(57)【要約】      （修正有）【課題】記憶装置の不良部位を効果的にスクリーニングする技術を提供する。【解決手段】各記憶部位の書き込みにおける書き込み手段に関する書き込み確率の書き込みパラメータ依存性、もしくは書き込み確率の書き込みパラメータ依存性の他条件依存性が所望の範囲を外れる場合、不良と判定する。これにより、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性に異常を発生させる要因をもつ場合について異常なセルの検出率が向上し、記憶装置の高品質化が可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置が有する複数の記憶部位の各々に対して書き込みパラメータを変化させて書き込み動作を行う手順と、
前記書き込み動作の結果に基づいて、前記書き込み動作を行ったときにデータの書き込みが成功した確率である書き込み確率を計算する手順と、
前記書き込み確率の前記書き込みパラメータ依存性を所定の基準と比較することにより前記複数の記憶部位の各々の正常性を検出する手順
とを有する記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項２】
前記書き込みパラメータ依存性は、前記書き込み確率の前記書き込みパラメータに対する変化率を示す請求項１の記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項３】
前記書き込みパラメータが、前記書き込み動作に用いられる電圧、電流、電荷量、書き込み手段、印加時間又は磁場のうちの少なくとも１つを含む請求項１又は２の記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項４】
前記書き込みパラメータ依存性は、前記書き込み確率の変化率の平均値と、２つの異なる前記書き込みパラメータにおける前記書き込み確率の差分又は比とのいずれかに基づいて決定される請求項１から３のいずれかの記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項５】
更に、前記書き込みパラメータに対する前記書き込み確率の変化率の符号を示す符号情報を予め記憶する手順を有し、
前記書き込み動作を行う手順は、
前記書き込みパラメータを第一の書き込みパラメータ条件に設定して第一の書き込み動作を行う手順を備え、
前記正常性を検出する手順は、
前記第一パラメータ条件における前記書き込み確率に基づいて、前記複数の記憶部位のうち前記書き込み確率が所定の基準以下である記憶部位を異常候補部位として抽出する手順とを備え
前記書き込み動作を行う手順は更に、前記符号情報に基づいて前記第一の書き込みパラメータ条件よりも書き込みにくい条件である第二の書き込みパラメータ条件に設定して第二の書き込み動作を行う手順を備え、
前記正常性を検出する手順は更に、
前記第二パラメータ条件における前記書き込み確率に基づいて、前記異常候補部位のうち前記書き込み確率が所定の基準以上である記憶部位を異常であると判別する手順
とを有する請求項１から４のいずれかの記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項６】
更に、前記書き込み確率を計算する手順の後に前記複数の記憶部位の各々について前記書き込みパラメータと前記書き込み確率とを対応づけて記憶する書き込み確率テーブルを生成する手順を有し、
前記正常性を検出する手順は、前記書き込み確率テーブルを参照して前記第一の書き込みパラメータ条件と前記第二の書き込みパラメータ条件に相当する前記書き込み確率を参照することによって、前記抽出する手順と前記判別する手順とを行う
請求項５の記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項７】
前記第二の書き込み動作を行う手順は、前記第一の書き込みパラメータ条件における前記書き込み確率と、前記第一の書き込みパラメータ条件との両者を用いて前記第二の書き込みパラメータ条件を決定する手順を有する請求項５又は６の記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項８】
更に、前記書き込みパラメータとは異なる環境パラメータを複数の環境パラメータ条件に設定し、前記複数の記憶部位の各々について、前記書き込み動作の結果に基づいて前記複数の環境パラメータの各々における前記書き込みパラメータ依存性を評価する手順と、
前記評価する手順の結果に基づいて、前記書き込みパラメータ依存性の前記環境パラメータ依存性を求める手順と、
前記環境パラメータ依存性を所定の基準に基づいて正常か異常か判別する手順と、
前記複数の記憶部位のうち異常と判別された記憶部位を使用しないように処理する手順
とを有する請求項１から７のいずれかの記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項９】
前記環境パラメータが温度、書き込み手段の印加時間及び外部からの印加磁場のうちの少なくとも１つを含む請求項８の記憶装置のスクリーニング方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかのスクリーニング方法を実行する機能を有する前記記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データを記憶し読み出すことのできる装置に関する。特に、本発明は、セルの書き込み不良のスクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
データを記憶する装置の一例として、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）があげられる。ＭＲＡＭは、高集積・高速動作の観点から有望な不揮発性メモリである。ＭＲＡＭにおいては、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果などの「磁気抵抗効果」を示す磁気抵抗素子が利用される。その磁気抵抗素子には、例えばトンネルバリヤ層が２層の強磁性体層で挟まれた磁気トンネル接合（ＭＴＪ；  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が形成される。その２層の強磁性体層は、磁化の向きが固定されたピン層（磁化固定層）と、磁化の向きが反転可能なフリー層（磁化自由層）から構成される（非特許文献１参照）。
【０００３】
ピン層とフリー層の磁化の向きが“反平行”である場合のＭＴＪの抵抗値（Ｒ＋ΔＲ）は、磁気抵抗効果により、それらが“平行”である場合の抵抗値（Ｒ）よりも大きくなることが知られている。ＭＲＡＭは、このＭＴＪを有する磁気抵抗素子をメモリセルとして用いる。このメモリセルは、その抵抗値の変化を利用することによってデータを不揮発的に記憶する。メモリセルに対するデータの書き込みは、フリー層の磁化の向きを反転させることによって行われる。
【０００４】
