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JP2012038397A - Resistance change memory and forming method thereof - Google Patents

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JP2012038397A
JP2012038397A JP2010179836A JP2010179836A JP2012038397A JP 2012038397 A JP2012038397 A JP 2012038397A JP 2010179836 A JP2010179836 A JP 2010179836A JP 2010179836 A JP2010179836 A JP 2010179836A JP 2012038397 A JP2012038397 A JP 2012038397A
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JP
Japan
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forming
voltage
wiring
memory cell
resistance change
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Pending
Application number
JP2010179836A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Shigeoka
隆 重岡
Tetsuji Kunitake
哲司 國武
Hironori Wakai
広紀 若井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistance change memory and a forming method thereof, capable of enhancing reliability of a memory cell.SOLUTION: A resistance change memory in an embodiment comprises: a memory cell having a variable resistance element and a rectification element which are series connected; first wiring electrically connected to a cathode side of the rectification element; second wiring electrically connected to an anode side of the rectification element; a voltage generating circuit which generates a voltage applied to the first wiring and the second wiring; and a state machine which controls the voltage generating circuit such that a first forming voltage is applied to the first wiring and a ground potential is applied to the second wiring during a first forming operation.

Description

本発明の実施形態は、可変抵抗素子の抵抗値の変化によりデータを記憶する抵抗変化メモリ及びそのフォーミング方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a resistance change memory that stores data according to a change in resistance value of a variable resistance element and a forming method thereof.

近年、電気的に書き換え可能な可変抵抗素子の抵抗値の変化(高抵抗状態又は低抵抗状態)を不揮発に記憶する抵抗変化メモリ(ReRAM;Resistance Random Access Memory)が開発されている。   In recent years, a resistance change memory (ReRAM; Resistance Random Access Memory) that stores a change in resistance value (high resistance state or low resistance state) of an electrically rewritable variable resistance in a nonvolatile manner has been developed.

この抵抗変化メモリにおいて、メモリセル構造を形成した後、それをメモリセルとして使用可能な状態、すなわち、高抵抗状態と低抵抗状態との間で遷移可能な状態にするために、書き込み電圧よりも大きい電圧を印加するフォーミング動作を実行する必要がある。   In this resistance change memory, after forming the memory cell structure, in order to make it usable as a memory cell, that is, in a state in which it can transition between a high resistance state and a low resistance state, It is necessary to perform a forming operation in which a large voltage is applied.

特開2005−522045号公報JP 2005-522045 A 特開2008−227267号公報JP 2008-227267 A

本発明は、メモリセルの信頼性を向上させることができる抵抗変化メモリ及びそのフォーミング方法を提供する。   The present invention provides a resistance change memory capable of improving the reliability of a memory cell and a forming method thereof.

本実施形態によれば、抵抗変化メモリは、可変抵抗素子と整流素子を有し、前記可変抵抗素子と前記整流素子が直列接続されたメモリセルと、前記整流素子のカソード側と電気的に接続された第1の配線と、
前記整流素子のアノード側と電気的に接続された第2の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線に印加する電圧を生成する電圧生成回路と、第1フォーミング動作のとき、前記第1の配線に第1フォーミング電圧を印加し、前記第2の配線に接地電位を印加するよう前記電圧生成回路を制御するステートマシンと
を備えることを特徴とする。
According to this embodiment, the resistance change memory includes a variable resistance element and a rectifying element, and is electrically connected to a memory cell in which the variable resistance element and the rectifying element are connected in series, and a cathode side of the rectifying element. The first wiring made,
A second wiring electrically connected to the anode side of the rectifying element, a voltage generation circuit that generates a voltage to be applied to the first wiring and the second wiring, and a first forming operation, And a state machine that controls the voltage generation circuit to apply a first forming voltage to the first wiring and to apply a ground potential to the second wiring.

本実施形態によれば、抵抗変化メモリのフォーミング方法は、可変抵抗素子と整流素子を有し、前記可変抵抗素子と前記整流素子が直列接続されたメモリセルを有する抵抗変化メモリのフォーミング方法であって、(A)前記整流素子のカソード側に接続された第1の配線に第1フォーミング電圧を印加し、前記整流素子のアノード側に接続された第2の配線に接地電位を印加する工程とを備えることを特徴とする。   According to this embodiment, the resistance change memory forming method is a resistance change memory forming method including a variable resistance element and a rectifying element, and having a memory cell in which the variable resistance element and the rectifying element are connected in series. (A) applying a first forming voltage to the first wiring connected to the cathode side of the rectifying element and applying a ground potential to the second wiring connected to the anode side of the rectifying element; It is characterized by providing.

