JP6753104B2 - 相補型スイッチユニットのプログラム方法、および半導体装置 - Google Patents
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Description
そこで、FPGA(Field Programmable Gate Array)などのプログラマブル論理集積回路(再構成可能回路)が提案されている。このプログラマブル論理集積回路では、論理演算回路の論理動作や配線の接続を示す構成情報をメモリに記憶する。メモリに記憶した構成情報を書き換えることで、論理動作や配線の接続の変更が可能である。一般に、構成情報を記憶するメモリ素子として、SRAM(Static Random Access Memory)セル、アンチフューズ、フローティングゲートMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタなどが用いられている。
そこで、電圧を印加することで電気抵抗が変化する抵抗変化素子を利用したプログラマブル論理集積回路が提案されている(非特許文献1参照)。このプログラマブル論理集積回路によれば、製造後に、配線接続の変更、回路の不具合の修正や仕様の変更が可能であり、電源投入時の回路構成情報をロードする手間を省くことも可能である。また、抵抗変化素子は配線層に形成可能であることから、チップ面積の縮小や電力性能比の向上を図ることができる。
抵抗変化素子をスイッチ用途で用いる場合、抵抗変化素子は信号伝送線上で使われるため、常時、抵抗変化素子を動作させる必要がある。抵抗変化素子を備えたスイッチユニットとして、1つのトランジスタと2つの抵抗変化素子とからなる1T2R構造の相補型スイッチユニットが提案されている(特許文献3、4参照)。また、1つの抵抗変化素子と1つのトランジスタとから構成される1T1R構造のスイッチユニット(特許文献5参照)も提案されている。
上記の相補型スイッチユニットは、1T1R構造のスイッチユニットと比較して、高性能で、かつ、信頼性が高い。
一方の抵抗変化素子をプログラムした後、他方の抵抗変化素子をプログラムする際に、プログラム中に、先にプログラムされた抵抗変化素子の抵抗状態が変動する。このため、先にプログラムされた抵抗変化素子を、再度、プログラムすることが必要となり、その結果、プログラムに要する時間が長くなり、利便性が低下し、テストコストが高くなるという問題がある。
本発明の目的は、上記問題を解決し、プログラムに要する時間を短くすることができ、テストコストを削減することができる、相補型スイッチユニットのプログラム方法及び半導体装置を提供することにある。
印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットのプログラム方法であって、
波形が異なる複数のパルスを前記第1及び第2の抵抗変化素子それぞれに異なるタイミングで供給する、相補型スイッチユニットのプログラム方法が提供される。
印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットと、
波形が異なる複数のパルスを前記第1及び第2の抵抗変化素子それぞれに異なるタイミングで供給するプログラム回路と、を有する、半導体装置が提供される。
図1Aに、本発明の一実施形態である半導体装置に用いられる抵抗変化素子の構造を模式的に示す。図1Bに、図1Aに示す抵抗変化素子の回路図を示す。
図1A及び図1Bを参照すると、抵抗変化素子10は、イオン伝導層11と、イオン伝導層11の一方の面に接して設けられた第1電極12と、イオン伝導層11の他方の面に接して設けられた第2電極13とを有する。図1Bにおいて、TR[1]は、第1電極12である第1端子を示し、TR[2]は、第2電極13である第2端子を示す。抵抗変化素子10は、例えば、遷移金属酸化物を用いたReRAM(Resistance Random Access Memory)や、イオン伝導体を用いたNanoBridge(登録商標)などで形成してもよい。
図1Cに、印加電圧と抵抗変化素子10の抵抗状態との関係を示す。第1端子TR[1]を「High」レベルに、第2端子TR[2]を「Low」レベルに設定すると、抵抗変化素子10は高抵抗状態(オフ状態)から低抵抗状態(オン状態)に遷移する。一方、第1端子TR[1]を「Low」レベルに、第2端子TR[2]を「High」レベルに設定すると、抵抗変化素子10は低抵抗状態(オン状態)から高抵抗状態(オフ状態)に遷移する。ここでは、抵抗変化素子10を高抵抗状態(オフ状態)から低抵抗状態(オン状態)に遷移させる動作をセット動作と呼び、抵抗変化素子10を低抵抗状態(オン状態)から高抵抗状態(オフ状態)に遷移させる動作をリセット動作と呼ぶ。
