JP3711459B2 - 不揮発性メモリ回路の駆動方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、不揮発性メモリ回路の駆動方法に係り、特に、製造後に回路接続情報の書き換えが可能であり、且つ電源切断後も回路接続情報を保持するリコンフィグラブル(Reconfigurable)LSIの要素素子である不揮発性メモリ回路の駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、エレクトロニクス分野における新製品の開発が加速するのに伴い、エレクトロニクス製品の中心的な位置を占めるLSIの開発サイクルも短くなってきている。さらに、次々と開発される新製品において、LSIの機能拡張や、性能改善が要求されることから、各種LSIの製品寿命も短くなってきている。製品への適用が要望される新機能が高度になり、LSIの設計を完了し、製造段階に入った後にも仕様を変更したいとの要望が発生することがある。一方、このような環境では、LSI設計後の検証に十分な時間が取れないために、ハードウェアやソフトウェアにバグ(不具合)が存在したまま製造段階に移行する可能性もあり、この場合にも変更が必要となる。
【0003】
これらの要求から、製造後に回路接続情報を変更することが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)などのリコンフィグラブルLSIが注目されている。FPGAでは、回路接続情報や、ルックアップテーブル(LUT)内の設定情報、即ちパラメータなどをSRAMに格納していた。SRAMは電源が切断されて電力が供給されなくなると、メモリ内容が消失してしまう。このため、FPGAを用いてシステムを構成する場合、FPGAとは別にEEPROM等の不揮発性メモリを備え、電源が投入されて電力が供給開始される毎に回路接続情報やLUTパラメータを不揮発性メモリからダウンロードしていた。このような構成では、システムは、電源が投入された後、不揮発性メモリから回路接続情報やLUTパラメータのダウンロードを完了するまでは稼動できないため、電源投入後直ちに稼動することが要求されるシステムには適さない。また、消費電力低減のために、LSI内のブロック毎に電源供給を管理することが望ましいが、前述の通り電源を切断した後に再度電源供給を開始する毎に回路接続情報やLUTパラメータをダウンロードすることが必要であれば、ブロック毎の電源切断を行うことができず、消費電力の低減を実現することが困難である。
【0004】
従って、回路接続情報やLUTパラメータが電源切断後も保持されるFPGAとして、EEPROM内蔵型のものが開発された。しかし、EEPROMをFPGAチップに内蔵するためには、製造プロセスが複雑となり、コスト高になってしまうという問題があった。また、EEPROMは書換動作が遅い、即ちデータの書き換えに長時間を要する問題もあった。
【0005】
近年、これらの問題を克服するために、図13に示したような6個のトランジスタから構成される従来のSRAMに2つの強誘電体キャパシタを付加して不揮発性を実現する、図14に示す回路が提案されている(T. Miwa et al.、Proceedings of Symposium on VLSI Circuits (2001))。図14に示した回路は、従来のSRAMを構成するN型トランジスタである第1、第3、第5、第6のトランジスタ951、953、955、956、P型トランジスタである第2及び第4のトランジスタ952、954の6個のトランジスタと、第1及び第2の強誘電体キャパシタ964、965とを備えている。これらのキャパシタは、SRAMの記憶ノードである第1のノード962及び第2のノード963と強誘電体分極制御線966との間に各々挿入されている。図14に示した回路の電源を切断する前には、強誘電体分極制御線966に所定のパルス電圧を印加して、2つの強誘電体キャパシタ964、965の分極の向きを相互に逆にする。電源投入時は、μsオーダ又はサブμsオーダで緩やかに電源線960の電圧を上昇させる。この時、電源線960の電圧上昇に伴って、第1のノード962及び第2のノード963の電圧が徐々に上昇する。ここで、強誘電体キャパシタ964、965のどちらか一方は、強誘電体キャパシタ反転のために他方よりも多くの電荷が必要となることから、第1のノード962と第2のノード963の電圧上昇の速度が異なるようになる。一旦第1のノード962及び第2のノード963の電圧が異なるようになれば、電圧が速く上昇した方のノードは電源線960の電源電圧と同じ電圧まで上昇し、他方のノードは接地線961の接地電圧まで下降して、安定化する。即ち、電源切断前に強誘電体分極制御線966に所定のパルス電圧を印加することによって、その時点でSRAMに記憶されている内容を第1及び第2の強誘電体キャパシタ964、965の分極状態として保持する。これによって、電源投入後に電源切断前のメモリ内容をSRAMに再現することができる。その後は、図14に示した回路は、通常のSRAMと同様の動作を行い、第1及び第2の強誘電体キャパシタ964,965はメモリの読み出し、書き込み制御には直接的には関与しない。
【非特許文献1】
T. Miwa et al.、Proceedings of Symposium on VLSI Circuits (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記した従来の技術においては、以下の問題があった。第1に、メモリセル待機時のリーク電流が増大するという問題があった。一般に強誘電体はリーク電流を流しやすい。電源投入中はSRAMの特性のために、第1及び第2のノード962、963はどちらか一方が電源電圧になり、他方が接地電圧となる。従って、強誘電体分極制御線966を介して直列に接続されている2つの強誘電体キャパシタ964、965の両端、即ち第1及び第2のノード962、963の間には電源電圧が常時印加されていることになる。これがメモリセル待機時にリーク電流が増大する原因となっていた。SRAMは待機時リーク電流が少ないことが大きな特長であるが、図14の回路ではその特徴が損なわれる恐れがある。
【0007】
第2に、メモリセルの書き込み・読み出し時の消費電力が増大するという問題があった。前述の通り、2つの強誘電体キャパシタ964、965は強誘電体分極制御線966を介して第1及び第2のノード962、963の間に接続されている。従って、これらの強誘電体キャパシタ964、965は、第1のビット線955と、第1のビット線955の逆の電圧レベルとなる第2のビット線956とを用いてメモリセルへのデータ書き込み・読み出しを行う際に、寄生容量として作用するために、余分な電荷が必要となり、メモリセルの書き込み・読み出し時の消費電力が増大する。
【0008】
本発明は、上記の問題を解決すべく、待機時リーク電流や書き込み・読み出し時の消費電力の増大を生じることなく、回路接続情報やLUTパラメータなどの設定状態を電源切断後も保持可能な不揮発性メモリ回路の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成する本発明に係る不揮発性メモリ回路の第1の駆動方法は、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノード(112)を間に挟んで接続された第1のトランジスタ(101)と第2のトランジスタ(102)から構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノード(113)を間に挟んで接続された第3のトランジスタ(103)および第4のトランジスタ(104)から構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線(107)が接続され、第1のビット線(108)と前記第1のノード(112)との間に接続される第5のトランジスタ(105)、および
ゲートに前記ワード線(107)が接続され、第2のビット線(109)と前記第2のノード(113)との間に接続される第6のトランジスタ(106)を備え、
前記第1のノード(112)は、前記第3のトランジスタ(103)のゲートおよび第4のトランジスタ(104)のゲートに接続されており、
前記第2のノード(113)は、前記第1のトランジスタ(101)のゲートおよび第2のトランジスタ(102)のゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタ(101)のソースおよび前記第3のトランジスタ(103)のソースは接地線(111)に接続されており、
前記第2のトランジスタ(102)のソースおよび前記第4のトランジスタ(104)のソースは電源線(110)に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子(114)および第2の抵抗素子(115)を備え、
前記第1の抵抗素子(114)は前記第1のトランジスタ(101)のソースと前記接地線(111)との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子(115)は前記第3のトランジスタ(103)のソースと前記接地線(111)との間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線(108・109)に電源電圧(Vdd)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間(Ta)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線(108)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第2のビット線(109)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子(114)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第1のビット線(108)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第2の抵抗素子(115)を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)、前記第1のビット線(108)、及び前記第2のビット線(109)に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧(B1、B2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)に印加する電圧(WT)をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)がソースに接続 されているトランジスタ(101)をオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)がソースに接続されているトランジスタ(103)をオンさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)に接続されているトランジスタ(101)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第1のノード112)をハイレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)に接続されているトランジスタ(103)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第2のノード113)をローレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法である。
