[发明专利]半导体存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储装置，特别是涉及使用了非易失性的可变电阻元件的非易失性半导体存储装置。

背景技术

当前，正在推进各种各样的非易失性存储器(非易失性半导体存储装置)的研究开发，其中，以将电阻值的差异作为数据进行读取的类型的MRAM(Magneto-resistance Random Access Memory)、OUM(Ovonic UniversalMemory)等为代表的PRAM(Phase-change Random Access Memory)和RRAM(Resistance Random Access Memory)具有关于定标没有统计物理学的界限的优点。

一般地，PRAM和RRAM的结构具有一施加某阈值以上的电压脉冲电阻值就变化的非易失性的可变电阻元件，都不利用所谓晶体管和二极管的选择元件，而用由可变电阻元件构成的存储器单元来构成存储器单元阵列。在此，图2是示出存储器单元阵列的一个结构例的模式图，存储器单元阵列100在行方向和列方向上排列多个由可变电阻元件103构成的存储器单元，将排列在同一行上的各可变电阻元件103的一端与字线102连接，将排列在同一列上的可变电阻元件103的一端与位线101连接。位线101与字线102的电位差一超过某阈值V_TII，可变电阻元件103的电阻值就变化。

图13示出了不使用选择元件而构成的存储器单元阵列200的一例。该存储器单元阵列200是在下部电极201上层叠了与下部电极201正交的可变电阻体202和上部电极203的交叉点型存储器。能够缩小不使用选择元件的部分所占存储器单元的面积，能够实现更大容量的存储器。另外，这样的交叉点型存储器由于结构简单，因此容易多层化，能够实现集成度更高的存储器。

专利文献1：美国专利第6204139B1号说明书

专利文献2：日本特开2003-338607号公报

发明内容

发明所要解决的问题

存储器单元内的可变电阻元件根据施加的电压，其特性变化较大。关于上述的RRAM而言，施加到可变电阻元件上的有效电压越高，电阻值的变化就越大，电阻变化速度(脉冲响应)也提高。

在此，在图2中示出的存储器单元阵列中，由于从电源等到各存储器单元的布线长度根据在存储器单元阵列内的位置而不同，因此布线电阻中有差异。因此，在写入工作和消去工作(清除(reset)工作)中，在各存储器单元间，施加到可变电阻元件上的电压脉冲的值不同，有可能各可变电阻元件的电阻变化中产生偏差。特别是如图13所示，在没有选择元件的情况下，布线电阻所占的比例变大，由布线长度的不同所产生的布线电阻的差对电阻变化所产生的影响在存储器单元间变大。另外，在PRAM和RRAM中，因为写入工作中处于已溶解的状态下等原因，可变电阻元件的电阻值降低到数十～数百Ω，下降到大致与布线电阻相同的等级，布线电阻的差异对电阻变化的影响特别大。

图14示出了交叉点型存储器的概略结构。在各位线B0～B7与各字线W0～W7的各个交点上存在可变电阻元件，构成了存储器单元。在此，假设存储器单元内的可变电阻元件的电阻值为R，从选择字线和选择位线的各端部到选择存储器单元的布线电阻的电阻值的总和为R_LINE，则施加到位线·字线间的电压V_BW中的施加到可变电阻元件上的有效电压V_R就用以下的数学式1表示。

[数学式1]

V_R＝R/(R+R_LINE)×V_BW