御により実行されうる。
[Write Method (Operation Method of Resistance Change Nonvolatile Memory Device)]
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment. The operation shown in FIG. 4 can be executed under the control of the pulse applying device 130.

抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みが開始されると(スタート)、まず、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に第1電圧パルスが印加される(ステップS201)。次に、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100について、判定条件を満たすか否かの判定、すなわち、その抵抗変化型素子100の抵抗値が第1閾値抵抗値よりも大きいか否かの判定が行われる(ステップS202)。具体的には例えば、パルス印加装置130により、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100の抵抗値が読み出され、抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっているか否かがセンスアンプを用いて判定される。判定結果がNOであれば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みは終了する(エンド)。   When data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 is started (start), first, a first voltage pulse is applied to the variable resistance element 100 to be written (step S201). Next, it is determined whether or not the determination condition is satisfied for the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied, that is, whether or not the resistance value of the resistance variable element 100 is larger than the first threshold resistance value. A determination is made (step S202). Specifically, for example, the resistance value of the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied is read by the pulse applying device 130, and whether or not the resistance value is higher than the first threshold resistance value is determined by the sense amplifier. To be determined. If the determination result is NO, data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 ends (end).

ステップS202の判定結果がYESであれば、ベリファイ書き込み動作の回数が第1閾値回数を超えているか否かの判定が行われる(ステップS203)。第1閾値回数は、1としてもよいし、2以上の所定の自然数でもよい。   If the decision result in the step S202 is YES, it is judged whether or not the number of verify write operations exceeds the first threshold number (step S203). The first threshold number may be 1 or a predetermined natural number of 2 or more.

ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、同一の抵抗変化型素子に対して、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの個数としてもよいし、ステップS202の判定でYESとなった回数としてもよい。ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140が備えるデータラッチなどに記憶されていてもよい。   The number of verify write operations may be, for example, the number of voltage pulses applied to the same resistance variable element after the start of data write, or may be the number of times determined as YES in step S202. The number of verify write operations may be stored in, for example, a data latch included in the variable resistance nonvolatile memory device 140.

ステップS203の判定結果がNOであれば、ステップS201に戻る。   If the decision result in the step S203 is NO, the process returns to the step S201.

ステップS203の判定結果がYESであれば、ステップS204にて所定時間、パルス印加をせずに待機がされる。   If the decision result in the step S203 is YES, the process waits for a predetermined time without applying a pulse in a step S204.

なお、ステップS204にて所定時間の待機がされた後、ステップS201に戻って、再度、第1電圧パルスの印加がされてもよい。また、ステップS204にて所定時間の待機がされた後、ステップS202に戻って、判定条件を満たすか否かの判定が行われてもよい。   In addition, after waiting for predetermined time in step S204, it returns to step S201 and the 1st voltage pulse may be applied again. In addition, after waiting for a predetermined time in step S204, the process may return to step S202 to determine whether or not the determination condition is satisfied.

なお、ステップS201で印加される第1電圧パルスは、単一のパルスであってもよいし、複数のパルスから構成されてもよい。   Note that the first voltage pulse applied in step S201 may be a single pulse or a plurality of pulses.

かかる動作方法において、ベリファイ書き込み動作回数が第1閾値回数を超えた場合、所定時間待機することにより、抵抗変化型素子の劣化が回復し、抵抗変化型素子の抵抗値はより低くなる。これに伴い、例えば、ステップS201で再度書き込む際、および以降の書き込み動作において、ベリファイフェイルする確率が低減し、書き込み速度が向上する。   In such an operation method, when the number of verify write operations exceeds the first threshold number of times, the resistance variable element is deteriorated by waiting for a predetermined time, and the resistance value of the resistance variable element becomes lower. Accordingly, for example, when writing again in step S201 and in the subsequent writing operation, the probability of verify fail is reduced, and the writing speed is improved.

なお上記において、ステップS204の後で、ベリファイ書き込み動作回数は0回にリセットしてもしなくてもよい。所定時間待機することにより抵抗変化型素子の劣化は回復するため、ベリファイ回数は0回にリセットし、以降の書き込みでは待機時間を設けなくてもよい。ベリファイ書き込み動作回数が第1閾値回数を超えたことは、抵抗変化型素子の劣化が進んでいることを意味している。ベリファイ書き込み動作回数をリセットせず、以降の書き込みにおいて、常に待機時間を設けることが有効な場合もある。   In the above description, the number of verify write operations may or may not be reset to 0 after step S204. Since the deterioration of the resistance variable element is recovered by waiting for a predetermined time, the number of verifications is reset to 0, and it is not necessary to provide a waiting time for subsequent writing. If the number of verify write operations exceeds the first threshold number, it means that the resistance variable element is being deteriorated. In some cases, it is effective to always provide a standby time in subsequent writing without resetting the number of verify writing operations.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。   Also in the second embodiment, the same modifications as in the first embodiment are possible.

(第3実施形態)
第3実施形態は、1個の抵抗変化型素子を低抵抗状態から高抵抗状態へと変化させる書き込みを行う場合に、ベリファイ書き込み動作の回数に応じて、所定の待機時間を設けるものである。
(Third embodiment)
In the third embodiment, when writing is performed to change one resistance variable element from a low resistance state to a high resistance state, a predetermined standby time is provided according to the number of verify write operations.

第3実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、ベリファイ書き込み動作は、第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、追加的な電圧パルスとして、再度、第2電圧パルスを印加するものであり、ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれたベリファイ書き込み動作の回数が第2閾値回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機するものである。   The resistance change nonvolatile memory device write method according to the third embodiment is the resistance change nonvolatile memory device write method according to the first embodiment, and the verify write operation is performed after the second voltage pulse is applied. The resistance value of the variable resistance element is read, and the second voltage is again applied as an additional voltage pulse to the variable resistance element determined that the read resistance value is lower than the second threshold resistance value. A pulse is applied. In the verify write operation, if the number of verify write operations performed so far on one resistance variable element to be written exceeds the second threshold number, an additional operation is performed. It waits for a predetermined time without applying a typical voltage pulse.

第3実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置であって、パルス印加装置が上記書き込み方法を実行するものである。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the third embodiment is the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, and the pulse applying device executes the above writing method.

追加的な電圧パルスは、第2電圧パルスと同一でなくてもよく、他の追加的な電圧パルスであってもよい。   The additional voltage pulse may not be the same as the second voltage pulse, and may be another additional voltage pulse.

[装置構成]
第3実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成は、パルス印加装置の動作(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)を除き、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置と同様とすることができる。よって、第1実施形態と第3実施形態とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
[Device configuration]
The configuration of the variable resistance nonvolatile memory device of the third embodiment is the same as that of the variable resistance nonvolatile memory device of the first embodiment, except for the operation of the pulse applying device (the operation method of the variable resistance nonvolatile memory device). It can be. Therefore, the same code | symbol and name are attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment and 3rd Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

[書き込み方法(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)]
図5は、第3実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。図5に示す動作は、パルス印加装置130の制御により実行されうる。
[Write Method (Operation Method of Resistance Change Nonvolatile Memory Device)]
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the third embodiment. The operation shown in FIG. 5 can be executed under the control of the pulse applying device 130.

抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みが開始されると(スタート)、まず、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に第2電圧パルスが印加される(ステップS301)。次に、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100について、判定条件を満たすか否かの判定、すなわち、その抵抗変化型素子100の抵抗値が第2閾値抵抗値よりも小さいか否かの判定が行われる(ステップS302)。具体的には例えば、パルス印加装置130により、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100の抵抗値が読み出され、抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっているか否かがセンスアンプを用いて判定される。判定結果がNOであれば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みは終了する(エンド)。   When data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 is started (start), first, a second voltage pulse is applied to the variable resistance element 100 to be written (step S301). Next, it is determined whether or not the determination condition is satisfied for the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied, that is, whether or not the resistance value of the resistance variable element 100 is smaller than the second threshold resistance value. A determination is made (step S302). Specifically, for example, the resistance value of the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied is read out by the pulse applying device 130, and the sense amplifier determines whether the resistance value is lower than the second threshold resistance value. To be determined. If the determination result is NO, data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 ends (end).

ステップS302の判定結果がYESであれば、ベリファイ書き込み動作の回数が第2閾値回数を超えているか否かの判定が行われる(ステップS303)。第2閾値回数は、1としてもよいし、2以上の所定の自然数でもよい。   If the decision result in the step S302 is YES, it is judged whether or not the number of verify write operations exceeds the second threshold number (step S303). The second threshold number may be 1 or a predetermined natural number of 2 or more.

ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、同一の抵抗変化型素子に対して、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの個数としてもよいし、ステップS302の判定でYESとなった回数としてもよい。ベリファイ書き込み動作の回数は、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140が備えるデータラッチなどに記憶されていてもよい。   The number of verify write operations may be, for example, the number of voltage pulses applied to the same resistance variable element after the start of data write, or may be the number of times determined as YES in step S302. The number of verify write operations may be stored in, for example, a data latch included in the variable resistance nonvolatile memory device 140.

ステップS303の判定結果がNOであれば、ステップS301に戻る。   If the determination result of step S303 is NO, the process returns to step S301.

ステップS303の判定結果がYESであれば、ステップS304にて所定時間、パルス印加をせずに待機がされる。   If the decision result in the step S303 is YES, in a step S304, it is on standby without applying a pulse for a predetermined time.

なお、ステップS304にて所定時間の待機がされた後、ステップS301に戻って、再度、第1電圧パルスの印加がされてもよい。また、ステップS304にて所定時間の待機がされた後、ステップS302に戻って、判定条件を満たすか否かの判定が行われてもよい。   In addition, after waiting for predetermined time in step S304, it returns to step S301 and may apply a 1st voltage pulse again. Further, after waiting for a predetermined time in step S304, the process may return to step S302 to determine whether or not the determination condition is satisfied.

なお、ステップS301で印加される第2電圧パルスは、単一のパルスであってもよいし、複数のパルスから構成されてもよい。   Note that the second voltage pulse applied in step S301 may be a single pulse or a plurality of pulses.

かかる動作方法において、ベリファイ書き込み動作回数が第2閾値回数を超えた場合、所定時間待機することにより、抵抗変化型素子の劣化が回復し、抵抗変化型素子の抵抗値はより高くなる。これに伴い、例えば、ステップS301で再度書き込む際、および以降の書き込み動作において、ベリファイフェイルする確率が低減し、書き込み速度が向上する。   In such an operation method, when the number of verify write operations exceeds the second threshold number of times, by waiting for a predetermined time, the deterioration of the resistance variable element is recovered, and the resistance value of the resistance variable element becomes higher. Accordingly, for example, when writing again in step S301 and in the subsequent writing operation, the probability of verify fail is reduced, and the writing speed is improved.

なお上記において、ステップS304の後で、ベリファイ書き込み動作回数は0回にリセットしてもしなくてもよい。所定時間待機することにより抵抗変化型素子の劣化は回復するため、ベリファイ回数は0回にリセットし、以降の書き込みでは待機時間を設けなくてもよい。ベリファイ書き込み動作回数が第2閾値回数を超えたことは、抵抗変化型素子の劣化が進んでいることを意味している。ベリファイ書き込み動作回数をリセットせず、以降の書き込みにおいて、常に待機時間を設けることが有効な場合もある。   In the above description, the number of verify write operations may or may not be reset to 0 after step S304. Since the deterioration of the resistance variable element is recovered by waiting for a predetermined time, the number of verifications is reset to 0, and it is not necessary to provide a waiting time for subsequent writing. If the number of verify write operations exceeds the second threshold number, it means that the resistance variable element is being deteriorated. In some cases, it is effective to always provide a standby time in subsequent writing without resetting the number of verify writing operations.

第3実施形態においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。   Also in the third embodiment, the same modifications as in the first embodiment are possible.

第3実施形態と第2実施形態とを組み合わせてもよい。この場合において、第1閾値回数と第2閾値回数とは、等しくてもよいし、等しくなくてもよい。   The third embodiment and the second embodiment may be combined. In this case, the first threshold number and the second threshold number may or may not be equal.

(第4実施形態)
第4実施形態は、複数の抵抗変化型素子を高抵抗状態から低抵抗状態へと変化させる書き込みを行う場合に、ベリファイ書き込み動作の平均回数に応じて、所定の待機時間を設けるものである。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, when writing is performed to change a plurality of resistance change elements from a high resistance state to a low resistance state, a predetermined standby time is provided according to the average number of verify write operations.

第4実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、ベリファイ書き込み動作は、第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、追加的な電圧パルスとして、再度、第1電圧パルスを印加するものであり、ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれたベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機するものである。   The write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fourth embodiment is the write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. The verify write operation is performed after the first voltage pulse is applied. The resistance value of the resistance variable element is read, and the first voltage is again applied as an additional voltage pulse to the resistance variable element determined that the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. A pulse is applied, and in the verify write operation, the average number of verify write operations performed so far on all or a part of the plurality of resistance change elements to be written is the first threshold value. When the number of times is exceeded, an additional voltage pulse is not applied and the apparatus waits for a predetermined time.

第4実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置であって、パルス印加装置が上記書き込み方法を実行するものである。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the fourth embodiment is the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, in which the pulse applying device executes the above writing method.

追加的な電圧パルスは、第1電圧パルスと同一でなくてもよく、他の追加的な電圧パルスであってもよい。   The additional voltage pulse may not be the same as the first voltage pulse, and may be another additional voltage pulse.

[装置構成]
第4実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成は、パルス印加装置の動作(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)を除き、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置と同様とすることができる。よって、第1実施形態と第4実施形態とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
[Device configuration]
The configuration of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fourth embodiment is the same as that of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, except for the operation of the pulse applying device (the operation method of the variable resistance nonvolatile memory device). It can be. Therefore, the same code | symbol and name are attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment and 4th Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

[書き込み方法(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)]
図6は、第4実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。図6に示す動作は、パルス印加装置130の制御により実行されうる。
[Write Method (Operation Method of Resistance Change Nonvolatile Memory Device)]
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fourth embodiment. The operation shown in FIG. 6 can be executed under the control of the pulse applying device 130.

抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みが開始されると(スタート)、まず、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に第1電圧パルスが印加される(ステップS401)。次に、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100について、判定条件を満たすか否かの判定、すなわち、その抵抗変化型素子100の抵抗値が第1閾値抵抗値よりも大きいか否かの判定が行われる(ステップS402)。具体的には例えば、パルス印加装置130により、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100の抵抗値が読み出され、抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっているか否かがセンスアンプを用いて判定される。判定結果がNOであれば、低抵抗化(LR化)対象の全素子への書き込みが終了したか否かの判定が行われる(ステップ405)。判定結果がNOであれば、次のLR化対象の素子について、ステップ401に進む。判定結果がYESであれば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みは終了する(エンド)。   When data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 is started (start), first, a first voltage pulse is applied to the variable resistance element 100 to be written (step S401). Next, it is determined whether or not the determination condition is satisfied for the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied, that is, whether or not the resistance value of the resistance variable element 100 is larger than the first threshold resistance value. A determination is made (step S402). Specifically, for example, the resistance value of the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied is read by the pulse applying device 130, and whether or not the resistance value is higher than the first threshold resistance value is determined by the sense amplifier. To be determined. If the determination result is NO, it is determined whether or not writing to all the elements to be reduced in resistance (LR) is completed (step 405). If the determination result is NO, the process proceeds to step 401 for the next LR conversion target element. If the determination result is YES, data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 ends (END).