ＭＲＡＭに対するデータの書き込み方法として、アステロイド方式が知られている（非特許文献２参照）。図１を用いてＴＭＲを不揮発性メモリの記憶素子として用いた例を示す。本例では複数のＴＭＲ５０５がアレイ状に配置されてメモリセルを構成する。各ＴＭＲ５０５の上下に、互いに交差する１対の配線が設置される。上部配線５０６はＴＭＲ５０５のフリー層と接続されている。上部配線５０６は、ＴＭＲ５０５の反強磁性体層は第３の配線５０７を介して下層に形成されたトランジスタ５０８のドレインに接続されている。
【０００５】
２つの配線Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）、Ｄ（Ｄ１〜Ｄ３）に制御された大きさの電流を流すことにより、それらの交点近傍に合成磁場が発生する。その合成磁場によってフリー層の磁化方向が変化する。それらの電流の方向を設定することにより、フリー層の磁化方向を設定することができる。フリー層の磁化方向を制御することによって、ＴＭＲ５０５の抵抗値を変化させることができる。
【０００６】
データを読み出す際には、読み出しの対象であるＴＭＲ５０５に接続されたトランジスタ５０８を配線Ｗによりオン状態にする。配線ＢによってＴＭＲ５０５に電圧を印加する。電圧を印加したときにＴＭＲ５０５に流れる電流を検出する。その電流の大きさに基づいてＴＭＲ５０５の抵抗値を評価することにより、ＴＭＲ５０５に格納されたデータを読み出すことができる。
【０００７】
アステロイド方式によれば、メモリセルサイズにほぼ反比例して、フリー層の磁化を反転させるために必要な反転磁界が大きくなる。つまり、メモリセルが微細化されるにつれて、書き込み電流が増加する傾向にある。
【０００８】
微細化に伴う書き込み電流の増加を抑制することができる書き込み方式として、「スピン注入方式」（例えば、非特許文献３参照）が提案されている。スピン注入（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式によれば、強磁性導体にスピン偏極電流（ｓｐｉｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を注入することにより、その電流を担う伝導電子のスピンと導体の磁気モーメントとの間の直接相互作用によって磁化が反転する（以下、「スピン注入磁化反転：Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ」と参照される）。スピン注入磁化反転の概略を、図２を参照することによって説明する。
【０００９】
図２において、磁気抵抗素子は、フリー層１０１、ピン層１０３、及びフリー層１０１とピン層１０３に挟まれた非磁性層であるトンネルバリヤ層１０２を備えている。磁化の向きが固定されたピン層１０３は、フリー層１０１よりも厚くなるように形成されており、スピン偏極電流を作る機構（スピンフィルター）としての役割を果たす。フリー層１０１とピン層１０３の磁化の向きが平行である状態は、データ“０”に対応付けられ、それらが反平行である状態は、データ“１”に対応付けられている。
【００１０】
図２に示されるスピン注入磁化反転は、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）方式により実現され、書き込み電流は膜面に垂直に注入される。具体的には、データ“０”からデータ“１”への遷移時、電流はピン層１０３からフリー層１０１へ流れる。この場合、スピンフィルターとしてのピン層１０３と同じスピン状態を有する電子が、フリー層１０１からピン層１０３に移動する。そして、スピントランスファー（スピン角運動量の授受）効果により、フリー層１０１の磁化が反転する。一方、データ“１”からデータ“０”への遷移時、電流の方向は逆転し、電流はフリー層１０１からピン層１０３へ流れる。この場合、スピンフィルターとしてのピン層１０３と同じスピン状態を有する電子が、ピン層１０３からフリー層１０１に移動する。スピントランスファー効果により、フリー層１０１の磁化が反転する。
【００１１】
このように、スピン注入磁化反転では、スピン電子の移動によりデータの書き込みが行われる。膜面に垂直に注入されるスピン偏極電流の方向により、フリー層１０１の磁化の向きを規定することが可能である。
【００１２】
他の記憶装置の例として、Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙがあげられる。Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙは、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を持つトランジスタのチャネルから絶縁されたゲート部分に電荷を蓄える機能を有する。この電荷の量によってソース・ドレイン間の抵抗をシフトさせることができる。Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙにおいては、蓄える電荷の量をデータに応じて制御することで、ゲート電圧を印加してトランジスタをオン状態にしたときの抵抗が変化する。この抵抗値を判別することで、データが読み出される。
【００１３】
他の装置の例として、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）があげられる。ＤＲＡＭの記憶セルは、トランジスタと、金属／絶縁体／金属の積層構造によって形成された容量とで構成される。容量に電荷を蓄え、トランジスタをオフ状態とすることで、データが記憶される。読み出すときには、トランジスタをオン状態にして容量から流れ出る電荷で変化する配線電位によりデータを判別する。ＤＲＡＭは揮発性記憶素子であり、電源を切ると容量の電荷がなくなってしまう。
【００１４】
他の装置の例として、ハードディスクドライブがあげられる。ハードディスクドライブは、図３に示すように、磁気ディスクと磁気ヘッドとを有する。磁気ディスクには磁性体が形成される。磁気ヘッドは、微小領域に磁場を生成することにより磁気ディスクの磁化状態を変化させてデータを書き込む。磁気ヘッドは、磁気ディスクから漏れてくる磁場を検出し電気信号に変換する機能も備える。この電気信号を処理することにより、磁気ディスクに記録されたデータを再生する。磁気ディスクは読み出し及び書き込み時に高速で回転する。磁気ディスクの磁性体膜面は、物理的、もしくは磁気的なマークを使って、円周に沿って延長するトラックと呼ばれるドーナツ状の領域に分割される。それぞれのトラックは円周方向に細かく分割してデータ１つ１つに割り振られる。ハードディスクドライブは、このような動作を行うために、ヘッドを動かすアクチュエータと、このアクチュエータを制御して各トラックにヘッドを正確に移動する制御機構を持つ。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Roy Scheuerlein et al., “A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell”, 2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference, DIGEST OF TECHNICAL PAPERS, pp. 128-129.
