JP6599494B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6599494B2
JP6599494B2 JP2018024250A JP2018024250A JP6599494B2 JP 6599494 B2 JP6599494 B2 JP 6599494B2 JP 2018024250 A JP2018024250 A JP 2018024250A JP 2018024250 A JP2018024250 A JP 2018024250A JP 6599494 B2 JP6599494 B2 JP 6599494B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pair
variable resistance
data
resistance element
storage elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018024250A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019139827A (ja
Inventor
一 青木
Original Assignee
ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション filed Critical ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション
Priority to JP2018024250A priority Critical patent/JP6599494B2/ja
Priority to TW108100635A priority patent/TWI672697B/zh
Priority to US16/249,907 priority patent/US10777272B2/en
Priority to KR1020190007687A priority patent/KR102128188B1/ko
Priority to CN201910108551.2A priority patent/CN110164496B/zh
Publication of JP2019139827A publication Critical patent/JP2019139827A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6599494B2 publication Critical patent/JP6599494B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1673Reading or sensing circuits or methods
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0004Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/003Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/004Reading or sensing circuits or methods
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0069Writing or programming circuits or methods
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
    • G11C7/14Dummy cell management; Sense reference voltage generators
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0023Address circuits or decoders
    • G11C13/0026Bit-line or column circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0023Address circuits or decoders
    • G11C13/0028Word-line or row circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/004Reading or sensing circuits or methods
    • G11C2013/0042Read using differential sensing, e.g. bit line [BL] and bit line bar [BLB]
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/004Reading or sensing circuits or methods
    • G11C2013/0054Read is performed on a reference element, e.g. cell, and the reference sensed value is used to compare the sensed value of the selected cell