ステップS402の判定結果がYESであれば、ベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えているか否かの判定が行われる(ステップS403)。第1閾値回数は、例えば、0.1等とすることができる。   If the decision result in the step S402 is YES, it is judged whether or not the average number of verify write operations exceeds the first threshold number (step S403). The first threshold number of times can be set to 0.1, for example.

ベリファイ書き込み動作の平均回数は、例えば、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの合計を、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数で割った数としてもよいし、ステップS402の判定でYESとなった回数の合計を、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数で割った数としてもよい。データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの合計、ステップS402の判定でYESとなった回数の合計、および、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数等は、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140が備えるデータラッチなどに記憶されていてもよい。   The average number of verify write operations may be, for example, the sum of the voltage pulses applied after the start of data write divided by the number of resistance change elements that have been written, or YES in step S402. The total number of times obtained may be divided by the number of resistance variable elements that have been written. For example, the total number of voltage pulses applied after the start of data writing, the total number of times YES is determined in step S402, the number of resistance change elements that have been written, and the like are stored in the resistance change nonvolatile memory. You may memorize | store in the data latch with which the apparatus 140 is provided.

ステップS403の判定結果がNOであれば、ステップS401に戻る。   If the determination result of step S403 is NO, the process returns to step S401.

ステップS403の判定結果がYESであれば、ステップS404にて所定時間、パルス印加をせずに待機がされ、低抵抗化(LR化)対象の全素子への書き込みが終了したか否かの判定が行われる(ステップ405)。このステップ405の以降の処理は、上述した通りであるので省略する。   If the decision result in the step S403 is YES, in a step S404, a standby is performed without applying a pulse for a predetermined time, and it is decided whether or not writing to all the elements to be reduced in resistance (LR) is completed. Is performed (step 405). Since the processing after step 405 is as described above, a description thereof will be omitted.

なお、ステップS404にて所定時間の待機がされた後、ステップS401に戻って、再度、第1電圧パルスの印加がされてもよい。また、ステップS404にて所定時間の待機がされた後、ステップS402に戻って、判定条件を満たすか否かの判定が行われてもよい。   In addition, after waiting for predetermined time in step S404, it returns to step S401 and the 1st voltage pulse may be applied again. Further, after waiting for a predetermined time in step S404, the process may return to step S402 to determine whether or not the determination condition is satisfied.

なお、ステップS401で印加される第1電圧パルスは、単一のパルスであってもよいし、複数のパルスから構成されてもよい。   Note that the first voltage pulse applied in step S401 may be a single pulse or a plurality of pulses.

かかる動作方法において、ベリファイ書き込み動作回数が第1閾値回数を超えた場合、所定時間待機することにより、抵抗変化型素子の劣化が回復し、抵抗変化型素子の抵抗値はより低くなる。これに伴い、例えば、ステップS401で再度書き込む際、および以降の書き込み動作において、ベリファイフェイルする確率が低減し、書き込み速度が向上する。   In such an operation method, when the number of verify write operations exceeds the first threshold number of times, the resistance variable element is deteriorated by waiting for a predetermined time, and the resistance value of the resistance variable element becomes lower. Accordingly, for example, when writing again in step S401 and in the subsequent writing operation, the probability of verify fail is reduced, and the writing speed is improved.

なお上記において、ステップS404の後で、ベリファイ回数は0回にリセットしてもしなくてもよい。所定時間待機することにより抵抗変化型素子の劣化は回復するため、ベリファイ回数は0回にリセットし、以降の書き込みでは待機時間を設けなくてもよい。ベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えたことは、抵抗変化型素子の劣化が進んでいることを意味している。ベリファイ書き込み動作回数をリセットせず、以降の書き込みにおいて、常に待機時間を設けることが有効な場合もある。   In the above description, the number of verifications may or may not be reset to 0 after step S404. Since the deterioration of the resistance variable element is recovered by waiting for a predetermined time, the number of verifications is reset to 0, and it is not necessary to provide a waiting time for subsequent writing. When the average number of verify write operations exceeds the first threshold number, it means that the resistance variable element is being deteriorated. In some cases, it is effective to always provide a standby time in subsequent writing without resetting the number of verify writing operations.

第4実施形態においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。   Also in the fourth embodiment, the same modifications as in the first embodiment are possible.

第4実施形態を、第2実施形態および第3実施形態のいずれか一方ないし両方と組み合わせてもよい。   The fourth embodiment may be combined with one or both of the second embodiment and the third embodiment.

(第5実施形態)
第5実施形態は、複数の抵抗変化型素子を低抵抗状態から高抵抗状態へと変化させる書き込みを行う場合に、ベリファイ書き込み動作の平均回数に応じて、所定の待機時間を設けるものである。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, when writing is performed to change a plurality of resistance change elements from a low resistance state to a high resistance state, a predetermined standby time is provided according to the average number of verify write operations.

第5実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、ベリファイ書き込み動作は、第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、追加的な電圧パルスとして、再度、第2電圧パルスを印加するものであり、ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれたベリファイ書き込み動作の平均回数が第2閾値回数を超えると、追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機するものである。   The resistance change nonvolatile memory device write method according to the fifth embodiment is the resistance change nonvolatile memory device write method according to the first embodiment, and the verify write operation is performed after the second voltage pulse is applied. The resistance value of the variable resistance element is read, and the second voltage is again applied as an additional voltage pulse to the variable resistance element determined that the read resistance value is lower than the second threshold resistance value. A pulse is applied, and in the verify write operation, the average number of verify write operations performed so far on all or a part of the plurality of resistance change elements to be written is the second threshold value. When the number of times is exceeded, an additional voltage pulse is not applied and the apparatus waits for a predetermined time.

第5実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置であって、パルス印加装置が上記書き込み方法を実行するものである。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the fifth embodiment is the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, and the pulse applying device executes the above writing method.

追加的な電圧パルスは、第2電圧パルスと同一でなくてもよく、他の追加的な電圧パルスであってもよい。   The additional voltage pulse may not be the same as the second voltage pulse, and may be another additional voltage pulse.

[装置構成]
第5実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成は、パルス印加装置の動作(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)を除き、第1実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置と同様とすることができる。よって、第1実施形態と第5実施形態とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
[Device configuration]
The configuration of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fifth embodiment is the same as that of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment, except for the operation of the pulse applying device (the operation method of the variable resistance nonvolatile memory device). It can be. Therefore, the same code | symbol and name are attached | subjected about the component which is common in 1st Embodiment and 5th Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

[書き込み方法(抵抗変化型不揮発性記憶装置の動作方法)]
図7は、第5実施形態にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法の一例を示すフローチャートである。図7に示す動作は、パルス印加装置130の制御により実行されうる。
[Write Method (Operation Method of Resistance Change Nonvolatile Memory Device)]
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the fifth embodiment. The operation shown in FIG. 7 can be executed under the control of the pulse applying device 130.

抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みが開始されると(スタート)、まず、書き込み対象となる抵抗変化型素子100に第2電圧パルスが印加される(ステップS501)。次に、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100について、判定条件を満たすか否かの判定、すなわち、その抵抗変化型素子100の抵抗値が第2閾値抵抗値よりも小さいか否かの判定が行われる(ステップS502)。具体的には例えば、パルス印加装置130により、電圧パルスが印加された抵抗変化型素子100の抵抗値が読み出され、抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっているか否かがセンスアンプを用いて判定される。判定結果がNOであれば、高抵抗化(HR化)対象の全素子への書き込みが終了したか否かの判定が行われる(ステップ505)。判定結果がNOであれば、次のHR化対象の素子について、ステップ501に進む。判定結果がYESであれば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140へのデータ書き込みは終了する(エンド)。   When data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 is started (start), first, a second voltage pulse is applied to the variable resistance element 100 to be written (step S501). Next, it is determined whether or not the determination condition is satisfied for the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied, that is, whether or not the resistance value of the resistance variable element 100 is smaller than the second threshold resistance value. A determination is made (step S502). Specifically, for example, the resistance value of the resistance variable element 100 to which the voltage pulse is applied is read out by the pulse applying device 130, and the sense amplifier determines whether the resistance value is lower than the second threshold resistance value. To be determined. If the determination result is NO, it is determined whether or not writing to all the elements to be increased in resistance (HR) has been completed (step 505). If the determination result is NO, the process proceeds to step 501 for the next element to be HR processed. If the determination result is YES, data writing to the variable resistance nonvolatile memory device 140 ends (END).

ステップS502の判定結果がYESであれば、ベリファイ書き込み動作の平均回数が第2閾値回数を超えているか否かの判定が行われる(ステップS503)。第2閾値回数は、例えば、0.1等とすることができる。   If the decision result in the step S502 is YES, it is judged whether or not the average number of verify write operations exceeds the second threshold number (step S503). The second threshold number of times can be set to 0.1, for example.

ベリファイ書き込み動作の平均回数は、例えば、データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの合計を、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数で割った数としてもよいし、ステップS502の判定でYESとなった回数の合計を、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数で割った数としてもよい。データ書き込み開始後に印加された電圧パルスの合計、ステップS502の判定でYESとなった回数の合計、および、書き込みが終了している抵抗変化型素子の個数等は、例えば、抵抗変化型不揮発性記憶装置140が備えるデータラッチなどに記憶されていてもよい。   The average number of verify write operations may be, for example, the number of voltage pulses applied after the start of data write divided by the number of resistance change elements that have been written, or YES in step S502. The total number of times obtained may be divided by the number of resistance variable elements that have been written. For example, the total number of voltage pulses applied after the start of data writing, the total number of times YES is determined in step S502, and the number of resistance change elements that have been written, are stored in the resistance change nonvolatile memory. You may memorize | store in the data latch with which the apparatus 140 is provided.

ステップS503の判定結果がNOであれば、ステップS501に戻る。   If the decision result in the step S503 is NO, the process returns to the step S501.

ステップS503の判定結果がYESであれば、ステップS504にて所定時間、パルス印加をせずに待機がされ、高抵抗化(HR化)対象の全素子への書き込みが終了したか否かの判定が行われる(ステップ505)。このステップ505の以降の処理は、上述した通りであるので省略する。   If the decision result in the step S503 is YES, in a step S504, a stand-by is performed without applying a pulse for a predetermined time, and it is decided whether or not writing to all the elements to be increased in resistance (HR) is completed. Is performed (step 505). Since the processing after step 505 is as described above, the description thereof is omitted.

なお、ステップS504にて所定時間の待機がされた後、ステップS501に戻って、再度、第2電圧パルスの印加がされてもよい。また、ステップS504にて所定時間の待機がされた後、ステップS502に戻って、判定条件を満たすか否かの判定が行われてもよい。   In addition, after waiting for predetermined time in step S504, it returns to step S501 and a 2nd voltage pulse may be applied again. Further, after waiting for a predetermined time in step S504, the process may return to step S502 to determine whether or not the determination condition is satisfied.

なお、ステップS501で印加される第2電圧パルスは、単一のパルスであってもよいし、複数のパルスから構成されてもよい。   Note that the second voltage pulse applied in step S501 may be a single pulse or a plurality of pulses.

かかる動作方法において、ベリファイ書き込み動作回数が第1閾値回数を超えた場合、所定時間待機することにより、抵抗変化型素子の劣化が回復し、抵抗変化型素子の抵抗値はより高くなる。これに伴い、例えば、ステップS501で再度書き込む際、および以降の書き込み動作において、ベリファイフェイルする確率が低減し、書き込み速度が向上する。   In such an operation method, when the number of verify write operations exceeds the first threshold number, the resistance change element is recovered from deterioration by waiting for a predetermined time, and the resistance value of the resistance change element becomes higher. Accordingly, for example, when writing again in step S501 and in the subsequent writing operation, the probability of verify fail is reduced, and the writing speed is improved.

なお上記において、ステップS504の後で、ベリファイ回数は0回にリセットしてもしなくてもよい。所定時間待機することにより抵抗変化型素子の劣化は回復するため、ベリファイ回数は0回にリセットし、以降の書き込みでは待機時間を設けなくてもよい。ベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えたことは、抵抗変化型素子の劣化が進んでいることを意味している。ベリファイ書き込み動作回数をリセットせず、以降の書き込みにおいて、常に待機時間を設けることが有効な場合もある。   In the above description, the number of verifications may or may not be reset to 0 after step S504. Since the deterioration of the resistance variable element is recovered by waiting for a predetermined time, the number of verifications is reset to 0, and it is not necessary to provide a waiting time for subsequent writing. When the average number of verify write operations exceeds the first threshold number, it means that the resistance variable element is being deteriorated. In some cases, it is effective to always provide a standby time in subsequent writing without resetting the number of verify writing operations.

第5実施形態においても、第1実施形態と同様の変形が可能である。   Also in the fifth embodiment, the same modification as in the first embodiment is possible.

第5実施形態を、第2〜第4実施形態と任意に組み合わせてもよい。   The fifth embodiment may be arbitrarily combined with the second to fourth embodiments.

(検討例)
図8は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の概略構成を示すブロック図である。
(Examination example)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a variable resistance nonvolatile memory device according to a study example.

(1)装置構成
図8に示すように、検討例に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置200は、半導体基板上に、メモリ本体部201を備えており、メモリ本体部201は、図2と同様の構成を有する1T1R型メモリセルで構成されたメモリセルアレイ202と、行選択回路208と、ワード線ドライバWLDおよびソース線ドライバSLDを備える行ドライバ207と、列選択回路203と、データの書き込みを行うための書き込み回路206と、選択ビット線に流れる電流量を検出し、高抵抗状態をデータ「0」と判定し、また低抵抗状態をデータ「1」と判定するセンスアンプ204と、端子DQを介して入出力データの入出力処理を行うデータ入出力回路205と、書き込み用電源211と、を備える。
(1) Device Configuration As shown in FIG. 8, the variable resistance nonvolatile memory device 200 according to the study example includes a memory main body 201 on a semiconductor substrate, and the memory main body 201 is the same as FIG. 2. The memory cell array 202 composed of 1T1R type memory cells having the configuration described above, the row selection circuit 208, the row driver 207 including the word line driver WLD and the source line driver SLD, the column selection circuit 203, and data writing are performed. For detecting the amount of current flowing through the selected bit line, determining the high resistance state as data “0”, and determining the low resistance state as data “1”, and a terminal DQ A data input / output circuit 205 that performs input / output processing of input / output data, and a write power supply 211.

後述するように、センスアンプ204は、読み出し用基準電流生成回路702と、LR化用基準電流生成回路703と、HR化用基準電流生成回路704とを備えている。   As will be described later, the sense amplifier 204 includes a read reference current generation circuit 702, an LR conversion reference current generation circuit 703, and an HR conversion reference current generation circuit 704.

