(57)【要約】      （修正有）【課題】累積された温度バジェットにより記憶保持特性が影響される相変化メモリ等において、記憶データの消失を防止する。【解決手段】半導体装置が、複数のメモリセルと、温度バジェットセンサと、該メモリセルをリフレッシュするための回路とを含んでいる。該温度バジェットセンサは該半導体装置の温度をモニタし、該温度バジェットセンサからの信号を、基準信号と周期的に比較し、この比較に基づいて該メモリセルをリフレッシュする。【選択図】図１
2007335067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のメモリセルと、
温度バジェットセンサと、
該温度バジェットセンサからの信号を基準信号と周期的に比較し、該比較結果に基づいて該メモリセルをリフレッシュするための回路とを含む、半導体装置。
【請求項２】
上記メモリセルは抵抗メモリセルを含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記メモリセルはフラッシュメモリセルを含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記メモリセルは相変化メモリセルを含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記温度バジェットセンサは相変化メモリセルを含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
上記温度バジェットセンサは、上記半導体装置がパワーダウンした状態であるとき、該半導体装置の温度バジェットをモニターするものである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
上記回路は、温度バジェットセンサを通過する電流を、基準電流に対して比較するための比較器を含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
上記基準信号は、上記半導体装置の現在温度に基づいて調整される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
上記回路は、上記温度バジェットセンサにおける降下電圧を、基準電圧に対して比較するための比較器を含んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
相変化メモリセルのアレイと、
部分的な結晶状態および部分的なアモルファス状態を有する相変化材料を含む、温度バジェットセンサと、
該温度バジェットセンサの該相変化材料からの信号を基準信号と周期的に比較し、該比較結果に基づいて、該相変化メモリセルのアレイをリフレッシュするための回路とを含んでいる、メモリ。
【請求項１１】
上記部分的な結晶状態および上記部分的なアモルファス状態は、部分的にリセットされた状態を含んでいる、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１２】
上記部分的な結晶状態および上記部分的なアモルファス状態は、部分的にセットされた状態を含んでいる、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１３】
上記温度バジェットセンサは、上記相変化メモリセルのアレイ内の相変化メモリセルを含んでいる、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１４】
上記回路は、上記温度バジェットセンサの相変化材料を通過した電流信号を、基準電流に対して比較するための比較器を含んでいる、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１５】
上記基準信号は、上記メモリの現在温度に基づいて調整される、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１６】
上記回路は、上記温度バジェットセンサの相変化材料における降下電圧を、基準電圧に対して比較するための比較器を含んでいる、請求項１０に記載のメモリ。
【請求項１７】
相変化メモリセルのアレイと、
該メモリセルのアレイの温度バジェットをモニターするための手段と、
該温度バジェットが予め定められた閾値を超えたときに対応して、該メモリセルのアレイをリフレッシュするための手段とを含む、メモリ装置。
【請求項１８】
上記温度バジェットをモニターするための手段は、上記メモリ装置がパワーオフの状態であるときに該温度バジェットをモニターするための手段を含んでいる、請求項１７に記載のメモリ装置。
【請求項１９】
さらに、
上記温度バジェットをモニターするための手段を初期化するための手段を含んでいる、請求項１７に記載のメモリ装置。
【請求項２０】
