JP6256718B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
すなわち、高抵抗化及び低抵抗化後の抵抗値は、書き込み、消去動作時に抵抗変化素子に印加される電圧に依存するが、この電圧はセルトランジスタの閾値電圧に大きく影響を受ける。このことから、セルトランジスタの製造工程中の閾値電圧のばらつきにより低抵抗状態及び高抵抗状態の抵抗値が変化してしまう。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置と、当該不揮発性半導体記憶装置の外部に設けられた電流測定装置とを示す図である。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の主要部であるメモリアレイの詳細構成を示す図である。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図14は、本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置、及び不揮発性半導体記憶装置の外部に設けられた電流測定装置を示す図である。以下、第1及び第2の実施形態との相違点を中心に説明する。
11 メモリセル
12 セルトランジスタ能力測定セル
13 リファレンスセル
20 調整値記憶領域
21 カラムゲート
22 センスアンプ
23 ライトドライバ
24 スイッチ
25 ワード線ドライバ
26 ビット線/ソース線レギュレータ
27 ワード線レギュレータ
28 制御回路
29 電流測定装置
BL0〜BLm ビット線
MTC MOSトランジスタ
R0,R1 固定抵抗素子
RBL リファレンスビット線
RR 抵抗変化素子
RSL リファレンスソース線
RWL リファレンスワード線
SL0〜SLm ソース線
TC セルトランジスタ
WL0〜WLn ワード線
WLM0,WLM1 セルトランジスタ能力測定ワード線
Claims (12)
- 行列状に配置され、セルトランジスタと前記セルトランジスタの一端に接続された抵抗変化素子とをそれぞれ含む複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタのゲートに共通に接続された複数のワード線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれる抵抗変化素子に共通に接続された複数の第1のデータ線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタの他端に共通に接続された複数の第2のデータ線と、
行列状に配置され、トランジスタで構成された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルと、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された1つ以上のトランジスタのゲートに共通に接続された1つ以上のセルトランジスタ能力測定ワード線とを備え、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルのトランジスタのドレインあるいはソースは、それぞれ前記複数の第1のデータ線の一部あるいは全てに対応して接続され、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルのトランジスタのドレインあるいはソースのうち、前記第1のデータ線が接続されていない端子は、それぞれ前記複数の第2のデータ線の一部あるいは全てに対応して接続され、
前記第1のデータ線に電圧を印加して駆動するビット線ドライバと、
前記第2のデータ線に電圧を印加して駆動するソース線ドライバと、
前記ワード線に電圧を印加して駆動するワード線ドライバと、
複数の前記第1のデータ線及び第2のデータ線のそれぞれ1本を選択して、前記ビット線ドライバ及びソース線ドライバに接続するカラムゲートと、
前記ビット線ドライバで駆動する電圧を供給するビット線レギュレータと、
前記ソース線ドライバで駆動する電圧を供給するソース線レギュレータと、
前記ワード線ドライバで駆動する電圧を供給するワード線レギュレータと、
前記ビット線ドライバと前記ビット線レギュレータとの間に配置されたビット線スイッチと、
前記ソース線ドライバと前記ソース線レギュレータとの間に配置されたソース線スイッチとを更に備え、
前記ビット線スイッチは、前記ビット線レギュレータで供給する電圧と、電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ビット線ドライバに供給するかを選択し、
前記ソース線スイッチは、前記ソース線レギュレータで供給する電圧と、前記電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ソース線ドライバに供給するかを選択し、
前記メモリセルの書き換え時に前記ワード線、前記第1のデータ線、及び前記第2のデータ線の少なくともいずれか1つに印加する電圧値は、前記セルトランジスタ能力測定セルに接続された前記セルトランジスタ能力測定ワード線、前記第1のデータ線、前記第2のデータ線にそれぞれ、所定の電圧値を印加したときに流れる電流値を前記電流測定装置で、少なくとも1つの前記セルトランジスタ能力測定セルに対して測定した結果に基づき決定することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項1の不揮発性半導体記憶装置において、
前記トランジスタ及び前記セルトランジスタのゲートチャネル長及びゲートチャネル幅及びゲート酸化膜のうちの少なくとも1つが実質的に同一であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 行列状に配置され、セルトランジスタと前記セルトランジスタの一端に接続された抵抗変化素子とをそれぞれ含む複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタのゲートに共通に接続された複数のワード線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれる抵抗変化素子に共通に接続された複数の第1のデータ線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタの他端に共通に接続された複数の第2のデータ線と、