抵抗変化型不揮発性記憶装置200は、さらに、外部から入力されるアドレス信号を受け取るアドレス入力回路209と、外部から入力されるコントロール信号に基づいて、メモリ本体部201の動作を制御する制御回路210とを備えている。   The variable resistance nonvolatile memory device 200 further includes an address input circuit 209 that receives an address signal input from the outside, and a control circuit 210 that controls the operation of the memory body 201 based on the control signal input from the outside. And.

メモリセルアレイ202は、半導体基板の上に形成された、互いに交差するように配列された複数のワード線WL0、WL1、WL2、WL3、・・・および複数のビット線BL0、BL1、BL2、・・・とを備える。これらのワード線WL0、WL1、WL2、WL3、・・・、およびビット線BL0、BL1、BL2、・・・の交点に対応してそれぞれ設けられた複数のNMOSトランジスタN11、N12、N13、N14、・・・、N21、N22、N23、N24、・・・、N31、N32、N33、N34、・・・(以下、「トランジスタN11、N12、・・・」と表す)と、トランジスタN11、N12、・・・と1対1に直列接続された複数の抵抗変化型素子R11、R12、R13、R14、・・・、R21、R22、R23、R24、・・・、R31、R32、R33、R34、・・・(以下、「抵抗変化型素子R11、R12、・・・」と表す)とを備える。複数のビット線と複数のワード線との交点に対応して設けられた、個々のNMOSのトランジスタと個々の抵抗変化型素子との直列接続された構造が、がメモリセルM11、M12、M13、M14、・・・、M21、M22、M23、M24、・・・M31、M32、M33、M34、・・・(以下、「メモリセルM11、M12、・・・」と表す)を構成している。   The memory cell array 202 includes a plurality of word lines WL0, WL1, WL2, WL3,... And a plurality of bit lines BL0, BL1, BL2,.・ With. A plurality of NMOS transistors N11, N12, N13, N14 provided corresponding to the intersections of these word lines WL0, WL1, WL2, WL3,... And bit lines BL0, BL1, BL2,. ..., N21, N22, N23, N24, ..., N31, N32, N33, N34, ... (hereinafter referred to as "transistors N11, N12, ...") and transistors N11, N12, A plurality of variable resistance elements R11, R12, R13, R14,..., R21, R22, R23, R24,..., R31, R32, R33, R34,. (Hereinafter referred to as “resistance variable elements R11, R12,...”). A structure in which individual NMOS transistors and individual resistance change elements, which are provided corresponding to the intersections of the plurality of bit lines and the plurality of word lines, are connected in series to the memory cells M11, M12, M13, M14, ..., M21, M22, M23, M24, ... M31, M32, M33, M34, ... (hereinafter referred to as "memory cells M11, M12, ..."). .

図8に示すように、トランジスタN11、N21、N31、・・・のゲートはワード線WL0に接続され、トランジスタN12、N22、N32、・・・のゲートはワード線WL1に接続される。さらに、トランジスタN13、N23、N33、・・・のゲートはワード線WL2に接続され、トランジスタN14、N24、N34、・・・のゲートはワード線WL3に接続されている。   As shown in FIG. 8, the gates of the transistors N11, N21, N31,... Are connected to the word line WL0, and the gates of the transistors N12, N22, N32,. Further, the gates of the transistors N13, N23, N33,... Are connected to the word line WL2, and the gates of the transistors N14, N24, N34,.

トランジスタN11、N21、N31、・・・およびトランジスタN12、N22、N32、・・・はソース線SL0に共通に接続され、トランジスタN13、N23、N33、・・・およびトランジスタN14、N24、N34、・・・はソース線SL2に共通に接続されている。すなわち、ソース線SL0、SL2、・・・は、ワード線WL0、WL1、WL2、WL3、・・・に対して平行となり、ビット線BL0、BL1、BL2、・・・に対して交差(本実施形態では、垂直方向)するように配置されている。   The transistors N11, N21, N31,... And the transistors N12, N22, N32,... Are connected in common to the source line SL0, and the transistors N13, N23, N33, ... and the transistors N14, N24, N34,. .. Are commonly connected to the source line SL2. That is, the source lines SL0, SL2,... Are parallel to the word lines WL0, WL1, WL2, WL3,... And intersect the bit lines BL0, BL1, BL2,. In the form, they are arranged in a vertical direction).

なお、上記の構成例では、ソース線はワード線と平行に配置されているが、ビット線と平行に配置してもよい。また、ソース線は、プレート線として接続されるトランジスタに共通の電位を与える構成としているが、行選択回路208と同様の構成のソース線選択回路を有し、選択されたソース線と非選択のソース線を異なる電圧(極性も含む)で駆動する構成としてもよい。   In the above configuration example, the source line is arranged parallel to the word line, but may be arranged parallel to the bit line. The source line is configured to apply a common potential to the transistors connected as plate lines. However, the source line includes a source line selection circuit having a configuration similar to that of the row selection circuit 208, and the selected source line is not selected. The source line may be driven with a different voltage (including polarity).

抵抗変化型素子R11、R12、R13、R14、・・・はビット線BL0に接続され、抵抗変化型素子R21、R22、R23、R24、・・・はビット線BL1に接続されている。さらに、抵抗変化型素子R31、R32、R33、R34、・・・はビット線BL2に接続されている。このように、実施形態におけるメモリセルアレイ202では、抵抗変化型素子R11、R21、R31、・・・がNMOSトランジスタN11、N21、N31・・・を介さずに、対応するビット線BL0、BL1、BL2、・・・に直接接続される構成を採用している。   The resistance change elements R11, R12, R13, R14,... Are connected to the bit line BL0, and the resistance change elements R21, R22, R23, R24,. Further, the resistance variable elements R31, R32, R33, R34,... Are connected to the bit line BL2. As described above, in the memory cell array 202 in the embodiment, the resistance variable elements R11, R21, R31,... Do not pass through the NMOS transistors N11, N21, N31. The structure directly connected to is adopted.

制御回路210は、データの書き込みサイクルにおいては、データ入出力回路205に入力された入力データDinに応じて、書き込み用電圧の印加を指示する書き込み信号を書き込み回路206へ出力する。他方、データの読み出しサイクルにおいて、制御回路210は、読み出し動作を指示する読み出し信号をセンスアンプ204へ出力する。   In the data write cycle, the control circuit 210 outputs a write signal instructing application of a write voltage to the write circuit 206 according to the input data Din input to the data input / output circuit 205. On the other hand, in the data read cycle, the control circuit 210 outputs a read signal instructing a read operation to the sense amplifier 204.

行選択回路208は、アドレス入力回路209から出力された行アドレス信号を受け取り、この行アドレス信号に応じて、行ドライバ207を介して、複数のワード線WL0、WL1、WL2、WL3、・・・のうちの何れかを選択する。そして、選択されたワード線に対応するワード線ドライバ回路WLDから、その選択されたワード線に対して、所定の電圧を印加する。   The row selection circuit 208 receives the row address signal output from the address input circuit 209, and in response to the row address signal, a plurality of word lines WL0, WL1, WL2, WL3,. Is selected. Then, a predetermined voltage is applied to the selected word line from the word line driver circuit WLD corresponding to the selected word line.

同様に、行選択回路208は、アドレス入力回路209から出力された行アドレス信号を受け取り、この行アドレス信号に応じて、複数のソース線SL0、SL2、・・・のうちの何れかを選択する。そして、選択されたソース線に対応するソース線ドライバ回路SLDから、その選択されたソース線に対して、所定の電圧を印加する。   Similarly, the row selection circuit 208 receives the row address signal output from the address input circuit 209, and selects one of the plurality of source lines SL0, SL2,... According to the row address signal. . Then, a predetermined voltage is applied to the selected source line from the source line driver circuit SLD corresponding to the selected source line.

書き込み回路206は、制御回路210から出力された書き込み信号(図示せず)を受け取った場合、列選択回路203により選択されたビット線に対して書き込み用電圧を印加する。   When the write circuit 206 receives a write signal (not shown) output from the control circuit 210, the write circuit 206 applies a write voltage to the bit line selected by the column selection circuit 203.

書き込み用電源211は、ワード線用電圧Vw及びソース線用電圧Vsを行ドライバ207に供給し、また、ビット線用電圧Vbを書き込み回路206に供給する。   The write power supply 211 supplies the word line voltage Vw and the source line voltage Vs to the row driver 207, and supplies the bit line voltage Vb to the write circuit 206.

図9は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置が備えるセンスアンプの概略構成の一例を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an example of a schematic configuration of a sense amplifier included in the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example.

センスアンプ204は、一例として、ミラー比が1対1のカレントミラー回路218と、サイズが等しいクランプトランジスタ219、220と、基準回路221と、差動アンプ224とを備えている。基準回路221は、読み出し用基準電流生成回路702と、LR化用基準電流生成回路703と、HR化用基準電流生成回路704とを備えている。   For example, the sense amplifier 204 includes a current mirror circuit 218 having a mirror ratio of 1: 1, clamp transistors 219 and 220 having the same size, a reference circuit 221, and a differential amplifier 224. The reference circuit 221 includes a read reference current generation circuit 702, an LR conversion reference current generation circuit 703, and an HR conversion reference current generation circuit 704.

読み出し用基準電流生成回路702では、選択トランジスタ222と読み出し用基準抵抗Rrefとが直列に接続されたブランチの一端(選択トランジスタ222のドレイン端子)が接地電位に接続され、他方の端子がクランプトランジスタ219のソース端子と接続されている。選択トランジスタ222のゲート端子には、読み出しイネーブル信号C1が入力されている。読み出しイネーブル信号C1により、選択トランジスタ222は、導通/非導通状態を切り換えられる。なお、ソース端子とドレイン端子とは入れ替わっていてもよい(以下、同様)。   In the read reference current generating circuit 702, one end of the branch (the drain terminal of the select transistor 222) in which the selection transistor 222 and the read reference resistor Rref are connected in series is connected to the ground potential, and the other terminal is the clamp transistor 219. Connected to the source terminal. A read enable signal C <b> 1 is input to the gate terminal of the selection transistor 222. The selection transistor 222 is switched between a conductive / non-conductive state by the read enable signal C1. Note that the source terminal and the drain terminal may be interchanged (the same applies hereinafter).

同様に、LR化用基準電流生成回路703では、選択トランジスタ223とLRベリファイ用基準抵抗RL(RL<Rref)とが直列に接続されたブランチの一端(選択トランジスタ223のドレイン端子)が接地電位に接続され、他方の端子がクランプトランジスタ219のソース端子と接続されている。選択トランジスタ223のゲート端子には、LRベリファイイネーブル信号C2が入力されている。LRベリファイイネーブル信号C2により、選択トランジスタ223は、導通/非導通状態を切り換えられる。   Similarly, in the LR reference current generation circuit 703, one end of the branch in which the selection transistor 223 and the LR verification reference resistor RL (RL <Rref) are connected in series (the drain terminal of the selection transistor 223) is set to the ground potential. The other terminal is connected to the source terminal of the clamp transistor 219. The LR verify enable signal C2 is input to the gate terminal of the selection transistor 223. The select transistor 223 is switched between a conductive / non-conductive state by the LR verify enable signal C2.

同様に、HR化用基準電流生成回路704では、選択トランジスタ227とHRベリファイ用基準抵抗RH(RH>Rref)とが直列に接続されたブランチの一端(選択トランジスタ227のドレイン端子)が接地電位に接続され、他方の端子がクランプトランジスタ219のソース端子と接続されている。選択トランジスタ227のゲート端子には、HRベリファイイネーブル信号C3が入力されている。HRベリファイイネーブル信号C3により、選択トランジスタ227は、導通/非導通状態を切り換えられる。   Similarly, in the HR reference current generation circuit 704, one end of the branch in which the selection transistor 227 and the HR verification reference resistor RH (RH> Rref) are connected in series (the drain terminal of the selection transistor 227) is set to the ground potential. The other terminal is connected to the source terminal of the clamp transistor 219. The HR verify enable signal C3 is input to the gate terminal of the selection transistor 227. The select transistor 227 is switched between a conductive / non-conductive state by the HR verify enable signal C3.

クランプトランジスタ219、220は、ゲート端子にクランプ電圧VCLP(VCLP<VDD)が入力されている。クランプトランジスタ220のソース端子は、列選択回路203とビット線を介して、メモリセルと接続されている。クランプトランジスタ(ここではN型MOSトランジスタ)219、220のドレイン端子は、それぞれカレントミラー回路218を構成するトランジスタ(ここではP型MOSトランジスタ)225、226のドレイン端子と接続される。クランプトランジスタ220のドレイン端子電位は、差動アンプ224により、基準電圧VREF(一例として1.1V)と比較され、基準電圧VREFより高いか低いかが判定される。判定結果は、センスアンプ出力SAOとしてデータ入出力回路205に伝達される。   The clamp transistors VC219 (VCLP <VDD) are input to the gate terminals of the clamp transistors 219 and 220. The source terminal of the clamp transistor 220 is connected to the memory cell via the column selection circuit 203 and the bit line. The drain terminals of the clamp transistors (here, N-type MOS transistors) 219 and 220 are connected to the drain terminals of transistors (here, P-type MOS transistors) 225 and 226 constituting the current mirror circuit 218, respectively. The drain terminal potential of the clamp transistor 220 is compared with the reference voltage VREF (1.1V as an example) by the differential amplifier 224 to determine whether it is higher or lower than the reference voltage VREF. The determination result is transmitted to the data input / output circuit 205 as the sense amplifier output SAO.

図10は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法におけるセンスアンプの判定レベルを示す模式図で、あるメモリセル領域に対して書き込みを行った時の、抵抗値(縦軸)とビット数(横軸)との関係を示している。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the determination level of the sense amplifier in the writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example, and the resistance value (vertical axis) when writing is performed on a certain memory cell region. And the number of bits (horizontal axis).

センスアンプ204は、図10に示すように、HR状態にあるメモリセルの抵抗値とLR状態にあるメモリセルの抵抗値との間に、読み出し用基準抵抗Rrefの判定レベルを有する。さらに、センスアンプ204は、読み出し用基準抵抗Rrefより小さいLRベリファイ用基準抵抗RL(RL<Rref)と、読み出し用基準抵抗Rrefより大きいHRベリファイ用基準抵抗RH(Rref<RH)の判定レベルを有する。   As shown in FIG. 10, the sense amplifier 204 has a determination level of the read reference resistance Rref between the resistance value of the memory cell in the HR state and the resistance value of the memory cell in the LR state. Further, the sense amplifier 204 has determination levels of an LR verification reference resistance RL (RL <Rref) smaller than the read reference resistance Rref and an HR verification reference resistance RH (Rref <RH) larger than the read reference resistance Rref. .