【非特許文献２】M. Durlam et al., “Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”, 2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference, DIGEST OF TECHNICAL PAPERS, pp. 130-131.
【非特許文献３】Yagami and Suzuki, Research Trends in Spin Transfer Magnetization Switching （スピン注入磁化反転の研究動向），日本応用磁気学会誌，Vol. 28, No. 9, 2004.
【非特許文献４】N. D. Rizzo, M. DeHerrera, J. Janesky, B. Engel,J. Slaughter, and S. Tehrani, “Thermally activated magnetization reversal insubmicron magnetic tunnel junctions for magnetoresistive random access memory, ”Appl. Phys. Lett., vol. 80, no. 13, pp. 2335-2337, Apr.2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述のようなデータの書き込みを行う記憶装置では、記憶部位の特性のばらつきや形成中にゴミが混入するなどの異常により、書き込み特性が異なってしまう場合がある。特に、ある程度は正常に書き込めるが、間欠的に書き込みに失敗するような特性になっている記憶領域が有る場合、これを検出して記憶部として使用しないよう処理する必要がある。
【００１７】
従来は、以下のような手段で記憶装置の不良を検出していた。
（１）高温や低温、高電圧や低電圧で書き込み試験を行う。書き込みができなくなる部分を検出して出荷前に処置する。
（２）Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙのように、使用時に書き込むたびに所望のデータが書き込めているか確認する。書き込めていなければ再書き込みを行う。
（２）の手段では書き込み処理に時間がかかってしまう。そのため（１）の手段のように製造後に不良部分が検出できることがのぞましい。しかし、この手段では発生確率が低い場合に検出できないことがある。そのため十分なスクリーニングができず、高信頼性の記憶装置を得ることが困難という問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、記憶装置の不良部位を効果的にスクリーニングする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一側面における記憶装置のスクリーニング方法は、記憶装置が有する複数の記憶部位の各々に対して書き込みパラメータを変化させて書き込み動作を行う手順と、書き込み動作の結果に基づいて、書き込み動作を行ったときにデータの書き込みが成功した確率である書き込み確率を計算する手順と、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性を所定の基準と比較することにより複数の記憶部位の各々の正常性を検出する手順とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スクリーニング処理において、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性、もしくはその環境パラメータによる変化の異常を検出することで異常な記憶部位を検出することが可能となり、信頼性の高い記憶装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、参考例の記憶素子を示す構造図である。
【図２】図２は、参考例の記憶素子を示す構造図である。
【図３】図３は、参考例の記憶素子を示す構造図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態を示す手順である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態の手順の一部を説明するグラフである。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の手順の一部を説明するグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態における手順を示す。
【図８】図８は、本発明の第４の実施の形態における手順を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第４の実施の形態の手順の一部を説明するグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第４の実施の形態の手順の一部を説明するグラフである。
【図１０】図１０は、記憶装置とスクリーニング装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態における記憶装置とスクリーニング装置を示す。記憶装置１は、記憶媒体３、読み出し／書き込み部５、及びインターフェース６を備える。記憶媒体３は複数の記憶部位４を備える。読み出し／書き込み部５は、インターフェース６を介して外部機器から与えられた信号に応答して、記憶媒体３に対して読み出し処理及び書き込み処理を行う。読み出し処理及び書き込み処理は記憶部位４を単位として行うことができる。
【００２３】
