专利名称：非易失性存储器件的制作方法
技术领域：
总的说来，本发明涉及非易失性存储器件。具体地说，本发明涉及具有多个板电极 (plate electrode)的非易失性存储器件，每个电极用于将电压施加到多个存储单元。
背景技术：
诸如计算机的大多数信息设备利用能够以高速运行的高密度的DRAM(动态随机存取存储器)作为存储器件。由于DRAM是易失性存储器件，在断开其电源时，其不可避免地丢失存储于其中的信息，然而，存在对于即使在断开其电源时也不会不期望地丢失存储于其中的信息的非易失性存储器件的需求。为了满足上述的需求，已经提出可变电阻型(variable-resistance-type)存储器件来用作非易失性存储器件。可变电阻型存储器件的典型例子是 ^ΚΑΜ(铁电随机存取存储器)、MRAM (磁随机存取存储器)、PMC (可编程金属化单元)和RRAM (电阻随机存取存储器)。即使切断向非易失性存储器件的供电，这些非易失性存储器件的每一个也能长时间地连续地保存存储于其中的信息。此外，这些非易失性存储器件的每一个都不需要刷新操作，从而供应给存储器件的电量可以被减少进行刷新操作所需要的电量。这样的非易失性存储器件包括采用板方法(plate method)的器件。在采用板方法的非易失性存储器件中，将在包含于非易失性存储器件内的每个存储单元中使用的存储元件与公共板电极电连接，以便将公共电压施加到存储元件上。板电极为存储元件提供用于将数据写到使用该存储元件的存储单元中的电压或者从使用该存储元件的存储单元中擦除数据的电压。关于该采用板方法的非易失性存储器件的更多信息，请读者参阅日本专利公开待审No. 2006-351779。
发明内容
如上所述的采用板方法的非易失性存储器件的优点在于制造非易失性存储器件的工艺简单。另一方面，如上所述的采用板方法的非易失性存储器件的缺点在于板电极的电路需要进行从用于将数据写到使用存储元件的存储单元中的电压到用于从使用存储元件的存储单元中擦除数据的电压的转变，以及相反的转变。这样，功耗引发问题。具体地说，如果增加非易失性存储器件的存储容量，板电极的面积也不希望地增大，从而在对板电极进行充电和放电操作期间所消耗的电量不可避免地进一步增加。针对上述问题，本发明的发明人已经提出了能够减少功耗的板方法的非易失性存储器件。为了解决上述问题，根据本发明的实施例，提出了一种非易失性存储器件，其使用多个存储垫板，每个存储垫板包括多个存储单元；多个板电极，每个板电极被提供用于存储垫板中每个单独的一个，并用于向存储单元施加电压；
电源部分，配置用于向每一个所述板电极施加电压；具有多个开关的开关电路，所述开关配备在电源部分和每一个板电极之间，以及配备在板电极之间；以及控制部分，配置用于控制开关电路，以便将板电极与电源部分断开，并将板电极彼此连接，从而在板电极之间进行充电和放电操作。此外，在根据本发明的实施例的非易失性存储器件中，控制部分控制开关电路，以便将板电极中特定的一个连接到板电极中的另一个，从而将在特定的板电极中累积的电荷转移到另一个板电极；以及以便随后将特定的板电极连接到另一个板电极，从而将在另一个板电极中累积的电荷转移到特定的板电极。此外，在根据本发明的实施例的非易失性存储器件中，控制部分控制开关电路，以便按照预先确定的顺序，将板电极中特定的一个连接到板电极中的多个其它板电极，从而将在特定板电极中累积的电荷转移到所述其它板电极；以及以便随后按照与所述预先确定的顺序相反的顺序，将所述特定的板电极连接到所述其它板电极，从而将在所述其它板电极中累积的电荷转移到特定的板电极。此外，在根据本发明的实施例的非易失性存储器件中，存储单元的每个单独的一个使用可变电阻型存储元件以及连接到所述可变电阻型存储元件的两个端子之一的存取晶体管。可变电阻型存储元件的另一个端子连接到板电极。根据本发明，在板方法的非易失性存储器件中，再利用在板电极中累积的电荷，从而能减少所消耗的电流量值。特别地，通过增加每个都配备有板电极的存储垫板的数量，减少消耗功率的量值的效果是大的。
图1是示出根据本发明的实施例的非易失性存储器件的概况的说明性框图。图2是在说明由非易失性存储器件进行的基本操作时将涉及的说明性框图。图3是在说明在非易失性存储器件中使用的存储垫板(mat)之间再利用电荷的概要时将涉及的说明性框图。图4是在说明在非易失性存储器件中使用的开关电路时将涉及的说明性框图。图5是在说明在非易失性存储器件中使用的存储垫板之间再利用电荷的详情时将涉及的说明性框图。
具体实施例方式以下，将说明执行本发明的实施例。应当注意的是，按照如下排列的章节来说明此实施例。1.非易失性存储器件的特性的概述。2.非易失性存储器件的具体配置。3.板电极的电压控制。1.非易失性存储器件的特性的概述根据本实施例的非易失性存储器件使用多个存储垫板，每个存储垫板具有多个存储单元。每个存储垫板配备有板电极。板电极将电压施加到在配备有板电极的存储垫板中使用的存储单元。由在非易失性存储器件中使用的电源部分产生所述电压。此外，在电源部分和每个板电极之间提供有电源开关。更具体地说，如图4所示， 在电源部分的接地节点和每个单个板电极之间提供接地开关GSw，而在电源部分的电源节点和单个板电极之间提供电源开关VSw。电源部分的接地节点是在其上出现地电压GND的节点，而电源部分的电源节点是在其上出现电源电压VDD的节点。控制部分控制这些电源开关，以便将电源部分的接地节点选择性地连接到板电极，从而将地电压GND施加到板电极，或者以便将电源部分的电源节点选择性地连接到板电极，从而将电源电压VDD施加到板电极。此外，还提供了多个电荷转移开关，每个电荷转移开关用于将任意两个板电极彼此连接。控制部分控制这些电荷转移开关中的任何单个电荷转移开关，以便使得在通过各个电荷转移开关彼此连接的板电极之间发生充电和放电操作。结果，可以减少功耗。例如，在写数据到存储单元中的操作中，使电源部分向配备用于使用存储单元的存储垫板的板电极提供电源电压VDD。应当注意的是，在下面的说明中，将此板电极称为第一板电极。随后，假设必须向第一板电极提供地电压GND以便从存储单元中擦除数据。在此情况下，利用所采用的相关技术的技术，将地电压GND立即提供到第一板电极，以便将在第一板电极中累积的电荷转移到接地节点，以下，也将该接地节点简称为地。