JP5427959B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は半導体記憶装置に関し、特に電流を素子に流すことにより電気的特性が変化する物質を利用して情報を記憶する半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor memory device that stores information using a substance whose electrical characteristics change by passing a current through an element.
近年、微細化の限界に近付いているフラッシュメモリに代わるメモリとして、抵抗変化型メモリが研究されている。その一例として、抵抗変化型の記憶素子にGe2Sb2Te5などのカルコゲナイド(相変化材料)を用いた相変化メモリが盛んに研究されている。In recent years, a resistance change type memory has been studied as a memory to replace a flash memory that is approaching the limit of miniaturization. As an example, a phase change memory using chalcogenide (phase change material) such as Ge 2 Sb 2 Te 5 for a resistance change type storage element has been actively studied.
相変化材料の抵抗値は、印加電流により発生されるジュール熱により、アモルファス状態と結晶状態に制御される。アモルファス状態では抵抗が高く、結晶状態では抵抗が低い。これらの抵抗値が、記憶情報に対応づけられている。 The resistance value of the phase change material is controlled between an amorphous state and a crystalline state by Joule heat generated by the applied current. The resistance is high in the amorphous state and low in the crystalline state. These resistance values are associated with stored information.
相変化メモリの書換え動作では、記憶情報に応じて、印加電流が制御される。リセット動作、すなわち情報‘0’の書込み動作では、大電流を短時間流して相変化材料を溶解させた後、電流を急減させる。このような制御により、相変化材料が急冷されることによって、相変化材料は高抵抗のアモルファス状態へ変化する。一方、セット動作、すなわち情報‘1’の書込み動作では、相変化材料の結晶化温度に保持するのに十分な電流を長時間流すことにより、相変化材料は低抵抗の結晶状態へ変化する。相変化メモリの読出し動作では、記憶素子の両端に一定の電位差を与えて、素子に流れる電流を測定することにより、素子の抵抗値を判別する。この相変化メモリは、記憶素子の形状を小さくすると、相変化材料の状態を変化させるために必要な電流が小さくなる。このため、原理上、微細化に向いている。 In the rewrite operation of the phase change memory, the applied current is controlled according to the stored information. In the reset operation, that is, the information “0” writing operation, a large current is passed for a short time to dissolve the phase change material, and then the current is rapidly decreased. By such control, the phase change material is rapidly cooled to change the phase change material into a high-resistance amorphous state. On the other hand, in the set operation, that is, the writing operation of information ‘1’, the phase change material changes to a low-resistance crystalline state by passing a current sufficient to maintain the crystallization temperature of the phase change material for a long time. In the read operation of the phase change memory, the resistance value of the element is determined by giving a constant potential difference to both ends of the memory element and measuring the current flowing through the element. In this phase change memory, when the shape of the memory element is reduced, the current required to change the state of the phase change material is reduced. For this reason, it is suitable for miniaturization in principle.
相変化メモリを高集積化する方法として、次の二つの方法が知られている。 The following two methods are known as methods for highly integrating the phase change memory.
第一の方法として、ショットキーダイオードからなる選択素子と相変化膜からなる可変抵抗素子を直列接続した構成のメモリセルを積み重ねた相変化メモリ装置が、特許文献1に開示されている。
As a first method,
特許文献1の図15から図19には、ワード線上に多結晶のn型シリコンを積層して、ショットキーダイオードSDを形成し、その上にカルコゲナイド材料を積層し、さらにその上にビット線を積層する技術が開示されている。係る技術によって、図14に示すように、ワード線とビット線の交点にそれぞれ抵抗素子VRを有するメモリセルが形成されることとなる。このような構造におけるメモリセルの単位セル面積は、ワード線及びビット線の幅と間隔が、それぞれ最小加工寸法Fとなるように加工されることで、4F2となる。また、特許文献1の図20から図25および図27から図28には、前述したメモリセルを上下に積層することで、実行セル面積を半減する技術が記載されている。具体的には、ワード線かビット線の一方を上下のメモリセルに対して共有とし、他方を上下対称に形成することで、配線加工工程を抑制しながら、実行セル面積を半減し2F2とする。In FIGS. 15 to 19 of
第二の方法として、ゲート電極材料と絶縁膜を交互に積み重ねた積層構造に、全層を貫く複数の貫通孔を形成し、各貫通孔の内側にゲート絶縁膜、チャネル層、相変化膜を成膜した相変化メモリが、特許文献2に開示されている。
As a second method, a plurality of through-holes that penetrate all layers are formed in a laminated structure in which gate electrode materials and insulating films are alternately stacked, and a gate insulating film, a channel layer, and a phase change film are formed inside each through-hole. A deposited phase change memory is disclosed in
特許文献2の図3から図4には、ゲート電極とゲート絶縁膜を複数層積層した後に貫通孔を形成し、貫通孔内にゲート絶縁膜、チャネルとなるシリコン層、カルコゲナイド層を貫通孔の中心に向かって形成することで、複数のメモリセルを高さ方向に形成する技術が記載されている。なお、特許文献2には、最小加工寸法については特に言及されていない。
In FIGS. 3 to 4 of
本願発明者等は本願に先立ち、先行技術文献に記載されているメモリセルの構造を検討した。ここで、メモリセルをシリコン基板上に投影した領域を単位セル面積、この単位セル面積を同領域に投影することができるメモリセルの数で割った値を実効セル面積と呼ぶことにする。また、一つのチップを製造する際に要する費用を製造コストと称する。コスト削減要求の厳しい大容量メモリでは、実効セル面積と製造コストの双方を低減することが求められている。以下では、これら二つの観点で、先行技術の課題を説明する。 Prior to this application, the inventors of the present application examined the structure of the memory cell described in the prior art document. Here, a region obtained by projecting a memory cell onto a silicon substrate is referred to as a unit cell area, and a value obtained by dividing the unit cell area by the number of memory cells that can be projected onto the same region is referred to as an effective cell area. Moreover, the expense required when manufacturing one chip | tip is called manufacturing cost. In large-capacity memories that are demanding cost reduction, it is required to reduce both the effective cell area and the manufacturing cost. Below, the problem of a prior art is demonstrated from these two viewpoints.
特許文献1の図14から図19のようなメモリセル構造では、ワード線とビット線の交点のそれぞれに、抵抗素子を1つずつしか配置できない。したがって、実効セル面積を低減するのが困難である。図14から図19の構造では4F2までしか実効セル面積を低減できず、図26のようにメモリセルを積層したとしても、実効セル面積を4F2の半分の2F2にまでしか低減できない。その上、メモリセルを積層するたびに配線やメモリセルのパターニングが必要となり、製造コストが増加する。よって、別のアプローチが必要である。In the memory cell structure shown in FIGS. 14 to 19 of
次に、特許文献2に記載のメモリセルを検討する。特許文献2に記載のメモリセルにおいて、仮に貫通孔を最小加工寸法Fで加工できたとすれば、n層(特許文献2の場合はn=4)積層した場合の実効セル面積は、4F2をnで割った値となる。また、貫通孔の形成と、ゲート絶縁膜およびチャネルとなるシリコン膜、カルコゲナイド膜の夫々の成膜を一通り行うことによって、一度にn個のメモリセルを形成可能である。したがって、特許文献2に記載のメモリセルは、実効セル面積と製造コストの双方の低減に有効ではある。Next, the memory cell described in
しかしながら、特許文献2に記載の技術では、微細化が進んだ際に、貫通孔を最小加工寸法Fで加工するのが困難である。特許文献2に記載のメモリセルは、貫通孔を形成した後に、ゲート絶縁膜、チャネルとなるシリコン膜、カルコゲナイド膜を貫通孔の中心に向かって形成している。このシリコン膜は、トランジスタのオン抵抗を十分に低くする必要があるために、無条件に薄くすることはできない。同様に、カルコゲナイド膜は、相転移を起こし易くするために数原子層分の厚みが必要であるために、無条件に薄くすることはできない。これに対し、微細化が進行して最小加工寸法Fが小さくなると、シリコン膜やカルコゲナイド膜に求められる厚さが、最小加工寸法Fと比べて相対的に厚くなってしまう。その結果、貫通孔自体は最小加工寸法Fで形成できたとしても、その内部のシリコン膜やカルコゲナイド膜がその機能を果たすための厚さを確保できなくなるため、貫通孔を最小加工寸法F以上に広げる必要が生じる。したがって、微細加工技術が確立されたとしても、メモリセルを小さくすることができなくなるので、集積度の向上が妨げられる。
However, with the technique described in
そこで、本発明の目的はこのような問題を鑑み、相変化メモリにおいて、実効セル面積および製造コストの両方を低減し、かつ微細化に好適なメモリセルおよびメモリアレーの構造と回路を提供することにある。本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a structure and a circuit of a memory cell and a memory array that are suitable for miniaturization and reduce both effective cell area and manufacturing cost in a phase change memory. It is in. The above object and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
第1に、半導体記憶装置であって、第1の方向に延伸する複数の第1配線と、前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、前記複数の第1メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、前記複数の第2メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、前記複数の第2トランジスタのうちx個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(x+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(xは自然数)、前記複数の第1配線に駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、前記複数の第3配線に駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、前記複数の第1配線のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、前記複数の第3配線のそれぞれに、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とするものである。 First, in the semiconductor memory device, a plurality of first wirings extending in a first direction, a plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction, and the plurality of the plurality of wirings A plurality of first diodes connected to the first wiring, a plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes, and between the plurality of first memory cells and the plurality of second wirings A plurality of first transistors provided with source-drain paths, a plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes, the plurality of second memory cells, and the plurality of second wirings A plurality of second transistors provided with a source-drain path therebetween, an x th gate of the plurality of second transistors, and an (x + 1) th gate of the plurality of first transistors. Multiple connected A plurality of first drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of first wires, and a plurality of second drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of third wires. Each of the plurality of first memory cells has a third transistor in which a source-drain path is provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings; and A first storage element connected in parallel to the source-drain path and having stored information written by current, wherein each of the plurality of second memory cells has a source-drain path of the plurality of first diodes And a fourth transistor provided between the plurality of second wirings and a second transistor in which stored information is written by a current connected in parallel to the source-drain path of the fourth transistor Each of the plurality of first wirings, and different driving circuits among the plurality of first driving circuits are connected to each of the plurality of first wirings, and the plurality of second wirings are connected to each of the plurality of third wirings. Among the drive circuits, different drive circuits are connected.
第2に、半導体記憶装置であって、第1の方向に延伸する複数の第1配線と、前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、前記複数の第1メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、前記複数の第2メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、前記複数の第2トランジスタのうちx個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(x+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(xは自然数)、前記複数の第1配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、前記複数の第3配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、前記複数の第1配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、前記複数の第1配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、前記複数の第1配線のうち奇数本目と偶数本目のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、前記複数の第3配線のそれぞれに、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とするものである。 Second, the semiconductor memory device includes a plurality of first wirings extending in a first direction, a plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction, and the plurality of the plurality of second wirings. A plurality of first diodes connected to the first wiring, a plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes, and between the plurality of first memory cells and the plurality of second wirings A plurality of first transistors provided with source-drain paths, a plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes, the plurality of second memory cells, and the plurality of second wirings A plurality of second transistors provided with a source-drain path therebetween, an x th gate of the plurality of second transistors, and an (x + 1) th gate of the plurality of first transistors. Multiple connected A plurality of first driving circuits for supplying a driving voltage to each of the plurality of first wirings, and a plurality of first driving circuits for supplying a driving voltage to each of the plurality of third wirings. Each of the plurality of first memory cells includes a third transistor whose source-drain path is provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings; A first memory element connected in parallel to the source-drain path of a third transistor and into which stored information is written by current, and each of the plurality of second memory cells has a plurality of source-drain paths A fourth transistor provided between the first diode of the first transistor and the plurality of second wirings; and a current connected to the source-drain path of the fourth transistor and connected to the memory information by current. A second memory element into which the odd-numbered ones of the plurality of first wirings are short-circuited to each other, and the even-numbered ones of the plurality of first wirings are short-circuited to each other, Different driving circuits among the plurality of first driving circuits are connected to the odd-numbered and even-numbered wirings, respectively, and the third wirings are different from each other among the plurality of second driving circuits. A drive circuit is connected.
第3に、半導体記憶装置であって、第1の方向に延伸する複数の第1配線と、前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、前記複数の第2トランジスタのうちm個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(m+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(mは自然数)、前記複数の第1配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、前記複数の第3配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に直列に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に設けられ電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に直列に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に設けられ電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、前記複数の第1配線のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、前記複数の第3配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、前記複数の第3配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、前記複数の第3配線のうち奇数本目と偶数本目に、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とするものである。 Third, the semiconductor memory device includes a plurality of first wirings extending in a first direction, a plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction, and the plurality of the plurality of second wirings. A plurality of first diodes connected to the first wiring, a plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes, and between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings A plurality of first transistors provided with the source-drain paths, a plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes, and between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings Are connected to a plurality of second transistors provided with source-drain paths, an mth gate of the plurality of second transistors, and an (m + 1) th gate of the plurality of first transistors. Double The third wiring (m is a natural number), a plurality of first drive circuits for supplying a driving voltage to each of the plurality of first wirings, and a plurality of first driving circuits for supplying a driving voltage to each of the plurality of third wirings. Each of the plurality of first memory cells includes a third transistor having a source-drain path provided in series between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings. A first storage element provided in parallel with the source-drain path of the third transistor and into which stored information is written by a current. Each of the plurality of second memory cells has a source-drain path A fourth transistor provided in series between the plurality of first diodes and the plurality of second wires; and a current provided in parallel with the source-drain path of the fourth transistor. A plurality of third wirings, wherein each of the plurality of first wirings is connected to a different driving circuit among the plurality of first driving circuits. Of the plurality of third wirings, the even number of the plurality of third wirings are short-circuited to each other, and the odd numbered and even numbered of the plurality of third wirings are connected to the second driving circuit. Different drive circuits are connected to each other.
本発明により、半導体記憶装置のビットコスト低減を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the bit cost of a semiconductor memory device.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、特徴的な構成について説明した箇所は各実施例に限定されるわけでなく、共通の構成をとる場合には同様の効果を得られることを予め述べておく。また、実施例の各メモリセルを構成する回路素子は特に制限されない場合において、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In addition, it is to be noted in advance that the portions that describe the characteristic configuration are not limited to the respective embodiments, and that similar effects can be obtained when a common configuration is adopted. In addition, the circuit elements constituting each memory cell of the embodiment are formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (complementary MOS transistor) when not particularly limited.
《メモリアレーおよびメモリアレー駆動回路構成》
図1は、本実施例によるメモリアレーとメモリアレーの駆動回路群(以下では、メモリアレー駆動回路と呼ぶ)を示している。メモリアレーMAは次のように構成される。まず、m本のアノード線ANL0〜ANL(m―1)と、n本のビット線BL0〜BL(n―1)によって、m行n列の行列を構成する(m、nは自然数)。そして、m行n列の行列の交点のそれぞれに、メモリセル群MB00〜MB(m―1)(n―1)を配置する(このメモリセル群MBを以後、「メモリブロック」と呼ぶ)。メモリブロックMBのそれぞれは、2対のセルチェインを含む。図1においては、アノード線ANLとビット線BLの各交点に設けられた2つの楕円のそれぞれが、1つのセルチェインに対応し、2つの楕円を一組としたものがメモリブロックである。図1では、アノード線ANL0とビット線BL0との交点に設けられたメモリブロックMB00が、代表例として明示されている。<< Memory array and memory array drive circuit configuration >>
FIG. 1 shows a memory array and a memory array drive circuit group (hereinafter referred to as a memory array drive circuit) according to this embodiment. The memory array MA is configured as follows. First, a matrix of m rows and n columns is constituted by m anode lines ANL0 to ANL (m−1) and n bit lines BL0 to BL (n−1) (m and n are natural numbers). Then, memory cell groups MB00 to MB (m−1) (n−1) are arranged at the intersections of the matrix of m rows and n columns (this memory cell group MB is hereinafter referred to as “memory block”). Each memory block MB includes two pairs of cell chains. In FIG. 1, each of two ellipses provided at each intersection of the anode line ANL and the bit line BL corresponds to one cell chain, and a memory block is a set of two ellipses. In FIG. 1, the memory block MB00 provided at the intersection of the anode line ANL0 and the bit line BL0 is clearly shown as a representative example.
