JP2018170065A - Nonvolatile memory device and inspection method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory device and an inspection method thereof for making it possible to suppress variations in retention time of a resistance change element without increasing a cell size.SOLUTION: An inspection method of a nonvolatile memory device includes: determining whether or not a current flowing through a resistance change element is higher than a current flowing through a reference resistance element, when a first read voltage lower than a write voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element after applying the write voltage to the resistance change element; determining whether or not the current flowing through the resistance change element is higher than the current flowing through the reference resistance element, when a second read voltage which is lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element; and determining whether or not writing has normally been performed by the resistance change element on the basis of the two determination results.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、抵抗変化素子を用いた不揮発性記憶装置及びその検査方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory device using a resistance change element and an inspection method thereof.

抵抗変化素子は、2つの金属電極(第1電極と第2電極)に挟まれた抵抗変化層から構成される。抵抗変化層の抵抗は、両電極間に電圧を印加することにより可逆的に変化する。抵抗が低い状態(ON状態)においては、抵抗変化層中に金属架橋または酸素欠損が電圧の印加により形成される。一方、抵抗が高い状態(OFF状態)へ遷移する際には、ON状態に遷移する電圧とは逆の電圧を印加することにより、抵抗変化層に形成されていた上記の金属架橋または酸素欠損の一部または全部が取り除かれる。電圧を印加しない場合、各状態は保持され、抵抗値は不揮発的に保たれる。   The resistance change element includes a resistance change layer sandwiched between two metal electrodes (first electrode and second electrode). The resistance of the resistance change layer is reversibly changed by applying a voltage between both electrodes. In a low resistance state (ON state), metal bridges or oxygen vacancies are formed in the resistance change layer by applying a voltage. On the other hand, when transitioning to a high resistance state (OFF state), by applying a voltage opposite to the voltage transitioning to the ON state, the above-described metal bridges or oxygen vacancies formed in the resistance change layer are applied. Part or all is removed. When no voltage is applied, each state is maintained and the resistance value is maintained in a nonvolatile manner.

このような抵抗変化の不揮発性は、不揮発性メモリや、不揮発性プログラマブルロジックにおける不揮発性スイッチなどに利用されている。不揮発性メモリや不揮発性スイッチでは、10年以上の間、抵抗値が保持されていることが求められる。また、ON状態とOFF状態の違いを読み出すには、ON/OFF抵抗値の差が大きいことが望ましい。不揮発性メモリでは1桁、不揮発性スイッチでは4桁以上の抵抗比が必要である。抵抗変化素子を不揮発性メモリとして用いたものとして、例えば、抵抗変化素子を用いて構成されたクロスポイント型メモリセルアレイを有する不揮発性記憶装置がある(特許文献1参照)。   Such nonvolatile resistance change is used for nonvolatile memories, nonvolatile switches in nonvolatile programmable logic, and the like. Non-volatile memories and non-volatile switches are required to retain resistance values for more than 10 years. In order to read the difference between the ON state and the OFF state, it is desirable that the difference between the ON / OFF resistance values is large. A non-volatile memory requires a resistance ratio of one digit, and a non-volatile switch requires a resistance ratio of four digits or more. As a device using a resistance change element as a nonvolatile memory, for example, there is a nonvolatile memory device having a cross-point type memory cell array configured using the resistance change element (see Patent Document 1).

前記ON状態の抵抗(ON抵抗)は、OFFからON状態へ遷移する際に流れる電流によって制御することができる。ここで、非特許文献1の式(1)にあるように、ON抵抗(R)と制御電流(I)の逆数との間に比例関係がある。ON抵抗を低くするには、書込み時の制御電流を大きくすればよい。典型的には、1kΩのON抵抗を得るには、0.5mA程度の電流が必要である。一方、OFF状態に遷移する場合には、ON状態へ遷移する際に流れる電流と同程度の電流が必要となる。 The resistance in the ON state (ON resistance) can be controlled by the current that flows when transitioning from the OFF state to the ON state. Here, as shown in Equation (1) of Non-Patent Document 1, there is a proportional relationship between the ON resistance (R) and the inverse of the control current (I C ). In order to reduce the ON resistance, the control current at the time of writing may be increased. Typically, in order to obtain an ON resistance of 1 kΩ, a current of about 0.5 mA is required. On the other hand, when the transition is made to the OFF state, a current comparable to the current that flows when transitioning to the ON state is required.

再公表特許第2013/145733号Republished Patent No. 2013/145733

D. Ielmini et al., "Universal Reset Characteristics of Unipolar and Bipolar Metal-Oxide RRAM", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO. 10, OCTOBER 2011D. Ielmini et al., "Universal Reset Characteristics of Unipolar and Bipolar Metal-Oxide RRAM", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO. 10, OCTOBER 2011

以下の分析は、本願発明者により与えられる。   The following analysis is given by the inventor.

ON抵抗は、保持時間と相関があることが発明者らによって分かっている。ON抵抗が低いほど、保持時間は長くなる。一方で、ON抵抗を低くするためには、上述するように大きな書き込み電流、つまり、大きなトランジスタが必要であり、1個あたりのメモリやスイッチのサイズ(セルサイズ)が大きくなってしまう。   The inventors have found that the ON resistance has a correlation with the holding time. The lower the ON resistance, the longer the holding time. On the other hand, in order to reduce the ON resistance, a large write current, that is, a large transistor is required as described above, and the size of each memory or switch (cell size) increases.

一方で、同じON抵抗を備えた抵抗変化素子であっても保持特性にバラツキがあることも発明者らによって分かっている。多数個の抵抗変化素子を備える記憶装置の動作時間10年間を保証するためには、保持時間が最短である10年を上回っている必要があり、保持時間のバラツキが大きいと、より低いON抵抗、すなわち、より高い書き込み電流が必要となる。その結果、セルサイズが大きくなってしまう。   On the other hand, the inventors have also found that there is variation in holding characteristics even with resistance change elements having the same ON resistance. In order to guarantee an operation time of 10 years of a memory device including a large number of resistance change elements, the retention time needs to exceed the shortest 10 years. If the variation in the retention time is large, a lower ON resistance is required. That is, a higher write current is required. As a result, the cell size becomes large.

ところで、不揮発性メモリや不揮発性プログラマブルロジックには、多数(例えば、1メガ個以上)の抵抗変化素子が搭載される。搭載されたすべての抵抗変化素子の特性が揃っていることが望ましく、特に、保持特性は信頼性に係わり、重要である。しかしながら、ON状態と、OFF状態とを比較するとON状態の保持時間が短く、OFF状態の方が安定状態であり、ON状態の保持時間のバラツキが問題となる。ON状態の保持時間は、上述したとおり、抵抗変化素子のON抵抗と相関があり、ON抵抗が低いものが保持時間が長くなる傾向がある。一方、ON抵抗が同等であっても、少数個の抵抗変化素子の保持時間が期待に反して短くなる不具合が発生している。また、本不具合は予め予測することが難しい。   By the way, a large number (for example, 1 mega or more) of resistance change elements are mounted on the nonvolatile memory and the nonvolatile programmable logic. It is desirable that the characteristics of all the mounted variable resistance elements are uniform, and in particular, the retention characteristics are related to reliability and are important. However, when the ON state and the OFF state are compared, the holding time in the ON state is shorter, the OFF state is more stable, and variation in the holding state in the ON state becomes a problem. As described above, the holding time in the ON state has a correlation with the ON resistance of the variable resistance element, and the holding time tends to be longer when the ON resistance is low. On the other hand, even if the ON resistance is equivalent, there is a problem that the holding time of a small number of resistance change elements becomes shorter than expected. In addition, this defect is difficult to predict in advance.

本発明の主な課題は、セルサイズを大きくすることなく、抵抗変化素子の保持時間のバラツキを抑えることができる不揮発性記憶装置及びその検査方法を提供することである。   The main subject of this invention is providing the non-volatile memory device which can suppress the dispersion | variation in the retention time of a resistance change element, and its test | inspection method, without enlarging a cell size.

第1の視点に係る不揮発性記憶装置は、第1電極と第2電極の間に抵抗変化層が配置され、前記第1電極と前記第2電極との間に書き込み電圧を印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の抵抗が可逆的に変化する抵抗変化素子と、参照用に所定の抵抗値に設定された参照抵抗素子と、前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とを比較することが可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記抵抗変化素子に書き込み電圧を印加した後に、前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定処理と、前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低く、かつ、前記第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定処理と、前記第1判定処理及び前記第2判定処理の各結果に基づいて前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定処理と、を行う。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, a resistance change layer is disposed between the first electrode and the second electrode, and a write voltage is applied between the first electrode and the second electrode, A resistance change element in which a resistance between the first electrode and the second electrode reversibly changes, a reference resistance element set to a predetermined resistance value for reference, the resistance change element, and the reference resistance element And a control unit capable of comparing a current flowing through the resistance change element and a current flowing through the reference resistance element, and the control unit includes the resistance change After a write voltage is applied to the element, when a first read voltage lower than the write voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element, a current flowing through the resistance change element flows through the reference resistance element. Current And a second read voltage that is lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the variable resistance element and the reference resistive element. The second determination process for determining whether or not the current flowing through the resistance change element is higher than the current flowing through the reference resistance element, and based on the results of the first determination process and the second determination process And a third determination process for determining whether or not writing is normally performed by the variable resistance element.

第2の視点に係る不揮発性記憶装置の検査方法は、第1電極と第2電極の間に抵抗変化層が配置され、前記第1電極と前記第2電極との間に書き込み電圧を印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の抵抗が可逆的に変化する抵抗変化素子を備える不揮発性記憶装置の検査方法であって、前記不揮発性記憶装置は、参照用に所定の抵抗値に設定された参照抵抗素子を備え、前記抵抗変化素子に書き込み電圧を印加した後に、前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定ステップと、前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低く、かつ、前記第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定ステップと、前記第1判定ステップ及び前記第2判定ステップの各結果に基づいて前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定ステップと、を含む。   In the nonvolatile memory device inspection method according to the second aspect, a resistance change layer is disposed between the first electrode and the second electrode, and a write voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Accordingly, there is provided a method for inspecting a nonvolatile memory device including a resistance change element in which a resistance between the first electrode and the second electrode reversibly changes, and the nonvolatile memory device is predetermined for reference. When a first read voltage lower than the write voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element after applying a write voltage to the resistance change element. In addition, a first determination step for determining whether or not a current flowing through the resistance change element is higher than a current flowing through the reference resistance element, and the resistance change element and the reference resistance element are lower than the write voltage, A second determination step of determining whether a current flowing through the resistance change element is higher than a current flowing through the reference resistance element when a second read voltage different from the first read voltage is applied; And a third determination step of determining whether or not writing has been normally performed by the variable resistance element based on the results of the first determination step and the second determination step.

前記第1〜第2の視点によれば、セルサイズを大きくすることなく、抵抗変化素子の保持時間のバラツキを抑えることができ、信頼性が向上する。   According to the first and second viewpoints, variations in the holding time of the resistance change element can be suppressed without increasing the cell size, and the reliability is improved.