本実施形態の抵抗変化メモリを示すブロック図。The block diagram which shows the resistance change memory of this embodiment. 本実施形態のメモリセルアレイの一部を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a part of the memory cell array according to the embodiment. 図2のI−I断面のうち、1のメモリセルの部分を抜き出した断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of one memory cell portion extracted from the II cross section of FIG. 2. 本実施形態の判定回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the determination circuit of this embodiment. 本実施形態のフォーミング方法における第1フォーミング工程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the 1st forming process in the forming method of this embodiment. 本実施形態のフォーミング方法における判定工程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the determination process in the forming method of this embodiment. 本実施形態にフォーミング方法における第2フォーミング工程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the 2nd forming process in the forming method in this embodiment.

(実施形態)
次に、本実施形態について図面を参照しながら説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
(Embodiment)
Next, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

[抵抗変化メモリの構成]
本実施形態における抵抗変化メモリの構成を図1乃至図3を用いて説明する。
[Configuration of resistance change memory]
The configuration of the resistance change memory according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

図1のブロック図に示すように、抵抗変化メモリ100は、メモリセルアレイ10、メモリセルアレイ10に接続されたカラム制御回路11、メモリセルアレイ10に接続されたロウ制御回路12、データ入出力バッファ13、アドレスレジスタ14、コマンドインターフェイス回路(図では、コマンドI/F)15、抵抗変化メモリ100全体の制御を司るステートマシン16、カラム制御回路11及びロウ制御回路12と接続された電圧生成回路17を備える。   As shown in the block diagram of FIG. 1, the resistance change memory 100 includes a memory cell array 10, a column control circuit 11 connected to the memory cell array 10, a row control circuit 12 connected to the memory cell array 10, a data input / output buffer 13, An address register 14, a command interface circuit (command I / F in the figure) 15, a state machine 16 that controls the entire resistance change memory 100, a voltage generation circuit 17 connected to the column control circuit 11 and the row control circuit 12 are provided. .

<メモリセルアレイ>
メモリセルアレイ10には、半導体基板(図示略)の上方に、図2の斜視図に示すように、複数本のビット線(第1の配線ともいう)BL0〜BL2が第1の方向に離間して平行に配設され、複数本のワード線(第2の配線ともいう)WL0〜WL2が第1の方向に直交する第2の方向に離間して平行に配設される。
<Memory cell array>
In the memory cell array 10, a plurality of bit lines (also referred to as first wirings) BL0 to BL2 are spaced apart in a first direction above a semiconductor substrate (not shown) as shown in the perspective view of FIG. A plurality of word lines (also referred to as second wirings) WL0 to WL2 are arranged in parallel spaced apart from each other in a second direction orthogonal to the first direction.

上眺視するときビット線BL0〜BL2とワード線WL0〜WL2の交差する交差部に、メモリセルMが両配線に挟まれるように配設される。   When viewed from above, the memory cells M are disposed between the wiring lines at the intersections between the bit lines BL0 to BL2 and the word lines WL0 to WL2.

ここで、ビット線BLやワード線WLは、熱に強く、且つ抵抗値の低い材料が望ましく、例えばW、WSi、NiSi、CoSi等が用いられる。   Here, the bit line BL and the word line WL are preferably made of a material that is resistant to heat and has a low resistance value. For example, W, WSi, NiSi, CoSi or the like is used.

ここで、メモリセルMは、可変抵抗素子(抵抗値が電圧の印加により遷移可能な物質であり、例えばNiO、HfOを用いる)VRとダイオードDIが直列接続された構造を有する。   Here, the memory cell M has a structure in which a variable resistance element (a substance whose resistance value can be changed by applying a voltage, for example, using NiO or HfO) VR and a diode DI are connected in series.

例えば、ダイオードDIとしてPINダイオードDIを用いた場合には、図3の断面図に示すように、PINダイオードDIは、ワード線WLj側からp+型層D1、n−型層D2、及びn+型層D3が積層された構造を有する。なお、「+」「−」の符号は、不純物濃度の大小を示す。   For example, when a PIN diode DI is used as the diode DI, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the PIN diode DI includes a p + type layer D1, an n− type layer D2, and an n + type layer from the word line WLj side. D3 has a stacked structure. The symbols “+” and “−” indicate the impurity concentration.

