驱动非易失性存储器的方法技术

作为具有电连接栅电极及基板的场效应晶体管（１）和使用了相变材料的电阻变化元件（２）的存储单元呈２维阵列状排列的、驱动非易失性存储器的方法，按照在规定的字线（ＷＬ↓［ｉ］）及位线（ＢＬ↓［ｊ］）之间施加上比场效应晶体管（１）的源极及基板间的ｐｎ结正向上升电压还大的电压的方式，在字线（ＷＬ↓［ｉ］）、位线（ＢＬ↓［ｊ］）及电压供给部（ＶＡ）的各个施加规定电压后，使施加到字线（ＷＬ↓［ｉ］）的电压急速或缓慢地返回初始电压，通过使该电阻变化元件（２）为高电阻或低电阻，消除或记录数据，通过使场效应晶体管（１）导通，检测该电阻变化元件（２）的电阻值，读出数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
近年，在便携电话或便携信息终端方面处理大量图像信息的需求也增多，希望有高速、低消耗功率且小型、大容量的非易失性存储器。其中，近年作为超高集成且可非易失动作的存储器也集中注意于利用具有根据结晶状态改变作为整体的电阻值特性的材料的存储器，所谓的相变存储器件。该器件作成通过2电极材料夹持由多只硫族(chalcogen)元素构成的相变材料的较简单构造，通过电流在2电极间流过，在相变材料内加焦耳热，使相变材料的结晶状态在非晶相和结晶相之间变化，实现数据的记录。例如在GeSbTe系的相变化材料等，通常以多种结晶混在材料中，原理上可模拟地使2电极间的电阻值变化。因而，这些相变材料不限于对数字存储器的应用，也期望对可记录多值的模拟存储器内的应用。由于在相变材料的存储器活性区域的结晶状态在室温是极其稳定的，所以超过十年的存储保持也是十分可能的。例如Ovshinsky的美国专利第5,296,716号公报(以下记作专利文献1)是示出有关相变存储器的技术水平的文献。此外，以电场效果型晶体管MOS作为开关元件使用的相变存储单元的构成由Lowrey等的美国专利6,314,014号公报(以下，记作专利文献2)上公开。图12是说明用现有技术的电场效应型晶体管的相变存储单元的图，(a)、(b)、(c)是分别示出相变存储单元的电路图，用了相变材料的电阻变化元件的截面图，用了相变材料的电阻变化元件的电流电压特性的图。(a)所示的电路图是与上述专利文献2上公开的电路图同样的电路图。本相变存储单元配备电场效应型晶体管(以下，记作MOS)90、由承担存储功能的相变材料构成的电阻变化元件91、数据输入输出用的位线BL、与栅电极连接使MOS90通/断进行数据输入输出控制的字线WL、电流或电压供给部VA。在这里，电阻变化元件91例如如(b)所示形成。即，电阻变化元件91配备上部电极100、GeSbTe(锗、锑、碲)等的相变材料膜101、氧化硅膜等层间绝缘膜103、作为发热加热器作用的金属插体(plug)104以及下部电极105。在这里，与电极插体(plug)104相接的相变材料膜101中的相变区域102，如后述所示，结晶状态变化。在图12(c)虚线所示，如果初始状态在作为高电阻(非晶质)的电阻变化元件上加电压，因为直到阈值电压Vth为止几乎完全没有电流流过，所以发热量少，维持高电阻状态(以下，也记作复位(reset)状态)，一旦施加电压超过阈值电压Vth，通过由电流产生的焦耳热使相变材料膜101的一部分(图12的(b)的相变区域102)结晶化，成为低电阻状态(以下，也记作设置(set)状态)。这样一来，使应用相变材料的电阻变化元件的设置状态及复位状态的电阻值通过分别例如与1及0数据对应，可以如上述所示地实现储存功能。为了使成为低电阻状态的相变材料再返回高电阻状态(复位状态)，也可以在电阻变化元件内流过规定阈值电流Ith以上的电流之后，急冷即可。如图12(c)所示地，可使电阻变化元件处于高电阻状态的电流区域I/Ith＞1称为复位电流区域，使处于低电阻状态的电流区域I/Ith＝0.6～1称为设置电流区域。在读出现在的电阻变化元件电阻值的情况下，为了回避读出扰动(read disturbance)(通过读出动作产生的电阻值变化)，有必要在低电流区域I/Ith＜0.6(施加电压在约0.45V以下)读出。例如，在如图12的(a)所示构成的存储单元，在电阻值读出时，有必要将在电压供给部VA上施加的电压设定在0.45V以下。然而，为了使相变存储器作成复位状态，即使在0.18μm法则(rule)的微细元件，各电阻变化元件也有必要流过1mA以上的大电流。为此，使用MOS作为开关元件的情况下，由于沟道宽度增大产生的占有面积增大，或必须提高施加栅电极电压引起的消耗功率增加，成为问题。此外，为了避免如上述所示，电阻值读出时的读出扰动，作为开关元件的MOS的源极·漏极之间未加足够的电压，存在所谓难以高速读出动作的问题，即使在低电压动作时也必须可得高驱动力的高性能开关元件。与本专利技术有关的文献一览表美国专利第5,296,716号公报(内容参照「
技术介绍