从而，将第一板电极设置在地电压GND。另一方面，在根据本实施例的非易失性存储器件的情况下，不是立刻将地电压GND提供到第一板电极，而是将第一板电极连接到以下称为第二板电极的另一板电极，以便预先将在第一板电极中累积的电荷暂时转移到第二板电极。随后，将第一板电极与接地节点相连接，以便将出现在第一板电极上的电压设置在地电压GND，从而从存储单元擦除数据。然后，进一步将暂时在第二板电极中累积的电荷转移到以下称为第三板电极的、低电压的又一个板电极上，需要将此板电极设置在电源电压VDD，以便将数据写到该第三板电极中。例如，第三板电极是第一板电极自身。如上所述，已将第一板电极连接到接地节点，以便将出现在第一板电极上的电压设置在地电压GND。在此情况下，电荷从第二板电极转移回到第一板电极。随后，将第一板电极连接到电源部分的电源节点上，以便将出现在第一板电极上的电压设置在电源电压VDD，从而将数据写到存储单元中。如上所述，在根据本实施例的非易失性存储器件中，在出现在板电极上的电压从电源电压VDD改变为地电压GND之前，在板电极上累积的电荷预先转移到另一个板电极。另一方面，在出现在板电极上的电压从地电压GND改变为电源电压VDD之前，在另一个板电极上累积的电荷预先转移到该板电极。照此方式，可以根据相关技术的技术，再次利用用于放电到接地节点的电荷。因此，能够减少功耗。如图1所示，每个存储单元MC使用可变电阻型存储元件TMR以及连接到该可变电阻型存储元件TMR的两个端子之一的存取晶体管Tr。详细地说，存取晶体管Tr的漏极连接到位线BL，而存取晶体管Tr的栅极连接到字线WL。另一方面，存取晶体管Tr的源极连接到可变电阻型存储元件TMR的两个端子之一，而可变电阻型存储元件TMR的另一个端子连接到板电极PL。通过控制出现在位线BL、字线WL和板电极PL上的电压，在存储单元MC 中使用的可变电阻型存储元件TMR的电阻可以改变为大值或小值。通过将可变电阻型存储元件TMR的电阻从大值改变为小值来进行作为写数据到存储单元MC中的操作的前述操作。这一操作被称为设置操作。另一方面，通过将可变电阻型存储元件TMR的电阻从小值改变为大值来进行作为从存储单元MC擦除数据的操作的前述操作。这一操作被称为重置操作。 此外，能够进行读出可变电阻型存储元件TMR的电阻的操作，以便验证是否正常地进行了前面的设置或重置操作。这一操作被称为验证操作。应当注意，作为可选择的办法，通过相反地将可变电阻型存储元件TMR的电阻从小值改变为大值，进行作为写数据到存储单元MC中的操作的前述操作。另一方面，通过将可变电阻型存储元件TMR的电阻从大值改变为小值，进行作为从存储单元MC中擦除数据的操作的前述操作。也就是说，在此情况下，通过进行重置操作来进行写数据到存储单元MC 中的操作，而通过进行设置操作来进行从存储单元MC擦除数据的操作。接着，通过参照附图在下面具体地说明根据本实施例的非易失性存储器件10的具体配置。下面的描述也具体地说明了由非易失性存储器件10进行的具体的操作。2.非易失性存储器件的具体配置首先，参照图1说明根据本实施例的非易失性存储器件10的典型的具体配置如下。如图1所示，非易失性存储器件10具有多个存储垫板20，每个存储垫板20也被称为单位单元阵列(unit cell array)。在每个存储垫板20中，根据由使用列控制电路40、 行控制电路30和板电极控制电路70的控制电路所执行的控制来进行上述的设置、重置或验证操作。每一个存储垫板20具有被布置为形成矩阵的多个存储单元MC。存储单元MC中的每一个使用可变电阻型存储元件TMR和连接到该可变电阻型存储元件TMR的两个端子之一的存取晶体管Tr。详细地说，存取晶体管Tr的漏极连接到位线BL，而存取晶体管Tr的栅极连接到字线WL。另一方面，存取晶体管Tr的源极连接到可变电阻型存储元件TMR的两个端子之一，而可变电阻型存储元件TMR的另一个端子连接到板电极PL。通过控制出现在位线BL、字线WL和板电极PL上的电压，来进行上述的设置、重置或验证操作。列控制电路40控制出现在每个单个的位线BL上的电压，以便进行用于将在连接到单个位线BL的每个存储单元MC中使用的可变电阻型存储元件TMR的电阻分别改变为大值或小值的设置或重置操作。此外，列控制电路40还控制出现在每个单个的位线BL上的电压，以便在设置或重置操作之后进行用于读出可变电阻型存储元件TMR的电阻的验证操作(所述设置或重置操作在验证操作之前进行)，以便验证在验证操作之前进行的设置或重置操作已经正常完成。另一方面，行控制电路30控制出现在每个单个的字线WL上的电压，每个所述字线连接到在布置在与单个字线WL对应的行上的每个存储单元MC中使用的存取晶体管Tr的栅极，所述存储单元MC用作每个都进行设置、重置或验证操作的存储单元MC。每个布线连接到存储垫板20的板电极PL连接到开关电路50。开关电路50使用每个都将电源部分60连接到板电极PL之一的多个电源开关、每个都将接地节点连接到板电极PL之一的多个接地开关、和每个都将两个板电极PL彼此连接的多个电荷转移开关。开关电路50由板电极控制电路70控制。也就是说，板电极控制电路70将每个电源开关和接地开关置于接通或断开状态，以便控制出现在连接到存储垫板20的每个板电极PL上的电压。此外，板电极控制电路70还通过将每个电荷转移开关(每个所述电荷转移开关分别将两个存储垫板20的两个板电极彼此相连接)置于接通或断开状态来控制电荷转移开关，以便在两个板电极PL之间进行充电和放电操作，从而减少非易失性存储器件10的功耗。如上所述，每个存储垫板20使用连接到多个位线BL、多个字线WL和板电极PL的多个存储单元MC。下面的说明解释了通过控制出现在位线BL、字线WL和板电极PL上的电压而进行的设置、重置和验证操作。参照图2来详细说明设置、重置和验证操作。如图2所示，在设置操作中，首先，将出现在连接到存储垫板20的板电极PL上的电压设置在电源电压VDD，所述存储垫板20使用用作设置操作的对象的存储单元MC。在下面的说明中，为了简便起见，将用作设置操作的对象的存储单元MC简称为设置对象单元。 然后，将出现在连接到设置对象单元的位线BL上的电压设置在电平Vblw。随后，将出现在连接到设置对象单元的字线WL上的电压设置在电平Vgw，以便选择设置对象单元。