各メモリブロックMBの詳細は次のようになる。まず、m本のアノード線のそれぞれにダイオードPDが接続される(図2参照)。そして、当該ダイオードに直列に、2対のセルチェインが接続される。本実施例において、セルチェインとは、(図1においては1つの楕円として表記されているが)z軸方向にk個のメモリセルが直列に接続された構造を指す(z軸方向とは、基板に対する高さ方向であり、アノード線ANLとビット線BLの両方に垂直な方向である)。従って、m×n個のメモリブロックMBのそれぞれにおいて、2対のセルチェインに対応するk×2個のメモリセルが、上述したダイオードPDに対して直列に接続されることになる。その結果、本実施例におけるメモリアレーMAは、m×n×k×2個のメモリセルを有することになる。各メモリセルのそれぞれは、図2にMCとして示したように、そのソース―ドレイン経路がダイオードPDおよびビット線BLに対して直列に設けられたトランジスタTGと、当該トランジスタTGに並列に設けられ、電流によって情報が書き込まれる記憶素子STGとを有する。 Details of each memory block MB are as follows. First, a diode PD is connected to each of the m anode lines (see FIG. 2). Two pairs of cell chains are connected in series with the diode. In this embodiment, a cell chain refers to a structure in which k memory cells are connected in series in the z-axis direction (although it is represented as one ellipse in FIG. 1) (the z-axis direction is This is a height direction with respect to the substrate and a direction perpendicular to both the anode line ANL and the bit line BL). Therefore, in each of the m × n memory blocks MB, k × 2 memory cells corresponding to two pairs of cell chains are connected in series to the diode PD described above. As a result, the memory array MA in this embodiment has m × n × k × 2 memory cells. Each of the memory cells is provided with a transistor TG whose source-drain path is provided in series with respect to the diode PD and the bit line BL, and in parallel with the transistor TG, as indicated by MC in FIG. A storage element STG into which information is written by current.
次に、セルチェイン選択線CSLとセル選択ゲート線群MCGLについて説明する。上述の通り、本実施例におけるメモリアレーは、m行n列の行列のそれぞれに2対のセルチェイン(すなわち、2k個のメモリセル)を有するため、m行とn列を特定するだけでは、メモリセルの選択/非選択を特定することができない。これを特定するための配線群が、セルチェイン選択線CSL及び選択セルゲート線群MCGLである。 Next, the cell chain selection line CSL and the cell selection gate line group MCGL will be described. As described above, since the memory array in the present embodiment has two pairs of cell chains (that is, 2k memory cells) in each of the m rows and n columns matrix, only by specifying m rows and n columns, The selection / non-selection of the memory cell cannot be specified. A wiring group for specifying this is the cell chain selection line CSL and the selected cell gate line group MCGL.
まず、セルチェイン選択線CSLによって、2対のセルチェインのどちらか一方を選択する。図1では、セルチェイン選択線CSLのそれぞれから、2つの楕円の一方に対して矢印が表記されている。この矢印は、2対のセルチェインから一方を選択することに対応する。ここで、セルチェイン選択線CSLは、隣接する2つのセルチェインに共通に接続されている。例えば、x本目のセルチェイン選択線CSLxは、アノード線ANL(x―1)に接続されたセルチェインと、アノード線ANLxに接続されたセルチェインの両方を選択している。すなわち、セルチェイン選択線CSLxは、アノード線ANL(x―1)に接続されるセルチェインCCOに含まれるセルチェイン選択ゲートCCGと、アノード線ANLxに接続されるセルチェインCCEに含まれるセルチェイン選択ゲートCCGの両者のゲートに接続されることとなる(xは、1≦x≦(m―1)を満たす整数)。セル選択ゲート線群MCGLyも同様に、アノード線ANL(x―1)に接続されるセルチェインCCOに含まれるメモリセルMCのトランジスタTGと、アノード線ANLxに接続されるセルチェインCCEに含まれるメモリセルのトランジスタTGの両者のゲートに接続されることとなる(yは、1≦y≦(m―1)を満たす整数)。係る配線構造により、最小加工寸法Fに対して4F2の面積内に2対のセルチェインを形成することが可能となる。その詳細は、図3および図4で述べる。First, one of two cell chains is selected by the cell chain selection line CSL. In FIG. 1, an arrow is shown for one of the two ellipses from each of the cell chain selection lines CSL. This arrow corresponds to selecting one from two pairs of cell chains. Here, the cell chain selection line CSL is commonly connected to two adjacent cell chains. For example, the x-th cell chain selection line CSLx selects both the cell chain connected to the anode line ANL (x-1) and the cell chain connected to the anode line ANLx. That is, the cell chain selection line CSLx is selected from the cell chain selection gate CCG included in the cell chain CCO connected to the anode line ANL (x-1) and the cell chain selection included in the cell chain CCE connected to the anode line ANLx. The gates CCG are connected to both gates (x is an integer satisfying 1 ≦ x ≦ (m−1)). Similarly, the cell selection gate line group MCGLy includes the transistor TG of the memory cell MC included in the cell chain CCO connected to the anode line ANL (x-1) and the memory included in the cell chain CCE connected to the anode line ANLx. It is connected to both gates of the transistor TG of the cell (y is an integer satisfying 1 ≦ y ≦ (m−1)). With such a wiring structure, two pairs of cell chains can be formed within an area of 4F 2 with respect to the minimum processing dimension F. Details thereof will be described with reference to FIGS.
2対のセルチェインから一方を選択しても、セルチェインにはk個のメモリセルが含まれている。そこで、セルチェインに含まれるk個のメモリセルから、どのメモリセルを選択するかを、選択セルゲート線群MCGLによって特定する。図1では、選択セルゲート線群MCGLのそれぞれは、1本の配線のように表記されている。しかし、これは簡単のための表記であり、実際には図2に示すような、k本の配線群である。このk本の配線のそれぞれについて、選択または非選択の電圧を印加することにより、メモリセルの選択/非選択を可能とするのである。図1では、選択セルゲート線群MCGLのそれぞれから、2つの楕円の一方に対して矢印が表記されているが、この矢印は、セルチェイン内におけるk個のメモリセルのうちどれを選択/非選択とするか、を示すものである。これらのセルチェインの詳しい構成については後述する。 Even if one is selected from two pairs of cell chains, the cell chain includes k memory cells. Therefore, the selected cell gate line group MCGL specifies which memory cell is selected from the k memory cells included in the cell chain. In FIG. 1, each of the selected cell gate line groups MCGL is represented as one wiring. However, this is a notation for simplification, and is actually a group of k wirings as shown in FIG. By applying a selection or non-selection voltage to each of the k wirings, the memory cell can be selected / unselected. In FIG. 1, from each of the selected cell gate line groups MCGL, an arrow is shown for one of the two ellipses. This arrow indicates which of the k memory cells in the cell chain is selected / unselected. It indicates whether or not. The detailed configuration of these cell chains will be described later.
アノード線ANL0〜ANL(m−1)は、アノードドライバ群ANDBKによって駆動される。また、セル選択ゲート線群MCGL0〜MCGLmは、セル選択ゲートドライバ群MCGDBKによって駆動される。更に、セルチェイン選択線CSL0〜CSLmは、セルチェイン選択ドライバ群CSDBKによって駆動される。ここで、アノード線ANLのそれぞれには、互いに異なるアノードドライバANDBKが接続されている。セルチェイン選択線CSLやセル選択ゲート線群MCGLについても同様である。 The anode lines ANL0 to ANL (m−1) are driven by the anode driver group ANDBK. The cell selection gate line groups MCGL0 to MCGLm are driven by the cell selection gate driver group MCGDBK. Further, the cell chain selection lines CSL0 to CSLm are driven by a cell chain selection driver group CSDBK. Here, different anode drivers ANDBK are connected to each of the anode lines ANL. The same applies to the cell chain selection line CSL and the cell selection gate line group MCGL.
ここで、配線の詳しい構造については後述するが、アノード線ANL0〜ANL(m−1)、セル選択ゲート線群MCGL0〜MCGLm、セルチェイン選択線CSL0〜CSLmの各々は、幅と間隔が最小加工寸法Fの形状にパターニングされた配線構造をなす。また、シリコン基板上に、アノード線ANL0〜ANL(m−1)、セル選択ゲート線群MCGL0〜MCGLm、セルチェイン選択線CSL0〜CSL0mの順に形成される。 Here, although the detailed structure of the wiring will be described later, each of the anode lines ANL0 to ANL (m-1), the cell selection gate line groups MCGL0 to MCGLm, and the cell chain selection lines CSL0 to CSLm has a minimum width and interval. A wiring structure patterned in the shape of dimension F is formed. Also, anode lines ANL0 to ANL (m−1), cell selection gate line groups MCGL0 to MCGLm, and cell chain selection lines CSL0 to CSL0m are formed in this order on the silicon substrate.
ビット線BL0〜BL(n−1)には、ビット線選択回路BSLCと非選択ビット線電圧給電回路USBVSが各ビット線の両端に夫々接続される。前者のビット線選択回路BSLCはビット線BL0〜BL(n−1)の中から任意の一本を選択して、共通データ線CBLに電気的に接続する。共通データ線CDLには、上記メモリアレーMAから選択されたメモリセルの情報を書き換えたり、その情報を読み出したりする書換え回路WCおよびセンスアンプSAが接続されている。後者の非選択ビット線電圧給電回路USBVSは、待機状態においては全ビット線に、読書き動作においては選択ビット線を除く(n−1)本のビット線に夫々非選択電圧を給電する。詳しくはメモリアレーの動作を説明する際に述べるが、この給電機構によって、選択セルチェイン以外への誤書込みを回避することができる。 A bit line selection circuit BSLC and a non-selection bit line voltage power supply circuit USBVS are connected to both ends of each bit line to the bit lines BL0 to BL (n-1), respectively. The former bit line selection circuit BSLC selects any one of the bit lines BL0 to BL (n-1) and electrically connects it to the common data line CBL. The common data line CDL is connected to a rewrite circuit WC and a sense amplifier SA for rewriting information of a memory cell selected from the memory array MA and reading the information. The latter non-selected bit line voltage power supply circuit USBVS supplies non-selected voltages to all bit lines in the standby state and (n−1) bit lines excluding the selected bit lines in the read / write operation. Although details will be described when the operation of the memory array is described, erroneous writing to other than the selected cell chain can be avoided by this power feeding mechanism.
《セルチェインの回路構成》
図2は、図1に示したメモリアレーにおいて、アノード線ANL0とビット線BL0との交点における回路構成の詳細を表した図である。この回路構成は、アノード線ANL0に接続されたポリシリコンダイオードPDに、平行に並んだ二つのセルチェインPCCE、PCCOが直列接続された構成である。<Circuit configuration of cell chain>
FIG. 2 is a diagram showing details of the circuit configuration at the intersection of the anode line ANL0 and the bit line BL0 in the memory array shown in FIG. In this circuit configuration, two cell chains PCCE and PCCO arranged in parallel are connected in series to a polysilicon diode PD connected to the anode line ANL0.
セルチェインPCCE、PCCOの各々は、k個のメモリセルMC0〜MC(k−1)とセルチェイン選択ゲートCCGが直列接続された構成である。メモリセルMC0〜MC(k−1)は、伝達ゲートたるMOSトランジスタTGと可変抵抗型の記憶素子STDとで構成される。各メモリセルMCにおいて、MOSトランジスタTGのソース―ドレイン経路と、記憶素子STDとは、互いに並列に接続されている。これらのメモリセルの伝達ゲートTGのゲート電極には、セル選択ゲート線群の中の一本が接続される。また、セルチェイン選択ゲートCCGには、セルチェイン選択線が接続される。 Each of the cell chains PCCE and PCCO has a configuration in which k memory cells MC0 to MC (k−1) and a cell chain selection gate CCG are connected in series. The memory cells MC0 to MC (k-1) are composed of a MOS transistor TG serving as a transmission gate and a variable resistance type storage element STD. In each memory cell MC, the source-drain path of the MOS transistor TG and the storage element STD are connected in parallel to each other. One of the cell selection gate line groups is connected to the gate electrode of the transmission gate TG of these memory cells. A cell chain selection line is connected to the cell chain selection gate CCG.
より具体的には、例えば一方のセルチェインPCCEにおいては、メモリセルMC0〜MC(k−1)の各々は、セル選択ゲート線群MCGL0の構成要素であるセル選択ゲート線CGL00〜CGL0(k−1)にて制御される。また、セルチェイン選択ゲートCCGは、セルチェイン選択線CSL0にて制御される。同様に、他方のセルチェインPCCOにおいては、メモリセルMC0〜MC(k−1)の各々は、セル選択ゲート線群MCGL1の構成要素であるセル選択ゲート線CGL10〜CGL1(k−1)にて制御される。また、セルチェイン選択ゲートCCGは、セルチェイン選択線CSL1にて制御される。 More specifically, for example, in one cell chain PCCE, each of the memory cells MC0 to MC (k−1) is a cell selection gate line CGL00 to CGL0 (k−) that is a component of the cell selection gate line group MCGL0. Controlled by 1). The cell chain selection gate CCG is controlled by a cell chain selection line CSL0. Similarly, in the other cell chain PCCO, each of the memory cells MC0 to MC (k−1) is a cell selection gate line CGL10 to CGL1 (k−1) which is a component of the cell selection gate line group MCGL1. Be controlled. The cell chain selection gate CCG is controlled by the cell chain selection line CSL1.
