[发明专利]非易失性存储装置以及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储装置以及其驱动方法，尤其涉及具有因被施加的电压脉冲而在低电阻状态与电阻值比该低电阻状态高的高电阻状态之间可逆转变的电阻变化元件、和二极管的非易失性存储装置以及其驱动方法。

背景技术

近些年，随着数字技术的进展，移动信息设备以及信息家电等的电子设备的高功能化进一步进展了。随着这样的电子设备的高功能化，所使用的半导体元件的细微化以及高速化迅速进展了。其中，以闪存为代表的大容量的非易失性存储器的用途迅速扩大了。进而，作为可替代该闪存的下一代的新型非易失性存储器，利用了所谓电阻变化元件的电阻变化型的半导体存储装置(ReRAM)的研究开发进展了。

在此，电阻变化元件是指，具有因电信号而发生电阻值的可逆变化的性质、且进一步能够非挥发地存储与该电阻值相对应的信息的元件。在相变型元件(PCRAM)中，以因电刺激所产生的热而发生结晶状态的变化为原因，发生电阻值的变化。另一方面，电阻变化元件，与相变型元件(PCRAM)不同，通过由电刺激直接、即经由电子的授受使电阻变化材料的氧化还原状态发生变化，从而使元件的电阻值发生变化。

作为搭载有该电阻变化元件的大容量的半导体存储装置的一个例子，周知的是交叉点型的半导体存储装置。在这样的交叉点型的ReRAM的情况下，针对各个存储单元的非易失性存储元件分别串联地插入二极管(例如，参照专利文献1)。据此，在读取被形成在字线与位线立体交叉的交叉部的被选择的非易失性存储元件(存储单元)的电阻值时，能够避免在没有选择的存储元件流动的电流(sneak current)的影响。

图10是示出以往的搭载有电阻变化元件的半导体存储装置的图。图10示出的半导体存储装置为，具有位线210和字线220、以及被形成在它们的各个交点的存储单元280的交叉点型存储单元阵列。并且，通过将因电应力而发生的电阻的变化来存储信息的电阻变化元件260，与具有能够在双向流动电流的非线性的电流-电压特性的双端子的二极管270串联连接，从而形成存储单元280。成为上部布线的位线210与二极管270电连接，成为下部布线的字线220与电阻变化元件260电连接。在二极管270中，在存储单元280的改写时，在双向流动电流，因此，例如，通过利用具有针对施加电压的极性的双向(正电压方和负电压方这双方)非线性的电流-电压特性的二极管(变阻器等)，从而能够实现大容量化。

并且，还提出了交叉点型的ReRAM与可变负载电阻连接的半导体存储装置(例如，参照专利文献2)。

图11是示出以往的半导体存储装置的被选择的存储单元的电阻变化元件、负载电路与周围电路的关系的方框图。

图11示出的半导体存储装置，通过使所述负载电路的电阻值发生变化，从而能够试图存储单元的数据的改写的高电阻状态以及低电阻状态的稳定化。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：(日本)特开2006-203098号公报

专利文献2：(日本)特开2007-188603号公报

发明概要

发明要解决的问题

然而，对于专利文献1所记载的利用了二极管的交叉点型存储单元阵列，因施加到存储单元的电压脉冲，而在二极管流动大的电流。据此，会有以下的情况，即，因二极管的绝缘被破坏而实际上成为短路状态，从而发生存储单元的不良。

在某个存储单元中发生了所述的不良的情况下，存储单元实际上成为短路状态(成为非常低的电阻的状态，以下，称为过低电阻状态)。据此，导致以下的情况，即，存取与不良的存储单元相同的行或相同的列的其他的存储单元时的电流全部，流入到实际上短路状态的不良的存储单元。其结果为，存在以下的问题，即，针对与不良的存储单元相同的行或相同的列的所有的存储单元，不能准确地进行写入或读出。

并且，在专利文献2所记载的利用了可变负载电路的改写方法中公开了，为了使单极型的电阻变化元件稳定地发生电阻变化，对串联连接于电阻变化元件的负载电阻进行切换来进行写入工作。但是，没有设想所述过低电阻状态，也没有示出对策。

并且，在将双极型的电阻变化元件从高电阻状态变化为低电阻状态的情况下，存在以下的情况，即，为了抑制因急剧的低电阻化现象而发生的过剩的电流，预先将规定的负载电阻串联连接于电阻变化元件，来发生电阻变化。但是，例如，在存储单元成为所述的过低电阻状态的情况下，即使向存储单元施加改写电压，被施加的电压的大部分也被施加到负载电阻，因此，不能向电阻变化元件有效地施加改写所需要的电压。其结果为，存在从过低电阻状态不能复归的问题。