特許第6239056号(P6239056)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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  • 特許6239056-抵抗性メモリおよびそのメモリセル 図000002
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6239056
(24)【登録日】2017年11月10日
(45)【発行日】2017年11月29日
(54)【発明の名称】抵抗性メモリおよびそのメモリセル
(51)【国際特許分類】
   G11C 13/00 20060101AFI20171120BHJP
【FI】
   G11C13/00 400B
   G11C13/00 480H
   G11C13/00 270J
【請求項の数】9
【外国語出願】
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-137327(P2016-137327)
(22)【出願日】2016年7月12日
(65)【公開番号】特開2017-107631(P2017-107631A)
(43)【公開日】2017年6月15日
【審査請求日】2016年7月12日
(31)【優先権主張番号】201510895267.6
(32)【優先日】2015年12月8日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】512167426
【氏名又は名称】華邦電子股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Winbond Electronics Corp.
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100161148
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100134577
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 雅章
(72)【発明者】
【氏名】陳 建▲隆▼
【審査官】 後藤 彰
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−045483(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2014/0293674(US,A1)
【文献】 特表2016−522527(JP,A)
【文献】 国際公開第2012/043502(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G11C 13/00
G11C 11/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビット線信号を受信する第1端を有し、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される第1ビット線スイッチと、
前記第1ビット線スイッチの第2端に結合された第1端を有する第1レジスタと、
前記第1レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される第1ワード線スイッチと、
前記ビット線信号を受信する第1端を有し、前記ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される第2ビット線スイッチと、
前記第2ビット線スイッチの第2端に結合された第1端を有する第2レジスタと、
前記第2レジスタの第2端と前記ソース線の間に直列に接続され、前記ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される第2ワード線スイッチと、
を含み、プログラムされる時、前記第1および第2レジスタの抵抗値が、高インピーダンスに同時にプログラムされるか、または低インピーダンスに同時にプログラムされ
前記第1レジスタと前記第1ビット線スイッチの間のノードをデータ読み出し端末として使用し、前記抵抗性メモリセルを読み出す時、前記第1および第2ビット線スイッチおよび前記第1および第2ワード線スイッチがオンになり、前記データ読み出し端末が第1インピーダンスをセンスアンプに提供する抵抗性メモリセル。
【請求項2】
前記第1インピーダンスが、前記第1レジスタおよび前記第2レジスタの並列抵抗値に等しい請求項に記載の抵抗性メモリセル。
【請求項3】
前記第1ビット線スイッチが、第1トランジスタであり、前記第1トランジスタの第1端が、前記ビット線信号を受信し、前記第1トランジスタの第2端が、前記第1レジスタの前記第1端に結合され、前記第1トランジスタの制御端が、前記ビット線選択信号を受信し、前記第1ワード線スイッチが、第2トランジスタであり、前記第2トランジスタの第1端が、前記第1レジスタの前記第2端に結合され、前記第2トランジスタの第2端が、前記ソース線に結合され、前記第2トランジスタの制御端が、前記ワード線信号を受信する請求項1または2に記載の抵抗性メモリセル。