メモリの運用方法において、
該メモリの温度バジェットをモニターする工程と、
該温度バジェットが予め定められた閾値を超えたときに対応して、該メモリをリフレッシュする工程とを含む、運用方法。
【請求項２１】
上記温度バジェットをモニターする工程は、上記メモリがパワーオフの状態であるときに該温度バジェットをモニターする工程を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記温度バジェットをモニターする工程は、抵抗メモリの温度バジェットをモニターする工程を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
上記温度バジェットをモニターする工程は、相変化メモリの温度バジェットをモニターする工程を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
上記温度バジェットをモニターする工程は、
温度バジェットセンサの相変化材料をリセットする工程と、
該温度バジェットセンサを初期化するために、該温度バジェットセンサの相変化材料を、わずかにセット状態に移行させる工程とを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記温度バジェットをモニターする工程は、該温度バジェットセンサを初期化するために該温度バジェットセンサの相変化材料を部分的にリセットする工程を含んでいる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
相変化メモリセルを部分的な結晶状態および部分的なアモルファス状態にセットする工程と、
該メモリセルからの信号を基準信号と周期的に比較する工程と、
データを記憶する複数の相変化メモリセルを該比較結果に応じてリフレッシュする工程とを含む、メモリの運用方法。
【請求項２７】
上記データを記憶する上記複数の相変化メモリセルを上記比較結果に応じてリフレッシュする工程は、上記メモリセルからの信号が上記基準信号を超えるときに対応して複数のメモリセルをリフレッシュする工程を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記メモリセルからの信号を基準信号と周期的に比較する工程は、該メモリセルを通過する電流を基準電流と周期的に比較する工程を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
上記メモリセルからの信号を基準信号と周期的に比較する工程は、該メモリセルの降下電圧を、基準電圧と周期的に比較する工程を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
上記相変化メモリセルを部分的な結晶状態および部分的なアモルファス状態にセットする工程は、該メモリセルを完全にリセットした後、該メモリセルをわずかにセット状態に移行させる工程を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
上記相変化メモリセルを部分的な結晶状態および部分的なアモルファス状態にセットする工程は、該メモリセルを部分的にリセットする工程を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景〕
不揮発性メモリの一形態として、抵抗メモリが挙げられる。抵抗メモリは、記憶素子の抵抗値を用いて１つまたは複数のデータビットを記憶する。例えば、高い抵抗値を有するようにプログラムされた記憶素子が、論理的な「１」データビット値を示し、低い抵抗値を有するようにプログラムされた記憶素子が、論理的な「０」データビット値を示す。該記憶素子の抵抗値は、電圧パルスまたは電流パルスを該記憶素子に印加することにより、電気的に切り替えられる。また、抵抗メモリの一形態として、相変化メモリが挙げられる。相変化メモリは、該抵抗記憶素子内にて相変化材料を使用する。
【０００２】
相変化メモリ類は、少なくとも２つの互いに異なる各状態を示す相変化材料に基づいている。相変化材料は、データビットを記憶するためにメモリセル内において用いられる。
【０００３】
相変化材料の各状態は、それぞれ、アモルファス状態および結晶状態と呼ばれている。これらの各状態は、アモルファス状態が通常、結晶状態よりも高い抵抗値を示すという点において、互いに異なるようにできる。通常、アモルファス状態は、より不規則な原子構造を含んでおり、一方、結晶状態は、より規則的な格子状の原子構造を含んでいる。
【０００４】
相変化材料によっては、複数の結晶状態（例えば、面心立方（ＦＣＣ）状態、および、六方最密充填（ＨＣＰ）状態）を示すものもある。これら２つの各結晶状態は、互いに異なる抵抗値を有しており、データビットを記憶するために用いられる。以下の記載では、アモルファス状態は、通常、抵抗値の高い状態のことであり、結晶状態は、通常、抵抗値の低い状態のことである。
