[发明专利]半导体存储装置

说明书

本发明提供一种半导体存储装置，抑制由区块单位的擦除或字单位的编程引起的耐久特性的下降。本发明的电阻变化型存储器(100)包括：存储阵列(110)，通过可逆性且非易失性的可变电阻元件来存储数据；以及控制器(120)，在响应来自外部的擦除指令，擦除存储阵列(110)的选择的区块时，不变更区块的数据，而是设定表示区块为擦除状态的EF标志。控制器(120)还包括读取单元，此读取单元在响应来自外部的读取指令，读取存储阵列(110)的选择的字时，基于EF标志，输出选择的字的数据或表示擦除的数据。

技术领域

本发明涉及一种半导体存储装置，尤其涉及一种利用了可变电阻元件的电阻变化型存储器。

背景技术

作为代替闪速存储器(flash memory)的非易失性存储器(non-volatilememory)，利用了可变电阻元件的电阻变化型存储器已受到关注。电阻变化型存储器作为如下存储器而为人所知，此存储器将脉冲电压施加至金属氧化物等的膜，可逆且非易失性地设定膜的电阻，由此来存储数据。电阻变化型存储器能够利用电压来改写数据，因此，消耗电力小，另外，因为采用了包含一个晶体管+一个电阻器的较简单的构造，所以单元面积小至约6F²(F为配线的直径，且为数十nm左右)，能够实现高密度化，而且有读取时间为10纳秒左右的与DRAM同样快速的优点(专利文献1、2等)。

图1是表示现有的电阻变化型存储器的存储阵列(memory array)的典型结构的电路图。一个存储单元组(memory cell unit)包含可变电阻元件与串联地连接于所述可变电阻元件的存取用的晶体管。m×n(m、n为1以上的整数)个单元组形成为二维阵列状，晶体管的栅极连接于字线，漏极区域连接于可变电阻元件的一个电极，源极区域连接于源极线。可变电阻元件的另一个电极连接于位线。

可变电阻元件包含氧化铪(HfOx)等金属氧化物的薄膜，且能够根据所施加的脉冲电压的大小及极性，可逆且非易失性地将电阻值设定为低电阻状态或高电阻状态。将可变电阻元件设定(或写入)为高电阻状态称为设置(SET)，设定(写入)为低电阻状态称为重置(RESET)。

能够通过字线、位线及源极线，以位单位来选择单元组。例如，在对单元组M11进行写入的情况下，通过字线WL1使晶体管导通，将与设置或重置对应的电压施加至位线BL1、源极线SL1。由此，对可变电阻元件进行设置或重置。在对单元组M11进行读取的情况下，通过字线WL1使晶体管导通，将用于读取的电压施加至位线BL1、源极线SL1。在位线BL1中具有与可变电阻元件的设置或重置对应的电压或电流，通过传感器电路来检测所述电压或电流。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2012-64286号公报

[专利文献2]日本专利特开2008-41704号公报

[发明所要解决的问题]

电阻变化型存储器与闪速存储器不同，能够将数据直接从“0”切换(改写)为“1”，或从“1”切换(改写)为“0”，而闪速存储器是通过擦除将数据设为“1”，并通过编程将数据设为“0”，并不存在将数据从“0”编程为“1”的动作。因此，在打算利用电阻变化型存储器替代闪速存储器的情况下，较理想的是使电阻变化型存储器以与闪速存储器具有兼容性的规格进行动作。即，要求电阻变化型存储器对应于闪速存储器所使用的擦除等指令(command)。因此，若电阻变化型存储器对区块擦除指令进行了断言(assert)，则电阻变化型存储器需要对目标区块中所含的全部的存储单元进行重置(将数据切换为“1”)。但是，若被重置的存储单元中有存储有数据“1”的存储单元，则对于此种存储单元来说，未必需要进行重置。反复地进行不必要的改写会无端地消耗电阻变化型存储器的改写限制次数，致使耐久特性变差。