《メモリアレーの構造》
図3は前述した図1のうち、特にメモリアレーMAの一部分を抜き出して示した鳥瞰図である。金属膜を最小加工寸法Fの二倍のピッチでパターニングして形成した複数のアノード線2の上に、ポリシリコンダイオードPDがアノード線2の延在方向に周期的に形成されている。ここで、同図では省略されているが、アノード線を形成する金属膜はシリコン基板上に堆積された絶縁膜上に成膜されている。ポリシリコンダイオードPDは、p型不純物がドープされたポリシリコン層4pと低濃度の不純物がドープされたポリシリコン層5pとn型不純物がドープされたポリシリコン層6pが積層された構造である。《Memory array structure》
FIG. 3 is a bird's-eye view particularly showing a part of the memory array MA extracted from FIG. Polysilicon diodes PD are periodically formed in the extending direction of the
ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜は、アノード線2と平行な方向にストライプ状にパターニングされていて、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜のストライプのライン部分がアノード線間スペースの直上に配置され、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜のストライプのスペース部分がアノード線の直上に形成されている。ビット線3は金属膜を最小加工寸法Fの二倍のピッチでパターニングして形成された、アノード線2と垂直な方向に延在するストライプ形状で、絶縁膜71上にn型ポリシリコン38pを介して配置されている。
The stacked films of the
ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜のスペース部分のビット線3の下部では、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pの側壁、絶縁膜層11、12、13、14の側壁と絶縁膜15の側壁の下部にはゲート絶縁膜9、チャネルポリシリコン層8p、拡散防止膜10、相変化材料層7が順に積層される。拡散防止膜10は、相変化材料層7とチャネルポリシリコン層8p間の拡散を防止するための層である。対向する相変化材料層7の間には、絶縁膜層91が埋め込まれている。絶縁膜層15の側壁の上部とゲートポリシリコン層61p、絶縁膜層71の側壁の下部ではゲート絶縁膜層9、チャネルポリシリコン層8pが積層されている。対向するチャネルポリシリコン層8p間には、絶縁膜層92が埋め込まれていて、絶縁膜層71の上部ではゲート絶縁膜層9、ポリシリコン層38pが積層されている。ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜のスペース部分のビット線3の下部の底部では、ポリシリコン層6pの上表面とチャネルポリシリコン層8pが接触している。ビット線たる金属配線層3とポリシリコンダイオードPDは、ポリシリコン層38p、チャネルポリシリコン層8p、ポリシリコンダイオードPDを介して、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71で形成された積層膜対の対抗する側面で繋がっている。
Below the
ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜のスペース部分、かつ、ビット線たる金属配線3のスペース部分の下部では、チャネルポリシリコン層8p、ポリシリコン層38p、相変化材料層7、拡散防止膜10は除去されていて、アノード線たる金属配線層2上のポリシリコンダイオードPDのスペース部分になっている。このスペース部分には、絶縁膜33が埋め込まれる。即ち、ポリシリコン層8p、38p、相変化材料層7、拡散防止膜10は、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61pと絶縁膜層11、12、13、14、15、71の積層膜と、絶縁層33で囲まれた領域(以下、本明細書では、「接続孔」と呼ぶ。)に形成される。
Under the space portion of the laminated film of the
このような構造にて、接続孔の一方の側壁に形成されたデバイス群が、図2に示したセルチェインCCEまたはCCOに相当する。すなわち、メモリセルMC0〜MC(k−1)(ここでは、k=4)の伝達ゲートTGのゲート電極は、図3に示されたゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pで夫々形成される。よって、メモリセルMC0〜MC(k−1)は、これらゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pの側壁に形成される。より具体的には、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pの側壁、絶縁膜層11、12、13、14の側壁と絶縁膜15の側壁の下部に堆積されたゲート絶縁膜9とチャネルポリシリコン層8pによって、伝達ゲートTGが形成される。また、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pと同じ高さの位置において、チャネルポリシリコン層8pは、メモリセルMC0〜MCkにおける伝達ゲートTGのチャネルとなる。更に、絶縁膜層11、12、13、14の側壁と絶縁膜15の側壁の下部と同じ高さの位置において、チャネルポリシリコン層8pは、各伝達ゲートTGのドレイン電極もしくはソース電極となる。
In such a structure, a device group formed on one side wall of the connection hole corresponds to the cell chain CCE or CCO shown in FIG. That is, the gate electrodes of the transmission gates TG of the memory cells MC0 to MC (k−1) (here, k = 4) are formed by the
伝達ゲートTGが形成される位置に対応させれば、記憶素子STDが形成される位置も容易に理解できる。すなわち、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pと同じ高さの位置に対応する領域の拡散防止膜10と相変化材料層7によって、メモリセルMC0〜MCkの記憶素子STDが形成される。したがって、記憶素子STDとして機能する部分は、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pと同じ高さの領域である。よって、記憶素子STDを流れる電流経路は、伝達ゲートTGのドレイン電極−ソース電極間に拡散防止膜10−相変化材料層7−拡散防止膜10の順に形成される。
By corresponding to the position where the transmission gate TG is formed, the position where the storage element STD is formed can be easily understood. That is, the storage elements STD of the memory cells MC0 to MCk are formed by the
セルチェイン選択ゲートCCGのゲート電極は、図3に示されたゲートポリシリコン層61pで形成される。よって、セルチェイン選択ゲートCCGは、ゲートポリシリコン層61pの側壁に形成される。より具体的には、ゲートポリシリコン層61pと同じ高さの位置において、チャネルポリシリコン層8pは、セルチェイン選択ゲートCCGのチャネルとなる。更に、絶縁膜層71の側壁と絶縁膜15の側壁の上部と同じ高さの位置において、チャネルポリシリコン層8pは、セルチェイン選択ゲートCCGのソース電極もしくはドレイン電極となる。なお、ビット線たる金属膜3との接触抵抗を抑制するために、ソース電極たるポリシリコン層38pは、リンなどの不純物を拡散することにより、n型の導電性を示す。
The gate electrode of the cell chain selection gate CCG is formed by the
図4は、図3に示したAA’断面を含むメモリアレーの全体構造を示す断面図である。本構造の特徴は、図1に示したメモリアレーMAが、半導体基板1上に形成されたMOSトランジスタの上に積み重ねられている点にある。特に、本トランジスタは、メモリアレーMAにおけるビット線たる金属配線層3と共通データ線CDLを接続するために用いられるものである。同図では、MOSトランジスタに関して、素子分離溝STI、トランジスタのゲートGATE、ゲート絶縁膜GOX、拡散層DIFが示されている。また、トランジスタとビット線たる金属配線層3を接続するための構造体として、層間絶縁膜ILD1、ILD2、ILD3、ILD4、ILD5、配線層M1、M2、半導体基板上のデバイスとM1とを接続するコンタクト孔C1、M1とM2を接続するコンタクト孔C2、ビット線たる金属配線層3と半導体基板1上に形成されたMOSトランジスタとを接続するコンタクト孔BLC、ポリシリコンダイオードPD間に埋め込まれた層間絶縁膜31から構成される部分が図1に示されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the overall structure of the memory array including the AA ′ cross section shown in FIG. 3. A feature of this structure is that the memory array MA shown in FIG. 1 is stacked on a MOS transistor formed on the
以上の構成により、4F2の断面積内に形成された接続孔の側壁に対向して、二つの相変化型チェインセルが形成される。よって、相変化型チェインセルを形成するのに必要な断面積は2F2とすることが可能となる。したがって、一つのメモリセルを形成するのに必要な底面積は従来よりも小さく、2F2のk分の1とすることができる。ここで、kの値は積層したメモリセル数と同数であり、図3の場合はk=4である。With the above configuration, to face the side wall of the connection hole formed in the cross-sectional area of 4F 2, two phase-change chain cells are formed. Therefore, the cross-sectional area necessary for forming the phase change chain cell can be 2F 2 . Thus, the bottom area required for forming one memory cell is smaller than the conventional, it can be one of the k component of 2F 2. Here, the value of k is the same as the number of stacked memory cells, and in the case of FIG. 3, k = 4.
《メモリアレーの配線構造》
次に、メモリアレーの配線構造について説明する。図1〜図4を参照すれば、アノード線ANL0〜ANL(m−1)とビット線BL0〜BL(n−1)とは、交差配置されている。ここで、一つのメモリブロックMB00に注目すると、セルチェインCCEとCCOを構成するメモリセルMC0〜MC(k−1)(ここでは、k=4)における各伝達ゲートTGのゲート電極は、アノード線が延伸する方向に、個別にストライプ状に堆積されたゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pで形成される。すなわち、図5に示すように、m本のアノード線ANL0〜ANL(m−1)が延伸する方向をY方向、ビット線が延伸する方向をX方向とすると、第一層のメモリセルMC0における伝達ゲートTGのゲート電極が接続される(m+1)本のセル選択ゲート線CGL00〜CGLm0は、図6に示すようにY方向に延伸される。また、第二層〜第四層のメモリセルMC1〜MC(k−1)(ここでは、k=4)における伝達ゲートTGのゲート電極が接続されるセル選択ゲート線CGL01〜CGLm1、CGL02〜CGLm2、CGL03〜CGLm3も、図6と同様の配線構造をなす。《Memory array wiring structure》
Next, the wiring structure of the memory array will be described. 1 to 4, the anode lines ANL0 to ANL (m−1) and the bit lines BL0 to BL (n−1) are arranged to cross each other. Here, paying attention to one memory block MB00, the gate electrode of each transmission gate TG in the memory cells MC0 to MC (k−1) (here, k = 4) constituting the cell chains CCE and CCO is an anode line. The
更に、セルチェイン選択ゲートCCGのゲート電極も、アノード線が延伸する方向に、個別にストライプ状に堆積されたゲートポリシリコン層61pで形成される。すなわち、セルチェイン選択ゲートCCGのゲート電極が接続される(m+1)本のセルチェイン選択線CSL0〜CSLmは、図7に示すようにY方向に延伸される。
Furthermore, the gate electrode of the cell chain selection gate CCG is also formed by the
以上で説明したように、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGLm(k−1)(ここでは、k=1〜4)とセルチェイン選択線CSL0〜CSLmを同一の配線パターンとすることによって、図3〜図4で述べた接続孔を一度のエッチング工程で形成することができる。また、接続孔内におけるポリシリコン層8p、相変化材料層7、絶縁層9、拡散防止膜10は、それぞれ単一工程で形成される。すなわち、接続孔内に複数(ここでは、8個)のメモリセルを一度に形成可能である。したがって、従来よりも少ない工程、あるいは製造費用で、三次元メモリを実現することが可能となり、ビットコストを低減することができる。
As described above, the cell selection gate lines CGL0 (k−1) to CGLm (k−1) (here, k = 1 to 4) and the cell chain selection lines CSL0 to CSLm have the same wiring pattern. Thus, the connection holes described in FIGS. 3 to 4 can be formed by a single etching process. The
なお、メモリアレーにおけるメモリブロックの数やセルチェインの数と、配線本数との関係は次の通りである。ビット線が延伸する方向(すなわち、X方向)にm個(ここで、mは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合は、図5に示すように、m本のアノード線ANL0〜ANL(m−1)たる金属層2の配線パターンが必要である。一つのメモリブロックは二つのセルチェインを有するので、各々のアノード線の真上に、セルチェインCCE、CCOが形成される。但し、後述するように、セル選択ゲート線CGL1(k−1)〜CGL(m−1)(k−1)(ここで、k=1〜4)およびセルチェイン選択線CSL1〜CSL(m−1)の各々は、ビット線方向に隣接する二つのメモリブロックに接続されるので、セルチェインCCEとCCOは、二つおきに配置される。例えば、同図に示したように、y列目のビット線に注目すると、メモリブロックMB0yおよびMB1yのセルチェインCCOが隣り合わせに配置され、メモリブロックMB1yおよびMB2yのセルチェインCCEが隣り合わせに配置される。
The relationship between the number of memory blocks and the number of cell chains in the memory array and the number of wirings is as follows. When m memory blocks (where m is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit lines extend (that is, the X direction), as shown in FIG. 5, m anode lines ANL0 to ANL. (M-1) A wiring pattern of the
次に、セルチェインに接続されるセル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGLm(k−1)(k=1〜4)とセルチェイン選択線CSL0〜CSLmは、図6〜図7に示すように(m+1)本ずつ必要である。何故ならば、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGLm(k−1)(ここで、k=1〜4)をなすポリシリコン21p、22p、23p、24pと、セルチェイン選択線CSL0〜CSLmをなすポリシリコン61pは、図3〜図4で説明したように、アノード線ANL0〜ANL(m−1)たる金属層2の配線パターンのスペース部の真上に形成されるからである。
Next, cell selection gate lines CGL0 (k-1) to CGLm (k-1) (k = 1 to 4) and cell chain selection lines CSL0 to CSLm connected to the cell chain are shown in FIGS. Thus, (m + 1) lines are required. This is because the
まず、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGLm(k−1)(ここで、k=1〜4)をなすポリシリコン21p、22p、23p、24pには、双方の側壁にメモリセルが形成される。このうち、メモリアレーの外周部に形成されるセル選択ゲート線CGL0(k−1)、CGLm(k−1)(ここで、k=1〜4)については、図6に示すように、メモリアレーの内側の側壁に形成されたメモリセルを使用する。これらのメモリセルは、例えば図6のようにy列目のビット線に注目すると、メモリブロックMB0yおよびMB(m−1)yにおけるセルチェインCCEの構成要素である。その他のセル選択ゲート線CGL1(k−1)〜CGL(m−1)(k−1)(ここで、k=1〜4)については、双方の側壁に形成されたメモリセルが、メモリブロックMB0yおよびMB(m−1)yにおけるセルチェインCCO、またはメモリブロックMB1yおよびMB(m−2)yにおけるセルチェインCCE、CCOの構成要素として使用される。
First,
次に、セルチェイン選択線CSL0〜CSLmをなすポリシリコン61pにも同様に、双方の側壁にセルチェイン選択ゲートCCGが形成される。このうち、メモリアレーの外周部に形成されるセルチェイン選択線CSL0(k−1)、CGLm(k−1)(ここで、k=1〜4)については、図6に示すように、メモリアレーの内側の側壁に形成されたMOSトランジスタを使用する。これらのMOSトランジスタは、例えば図7のようにy列目のビット線に注目すると、メモリブロックMB0yおよびMB(m−1)yにおけるセルチェインCCEのセルチェイン選択ゲートCCGである。その他のセルチェイン選択線CSL1〜CSL(m−1)については、双方の側壁に形成されたMOSトランジスタが、メモリブロックMB0yおよびMB(m−1)yにおけるセルチェインCCO、またはメモリブロックMB1yおよびMB(m−2)yにおけるセルチェインCCE、CCOのセルチェイン選択ゲートCCGとして使用される。
Next, cell chain selection gates CCG are formed on both sidewalls of
これまで説明してきたように、本実施例におけるメモリアレーは、Y方向に延伸する三つの系統の制御線を有する。これらの制御線を機能の観点で区別するために、夫々をアノード線ANL0〜ANL(m−1)、セル選択ゲート線群MCGL0〜MCGLm、セルチェイン選択線CSL0〜CSLmと称した。これらの制御線はビット線と直交するので、何れか一つの系統を従来のメモリと同様にワード線と呼ぶことも可能である。 As described so far, the memory array in this embodiment has three systems of control lines extending in the Y direction. In order to distinguish these control lines from the viewpoint of function, they are referred to as anode lines ANL0 to ANL (m−1), cell selection gate line groups MCGL0 to MCGLm, and cell chain selection lines CSL0 to CSLm, respectively. Since these control lines are orthogonal to the bit lines, any one system can be called a word line as in the conventional memory.
《メモリアレーの動作》
本実施例のメモリアレーは図1に示したように、複数のビット線と複数のアノード線との交点に形成されたメモリブロックで構成されている。以下では、メモリアレーのリセット動作、セット動作、リード動作の夫々を図8〜図14に従って説明する。《Memory array operation》
As shown in FIG. 1, the memory array of this embodiment is composed of memory blocks formed at intersections of a plurality of bit lines and a plurality of anode lines. Hereinafter, the reset operation, the set operation, and the read operation of the memory array will be described with reference to FIGS.
図8は、図1に示したメモリアレーの一部が示されている。同図では、説明を簡単にするために、ビット線BL0、BL1とアノード線ANL0〜ANL3線との交点に形成されるメモリブロックのみが示されている。また、セル選択ゲート線CGS00〜CGS40は一点鎖線、セルチェイン選択線CSL0〜CSL4は二点鎖線で夫々示されている。ここで、簡単のため、セル選択ゲート線CGS0(k−1)〜CGS4(k−1)(ここで、k=2〜4)が省略されているが、これらはセル選択ゲート線CGS00〜CGS40と同じようは配線構造をなす。さて、メモリブロックMB00のセルチェインCCEにおける最下層のメモリセルMC0が選択されると仮定すると、リセット動作、セット動作、リード動作の夫々は、以下のように行われる。 FIG. 8 shows a part of the memory array shown in FIG. For the sake of simplicity, only the memory blocks formed at the intersections of the bit lines BL0 and BL1 and the anode lines ANL0 to ANL3 are shown in FIG. Further, the cell selection gate lines CGS00 to CGS40 are indicated by a one-dot chain line, and the cell chain selection lines CSL0 to CSL4 are indicated by a two-dot chain line. Here, for the sake of simplicity, the cell selection gate lines CGS0 (k-1) to CGS4 (k-1) (where k = 2 to 4) are omitted, but these are the cell selection gate lines CGS00 to CGS40. The wiring structure is made in the same way as. Assuming that the lowermost memory cell MC0 in the cell chain CCE of the memory block MB00 is selected, the reset operation, the set operation, and the read operation are performed as follows.
まず、図9に示すように、選択すべきビット線BL0と非選択状態に保持するアノード線ANL1〜ANL3を、何れの動作においても0Vとする。また、選択すべきアノード線ANL0と非選択状態に保持するビット線BL1を、リセット動作の時は5V、セット動作の時は4V、リード動作の時は2Vに駆動する。このような電圧印加状態において、メモリブロック内のダイオードに対するアノード線とビット線との電位差に着目すると、アノード線ANL0が正の電圧に駆動され、ビット線BL0が接地電圧に保持されることによって、メモリブロックMB00のみが順バイアス状態となる。すなわち、メモリブロックMB00が選択される。一方、アノード線ANL1〜ANL3とビット線BL0の双方が接地電圧(0V)に保持されるメモリブロックMB10〜MB30は、電位差がゼロである。したがって、非選択状態に保たれる。同様に、アノード線ANL0とビット線BL1の双方が正の同じ電圧に駆動されるメモリブロックMB01も、電位差がゼロである。したがって、非選択状態に保たれる。他方、アノード線ANL1〜ANL3が接地電圧に保持され、ビット線BL1が正の電圧に駆動されるメモリブロックMB11〜MB31は、逆バイアス状態となる。ここで、ポリシリコンダイオードPDの耐圧を5Vより大きくすることができる。したがって、何れかのセルチェインが導通したとしても、ダイオード電流は抑制される。よって、これらのメモリブロックMB11〜MB31も非選択状態に保たれる。 First, as shown in FIG. 9, the bit line BL0 to be selected and the anode lines ANL1 to ANL3 held in the non-selected state are set to 0 V in any operation. Further, the anode line ANL0 to be selected and the bit line BL1 held in a non-selected state are driven to 5V during the reset operation, 4V during the set operation, and 2V during the read operation. In such a voltage application state, paying attention to the potential difference between the anode line and the bit line with respect to the diode in the memory block, the anode line ANL0 is driven to a positive voltage, and the bit line BL0 is held at the ground voltage. Only the memory block MB00 is in the forward bias state. That is, the memory block MB00 is selected. On the other hand, in the memory blocks MB10 to MB30 in which both the anode lines ANL1 to ANL3 and the bit line BL0 are held at the ground voltage (0 V), the potential difference is zero. Therefore, the non-selected state is maintained. Similarly, the potential difference of the memory block MB01 in which both the anode line ANL0 and the bit line BL1 are driven to the same positive voltage is zero. Therefore, the non-selected state is maintained. On the other hand, the memory lines MB11 to MB31 in which the anode lines ANL1 to ANL3 are held at the ground voltage and the bit line BL1 is driven to a positive voltage are in a reverse bias state. Here, the breakdown voltage of the polysilicon diode PD can be made larger than 5V. Therefore, even if any cell chain is conducted, the diode current is suppressed. Therefore, these memory blocks MB11 to MB31 are also kept in a non-selected state.