【０００５】
上記相変化材料の相変化を、上記と逆となるように生じさせることができる。このように、上記メモリは、温度変化に対応して、アモルファス状態から結晶状態に、そして、結晶状態からアモルファス状態に変化させることができる。
【０００６】
該相変化材料の温度を、様々な方法によって変えることが可能である。例えば、該相変化材料に対するレーザー照射による加熱、該相変化材料を通過させる電流による加熱、あるいは、該相変化材料に隣接させた抵抗ヒータに通した電流による加熱が可能である。
【０００７】
これらの方法の何れにおいても、該相変化材料の加熱が制御可能であることによって、該相変化材料内における相変化を制御できる。
【０００８】
上記相変化材料の各状態を各記憶状態として用いてデータを記憶するために、該相変化材料からなる複数のメモリセルを備えたメモリアレイを含む相変化メモリをプログラムすることができる。このような相変化メモリ装置におけるデータを読み出し、書き込むための１つの方法が、該相変化材料に印加される電流パルスおよび／または電圧パルスを制御することである。電流および／または電圧のレベルは、通常、各メモリセルの該相変化材料内に生じる温度に相当する。
【０００９】
相変化メモリのデータ保持性能は、該メモリの温度履歴に強く依存している。通常、不揮発性メモリについては、８５℃までの動作温度であれば、少なくとも１０年の間、データを保持できる。このデータ保持性能の保証は、主に材料特性によって、つまり、使用された相変化材料の結晶化温度に強く依存している。
【００１０】
例えば、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5については、実保持性能は、９５℃〜１１０℃までの動作温度であれば、約１０年である。しかしながら、多くの用途に関して、上記の動作温度の仕様では不十分である。例えば、自動車に適用する場合には、上記の動作温度を上回ることがある。さらに、通常、メモリ装置は、一定の周囲温度で動作されず、むしろ、周囲温度の著しい変化にさらされる。例えば、自動車のエンジン制御装置内のメモリ装置は、該エンジンが作動しているかどうかに応じて、互いに極端に異なる温度にさらされる。
【００１１】
この場合、該メモリ装置のデータ保持性能は、（ある限度内の）一時的な温度または平均温度によって、それほど強くは影響されないが、該メモリ装置によって累積された温度バジェットの影響を受ける。
【００１２】
上記理由および上記以外の理由により、本発明が必要とされる。
【００１３】
〔要約〕
本発明の一形態は、半導体装置を提供する。該半導体装置は、複数のメモリセルと、温度バジェットセンサと、回路とを含んでいる。該回路は、該温度バジェットセンサからの信号を基準信号と周期的に比較し、この比較に基づいてメモリセルをリフレッシュする。
【００１４】
〔図面の簡単な説明〕
本発明をさらに理解するために、図面を添付する。これらの図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。該図面は、本発明の実施形態を例証し、本明細書における記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。本発明の他の実施形態、および、本発明の意図する多くの利点については、以下の詳細な説明を参照することによってより理解されるようになるにつれて、容易に認識されるだろう。該図面の構成要素は、必ずしも、互いに相対的な縮尺とはなっていない。類似の箇所には、同じ参照符号を付した。
【００１５】
図１は、メモリ装置の一実施形態を示すブロック図である。図２は、相変化メモリセルの抵抗状態の一実施形態を示すグラフである。図３は、２つの相変化材料に関する温度に対する保持時間の一実施形態を示すグラフである。
【００１６】
〔詳細な説明〕
以下の詳細な説明では、添付図面を参照する。これらの添付図面は、本発明の一部を構成するものであり、本発明を実施しうる具体的な実施形態を例証として示している。これに関して、説明する図の方向について、例えば「上端」、「下端」、「前」、「後ろ」、「先端」、「後端」などといった方向を示す用語を用いる。本発明の実施形態の構成要素を多くの異なる方向に配置できるので、方向を示す用語は、説明するために用いられ、決して限定するためではない。他の実施形態を用い、構造的または論理的な変更を加えても、本発明の要旨を逸脱するものではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１７】