LRベリファイ用基準抵抗RLは、抵抗変化型素子のLR書き込みが完了したか否かを判定するために用いられる。HRベリファイ用基準抵抗RHは、抵抗変化型素子のHR書き込みが完了したか否かを判定するために用いられる。読み出し用基準抵抗Rrefは、抵抗変化型素子が高抵抗状態にあるか低抵抗状態にあるかを判定するために用いられる。   The LR verification reference resistor RL is used to determine whether or not LR writing of the resistance variable element is completed. The HR verification reference resistor RH is used to determine whether or not the HR writing of the resistance variable element is completed. The read reference resistor Rref is used to determine whether the resistance variable element is in a high resistance state or a low resistance state.

(2)動作
以上のように構成された抵抗変化型不揮発性記憶装置について、以下、主要な回路ブロックの動作を説明し、その後、抵抗変化型不揮発性記憶装置の読み出し動作、および書き込み動作を説明する。
(2) Operation In the variable resistance nonvolatile memory device configured as described above, the operation of main circuit blocks will be described below, and then the read operation and the write operation of the variable resistance nonvolatile memory device will be described. To do.

まず、図9に示されるセンスアンプ204の動作を説明する。抵抗変化型素子をLR化(低抵抗化)するLR書き込み工程では、書き込み回路206より低抵抗化電圧パルスセット14が印加された後、センスアンプ204が、列選択回路203とビット線を介して、対象メモリセルと接続される。この時、メモリセルには、クランプ電圧VCLPからクランプトランジスタ219、220のしきい値電圧(Vth)分低下した電圧(VCLP−Vth)より大きな電圧が印加されない構成となっている。   First, the operation of the sense amplifier 204 shown in FIG. 9 will be described. In the LR writing process for reducing the resistance variable element to LR (reducing resistance), the sense amplifier 204 is connected to the column selection circuit 203 and the bit line after the low resistance voltage pulse set 14 is applied from the writing circuit 206. , Connected to the target memory cell. At this time, a voltage higher than the voltage (VCLP−Vth), which is lower than the clamp voltage VCLP by the threshold voltage (Vth) of the clamp transistors 219 and 220, is not applied to the memory cell.

一方、基準回路221では、LRベリファイイネーブル信号C2により、選択トランジスタ223が活性化され、導通状態になる。LRベリファイ用基準抵抗RLが選択され、その他の選択トランジスタ222、227は、読み出しイネーブル信号C1及び、HRベリファイイネーブル信号C3により非活性化され、非導通状態にされる。これにより、基準電流Iref(≒(VCLP−Vth)/RL)が流れる。   On the other hand, in the reference circuit 221, the selection transistor 223 is activated by the LR verification enable signal C2, and becomes conductive. The LR verification reference resistor RL is selected, and the other selection transistors 222 and 227 are deactivated by the read enable signal C1 and the HR verification enable signal C3, and are made non-conductive. Thereby, a reference current Iref (≈ (VCLP−Vth) / RL) flows.

従って、基準電流Irefがカレントミラー回路218により転写され、負荷電流ILとしては、Irefとほぼ同じ電流が流れる(IL=Iref)。負荷電流ILとメモリセル電流Icとの大小関係がクランプトランジスタ220で比較される。その比較結果に依存して、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が基準電圧VREF(一例として1.1V)より高くなるか低くなるかが、差動アンプ224により検知される。差動アンプ224は、該検知結果に基づいてセンスアンプ出力SAOを出力する。   Accordingly, the reference current Iref is transferred by the current mirror circuit 218, and the current substantially the same as Iref flows as the load current IL (IL = Iref). The clamp transistor 220 compares the magnitude relationship between the load current IL and the memory cell current Ic. Depending on the comparison result, the differential amplifier 224 detects whether the drain terminal voltage of the clamp transistor 220 is higher or lower than the reference voltage VREF (1.1 V as an example). The differential amplifier 224 outputs a sense amplifier output SAO based on the detection result.

ここで、低抵抗化電圧パルスセット14(図11B参照)を印加した後の抵抗変化型素子の抵抗値をRLtとした場合に、メモリセル電流Ic(=(VCLP−Vth)/RLt)が流れる。この時、負荷電流IL>メモリセル電流Icならば、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、所定時間後に基準電圧VREFより高くなり、センスアンプ出力SAOは、Lレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが、LRベリファイ用基準抵抗RLより高い抵抗状態の場合には、センスアンプ204は“0”を出力する。これを、フェイルの判定とする(ベリファイフェイル)。   Here, the memory cell current Ic (= (VCLP−Vth) / RLt) flows when the resistance value of the resistance variable element after application of the low resistance voltage pulse set 14 (see FIG. 11B) is RLt. . At this time, if load current IL> memory cell current Ic, the drain terminal voltage of clamp transistor 220 becomes higher than reference voltage VREF after a predetermined time, and sense amplifier output SAO outputs L level. That is, when the selected memory cell is in a resistance state higher than the LR verification reference resistance RL, the sense amplifier 204 outputs “0”. This is determined as failure (verify fail).

一方、負荷電流IL<メモリセル電流Icならば、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、所定時間後に基準電圧VREFより低くなり、センスアンプ出力SAOは、Hレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが、LRベリファイ用基準抵抗RLより低い抵抗状態の場合には、センスアンプ204は、“1”を出力する。これを、パスの判定とし、対象メモリセルの低抵抗状態への書き込みが完了していることを示す。   On the other hand, if load current IL <memory cell current Ic, the drain terminal voltage of clamp transistor 220 becomes lower than reference voltage VREF after a predetermined time, and sense amplifier output SAO outputs H level. That is, when the selected memory cell is in a resistance state lower than the LR verification reference resistance RL, the sense amplifier 204 outputs “1”. This is a pass determination, which indicates that the writing to the low resistance state of the target memory cell has been completed.

同様に、抵抗変化型素子をHR化(高抵抗化)するHR書き込み工程では、書き込み回路206より高抵抗化電圧パルスセット13が印加された後、センスアンプ204が、列選択回路203とビット線を介して、対象メモリセルと接続される。この時、メモリセルには、クランプ電圧VCLPからクランプトランジスタ219、220のしきい値電圧(Vth)分低下した電圧(VCLP−Vth)より大きな電圧が印加されない構成となっている。   Similarly, in the HR write process for HR (high resistance) of the variable resistance element, after the high resistance voltage pulse set 13 is applied from the write circuit 206, the sense amplifier 204 is connected to the column selection circuit 203 and the bit line. To the target memory cell. At this time, a voltage higher than the voltage (VCLP−Vth), which is lower than the clamp voltage VCLP by the threshold voltage (Vth) of the clamp transistors 219 and 220, is not applied to the memory cell.

一方、基準回路221では、HRベリファイイネーブル信号C3により、選択トランジスタ227が活性化され、導通状態になる。HRベリファイ用基準抵抗RHが選択され、その他の選択トランジスタ222、223は、読み出しイネーブル信号C1及び、LRベリファイイネーブル信号C2により非活性化され、非導通状態にされる。これにより、基準電流Iref(≒(VCLP−Vth)/RH)が流れる。   On the other hand, in the reference circuit 221, the selection transistor 227 is activated by the HR verify enable signal C3 and becomes conductive. The HR verify reference resistor RH is selected, and the other select transistors 222 and 223 are deactivated by the read enable signal C1 and the LR verify enable signal C2, and are made non-conductive. Thereby, a reference current Iref (≈ (VCLP−Vth) / RH) flows.

従って、基準電流Irefがカレントミラー回路218により転写され、負荷電流ILとしては、Irefとほぼ同じ電流が流れ(IL=Iref)、この負荷電流ILとメモリセル電流Icの大小関係がクランプトランジスタ220で比較される。   Accordingly, the reference current Iref is transferred by the current mirror circuit 218, and almost the same current as Iref flows as the load current IL (IL = Iref). The magnitude relationship between the load current IL and the memory cell current Ic is determined by the clamp transistor 220. To be compared.

ここで、高抵抗化電圧パルスセット13(図11A参照)を印加した後の抵抗変化型素子の抵抗値をRHtとした場合に、メモリセル電流Ic(=(VCLP−Vth)/RHt)が流れる。この時、負荷電流IL<メモリセル電流Icならば、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、所定時間後に基準電圧VREFより低くなり、センスアンプ出力SAOは、Hレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが、HRベリファイ用基準抵抗RHより低い抵抗状態の場合には、センスアンプ204は“1”を出力する。これを、フェイルの判定とする(ベリファイフェイル)。   Here, when the resistance value of the resistance variable element after application of the high-resistance voltage pulse set 13 (see FIG. 11A) is RHt, the memory cell current Ic (= (VCLP−Vth) / RHt) flows. . At this time, if load current IL <memory cell current Ic, the drain terminal voltage of clamp transistor 220 becomes lower than reference voltage VREF after a predetermined time, and sense amplifier output SAO outputs H level. That is, when the selected memory cell is in a resistance state lower than the HR verification reference resistance RH, the sense amplifier 204 outputs “1”. This is determined as failure (verify fail).

一方、負荷電流IL>メモリセル電流Icならば、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、所定時間後に基準電圧VREFより高くなり、センスアンプ出力SAOは、Lレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが、HRベリファイ用基準抵抗RHより高い抵抗状態の場合には、センスアンプ204は、“0”を出力する。これを、パスの判定とし、対象メモリセルの高抵抗状態への書き込みが完了していることを示す。   On the other hand, if load current IL> memory cell current Ic, the drain terminal voltage of clamp transistor 220 becomes higher than reference voltage VREF after a predetermined time, and sense amplifier output SAO outputs L level. That is, when the selected memory cell is in a resistance state higher than the HR verification reference resistance RH, the sense amplifier 204 outputs “0”. This is determined as a pass determination, and indicates that writing to the high resistance state of the target memory cell is completed.

読み出し時には、基準回路221において、読み出しイネーブル信号C1により、選択トランジスタ222が活性化され、導通状態になる。読み出し用基準抵抗Rrefが選択され、その他の選択トランジスタ223、227は、LRベリファイイネーブル信号C2、HRベリファイイネーブル信号C3により非活性化され、非導通状態にされる。これにより、基準電流Iref(=(VCLP−Vth)/Rref)が流れる。   At the time of reading, in the reference circuit 221, the selection transistor 222 is activated by the read enable signal C1 and becomes conductive. The read reference resistor Rref is selected, and the other select transistors 223 and 227 are deactivated by the LR verify enable signal C2 and the HR verify enable signal C3, and are made non-conductive. Thereby, the reference current Iref (= (VCLP−Vth) / Rref) flows.

従って、基準電流Irefがカレントミラー回路218により転写され、負荷電流ILとしては、Irefとほぼ同じ電流が流れる(IL=Iref)。負荷電流ILとメモリセル電流Icとの大小関係がクランプトランジスタ220で比較される。その比較結果に依存して、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が基準電圧VREFより高くなるか低くなるかが検知され、差動アンプ224により検知される。差動アンプ224は、該検知結果に基づいてセンスアンプ出力SAOを出力する。   Accordingly, the reference current Iref is transferred by the current mirror circuit 218, and the current substantially the same as Iref flows as the load current IL (IL = Iref). The clamp transistor 220 compares the magnitude relationship between the load current IL and the memory cell current Ic. Depending on the comparison result, whether the drain terminal voltage of the clamp transistor 220 is higher or lower than the reference voltage VREF is detected and detected by the differential amplifier 224. The differential amplifier 224 outputs a sense amplifier output SAO based on the detection result.

ここで、高抵抗状態のメモリセルの抵抗値をRhr、低抵抗状態のメモリセルの抵抗値をRlr(Rhr>Rref>Rlr)とする。選択メモリセルが高抵抗状態である時には、メモリセル電流Ic(=(VCLP−Vth)/Rhr)が流れる。この時、負荷電流IL>メモリセル電流Icとなり、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、基準電圧VREFより高くなり、センスアンプ出力SAOは、Lレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが読み出し用基準抵抗Rrefより高い高抵抗状態(Rhr)の場合には、センスアンプ204は、“0”データと判定する。   Here, the resistance value of the memory cell in the high resistance state is Rhr, and the resistance value of the memory cell in the low resistance state is Rlr (Rhr> Rref> Rlr). When the selected memory cell is in a high resistance state, a memory cell current Ic (= (VCLP−Vth) / Rhr) flows. At this time, the load current IL> the memory cell current Ic, the drain terminal voltage of the clamp transistor 220 becomes higher than the reference voltage VREF, and the sense amplifier output SAO outputs L level. That is, when the selected memory cell is in a high resistance state (Rhr) higher than the read reference resistance Rref, the sense amplifier 204 determines “0” data.

一方、選択メモリセルが低抵抗状態である時には、メモリセル電流Ic(=(VCLP−Vth)/Rlr)が流れる。この時、負荷電流IL<メモリセル電流Icとなり、クランプトランジスタ220のドレイン端子電圧が、基準電圧VREFより低くなり、センスアンプ出力SAOは、Hレベルを出力する。つまり、選択メモリセルが読み出し用基準抵抗Rrefより低い低抵抗状態(Rlr)の場合には、センスアンプ204は、“1”データと判定する。   On the other hand, when the selected memory cell is in the low resistance state, a memory cell current Ic (= (VCLP−Vth) / Rlr) flows. At this time, the load current IL <the memory cell current Ic, the drain terminal voltage of the clamp transistor 220 becomes lower than the reference voltage VREF, and the sense amplifier output SAO outputs the H level. That is, when the selected memory cell is in a low resistance state (Rlr) lower than the read reference resistance Rref, the sense amplifier 204 determines that the data is “1”.

図11Aは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の高抵抗化時におけるベリファイ書き込み動作を説明するための模式的なフローチャートである。   FIG. 11A is a schematic flowchart for explaining a verify write operation at the time of increasing the resistance of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example.

図2に示した1T1R型メモリセルにおいて、高抵抗化電圧パルスセット13を印加し(S601)、その後、書き込み対象セルのセル電流が所定のHRセル電流レベルよりも少なくなっているか否か、すなわちHR書き込みが完了したかどうかを判定する(HRベリファイ:S602)。   In the 1T1R type memory cell shown in FIG. 2, the high-resistance voltage pulse set 13 is applied (S601), and then whether or not the cell current of the write target cell is lower than a predetermined HR cell current level, that is, It is determined whether or not HR writing has been completed (HR verification: S602).

ここで、もし、HRベリファイS602の判定がフェイル(Fail)した場合、再度、高抵抗化電圧パルスセット13が書き込み対象セルに印加され(S601)、HRベリファイS602の判定が行われる。この動作は、以降、HRベリファイS602の判定でパス(Pass)となるまで繰り返される(S602)。   Here, if the determination of HR verification S602 fails, the high resistance voltage pulse set 13 is applied again to the write target cell (S601), and the determination of HR verification S602 is performed. This operation is subsequently repeated until a pass is determined in the determination of HR verification S602 (S602).

ここで、もし、HRベリファイの判定(S602)がNOの場合(ベリファイフェイル)、再度、高抵抗化電圧パルスセット13が書き込み対象セルに印加され(S601)、HRベリファイの判定が行われる(S602)。この動作は、以降、HRベリファイの判定(S602)でYESとなるまで繰り返される。   Here, if the determination of HR verification (S602) is NO (verification fail), the high-resistance voltage pulse set 13 is again applied to the write target cell (S601), and the determination of HR verification is performed (S602). ). This operation is thereafter repeated until YES is determined in the HR verification determination (S602).