図3に示すように、ワード線WLjと可変抵抗素子VRの間に電極EL1が配設され、可変抵抗素子VRとPINダイオードDIの間に電極EL2が配設され、PINダイオードDIとビット線BL1の間に電極EL3が配設される。ここで、電極EL1乃至EL3の材料として、Pt,Au,Ag,TiAlN,SrRuO,Ru,RuN,Ir,Co,Ti,TiN,TaN,LaNiO,Al,PtIrOx, PtRhOx,Rh/TaAlN、W等が用いられる。   As shown in FIG. 3, an electrode EL1 is disposed between the word line WLj and the variable resistance element VR, an electrode EL2 is disposed between the variable resistance element VR and the PIN diode DI, and the PIN diode DI and the bit line BL1. The electrode EL3 is disposed between the two. Here, as materials for the electrodes EL1 to EL3, Pt, Au, Ag, TiAlN, SrRuO, Ru, RuN, Ir, Co, Ti, TiN, TaN, LaNiO, Al, PtIrOx, PtRhOx, Rh / TaAlN, W, and the like. Used.

なお、可変抵抗素子VRとダイオードDIの位置を入れ替えてもよく、配向性を一様にするようなメタルを電極EL1乃至EL3に形成してもよい。   Note that the positions of the variable resistance element VR and the diode DI may be interchanged, and a metal that makes the orientation uniform may be formed on the electrodes EL1 to EL3.

<カラム制御回路>
カラム制御回路11は、アドレスレジスタ14から入力されるカラムアドレスをデコードして、メモリセルアレイ10のビット線BLを制御する。カラム制御回路11で選択されたビット線BLに、後述する電圧生成回路17を用いて、例えばフォーミング電圧(フォーミングに必要な電圧を意味する)が供給される。
<Column control circuit>
The column control circuit 11 decodes the column address input from the address register 14 and controls the bit line BL of the memory cell array 10. For example, a forming voltage (which means a voltage necessary for forming) is supplied to the bit line BL selected by the column control circuit 11 using a voltage generation circuit 17 described later.

また、カラム制御回路11内に図4に示す判定回路20を備える。この判定回路20は、基準電流IstとメモリセルMのセル電流Icellを比較して、フォーミングが十分か否か判定するためのものである。この基準電流Istは、メモリセルMの可変抵抗素子に十分なフィラメントパスが形成されたときの電流である。この基準電流Istのデータは、例えば後述するステートマシン16内のROMに保存されている。なお、この基準電流Istのデータは外部のホスト機器に保存されていてもよい。   Further, the column control circuit 11 includes a determination circuit 20 shown in FIG. The determination circuit 20 compares the reference current Ist and the cell current Icell of the memory cell M to determine whether or not forming is sufficient. This reference current Ist is a current when a sufficient filament path is formed in the variable resistance element of the memory cell M. The reference current Ist data is stored in, for example, a ROM in the state machine 16 described later. The reference current Ist data may be stored in an external host device.

判定回路20は、電流ミラー回路21乃至24、差動増幅器25、基準電流生成回路26を備える。   The determination circuit 20 includes current mirror circuits 21 to 24, a differential amplifier 25, and a reference current generation circuit 26.

電流ミラー回路21は、メモリセルMに流れるセル電流Icellを電流ミラー回路22乃至24に供給する機能を有する。電流ミラー回路22乃至24は、それぞれNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)31,32、Pチャネル型トランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ。)41乃至43、NMOSトランジスタ51,52をカレントミラー接続してなる。   The current mirror circuit 21 has a function of supplying a cell current Icell flowing through the memory cell M to the current mirror circuits 22 to 24. The current mirror circuits 22 to 24 have N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as NMOS transistors) 31 and 32, P-channel transistors (hereinafter referred to as PMOS transistors) 41 to 43, and NMOS transistors 51 and 52, respectively. Mirror connection.

基準電流生成回路26は、基準電流Istを生成して、その基準電流Istに対応する電圧CVGをノードXに発生させる機能を有する。そして、差動増幅器25は、電流Icellに基づいてノードYに発生する電圧と、このノードXの電圧とを差動増幅して、出力信号OUTを出力する。この出力信号OUTにより、基準電流Istとセル電流Icellを比較する。   The reference current generation circuit 26 has a function of generating a reference current Ist and generating a voltage CVG corresponding to the reference current Ist at the node X. The differential amplifier 25 differentially amplifies the voltage generated at the node Y based on the current Icell and the voltage at the node X, and outputs an output signal OUT. Based on this output signal OUT, the reference current Ist and the cell current Icell are compared.