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2213/00Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/30Resistive cell, memory material aspects
    • G11C2213/32Material having simple binary metal oxide structure
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2213/00Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70Resistive array aspects
    • G11C2213/79Array wherein the access device being a transistor
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2213/00Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70Resistive array aspects
    • G11C2213/82Array having, for accessing a cell, a word line, a bit line and a plate or source line receiving different potentials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、可変抵抗素子を利用した抵抗変化型ランダムアクセスメモリの読出し方法に関する。
抵抗変化型メモリは、可変抵抗素子にパルス電圧を印加し、可変抵抗素子を可逆的かつ不揮発的に高抵抗状態または低抵抗状態にすることでデータを記憶する。可変抵抗素子は、例えば、酸化ハフニウム(HfOx)等の金属酸化物の薄膜から構成され、印加されるパルス電圧の大きさおよび極性によって低抵抗状態または高抵抗状態となる(特許文献1)。例えば、可変抵抗素子を低抵抗状態に書込みすることをセット(SET)、高抵抗状態に書込みすることをリセット(RESET)という(但し、逆の場合もある)。抵抗変化型メモリには、ユニポーラタイプとバイポーラタイプが存在する。ユニポーラタイプでは、セット/リセット時に可変抵抗素子に印加する書込み電圧の極性は同じであり、書込み電圧の大きさを変えることでセットまたはリセットを行う。バイポーラタイプでは、セット/リセット時に可変抵抗素子に印加する書込み電圧の極性を反転させる。つまり、可変抵抗素子には双方向から書込み電圧を印加することになる。
図1に、抵抗変化型メモリの概略構成を示す。1つのソース線SL1との間に可変抵抗素子とアクセス用トランジスタとが直列に接続される。記憶素子MCは、ビット単位で選択することができ、書込み時には、例えば、ワード線WL1を介して行方向のアクセス用トランジスタを選択し、ビット線BL1、ソース線SL1間に書込みパルス電圧を印加し、これにより、可変抵抗素子をセットまたはリセットする。読出し時には、ワード線WL1を介して行方向のアクセス用トランジスタを選択し、ビット線BL1、ソース線SL1に読出し用の電圧が印加され、可変抵抗素子に流れるセットまたはリセットに対応する電流または電圧がセンスアンプによって検出される。
また、酸化ハフニウム(HfOx)等の金属酸化物の薄膜を可変抵抗素子の材料に用いる場合、初期設定として金属酸化物をフォーミングする。通常、フォーミングは、可変抵抗素子を書込むときよりも幾分大きな電圧を薄膜に印加することで可変抵抗素子を例えば低抵抗状態、すなわちセットに近い状態にする。
特許第5748877号公報
抵抗変化型メモリには、2つの可変抵抗素子と2つのアクセス用トランジスタとによって一対の記憶素子に相補データを記憶する、いわゆる2T×2Rのものがある。図2に、2T×2Rのメモリアレイの概略を示す。記憶素子MC11は、ソース線SL1とビット線BL1との間に可変抵抗素子とアクセス用トランジスタとを含み、当該可変抵抗素子に真のデータを書込みし、記憶素子/MC11は、ソース線/SL1とビット線/BL1との間に可変抵抗素子とアクセス用トランジスタとを含み、当該可変抵抗素子に補完データを書込む。
2T×2Rの記憶素子からのデータの読出しは、真のデータを記憶する可変抵抗素子を流れる電流と、補完データを記憶する可変抵抗素子を流れる電流との差信号を検出する。図3に、一対の記憶素子MC11、/MC11からのデータ読出し例を示す。図示しない行デコータによってワード線WL1が選択され、列デコーダによってビット線BL1、/BL1、ソース線SL1、/SL1が選択され、選択されたビット線およびソース線に読出し用の電圧が印加される。センスアンプ10の一方の入力には、真のデータを記憶する記憶素子MC11のビット線BL1が結合され、他方の入力には、補完データを記憶する記憶素子/MC11のビット線/BL1が結合される。ソース線SL1、/SL1はGNDに結合される。