実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化メモリセルの構成を示した模式図である。3 is a schematic diagram showing a configuration of a resistance change memory cell used in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる参照抵抗セルの構成を示した模式図である。3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a reference resistance cell used in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化素子に高密度架橋部が形成されたときの(A)構成図、(B)電流電圧特性を示したグラフである。3A is a configuration diagram and FIG. 5B is a graph showing current-voltage characteristics when a high-density bridge is formed in a variable resistance element used in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化素子に低密度架橋部が形成されたときの(A)構成図、(B)電流電圧特性を示したグラフである。3A is a configuration diagram when a low density bridge portion is formed in a variable resistance element used in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1, and FIG. 4B is a graph showing current-voltage characteristics. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置の一部の構成を示した回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a part of a nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の詳細な構成を示した回路図である。3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a read circuit in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の各信号の動作を模式的に示したタイミングチャートである。3 is a timing chart schematically showing the operation of each signal of the read circuit in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置における抵抗変化素子がON状態の時の電流電圧特性のバリエーションを示したグラフである。6 is a graph showing variations in current-voltage characteristics when the resistance change element in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 is in an ON state. 実施形態1に係る不揮発性記憶装置の動作を模式的に示したフローチャートである。3 is a flowchart schematically showing the operation of the nonvolatile memory device according to Embodiment 1. 実施形態2に係る不揮発性記憶装置の一部の構成を示した回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a part of a nonvolatile memory device according to a second embodiment. 実施形態2に係る不揮発性記憶装置の動作を模式的に示したフローチャートである。5 is a flowchart schematically showing the operation of the nonvolatile memory device according to Embodiment 2.

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。なお、下記の実施形態は、あくまで例示であり、本発明を限定するものではない。また、以降の説明で参照する図面等のブロック間の接続線は、双方向及び単方向の双方を含む。一方向矢印については、主たる信号(データ)の流れを模式的に示すものであり、双方向性を排除するものではない。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Note that, in the present application, where reference numerals are attached to the drawings, these are only for the purpose of helping understanding, and are not intended to be limited to the illustrated embodiments. In addition, the following embodiment is an illustration to the last and does not limit this invention. In addition, connection lines between blocks such as drawings referred to in the following description include both bidirectional and unidirectional directions. The unidirectional arrow schematically shows the main signal (data) flow and does not exclude bidirectionality.

[実施形態1]
実施形態1に係る不揮発性記憶装置について説明する。
[Embodiment 1]
The nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described.

まず、実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化メモリセル及び参照抵抗セルについて図面を用いて説明する。図1は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化メモリセルの構成を示した模式図である。図2は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる参照抵抗セルの構成を示した模式図である。図3は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化素子に高密度架橋部が形成されたときの(A)構成図、(B)電流電圧特性を示したグラフである。図4は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置において用いられる抵抗変化素子に低密度架橋部が形成されたときの(A)構成図、(B)電流電圧特性を示したグラフである。   First, a resistance change memory cell and a reference resistance cell used in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a resistance change memory cell used in the nonvolatile memory device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a reference resistance cell used in the nonvolatile memory device according to the first embodiment. FIG. 3 is a graph showing (A) a configuration diagram and (B) current-voltage characteristics when a high-density bridge is formed in the variable resistance element used in the nonvolatile memory device according to the first embodiment. FIG. 4A is a configuration diagram and FIG. 4B is a graph showing current-voltage characteristics when a low-density bridge is formed in the variable resistance element used in the nonvolatile memory device according to the first embodiment.

図1を参照すると、抵抗変化メモリセル1は、抵抗変化素子10とアクセストランジスタ20とが直列に接続された構成となっている。   Referring to FIG. 1, the resistance change memory cell 1 has a configuration in which a resistance change element 10 and an access transistor 20 are connected in series.

抵抗変化素子10は、第1電極11と第2電極13との間に抵抗変化層12が配置された積層構造体の素子である(図1参照)。抵抗変化素子10は、第1電極11と第2電極13との間に書き込み電圧を印加することにより、第1電極11と第2電極13との間の抵抗が可逆的に変化する。第1電極11は、対応するビット線(例えば、図5のBL1〜BLmのいずれか)に電気的に接続される。第2電極13は、アクセストランジスタ20のドレイン電極に電気的に接続される。   The resistance change element 10 is an element of a laminated structure in which the resistance change layer 12 is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 13 (see FIG. 1). The resistance change element 10 reversibly changes the resistance between the first electrode 11 and the second electrode 13 by applying a write voltage between the first electrode 11 and the second electrode 13. The first electrode 11 is electrically connected to a corresponding bit line (for example, any one of BL1 to BLm in FIG. 5). Second electrode 13 is electrically connected to the drain electrode of access transistor 20.

抵抗変化素子10には、電圧の印加により抵抗変化層12中に金属架橋部(図3(A)の14、図4(A)の15)が形成される金属架橋型と、酸素欠損部(図示せず)が形成される酸素欠損型と、がある。第1電極11には、金属材料を用いることができ、例えば、銅、ニッケル、コバルト、鉄、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、タンタル、タングステン等を用いることができる。同じく、第2電極13には、第1電極11に用いられる金属材料よりもイオン化傾向が低い金属材料、第1電極11に用いられる金属材料と同じ金属材料を用いることができ、例えば、ルテニウム、白金、ロジウム、パラジウム、銀、オスニウム、イリジウム、金等を用いることができる。同じく、抵抗変化層12には、金属酸化物を用いることができ、例えば、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ニッケル等を用いることができる。なお、以下では、第1電極11を銅とし、第2電極13をルテニウムとし、抵抗変化層12を酸化タンタルとして説明する。   The resistance change element 10 includes a metal bridge type in which a metal bridge portion (14 in FIG. 3A, 15 in FIG. 4A) is formed in the resistance change layer 12 by application of a voltage, and an oxygen deficient portion ( There is an oxygen deficient type in which (not shown) is formed. For the first electrode 11, a metal material can be used, and for example, copper, nickel, cobalt, iron, titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, hafnium, tantalum, tungsten, or the like can be used. Similarly, the second electrode 13 can be made of a metal material having a lower ionization tendency than the metal material used for the first electrode 11, and the same metal material as that used for the first electrode 11. For example, ruthenium, Platinum, rhodium, palladium, silver, osnium, iridium, gold, or the like can be used. Similarly, a metal oxide can be used for the resistance change layer 12, and for example, tantalum oxide, titanium oxide, hafnium oxide, nickel oxide, or the like can be used. In the following description, the first electrode 11 is copper, the second electrode 13 is ruthenium, and the resistance change layer 12 is tantalum oxide.

アクセストランジスタ20は、抵抗変化メモリセル1の抵抗変化素子10にアクセスするためのトランジスタ(スイッチ)である(図1参照)。アクセストランジスタ20は、抵抗変化素子10への書き込み時の電流を制御し、2次元アレイにおいて、ただ1つの抵抗変化メモリセル1を選択するために利用される。アクセストランジスタ20には、例えば、n型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を用いることができる。アクセストランジスタ20のゲート電極は、対応するワード線(例えば、図5のWL1〜WLnのいずれか)に電気的に接続される。アクセストランジスタ20のドレイン電極は、抵抗変化素子10の第2電極13に電気的に接続される。アクセストランジスタ20のソース電極は、接地に電気的に接続される。   The access transistor 20 is a transistor (switch) for accessing the resistance change element 10 of the resistance change memory cell 1 (see FIG. 1). The access transistor 20 is used to control a current when writing to the resistance change element 10 and to select only one resistance change memory cell 1 in the two-dimensional array. As the access transistor 20, for example, an n-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used. The gate electrode of access transistor 20 is electrically connected to a corresponding word line (for example, one of WL1 to WLn in FIG. 5). The drain electrode of access transistor 20 is electrically connected to second electrode 13 of resistance change element 10. The source electrode of access transistor 20 is electrically connected to ground.

以上のような抵抗変化素子10では、第1電極11に正の電圧を印加すると、第1電極11中の金属(例えば、銅)が電気化学反応によって金属イオン(例えば、銅イオン)となり、抵抗変化層12(例えば、酸化タンタル)中に注入される。その後、抵抗変化層12中に注入された金属イオンは、電界によって抵抗変化層12中を移動し、第2電極13(例えば、ルテニウム)側から注入された電子と結合して、金属となって抵抗変化層12中に析出する。金属の析出によって抵抗変化層12の抵抗が高抵抗(OFF抵抗)から低抵抗(ON抵抗)へと変化する。抵抗変化層12の抵抗が低抵抗へと変化すると、抵抗変化素子10に印加されていた電圧が減少し、抵抗変化素子10に直列に接続されたアクセストランジスタ20から入力された電圧の大半が抵抗変化素子10に印加されることになる。第1電極11の金属をイオン化したり、析出するのに必要な電圧が小さくなることで、第1電極11の金属の析出が止まり、抵抗値が固定化する。第1電極11の金属の析出が止まる際に流れる電流は、アクセストランジスタ20の飽和電流に等しいことから、抵抗変化素子10の抵抗が規定される。   In the resistance change element 10 as described above, when a positive voltage is applied to the first electrode 11, the metal (for example, copper) in the first electrode 11 becomes a metal ion (for example, copper ion) by an electrochemical reaction, and resistance Implanted into the change layer 12 (eg, tantalum oxide). Thereafter, the metal ions implanted into the resistance change layer 12 move in the resistance change layer 12 by an electric field, and combine with electrons injected from the second electrode 13 (for example, ruthenium) side to become a metal. Precipitates in the resistance change layer 12. The resistance of the resistance change layer 12 changes from a high resistance (OFF resistance) to a low resistance (ON resistance) due to metal deposition. When the resistance of the resistance change layer 12 changes to a low resistance, the voltage applied to the resistance change element 10 decreases, and most of the voltage input from the access transistor 20 connected in series to the resistance change element 10 is a resistance. It will be applied to the change element 10. Since the voltage necessary for ionizing or precipitating the metal of the first electrode 11 is reduced, the metal deposition of the first electrode 11 stops and the resistance value is fixed. Since the current that flows when the metal deposition of the first electrode 11 stops is equal to the saturation current of the access transistor 20, the resistance of the resistance change element 10 is defined.

抵抗変化層12中で第1電極11の金属が析出する地点は、電界が最も強いところと考えられるが、抵抗変化層12の局所的な膜厚、電極表面の凹凸などの構造的なバラツキがあるために、抵抗変化素子10間で一定ではない。電界が不均一であると、析出した金属原子の間隔は一定ではなくバラツキを伴う。発明者らは、異なる抵抗変化素子10のON抵抗が等しい場合であっても、ON抵抗の温度依存性が異なることを見出している。また、抵抗変化素子10の電流・電圧特性においても、線形性が異なることも分かっている。温度が高くなるにつれてON抵抗が大きくなる場合は、抵抗の発現原因である散乱要因はフォノン散乱であり、金属架橋は金属的な伝導特性を示すといえる。この時の電流・電圧特性は線形であり、電流は電圧に対して比例の関係にある(図3(B)参照)。   The point where the metal of the first electrode 11 precipitates in the resistance change layer 12 is considered to be where the electric field is strongest, but there are structural variations such as local thickness of the resistance change layer 12 and unevenness of the electrode surface. For this reason, the resistance change element 10 is not constant. If the electric field is non-uniform, the interval between the deposited metal atoms is not constant and varies. The inventors have found that the temperature dependence of the ON resistance is different even when the ON resistances of the different variable resistance elements 10 are equal. It is also known that the linearity is different in the current / voltage characteristics of the variable resistance element 10. When the ON resistance increases as the temperature increases, it can be said that the scattering factor that causes the resistance is phonon scattering, and the metal bridge exhibits metallic conduction characteristics. The current / voltage characteristics at this time are linear, and the current is proportional to the voltage (see FIG. 3B).

一方、温度が高くなるにつれてON抵抗が小さくなる場合は、電子濃度が高温で大きくなっており、半導体的な伝導特性を示している。このときの電流・電圧特性は非線形であり、電流は電圧に対して比例の関係にはなく、電圧を増やすにつれて比例関係で期待される電流値とは異なる電流が流れる(図4(B)参照)。   On the other hand, when the ON resistance decreases as the temperature increases, the electron concentration increases at a high temperature, indicating semiconductor-like conduction characteristics. The current / voltage characteristics at this time are non-linear, and the current is not proportional to the voltage, and a current different from the current value expected in the proportional relationship flows as the voltage is increased (see FIG. 4B). ).

