專利名稱：半導體存儲裝置及存儲單元的存儲數(shù)據(jù)修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體存儲裝置及存儲單元中存儲的數(shù)據(jù)的修正方法。
背景技術(shù)：
屬于可電寫入及擦除的非易失性存儲器的閃爍存儲器(flashmemory)，因時間的推移或數(shù)據(jù)讀出時的電流或電壓引起的應(yīng)力，導致作為與應(yīng)存儲于存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)對應(yīng)的物理量的一例的電荷狀態(tài)變化，閾值分布有可能從規(guī)定范圍內(nèi)脫離，在這種情況下，成為存取時間的延遲或誤讀出的原因。因此，根據(jù)USP5,835,413號公報，提出對因上述應(yīng)力導致存儲單元的狀態(tài)變化且閾值分布從規(guī)定范圍內(nèi)超出的單元，修正為進入原來的規(guī)定范圍的技術(shù)。
以下，根據(jù)USP5,835,413號公報，對NOR型閃爍存儲器的數(shù)據(jù)修正進行說明。閃爍存儲器，如圖7所示，構(gòu)成為具備存儲單元呈矩陣狀配置的存儲陣列21；存儲向讀出電路25的一方輸入的基準數(shù)據(jù)的參考陣列22；輸出選擇字線的字線選擇信號的行解碼器24；輸出選擇位線的位線選擇信號的列解碼器23；對應(yīng)于編程、擦除、讀取等各模式切換向各電路供給的電壓，也具有切換在裝置內(nèi)部被升壓的電壓或從外部供給的高電壓的功能的作為電壓切換電路的電壓開關(guān)26；識別由外部輸入的指令(分別分配給編程、擦除、讀取等)，以裝置開始與該指令對應(yīng)的操作的方式向各電路輸出信號的指令接口27；和在需要編程或擦除等特殊的算法時，作為施行該算法用的微型控制器的控制引擎(controlengine)28等。
上述各電路動作與一般的閃存是基本相同的，特長是在向控制引擎28輸入訂正信號CORRECT方面。通過將該信號輸入到控制引擎28，從而開始存儲單元的閾值修正例程。信號輸入是利用指令等的從外部的輸入來進行的。內(nèi)部動作除了追加了進行校驗與寫入操作用的訂正信號CORRECT以外，與一般的NOR型閃爍存儲器相同，只追加了閾值修正例程。
下面根據(jù)圖8、圖9說明該閾值修正例程。圖9表示存儲單元的閾值分布，VT00閾值最高，VT11閾值最低。在這里，以必須在VT01的范圍內(nèi)的存儲單元電荷損耗，在處于VT01與VT10的中間狀態(tài)時，修正為VT01的情況為例進行說明。
接收指令等外部動作，向控制引擎輸入訂正信號CORRECT，開始存儲單元的閾值修正操作。首先，在步驟S21中，判斷存儲單元的狀態(tài)是否在某個分布范圍的上限以上。具體講，為了確認是否不處于VT11與VT10的中間區(qū)域，由讀出電路25對存儲單元與表示VT11上限的參考單元進行比較。在本例中，由于存儲單元的閾值高，故進入判斷存儲單元的狀態(tài)是否在其分布范圍的上一個分布范圍的下限以下的步驟S22，比較存儲單元與表示VT10的下限的參考單元。由于存儲單元的閾值高，故進入判斷存儲單元的狀態(tài)是否處于多值存儲器中的其他狀態(tài)的步驟S24，確認是否存在其他分布范圍。在本例中，由于存在其他分布范圍，故進入對確認的分布范圍變更的步驟S25。(雖然該確認在多值存儲器中是必需的，但在2值存儲器中不需要，在2值存儲器的情況下，在到步驟S24的時刻終止。)接著進入步驟S21，確認是否沒有在VT10與VT01的中間區(qū)域，比較存儲單元與表示VT10上限的參考單元。在本例中，由于存儲單元閾值高，故進入步驟S22，比較存儲單元與表示VT01下限的參考單元進行比較。在本例中，由于存儲單元的閾值低，則進入進行寫入處理直到存儲單元狀態(tài)成為其分布范圍的上一個分布范圍的下限以上的步驟S23，進行存儲單元的寫入操作，直到成為VT01的下限以上。若寫入完成，則算法完成。再有，變更地址，再度施行上述的步驟，對全部的存儲單元進行校驗，在從規(guī)定的范圍超出的情況下修正為收納在原來的范圍內(nèi)。另外，雖然說明了存儲單元成為中間狀態(tài)的示例，但在正常狀態(tài)的單元的情況下，在步驟S24的動作結(jié)束，不進行寫入操作。
在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，由于必須對全部的存儲單元施行各存儲單元中數(shù)據(jù)的保持狀態(tài)的確認操作，故需要時間，不能早期地檢測出作為物理量一例的電荷量的變動所導致的閾值的位移，而且不能達到低電力消耗化的目的等問題。另外，在進行閾值位移的檢測時，在存儲單元上施加應(yīng)力，也有閾值超出規(guī)定范圍的可能性增大的問題。再有，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中為了使算法開始而需要指令等的外部輸入，但不輸入指令就不執(zhí)行，這種情況下，也存在裝置的可靠性惡化的問題。還有，在閃爍存儲器中，由于向由電荷損耗而從分布范圍內(nèi)位移的存儲單元內(nèi)的寫入操作是對每1位進行，擦除是只能對每塊(同時被擦除的存儲單元的群集)上進行，所以也存在由電荷損耗所導致的從閾值分布內(nèi)位移的存儲單元中不能進行1位(bit)單位上的修正的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題點，其目的在于，提供一種不在存儲單元上施加多余的應(yīng)力即可有效地檢測物理量的變動，而且，并不只是對向電荷損耗所導致的規(guī)定范圍的下方變動修正，也可以對電荷增益所導致的規(guī)定發(fā)范圍的上方變動的物理量進行修正的半導體存儲裝置及存儲于存儲單元中的數(shù)據(jù)的修正方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明的半導體存儲裝置的特征構(gòu)成為，具備在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)(N為2以上的自然數(shù))的多個存儲單元；將上述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以和上述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元；檢測與上述監(jiān)控單元存儲的上述數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的檢測機構(gòu)；和在上述檢測機構(gòu)檢測為上述監(jiān)控單元的上述物理量在預先設(shè)定的范圍以外的情況下，確認與存儲于上述存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述存儲單元的上述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的確認機構(gòu)。