記憶素子MC11が、例えばセット(データ「1」)、記憶素子/MC11がリセット(データ「0」)であるとする。この場合、記憶素子MC11の可変抵抗素子が低抵抗状態であり、ビット線BL1からソース線SL1には比較的大きな電流が流れ、他方、記憶素子/MC11の可変抵抗素子が高抵抗状態であり、ビット線/BL1からソース線/SL1には比較的小さな電流が流れる。センスアンプ10は、イネーブル信号SAEにより活性化され、記憶素子MC11に流れる電流と記憶素子/MC11に流れる電流との間の差信号を検出し、その検出結果に応じてデータ「1」を出力する。このような差信号の読出しを行うことで、1T×1Rのシングルビットのときよりも信頼性の高い読出しが可能になり、高速アクセスも可能になる。
図4は、セット/リセット時に可変抵抗素子に流れる電流分布の一例である。当初の段階(または通常の状態)では、セット時に流れる電流分布HRS_initialとリセット時に流れる電流分布LRS_initialとの間に比較的大きなマージンがあり、センスアンプ10は、一対の記憶素子の差信号を正しく読み出すことができる。しかし、可変抵抗素子への書込み回数が増加し、データのリテンション特性やエンデュランス特性が劣化すると、つまり、可変抵抗素子の電極間に形成されたフィラメント状の電流経路が劣化すると、セット時に流れる電流とリセット時に流れる電流のバラツキが大きくなり、電流分布の裾野が広がり、電流分布HRS_drift、電流分布LRS_driftに示すようなテールビットのシフトが生じる。テールビットのシフトが生じると、電流分布HRS_driftの上限値と電流分布LRS_driftの下限値との間のマージンが狭くなり、データの読出しエラーが生じる場合がある。
例えば、初期状態または通常状態のときの電流分布HRS_initialの上限値が3μA、電流分布LRS_initialの下限値が16μAとする。
(1)データ「0」が記憶されるとき:
真のデータを記憶する記憶素子MC11には3μAが流れ、補完データを記憶する記憶素子/MC11には16μAが流れる。両者の電流差は13μAであり、センスアンプ10は、差信号の良好な検出結果により、データ「0」を出力する。
(2)データ「1」が記憶されるとき:
真のデータを記憶する記憶素子MC11には16μAが流れ、補完データを記憶する記憶素子/MC11には3μAが流れる。両者の電流差は13μAであり、センスアンプ10は、差信号の良好な検出結果により、データ「1」を出力する。
ここで、記憶素子MC11にテールビットのシフトが生じ、電流分布HRS_driftの上限値が6μA(+3μAのシフト)、電流分布LRS_driftの下限値が10μA(−6μAのシフト)になったとする。
(1)データ「0」が記憶されるとき:
記憶素子MC11には6μAが流れ、記憶素子/MC11には16μAが流れる。両者の電流差は10μAであり、センスアンプ10は、差信号の良好な検出結果により、データ「0」を出力する。
(2)データ「1」が記憶されるとき:
記憶素子MC11には、10μAが流れ、記憶素子/MC11には3μAが流れる。両者の電流差は7μAである。マージンが小さくなると、センスアンプ10は、差信号の検出を正しく行えない場合があり、つまり、正しくデータ「1」を出力できなくなる場合がある。
そうした理由から、抵抗変化型メモリは、誤り検出・訂正を行うためのECC回路を搭載するが、ECC処理を実行することで読出し速度が低下し、ECC回路によりチップ上の一定の面積が占有されてしまう。特に、誤り検出・訂正することができる能力(ビット数)が大きくなれば、その問題は顕著である。
本発明の目的は、データ読出しの信頼性を改善しかつ面積効率の良い半導体記憶装置を提供することである。
本発明に係る半導体記憶装置は、複数の記憶素子を含むメモリアレイと、前記複数の記憶素子の中から選択された一対の記憶素子に同一データを書込む書込み手段と、前記複数の記憶素子の中から選択された一対の記憶素子に記憶されたデータを読出す読出し手段とを有し、前記読出し手段は、一対の記憶素子の各々に流れる電流の合計と基準値とを比較し、比較結果に基づきデータを出力するセンスアンプを含む。
ある実施態様では、前記書込み手段は、行方向に隣接する一対の記憶素子に同一データを書込む。ある実施態様では、前記記憶素子は、可逆性かつ不揮発性の可変抵抗素子と当該可変抵抗素子に接続されたアクセス用トランジスタとを含み、前記書込み手段は、一対の記憶素子のそれぞれの可変抵抗素子をセットまたはリセットする。ある実施態様では、前記メモリアレイは、前記基準値を生成するためのダミーの記憶素子を含む。ある実施態様では、前記ダミーの記憶素子は、セットされた可変抵抗素子を流れる電流とリセットされた可変抵抗素子を流れる電流との間の電流を流すように設定される。ある実施態様では、半導体記憶装置はさらに、リテンション特性またはエンデュランス特性に応じて前記基準値を設定する手段を含む。ある実施態様では、半導体記憶装置は、アドレス情報に基づき行方向の記憶素子を選択する行選択手段と、アドレス情報に基づき列方向の記憶素子を選択する列選択手段とを含み、前記書込み手段は、前記行選択手段および前記列選択手段によって選択された一対の記憶素子に同一データを書込み、前記読出し手段は、前記行選択手段および前記列選択手段によって選択された一対の記憶素子に記憶されたデータを読出す。
本発明に係る半導体記憶装置のデータの読出し方法は、メモリセルアレイに含まれる複数の記憶素子の中から選択された一対の記憶素子に同一データを書込み、前記一対の記憶素子からデータを読出すとき、当該一対の記憶素子の各々に流れる電流の合計と基準値とを比較し、比較結果に基づきデータを出力する。