上記目的を達成する本発明に係る不揮発性メモリ回路の第2の駆動方法は、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノード(112)を間に挟んで接続された第1のトランジスタ(101)と第2のトランジスタ(102)から構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノード(113)を間に挟んで接続された第3のトランジスタ(103)および第4のトランジスタ(104)から構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線(107)が接続され、第1のビット線(108)と前記第1のノード(112)との間に接続される第5のトランジスタ(105)、および
ゲートに前記ワード線(107)が接続され、第2のビット線(109)と前記第2のノード(113)との間に接続される第6のトランジスタ(106)を備え、
前記第1のノード(112)は、前記第3のトランジスタ(103)のゲートおよび第4のトランジスタ(104)のゲートに接続されており、
前記第2のノード(113)は、前記第1のトランジスタ(101)のゲートおよび第2のトランジスタ(102)のゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタ(101)のソースおよび前記第3のトランジスタ(103)のソースは接地線(111)に接続されており、
前記第2のトランジスタ(102)のソースおよび前記第4のトランジスタ(104)のソースは電源線(110)に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子(114)および第2の抵抗素子(115)を備え、
前記第1の抵抗素子(114)が前記第2のトランジスタ(102)のソースと前記電源線(110)との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子(115)が前記第4のトランジスタ(104)のソースと前記電源線(110)との間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線(108、109)に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間(Ta)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線(108)に接地電圧を印加し、前記第2のビット線(109)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第1の抵抗素子(114)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に接地電圧を印加し、前記第1のビット線(1 08)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第2の抵抗素子(115)を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)、前記第1のビット線(108)、及び前記第2のビット線(109)に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧(B1、B2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)に印加する電圧(WT)をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)がソースに接続されているトランジスタ(104)をオフさせて、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)がソースに接続されているトランジスタ(102)をオフさせず、前記高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)に接続されているトランジスタ(104)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第2のノード113)をローレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)に接続されているトランジスタ(102)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第1のノード112)をハイレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法である。
上記目的を達成する本発明に係る不揮発性メモリ回路の第3の駆動方法は、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノード(112)を間に挟んで接続された第1のトランジスタ(101)と第2のトランジスタ(102)から構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノード(113)を間に挟んで接続された第3のトランジスタ(103)および第4のトランジスタ(104)から構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線(107)が接続され、第1のビット線(108)と前記第1のノード(112)との間に接続される第5のトランジスタ(105)、および
ゲートに前記ワード線(107)が接続され、第2のビット線(109)と前記第2のノード(113)との間に接続される第6のトランジスタ(106)を備え、
前記第1のノード(112)は、前記第3のトランジスタ(103)のゲートおよび第4のトランジスタ(104)のゲートに接続されており、
前記第2のノード(113)は、前記第1のトランジスタ(101)のゲートおよび第2のトランジスタ(102)のゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタ(101)のソースおよび前記第3のトランジスタ(103)のソースは接地線(111)に接続されており、
前記第2のトランジスタ(102)のソースおよび前記第4のトランジスタ(104)のソースは電源線(110)に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子(114)および第2の抵抗素子(115)を備え、
前記第1の抵抗素子(114)が前記第1のノード(112)と前記第1のトランジスタ(101)のドレインとの間に接続されており、
前記第2の抵抗素子(115)が前記第2のノード(113)と前記第3のトランジスタ(103)のドレインとの間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線(108・109)に電源電圧(Vdd)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間(Ta)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線(108)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第2のビット線(109)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子(114)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第1のビット線(108)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第2の抵抗素子(115)を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)、前記第1のビット線(108)、及び前記第2のビット線(109)に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧(B1、B2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させる(出願時の請求項15、段落番号0030も参照)か、または
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)に印加する電圧(WT)をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)がドレインに接続されているトランジスタ(101)をオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)がドレインに接続されているトランジスタ(103)をオンさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)に接続されているトランジスタ(102)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第1のノード112)をハイレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)に接続されているトランジスタ(104)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第2のノード113)をローレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法である。
上記目的を達成する本発明に係る不揮発性メモリ回路の第4の駆動方法は、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノード(112)を間に挟んで接続された第1のトランジスタ(101)と第2のトランジスタ(102)から構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノード(113)を間に挟んで接続された第3のトランジスタ(103)および第4のトランジスタ(104)から構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線(107)が接続され、第1のビット線(108)と前記第1のノード(112)との間に接続される第5のトランジスタ(105)、および
ゲートに前記ワード線(107)が接続され、第2のビット線(109)と前記第2のノード(113)との間に接続される第6のトランジスタ(106)を備え、
前記第1のノード(112)は、前記第3のトランジスタ(103)のゲートおよび第4のトランジスタ(104)のゲートに接続されており、
前記第2のノード(113)は、前記第1のトランジスタ(101)のゲートおよび第2のトランジスタ(102)のゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタ(101)のソースおよび前記第3のトランジスタ(103)のソースは接地線(111)に接続されており、
前記第2のトランジスタ(102)のソースおよび前記第4のトランジスタ(104)のソースは電源線(110)に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子(114)および第2の抵抗素子(115)を備え、
前記第1の抵抗素子(114)が前記第1のノード(112)と前記第2のトランジスタ(102)のドレインとの間に接続されており、