然后，将出现在连接到设置对象单元的位线BL上的电压设置在地电压GND，以便使电流经过包括可变电阻型存储元件TMR的设置对象单元从板电极PL流到位线BL。这样，在设置对象单元中使用的可变电阻型存储元件TMR的电阻从大值改变为小值。随后，将出现在连接到设置对象单元的位线BL上的电压再次设置在电平Vblw。然后，将出现在字线WL、板电极PL和位线BL上的电压顺次地设置在地电压GND，以便终止设置操作。即使在出现在字线WL、板电极PL和位线BL上的电压已经被顺次地设置在地电压GND之后，可变电阻型存储元件TMR 的电阻按照原状保持在被设置为小值的状态。如图2所示，在重置操作中，出现在连接到存储垫板20的板电极PL上的电压被设置并保持在地电压GND，所述存储垫板20使用用作为重置操作的对象的存储单元MC。为了简便起见，在下面的说明中，将用作重置操作的对象的存储单元MC简称为重置对象单元。 此外，将出现在连接到重置对象单元的位线BL上的电压也设置在地电压GND。在此情况下， 将出现在连接到重置对象单元的字线WL上的电压设置在电平Vge，以便选择重置对象单元。然后，将出现在连接到重置对象单元的位线BL上的电压设置在电平Vble,以便使电流经过包括可变电阻型存储元件TMR的重置对象单元从位线BL流到板电极PL。这样，在重置对象单元中使用的可变电阻型存储元件TMR的电阻从小值变为大值。随后，将出现在连接到重置对象单元的位线BL上的电压再次设置在地电压GND。然后，将出现在字线WL上的电压也设置在地电压GND，以便终止重置操作。即使在出现在字线WL和位线BL上的电压已经被顺次地设置在地电压GND之后，可变电阻型存储元件TMR的电阻按照原状保持在被设置为大值的状态。如图2所示，在验证操作中，出现在连接到存储垫板20的板电极PL上的电压被设置并保持在地电压GND，所述存储垫板20使用用作验证操作的对象的存储单元MC。为了简便起见，在下面的说明中，将用作验证操作的对象的存储单元MC简称为验证对象单元。此外，将出现在连接到验证对象单元的位线BL上的电压也设置在地电压GND。在此情况下，将出现在连接到验证对象单元的字线WL上的电压设置在电平Vgv，以便选择验证对象单元。 然后，在读出保存在可变电阻型存储元件TMR中的数据的数据读取操作中，将出现在连接到验证对象单元的位线BL上的电压设置在电平Vblv，以便使数据读取电流经过包括可变电阻型存储元件TMR的验证对象单元从位线BL流到板电极PL。随后，将出现在连接到验证对象单元的位线BL上的电压再次设置在地电压GND。然后，将出现在字线WL上的电压也设置在地电压GND。
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在设置或重置操作之后进行验证操作，以便验证前面的设置或重置操作已经正常地完成了。更具体地说，在设置操作之后进行的验证操作中，检查从可变电阻型存储元件 TMR读出的数据，以便确定可变电阻型存储元件TMR的电阻是否确实具有小值。另一方面， 在重置操作之后进行的验证操作中，检查从可变电阻型存储元件TMR中读出的数据，以便确定可变电阻型存储元件TMR的电阻是否确实具有大值。如从基本操作的上述说明所显见的，在设置操作中，必需将出现在板电极PL上的电压设置在电源电压VDD。另一方面，在重置和验证操作中，必需将出现在板电极PL上的电压设置在地电压GND上。这样，在从设置操作到重置操作的转变中或在从设置操作到验证操作的转变中，在板电极PL上累积的电荷放电到接地节点。为了减少在从设置操作到重置操作的转变中或在从设置操作到验证操作的转变中消耗的电量，在根据本实施例的非易失性存储器件10中，在每个都连接到存储垫板20中的一个的多个板电极PL之间进行充电和放电操作，从而再利用(reutilize)在板电极PL 中累积的电荷。这样，可以减少非易失性存储器件10的功耗。3.板电极PL的电压控制接着，下面的说明将解释为了控制出现在板电极PL上的电压以便减少功耗而进行的操作。更具体地说，以下的说明解释了其中在使用四个存储垫板20的非易失性存储器件10中再利用电力的情况。此外，还假设设置操作作为数据写操作对一个特定的存储垫板 20进行。因此，为了只对特定的存储垫板20进行数据写操作，设置和验证操作作为前述的基本操作对该特定的存储垫板20重复进行预定的次数，直到完成作为设置操作而进行的数据写操作为止。例如，设置和验证操作重复进行四次。在重复进行四次的设置和验证操作中，在连接到特定的存储垫板20的板电极PL和每个都连接到三个剩余存储单元20中的一个的板电极PL之间重复进行充电和放电的操作。此外，在每个都连接到三个剩余存储单元20中的一个的每个板电极PL中累积从连接到特定的存储垫板20的板电极PL放电的电荷，作为用于充电操作的电荷。图3是下面对在非易失性存储器件10中使用的四个存储垫板20之间转移电荷的概要过程的说明中涉及的说明性框图。图4是下面对开关电路50的配置的说明中涉及的说明性框图，所述开关电路50在非易失性存储器件10中用作用于在四个存储垫板20之间实现电荷转移的开关电路。图5是示出在四个存储垫板20之间电荷转移的定时、以及在每次转移中转移的电荷量的说明性框图。为了方便起见，在下面的说明中，将在非易失性存储器件10中使用的四个存储垫板20分别称为MATl (垫板1)、MAT2 (垫板2)、MAT3 (垫板3) 和MAjM (垫板4)。如图3所示，由四个存储垫板20构成的非易失性存储器件10将电荷从MATl的板电极PL转移到连接至其它存储垫板20 (即MAT2至MAT4)的板电极PL，并根据下面的过程预先在MAT2到MAT4的板电极PL中累积转移的电荷。在对MATl进行的设置操作终止之后、 在开始验证操作之前，进行三个放电操作的序列，以便将在MATl的板电极PL中累积的电荷分别转移到MAT2至MAT4的板电极PL。应当注意，当正在进行三个放电操作的序列时，MATl 至MAT4的板电极PL不连接到电源节点和接地节点。图3所示的时间tl到t3指示执行三个放电操作的时间轴顺序，所述三个放电操作分别将电荷从MATl的板电极PL转移到MAT2至MA1M的板电极PL，并在MAT2至MA1M的板电极PL中保存电荷。