」栏)，美国专利第6,314,014号公报(内容参照「
技术介绍
」栏)，特开2003-100991号公报，在该文献内公开了相变型存储器与MOS晶体管的漏极区域连接的非易失存储元件。特开2001-210831号公报，在该文献内公开了与基板和栅极电连接的DTMOS。
技术实现思路
为了解决上述课题，本专利技术的目的是提供使作为开关元件利用了栅极和基板电连接着的MOS的非易失存储单元可低耗电且高性能动作的驱动方法。对达到上述目的的第一本专利技术的非易失性存储器进行驱动的方法是对配备以下构件的非易失性存储器的驱动方法，该非易失性存储器具有包括电连接栅电极及基板的n沟道电场效应晶体管，以及具有第一端子及第二端子、上述第一端子与上述场效应晶体管的源极连接、用相变材料形成的电阻变化元件，而且2维阵列状排列的多个存储单元；与各行的上述存储单元的上述栅极连接的字线；与各列的上述存储单元的上述第二端子连接的位线；和与全部上述场效应晶体管的漏极连接的共用电压供给部，在使第一存储单元配备的电阻变化元件为高电阻状态的情况下，顺序执行以下3个复位步骤(reset step)，即在全部上述字线及与上述第一存储单元连接的位线上加初始电压，而且在与上述第一存储单元连接的位线以外的位线及上述电压供给部上加上比上述初始电压大的第一电压的第一复位步骤，通过在与上述第一存储单元连接的字线上，以上述初始电压作为基准，加上比上述场效应晶体管的pn结正方向上升电压还大，大于等于上述第一电压，而且比上述第一电压和上述上升电压之和还小的第二电压，使复位电流在上述第一存储单元配备的电阻变化元件内流过的第二复位步骤，和在与上述第一存储单元连接的字线上加上上述初始电压的第三复位步骤；在使第二存储单元配备的电阻变化元件为低电阻状态的情况下，顺序执行以下3个设置步骤(set step)，即；在全部上述字线及与上述第二存储单元连接的位线上加初始电压，而且在与上述第二存储单元连接的位线以外的位线及上述电压供给部上加上比上述初始电压更大的第三电压的第一设置步骤，通过在与上述第一存储单元连接的字线上，以上述初始电压作为基准，加上比上述场效应晶体管的pn结正方向上升电压还大，大于等于上述第三电压，而且比上述第三电压和上述上升电压之和还小的第四电压，使设置电流在上述第二存储单元配备的电阻变化元件内流过的第二设置步骤，和在与上述第二存储单元连接的字线上加上上述初始电压的第三设置步骤；在读出第三存储单元配备的电阻变化元件状态的情况下，在与上述第三存储单元连接的字线上加上第五电压，在使上述第三存储单元配备的效应晶体管导通的同时，通过在与第三存储单元连接的位线和上述电压供给部之间产生电位差，流过电流，执行以在上述第三存储单元配备的电阻变化元件内流过的电流值作为在上述位线内流过的电流大小来检测的第一读出步骤。为了达到上述目的的第二本专利技术的是，该非易失性存储器具有包括电连接栅极及基板的p沟道场效应晶体管、以及具有第一端子及第二端子、上述第一端子与上述场效应晶体管的源极连接、用相变材料形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，该非易失性存储器包括：具有：电连接栅电极及基板的ｎ沟道场效应晶体管；以及具有第一端子及第二端子、所述第一端子与所述场效应晶体管的源极连接、使用相变材料形成的电阻变化元件，而且２维阵列状排列的多个存储单元，与各行的所述存储单元的所述栅电极连接的字线；与各列的所述存储单元的所述第二端子连接的位线；和与全部的所述场效应晶体管的漏极连接的共用电压供给部，在使第一存储单元具有的电阻变化元件成高电阻状态的情况下，顺序执行以下３个步骤：在全部所述字线及与所述第一存储单元连接的位线上施加初始电压，而且在与所述第一存储单元连接的位线以外的位线及所述电压供给部上施加比所述初始电压大的第一电压的第一复位步骤，通过在与所述第一存储单元连接的字线上，以所述初始电压作为基准，施加上比所述场效应晶体管的ｐｎ结的正向上升电压大的、在所述第一电压以上的、且比所述第一电压和所述上升电压之和小的第二电压，在所述第一存储单元所具有的电阻变化元件内流过复位电流的第二复位步骤，和在与所述第一存储单元连接的字线上施加所述初始电压的第三复位步骤，在使第二存储单元具有的电阻变化元件成低电阻状态的情况下，顺序执行以下３个步骤：在全部所述字线及与所述第二存储单元连接的位线上施加所述初始电压，而且在与所述第二存储单元连接的位线以外的位线及所述电压供给部上施加比所述初始电压还大的第三电压的第一设置步骤，通过在与所述第一存储单元连接的字线上，以所述初始电压作为基准，施加上比所述场效应晶体管的ｐｎ结的正向上升电压还大的、所述第三电压以上的、且比所述第三电压和所述上升电压的和小的第四电压，在所述第二存储单元具有的电阻变化元件内流过设置电流的第二设置步骤，和在与所述第二存储单元连接的字线上施加所述初始电压的第三设置步骤，在读出第三存储单元具有的电阻变化元件的状态的情况下，执行如下第一读出步骤；在与所述第三存储单元连接的字线上施加第五电压并使所述第三存储单元具有的场效应晶体管导通的同时，通过在与所述第三存储单元连接的位线和所述电压供给部之间产生电位差，流过电流，检测在所述第三存储单元所具有的电阻变化元件内流过的电流值作为在所述位线内流过的电流大小。