<ロウ制御回路>
ロウ制御回路12は、アドレスレジスタ14から入力されるロウアドレスをデコードして、メモリセルアレイ10の所定のワード線WLを選択する。ロウ制御回路12で選択されたワード線WLに、後述する電圧生成回路17を用いて、データの書き込み又は読み出しなどに必要な電圧が供給される。
<Row control circuit>
The row control circuit 12 decodes the row address input from the address register 14 and selects a predetermined word line WL in the memory cell array 10. A voltage necessary for data writing or reading is supplied to the word line WL selected by the row control circuit 12 using a voltage generation circuit 17 described later.

<データ入出力バッファ>
データ入出力バッファ13は、外部のホスト機器18にI/O線(外部I/O)を介して接続され、書き込みデータ、アドレスデータやコマンドデータの入出力を行う。
<Data input / output buffer>
The data input / output buffer 13 is connected to an external host device 18 via an I / O line (external I / O), and inputs / outputs write data, address data, and command data.

例えば、ホスト機器18から書き込みデータがデータ入出力バッファ13に入力されると、データ入出力バッファ13は、書き込みデータをカラム制御回路11に出力する。   For example, when write data is input from the host device 18 to the data input / output buffer 13, the data input / output buffer 13 outputs the write data to the column control circuit 11.

また、アドレスデータがデータ入出力バッファ13に入力されると、データ入出力バッファ13は、このアドレスデータをアドレスレジスタ14に出力する。   When address data is input to the data input / output buffer 13, the data input / output buffer 13 outputs this address data to the address register 14.

さらに、コマンドデータがデータ入出力バッファ13に入力されると、データ入出力バッファ13は、コマンドデータをコマンドインターフェイス回路15に入力する。   Further, when command data is input to the data input / output buffer 13, the data input / output buffer 13 inputs the command data to the command interface circuit 15.

<コマンドインターフェイス回路>
コマンドインターフェイス回路15には、ホスト機器18から外部制御信号が入力される。この外部制御信号を用いて、コマンドインターフェイス回路15は、データ入出力バッファ13から入力されたデータがコマンドデータかを判断し、コマンドデータであれば、コマンド信号としてステートマシン16に入力する。
<Command interface circuit>
An external control signal is input from the host device 18 to the command interface circuit 15. Using this external control signal, the command interface circuit 15 determines whether the data input from the data input / output buffer 13 is command data, and if it is command data, inputs it to the state machine 16 as a command signal.

<ステートマシン>
ステートマシン16は、動作モードに応じて入力されるコマンド信号に基づいて、フォーミング動作、データの書き込み又はデータの読み出しなどのシーケンスの制御を内部制御信号で行う。また、ステートマシン16は、第1フォーミング動作後に、基準電流生成回路26の出力信号OUTに基づいて、フォーミングが十分に行われなかったメモリセル(説明の便宜上、フォーミングを十分に行うとメモリセルとなる部分を、フォーミングを十分に行われたと判定されるまでフォーミングが終了していないメモリセルとも呼ぶ。)に対して第2フォーミングを行うよう、内部制御信号で制御を行う。
<State machine>
The state machine 16 performs sequence control such as forming operation, data writing, or data reading by an internal control signal based on a command signal input according to the operation mode. Further, the state machine 16 is configured such that after the first forming operation, the memory cell that has not been sufficiently formed based on the output signal OUT of the reference current generation circuit 26 (for convenience of description, if the forming is sufficiently performed, This portion is also referred to as a memory cell that has not been formed until it is determined that the forming has been sufficiently performed.) Control is performed using an internal control signal so that the second forming is performed.

<電圧生成回路>
電圧生成回路17は、チャージポンプ回路(図示略)で昇圧された電圧を生成する回路である。電圧生成回路17は、カラム制御回路11とロウ制御回路12で選択された任意の配線に、クロックを用いて昇圧された電圧を供給する。この電圧生成回路17は、上記のステートマシン16から出力される内部制御信号により制御される。
<Voltage generation circuit>
The voltage generation circuit 17 is a circuit that generates a voltage boosted by a charge pump circuit (not shown). The voltage generation circuit 17 supplies a voltage boosted using a clock to an arbitrary wiring selected by the column control circuit 11 and the row control circuit 12. The voltage generation circuit 17 is controlled by an internal control signal output from the state machine 16 described above.

[抵抗変化メモリのフォーミング方法]
次に、本実施形態における抵抗変化メモリのフォーミング方法について、図5及び図7のフローチャート図を用いて説明する。
[Formation method of resistance change memory]
Next, the forming method of the resistance change memory according to this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

<第1フォーミング工程>
第1フォーミング工程は、メモリセルアレイ10内のメモリセル構造全てに一括で、フォーミングを行う工程である。具体的な工程は、図5に示すように以下のとおりである。
<First forming process>
The first forming process is a process for forming all the memory cell structures in the memory cell array 10 collectively. Specific steps are as follows as shown in FIG.