図１は、メモリ装置１００の一実施形態を示すブロック図である。メモリ装置１００は、書き込み回路１０２、分配回路１０４、各メモリセル１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、温度バジェットセンサ１３２、制御装置（コントローラ）１１８、および、センス回路１０８を含んでいる。センス回路１０８は、比較器１２４を含んでいる。一実施形態では、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃは、該メモリセルの相変化材料のアモルファス状態および結晶状態に基づいてデータを記憶する、相変化メモリセルである。他の実施形態では、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃは、他のタイプの抵抗メモリセルまたはフラッシュメモリセルである。
【００１８】
温度バジェットセンサ１３２は、用いた該相変化材料の長期データ保持の限度を超えた温度で、メモリ装置１００を動作させることを可能にするためのものである。温度バジェットセンサ１３２は、メモリ装置１００がパワーＯＮ状態または動作している場合、または、メモリ装置１００がパワーＯＦＦ状態である場合でも、メモリ装置１００の温度バジェット（温度履歴）をモニターする。メモリ装置１００の温度バジェットをモニターするには、簡単な温度計では不十分であろう。なぜなら、温度計は、メモリ装置１００がＯＮ状態である場合に動作するだけだからである。
【００１９】
相変化メモリのデータ保持に関連のある上記温度バジェット（ＴＢ）を、以下のように規定する。
【００２０】
方程式Ｉ
【００２１】
【数１】
2007335067.tif 000003
ここで、
α（Ｔ）＝感度因子
Ｔ＝温度
ｔ＝時間である。
【００２２】
感度因子α（Ｔ）は、保持時間（ｔret-1）のほぼ逆数にて規定されている。メモリ装置１００の温度バジェットが最大許容値を超えると、メモリ装置１００のメモリセル１０６ａ−１０６ｃに記憶されたデータは、損なわれる恐れがある。メモリ装置１００の温度バジェットを超えるか、または、超えそうであれば、メモリセル１０６ａ−１０６ｃに記憶されたデータはリフレッシュされて、該メモリセルのデータ値を維持する。
【００２３】
本明細書で用いるように、「電気的に結合されている」という用語は、各素子同士が直接的に結合される必要があるということを意味しているのではなく、介在素子が「電気的に結合されている」各素子間に設けられていてもよい。
【００２４】
書き込み回路１０２は、信号経路１１０を介して分配回路１０４に電気的に結合されている。分配回路１０４は、信号経路１１２ａ−１１２ｃを介してメモリセル１０６ａ−１０６ｃのそれぞれに電気的に結合されている。分配回路１０４は、信号経路１１２ａを介してメモリセル１０６ａに電気的に結合されている。分配回路１０４は、信号経路１１２ｂを介してメモリセル１０６ｂに電気的に結合されている。分配回路１０４は、信号経路１１２ｃを介してメモリセル１０６ｃに電気的に結合されている。
【００２５】
さらに、分配回路１０４が、信号経路１３０を介して温度バジェットセンサ１３２に、信号経路１３４を介してセンス回路１０８に、信号経路１１４を介して比較器１２４の第１入力部に電気的に結合されている。比較器１２４の第２入力部は、ＲＥＦ信号経路１２２の基準（ＲＥＦ）信号を受け取る。比較器１２４の出力部は、ＯＵＴ信号経路１２８に出力（ＯＵＴ）信号を出力する。センス回路１０８は、信号経路１２０を介して制御装置１１８に電気的に結合されている。制御装置１１８は、信号経路１１６を介して書き込み回路１０２に電気的に結合されている。
【００２６】
各メモリセル１０６ａ−１０６ｃは、相変化材料を含んでいる。該相変化材料を、温度変化の影響を受けて、アモルファス状態から結晶状態に変化するものであってもよく、または、結晶状態からアモルファス状態に変化するものであってもよい。これにより、結晶化度は、メモリ装置１００内のデータを記憶するための少なくとも２つの各記憶状態を規定する。該少なくとも２つの各記憶状態を、各ビット値「０」および「１」に割り当てることができる。メモリセル１０６ａ−１０６ｃの各ビット状態は、該メモリセルの電気抵抗値において著しく異なっている。該アモルファス状態では、相変化材料の抵抗値は、該結晶状態での抵抗値よりも著しく高い。
【００２７】
各メモリセル１０６ａ−１０６ｃの相変化材料は、本発明にかかる様々な材料から形成されていてもよい。通常、このような材料として、周期表の族ＶＩ中の１つまたは複数の元素を含むカルコゲナイド合金が有効である。一実施形態では、メモリセル２０２の相変化材料は、ＧｅＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、または、ＡｇＩｎＳｂＴｅといった、カルコゲナイド複合材料からなる。他の実施形態としては、相変化材料は、ＧｅＳｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、または、ＧｅＧａＩｎＳｂのようなカルコゲンを含んでいない材料が挙げられる。さらに他の実施形態では、相変化材料は、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｓといった１つまたは複数の元素を含む任意の適切な材料からなっていてもよい。