金属的な伝導を示す場合は、抵抗変化層10中の金属原子間の間隔が短く、金属の密度が高いと考えられる。つまり、金属の架橋は、その直径は小さく、金属の密度が高い(図3(A)の高密度金属架橋部14参照)。一方、半導体的な温度依存性を示す場合には、金属原子間の間隔が大きく、金属原子の密度が比較的小さいと考えられる。つまり、金属の架橋は、その直径が大きく、金属の密度が低いといえる(図4(A)の低密度金属架橋部15参照)。   When showing metallic conduction, it is considered that the distance between metal atoms in the resistance change layer 10 is short, and the density of the metal is high. That is, the metal bridge has a small diameter and a high metal density (see the high-density metal bridge portion 14 in FIG. 3A). On the other hand, when semiconductor temperature dependence is exhibited, it is considered that the distance between metal atoms is large and the density of metal atoms is relatively small. That is, it can be said that the metal bridge has a large diameter and a low metal density (see the low-density metal bridge portion 15 in FIG. 4A).

金属架橋部のON抵抗は、抵抗変化層12の膜厚が一定とすると、金属原子の太さとその密度によって決まる。また、ON状態の保持特性は、金属原子の密度が高い場合が優れており、金属原子の密度が低い場合は、保持特性は悪い。これらの金属原子の密度の差が、保持特性のバラツキの原因となっている。つまり、抵抗変化素子10のON抵抗の保持時間のバラツキは、抵抗変化層12中の金属架橋部の安定性と関係しているといえる。この点は、酸素欠損型の抵抗変化素子でも同様なことがいえる。   When the film thickness of the resistance change layer 12 is constant, the ON resistance of the metal bridge portion is determined by the thickness of the metal atom and its density. In addition, the retention property in the ON state is excellent when the density of metal atoms is high, and the retention property is poor when the density of metal atoms is low. The difference in the density of these metal atoms causes variations in retention characteristics. That is, it can be said that the variation in the ON resistance holding time of the variable resistance element 10 is related to the stability of the metal bridge portion in the variable resistance layer 12. The same can be said for the oxygen deficient resistance change element.

ところで、通常の抵抗変化素子のON/OFF状態の読み出しでは、一定の電圧を印加して、電流の大小により読み取ることができる。しかしながら、このような読み出し方法では、金属原子の密度の差まで読み出すことはできない。密度の違いを読み取るには、2つの異なる電圧で電流を測定することで可能となる。   By the way, in the normal reading of the ON / OFF state of the variable resistance element, it is possible to read by applying a constant voltage and the magnitude of the current. However, such a readout method cannot read out even the difference in density of metal atoms. Reading the difference in density is possible by measuring the current at two different voltages.

図2を参照すると、参照抵抗セル2は、参照抵抗素子30とアクセストランジスタ40とが直列に接続された構成となっている。   Referring to FIG. 2, the reference resistance cell 2 has a configuration in which a reference resistance element 30 and an access transistor 40 are connected in series.

参照抵抗素子30は、参照用に所定の抵抗値に設定された素子である(図2参照)。参照抵抗素子30は、抵抗値を一定に保つことが可能な抵抗材料を用いることができ、例えば、ポリシリコン等を用いることができる。参照抵抗素子30の抵抗値は、例えば、1kΩ程度とすることができる。参照抵抗素子30の一端は、ビット線(例えば、図5のBLref)に電気的に接続される。参照抵抗素子30の他端は、アクセストランジスタ40のドレイン電極に電気的に接続される。   The reference resistance element 30 is an element set to a predetermined resistance value for reference (see FIG. 2). For the reference resistance element 30, a resistance material capable of keeping the resistance value constant can be used. For example, polysilicon or the like can be used. The resistance value of the reference resistance element 30 can be set to about 1 kΩ, for example. One end of the reference resistance element 30 is electrically connected to a bit line (for example, BLref in FIG. 5). The other end of reference resistance element 30 is electrically connected to the drain electrode of access transistor 40.

アクセストランジスタ40は、参照抵抗セル2の参照抵抗素子30にアクセスするためのトランジスタ(スイッチ)である(図2参照)。アクセストランジスタ40には、例えば、n型MOSFETを用いることができる。アクセストランジスタ40のゲート電極は、ワード線(例えば、図5のWL1〜WLn)に電気的に接続される。アクセストランジスタ40のドレイン電極は、参照抵抗素子30の他端に電気的に接続される。アクセストランジスタ40のソース電極は、接地に電気的に接続される。   The access transistor 40 is a transistor (switch) for accessing the reference resistance element 30 of the reference resistance cell 2 (see FIG. 2). For the access transistor 40, for example, an n-type MOSFET can be used. The gate electrode of access transistor 40 is electrically connected to a word line (for example, WL1 to WLn in FIG. 5). The drain electrode of the access transistor 40 is electrically connected to the other end of the reference resistance element 30. The source electrode of access transistor 40 is electrically connected to ground.

図3を参照すると、電流電圧特性が線形型の抵抗変化素子10の構成及び電流電圧特性が示されている。抵抗変化素子10の抵抗は、ある電圧を印加した際に流れる電流と、同じ電圧を印加されている参照抵抗素子(図2の30)に流れる電流と、を比較することにより、ONとOFF状態を区別することができる。抵抗変化素子10の電流電圧特性が線形型であれば、どのような印加電圧であっても抵抗変化素子10を流れる電流は、参照抵抗素子30を流れる電流よりも大きい(図3(B)、図8(A)参照)か、同じか、あるいは、小さい(図8(B)参照)かのいずれかとなる。そのため、電流電圧特性が線形型の抵抗変化素子10では、ONとOFFの区別は印加電圧よって変わらない。つまり、参照抵抗素子30には、印加電圧V1を印加した場合は電流I1が流れ、電圧V2を印加した場合は電流I2が流れるが、電流電圧特性が線形型の抵抗変化素子10の場合には、抵抗変化素子10を流れる電流はI1及びI2よりも大きい(図8(A)参照)か、同じか、あるいは、小さいか(図8(B)参照)のいずれかとなる。   Referring to FIG. 3, the configuration and current-voltage characteristics of the variable resistance element 10 having a linear current-voltage characteristic are shown. The resistance of the resistance change element 10 is turned on and off by comparing the current flowing when a certain voltage is applied with the current flowing through the reference resistance element (30 in FIG. 2) to which the same voltage is applied. Can be distinguished. If the current-voltage characteristic of the resistance change element 10 is a linear type, the current flowing through the resistance change element 10 is larger than the current flowing through the reference resistance element 30 at any applied voltage (FIG. 3B). 8) (see FIG. 8A), the same, or small (see FIG. 8B). Therefore, in the resistance change element 10 having a linear current-voltage characteristic, the distinction between ON and OFF does not change depending on the applied voltage. That is, when the applied voltage V1 is applied to the reference resistance element 30, the current I1 flows, and when the voltage V2 is applied, the current I2 flows. However, when the current-voltage characteristic is the linear resistance change element 10, The current flowing through the resistance change element 10 is either larger than I1 and I2 (see FIG. 8A), the same, or smaller (see FIG. 8B).

図4を参照すると、電流電圧特性が非線形型の抵抗変化素子10の構成及び電流電圧側性が示されている。電流電圧特性が非線形型の場合、抵抗変化素子10を流れる電流と参照抵抗素子(図2の30)を流れる電流の大小関係は、印加電圧によって異なる。参照抵抗素子30には、印加電圧V1を印加した場合は電流I1が流れ、電圧V2を印加した場合は電流I2が流れるが、電流電圧特性が非線形型の抵抗変化素子10の場合には、抵抗変化素子10を流れる電流はI1及びI2との大小関係は異なる。ただし、V1及びV2を適切に選ぶ必要があり、V1とV2の値が近い場合や、両者が十分大きい場合にはI1及びI2との大小関係が同じであることもある。   Referring to FIG. 4, a configuration and a current-voltage side property of the variable resistance element 10 having a nonlinear current-voltage characteristic are shown. When the current-voltage characteristic is a non-linear type, the magnitude relationship between the current flowing through the resistance change element 10 and the current flowing through the reference resistance element (30 in FIG. 2) varies depending on the applied voltage. In the reference resistance element 30, when the applied voltage V1 is applied, the current I1 flows, and when the voltage V2 is applied, the current I2 flows. However, in the case of the resistance change element 10 having a nonlinear current-voltage characteristic, the resistance I The current flowing through the change element 10 has a different magnitude relationship with I1 and I2. However, it is necessary to select V1 and V2 appropriately. When V1 and V2 are close to each other or when both are sufficiently large, the magnitude relationship between I1 and I2 may be the same.

次に、実施形態1に係る不揮発性記憶装置の構成について図面を用いて説明する。図5は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置の一部の構成を示した回路図である。   Next, the configuration of the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a partial configuration of the nonvolatile memory device according to the first embodiment.

不揮発性記憶装置100は、不揮発性メモリとして図1に示した抵抗変化素子10を有する記憶装置である(図5参照)。不揮発性記憶装置100は、抵抗変化メモリセルアレイ3と、参照抵抗セルアレイ4と、ロウデコーダ51と、カラムデコーダ52と、読み出し回路60と、書き込み回路70と、制御回路80と、を備える。   The nonvolatile memory device 100 is a memory device having the variable resistance element 10 shown in FIG. 1 as a nonvolatile memory (see FIG. 5). The nonvolatile memory device 100 includes a resistance change memory cell array 3, a reference resistance cell array 4, a row decoder 51, a column decoder 52, a read circuit 60, a write circuit 70, and a control circuit 80.

抵抗変化メモリセルアレイ3は、複数の抵抗変化メモリセル1が2次元状に配置された部分である(図5参照)。図5では、抵抗変化メモリセルアレイ3は、抵抗変化メモリセル1がN行M列に配置されている。抵抗変化メモリセル1(抵抗変化素子10、アクセストランジスタ20)の構成は、前述したとおりである(図1参照)。抵抗変化メモリセルアレイ3では、同じ列にある各抵抗変化メモリセル1の抵抗変化素子10の一端は、対応するビット線(図5ではBL1〜BLmのいずれか1つ)を介してカラムデコーダ52と電気的に接続されている。また、抵抗変化メモリセルアレイ3では、同じ行にある各抵抗変化メモリセル1のアクセストランジスタ20のゲート電極は、対応するワード線(図5ではWL1〜WLnのいずれか1つ)を介してロウデコーダ51と電気的に接続されている。抵抗変化メモリセルアレイ3内にある各抵抗変化メモリセル1のアクセストランジスタ20のソース電極は、接地に電気的に接続されている。   The resistance change memory cell array 3 is a portion in which a plurality of resistance change memory cells 1 are two-dimensionally arranged (see FIG. 5). In FIG. 5, in the resistance change memory cell array 3, resistance change memory cells 1 are arranged in N rows and M columns. The configuration of the resistance change memory cell 1 (the resistance change element 10 and the access transistor 20) is as described above (see FIG. 1). In the resistance change memory cell array 3, one end of the resistance change element 10 of each resistance change memory cell 1 in the same column is connected to a column decoder 52 via a corresponding bit line (any one of BL1 to BLm in FIG. 5). Electrically connected. Further, in the resistance change memory cell array 3, the gate electrode of the access transistor 20 of each resistance change memory cell 1 in the same row is a row decoder via a corresponding word line (any one of WL1 to WLn in FIG. 5). 51 is electrically connected. The source electrode of the access transistor 20 of each resistance change memory cell 1 in the resistance change memory cell array 3 is electrically connected to the ground.

