JP4482039B2 - 抵抗変化型メモリ - Google Patents
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Description
本発明は、クロスポイント型セルアレイの変形構造として、以下の2つのセルアレイ構造を提案する。
1つの抵抗変化素子に対して、互いに逆向きの2つのダイオードを接続する。
互いに交差する複数の駆動線の交差部に、それぞれ、直列接続される抵抗変化素子とツェナーダイオードを配置する。
本発明の基本構成を説明する。
図1は、本発明の抵抗変化型メモリの第1基本構成を示している。
抵抗変化素子MCは、スピン注入書き込みによる磁気抵抗効果素子(magneto-resistive element)、電流の方向により書き込みデータを制御する相変化素子(phase-change element)などを含む。
図2は、本発明の抵抗変化型メモリの第2基本構成を示している。
図3は、本発明の抵抗変化型メモリの第3基本構成を示している。
図4は、本発明の抵抗変化型メモリの第4基本構成を示している。
図5は、本発明の抵抗変化型メモリの第5基本構成を示している。
図6は、本発明の抵抗変化型メモリの第6基本構成を示している。
図7は、本発明の抵抗変化型メモリの第7基本構成を示している。
図8は、本発明の抵抗変化型メモリの第8基本構成を示している。
第1乃至第8基本構成によれば、回り込み電流が防止され、書き込みディスターブによる誤書き込みがなくなる。
本発明の実施の形態を説明する。
A. 回路構成(第1例)
この回路は、第2基本構成(図2)を具体化したものである。
この回路は、第3基本構成(図3)を具体化したものである。
図15は、メモリセルアレイの詳細を示している。
図9乃至図15の抵抗変化型メモリの書き込み動作について説明する。
“1”書き込みを実行する場合には、ワード線WL1aを電流源I1に接続し、ビット線BL1を接地点に接続する。即ち、ワード線WL1aを“H(high)”にし、ビット線BL1を“L(low)”にする。
“1”書き込みを実行する場合には、ワード線WL1aを電流源I1に接続し、ビット線BL1を接地点に接続する。即ち、ワード線WL1aを“H”にし、ビット線BL1を“L”にする。
デバイス構造の例を説明する。
図20は、デバイス構造の第1例を示している。
図21は、デバイス構造の第2例を示している。
図22は、デバイス構造の第3例を示している。
図23は、デバイス構造の第4例を示している。
図24は、デバイス構造の第5例を示している。
以上、第1実施の形態によれば、1つの抵抗変化素子に対して互いに逆向きの2つのダイオードを接続する。また、抵抗変化素子に対して第1データを書き込むときは、2つのダイオードのうちの一方に順方向に書き込み電流を流し、第2データを書き込むときは、2つのダイオードのうちの他方に順方向に書き込み電流を流す。これにより、書き込み時のディスターブとリテンションを同時に改善できる。
第2実施の形態は、第8基本構成(図8)を具体化したものである。
図25は、本発明の抵抗変化型メモリの書き込み回路を示している。
図26は、メモリセルアレイの詳細を示している。
図25及び図26の抵抗変化型メモリの書き込み動作について説明する。
V1w = V1dr+Vmtj
が成り立つ。
V1dr = V1w-Vmtj ≧ Vzv
を満たすように、V1w, Vzvを設定すればよい。
V1w = 3Vmtj+2V1dr+V1df
が成り立つ。
Vldr = Vlw/2 - 3Vmtj/2 - V1df/2 < Vzv
を満たすように、Vlw, Vzvを設定すればよい。
V1w = V1df+Vmtj
が成り立つ。
V1w = 3Vmtj+V1dr+2V1df
が成り立つ。
Vldr = Vlw - 3Vmtj - 2V1df < Vzv
を満たすように、Vlw, Vzvを設定すればよい。
デバイス構造の例を説明する。
図31は、デバイス構造の第1例を示している。
抵抗変化素子MC1は、キャップ導電層32を介してビット線BL1に接続される。
図32は、デバイス構造の第2例を示している。
本発明に係わるツェナーダイオードは、第1実施の形態のデバイス構造の第2例に示すSOI基板上に形成してもよいし、第1実施の形態のデバイス構造の第3例に示すウェル領域内に形成してもよい。
以上、第2実施の形態によれば、ツェナーダイオードに双方向通電を行うことで書き込みを可能とし、かつ、ツェナーダイオードのツェナー効果を利用して回り込み電流を防止する。これにより、書き込み時のディスターブとリテンションを同時に改善できる。
第1及び第2実施の形態において用いるダイオード又はツェナーダイオードは、ショットキーダイオードであってもよい。
本発明は、MRAMや、ReRAMなどの抵抗変化型メモリに適用可能である。
MRAMのメモリセルは、ピンド(pinned)層41、フリー(free)層42、及び、これらの間のトンネルバリア層43とから構成される。