スクリーニング装置２はインターフェース６を介して記憶装置１と接続される。スクリーニング装置２は、書き込みパラメータ制御部７、書き込み確率計算部８、正常性検出部９、符号情報記憶部１０、書き込み確率テーブル生成部１１、環境パラメータ設定部１２、環境パラメータ依存性計算部１３及び記憶部位不使用処理部１４を備える。スクリーニング装置２はコンピュータを用いて実現することが可能である。その場合、スクリーニング装置２が備える各部は、スクリーニング装置２の記憶装置に格納されたプログラムが演算制御装置に読み出されて実行されることによって実現される機能ブロックである。
【００２４】
図４を参照すると、本発明の第一の実施の形態におけるスクリーニング方法が示されている。
（構成の説明）
第一の実施の形態の記憶装置のスクリーニング方法は、各記憶部位４の書き込み確率の書き込みパラメータ依存性を示す特性値を得る手順と、特性値を所望の範囲と比較し記憶部位４が異常かどうか判定する手順とを有する。このスクリーニング方法は、図１０に示す記憶装置１とスクリーニング装置によって実行することができる。
【００２５】
次にスクリーニング方法について説明する。図４は第一の実施の形態のスクリーニング方法の手順を示している。書き込みパラメータ制御部７は、書き込み試行動作を行うための信号を生成して記憶装置１に送信する。記憶装置１の読み出し／書き込み部５は、その信号に応答して、複数の記憶部位４（メモリセル、ディスク状記憶媒体のトラック又はセクター、一括してデータの読み出し又は書き込みを行うことが可能な記憶単位など）の各々に対して、書き込みパラメータを設定して複数回の書き込み動作を行い、その書き込みが成功したか失敗したかを検出する。書き込み確率計算部８はその検出結果を取得して、各記憶部位４の書き込み確率（書き込みが成功した確率、すなわち書き込みの試行回数に対する書き込みが成功した回数の割合）を計算する（ステップＳ１）。
【００２６】
正常性検出部９は、書き込みパラメータを複数の所定の設定値に変更して、各設定値でステップＳ１の書き込み確率を計算する動作を実行する。この動作により、各記憶部位４について書き込みパラメータの値と書き込み確率との対応関係を得ることができ、それらの関係を評価することができる（ステップＳ２）。ステップＳ１における書き込みパラメータの設定と、ステップＳ２の書き込み確率の計算とは、設定値を変更しながら繰り返し行われる。
【００２７】
書き込み確率テーブル生成部１１は、各記憶部位４について、複数の書き込みパラメータの設定値と、それぞれに対応する書き込み確率とが示された書き込み確率テーブルを生成する。図５は書き込み確率テーブルに格納される情報の一例をグラフによって示す。図５の例では書き込み確率に替えて書き込み不良確率（＝１−書き込み確率）が用いられている。書き込み確率テーブルに基づいて、書き込み感受性（書き込み確率の書き込みパラメータ依存性）を得ることができる。
【００２８】
正常性検出部９は、書き込み感受性を示す特性値である書き込み感受性値を求める。書き込み感受性値は例えば、書き込みパラメータの変化に応じて書き込み確率が変化する領域の平均的な変化率として定義される（ステップＳ３）。
【００２９】
正常性検出部９は次に、書き込み感受性値を予め入力された判定基準の範囲と比較し、範囲外であれば不良記憶部位と判定する。図６は、そのような判定の一例を示す。この例では、同一の記録媒体３に属する第１の記憶部位は、判定基準に比べて、正常であると判定され、第２の記憶部位は、不良であると判定される。記憶部位不使用処理部１４は、必要であれば、範囲外と判定された記憶部位を使用しないように処理する（ステップＳ４）。スクリーニング装置２は、以上の手順を、記憶装置が有する各記憶部位４について実行する（ステップＳ５）。
【００３０】
書き込み感受性に異常が発生する原因として次の例が考えられる。一般的にデータの書き込みは、所望の記憶部位４にエネルギーを与え、エネルギーバリアを超えさせて別の状態に変化させることで行う。エネルギーバリアは一つの山からなる場合や、いくつかのエネルギーの谷を有する山からなる場合がある。これらの場合によって状態変化の挙動が異なる。
【００３１】
エネルギーバリアが一つの山の形状の場合は、キャリアが山の高さに相当するエネルギーを超える確率で書き込み確率が表現される。しかし谷があると、一度谷に相当する状態を経由して山を越える場合と、一気に山を越える場合の両方が起こる。このため、一つの山の場合に比べ、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性がゆるやかになることが予想される。キャリアがエネルギーバリアの谷に陥ると、所望の状態変化が起こらず書き込み不良となる場合がある。本実施の形態により書き込み過程の異常を評価することで、書き込み不良となる可能性を持つ異常を検出できる。
【００３２】
本第一の実施の形態に依れば、書き込み確率に影響する書き込みパラメータを用いて書き込み感受性を評価することにより、異常がある記憶部位を検出できるようになる。このため、書き込み異常となる可能性のある不良記憶部位を効果的に検出することが可能となり、高信頼性の記憶装置が得られる。
【００３３】
図７を参照すると、本発明の第二の実施の形態におけるスクリーニング方法が示されている。このスクリーニング方法も、図１０に示した記憶装置１とスクリーニング装置２によって実行することができる。
【００３４】
第二の実施の形態のスクリーニング方法は、各記憶部位４の書き込み感受性値を第１の特性値として得る手順と、書き込みパラメータとは異なる環境パラメータが異なる条件での書き込み感受性値から環境パラメータ依存性を示す第２の特性値である環境感受性値を得る手順と、第２の特性値を所望の範囲と比較し記憶部位４が異常かどうか判定する手順とを有する。
【００３５】
次にスクリーニング方法について説明する。環境パラメータ設定部１２は、環境パラメータを第一の条件に設定する（ステップＳ１０）。環境パラメータは、記億媒体３に対する書き込み動作が行われる際に、記億媒体３が配置されている環境の状態を示すパラメータである。環境パラメータとしては、温度、外部磁場などが例示される。後述する書き込みパラメータにて例示される書き込み時間を環境パラメータとして採用することもできる。