参照抵抗セルアレイ4は、図2に示した複数の参照抵抗セル2が1次元状に配置された部分である(図5参照)。図5では、参照抵抗セルアレイ4は、参照抵抗セル2がN行1列に配置されている。参照抵抗セル2(参照抵抗素子30、アクセストランジスタ40)の構成は、前述したとおりである(図2参照)。参照抵抗セルアレイ4では、各参照抵抗セル2の参照抵抗素子30の一端は、ビット線BLrefを介してカラムデコーダ52と電気的に接続されている。また、参照抵抗セルアレイ4では、参照抵抗セル2のアクセストランジスタ40のゲート電極は、対応するワード線(図5ではWL1〜WLnのいずれか1つ)を介してロウデコーダ51と電気的に接続されている。参照抵抗セルアレイ4内にある各参照抵抗セル2のアクセストランジスタ40のソース電極は、接地に電気的に接続されている。   The reference resistance cell array 4 is a portion in which the plurality of reference resistance cells 2 shown in FIG. 2 are arranged one-dimensionally (see FIG. 5). In FIG. 5, the reference resistance cell array 4 includes reference resistance cells 2 arranged in N rows and 1 column. The configuration of the reference resistance cell 2 (reference resistance element 30 and access transistor 40) is as described above (see FIG. 2). In the reference resistance cell array 4, one end of the reference resistance element 30 of each reference resistance cell 2 is electrically connected to the column decoder 52 via the bit line BLref. In the reference resistor cell array 4, the gate electrode of the access transistor 40 of the reference resistor cell 2 is electrically connected to the row decoder 51 via a corresponding word line (any one of WL1 to WLn in FIG. 5). ing. The source electrode of the access transistor 40 of each reference resistance cell 2 in the reference resistance cell array 4 is electrically connected to the ground.

ロウデコーダ51は、n行に並んだ複数のワード線WL1〜WLnの中から1つのワード線を選択することが可能なデコーダである。ロウデコーダ51は、カラムデコーダ52との協働により、抵抗変化メモリセルアレイ3及び参照抵抗セルアレイ4の中からそれぞれ1つの抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30を選択するセル選択回路として機能する。ロウデコーダ51は、制御回路80からのADD信号に従って、ワード線WL1〜WLnの中から1つのワード線を選択し、選択されたワード線を介して、選択されたワード線に電気的に接続されたアクセストランジスタ20、40に電圧を印加する。これにより、ウデコーダ51は、抵抗変化メモリセルアレイ3及び参照抵抗セルアレイ4の中から1つの行にある抵抗変化メモリセル1(抵抗変化素子10、アクセストランジスタ20)及び参照抵抗セル2(参照抵抗素子30、アクセストランジスタ40)を選択することができる。カラムデコーダ51は、図6では、ワード線WL1を選択している。   The row decoder 51 is a decoder that can select one word line from a plurality of word lines WL1 to WLn arranged in n rows. The row decoder 51 functions as a cell selection circuit that selects one resistance change element 10 and one reference resistance element 30 from the resistance change memory cell array 3 and the reference resistance cell array 4 in cooperation with the column decoder 52. The row decoder 51 selects one word line from the word lines WL1 to WLn according to the ADD signal from the control circuit 80, and is electrically connected to the selected word line via the selected word line. A voltage is applied to the access transistors 20 and 40. Accordingly, the decoder 51 includes the resistance change memory cell 1 (resistance change element 10 and the access transistor 20) and the reference resistance cell 2 (reference resistance element 30) in one row from the resistance change memory cell array 3 and the reference resistance cell array 4. , The access transistor 40) can be selected. The column decoder 51 selects the word line WL1 in FIG.

カラムデコーダ52は、m列に並んだ複数のビット線BL1〜BLmの中から1つのビット線を選択することが可能なデコーダである。カラムデコーダ52は、ビット線BLrefを選択することも可能である。カラムデコーダ52は、ロウデコーダ51との協働により、抵抗変化メモリセルアレイ3及び参照抵抗セルアレイ4の中からそれぞれ1つの抵抗変化素子10を選択するセル選択回路として機能する。カラムデコーダ52は、m列に並んだカラムトランジスタ52aと、カラムトランジスタ52bと、を有する。カラムデコーダ52は、制御回路80からのADD信号に従って、カラムトランジスタ52aのいずれか1つのゲート電極に電圧を印加することによりビット線BL1〜BLmの中から1つのビット線を選択し、選択されたビット線を介して、選択されたビット線に電気的に接続された抵抗変化素子10と読み出し回路60及び書き込み回路70とを電気的に接続させる。また、カラムデコーダ52は、制御回路80の制御に従って、カラムトランジスタ52bのゲート電極に電圧を印加することによりビット線BLrefを選択し、選択されたビット線BLrefを介して、選択されたビット線BLrefに電気的に接続された参照抵抗素子30と読み出し回路60とを電気的に接続させる。カラムデコーダ52は、図6では、ビット線BL2を選択し、かつ、ビット線BLrefを選択している。   The column decoder 52 is a decoder capable of selecting one bit line from a plurality of bit lines BL1 to BLm arranged in m columns. The column decoder 52 can also select the bit line BLref. The column decoder 52 functions as a cell selection circuit that selects one resistance change element 10 from each of the resistance change memory cell array 3 and the reference resistance cell array 4 in cooperation with the row decoder 51. The column decoder 52 includes a column transistor 52a and a column transistor 52b arranged in m columns. The column decoder 52 selects one bit line from the bit lines BL1 to BLm by applying a voltage to any one of the gate electrodes of the column transistor 52a in accordance with the ADD signal from the control circuit 80. The resistance change element 10 electrically connected to the selected bit line is electrically connected to the read circuit 60 and the write circuit 70 via the bit line. Further, the column decoder 52 selects the bit line BLref by applying a voltage to the gate electrode of the column transistor 52b under the control of the control circuit 80, and the selected bit line BLref is selected via the selected bit line BLref. The reference resistance element 30 and the readout circuit 60 electrically connected to each other are electrically connected. In FIG. 6, the column decoder 52 selects the bit line BL2 and the bit line BLref.

読み出し回路60は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30の抵抗値を読み出すことが可能な回路である(図5参照)。読み出し回路60は、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に読み出し電圧を印加することが可能である。また、読み出し回路60は、選択された抵抗変化素子10を流れる電流と参照抵抗素子30を流れる電流とを比較することが可能である。読み出し回路60は、制御回路80の制御を受けて、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30の読み出しを制御する。   The read circuit 60 is a circuit that can read the resistance values of the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 (see FIG. 5). The read circuit 60 can apply a read voltage to the selected resistance change element 10 and reference resistance element 30. Further, the readout circuit 60 can compare the current flowing through the selected resistance change element 10 with the current flowing through the reference resistance element 30. The readout circuit 60 controls the readout of the selected variable resistance element 10 and reference resistance element 30 under the control of the control circuit 80.

読み出し回路60は、抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加した後に、以下のような処理を行う。読み出し回路60は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定処理を行う。また、読み出し回路60は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低く、かつ、第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定処理を行う。さらに、読み出し回路60は、第1判定処理及び第2判定処理の各結果に基づいて抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定処理を行う。なお、第2読み出し電圧は、第1読み出し電圧よりも低くすることができる。第3判定処理では、第1判定処理及び第2判定処理のそれぞれで抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いと判定されたときに、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたと判定する。また、第3判定処理では、第1判定処理及び第2判定処理の一方又は両方で抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高くないと判定されたときに、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われなかったと判定する。なお、読み出し回路60の詳細な構成については、後述する。   The read circuit 60 performs the following processing after applying a write voltage to the variable resistance element 10. Whether the current flowing through the resistance change element 10 is higher than the current flowing through the reference resistance element 30 when the read circuit 60 applies a first read voltage lower than the write voltage to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. A first determination process is performed to determine whether or not. Further, the read circuit 60 has a current flowing through the resistance change element 10 when a second read voltage lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. A second determination process is performed to determine whether or not the current flowing through the reference resistance element 30 is higher. Further, the read circuit 60 performs a third determination process for determining whether or not writing has been normally performed in the resistance change element 10 based on the results of the first determination process and the second determination process. Note that the second read voltage can be lower than the first read voltage. In the third determination process, when it is determined in each of the first determination process and the second determination process that the current flowing through the resistance change element 10 is higher than the current flowing through the reference resistance element 30, the resistance change element 10 normally It is determined that writing has been performed. Further, in the third determination process, when it is determined in one or both of the first determination process and the second determination process that the current flowing through the resistance change element 10 is not higher than the current flowing through the reference resistance element 30, the resistance change It is determined that writing has not been normally performed in the element 10. The detailed configuration of the read circuit 60 will be described later.

書き込み回路70は、選択された抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加することが可能な回路である。書き込み回路70は、制御回路80の制御を受けて、選択された抵抗変化素子10に書き込みを制御する。   The write circuit 70 is a circuit that can apply a write voltage to the selected variable resistance element 10. The write circuit 70 controls writing to the selected variable resistance element 10 under the control of the control circuit 80.

制御回路80は、ロウデコーダ51、カラムデコーダ52、読み出し回路60、及び、書き込み回路70を制御する回路である。制御回路80は、ロウデコーダ51、カラムデコーダ52、アクセストランジスタ20、40を介して、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30を選択する。制御回路80は、読み出し回路60を介して、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30へ読み出し電圧を印加する。制御回路80は、読み出し回路60での第3判定処理で抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われなかったと判定されたときに、対応する抵抗変化素子10に再度、前記書き込み電圧を印加する処理を行う。制御回路80は、書き込み回路70を介して、選択された抵抗変化素子10へ書き込み電圧を印加する。   The control circuit 80 is a circuit that controls the row decoder 51, the column decoder 52, the read circuit 60, and the write circuit 70. The control circuit 80 selects the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 via the row decoder 51, the column decoder 52, and the access transistors 20 and 40. The control circuit 80 applies a read voltage to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30 via the read circuit 60. The control circuit 80 applies the write voltage to the corresponding resistance change element 10 again when it is determined in the third determination process in the read circuit 60 that writing has not been normally performed by the resistance change element 10. I do. The control circuit 80 applies a write voltage to the selected variable resistance element 10 via the write circuit 70.

次に、実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の詳細な構成について図面を用いて説明する。図6は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の詳細な構成を示した回路図である。   Next, a detailed configuration of the read circuit in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration of the read circuit in the nonvolatile memory device according to the first embodiment.

読み出し回路60は、クランプスイッチ61と、センスアンプ65と、レジスタ66と、論理回路67と、を備える(図6参照)。   The read circuit 60 includes a clamp switch 61, a sense amplifier 65, a register 66, and a logic circuit 67 (see FIG. 6).

クランプスイッチ61は、カラムデコーダ52とセンスアンプ65との電気的接続を切り替えるスイッチである(図6参照)。クランプスイッチ61は、クランプトランジスタ61aと、クランプトランジスタ61bと、を有する。   The clamp switch 61 is a switch for switching electrical connection between the column decoder 52 and the sense amplifier 65 (see FIG. 6). The clamp switch 61 includes a clamp transistor 61a and a clamp transistor 61b.

クランプトランジスタ61aは、カラムデコーダ52のカラムトランジスタ52aとセンスアンプ65のINA端子とを電気的に接続することが可能なトランジスタである(図6参照)。クランプトランジスタ61aのドレイン電極は、センスアンプ65のINA端子と電気的に接続されている。クランプトランジスタ61aのソース電極は、カラムデコーダ52の各カラムトランジスタ52aのドレイン電極と電気的に接続されている。クランプトランジスタ61aのゲート電極は、制御回路(図5の80)と接続され、制御回路80から電圧VBIASが印加されることでカラムデコーダ52のカラムトランジスタ52aとセンスアンプ65のINA端子とを電気的に接続する。   The clamp transistor 61a is a transistor that can electrically connect the column transistor 52a of the column decoder 52 and the INA terminal of the sense amplifier 65 (see FIG. 6). The drain electrode of the clamp transistor 61a is electrically connected to the INA terminal of the sense amplifier 65. The source electrode of the clamp transistor 61 a is electrically connected to the drain electrode of each column transistor 52 a of the column decoder 52. The gate electrode of the clamp transistor 61a is connected to the control circuit (80 in FIG. 5), and the voltage VBIAS is applied from the control circuit 80 to electrically connect the column transistor 52a of the column decoder 52 and the INA terminal of the sense amplifier 65. Connect to.