ある実施態様では、前記記憶素子は、可逆性かつ不揮発性の可変抵抗素子と当該可変抵抗素子に接続されたアクセス用トランジスタとを含む。ある実施態様では、前記記憶素子は、可変抵抗素子を含み、前記基準値は、セットされた可変抵抗素子に流れる電流とリセットされた可変抵抗素子に流れる電流との間の電流に設定される。ある実施態様では、前記基準値は、リテンション特性またはエンデュランス特性に応じて可変される。
本発明によれば、選択された一対の記憶素子に同一データを書込み、当該選択された一対の記憶素子からデータを読み出すとき、一対の記憶素子の各々に流れる電流の合計と基準値とを比較し、その比較結果に基づきデータを出力するようにしたので、従来の読出し方法と比較して、データ読出しの信頼性を向上させることができる。その結果、読出しデータの誤り検出・訂正機能を削減することができ、その占有面積を減らすことができる。
従来の抵抗変化型ランダムアクセスメモリの概略図である。 従来の抵抗変化型ランダムアクセスメモリの相補データを書込む2T×2Rの構成を説明する図である。 従来の2T×2Rのデータの読出し方法を説明する図である。 セット/リセット時の電流分布にテールビットシフトが生じた例を示す図である。 本発明の実施例に係る抵抗変化型ランダムアクセスメモリの構成を示す図である。 本発明の実施例に係る読出し方法を説明する図である。
次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明の1つの実施態様として、抵抗変化型ランダムアクセスメモリを例示する。
図5は、本発明の実施例に係る抵抗変化型ランダムアクセスメモリの概略構成を示すブロック図である。本実施例の抵抗変化型メモリ100は、可変抵抗素子およびアクセス用トランジスタを含む記憶素子が行列状に複数配列されたメモリアレイ110と、行アドレスAxに基づきワード線WLの選択および駆動を行う行デコーダおよび駆動回路(X−DEC)120と、列アドレスAyに基づきビット線BLおよびソース線SLを選択する列デコーダ(Y−DEC)130と、入出力バッファ140を介して外部から受け取ったコマンド、アドレス、データ等に基づき各部を制御する制御回路150と、ビット線BLおよびソース線SLを介して記憶素子から読み出されたデータをセンスするセンスアンプ160と、読出し動作時にビット線BLやソース線SLにバイアス電圧を印加したり、書込み動作時の書込みデータに応じたパルス電圧をビット線BLやソース線SLに印加したり、読出し動作時に読出し動作のための電圧をビット線BLやソース線SLに印加する書込みドライバ・読出しバイアス回路170とを含んで構成される。
本実施例では、図2に示したように、2T×2Rの一対の記憶素子を利用してデータの書込みおよび読出しが行われるが、従来のように、一対の記憶素子に相補データを記憶させるのではなく、一対の記憶素子に同一のデータを記憶させる。例えば、図2の例で言えば、記憶素子MC11と記憶素子MC/11は、同じ状態にセットまたはリセットされ、つまり、同一のデータ「1」またはデータ「0」が書込まれる。
センスアンプ160は、内部データバスDOを介して制御回路150に接続され、センスアンプ160でセンスされた結果は、内部データバスDOを介して制御回路150へ出力される。なお、センスアンプ160の詳細は、後述する。
書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、内部データバスDIを介して制御回路150に接続され、内部データバスDIを介して書込みデータを受け取る。書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、選択された一対の記憶素子をセットする場合には、例えば、ビット線BLに正の電圧、ソース線SLにGNDを印加し、一対の記憶素子のそれぞれの可変抵抗素子を低抵抗状態にする。選択された一対の記憶素子をリセットする場合には、ビット線BLにGNDを印加し、ソース線SLに正の電圧を印加し、セットのときとは逆極性の電流を可変抵抗素子に流し、一対の記憶素子のそれぞれの可変抵抗素子を高抵抗状態にする。
制御回路150は、入出力バッファ140を介して外部から入力されたコマンドに基づき読出しや書込みの制御を行う。書込み動作が行われるとき、行デコーダ120は、入力された行アドレスAxに基づきワード線WLを選択し、列デコーダ130は、入力された列アドレスAyに基づき一対のビット線BLおよびソース線SLを選択し、これにより一対の記憶素子が選択される。例えば、図2の例で言えば、行アドレスに基づきワード線WL1が選択され、列アドレスに基づき一対のビット線BL1、/BL1と、一対のソース線SL1、/SL1とが選択され、これにより、一対の記憶素子MC11、/MC11へのアクセスが可能になる。また、書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、入力された書込みデータに基づき、グローバルビット線GBLおよびグローバルソース線GSLを介して、選択されたビット線およびソース線にバイアス電圧を印加し、選択された一対の記憶素子に同一のデータ「0」、または同一のデータ「1」を書込む。
読出動作が行われるとき、行デコーダ120は、入力された行アドレスAxに基づきワード線WLを選択し、列デコーダ130は、入力された列アドレスAyに基づき一対のビット線BLおよびソース線SLを選択し、これにより一対の記憶素子が選択される。また、書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、グローバルビット線GBLおよびグローバルソース線GSLを介して、選択されたビット線およびソース線に読出し用のバイアス電圧を印加する。センスアンプ160は、選択された一対の記憶素子から読み出されたデータをセンスし、そのセンス結果を制御回路150へ出力する。
