JP5688081B2 - ブロック消去および一方向書込みを行う抵抗検知素子を有する不揮発性メモリアレイ - Google Patents
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Description
データ記憶装置は、ユーザデータを高速かつ効率的な方法で記憶しおよび読出すために用いられ得る。いくつかのデータ記憶装置は、データを記憶するために、ソリッドステートメモリセルの半導体アレイを利用する。メモリセルは、揮発性または不揮発性であり得る。いくつかの不揮発性メモリセルには、単一のトランジスタ(T)および単一のプログラム可能な抵抗検知素子(R)を有する1T1R構成が設けられ得る。
本発明のさまざまな実施形態は、概して、不揮発メモリセルおよびそのための使用方法に向けられる。
図1は、本発明のさまざまな実施形態に従って構築されかつ動作されるデータ記憶装置100の機能ブロック図を提供する。
Claims (19)
- 複数の行および複数の列に配列された不揮発性メモリセルのアレイを備える装置であって、
前記アレイにおける各メモリセルは、スイッチングデバイスおよび抵抗検知素子(RSE)を含み、
選択された列における前記メモリセルの各々は、可変電圧が供給される第1の制御ライン、および固定基準電圧に維持される第2の制御ラインに接続され、
前記選択された列における前記メモリセルは、前記第1の制御ラインの前記可変電圧を前記第2の制御ラインの前記固定基準電圧よりも低くし、かつ前記選択された列の関連する前記スイッチングデバイスに、前記スイッチングデバイスの本体から前記スイッチングデバイスのドレインへと流れる個別の本体−ドレイン電流を流すことによって、第1の抵抗状態に同時にプログラムされ、
前記スイッチングデバイスを通して前記RSEへ前記本体−ドレイン電流を通過させて、前記第1の抵抗状態にプログラムし、
前記スイッチングデバイスのゲートに電圧をアサートし、前記スイッチングデバイスのドレインから前記スイッチングデバイスのソースへと電流を流して第2の抵抗状態にプログラムする、装置。 - 前記アレイの選択された行における前記メモリセルの各々は、個別のビットラインと前記第2の制御ラインとの間に接続され、
前記選択された行に沿った全てよりも少ない前記メモリセルは、関連する前記ビットラインへの、前記固定基準電圧よりも大きい電圧の選択的な印加によって、第2の抵抗状態に同時にプログラムされる、請求項1に記載の装置。 - 方法であって、
第1の制御ラインと第2の制御ラインとの間に不揮発性メモリセルを接続するステップを備え、
前記メモリセルは、抵抗検知素子(RSE)に直列のスイッチングデバイスを含み、
固定基準電圧は、前記第2の制御ラインに同時に印加され、
前記方法は、
前記固定基準電圧よりも低い第1の電圧を前記第1の制御ラインに印加することによって、前記RSEを第1の抵抗状態にプログラムするステップと、
前記固定基準電圧よりも高い第2の電圧を前記第1の制御ラインに印加することによって、前記RSEを異なる第2の抵抗状態にプログラムするステップとを備え、
第1のプログラミングステップは、前記スイッチングデバイスの本体から前記スイッチングデバイスのドレインへと流れる本体−ドレイン電流を、前記RSEを通過させて、前記第1の抵抗状態にプログラムするステップを含み、
第2のプログラミングステップは、前記スイッチングデバイスのゲートに電圧をアサートし、前記スイッチングデバイスのドレインから前記スイッチングデバイスのソースへと電流を流して前記第2の抵抗状態にプログラムするステップを含む、方法。 - 前記第1の制御ラインは前記RSEに接続されるビットラインとして特徴付けられ、
前記接続するステップは、前記スイッチングデバイスのソース端子と、前記メモリセルについての読出動作および書込動作の間、前記メモリセルの前記固定基準電圧を継続的に維持する基準電圧源との間に前記第2の制御ラインを接続するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 前記RSEは、前記RSEを前記第1の抵抗状態に書込むように電流が流れる困難プログラミング方向と、前記RSEを前記第2の抵抗状態に書込むように電流が流れる容易プログラミング方向とを有し、
前記困難プログラミング方向は、前記容易プログラミング方向とは反対である、請求項3に記載の方法。 - 前記RSEは、固定方向の磁化配向を有する固定基準層および選択的可変方向の磁化配向を有する自由層を含む磁気トンネル接合(MTJ)として特徴付けられ、
前記第1の抵抗状態は、前記自由層の磁化配向が前記固定基準層の磁化配向と平行になるように向ける、請求項3に記載の方法。 - 前記接続するステップは、行および列のアレイに複数のメモリセルを提供するステップを含み、
選択された列に沿った前記メモリセルの各々は、前記第1の制御ラインに接続され、前記第1のプログラミングステップの間、前記第1の抵抗状態に同時に書き込まれる、請求項3に記載の方法。 - 前記第2のプログラミングステップは、選択された列に沿った全ての前記メモリセルよりは少ない、前記選択された列に沿った複数の前記メモリセルを、前記第2の抵抗状態に同時にプログラムし、それによって、前記第1および第2のプログラミングステップの結果において、前記選択された列に沿った前記メモリセルの第1の部分が第1の抵抗状態にプログラミングされるとともに、前記選択された列に沿った前記メモリセルの残余の部分が前記第2の抵抗状態にプログラムされる、請求項3に記載の方法。