クランプトランジスタ61bは、カラムデコーダ52のカラムトランジスタ52bとセンスアンプ65のINB端子とを電気的に接続することが可能なトランジスタである(図6参照)。クランプトランジスタ61bのドレイン電極は、センスアンプ65のINB端子と電気的に接続されている。クランプトランジスタ61bのソース電極は、カラムデコーダ52のカラムトランジスタ52bのドレイン電極と電気的に接続されている。クランプトランジスタ61bのゲート電極は、制御回路(図5の80)と接続され、制御回路80から電圧VBIASが印加されることでカラムデコーダ52のカラムトランジスタ52bとセンスアンプ65のINB端子とを電気的に接続する。   The clamp transistor 61b is a transistor that can electrically connect the column transistor 52b of the column decoder 52 and the INB terminal of the sense amplifier 65 (see FIG. 6). The drain electrode of the clamp transistor 61b is electrically connected to the INB terminal of the sense amplifier 65. The source electrode of the clamp transistor 61 b is electrically connected to the drain electrode of the column transistor 52 b of the column decoder 52. The gate electrode of the clamp transistor 61b is connected to the control circuit (80 in FIG. 5). When the voltage VBIAS is applied from the control circuit 80, the column transistor 52b of the column decoder 52 and the INB terminal of the sense amplifier 65 are electrically connected. Connect to.

センスアンプ65は、選択された抵抗変化素子10に流れる電流と、参照抵抗素子30に流れる電流と、を増幅する回路である(図6参照)。センスアンプ65のINA端子は、クランプトランジスタ61a、カラムトランジスタ52aを介して、選択された抵抗変化素子10と電気的に接続することが可能である。センスアンプ65のINB端子は、クランプトランジスタ61b、カラムトランジスタ52bを介して、選択された参照抵抗素子30と電気的に接続することが可能である。センスアンプ65のSOUT端子は、論理回路67の入力端子の一方、及び、レジスタ66の入力端子のそれぞれと電気的に接続されている。センスアンプ65のRD端子は、制御回路(図5の80)と電気的に接続されている。   The sense amplifier 65 is a circuit that amplifies the current flowing through the selected resistance change element 10 and the current flowing through the reference resistance element 30 (see FIG. 6). The INA terminal of the sense amplifier 65 can be electrically connected to the selected resistance change element 10 via the clamp transistor 61a and the column transistor 52a. The INB terminal of the sense amplifier 65 can be electrically connected to the selected reference resistance element 30 via the clamp transistor 61b and the column transistor 52b. The SOUT terminal of the sense amplifier 65 is electrically connected to one of the input terminals of the logic circuit 67 and each of the input terminals of the register 66. The RD terminal of the sense amplifier 65 is electrically connected to the control circuit (80 in FIG. 5).

センスアンプ65は、制御回路80からのRD信号が入力されることにより、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、RD信号の電圧VRDに応じた読み出し電圧を、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に印加し、選択された抵抗変化素子10に流れる電流と、参照抵抗素子30に流れる電流と、を比較する。センスアンプ65は、ビット線BL1〜BLmのいずれか1つ(図6ではBL2)及びビット線BLrefと接続されたINA端子及びINB端子の2つの電流(icell及びiref)の大小によって“High”(電源電圧レベル)または“Low”(接地レベル)の論理レベルのSOUT信号をSOUT端子から出力する。icell>irefの場合にはSOUT端子から“High”が出力され、icell<irefの場合にはSOUT端子から“Low”が出力される。ここで、icellは、抵抗変化素子10に流れる電流である。また、irefは、参照抵抗素子30に流れる電流である。icell及びirefは、それぞれ印加電圧VRDに比例する。これにより、センスアンプ65は、前記第1判定処理及び前記第2判定処理を行うことが可能である。   When the RD signal is input from the control circuit 80, the sense amplifier 65 applies a read voltage corresponding to the voltage VRD of the RD signal to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30, and the selected resistance change. The current applied to the element 10 and the reference resistance element 30 is compared with the current flowing through the selected resistance change element 10 and the current flowing through the reference resistance element 30. The sense amplifier 65 has “High” (“High”) depending on the magnitude of two currents (icell and iref) of one of the bit lines BL1 to BLm (BL2 in FIG. 6) and the INA terminal and INB terminal connected to the bit line BLref. A SOUT signal having a logic level of “power supply voltage level” or “Low” (ground level) is output from the SOUT terminal. When icell> iref, “High” is output from the SOUT terminal, and when icell <iref, “Low” is output from the SOUT terminal. Here, icell is a current flowing through the resistance change element 10. Further, iref is a current flowing through the reference resistance element 30. icell and iref are proportional to the applied voltage VRD, respectively. Thereby, the sense amplifier 65 can perform the first determination process and the second determination process.

レジスタ66は、センスアンプ65の比較の結果を一時的に保持する回路である(図6参照)。レジスタ66の入力端子は、センスアンプ65のSOUT端子と電気的に接続されている。レジスタ66のSE端子は、制御回路(図5の80)と電気的に接続されている。レジスタ66のDOUT端子は、論理回路67の他方の入力端子に電気的に接続されている。レジスタ66には、例えば、D型フリップフロップを用いることができる。レジスタ66は、制御回路80からのSE信号に応じて、センスアンプ65から出力されたSOUT信号(第1判定処理の結果)を保持するタイミングが制御される。レジスタ66は、制御回路80からSE端子に入力されたSE信号の立ち上がりエッジに同期して、センスアンプ65から出力されたSOUT信号(High又はLow)をラッチし、DOUT端子から論理回路67に向けて“High”または“Low”を出力する。これにより、レジスタ66は、センスアンプ65での第1判定処理の結果を一時的に保持することが可能である。   The register 66 is a circuit that temporarily holds the comparison result of the sense amplifier 65 (see FIG. 6). The input terminal of the register 66 is electrically connected to the SOUT terminal of the sense amplifier 65. The SE terminal of the register 66 is electrically connected to the control circuit (80 in FIG. 5). The DOUT terminal of the register 66 is electrically connected to the other input terminal of the logic circuit 67. For example, a D-type flip-flop can be used for the register 66. The register 66 controls the timing of holding the SOUT signal (the result of the first determination process) output from the sense amplifier 65 in accordance with the SE signal from the control circuit 80. The register 66 latches the SOUT signal (High or Low) output from the sense amplifier 65 in synchronization with the rising edge of the SE signal input from the control circuit 80 to the SE terminal, and is directed from the DOUT terminal to the logic circuit 67. To output “High” or “Low”. Thereby, the register 66 can temporarily hold the result of the first determination process in the sense amplifier 65.

論理回路67は、レジスタ66から出力されたDOUT信号と、センスアンプ65から出力されたSOUT信号と、に基づいて論理結果を出力する回路である(図6参照)。論理回路67の一方の入力端子は、センスアンプ65のSOUT端子と電気的に接続されている。論理回路67の他方の入力端子は、レジスタ66のDOUT端子と電気的に接続されている。論理回路67のROUT端子は、制御回路(図5の80)と電気的に接続されている。論理回路67には、例えば、AND回路を用いることができる。論理回路67は、レジスタ66に保持された第1判定処理の結果、及び、センスアンプ65での第2判定処理の結果に基づいて第3判定処理の結果を出力する。   The logic circuit 67 is a circuit that outputs a logic result based on the DOUT signal output from the register 66 and the SOUT signal output from the sense amplifier 65 (see FIG. 6). One input terminal of the logic circuit 67 is electrically connected to the SOUT terminal of the sense amplifier 65. The other input terminal of the logic circuit 67 is electrically connected to the DOUT terminal of the register 66. The ROUT terminal of the logic circuit 67 is electrically connected to the control circuit (80 in FIG. 5). As the logic circuit 67, for example, an AND circuit can be used. The logic circuit 67 outputs the result of the third determination process based on the result of the first determination process held in the register 66 and the result of the second determination process in the sense amplifier 65.

次に、実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の動作について図面を用いて説明する。図7は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置における読み出し回路の各信号の動作を模式的に示したタイミングチャートである。なお、不揮発性記憶装置100の構成部については図5及び図6を参照されたい。   Next, the operation of the read circuit in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a timing chart schematically showing the operation of each signal of the read circuit in the nonvolatile memory device according to the first embodiment. Refer to FIGS. 5 and 6 for the constituent parts of the nonvolatile memory device 100.

図7は、図6の読み出し回路60内の信号のタイミングチャートを示している。ADD信号はロウデコーダ51及びカラムデコーダ52に入力されるアドレス信号、RD信号はセンスアンプ65からビット線BL2及びビット線BLrefに印加される電圧を決める信号、SOUT信号はセンスアンプ65から出力される信号、SE信号はレジスタ66に入力される信号、DOUT信号はレジスタ66から出力される信号、ROUT信号は論理回路67から出力される信号である。なお、ここではクランプスイッチ61には電圧VBIASが印加されているものとする。   FIG. 7 shows a timing chart of signals in the readout circuit 60 of FIG. The ADD signal is an address signal input to the row decoder 51 and the column decoder 52, the RD signal is a signal for determining a voltage applied to the bit line BL2 and the bit line BLref from the sense amplifier 65, and the SOUT signal is output from the sense amplifier 65. The signal and the SE signal are signals input to the register 66, the DOUT signal is a signal output from the register 66, and the ROUT signal is a signal output from the logic circuit 67. Here, it is assumed that the voltage VBIAS is applied to the clamp switch 61.

先ず、時刻T0において、ロウデコーダ51及びカラムデコーダ52にADD信号が入力され、ロウデコーダ51及びカラムデコーダ52により1組の抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30が選択される。その結果、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30がセンスアンプ65と電気的に接続される。なお、ここでは、選択された抵抗変化素子10は図4の電流電圧特性が非線形型の場合について述べる。   First, at time T <b> 0, an ADD signal is input to the row decoder 51 and the column decoder 52, and one set of the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 is selected by the row decoder 51 and the column decoder 52. As a result, the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 are electrically connected to the sense amplifier 65. Here, the case where the selected variable resistance element 10 has a non-linear current-voltage characteristic in FIG. 4 will be described.

次に、時刻T1において、センスアンプ65にRD信号として振幅VR1の電圧が入力されると、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に第1読み出し電圧V1が印加される。このとき、配線抵抗及びアクセストランジスタ20、40、カラムトランジスタ52a、52b、クランプトランジスタ61a、61bにおける電圧降下により、センスアンプ65に印加される電圧から0.4V程度小さい電圧が抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に印加されることになる。また、センスアンプ65から抵抗変化素子10に至る経路の電気特性を、センスアンプ65から参照抵抗素子30に至る経路の電気特性と等しくする。ここで、第1読み出し電圧V1は、書き込み電圧よりも低い電圧に設定される。例えば、書き込み電圧は3V程度、第1読み出し電圧V1は1V程度である。第1読み出し電圧V1の印加によって、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30には各抵抗に応じてicell及びirefの電流がセンスアンプ65に流れる。センスアンプ65では、両電流の比較が行われる。図4にあるように、第1読み出し電圧V1のときにicell>irefであるから、SOUT信号は“High”となる。   Next, when a voltage with an amplitude VR1 is input as the RD signal to the sense amplifier 65 at time T1, the first read voltage V1 is applied to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30. At this time, due to the voltage drop in the wiring resistance and the access transistors 20 and 40, the column transistors 52a and 52b, and the clamp transistors 61a and 61b, a voltage about 0.4V smaller than the voltage applied to the sense amplifier 65 is referred to. It is applied to the resistance element 30. Further, the electrical characteristics of the path from the sense amplifier 65 to the resistance change element 10 are made equal to the electrical characteristics of the path from the sense amplifier 65 to the reference resistance element 30. Here, the first read voltage V1 is set to a voltage lower than the write voltage. For example, the write voltage is about 3V, and the first read voltage V1 is about 1V. By applying the first read voltage V <b> 1, currents icell and iref flow through the sense amplifier 65 in the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 according to the respective resistances. The sense amplifier 65 compares both currents. As shown in FIG. 4, since icell> iref at the first read voltage V1, the SOUT signal becomes “High”.