【請求項4】
前記第2ビット線スイッチが、第1トランジスタであり、前記第1トランジスタの第1端が、前記ビット線信号を受信し、前記第1トランジスタの第2端が、前記第2レジスタの前記第1端に結合され、前記第1トランジスタの制御端が、前記ビット線選択信号を受信し、前記第2ワード線スイッチが、第2トランジスタであり、前記第2トランジスタの第1端が、前記第2レジスタの前記第2端に結合され、前記第2トランジスタの第2端が、前記ソース線に結合され、前記第2トランジスタの制御端が、前記ワード線信号を受信する請求項1または2に記載の抵抗性メモリセル。
【請求項5】
ビット線信号を受信する第1端を有し、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される第1ビット線スイッチと、
前記第1ビット線スイッチの第2端に結合された第1端を有する第1レジスタと、
前記第1レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される第1ワード線スイッチと、
前記ビット線信号を受信する第1端を有し、前記ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される第2ビット線スイッチと、
前記第2ビット線スイッチの第2端に結合された第1端を有する第2レジスタと、
前記第2レジスタの第2端と前記ソース線の間に直列に接続され、前記ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される第2ワード線スイッチと、
を含み、プログラムされる時、前記第1および第2レジスタの抵抗値が、高インピーダンスに同時にプログラムされるか、または低インピーダンスに同時にプログラムされる少なくとも1つの抵抗性メモリセルと、
前記第1レジスタの前記第1端に結合された第1入力端、および基準信号を受信する第2入力端を有し、出力端が読み出しデータを生成するセンスアンプと、
を含む抵抗性メモリ。
【請求項6】
前記センスアンプが、前記第1入力端および前記第2入力端の信号に基づいてそれぞれ第1電流および第2電流を生成し、前記第1電流と前記第2電流を比較することによって前記読み出しデータを生成する電流型センスアンプである請求項に記載の抵抗性メモリ。
【請求項7】
前記第1レジスタと前記第1ビット線スイッチの間のノードをデータ読み出し端末として使用し、前記抵抗性メモリセルを読み出す時、前記第1および第2ビット線スイッチおよび前記第1および第2ワード線スイッチがオンになり、前記データ読み出し端末が第1インピーダンスをセンスアンプに提供する請求項またはに記載の抵抗性メモリ。
【請求項8】
前記第1インピーダンスが、前記第1レジスタおよび前記第2レジスタの並列抵抗値に等しい請求項に記載の抵抗性メモリ。
【請求項9】
前記基準信号が、基準電流である請求項のいずれか1項に記載の抵抗性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、抵抗性メモリセルに関するものであり、特に、調整可能なリードマージン(read margin)を有する抵抗性メモリセルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
電子技術の進歩に伴い、電子製品は、日常生活において必需品となっている。電子製品に必要なデータ保存機能に応じるため、抵抗性メモリを含む多くの不揮発性メモリが提案されてきた。
【0003】
従来の技術では、抵抗性メモリのメモリセルがセット−リセットサイクルを経た後、高低インピーダンス変換の失敗が起こる可能性がある。統計上、このような変換失敗が起こる確率は、約35%である。このような高確率の変換失敗は、抵抗性メモリによるデータ保存の信頼度を下げ、抵抗性メモリの性能を大幅に低下させる。
【0004】
上述した問題を克服するため、従来の技術において、データ保存操作のために2つのメモリセルの相補的な抵抗値を利用する方法が提案された。しかしながら、この方法は、変換失敗が2つのメモリセルのうちの1つに起こった場合に、保存したデータを読み出すことができないため、上述した問題を解決することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、そのリードマージンを調整し、セット−リセットサイクルから生じた変換失敗によりメモリセルの読み出しデータエラーを下げることのできる抵抗性メモリセルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の抵抗性メモリセルは、第1ビット線スイッチと、第1レジスタと、第1ワード線スイッチと、第2ビット線スイッチと、第2レジスタと、第2ワード線スイッチとを含む。第1ビット線スイッチの第1端は、ビット線信号を受信し、第1ビット線スイッチは、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第1レジスタの第1端は、第1ビット線スイッチの第2端に結合される。