【００３６】
書き込みパラメータ制御部７と書き込み確率計算部８は、第一の実施の形態のステップＳ１、Ｓ２と同様の動作をすることにより、環境パラメータの第一の条件において、各記憶部位４の書き込み確率を得る（ステップＳ１１）。
【００３７】
正常性検出部９は、第一の実施の形態のステップＳ２、Ｓ３と同様の動作をする（ステップＳ１２、Ｓ１３）。その結果、各記憶部位４について、環境パラメータの第一の条件における書き込み感受性値が抽出される。正常性検出部９は、その特性値を、第一の条件を特定する識別子と共に記録する。
【００３８】
環境パラメータ設定部１２は、環境パラメータを、第一の条件と異なり所定の方法で決定される第二の条件に変更する。正常性検出部９は、第二の条件下で、ステップＳ１１からＳ１３までの処理を行い、書き込み感受性を評価する（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１４に示した動作は、環境パラメータを二以上の複数の条件に変更しながら、各環境パラメータの条件化で、ステップＳ１１からＳ１３までの処理を行うことを意味する。その結果、書き込み確率テーブル生成部１１は、環境パラメータ依存性の書き込み確率テーブルを生成する。環境パラメータ依存性の書き込み確率テーブルには、各記憶部位４について、環境パラメータの各条件下で、書き込みパラメータの各条件と書き込み確率との関係が示される。
【００３９】
正常性検出部９は、環境パラメータ依存性の書き込み確率テーブルに基づいて、各記憶部位４の書き込み感受性値（第１の特性値）の環境パラメータ依存性を求める。そのために正常性検出部９は、環境感受性値（第２の特性値）を抽出する（ステップＳ１５）。この特性値は、例えば環境パラメータの変化に対する書き込み感受性値の平均的な変化率である。
【００４０】
正常性検出部９は、この環境感受性値が、所定の基準の範囲内か否かの判定を行う（ステップＳ１６）。上記の手順を各記憶部位４について実行する（ステップＳ１７）。記憶部位不使用処理部１４は、各記憶部位４について、第２の特性値が所定の基準の範囲外であったとき、必要であればその記憶部位４を使用しないように処理する（ステップＳ１８）。
【００４１】
本第二の実施の形態によれば、書き込みパラメータと少なくとも一つの環境パラメータの影響を評価するため、書き込み特性に異常を持つ記憶部位を検出する能力を向上することができる。
【００４２】
次に本発明の第三の実施の形態について説明する。本実施形態におけるスクリーニング方法は、図１０に示された記憶装置１とスクリーニング装置２によって実行することができる。本実施形態において、読み出し／書き込み部５は、スクリーニング装置２からの信号に応答して、各記憶部位４の特性を制御する。読み出し／書き込み部５は更に、各記憶部位４の特性を評価し、書き込まれていたデータを判別する。各記憶部位４では２値、もしくは多値のデータに相当する特性制御が行われる。
【００４３】
第三の実施の形態におけるスクリーニング方法は、その条件を変化させることによりデータの書き込み確率が０と１の間を変化する書き込みパラメータをもちいて各記憶部位４に書き込みを行う手順と、書き込みを行った記憶部位４の読み出しを行い正常に書き込めたか書き込めていないかを判別する手順と、これらの手順を複数回繰り返し使用した書き込みパラメータ条件での書き込み確率を求める手順と、これらの手順を複数の書き込みパラメータ条件で行いそれぞれの書き込み確率を求める手順と、得られた複数の書き込みパラメータ条件と書き込み確率との関係から各記憶部位４の書き込み確率の書き込みパラメータ依存性に相当する値を求める手順と、各記憶部位４の書き込み確率の書き込みパラメータ依存性相当値と所望の値の範囲とを比較し範囲外であれば不良部位と判定する手順を有する。必要であれば、その記憶部位４を使用しない処理を行う手順も有する。
【００４４】
次に、スクリーニング手順について説明する。書き込みパラメータ制御部７は、書き込みパラメータを所定の値に設定する。書き込み確率計算部８は、各記憶部位４に対して書き込みと読み出しを複数回行う。それぞれの書き込み動作において書き込みが成功したか失敗したかを判別する。その後、書き込み成功回数と書き込み試行回数から各記憶部位４の書き込み確率を算出する。
【００４５】
正常性検出部９は、書き込みパラメータを別の値に変更して前述の手順を行い、各記憶部位４における各書き込みパラメータ値での書き込み確率を評価する。これらから、各記憶部位４における書き込み感受性値を求める。次に、書き込み感受性値と所望の範囲との比較を行い、範囲外であれば不良記憶部位と判定する。必要であればこの判定結果に基づき、不良記憶部位を使用しない処理を行う。
【００４６】
書き込みパラメータは、読み出し／書き込み部が記億媒体３に書き込みを行うために制御するパラメータである。書き込みパラメータとしては、書き込み動作を行うために印加される電圧、電流、電荷量、磁場、及びこれらを印加する時間などが例示される。このようなパラメータの値を設定することにより、書き込みパラメータ条件が設定される。
【００４７】
書き込み感受性値としては、書き込み確率の変化率の平均値を採用することができる。また予め第１と第２の書き込み確率を設定し、第１の書き込み確率となる書き込みパラメータの値と、第２の書き込み確率となる書き込みパラメータの値の差分または比を採用することもできる。
【００４８】
不良記憶部位と判定する範囲は、前もって評価した別の記憶装置の書き込み感受性値の分布や、評価している記憶装置自体の書き込み感受性値の分布から決定することができる。
【００４９】
不良記憶部位は、記憶領域として使用しないように処理される。不良記憶部位や不良記憶部位を含む記憶部位群に対する書き込み及び読み出し動作は、他のアドレスの記憶部位や記憶部位群に対して行うように処理される。不良記憶部位を使用しない処理は装置内で行っても、装置に接続した別装置で処理をしてもよい。