次に、時刻T2において、レジスタ66は、SE信号の立ち上がりエッジによってSOUT信号をラッチし、ラッチされたSOUT信号に対応するDOUT信号が出力される。このとき、ラッチされたSOUT信号は“High”であるからDOUT信号は“High”となる。   Next, at time T2, the register 66 latches the SOUT signal by the rising edge of the SE signal, and the DOUT signal corresponding to the latched SOUT signal is output. At this time, since the latched SOUT signal is “High”, the DOUT signal is “High”.

次に、時刻T3において、センスアンプ65にRD信号として振幅VR2の電圧が入力されると、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に第2読み出し電圧V2が印加される。ここでは、振幅VR1の電圧が入力された場合と同様に、電圧降下によって振幅VR2よりも低い第2読み出し電圧V2が抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に印加されることになる。ここで、第2読み出し電圧V2は、書き込み電圧よりも低く、かつ、第1読み出し電圧はV1よりも低い電圧に設定される。例えば、書き込み電圧は3V程度、読み出し電圧V1は1V程度、第2読み出し電圧V2は0.5V程度である。第2読み出し電圧V2の印加によって、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30には各抵抗に応じてicell及びirefの電流がセンスアンプ65に流れる。センスアンプ65では、両電流の比較が行われる。図4にあるように、第2読み出し電圧V2のときにicell<irefであるから、SOUT信号は“Low”となる。このとき、DOUT信号は“High”のままである。   Next, when a voltage with an amplitude VR2 is input as the RD signal to the sense amplifier 65 at time T3, the second read voltage V2 is applied to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30. Here, the second read voltage V2 lower than the amplitude VR2 is applied to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 due to the voltage drop, as in the case where the voltage of the amplitude VR1 is input. Here, the second read voltage V2 is set lower than the write voltage, and the first read voltage is set lower than V1. For example, the write voltage is about 3V, the read voltage V1 is about 1V, and the second read voltage V2 is about 0.5V. By applying the second read voltage V <b> 2, currents icell and iref flow through the sense amplifier 65 in accordance with the respective resistances in the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. The sense amplifier 65 compares both currents. As shown in FIG. 4, since icell <iref at the second read voltage V2, the SOUT signal becomes “Low”. At this time, the DOUT signal remains “High”.

最後に、論理回路67にDOUT信号(“High”)及びSOUT信号(“Low”)が入力されると、AND論理によりROUT信号は“Low”となる。   Finally, when the DOUT signal (“High”) and the SOUT signal (“Low”) are input to the logic circuit 67, the ROUT signal becomes “Low” by AND logic.

ROUT信号が“Low”の場合は、図8にあるように、抵抗変化素子10の電流電圧特性が非線形型の場合(図8(C)、(D)参照)、または、抵抗変化素子10の電流電圧特性が線形型であって、かつ、抵抗変化素子10の抵抗が参照抵抗素子30の抵抗よりも大きい場合である(図8(B)参照)。これら図8(B)、(C)、(D)の場合は、保持時間が短いため、再度、書き込みを行って、電流電圧特性が図8(A)のようになるまで繰り返す。図8(A)の場合は、図7のSOUT信号及びROUT信号の波形において破線で示した通り、DOUT信号が“High”であって振幅VR2の電圧を印加した時にicell>irefとなるので、SOUT信号は“High”となり、AND論理の結果、ROUT信号は“High”となる。   When the ROUT signal is “Low”, as shown in FIG. 8, the current-voltage characteristics of the resistance change element 10 are nonlinear (see FIGS. 8C and 8D), or the resistance change element 10 This is a case where the current-voltage characteristics are linear, and the resistance of the variable resistance element 10 is larger than the resistance of the reference resistance element 30 (see FIG. 8B). In these cases of FIGS. 8B, 8C, and 8D, since the retention time is short, writing is performed again until the current-voltage characteristics become as shown in FIG. In the case of FIG. 8A, as indicated by the broken lines in the waveforms of the SOUT signal and the ROUT signal in FIG. 7, when the DOUT signal is “High” and a voltage of amplitude VR2 is applied, icell> iref. The SOUT signal becomes “High”, and as a result of the AND logic, the ROUT signal becomes “High”.

次に、実施形態1に係る不揮発性記憶装置の動作について図面を用いて説明する。図8は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置における抵抗変化素子がON状態の時の電流電圧特性のバリエーションを示したグラフである。図9は、実施形態1に係る不揮発性記憶装置の動作を模式的に示したフローチャートである。なお、不揮発性記憶装置100の構成部については図5及び図6を参照されたい。   Next, the operation of the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a graph showing variations in current-voltage characteristics when the variable resistance element in the nonvolatile memory device according to Embodiment 1 is in the ON state. FIG. 9 is a flowchart schematically showing the operation of the nonvolatile memory device according to the first embodiment. Refer to FIGS. 5 and 6 for the constituent parts of the nonvolatile memory device 100.

まず、選択された抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加した後、制御回路80は、ロウデコーダ51、カラムデコーダ52、アクセストランジスタ20、40を介して、書き込み電圧が印加された抵抗変化素子10と同じ抵抗変化素子10、及び、当該抵抗変化素子10と同じ行の参照抵抗素子30を選択し、読み出し回路60のセンスアンプ65を介して、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧V1を印加する(ステップA1)。   First, after a write voltage is applied to the selected resistance change element 10, the control circuit 80 is connected to the resistance change element 10 to which the write voltage is applied via the row decoder 51, the column decoder 52, and the access transistors 20 and 40. The same resistance change element 10 and the reference resistance element 30 in the same row as the resistance change element 10 are selected, and the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30 are connected to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30 via the sense amplifier 65 of the readout circuit 60. A first read voltage V1 lower than the write voltage is applied (step A1).

次に、読み出し回路60のセンスアンプ65は、第1読み出し電圧V1を印加したときに抵抗変化素子10を流れる電流icellが参照抵抗素子30を流れる電流irefよりも高いか否かを判定(第1判定)する(ステップA2)。   Next, the sense amplifier 65 of the read circuit 60 determines whether or not the current icell flowing through the resistance change element 10 is higher than the current iref flowing through the reference resistance element 30 when the first read voltage V1 is applied (first (Step A2).

次に、制御回路80は、読み出し回路60のレジスタ66にて、第1判定の結果を保持させる(ステップA3)。   Next, the control circuit 80 holds the result of the first determination in the register 66 of the reading circuit 60 (step A3).

次に、制御回路80は、読み出し回路60のセンスアンプ65を介して、選択された抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低く、かつ、第1読み出し電圧V1とは異なる第2読み出し電圧V2を印加する(ステップA4)。   Next, the control circuit 80 supplies the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30 to the selected resistance change element 10 and the reference resistance element 30 via the sense amplifier 65 of the read circuit 60 and is different from the first read voltage V1. 2 Read voltage V2 is applied (step A4).

次に、読み出し回路60のセンスアンプ65は、第2読み出し電圧V2を印加したときに抵抗変化素子10を流れる電流icellが参照抵抗素子30を流れる電流irefよりも高いか否かを判定(第2判定)する(ステップA5)。   Next, the sense amplifier 65 of the read circuit 60 determines whether or not the current icell flowing through the resistance change element 10 is higher than the current iref flowing through the reference resistance element 30 when the second read voltage V2 is applied (second read). (Step A5).

次に、読み出し回路60の論理回路67は、第1判定及び第2判定の各結果がicell>irefであるか否か(抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否か)を判定(第3判定)する(ステップA6)。   Next, the logic circuit 67 of the read circuit 60 determines whether or not the results of the first determination and the second determination are icell> iref (whether or not writing is normally performed by the resistance change element 10) ( (Third determination) (step A6).

第3判定でicell>irefであると判定された場合(ステップA6のYES)、読み出し回路60の論理回路67は、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたと判定し(ステップA7)、“High”のROUT信号を論理回路80に向けて出力し、その後、終了する。   When it is determined in the third determination that icell> iref is satisfied (YES in step A6), the logic circuit 67 of the read circuit 60 determines that the writing is normally performed in the resistance change element 10 (step A7). The ROUT signal of “High” is output to the logic circuit 80, and then the process ends.

第3判定でicell>irefでないと判定された場合(ステップA6のNO)、読み出し回路60の論理回路67は、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われなかったと判定し(ステップA8)、“Low”のROUT信号を制御回路80に向けて出力する。   When it is determined that icell> iref is not satisfied in the third determination (NO in Step A6), the logic circuit 67 of the read circuit 60 determines that the writing is not normally performed in the resistance change element 10 (Step A8). The ROUT signal of “Low” is output to the control circuit 80.

次に、制御回路80は、“Low”のROUT信号を受けると、ロウデコーダ51、カラムデコーダ52、アクセストランジスタ20を介して、第3判定で正常に書き込みが行われなかったと判定された抵抗変化素子10と同じ抵抗変化素子10を選択し、読み出し回路60のセンスアンプ65を介して、選択された抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加し(ステップA9)、その後、ステップA1に戻る。   Next, when the control circuit 80 receives the “Low” ROUT signal, the resistance change determined to have not been normally written in the third determination via the row decoder 51, the column decoder 52, and the access transistor 20. The same variable resistance element 10 as the element 10 is selected, a write voltage is applied to the selected variable resistance element 10 via the sense amplifier 65 of the read circuit 60 (step A9), and then the process returns to step A1.

実施形態1によれば、書き込み電圧よりも低い2つの読み出し電圧V1、V2を抵抗変化素子10に印加することによって抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否かを判定し、正常に書き込みが行われていなければ正常な書き込み状態にすることができる。これにより、抵抗変化素子10に大きな書き込み電流を流す必要がなくなり、装置のサイズを大きくすることなく、抵抗変化素子10の保持時間のバラツキを抑えることができ(特に、保持時間が短くなる抵抗変化素子をなくすことができ)、信頼性が向上する。   According to the first embodiment, by applying two read voltages V1 and V2 lower than the write voltage to the variable resistance element 10, it is determined whether or not the variable resistance element 10 has normally written, and the normal write is performed. If not performed, a normal writing state can be achieved. This eliminates the need for a large write current to flow through the resistance change element 10, and can suppress variations in the holding time of the resistance change element 10 without increasing the size of the device (particularly, the resistance change that shortens the holding time). The element can be eliminated) and the reliability is improved.

[実施形態2]
実施形態2に係る不揮発性記憶装置について図面を用いて説明する。図10は、実施形態2に係る不揮発性記憶装置の一部の構成を示した回路図である。
[Embodiment 2]
A non-volatile memory device according to Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a partial configuration of the nonvolatile memory device according to the second embodiment.

不揮発性記憶装置100は、不揮発性メモリとして抵抗変化素子10を有する記憶装置である。不揮発性記憶装置100は、抵抗変化素子10と、参照抵抗素子30と、制御部90と、を備える。   The non-volatile memory device 100 is a memory device having the variable resistance element 10 as a non-volatile memory. The nonvolatile memory device 100 includes a resistance change element 10, a reference resistance element 30, and a control unit 90.