第1ワード線スイッチは、第1レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第2ビット線スイッチの第1端は、ビット線信号を受信し、第2ビット線スイッチは、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第2レジスタの第1端は、第2ビット線スイッチの第2端に結合される。第2ワード線スイッチは、第2レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される。抵抗性メモリセルがプログラムされる時、第1および第2レジスタの抵抗値は、高インピーダンスまたは低インピーダンスに同時にプログラムされる。
【0007】
本発明の抵抗性メモリは、少なくとも1つの抵抗性メモリセルと、センスアンプ(sense amplifier)とを含む。抵抗性メモリセルは、第1ビット線スイッチと、第1レジスタと、第1ワード線スイッチと、第2ビット線スイッチと、第2レジスタと、第2ワード線スイッチとを含む。第1ビット線スイッチの第1端は、ビット線信号を受信し、第1ビット線スイッチは、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第1レジスタの第1端は、第1ビット線スイッチの第2端に結合される。第1ワード線スイッチは、第1レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第2ビット線スイッチの第1端は、ビット線信号を受信し、第2ビット線スイッチは、ビット線選択信号によってオンまたはオフになるよう制御される。第2レジスタの第1端は、第2ビット線スイッチの第2端に結合される。第2ワード線スイッチは、第2レジスタの第2端とソース線の間に直列に接続され、ワード線信号によってオンまたはオフになるよう制御される。抵抗性メモリセルがプログラムされる時、第1および第2レジスタの抵抗値は、高インピーダンスまたは低インピーダンスに同時にプログラムされる。センスアンプは、第1レジスタの第1端に結合された第1入力端、および基準信号を受信する第2入力端を有する。ここで、センスアンプの出力端は、読み出しデータを生成する。
【発明の効果】
【0008】
以上のように、本発明は、2つのレジスタを提供して、1ビットのデータを記録する。重要な点は、抵抗性メモリセルがプログラムされる時、第1および第2レジスタの抵抗値が高インピーダンスまたは低インピーダンスに同時にプログラムされることである。
【0009】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の1つの実施形態に係る抵抗性メモリセルの概略図を示したものである。
図2】抵抗性メモリセルの読み出し操作中の等価回路の概略図を示したものである。
図3】本発明の1つの実施形態に係る抵抗性メモリの概略図を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【0012】
図1を参照すると、図1は、本発明の1つの実施形態に係る抵抗性メモリセルの概略図を示したものである。抵抗性メモリセル100は、ビット線スイッチBSW1およびBSW2と、レジスタR1およびR2と、ワード線スイッチWSW1およびWSW2とを含む。ビット線スイッチBSW1は、ビット線信号BLを受信する第1端を有し、ビット線選択信号BLSによってオンまたはオフになるよう制御される。レジスタR1の第1端は、ビット線スイッチBSW1の第2端に結合される。ワード線スイッチWSW1は、レジスタR1の第2端とソース線SL0の間に直列に接続され、ワード線信号WL0によってオンまたはオフになるよう制御される。ビット線スイッチBSW2は、ビット線信号BLを受信する第1端を有し、ビット線選択信号BLSによってオンまたはオフになるよう制御される。レジスタR2の第1端は、ビット線スイッチBSW2の第2端に結合される。ワード線スイッチWSW2は、レジスタR2の第2端とソース線SL0の間に直列に接続され、ワード線信号WL0によってオンまたはオフになるよう制御される。
【0013】
本実施形態において、トランジスタM6は、電源電圧VPPとビット線スイッチBSW1およびBSW2の間に直列に接続される。トランジスタM6が制御信号CTRに基づいてオンになった時、電源電圧VPPを提供してビット線信号BLとして使用する。また、本実施形態の抵抗性メモリセル100は、さらに、トランジスタM5を含み、ワード線スイッチWSW1およびWSW2は、トランジスタM5を介してソース線SL0に結合される。トランジスタM5は、ゲート選択信号SLsに基づいてオンまたはオフになる。
【0014】