【００２８】
温度バジェットセンサ１３２は、初期状態に設定されており、メモリ装置１００の温度バジェットの合計を検知する。メモリ装置１００の温度バジェットが、所定の閾値を超えると、メモリ装置１００内の全ての各メモリセル１０６ａ−１０６ｃがリフレッシュされる。メモリセル１０６ａ−１０６ｃがリフレッシュされると同時に、温度バジェットセンサ１３２がその初期状態に再設定される。
【００２９】
温度バジェットセンサ１３２の状態は、周期的に検知される。例えば、温度バジェットセンサ１３２の状態を、電源を投入するごと、一日に一回、一時間に一回、一分に一回、それらを組み合わせた間隔、または、他の任意の適切な間隔で、検知できる。選択された間隔は、用途と、メモリ装置１００がさらされる予想温度とに応じたものである。
【００３０】
温度バジェットセンサ１３２は、相変化メモリセルを含んでいる。一実施形態では、温度バジェットセンサ１３２の相変化メモリセルは、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃと共に形成されている。他の実施形態では、温度バジェットセンサ１３２の相変化メモリセルは、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃとは別に形成されているが、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃを形成するために用いられるプロセスと類似のプロセスを用いて形成される。
【００３１】
温度バジェットセンサ１３２の相変化メモリセルを、所定値にて、弱くリセットするか、または、弱くセットして、温度バジェットセンサ１３２を、完全にリセットされた抵抗と完全にセットされた抵抗との間の中間の抵抗状態に初期化する。
【００３２】
該中間の抵抗状態は、特に、温度により誘起された結晶化、したがって抵抗低下を起こしやすい。なぜなら、この中間の抵抗状態での相変化材料が、多くの各結晶種を有するアモルファスマトリクスから形成されているからである。したがって、より高温にさらされたときに、温度バジェットセンサ１３２の抵抗を、完全にリセットされた相変化メモリセルの抵抗よりも迅速に低減することができる。
【００３３】
温度バジェットセンサ１３２の動作は、メモリ装置１００に電源（パワー）を投入しなくても保証される。なぜなら、温度バジェットセンサ１３２が、累積された結晶化度を受動的に記録するからである。メモリ装置１００が次にパワーＯＮ状態になると、温度バジェットセンサ１３２の上記結晶化度は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする必要があるかどうかを決定するために、読み出される。
【００３４】
他の実施形態では、メモリセル１０６ａ−１０６ｃがフラッシュメモリセルであり、温度バジェットセンサ１３２がフラッシュメモリセルである。この他の実施形態では、温度バジェットセンサ１３２は、上述した相変化メモリを用いた場合と同様に、通常の書き込みのための閾値電圧とは別の閾値電圧で弱く書き込まれ、モニターされる。温度バジェットセンサ１３２は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする必要があるかどうかを決定するために、周期的に読み出される。
【００３５】
制御装置１１８は、書き込み回路１０２およびセンス回路１０８の動作を制御する。制御装置１１８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または、書き込み回路１０２およびセンス回路１０８の動作を制御するための他の適切な論理回路を含んでいる。制御装置１１８は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃの抵抗状態をセットするための書き込み回路１０２を制御する。
【００３６】
制御装置１１８は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃの各抵抗状態をそれぞれ読み出すためのセンス回路１０８を制御する。制御装置１１８は、さらに、温度バジェットセンサ１３２の抵抗値の状態を読み出すためのセンス回路１０８を制御する。温度バジェットセンサ１３２の抵抗値の状態に基づいて、制御装置１１８は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする。
【００３７】