ここで一例として、高抵抗化電圧パルスセット13は、負電圧のプレ電圧パルス15(プレ電圧Vph=−1.0V、パルス幅50ns)と、正電圧の高抵抗化電圧パルス16(HR化電圧VH、パルス幅50ns)の2パルスから構成されている。負電圧のプレ電圧パルス15では、図2に示すメモリセルのゲート端子103にゲート電圧VG=2.8Vを印加し、第1電極端子101に+1.0Vの電圧を印加し、第2電極端子102に接地電位を印加する。正電圧の高抵抗化電圧パルス16では、ゲート端子103にゲート電圧VG=2.8Vを印加し、第2電極端子102にHR化電圧VH(例えば、+1.8V〜+2.8V)の電圧を印加し、第1電極端子101には接地電位を印加する。   As an example, the high-resistance voltage pulse set 13 includes a negative pre-voltage pulse 15 (pre-voltage Vph = −1.0 V, pulse width 50 ns) and a positive high-resistance voltage pulse 16 (HR voltage). VH, pulse width 50 ns). In the negative pre-voltage pulse 15, the gate voltage VG = 2.8V is applied to the gate terminal 103 of the memory cell shown in FIG. 2, the voltage of + 1.0V is applied to the first electrode terminal 101, and the second electrode terminal A ground potential is applied to 102. In the positive high-resistance voltage pulse 16, the gate voltage VG = 2.8 V is applied to the gate terminal 103, and the HR voltage VH (for example, +1.8 V to +2.8 V) is applied to the second electrode terminal 102. And a ground potential is applied to the first electrode terminal 101.

図11Bは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の低抵抗化時におけるベリファイ書き込み動作を説明するための模式的なフローチャートである。   FIG. 11B is a schematic flowchart for explaining a verify write operation when the resistance of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example is lowered.

図2に示した1T1R型メモリセルにおいて、低抵抗化電圧パルスセット14を印加し(S603)、その後、書き込み対象セルのセル電流が所定のLRセル電流レベルよりも多くなっているか否か、すなわちLR書き込みが完了(LRベリファイをPass)したかどうかを判定する(LRベリファイS604)。   In the 1T1R type memory cell shown in FIG. 2, the low resistance voltage pulse set 14 is applied (S603), and then whether or not the cell current of the write target cell is higher than a predetermined LR cell current level, that is, It is determined whether the LR writing has been completed (LR verification is Pass) (LR verification S604).

ここで、もし、LRベリファイS604の判定がNO(ベリファイフェイル)の場合、再度、低抵抗化電圧パルスセット14が書き込み対象セルに印加され(S603)、LRベリファイの判定が行われる(S604)。この動作は、以降、LRベリファイS604の判定でYESとなるまで繰り返される。   Here, if the determination of LR verification S604 is NO (verify fail), the low resistance voltage pulse set 14 is applied to the write target cell again (S603), and the determination of LR verification is performed (S604). Thereafter, this operation is repeated until the determination in LR verification S604 is YES.

ここで一例として、低抵抗化電圧パルスセット14は、正電圧のプレ電圧パルス17(プレ電圧Vpl=+1.1V、パルス幅50ns)と、負電圧の低抵抗化電圧パルス18(LR化電圧VL=−2.8V,パルス幅50ns)の2パルスから構成されている。正電圧のプレ電圧パルス17では、図2に示すメモリセルのゲート端子103にゲート電圧VG=2.8Vを印加し、第2電極端子102に+1.1Vの電圧を印加し、第1電極端子101に接地電位を印加する。負電圧の低抵抗化電圧パルス18では、ゲート端子103にゲート電圧VG=2.8Vを印加し、第1電極端子101に+2.8Vの電圧を印加し、第2電極端子102には接地電位を印加する。   As an example, the low-resistance voltage pulse set 14 includes a positive pre-voltage pulse 17 (pre-voltage Vpl = + 1.1 V, pulse width 50 ns) and a negative low-resistance voltage pulse 18 (LR voltage VL). = -2.8 V, pulse width 50 ns). In the positive pre-voltage pulse 17, a gate voltage VG = 2.8V is applied to the gate terminal 103 of the memory cell shown in FIG. 2, a voltage of + 1.1V is applied to the second electrode terminal 102, and the first electrode terminal A ground potential is applied to 101. In the negative voltage reduction voltage pulse 18, a gate voltage VG = 2.8 V is applied to the gate terminal 103, a voltage of +2.8 V is applied to the first electrode terminal 101, and a ground potential is applied to the second electrode terminal 102. Is applied.

図12は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法における各動作の設定電圧を示す表である。以下、図12を参照しつつ、低抵抗化書き込み、高抵抗化書き込み、読み出し動作の際にメモリセルに印加される電圧パルスと、メモリセルに当該電圧パルスを印加するためにワード線(WL)、ソース線(SL)、およびビット線(BL)に印加される電圧について説明する。   FIG. 12 is a table showing set voltages for each operation in the write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. Hereinafter, referring to FIG. 12, a voltage pulse applied to the memory cell during low resistance write, high resistance write, and read operation, and a word line (WL) for applying the voltage pulse to the memory cell. A voltage applied to the source line (SL) and the bit line (BL) will be described.

ワード線(WL)、ソース線(SL)、およびビット線(BL)に印加される電圧は、書き込み用電源211にて生成される。ワード線用電圧Vwは、ワード線ドライバ回路WLDからワード線に印加され、ソース線用電圧Vsは、ソース線ドライバ回路SLDからソース線に印加され、ビット線用電圧Vbは、書き込み回路206及び列選択回路203を介してビット線に印加される。   A voltage applied to the word line (WL), the source line (SL), and the bit line (BL) is generated by the write power supply 211. The word line voltage Vw is applied to the word line from the word line driver circuit WLD, the source line voltage Vs is applied to the source line from the source line driver circuit SLD, and the bit line voltage Vb is applied to the write circuit 206 and the column. It is applied to the bit line via the selection circuit 203.

図12において、LR書き込み動作では、正パルス(図11Bにおける、正電圧のプレ電圧パルス17)印加に続き、負パルス(同、低抵抗化電圧パルス18)印加を行う。正電圧のプレ電圧パルス17印加時のビット線電圧は、振幅1.1Vの電圧パルスである。低抵抗化電圧パルス18印加時のビット線電圧は、振幅2.8Vの電圧パルスである。   In FIG. 12, in the LR write operation, a negative pulse (same as the low resistance voltage pulse 18) is applied following application of a positive pulse (positive voltage pulse 17 in FIG. 11B). The bit line voltage when the positive pre-voltage pulse 17 is applied is a voltage pulse having an amplitude of 1.1V. The bit line voltage when the low resistance voltage pulse 18 is applied is a voltage pulse having an amplitude of 2.8V.

図12において、HR書き込み動作では、負パルス(図11Aにおける、負電圧のプレ電圧パルス15)印加に続き、正パルス(同、高抵抗化電圧パルス16)印加を行う。負電圧のプレ電圧パルス15印加時のビット線電圧は、振幅1.0Vの電圧パルスである。高抵抗化電圧パルス16印加時のビット線電圧は、振幅2.2Vの電圧パルスである。   In FIG. 12, in the HR write operation, a positive pulse (same as the high-resistance voltage pulse 16) is applied following application of a negative pulse (negative voltage pre-voltage pulse 15 in FIG. 11A). The bit line voltage when the negative pre-voltage pulse 15 is applied is a voltage pulse having an amplitude of 1.0V. The bit line voltage when the high resistance voltage pulse 16 is applied is a voltage pulse having an amplitude of 2.2V.

読み出し時、LR書き込みのベリファイ判定読み出し時、およびHR書き込みのベリファイ読み出し時におけるビット線BL電圧Vreadは、読み出しディスターブが発生しない(つまり、抵抗変化型素子の抵抗状態が変化しない)ように調整された電圧値とする。またVDDは、抵抗変化型不揮発性記憶装置200に供給される電源電圧である。   The bit line BL voltage Vread at the time of reading, at the time of verifying read by LR writing, and at the time of verify reading by HR writing is adjusted so that no reading disturb occurs (that is, the resistance state of the resistance variable element does not change). The voltage value. VDD is a power supply voltage supplied to the variable resistance nonvolatile memory device 200.

以上の様に構成された抵抗変化型不揮発性記憶装置の、データ書き込み、読み出しサイクルの一例について、図13A〜図13C、図8を参照しつつ説明する。   An example of a data write / read cycle of the variable resistance nonvolatile memory device configured as described above will be described with reference to FIGS. 13A to 13C and FIG.

図13A、図13B、図13Cは、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置について、それぞれ低抵抗化動作、高抵抗化動作、読み出し動作を示すタイミングチャートである。以下の説明は、1つのメモリセル(例えば、メモリセルM11)に対してデータの書き込みおよび読み出しをする場合についてなされている。   13A, 13B, and 13C are timing charts showing a low resistance operation, a high resistance operation, and a read operation, respectively, in the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. In the following description, data is written to and read from one memory cell (for example, memory cell M11).

図13Aは、メモリセルM11に対する、LR書き込みにおける低抵抗化電圧パルスセット14の印加のタイミングチャートを示している。低抵抗化電圧パルスセット14の印加においては、メモリセルM11に正電圧のプレ電圧パルス17と低抵抗化電圧パルス18が印加される。   FIG. 13A shows a timing chart of application of the low resistance voltage pulse set 14 in the LR writing to the memory cell M11. In applying the low resistance voltage pulse set 14, a positive pre-voltage pulse 17 and a low resistance voltage pulse 18 are applied to the memory cell M11.

正電圧のプレ電圧パルス17印加サイクルにおいては、最初に選択ビット線BL0、ソース線SL0をそれぞれ電圧0Vに設定する。次に、選択するワード線WL0を電圧Vw(2.8V)に設定し、図8の選択メモリセルM11のNMOSトランジスタN11をオンする。   In the positive voltage pre-voltage pulse 17 application cycle, first, the selected bit line BL0 and the source line SL0 are each set to a voltage of 0V. Next, the word line WL0 to be selected is set to the voltage Vw (2.8V), and the NMOS transistor N11 of the selected memory cell M11 in FIG. 8 is turned on.

次に、選択ビット線BL0を時間thwの間、電圧Vb(1.1V)に設定し、その後、再度電圧0Vとなるパルス波形を印加する。この段階で、図8のメモリセルM11には弱HR化電圧VHw(+1.1V)の正電圧パルスが印加されるが、抵抗値はほとんど変化しない。   Next, the selected bit line BL0 is set to the voltage Vb (1.1V) for the time thw, and then a pulse waveform that becomes the voltage 0V is applied again. At this stage, a positive voltage pulse of the weak HR voltage VHw (+1.1 V) is applied to the memory cell M11 in FIG. 8, but the resistance value hardly changes.

引き続き実施される低抵抗化電圧パルス18印加サイクルにおいては、最初に選択ビット線BL0、ソース線SL0を、それぞれ電圧0Vに設定する。次に選択ビット線BL0、ソース線SL0を、それぞれ電圧Vs(2.8V)および電圧Vb(2.8V)に設定する。次に、選択するワード線WL0を電圧Vw(2.8V)に設定するが、この時は、図8の選択メモリセルM11のNMOSトランジスタN11は、まだオフ状態である。この段階では、図8のNMOSトランジスタN11のドレイン端子と、ソース端子はともに同電位となり、トランジスタのオン・オフに関係なく電流は流れない。   In the subsequent application cycle of the low-resistance voltage pulse 18, the selected bit line BL0 and the source line SL0 are first set to a voltage of 0V, respectively. Next, the selected bit line BL0 and the source line SL0 are set to the voltage Vs (2.8V) and the voltage Vb (2.8V), respectively. Next, the word line WL0 to be selected is set to the voltage Vw (2.8V). At this time, the NMOS transistor N11 of the selected memory cell M11 in FIG. 8 is still in the off state. At this stage, the drain terminal and the source terminal of the NMOS transistor N11 in FIG. 8 are at the same potential, and no current flows regardless of whether the transistor is on or off.

次に、選択ビット線BL0を時間tlwの間、電圧0Vに設定し、その後、再度電圧Vb(2.8V)となるパルス波形を印加する。この段階で、図8のメモリセルM11には、LR化電圧VLw(−2.8V)の負電圧パルスが印加され、メモリセルM11の抵抗値が高抵抗値から低抵抗値に遷移する。その後、ワード線WL0を電圧0Vに設定し、低抵抗化電圧パルス印加が完了する。ただし、この方法に限定されるわけではない。   Next, the selected bit line BL0 is set to a voltage of 0 V for a time tlw, and then a pulse waveform having a voltage Vb (2.8 V) is applied again. At this stage, a negative voltage pulse of the LR voltage VLw (−2.8 V) is applied to the memory cell M11 in FIG. 8, and the resistance value of the memory cell M11 transitions from a high resistance value to a low resistance value. Thereafter, the word line WL0 is set to a voltage of 0 V, and the application of the low resistance voltage pulse is completed. However, it is not necessarily limited to this method.

図13Bは、メモリセルM11に対する、高抵抗化電圧パルスセット13(図11Aを参照)の印加のタイミングチャートを示している。高抵抗化電圧パルスセット印加では、メモリセルM11に負電圧のプレ電圧パルス15と高抵抗化電圧パルス16が印加される。   FIG. 13B shows a timing chart of application of the high-resistance voltage pulse set 13 (see FIG. 11A) to the memory cell M11. In the application of the high resistance voltage pulse set, the negative pre voltage pulse 15 and the high resistance voltage pulse 16 are applied to the memory cell M11.

負電圧のプレ電圧パルス15印加サイクルは、最初に選択ビット線BL0、ソース線SL0を、それぞれ電圧0Vに設定する。次に、選択ビット線BL0を電圧Vb(1.0V)、ソース線SL0をVs(1.0V)に設定する。次に、選択するワード線WL0を電圧Vw(2.8V)に設定し、図8の選択メモリセルM11のNMOSトランジスタN11をオンする。   In the negative voltage pre-voltage pulse 15 application cycle, first, the selected bit line BL0 and the source line SL0 are each set to a voltage of 0V. Next, the selected bit line BL0 is set to the voltage Vb (1.0 V), and the source line SL0 is set to Vs (1.0 V). Next, the word line WL0 to be selected is set to the voltage Vw (2.8V), and the NMOS transistor N11 of the selected memory cell M11 in FIG. 8 is turned on.

次に、選択ビット線BL0を時間tlwの間、電圧0Vに設定し、その後、再度電圧Vb(1.0V)となるパルス波形を印加する。この段階で、図8のメモリセルM11には弱LR化電圧Vph(−1.0V)の負電圧パルスが印加されるが、抵抗値はほとんど変化せず、LR状態のままである。   Next, the selected bit line BL0 is set to a voltage of 0 V for a time tlw, and then a pulse waveform having a voltage Vb (1.0 V) is applied again. At this stage, the negative voltage pulse of the weak LR voltage Vph (−1.0 V) is applied to the memory cell M11 in FIG. 8, but the resistance value hardly changes and remains in the LR state.