抵抗性メモリセル100に対してプログラミング操作を行っている間、ビット線スイッチBSW1およびBSW2、ワード線スイッチWSW1およびWSW2、およびトランジスタM5およびM6は、同時にオンになってもよい。この時、レジスタR1およびR2の第1端は、電源電圧VPPに実質的に等しいビット線信号BLを受信し、レジスタR1およびR2の第2端は、ソース線SL0に共通的に結合される。一方、レジスタR1およびR2は、ビット線信号BLの電圧値およびソース線SL0の電圧値に基づいてプログラミング操作を行うことにより、これらの抵抗値を変えることができる。
【0015】
ここで、注意すべきこととして、本実施形態において、各レジスタR1およびR2の2つの端子に印加された電圧値は、同じである。つまり、レジスタR1およびR2は、変化同向(variation tendency)が同じである。さらに詳しく説明すると、レジスタR1およびR2は、高インピーダンスに同時にプログラムされてもよく、あるいは、レジスタR1およびR2は、低インピーダンスに同時にプログラムされてもよい。
【0016】
また、ビット線スイッチBSW1とレジスタR1の間のノードを使用して、データ読み出し端末LDTを形成してもよい。ここで、データ読み出し端末は、インピーダンスLDRをセンスアンプ(図示せず)に提供するよう構成され、センスアンプは、抵抗性メモリセル100によって保存されたデータを感知するよう構成される。
【0017】
一方、抵抗性メモリセル100に対して読み出し操作を行っている間、トランジスタM6をオフにすることができるため、ビット線スイッチBSW1およびBSW2、ワード線スイッチWSW1およびWSW2、およびトランジスタM5を同時にオンにすることができる。この状況において、抵抗性メモリセル100は、抵抗性メモリセルに対して読み出し操作を行っている間、図2に示した等価回路の概略図を形成することができる。図2を参照すると、ワード線スイッチWSW1およびWSW2はオンであり、トランジスタM5もオフである。ソース線SL0が基準接地電圧に結合されると仮定すると、データ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRは、(ワード線スイッチWSW1およびWSW2およびトランジスタM5のオンになった抵抗値を計算に入れなくても)レジスタR1およびR2の並列抵抗値に実質的に等しい。
【0018】
レジスタR1およびR2を並列に接続することによって、データ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRを比較的小さなインピーダンスに調整することができる。例えば、レジスタR1およびR2の抵抗値がいずれも低インピーダンスLRにプログラムされた場合、データ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRは、1/2かける低インピーダンスLRにほぼ等しい。さらに、抵抗性メモリセル100に対する読み出し操作は、センスアンプを介して行うことができる。読み出しデータは、センスアンプに対して提供された基準信号により閾値インピーダンスを設定し、センスアンプでインピーダンスLDRと閾値インピーダンスを比較することによって得ることができる。
【0019】
以上からわかるように、本発明の実施形態において、抵抗性メモリセル100のデータ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRは、1つの単一レジスタによって提供された低インピーダンスLRよりも低い。したがって、インピーダンスLDRと閾値インピーダンスの間の差が効果的に拡大され、抵抗性メモリセル100のリードマージンを増やすことができる。
【0020】
重要な点は、抵抗性メモリセル100のレジスタR0およびR1のうちの1つに変換失敗が生じても、抵抗性メモリセル100の読み出し操作を行うことによって、正確な読み出しデータを読み出せることである。例えば、変換失敗の発生によりレジスタR0が高インピーダンスHRで維持された時、抵抗性メモリセル100のデータ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRは、HR//LR(高インピーダンスHRと低インピーダンスLRの並列値)に等しく、且つ低インピーダンスLRよりも小さいため、正確な読み出しデータを読み出すことができる。
【0021】
再度図1を参照すると、さらに、本発明の実施形態において、ビット線スイッチBSW1およびBSW2は、それぞれトランジスタM1およびM2により構成される。トランジスタM1の第1端は、ビット線信号BLを受信し;トランジスタM1の第2端は、レジスタR1の第1端に結合され;トランジスタM1の制御端は、ビット線選択信号BLSを受信する。トランジスタM2の第1端は、ビット線信号BLを受信し;トランジスタM2の第2端は、レジスタR2の第1端に結合され;トランジスタM2の制御端は、ビット線選択信号BLSを受信する。ここで、トランジスタM1およびM2は、いずれもN型トランジスタであってもよく、同じビット線選択信号BLSに基づいて同時にオンまたはオフにされてもよい。
【0022】