前記第2の抵抗素子(115)が前記第2のノード(113)と前記第4のトランジスタ(104)のドレインとの間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線(108、109)に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線(108)に接地電圧を印加し、前記第2のビット線(109)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第1の抵抗素子(114)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に接地電圧を印加し、前記第1のビット線(108)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第2の抵抗素子(115)を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)、前記第1のビット線(108)、及び前記第2のビット線(109)に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧(B1、B2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)に印加する電圧(WT)をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)がドレインに接続されているトランジスタ(102)をオフさせず、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)がドレインに接続されているトランジスタ(104)をオフさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)に接続されているトランジスタ(101)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第2のノード113)をローレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)に接続されているトランジスタ(103)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第1のノード112)をハイレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法である。
上記目的を達成する本発明に係る不揮発性メモリ回路の第5の駆動方法は、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノード(112)を間に挟んで接続された第1のトランジスタ(101)と第2のトランジスタ(102)から構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノード(113)を間に挟んで接続された第3のトランジスタ(103)および第4のトランジスタ(104)から構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線(107)が接続され、第1のビット線(108)と前記第1のノード(112)との間に接続される第5のトランジスタ(105)、および
ゲートに前記ワード線(107)が接続され、第2のビット線(109)と前記第2のノード(113)との間に接続される第6のトランジスタ(106)を備え、
前記第1のノード(112)は、前記第3のトランジスタ(103)のゲートおよび第4のトランジスタ(104)のゲートに接続されており、
前記第2のノード(113)は、前記第1のトランジスタ(101)のゲートおよび第2のトランジスタ(102)のゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタ(101)のソースおよび前記第3のトランジスタ(103)のソースは接地線(111)に接続されており、
前記第2のトランジスタ(102)のソースおよび前記第4のトランジスタ(104)のソースは電源線(110)に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子(114)、第2の抵抗素子(115)、第3の抵抗素子(116)、および第4の抵抗素子(117)を備え、
前記第1の抵抗素子(114)が前記第1のトランジスタ(101)のソースと前記接地線(111)との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子(115)が前記第3のトランジスタ(103)のソースと前記接地線(111)との間に接続されており、
前記第3の抵抗素子(116)が前記第2のトランジスタ(102)のソースと前記電源線(110)との間に接続されており、
前記第4の抵抗素子(117)が前記第4のトランジスタ(104)のソースと前記電源線(110)との間に接続されており、
前記第1から第4の抵抗素子(114〜117)が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記第1から第4の抵抗素子(114〜117)を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方、および前記第3及び第4の抵抗素子(116・117)のいずれか一方のそれぞれを高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記第1ステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線(108・109)に電源電圧(Vdd)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させた後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)を低抵抗状態にする第3ステップと、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させた後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第3及び第4の抵抗素子(116・117)を低抵抗状態にする第4ステップと
を含み、
前記第2ステップは、
前記第1のビット線(108)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第2のビット線(109)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子(114)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に電源電圧(Vdd)を印加し、前記第1のビット線(108)に電源電圧よりも低い電圧(Vbb2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させて前記第2の抵抗素子(115)を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子(114・115)のいずれか一方を高抵抗状態にする第5ステップと、
前記第1のビット線(108)に接地電圧を印加し、前記第2のビット線(109)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第3の抵抗素子(116)を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線(109)に接地電圧を印加し、前記第1のビット線(108)に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間(Tb)の後に前記ワード線(107)をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第4の抵抗素子(117)を高抵抗状態にすることにより、前記第3及び第4の抵抗素子(116・117)のいずれか一方を高抵抗状態にする第6ステップと
(ここで、前記第2の抵抗素子(115)が高抵抗素子であって前記第1の抵抗素子(114)が低抵抗素子なのであれば、第3の抵抗素子(116)が高抵抗素子とされると共に第4の抵抗素子(117)が低抵抗素子とされ、前記第1の抵抗素子(114)が高抵抗素子であって前記第2の抵抗素子(115)が低抵抗素子なのであれば、第4の抵抗素子(117)が高抵抗素子とされると共に第3の抵抗素子(116)が低抵抗素子とされる)
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線(107)をハイレベル(Vdd)に設定し、前記電源線(110)、前記第1のビット線(108)、及び前記第2のビット線(109)に印加する電圧を電源電圧(Vdd)まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧(B1、B2)を印加した状態で、前記ワード線(107)をハイレベルに設定し、前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線(108、109)に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線(107)に印加する電圧(WT)をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線(110)に印加する電圧(DD)を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
第1及び第2の抵抗素子(114・115)のうち、高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)がソースに接続されているトランジスタ(101)をオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)がソースに接続されているトランジスタ(103)をオンさせると共に、
第3及び第4の抵抗素子(116・117)のうち、高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第4の抵抗素子117)がソースに接続されているトランジスタ(104)をオフさせて、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第3の抵抗素子116)がソースに接続されているトランジスタ(102)をオフさせず、
第1及び第2の抵抗素子(114・115)のうち、高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第1の抵抗素子114)に接続されているトランジスタ(101)のドレインに接続されていると共に、第3及び第4の抵抗素子(116・117)のうち、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第3の抵抗素子116)に接続されているトランジスタ(102)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第1のノード112)をハイレベルにすると共に、
第1及び第2の抵抗素子(114・115)のうち、低抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第2の抵抗素子115)に接続されているトランジスタ(103)のドレインに接続されていると共に、第3及び第4の抵抗素子(116・117)のうち、高抵抗状態の抵抗素子(実施の形態の説明では第4の抵抗素子117)に接続されているトランジスタ(104)のドレインに接続されているノード(実施の形態の説明では第2のノード113)をローレベルにする
不揮発性メモリ回路の駆動方法である。