即，通過設(shè)置將上述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以和上述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元，通常只檢測監(jiān)控單元的物理量的變動，通過只在監(jiān)控單元的物理量變動時進行存儲單元的確認，從而在不會對存儲單元施加多余應(yīng)力的狀態(tài)中，可以在高速且低電力消耗下進行存儲單元中的物理量的變動的確認。
在這里，作為上述監(jiān)控單元，若具備監(jiān)控伴隨上述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的讀出操作的劣化的第1監(jiān)控單元，則可以檢測出起因于使用時的電流或電壓引起的應(yīng)力的物理量的變動，若具備監(jiān)控上述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的時效劣化的第2監(jiān)控單元，則可以正確地檢測出伴隨時間的推移而產(chǎn)生的物理量的變動。
再有，通過將伴隨讀出操作對上述第1監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化有影響的應(yīng)力，構(gòu)成為比對以上述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元施加的上述應(yīng)力大，在可以在比上述存儲單元的靈敏度高的狀態(tài)下檢測上述監(jiān)控單元相對上述應(yīng)力的物理量的變動方面是優(yōu)選的，對于上述第1監(jiān)控單元，構(gòu)成為每當對上述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元的讀出操作發(fā)生，就至少施行1次的讀出操作，在可以向存儲單元與監(jiān)控單元同等地提供應(yīng)力方面是優(yōu)選的。
同樣，通過將不直接接受讀出操作、寫入操作及擦除操作的狀態(tài)下對上述第2監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化有影響的應(yīng)力，構(gòu)成為比施加在以上述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元上的應(yīng)力大，在可以比在比上述存儲單元的靈敏度高的狀態(tài)下檢測上述監(jiān)控單元相對上述應(yīng)力的物理量的變動方面是優(yōu)選的，優(yōu)選配置在上述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的多個上述存儲單元和向該存儲單元供給讀出操作所需電壓的負載電路之間。
優(yōu)選具備產(chǎn)生當上述檢測機構(gòu)以在規(guī)定的時序施行上述監(jiān)控單元的上述物理量的檢測用的同步信號的時序產(chǎn)生電路，在這種情況下，通過預先研究數(shù)據(jù)保持特性的劣化的程度，由于可以在最佳的時間內(nèi)自動地檢測，所以進一步提高可靠性。
通過具備當上述確認機構(gòu)確認上述存儲單元的上述物理量在預先設(shè)定的范圍外的情況下，將該存儲單元的上述物理量修正為收納在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的修正機構(gòu)，從而即使上述物理量從規(guī)定范圍超出，也可以利用修正來保證穩(wěn)定的操作。具體地講，上述存儲單元優(yōu)選由電阻根據(jù)電應(yīng)力變化且解除上述電應(yīng)力后也保持變化后的電阻的非易失性可變電阻元件與選擇晶體管構(gòu)成，上述非易失性可變電阻元件，優(yōu)選在電極間形成含有錳的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物。這種情況下，由于數(shù)據(jù)的寫入修正、擦除修正可以在存儲單元單位上進行，故即使上述物理量向規(guī)定范圍的任何一側(cè)變動，也可以始終保證穩(wěn)定的操作。
為了達到上述目的，本發(fā)明的存儲于存儲單元中的數(shù)據(jù)的修正方法，是一種存儲于在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)(N為2以上的自然數(shù))的存儲單元中的數(shù)據(jù)的修正方法，其中，使用將上述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以和上述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元，檢測與上述監(jiān)控單元存儲的上述數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，在檢測為上述監(jiān)控單元的上述物理量在預先設(shè)定的范圍以外的情況下，確認與存儲于上述存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述存儲單元的上述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，在確認上述存儲單元的上述物理量在預先設(shè)定的范圍外的情況下，將該存儲單元的上述物理量修正為收納在預先設(shè)定的范圍內(nèi)。