引き続き実施される高抵抗化電圧パルス16印加サイクルにおいては、最初に選択ビット線BL0、ソース線SL0を、それぞれ電圧0Vに設定する。次に、選択するワード線WL0を電圧Vw(2.8V)に設定するが、この時は、図8の選択メモリセルM11のNMOSトランジスタN11は、まだオフ状態である。この段階では、図8のNMOSトランジスタN11のドレイン端子と、ソース端子はともに同電位となり、トランジスタのオン・オフに関係なく電流は流れない。   In the subsequent application cycle of the high-resistance voltage pulse 16, the selected bit line BL 0 and the source line SL 0 are first set to a voltage of 0V. Next, the word line WL0 to be selected is set to the voltage Vw (2.8V). At this time, the NMOS transistor N11 of the selected memory cell M11 in FIG. 8 is still in the off state. At this stage, the drain terminal and the source terminal of the NMOS transistor N11 in FIG. 8 are at the same potential, and no current flows regardless of whether the transistor is on or off.

次に選択ビット線BL0を時間thwの間、電圧Vb(2.2V)に設定し、その後、再度、電圧0Vとなるパルス波形を印加する。この段階で、図8のメモリセルM11には、HR化電圧VH(+2.2V)の正電圧パルスが印加され、メモリセルM11の抵抗値が低抵抗値から高抵抗値に遷移する。その後、ワード線WL0を電圧0Vに設定し、高抵抗化電圧パルス印加が完了する。ただし、この方法に限定されるわけではない。   Next, the selected bit line BL0 is set to the voltage Vb (2.2V) for the time thw, and then a pulse waveform having a voltage of 0V is applied again. At this stage, a positive voltage pulse of the HR voltage VH (+2.2 V) is applied to the memory cell M11 in FIG. 8, and the resistance value of the memory cell M11 transitions from a low resistance value to a high resistance value. Thereafter, the word line WL0 is set to a voltage of 0V, and the application of the high resistance voltage pulse is completed. However, it is not necessarily limited to this method.

図13Cは、メモリセルM11に対するデータの読み出しサイクルのタイミングチャートを示している。この読み出しサイクルにおいては、最初に選択ビット線BL0、ソース線SL0を電圧0Vに設定する。次に、選択するビット線BL0を読み出し電圧Vreadにプリチャージする。   FIG. 13C shows a timing chart of a data read cycle for the memory cell M11. In this read cycle, first, the selected bit line BL0 and the source line SL0 are set to a voltage of 0V. Next, the selected bit line BL0 is precharged to the read voltage Vread.

次に、選択するワード線WL0を電圧VDD(VDD>Vread)に設定し、選択メモリセルM11のNMOSトランジスタN11をオンすると共に、選択ビット線BL0をディスチャージする。その後、所定期間後にセンスアンプ204により、選択メモリセルM11に流れる電流値を検出することで、記憶されているデータをデータ「0」またはデータ「1」と判定する。その後、ワード線WL0を電圧0Vに設定し、データの読み出し動作を完了する。   Next, the selected word line WL0 is set to the voltage VDD (VDD> Vread), the NMOS transistor N11 of the selected memory cell M11 is turned on, and the selected bit line BL0 is discharged. Thereafter, the sense amplifier 204 detects the value of the current flowing through the selected memory cell M11 after a predetermined period, thereby determining the stored data as data “0” or data “1”. Thereafter, the word line WL0 is set to a voltage of 0 V, and the data read operation is completed.

読み出し動作については、センスアンプ204において、読み出し用基準抵抗Rrefが用いられる。LRベリファイ読み出し時には、LRベリファイ用基準抵抗RLが用いられ、HRベリファイ読み出し時には、HRベリファイ用基準抵抗RHが用いられる。以上の点を除けば、図13Cに示される読み出し方法は、LRベリファイ読み出し時とHRベリファイ読み出し時で同様である。   For the read operation, the read reference resistor Rref is used in the sense amplifier 204. The LR verification reference resistor RL is used at the time of LR verification reading, and the HR verification reference resistor RH is used at the time of HR verification reading. Except for the above points, the reading method shown in FIG. 13C is the same at the time of LR verify reading and at the time of HR verify reading.

図14は、検討例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。以下、検討例の抵抗変化型不揮発性記憶装置における書き込み動作の一例について、図14を参照しつつ説明する。   FIG. 14 is a flowchart illustrating a writing method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the study example. Hereinafter, an example of a write operation in the variable resistance nonvolatile memory device of the study example will be described with reference to FIG.

図14において、フローチャートがスタート(S0)すると、データを書き込むアドレス空間の初期アドレスのメモリセル(例えば、図8のM11)を選択する(S1)。そして、“0”データ(HR)書き込みでは(S2でYes)、高抵抗化電圧パルスセット13を印加するHR書き込み処理を実行し(S3)、“1”データ(LR)書き込みでは(S2でNo)、低抵抗化電圧パルスセット14を印加するLR書き込み処理を実行する(S6)。   In FIG. 14, when the flowchart starts (S0), the memory cell (for example, M11 in FIG. 8) of the initial address of the address space to which data is written is selected (S1). When “0” data (HR) is written (Yes in S2), an HR write process for applying the high-resistance voltage pulse set 13 is executed (S3), and when “1” data (LR) is written (No in S2). ), The LR write processing for applying the low resistance voltage pulse set 14 is executed (S6).

次に、選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、HRベリファイ読み出し処理、又はLRベリファイ読み出し処理がなされ(S4又はS7)、HR書き込みの場合には、メモリセルの抵抗値がHRベリファイ用基準抵抗RHよりも高くなり、ベリファイ判定結果がパスするまで(S5でNoと判定される間は)、HR書き込み処理(S3)を繰り返す。LR書き込みの場合には、メモリセルの抵抗値がLRベリファイ用基準抵抗RLよりも低くなり、ベリファイ判定結果がパスするまで(S8でNoと判定される間は)、LR書き込み処理(S6)を繰り返す。S5またはS8でNoと判定されることが、「ベリファイフェイル」である。   Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and HR verify read processing or LR verify read processing is performed (S4 or S7). In the case of HR writing, the resistance value of the memory cell is the reference resistance for HR verification. The HR write process (S3) is repeated until the verify determination result passes (when it is determined No in S5). In the case of LR writing, the LR writing process (S6) is performed until the resistance value of the memory cell becomes lower than the reference resistance RL for LR verification and the verification determination result passes (while it is determined No in S8). repeat. It is “verify fail” to be determined No in S5 or S8.

ベリファイ判定でパスした場合(S5またはS8でYes)、次のアドレスがあれば(S9でNo)、次のアドレスの書き込み処理に移り(S10)、無ければ(S9でYes)、終了する(S11)。   If the verification determination is passed (Yes in S5 or S8), if there is a next address (No in S9), the process proceeds to the next address writing process (S10), and if there is not (Yes in S9), the process ends (S11). ).

このようなフローによって、HR書き込みでは、HRベリファイ用基準抵抗RHより高抵抗状態に、LR書き込みでは、LRベリファイ用基準抵抗RLより低抵抗状態に書き込め、所定の動作ウィンドウを確保した書き込みが可能となる。   According to such a flow, in HR writing, writing is performed in a higher resistance state than the HR verification reference resistor RH, and in LR writing, writing is performed in a lower resistance state than the LR verification reference resistor RL, and writing with a predetermined operation window secured is possible. Become.

ここで、ステップS4、S7は、図13Cのタイミングチャートに対応し、ステップS3は、図13Bのタイミングチャートに対応し、ステップS6は、図13Aのタイミングチャートに対応している。   Here, steps S4 and S7 correspond to the timing chart of FIG. 13C, step S3 corresponds to the timing chart of FIG. 13B, and step S6 corresponds to the timing chart of FIG. 13A.

(3)結果
次に、以上で説明した検討例の回路構成、回路動作を用いた場合の、回路動作結果とその課題について説明する。
(3) Results Next, circuit operation results and problems in the case of using the circuit configuration and circuit operation of the study example described above will be described.

ここでは一例として、図14の書き込みフローにおいて、HRベリファイ(S5)のベリファイ判定値(=図10におけるHRベリファイ用基準抵抗RH)を40kΩ、LRベリファイ(S8)のベリファイ判定値(=LRベリファイ用基準抵抗RL)を7.5kΩとした場合について考える。   Here, as an example, in the write flow of FIG. 14, the verification determination value of HR verification (S5) (= HR verification reference resistance RH in FIG. 10) is 40 kΩ, and the verification determination value of LR verification (S8) (= LR verification use). Consider the case where the reference resistance RL) is 7.5 kΩ.

図15、図16は、抵抗変化型不揮発性記憶装置(1kビット)において、高抵抗化と低抵抗化とを5万回繰り返した場合の抵抗値の頻度分布を示す図である。より詳細には、1kビットのメモリセルアレイに対し、全面HR書き込み後に全面LR書き込みを行う動作を5万回繰り返した時の、HRベリファイ(S5)、およびLRベリファイ(S8)直前および直後の、セル抵抗の頻度分布(1kビット×5万回)を示す。図15は、ベリファイ動作を行わずに高抵抗化と低抵抗化とを5万回繰り返した場合の抵抗値の頻度分布を示す図である。図16は、ベリファイ動作を行いつつ高抵抗化と低抵抗化とを5万回繰り返した場合の抵抗値の頻度分布を示す図である。   FIGS. 15 and 16 are diagrams showing frequency distributions of resistance values when resistance increasing and resistance decreasing are repeated 50,000 times in a resistance variable nonvolatile memory device (1 kbit). More specifically, the cell immediately before and immediately after the HR verification (S5) and the LR verification (S8) when the operation of performing the entire LR write after the entire HR write is repeated 50,000 times for the 1 k-bit memory cell array. The frequency distribution of resistance (1 kbit × 50,000 times) is shown. FIG. 15 is a diagram showing a frequency distribution of resistance values when the resistance increase and the resistance decrease are repeated 50,000 times without performing the verify operation. FIG. 16 is a diagram showing a frequency distribution of resistance values when increasing resistance and decreasing resistance are repeated 50,000 times while performing a verify operation.

図中の丸印は測定限界であり、LR書き込み後の分布では17kΩ以上のセルは17kΩとして、HR書き込み後の分布では43kΩ以上のセルは43kΩとして、それぞれ縮退して出力されている。   The circles in the figure are the measurement limits, and in the distribution after LR writing, the cells of 17 kΩ or more are output as 17 kΩ, and in the distribution after HR writing, the cells of 43 kΩ or more are output as 43 kΩ, respectively.

図15から分かるように、ベリファイ動作を行う前は、LR書き込み後のセル電流分布の上限は17kΩ以上、HR書き込み後のセル電流分布の下限は10.6kΩまで広がっている。すなわち、低抵抗化電圧パルスを印加された素子の抵抗値分布と高抵抗化電圧パルスを印加された素子の抵抗値分布との隙間(動作ウィンドウ)を確保できていないことが確認できる。   As can be seen from FIG. 15, before the verify operation is performed, the upper limit of the cell current distribution after LR writing is 17 kΩ or more, and the lower limit of the cell current distribution after HR writing is expanded to 10.6 kΩ. That is, it can be confirmed that a gap (operation window) between the resistance value distribution of the element to which the low resistance voltage pulse is applied and the resistance value distribution of the element to which the high resistance voltage pulse is applied cannot be secured.

図16は、ベリファイ動作が行われ、HRベリファイ(S5)がパスした直後、およびLRベリファイ(S8)がパスした直後の、セル抵抗の頻度分布(1kビット×5万回)を示したものである。図16から、ベリファイ動作を行うことにより、LR側の抵抗値が10kΩ以下に収束していることが確認できる。HR側でも、ベリファイ動作がパスした後に抵抗値が揺らぐため、40kΩを超えて抵抗値の分布が広がってはいるものの、最も低い抵抗値のビット(tailビット)でも14kΩである。よって、ベリファイ動作を行うことにより、動作ウィンドウを確保できていることがわかる。   FIG. 16 shows the frequency distribution of cell resistance (1 kbit × 50,000 times) immediately after the verify operation is performed and the HR verify (S5) passes and immediately after the LR verify (S8) passes. is there. From FIG. 16, it can be confirmed that the resistance value on the LR side converges to 10 kΩ or less by performing the verify operation. Even on the HR side, since the resistance value fluctuates after the verify operation passes, the distribution of the resistance value exceeds 40 kΩ, but the bit with the lowest resistance value (tail bit) is 14 kΩ. Therefore, it can be seen that the operation window can be secured by performing the verify operation.

図17は、上記と同じ動作を行った場合の、LRベリファイ動作の、1ビットあたりの平均フェイル回数の推移を示している。ベリファイフェイル回数は、書き込み初期は0.05回程度であるが、5万回付近では、0.4回程度まで増大している。すなわち、5万回後は書き込み1回あたり、ベリファイフェイルが平均0.4回発生するため、合わせて1.4回の書き込み動作が必要となり、書き込み速度が設計上の速度より40%低下するという課題があることがわかった。   FIG. 17 shows the transition of the average number of fail times per bit in the LR verify operation when the same operation as described above is performed. The number of verify failures is about 0.05 at the initial stage of writing, but increases to about 0.4 near 50,000 times. In other words, after 50,000 times, a verify failure occurs on average 0.4 times per write, so a total of 1.4 write operations are required, and the write speed is 40% lower than the design speed. I found that there was a problem.

[第1実施例]
本願発明者らは、回路構成および回路動作の工夫により、上記課題を解決できることを見出だした。以下、第1実施例に関わる回路構成、および動作について説明を行う。
[First embodiment]
The inventors of the present application have found that the above-mentioned problems can be solved by devising the circuit configuration and circuit operation. The circuit configuration and operation related to the first embodiment will be described below.

(1)装置構成
第1実施例の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、図8、図9に示した検討例と同様のハードウェア構成とした。なお、以下で説明する所定時間の待機信号は、図8の書き込み回路206および制御回路210の一方または両方で生成してもよいし、抵抗変化型不揮発性記憶装置200に入力されるコントロール信号で与えられてもよい。
(1) Device Configuration The variable resistance nonvolatile memory device according to the first example has the same hardware configuration as the study example shown in FIGS. Note that the standby signal for a predetermined time described below may be generated by one or both of the write circuit 206 and the control circuit 210 in FIG. 8, or a control signal input to the variable resistance nonvolatile memory device 200. May be given.

(2)動作
図18は、第1実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。以下、図8、図9、図18を参照しつつ、第1実施例の抵抗変化型記憶装置の動作方法とその効果を説明する。以下の動作は、例えば、制御回路210の制御に基づいて実行されうる。
(2) Operation FIG. 18 is a flowchart showing a write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the first embodiment. Hereinafter, the operation method and the effect of the resistance change type memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8, 9, and 18. FIG. The following operations can be executed based on the control of the control circuit 210, for example.