【００５０】
また、不良の発生位置や数、発生確率が所定の条件を満たす場合には、通常記憶部位と同様に利用し、データ補正回路を用いてデータを補正することも可能である。そのような場合は、必ずしも不良記憶部位を使用しない処理を行わなくてもよい。これらの第三の実施の形態の手順は、記憶装置とは別の評価装置を用いて行ってもよいし、手順のすべて、もしくは一部を行う機能を半導体集積回路などで実現して記憶装置に装備してもよい。
【００５１】
本第三の実施の形態に依れば、書き込みパラメータ（その変化に応じて書き込み確率が変化するパラメータ）を用いて評価した書き込み感受性に異常がある記憶部位を検出できるようになる。このため、書き込み異常となる可能性のある不良記憶部位を効果的に検出することが可能となり、高信頼性の記憶装置が得られる。
【００５２】
第四の実施の形態の記憶装置は、図１０に示された記憶装置１とスクリーニング装置２によって実行することができる。図８を参照すると、本発明の第四の実施の形態におけるスクリーニング方法が示されている。
【００５３】
第四の実施の形態の記憶装置のスクリーニング方法は、条件を変化させることによりデータの書き込み確率が０と１の間を変化する書き込みパラメータをもちいて第一の書き込みパラメータ条件で各記憶部位４に書き込みを行う手順と、書き込みを行った記憶部位４の読み出しを行い正常に書き込めたか書き込めていないかを判別する手順と、これらの手順を所望の複数回繰り返し使用した書き込みパラメータ条件での書き込み不良確率が所望の確率以上（書き込み成功確率が所望の確率以下と同意）もしくは書き込み成功確率が所望の確率以上（書き込み不良確率が所望の確率以下と同意）である記憶部位４を検出する手順と、第一の書き込みパラメータ条件から所望の量だけ書き込みにくい条件もしくは書き込みやすい条件である第二の書き込みパラメータ条件において検出された記憶部位４に書き込みを行う手順と、検出された記憶部位４の読み出しを行い正常に書き込めたか書き込めていないかを判別する手順と、前記２つの手順を所望の複数回繰り返し書き込み成功確率が所望の確率以上もしくは書き込み不良確率が所望の確率以上であるか判定する手順と、複数の第一の書き込みパラメータ条件でこれらの処理を行う手順とを有する。
【００５４】
次に、スクリーニング手順について説明する。まず、所定の書き込みパラメータの値を変化させたときの書き込み確率の変化率の符号を示す符号情報を予め入力して符号情報記憶部１０に記憶させる（ステップＳ２１）。例えば書き込み動作のために用いる電圧が低下すると書き込み確率が低下する場合、電圧と書き込み確率の変化が同じ方向のため、符号情報としてプラスを入力する。この符号情報によって、書き込みパラメータの増加（又は減少）させたときに、より書き込みにくい条件となるか、より書き込みやすい条件となるかを判別することができる。
【００５５】
書き込みパラメータ制御部７は、書き込みパラメータの第一の条件を設定する。書き込み確率計算部８は、各記憶部位４への書き込みと読み出しを複数回行い（ステップＳ２２）、それぞれの書き込み動作において書き込みが成功したか失敗したかを判別する。その後、書き込み不良回数と書き込み試行回数から書き込み不良確率を算出する（ステップＳ２３）。
【００５６】
正常性検出部９は、その不良確率が予め設定された所望の値（たとえば１％）以上である場合、その記憶部位４を異常候補部位として記録する（ステップＳ２４）。このとき図９Ａのような書き込み確率特性をもつ記憶部位４が異常候補部位として選択される。以上の手順を各記憶部位４について実行する（ステップＳ２５）。
【００５７】
書き込みパラメータ制御部７は、符号情報記憶部１０に格納された符号情報を参照して、第一の書き込みパラメータ条件から所望の量だけ書き込みにくい条件である第二の書き込みパラメータ条件に設定する。書き込み確率計算部８は、各異常候補部位について、第二の書き込みパラメータ条件で書き込みと読み出しを複数回行い（ステップＳ２６）、それぞれの書き込みで書き込みが成功したか失敗したかを判別する。その後、書き込み成功回数と書き込み試行回数から各異常候補部位の書き込み成功確率を算出する（ステップＳ２７）。
【００５８】
正常性検出部９は、その書き込み成功確率が予め設定された所望の成功確率（たとえば１％）以上の記憶部位４を検出して不良記憶部位として判定する（ステップＳ２８）。このとき図９Ｂの記憶部位４が不良として検出される。記憶部位不使用処理部１４は、必要であれば検出された記憶部位を使用しない処理を行う。
【００５９】
本手順によると、書き込みパラメータの第一の条件では書き込み確率が遷移している途中か、まだ書けない記憶部位を異常候補部位として選択できる。これらの記憶部位のうち、より書き込みにくい条件である書き込みパラメータの第二の条件で書き込める確率があれば、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性が２つの条件の間に収まらないほどゆるやかに変化していることになり、異常な記憶部位であると判断することができる。
【００６０】
別の方法として、以下を採用してもよい。まず所望の成功確率以上の記憶部位を検出する。次に第一の書き込みパラメータ条件から所望の量だけ書き込みやすい条件である第二のパラメータ条件で書き込みと読み出しを複数回行う。それぞれの書き込みで書き込みが成功したか失敗したかを判別する。その後、書き込み不良回数と書き込み試行回数から各記憶部位４の書き込み不良確率を算出し、所望の不良確率以上となる記憶部位を検出する。
【００６１】
第二のパラメータ条件は、前もって別の記憶装置（評価対象の記憶装置１と同じ仕様であることが望ましい）で書き込み感受性値の分布を評価することにより決定することができる。あるいは、評価対象の記憶装置１自体の書き込み感受性値の分布によって決めてもよい。