即，由于可以只在已檢測到監(jiān)控單元的物理量超出設(shè)定范圍以外時修正存儲單元，故不會在存儲單元上施加不需要的應(yīng)力，而且可以達成低消耗電力化的目的。


圖1是表示本發(fā)明的半導體存儲裝置的各存儲單元的閾值分布的說明圖。
圖2是說明本發(fā)明的存儲單元的存儲數(shù)據(jù)修正方法的圖表。
圖3是本發(fā)明的半導體存儲裝置的電路方框構(gòu)成圖。
圖4是本發(fā)明的半導體存儲裝置的主要部分的電路方框構(gòu)成圖。
圖5是本發(fā)明的半導體存儲裝置的主要部分的電路方框構(gòu)成圖。
圖6是說明本發(fā)明的存儲單元的存儲數(shù)據(jù)修正方法的其他實施例的圖表。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)的半導體存儲裝置的電路方框構(gòu)成圖。
圖8是說明現(xiàn)有技術(shù)的存儲單元的存儲數(shù)據(jù)修正方法的圖表。
圖9是說明現(xiàn)有技術(shù)的半導體存儲裝置的各存儲單元的閾值分布的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的半導體存儲裝置的一實施方式。
如圖3所示，半導體存儲裝置構(gòu)成為，具備在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)(N為2以上的自然數(shù))的多個存儲單元呈矩陣狀配置的存儲陣列1；存儲向讀出電路3的一方輸入的基準數(shù)據(jù)的參考陣列2；輸出選擇字線的字線選擇信號的行解碼器4；輸出選擇位線的位線選擇信號的列解碼器5；對應(yīng)于編程、擦除、讀取等各模式切換向各電路供給的電壓，也具有切換在裝置內(nèi)部被升壓的電壓或從外部供給的高電壓的功能的作為電壓切換電路的電壓開關(guān)14；識別由外部輸入的指令(分別分配給編程、擦除、讀取等)，以裝置開始與該指令對應(yīng)的操作的方式向各電路輸出信號的指令接口15；和在需要編程或擦除等特殊的算法時，作為施行該算法用的微型控制器的控制引擎(control engine)16。
再有，半導體存儲裝置，具有將與上述存儲單元相同的存儲方式分別存儲上述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值的多個監(jiān)控單元排列配置的的監(jiān)控單元陣列6、9。上述控制引擎16與屬于解碼器電路的讀取干擾用監(jiān)控單元列解碼器7、讀取干擾用監(jiān)控單元行解碼器8、維持用監(jiān)控單元列解碼器10、維持用監(jiān)控單元行解碼器11與監(jiān)控單元讀出電路12構(gòu)成為，作為直接或間接檢測與存儲在上述監(jiān)控單元的上述數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的檢測機構(gòu)發(fā)揮功能，并且作為當上述檢測機構(gòu)檢測出上述監(jiān)控單元的上述物理量在預先設(shè)定的范圍外時，確認與存儲在上述存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的上述存儲單元的上述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的確認機構(gòu)發(fā)揮功能。半導體存儲裝置，還具備作為產(chǎn)生在規(guī)定的時間內(nèi)施行上述監(jiān)控單元的上述物理量的檢測用的同步信號的時序產(chǎn)生電路發(fā)揮功能的維持用監(jiān)控單元讀出定時器電路13。
若對上述監(jiān)控單元詳細闡述，則對應(yīng)于數(shù)據(jù)存儲保持特性的劣化原因的不同，包括排列配置有監(jiān)控伴隨上述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的讀出操作的劣化的第1監(jiān)控單元的讀取干擾用監(jiān)控單元陣列6、及排列配置有監(jiān)控上述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的時效劣化的第2監(jiān)控單元的維持用監(jiān)控單元陣列9，第1監(jiān)控單元由讀取干擾用監(jiān)控單元列解碼器7、讀取干擾用監(jiān)控單元行解碼器8分別讀出，第2監(jiān)控單元由維持用監(jiān)控單元列解碼器10、維持用監(jiān)控單元行解碼器11分別讀出。
本實施方式中所使用的存儲單元及監(jiān)控單元，由根據(jù)電壓施加等導致的電應(yīng)力改變物理量的一例的電阻且解除上述電應(yīng)力后也保持變化后的電阻的非易失性可變電阻元件與選擇晶體管構(gòu)成。在本實施方式中，作為非易失性可變電阻元件，使用的是RRAM(Novel resistance controlnonvolatile RAM)元件。RRAM元件，是通過根據(jù)電應(yīng)力的施加改變電阻，即使解除電應(yīng)力后也保持變化后的電阻，而可以以其電阻變化來進行數(shù)據(jù)存儲的非易失性存儲元件，例如是利用MOCVD法、旋轉(zhuǎn)鍍膜法、激光侵蝕、濺射法等形成用Pr(1-x)CaxMnO3、La(1-X)CaxMnO3或La(1-x-y)CaxPbyMnO3(其中x＜1，y＜1，x+y＜1)表示的任何物質(zhì)，例如Pr0.7Ca0.3MnO3、La0.65Ca0.35MnO3、La0.65Ca0.175Pb0.175MnO3等的錳氧化膜，來做成的。