前記第1及び第3のトランジスタ(101、103)がN型トランジスタであり、前記第2及び第4のトランジスタ(102、104)がP型トランジスタであることが好ましい。
前記第1及び第2のトランジスタ(101、102)が、相互に閾値の異なるN型トランジスタ、又は相互に閾値の異なるP型トランジスタであり、前記第3及び第4のトランジスタ(103、104)が、相互に閾値の異なるN型トランジスタ、又は相互に閾値の異なるP型トランジスタであることが好ましい。
前記第1及び第2の抵抗素子(114、115)が、カルコゲナイド化合物の相変化材料又はペロブスカイト系の強相関電子材料からなることが好ましい。
前記第1〜第4の抵抗素子(114〜117)が、カルコゲナイド化合物の相変化材料又はペロブスカイト系の強相関電子材料からなることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明に係る半導体装置の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係る不揮発性メモリ回路を示す回路図である。本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリ回路は、第1のインバータを構成する第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102と、第2のインバータを構成する第3のトランジスタ103及び第4のトランジスタ104と、パストランジスタである第5のトランジスタ105及び第6のトランジスタ106と、ワード線107と、第1のビット線108及び第2のビット線109と、電源線110と、接地線111と、第1の抵抗素子114及び第2の抵抗素子115とを備えている。ここで、第1のインバータを構成する第1及び第2のトランジスタ101、102、並びに第2のインバータを構成する第3及び第4のトランジスタ103、104は、それぞれ相補型のトランジスタである。以下においては、第1、第3、第5及び第6のトランジスタ101、103、105、106がN型トランジスタであり、第2及び第4のトランジスタ102、104がP型トランジスタである場合について説明する。第3のトランジスタ103及び第4のトランジスタ104の相互に接続されたゲート(第2のインバータの入力端子)は、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102のドレインを相互に接続する第1のノード112(第1のインバータの出力端子)に接続され、第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102の相互に接続されたゲート(第1のインバータの入力端子)は、第3のトランジスタ103及び第4のトランジスタ104のドレインを相互に接続する第2のノード113(第2のインバータの出力端子)に接続され、これらによってフリップフロップ回路が構成されている。図1に示した回路が従来のSRAM(図13)と異なる点は、第1及び第2の抵抗素子114、115が、第1のトランジスタ101のソースと接地線111との間、及び第3のトランジスタ103のソースと接地線111との間に、それぞれ配置されていることである。ここで、第1及び第2の抵抗素子114、115は、抵抗素子として形成された後にその抵抗値が変化され得る可変抵抗素子であり、例えば、GeSbTe等のカルコゲナイド化合物の相変化材料を用いた可変抵抗素子や、印加する磁界によって抵抗値を変化させ得るGMR(Giant Magnetic Resistance)素子、TMR(Tunneling Magnetic Resistance)素子等の可変抵抗素子である。
【0011】
次に、図1に示した不揮発性メモリ回路の不揮発性、即ち電源切断後にもメモリ内容を保持する機能に関して説明する。詳細は後述することとして、ここでは概要のみを説明する。図1に示した不揮発性メモリ回路の不揮発性機能は、電源切断直前にメモリ内容を抵抗素子に保持させ(以下、STORE制御と記す)、元のメモリ内容を電源投入直後に再現する(以下、RECALL制御と記す)ことによって実現する。先ず、STORE制御では、第1及び第2の抵抗素子114、115として使用される可変抵抗素子に応じた所定の手段を用いて、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値を、いずれか一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大きくなるように変化させる。この変化後の抵抗値は、各々の抵抗変化素子によって保持される。例えば、第2の抵抗素子115の抵抗値が、第1の抵抗素子114の抵抗値の2倍になるように変化させたと仮定する。次に、RECALL制御では、ワード線107の電圧をローレベル(通常は0V)にして第1及び第2のビット線108、109からの影響をなくした上で、電源線110の電圧を0Vから徐々に大きくする。この時、第1及び第2の抵抗素子114、115が各々、第1のトランジスタ101のソース及び接地線111の間、第3のトランジスタ103のソース及び接地線111の間に接続されているために、第1及び第3のトランジスタ101、103に電流が流れ始めると、第1及び第2の抵抗素子114、115による電圧降下が生じ、第1及び第3のトランジスタ101、103のソース電圧が上昇する。これによって、第1及び第3のトランジスタ101、103の閾値(Vt)が見かけ上、上昇する。第2の抵抗素子115の抵抗値が、第1の抵抗素子114の抵抗値の2倍と仮定したので、第3のトランジスタ103のソース電位が第1のトランジスタ101のソース電位よりも上昇し、第3のトランジスタ103には第1のトランジスタ101に比べて電流が流れにくくなる。従って、第1のトランジスタ101に流れる電流によって第1のノード112の電圧は接地電圧に近くなる。第1のノード112は、第3のトランジスタ103のゲートと電気的に接続されているために、第3のトランジスタ103では、より一層電流が流れにくくなり、最終的に第1のノード112は接地電圧に達し、逆に第2のノード113は電源電圧に達して安定する。このように、第2の抵抗素子115の抵抗値が第1の抵抗素子114の抵抗値よりも大きければ、第1のノード112は接地電圧に達し、逆に第2のノード113は電源電圧に達することから、電源切断の直前に第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値を、所定の大小関係になるように設定すれば、電源投入後にメモリセルのデータを再び所定の値にすることができる。即ち、図1に示した不揮発性メモリ回路は不揮発性機能を有する。
【0012】
上記したSTORE制御は、第1及び第2の抵抗素子114、115に使用される可変抵抗素子の種類によって異なる。一例として、第1及び第2の抵抗素子114、115に、GeSbTe等の相変化材料を備えた抵抗変化素子を用いる場合について、図2、3を用いて説明する。図2は、図1に示した不揮発性メモリ回路の回路図において、STORE制御時における電圧、電流の一部を付記したものである。図3の(a)は、第1及び第3のトランジスタ101、103のドレイン電流−ドレイン電圧(Id−Vd)特性の一部を示した図であり、(b)は、STORE制御時のワード線107へのパルス電圧Vwordの印加タイミングと、第1及び第3のトランジスタ101、103のドレイン電流Ia、Ibの大きさとを示した図である。まず、第2のトランジスタ102と第4のトランジスタ104の影響をなくすために、電源線110への電源供給を遮断し、ワード線107の電圧をローレベル(通常は0V)にする。次に、第1のビット線108に電圧Vaを印加し、同時に第2のビット線109に電圧Vbを印加し、ワード線107をハイレベルにする。これによって、第1及び第3のトランジスタ101、103のゲート電圧VgがそれぞれVa、Vbとなる。ワード線107に印加する電圧は、電源電圧と同じ電圧であってもよく、ワード線107をゲート電極とする第5、第6のトランジスタ105、106での基板バイアス効果を避けるために、第1及び第2のビット線108、109の電圧Va、Vbの大きい方の電圧よりもさらに大きい電圧を印加してもよい。ワード線107をハイレベルにすると、第1のノード112には電圧Vaが印加され、第2のノード113には電圧Vbが印加される。よって、第1のトランジスタ101では、ゲート電圧Vg=Vb、ドレイン電圧Vd=Vaとなる。一方、第3のトランジスタ103では、ゲート電圧Vg=Va、ドレイン電圧Vd=Vbとなる。図3の(a)に示したId−Vd特性は、第1のトランジスタ101には電流Iaが流れ、第3のトランジスタ103には電流Ibが流れることを示している。ここで、第1及び第2の抵抗素子114、115はGeSbTe等の相変化材料で形成されているので、印加される電流値とその変化パターンによって抵抗値が変化する。即ち、相変化材料は、リセット電流Iy以上の電流を印加して、電流を急に切断して急冷するとアモルファス状態となり、高抵抗となる。一方、セット電流Ix以上かつリセット電流Iy未満の電流を印加して、電流を徐々に減少させて緩やかに冷却すると結晶化するため、低抵抗となる。そして、相変化材料はその状態を保持する。従って、第1のトランジスタ101にリセット電流Iyよりも大きい電流Iaが流れるように電圧Vaを設定し、第3のトランジスタ103にセット電流Ix以上且つリセット電流Iy未満の電流Ibが流れるように電圧Vbを設定し、ワード線107に電圧パルスVwordを印加すれば、第1の抵抗素子114を高抵抗にし、第2の抵抗素子115を低抵抗にすることができる。
【0013】
次に、図1に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法を詳細に説明する。本駆動方法は、上記したように、STORE制御及びRECALL制御を含んでいる。以下において、第1及び第2抵抗素子114、115は、GeSbTe等のカルコゲナイド化合物の相変化材料から構成されているとする。
【0014】
(STORE制御)
先ず、STORE制御の詳細を説明する。STORE制御は、2つのステップを含んでいる。STORE制御の第1のステップでは、第1及び第2の抵抗素子114、115を共に結晶状態にして、低抵抗にする。第2のステップでは、第1又は第2の抵抗素子114、115の何れか一方のみをアモルファス状態にし、高抵抗にする。これら2つのステップによって、不揮発性メモリ回路に記憶されている情報、即ち記憶ノードである第1及び第2のノード112、113の電圧状態を、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値として保持する。
【0015】
(第1のステップ)
図4は、STORE制御の第1のステップにおいて、図1に示した不揮発性メモリ回路の各線に電圧を印加するタイミングチャートである。WT、B1、B2、DDは、それぞれワード線107、第1のビット線108、第2のビット線109、電源線110の電圧を表す。第1のビット線108、第2のビット線109、電源線110に電源電圧Vddを印加した状態で、ワード線107に、第5及び第6のトランジスタ105、106がオンするハイレベルの電圧Vbtを印加(WT=Vbt)する。ここで、電圧Vbtは電源電圧Vddよりも大きくてもよい。この状態を時間Taの間維持した後、ワード線107の電圧WT=Vbtを第5及び第6のトランジスタ105、106がオフするローレベルの電圧、例えば0Vに急激に戻す。これによって、第5及び第6のトランジスタ105、106が導通状態になり、第1及び第2のノード112、113の電圧が電源電圧Vdd付近まで増大する。従って、第1及び第3のトランジスタ101、103が導通状態になり、第1及び第2の抵抗素子114、115に電流が流れる。
【0016】