次に、図10に示すように、セルチェイン選択線CSL0を5V、他のセルチェイン選択線CSL1〜CSL4を0Vに駆動することにより、メモリブロックMB00内のセルチェインCCEを選択する。また、図11〜図14に示すように、セル選択ゲート線CGL00を0V、他のセル選択ゲート線CGL10〜CGL(k−1)0、CGL01〜CGL(k−1)1、CGL02〜CGL(k−1)2、CGL03〜CGL(k−1)3、GL04〜CGL(k−1)4(ここで、k=4)を5Vに駆動することにより、メモリブロックMB00のセルチェインCCEにおける最下層のメモリセルMC0のみを選択する。 Next, as shown in FIG. 10, the cell chain CCE in the memory block MB00 is selected by driving the cell chain selection line CSL0 to 5V and the other cell chain selection lines CSL1 to CSL4 to 0V. As shown in FIGS. 11 to 14, the cell selection gate line CGL00 is set to 0V, the other cell selection gate lines CGL10 to CGL (k−1) 0, CGL01 to CGL (k−1) 1, CGL02 to CGL ( k-1) 2, CGL03 to CGL (k-1) 3, GL04 to CGL (k-1) 4 (where k = 4) are driven to 5 V, so that the memory cell MB00 in the cell chain CCE Only the lower layer memory cell MC0 is selected.
ここで、図15に従って、選択されたメモリブロックMB00における各素子の状態を詳細に説明する。図15は、図2に示した回路構成に対応する、メモリブロックMB00の断面図である。同図には、図8〜図14に基づいて、各端子の動作電圧が、リセット動作時、セット動作時、リード動作時の順に示されている。また、絶縁膜層32は、図3〜図4では分かりやすさのために省いていたが、隣接するポリシリコンダイオードPDの間に埋め込まれた絶縁膜である。
Here, according to FIG. 15, the state of each element in the selected memory block MB00 will be described in detail. FIG. 15 is a cross-sectional view of memory block MB00 corresponding to the circuit configuration shown in FIG. In FIG. 8, the operating voltages of the respective terminals are shown in the order of the reset operation, the set operation, and the read operation based on FIGS. The insulating
まず、ビット線BL0には0V、アノード線ANL0にはリセット動作時、セット動作時、読み出し動作時にそれぞれ5、4、2Vを印加する。一方のセルチェインCCEでは、選択するメモリセルMC0が接続されているセル選択ゲート線CGL00に0Vを印加して、ポリシリコン層8pをチャネルとするトランジスタをカットオフする。他のメモリセルMC1〜MC(k−1)(ここでは、k=4)が接続されているセル選択ゲート線CGL01〜CGL0(k−1)(ここでは、k=4)には5Vを印加し、トランジスタを導通状態にする。また、セルチェイン選択線CSL0たるポリシリコン61pに5Vを印加して、セルチェイン選択ゲートCCGを導通状態にする。このような制御により、セルチェインCCEでは、非選択状態にあるメモリセルMC1〜MC(k−1)(ここでは、k=4)において、伝達ゲートTGが導通状態となって、チャネルの抵抗が低くなる。また、セルチェイン選択ゲートCCGも導通状態となるので、同ゲートにおけるポリシリコン層8pも抵抗が低くなっている。したがって、メモリセルMC1〜MC(k−1)(ここでは、k=4)では、相変化材料層7の状態によらず、伝達ゲートTGを介して、ほぼ同じ電流が流れるようにすることができる。また、選択状態にあるメモリセルMC0では、伝達ゲートTGがカットオフされるので、相変化材料層7に電流が流れる。すなわち、リセット動作、セット動作時には、相変化材料層7自身を流れる電流によって発生されるジュール熱を利用して、相変化材料7の抵抗値を変化させる。読出し動作時には、相変化材料層7を流れる電流値を計測して、記憶情報を分別する。
First, 0 V is applied to the bit line BL0, and 5, 4, and 2 V are applied to the anode line ANL0 during a reset operation, a set operation, and a read operation, respectively. In one cell chain CCE, 0V is applied to the cell selection gate line CGL00 to which the memory cell MC0 to be selected is connected to cut off the transistor having the
他方のセルチェインCCOでは、メモリセルMC0〜MC(k−1)(ここでは、k=4)が接続されているセル選択ゲート線CGL10〜CGL1(k−1)(ここでは、k=4)には5Vを印加し、トランジスタを導通状態にする。また、セルチェイン選択線CSL1たるポリシリコン61pを接地電圧0Vに保持して、セルチェイン選択ゲートCCGをカットオフ状態に保つ。このような制御によって、セルチェインCCOでは、非選択状態にあるメモリセルMC0〜MC(k−1)(ここでは、k=4)において、伝達ゲートTGが導通状態となっているが、セルチェイン選択ゲートCCGはカットオフされているので、電流が流れない。以上のような制御により、メモリブロックMB00内のセルチェインCCEにおけるメモリセルMC0の相変化材料層7に、選択的に電流を印加する動作が可能となる。
In the other cell chain CCO, cell selection gate lines CGL10 to CGL1 (k−1) (here, k = 4) to which the memory cells MC0 to MC (k−1) (here, k = 4) are connected. 5V is applied to make the transistor conductive. Further, the
《本実施例の効果》
以上で説明したメモリアレーの構成と動作から、次の三つの効果を得ることができる。第一の効果は、実効的なメモリセル面積を半減することができる点にある。すなわち、本メモリアレーにおけるメモリブロックの構造の特徴の一つは、図2〜図4および図15に示したように、接続孔の内部に形成された絶縁層91によって、ポリシリコン層8pおよび相変化材料層7は、セルチェインCCEに含まれる第一の領域と、向かい合う他方のセルチェインCCOに含まれる第二の領域に分離されている。さらに、これらの層に流れる電流を独立に制御するスイッチ(ここでは、セルチェイン選択ゲートCCG)が、それぞれの電流経路上に設けられている。このような構成により、一方の側壁に形成されているメモリセル内の伝達ゲートTGがカットオフされた時、そのメモリセルが属する領域における相変化材料層7に電流を流すが、向かい合う他方の領域における相変化材料層7には電流を流さないようにすることができる。したがって、一つの接続孔の中に2倍の情報を記憶することが可能になる。<< Effects of the present embodiment >>
From the configuration and operation of the memory array described above, the following three effects can be obtained. The first effect is that the effective memory cell area can be halved. That is, one of the features of the structure of the memory block in this memory array is that, as shown in FIGS. 2 to 4 and 15, the
また、メモリブロックを回路構成の観点から見ると、一つのポリシリコンダイオードPDに対して2つのセルチェインCCE、CCOが接続された構成となっている。このポリシリコンダイオードPDは、アノード線とビット線の電位関係により、当該メモリブロックにおけるセルチェインを選択する素子の一端を担っている。従って、本メモリブロックは、2つのセルチェインメモリが一つの選択ダイオードを共有する構成と言うこともできる。このような構成により、一つのポリシリコンダイオードPDに対するビット数を増やすことが可能となる。よって、特許文献2のメモリアレーと比べて、2倍の情報を記憶することが可能となり、実効セル面積を縮小することができる。
Further, when the memory block is viewed from the viewpoint of the circuit configuration, two cell chains CCE and CCO are connected to one polysilicon diode PD. The polysilicon diode PD serves as one end of an element for selecting a cell chain in the memory block according to the potential relationship between the anode line and the bit line. Therefore, it can be said that this memory block has a configuration in which two cell chain memories share one selection diode. With such a configuration, the number of bits for one polysilicon diode PD can be increased. Therefore, twice as much information can be stored as compared with the memory array of
第二の効果は、接続孔の側壁に形成される各層が接続孔を分離する絶縁層と接している構造によって、微細化が進んだ場合においても、実効的なメモリセル面積を低減できる点にある。すなわち、ポリシリコン層24pの側壁には、相変化材料層7等が形成されていくが、結晶成長によって膜厚が増す方向は、二つの面が向かい合う方向である。したがって、その後に形成する膜は、この向かい合う二つの面の間を埋める方向に形成されていく。このような構成により、特許文献2のメモリセルのように、孔の中心に向かって全方向から膜が埋められることがない。よって、結晶成長によって膜厚が増す方向は、二つの面が向かい合う方向のみであるので、二つの面が向かい合う方向と直交する方向には、必要な膜の厚さを考慮して、接続孔の寸法を設定したり、接続孔を加工したりする必要がなくなる。つまり、二つの面が向かい合う方向と直交する方向の接続孔の大きさを、形成する膜の厚さに関係なく、最小加工寸法と同じにすることができる。すなわち、微細化によって、単位面積あたりのメモリセルの密度を高めることが可能となる。なお、この特徴を考えれば、絶縁層91を用いて左右の両側に相変化領域を分ける必要がない。すなわち、相変化材料層7が一つの領域として形成された場合においても、ワード線方向の大きさを最小加工寸法に維持することが可能となり、特許文献2と比べると、メモリセルの密度を向上することができる。
The second effect is that the effective memory cell area can be reduced even when miniaturization is advanced by the structure in which each layer formed on the side wall of the connection hole is in contact with the insulating layer separating the connection hole. is there. That is, the phase
第三の効果は、アノード線およびチェイン選択線のそれぞれに、駆動電圧を供給するための異なる駆動回路が接続される点にある。このように、アノード線およびチェイン選択線が互いに独立制御されていることにより、唯一つのセルチェインおよびメモリセルが選択される。係る選択方式によって、非選択セルにおいて、不必要な電流が印加される回数を最小限に抑制することが可能となり、記憶素子STDの劣化を抑制することができる。 The third effect is that different drive circuits for supplying a drive voltage are connected to each of the anode line and the chain selection line. As described above, the anode line and the chain selection line are independently controlled, so that only one cell chain and memory cell is selected. With such a selection method, it is possible to minimize the number of times an unnecessary current is applied in a non-selected cell, and it is possible to suppress deterioration of the storage element STD.
第四の効果は、セル選択ゲート線のそれぞれに、駆動電圧を供給するための異なる駆動回路が接続される点にある。係る選択方式も、上述した記憶素子の劣化を抑制する効果を、さらに向上するものである。 A fourth effect is that a different drive circuit for supplying a drive voltage is connected to each cell selection gate line. Such a selection method further improves the effect of suppressing the deterioration of the storage element described above.
本実施例では、アノード線、セル選択ゲート線、セルチェイン選択線の配線構造の別の例を説明する。実施例1の図5〜図7では、アノード線、セル選択ゲート線、およびセルチェイン選択線のそれぞれについて、Y方向に一本ずつ延伸して、各々にドライバを配置した配線構造を示した。係る構造において、これらの配線は、互いに短絡されず、独立した配線をなすこととなる。このような構造を以後、「独立型」と呼ぶことにする。しかし、配線構造は、独立型の他にも存在する。 In this embodiment, another example of the wiring structure of the anode line, the cell selection gate line, and the cell chain selection line will be described. 5 to 7 of the first embodiment, a wiring structure is shown in which each of the anode line, the cell selection gate line, and the cell chain selection line is extended one by one in the Y direction and a driver is disposed in each. In such a structure, these wirings are not short-circuited with each other and are independent wirings. Such a structure is hereinafter referred to as “independent type”. However, the wiring structure exists in addition to the independent type.
異なる配線構造の一例を、図16に示している。この構造では、メモリアレーの一端において、偶数番目の配線パターン同士を短絡して、配線CBL0を形成する。同時に、メモリアレーの反対側において、奇数番目の配線パターン同士を短絡して、配線CBL1を形成する。このような配線構造によって、同一の配線を複数のドライバにて駆動することが可能となる。したがって、このような配線構造を特にアノード線に適用した場合には、複数のメモリセルに書換え電流または読出し電流を供給することが可能となるので、同時に駆動されるメモリセル数が倍増することによって、書換えデータ転送速度および読出しデータ転送速度向上の可能性がある。または、アノード線に限らず、配線を一部共通化することによって、配線の本数を抑制し、かつ配線毎に配置される駆動回路台数、すなわちドライバ回路面積を抑制することできる可能性がある。なお、本実施例では、最も外側にある配線(図16では、一番上と一番下の配線)は、片方がCBL0で、片方がCBL1となっているが、これに限定されるものではない。最も外側の配線を、ともにCBL0としても良いし、その逆であっても良い。 An example of a different wiring structure is shown in FIG. In this structure, the even-numbered wiring patterns are short-circuited at one end of the memory array to form the wiring CBL0. At the same time, on the opposite side of the memory array, the odd-numbered wiring patterns are short-circuited to form the wiring CBL1. With such a wiring structure, the same wiring can be driven by a plurality of drivers. Therefore, when such a wiring structure is applied particularly to the anode line, it becomes possible to supply a rewrite current or a read current to a plurality of memory cells, thereby doubling the number of memory cells driven simultaneously. There is a possibility of improving the rewrite data transfer rate and the read data transfer rate. Alternatively, there is a possibility that the number of wirings and the number of drive circuits arranged for each wiring, that is, the area of the driver circuit can be suppressed by sharing a part of the wiring, not limited to the anode line. In this embodiment, the outermost wiring (the uppermost and lowermost wirings in FIG. 16) is CBL0 on one side and CBL1 on the other side. However, the present invention is not limited to this. Absent. Both outermost wirings may be CBL0, or vice versa.
このように、複数の配線パターンのうち、奇数番目の配線パターン同士を互いに短絡し、偶数番目の配線パターン同士を互いに短絡し、奇数番目と偶数番目の間は短絡されていない配線パターンを、以後「櫛型」と呼ぶことにする。 In this way, among the plurality of wiring patterns, odd-numbered wiring patterns are short-circuited to each other, even-numbered wiring patterns are short-circuited to each other, and wiring patterns that are not short-circuited between the odd-numbered and even-numbered wiring patterns It will be called “comb”.
他の配線構造の一例を、図17に示している。この構造では、メモリアレーの両端において、全ての配線パターンを短絡する。このような配線構造を特にアノード線に適用した場合には、図16に示した構造の場合よりも更に、同一のアノード線を複数のアノード線ドライバにて駆動することが可能となる。したがって、更に複数のメモリセルに書換え電流または読出し電流を供給することが可能となるので、更に書換えデータ転送速度および読出しデータ転送速度向上の可能性がある。または、アノード線に限らず、配線を全面的に共通化することによって、配線の本数を更に抑制し、かつ配線毎に配置される駆動回路台数、すなわちドライバ回路面積を更に抑制することできる可能がある。 An example of another wiring structure is shown in FIG. In this structure, all the wiring patterns are short-circuited at both ends of the memory array. In particular, when such a wiring structure is applied to an anode line, the same anode line can be driven by a plurality of anode line drivers as compared with the structure shown in FIG. Therefore, it is possible to supply a rewrite current or a read current to a plurality of memory cells, which may further improve the rewrite data transfer rate and the read data transfer rate. Alternatively, it is possible to further reduce the number of wirings and further reduce the number of drive circuits arranged for each wiring, that is, the driver circuit area, by sharing the wiring not only for the anode line but for the entire surface. is there.
このように、全ての配線パターンを互いに短絡した構造を、以後「共通型」と呼ぶことにする。 Such a structure in which all the wiring patterns are short-circuited to each other is hereinafter referred to as a “common type”.
以上の、櫛型及び共通型の二つの配線構造の各々は、セル選択ゲート線やセルチェイン選択線でも形成可能である。よって、図1〜図4に示したメモリアレーにおける配線構造は、図18に示すように27(=3の3乗)通り存在するとも思える。しかし、メモリアレーにおける書換え動作および読出し動作を考慮すると、任意のメモリセルを正しく選択することができる配線構造は限定される。ここで、「正しく」選択するとは、あるメモリセルを選択した際に、非選択とすべき他のメモリセルを同時に選択してしまわないことを意味する。 Each of the two wiring structures of the comb type and the common type can be formed by a cell selection gate line or a cell chain selection line. Therefore, it can be considered that there are 27 (= 3 to the third power) wiring structures in the memory array shown in FIGS. However, in consideration of the rewrite operation and the read operation in the memory array, the wiring structure capable of correctly selecting an arbitrary memory cell is limited. Here, “correctly” selection means that when a certain memory cell is selected, other memory cells that should not be selected are not selected at the same time.
そこで以下では、先ず、メモリセルの選択動作に求められる配線構造の要件を説明する。続いて、配線構造の異なるメモリアレー構造と動作を説明する。 Therefore, in the following, the requirements for the wiring structure required for the memory cell selection operation will be described first. Next, the memory array structure and operation with different wiring structures will be described.