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-6-25 180811/20031.一种驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，该非易失性存储器包括具有电连接栅电极及基板的n沟道场效应晶体管；以及具有第一端子及第二端子、所述第一端子与所述场效应晶体管的源极连接、使用相变材料形成的电阻变化元件，而且2维阵列状排列的多个存储单元，与各行的所述存储单元的所述栅电极连接的字线；与各列的所述存储单元的所述第二端子连接的位线；和与全部的所述场效应晶体管的漏极连接的共用电压供给部，在使第一存储单元具有的电阻变化元件成高电阻状态的情况下，顺序执行以下3个步骤在全部所述字线及与所述第一存储单元连接的位线上施加初始电压，而且在与所述第一存储单元连接的位线以外的位线及所述电压供给部上施加比所述初始电压大的第一电压的第一复位步骤，通过在与所述第一存储单元连接的字线上，以所述初始电压作为基准，施加上比所述场效应晶体管的pn结的正向上升电压大的、在所述第一电压以上的、且比所述第一电压和所述上升电压之和小的第二电压，在所述第一存储单元所具有的电阻变化元件内流过复位电流的第二复位步骤，和在与所述第一存储单元连接的字线上施加所述初始电压的第三复位步骤，在使第二存储单元具有的电阻变化元件成低电阻状态的情况下，顺序执行以下3个步骤在全部所述字线及与所述第二存储单元连接的位线上施加所述初始电压，而且在与所述第二存储单元连接的位线以外的位线及所述电压供给部上施加比所述初始电压还大的第三电压的第一设置步骤，通过在与所述第一存储单元连接的字线上，以所述初始电压作为基准，施加上比所述场效应晶体管的pn结的正向上升电压还大的、所述第三电压以上的、且比所述第三电压和所述上升电压的和小的第四电压，在所述第二存储单元具有的电阻变化元件内流过设置电流的第二设置步骤，和在与所述第二存储单元连接的字线上施加所述初始电压的第三设置步骤，在读出第三存储单元具有的电阻变化元件的状态的情况下，执行如下第一读出步骤；在与所述第三存储单元连接的字线上施加第五电压并使所述第三存储单元具有的场效应晶体管导通的同时，通过在与所述第三存储单元连接的位线和所述电压供给部之间产生电位差，流过电流，检测在所述第三存储单元所具有的电阻变化元件内流过的电流值作为在所述位线内流过的电流大小。2.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，在所述第三复位步骤，急速地施加所述初始电压。3.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，在所述第三设置步骤，缓慢地施加所述初始电压。4.如权利要求2所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，在所述第三设置步骤，缓慢地施加所述初始电压。5.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，所述初始电压为0V。6.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，在使全部所述电阻变化元件成高电阻状态的情况下，顺序执行以下步骤在全部所述字线及全部所述位线上施加所述初始电压，而且在所述电压供给部上施加所述第一电压的第一全复位步骤；在全部所述字线上施加所述第二电压的第二全复位步骤；和在全部所述字线上施加所述初始电压的第三全复位步骤。7.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，在使全部所述电阻变化元件成低电阻状态的情况下，顺序执行以下步骤在全部所述字线及全部所述位线上施加所述初始电压，而且在所述电压供给部上施加所述第三电压的第一全设置步骤；在全部所述字线上施加所述第四电压的第二全设置步骤；和在全部所述字线上施加所述初始电压的第三全设置步骤。8.如权利要求1所述的驱动非易失性存储器的方法，其特征在于，所述相变材料至少包含锗、锑、碲中的任一元素。9.如权利要求8所述的驱动非易失性存储器的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：森本廉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]