次に、本実施例によるデータの読出し方法について図6を参照して説明する。本例では、行デコーダ120によってワード線WL1が選択され、列デコーダ130によって1組のビット線BL1およびソース線SL1と、もう1組のビット線/BL1およびソース線/SL1とが選択され、一対の記憶素子MC_A、MC_Bが選択されるものとする。
上記したように一対の記憶素子MC_A、MC_Bには、同一のデータが書込まれる。読出し動作時、書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、制御回路150からの指示により、トランジスタQ1〜Q8を制御し、選択されたビット線BL1およびソース線SL1と、選択されたビット線/BL1およびソース線/SL1に読出し用のバイアス電圧を印加する。
センスアンプ160の一方の入力には、選択されたビット線BL1とビット線/BL1が結合され、他方の入力には、基準電流Irefを生成する基準生成部162が結合される。センスアンプ160は、制御回路150からのセンスイネーブル信号SAEに応答して活性化され、それぞれの入力に流れる電流に応じた電圧を比較し、その比較結果を出力する。
ワード線WL1を介してアクセス用トランジスタがオンされ、記憶素子MC_A、MC_Bには、ビット線を介して読出し用の電圧が印加され、記憶素子MC_A、MC_Bには、可変抵抗素子のセットまたはリセットに応じた電流I_A、I_Bがビット線からソース線に向けて流れる。記憶素子MC_A、MC_Bが正常な状態、つまりテールビットシフトが生じる前であれば、理想的には、I_Aは、I_Bに等しい。センスアンプ160の一方の入力には、電流I_Aと電流I_Bの合計電流、またはその合計電流を表した電圧が生成される。
基準電流Irefは、図4に示す電流分布HRS_initialの上限値と、電流分布LRS_initialの下限値との間に設定される。基準生成部162は、任意の構成であることができ、例えば、記憶素子のレプリカ(ダミー)、電流源回路、抵抗、トランジスタ等を用いて構成され基準電流Irefを生成する。また、ある実施態様では、基準生成部162は、制御回路150からの指示に応じて基準電流Irefを可変するようにしてもよい。制御回路150は、可変抵抗素子のリテンション特性やエンデュランス特性に応じて基準電流Irefを設定することができる。例えば、制御回路150は、書き換え回数をカウントし、カウント結果を不揮発性記憶領域に保持させ、書き換え回数に応じて基準電流Irefを可変する。基準生成回路162が、ダミーの記憶素子を用いて構成される場合には、書込みドライバ・読出しバイアス回路170は、可変抵抗素子の抵抗が可変されるようにダミーの記憶素子をプログラムするようにしてもよい。あるいは、ダミーの記憶素子のアクセス用トランジスタの動作電圧(例えば、ゲート電圧)を制御することで、基準電流Irefを可変するようにしてもよい。さらに他の実施態様として、制御回路150は、外部からのユーザコマンドに応じて基準電流Irefの設定値を変更するようにしてもよい。
従来のセンスアンプ10は、真のデータを記憶する記憶素子を流れる電流と補完データを記憶する記憶素子を流れる電流とを比較したが、本実施例では、センスアンプ160は、記憶素子MC_Aを流れる電流I_Aと、記憶素子MC_Bを流れる電流I_Bの合計と、基準電流Irefとを比較し、一対の記憶素子MC_A、MC_Bに記憶されたデータを感知し、その感知結果を出力する。
ここで、図4に例示した条件と同一条件で読出しを行う例について説明する。初期状態または通常状態のときの電流分布HRS_initialの上限値が3μA、電流分布LRS_initialの下限値が16μAとする。
(1)データ「0」が記憶されるとき:
記憶素子MC_Aには3μAが流れ、記憶素子MC_Bには3μAが流れ、両者の合計電流は6μAである。
(2)データ「1」が記憶されるとき:
記憶素子MC_Aには16μAが流れ、記憶素子MC_Bには16μAが流れる。両者の合計電流は32μAである。
データ「0」とデータ「1」のときのウインドウ幅は26μA(32μA−6μA)であり、基準電流Irefは、その間に設定される。
記憶素子MC_Aにテールビットのシフトが生じ、電流分布HRS_driftの上限値が6μA(+3μAのシフト)、電流分布LRS_driftの下限値が10μA(−6μAのシフト)になったとする。
(1)データ「0」が記憶されるとき:
記憶素子MC_Aには6μAが流れ、記憶素子MC_Bには3μAが流れる。両者の合計電流は9μAである。
(2)データ「1」が記憶されるとき:
記憶素子MC_Aには、10μAが流れ、記憶素子MC_Bには16μAが流れる。両者合計電流は26μAである。
一方の記憶素子MC_Aにテールビットシフトが生じても、データ「0」とデータ「1」との間のウインドウ幅は17μA(26μA−9μA)であり、基準電流Irefは17.5μA(9μA+8.5μA)に設定される。この読出しマージンは、従来の読出し方法のときよりも大きいことがわかる。
