[发明专利]非易失性半导体存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性半导体存储装置，尤其涉及缩小电路面积的技术。

背景技术

近年，伴随作为电子设备、尤其是便携式电话(包括智能电话)、便携式音乐播放器、数码照相机、平板终端等的需要增加，非易失性半导体存储装置的需要提高，实现大容量化、小型化、高速改写、高速读出、以及低消耗功率动作的技术开发盛行。

当前，非易失性存储器的主力是闪存。在闪存中，数据的改写时间是微秒或者毫秒级，此外，数据的改写所需的电压为10V以上。因此，由于这些主要原因，从而存在搭载了闪存的成套设备的性能提高受到阻碍的情况。

近年，与闪存相比能够以高速/低消耗功率进行改写的新的非易失性存储器的开发盛行。例如，有使用了电阻变化型元件作为存储元件的电阻变化型存储器(ReRAM：Resistive Random Access Memory)等。电阻变化型存储器的数据的改写时间为纳秒级，改写时所需的电压为1.8V程度，因此与闪存相比能够实现高速化且低消耗功率化。

在专利文献1中，公开了ReRAM的电路构成。ReRAM的存储单元通过电阻变化型元件和单元晶体管的串联连接而构成。ReRAM将电阻变化型元件的电阻值在例如1KΩ至1MΩ的范围内设定为低电阻值或者高电阻值，由此来存储“0”数据或“1”数据。

在电阻变化型元件为低电阻状态的情况下，存储单元电流较多地流过，而在高电阻状态的情况下，存储单元电流变少。像这样，利用存储单元电流根据电阻变化型元件的状态而变化这一特性，通过用读出放大器电路来探测存储单元电流的差异，从而保存在存储单元中的数据被读出。

在此，为了用读出放大器电路来判定存储单元电流的差异，可以使用用于生成基准电流(reference current)的基准单元。读出放大器电路通过对存储单元电流与基准电流进行比较，来判定保存在存储单元中的数据。基准单元将例如由多晶硅电阻元件形成的固定电阻元件和单元晶体管串联连接而构成(例如，参照非专利文献1)。通过将该固定电阻元件的电阻值设定为对存储单元的电阻变化型元件设定的低电阻值与高电阻值的中间值，从而读出动作时的基准电流值成为表示“0”数据以及“1”数据的存储单元电流值的中间值。由此，读出放大器电路能够判定保存在存储单元中的数据。

在ReRAM中，在读出动作时，生成多个种类的基准电流。例如，作为读出判定电流而生成通常的读出判定电流、在改写时的校验读出中使用的编程校验判定电流、以及擦除校验判定电流等多个种类的电流。进而，为了对通常读出、编程校验以及擦除校验所涉及的判定电流按照每个芯片而存在的偏差进行补正，也存在生成多种用于对各个判定电流进行校正的基准电流的情况。

例如，在专利文献1的图4的构成中，在具备4个将固定电阻元件和单元晶体管串联连接而成的电路的基准单元中，根据选择哪个单元晶体管，能够生成不同的基准电流。因此，通过根据通常读出、编程校验、擦除校验的各动作来选择希望的单元晶体管，能够生成必要的基准电流。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004-234707号公报

非专利文献

非专利文献1：大塚涉，另外8名，″A4Mb Conductive-Bridge Resistive Memory with2.3GB/sRead-Throughput and216MB/sProgram Throughput″，2011IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers、2011年2月，P210-211

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的ReRAM中存在以下这种课题。具体来说，为了生成多个种类的基准电流，如上所述，需要将电阻值处于例如1KΩ～1MΩ的范围的多个固定电阻元件配置于基准单元。一般而言，配置于半导体装置的固定电阻元件使用由多晶硅形成的固定电阻元件(多晶硅电阻元件)。一般的多晶硅电阻元件的薄膜电阻值为数百Ω至1KΩ程度，因此为了使用多晶硅电阻元件作为基准单元的固定电阻元件，来构成电阻值处于1KΩ至1MΩ的范围内的多个固定电阻元件，需要很多的多晶硅电阻元件。因此，ReRAM的电路面积增大。

另一方面，若通过专用的半导体工艺来由超高电阻的电阻元件构成固定电阻元件，则不需要设置许多多晶硅电阻元件，因此能够缩小电路面积。但是，通过该方法，电阻变化型存储器的制造工艺流程增大，制造成本以及芯片成本增大。