相補型スイッチユニット20は、印加電圧に応じて電気抵抗が変化する2つの抵抗変化素子10a、10bを有する。抵抗変化素子10a、10bは直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である。抵抗変化素子10a、10bとして、図1A〜図1Cを用いて説明した抵抗変化素子を用いることができる。ここで、互いの接続された端子が同一の極性であるとは、抵抗変化素子10a、10bの第1端子TR[1](第1電極12)同士を接続すること、又は、抵抗変化素子10a、10bの第2端子TR[2](第2電極13)同士を接続することを意味する。図2に示した例では、抵抗変化素子10aの第2端子TR[2](第2電極13)が、抵抗変化素子10bの第2端子TR[2](第2電極13)と接続されている。
プログラム回路21は、波形が異なる複数のパルスを抵抗変化素子10a、10bそれぞれに異なるタイミングで供給する。プログラム回路21は、抵抗変化素子10aへのパルスの供給と抵抗変化素子10bへのパルスの供給とを交互に行うことができる。抵抗変化素子10aへのパルスの供給は、端子T1、TSを介して行われる。抵抗変化素子10bへのパルスの供給は、端子T2、TSを介して行われる。
第2の抵抗状態は、高抵抗状態(オフ状態)または低抵抗状態(オン状態)を示す。第1の抵抗状態は、高抵抗状態と低抵抗状態の中間の抵抗状態を示す。第2の抵抗状態が低抵抗状態である場合、第1の抵抗状態の抵抗値は、第2の抵抗状態の抵抗値の2倍以上であることが望ましい。
さらに、第3のパルスのパルス幅が第1のパルスのパルス幅よりも大きくてもよく、第4のパルスのパルス幅が第2のパルスのパルス幅よりも大きくてもよい。一般に、抵抗変化素子の抵抗状態は、印加される電荷に依存するため、パルス幅が小さいほど、抵抗変化素子の抵抗値は高くなる。このため、最初のプログラムパルスのパルス幅は、最後のプログラムパルスのパルス幅よりも小さいことが望ましい。
さらに、第1及び第2のパルスの波形が同じであってもよく、第3及び第4のパルスの波形が同じであってもよい。
さらに、抵抗変化素子10a、10bは、バイポーラ型の不揮発性抵抗変化素子を構成してもよい。
さらに、抵抗変化素子10a、10bはそれぞれ、金属析出型の抵抗変化素子であってもよい。
図3に、複数の相補型スイッチユニット20がマトリクス状に配置されたクロスバースイッチの構造を示す。図3において、便宜上、プログラム回路21は示されていない。また、相補型スイッチユニット20は4つしか示されていないが、相補型スイッチユニット20の数は4つに限定されない。
信号用配線RV[n]と信号用配線RH[n]との交差部に設けられた相補型スイッチユニット20において、端子T1は信号用配線RV[n]に接続され、端子T2は信号用配線RH[n]に接続されている。これと同様、他の交差部の相補型スイッチユニット20においても、端子T1、T2が対応する信号用配線RV、RHに接続されている。
相補型スイッチユニット20を選択してパルスを供給する際に、選択対象でない相補型スイッチユニット20に、パルスが誤って供給されることを防止するために、選択トランジスタを用いることが望ましい。
図5を参照すると、垂直方向の信号用配線RV[n]、RV[n+1]と水平方向の信号用配線RH[n]、RH[n+1]とが互いに交差するように配置されている。信号用配線RV[n]、RV[n+1]と信号用配線RH[n]、RH[n+1]との各交差部に、相補型スイッチユニット20aが配置されている。
各交差部の相補型スイッチユニット20aにおいて、選択トランジスタ11のゲート端子TGは垂直方向の書き込み制御線SV(不図示)に接続され、端子TSは、水平方向の書き込み制御線GH(不図示)に接続されている。書き込み制御線SV、GHは、選択トランジスタ11を制御するために用いられる。
垂直方向の書き込み制御線SVは、垂直方向の信号用配線RVと平行に複数設けられている。水平方向の書き込み制御線GHは、水平方向の信号用配線RHと平行に複数設けられている。プログラム回路21は、書き込み制御線SV、GHの直交性を利用してクロスバースイッチ内の相補型スイッチユニット20aを選択する。プログラム回路21は、信号用配線RV、RHを経由して抵抗変化素子10a、10bに対する書き込みを行う書込みドライバを有する。選択された相補型スイッチユニット20では、選択トランジスタ11を介して、書込みドライバから信号用配線RV、RHを経由してパルスが供給され、抵抗変化素子10a、10bに対する書き込みが行われる。