このように本実施例によれば、一対の記憶素子の各々に流れる電流の合計と基準値とを比較するようにしたので、仮に一方の記憶素子のリテンション特性やエンデュランス特性が劣化しテールビットシフトが生じても、基準値との差(マージン)を従来の読出し方法のときよりも大きくすることができる。このため、従来の読出し方法と比較して、データ読出しの信頼性を向上させることができ、その結果、ECC回路の能力を低減し、ECC回路の小型化および占有面積を削減し、記憶素子の集積度を高くすることができる。同時に、ECC処理による読出し時のアクセス速度の低下を抑制することができる。
上記実施例では、記憶素子が2次元アレイ状に形成された抵抗変化型メモリを例示したが、本発明の読出し方法は、記憶素子が3次元構造に形成された抵抗変化型メモリにも適用することができる。さらに本発明の読出し方法は、抵抗変化型メモリ以外の他の半導体記憶装置、例えば、ランダムアクセスが可能なNOR型フラッシュメモリ等にも適用することができる。
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
100:抵抗変化型メモリ
110:メモリアレイ
120:行デコーダおよび駆動回路(X−DEC)
130:列デコーダおよび駆動回路(Y−DEC)
140:入出力バッファ
150:制御回路
160:センスアンプ
170:書込みドライバ・読出しバイアス回路170

Claims (3)

  1. 複数の記憶素子と基準値を生成するためのダミーの記憶素子とを含むメモリアレイであって、各記憶素子が可逆性かつ不揮発性の可変抵抗素子を含む、前記メモリアレイと、
    前記複数の記憶素子の中から選択された一対の記憶素子に同一データを書込む書込み手段と、
    前記複数の記憶素子の中から選択された一対の記憶素子に記憶されたデータを読出す読出し手段と、
    書き換え回数をカウントし、カウント結果に基づきリテンション特性またはエンデュランス特性に応じた基準電流を表す基準値を設定するため前記ダミーの記憶素子の可変抵抗素子の抵抗を可変する設定手段とを含み、
    前記読出し手段は、列アドレス情報に基づき一対のビット線と一対のソース線とを選択し、選択された一対のビット線と一対のソース線に読出し用のバイアス電圧を印加し、さらに選択された一対のビット線から選択された一対の記憶素子を介して選択された一対のソース線に流れる電流の合計と前記基準値とを比較し、比較結果に基づきデータを出力するセンスアンプを含み、
    前記設定手段は、セットされたときに可変抵抗素子を流れる電流とリセットされたときに可変抵抗素子を流れる電流との間の電流を設定する、半導体記憶装置。
  2. 前記記憶素子は、前記可変抵抗素子に接続されたアクセス用トランジスタとを含み、
    アクセス用トランジスタのゲートがワード線に接続され、アクセス用トランジスタの一方の端子がソース線に接続され、他方の端子が前記可変抵抗素子の一方の端子に接続され、前記可変抵抗素子の他方の端子がビット線に接続される、請求項に記載の半導体記憶装置。
  3. 半導体記憶装置は、アドレス情報に基づき行方向の記憶素子を選択する行選択手段と、アドレス情報に基づき列方向の記憶素子を選択する列選択手段とを含み、
    前記書込み手段は、前記行選択手段および前記列選択手段によって選択された一対の記憶素子に同一データを書込み、
    前記読出し手段は、前記行選択手段および前記列選択手段によって選択された一対の記憶素子に記憶されたデータを読出す、請求項1または2に記載の半導体記憶装置。
JP2018024250A 2018-02-14 2018-02-14 半導体記憶装置 Active JP6599494B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018024250A JP6599494B2 (ja) 2018-02-14 2018-02-14 半導体記憶装置
TW108100635A TWI672697B (zh) 2018-02-14 2019-01-08 半導體記憶體元件
US16/249,907 US10777272B2 (en) 2018-02-14 2019-01-17 Semiconductor memory device
KR1020190007687A KR102128188B1 (ko) 2018-02-14 2019-01-21 반도체 메모리 장치
CN201910108551.2A CN110164496B (zh) 2018-02-14 2019-02-03 半导体存储器元件及其读取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018024250A JP6599494B2 (ja) 2018-02-14 2018-02-14 半導体記憶装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019139827A JP2019139827A (ja) 2019-08-22
JP6599494B2 true JP6599494B2 (ja) 2019-10-30

Family

ID=67540828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018024250A Active JP6599494B2 (ja) 2018-02-14 2018-02-14 半導体記憶装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10777272B2 (ja)