具体地说，首先，在时间tl，接通将MATl的板电极PL连接到MAT2 的板电极PL的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在MATl的板电极PL中累积的电荷被转移到MAT2的板电极PL。然后，在时间t2， 接通将MATl的板电极PL连接到MAT3的板电极PL的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在MATl的板电极PL中累积的电荷被转移到MAT3的板电极PL。最后，在时间t3，接通将MATl的板电极PL连接到MAT4的板电极PL 的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在 MATl的板电极PL中累积的电荷被转移到MAT4的板电极PL。如上所述，电荷从MATl的板电极PL放电到MAT2至MAT4的板电极PL，并预先累积在对MATl进行的下一个设置操作中使用的MAT2至MAT4的板电极PL中。然后，将连接 MATl的板电极PL到接地节点的接地开关置于接通状态，以便将留在MATl的板电极PL中的电荷放电到接地节点，从而将出现在MATl的板电极PL上的电压设置在OV的地电压GND。然后，在跟随上述三个放电操作对MATl进行的验证操作终止之后、在将对MATl进行的下一个设置操作开始之前，进行三个充电操作的序列，以便将分别在上述三个放电操作期间在MAT2至MAT4的每个板电极PL中累积的电荷转移回MATl的板电极PL。图3所示的时间t4至t6指示执行三个充电操作的时间轴顺序，所述三个充电操作分别将电荷从MAT4、MAT3和MAT2的板电极PL转移到MATl的板电极PL。在上述先前的放电操作中，电荷已经从MATl的板电极PL转移到MAT2至MAT4的板电极PL，并保存在MAT2 至MAT4的板电极PL中。具体地说，首先，在时间t4，接通将MAT4的板电极PL连接到MATl 的板电极PL的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在MAT4的板电极PL中累积的电荷被转移回MATl的板电极PL。然后，在时间t5， 接通将MAT3的板电极PL连接到MATl的板电极PL的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在MAT3的板电极PL中累积的电荷被转移回MATl的板电极PL。最后，在时间t6，接通将MAT2的板电极PL连接到MATl的板电极PL 的电荷转移开关，并将其保持在接通状态预定的时间段。这样，在预定的时间段中，至此在 MAT2的板电极PL中累积的电荷被转移回MATl的板电极PL。在用于将电荷从MAT2至MAT4的板电极PL转移回MATl的板电极PL的三个充电操作已经被终止之后，将连接MATl的板电极PL至电源部分60的电源开关置于接通状态， 以便将在下一个设置操作中需要的额外的电荷从电源部分60转移到MATl的板电极PL上。 这样，通过将在下一个设置操作中需要的额外的电荷从电源部分60转移到MATl的板电极 PL来进行下一个设置操作。应当注意，在用于将电荷从MAT2至MAT4的板电极PL转移回MATl的板电极PL 的三个充电操作中，至此在MAT2至MAT4的板电极PL中累积的电荷并非必须全部转移回 MATl的板电极PL。相反，当在MATl的板电极PL上累积的电荷进入与在MAT2至MAT4的每个板电极PL上累积的电荷平衡的状态时，终止用于将电荷从MAT2至MAT4的板电极PL转移回MATl的板电极PL的充电操作，使得出现在MATl的板电极PL上的电压处于稳定状态 (settled state)。在两个板电极PL之间的平衡状态中，出现在板电极PL之一上的电压等于出现在另一个板电极PL上的电压。也就是说，在用于将电荷从MAT2至MAT4的板电极PL 转移回MATl的板电极PL的充电操作已经终止之后，电荷仍留在MAT2至MAT4的每个板电极PL中。这样，通过分别在时间tl到t3重复进行用于将电荷从MATl的板电极PL转移到 MAT2至MAT4的板电极PL的放电操作，以及分别在时间t6、t5和t4重复进行用于将电荷从MAT2、MAT3和MAT4的板电极PL转移回MATl的板电极PL的充电操作，在MAT2至MAT4 的每个板电极PL中累积的电荷量逐渐增加。结果，在充电操作中，可以从MAT2至MAT4的每个板电极PL转移回MATl的板电极PL的电荷量也增加。因此，通过只对MATl重复进行放电操作和充电操作，可以减少功耗。板电极控制电路70控制多个下面要描述的电荷转移开关进入接通和断开状态。这些电荷转移开关配备在MATl的板电极PL和MAT2至MAT4的板电极PL之间，以用作在放电操作和充电操作中、 通过其在MATl的板电极PL和MAT2至MAT4的板电极PL之间转移电荷的开关。如上所述，板电极控制电路70控制配备在MATl至MAT4的板电极PL之间的电荷转移开关，以便以tl — t2 — t3的预定顺序，在分别在时间tl、t2和t3进行的三个放电操作中，将在MATl的板电极PL中累积的电荷转移到MAT2、MAT3和MAT4的板电极PL。随后，板电极控制电路70控制配备在MATl至MAT4的板电极PL之间的电荷转移开关，以便以 t4 — t5 — t6的预定顺序，在分别在时间t4、t5和t6进行的三个充电操作中，将在MAT4、 MAT3和MAT2的板电极PL中累积的电荷转移到MATl的板电极PL。因此，t4 — t5 — t6的顺序和tl — t2 — t3的顺序相反。这样，通过以与其中在MATl的板电极PL中累积的电荷已经在前面被转移到MAT2、MAT3和MA1M的板电极PL的顺序相反的顺序，将在MAT4、MAT3 和MAT2的板电极PL中累积的电荷转移回MATl的板电极PL，可以高效地将在MAI~4、MAT3和 MAT2的板电极PL中累积的电荷转移回MATl的板电极PL。图4是下面对开关电路50的配置的说明中涉及的说明性框图，所述开关电路50 使用多个电源开关VSw，多个接地开关GSw和多个电荷转移开关Swi，其中i = 1至6，每个所述电源开关VSw用于将MATl至MAT4中的一个连接到电源部分60，以便产生电源电压 VDD,每个所述接地开关GSw用于将MATl至MAT4中的一个连接到设置在地电压GND的接地节点。