行列状に配置され、トランジスタと前記トランジスタの一端に接続された固定抵抗素子とをそれぞれ含む1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルと、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された1つ以上のトランジスタのゲートに共通に接続された1つ以上のセルトランジスタ能力測定ワード線とを備え、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルに含まれる固定抵抗素子は、それぞれ前記複数の第1のデータ線の一部あるいは全てに対応して接続され、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルに含まれるトランジスタの他端は、それぞれ前記複数の第2のデータ線の一部あるいは全てに対応して接続され、
前記第1のデータ線に電圧を印加して駆動するビット線ドライバと、
前記第2のデータ線に電圧を印加して駆動するソース線ドライバと、
前記ワード線に電圧を印加して駆動するワード線ドライバと、
複数の前記第1のデータ線及び第2のデータ線のそれぞれ1本を選択して、前記ビット線ドライバ及びソース線ドライバに接続するカラムゲートと、
前記ビット線ドライバで駆動する電圧を供給するビット線レギュレータと、
前記ソース線ドライバで駆動する電圧を供給するソース線レギュレータと、
前記ワード線ドライバで駆動する電圧を供給するワード線レギュレータと、
前記ビット線ドライバと前記ビット線レギュレータとの間に配置されたビット線スイッチと、
前記ソース線ドライバと前記ソース線レギュレータとの間に配置されたソース線スイッチとを更に備え、
前記ビット線スイッチは、前記ビット線レギュレータで供給する電圧と、電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ビット線ドライバに供給するかを選択し、
前記ソース線スイッチは、前記ソース線レギュレータで供給する電圧と、前記電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ソース線ドライバに供給するかを選択し、
前記メモリセルの書き換え時に前記ワード線、前記第1のデータ線、及び前記第2のデータ線の少なくともいずれか1つに印加する電圧値は、前記セルトランジスタ能力測定セルに接続された前記セルトランジスタ能力測定ワード線、前記第1のデータ線、前記第2のデータ線にそれぞれ、所定の電圧値を印加したときに流れる電流値を前記電流測定装置で、少なくとも1つの前記セルトランジスタ能力測定セルに対して測定した結果に基づき決定することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項3の不揮発性半導体記憶装置において、
前記固定抵抗素子の抵抗値は、前記抵抗変化素子の低抵抗状態又は高抵抗状態の抵抗値と実質的に同一であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項3の不揮発性半導体記憶装置において、
前記セルトランジスタ能力測定セルを2つ以上配置し、1つ以上の固定抵抗素子を第1の抵抗値とし、他の1つ以上の固定抵抗素子を前記第1の抵抗値と異なる第2の抵抗値としたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項5の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の抵抗値が抵抗変化素子の高抵抗状態の抵抗値であり、
前記第2の抵抗値が抵抗変化素子の低抵抗状態の抵抗値であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 行列状に配置され、セルトランジスタと前記セルトランジスタの一端に接続された抵抗変化素子とをそれぞれ含む複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタのゲートに共通に接続された複数のワード線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれる抵抗変化素子に共通に接続された複数の第1のデータ線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタの他端に共通に接続された複数の第2のデータ線と、
読み出し動作時の参照電流あるいは参照電圧を生成する1つ以上のリファレンスセルと、
前記リファレンスセルに接続された1つ以上の第1のリファレンスデータ線と、1つ以上の第2のリファレンスデータ線と、
トランジスタで構成された1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルと、
前記トランジスタのゲートに共通に接続された1つ以上のセルトランジスタ能力測定ワード線とを備え、
前記セルトランジスタ能力測定セルのトランジスタのドレイン又はソースは、それぞれ前記第1のリファレンスデータ線の一部あるいは全てに接続され、
前記セルトランジスタ能力測定セルのトランジスタのドレイン又はソースのうち、前記第1のリファレンスデータ線が接続されていない端子は、それぞれ前記第2のリファレンスデータ線の一部あるいは全てに接続され、
前記第1のデータ線又は第1のリファレンスデータ線に電圧を印加して駆動するビット線ドライバと、
前記第2のデータ線又は第2のリファレンスデータ線に電圧を印加して駆動するソース線ドライバと、
前記ワード線に電圧を印加して駆動するワード線ドライバと、
複数の前記第1のデータ線及び第2のデータ線のそれぞれ1本又は前記第1のリファレンスデータ線及び前記第2のリファレンスデータ線を選択して、前記ビット線ドライバ及びソース線ドライバに接続するカラムゲートと、
前記ビット線ドライバで駆動する電圧を供給するビット線レギュレータと、
前記ソース線ドライバで駆動する電圧を供給するソース線レギュレータと、
前記ワード線ドライバで駆動する電圧を供給するワード線レギュレータと、
前記ビット線ドライバと前記ビット線レギュレータとの間に配置されたビット線スイッチと、
前記ソース線ドライバと前記ソース線レギュレータとの間に配置されたソース線スイッチとを更に備え、