図6に示すように、抵抗変化素子10aに対して電圧、および、電流が供給される書き込み動作W1が行われ、抵抗変化素子10bに対して電圧、および、電流が供給される書き込み動作W2が行われる。これら書き込み動作W1、W2は、同時に行うことはできない。これは、一方の抵抗変化素子が先に高抵抗状態から低抵抗状態に遷移すると、共通ノード(node0)の電位が増加し、他方の抵抗変化素子の端子間(node0-T2間)に必要な電圧を供給できないためである。このため、2つの抵抗変化素子は、どちらかを先に書くかどうかの順序が存在する。
抵抗変化素子10aを書き込む際は、信号用配線RH上に配置されたトランスミッションゲートを利用するか、もしくは、書込みドライバ自体をHigh-Z状態にして、端子T2をフローティング(High-Z)状態にする。同様に、抵抗変化素子10bを書き込む際は、端子T1をフローティング状態にする。
まず、抵抗変化素子10aを第1のパルスで中間状態にプログラムし、次いで、抵抗変化素子10bを第2のパルスで中間状態にプログラムする。この時、中間状態の抵抗値は、最終状態の抵抗値の2倍以上であることが好ましい。
例えば、ユニットスイッチをオフ状態からオン状態にプログラムする場合に、初期状態(オフ)の抵抗値が1GΩで、最終状態(オン)状態が1kΩである場合には、中間状態の抵抗値は少なくとも2kΩ以上であり、より好ましくは、5kΩ〜50kΩの範囲である。
最初に、抵抗変化素子10aに、電圧(v1)、電流(i1)、パルス幅(w1)の第1のプログラミングパルスを与え、抵抗変化素子10aを第1の抵抗状態(r1)へプログラムする。
次に、抵抗変化素子10aに電圧(v3)、電流(i3)、パルス幅(w3)の第3のプログラミングパルスを与え、抵抗変化素子10aを第2の抵抗状態(r3)へプログラムする。
最後に、抵抗変化素子10bに電圧(v4)、電流(i4)、パルス幅(w4)の第4のプログラミングパルスを与え、抵抗変化素子10bを第2の抵抗状態(r4)へプログラムする。このとき、第3のプログラミングパルスと第4のプログラミングパルスは同一波形(v3=v4、i3=i4、w3=w4)を用いることができる。
抵抗変化素子10aのディスターブ不良を低減するためには、v3はv1よりも小さく、v4はv2よりも小さいことが好ましい。これにより、先にプログラムされた抵抗変化素子10aを最終状態にプログラムする際に印可される電圧を低くすることができる。例えば、抵抗変化素子10a、10bをv1=v2=3.0Vで中間状態にプログラムした後、v3=v4=2.0Vで最終状態にプログラムする。このように、初期状態から中間状態を介して最終状態に遷移させることで、最終状態への遷移のために必要なプログラム電圧を低くする。これにより、抵抗変化素子10bのプログラム時に印可されるディスターブ電圧を1V下げることができるので、不良を効果的に抑制することができる。
第1のプログラムパルスを用いて抵抗変化素子10a、10bを初期状態から中間状態へプログラムし、次いで、第2のプログラムパルスを用いて抵抗変化素子10a、10bを中間状態から最終状態へプログラムする。第1のプログラムパルスにおいて、V=3.0V、I=100μA、W=100nsである。第2のプログラムパルスにおいて、V=2.3V、I=300μA、W=1μsである。図8から分かるように、抵抗変化素子10aは不良なくプログラムされている。
図10に、比較例のプログラム方法における抵抗変化素子10a、10bのプログラム動作を説明するためのタイミングチャートを示す。図10において、上段の波形は抵抗変化素子10a、10bに供給されるパルスの電流レベルを示し、中段の波形は抵抗変化素子10a、10bに供給されるパルスの電圧レベルを示し、下段の波形は抵抗変化素子10a、10bそれぞれの抵抗レベルの変化を示す。
図11A及び図11Bは、図10に示した比較例のプログラム方法におけるディスターブ不良を説明するための図である。図5に示したクロスバースイッチと同様、比較例のプログラム方法においても、抵抗変化素子10a、10bへのプログラム電流の供給は、ユニットスイッチ毎に配置されている選択トランジスタによって選択される。抵抗変化素子10a、10bに流れるプログラム電流は、選択トランジスタのゲート電圧によって制御することができる。
図11Aに示すように、抵抗変化素子10bをプログラムするために、抵抗変化素子10bの一端にプログラム電圧(Vset)を印加する。このとき、抵抗変化素子10aの一端は、High−Zか、プログラム電圧Vsetの1/2の値に制御される。