【００６２】
ステップＳ２３において、第一の書き込みパラメータの試験範囲内で検出されなかった記憶部位は不良として処理するとよい。測定手順において、所定の複数の書き込みパラメータの条件下での書き込み成功（不良）確率をすべての記憶部位４について評価し、測定完了後に書き込みパラメータの第一の条件と第二の条件に相当するデータを処理して不良記憶部位を検出してもよい。
【００６３】
第二の条件を第一の条件のみの関数とするのではなく、第一の条件での書き込み成功（又は不良）確率と第一の条件との関数としてもよい。たとえば第一の条件で書き込み成功確率が１％の記憶部位については第二の条件を１０ずらすとすると、第一の条件で書き込み成功確率が５０％の記憶部位は第二の条件を５ずらす。
【００６４】
書き込みパラメータとしては、第一の実施の形態と同様、書き込み動作のために使用する電圧、電流、電荷量、磁場、及びそれらを印加する時間のうちの一以上を採用することができる。不良記憶部位は記憶領域として使用しないようにして、その部位（又はその部位を含む記憶部位群）を単位として、記億媒体３の他の記憶部位（又は他の記憶部位群）と置き換える。不良記憶部位を使用しない処理は記憶装置１の内部の処理によって行っても、記憶装置１に接続した別装置で処理をしてもよい。
【００６５】
不良の発生位置、数又は発生確率によっては、不良記憶部位を通常記憶部位と同様に利用し、データ補正回路によりデータを補正することも可能である。そのため、必ずしも不良記憶部位を使用しない処理を行わなくてもよい。これらの手順は、記憶装置１とは別の評価装置を用いて行ってもよいし、手順のすべて、もしくは一部を行う機能を半導体集積回路などで実現して記憶装置１に装備してもよい。
【００６６】
本第四の実施の形態に依れば、個々の書き込みパラメータ依存性の値を求めず所望の範囲内かどうかだけ判定しているため、判定に要する時間が短くてすむという効果がある。
【００６７】
次に、第一の実施例を用いて本発明の動作を説明する。
本発明の第一の実施例として図３のハードディスクドライブに対するスクリーニング方法について説明する。本実施例では書き込みパラメータとして書き込み電流の大きさを採用する。本ハードディスクドライブでは、書き込み磁気ヘッドに＋０．５ｍＡ流すとデータ［１］が、−０．５ｍＡ流すとデータ［０］が正常な磁気ディスクの書き込み領域（記憶部位）に書き込むことができるとする。ある書き込み領域に対し、０．１ｍＡでの書き込み確率を評価するために、
【００６８】
以下の手順でスクリーニングを実行する。
（１）−０．５ｍＡでデータ［０］を書き込む。
（２）データ［０］が書き込まれているか読み出す。
（３）０．１ｍＡでデータ［１］を書き込む。
（４）データ［１］が書き込まれているか読み出す。
以上の４ステップを１００回繰り返すことにより、０．１ｍＡでの書き込み確率を評価する。書き込み確率の評価を、０．５ｍＡまで０．０１ｍＡステップで実施することで、対象とした書き込み領域の書き込み確率の書き込み電流依存性が得られる。
【００６９】
依存性を示す特性値として、書き込み確率が１０％となる書き込み電流と９０％となる書き込み電流を書き込み確率測定結果から抽出し、両者の差を用いる。すべての領域について、前述の特性値を求める。前もって設定した値と各書き込み領域の特性値とを比較し、設定範囲外の書き込み領域があるトラックを使用しないように制御機構に不揮発性メモリを用意し、記憶する。
【００７０】
依存性を示す特性値としては、書き込み確率が書き込みパラメータに応じて変化する領域における平均的な変化率を用いてもよい。特性値の選択範囲は、評価しているハードディスクドライブの測定結果をもちいて、その平均値や分散から設定してもよい。
【００７１】
書き込み確率を評価する機能や、特性値の抽出、特性値と設定範囲との比較、不良書き込み領域の利用回避手順などを半導体集積回路で実現し、ハードディスクドライブに装備してもよい。この場合、評価する領域に順番に磁気ヘッドを移動する機能、所望の書き込み電流を順番に流す機能、データを読み出し成功回数もしくは失敗回数をカウントする機能、カウントされた値やこれから計算された値と所望の範囲を比較する機能などが必要である。ここでは書き込みヘッドの電流値依存を評価しているが、磁気ディスク表面での磁場を用いて磁場依存性を評価してもよい。
【００７２】
本第一の実施例では、書き込み確率の書き込み電流依存性が異常な書き込み領域を検出することで、書き込み過程に問題がある不良領域を検出できるようになる。
【００７３】
次に、他の実施例を用いて本発明の動作を説明する。
本発明の第二の実施例として図１のＭＲＡＭに対するスクリーニング方法について説明する。本実施例では書き込みパラメータとして書き込み電流の印加時間を採用する。更に、環境パラメータとして環境温度を採用する。
【００７４】
室温で２つの書き込み配線（たとえばＢ１とＤ１）にそれぞれ１０ｎｓの間、＋５ｍＡ流すとデータ［１］が、−５ｍＡ流すとデータ［０］が正常なメモリセルに書き込むことができるとする。あるメモリセル（記憶部位）に対して以下の４ステップを１０００回繰り返すことによって２ｎｓでの書き込み確率を評価する。
（１）−５ｍＡ、１０ｎｓでデータ［０］を書き込む。
（２）データ［０］が書き込まれているか読み出す。
（３）５ｍＡ、２ｎｓでデータ［１］を書き込む。
（４）データ［１］が書き込まれているか読み出す。
【００７５】
書き込み確率の評価を、１０ｎｓまで０．５ｎｓステップで実施することで、対象とした書き込み領域の書き込み確率の書き込み時間依存性が得られる。依存性を示す特性値は、例えば以下のようにして得られる。書き込み確率が第１の値（例示：５％）となる書き込み時間と第２の値（例示：９５％）となる書き込み時間を書き込み確率の測定結果から抽出する。その両者の書き込み時間の比を特性値として用いる。すべての領域について、この特性値を求める。
【００７６】