相変化材料は、上記したように、ある一定以上のジュール熱を与えた後、徐々に冷却すれば、結晶状態になり、低抵抗になる。例えば、絶縁膜としてSiO2を用いた直径φ190nmの相変化材料を、結晶状態とするのに要する単位体積当りのジュール熱は約1.6pJであることが知られている(S. Tyson et al.、 Aerospace Conference Proceedings、 2000 IEEE vol.5 pp385-390)。
【0017】
図1に示した不揮発性メモリ回路に関して、一例として、ワード線107に印加される電圧WT=Vbtを3.9V、印加する時間Taを100ns、第1及び第2の抵抗素子114、115の直径をφ190nm、絶縁膜としてSiO2を用い、初期状態において第2の抵抗素子115の抵抗値が第1の抵抗素子114の10倍であるとし、図4に示したタイミングチャートに従って電圧を印加する条件でシミュレーションを行い、第1のステップを解析した。
【0018】
図5は、第1及び第2の抵抗素子114、115の各々に流れる電流Ia、Ibのシミュレーション結果を示すグラフである。図5では、時間軸(横軸)は、ワード線107へのパルス電圧(WT=Vbt)印加の開始時刻を0としている。図5に示したように、第1の抵抗素子114にはIa=100(μA)、第2の抵抗素子115にはIb=17(μA)の電流が流れることが分かる。これによって第1及び第2の抵抗素子114、115に発生するジュール熱は、それぞれ11pJ、1.6pJとなり、何れも徐々に冷却すれば、結晶状態になるのに十分な熱量である(S. Tyson et al.による上記文献参照)。
【0019】
以上のように、STORE制御の第1のステップでは、第1のビット線108、第2のビット線109、電源線110に電源電圧Vddを印加した状態で、ワード線107にハイレベルの電圧Vbtを印加することによって、不揮発性メモリ回路の第1及び第3のトランジスタ101、103を導通状態にし、第1及び第2の抵抗素子114、115に結晶状態(低抵抗)となるために必要なジュール熱を与えることができる。
【0020】
(第2のステップ)
図6は、STORE制御の第2のステップにおいて、図1に示した不揮発性メモリ回路の各線に電圧を印加するタイミングチャートである。符号の意味は、図4と同じである。第1及び第2の抵抗素子114、115は、何れも第1のステップによって結晶状態(低抵抗)になっており、その抵抗値はほぼ等しい値となっていると仮定する。第1のビット線108及び電源線110に電源電圧Vddを、第2のビット線109に電源電圧Vddよりも小さい電圧Vbb2を印加した状態で、ワード線107にハイレベルの電圧Vbtを印加(WT=Vbt)する。ここで、電圧Vbtは電源電圧Vddよりも大きくてもよい。この状態を時間Tbの間維持し、その後、ワード線107の電圧WTをローレベル、例えば0Vに急激に戻す。これによって、時間Tbの間、第5及び第6のトランジスタ105、106が導通状態となり、第1のノード112の電圧が、第1のビット線108に印加された電源電圧Vdd付近の電圧Vaまで増大し、第2のノード113の電圧が、第2のビット線109に印加された電圧Vbb2付近の電圧Vbまで増大する。これにより、第1及び第3のトランジスタ101、103が導通状態になり、第1及び第2の抵抗素子114、115には、それぞれ電流Ia、Ibが流れる。また、時間Tbの後にWT=0になれば、Ia=Ib=0となる。第1及び第2の抵抗素子114、115を構成する相変化材料は上記したように、ある一定以上のジュール熱を与えて融点以上にし、急激に冷却すれば、アモルファス状態になり、高抵抗になる。絶縁膜にSiO2を用いた直径φ190nmの相変化材料を、アモルファス状態にするのに必要な単位体積当りのジュール熱は約3.6pJである(S. Tyson et al.による上記文献参照)。従って、電流Iaが
アモルファス状態に要するリセット電流Iy以上になり、電流Ibが結晶状態に要するセット電流Ix以下になるように、第1及び第2ノード112、113に発生する電圧Va、Vbを設定し、即ち第1及び第2のビット線108、109に印加する電圧を適切な値に設定し、その後に電流Ia、Ibを急激に0にする。これによって、第1の抵抗素子114のみをアモルファス状態、即ち高抵抗とし、第2の抵抗素子115を結晶状態、即ち低抵抗のままに維持することができる。
【0021】
図1に示した不揮発性メモリ回路に関して、一例として、第2のステップにおいて、ワード線107に印加される電圧WT=Vbtを3.9V、これを印加する時間Tbを30ns、第1のビット線108の電圧B1を電源電圧Vdd、第2のビット線109の電圧B2=Vbb2を1.5V、第1のステップ直後の第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値を共に10kΩとし、図6に示したタイミングチャートで電圧を印加する条件でシミュレーションを行い、第2のステップを解析した。
【0022】
図7は、第1及び第2の抵抗素子114、115に流れる電流Ia、Ibのシミュレーション結果を、図5と同様に示すグラフである。図7に示したように、安定状態において、第1の抵抗素子114にIa=109(μA)、第2の抵抗素子115にIb=31(μA)の電流が流れることが分かる。これによって第1及び第2の抵抗素子114、115に発生するジュール熱は、それぞれ3.7pJ、0.35pJとなる。従って、電流値が急激に0になり、急激に冷却された場合、第1の抵抗素子114がアモルファス状態(高抵抗)になるのに対して、第2の抵抗素子115は結晶状態(低抵抗)を維持する(S.
Tyson et al.による上記文献参照)。
【0023】
以上のように、STORE制御の第2のステップでは、第1のビット線108に電源電圧Vddを、第2のビット線109に1.5Vの電圧をそれぞれ印加した状態で、ワード線110にハイレベルの電圧を印加することによって、不揮発性メモリ回路のN型MOSトランジスタ101、103を導通状態にし、第1の抵抗素子114のみにアモルファス状態になるのに必要なジュール熱を発生させることが可能となる。
【0024】
上記とは逆に、第1の抵抗素子114を低抵抗(結晶状態)に維持し、第2の抵抗素子115を高抵抗(アモルファス状態)にするためには、第1のビット線108、第2のビット線109に印加する電圧を上記と逆、即ちB1=Vbb2、B2=Vddと設定して、ワード線107にハイレベルのパルス電圧Vbtを印加すればよい。
【0025】
このように、STORE制御の第1及び第2のステップによって、不揮発性メモリ回路に記憶されている情報を、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値として保持させることが可能となる。
【0026】
(RECALL制御)
次に、RECALL制御について図8、9を用いて説明する。ここでは、上記したSTORE制御の結果、第1の抵抗素子114の抵抗値が、第2の抵抗素子115の抵抗値の10倍になっていると仮定する。図8は、RECALL制御時における、図1に示した不揮発性メモリ回路の各線に電圧を印加するタイミングチャートである。電源線110に印加する電圧DDを、0Vから緩やかに上昇させ、上昇開始から時間Tc後にVddになった後、この状態を保持する。第1及び第2のビット線108、109のそれぞれに印加する電圧B1、B2も、電圧DDと同じタイミングで、時間Tcの間0VからVddまで上昇させる。また、その時間Tcの間、ワード線107にはハイレベルの電圧Vddを印加する。これによって、第5及び第6のMOSトランジスタ105、106が導通状態になり、第1及び第2のノード112、113の電圧が電源電圧付近まで上昇する。従って、第1及び第3のトランジスタ101、103が導通状態になり、第1及び第2の抵抗素子114、115に電流が流れる。ここで、第1の抵抗素子114の抵抗値が第2の抵抗素子115の抵抗値の10倍なので、第1及び第3のトランジスタ101、103のソース電圧に差が生じ、第1のトランジスタ101のソース電圧の方が第3のトランジスタ103のソース電圧よりも大きくなる。第1及び第3のトランジスタ101、103の基板は接地線111に接続されているので、第1及び第3のトランジスタ101、103に基板バイアス効果が生じる。ソース電圧が大きい方が基板バイアス効果によりトランジスタの実効閾値が大きくなるので、本条件の場合、第1のトランジスタ101の方が第3のトランジスタ103よりも閾値が大きくなる。従って、第1のトランジスタ101がオンしにくく、第3のトランジスタ103がオンし易くなり、第1のノード112はハイレベルに、第2のノード113はローレベルに保持される。
【0027】
一例として、図1におけるMOSトランジスタ101〜106の最小ゲート長を0.35μm、電源電圧Vddを3.3V、電源復帰時に電源線110に印加する電圧DDの上昇時間Tcを100ns、第2の抵抗素子115の抵抗値をMOSトランジスタのオン抵抗の値と同程度の10kΩ、第1の抵抗素子114の抵抗値を第2の抵抗素子115の抵抗値の10倍の100kΩとし、図8に示したタイミングチャートで電圧を印加する条件でシミュレーションを行い、RECALL制御を解析した。
【0028】
図9は、第1及び第2のノード112、113に発生する電圧Va、Vbのシミュレーション結果を示すグラフである。図9に示したように、第1及び第2のノード112、113の電圧Va、Vbは、制御を開始した直後からしばらくの間は、何れも同様に上昇するが、約2Vまで上昇した後は、第1及び第2のノード112、113の電圧Va、Vbに差が生じた。さらに、制御を開始してから約100ns後の定常状態では、第1のノード112の電圧Vaは電源電圧Vdd(3.3V)となり、第2のノード113の電圧Vbは0Vに下がった。このように、シミュレーションによって、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値に差があれば、第1及び第3のトランジスタ101、103の内、より小さい抵抗値の抵抗素子が接続されている方が先にオンし、それによって第1及び第2のノード112、113の電圧がそれぞれ決定されることが確認された。上記では、第1の抵抗素子114の抵抗値を第2の抵抗素子115の抵抗値の10倍としてシミュレーションした結果を示したが、2倍程度の条件でシミュレーションを行った場合にも、図9に示したグラフと同様の結果が得られた。このことは、図1に示した不揮発性メモリ回路において、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗比が、少なくとも2倍〜10倍と、比較的広い範囲内に設定されていれば、上記したRECALL制御が可能であること、即ち、上記したRECALL制御に関して、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗比のマージンは非常に大きいことを意味する。
【0029】
以上のように、本実施の形態に係る不揮発性メモリ回路のRECALL制御は、第5及第6のトランジスタ105、106をオン状態にし、抵抗値の異なる第1及び第2の抵抗素子114、115に電流を流し、第1及び第3のトランジスタ101、103の閾値に差を生じさせることによって、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値の違いとして保持されていた情報を、第1及び第2のノード112、113の電圧として再現することができる。また、RECALL制御において、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗比のマージンは非常に大きく、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値の大小関係が逆転しない限り、正常なRECALL制御が可能であり、抵抗値のバラツキや変動に対しても動作が安定である。