抵抗変化素子10bの抵抗状態の変化が始まるまでは、印加されたプログラム電圧Vsetがほぼ抵抗変化素子10bに印加される。抵抗変化素子10bの抵抗状態の変化が始まると、供給電圧が分圧されると同時に、プログラムするための電流i2が抵抗変化素子10bに流れ、電流i3がトランジスタ11に流れ、電流i1が抵抗変化素子10aに流れる。図10Bには、抵抗変化素子10bが最終状態に到達した直後の状態が示めされている。このとき、電流i1は抵抗変化素子10aをリセット方向(高抵抗化する方向)に流れる。プログラム電圧Vsetが大きいほど、Hihg−zについている寄生容量が大きいほど、抵抗変化素子10bの抵抗変化が急峻であるほど、リセット方向に電流i1が流れる。この電流i1は、抵抗変化素子10aのディスターブ不良を起こす可能性を高くする。電流i1によって反転してしまった素子については、再度プログラムする必要が生じるため、テストコストの増大を招く。例えば、ユニットスイッチの書き込みに、約200ppm以上の再プログラミングが必要である。
図12Aに示す状態では、抵抗変化素子10a、10bのそれぞれが中間状態にプログラムされており、それぞれの抵抗値は10kΩである。中間状態の抵抗値10kΩは、最終状態の抵抗値よりも10倍大きいため、ディスターブ不良をひき起こす電流i2が小さくなり、その結果、ディスターブ不良は無視できるほど小さくなる。
図12Bには、抵抗変化素子10aを1kΩにプログラムする場合の電流の流れる状態が示されている。抵抗変化素子10aはすでに中間状態へ遷移しており、低い電圧(Vset2)でプログラムすることができるので、抵抗変化素子10bへのディスターブ不良を小さくすることができる。抵抗変化素子10bは中間状態であり、その抵抗値は大きいので、抵抗変化素子10bに流れ込む電流i2は小さい。これによっても、抵抗変化素子10bへのディスターブ不良を小さくすることができる。
上述した本実施形態の半導体装置およびプログラム方法において、構成及び動作は、適宜に変更することができる。例えば、相補型スイッチユニットは、図13に示すような3端子固体電解質スイッチの形態であってもよい。
第1の電極は、第1上部電極904aと第2上部電極904bからなる積層構造を有し、抵抗変化膜903の上面に接するように設けられている。第1上部電極904aは、抵抗変化膜903の上面に接している。第2上部電極904bの上面には、上面保護膜907が設けられている。
抵抗変化膜903は、第1の層間絶縁膜901に開口されたホールを介して、銅配線層910aの銅配線908aの表面、ならびに、銅配線層910bの銅配線908bの表面に接している。開口されたホール部分では、抵抗変化膜903の下面は、銅配線層910aの銅配線908aと銅配線層910bの銅配線908bとからなる第2の電極に接し、抵抗変化膜903の上面は、第1の電極と接する。換言すると、抵抗変化素子999は、二つの「銅フィラメント析出型抵抗変化素子」が第2の電極を介して並列に連結されていた3端子固体電解質スイッチと呼ぶことができる。
例えば、抵抗変化膜903は、SiOを含む有機ポリマー膜等の固体電解質を用いて形成してもよい。また、第1上部電極904aは、Ruを用いて形成してもよく、第2上部電極904bは、Ta、あるいはTaNを用いて形成してもよい。
上面保護膜907及び保護絶縁膜906は、同一材料を用いて形成することが好ましい。保護絶縁膜906及び上面保護膜907は、第2の層間絶縁膜902を形成する過程で、抵抗変化膜903、第1上部電極904a及び第2上部電極904bが、酸素による酸化を受けることを防止し、また、水分の侵入を防止する機能を有する。さらには、抵抗変化膜903を形成する固体電解質として、イオン伝導性を示す酸化膜を採用する場合には、保護絶縁膜906は、固体電解質からの酸素の脱離を防ぐ機能を有する。保護絶縁膜906及び上面保護膜907は、例えば、SiN膜、SiCN膜等を用いて形成することが好ましい。
第2の層間絶縁膜902は、第1の層間絶縁膜901と直接接している。さらに、第2の層間絶縁膜902の上部に、第3の層間絶縁膜916が形成されている。第3の層間絶縁膜916は、第2の層間絶縁膜902と直接接している。
銅配線層915の表面は、銅配線914から銅が拡散することを防止するため、絶縁性バリア膜912で被覆されている。第1の層間絶縁膜901と同様に、絶縁性バリア膜912は、SiN膜、SiCN膜などで形成されてもよい。
