半导体存储设备制造技术

本发明专利技术实现一种半导体存储设备，其能够有效地执行在连续的读取动作中会可能发生的数据错误的检测和所述错误数据的校正。所述半导体存储设备(1)使用由金属氧化物制成的可变电阻元件以用于存储信息。在所述半导体存储设备(1)中采用ECC的编码数据的读取动作期间，当通过ECC电路(106)检测数据错误时，假设由于具有与所施加的读取电压脉冲的极性相同的极性的写入电压脉冲的施加而导致已经发生错误写入，具有与读取电压脉冲的极性相反的极性的写入电压脉冲被施加到从其中检测到错误的所有存储单元，以便校正从其中检测到错误的位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括分别在行方向和列方向上包括多个存储单元的存储单元阵列的半导体存储设备，其中存储单元中的每一个包括基于其中电阻由于电应力的施加而改变的电操作特性来存储信息的可变电阻元件。
技术介绍
以闪速存储器为代表的非易失性存储器已经被作为大容量和紧凑信息记录介质而广泛地用于计算机、通信、测量设备、自动控制设备和用于个人生活中的日常使用的设备。对于便宜且大容量的非易失性存储器的需求已经极大地增加了。其原因为如下。具体地，非易失性存储器是电可重写的，并且进一步地，即使断开电源，数据也不被擦除。根据这 个观点，其能够展现出作为容易携带的存储卡或蜂窝式电话、或者以非易失性方式在启动设备时存储作为初始化的数据的数据储存器或程序储存器的功能。然而，在闪速存储器中，与用于对逻辑值“0”进行编程的编程动作相比，其花费时间来执行将数据擦除至逻辑值“I”的擦除动作。因此，闪速存储器不能够以高速度操作。以块为基础执行擦除动作以便加速该动作。然而，由于以块为基础来执行擦除动作，所以引起不能够执行通过随机存取来写入的问题。鉴于此，在最近几年里已经广泛研究了取代闪速存储器的新的非易失性存储器。利用其中通过将电压施加到金属氧化膜来改变电阻的现象的电阻随机存取存储器在微细加工限制方面比闪速存储器更有利。电阻随机存取存储器还能够在低电压下操作，并且能够以高速度写入数据。因此，在最近几年里已经积极地进行了研究和开发(例如，参见日本未审查专利公开号 2002-537627,或 Baek, I. G.等，“Highly Scalable Non-volatileResistive Memory using Simple Binary Oxide Driven by Asymmetric UnipolarVoltage Pulses”， IEDM2004， pp. 587-590， 2004)。至于具有金属氧化膜的可变电阻元件的编程和擦除特性，在称作双极切换的驱动方法中，通过将具有反极性的电压脉冲施加到该元件而使得元件的电阻增加(高电阻状态)或降低(低电阻状态)。因此，可变电阻元件被通过将逻辑值应用到相应的电阻状态作为数据而用作存储器。由于能够以高速度在低电压下执行编程和擦除动作，所以使用具有金属氧化物的可变电阻元件的存储器能够以高速度写入可选的地址。因此，照惯例已经被开发并且使用在DRAM上的数据能够被使用在该非易失性存储器上。因此，可以期望移动设备的功耗方面的减少和可用性方面的改进。另一方面，存在由只有电阻随机存取存储器才有的属性所引起的待解决的问题。为了将半导体存储设备用作存储器，读取已写入的数据的动作是必要的。例如，为了作为信息而使用逻辑值“0”和逻辑值“I”中的一个被写入到其上的数据，除了在重写该数据时之外，必须总是正确地读取逻辑值“0”和逻辑值“ I”中的一个。另一方面，在使用具有金属氧化物的可变电阻元件的存储器上，数据被作为具有两个端子的可变电阻元件的电阻状态来存储。因此，必须仅通过两个端子之间施加的电压的幅度来控制用于改变可变电阻元件的电阻状态的编程和擦除以及电阻状态的读取。期望的是，在用于编程和擦除动作的电压与用于读取动作的电压之间存在足够的差值，以便防止通过读取动作的数据的错误写入。随着元件的微细加工和集成进步，用于编程动作和擦除动作的电压和电流的减小是必须的。另一方面，难以显著地减小读取电流以便实现高的读取速度。因此，其变得难以在编程电压及擦除电压和读取电压之间生成足够的差值。由于存储器的大容量而导致待安 装的元件的数量增加，从而在读取动作期间数据的错误写入的可能性增加。当在读取动作期间连续地从特定存储单元读取数据而不重写时，可能存在下述情况，其中电阻值逐渐地或以特定定时改变，并且当执行下一个读取动作时输出错误的数据，从而输出错误的信息。在下文中这种现象被称为“读取扰动”。作为针对错误写入的对策，称作ECC (错误检验和校正)的方法已经被广泛地用于闪速存储器或存储盘以便在读取动作期间增强可靠性。在这个方法中，检测错误数据，并且对从其中检测到错误的数据进行取反、校正和输出。然而，当在读取动作期间在数据上发生错误写入时，即使仅校正了该读取的输出，在连续读取动作期间也累积并且增加了对其进行错误写入的位。