なお、更に別の配線構造としては、配線番号を4で割った余りが0になるもの(例えば、図7におけるCSL0)と配線番号を4で割った余りが1になるもの(例えば、図7におけるCSL1)とを短絡し、配線番号を4で割った余りが2になるもの(例えば、図7におけるCSL2)と配線番号を4で割った余りが3になるもの(例えば、図7におけるCSL3)とを短絡するように、配線を二本おきに短絡する方法がある。この変形例として、配線番号を4で割った余りが1になるもの(例えば、図7におけるCSL1)と配線番号を4で割った余りが2になるもの(例えば、図7におけるCSL2)とを短絡し、配線番号を4で割った余りが3になるもの(例えば、図7におけるCSL3)と配線番号を4で割った余りが0になるもの(例えば、図7におけるCSL4)とを短絡するような方法もある。以下では、これらの配線構造を「剰余算短絡型」と呼ぶ。剰余算短絡型の配線構造は、短絡する配線が二本に限定されることはない。例えば、配線番号を8で割った余りが0から3のもの同士と、4から7のもの同士のように、四本ずつ短絡する場合もあり得る。このような構造は、隣り合う配線が短絡されているという点で、共通型の部類に入る。しかし、共通型は一台の駆動回路で済むのに対して、剰余算短絡型は少なくとも二台必要になる。したがって、駆動回路台数低減の観点では、共通型の方が優位であるので、図18では剰余算短絡型が除外されている。 As another wiring structure, a remainder obtained by dividing the wiring number by 4 (for example, CSL0 in FIG. 7) and a remainder obtained by dividing the wiring number by 4 (for example, FIG. 7). And the remainder obtained by dividing the wiring number by 4 (for example, CSL2 in FIG. 7) and the remainder obtained by dividing the wiring number by 4 (for example, CSL3 in FIG. 7). There is a method of short-circuiting every other wiring. As a modified example, a case where the remainder obtained by dividing the wiring number by 4 becomes 1 (for example, CSL1 in FIG. 7) and a case where the remainder obtained by dividing the wiring number by 4 becomes 2 (for example, CSL2 in FIG. 7). Short-circuit between the one whose remainder is divided by 3 (for example, CSL3 in FIG. 7) and the one whose remainder is divided by 4 (for example, CSL4 in FIG. 7). There is also a method like this. Hereinafter, these wiring structures are referred to as “remainder short circuit type”. In the remainder short circuit type wiring structure, the number of wires to be short-circuited is not limited to two. For example, there may be a case where four wires are short-circuited such that the remainder of dividing the wiring number by 8 is 0 to 3, and 4 to 7. Such a structure falls into a common category in that adjacent wires are shorted. However, while the common type requires only one drive circuit, at least two remainder short-circuit types are required. Therefore, from the viewpoint of reducing the number of drive circuits, the common type is superior, and therefore the remainder short-circuit type is excluded in FIG.
《セルチェイン選択線の要件》
まず、セルチェイン選択線について求められる要件を検討する。図19は、メモリブロックMB00の要部ブロック図である。同図の構成は、図2に示した回路構成を踏襲している。但し、セルチェイン選択動作を簡単に説明するために、メモリセルMC0〜MCkを一纏めに示した上で、セル選択ゲート線群MCGL0、MCGL1が省略されている。《Requirements for cell chain selection line》
First, consider the requirements for cell chain selection lines. FIG. 19 is a principal block diagram of the memory block MB00. The configuration shown in the figure follows the circuit configuration shown in FIG. However, in order to briefly describe the cell chain selection operation, the memory cells MC0 to MCk are collectively shown, and the cell selection gate line groups MCGL0 and MCGL1 are omitted.
本実施例におけるメモリブロックは、一方のセルチェインを活性化するために、三つの選択素子を有する。第一の選択素子SD0は、ポリシリコンダイオードPDである。また、第二乃至第三の選択素子SD10、SD11は、セルチェインCCEに含まれるセルチェイン選択ゲートCCGとセルチェインCCOに含まれるセルチェイン選択ゲートCCGである。したがって、第一乃至第二の選択素子が同時に活性化された時に、セルチェインCCEが活性化される。一方、第一乃至第三の選択素子が同時に活性化された時に、セルチェインCCOが活性化される。 The memory block in this embodiment has three selection elements in order to activate one cell chain. The first selection element SD0 is a polysilicon diode PD. The second to third selection elements SD10 and SD11 are a cell chain selection gate CCG included in the cell chain CCE and a cell chain selection gate CCG included in the cell chain CCO. Therefore, the cell chain CCE is activated when the first and second selection elements are activated simultaneously. On the other hand, when the first to third selection elements are simultaneously activated, the cell chain CCO is activated.
次に、本実施例におけるメモリブロックにおいて、一方のセルチェインを活性化するための要件を説明する。 Next, the requirements for activating one cell chain in the memory block in this embodiment will be described.
まず、セルチェイン選択線CSL0とCSL1が、例えばメモリアレーの端部で短絡されており、第二乃至第三の選択素子SD10、SD11が同じ状態に制御される場合を考える。この場合のセルチェインCCE、CCOの状態を、図20の左から二列目と三列目に示した。特に、第一の選択素子SD0たるポリシリコンダイオードPDが順バイアス状態に活性化され、第二乃至第三の選択素子SD10、SD11たる二つのセルチェイン選択ゲートが同時に導通状態に活性化されると、双方のセルチェインCCE、CCOが選択状態となる(同図では、一点鎖線で囲んだ状態)。すなわち、アノード線ANL0からビット線BL0へ向かって二つの電流経路が形成されるので、任意のメモリセルのみに適切な電圧、または電流を印加することが出来なくなり、誤動作を引き起こす虞がある。 First, consider a case where the cell chain selection lines CSL0 and CSL1 are short-circuited at, for example, the end of the memory array, and the second to third selection elements SD10 and SD11 are controlled to the same state. The states of the cell chains CCE and CCO in this case are shown in the second and third rows from the left in FIG. In particular, when the polysilicon diode PD which is the first selection element SD0 is activated in the forward bias state, and the two cell chain selection gates which are the second to third selection elements SD10 and SD11 are simultaneously activated. Both cell chains CCE and CCO are in a selected state (in the figure, a state surrounded by a one-dot chain line). That is, since two current paths are formed from the anode line ANL0 to the bit line BL0, an appropriate voltage or current cannot be applied only to an arbitrary memory cell, which may cause a malfunction.
一方、別の例として、セルチェイン選択線CSL0とCSL1が分離されており、第二乃至第三の選択素子SD10、SD11が個別に制御される場合を考える。この場合の状態を、図20の左から四列目〜六列目に示した。この場合は、所望の選択動作が可能である。すなわち、第一乃の選択素子SD0と第二の選択素子SD10が同時に活性化された時に、セルチェインCCEのみが活性化される。或いは、第一の選択素子SD0と第三の選択素子SD11が同時に活性化された時に、セルチェインCCOのみが活性化される(同図では、点線で囲んだ状態)。以上から、メモリブロックにおいて任意のセルチェインを選択するための要件は、以下の通りである。 As another example, consider a case where the cell chain selection lines CSL0 and CSL1 are separated and the second to third selection elements SD10 and SD11 are individually controlled. The state in this case is shown in the fourth to sixth columns from the left in FIG. In this case, a desired selection operation is possible. That is, when the first selection element SD0 and the second selection element SD10 are simultaneously activated, only the cell chain CCE is activated. Alternatively, when the first selection element SD0 and the third selection element SD11 are activated at the same time, only the cell chain CCO is activated (in a state surrounded by a dotted line in the figure). From the above, the requirements for selecting an arbitrary cell chain in the memory block are as follows.
[要件1]隣接するセルチェイン選択線は、互いに分離、独立制御されなければならない。 [Requirement 1] Adjacent cell chain selection lines must be separated from each other and controlled independently.
《アノード線の要件》
次に、アノード線に求められる要件について述べる。図21は、選択ビット線BL0上で隣接する二つのメモリブロックMB00、MB10から任意のセルチェインを選択するための要件を説明するための、メモリブロックMB00、MB10の要部ブロック構成である。同図におけるメモリブロックの構成は、図19を踏襲している。同図における特徴は、図1および図3〜図4で説明したように、積層したポリシリコンの両側の側壁にメモリセルが形成されるメモリアレー構造上の制約から、メモリブロックMB00、MB01のセルチェインCCO(図21において、二点鎖線で囲んだセルチェイン)が共通のセルチェイン選択線CSL1で制御される点にある。このため、アノード線の配線構造が制限される。《Anode wire requirements》
Next, requirements for the anode wire will be described. FIG. 21 shows a main block configuration of the memory blocks MB00 and MB10 for explaining a requirement for selecting an arbitrary cell chain from two memory blocks MB00 and MB10 adjacent on the selected bit line BL0. The configuration of the memory block in the figure follows FIG. As shown in FIG. 1 and FIGS. 3 to 4, the feature of the figure is that the cells of the memory blocks MB00 and MB01 are due to the restrictions on the memory array structure in which the memory cells are formed on both side walls of the stacked polysilicon. A chain CCO (a cell chain surrounded by a two-dot chain line in FIG. 21) is controlled by a common cell chain selection line CSL1. For this reason, the wiring structure of the anode line is limited.
例えば、アノード線ANL0、ANL1がメモリアレーの何処かで短絡される場合、任意のメモリセルを選択することができなくなる。すなわち、図22の二行目(すなわち、“ANL0/ANL1共通”の行)の示すように、アノード線ANL0、ANL1の双方が同時に活性化されると、メモリブロックMB00、MB01における第一の選択素子SD0たるポリシリコンダイオードが、順バイアス状態になる。更に、セルチェイン選択線CSL1が活性化されると、メモリブロックMB00、MB01におけるセルチェインCCOにおける第二の選択素子SD11たるセルチェイン選択ゲートCCGが導通状態となる。したがって、メモリブロックMB00、MB01におけるセルチェインCCOが選択された状態となる(同図では、一点鎖線で囲んだ状態)。 For example, when the anode lines ANL0 and ANL1 are short-circuited somewhere in the memory array, it becomes impossible to select an arbitrary memory cell. That is, as shown in the second row of FIG. 22 (that is, “ANL0 / ANL1 common” row), when both anode lines ANL0 and ANL1 are activated simultaneously, the first selection in the memory blocks MB00 and MB01 is performed. The polysilicon diode which is the element SD0 is in the forward bias state. Further, when the cell chain selection line CSL1 is activated, the cell chain selection gate CCG as the second selection element SD11 in the cell chain CCO in the memory blocks MB00 and MB01 becomes conductive. Therefore, the cell chain CCO in the memory blocks MB00 and MB01 is selected (in the figure, the state surrounded by the one-dot chain line).
一方、アノード線ANL0、ANL1が分離、独立制御される場合、任意のメモリセルを選択することができる。すなわち、図22の三行目(すなわち、“ANL0/ANL1分離”の行)の示すように、アノード線ANL0かANL1の何れか一方が活性化されると、メモリブロックMB00かMB01の何れか一方の第一の選択素子SD0たるポリシリコンダイオードが、順バイアス状態になる。したがって、セルチェイン選択線CSL1が活性化されると、メモリブロックMB00かMB01の何れか一方におけるセルチェインCCOにおける第二の選択素子SD11たるセルチェイン選択ゲートが導通状態となり、当該セルチェインCCOのみが選択される(同図では、点線で囲んだ状態)。以上から、第二の要件が導かれる。 On the other hand, when the anode lines ANL0 and ANL1 are separated and independently controlled, an arbitrary memory cell can be selected. That is, as shown in the third row of FIG. 22 (that is, the row of “ANL0 / ANL1 separation”), when one of the anode lines ANL0 and ANL1 is activated, one of the memory blocks MB00 and MB01 is activated. The polysilicon diode which is the first selection element SD0 is in the forward bias state. Therefore, when the cell chain selection line CSL1 is activated, the cell chain selection gate which is the second selection element SD11 in the cell chain CCO in either one of the memory blocks MB00 and MB01 becomes conductive, and only the cell chain CCO is in the conductive state. It is selected (in the figure, it is surrounded by a dotted line). From the above, the second requirement is derived.
[要件2]隣接するアノード線は、互いに分離、独立制御されなければならない。 [Requirement 2] Adjacent anode wires must be separated from each other and controlled independently.
なお、この要件2は、セルチェイン選択線CSL1が、メモリブロックMB00におけるセルチェインCCOとMB10におけるセルチェインCCOを同時に選択することに起因するものである。それを踏まえると、当該2つのセルチェインを独立に選択できるようなセルチェイン選択線CSLにすれば、当該要件2は不要になるようにも思える。しかし、そのようなセルチェイン選択線を実現するためには、メモリブロックMB00のセルチェインCCOのためのセルチェイン選択線と、メモリブロックMB10のセルチェインCCOのためのセルチェイン選択線とを個別に設け、さらにそれらの間に絶縁層を設けなくてはならず、2本の配線と絶縁層のために、最小加工寸法Fの3倍の面積を要してしまう。そのため、却って面積的に損になってしまうため、本要件2が必要となるのである。
This
《アノード線とセルチェイン選択線の関係についての要件》
続いて、アノード線とセルチェイン選択線の関係について求められる要件を、図23に従って説明する。同図では、説明を簡単にするために、メモリアレーの中から四行一列の領域に配置されたメモリブロックMB00〜MB30が示されている。同図におけるアノード線の特徴は、図1に示したメモリアレーにおける偶数番目のアノード線と奇数番目のアノード線を、メモリアレーの一端で夫々短絡して、櫛型のアノード線ANL0、ANL1とした点にある。《Requirements for the relationship between anode line and cell chain selection line》
Next, requirements required for the relationship between the anode line and the cell chain selection line will be described with reference to FIG. In the figure, for simplification of description, memory blocks MB00 to MB30 arranged in an area of four rows and one column from the memory array are shown. The feature of the anode lines in the figure is that the even-numbered and odd-numbered anode lines in the memory array shown in FIG. 1 are short-circuited at one end of the memory array to form comb-shaped anode lines ANL0 and ANL1. In the point.
ここで、説明を簡単にする便宜上、セルチェイン選択線も、アノード線と同様に一本おきに短絡する場合を考える。図23では、図1に示したメモリアレーにおける偶数番目のセルチェイン選択線と奇数番目のセルチェイン選択線を、メモリアレーの一端で夫々短絡して、所謂櫛型構造のセルチェイン選択線CSL0、CSL1としている。 Here, for the sake of simplifying the explanation, consider a case where every other cell chain selection line is short-circuited, similarly to the anode line. In FIG. 23, even-numbered cell chain selection lines and odd-numbered cell chain selection lines in the memory array shown in FIG. 1 are short-circuited at one end of the memory array, respectively, so-called comb-shaped cell chain selection lines CSL0, CSL1 is assumed.
今、アノード線ANL0が5V/4V/2V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動され、セルチェイン選択線CSL0が5V/5V/5V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動され、アノード線ANL1、セルチェイン選択線CSL1、ビット線BL0の各々が0V/0V/0V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動されているものとする。この場合、メモリブロックMB00およびMB20において、第一の選択素子たるポリシリコンダイオードPD(SD0)が順バイアス状態となり、第二の選択素子たるセルチェインCCEにおけるセルチェイン選択ゲートCCG(SD10)が導通状態となる。したがって、メモリブロックMB00およびMB20におけるセルチェインCCEが選択される。この状態では、アノード線ANL0からビット線BL0に向かって、メモリブロックMB00およびMB20におけるセルチェインCCEを介した二つの電流経路が発生する。これは、複数素子の選択状態に相当し、メモリアレーにて誤動作の原因となる。 Now, the anode line ANL0 is driven to 5V / 4V / 2V (reset operation / set operation / read operation), and the cell chain select line CSL0 is driven to 5V / 5V / 5V (reset operation / set operation / read operation). Assume that the anode line ANL1, the cell chain selection line CSL1, and the bit line BL0 are each driven to 0V / 0V / 0V (reset operation / set operation / read operation). In this case, in the memory blocks MB00 and MB20, the polysilicon diode PD (SD0) as the first selection element is in the forward bias state, and the cell chain selection gate CCG (SD10) in the cell chain CCE as the second selection element is in the conductive state. It becomes. Therefore, the cell chain CCE in the memory blocks MB00 and MB20 is selected. In this state, two current paths are generated from the anode line ANL0 to the bit line BL0 via the cell chain CCE in the memory blocks MB00 and MB20. This corresponds to a selection state of a plurality of elements and causes a malfunction in the memory array.