【0030】
上記したRECALL制御においては、第1及び第2のビット線108、109、電源線110の電圧B1、B2、DDを徐々に上昇させる場合を説明したが、これに限定されるものではなく、不揮発性メモリ回路が動作を開始する電源電圧近傍において、第1及び第3のトランジスタ101、103の閾値が十分異なるようになればよい。従って、第1及び第2のビット線108、109の電圧B1、B2を所定の電圧に固定しておき、電源線110の電圧DDだけを徐々に上昇させてもよく、ワード線107の電圧WT及び電源線110の電圧DDを徐々に上昇させてもよい。また、RECALL制御における時間Tcは100nsに限定されず、約1ns程度の短時間でもよい。
【0031】
図1に示した不揮発性メモリ回路は、電源電圧Vddが供給されている通常の動作時には、メモリの記憶情報を読み出すREAD動作及びメモリに情報を書き込むWRITE動作を行う。READ動作では、パストランジスタである第5及び第6のトランジスタ105、106をオン状態にして、記憶ノードである第1及び第2のノード112、113の
電圧を第1及び第2のビット線108、109を介して検知する。また、WRITE動作では、第1及び第2のビット線108、109を介して記憶ノードである第1及び第2の
ノード112、113を所定電圧に設定する。このとき、第1及び第2の抵抗素子114、115は、それぞれ第1及び第3のトランジスタ101、103のソースに接続されているため、READ動作及びWRITE動作において寄生抵抗として働かない。従って、消費電力の増大はほとんどない。
【0032】
また、記憶ノードである第1及び第2のノード112、113は、それぞれ0V又は電源電圧Vddに保持されており、2つのインバータ(第1のトランジスタ101及び第2のトランジスタ102、並びに第3のトランジスタ103及び第4のトランジスタ104)に貫通電流がほとんど流れない。従って、待機時リーク電流もほとんど流れない。
【0033】
また、READ動作時に、1pFの負荷容量からのディスチャージにより、第1のトランジスタ101から第1の抵抗素子114に電流が流れるときのジュール熱を、上記したシミュレーションと同じ条件でシミュレーションすれば、第1の抵抗素子114の抵抗値が低抵抗(結晶状態)の場合、約2.3pJであり、高抵抗(アモルファス状態)の場合、約0.015pJとなった。この結果を、相変化を生じる上記したジュール熱(結晶状態にするには約1.6pJ、アモルファス状態にするには約3.6pJ)と比較すれば、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値が高抵抗又は低抵抗の何れであったとしても、READ動作によって、第1及び第2の抵抗素子114、115の状態は変化しないことが分かる。即ち、READ動作によって、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値が変化することはない。
【0034】
以上のように、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリ回路によれば、相変化材料を用いた2つの抵抗素子が、STORE制御の第1のステップで結晶状態になり、第2のステップで一方の抵抗素子のみがアモルファス状態になることによって、記憶情報を2つの抵抗素子の抵抗値として保持することが可能となり、これによって不揮発性を実現することができる。また、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリ回路は、待機時にリーク電流がほとんど流れず、従来のSRAMと比較して、WRITE動作、READ動作における消費電力がほとんど増大しない。また、RECALL制御において、ビット線の電圧を記憶ノードに与えることで、非常に安定な動作を実現することができる。さらに、トランジスタの数が従来のSRAMと同じ6個であり、増加しないので、新たなトランジスタを追加することによる消費電力の増加が生じない。
【0035】
以上では、第1及び第2の抵抗素子114、115が、それぞれ、第1のトランジスタ101のソースと接地線111との間、第3のトランジスタ103のソースと接地線111との間に接続されている不揮発性メモリ回路に関して説明した(図1参照)が、これに限定されるものではない。例えば、図10に示すように、第1及び第2の抵抗素子114、115を、それぞれ、第2のトランジスタ102のソースと電源線110との間、第4のトランジスタ104のソースと電源線110との間に接続してもよい。この構成の場合、上記と同様に、第1及び第2の抵抗素子114、115は、第2及び第4のトランジスタ102、104に電流が流れ始めると、各々抵抗による電圧降下を生じ、ソース電圧を下降させる。これにより、P型トランジスタの閾値(Vt)が見かけ上、上昇し、第1の抵抗素子114と第2の抵抗素子115との抵抗値の違いにより、第1のノード112と第2のノード113の電圧上昇速度が異なることとなる。例えば、第2の抵抗素子115の抵抗値が、第1の抵抗素子114の抵抗値の2倍と仮定すると、第4のトランジスタ104のソース電圧が第2のトランジスタ102のソース電圧よりも低下し(P型のためN型と逆方向になる)、第4のトランジスタ104は第2のトランジスタ102に比べて電流が流れにくくなる。よって、第2のトランジスタ102に流れる電流によって第1のノード112の電圧は電源電圧に近い値になる。第1のノード112は、第4のトランジスタ104のゲート電極と電気的に接続されているため、第4のトランジスタ104はますます電流を流しにくくなり、最終的に第1のノード112は電源電圧に達し、逆に第2のノード113は接地電圧に達して安定化する。よって、図1に示した回路と同様に、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値を制御することによって、電源投入後の不揮発性メモリ回路のデータを決定することができる。即ち、図10に示した不揮発性メモリ回路に不揮発性機能を持たせることができる。図10に示した回路の場合、以上の通り、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値の違いにより、第1及び第2のノード112、113の電圧上昇速度が異なることを動作原理として用いている。よって、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値にばらつきがあっても、第1の抵抗素子114の抵抗値と第2の抵抗素子115の抵抗値との大小関係が逆転しない限り、上記した不揮発性は正常に機能する。よって、図10に示した不揮発性メモリ回路は、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値のばらつきや変動の影響を受けにくい回路構成となっている。
【0036】
図10に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法は、上記した図1に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法と同様であるが、第1のビット線108、第2のビット線109に印加する電圧が異なる。即ち、STORE制御の第1ステップにおいて、第1及び第2のビット線108、109を共に0Vに維持した状態で、ワード線107にハイレベルのパルス電圧を印加し、第2ステップにおいて、第1及び第2のビット線108、109の何れか一方を0Vにし、他方を0Vよりも高い電圧にした状態で、ワード線107にハイレベルのパルス電圧を印加すればよい。RECALL制御のタイミングチャートは、図8と同様である。
【0037】
図1、図10に示した不揮発性メモリ回路では、第1及び第3のトランジスタ101、103のソース、又は第2及び第4のトランジスタ102、104のソースの内、何れか一方にのみに第1及び第2の抵抗素子114、115が接続されているが、図11に示すように第1及び第3のトランジスタ101、103のソース、並びに第2及び第4のトランジスタ102、104のソースに、第1〜第4の抵抗素子114〜117が接続されていてもよい。図11に示した不揮発性メモリ回路は、電源電圧が低く、且つ抵抗素子の抵抗値の可変範囲が小さいが、動作マージンを大きく確保したい場合、あるいはトランジスタ特性のばらつきが大きい場合などに有効である。この場合、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値の大小関係は、第3及び第4の抵抗素子116、117の抵抗値の大小関係と逆に設定することが必要である。例えば、第2の抵抗素子115の抵抗値を、第1の抵抗素子114の抵抗値よりも大きく設定する場合、第3の抵抗素子116の抵抗値を、第4の抵抗素子117の抵抗値よりも大きく設定する必要がある。
【0038】
図11に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法のRECALL制御は、上記した図1に示した不揮発性メモリ回路のRECALL制御と同じであるが、STORE制御では、図1及び図10の不揮発性メモリ回路のSTORE制御を組み合わせた制御を行えばよい。即ち、図1の不揮発性メモリ回路に関して説明したSTORE制御で、第1及び第2の抵抗素子114、115の抵抗値を設定し、図10の不揮発性メモリ回路に関して説明したSTORE制御で、第3及び第4の抵抗素子116、117の抵抗値を設定する。
【0039】
また、図1、図10、図11に示した回路は、N型トランジスタとP型トランジスタの両方を用いたCMOS型の不揮発性メモリ回路であるが、これらに限定されるわけではない。例えば、P型トランジスタである第2のトランジスタ102及び第4のトランジスタ104の代わりに、デプレッション型のN型トランジスタ、又はノンドープポリシリコンなどで形成される高抵抗素子を使用してもよい。また、不揮発性メモリ回路を構成するN型トランジスタを全てP型トランジスタに置き換えてもよい。
【0040】
また、以上では、第1及び第3のトランジスタ101、103は、第1及び第2の抵抗素子114、115による電圧降下分だけ接地線111よりも高い電圧をソース電圧として動作する場合を説明したが、これに限定されるものではない。第1及び第2の抵抗素子114、115の何れか一方にリセット電流Iyよりも大きい電流が流れ、他方にはセット電流Ix以上且つリセット電流Iy未満の電流が流れる条件を満たすならば、どのような電圧の組み合わせでもよい。例えば、第1及び第2の抵抗素子114、115の特性と、第1及び第3のトランジスタ101、103の特性との組み合わせによっては、図1に示した不揮発性メモリ回路へのデータ書き込み、即ちSTORE制御を適切に行うことができない場合が考えられる。その場合には、図12の(a)に示すように、第1及び第2の抵抗素子114、115を、それぞれ、第1のトランジスタ101と第1のノード112との間、第3のトランジスタ103と第2のノード113との間に接続することが有効である。このように接続すれば、接地線111をソースとして動作させた場合に、ソース電圧が第1及び第2の抵抗素子114、115によって影響を受けることがないので、電流Ia及び電流Ibは第1及び第2の抵抗素子114、115によってあまり影響されなくなる。図12の(a)示した不揮発性メモリ回路の駆動方法は、図1に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法と同様である。また、図12の(b)に示すように、第1及び第2の抵抗素子114、115を、それぞれ、第1のノード112と第2のトランジスタ102との間、第2のノード113及び第4のトランジスタ104との間に接続することも同様に有効である。図12(b)に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法は、図10に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法と同様である。