次に、室温より低い所定の温度（例示：−２０℃）で前述の評価を行い、低温での各メモリセルの特性値を測定する。前もって設定した温度依存性と各メモリセルの特性値の温度依存性を比較し、設定範囲外となるメモリセルを検出する。検出されたメモリセルを使用しないために、アドレスとメモリセルの関係を制御する制御用ＭＲＡＭを用意し、アクセス時にアドレスを不良でないメモリセルにシフトさせる。
【００７７】
図１のＭＲＡＭでは、データ書き込み時に起こる磁化反転確率が、書き込み電流量と書き込みパルス幅に依存する関数として以下の［式１］〜［式３］で示される（非特許文献４参照）。これはエネルギーバリアＥｂを超える確率に基づいたアレニウス則と呼ばれるモデルである。
［式１］Ｐ（ｔｐ）＝ｅｘｐ（−ｔｐ／τ）
［式２］τ＝τｏ・ｅｘｐ（Ｅｂ／（ｋｂ・Ｔ））
［式３］Ｅｂ＝（１／２）・Ｍｓ・Ｖ・Ｈｓｗ・（１−Ｉ／Ｉｓｗ）２
Ｐ（ｔｐ）：ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｎｏｔ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ
ｔｐ：ｐｕｌｓｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ
τｏ：１ｎｓ
Ｉｓｗ：ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｆｉｅｌｄ  （ｃｕｒｒｅｎｔ）  ｉｎ  ｔｈｅ  ａｂｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｆｆｅｃｔｓ
【００７８】
このモデルにより書き込み確率の書き込み時間依存性の温度による変化が推定できる。この推定と異なる変化を示すメモリセルは磁化反転過程に異常があることが予想できる。そこで、推定値に対して所定の基準（例えば２０％）以上ずれているセルを不良セルとして使用しないようにすることで、異常の可能性があるセルを回避することができる。
【００７９】
書き込み時間依存性のほかに、書き込み電流値依存性や、書き込み電流値と書き込み時間を一定にして書き込み回数依存性を評価することもできる。環境パラメータとして書き込み時間や外部印加磁場を用いることもできる。
【００８０】
本第二の実施例では、書き込み確率の書き込みパラメータ依存性だけでなく、環境パラメータ依存性も確認できる。そのため、異常を持つ不良セルをより詳細な条件で検出できるようになる。
【００８１】
本発明の第三の実施例として図１のＭＲＡＭに対する他のスクリーニング方法について説明する。本ＭＲＡＭでは、室温で２つの書き込み配線にそれぞれ１０ｎｓの間、＋５ｍＡ流すとデータ［１］が、−５ｍＡ流すとデータ［０］が正常なメモリセルに書き込むことができるとする。
【００８２】
以下の手順でスクリーニングを行う。
（１）すべてのセルに対し−５ｍＡ、１０ｎｓでデータ［０］を書き込む。
（２）データ［０］が書き込まれているか読み出して確認する。
（３）すべてのセルに３ｍＡ、１０ｎｓでデータ［１］を書き込む。
（４）データ［１］が書けていないセルを調べる。
（５）以上の評価を１００回繰り返し、一度でもデータ［１］が書けなかったセルを検出する。
（６）検出されたセルに対し−５ｍＡ、１０ｎｓでデータ［０］を書き込む。
（７）データ［０］が書き込まれているか読み出して確認する。
（８）検出されたセルに（３）での電流値より０．５ｍＡ少ない電流値でデータ［１］を書き込む。
（９）データ［１］が書けたセルを調べる。
（１０）上記（６）から（９）の手順を１００回繰り返し、一度でもデータ［１］が書けたセルを検出し、不良セルとして記憶する。
（１１）上記（１）から（１０）の手順を（３）で使用した電流値を３ｍＡから５ｍＡまで０．１ｍＡずつ増やしながら行う。
（１２）以上の処理をもう一方のデータに対しても行う。
上記（５）の手順においては第１の書き込みパラメータ条件で書き込み不良確率が１％以上となるセルを検出している。そしてこれらのセルのうち書き込みにくい条件である第二の条件で書き込み成功確率が１％以上となるセルを（１０）で不良セルとして抽出する。
【００８３】
評価する電流値すべてにおいて各セルの書き込み確率を評価し、その後データ処理においてある電流値での書き込み不良確率が所望の値より大きなセルの検出と、０．５ｍＡ小さい電流値での検出されたセルの書き込み成功確率評価を行って、不良セルを抽出してもよい。また、ある電流値での書き込み不良確率によって、書き込み成功確率を評価する電流値や判定する確率値を変更してもよい。たとえばある電流値で書き込み不良確率が１０％であるとき、０．５ｍＡ小さい電流値での判定値を１０％に変更したり、０．６ｍＡ小さい電流値で１％で判定するなどである。本第三の実施例では、複数のセルを一度に処理するため、高速なスクリーニングが可能となる。
【００８４】
以上に説明した複数の実施形態及び実施例は、矛盾の無い範囲で組み合わせて実施することができる。また、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００８５】
１  記憶装置
２  スクリーニング装置
３  記憶媒体
４  記憶部位
５  読み出し／書き出し部
６  インターフェース
【図１】
2011187128.tif 000003
【図２】
2011187128.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011187128.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011187128.tif 000009
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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