- 前記接続するステップの前記スイッチングデバイスは、個別のドレイン端子、ソース端子およびゲート端子を有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)として特徴付けられ、
前記ドレイン端子は、前記RSEと直列に接続され、
前記ソース端子は、前記第2の制御ラインを介して固定基準電圧源に接続され、
前記ゲート端子は、ワードラインに接続され、
前記第1の抵抗状態は、前記ワードラインの電圧が前記固定基準電圧に設定されている間に書込まれ、
前記第2の抵抗状態は、前記ワードラインの電圧が前記固定基準電圧よりも高いレベル
に設定されている間に書込まれる、請求項3に記載の方法。 - 不揮発性メモリセルであって、
第1の制御ラインと第2の制御ラインとの間に直列に接続された、スイッチングデバイスおよび抵抗検知素子(RSE)を備え、
前記第1の制御ラインには可変電圧が供給され、前記第2の制御ラインは固定基準電圧に維持され、
前記RSEの第1の抵抗状態は、前記第1の制御ラインの前記可変電圧を前記第2の制御ラインの前記固定基準電圧よりも低くして、前記スイッチングデバイスの本体から前記スイッチングデバイスのドレインへと流れる本体−ドレイン電流を前記RSEに流すことによってプログラムされ、
前記スイッチングデバイスを通して前記RSEへ前記本体−ドレイン電流を通過させて、前記第1の抵抗状態にプログラムし、
前記スイッチングデバイスのゲートに電圧をアサートし、前記スイッチングデバイスのドレインから前記スイッチングデバイスのソースへと電流を流して第2の抵抗状態にプログラムする、メモリセル。 - 前記第1の制御ラインは、前記RSEに接続されるビットラインとして特徴付けられ、
前記第2の制御ラインは、前記スイッチングデバイスのソース端子を、前記メモリセルについての読出動作および書込動作の間、前記メモリセルの前記固定基準電圧を継続的に維持する基準電圧源に接続する、請求項10に記載のメモリセル。 - 前記スイッチングデバイスは、ゲート端子をさらに含み、
前記RSEは、前記第1の制御ラインの前記可変電圧を前記固定基準電圧よりも高くするとともに前記ゲート端子にゲート制御電圧を印加して、前記スイッチングデバイスを通るドレイン−ソース導通経路を与えることによって、第2の抵抗状態にプログラムされる、請求項10に記載のメモリセル。 - 前記RSEは、前記RSEを前記第1の抵抗状態に書込むように電流が流れる困難プログラミング方向と、前記RSEを前記第2の抵抗状態に書込むように電流が流れる容易プログラミング方向とを有し、
前記困難プログラミング方向は、前記容易プログラミング方向とは反対である、請求項12に記載のメモリセル。 - 前記RSEは、固定方向の磁化配向を有する固定基準層および選択的可変方向の磁化配向を有する自由層を含む磁気トンネル接合(MTJ)として特徴付けられ、
前記第1の抵抗状態は、前記自由層の磁化配向が前記固定基準層の磁化配向と平行になるように向ける、請求項10に記載のメモリセル。 - 前記メモリセルのアレイ内に配列された請求項10に記載のメモリセルであって、
前記メモリセルのアレイは、複数の行および複数の列に配列され、
選択された列に沿った前記メモリセルの各々は、前記第1の制御ラインに接続され、前記第1の制御ラインの前記可変電圧が前記低い電圧に設定された場合に、前記第1の抵抗状態に同時に書込まれる、請求項10に記載のメモリセル。 - 前記選択された列に沿った全てより少ない前記メモリセルは、引き続いて第2の抵抗状態に書込まれる、請求項15に記載のメモリセル。
- 前記スイッチングデバイスは、個別のドレイン端子、ソース端子およびゲート端子を有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)として特徴付けられ、
前記ドレイン端子は、前記RSEと直列に接続され、
前記ソース端子は、前記第2の制御ラインを介して固定基準電圧源に接続され、
前記ゲート端子は、ワードラインに接続され、
前記第1の抵抗状態は、前記ワードラインの電圧が前記固定基準電圧に設定されている間に書込まれる、請求項10に記載のメモリセル。 - 前記固定基準電圧は電気的接地である、請求項10に記載のメモリセル。
- 前記RSEは、前記RSEを前記第1の抵抗状態に書込むように第1の方向に電流が流れる困難プログラミング方向と、前記RSEを第2の抵抗状態に書込むように前記第1の方向とは反対の第2の方向に電流が流れる容易プログラミング方向とを有し、
前記RSEを前記困難プログラミング方向にプログラムするために必要とされる電流の大きさは、前記RSEを前記容易プログラミング方向にプログラムするために必要とされる電流よりも大きい、請求項10に記載のメモリセル。
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