【0041】
(産業上の利用の可能性)
本発明によれば、メモリ内容を2つの抵抗変化素子の抵抗値の差異として保持し、電源投入後にメモリ内容を再現することができ、待機時リーク電流や書き込み・読み出し時の消費電力の増大を生じることがない不揮発性メモリ回路を実現することができ、回路接続情報やルックアップテーブルのパラメータの設定を電源切断後も保持可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリ回路を示す回路図である。
【図2】図1に示した不揮発性メモリ回路の駆動方法を説明するための回路図である。
【図3】図1に示した不揮発性メモリ回路に使用されるトランジスタの電流電圧特性を示す図である。
【図4】図1に示した不揮発性メモリ回路のSTORE制御の第1のステップにおけるタイミングチャートである。
【図5】図1に示した不揮発性メモリ回路のSTORE制御の第1のステップにおける抵抗素子に流れる電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】図1に示した不揮発性メモリ回路のSTORE制御の第2のステップにおけるタイミングチャートである。
【図7】図1に示した不揮発性メモリ回路のSTORE制御の第2のステップにおける抵抗素子に流れる電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図8】図1に示した不揮発性メモリ回路のRECALL制御におけるタイミングチャートである。
【図9】図1に示した不揮発性メモリ回路のRECALL制御における記憶ノードの電圧のシミュレーション結果を示す図である。
【図10】図1に示した不揮発性メモリ回路において抵抗素子の位置を変更した回路図である。
【図11】図1に示した不揮発性メモリ回路において抵抗素子をさらに付加した回路図である。
【図12】(a)、(b)は、図1に示した不揮発性メモリ回路において抵抗素子の位置をさらに変更した回路図である。
【図13】従来のSRAMを示す回路図である。
【図14】強誘電体を有する従来のSRAMを示す回路図である。
Claims (9)
- 各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノードを間に挟んで接続された第1のトランジスタと第2のトランジスタから構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノードを間に挟んで接続された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタから構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線が接続され、第1のビット線と前記第1のノードとの間に接続される第5のトランジスタ、および
ゲートに前記ワード線が接続され、第2のビット線と前記第2のノードとの間に接続される第6のトランジスタを備え、
前記第1のノードは、前記第3のトランジスタのゲートおよび第4のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第2のノードは、前記第1のトランジスタのゲートおよび第2のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタのソースおよび前記第3のトランジスタのソースは接地線に接続されており、
前記第2のトランジスタのソースおよび前記第4のトランジスタのソースは電源線に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子および第2の抵抗素子を備え、
前記第1の抵抗素子は前記第1のトランジスタのソースと前記接地線との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子は前記第3のトランジスタのソースと前記接地線との間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線に電源電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線に電源電圧を印加し、前記第2のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に電源電圧を印加し、前記第1のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記第2の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップとを含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線、前記第1のビット線、及び前記第2のビット線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線に印加する電圧をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオンさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをハイレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをローレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノードを間に挟んで接続された第1のトランジスタと第2のトランジスタから構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノードを間に挟んで接続された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタから構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線が接続され、第1のビット線と前記第1のノードとの間に接続される第5のトランジスタ、および
ゲートに前記ワード線が接続され、第2のビット線と前記第2のノードとの間に接続される第6のトランジスタを備え、
前記第1のノードは、前記第3のトランジスタのゲートおよび第4のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第2のノードは、前記第1のトランジスタのゲートおよび第2のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタのソースおよび前記第3のトランジスタのソースは接地線に接続されており、
前記第2のトランジスタのソースおよび前記第4のトランジスタのソースは電源線に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子および第2の抵抗素子を備え、
前記第1の抵抗素子が前記第2のトランジスタのソースと前記電源線との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子が前記第4のトランジスタのソースと前記電源線との間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線に接地電圧を印加し、前記第2のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第1の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に接地電圧を印加し、前記第1のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第2の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線、前記第1のビット線、及び前記第2のビット線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線に印加する電圧をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオフさせて、低抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオフさせず、前記高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをローレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをハイレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノードを間に挟んで接続された第1のトランジスタと第2のトランジスタから構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノードを間に挟んで接続された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタから構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線が接続され、第1のビット線と前記第1のノードとの間に接続される第5のトランジスタ、および
ゲートに前記ワード線が接続され、第2のビット線と前記第2のノードとの間に接続される第6のトランジスタを備え、
前記第1のノードは、前記第3のトランジスタのゲートおよび第4のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第2のノードは、前記第1のトランジスタのゲートおよび第2のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタのソースおよび前記第3のトランジスタのソースは接地線に接続されており、
前記第2のトランジスタのソースおよび前記第4のトランジスタのソースは電源線に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子および第2の抵抗素子を備え、
前記第1の抵抗素子が前記第1のノードと前記第1のトランジスタのドレインとの間に接続されており、
前記第2の抵抗素子が前記第2のノードと前記第3のトランジスタのドレインとの間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線に電源電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線に電源電圧を印加し、前記第2のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に電源電圧を印加し、前記第1のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記 第2の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線、前記第1のビット線、及び前記第2のビット線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線に印加する電圧をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子がドレインに接続されているトランジスタをオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子がドレインに接続されているトランジスタをオンさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをハイレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをローレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノードを間に挟んで接続された第1のトランジスタと第2のトランジスタから構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノードを間に挟んで接続された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタから構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線が接続され、第1のビット線と前記第1のノードとの間に接続される第5のトランジスタ、および