まず、ステップS1で、ステートマシン16は、内部制御信号でカラム制御回路11とロウ制御回路12を制御し、全ビット線及び全ワード線を選択する。   First, in step S1, the state machine 16 controls the column control circuit 11 and the row control circuit 12 with an internal control signal, and selects all bit lines and all word lines.

ステップS2で、電圧生成回路17は、カラム制御回路11とロウ制御回路12を通じて、フォーミング前のメモリセルにおけるダイオードDIのカソード側に接続された各ビット線BLに、正のフォーミング電圧(例えば、5V)を印加する。一方で、電圧生成回路17は、ダイオードDIのアノード側に接続された各ワード線WLに、接地電圧を印加する。   In step S2, the voltage generation circuit 17 applies a positive forming voltage (for example, 5V) to each bit line BL connected to the cathode side of the diode DI in the memory cell before forming through the column control circuit 11 and the row control circuit 12. ) Is applied. On the other hand, the voltage generation circuit 17 applies a ground voltage to each word line WL connected to the anode side of the diode DI.

<判定工程>
次に、第1フォーミング工程後に行う判定工程について、図6を用いて説明する。判定工程は、第1フォーミング工程後にフォーミングが十分に行われたか否かを1個ずつ判定する工程である。
<Judgment process>
Next, the determination process performed after the first forming process will be described with reference to FIG. The determination step is a step of determining one by one whether or not the forming has been sufficiently performed after the first forming step.

まず、ステップS1で、ステートマシン16は、内部制御信号でカラム制御回路11とロウ制御回路12を制御し、第1フォーミング工程後のメモリセルのうち1個を選択する。この第1フォーミング工程後のメモリセルにカラム制御回路11内の判定回路20を接続する。例えば、スイッチングトランジスタで切り替えて、第1フォーミング工程後のメモリセルと判定回路20とを接続する。   First, in step S1, the state machine 16 controls the column control circuit 11 and the row control circuit 12 with an internal control signal, and selects one of the memory cells after the first forming process. The determination circuit 20 in the column control circuit 11 is connected to the memory cell after the first forming process. For example, the memory cell after the first forming process and the determination circuit 20 are connected by switching with a switching transistor.

ステップS2では、ステートマシン16は、第1フォーミング工程後のメモリセルのダイオードDIのアノード側に接続されたワード線WLに、電圧生成回路17を用いて検査電圧CVG(フォーミング電圧より小さい電圧)を印加する。一方で、カソード側に接続されたビット線BLに、電圧生成回路17を用いて接地電位を印加する。   In step S2, the state machine 16 applies a test voltage CVG (a voltage smaller than the forming voltage) to the word line WL connected to the anode side of the diode DI of the memory cell after the first forming process using the voltage generation circuit 17. Apply. On the other hand, a ground potential is applied to the bit line BL connected to the cathode side using the voltage generation circuit 17.

このとき、判定回路20は、第1フォーミング工程後のメモリセルに流れるセル電流Icellと基準電流Istを比較し、電流Icellが基準電流Istを超えるか否かを判定する。この判定結果は、図4の出力信号OUTにより出力される。   At this time, the determination circuit 20 compares the cell current Icell flowing through the memory cell after the first forming process with the reference current Ist, and determines whether or not the current Icell exceeds the reference current Ist. This determination result is output by the output signal OUT of FIG.

ステートマシン16は、セル電流Icellが基準電流Istを超える判定結果の場合(ステップS2、Yes)に、選択されたメモリセルをフォーミングが終了したメモリセルとして判定する(ステップS3)。一方で、セル電流Icellが基準電流Istを超えない判定結果の場合(ステップS2、No)に、選択されたメモリセルをフォーミングが終了していないメモリセルとして判定する(ステップS4)。   When the cell current Icell exceeds the reference current Ist (step S2, Yes), the state machine 16 determines the selected memory cell as a memory cell that has been formed (step S3). On the other hand, if the determination result indicates that the cell current Icell does not exceed the reference current Ist (step S2, No), the selected memory cell is determined as a memory cell that has not been formed (step S4).

