根据电阻状态存储多位信息的存储器设备制造技术

本发明专利技术提供一种在高速条件下能记录多值数据和利用具有相对简单配置的驱动电路进行多值数据记录的存储器设备。存储器设备由包括根据电阻值状态保存信息的存储器元件和作为负载串联连接到存储器元件上的ＭＩＳ晶体管的存储器单元构成；当分别把存储器单元由高阻值状态到低阻值状态的操作定义为写入和把存储器单元由低阻值状态改变到高阻值状态的操作定义为擦除时，通过控制在写入时施加到ＭＩＳ晶体管上的栅极电压ＶＧ１、ＶＧ２和ＶＧ３等等，把写入之后的存储器元件的电阻值设置为多个不同的级别，以致分别把不同信息分配到多个级别的每一个中，并且在擦除之后分配到高阻值状态来分别存储三个值或更多值信息到每个存储器单元的存储器元件中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器设备，其中利用根据电阻状态存储信息的存储器元件所形成的存储器单元。
技术介绍
由于诸如闪存的半导体非易失性存储器尺寸小和断电后依然能维持记录的数据，它作为移动图片和音频的记录媒介而被广泛使用。关于非易失性存储器，需要更大的存储容量和存储密度。一种具有能多值记录的结构的非易失性存储器，特别是可以在一个存储器单元上存储两位或更多数据的非易失性存储器，作为一种可获得上述目的的结构而被提出。此时，在可记录两位数据的情况下，例如，组成存储器单元的存储器元件可维持四种状态。闪存或者通过存储器元件中的电阻值的改变来记录信息的电阻变化型存储器，已知作为获得多值记录技术的存储器。在电阻改变型存储器中，例如，通过施加电压脉冲对存储器元件来执行信息记录(参见非专利参考1)。因而，使得存储器元件的电阻值通过改变该电压脉冲的应用次数来变化，以获得多值记录。“Novel Colossal磁阻薄膜非易失性电阻随机存取存储器(RRAM)”由W.W.Zhuang等著于技术文摘“国际电子器件会议”，2002年，193页。然而，由于闪存中的写操作是通过分级地将电荷注入被称为浮栅(floatinggate)的端子而执行的，因此当使用闪存执行多值记录时与执行一字节记录(单值记录)的情况相比需要相当多的时间。而且，当也使用上述的电阻改变型存储器来执行多值记录时，通过端子上的电压脉冲应用次数来控制分级地改变电阻来得到多值记录，然而它同样花费时间并且难于加速操作速度。当执行关于一个能执行上述的多值记录的存储器单元的信息记录操作时，需要输入多个位和执行电荷注入或执行相应于多个输入位的脉冲应用次数，因此希望使用一个不复杂和良好面积效率的电路，根据多个输入位和要记录的多值信息之间的关系来执行记录操作(电荷注入或脉冲应用次数)。因此，期望获得存储器设备，其中可高速执行多值记录且其驱动电路具有简单电路结构和良好面积效率。为了解决上述问题，本专利技术提供一种存储器设备，其中可高速执行多值数据的记录且可以使用相对简单配置的驱动电路进行多值数据的记录。
技术实现思路
本专利技术的存储器设备包括由根据电阻状态存储信息的存储元件和作为负载串联到存储元件的电路元件所形成的存储器单元，其中当将存储元件由高阻值状态改变到低阻值状态的操作定义为写入，且将存储元件由低阻值状态改变到高阻值状态的操作定义为擦除时，通过控制在写入时施加到电路元件或存储器元件上的电压或电流，设定写入之后存储元件的电阻值为多个不同的级别；不同的信息被分别分配到存储器元件中低电阻值状态的各个多个级别中和在擦除之后被分配到高电阻值状态；并且可将三个值或更多值信息分别存储到每个存储器单元的存储元件中。根据本专利技术的上述存储器设备的结构，由于将存储器单元形成为将作为负载的电路元件串联连接到存储器元件，当在存储器单元两端之间施加等于或大于存储器元件的写入阈值电压的电压时，存储器元件的电阻值改变以执行存储器元件中的写入；但是在写入之后将存储器元件的电阻值设定为由存储器元件的电流-电压特性(I-V特性)和电路元件的电流-电压特性(I-V特性)二者所决定的状态(操作点)，并且电阻值不再改变。以致通过改变施加到电路元件或存储器元件上电压或电流的大小能改变写入后设置到存储器元件的电阻值。此外，根据本专利技术的存储器设备，通过控制在写入时施加到电路元件或存储器元件上的电压或电流，设置写入后的存储器元件的电阻值为多个不同的级别；不同的信息被分别分配到存储器元件的低电阻值状态的各个多个级别(N种；N≥2)中和擦除之后的高电阻值状态；并且可将三个值或更多值信息分别存储到每个存储器单元的存储元件中。因此在信息记录之后对于存储器元件的电阻值能被控制到低阻值状态的多个级别(N种)和高阻值状态的总的状态类型(N+1)。因此，在存储器元件中可存储(N+1)或更多值，即三个值或更多值的信息。因而，有可能执行被称为三个值或更多的多值记录，其中通常两个以上值(数据“0”和“1”)可被存储于存储器元件中。因此，无需改变施加到存储器单元两端上的电压脉冲数，利用单一的电压脉冲应用可将三个值或更多值信息被记录到存储器元件中，例如，通过控制施加到电路元件或存储器元件上的电压或电流，并且在脉冲宽度或多次脉冲应用上的控制变得不必要。因此，可在短时间内执行多值记录。