ゲートに前記ワード線が接続され、第2のビット線と前記第2のノードとの間に接続される第6のトランジスタを備え、
前記第1のノードは、前記第3のトランジスタのゲートおよび第4のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第2のノードは、前記第1のトランジスタのゲートおよび第2のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタのソースおよび前記第3のトランジスタのソースは接地線に接続されており、
前記第2のトランジスタのソースおよび前記第4のトランジスタのソースは電源線に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子および第2の抵抗素子を備え、
前記第1の抵抗素子が前記第1のノードと前記第2のトランジスタのドレインとの間に接続されており、
前記第2の抵抗素子が前記第2のノードと前記第4のトランジスタのドレインとの間に接続されており、
前記第1及び第2の抵抗素子が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第1の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1のビット線に接地電圧を印加し、前記第2のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第1の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に接地電圧を印加し、前記第1のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第2の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線、前記第1のビット線、及び前記第2のビット線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線に印加する電圧をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
高抵抗状態の抵抗素子がドレインに接続されているトランジスタをオフさせず、低抵抗状態の抵抗素子がドレインに接続されているトランジスタをオフさせて、前記高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをローレベルに、前記低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをハイレベルにする、
不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第1のノードを間に挟んで接続された第1のトランジスタと第2のトランジスタから構成される第1のインバータ、
各々のゲートが相互に接続され、かつ各々のドレインが第2のノードを間に挟んで接続された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタから構成される第2のインバータ、
ゲートにワード線が接続され、第1のビット線と前記第1のノードとの間に接続される第5のトランジスタ、および
ゲートに前記ワード線が接続され、第2のビット線と前記第2のノードとの間に接続される第6のトランジスタを備え、
前記第1のノードは、前記第3のトランジスタのゲートおよび第4のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第2のノードは、前記第1のトランジスタのゲートおよび第2のトランジスタのゲートに接続されており、
前記第1のトランジスタのソースおよび前記第3のトランジスタのソースは接地線に接続されており、
前記第2のトランジスタのソースおよび前記第4のトランジスタのソースは電源線に接続されており、
さらに抵抗値が電気的に変更可能である第1の抵抗素子、第2の抵抗素子、第3の抵抗素子、および第4の抵抗素子を備え、
前記第1の抵抗素子が前記第1のトランジスタのソースと前記接地線との間に接続されており、
前記第2の抵抗素子が前記第3のトランジスタのソースと前記接地線との間に接続されており、
前記第3の抵抗素子が前記第2のトランジスタのソースと前記電源線との間に接続されており、
前記第4の抵抗素子が前記第4のトランジスタのソースと前記電源線との間に接続されており、
前記第1から第4の抵抗素子が、電流による発熱によって抵抗値が変化する材料からなる
不揮発性メモリ回路の駆動方法であって、
前記不揮発性メモリ回路の駆動方法は、ストアステップおよびリコールステップを含み、
前記ストアステップは、
前記第1から第4の抵抗素子を低抵抗状態にする第1ステップと、
前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方、および前記第3及び第4の抵抗素子のいずれか一方のそれぞれを高抵抗状態にする第2ステップと
を含み、
前記第1ステップは、
前記不揮発性メモリ回路への電源供給を停止する前に、前記第1及び第2のビット線に電源電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させた後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第1及び第2の抵抗素子を低抵抗状態にする第3ステップと、
前記第1及び第2のビット線に接地電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させた後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより、前記第3及び第4の抵抗素子を低抵抗状態にする第4ステップと
を含み、
前記第2ステップは、
前記第1のビット線に電源電圧を印加し、前記第2のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記第 1 の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に電源電圧を印加し、前記第1のビット線に電源電圧よりも低い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させて前記第2の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第1及び第2の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第5ステップと、
前記第1のビット線に接地電圧を印加し、前記第2のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第3の抵抗素子を高抵抗状態にするか、または前記第2のビット線に接地電圧を印加し、前記第1のビット線に接地電圧よりも高い電圧を印加した状態で、前記ワード線をローレベルからハイレベルに変化させ、第2の時間の後に前記ワード線をハイレベルからローレベルに変化させることにより前記第4の抵抗素子を高抵抗状態にすることにより、前記第3及び第4の抵抗素子のいずれか一方を高抵抗状態にする第6ステップと
(ここで、前記第2の抵抗素子が高抵抗素子であって前記第1の抵抗素子が低抵抗素子なのであれば、第3の抵抗素子が高抵抗素子とされると共に第4の抵抗素子が低抵抗素子とされ、前記第1の抵抗素子が高抵抗素子であって前記第2の抵抗素子が低抵抗素子なのであれば、第4の抵抗素子が高抵抗素子とされると共に第3の抵抗素子が低抵抗素子とされる)
を含み、
前記リコールステップでは、
前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線、前記第1のビット線、及び前記第2のビット線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線をハイレベルに設定し、前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させるか、または
前記第1及び第2のビット線に各々所定の電圧を印加した状態で、前記ワード線に印加 する電圧をハイレベルの電圧まで緩やかに上昇させ、且つ前記電源線に印加する電圧を電源電圧まで緩やかに上昇させることにより、
第1及び第2の抵抗素子のうち、高抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオンさせず、低抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオンさせると共に、
第3及び第4の抵抗素子のうち、高抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオフさせて、低抵抗状態の抵抗素子がソースに接続されているトランジスタをオフさせず、
第1及び第2の抵抗素子のうち、高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されていると共に、第3及び第4の抵抗素子のうち、低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをハイレベルにすると共に、
第1及び第2の抵抗素子のうち、低抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されていると共に、第3及び第4の抵抗素子のうち、高抵抗状態の抵抗素子に接続されているトランジスタのドレインに接続されているノードをローレベルにする
不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 前記第1及び第3のトランジスタがN型トランジスタであり、
前記第2及び第4のトランジスタがP型トランジスタである請求項1〜5の何れかの項に記載の不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 前記第1及び第2のトランジスタが、相互に閾値の異なるN型トランジスタ、又は相互に閾値の異なるP型トランジスタであり、
前記第3及び第4のトランジスタが、相互に閾値の異なるN型トランジスタ、又は相互に閾値の異なるP型トランジスタである請求項1〜5の何れかの項に記載の不揮発性メモリ回路の駆動方法。 - 前記第1及び第2の抵抗素子が、カルコゲナイド化合物の相変化材料又はペロブスカイト系の強相関電子材料からなる請求項1〜4の何れかの項に記載の不揮発性メモリ回路の駆動方法。
- 前記第1〜第4の抵抗素子が、カルコゲナイド化合物の相変化材料又はペロブスカイト系の強相関電子材料からなる請求項5に記載の不揮発性メモリ回路の駆動方法。
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