次に、ステップS5で、ステートマシン16は、ステップS3でフォーミングが終了したメモリセル又はステップS4でフォーミングが終了していないメモリセルと判定された結果データ(例えば、1ビット(2値)のデータ)を、例えばステートマシン16内のROMに保存する。なお、結果データを、ステートマシン16内のROMに保存する場合に限定されることなく、データ入出力バッファ13を介して外部のホスト機器18に保存してもよい。   Next, in step S5, the state machine 16 determines the result data (for example, 1-bit (binary) data) determined as the memory cell in which the forming is completed in step S3 or the memory cell in which the forming is not completed in step S4. ) Is stored in a ROM in the state machine 16, for example. The result data is not limited to being stored in the ROM in the state machine 16 and may be stored in the external host device 18 via the data input / output buffer 13.

以上の、ステップS1からステップS5までを、全ての第1フォーミング工程後のメモリセルに対して同様に行う。   The above-described steps S1 to S5 are similarly performed on all the memory cells after the first forming process.

<第2フォーミング工程>
次に、判定工程後に行う第2フォーミング工程について、図7を用いて説明する。第2フォーミング工程は、第1フォーミング工程でフォーミングが終了していないメモリセル全てに一括で再度のフォーミングを行う工程である。
<Second forming process>
Next, the second forming process performed after the determination process will be described with reference to FIG. The second forming process is a process in which all the memory cells that have not been formed in the first forming process are collectively formed again.

まず、ステップS1で、ステートマシン16は、ステートマシン16内のROMに保存された結果データを例えばステートマシン16内の一時記憶装置に読み出し、フォーミングが終了していないメモリセルとフォーミングが終了したメモリセルを識別する。   First, in step S1, the state machine 16 reads the result data stored in the ROM in the state machine 16 to, for example, a temporary storage device in the state machine 16, and the memory cell in which the forming has not been completed and the memory in which the forming has been completed. Identifies the cell.

なお、結果データが外部のホスト機器18に保存されている場合には、ステートマシン16は、ホスト機器18内に保存された結果データをホスト機器18の一時記憶装置に読み出し、フォーミングが終了していないメモリセルとフォーミングが終了したメモリセルを識別する。   When the result data is stored in the external host device 18, the state machine 16 reads the result data stored in the host device 18 to the temporary storage device of the host device 18, and the forming is completed. A memory cell that has not been formed and a memory cell that has been formed are identified.

ステップS2で、ステートマシン16は、内部制御信号でカラム制御回路11とロウ制御回路12を制御し、全ビット線及び全ワード線を選択する。   In step S2, the state machine 16 controls the column control circuit 11 and the row control circuit 12 with an internal control signal, and selects all bit lines and all word lines.

ステップS3で、ステートマシン16は、電圧生成回路17を制御し、フォーミングが終了していないメモリセルに接続されたビット線BLに、第1フォーミング工程のフォーミング電圧(第1フォーミング電圧)よりも高電圧な正のフォーミング電圧(第2フォーミング電圧)を印加し、ワード線WLに、接地電位を印加する。   In step S3, the state machine 16 controls the voltage generation circuit 17 to apply a higher voltage to the bit line BL connected to the memory cell in which the forming is not completed than the forming voltage (first forming voltage) in the first forming process. A positive positive forming voltage (second forming voltage) is applied, and a ground potential is applied to the word line WL.

一方で、フォーミングが終了したメモリセルに接続されたビット線BLに、接地電位と第2フォーミング電圧との間の電圧(例えば、3.5V)を印加し、ワード線WLに、第2フォーミング電圧を印加する。   On the other hand, a voltage (for example, 3.5 V) between the ground potential and the second forming voltage is applied to the bit line BL connected to the memory cell that has completed forming, and the second forming voltage is applied to the word line WL. Is applied.

ステップS3の後に再度、前述した判定工程を行い、フォーミングが終了していないメモリセル全てが、フォーミングが終了したメモリセルになるまで繰り返す。   After the step S3, the above-described determination process is performed again, and the process is repeated until all the memory cells that have not been formed become memory cells that have been formed.

(変形例1)
本実施形態では、第1フォーミング電圧に対して第2フォーミング電圧はステップアップしているが、本変形例1では、第2フォーミング電圧を第1フォーミング電圧と等しくしてもよい。
(Modification 1)
In the present embodiment, the second forming voltage is stepped up with respect to the first forming voltage. However, in the first modification, the second forming voltage may be equal to the first forming voltage.