以下，在本說明書中，增加RRAM元件的電阻值時表現(xiàn)為寫入，降低電阻值時表現(xiàn)為擦除，通常進行寫入時接通選擇晶體管，在位線上施加3V的電壓，在源線上施加0V電壓，相反進行擦除時接通選擇晶體管，在位線上施加0V的電壓，在源線上施加3V電壓，進行讀出時接通選擇晶體管，在位線上施加1.5V電壓，在源線上施加0V電壓。再有，各電壓值也可以與非易失性可變電阻元件的特性配合，適當?shù)卦O(shè)定，其值并未限定于上述的值。
維持用監(jiān)控單元讀出定時器電路13，是產(chǎn)生在規(guī)定的時間內(nèi)施行上述監(jiān)控單元的上述物理量的檢測用的同步信號的時序產(chǎn)生電路，在通入電源的同時運轉(zhuǎn)，在待機時也運轉(zhuǎn)。若詳細闡述，則維持用監(jiān)控單元讀出定時器電路13產(chǎn)生規(guī)定周期的時鐘脈沖，輸出維持用監(jiān)控單元判定使能信號。為了使存儲單元的可靠性提高，則提早維持用監(jiān)控單元讀出定時器電路13產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期，為了達到待機電流的減弱化，則推遲維持用監(jiān)控單元讀出定時器電路13產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。時鐘脈沖的周期，若將時效劣化所導致的電阻值的位移假設(shè)為10％以內(nèi)，則可以將研究階段測定的電阻值位移10％的時間設(shè)定為周期。為了達到可靠性提高的目的，將周期設(shè)定為該數(shù)值量的1倍～100分之一倍左右。再有，若構(gòu)成在接通電源時啟動監(jiān)控單元讀出電路12的定時器電路，則可以檢測到電源接通時的監(jiān)控存儲單元的狀態(tài)，進一步提高可靠性。
上述監(jiān)控單元讀出電路12，與維持用監(jiān)控單元判定使能信號同步，進行維持用監(jiān)控單元的判別，或與讀出信號同步，進行讀取干擾用監(jiān)控單元的判定。即，監(jiān)控單元讀出電路12兼做維持用和讀取干擾用。進行維持用監(jiān)控單元的判別的情況下，與維持用監(jiān)控單元判定使能信號同步，維持用監(jiān)控單元列解碼器10及維持用監(jiān)控單元行解碼器11輸出維持用監(jiān)控單元的列選擇信號及維持用監(jiān)控單元的字選擇信號。向維持用監(jiān)控單元陣列輸入維持用監(jiān)控單元列選擇信號及維持用監(jiān)控單元字選擇信號，將存儲在維持用監(jiān)控單元內(nèi)的數(shù)據(jù)讀出，監(jiān)控單元讀出電路12，根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)判斷電阻值是否位移。
另一方面，在進行讀取干擾用監(jiān)控單元的判定的情況下，在存儲陣列的存儲單元被讀出時必須讀出讀取干擾用監(jiān)控單元，由監(jiān)控單元讀出電路12進行判定。讀取干擾用監(jiān)控單元構(gòu)成為，在存儲陣列1的存儲單元被讀出時必須被讀出，應(yīng)該成為讀取次數(shù)最多的單元，在讀取干擾用監(jiān)控單元列/行解碼器7、8中，輸入進行存儲陣列1的讀出的讀出信號，根據(jù)該讀出信號，讀取干擾用監(jiān)控單元被讀出。即，影響伴隨讀出操作的上述監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化的應(yīng)力，構(gòu)成為比對上述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元施加的上述應(yīng)力大，對于上述第1監(jiān)控單元，構(gòu)成為每當對上述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元的讀出操作發(fā)生，就至少施行1次讀出操作。再有，在監(jiān)控單元電路中判定存儲于上述讀取干擾用監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)的時間內(nèi)，在主陣列的存儲單元被讀出時不需要每次進行判定，例如可以適當?shù)卦O(shè)定為10次～幾百次中進行1次。
監(jiān)控單元讀出電路12，在判定為維持用監(jiān)控單元或讀取干擾用監(jiān)控單元的物理量，即電阻值位移時，向控制引擎16輸出訂正信號CORRECT，控制引擎16施行后述的算法。
以下，根據(jù)圖4說明與具備在1個單元內(nèi)多個存儲且可改寫4值數(shù)據(jù)的存儲單元的存儲陣列對應(yīng)的維持用監(jiān)控單元、讀取干擾用監(jiān)控單元及監(jiān)控單元讀出電路12的具體構(gòu)成例。RRAM元件的電阻分布狀態(tài)，如圖1所示，R00最高，R11最低，從Ref01到Ref32是設(shè)定各分布范圍的上限與下限的參考電阻。由于R00的上限、R11的下限不需要，故參考電阻不存在。讀Ref1、2、3是以在讀出時使用的基準而一般被設(shè)定在分布區(qū)間的中間。若存儲單元的電阻值在讀Ref1與讀Ref2之間，則判定為處于R01的狀態(tài)。另外，由于在存儲單元從R00到R11的各狀態(tài)中有位移的傾向不同的可能性，故維持用監(jiān)控單元及讀取干擾用監(jiān)控單元，在1個單元內(nèi)保持4個狀態(tài)的情況下，在各狀態(tài)中有設(shè)置4種(圖1的R11的狀態(tài)、R10的狀態(tài)、R01的狀態(tài)、R00的狀態(tài)4種)相同的電路的必要。
如圖4所示，Vref01～Vref32是與圖1的參考電阻Ref01～Ref32對應(yīng)的讀出放大器參考電壓。由于在R00中不需要上限，在R11中不需要下限，故讀出放大器可以只有1個。向監(jiān)控單元讀出電路12、維持用監(jiān)控單元列解碼器10及維持用監(jiān)控單元行解碼器11輸入監(jiān)控單元判定使能信號，在監(jiān)控單元讀出電路12中判定維持用監(jiān)控單元的電阻值的位移。另外，向監(jiān)控單元讀出電路12、讀取干擾用監(jiān)控單元列解碼器7、讀取干擾用監(jiān)控單元行解碼器8輸入讀出信號，在監(jiān)控單元讀出電路12中判定讀取干擾用監(jiān)控單元的電阻值的位移。