每个电荷转移开关Swi用于将存储垫板20的板电极PL连接到其它存储垫板20的板电极PL。如上所述，非易失性存储器件10使用四个存储垫板20，S卩，MATl至MAT4。更具体地说，电荷转移开关Swl配备在MATl和MAT2的板电极PL之间，以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。同样地，电荷转移开关Sw2配备在MATl和MAT3的板电极PL 之间，以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。同样，电荷转移开关Sw3配备在 MATl和MAT4的板电极PL之间，以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。同样地，电荷转移开关Sw4配备在MAT2和MAT3的板电极PL之间，以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。类似地，电荷转移开关Sw5配备在MAT2和MAT4的板电极PL之间， 以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。同样地，电荷转移开关Sw6配备在MAT3 和MAT4的板电极PL之间，以用作允许电荷在这些板电极PL之间转移的开关。也就是说，开关电路50具有六个电荷转移开关Swl到Sw6，每个电荷转移开关用于将MATl至MAT4的四个板电极PL中的两个彼此连接。通过将六个电荷转移开关Swl到Sw6 中任何特定的一个置于接通状态，MATl至MAT4中的两个的两个板电极PL通过该特定的电荷转移开关Sw而彼此连接，并在所述两个连接的板电极PL之间转移电荷。如上所述，每个电源开关VSw用于将MATl至MAT4中的一个连接到电源部分60，以便产生电源电压VDD，而每个接地开关GSw用于将MATl至MAT4中的一个连接到设置在地电压GND的接地节点。参照图5，下面的说明进一步解释了充电和放电操作的细节，执行所述充电和放电操作用于在MATl的板电极PL和MAT2至MAT4的板电极PL之间转移电荷。在图5所示的典型的充电和放电操作中，在初始状态中，将出现在ΜΑΤΙ、MAT2、MAT3和MA1M的板电极PL 上的每个电压设置在初始状态中的0V。此外，在下面参照图5重点说明的典型的充电和放电操作中，在MATl上多次重复地进行前述的基本设置操作以及前述的在基本设置操作之后的基本验证操作。在MATl上进行的设置操作是将出现在MATl的板电极PL上的电压设置为3. 2V的操作。也就是说，对MATl进行第一设置操，以便将出现在MATl的板电极PL上的电压设置为3.2V。在下面的说明中，将出现在MATl的板电极PL上的电压称为电压Vpl。然后，为了在第一设置操作后进行验证操作，必须将电压Vpl从3. 2V降低到OV的地电压GND。然而， 电压Vpl并不是立即从3. 2V降低到OV的地电压GND。相反，电压Vpl如下降低。进行三个放电操作的序列，以便将在MATl的板电极PL上累积的电荷分别转移到MAT2至MAT4的板电极PL上，并将电荷保存在MAT2至MAT4的板电极PL上。然后，将MATl的板电极PL连接到设置在OV的地电压GND的接地节点，并在该电压进行验证操作。在验证操作已经完成后，进行三个充电操作的序列，以便将在MAT2至MAT4的板电极PL中累积的电荷分别转移到MATl的板电极PL。这样，作为将在下一个设置操作中利用的电荷，可以再利用在放电操作中从MATl的板电极PL转移到MAT2至MAT4的板电极PL、并随后在充电操作中从MAT2至 MAT4的板电极PL转移回MATl的板电极PL的电荷。在下面的说明中，将出现在MAT2、MAT3和MAT4的板电极PL上的电压分别称为电压Vp2、Vp3和Vp4。板电极控制电路70控制接通和断开电荷转移开关Swl到Sw6、接地开关GSw和电源开关VSw的操作，所述电荷转移开关中的每个配备在两个板电极PL之间，所述接地开关中的每个配备在设置在地电压GND的接地节点和板电极PL之一之间，所述电源开关中的每个配备在电源部分60的电源节点和板电极PL之一之间。如上所述，电荷转移开关Swl到Sw6是下述开关在放电操作和充电操作中，通过该开关在两个板电极PL之间转移电荷。第一序列的三个放电操作在使用四个存储垫板20 (即MATl至MAT4)的典型的非易失性的存储器件10中， 按照如下顺序的三个步骤进行用于将电荷从MATl的板电极PL分别转移到MAT2、MAT3 和MAT4的板电极PL的三个放电操作，作为三个放电操作的序列，所述顺序为步骤1(即 MATl — MAT2)、步骤 2 (即 MATl — MAT3)和步骤 3 (即 MATl — MAT4)。在步骤1，将电荷转移开关Swl置于接通状态，以便允许在MATl的板电极PL中累积的电荷进入与在MAT2的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Swl 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段Tl内，电压Vpl和电压Vp2中的每一个处于稳定状态中。在MATl的板电极PL和MAT2的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤Sl 从电压Vpl到电压Vp2的1. 60V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp2。也就是说， 在时间段Tl的结尾，通过计算发现出现在MATl到MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下=Vpl = 1. 60V, Vp2 = 1. 60V, Vp3 = 0. OOV 和 Vp4 = 0. OOV。