[发明专利]存储设备及其操作方法

说明书

相关引用的参考 

本发明包含于2009年2月26日向日本专利局提交的日本专利申请第2009-044225号的主题，其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本发明涉及采用了包括可变电阻存储元件的存储单元的存储设备及其操作方法，其中可变电阻存储元件的阻值随着其所加的电压而变化，并串联到存取晶体管。 

背景技术

目前已知一种采用了包括可变电阻存储元件的存储单元的存储设备，其中可变电阻存储元件的电阻由于导电离子注入可变电阻存储元件的绝缘膜或从绝缘膜提取而发生变化。关于该存储设备的更多信息，建议读者参照文献，例如，K.Aratani等，“A NovelResistance-type memory with High Scalability and NanosecondSwitching”，Technical Digest IEDM 2007，pp.783-786。 

可变电阻存储元件具有通过在可变电阻存储元件的两个电极之间形成上述的导电离子供给层和绝缘膜所构成的层压结构。 

每个存储单元采用彼此串联至在有源矩阵驱动操作中能够驱动的第一与第二公共线之间的可变电阻存储元件和存取晶体管。由 于存储单元采用晶体管(T)和可变电阻器(R)，所以存储单元被称作1T1R型存储单元。 

采用1T1R型存储单元的存储设备被称作ReRAM。 

在ReRAM中，可变电阻存储元件的电阻用于表示数据已经存储在可变电阻存储元件中的状态或数据已经从可变电阻存储元件中擦除的状态。即，可变电阻存储元件的电阻表示在可变电阻存储元件中所存储的数据值。能够通过将具有ns(纳秒)级的小宽度脉冲加到可变电阻存储元件来执行将数据存储在可变电阻存储元件中的数据写入操作和从可变电阻存储元件中擦除数据的数据擦除操作。因此，由于ReRAM为能够以与RAM(随机存取存储器)同样高的速度进行操作的NVM(非易失性存储器)，所以ReRAM引起更多的关注。 

但是，为了使ReRAM作为当前FG(浮置栅极)NAND型NVM的闪存的替代品，需要ReRAM克服几个障碍。部分障碍是需要在如下所述的数据写入和擦除操作中执行的高速校验子操作和高速抑制控制。在本发明的说明书中，在不需要区分数据写入操作和数据擦除操作的情况下，数据写入和擦除操作都被称作数据更新操作，这是一个对两种操作都适用的通用技术术语。 

在数据更新操作中，在数据传输子操作之后执行校验子操作。为了更新已经存储在可变电阻存储元件中的数据，通过将更新(即，写入或擦除)脉冲加到可变电阻存储元件来在校验子操作之前执行数据传输子操作。另一方面，通过将更新脉冲加到可变电阻存储元件，为了确定是否正确地将作为更新使用的数据存储在可变电阻存储元件中，执行校验子操作。 

为了确保数据更新操作正确执行，即，为了防止(或抑制)数据更新操作产生由于数据更新操作而存储的错误数据，在校验子操作后立刻执行抑制控制。即，为了在数据更新操作(通过连续多次重复数据传输子操作来执行逐渐更新(即写入或擦除)在可变电阻存储元件中所存储的数据)中避免传输作为存储单元中的可变电阻存储元件的更新的不期望数据，控制执行抑制控制。具体而言，如果在校验子操作中所生成的判断结果表示作为更新的数据已经正确地传送至可变电阻存储元件，则为了防止另外的更新脉冲加到可变电阻存储元件及防止另一个作为数据更新操作的一部分的数据传输子操作执行，控制执行抑制控制。另一方面，如果在校验子操作中所生成的判断结果表示作为更新使用的判断结果没有正确地传送至可变电阻存储元件，则控制执行抑制控制，使得为了执行另一个作为数据更新操作的一部分的数据传输子操作来正确地更新数据，将附加的更新脉冲施加于可变电阻存储元件。 

上述控制为许多NVM所采用的方法。 

从上面的描述可以明显看出，数据更新操作包括数据传输子操作、校验子操作及抑制控制。在本发明的说明书中，特意使用技术术语“校验子操作”，该术语是指数据传输子操作后执行的数据读取子操作，以便区分数据传输子操作后执行的数据读取子操作与通常的数据读取操作。 

类似于其它NVM，ReRAM也允许如下来实现高的操作可靠性：根据在校验子操作中所生成的判断结果，在各个校验子操作之后立刻执行抑制控制。