前記ビット線スイッチは、前記ビット線レギュレータで供給する電圧と、電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ビット線ドライバに供給するかを選択し、
前記ソース線スイッチは、前記ソース線レギュレータで供給する電圧と、前記電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ソース線ドライバに供給するかを選択し、
前記メモリセルの書き換え時に前記ワード線、前記第1のデータ線、及び前記第2のデータ線の少なくともいずれか1つに印加する電圧値は、前記セルトランジスタ能力測定セルに接続された前記セルトランジスタ能力測定ワード線、前記第1のリファレンスデータ線、前記第2のリファレンスデータ線にそれぞれ、所定の電圧値を印加したときに流れる電流値を前記電流測定装置で、少なくとも1つの前記セルトランジスタ能力測定セルに対して測定した結果に基づき決定することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項7の不揮発性半導体記憶装置において、
前記トランジスタ及び前記セルトランジスタのゲートチャネル長及びゲートチャネル幅及びゲート酸化膜のうちの少なくとも1つが実質的に同一であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 行列状に配置され、セルトランジスタと前記セルトランジスタの一端に接続された抵抗変化素子とをそれぞれ含む複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルの各行にそれぞれ対応して設けられ、当該行に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタのゲートに共通に接続された複数のワード線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれる抵抗変化素子に共通に接続された複数の第1のデータ線と、
前記複数のメモリセルの各行あるいは各列にそれぞれ対応して設けられ、当該行あるいは当該列に配置された複数のメモリセルに含まれるセルトランジスタの他端に共通に接続された複数の第2のデータ線と、
読み出し動作時の参照電流あるいは参照電圧を生成する1つ以上のリファレンスセルと、
前記リファレンスセルに接続された1つ以上の第1のリファレンスデータ線と、1つ以上の第2のリファレンスデータ線と、
トランジスタと前記トランジスタの一端に接続された固定抵抗素子とをそれぞれ含む1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルと、
前記トランジスタのゲートに接続された1つ以上のセルトランジスタ能力測定ワード線とを備え、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルに含まれる固定抵抗素子は、それぞれ前記1つ以上の第1のリファレンスデータ線の一部又は全てに接続され、
前記1つ以上のセルトランジスタ能力測定セルに含まれるトランジスタの他端は、それぞれ前記1つ以上の第2のリファレンスデータ線の一部又は全てに接続され、
前記第1のデータ線又は第1のリファレンスデータ線に電圧を印加して駆動するビット線ドライバと、
前記第2のデータ線又は第2のリファレンスデータ線に電圧を印加して駆動するソース線ドライバと、
前記ワード線に電圧を印加して駆動するワード線ドライバと、
複数の前記第1のデータ線及び第2のデータ線のそれぞれ1本又は前記第1のリファレンスデータ線及び前記第2のリファレンスデータ線を選択して、前記ビット線ドライバ及びソース線ドライバに接続するカラムゲートと、
前記ビット線ドライバで駆動する電圧を供給するビット線レギュレータと、
前記ソース線ドライバで駆動する電圧を供給するソース線レギュレータと、
前記ワード線ドライバで駆動する電圧を供給するワード線レギュレータと、
前記ビット線ドライバと前記ビット線レギュレータとの間に配置されたビット線スイッチと、
前記ソース線ドライバと前記ソース線レギュレータとの間に配置されたソース線スイッチとを更に備え、
前記ビット線スイッチは、前記ビット線レギュレータで供給する電圧と、電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ビット線ドライバに供給するかを選択し、
前記ソース線スイッチは、前記ソース線レギュレータで供給する電圧と、前記電流測定装置で供給する電圧とのいずれを前記ソース線ドライバに供給するかを選択し、
前記メモリセルの書き換え時に前記ワード線、前記第1のデータ線、及び前記第2のデータ線の少なくともいずれか1つに印加する電圧値は、前記セルトランジスタ能力測定セルに接続された前記セルトランジスタ能力測定ワード線、前記第1のリファレンスデータ線、前記第2のリファレンスデータ線にそれぞれ、所定の電圧値を印加したときに流れる電流値を前記電流測定装置で、少なくとも1つの前記セルトランジスタ能力測定セルに対して測定した結果に基づき決定することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項9の不揮発性半導体記憶装置において、
前記固定抵抗素子の抵抗値は、前記抵抗変化素子の低抵抗状態又は高抵抗状態の抵抗値と実質的に同一であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項9の不揮発性半導体記憶装置において、
前記セルトランジスタ能力測定セルを2つ以上配置し、1つ以上の固定抵抗素子を第1の抵抗値とし、他の1つ以上の固定抵抗素子を前記第1の抵抗値と異なる第2の抵抗値としたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 請求項11の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の抵抗値が抵抗変化素子の高抵抗状態の抵抗値であり、
前記第2の抵抗値が抵抗変化素子の低抵抗状態の抵抗値であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
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