フローチャートがスタートすると、データを書き込むアドレス空間の初期アドレスのメモリセル(例えば、M11)が選択される(S1)。そして、“0”データ(HR)書き込みでは(S2でYes)、高抵抗化電圧パルスセット13を印加するHR書き込み処理を実行する(S3)。次に選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、HRベリファイ読み出し処理がなされ(S4)、メモリセルの抵抗値がHRベリファイ用基準抵抗RHよりも高くなり、ベリファイ判定結果がパスするまでHR書き込み処理(S3)を繰り返す(S5でNo)。ベリファイ判定でパスした場合(S5でYes)、次のアドレスがあれば(S9でNo)、次のアドレスの書き込み処理に移り(S10)、無ければ(S9でYes)、終了する(エンド)。   When the flowchart starts, a memory cell (for example, M11) having an initial address in an address space in which data is written is selected (S1). In the “0” data (HR) writing (Yes in S2), the HR writing process of applying the high resistance voltage pulse set 13 is executed (S3). Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and HR verify read processing is performed (S4). The HR write processing is performed until the resistance value of the memory cell becomes higher than the HR verify reference resistance RH and the verify determination result is passed. Repeat (S3) (No in S5). If the verification determination is passed (Yes in S5), if there is a next address (No in S9), the process proceeds to the writing process of the next address (S10), and if there is not (Yes in S9), the process ends (END).

S2において、“1”データ(LR)書き込みの場合(S2でNo)、まず低抵抗化電圧パルスセット14を印加するLR書き込み処理を実行する(S6)。次に選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、LRベリファイ読み出し処理がなされ(S7)、メモリセルの抵抗値がLRベリファイ用基準抵抗RLよりも高い場合(S8でNo:ベリファイフェイル)は、ベリファイ判定結果がパスするまでLR書き込み処理(S6)を繰り返す。   In S2, when “1” data (LR) is written (No in S2), first, LR writing processing for applying the low resistance voltage pulse set 14 is executed (S6). Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and LR verify read processing is performed (S7). When the resistance value of the memory cell is higher than the reference resistance RL for LR verification (No in S8: verify fail), verify is performed. The LR writing process (S6) is repeated until the determination result passes.

上記において、ベリファイ結果のフェイル回数が規定回数(N回)を超えた場合(S11でYes)は、所定時間待機(S12)した後、再度LR書き込み処理を実行する(S6)。次に選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、第LRベリファイ読み出し処理がなされ(S7)、メモリセルの抵抗値がLRベリファイ用基準抵抗RLよりも高い場合(S8でNo)は、LRベリファイフェイル回数(S8でNoとなった回数)がN回未満であれば、ベリファイ判定結果がパスするまでLR書き込み処理(S6)を繰り返す(S11)。LRベリファイフェイル回数がN回以上となった場合には、所定時間待機し(ステップS12)、LRベリファイフェイル回数をゼロに戻し(リセットし)、その後にLR書き込み処理(S6)を再度実行する。   In the above description, when the number of failed verification results exceeds the specified number (N times) (Yes in S11), after waiting for a predetermined time (S12), the LR writing process is executed again (S6). Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and the LR verify read process is performed (S7). When the resistance value of the memory cell is higher than the reference resistance RL for LR verification (No in S8), the LR verify fail is performed. If the number of times (number of times No in S8) is less than N times, the LR writing process (S6) is repeated until the verification determination result passes (S11). When the number of LR verify failures has reached N times or more, a predetermined time is waited (step S12), the number of LR verify failures is reset (reset), and then the LR write processing (S6) is executed again.

なお、LRベリファイのフェイル回数は、抵抗変化型不揮発性記憶装置200の内部に設けたレジスタ等で記憶させておいても良いし、抵抗変化型不揮発性記憶装置200にアドレス信号、コントロール信号等を供給する、メモリコントローラ、もしくは演算装置内に記憶させておいてもよい。   The number of LR verify failures may be stored in a register or the like provided in the variable resistance nonvolatile memory device 200, or an address signal, a control signal, or the like may be stored in the variable resistance nonvolatile memory device 200. You may memorize | store in the memory controller or arithmetic unit which supplies.

LRベリファイ判定でパスした場合(S8でYes)、次のアドレスがあれば(S9でNo)、次のアドレスの書き込み処理に移り(S10)、無ければ(S9でYes)、終了する(エンド)。   If the LR verification determination is passed (Yes in S8), if there is a next address (No in S9), the process proceeds to writing the next address (S10), and if there is not (Yes in S9), the process ends (END). .

なお、所定時間待機(S14)の後で、ベリファイ回数は0回にリセットしてもしなくてもよい。ベリファイ回数をリセットした場合は、次のLR書き込み以降、再度ベリファイ回数がN回以上となるまで所定時間待機は入らない。ベリファイ回数をリセットしなかった場合は、LRベリファイ判定がパスするまで、常に所定時間待機が入る。   Note that the number of verifications may or may not be reset to 0 after waiting for a predetermined time (S14). When the number of verifications is reset, after the next LR write, a predetermined time is not waited until the number of verifications reaches N times again. If the number of verifications is not reset, a predetermined time is always waited until the LR verification determination is passed.

以上では、LR書き込みについて、LRベリファイフェイル回数が規定回数を超えた時に、ベリファイ判定を緩和する方法を説明したが、HR書き込みについても同様であり、また、LR書き込み、HR書き込みの双方について、上記方法を適用しても良い。   In the above, the method of relaxing the verification determination when the number of LR verify failures exceeds the specified number for LR writing has been described, but the same applies to HR writing, and for both LR writing and HR writing, A method may be applied.

[第2実施例]
第2実施例は、第1実施例と同様の装置構成で動作方法のみが異なっている。
[Second Embodiment]
The second embodiment differs from the first embodiment only in the operation method with the same apparatus configuration as the first embodiment.

(1)装置構成
第1実施例と同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
(1) Apparatus configuration Since it can be the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

(2)動作
図19は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。図19において、所定のアドレス空間に対して最初に書き込みを行う際に、LR−Vフラグを0に設定しておく。
(2) Operation FIG. 19 is a flowchart showing a write method of the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment. In FIG. 19, the LR-V flag is set to 0 when first writing to a predetermined address space.

フローチャートがスタートすると、データを書き込むアドレス空間の初期アドレスのメモリセル(例えば、M11)を図2に示すように選択する(S1)。そして、“0”データ(HR)書き込みでは(S2でYes)、高抵抗化電圧パルスセット13を印加するHR書き込み処理を実行する(S3)。次に選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、HRベリファイ読み出し処理がなされ(S4)、メモリセルの抵抗値がHRベリファイ用基準抵抗RHよりも高くなり、ベリファイ判定結果がパスするまでHR書き込み処理(S3)を繰り返す(S5でNo)。ベリファイ判定でパスした場合(S5でYes)、次のアドレスがあれば(S9でNo)、次のアドレスの書き込み処理に移り(S10)、無ければ(S9でYes)、ステップS15(後述)に進む。   When the flowchart starts, a memory cell (for example, M11) at an initial address in an address space in which data is written is selected as shown in FIG. 2 (S1). In the “0” data (HR) writing (Yes in S2), the HR writing process of applying the high resistance voltage pulse set 13 is executed (S3). Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and HR verify read processing is performed (S4). The HR write processing is performed until the resistance value of the memory cell becomes higher than the HR verify reference resistance RH and the verify determination result is passed. Repeat (S3) (No in S5). If the verification determination is passed (Yes in S5), if there is a next address (No in S9), the process proceeds to the next address writing process (S10), otherwise (Yes in S9), the process proceeds to step S15 (described later). move on.

S2において、“1”データ(LR)書き込みの場合(S2でNo)、まず低抵抗化電圧パルスセット14を印加するLR書き込み処理を実行する(S6)。次に選択メモリセルはセンスアンプ204に接続され、LRベリファイ読み出し処理がなされ(S7)、メモリセルの抵抗値がLRベリファイ用基準抵抗RLよりも高い場合(S8でNo:ベリファイフェイル)は、LR−Vフラグの判定(S13)がなされる。LR−Vフラグが“0”の場合、再度LR書き込み処理(S6)が実行される。LR−Vフラグが“1”の場合は、所定時間待機(S14)した後、再度LR書き込み処理(S6)が実行される。以降、ベリファイ判定結果がパスするまでLR書き込み処理(S6)を繰り返す。   In S2, when “1” data (LR) is written (No in S2), first, LR writing processing for applying the low resistance voltage pulse set 14 is executed (S6). Next, the selected memory cell is connected to the sense amplifier 204, and LR verify read processing is performed (S7). When the resistance value of the memory cell is higher than the reference resistance RL for LR verification (No in S8: verify fail), LR The determination of the -V flag is made (S13). When the LR-V flag is “0”, the LR write process (S6) is executed again. When the LR-V flag is “1”, after waiting for a predetermined time (S14), the LR writing process (S6) is executed again. Thereafter, the LR writing process (S6) is repeated until the verification determination result passes.

LRベリファイ判定でパスした場合(S8でYes)、次のアドレスがあれば(S9でNo)、次のアドレスの書き込み処理に移る(S10)。次のアドレスがなく(S9でYes)、かつLR−Vフラグが“0”の場合は、この書き込み動作における、データを書き込むアドレス空間の全メモリセル、もしくは一部のメモリセルのLRベリファイの平均フェイル回数を判定する(S15)。平均フェイル回数が規定回数(N回)以上となっている場合は、LR−Vフラグを“1”に設定した後(S16)、書き込み動作を終了する(エンド)。   If the LR verification determination is passed (Yes in S8), if there is a next address (No in S9), the process proceeds to a writing process of the next address (S10). When there is no next address (Yes in S9) and the LR-V flag is “0”, the average of LR verification of all memory cells or a part of memory cells in the address space in which data is written in this write operation. The number of failures is determined (S15). If the average number of failures is equal to or greater than the specified number (N times), the LR-V flag is set to “1” (S16), and then the write operation is terminated (END).

LR−Vフラグは、一旦“1”に設定された後は、“1”を保持し続ける。すなわち、LR書き込み時において、データを書き込むアドレス空間の全メモリセル、もしくは一部のメモリセルのLRベリファイの平均フェイル回数がN回以上となった場合、以降、前記アドレス空間に対するLR書き込みにおいて、ベリファイフェイルした時(S8でNo)は、所定時間待機した後、再度LR書き込みを実行する。   The LR-V flag continues to hold “1” once it is set to “1”. That is, at the time of LR writing, when the average number of times of LR verification of all the memory cells in the address space to which data is written or a part of the memory cells is N times or more, the verification is performed in the LR writing to the address space. When failing (No in S8), after waiting for a predetermined time, LR writing is executed again.

以上では、LR書き込みについて、LRベリファイフェイル回数が規定回数を超えた時に、ベリファイ判定を緩和する方法を説明したが、HR書き込みについても同様であり、また、LR書き込み、HR書き込みの双方について、上記方法を適用しても良い。   In the above, the method of relaxing the verification determination when the number of LR verify failures exceeds the specified number for LR writing has been described, but the same applies to HR writing, and for both LR writing and HR writing, A method may be applied.

(3)結果
次に、以上で説明した第2実施例の回路構成、回路動作を用いた場合の、回路動作結果について説明する。
(3) Results Next, circuit operation results when using the circuit configuration and circuit operation of the second embodiment described above will be described.

以上のように、LRベリファイが平均N回以上フェイルした場合、以降所定のアドレス空間に対してLR書き込みを行う場合、ベリファイフェイルした時(S8でNo)に、所定時間待機した後、再度LR書き込みを実行することにより、LRベリファイ回数を低減することができる。   As described above, when LR verification fails on average N times or more, when performing LR writing to a predetermined address space thereafter, when verifying fails (No in S8), after waiting for a predetermined time, LR writing again By executing this, the number of LR verifications can be reduced.

図20は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置において、高抵抗化と低抵抗化とを繰り返した場合の、LRベリファイ書き込み動作の1ビットあたりの平均回数の推移を示す図である。すなわち、図20は、LR化書き込みについて、図19の動作方法を用いた場合について、LRベリファイ動作における1ビットあたり平均フェイル回数の推移を示している。ここで、LR−Vフラグを“1”に設定する平均Verify回数の閾値Nは、8.1と設定した。また、待機時間は、10分とした。   FIG. 20 is a diagram illustrating the transition of the average number of times per one bit of the LR verify write operation when the resistance increase and the resistance decrease are repeated in the resistance change nonvolatile memory device according to the second embodiment. is there. That is, FIG. 20 shows the transition of the average number of fail times per bit in the LR verify operation when the operation method of FIG. 19 is used for LR writing. Here, the threshold value N of the average Verify number for setting the LR-V flag to “1” was set to 8.1. The standby time was 10 minutes.

図20より、LRベリファイ動作の1ビットあたり平均フェイル回数が8.1回を超えた場合に、所定の待機時間を設けることにより、平均フェイル回数を低減できることが確認された。   From FIG. 20, it was confirmed that when the average number of fail times per bit in the LR verify operation exceeds 8.1 times, the average number of fail times can be reduced by providing a predetermined waiting time.

図21は、第2実施例にかかる抵抗変化型不揮発性記憶装置において、高抵抗化と低抵抗化とを繰り返した場合の、HRベリファイ書き込み動作の1ビットあたりの平均回数の推移を示す図である。すなわち、図21は、HR化書き込みについて、図19の動作方法を用いた場合について、HRベリファイ動作における1ビットあたり平均フェイル回数の推移を示している。ここで、HR−Vフラグを1に設定する平均Verify回数の閾値Nは、0.12と設定した。また、待機時間は、10分とした。   FIG. 21 is a diagram showing the transition of the average number of times per bit of the HR verify write operation when the resistance increase and the resistance decrease are repeated in the variable resistance nonvolatile memory device according to the second embodiment. is there. That is, FIG. 21 shows the transition of the average number of fail times per bit in the HR verify operation when the operation method of FIG. 19 is used for HR writing. Here, the threshold N of the average Verify number for setting the HR-V flag to 1 was set to 0.12. The standby time was 10 minutes.

図21より、HRベリファイ動作の1ビットあたり平均フェイル回数が0.12回を超えた場合に、所定の待機時間を設けることにより、平均フェイル回数を顕著に低減できることが確認された。   From FIG. 21, it has been confirmed that when the average number of fail times per bit in the HR verify operation exceeds 0.12, the average number of fail times can be significantly reduced by providing a predetermined waiting time.

なお、本実験データでは、効果をより明確にするため、所定の待機時間を10分に設定したが、これより短時間、例えば十秒程度の待機時間でも効果が得られることは、以下の実験データが示す通りである。   In this experiment data, in order to clarify the effect, the predetermined waiting time is set to 10 minutes. However, the following experiment shows that the effect can be obtained even in a shorter time, for example, about 10 seconds. As the data shows.