また、別の動作の例として図24に示すように、アノード線ANL0が5V/4V/2V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動され、セルチェイン選択線CSL1が5V/5V/5V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動され、アノード線ANL1、セルチェイン選択線CSL0、ビット線BL0の各々が0V/0V/0V(リセット動作/セット動作/リード動作)に駆動されているものとする。この場合、メモリブロックMB00およびMB20において、第一の選択素子たるポリシリコンダイオードPD(SD0)が順バイアス状態となり、第三の選択素子たるセルチェインCCOにおけるセルチェイン選択ゲートCCG(SD11)が導通状態となる。したがって、メモリブロックMB00およびMB20におけるセルチェインCCOが選択される。この状態では、アノード線ANL0からビット線BL0に向かって、メモリブロックMB00およびMB20におけるセルチェインCCOを介した二つの電流経路が発生する。これも又、複数素子の選択状態に相当し、メモリアレーにて誤動作の原因となる。以上の誤動作を回避するために、第三の要件が導かれる。 As another example of the operation, as shown in FIG. 24, the anode line ANL0 is driven to 5V / 4V / 2V (reset operation / set operation / read operation), and the cell chain selection line CSL1 is 5V / 5V / 5V ( Reset line / set operation / read operation), and anode line ANL1, cell chain selection line CSL0, and bit line BL0 are each driven to 0V / 0V / 0V (reset operation / set operation / read operation) And In this case, in the memory blocks MB00 and MB20, the polysilicon diode PD (SD0) as the first selection element is in the forward bias state, and the cell chain selection gate CCG (SD11) in the cell chain CCO as the third selection element is in the conductive state. It becomes. Therefore, the cell chain CCO in memory blocks MB00 and MB20 is selected. In this state, two current paths are generated from the anode line ANL0 to the bit line BL0 via the cell chain CCO in the memory blocks MB00 and MB20. This also corresponds to a selection state of a plurality of elements, and causes a malfunction in the memory array. In order to avoid the above malfunction, the third requirement is derived.
[要件3]アノード線とセルチェイン選択線の双方を、櫛型の配線構造にしてはならない。 [Requirement 3] Both the anode line and the cell chain selection line must not have a comb-shaped wiring structure.
《選択動作を実現する配線構造》
さて、図18に示したアノード線、セル選択ゲート線、セルチェイン選択線の27通りの配線構造の組合せの中で、前述した選択動作を実現するための要件1により、共通型セルチェイン選択線を含む配線形式1〜9が除外される。次に、要件2により、図17に示したような共通型アノード線を含む、配線形式10、13、16、19、22、25が除外される。最後に、要件3により、セルチェイン選択線とアノード線が共に櫛型となる場合の配線形式11、14、17が除外される。《Wiring structure realizing selection operation》
Now, in the combination of the 27 wiring structures of the anode line, the cell selection gate line, and the cell chain selection line shown in FIG. 18, the common cell chain selection line according to the
以上から、メモリアレーにおける選択動作が可能なのは、配線形式12、15、18、20、21、23、24、26、27である。ここで、要件1〜要件3は、セルチェイン選択の可否を基準に定められたものである。したがって、セルチェインが正しく選択されれば、セル選択ゲート線の配線構造に関わらず、所望のメモリセルを選択することが可能である。また、理解の一助として、配線形式12、15、18を18系統、配線形式20、23、26を26系統、配線形式21、24、27を27系統というように、九つの配線形式を三系統に分類する。本実施例では、27系統の配線形式について説明する。
From the above, it is possible to perform the selection operation in the memory array in the wiring formats 12, 15, 18, 20, 21, 23, 24, 26, and 27. Here,
《27系統の配線形式によるメモリアレー1:配線形式27》
配線形式27のメモリアレーは、実施例1の図1〜図4にて説明した。よって、ここでは、本配線形式のメモリアレーの説明を省略する。<<
The memory array of the wiring form 27 has been described with reference to FIGS. Therefore, the description of the memory array of this wiring type is omitted here.
《27系統の配線形式によるメモリアレー2:配線形式24》
配線形式24は、配線形式27の変形例である。本配線形式の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立型から図25に示すような櫛型に変更した点にある。<< Memory array 2: 27 wiring systems: wiring system 24 >>
The wiring format 24 is a modification of the wiring format 27. The feature of this wiring type is that the wiring structure of the cell selection gate line is changed from the independent type shown in FIG. 6 to the comb type shown in FIG.
本構造を適用したメモリアレーにおいて、ビット線が延伸する方向にm=2k個(kは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合、2m個のセルチェインを形成するためには、図25に示すように(m+1)本のストライプ状に堆積されたゲートポリシリコン層(図3〜図4に示した、21p、22p、23p、24p)が必要である。そして、(m/2+1)本のストライプ状に形成されたゲートポリシリコン層を有する櫛型配線パターンと、(m/2)本のストライプ状に形成されたゲートポリシリコン層を有する櫛型配線パターンが向かい合わせに配置されるように短絡する。そして、(m/2+1)本の櫛型配線パターンをセル選択ゲート線CGL00〜CGL03、(m/2)本の櫛型配線パターンをセル選択ゲート線CGL10〜CGL13に夫々使用する。 In a memory array to which this structure is applied, when m = 2k memory blocks (k is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit line extends, in order to form 2m cell chains, FIG. As shown in FIG. 5, (m + 1) gate polysilicon layers (21p, 22p, 23p, and 24p shown in FIGS. 3 to 4) deposited in stripes are required. Then, a comb wiring pattern having (m / 2 + 1) stripes of gate polysilicon layers and a comb wiring pattern having (m / 2) stripes of gate polysilicon layers. Are shorted so that they are placed face to face. Then, (m / 2 + 1) comb-shaped wiring patterns are used for cell selection gate lines CGL00 to CGL03, and (m / 2) comb-shaped wiring patterns are used for cell selection gate lines CGL10 to CGL13, respectively.
このような構造により、メモリブロックMB0y〜MB(m−1)yのセルチェインCCEにおけるメモリセルはセル選択ゲート線CGL00〜CGL03によって、同じくセルチェインCCOにおけるメモリセルはセル選択ゲート線CGL10〜CGL13によって、夫々選択することが可能となる。すなわち、(m+1)本のゲートポリシリコン層のうち、両端の積層ゲートポリシリコンについては、メモリアレーの内側の側壁に形成されたメモリセルは、メモリブロックMB0y、MB(m−1)yのセルチェインCCEにおけるメモリセルとして使用される。一方、その他の積層ゲートポリシリコンのうち、セル選択ゲート線CGL00〜CGL03として使われるものの側壁に形成されたメモリセルは、メモリブロックMB1y〜MB(m−2)yのセルチェインCCEにおけるメモリセルとして使用される。また、セル選択ゲート線CGL10〜CGL13として使われるものの側壁に形成されたメモリセルは、メモリブロックMB0y〜MB(m−1)yのセルチェインCCOにおけるメモリセルとして使用される。ここで、yは、注目しているメモリチェイン列の列番号を示しており、図26に示したメモリアレー構成に倣えば0〜(n−1)の何れかである。 With such a structure, the memory cells in the cell chain CCE of the memory blocks MB0y to MB (m-1) y are cell select gate lines CGL00 to CGL03, and the memory cells in the cell chain CCO are also cell select gate lines CGL10 to CGL13. , Each can be selected. That is, of the (m + 1) gate polysilicon layers, for the stacked gate polysilicon at both ends, the memory cells formed on the inner sidewalls of the memory array are the cells of the memory blocks MB0y, MB (m-1) y. Used as a memory cell in a chain CCE. On the other hand, the memory cells formed on the side walls of the other stacked gate polysilicon used as the cell selection gate lines CGL00 to CGL03 are memory cells in the cell chain CCE of the memory blocks MB1y to MB (m-2) y. used. The memory cells formed on the side walls of the cell selection gate lines CGL10 to CGL13 are used as memory cells in the cell chain CCO of the memory blocks MB0y to MB (m−1) y. Here, y indicates the column number of the memory chain of interest, and is 0 to (n−1) according to the memory array configuration shown in FIG.
図25示すような包含関係にある櫛型配線パターンの組合せ構造では、図26に示すように2Fピッチで形成されるアノード線領域の中で、セル選択ゲート線CGL00〜CGL03、CGL10〜CGL13をメモリアレーの外側に同じ向き(同図では、ワード線の右方向、かつアノード線ドライバ群ANDBKの反対側)に引き出すことが可能となる。なお、図27は、図26に示したメモリアレーMAにおける詳細な回路構成を示している。 In the comb-shaped wiring pattern combination structure as shown in FIG. 25, the cell selection gate lines CGL00 to CGL03 and CGL10 to CGL13 are stored in the memory in the anode line region formed at a 2F pitch as shown in FIG. It is possible to pull out in the same direction outside the array (in the figure, in the right direction of the word line and on the opposite side of the anode line driver group ANDBK). FIG. 27 shows a detailed circuit configuration of the memory array MA shown in FIG.
このような配線構造では、複数の配線パターンを一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を低減することが可能となり、回路面積を抑制することができる。ここで、各セル選択ゲート線に配置されるドライバの数は、特に限定されない。すなわち、許容された回路面積に応じた台数のドライバを配置することが可能である。例えば、図26に示すように、セル選択ゲート線群MCGL0(セル選択ゲート線CGL00〜CGL03)については、セル選択ドライバ群MCGD0、MCGD2を櫛の両端部に夫々配置し、セル選択ゲート線群MCGL1(セル選択ゲート線CGL10〜CGL13)については、セル選択ドライバ群MCGD1、MCGD3を櫛の両端部に夫々配置することによって、所望のセル選択ゲート線の駆動時間を抑制することが可能となる。ここでは、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGL1(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL00〜CGL10と同様の構造をなす。 In such a wiring structure, it is possible to reduce the number of drive circuits (here, cell selection line drivers) by grouping a plurality of wiring patterns and to suppress the circuit area. Here, the number of drivers arranged in each cell selection gate line is not particularly limited. That is, it is possible to arrange a number of drivers corresponding to the permitted circuit area. For example, as shown in FIG. 26, for cell selection gate line group MCGL0 (cell selection gate lines CGL00 to CGL03), cell selection driver groups MCGD0 and MCGD2 are arranged at both ends of the comb, respectively, and cell selection gate line group MCGL1 With regard to (cell selection gate lines CGL10 to CGL13), the cell selection driver groups MCGD1 and MCGD3 are arranged at both ends of the comb, respectively, thereby making it possible to suppress the drive time of the desired cell selection gate line. Here, in order to make the drawing easy to see, the cell selection gate lines CGL0 (k−1) to CGL1 (k−1) (k = 2 to 4) are omitted. It has the same structure as CGL00 to CGL10.
《27系統の配線形式によるメモリアレー3:配線形式21》
配線形式21は、配線形式27の更に別の変形例である。本配線形式の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立型から図28に示すような共通型に変更した点にある。本構造を適用したメモリアレーにおいて、ビット線が延伸する方向にm=2k個(kは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合、(m+1)本のストライプ状に堆積されたゲートポリシリコン層(図3〜図4に示した、21p、22p、23p、24p)の各々を、メモリアレーの両端で繋ぎ合わせて、共通型の配線構造をなすセル選択ゲート線群MCGLを実現する。<<
The wiring format 21 is yet another modification of the wiring format 27. A feature of this wiring format is that the wiring structure of the cell selection gate line is changed from the independent type shown in FIG. 6 to the common type shown in FIG. In the memory array to which this structure is applied, when m = 2k memory blocks (k is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit line extends, gate polysilicon deposited in (m + 1) stripes Each of the layers (21p, 22p, 23p, 24p shown in FIGS. 3 to 4) is connected at both ends of the memory array to realize a cell selection gate line group MCGL that forms a common wiring structure.
このような配線構造では、同一層に形成された全ての配線パターンを一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を更に低減することが可能となり、配線形式24の場合よりも回路面積を抑制することができる。例えば、図26と図29とを比べれば、本配線形式によって、セル選択ゲート線群ドライバの数を半減することが可能である。なお、図30は、図29に示したメモリアレーMAにおける詳細な回路構成を示している。ここでは、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL0と同様の構造をなす。 In such a wiring structure, it is possible to further reduce the number of drive circuits (here, cell selection line drivers) by combining all the wiring patterns formed in the same layer. The circuit area can be suppressed more than the case. For example, comparing FIG. 26 with FIG. 29, the number of cell selection gate line group drivers can be halved by this wiring format. FIG. 30 shows a detailed circuit configuration of the memory array MA shown in FIG. Here, in order to make the drawing easy to see, the cell selection gate line CGL (k−1) (k = 2 to 4) is omitted, but these wirings have the same structure as the cell selection gate line CGL0. .
本実施例では、26系統の配線形式について説明する。 In the present embodiment, a 26-line wiring format will be described.
《26系統の配線形式によるメモリアレー1:配線型式26》
26系統の配線形式によるメモリアレーは、図18に示したように、配線形式20、23、26の三通りある。この中で、配線形式26のメモリアレーは、配線形式27とは異なるアノード線構造を有する点に特徴がある。すなわち、既に図16で説明したように、配線形式26のアノード線は図31に示すような櫛型の配線構造をなす。<< Memory array with 26 wiring types 1: Wiring type 26 >>
As shown in FIG. 18, there are three types of memory arrays of 26 types of wiring formats, ie, wiring types 20, 23, and 26. Among these, the memory array of the wiring format 26 is characterized in that it has an anode line structure different from that of the wiring format 27. That is, as already described in FIG. 16, the anode line of the wiring form 26 has a comb-shaped wiring structure as shown in FIG.
本構造を適用したメモリアレーにおいて、ビット線が延伸する方向にm=2k個(kは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合、2m個のセルチェインを形成するためには、図31に示すようにm本のストライプ状パターンの金属配線層2を形成する。そして、偶数番目の位置に形成された(m/2)本の金属配線を有する櫛型配線パターンと、奇数番目の位置に形成された(m/2)本の金属配線を有する櫛型配線パターンが向かい合わせに配置されるように短絡する。そして、前者の(m/2)本の櫛型配線パターンをアノード線ANL0、後者の(m/2)本の櫛型配線パターンをアノード線ANL1に夫々使用する。このような構造により、メモリブロックMB0y〜MB(m−1)yの中で、偶数番目のメモリブロックはアノード線ANL0によって、同じく奇数番目のメモリブロックはアノード線ANL1によって、夫々選択することができる。
In a memory array to which this structure is applied, when m = 2k memory blocks (k is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit line extends, in order to form 2m cell chains, FIG. As shown in FIG. 4, m stripe-shaped
本構造による効果は、次の二つである。第一の効果は、同一のアノード線を複数のアノード線ドライバにて駆動することが可能となる。したがって、複数のメモリセルに書換え電流または読出し電流を供給することが可能となるので、同時に駆動されるメモリセル数が倍増されることによって、書換えデータ転送速度および読出しデータ転送速度を向上することができる。 The effect by this structure is the following two. The first effect is that the same anode line can be driven by a plurality of anode line drivers. Accordingly, since the rewrite current or the read current can be supplied to a plurality of memory cells, the rewrite data transfer speed and the read data transfer speed can be improved by doubling the number of memory cells driven simultaneously. it can.
第二の効果は、図33および図34に示すように、アノード線を一部共通化することによって、アノード線の本数を抑制して、かつアノード線毎に配置される駆動回路台数を低減できる点にある。すなわち、アノードドライバ回路の台数を抑制することによって、その面積を抑制することできる。ここで、図34では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGL4(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL00〜CGL40と同様の構造をなす。 As shown in FIG. 33 and FIG. 34, the second effect is that by sharing a part of the anode line, the number of anode lines can be suppressed and the number of drive circuits arranged for each anode line can be reduced. In the point. That is, the area can be suppressed by suppressing the number of anode driver circuits. Here, in FIG. 34, cell selection gate lines CGL0 (k−1) to CGL4 (k−1) (k = 2 to 4) are omitted for easy understanding of the drawing. The structure is the same as that of the cell selection gate lines CGL00 to CGL40.