監(jiān)控單元讀出電路12，具備位移判定電路120～123。位移判定電路120由讀出放大器與2個反相器構(gòu)成，將從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R00)讀出的電壓與讀出放大器用參考電壓Vref01進行比較，在從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R00)讀出的電壓比讀出放大器用參考電壓Vref01高的情況下，向CORRECT00輸出低電平“L”，低的情況下向CORRECT00輸出高電平“H”。位移判定電路121由2個讀出放大器、反相器與NAND電路構(gòu)成，在從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R01)讀出的電壓位于讀出放大器用參考電壓Vref11與讀出放大器用參考電壓Vref12之間的情況下，向CORRECT01輸出低電平“L”，不在其之間的情況下，向CORRECT01輸出高電平“H”。位移判定電路122，由2個讀出放大器、反相器與NAND電路構(gòu)成，在從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R10)讀出的電壓位于讀出放大器用參考電壓Vref21與讀出放大器用參考電壓Vref22之間的情況下，向CORRECT10輸出低電平“L”，不在其之間的情況下，向CORRECT10輸出高電平“H”。位移判定電路123由讀出放大器與反相器構(gòu)成，將從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R11)讀出的電壓與讀出放大器用參考電壓Vref32進行比較，在從維持用或讀取干擾用RRAM元件(R11)讀出的電壓比讀出放大器用參考電壓Vref32低的情況下，向CORRECT11輸出低電平“L”，高的情況下向CORRECT11輸出高電平“H”。
CORRECT00～11的信號，與OR電路連接，OR電路的輸出與AND電路的一方連接，AND電路的另一方連接由維持用監(jiān)控單元判定使能信號與讀出信號構(gòu)成的OR電路的輸出，從AND電路輸出訂正信號CORRECT。例如，若處于R01狀態(tài)的維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元的電阻值比Ref12高，或比Ref11低，則CORRECT01輸出高電平“H”。通過將與各狀態(tài)對應(yīng)的訂正信號CORRECT的OR邏輯后的輸出向控制引擎輸入，即使監(jiān)控單元為1個只要位移，也可以向存儲陣列1的確認修正算法移行，由此可以提高可靠性。
圖5中表示維持用監(jiān)控單元陣列9及讀取干擾用監(jiān)控單元陣列6的配置的一例。構(gòu)成為在存儲單元陣列1的同一位線上且存儲單元陣列1與電源(寫入電路或讀出電路)之間，配置維持用監(jiān)控單元陣列9，在其他陣列上配置讀取干擾用監(jiān)控單元陣列6。即，由于將維持用監(jiān)控單元陣列9配置在上述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的多個上述存儲單元、和向該存儲單元供給讀出操作所需電壓的負載電路之間，故從電源到與監(jiān)控單元連接的位線的距離可以構(gòu)成為比存儲單元短，由于維持用監(jiān)控單元的位線電阻比存儲單元的位線電阻小，故在寫入、讀出時應(yīng)力容易施加。因此，即使在存儲單元陣列被選擇時，成為維持用監(jiān)控單元陣列比非選擇存儲單元更易接受應(yīng)力，對于存儲單元，監(jiān)控單元更容易位移，結(jié)果，可以早期進行存儲單元的位移檢測。
另一方面，反映讀取干擾的影響用的讀取干擾用監(jiān)控單元，優(yōu)選構(gòu)成為伴隨讀出動作對讀取干擾永監(jiān)控單元影響數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化的應(yīng)力，比施加在上述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元上的應(yīng)力大，具體地講，構(gòu)成為對于讀取干擾用監(jiān)控單元，每當對讀取干擾用監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的上述存儲單元的讀出操作發(fā)生，就至少施行1次的讀出操作。
若應(yīng)力比存儲單元還高且物理量(電阻值)位移容易的維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元，被收納在規(guī)定的范圍內(nèi)，則比維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元位移難的存儲單元，被收納在規(guī)定范圍內(nèi)的可能性高。這樣，在本發(fā)明中，首先判斷在維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元中是否位移，只在維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元位移了的情況下，檢測存儲單元的位移，由于進行修正，所以沒有在如以往那樣檢測存儲單元的位移時向存儲單元施加應(yīng)力的情況，可以早期發(fā)現(xiàn)位移的檢測，也可以實現(xiàn)低電力消耗。