ワード線スイッチWSW1およびWSW2は、それぞれトランジスタM3およびM4により構成される。トランジスタM3の第1端は、レジスタR1の第2端に結合され;トランジスタM3の第2端は、トランジスタM5を介してソース線SL0に結合され;トランジスタM3の制御端は、ワード線信号WL0を受信する。トランジスタM4の第1端は、レジスタR2の第2端に結合され;トランジスタM4の第2端は、トランジスタM5を介してソース線SL0に結合され;トランジスタM4の制御端は、ワード線信号WL0を受信する。ここで、トランジスタM3およびM4は、いずれもN型トランジスタであってもよく、同じワード線信号WL0に基づいて同時にオンまたはオフにされてもよい。
【0023】
図3を参照すると、図3は、本発明の1つの実施形態に係る抵抗性メモリの概略図を示したものである。抵抗性メモリ300は、1つまたはそれ以上の抵抗性メモリセル301〜30Nと、センスアンプSA1と、ラッチ(latch)FF1とを含む。各抵抗性メモリセル301〜30Nの構造および操作方法は、上述した実施形態において説明した抵抗性メモリセル100の構造および操作方法と同じであるため、ここでは繰り返し説明しない。センスアンプSA1は、電流型センスアンプであってもよい。本実施形態において、センスアンプSA1の入力端は、抵抗性メモリセル301〜30Nのうちの1つ(例えば、抵抗性メモリセル301)のデータ読み出し端末LDTに結合され、センスアンプSA1の他端は、基準電流Irefを受信することができる。センスアンプSA1は、データ読み出し端末LDTに提供されたインピーダンスLDRに基づいて電流を生成し、その電流と基準電流Irefを比較することによって、読み出しデータRDRを得る。ラッチFF1は、読み出しデータRDRを受信し、センスアンプSA1が読み出しデータRDRを安定して出力できるようになった後、読み出しデータRDRをラッチすることによって最終読み出し結果OUTを生成する。
【0024】
ここで、ラッチFF1は、デジタル論理ゲートのフリップフロップであってもよく、パルス信号に基づいてデータラッチ操作を行うことができる。パルス信号によってパルスが提供される時間は、センスアンプSA1が読み出しデータRDRを安定して出力できるようになった時の時間点に基づいて設定される。
【0025】
さらに、本発明の実施形態において、変換失敗が抵抗性メモリ300のレジスタの一部で生じていることに気付いた時、測定手段を利用して、変換失敗の状態と数量の分布を測定することができる。さらに詳しく説明すると、抵抗性メモリ300において、同じ抵抗性メモリセルの全てのレジスタの変換失敗が高インピーダンスHRを低インピーダンスLRに変換できない時に生じていることがわかった時、同じ抵抗性メモリセルの2つのレジスタの1つが高インピーダンスHRで、もう1つが低インピーダンスHRである時は必ず変換失敗が高インピーダンスHRのレジスタに生じていると判断することができるため、高インピーダンスHRのレジスタが低インピーダンスに戻るように調整することができる。したがって、抵抗性メモリセルのレジスタを正しい状態に維持することができる。
【0026】
以上のように、本発明は、2つのプログラム可能なレジスタを1つの単一抵抗性メモリセル内に配置し、2つのレジスタを同じ傾向の抵抗値にプログラムすることによって、データを保存する。その結果、抵抗性メモリセルに対して読み出し操作を行っている間、2つのレジスタを並列に接続することによって抵抗性メモリセルのリードマージンを増やすことができ、それにより、抵抗性メモリセルに読み出し失敗が生じる確率を下げることができる。さらに、1つのレジスタに変換失敗が生じても、本発明の抵抗性メモリセルは正確な読み出しデータを提供することができるため、データの正確性を維持することができる。また、本発明は、1つの単一抵抗性メモリセルにおける2つのレジスタを同じインピーダンス傾向にプログラムするため、1つの単一抵抗性メモリセルの2つのレジスタに対して行うプログラミング操作を同時に完了させることができ、プログラムに必要な時間を減らすことができる。
【0027】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明は、2つのプログラム可能なレジスタを提供して1つのビットデータを保存し、2つのプログラム可能なレジスタを同じ傾向の抵抗値にプログラムする。本発明の抵抗性メモリセルを使用することによって、2つのレジスタを並列に接続することによって抵抗性メモリセルのリードマージンを増やすことができ、それにより、抵抗性メモリセルに読み出し失敗が起こる確率を下げることができる。抵抗性メモリセルのデータの正確性も向上させることができる。
【符号の説明】
【0029】
100、301〜30N 抵抗性メモリセル
300 抵抗性メモリ
BL ビット線信号
BLS ビット線選択信号
BSW1、BSW2 ビット線スイッチ
CTR 制御信号
FF1 ラッチ
Iref 基準電流
LDR インピーダンス
LDT データ読み出し端末
M1〜M6 トランジスタ
OUT 読み出し結果
R1、R2 レジスタ
RDR 読み出しデータ
SA1 センスアンプ
SL0 ソース線
WL0 ワード線信号
WSW1、WSW2 ワード線スイッチ
SLs ソース線選択信号
VPP 電源電圧
図1
図2
図3