図22は、抵抗変化素子7ビットに対し、高抵抗化パルスを印加してから1000秒後までの抵抗値の推移を示す図である。図では抵抗値の変動の割合を確認するため、書き込み直後(電圧パルス印加直後)の各ビットの抵抗値をRiniとし、各時点での抵抗値をRiniで割った値を示している。図より時間経過に従い、より抵抗値が高い状態へと推移する様子を確認できる。すなわち、高抵抗状態の抵抗変化素子について、高抵抗化パルスを印加した後、所定時間待機することにより抵抗値がより上昇するため、追加的な電圧パルスを印加する前に所定時間待機することで、ベリファイフェイルする確率を低減できることがわかる。図22からも、高抵抗状態に書き込んでからの経過時間が十秒程度でも抵抗値が高くなっているので、待機時間を十秒としても平均フェイル回数を低減できることが期待できる。   FIG. 22 is a diagram showing the transition of the resistance value until 1000 seconds after applying the high-resistance pulse to the 7-bit resistance change element. In the figure, in order to confirm the rate of change in resistance value, the resistance value of each bit immediately after writing (immediately after voltage pulse application) is Rini, and the resistance value at each time point is divided by Rini. From the figure, it can be confirmed that the resistance value transitions to a higher state with time. That is, for a resistance change element in a high resistance state, the resistance value increases further by waiting for a predetermined time after applying a high-resistance pulse, so by waiting for a predetermined time before applying an additional voltage pulse, It can be seen that the probability of verify failure can be reduced. Also from FIG. 22, since the resistance value is high even if the elapsed time after writing in the high resistance state is about 10 seconds, it can be expected that the average number of failures can be reduced even if the standby time is 10 seconds.

なお、図8に示した記憶装置の構成では、スイッチ素子であるNMOSトランジスタに1つの抵抗変化型素子を接続した、所謂1T1R型メモリセルであったが、本発明は、この1T1R型メモリセルに限定されるものではない。例えば、スイッチ素子として、双方向ダイオードを用いた1D1R型メモリセルに適用しても良い。   8 is a so-called 1T1R type memory cell in which one resistance change type element is connected to an NMOS transistor which is a switch element. However, the present invention is not limited to this 1T1R type memory cell. It is not limited. For example, the present invention may be applied to a 1D1R type memory cell using a bidirectional diode as a switch element.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明の一態様は、データの記録および読み出しの精度向上とあわせて、データの書き込み速度向上、劣化の抑制を実現できる抵抗変化型不揮発性記憶装置およびその書き込み方法として有用である。   One embodiment of the present invention is useful as a variable resistance nonvolatile memory device and a writing method thereof that can improve data writing speed and suppress deterioration by improving data recording and reading accuracy.

13 高抵抗化電圧パルスセット
14 低抵抗化電圧パルスセット
15 プレ電圧パルス
16 高抵抗化電圧パルス
17 プレ電圧パルス
18 低抵抗化電圧パルス
100 抵抗変化型素子
100a 第1電極
100b 抵抗変化層
100b−1 第1抵抗変化層
100b−2 第2抵抗変化層
100c 第2電極
101 第1電極端子
102 第2電極端子
103 ゲート端子
104 NMOSトランジスタ
105 第1電極端子
110 メモリセル
120 メモリセルアレイ
130 パルス印加装置
140 抵抗変化型不揮発性記憶装置
200 抵抗変化型不揮発性記憶装置
201 メモリ本体部
202 メモリセルアレイ
203 列選択回路
204 センスアンプ
205 データ入出力回路
206 書き込み回路
207 行ドライバ
208 行選択回路
209 アドレス入力回路
210 制御回路
211 書き込み用電源
218 カレントミラー回路
219 クランプトランジスタ
220 クランプトランジスタ
221 基準回路
222 選択トランジスタ
223 選択トランジスタ
224 差動アンプ
225 トランジスタ
226 トランジスタ
227 選択トランジスタ
702 読み出し用基準電流生成回路
703 LR化用基準電流生成回路
704 HR化用基準電流生成回路
13 High-resistance voltage pulse set 14 Low-resistance voltage pulse set 15 Pre-voltage pulse 16 High-resistance voltage pulse 17 Pre-voltage pulse 18 Low-resistance voltage pulse 100 Resistance change element 100a First electrode 100b Resistance change layer 100b-1 First variable resistance layer 100b-2 Second variable resistance layer 100c Second electrode 101 First electrode terminal 102 Second electrode terminal 103 Gate terminal 104 NMOS transistor 105 First electrode terminal 110 Memory cell 120 Memory cell array 130 Pulse application device 140 Resistance Variable nonvolatile memory device 200 Variable resistance nonvolatile memory device 201 Memory main body 202 Memory cell array 203 Column selection circuit 204 Sense amplifier 205 Data input / output circuit 206 Write circuit 207 Row driver 208 Row selection circuit 20 Address input circuit 210 Control circuit 211 Write power supply 218 Current mirror circuit 219 Clamp transistor 220 Clamp transistor 221 Reference circuit 222 Selection transistor 223 Selection transistor 224 Differential amplifier 225 Transistor 226 Transistor 227 Selection transistor 702 Read reference current generation circuit 703 LR Reference current generating circuit 704 HR reference current generating circuit

Claims (12)

抵抗変化型素子を含むメモリセルを複数有するメモリセルアレイを備える抵抗変化型不揮発性記憶装置の書き込み方法であって、
前記抵抗変化型素子は、書き込み動作において、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、前記第2抵抗状態から前記第1抵抗状態へと変化する特性を有し、
抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子に対して、抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加するベリファイ書き込み動作を行ない、
書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、書き込み方法。
A writing method of a variable resistance nonvolatile memory device including a memory cell array having a plurality of memory cells including a variable resistance element,
In the write operation, when the first voltage pulse is applied, the resistance variable element changes from the first resistance state used for storing the first information to the first resistance state used for storing the second information. It changes to a second resistance state having a low resistance value, and has a characteristic of changing from the second resistance state to the first resistance state when a second voltage pulse is applied,
For resistance variable elements that do not satisfy the criteria for confirming that the resistance state has changed despite the application of a voltage pulse for changing the resistance state, an additional element for changing the resistance state Perform a verify write operation to apply a voltage pulse,
A writing method in which, when the number of verify write operations performed on a predetermined number of resistance change elements to be written exceeds a predetermined number, the additional voltage pulse is not applied and the apparatus waits for a predetermined time.
前記ベリファイ書き込み動作は、前記第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第1電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が第1閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項1に記載の書き込み方法。
The verify write operation is performed by reading the resistance value of the resistance variable element after the first voltage pulse is applied, and determining that the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. The first voltage pulse is applied again to the element as the additional voltage pulse,
In the verify write operation, when the number of the verify write operations that have been performed on one resistance variable element to be written exceeds the first threshold number, the additional voltage pulse is generated. The writing method according to claim 1, wherein the writing method waits for a predetermined time without applying.
前記ベリファイ書き込み動作は、前記第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第2電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が第2閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項1に記載の書き込み方法。
The verify write operation is performed by reading the resistance value of the resistance variable element after the second voltage pulse is applied, and determining that the read resistance value is lower than the second threshold resistance value. The second voltage pulse is applied again to the element as the additional voltage pulse,
In the verify write operation, when the number of the verify write operations that have been performed on one resistance variable element to be written exceeds the second threshold number, the additional voltage pulse is generated. The writing method according to claim 1, wherein the writing method waits for a predetermined time without applying.
前記ベリファイ書き込み動作は、前記第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第1電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項1に記載の書き込み方法。
The verify write operation is performed by reading the resistance value of the resistance variable element after the first voltage pulse is applied, and determining that the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. The first voltage pulse is applied again to the element as the additional voltage pulse,
In the verify write operation, when the average number of verify write operations performed so far on all or a part of the plurality of variable resistance elements to be written exceeds the first threshold number, The writing method according to claim 1, wherein the method waits for a predetermined time without applying an additional voltage pulse.
前記ベリファイ書き込み動作は、前記第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第2電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の平均回数が第2閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項1に記載の書き込み方法。
The verify write operation is performed by reading the resistance value of the resistance variable element after the second voltage pulse is applied, and determining that the read resistance value is lower than the second threshold resistance value. The second voltage pulse is applied again to the element as the additional voltage pulse,
In the verify write operation, when the average number of times of the verify write operation performed so far on all or a part of the plurality of resistance change elements to be written exceeds the second threshold number, The writing method according to claim 1, wherein the method waits for a predetermined time without applying an additional voltage pulse.
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えた後は、以降、ベリファイ書き込み動作を行う場合は常に、前記追加的な電圧パルスを印加する前に所定時間待機する、請求項1に記載の書き込み方法。   In the verify write operation, after the number of the verify write operations performed on the predetermined number of resistance variable elements to be written exceeds the predetermined number of times, the verify write operation is always performed after that. The writing method according to claim 1, wherein the method waits for a predetermined time before applying an additional voltage pulse. 抵抗変化型素子を含むメモリセルを複数有するメモリセルアレイを備え、
前記抵抗変化型素子は、書き込み動作において、第1電圧パルスが印加されると、第1情報の記憶に用いられる第1抵抗状態から、第2情報の記憶に用いられる、第1抵抗状態よりも抵抗値の低い第2抵抗状態へと変化し、第2電圧パルスが印加されると、前記第2抵抗状態から前記第1抵抗状態へと変化する特性を有し、
抵抗状態を変化させるための電圧パルスを印加したにも関わらず抵抗状態が変化したことを確認するための判定条件を満たさない抵抗変化型素子に対して、抵抗状態を変化させるための追加的な電圧パルスを印加するベリファイ書き込み動作を行ない、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、パルス印加装置を備える、
抵抗変化型不揮発性記憶装置。
A memory cell array having a plurality of memory cells including a resistance variable element;
In the write operation, when the first voltage pulse is applied, the resistance variable element changes from the first resistance state used for storing the first information to the first resistance state used for storing the second information. It changes to a second resistance state having a low resistance value, and has a characteristic of changing from the second resistance state to the first resistance state when a second voltage pulse is applied,
For resistance variable elements that do not satisfy the criteria for confirming that the resistance state has changed despite the application of a voltage pulse for changing the resistance state, an additional element for changing the resistance state When a verify write operation for applying a voltage pulse is performed and the number of verify write operations performed on a predetermined number of resistance variable elements to be written exceeds a predetermined number, the additional voltage pulse is applied. Without waiting for a predetermined time without a pulse application device,
A variable resistance nonvolatile memory device.
前記パルス印加装置は、前記ベリファイ書き込み動作として、前記第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第1電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が第1閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項7に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The pulse applying device reads the resistance value of the resistance variable element after the first voltage pulse is applied as the verify writing operation, and the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. The first voltage pulse is applied again as the additional voltage pulse to the determined resistance change element,
In the verify write operation, when the number of the verify write operations that have been performed on one resistance variable element to be written exceeds the first threshold number, the additional voltage pulse is generated. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 7, which waits for a predetermined time without applying voltage.
前記パルス印加装置は、前記ベリファイ書き込み動作として、前記第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第2電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている1個の抵抗変化型素子に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が第2閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項7に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The pulse applying device reads the resistance value of the resistance variable element after the second voltage pulse is applied as the verify writing operation, and the read resistance value is lower than a second threshold resistance value. The second voltage pulse is applied again as the additional voltage pulse to the determined resistance change element,
In the verify write operation, when the number of the verify write operations that have been performed on one resistance variable element to be written exceeds the second threshold number, the additional voltage pulse is generated. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 7, which waits for a predetermined time without applying voltage.
前記パルス印加装置は、前記ベリファイ書き込み動作として、前記第1電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第1閾値抵抗値より高くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第1電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の平均回数が第1閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項7に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The pulse applying device reads the resistance value of the resistance variable element after the first voltage pulse is applied as the verify writing operation, and the read resistance value is higher than the first threshold resistance value. The first voltage pulse is applied again as the additional voltage pulse to the determined resistance change element,
In the verify write operation, when the average number of verify write operations performed so far on all or a part of the plurality of variable resistance elements to be written exceeds the first threshold number, The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 7, which waits for a predetermined time without applying an additional voltage pulse.
前記パルス印加装置は、前記ベリファイ書き込み動作として、前記第2電圧パルスが印加された後の抵抗変化型素子の抵抗値を読み取り、読み取られた抵抗値が第2閾値抵抗値より低くなっていると判定された抵抗変化型素子に対し、前記追加的な電圧パルスとして、再度、前記第2電圧パルスを印加するものであり、
前記ベリファイ書き込み動作において、書き込み対象となっている複数個の抵抗変化型素子の全部または一部に対してそれまでに行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の平均回数が第2閾値回数を超えると、前記追加的な電圧パルスを印加せずに所定時間待機する、請求項7に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The pulse applying device reads the resistance value of the resistance variable element after the second voltage pulse is applied as the verify writing operation, and the read resistance value is lower than a second threshold resistance value. The second voltage pulse is applied again as the additional voltage pulse to the determined resistance change element,
In the verify write operation, when the average number of times of the verify write operation performed so far on all or a part of the plurality of resistance change elements to be written exceeds the second threshold number, The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 7, which waits for a predetermined time without applying an additional voltage pulse.
前記パルス印加装置は、書き込み対象となる所定数の抵抗変化型素子に対して行なわれた前記ベリファイ書き込み動作の回数が所定回数を超えた場合には、以降、ベリファイ書き込み動作を行う場合は常に、前記追加的な電圧パルスを印加する前に所定時間待機する、請求項7に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
When the number of times of the verify write operation performed on the predetermined number of resistance variable elements to be written exceeds the predetermined number of times, the pulse applying device always performs the verify write operation thereafter. The resistance variable nonvolatile memory device according to claim 7, wherein the variable resistance nonvolatile memory device waits for a predetermined time before applying the additional voltage pulse.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110635029A (en) * 2019-09-17 2019-12-31 天津理工大学 Dual-band optical encryption resistive random access memory and preparation method, writing method and reading method thereof
CN113129965A (en) * 2019-12-30 2021-07-16 华邦电子股份有限公司 Method and electronic circuit for verifying operations performed on a memory cell
CN113517015A (en) * 2021-04-29 2021-10-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Method and device for realizing multilevel storage of storage unit
CN114400032A (en) * 2022-03-24 2022-04-26 之江实验室 Method, device and medium for dynamically accelerating resistance value setting of resistive random access memory

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110635029A (en) * 2019-09-17 2019-12-31 天津理工大学 Dual-band optical encryption resistive random access memory and preparation method, writing method and reading method thereof
CN113129965A (en) * 2019-12-30 2021-07-16 华邦电子股份有限公司 Method and electronic circuit for verifying operations performed on a memory cell
CN113129965B (en) * 2019-12-30 2023-12-29 华邦电子股份有限公司 Method and electronic circuit for verifying operations performed on memory cells
CN113517015A (en) * 2021-04-29 2021-10-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Method and device for realizing multilevel storage of storage unit
CN114400032A (en) * 2022-03-24 2022-04-26 之江实验室 Method, device and medium for dynamically accelerating resistance value setting of resistive random access memory
CN114400032B (en) * 2022-03-24 2022-08-05 之江实验室 Method, device and medium for dynamically accelerating resistance value setting of resistive random access memory

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