接著，在圖2中表示存儲單元的確認及修正的算法。以在處于最先地址的R01的存儲單元的電阻值向高的方向位移的情況，即，單元位于Ref12與讀Ref1的中間區(qū)域的情況為例，進行算法的說明。首先，在步驟S1中，判斷監(jiān)控單元的狀態(tài)是否在分布范圍內(nèi)，根據(jù)維持用監(jiān)控電路讀出用定時器電路13輸出的規(guī)定周期的監(jiān)控單元判定使能信號，從維持用監(jiān)控單元陣列9讀出圖1中表示的4種維持用監(jiān)控單元R00～R01的狀態(tài)，在監(jiān)控單元讀出電路12中確認。在這里，由于4種維持用監(jiān)控單元中的至少1個在分布范圍外，故進入監(jiān)控單元讀出電路輸出高電平“H”的訂正信號CORRECT，進行存儲陣列的確認的開始存儲陣列確認用的步驟S2?；蛘撸鶕?jù)讀出讀取干擾用監(jiān)控單元的信號，從讀取干擾用監(jiān)控單元陣列6中讀出讀取干擾用監(jiān)控單元R00～R11的狀態(tài)，在監(jiān)控單元讀出電路12中進行確認(步驟S1)。在這里，設(shè)想1個監(jiān)控單元位于Ref12與讀Ref1的中間區(qū)域的情況，由于4種維持用監(jiān)控單元中的至少1個在分布范圍外，故進入監(jiān)控單元讀出電路輸出高電平“H”的訂正信號CORRECT，進行存儲陣列的確認的開始存儲陣列確認用的步驟S2。另外，在維持用監(jiān)控單元或讀取干擾用監(jiān)控單元的任何一方不在分布范圍內(nèi)時，進入步驟S2。
向控制引擎16輸入最先的地址，進行最先地址設(shè)定，讀出最先地址的存儲單元(步驟S2、S3)。由于這些步驟與通常的讀出相同，故參考值使用存儲在參考單元陣列中的讀Ref1～3。在本例中，輸出與R01的狀態(tài)相當?shù)臄?shù)據(jù)。直接進入讀出該數(shù)據(jù)的步驟S4，確認存儲單元的狀態(tài)是否在其分布范圍的上限以上，具體地講確認是否超過R01的上限。在本例中，進行與Ref12的比較，由于其結(jié)果是判斷為上限以上，故轉(zhuǎn)移到擦除存儲單元的步驟S5，擦除存儲單元，成R11的狀態(tài)。之后，進入進行寫入用的步驟S7，進行寫入操作直到存儲單元狀態(tài)在其分布范圍內(nèi)，即直到成為R01的分布范圍。
接下來，以使維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元的電阻值成為原來的分布范圍的方式，修正維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元。維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元的修正，與存儲單元的修正(上述的步驟S4到S7)相同。上述各步驟，由于必須對全部的存儲單元實行，故變更步驟S2的地址后再度施行，反復執(zhí)行直到成為最終地址。
然后，以在處于最先地址的R01的存儲單元的電阻值向低的方向位移，單元位于Ref12與讀Ref1的中間區(qū)域的情況為例，進行算法的說明。維持用監(jiān)控單元讀出用定時器電路13輸出規(guī)定周期的監(jiān)控單元判定使能信號，根據(jù)監(jiān)控單元判定使能信號，將圖1中示出的4種維持用監(jiān)控單元R00～R11的狀態(tài)從維持用監(jiān)控單元陣列中讀出，在監(jiān)控單元讀出電路中確認(S1)。在這里，由于4種維持用監(jiān)控單元中的至少1個在分布范圍外，故進入監(jiān)控單元讀出電路輸出高電平“H”的訂正信號CORRECT，進行存儲陣列的確認用的步驟S2。或者，根據(jù)讀出信號，從讀取干擾用監(jiān)控單元陣列中讀出讀取干擾用監(jiān)控單元R00～R11的狀態(tài)，在監(jiān)控單元讀出電路12中進行確認(步驟S1)。在這里，由于4種維持用監(jiān)控單元中的至少1個在分布范圍外，故進入監(jiān)控單元讀出電路輸出高電平“H”的訂正信號CORRECT，進行存儲陣列的確認用的步驟S2。另外，在維持用監(jiān)控單元或讀取干擾用監(jiān)控單元的任何一方不在分布范圍內(nèi)時，進入步驟S2。
最先位置被輸入到控制引擎，進行最先地址設(shè)定，讀出最先地址的存儲單元(步驟S2、S3)。由于這與通常的讀出是相同的，故參考值使用存儲在參考單元陣列中的讀Ref1～3。在本例中，輸出與R01的狀態(tài)相當?shù)臄?shù)據(jù)。直接進入讀出該數(shù)據(jù)的步驟S4，確認存儲單元的狀態(tài)是否超過R01的上限。在本例中，進行與Ref12的比較，其結(jié)果是判斷為不是上限以上，進入步驟S6，確認存儲單元的狀態(tài)是否未超過R01的下限。在本例中，進行與Ref11的比較，其結(jié)果是判斷為下限以下，進入步驟S7，進行寫入操作直到存儲單元狀態(tài)成為R01的分布范圍。
接著，以使維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元成為原來的分布范圍的方式，進行維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元的修正。維持用或讀取干擾用監(jiān)控單元的修正與存儲單元的修正(步驟S4～S7)同樣。在上述的各步驟中，必須對全部的存儲單元施行，故在步驟S2中變更地址后再度施行，反復操作直到成為最終地址。
圖2中示出的本算法具有的特征是讀出存儲單元，在檢測讀出的數(shù)據(jù)是否位移時首先檢測上限后再檢測下限。在本算法中，在存儲單元的狀態(tài)不是分布范圍的上限以上而是分布范圍的下限以下的情況下，成為步驟S4→步驟S6→步驟S7的3個步驟，在存儲單元的狀態(tài)不是分布范圍的下限以下而是分布范圍的上限以上的情況下，則成為步驟S4→步驟S5→步驟S7的3個步驟，對于以任意3個步驟完成來說，例如，如圖6所示，與本算法相反，若在檢測下限后再檢測上限，則在存儲單元的狀態(tài)不是分布范圍的下限以下而是分布范圍的上限以上的情況下，需要步驟S4′→步驟S6′→步驟S7′→步驟S5′的4個步驟，在存儲單元的狀態(tài)為分布范圍的下限以下的情況下，則只需要步驟S4′→步驟S5′的2個步驟。因此，可以比需要4道工序步驟的圖6所示的算法還減少工序數(shù)。
在上述實施方式中，雖然說明的是與具備1個單元內(nèi)存儲且可改寫4值數(shù)據(jù)的多個存儲單元的存儲陣列對應(yīng)的裝置，但本發(fā)明也可以構(gòu)成為與具備1個單元內(nèi)存儲且可改寫N(N為2以上的自然數(shù))值數(shù)據(jù)的多個存儲單元的存儲陣列對應(yīng)的裝置。