書き込み回路１０２は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃにパルスを供給し、上記抵抗レベルまたは抵抗状態を、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃの相変化材料にプログラムする。一実施形態では、書き込み回路１０２は、信号経路１１０を介して分配回路１０４に電圧パルスを与え、分配回路１０４は、各信号経路１１２ａ−１１２ｃを介して各メモリセル１０６ａ−１０６ｃに対し該電圧パルスを制御しながら与える。
【００３８】
一実施形態では、分配回路１０４は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃに電圧パルスをそれぞれ制御しながら与える、複数の各トランジスタを含んでいる。他の実施形態では、書き込み回路１０２は、信号経路１１０を介して分配回路１０４に電流パルスを供給し、分配回路１０４は、各信号経路１１２ａ−１１２ｃを介して各メモリセル１０６ａ−１０６ｃに対し該電流パルスをそれぞれ制御しながら与える。
【００３９】
書き込み回路１０２はさらに、温度バジェットセンサ１３２にパルスを供給して、温度バジェットセンサ１３２をその初期抵抗状態に設定する。一実施形態では、書き込み回路１０２は、信号経路１１０を介して分配回路１０４に電圧パルスを与え、分配回路１０４は、信号経路１３０を介して温度バジェットセンサ１３２に対し該電圧パルスを制御しながら与える。
【００４０】
一実施形態では、分配回路１０４は、温度バジェットセンサ１３２に電圧パルスを制御しながら与える複数の各トランジスタを含んでいる。他の実施形態では、書き込み回路１０２は、信号経路１１０を介して分配回路１０４に電流パルスを供給し、分配回路１０４は、信号経路１３０を介して温度バジェットセンサ１３２に該電流パルスを制御しながら与える。
【００４１】
センス回路１０８は、上記相変化材料の状態を検知し、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃにおける該相変化材料の状態を示す信号を出力する。センス回路１０８は、信号経路１３４を介して、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃの各状態をそれぞれ読み出す。
【００４２】
分配回路１０４は、各信号経路１１２ａ−１１２ｃを介して、センス回路１０８と各メモリセル１０６ａ−１０６ｃとの間の読み出し信号を制御可能にセンス回路１０８と各メモリセル１０６ａ−１０６ｃとを制御する。一実施形態では、分配回路１０４は、センス回路１０８と各メモリセル１０６ａ−１０６ｃとの間の読み出し信号を制御可能に指令するための複数の各トランジスタを含んでいる。
【００４３】
センス回路１０８は、また、温度バジェットセンサ１３２の状態を検知し、温度バジェットセンサ１３２の相変化材料の状態を示す信号を出力する。一実施形態では、センス回路１０８は、信号経路１１４を介して、温度バジェットセンサ１３２の状態を読み出す。他の実施形態では、センス回路１０８は、信号経路１３４を介して、温度バジェットセンサ１３２の状態を読み出し、信号経路１１４に該状態を示す信号を送る。
【００４４】
分配回路１０４は、信号経路１３０を介して、センス回路１０８と温度バジェットセンサ１３２との間の読み出し信号を制御可能にセンス回路１０８と温度バジェットセンサ１３２とを制御する。一実施形態では、分配回路１０４は、センス回路１０８と温度バジェットセンサ１３２との間の読み出し信号を制御可能とするための複数の各トランジスタを含んでいる。
【００４５】
比較器１２４は、温度バジェットセンサ１３２の抵抗を基準抵抗と比較する。比較器１２４は、温度バジェットセンサ１３２からの読み出し信号を、分配回路１０４を介して信号経路１１４を通って受け取り、ＲＥＦ信号経路１２２の基準信号を受信して、ＯＵＴ信号経路１２８にＯＵＴ信号を出力する。
【００４６】
一実施形態では、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする必要があることを示すために、該基準信号の選択を、温度バジェットセンサ１３２に印加された電圧が該基準信号よりも大きい電流の読み出し信号を生成するように行う。
【００４７】
他の実施形態では、メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする必要があることを示すために、該基準信号の選択を、温度バジェットセンサ１３２に印加された電流が該基準信号未満の電圧の読み出し信号を生成するように行う。
【００４８】
一実施形態では、該基準信号は、バンドギャップ基準回路または他の適切な回路を用いて、メモリ装置１００の現在温度に基づいて調整される。
【００４９】