本発明によれば、ディスターブとリテンションを同時に改善する書き込み技術を実現できる。
Claims (6)
- 第1方向に延びる第1及び第2駆動線と、前記第1方向に交差する第2方向に延びる第3駆動線と、一端が前記第3駆動線に接続される第1抵抗変化素子と、アノードが前記第1駆動線に接続され、カソードが前記第1抵抗変化素子の他端に接続される第1ダイオードと、アノードが前記第1抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第2駆動線に接続される第2ダイオードと、前記第1抵抗変化素子に書き込み電流を供給するためのドライバ/シンカーと、前記第1抵抗変化素子に対する第1データの書き込み時に前記書き込み電流を前記第1駆動線から前記第3駆動線に向かう方向に流し、前記第1抵抗変化素子に対する第2データの書き込み時に前記書き込み電流を前記第3駆動線から前記第2駆動線に向かう方向に流すための書き込み制御回路とを具備することを特徴とする抵抗変化型メモリ。
- 請求項1に記載の抵抗変化型メモリにおいて、
前記第1方向に延びる第4及び第5駆動線と、前記第2方向に延びる第6駆動線と、一端が前記第3駆動線に接続される第2抵抗変化素子と、アノードが前記第4駆動線に接続され、カソードが前記第2抵抗変化素子の他端に接続される第3ダイオードと、アノードが前記第2抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第5駆動線に接続される第4ダイオードと、一端が前記第6駆動線に接続される第3及び第4抵抗変化素子と、アノードが前記第1駆動線に接続され、カソードが前記第3抵抗変化素子の他端に接続される第5ダイオードと、アノードが前記第3抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第2駆動線に接続される第6ダイオードと、アノードが前記第4駆動線に接続され、カソードが前記第4抵抗変化素子の他端に接続される第7ダイオードと、アノードが前記第4抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第5駆動線に接続される第8ダイオードとをさらに具備し、
前記書き込み制御回路は、前記第1抵抗変化素子に対する前記第1データの書き込み時に、前記第2、第4及び第5駆動線をフローティングにし、前記第6駆動線の電位を前記第1駆動線の電位に等しくし、前記第1抵抗変化素子に対する前記第2データの書き込み時に、前記第1、第4及び第5駆動線をフローティングにし、前記第6駆動線の電位を前記第2駆動線の電位に等しくすることを特徴とする抵抗変化型メモリ。 - 請求項1に記載の抵抗変化型メモリにおいて、
前記第1方向に延びる第4及び第5駆動線と、前記第2方向に延びる第6駆動線と、一端が前記第3駆動線に接続される第2抵抗変化素子と、アノードが前記第4駆動線に接続され、カソードが前記第2抵抗変化素子の他端に接続される第3ダイオードと、アノードが前記第2抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第5駆動線に接続される第4ダイオードと、一端が前記第6駆動線に接続される第3及び第4抵抗変化素子と、アノードが前記第1駆動線に接続され、カソードが前記第3抵抗変化素子の他端に接続される第5ダイオードと、アノードが前記第3抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第2駆動線に接続される第6ダイオードと、アノードが前記第4駆動線に接続され、カソードが前記第4抵抗変化素子の他端に接続される第7ダイオードと、アノードが前記第4抵抗変化素子の他端に接続され、カソードが前記第5駆動線に接続される第8ダイオードとをさらに具備し、
前記書き込み制御回路は、前記第1抵抗変化素子に対する前記第1データの書き込み時に、前記第2、第5及び第6駆動線の電位を前記第1駆動線の電位に等しくし、前記第4駆動線の電位を前記第3駆動線の電位に等しくし、前記第1抵抗変化素子に対する前記第2データの書き込み時に、前記第1、第4及び第6駆動線の電位を前記第2駆動線の電位に等しくし、前記第5駆動線の電位を前記第3駆動線の電位に等しくすることを特徴とする抵抗変化型メモリ。 - 前記第1及び第2ダイオードは、それぞれ、絶縁層上の半導体層内に形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ。
- 前記第1及び第2ダイオードは、それぞれ、半導体基板上に形成される薄膜ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ。
- 前記第1及び第2ダイオードは、それぞれ、ショットキーダイオードであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の抵抗変化型メモリ。
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