在上述實施方式中，雖然通過具備修正機構(gòu)可以將存儲單元的值始終維持在適當?shù)臓顟B(tài)，但例如在具有實驗性地測量應(yīng)力程度用途或在確認參考單元上有異常的時刻壽命完結(jié)的產(chǎn)品規(guī)格的半導體存儲裝置中，只要具備確認機構(gòu)能把握其結(jié)果即可，故不一定需要修正機構(gòu)。
在上述的半導體存儲裝置中，作為檢測與監(jiān)控單元內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的檢測機構(gòu)，雖然說明了使用電壓檢測型差動放大電路構(gòu)成的機構(gòu)，但作為檢測機構(gòu)，并未限定于此，可以根據(jù)檢測對象適宜地構(gòu)成。例如，也可以使用電流檢測型的差動放大電路，來間接檢測電阻值。另外，檢測機構(gòu)可以構(gòu)成為直接或間接檢測物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，并不一定限于直接檢測的機構(gòu)。再有，作為物理量，并未限定于電阻值，只要是與存儲單元或監(jiān)控單元內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的物理量，即使是電荷量等其他物理量也可以。
在上述的半導體存儲裝置中，雖然對作為非易失性可變電阻元件，使用RRAM元件構(gòu)成存儲單元的示例進行了說明，但并未限定于非易失性可變電阻元件，也可以用沿磁化方向改變電阻值的MRAM元件或電阻值由熱導致的結(jié)晶狀態(tài)的變化而改變的OUM元件等。
如上所說明的，在本發(fā)明中，首先調(diào)查監(jiān)控單元是否位移，由于只在監(jiān)控單元位移的情況下進行存儲單元的位移的檢測，故沒有如以往那樣頻繁地檢測存儲單元的位移，在存儲單元上施加多余應(yīng)力的情況，可以有效地進行位移的檢測且早期發(fā)現(xiàn)，可以達成低電力消耗化。
另外，通過將監(jiān)控單元設(shè)置為維持用與讀取干擾用的2種，即可區(qū)別電阻值位移的主要原因，確認各自的影響，再有，由于利用維持用監(jiān)控單元讀出用定時器電路可以自動地進行規(guī)定周期的維持用監(jiān)控單元狀態(tài)的確認與從存儲陣列讀出數(shù)據(jù)時的讀取干擾用監(jiān)控單元狀態(tài)的確認，而沒有以往所必需的外部輸入，所以，可以保障半導體存儲裝置的長期穩(wěn)定操作。
還有，通過使用非易失性可變電阻元件構(gòu)成存儲單元，對于存儲單元的正常分布范圍，不僅在電阻值高的情況下，而且在低的情況下，都可以修正每個存儲單元，可以提高可靠性。
雖然根據(jù)優(yōu)選實施方式說明了本發(fā)明，但在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以由熟練的技術(shù)人員進行各種改進和變更。因此本發(fā)明僅被限定在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導體存儲裝置，其特征在于，具備可以在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)(N為2以上的自然數(shù))的多個存儲單元；將所述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以和所述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元；檢測與所述監(jiān)控單元存儲的所述數(shù)據(jù)值對應(yīng)的所述監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的檢測機構(gòu)；和在所述檢測機構(gòu)檢測為所述監(jiān)控單元的所述物理量在預先設(shè)定的范圍以外的情況下，確認與存儲于所述存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的所述存儲單元的所述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的確認機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體存儲裝置，其特征在于，所述監(jiān)控單元，包括監(jiān)控伴隨所述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的讀出操作的劣化的第1監(jiān)控單元、及監(jiān)控所述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的時效劣化的第2監(jiān)控單元的至少一方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體存儲裝置，其特征在于，伴隨讀出操作對所述監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化有影響的應(yīng)力，構(gòu)成為比對以所述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的所述存儲單元施加的所述應(yīng)力大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體存儲裝置，其特征在于，對于所述第1監(jiān)控單元，構(gòu)成為每當對以所述第1監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的所述存儲單元的讀出操作發(fā)生時，就至少施行1次的讀出操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體存儲裝置，其特征在于，在不直接接受讀出操作、寫入操作及擦除操作的狀態(tài)下對所述第2監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的劣化有影響的應(yīng)力，構(gòu)成為比在以所述