抵抗変化素子10は、第1電極11と第2電極13の間に抵抗変化層12が配置され、第1電極11と第2電極13との間に書き込み電圧を印加することにより、第1電極11と第2電極13との間の抵抗が可逆的に変化する素子である。   In the resistance change element 10, the resistance change layer 12 is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 13, and a write voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 13, whereby the first electrode 11 and an element in which the resistance between the second electrode 13 reversibly changes.

参照抵抗素子30は、参照用に所定の抵抗値に設定された素子である。   The reference resistance element 30 is an element set to a predetermined resistance value for reference.

制御部90は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に電圧を印加することが可能であるとともに、抵抗変化素子10を流れる電流と参照抵抗素子30を流れる電流とを比較することが可能な機能部である。制御部90は、抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加した後に、以下のような処理を行う。   The control unit 90 can apply a voltage to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 and can compare the current flowing through the resistance change element 10 with the current flowing through the reference resistance element 30. Part. The control unit 90 performs the following process after applying the write voltage to the variable resistance element 10.

制御部90は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定処理を行う。また、制御部90は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低く、かつ、第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定処理を行う。さらに、制御部90は、第1判定処理及び第2判定処理の各結果に基づいて抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定処理を行う。   Whether the current flowing through the resistance change element 10 is higher than the current flowing through the reference resistance element 30 when the controller 90 applies a first read voltage lower than the write voltage to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. A first determination process is performed to determine whether or not. Further, the control unit 90 applies a current that flows through the resistance change element 10 when a second read voltage lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. A second determination process is performed to determine whether or not the current flowing through the reference resistance element 30 is higher. Furthermore, the control unit 90 performs a third determination process for determining whether or not writing is normally performed in the resistance change element 10 based on the results of the first determination process and the second determination process.

次に、実施形態2に係る不揮発性記憶装置の動作について図面を用いて説明する。図11は、実施形態2に係る不揮発性記憶装置の動作を模式的に示したフローチャートである。なお、不揮発性記憶装置100における構成部については図10を参照されたい。   Next, the operation of the nonvolatile memory device according to Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a flowchart schematically showing the operation of the nonvolatile memory device according to the second embodiment. Refer to FIG. 10 for components in the nonvolatile memory device 100.

まず、制御部90は、抵抗変化素子10に書き込み電圧を印加した後、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定(第1判定)する(ステップB1)。   First, the control unit 90 applies the write voltage to the resistance change element 10, and then applies the first read voltage lower than the write voltage to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. It is determined (first determination) whether or not the flowing current is higher than the current flowing through the reference resistance element 30 (step B1).

次に、制御部90は、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に、書き込み電圧よりも低く、かつ、第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに、抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いか否かを判定(第2判定)する(ステップB2)。   Next, the control unit 90 flows through the resistance change element 10 when a second read voltage lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the resistance change element 10 and the reference resistance element 30. It is determined (second determination) whether or not the current is higher than the current flowing through the reference resistance element 30 (step B2).

最後に、制御部90は、第1判定及び第2判定の各結果に基づいて抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否かを判定(第3判定)する(ステップB3)。第3判定では、第1判定及び第2判定のそれぞれで抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高いと判定されたときに、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたと判定する。また、第3判定では、第1判定及び第2判定の一方又は両方で抵抗変化素子10を流れる電流が参照抵抗素子30を流れる電流よりも高くないと判定されたときに、抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われなかったと判定する。   Finally, the control unit 90 determines (third determination) whether or not writing is normally performed in the anti-change element 10 based on the results of the first determination and the second determination (step B3). In the third determination, when it is determined that the current flowing through the resistance change element 10 is higher than the current flowing through the reference resistance element 30 in each of the first determination and the second determination, the resistance change element 10 writes normally. Judge that it was broken. Further, in the third determination, when it is determined in one or both of the first determination and the second determination that the current flowing through the resistance change element 10 is not higher than the current flowing through the reference resistance element 30, the resistance change element 10 It is determined that writing has not been performed normally.

実施形態2によれば、抵抗変化素子10への書き込み後に、抵抗変化素子10及び参照抵抗素子30に流れる各電流を比較して抵抗変化素子10で正常に書き込みが行われたか否かを判定することができるので、抵抗変化素子10に大きな書き込み電流を流す必要がなくなり、セルサイズを大きくすることなく、抵抗変化素子の保持時間のバラツキを抑えることができる。   According to the second embodiment, after writing into the resistance change element 10, each current flowing through the resistance change element 10 and the reference resistance element 30 is compared to determine whether or not writing has been performed normally by the resistance change element 10. Therefore, it is not necessary to flow a large write current through the resistance change element 10, and variations in the holding time of the resistance change element can be suppressed without increasing the cell size.

(付記)
本発明では、前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置の形態が可能である。
(Appendix)
In the present invention, the nonvolatile memory device according to the first aspect is possible.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記第2読み出し電圧は、前記第1読み出し電圧よりも低い。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the second read voltage is lower than the first read voltage.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記第3判定処理では、前記第1判定処理及び前記第2判定処理のそれぞれで前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いと判定されたときに、前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたと判定する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, in the third determination process, the current flowing through the resistance change element in each of the first determination process and the second determination process is greater than the current flowing through the reference resistance element. Is determined to be high, it is determined that writing has been normally performed by the variable resistance element.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記第3判定処理では、前記第1判定処理及び前記第2判定処理の一方又は両方で前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高くないと判定されたときに、前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われなかったと判定する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, in the third determination process, a current flowing through the resistance change element flows through the reference resistance element in one or both of the first determination process and the second determination process. When it is determined that the current is not higher than the current, it is determined that the variable resistance element has not been normally written.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記制御部は、前記第3判定処理で前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われなかったと判定されたときに、対応する前記抵抗変化素子に再度、前記書き込み電圧を印加する処理を行う。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, when the control unit determines in the third determination process that writing has not been normally performed by the resistance change element, the control unit applies the resistance change element to the corresponding resistance change element. The process of applying the write voltage is performed again.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記抵抗変化素子と第1アクセストランジスタとが直列に接続されたメモリセルが2次元状に配置された抵抗変化メモリセルアレイと、前記参照抵抗素子と第2アクセストランジスタとが直列に接続された参照抵抗セルが1次元状に配置された参照抵抗セルアレイと、前記第1アクセストランジスタ及び前記第2アクセストランジスタを制御することにより、前記抵抗変化メモリセルアレイ及び前記参照抵抗セルアレイからそれぞれ1つの抵抗変化素子及び参照抵抗素子を選択するセル選択回路と、を備え、前記制御部は、前記セル選択回路、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, a resistance change memory cell array in which memory cells in which the resistance change element and a first access transistor are connected in series are two-dimensionally arranged, and the reference resistance element; A reference resistance cell array in which reference resistance cells connected in series with a second access transistor are arranged in a one-dimensional manner, and the resistance change memory cell array by controlling the first access transistor and the second access transistor, A cell selection circuit that selects one resistance change element and one reference resistance element from the reference resistance cell array, and the control unit includes the cell selection circuit, the first access transistor, and the second access transistor. And selecting the resistance change element and the reference resistance element to which a voltage is applied. .

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、同じ行の前記第1アクセストランジスタ及び前記第2アクセストランジスタの各ゲート電極のそれぞれと電気的に接続された複数のワード線と、同じ列の前記抵抗変化素子と電気的に接続された複数の第1ビット線と、各参照抵抗素子と電気的に接続された第2ビット線と、を備え、前記セル選択回路は、前記複数のワード線の中から1つのワード線を選択することが可能なロウデコーダと、前記複数の第1ビット線の中から1つのビット線を選択し、かつ、前記第2ビット線を選択することが可能なカラムデコーダと、を備え、前記制御部は、前記ロウデコーダ、前記カラムデコーダ、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, a plurality of word lines electrically connected to each of the gate electrodes of the first access transistor and the second access transistor in the same row, and the column in the same column A plurality of first bit lines electrically connected to the variable resistance element; and a second bit line electrically connected to each reference resistance element, wherein the cell selection circuit includes a plurality of word lines. A row decoder capable of selecting one word line from the column, and a column capable of selecting one bit line from the plurality of first bit lines and selecting the second bit line A decoder, and the control unit applies a voltage via the row decoder, the column decoder, the first access transistor, and the second access transistor. Selecting anti-change element and said reference resistance element.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記制御部は、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とを比較することが可能な読み出し回路と、前記読み出し回路及び前記セル選択回路を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記セル選択回路、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択し、かつ、前記読み出し回路を介して、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加し、前記読み出し回路は、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とに基づいて前記第1判定処理、前記第2判定処理、及び、前記第3判定処理を行う。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the control unit is capable of applying a voltage to the selected resistance change element and the reference resistance element, and a current flowing through the resistance change element. A readout circuit capable of comparing a current flowing through the reference resistance element; and a control circuit for controlling the readout circuit and the cell selection circuit, wherein the control circuit includes the cell selection circuit, the first selection circuit, and the first selection circuit. The resistance change element and the reference resistance element to which a voltage is applied are selected via the access transistor and the second access transistor, and the selected resistance change element and the reference are selected via the read circuit. A voltage is applied to the resistance element, and the readout circuit is configured to perform a previous operation based on a current flowing through the resistance change element and a current flowing through the reference resistance element. First determination process, the second determination process, and performs the third determination process.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記読み出し回路は、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とに基づいて前記第1判定処理及び前記第2判定処理を行うことが可能なセンスアンプと、前記センスアンプでの前記第1判定処理の結果を一時的に保持することが可能なレジスタと、前記レジスタに保持された前記第1判定処理の結果、及び、前記センスアンプでの前記第2判定処理の結果に基づいて前記第3判定処理の結果を出力する論理回路と、を備え、前記制御回路は、前記センスアンプを介して、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加し、かつ、前記レジスタで前記第1判定処理の結果を保持するタイミングを制御する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the read circuit is capable of applying a voltage to the selected resistance change element and the reference resistance element, and a current flowing through the resistance change element. A sense amplifier capable of performing the first determination process and the second determination process based on the current flowing through the reference resistance element, and temporarily holding a result of the first determination process in the sense amplifier And a logic circuit that outputs the result of the third determination process based on the result of the first determination process held in the register and the result of the second determination process in the sense amplifier And the control circuit applies a voltage to the selected resistance change element and the reference resistance element via the sense amplifier, and the register uses the first resistor. Controlling a timing for holding the result of the determination process.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記レジスタは、D型フリップフロップである。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the register is a D-type flip-flop.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記論理回路は、AND回路である。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the logic circuit is an AND circuit.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記読み出し回路は、前記カラムデコーダと前記センスアンプとの間の各配線にクランプトランジスタをさらに備え、前記制御回路は、前記クランプトランジスタを制御する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the read circuit further includes a clamp transistor in each wiring between the column decoder and the sense amplifier, and the control circuit controls the clamp transistor.

前記第1の視点に係る不揮発性記憶装置において、前記制御部は、選択された前記抵抗変化素子に前記書き込み電圧を印加することが可能な書き込み回路をさらに備え、前記制御回路は、前記書き込み回路を介して、選択された前記抵抗変化素子への前記書き込み電圧を印加する。   In the nonvolatile memory device according to the first aspect, the control unit further includes a write circuit capable of applying the write voltage to the selected resistance change element, and the control circuit includes the write circuit. Then, the write voltage is applied to the selected variable resistance element.

本発明では、前記第2の視点に係る不揮発性記憶装置の検査方法の形態が可能である。   In the present invention, the nonvolatile memory device inspection method according to the second aspect is possible.