JP (1) JP6599494B2 (ja)
KR (1) KR102128188B1 (ja)
CN (1) CN110164496B (ja)
TW (1) TWI672697B (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220014387A (ko) * 2020-07-24 2022-02-07 삼성전자주식회사 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법
US11605418B2 (en) * 2020-10-26 2023-03-14 Micron Technology, Inc. Memory device architecture using multiple physical cells per bit to improve read margin and to alleviate the need for managing demarcation read voltages
US11373705B2 (en) * 2020-11-23 2022-06-28 Micron Technology, Inc. Dynamically boosting read voltage for a memory device
JP7185748B1 (ja) * 2021-12-07 2022-12-07 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション 半導体記憶装置
US20240185899A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-06 Macronix International Co., Ltd. Managing reference currents in semiconductor devices

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5623795A (en) 1979-08-03 1981-03-06 Hitachi Ltd Device for arranging circular part
JP2003242771A (ja) * 2002-02-15 2003-08-29 Toshiba Corp 半導体記憶装置
JP2007012180A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Renesas Technology Corp 半導体記憶装置
US7796424B2 (en) * 2007-06-21 2010-09-14 Qimonda North America Corp. Memory device having drift compensated read operation and associated method
US8325508B2 (en) * 2009-06-08 2012-12-04 Panasonic Corporation Writing method for variable resistance nonvolatile memory element, and variable resistance nonvolatile memory device
KR101194933B1 (ko) 2010-12-08 2012-10-25 에스케이하이닉스 주식회사 비휘발성 메모리 장치
JP5390551B2 (ja) * 2011-03-02 2014-01-15 株式会社東芝 半導体記憶装置およびそのテスト方法
JP5267629B2 (ja) * 2011-09-05 2013-08-21 凸版印刷株式会社 不揮発性メモリ
US8885400B2 (en) * 2013-02-21 2014-11-11 Sandisk 3D Llc Compensation scheme for non-volatile memory
US10157669B2 (en) * 2013-04-02 2018-12-18 Micron Technology, Inc. Method of storing and retrieving information for a resistive random access memory (RRAM) with multi-memory cells per bit
US9196362B2 (en) * 2013-04-05 2015-11-24 Sandisk 3D Llc Multiple layer forming scheme for vertical cross point reram
TWI503842B (zh) 2013-11-28 2015-10-11 Winbond Electronics Corp 電阻式記憶體裝置及其記憶胞
US9196373B2 (en) * 2014-02-26 2015-11-24 Sandisk 3D Llc Timed multiplex sensing
CN103839585A (zh) 2014-03-03 2014-06-04 山东华芯半导体有限公司 一种具有读取自参考功能的 2-1t1r rram 存储单元
JP5748877B1 (ja) 2014-03-07 2015-07-15 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション 抵抗変化型メモリ