なお、第2フォーミング工程を複数回行う場合などには、m回目(m>1)までの第2フォーミング工程で用いるフォーミング電圧を第1フォーミング電圧と等しくし、(m+1)回目以降の第2フォーミング工程で用いるフォーミング電圧をステップアップさせてもよい。   When the second forming process is performed a plurality of times, the forming voltage used in the second forming process up to the m-th (m> 1) is made equal to the first forming voltage, and the second forming after the (m + 1) th is performed. The forming voltage used in the process may be stepped up.

[実施形態の効果]
以上より、メモリセルの信頼性を向上可能な抵抗変化メモリ及びそのフォーミング方法を提供できる。以下、具体的に説明する。
[Effect of the embodiment]
As described above, it is possible to provide a resistance change memory capable of improving the reliability of the memory cell and a forming method thereof. This will be specifically described below.

本実施形態の抵抗変化メモリのフォーミング方法では、抵抗変化メモリのダイオードに対して逆方向にフォーミング電圧を印加する。つまり、ダイオードのカソード側に接続された配線にフォーミング電圧を印加し、ダイオードのアノード側に接続された配線に接地電圧を印加する。   In the resistance change memory forming method of this embodiment, a forming voltage is applied in the reverse direction to the diode of the resistance change memory. That is, the forming voltage is applied to the wiring connected to the cathode side of the diode, and the ground voltage is applied to the wiring connected to the anode side of the diode.

一般に、抵抗変化メモリのダイオードに対して順方向にフォーミング電圧を印加し、フォーミングを行う場合、フィラメントが一旦形成されると、可変抵抗素子に過渡電流がながれやすくなる。その結果、可変抵抗素子に形成されるフィラメントが太くなり、可変抵抗素子の抵抗状態の切り替えができない場合がある。   In general, when a forming voltage is applied in the forward direction to a diode of a resistance change memory to perform forming, once a filament is formed, a transient current tends to flow through the variable resistance element. As a result, the filament formed in the variable resistance element becomes thick, and the resistance state of the variable resistance element may not be switched.

しかし、本実施形態では、フィラメントが一旦形成されても、可変抵抗素子に過渡電流がながれにくい。このため、可変抵抗素子に形成されるフィラメントが太くなりにくく、可変抵抗素子の抵抗状態の切り替えをより精度でき、メモリセルの信頼性を向上可能な抵抗変化メモリを提供できる。   However, in this embodiment, once the filament is formed, it is difficult for a transient current to flow through the variable resistance element. Therefore, it is possible to provide a resistance change memory in which the filament formed in the variable resistance element is not easily thickened, the resistance state of the variable resistance element can be switched more accurately, and the reliability of the memory cell can be improved.

また、本実施形態の抵抗変化メモリのフォーミング方法では、第2フォーミング工程で、メモリセルに接続されたビット線BLに、接地電圧と第1フォーミング工程のフォーミング電圧よりも高電圧なフォーミング電圧との間の電圧を印加する。   In the resistance change memory forming method of the present embodiment, in the second forming process, the bit line BL connected to the memory cell is supplied with a ground voltage and a forming voltage higher than the forming voltage in the first forming process. Apply a voltage between.

これにより、再フォーミング工程でメモリセルにかかる電圧負荷は、ダイオードに対して順方向にフォーミング電圧が印加される場合の電圧負荷と比べて低減する。その結果、可変抵抗素子に流れる過渡電流を低減でき、可変抵抗素子に形成されたフィラメントが太くなりにくい。   As a result, the voltage load applied to the memory cell in the re-forming process is reduced compared to the voltage load when the forming voltage is applied in the forward direction to the diode. As a result, the transient current flowing through the variable resistance element can be reduced, and the filament formed on the variable resistance element is unlikely to become thick.

したがって、可変抵抗素子の抵抗状態の切り替えをより精度良く行うことができ、メモリセルの信頼性が向上された抵抗変化メモリを提供できる。   Therefore, the resistance state of the variable resistance element can be switched with higher accuracy, and a resistance change memory with improved reliability of the memory cell can be provided.

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.

10…メモリセルアレイ
11…カラム制御回路
12…ロウ制御回路
13…データ入出力バッファ
14…アドレスレジスタ
15…コマンドインターフェイス回路
16…ステートマシン
17…電圧生成回路
18…ホスト機器
20…判定回路
21 22 23 24…電流ミラー回路
25…差動増幅器
31 32 41 42 43 51 52…トランジスタ
100…抵抗変化メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Memory cell array 11 ... Column control circuit 12 ... Row control circuit 13 ... Data input / output buffer 14 ... Address register 15 ... Command interface circuit 16 ... State machine 17 ... Voltage generation circuit 18 ... Host apparatus 20 ... Determination circuit 21 22 23 24 ... Current mirror circuit 25 ... Differential amplifier 31 32 41 42 43 51 52 ... Transistor 100 ... Resistance change memory