一実施形態では、信号経路１１４の読み出し信号は、温度バジェットセンサ１３２の抵抗状態の表示を供給する電流信号であり、ＲＥＦ信号経路１２２の基準信号は電流信号である。他の実施形態では、信号経路１１４の読み出し信号は、温度バジェットセンサ１３２の抵抗状態の表示を供給する電圧信号であり、ＲＥＦ信号経路１２２の基準信号は電圧信号である。
【００５０】
いずれの場合でも、信号経路１１４の読み出し信号によって示された温度バジェットセンサ１３２の抵抗値（該抵抗値は、ＲＥＦ信号経路１２２の基準信号によって示したような上記基準抵抗値未満である）に応じて、比較器１２４は、ＯＵＴ信号経路１２８に対し、論理的に高いＯＵＴ信号を出力する。
【００５１】
逆に、信号経路１１４読み出し信号によって示された温度バジェットセンサ１３２の抵抗値（該抵抗値は、ＲＥＦ信号経路１２２の基準信号によって示されたような基準抵抗値よりも大きい）に応じて、比較器１２４は、ＯＵＴ信号経路１２８に対し、論理的に低いＯＵＴ信号を出力する。
【００５２】
論理的に高いＯＵＴ信号に応じて、制御装置１１８は、書き込み回路１０２を制御して、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする。論理的に低いＯＵＴ信号に応じて、制御装置１１８は、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュせず、通常の動作が続く。センス回路１０８は、温度バジェットセンサ１３２の状態を周期的に検知し、制御装置１１８は、該ＯＵＴ信号が論理的に高い信号に遷移すると、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをリフレッシュする。
【００５３】
メモリ装置１００の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃをプログラムするために、書き込み回路１０２のパルス発生器が、対象のメモリセルの相変化材料を加熱するための電流パルスまたは電圧パルスを発生させる。一実施形態では、書き込み回路１０２のパルス発生器は、分配回路１０４に供給されて適切な対象の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃに分配される適切な電流パルスまたは電圧パルスを発生させる。
【００５４】
該電流パルスまたは該電圧パルスの振幅および持続期間は、該メモリセルがセットされているか、リセットされているかに応じて制御される。通常、メモリセルの「セット」動作は、対象のメモリセルの相変化材料を、その結晶化温度よりも高く（しかし、その融点よりも低く）、上記結晶状態を得るには十分に長い間加熱している。通常、メモリセルの「リセット」動作は、対象のメモリセルの相変化材料を、その融点よりも高く加熱し、次に、該材料を急冷凍結する。これにより、上記アモルファス状態が得られる。
【００５５】
温度バジェットセンサ１３２によって検知される、メモリ装置１００の温度バジェットの合計に基づいて、該各メモリセルのプログラムされた各データ値を維持するために、各メモリセル１０６ａ−１０６ｃがリフレッシュされる。
【００５６】
他の実施形態では、温度バジェットセンサ１３２によって検知される、温度バジェットの合計に基づいて、相変化スイッチおよび／またはヒューズのプログラムされたデータ値を維持するために、該相変化スイッチおよび／またはヒューズ（図示せず）をリフレッシュすることができる。
【００５７】
図２は、相変化メモリセル（例えば、温度バジェットセンサ１３２によって用いられる相変化メモリセル）の抵抗状態の一実施形態を示すグラフ２００である。グラフ２００は、特定の電流を供給した後の、ｘ軸２０４上の該相変化メモリセルに供給された電流（アンペア）と、ｙ軸２０２上の該相変化メモリセルの抵抗（オーム）とを含んでいる。
【００５８】
２０６に示したような完全にリセット（アモルファス状態に）された相変化メモリセルから始まって、ほぼ０Ａと０．３×１０-3Ａとの間の電流値は、該相変化メモリセルの抵抗状態を、リセットされた状態から全く変えない。ほぼ０．３×１０-3Ａと０．５×１０-3Ａとの間の電流値は、該相変化メモリセルの抵抗状態を、２１０に示したような部分的にセットされた状態に変える。
【００５９】
ほぼ０．５×１０-3Ａと１．４×１０-3Ａとの間の電流値は、該相変化メモリセルの抵抗状態を、２０８に示したような完全にセットされた（結晶化した）状態に変える。ほぼ１．４×１０-3Ａと１．６×１０-3Ａとの間の電流値は、該相変化メモリセルの抵抗状態を、２１２に示したような部分的にリセットされた状態に変える。
【００６０】
ほぼ１．６×１０-3Ａよりも大きい電流が、該相変化メモリセルの抵抗状態を、２０６に示したような完全にリセットされた状態に戻す。該部分的にセットされた状態、該完全にセットされた状態、該部分的にリセットされた状態、該完全にリセットされた状態を得るためのこの特定の電流値の各範囲は、用いた該相変化材料、用いた該メモリセルの仕様、および、用いた該メモリセルの寸法に基づいて変化する。