US9324426B2 (en) 2014-06-02 2016-04-26 Integrated Silicon Solution, Inc. Method for improving sensing margin of resistive memory
CN105448331B (zh) * 2014-08-22 2017-12-01 华邦电子股份有限公司 电阻式随机存取存储器电路以及读取方法
US20160148686A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Ememory Technology Inc. Memory cell array of resistive random-access memories
US9484094B2 (en) * 2015-01-21 2016-11-01 Ememory Technology Inc. Control method of resistive random-access memory
KR20170097811A (ko) * 2016-02-18 2017-08-29 에스케이하이닉스 주식회사 저항성 메모리 장치 및 이를 위한 전압 생성 회로
CN107180649B (zh) * 2016-03-11 2021-01-15 联华电子股份有限公司 半导体存储器元件及操作半导体存储器元件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110164496A (zh) 2019-08-23
KR20190098691A (ko) 2019-08-22
TW201935481A (zh) 2019-09-01
US20190252019A1 (en) 2019-08-15
KR102128188B1 (ko) 2020-06-30
US10777272B2 (en) 2020-09-15
JP2019139827A (ja) 2019-08-22
TWI672697B (zh) 2019-09-21
CN110164496B (zh) 2021-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6599494B2 (ja) 半導体記憶装置
JP5642649B2 (ja) 半導体記憶装置及び半導体装置
WO2006134732A1 (ja) 半導体記憶装置
US8451643B2 (en) Semiconductor memory device rewriting data after execution of multiple read operations
JP2013004143A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JP2011204302A (ja) 半導体記憶装置
US11735260B2 (en) Semiconductor memory device
JP5748877B1 (ja) 抵抗変化型メモリ
KR20170106751A (ko) 비휘발성 메모리 장치 및 이의 검증 라이트 방법
US11043249B2 (en) Memory devices with improved refreshing operation
KR102471567B1 (ko) 메모리 장치 및 메모리 장치의 제어 방법
JP6457792B2 (ja) 半導体記憶装置
JP5988061B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JP5774154B1 (ja) 抵抗変化型メモリ
JP2009080884A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JP7185748B1 (ja) 半導体記憶装置
WO2022102283A1 (ja) 半導体記憶装置
WO2021210475A1 (ja) 半導体記憶装置
JP2021170425A (ja) 半導体記憶装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190424

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190514

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190903

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20190903

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20190911

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20190917

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191001

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191002

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6599494

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250