[发明专利]非易失性半导体存储装置及其复位方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过向可变电阻元件施加电压而非易失地进行数据的写入的非易失性半导体存储装置及其复位方法。

背景技术

近年来，作为非易失性存储装置，非易失地存储可电改写的可变电阻元件的电阻值信息的ReRAM和/或PRAM作为闪速存储器的后继存储器而受人注目。作为ReRAM的存储元件的可变电阻元件，由电极/金属氧化物(二元系、三元系等)/电极构成。就可变电阻元件而言，已知有两种工作模式。其一是通过变换施加电压的极性而切换高电阻状态与低电阻状态的工作模式，其称为双极型。另一种并不变换施加电压的极性，而是通过对电压值与施加时间进行控制而切换高电阻状态与低电阻状态的工作模式，其称为单极型。

为了实现高密度存储单元阵列，单极型是优选的。这是因为，在单极型的情况下，无需使用晶体管，而通过在位线与字线的交叉点处重叠可变电阻元件和二极管等整流元件，就能够构成单元阵列。三维层叠电阻变化存储器，其是以通过叠层该存储层，不会使阵列部分的面积增大便可以增大存储容量为目的的(参照专利文献1)。

考虑使用单极型的可变电阻元件的情况。已知，在该情况下，通过以10ns-100ns左右的期间施加1.5V(若包括二极管的Vf部分0.6V则实际在BL(位线)上为2.1V左右)的电压、10nA左右的电流，使可变电阻元件从高电阻状态向低电阻状态变化。这称为置位操作。

若对该置位状态的元件，以500ns-2μs的期间持续施加0.6V(若包括二极管的Vf部分1.0V则实际在BL上为1.6V左右)的电压、1μA至10μA的电流，则从低电阻状态向高电阻状态变化。这称为复位操作。

通过监视读操作对可变电阻元件施加0.4V(若包括二极管的Vf部分0.8V则实际在BL上为1.2V左右)的电压而经由电阻元件流动的电流，来判定可变电阻元件是处于低电阻状态还是处于高电阻状态。

以上述内容为前提考虑复位操作。这里，置位电压VSET与复位电压VRESET接近，阵列的布线等的寄生电阻较大。在这样的情况下，在复位操作时，在从低电阻变为高电阻的瞬间，将对ReRAM元件施加超过置位电压VSET的电压，导致再次被置位。即，将发生误置位。作为针对该误置位的装置上的对策，优选，增大置位电压VSET与复位电压VRESET的电压差。

复位操作，其因热产生而引起相变化这样的模式是强有力的。因此，如果升高复位脉冲的电压，则焦耳热J的产生量(J＝V·I·t)也升高，应该能够缩短脉冲宽度。但是，那样的话复位电压VRESET将接近置位电压VSET，从而引起上述误置位问题的可能性升高。

专利文献1：特表2005-522045号公报

发明内容

本发明提供一种在短时间内能够执行复位操作且抑制了误置位的发生的非易失性半导体存储装置及其复位方法。

本发明的一种方式所涉及的非易失性半导体存储装置，具备：半导体基板；多个存储单元阵列，其层叠在该半导体基板上，且包括多条第一布线及多条第二布线以及存储单元，所述多条第一布线及多条第二布线以相互交叉的方式形成，所述存储单元配置在所述第一布线与所述第二布线的各交叉部分处且串联连接整流元件和可变电阻元件而成；以及控制电路，其选择驱动所述第一布线以及所述第二布线，其中，所述控制电路，执行将所述可变电阻元件的状态从低电阻状态形成为高电阻状态的复位操作，所述控制电路，在执行所述复位操作时，在将施加在所述可变电阻元件上的脉冲电压升高至第一电压之后，将其降低至低于所述第一电压且高于接地电压的第二电压。

本发明的一种实施方式所涉及的非易失性半导体存储装置的复位方法，是具有多个存储单元阵列的非易失性半导体存储装置的复位方法，该多个存储单元阵列层叠在半导体基板上且包括多条第一布线及多条第二布线以及存储单元，所述多条第一布线及多条第二布线以相互交叉的方式形成，所述存储单元配置在所述第一布线与所述第二布线的各交叉部分处且串联连接整流元件和可变电阻元件而成，该非易失性半导体存储装置的复位方法：在执行将所述可变电阻元件的状态从低电阻状态形成为高电阻状态的复位操作时，在将施加在所述可变电阻元件上的脉冲电压升高至第一电压之后，将其降低至低于所述第一电压且高于接地电压的第二电压。

本发明能够提供一种在短时间内能够执行复位操作且抑制了误置位的发生的非易失性半导体存储装置及其复位方法。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的非易失性半导体存储装置的基本结构的图；

图2是第1实施方式的非易失性半导体存储装置的电路图；