在本专利技术的上述存储器设备中，还得到这样结构，其中串联连接到存储器元件的电路元件是由MIS晶体管T构成的；通过该MIS晶体管T控制对每个存储器单元的存储器元件的存取；在写入时控制施加到MIS晶体管T的栅极上的栅极电压；因此写入之后的存储器元件的电阻值能被设置为多个不同级别。当存储器设备是如此构成时，通过改变栅极电压可改变MIS晶体管的导通电阻(on-resistance)，且可改变在写入之后存储器元件的电阻值状态，因此，可以执行上述的多值记录。此外，由于MIS晶体管还充当来存取执行存储器单元的选择的有源元件，无需特别增加另一个电路元件到存储器单元即可记录多值信息。此外，在本专利技术的上述存储器设备中，得到这样结构，其中将存储器单元布置为矩阵形状，将导线(例如，字线)共同连接到在行的方向上排列的存储器单元的栅极上，从与存储器单元的每一行连接的导线提供选择装置(例如，行解码器)，以选择特定导线，并且将导线的电位控制电路连接到选择装置，或者选择装置包括导线的电位控制电路。当存储器设备被如此构成时，可以通过利用简单配置控制存储器单元中的MIS晶体管的栅极电压来执行多值记录，因为导线的电位控制电路被连接到选择装置，或者选择装置包括(合成)导线的电位控制电路。在本专利技术的上述存储器设备中，也获得这样的结构，其中由MIS晶体管构成串联连接到存储器元件的电路元件；通过该MIS晶体管控制对每个存储器单元的存储器元件的存取；并且控制在写入时施加到MIS晶体管源极-漏极或存储器元件上的电压或电流；因此写入之后的存储器元件的电阻值被设置为多个不同的级别。当存储器设备被如此构成时，通过改变施加到源极-漏极或存储器元件的电压或电流来改变施加到存储器单元两端上的电压(电势差)且可改变在写入之后存储器元件电阻值状态，因此可以执行上述的多值记录。此外，由于MIS晶体管T还充当存取以执行存储器单元的选择的有源器件，在无需特别增加另一个电路到存储器单元的情况下能记录多值信息。此外，在本专利技术的上述存储器设备中，可以获得这样的结构，其中将存储器单元布置为矩阵形状，从与排列在行方向的存储器单元或排列在列方向的存储器单元(例如，位线和源极线)共同连接的导线提供选择部件(例如，位解码器或源解码器)以选择特定导线，并且在选择装置中通过改变开关元件或可变电阻元件的电阻值，来控制施加到MIS晶体管的源极-漏极或存储器元件上的电压或电流。当存储器设备被如此构成时，可以利用相对简单的配置在选择装置中通过改变开关元件或可变电阻元件的电阻值来控制施加到存储器单元两端上的电压或流过存储器单元的电流，一般在选择装置中提供该电压或电流来执行多值记录。此外，在本专利技术的上述存储器设备中，也获得这样的结构，从共同连接到在行的方向上的上述的存储器单元的栅极的第二导线(例如，字线)提供第二选择装置(例如，行解码器)以选择特定第二导线，并且将第二导线的电势控制电路连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器设备，包括：存储器单元包括根据电阻状态存储信息的存储器元件，以及一个作为负载串联连接到所述存储器元件的电路元件，其中当把所述存储器元件从高阻值状态改变到低阻值状态的操作定义为写入时，并且当把所述存储器元件从低阻值状态改变到高阻值状态的操作定义为擦除时，通过在所述的写入的时候控制施加到所述的电路元件或存储器元件上的电压或电流，将所述写入后的所述存储器元件的电阻值设定为多个不同的级别，在所述的存储器元件中，将不同的信息分配到低电阻值的状态中所述的多个级别中的每个和在所述的擦除之后分配到高电阻值的状态，并且在每个所述的存储器单元中的所述的存储元件中分别保存三个值或更多值的信息。

【技术特征摘要】
JP 2004-1-20 012288/04;JP 2004-4-20 124543/041.一种存储器设备，包括存储器单元包括根据电阻状态存储信息的存储器元件，以及一个作为负载串联连接到所述存储器元件的电路元件，其中当把所述存储器元件从高阻值状态改变到低阻值状态的操作定义为写入时，并且当把所述存储器元件从低阻值状态改变到高阻值状态的操作定义为擦除时，通过在所述的写入的时候控制施加到所述的电路元件或存储器元件上的电压或电流，将所述写入后的所述存储器元件的电阻值设定为多个不同的级别，在所述的存储器元件中，将不同的信息分配到低电阻值的状态中所述的多个级别中的每个和在所述的擦除之后分配到高电阻值的状态，并且在每个所述的存储器单元中的所述的存储元件中分别保存三个值或更多值的信息。2.根据权利要求1所述的存储器设备，其中所述电路元件由一个MIS晶体管构成，通过所述MIS晶体管控制对每个所述存储器单元中所述的存储器元件的存取，并且在所述写入时控制施加到所述MIS晶体管栅极上的栅极电压，以致所述写入之后所述存储器元件的电阻值被设置为多个不同的级别。3.根据权利要求2所述的存储器设备，其中当读取所述存储器元件中记录的信息时，把电源电压施加到所述栅极上来判断所述存储器元件的电阻值的状态。4.根据权利要求2所述的存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：对马朋人，荒谷胜久，河内山彰，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]