在步骤2，将电荷转移开关Sw2置于接通状态，以便允许在MATl的板电极PL中累积的电荷进入与在MAT3的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Sw2 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段T2内，电压Vpl和电压Vp3中的每一个处于稳定状态中。在MATl的板电极PL和MAT3的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤S2 从电压Vpl到电压Vp3的0. 80V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp3。也就是说， 在时间段T2的结尾，通过计算发现出现在MATl到MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下=Vpl = 0. 80V, Vp2 = 1. 60V, Vp3 = 0. 80V 和 Vp4 = 0. OOV。在步骤3，将电荷转移开关Sw3置于接通状态，以便允许在MATl的板电极PL中累积的电荷进入与在MAT4的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Sw3 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段T3内，电压Vpl和电压Vp4中的每一个处于稳定状态中。在MATl的板电极PL和MAT4的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤S3 从电压Vpl到电压Vp4的0. 40V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp4。也就是说， 在时间段T3的结尾，通过计算发现出现在MATl到MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下=Vpl = 0. 40V, Vp2 = 1. 60V, Vp3 = 0. 80V 和 Vp4 = 0. 40V。在已经完成在步骤1、步骤2和步骤3进行的放电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和接地节点之间的接地开关GSw置于接通状态，以便进行将留在MATl的板电极PL中的电荷转移到接地节点的放电操作，从而将出现在MATl的板电极PL上的电压设置在OV的地电压GND(即Vpl = 0V)。与其中未在步骤1、步骤2和步骤3进行放电操作的配置相比， 在用于将留在MATl的板电极PL中的电荷转移到接地节点的放电操作中、从MATl的板电极 PL流到接地节点的电流的量值是小的。由此，抑制接地弹跳(groimdboimce)。如果在未在步骤1、步骤2和步骤3进行放电操作的配置中所产生的接地弹跳的数量是容许的，则为了抑制接地弹跳而做得粗的电源线可以做成细的。第一序列的三个充电操作在接在第一序列的三个放电操作之后的验证操作已经完成之后、在下一个设置操作之前，进行第一序列的三个充电操作，以便将出现在MATl的板电极PL上的电压设置在下一个设置操作所需要的3. 2V。在下一个设置操作之前，通过再利用在MAT2至MAT4的板电极PL上累积的电荷，进行第一序列的三个充电操作。也就是说，通过将在MAT2至MAT4的板电极PL上累积的电荷分别转移回MATl的板电极PL来进行三个充电操作。作为执行上述第一序列的三个放电操作的结果，在下一个设置操作之前出现在MATl至MAT4的板电极 PL 上的电压大致分别给出如下=Vpl = 0. 00V, Vp2 = 1.60V，Vp3 = 0. 80V 和 Vp4 = 0. 40V。 按照如下顺序的三个步骤进行用于将电荷从MAT2、MAT3和MAT4的板电极PL分别转移到 MATl的板电极PL的第一序列的三个充电操作，所述顺序为步骤4 (即MAT4 — MAT1)、步骤 5 (即MAT3 — MAT1)和步骤6 (即MAT2 — MAT1)。这样，步骤4、步骤5和步骤6的顺序是与前面已经描述的步骤1、步骤2和步骤3的顺序相反的顺序。在步骤4，将电荷转移开关Sw3置于接通状态，以便允许在MAT4的板电极PL中累积的电荷进入与在MATl的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Sw3 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段T4内，电压Vpl和电压Vp4中的每一个处于稳定状态中。在MAjM的板电极PL和MATl的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤S4 从电压Vp4到电压Vpl的0. 20V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp4。结果，在时间段T4的结尾，通过计算发现出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下Vpl
12=0. 20V, Vp2 = 1. 60V, Vp3 = 0. 80V 和 Vp4 = 0. 20V。在步骤5，将电荷转移开关Sw2置于接通状态，以便允许在MAT3的板电极PL中累积的电荷进入与在MATl的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Sw2 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段T5内，电压Vpl和电压Vp3中的每一个处于稳定状态中。在MAT3的板电极PL和MATl的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤S5 从电压Vp3到电压Vpl的0. 30V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp3。结果，在时间段T5的结尾，通过计算发现出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下Vpl =0. 50V( = 0. 20V+0. 