上記のように構成されたスイッチユニットにおいて、第2の層間絶縁膜902と第3の層間絶縁膜916は、異なる絶縁材料で形成される。また、第3の層間絶縁膜916と絶縁性バリア膜912は、異なる絶縁材料で形成される。同様に、層間絶縁膜911と、絶縁性バリア膜として機能する第1の層間絶縁膜901は、異なる絶縁材料で形成される。さらには、第1の層間絶縁膜901と第2の層間絶縁膜902は、異なる絶縁材料で形成される。
保護絶縁膜906、上面保護膜907は、例えば、SiN膜、SiCN膜など形成することが好ましい。SiN膜、SiCN膜は、酸素透過性や水分の透過性を有していないので、第2の層間絶縁膜902の形成過程において、抵抗変化膜903、第1上部電極904a及び第2上部電極904bを保護するのに有効である。
比誘電率の大小関係は、「第1の層間絶縁膜901の絶縁材料」>「第2の層間絶縁膜902の絶縁材料」>「第3の層間絶縁膜916の絶縁材料」の条件を満たすことが好ましい。
「第1の層間絶縁膜901の絶縁材料」として、比誘電率の高い(k=7)絶縁材料、例えば、SiN膜、SiCN膜を選択する。この場合、「第2の層間絶縁膜902の絶縁材料」として、比誘電率が中程度(k=3.5〜4.5)程度の絶縁材料、例えば、SiO2膜を選択することが好ましい。また、「第3の層間絶縁膜916の絶縁材料」として、比誘電率が低い(k=2.5〜3.5)の絶縁材料、例えば、SiOCH膜を選択することが好ましい。
なお、保護絶縁膜906及び上面保護膜907は、第1の層間絶縁膜901よりも緻密な膜であると、保護特性が勝り、好ましい。その条件を満たすためには、保護絶縁膜906及び上面保護膜907の絶縁材料の比誘電率が、第1の層間絶縁膜901の絶縁材料の比誘電率よりも高いことが好ましい。例えば、保護絶縁膜906及び上面保護膜907をSiN膜で形成し、第1の層間絶縁膜901の絶縁材料をSiCN膜で形成することが好ましい。
凹部に形成さる抵抗変化膜903は、銅配線層910aのバリアメタル909a、あるいは、銅配線層910bのバリアメタル909bと接する。抵抗変化膜903が、第1の電極と、銅配線層910aのバリアメタル909a、あるいは、銅配線層910bのバリアメタル909bとにより挟まれる構成は、金属フィラメント析出型の抵抗変化素子として機能しない。
銅配線層910a、910bは、電気的に分離されており、それぞれ独立に電圧を印加することが可能である。よって、第1の部位の「銅フィラメント析出型抵抗変化素子」及び第2の部位の「銅フィラメント析出型抵抗変化素子」は、互いに独立して、スイッチングを行うことが可能となっている。
例えば、最終状態にプログラムする順番は、抵抗変化素子10bが先であってもよい。この場合、外部バイアスを切り替える必要がないので、より短時間でプログラムすることができる。
また、本発明の半導体装置におけるプログラム方法を実現する機能は、抵抗変化素子を実装したFPGAなどの書き込みツールとして、実装することも可能である。
また、抵抗変化素子として、金属架橋型の抵抗変化素子を主に説明したが、本発明はこれら抵抗変化素子に限定されるものではない。例えば、MRAM(Magnetic RAM)、PRAM(Phase change Random Access Memory)、ReRAMなどの抵抗変化素子を二つ用いて一つのユニットスイッチとして用いる場合にも、本発明を適用することができる。
半導体基板上の銅配線上部に抵抗変化素子を形成する例について説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明を、メモリ回路を有する半導体製品、マイクロプロセッサなどの論理回路を有する半導体製品、あるいはそれらを掲載したボードやパッケージの銅配線上へも適用することができる。この場合、メモリ回路としては、例えば、DRAM(Dynamic RAM)、SRAM、フラッシュメモリ、FRAM(登録商標)(Ferro Electric RAM)、MRAM、抵抗変化型メモリ、バイポーラトランジスタ等が挙げられる。
さらに、本発明は、不揮発性と抵抗変化特性の双方を利用したメモリ素子などにも適用することができる。
[付記1]
印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットのプログラム方法であって、
波形が異なる複数のパルスを前記第1及び第2の抵抗変化素子それぞれに異なるタイミングで供給する、相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記2]