なお、以上で述べたアノード線構造とその効果は、以下に説明する配線型式23や配線型式20に共通のものである。また、各アノード線に配置するドライバの数は、特に限定されない。すなわち、許容された回路面積に応じた台数のドライバを配置することが可能である。例えば、図33に示すように、ビット線が延伸する方向にm=2k個(kは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合、2m個のセルチェインを形成するためには、図32に示すように(m+1)本のストライプ状パターンの金属配線層2を形成する。そして、偶数番目の位置に形成された(m/2+1)本の金属配線を有する櫛型配線パターンと、奇数番目の位置に形成された(m/2)本の金属配線を有する櫛型配線パターンが向かい合わせに配置されるように短絡する。そして、前者の(m/2+1)本の櫛型配線パターンをアノード線ANL0、後者の(m/2)本の櫛型配線パターンをアノード線ANL1に夫々使用する。このような配線構造により、図33に示すように、アノード線ANL0については、アノードドライバAND0、AND2を櫛の両端部に夫々配置し、アノード線ANL1については、アノードドライバAND1、AND3を櫛の両端部に夫々配置することが容易になる。また、アノード線の駆動に要する時間を抑制したり、配線抵抗による電圧降下を抑制したりすることが可能となる。
The anode line structure described above and its effect are common to the wiring type 23 and the wiring type 20 described below. Further, the number of drivers arranged on each anode line is not particularly limited. That is, it is possible to arrange a number of drivers corresponding to the permitted circuit area. For example, as shown in FIG. 33, when m = 2k memory blocks (k is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit line extends, in order to form 2m cell chains, FIG. (M + 1) striped
《26系統の配線形式によるメモリアレー2:配線形式23》
配線形式23は、配線形式26の変形例である。図35〜図36は、配線形式23によるメモリアレー駆動回路構成を示している。すなわち、配線形式23の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立型から図25に示すような櫛型に変更した点にある。このような配線構造では、実施例2の『27系統の配線形式によるメモリアレー2:配線形式24』にて説明したように、複数のセル選択ゲート線を一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を低減することが可能となり、更に回路面積を抑制することができる。なお、図36では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGL1(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL00〜CGL10と同様の構造をなす。<<
The wiring format 23 is a modification of the wiring format 26. FIG. 35 to FIG. 36 show the memory array driving circuit configuration by the wiring form 23. FIG. That is, the wiring format 23 is characterized in that the wiring structure of the cell selection gate line is changed from the independent type shown in FIG. 6 to the comb type shown in FIG. In such a wiring structure, as described in “Memory array 2: 27 wiring formats: wiring format 24” in the second embodiment, a plurality of cell selection gate lines are grouped to form a drive circuit (here Then, the number of cell selection line drivers) can be reduced, and the circuit area can be further reduced. In FIG. 36, cell selection gate lines CGL0 (k−1) to CGL1 (k−1) (k = 2 to 4) are omitted for easy understanding of the drawing. The structure is the same as that of the select gate lines CGL00 to CGL10.
《26系統の配線形式によるメモリアレー3:配線形式20》
配線形式20は、配線形式26の別の変形例である。図37〜図38は、配線形式20によるメモリアレー駆動回路構成を示している。すなわち、配線形式20の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立型から図28に示すような共通型に変更した点にある。このような配線構造では、実施例2の『27系統の配線形式によるメモリアレー3:配線形式21』にて説明したように、全てのセル選択ゲート線を一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を更に低減することが可能となり、回路面積を更に抑制することができる。ここで、図38では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL(k−1)〜CGL(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL0と同様の構造をなす。<< Memory array 3: 26 wiring systems: wiring system 20 >>
The wiring format 20 is another modification of the wiring format 26. 37 to 38 show the memory array driving circuit configuration by the wiring format 20. FIG. That is, the wiring type 20 is characterized in that the wiring structure of the cell selection gate line is changed from the independent type shown in FIG. 6 to the common type shown in FIG. In such a wiring structure, as described in “Memory array 3: 27 wiring patterns of the 27 systems: wiring format 21” in the second embodiment, all the cell selection gate lines are brought together to form a driving circuit (here. Then, the number of cell selection line drivers) can be further reduced, and the circuit area can be further suppressed. Here, in FIG. 38, cell selection gate lines CGL (k−1) to CGL (k−1) (k = 2 to 4) are omitted for easy understanding of the drawing. The structure is the same as that of the cell selection gate line CGL0.
本実施例では、18系統の配線形式について説明する。 In this embodiment, an 18-line wiring format will be described.
《18系統の配線形式によるメモリアレー1:配線形式18》
18系統の配線形式によるメモリアレーは、図18に示したように、配線形式12、15、18の三通りある。この中で、配線形式18のメモリアレーは、配線形式27と異なるセルチェイン選択線構造を有する点に特徴がある。すなわち、図39に示すように、配線形式18のセルチェイン選択線は櫛型の配線構造をなす。<< Memory array with 18 wiring types 1:
As shown in FIG. 18, there are three types of memory arrays in the 18 wiring systems, namely wiring
本構造を適用したメモリアレーにおいて、ビット線が延伸する方向にm=2k個(kは1以上の整数)のメモリブロックを配置する場合、2m個のセルチェインを形成するためには、図39に示すように(m+1)本のストライプ状に堆積されたゲートポリシリコン層(図3〜図4に示した、61p)が必要である。そして、(m/2+1)本のストライプ状に形成されたゲートポリシリコン層を有する櫛型配線パターンと、(m/2)本のストライプ状に形成されたゲートポリシリコン層を有する櫛型配線パターンが向かい合わせに配置されるように短絡する。そして、(m/2+1)本の櫛型配線パターンをセルチェイン選択線CSL0、(m/2)本の櫛型配線パターンをセルチェイン選択線CSL1に夫々使用する。 In the memory array to which this structure is applied, when m = 2k memory blocks (k is an integer of 1 or more) are arranged in the direction in which the bit line extends, in order to form 2m cell chains, FIG. As shown in FIG. 4, (m + 1) gate polysilicon layers (61p shown in FIGS. 3 to 4) deposited in stripes are required. Then, a comb wiring pattern having (m / 2 + 1) stripes of gate polysilicon layers and a comb wiring pattern having (m / 2) stripes of gate polysilicon layers. Are shorted so that they are placed face to face. Then, (m / 2 + 1) comb-shaped wiring patterns are used for the cell chain selection line CSL0, and (m / 2) comb-shaped wiring patterns are used for the cell chain selection line CSL1, respectively.
このような構造により、メモリブロックMB0y〜MB(m−1)yのセルチェインCCEをセルチェイン選択線CSL0によって、同じくセルチェインCCOをセルチェイン選択線CSL1によって、夫々選択することが可能となる。すなわち、(m+1)本のゲートポリシリコン層のうち、両端のゲートポリシリコンについては、メモリアレーの内側の側壁に形成されたMOSトランジスタが、メモリブロックMB0y、MB(m−1)yのセルチェインCCEにおけるセルチェイン選択ゲートとして使用される。一方、その他のゲートポリシリコンのうち、セルチェイン選択線CSL0として使われるものの側壁に形成されたMOSトランジスタは、メモリブロックMB1y〜MB(m−2)yのセルチェインにおけるセルチェイン選択ゲートとして使用される。また、セルチェイン選択線CGL1として使われるものの側壁に形成されたMOSトランジスタは、メモリブロックMB0y〜MB(m−1)yのセルチェインにおけるセルチェイン選択ゲートとして使用される。ここで、yは、注目しているメモリチェイン列の列番号を示しており、図40に示したメモリアレー構成に倣えば0〜(n−1)の何れかである。 With such a structure, the cell chain CCE of the memory blocks MB0y to MB (m-1) y can be selected by the cell chain selection line CSL0, and the cell chain CCO can be selected by the cell chain selection line CSL1. That is, of the (m + 1) gate polysilicon layers, the MOS transistors formed on the inner sidewalls of the memory array are connected to the cell chains of the memory blocks MB0y and MB (m-1) y for the gate polysilicon at both ends. Used as cell chain selection gate in CCE. On the other hand, the MOS transistor formed on the side wall of the other gate polysilicon used as the cell chain selection line CSL0 is used as the cell chain selection gate in the cell chain of the memory blocks MB1y to MB (m-2) y. The The MOS transistor formed on the side wall of the cell chain selection line CGL1 is used as a cell chain selection gate in the cell chain of the memory blocks MB0y to MB (m-1) y. Here, y indicates the column number of the memory chain column of interest, and is 0 to (n−1) according to the memory array configuration shown in FIG.
図39に示すような包含関係にある櫛型配線パターンの組合せ構造では、図40に示すように2Fピッチで形成されるアノード線領域の中で、セルチェイン選択線CSL0、CSL1をメモリアレーの外側に同じ向き(同図では、ワード線の右方向、かつアノード線ドライバ群ANDBKの反対側)に引き出すことが可能となる。なお、図41は、図40に示したメモリアレーMAにおける詳細な回路構成を示している。ここで、図41では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGL4(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL00〜CGL40と同様の構造をなす。 In the comb-shaped wiring pattern combination structure as shown in FIG. 39, cell chain selection lines CSL0 and CSL1 are arranged outside the memory array in the anode line region formed at a 2F pitch as shown in FIG. Can be pulled out in the same direction (in the figure, to the right of the word line and on the opposite side of the anode line driver group ANDBK). FIG. 41 shows a detailed circuit configuration of the memory array MA shown in FIG. Here, in FIG. 41, cell selection gate lines CGL0 (k−1) to CGL4 (k−1) (k = 2 to 4) are omitted for easy understanding of the drawing. The structure is the same as that of the cell selection gate lines CGL00 to CGL40.
以上で述べたチェイン選択線構造とその効果は、以下に説明する配線形式18や配線型式15に共通のものである。また、各セルチェイン選択線に配置されるドライバの数は、特に限定されない。すなわち、許容された回路面積に応じた台数のドライバを配置することが可能である。例えば、図40に示すように、セルチェイン選択線CSL0については、セルチェイン選択ドライバCSD0、CSD2を櫛の両端部に夫々配置し、セルチェイン選択線CSL1については、セルチェイン選択ドライバCSD1、CSD3を櫛の両端部に夫々配置することによって、所望のセルチェイン選択線の駆動時間を抑制することが可能となる。
The chain selection line structure described above and its effects are common to the
《18系統の配線形式によるメモリアレー2:配線形式15》
配線形式15は、配線形式18の変形例である。図42〜図43は、配線形式15によるメモリアレー駆動回路構成を示している。すなわち、配線形式15の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立形型から図27に示すような櫛形型に変更した点にある。このような配線構造では、『27系統の配線形式によるメモリアレー2:配線型式24』にて説明したように、複数のセル選択ゲート線を一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を低減することが可能となり、更に回路面積を抑制することができる。なお、図43では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL0(k−1)〜CGL1(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL00〜CGL10と同様の構造をなす。<<
The
《18系統の配線形式によるメモリアレー3:配線形式12》
配線形式12は、配線形式18の別の変形例である。図44〜図45は、配線形式12によるメモリアレー駆動回路構成を示している。すなわち、配線形式12の特徴は、セル選択ゲート線の配線構造を図6に示した独立型から図30に示すような共通型に変更した点にある。このような配線構造では、『27系統の配線形式によるメモリアレー3:配線形式21』にて説明したように、全てのセル選択ゲート線を一纏めにすることによって、駆動回路(ここでは、セル選択線ドライバ)の台数を更に低減することが可能となり、回路面積を最も抑制することができる。なお、図45では、図面を見易くするために、セル選択ゲート線CGL(k−1)〜CGL(k−1)(k=2〜4)を省略してあるが、これらの配線は、セル選択ゲート線CGL0と同様の構造をなす。<<
The
以上で説明した通り、18系統および26系統の配線形式や、配線形式21、24では、櫛型や共通型の配線構造を適宜導入することにより、ドライバを効率良く配置することが可能になり、ドライバ面積を抑制することができる。すなわち、ビットコストを抑制することができる。また、アノード線に櫛型や共通型の配線構造を導入した26系統の配線形式では、同一のアノード線を複数のドライバで駆動することが可能となる。すなわち、複数のメモリセルに書換え電流または読出し電流を供給することが可能となるので、同時に駆動されるメモリセル数が倍増されることによって、書換えデータ転送速度および読出しデータ転送速度を向上することができる。 As explained above, in the 18 and 26 wiring types and the wiring types 21 and 24, it is possible to efficiently arrange the drivers by appropriately introducing a comb type or common type wiring structure. The driver area can be suppressed. That is, the bit cost can be suppressed. In addition, in the 26-line wiring format in which a comb-type or common-type wiring structure is introduced to the anode line, the same anode line can be driven by a plurality of drivers. That is, since a rewrite current or a read current can be supplied to a plurality of memory cells, the rewrite data transfer speed and the read data transfer speed can be improved by doubling the number of memory cells driven simultaneously. it can.
図46は、図1、図26、図29、図33、図35、図37、図40、図42、図44の各々に示したメモリアレーMAおよび各種駆動回路からなるメモリアレー駆動回路を行列状に配置して形成されるメモリバンクMBKの構成の例を示している。同図では、簡単のために、2行2列のメモリアレー駆動回路MAC00〜MAC22が明示されている。これらのメモリアレー駆動回路MAC00〜MAC22において、ビット線選択回路BSLCと非選択ビット線電圧給電回路USBVSを示す回路ブロック記号が、メモリアレーMAを示す領域に内包されている部分は、ビット線選択回路BSLCと非選択ビット線電圧給電回路USBVSを構成するMOSトランジスタが、図4に示すようにメモリアレーMA直下のシリコン基板に形成されていることを示している。 46 shows a matrix of memory array MA and the memory array driving circuit composed of various driving circuits shown in FIGS. 1, 26, 29, 33, 35, 37, 40, 42, and 44. 2 shows an example of the configuration of memory banks MBK formed in a shape. In the figure, for the sake of simplicity, the memory array driving circuits MAC00 to MAC22 of 2 rows and 2 columns are clearly shown. In these memory array drive circuits MAC00 to MAC22, the part in which the circuit block symbols indicating the bit line selection circuit BSLC and the unselected bit line voltage power supply circuit USBVS are included in the area indicating the memory array MA is the bit line selection circuit. FIG. 4 shows that the MOS transistors constituting the BSLC and the non-selected bit line voltage power supply circuit USBVS are formed on the silicon substrate immediately below the memory array MA as shown in FIG.
図46に示したメモリバンクMBKの特徴は、各メモリアレー駆動回路が、同じ駆動回路が互いに接するような向きに配置されている点にある。このような配置によって、共通の制御線や電源線に接続するためのコンタクトを共有することによって、レイアウト面積を縮小することが可能となる。また、共通のウェルの中に互いの駆動回路を形成することにより、ウェル分離領域を削減することができて、結果として、各種駆動回路の面積を抑制することが可能となる。 The memory bank MBK shown in FIG. 46 is characterized in that the memory array driving circuits are arranged in such a direction that the same driving circuits are in contact with each other. With such an arrangement, a layout area can be reduced by sharing a contact for connecting to a common control line or power supply line. Further, by forming the drive circuits in the common well, the well isolation region can be reduced, and as a result, the areas of various drive circuits can be suppressed.
また、メモリアレー駆動回路MAC00〜MAC22の各々は、次の二つの特徴を有する。第一の特徴は、アノードドライバ群ANDBKとセル選択ゲートドライバ群MCGDBKおよびセルチェイン選択ドライバ群CSDBKとが、メモリアレーMAを挟んで向かい合って配置されている点にある。このように、各種駆動回路をメモリアレーMAの周囲に分散配置することによって、アノードドライバ群ANDBK上から、セル選択ゲート線群MSGL0〜MSGLmやセルチェイン選択線CSL0〜CSLmが除かれる。したがって、メモリアレー上を通過する電源配線とアノードドライバ群ANDBKとを繋ぐコンタクトを、局所的に複数、形成することが容易になり、電流源となるアノードドライバ群ANDBKにおける配線抵抗による電圧降下を抑制することが可能となって、選択したメモリセルに所望の電圧を印加することができる。すなわち、メモリアレー駆動回路の動作安定性を向上することができる。 Each of the memory array drive circuits MAC00 to MAC22 has the following two characteristics. The first feature is that the anode driver group ANDBK, the cell selection gate driver group MCGDBK, and the cell chain selection driver group CSDBK are arranged facing each other across the memory array MA. As described above, by disposing various drive circuits around the memory array MA, the cell selection gate line groups MSGL0 to MSGLm and the cell chain selection lines CSL0 to CSLm are removed from the anode driver group ANDBK. Therefore, it is easy to locally form a plurality of contacts connecting the power supply wiring passing over the memory array and the anode driver group ANDBK, and a voltage drop due to wiring resistance in the anode driver group ANDBK serving as a current source is suppressed. This makes it possible to apply a desired voltage to the selected memory cell. That is, the operational stability of the memory array driving circuit can be improved.