30V)，Vp2 = 1. 60V, Vp3 = 0. 50V 和 Vp4 = 0. 20V。在步骤6，将电荷转移开关Swl置于接通状态，以便允许在MAT2的板电极PL中累积的电荷进入与在MATl的板电极PL中累积的电荷平衡的状态，使得在电荷转移开关Swl 返回到处于断开状态之前，在预定的时间段T6内，电压Vpl和电压Vp2中的每一个处于稳定状态中。在MAT2的板电极PL和MATl的板电极PL之间的平衡的状态中，由于在步骤S6 从电压Vp2到电压Vpl的0. 55V的电压差的转移，电压Vpl变得等于电压Vp2。结果，在时间段T6的结尾，通过计算发现出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下Vpl =1. 05V( = 0. 20V+0. 30V+0. 55V)，Vp2 = 1. 05V, Vp3 = 0. 50V 和 Vp4 = 0. 20V。在已经完成在步骤4、步骤5和步骤6进行的充电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和电源部分60之间的电源开关VSw置于接通状态，以便进行将在下一个设置操作中所需要的额外的电荷从电源部分60转移到MATl的板电极PL的充电操作，从而将电压Vpl 增加到 3. 20V( BP Vpl = 3. 20V)。如果在下一个设置操作之前进行的充电操作中，仅从用于向MATl的板电极PL提供电源电压VDD的电源部分60转移电荷，则发现转移的电荷量大致如下dQ = C*3. 20 = 3. 20*C，其中参考符号dQ表示被转移的电荷量，而参考符号C表示MATl的板电极PL的电容。在此实施例的情况下，另一方面，在验证操作之前进行第一序列的三个放电操作，以便将电荷从MAT 1的板电极PL转移到MAT2至MA1M的板电极PL，从而暂时分别在MAT2至MA1M 的板电极PL上累积电荷，然后，在下一个设置操作之前进行第一序列的三个充电操作，以便将在MAT2至MAT4的板电极PL上累积的电荷分别转移回MATl的板电极PL上，从而在下一个设置操作中再利用所述电荷。这样，在该实施例中，MATl的板电极PL可以被充电到 1. 05V，也就是说，在时间段T6的结尾，电压Vpl可以被增加到1. 05V。结果，在该实施例的情况下，发现在下一个设置操作中所需要的额外的电荷量大致如下dQ = C*(3. 20-1. 05) =2. 15*C。 第二序列的三个放电操作在上述第一序列的三个放电操作和下一个设置操作已经完成之后，进行第二序列的三个放电操作。在开始第二序列的三个放电操作之前，出现在MATl至MAT4的板电极PL 上的电压已经被大致分别设置如下Vpl = 3. 20V, Vp2 = 1. 05V, Vp3 = 0. 50V和Vp4 = 0. 20V。按照与上述第一序列的三个放电操作相同的方式来进行第二序列的三个放电操作。 作为执行第二序列的三个放电操作的结果，通过计算发现出现在MATl至MAT4的板电极PL 上的电压大致分别如下:Vpl = 0. 76V, Vp2 = 2. 10V, Vp3 = 1. 30V 和 Vp4 = 0. 76V。在已经进行了第二序列的三个放电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和接地节点之间的接地开关GSw置于接通状态，以便进行将留在MATl的板电极PL中的电荷转移到接地节点的放电操作，从而将出现在MATl的板电极PL上的电压设置在OV的地电压 GND(即Vpl = 0V)。电压Vpl需要设置在0V，以便在已经完成了第二序列的三个放电操作之后进行验证操作。第二序列的三个充电操作按照与上述第一序列的三个充电操作相同的方式来进行第二序列的三个充电操作。在开始第二序列的三个充电操作之前，出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压已经被大致分别设置如下:Vpl = 0. 00V, Vp2 = 2. 10V, Vp3 = 1. 30V 和 Vp4 = 0. 76V。作为执行第二序列的三个充电操作的结果，通过计算发现出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别如下Vpl = 1. 49V, Vp2 = 1. 49V, Vp3 = 0. 84V 和 Vp4 = 0. 38V。在已经进行了第二序列的三个充电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和电源部分60之间的电源开关VSw置于接通状态，以便进行将在下一个设置操作中所需要的额外的电荷从电源部分60转移到MATl的板电极PL的充电操作，从而将电压Vpl增加到 3. 20V(即Vpl = 3. 20V)。在此情况下，发现在下一个设置操作中所需要的额外的电荷量大致如下:dQ = C* (3. 20-1. 49) = 1. 71*C。第N序列的三个放电操作如上所述，通过重复进行用以将电荷从MATl的板电极PL分别转移到MAT2至MAT4 的板电极PL的三个放电操作的序列以及重复进行用以将电荷分别从MAT2至MAT4的板电极PL转移到MATl的板电极PL的三个充电操作的序列，在MAT2至MAT4的板电极PL的每一个中累积的电荷量逐渐增加。由此，在充电操作中能够被转移到MATl的板电极PL的电荷量也增加。结果，进行三个放电操作的序列的次数越多并且进行三个充电操作的序列的次数越多，从电源部分60转移到MATl的板电极PL、以用作在下一个设置操作中所需要的电荷的电荷量越小，并且因此功耗也越小。假设N是进行三个放电操作的序列以将电荷从MATl的板电极PL分别转移到MAT2 至MAT4的板电极PL以及进行三个充电操作的序列以将电荷分别从MAT2至MAT4的板电极 PL转移到MATl的板电极PL、以便获得功耗的最大限度的减少的次数。下面的描述解释第 N序列的三个放电操作。作为已经在第(N-I)次执行三个放电操作的序列和第(N-I)次执行三个充电操作的序列之后进行的设置操作的结果，根据预先确定的计算，可以预测出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致具有如下的值Vpl = 3. 