前記第1の抵抗変化素子へのパルスの供給と前記第2の抵抗変化素子へのパルスの供給を交互に行う、付記1に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記3]
第1のパルスを前記第1の抵抗変化素子に供給して前記第1の抵抗変化素子を第1の抵抗状態に遷移させ、
第2のパルスを前記第2の抵抗変化素子に供給して前記第2の抵抗変化素子を前記第1の抵抗状態に遷移させ、
前記第1のパルスとは波形が異なる第3のパルスを前記第1の抵抗変化素子に供給して前記第1の抵抗変化素子を前記第1の抵抗状態とは抵抗値が異なる第2の抵抗状態に遷移させ、
前記第2のパルスとは波形が異なる第4のパルスを前記第2の抵抗変化素子に供給して前記第2の抵抗変化素子を前記第2の抵抗状態に遷移させる、付記1または2に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記4]
前記第1の抵抗状態の抵抗値が前記第2の抵抗状態の抵抗値の2倍以上である、付記3に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記5]
前記第3のパルスの電流値が前記第1のパルスの電流値よりも大きく、前記第4のパルスの電流値が前記第2のパルスの電流値よりも大きい、付記3または4に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記6]
前記第3のパルスのパルス幅が前記第1のパルスのパルス幅よりも大きく、前記第4のパルスのパルス幅が前記第2のパルスのパルス幅よりも大きい、付記3から5のいずれか一つに記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記7]
前記第3のパルスの電圧値が前記第1のパルスの電圧値よりも小さく、前記第4のパルスの電圧値が前記第2のパルスの電圧値よりも小さい、付記3から6のいずれか一つに記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記8]
前記第1及び第2のパルスの波形が同じであり、前記第3及び第4のパルスの波形が同じである、付記3から7のいずれか一つに記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記9]
前記第1及び第2の抵抗変化素子は、バイポーラ型の不揮発性抵抗変化素子を構成する、付記1から8のいずれか一つに記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記10]
前記第1及び第2の抵抗変化素子はそれぞれ、金属析出型の抵抗変化素子である、付記1から9のいずれか一つに記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
[付記11]
印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットと、
波形が異なる複数のパルスを前記第1及び第2の抵抗変化素子それぞれに異なるタイミングで供給するプログラム回路と、を有する、半導体装置。
[付記12]
前記プログラム回路は、前記第1の抵抗変化素子へのパルスの供給と前記第2の抵抗変化素子へのパルスの供給を交互に行う、付記11に記載の半導体装置。
[付記13]
前記プログラム回路は、
第1のパルスを前記第1の抵抗変化素子に供給して前記第1の抵抗変化素子を第1の抵抗状態に遷移させ、
第2のパルスを前記第2の抵抗変化素子に供給して前記第2の抵抗変化素子を前記第1の抵抗状態に遷移させ、
前記第1のパルスとは波形が異なる第3のパルスを前記第1の抵抗変化素子に供給して前記第1の抵抗変化素子を前記第1の抵抗状態とは抵抗値が異なる第2の抵抗状態に遷移させ、
前記第2のパルスとは波形が異なる第4のパルスを前記第2の抵抗変化素子に供給して前記第2の抵抗変化素子を前記第2の抵抗状態に遷移させる、付記11または12に記載の半導体装置。
[付記14]
前記第1の抵抗状態の抵抗値が前記第2の抵抗状態の抵抗値の2倍以上である、付記13に記載の半導体装置。
[付記15]
前記第3のパルスの電流値が前記第1のパルスの電流値よりも大きく、前記第4のパルスの電流値が前記第2のパルスの電流値よりも大きい、付記13または14に記載の半導体装置。
[付記16]
前記第3のパルスのパルス幅が前記第1のパルスのパルス幅よりも大きく、前記第4のパルスのパルス幅が前記第2のパルスのパルス幅よりも大きい、付記13から15のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記17]