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的所述存儲單元上施加的應(yīng)力大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體存儲裝置，其特征在于，所述多個監(jiān)控單元，配置在以所述第2監(jiān)控單元作為監(jiān)控對象的多個所述存儲單元、和向該存儲單元供給讀出操作所需電壓的負載電路之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體存儲裝置，其特征在于，具備產(chǎn)生所述檢測機構(gòu)以規(guī)定的時序施行所述監(jiān)控單元的所述物理量的檢測用的同步信號的時序產(chǎn)生電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體存儲裝置，其特征在于，具備當所述確認機構(gòu)確認所述存儲單元的所述物理量在預先設(shè)定的范圍外時，將該存儲單元的所述物理量修正為收納在預先設(shè)定的范圍內(nèi)的修正機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體存儲裝置，其特征在于，所述修正機構(gòu)，通過對修正對象的所述存儲單元施行寫入與擦除的至少一方的操作，來修正所述物理量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體存儲裝置，其特征在于，所述存儲單元由電阻根據(jù)電應(yīng)力變化且解除所述電應(yīng)力后也保持變化后的電阻的非易失性可變電阻元件與選擇晶體管構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體存儲裝置，其特征在于，所述非易失性可變電阻元件，在電極間形成含有錳的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物。
12.一種存儲單元的存儲數(shù)據(jù)修正方法，是存儲在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)(N為2以上的自然數(shù))的存儲單元中的數(shù)據(jù)的修正方法，其特征在于，包括采用將所述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以和所述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元；檢測與所述監(jiān)控單元存儲的所述數(shù)據(jù)值對應(yīng)的所述監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)；當檢測到所述監(jiān)控單元的所述物理量在預先設(shè)定的范圍以外時，確認與存儲于所述存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的所述存儲單元的所述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)；當確認所述存儲單元的所述物理量在預先設(shè)定的范圍外時，將該存儲單元的所述物理量修正為收納在預先設(shè)定的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的修正方法，其特征在于，所述監(jiān)控單元，包括監(jiān)控伴隨所述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的讀出操作的劣化的第1監(jiān)控單元、及監(jiān)控所述存儲單元的數(shù)據(jù)保持狀態(tài)的時效劣化的第2監(jiān)控單元的至少一方。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的修正方法，其特征在于，具備產(chǎn)生以規(guī)定的時序施行所述監(jiān)控單元的所述物理量的檢測用的同步信號的時序產(chǎn)生電路，根據(jù)所述同步信號的時序檢測所述監(jiān)控單元的所述物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的修正方法，其特征在于，所述存儲單元由電阻根據(jù)電應(yīng)力變化且解除所述電應(yīng)力后也保持變化后的電阻的非易失性可變電阻元件與選擇晶體管構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的修正方法，其特征在于，所述非易失性可變電阻元件，在電極間形成含有錳的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物。
全文摘要
半導體存儲裝置具備將在1個單元內(nèi)存儲且可改寫N值數(shù)據(jù)的多個存儲單元(1)；和將上述N值數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)值以與上述存儲單元相同的存儲方式分別存儲的多個監(jiān)控單元(6、9)。由檢測機構(gòu)(12)檢測監(jiān)控單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，在范圍外時，由確認機構(gòu)(16)確認存儲單元的物理量是否在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，由修正機構(gòu)(16)修正存儲單元的物理量。其結(jié)果是，不在存儲單元(1)上施加多余的應(yīng)力，就可以有效地檢測物理量的變動，而且，并不只是對向電荷損耗所導致的規(guī)定范圍的下方變動修正，也可以對電荷增加所導致的規(guī)定發(fā)范圍的上方變動的物理量進行修正。
文檔編號G11C29/00GK1505053SQ20031012010
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者濱口弘治 申請人:夏普株式會社