因此，对其进行错误写入的位的数量可能超过能够在ECC中被检测到并且校正的限度。例如，日本未审查专利公开号2010-3348提出一种方法，该方法当检测到数据错误时不仅对存储单元的输出而且对存储单元的数据进行校正。当每次检测到错误就重写并且校正写入到存储单元中的数据时，在如在闪速存储器中编程和擦除动作比读取动作慢许多数位(digit)的情况下，这个处理大大地影响了存储系统的数据读取速度并且使性能恶化。进一步地,为了校正读取输出，仅需要对读取数据取反(invert)。然而，当校正了存储单元中的数据时，可变电阻元件的写入动作是必要的，并且其过程是复杂的。特别地，当在检测到错误的情况下写入到存储单元中的数据将要被校正时，有必要确定该错误数据是什么。假设逻辑值“I”(例如，与高电阻状态相对应)和逻辑值“0”(例如，与低电阻状态相对应)能够被写入到的存储单元，有必要确定该数据错误是什么。特别地，必须确定该错误是否是使得逻辑值“I”被原始地写入到其的数据被改变为逻辑值“0”，或者该错误是否是使得逻辑值“0”被原始地写入到其的数据被改变为逻辑值“I”。因此，为了校正该数据，用于确定哪个错误被引起的时间是必需的。进一步地，在逻辑值“ I ”被改写为“0”的情况与逻辑值“0”被改写为“ I ”的情况之间，电路上的电压的施加条件大大不同。因此，在确定该状态之后，花费更多的时间来将用于期望的写入动作的电压施加状态设置到作为写入动作的目标的存储单元。在上述描述中，逻辑值“I”被设置为“高电阻状态”，而逻辑值“0”被设置为低电阻状态。然而，在逻辑值“I”被设置为“低电阻状态”而逻辑值“0”被设置为高电阻状态的情况下，相同的描述也是适用的
技术实现思路
鉴于上面提到的常规问题，本专利技术旨在提供一种半导体存储设备，其当检测并且校正在连续的读取动作期间可能产生的数据错误时能够有效地校正数据。本专利技术利用在下文中所描述的具有金属氧化物的可变电阻元件的特性，从而简化了用于对存储单元的数据错误进行校正的写入处理。制造了可变电阻元件。所述可变电阻元件包括具有上电极(Ta)、下电极(TiN)以及在所述上电极与所述下电极之间的Hf氧化膜(3 nm)的可变电阻器。具有与用于将所述可变电阻元件从高电阻状态写入到低电阻状态的写入电压脉冲(1.8V，50 nsec)的极性相同的极性的读取电压脉冲(0. 7V，100 nsec)被连续地施加到所述可变电阻元件以便进行第一读取动作。图8和9图示出了在这种情况下的5位可变电阻元件的低电阻状态和高电阻状态的读取扰动特性。特别地，图8是图示出了当在所述可变电阻元件处于所述低电阻状态中的情况下连续地施加所述读取电压脉冲而不施加所述写入电压脉冲时所述读取电压脉冲的施加次数和所述可变电阻元件的所述电阻值的变化的图。图9是图示出了当在所述可变电阻元件处于所述高电阻状态中的情况下连续地施加所述读取电压脉冲而不施加所述写入电压脉冲时所述读取电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体存储设备，包括：存储单元阵列，其包括：在行方向上和在列方向上的多个存储单元，所述存储单元中的每一个包括在可变电阻器的两端上具有电极的可变电阻元件；和限流元件，其被连接至所述可变电阻元件的一端上的所述电极，其中由于在两端之间的电应力的施加而导致通过两端之间的电阻特性所指定的所述可变电阻元件的电阻状态在两个或更多个不同的电阻状态之间变化，并且在所述变化之后的所述电阻状态之一被用于存储信息；以及控制电路，其控制：编码动作，其中对多个信息位执行错误校正编码，以便生成具有比所述多个信息位的位长度更长的位长度的编码数据；第一写入动作，其中具有第一极性的写入电压脉冲被施加到在与所述编码数据的第一逻辑值的位相对应的所选择的存储单元中的可变电阻元件的两端处的电极，以便将所述可变电阻元件改变到第一电阻状态；第二写入动作，其中具有与所述第一极性相反的第二极性的写入电压脉冲被施加到在与所述编码数据的第二逻辑值的位相对应的所选择的存储单元中的可变电阻元件的两端处的电极，以便将所述可变电阻元件改变到第二电阻状态；读取动作，其中具有所述第一极性的读取电压脉冲被施加到在与所述编码数据相对应的多个所选择的存储单元中的可变电阻元件的两端处的电极，以便读取所选择的存储单元的电阻状态作为编码数据；以及解码动作，其中检测并且校正通过所述读取动作所读取的所述编码数据中的错误，并且对所述编码数据进行解码，其中，当检测到所述解码动作中读取到的所述编码数据中的错误时，所述控制电路控制校正动作，其中选择与所述错误的错误位置相对应的存储单元，并且对与所述错误位置相对应的所有存储单元、对在所述存储单元阵列中存储的所述编码数据执行所述第二写入动作。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：名仓满，栗屋信义，石原数也，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：