Claims (5)

可変抵抗素子と整流素子を有し、前記可変抵抗素子と前記整流素子が直列接続されたメモリセルと、
前記整流素子のカソード側と電気的に接続された第1の配線と、
前記整流素子のアノード側と電気的に接続された第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線に印加する電圧を生成する電圧生成回路と、
第1フォーミング動作のとき、前記第1の配線に第1フォーミング電圧を印加し、前記第2の配線に接地電位を印加するよう前記電圧生成回路を制御するステートマシンと
を備えることを特徴とする抵抗変化メモリ。
A memory cell having a variable resistance element and a rectifying element, wherein the variable resistance element and the rectifying element are connected in series;
A first wiring electrically connected to the cathode side of the rectifying element;
A second wiring electrically connected to the anode side of the rectifying element;
A voltage generation circuit for generating a voltage to be applied to the first wiring and the second wiring;
And a state machine that controls the voltage generation circuit to apply a first forming voltage to the first wiring and to apply a ground potential to the second wiring during the first forming operation. Resistance change memory.
請求項1記載の抵抗変化メモリに
前記第1フォーミング動作後のメモリセルに流れるセル電流と基準電流の大小を判定する判定回路をさらに備え、
前記ステートマシンは、前記第1フォーミング動作後のメモリセルに流れるセル電流が前記基準電流を超えないと判定されたメモリセルに接続された前記第1の配線に第2フォーミング電圧を印加し、前記第2の配線に前記接地電位を印加するよう前記電圧生成回路を制御することを特徴とする抵抗変化メモリ。
The resistance change memory according to claim 1, further comprising a determination circuit that determines the magnitude of a cell current and a reference current flowing in the memory cell after the first forming operation,
The state machine applies a second forming voltage to the first wiring connected to the memory cell determined to have a cell current flowing through the memory cell after the first forming operation not exceeding the reference current, A resistance change memory, wherein the voltage generation circuit is controlled to apply the ground potential to a second wiring.
前記ステートマシンは、
前記第1フォーミング動作後のメモリセルに流れるセル電流が前記基準電流を超えないと判定されたメモリセルに接続された前記第1の配線に前記接地電位と前記第2フォーミング電圧との間の電圧を印加し、前記第2の配線に前記第2フォーミング電圧を印加することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の抵抗変化メモリ。
The state machine is
A voltage between the ground potential and the second forming voltage applied to the first wiring connected to the memory cell determined that the cell current flowing through the memory cell after the first forming operation does not exceed the reference current. The resistance change memory according to claim 1, wherein the second forming voltage is applied to the second wiring.
可変抵抗素子と整流素子を有し、前記可変抵抗素子と前記整流素子が直列接続されたメモリセルを有する抵抗変化メモリのフォーミング方法であって、
(A)前記整流素子のカソード側に接続された第1の配線に第1フォーミング電圧を印加し、前記整流素子のアノード側に接続された第2の配線に接地電位を印加する工程と
を備えることを特徴とする抵抗変化メモリのフォーミング方法。
A resistance change memory forming method including a variable resistance element and a rectifying element, and having a memory cell in which the variable resistance element and the rectifying element are connected in series,
(A) applying a first forming voltage to a first wiring connected to the cathode side of the rectifying element, and applying a ground potential to a second wiring connected to the anode side of the rectifying element. A forming method for a resistance change memory.
請求項4記載の抵抗変化メモリのフォーミング方法に、
(a)前記(A)工程後のメモリセルに流れるセル電流と基準電流の大小を判定する工程と、
(b)前記(a)工程で、前記(A)工程後のメモリセルに流れるセル電流よりも前記基準電流の方が大きいと判定されたメモリセルに接続された前記第1の配線にフォーミング電圧を印加し、前記第2の配線に接地電位を印加する工程と
をさらに備えることを特徴とする抵抗変化メモリのフォーミング方法。
The resistance change memory forming method according to claim 4,
(A) a step of determining the magnitude of a cell current and a reference current flowing in the memory cell after the step (A);
(B) In the step (a), a forming voltage is applied to the first wiring connected to the memory cell that is determined that the reference current is larger than the cell current flowing in the memory cell after the step (A). And applying a ground potential to the second wiring, and forming a resistance change memory.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016502727A (en) * 2012-10-24 2016-01-28 マーベル ワールド トレード リミテッド Apparatus and method for reshaping resistive memory cells

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