20V、Vp2 = 1. 92V、Vp3 = 1.28V和Vp4 = 0. 64Vο 这样，对于 Vpl = 3. 20V、Vp2 = 1. 92V、Vp3 = 1. 28V 和 Vp4 = 0. 64V，进行第 N 序列的三个放电操作，以便将电荷从MATl的板电极PL分别转移到MAT2至MAT4的板电极PL。 作为执行第N序列的三个放电操作的结果，出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别设置如下:Vpl = 1. 28V,Vp2 = 2. 56V，Vp3 = 1. 92V 和 Vp4 = 1. 28V。在已经进行了第 N序列的三个放电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和接地节点之间的接地开关GSw置于接通状态，以便进行放电操作，以将留在MATl的板电极PL上的电荷转移到接地节点，从而将出现在MATl的板电极PL上的电压设置为OV的地电压GND(即Vpl = 0V)。电压Vpl 需要设置在0V，以便在已经完成了第N序列的三个放电操作之后进行验证操作。 第N序列的三个充电操作 在已经进行了接在第N序列的三个放电操作之后的验证操作后，将出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别设置如下=Vpl = 0. 00V, Vp2 = 2. 56V，Vp3 = 1. 92V和 Vp4 = 1. 28V0在已经进行了接在验证操作之后的第N序列的三个充电操作后，将分别出现在MATl至MAT4的板电极PL上的电压大致分别设置如下Vpl = 1. 92V，Vp2 = 1. 92V，Vp3 =1. 28V和Vp4 = 0. 64V。在已经进行了第N序列的三个充电操作之后，将配备在MATl的板电极PL和电源部分60之间的电源开关VSw置于接通状态，以便进行将在下一个设置操作中所需要的额外的电荷从电源部分60转移到MATl的板电极PL的充电操作，从而将电压 Vpl增加到3. 20V(即Vpl = 3. 20V)。在此情况下，发现在下一个设置操作中所需要的额外的电荷量大致如下dQ = C*(3. 20-1. 92) = 1.观札。与其中没有再利用电荷的配置相比， 通过重复预定次数地再利用电荷，进行设置操作所需要的电量可以减少至40%。也就是说， 功耗能够减少60 %。在上述的典型示例中，预定次数是N。此外，减少进行设置操作需要的电量所使用的存储垫片20的数量越大，利用电荷的效率也越高。在例如如上所述使用四个存储垫板20的非易失性存储器件10的情况下， 功耗能够减少60%。另一方面，在使用八个存储垫板20的非易失性存储器件10的情况下， 根据计算，功耗能够减少78%。如上所述，采用板方法的非易失性存储器件10再利用在板电极PL中累积的电荷， 以便减少所消耗的电流量值。特别地，通过增加每个都布线连接到板电极PL的存储垫板20 的数量，能够增强减少功耗的效果。至此，已经参照框图详细解释了本发明的实施例。然而，该实施例仅仅是本发明的典型的实现方式。此外，本领域技术人员应当理解，取决于设计要求和其它因素可能产生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在附加的权利要求或其等效物的范围内。本申请包括与2010年3月沈日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-073368中所公开的主题相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种非易失性存储器件，包括多个存储垫板，每个存储垫板包括多个存储单元；多个板电极，每个板电极被提供用于所述存储垫板中每个单独的一个，并用于向所述存储单元施加电压；电源部分，配置用于向每一个所述板电极施加电压；具有多个开关的开关电路，所述开关配备在所述电源部分和每一个所述板电极之间， 以及配备在所述板电极之间；以及控制部分，配置用于控制所述开关电路，以便将所述板电极与所述电源部分断开，并将所述板电极彼此连接，从而在所述板电极之间进行充电和放电操作。
2.根据权利要求1的非易失性存储器件，其中所述控制部分控制所述开关电路，以便将所述板电极中特定的一个连接到所述板电极中的另一个，从而将在所述特定的板电极中累积的电荷转移到所述另一个板电极；以及以便随后将所述特定的板电极连接到所述另一个板电极，从而将在所述另一个板电极中累积的电荷转移到所述特定的板电极。
3.根据权利要求1的非易失性存储器件，其中所述控制部分控制所述开关电路，以便按照预先确定的顺序，将所述板电极中特定的一个连接到所述板电极中的多个其它板电极，从而将在所述特定的板电极中累积的电荷转移到所述其它板电极；以及以便随后按照与所述预先确定的顺序相反的顺序，将所述特定的板电极连接到所述其它板电极，从而将在所述其它板电极中累积的电荷转移到所述特定的板电极。
4.根据权利要求1的非易失性存储器件，其中所述存储单元的每个单独的一个使用可变电阻型存储元件以及连接到所述可变电阻型存储元件的两个端子之一的存取晶体管；并且所述可变电阻型存储元件的另一个端子连接到所述板电极。
全文摘要
一种非易失性存储器件，包括多个存储垫板，每个存储垫板包括多个存储单元；多个板电极，每个板电极被提供用于所述存储垫板中每个单独的一个，并用于向所述存储单元施加电压；电源部分，配置用于向每一个所述板电极施加电压；具有多个开关的开关电路，所述开关配备在所述电源部分和每一个所述板电极之间，以及配备在所述板电极之间；控制部分，配置用于控制所述开关电路，以便将所述板电极与所述电源部分断开，并将所述板电极彼此连接，从而在所述板电极之间进行充电和放电操作。
文档编号G11C16/02GK102201258SQ20111006747
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月21日 优先权日2010年3月26日
发明者吉原宏, 有马孝之, 江藤毅 申请人:索尼公司