前記第3のパルスの電圧値が前記第1のパルスの電圧値よりも小さく、前記第4のパルスの電圧値が前記第2のパルスの電圧値よりも小さい、付記13から16のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記18]
前記第1及び第2のパルスの波形が同じであり、前記第3及び第4のパルスの波形が同じである、付記13から17のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記19]
前記第1及び第2の抵抗変化素子は、バイポーラ型の不揮発性抵抗変化素子を構成する、付記11から18のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記20]
前記第1及び第2の抵抗変化素子はそれぞれ、金属析出型の抵抗変化素子である、付記11から19のいずれか一つに記載の半導体装置。
[付記21]
付記1〜10に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
20 相補型スイッチユニット
21 プログラム回路
Claims (7)
- 印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットのプログラム方法であって、
プログラム回路が、前記第1の抵抗変化素子に第1のパルスを供給して、前記第1の抵抗変化素子を、高抵抗状態と低抵抗状態との中間の状態である中間抵抗状態に遷移させ、その後、前記第2の抵抗変化素子に第2のパルスを供給して、前記第2の抵抗変化素子を、前記中間抵抗状態に遷移させ、その後、前記第1の抵抗変化素子に、前記第1のパルスと同じ極性であり且つ前記第1のパルスの電圧値よりも絶対値が小さい電圧値の第3のパルスを供給して、前記第1の抵抗変化素子を、前記低抵抗状態に遷移させ、その後、前記第2の抵抗変化素子に、前記第2のパルスと同じ極性であり且つ前記第2のパルスの電圧値よりも絶対値が小さい電圧値の第4のパルスを供給して、前記第2の抵抗変化素子を、前記低抵抗状態に遷移させる、相補型スイッチユニットのプログラム方法。 - 前記中間状態の抵抗値が前記低抵抗状態の抵抗値の2倍以上である、請求項1に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
- 前記第3のパルスのパルス幅が前記第1のパルスのパルス幅よりも大きく、前記第4のパルスのパルス幅が前記第2のパルスのパルス幅よりも大きい、請求項1または2に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
- 前記第3のパルスの電圧値が前記第1のパルスの電圧値よりも小さく、前記第4のパルスの電圧値が前記第2のパルスの電圧値よりも小さい、請求項1から3のいずれか1項に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
- 前記第1及び第2のパルスの波形が同じであり、前記第3及び第4のパルスの波形が同じである、請求項1から4のいずれか1項に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
- 前記第1及び第2の抵抗変化素子はそれぞれ、金属析出型の抵抗変化素子である、請求項1から5のいずれか1項に記載の相補型スイッチユニットのプログラム方法。
- 印加電圧に応じて電気抵抗が変化する第1及び第2の抵抗変化素子を有し、該第1及び第2の抵抗変化素子は直列に接続され、互いの接続された端子が同一の極性である相補型スイッチユニットと、
前記第1及び第2の抵抗変化素子にパルスを供給するプログラム回路と、を有し、
前記プログラム回路が、前記第1の抵抗変化素子に第1のパルスを供給して、前記第1の抵抗変化素子を、高抵抗状態と低抵抗状態との中間の状態である中間抵抗状態に遷移させ、その後、前記第2の抵抗変化素子に第2のパルスを供給して、前記第2の抵抗変化素子を、前記中間抵抗状態に遷移させ、その後、前記第1の抵抗変化素子に、前記第1のパルスと同じ極性であり且つ前記第1のパルスの電圧値よりも絶対値が小さい電圧値の第3のパルスを供給して、前記第1の抵抗変化素子を、前記低抵抗状態に遷移させ、その後、前記第2の抵抗変化素子に、前記第2のパルスと同じ極性であり且つ前記第2のパルスの電圧値よりも絶対値が小さい電圧値の第4のパルスを供給して、前記第2の抵抗変化素子を、前記低抵抗状態に遷移させる、半導体装置。
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