【００６１】
温度バジェットセンサ１３２の感度は、温度バジェットセンサ１３２のプログラミング状態（つまり、初期抵抗値）によって調整される。温度バジェットセンサ１３２の相変化材料の初期状態は、２つの各方法内の１つを用いて調整される。
【００６２】
第１の方法では、温度バジェットセンサ１３２の相変化材料は、２０６に示したように完全にリセットされ、次に、所望の抵抗レベルに達するまで、２１０に示したようにわずかに（部分的に）セット状態（つまり、リセット状態とセット状態との中間状態）に移行される。
【００６３】
第２の方法では、温度バジェットセンサ１３２の相変化材料に、基準値未満のリセットパルスが印加されて、２１２に示したように相変化材料を部分的にリセット状態（セット状態とリセット状態との中間状態）に移行され、所望の抵抗レベルが得られる。
【００６４】
図３は、２つの相変化材料の温度に対する保持時間の一実施形態を示すグラフ２５０である。グラフ２５０は、ｘ軸２５４上に示した温度（Ｔ（Ｋ））およびｘ軸２５６上に示した１／ｋＴ（ｅＶ-1）と、ｙ軸２５２上に示した保持時間（ｔret（秒））とを含んでいる。
【００６５】
線２５８は、ＧＳＴのための、温度変化に対するデータ保持時間を示し、線２６０は、ＮがドープされたＧＳＴのための、温度変化に対するデータ保持時間を示している。グラフ２５０によって示したように、メモリ装置１００のデータを、１０５℃で１０年間保持した場合の通常の規格について線２７０に示す。
【００６６】
メモリ装置１００の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃを、線２６８に示したように１年に一回リフレッシュすれば、メモリ装置１００をほぼ１２０℃の温度で動作できる。メモリ装置１００の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃを、線２６６に示したように１ヶ月に一回リフレッシュすれば、メモリ装置１００をほぼ１３０℃の温度で動作できる。
【００６７】
メモリ装置１００の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃを、線２６８に示したように１日に一回リフレッシュすれば、メモリ装置１００をほぼ１５０℃の温度で動作できる。メモリ装置１００の各メモリセル１０６ａ−１０６ｃを、線２６８に示したように１時間に一回リフレッシュすれば、メモリ装置１００をほぼ１７０℃の温度で動作できる。このリフレッシュ期間を短縮すると、メモリ装置１００は、温度バジェットの増加に耐えられる。
【００６８】
温度バジェットセンサ１３２は、メモリ装置１００がさらされた温度バジェットの合計を検知し、メモリ装置１００は、該温度バジェットの合計が所定値を超えた場合にリフレッシュされる。温度バジェットの合計が所定値を超えたときのメモリ装置１００をリフレッシュすることにより、前述したような特定の間隔でメモリ装置１００を不必要にリフレッシュすることを回避でき、他方、メモリ装置１００が動作できる温度の範囲を拡張できる。
【００６９】
本発明の各実施形態は、メモリ装置がさらされた温度バジェットの合計をモニターするための温度バジェットセンサを提供する。該温度バジェットセンサは、該メモリ装置がパワーＯＮ状態またはパワーＯＦＦ状態の何れの場合でも、該メモリ装置がさらされた温度バジェットをモニターする。該メモリ装置の温度バジェットの合計が安全レベルを超えると、該メモリ装置の各メモリセルがリフレッシュされて、該メモリ装置のデータ値を維持する。
【００７０】
具体的な実施形態について図示および説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、図示および説明してきたこれらの実施形態の代わりに、様々な別の、および／または同等の実施形態を用いることができることについて理解するであろう。本出願は、本明細書に記載の具体的な実施形態の任意の適応または変型を含んでいる。従って本発明は、特許請求の範囲および特許請求の範囲に相当する部分によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】メモリ装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】相変化メモリセルの抵抗状態の一実施形態を示すグラフである。
【図３】２つの相変化材料に関する温度に対する保持時間の一実施形態を示すグラフである。
【図１】
2007335067.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2007335067000001.pdf