なお、上記の特許文献、非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(特許請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせないし選択(必要により不選択)が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、本願に記載の数値及び数値範囲については、明記がなくともその任意の中間値、下位数値、及び、小範囲が記載されているものとみなされる。   It should be noted that the disclosures of the above-mentioned patent documents and non-patent documents are incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims and drawings) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations or selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) within the framework of the entire disclosure of the present invention (necessary) Can be selected). That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the drawings, and the technical idea. Further, regarding numerical values and numerical ranges described in the present application, it is considered that any intermediate value, lower numerical value, and small range are described even if not specified.

1 抵抗変化メモリセル
2 参照抵抗セル
3 抵抗変化メモリセルアレイ
4 参照抵抗セルアレイ
10 抵抗変化素子
11 第1電極
12 抵抗変化層
13 第2電極
14 高密度金属架橋部
15 低密度金属架橋部
20 アクセストランジスタ(第1アクセストランジスタ)
30 参照抵抗素子
40 アクセストランジスタ(第2アクセストランジスタ)
51 ロウデコーダ
52 カラムデコーダ
52a、52b カラムトランジスタ
60 読み出し回路
61 クランプスイッチ
61a、61b クランプトランジスタ
65 センスアンプ
66 レジスタ
67 論理回路
70 書き込み回路
80 制御回路
90 制御部
100 不揮発性記憶装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resistance change memory cell 2 Reference resistance cell 3 Resistance change memory cell array 4 Reference resistance cell array 10 Resistance change element 11 1st electrode 12 Resistance change layer 13 2nd electrode 14 High density metal bridge | crosslinking part 15 Low density metal bridge | crosslinking part 20 Access transistor ( First access transistor)
30 Reference resistance element 40 Access transistor (second access transistor)
51 Row Decoder 52 Column Decoder 52a, 52b Column Transistor 60 Read Circuit 61 Clamp Switch 61a, 61b Clamp Transistor 65 Sense Amplifier 66 Register 67 Logic Circuit 70 Write Circuit 80 Control Circuit 90 Control Unit 100 Nonvolatile Memory Device

Claims (10)

第1電極と第2電極の間に抵抗変化層が配置され、前記第1電極と前記第2電極との間に書き込み電圧を印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の抵抗が可逆的に変化する抵抗変化素子と、
参照用に所定の抵抗値に設定された参照抵抗素子と、
前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とを比較することが可能な制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記抵抗変化素子に書き込み電圧を印加した後に、
前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定処理と、
前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低く、かつ、前記第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定処理と、
前記第1判定処理及び前記第2判定処理の各結果に基づいて前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定処理と、
を行う、
不揮発性記憶装置。
A resistance change layer is disposed between the first electrode and the second electrode, and a write voltage is applied between the first electrode and the second electrode, thereby providing a gap between the first electrode and the second electrode. A variable resistance element that reversibly changes its resistance;
A reference resistance element set to a predetermined resistance value for reference; and
A control unit capable of applying a voltage to the resistance change element and the reference resistance element, and capable of comparing a current flowing through the resistance change element and a current flowing through the reference resistance element;
With
The controller is
After applying a write voltage to the variable resistance element,
It is determined whether a current flowing through the resistance change element is higher than a current flowing through the reference resistance element when a first read voltage lower than the write voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element A first determination process to
When a second read voltage lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the variable resistance element and the reference resistance element, a current flowing through the variable resistance element causes the reference resistance element to A second determination process for determining whether the current is higher than the flowing current;
A third determination process for determining whether or not writing is normally performed in the variable resistance element based on the results of the first determination process and the second determination process;
I do,
Non-volatile storage device.
前記第3判定処理では、前記第1判定処理及び前記第2判定処理のそれぞれで前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いと判定されたときに、前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたと判定する、
請求項1記載の不揮発性記憶装置。
In the third determination process, when it is determined in each of the first determination process and the second determination process that the current flowing through the resistance change element is higher than the current flowing through the reference resistance element, the resistance change element It is determined that the writing was performed normally with
The nonvolatile memory device according to claim 1.
前記第3判定処理では、前記第1判定処理及び前記第2判定処理の一方又は両方で前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高くないと判定されたときに、前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われなかったと判定する、
請求項1又は2記載の不揮発性記憶装置。
In the third determination process, when it is determined in one or both of the first determination process and the second determination process that the current flowing through the resistance change element is not higher than the current flowing through the reference resistance element, It is determined that writing has not been performed normally with the resistance change element.
The nonvolatile memory device according to claim 1.
前記抵抗変化素子と第1アクセストランジスタとが直列に接続されたメモリセルが2次元状に配置された抵抗変化メモリセルアレイと、
前記参照抵抗素子と第2アクセストランジスタとが直列に接続された参照抵抗セルが1次元状に配置された参照抵抗セルアレイと、
前記第1アクセストランジスタ及び前記第2アクセストランジスタを制御することにより、前記抵抗変化メモリセルアレイ及び前記参照抵抗セルアレイからそれぞれ1つの抵抗変化素子及び参照抵抗素子を選択するセル選択回路と、
を備え、
前記制御部は、前記セル選択回路、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択する、
請求項1乃至3のいずれか一に記載の不揮発性記憶装置。
A resistance change memory cell array in which memory cells in which the resistance change element and the first access transistor are connected in series are two-dimensionally arranged;
A reference resistor cell array in which reference resistor cells in which the reference resistor element and the second access transistor are connected in series are arranged one-dimensionally;
A cell selection circuit for selecting one resistance change element and one reference resistance element from each of the resistance change memory cell array and the reference resistance cell array by controlling the first access transistor and the second access transistor;
With
The control unit selects the variable resistance element and the reference resistance element to which a voltage is applied via the cell selection circuit, the first access transistor, and the second access transistor.
The non-volatile storage device according to claim 1.
同じ行の前記第1アクセストランジスタ及び前記第2アクセストランジスタの各ゲート電極のそれぞれと電気的に接続された複数のワード線と、
同じ列の前記抵抗変化素子と電気的に接続された複数の第1ビット線と、
各参照抵抗素子と電気的に接続された第2ビット線と、
を備え、
前記セル選択回路は、
前記複数のワード線の中から1つのワード線を選択することが可能なロウデコーダと、
前記複数の第1ビット線の中から1つのビット線を選択し、かつ、前記第2ビット線を選択することが可能なカラムデコーダと、
を備え、
前記制御部は、前記ロウデコーダ、前記カラムデコーダ、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択する、
請求項4記載の不揮発性記憶装置。
A plurality of word lines electrically connected to each of the gate electrodes of the first access transistor and the second access transistor in the same row;
A plurality of first bit lines electrically connected to the variable resistance elements in the same column;
A second bit line electrically connected to each reference resistance element;
With
The cell selection circuit includes:
A row decoder capable of selecting one word line from the plurality of word lines;
A column decoder capable of selecting one bit line from the plurality of first bit lines and selecting the second bit line;
With
The control unit selects the variable resistance element and the reference resistance element to which a voltage is applied via the row decoder, the column decoder, the first access transistor, and the second access transistor.
The nonvolatile memory device according to claim 4.
前記制御部は、
選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とを比較することが可能な読み出し回路と、
前記読み出し回路及び前記セル選択回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記セル選択回路、前記第1アクセストランジスタ、及び、前記第2アクセストランジスタを介して、電圧を印加する前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子を選択し、かつ、
前記読み出し回路を介して、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加し、
前記読み出し回路は、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とに基づいて前記第1判定処理、前記第2判定処理、及び、前記第3判定処理を行う、
請求項4又は5記載の不揮発性記憶装置。
The controller is
A read circuit capable of applying a voltage to the selected resistance change element and the reference resistance element, and comparing a current flowing through the resistance change element with a current flowing through the reference resistance element; ,
A control circuit for controlling the readout circuit and the cell selection circuit;
With
The control circuit includes:
Selecting the resistance change element and the reference resistance element to which a voltage is applied via the cell selection circuit, the first access transistor, and the second access transistor; and
A voltage is applied to the selected resistance change element and the reference resistance element through the readout circuit,
The readout circuit performs the first determination process, the second determination process, and the third determination process based on a current flowing through the resistance change element and a current flowing through the reference resistance element.
The non-volatile memory device according to claim 4 or 5.
前記読み出し回路は、
選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加することが可能であるとともに、前記抵抗変化素子を流れる電流と前記参照抵抗素子を流れる電流とに基づいて前記第1判定処理及び前記第2判定処理を行うことが可能なセンスアンプと、
前記センスアンプでの前記第1判定処理の結果を一時的に保持することが可能なレジスタと、
前記レジスタに保持された前記第1判定処理の結果、及び、前記センスアンプでの前記第2判定処理の結果に基づいて前記第3判定処理の結果を出力する論理回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記センスアンプを介して、選択された前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に電圧を印加し、かつ、
前記レジスタで前記第1判定処理の結果を保持するタイミングを制御する、
請求項6記載の不揮発性記憶装置。
The readout circuit is
It is possible to apply a voltage to the selected resistance change element and the reference resistance element, and based on the current flowing through the resistance change element and the current flowing through the reference resistance element, the first determination process and the A sense amplifier capable of performing the second determination process;
A register capable of temporarily holding a result of the first determination process in the sense amplifier;
A logic circuit that outputs a result of the third determination process based on a result of the first determination process held in the register and a result of the second determination process in the sense amplifier;
With
The control circuit includes:
A voltage is applied to the selected resistance change element and the reference resistance element via the sense amplifier; and
Controlling the timing of holding the result of the first determination process in the register;
The nonvolatile memory device according to claim 6.
前記レジスタは、D型フリップフロップである、
請求項7記載の不揮発性記憶装置。
The register is a D-type flip-flop.
The nonvolatile memory device according to claim 7.
前記論理回路は、AND回路である、
請求項7又は8記載の不揮発性記憶装置。
The logic circuit is an AND circuit.
The nonvolatile memory device according to claim 7 or 8.
第1電極と第2電極の間に抵抗変化層が配置され、前記第1電極と前記第2電極との間に書き込み電圧を印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の抵抗が可逆的に変化する抵抗変化素子を備える不揮発性記憶装置の検査方法であって、
前記不揮発性記憶装置は、参照用に所定の抵抗値に設定された参照抵抗素子を備え、
前記抵抗変化素子に書き込み電圧を印加した後に、
前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低い第1読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第1判定ステップと、
前記抵抗変化素子及び前記参照抵抗素子に、前記書き込み電圧よりも低く、かつ、前記第1読み出し電圧とは異なる第2読み出し電圧を印加したときに、前記抵抗変化素子を流れる電流が前記参照抵抗素子を流れる電流よりも高いか否かを判定する第2判定ステップと、
前記第1判定ステップ及び前記第2判定ステップの各結果に基づいて前記抵抗変化素子で正常に書き込みが行われたか否かを判定する第3判定ステップと、
を含む不揮発性記憶装置の検査方法。
A resistance change layer is disposed between the first electrode and the second electrode, and a write voltage is applied between the first electrode and the second electrode, thereby providing a gap between the first electrode and the second electrode. A method for inspecting a nonvolatile memory device including a resistance change element whose resistance changes reversibly,
The nonvolatile memory device includes a reference resistance element set to a predetermined resistance value for reference,
After applying a write voltage to the variable resistance element,
It is determined whether a current flowing through the resistance change element is higher than a current flowing through the reference resistance element when a first read voltage lower than the write voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element A first determination step,
When a second read voltage lower than the write voltage and different from the first read voltage is applied to the resistance change element and the reference resistance element, a current flowing through the resistance change element is the reference resistance element. A second determination step for determining whether the current is higher than the current flowing through
A third determination step for determining whether or not writing is normally performed in the variable resistance element based on the results of the first determination step and the second determination step;
Nonvolatile memory device inspection method including:
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