その一例として、図47に、アノードドライバのレイアウト例を示す。同図では、特に、アノード線ANL0〜ANL7を駆動するアノードドライバAND0〜AND7を構成するPMOSトランジスタ部分が示されている。700〜707は、アノード線ANL0〜ANL7となる金属配線パターンである。710〜713は、シリコン基板上に形成されるPMOSトランジスタのソース電極およびドレイン電極となるP型拡散層領域である。720〜727は、アノード線ANL0〜ANL7とPMOSトランジスタとを接続するための第一のX系コンタクトCNTX1である。また、730と731は、図では省略されている電源配線と図4に示した配線層M1で形成された局部配線740とを繋ぐスルーホールである。更に、750〜753は、局部配線740とP型拡散層領域710〜713とを接続するための第二のX系コンタクトCNTX2である。なお、同図では、説明を簡単にするために、トランジスタのゲート電極パターンを省略しているが、アノード線ANL0〜ANL7を駆動するためのトランジスタが、第一のX系コンタクトCNTX1と第二のX系コンタクトCNTX2との間に形成される。このような規則性のあるレイアウトによって、メモリチップの面積を抑制しながら、効率良くコンタクトを形成することが可能となる。
As an example, FIG. 47 shows a layout example of the anode driver. In the figure, in particular, the PMOS transistor portions constituting the anode drivers AND0 to AND7 for driving the anode lines ANL0 to ANL7 are shown.
第二の特徴は、セル選択ゲートドライバ群MCGDBKが、メモリアレーMAとセルチェイン選択ドライバ群CSDBKとの間に配置されている点にある。これは、各信号線と対応するドライバとを結ぶコンタクトは、下層の信号線のコンタクトがメモリアレーに最も近い位置に形成され、上層の信号線のコンタクトはメモリアレーから離れた位置に形成される制約に基づいた配置である。 The second feature is that the cell selection gate driver group MCGDBK is arranged between the memory array MA and the cell chain selection driver group CSDBK. This is because the contact between each signal line and the corresponding driver is formed at a position where the contact of the lower signal line is closest to the memory array, and the contact of the upper signal line is formed at a position away from the memory array. Arrangement based on constraints.
なお、各種駆動回路の分散配置の別の方法としては、図48に示すように、アノードドライバ群ANDBKおよびセル選択ゲートドライバ群MCGDBKとセルチェイン選択ドライバ群CSDBKとが、メモリアレーMAを挟んで向かい合って配置された方法もあり得る。また、図49に示すように、アノードドライバ群ANDBKおよびセルチェイン選択ドライバ群CSDBKとセル選択ゲートドライバ群MCGDBKとが、メモリアレーMAを挟んで向かい合って配置された方法もあり得る。これらの配置方法の場合は、隣り合うメモリアレー駆動回路にて、セル選択ゲートドライバ群MCGDBKを向かい合わせに配置することが可能である。特に独立型のセル選択ゲート線構造をなす、配線型式18、26、27において、多数のデコード信号を該ドライバに繋ぐコンタクトを効率良く配置するのに好適である。 As another method of distributed arrangement of various drive circuits, as shown in FIG. 48, the anode driver group ANDBK, the cell selection gate driver group MCGDBK, and the cell chain selection driver group CSDBK face each other across the memory array MA. There may also be a method arranged in a way. Further, as shown in FIG. 49, there may be a method in which the anode driver group ANDBK, the cell chain selection driver group CSDBK, and the cell selection gate driver group MCGDBK are arranged to face each other across the memory array MA. In the case of these arrangement methods, it is possible to arrange the cell selection gate driver group MCGDBK face to face in adjacent memory array drive circuits. In particular, in the wiring types 18, 26, and 27 having an independent cell selection gate line structure, it is suitable for efficiently arranging contacts that connect a large number of decode signals to the driver.
また、図50に示すように、メモリアレーMAの外側に向かって、アノードドライバ群ANDBK、セル選択ゲートドライバ群MCGDBK、セルチェイン選択ドライバ群CSDBKの順に配置することも可能である。このような配置方法の場合は、隣り合うメモリアレー駆動回路にて、メモリアレーMAを向かい合わせに配置することが可能である。メモリアレーが分断されることがないので、この部分のメモリブロックの形状(ここでは、セルチェインおよびポリシリコンダイオード)を均一に形成することができて、動作信頼度の高いメモリチップを実現することができる。
As shown in FIG. 50, the anode driver group ANDBK, the cell selection gate driver group MCGDBK, and the cell chain selection driver group CSDBK can be arranged in this order toward the outside of the memory array MA. In the case of such an arrangement method, it is possible to arrange the memory arrays MA facing each other in adjacent memory array driving circuits. Since the memory array is not divided, the shape of the memory block in this portion (here, the cell chain and the polysilicon diode) can be formed uniformly, and a memory chip with high operational reliability can be realized. Can do.
図51は、本発明による半導体装置における、メモリアレーMAを用いたメモリモジュールの構成例を示す図である。図51の相変化メモリモジュールPCMMDLは、相変化メモリPCM、外付けのランダム・アクセス・メモリRAM1、コントローラブロックCTLRBLKで構成される。相変化メモリPCMは,本発明の基となったメモリアレーMAで構成された大容量不揮発メモリチップである。外付けのランダム・アクセス・メモリRAM1は、SRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)またはDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)である。コントローラブロックCTLRBLKは、マイクロ・プロセッサ・ユニットMPU、ランダム・アクセス・メモリRAM0、読出し専用メモリ(リード・オンリー・メモリ)ROM、相変化メモリインタフェイスPCMIF、ホスト機器インタフェイスHOSTIFで構成される。 FIG. 51 is a diagram showing a configuration example of a memory module using the memory array MA in the semiconductor device according to the present invention. The phase change memory module PCMMDL shown in FIG. 51 includes a phase change memory PCM, an external random access memory RAM1, and a controller block CTLRBLK. The phase change memory PCM is a large-capacity nonvolatile memory chip composed of the memory array MA on which the present invention is based. The external random access memory RAM1 is an SRAM (Static Random Access Memory) or a DRAM (Dynamic Random Access Memory). The controller block CTLRBLK includes a microprocessor unit MPU, a random access memory RAM0, a read only memory (read only memory) ROM, a phase change memory interface PCMIF, and a host device interface HOSTIF.
ランダム・アクセス・メモリRAM0は、SRAMまたはDRAMである。外付けのランダム・アクセス・メモリRAM1やランダム・アクセス・メモリRAM0は、相変化メモリPCMから読出した記憶情報や、相変化メモリPCMへ新たに書き込む情報を一時的に保持する。Wear levelingや誤り訂正などを行うプログラムは、読出し専用メモリROMに記憶される。マイクロ・プロセッサ・ユニットMPUは、このプログラムを読み出して、Wear levelingを実行する。コントローラブロックCTLRBLKの各ユニットは、相変化メモリインタフェイスPCMIFから相変化メモリ信号群PCMSIGを介して相変化メモリPCMと接続される。また、RAM信号群RAMSIGを介して外付けのランダム・アクセス・メモリRAM1と接続される。さらに、ホスト機器インタフェイスHOSTIFからホスト機器信号群HOSTSIGを介してホスト機器HOSTと接続される。 The random access memory RAM0 is SRAM or DRAM. The external random access memory RAM1 and the random access memory RAM0 temporarily store storage information read from the phase change memory PCM and information to be newly written to the phase change memory PCM. A program for performing wear leveling and error correction is stored in a read-only memory ROM. The microprocessor unit MPU reads this program and executes Wear leveling. Each unit of the controller block CTLBLK is connected to the phase change memory PCM from the phase change memory interface PCMIF via the phase change memory signal group PCMSIG. Further, it is connected to an external random access memory RAM1 via a RAM signal group RAMSIG. Further, the host device interface HOSTIF is connected to the host device HOST via the host device signal group HOSTSIG.
図52は、本発明による別の相変化メモリモジュールPCMMDL1の構成例を示している。この構成の特徴は、図51に示したホスト機器HOSTとコントローラブロックCTLBLKが同一チップのコントローラCTLRに集積化された点にある。 FIG. 52 shows a configuration example of another phase change memory module PCMMDL1 according to the present invention. The feature of this configuration is that the host device HOST and the controller block CTLBLK shown in FIG. 51 are integrated in the controller CTLR of the same chip.
コントローラCTLRは、より具体的にはマイクロ・プロセッサ・ユニットMPU1、内蔵ランダム・アクセス・メモリRAM2、内蔵読出し専用メモリ(リード・オンリー・メモリ)ROM1、内蔵相変化メモリインタフェイスPCMIF1、内蔵ホスト機器インタフェイスHOSTIF1に加えて、特定用途の集積回路SPICとで構成される。この特定用途の集積回路SPICの数は一つに限定されず、用途に応じて機能の異なる回路を複数個搭載しても良い。このような構成により、デバイス点数を削減することが可能となり、相変化メモリPCMを用いたシステムのコストを抑制することができる。また、コントローラCTLR、相変化メモリPCM、外付けランダム・アクセス・メモリRAM1を一つのパッケージに封入すれば、より実装面積を削減することが可能となり、よりシステムのコストを抑制することができる。 More specifically, the controller CTLR includes a microprocessor unit MPU1, a built-in random access memory RAM2, a built-in read-only memory (read-only memory) ROM1, a built-in phase change memory interface PCMIF1, and a built-in host device interface. In addition to HOSTIF1, it is composed of an integrated circuit SPIC for specific use. The number of integrated circuits SPIC for a specific application is not limited to one, and a plurality of circuits having different functions may be mounted depending on the application. With this configuration, the number of devices can be reduced, and the cost of the system using the phase change memory PCM can be suppressed. Further, if the controller CTLR, the phase change memory PCM, and the external random access memory RAM1 are enclosed in one package, the mounting area can be further reduced and the system cost can be further suppressed.
図53は、本発明による相変化メモリを用いた応用機器の例として,携帯型音楽再生機器の構成例を示している。この機器は、マイクロ・プロセッサ・ユニットMPU、音声コーデックACD、読出し専用メモリ(Read only memory)ROM、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリDRAM、コントローラCTRL、相変化メモリPCM、液晶パネルLCPNL、ドライバ集積回路DRVIC、タッチ・センサTCHSNSR、DC−DCコンバータDCDCC、電源制御用集積回路VCTL、リチウム・イオン二次電池BTLY、ユニバーサル・シリアル・バス端子USB、ヘッドホン端子HDPHNで構成される。このような構成において、本発明による相変化メモリを用いることにより、大量の情報を処理することが可能となる。 FIG. 53 shows a configuration example of a portable music playback device as an example of an application device using the phase change memory according to the present invention. This equipment includes a microprocessor unit MPU, audio codec ACD, read only memory ROM, dynamic random access memory DRAM, controller CTRL, phase change memory PCM, liquid crystal panel LCPNL, driver integrated circuit DRVIC , A touch sensor TCHSNSR, a DC-DC converter DCDCC, a power control integrated circuit VCTL, a lithium ion secondary battery BTLY, a universal serial bus terminal USB, and a headphone terminal HDPHN. In such a configuration, a large amount of information can be processed by using the phase change memory according to the present invention.
図54は、図51〜図52に示した相変化メモリモジュールを一つのチップに集積化した場合の相変化メモリPCM1の構成例を説明する。このチップは、本発明の基となったメモリアレーMAを複数個要する相変化メモリアレーPCMARY、内蔵ランダム・アクセス・メモリRAM3、レジスタREG、内蔵ホスト機器インタフェイスHOSTIF2、ステートマシーンSM、誤り訂正&wearleveling論理回路EWL、マイクロ・プロセッサ・ユニットMPU2で構成される。MA、SM、EWL、MPU2、RAM3、REGの各々は、入出力線群IOBUSで接続される。なお、MPU2は、データ信号群DTBUS及びコマンド信号群CMDBUSにも接続されており、外部機器との間で記憶情報やコマンドの授受も行う。
FIG. 54 illustrates a configuration example of the phase change memory PCM1 when the phase change memory modules shown in FIGS. 51 to 52 are integrated on one chip. This chip includes a phase change memory array PCMARY that requires a plurality of memory arrays MA on which the present invention is based, a built-in random access memory RAM3, a register REG, a built-in host device interface HOSTIF2, a state machine SM, error correction and wearleveling logic. The circuit EWL is composed of a microprocessor unit MPU2. Each of MA, SM, EWL, MPU2, RAM3, and REG is connected by an input / output line group IOBUS. The
相変化メモリアレーPCMARYは、不良ビット情報やアドレスなどを管理するテーブルの他に、メモリセルの書換え回数を平準化する処理に関する実行プログラムが記憶されている。内蔵ランダム・アクセス・メモリRAM3は、例えばスタティック・ランダム・アクセス・メモリである。この内蔵ランダム・アクセス・メモリRAM3には、相変化メモリアレーPCMARYから読出した記憶情報や、相変化メモリアレーPCMARYへ新たに書き込む情報が、一時的に保持される。レジスタREGは、アドレスやコマンドなどを一時記憶する。内蔵ランダム・アクセス・メモリRAM3は、データ信号群DTBUSから内蔵ホスト機器インタフェイスHOSTIF2を介して外部ホスト機器との間で記憶情報の授受を行う。レジスタREGは、コマンド信号群CMDBUSから内蔵ホスト機器インタフェイスHOSTIF2を介して外部ホスト機器との間でアドレスやコマンドなどの授受を行う。
The phase change memory array PCMARY stores, in addition to a table for managing defective bit information, addresses, and the like, an execution program related to a process for leveling the number of rewrites of memory cells. The built-in random access memory RAM3 is, for example, a static random access memory. The built-in random
ステートマシーンSMは、外部ホスト機器から受信したコマンドに従い、相変化メモリPCM1の動作を調停する。また、誤り訂正&wearleveling論理回路EWLは、誤り訂正処理の加えて、wear leveling処理のうちの主に入れ替え処理を専門に行う。マイクロ・プロセッサ・ユニットMPU2は主に、相変化メモリアレーPCMARYに格納された前述の実行プログラムを実行し、適宜EWLを用いながらwear levelingを行う。 The state machine SM arbitrates the operation of the phase change memory PCM1 according to the command received from the external host device. Further, the error correction & wear leveling logic circuit EWL specializes mainly in the replacement process in the wear leveling process in addition to the error correction process. The microprocessor unit MPU2 mainly executes the aforementioned execution program stored in the phase change memory array PCMARY, and performs wear leveling using EWL as appropriate.
このような構成を用いることで、チップ点数を削減でき、前述のwear levelingを適用した高信頼な大容量相変化メモリPCM1を用いたシステムを安価に実現することができる。また、誤り訂正処理やwear leveling処理を同一チップ内で実行することにより、チップ外部のデバイスとの読み書き動作を省略することが可能となり、処理時間の短縮を実現することができる。 By using such a configuration, the number of chips can be reduced, and a system using the highly reliable large-capacity phase change memory PCM1 to which the wear leveling described above is applied can be realized at low cost. In addition, by executing error correction processing and wear leveling processing within the same chip, it is possible to omit read / write operations with devices outside the chip, thereby realizing reduction in processing time.
なお、本発明は、記憶素子にカルコゲナイド材料を用いた相変化メモリを前提に説明したが、記憶素子の材料は限定されず、相変化メモリに限らず、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリや抵抗性メモリなど、電流を素子に流すことにより電気的特性が変化する様々な半導体メモリに適用することも可能である。 Although the present invention has been described on the assumption of a phase change memory using a chalcogenide material for the memory element, the material of the memory element is not limited and is not limited to the phase change memory, but a magnetoresistive random access memory or a resistive element. The present invention can also be applied to various semiconductor memories whose electrical characteristics are changed by passing a current through the element, such as a memory.
また、本発明は、ゲート動作を行なうゲートポリシリコン層およびソース・ドレイン経路になるチャネルポリシリコン層8p等にポリシリコンを用いたことを前提に説明したが、ゲートポリシリコン層およびチャネルポリシリコン層の材料は限定されず、ゲート動作を行なうことのできる半導体材料を適用することによって本発明が実現できるようになる。
The present invention has been described on the premise that polysilicon is used for a gate polysilicon layer for performing a gate operation and a
更には、本明細書では、説明を分かり易くするため、金属配線層2で形成された配線をアノード線、金属配線層3で形成された配線をビット線という表現を用いたが、両者は、一つの縦型チェインメモリを選択するために用いられる選択線である。従って、配線の役割を入れ換えても良い。この際は、金属配線層2で形成された配線にセンスアンプ等の読み出し回路が接続される。
Further, in this specification, for the sake of easy understanding, the wiring formed by the
更に別の例としては、特許文献1にて、メモリセルを積み重ねた相変化メモリ装置が示されていたように、本発明によるメモリブロックを多数積み重ねた構造の相変化メモリ装置にも適用することが可能である。
As another example, as disclosed in
MA メモリアレー、
MB00〜MB(m−1)(n−1) メモリブロック、
CCE、CCO セルチェイン、
BL0〜BL(n−1) ビット線、
ANL0〜ANL(m−1) アノード線、
CGL0k〜CGL(m−1)k、k=0〜3 セル選択ゲート線、
MCGL0〜MCGL(m−1) セル選択ゲート線群、
CSL0〜CSL(m−1)、k=0〜3 セルチェイン選択線、
CDL 共通データ線、
MCk(k=0〜3) メモリセル、
TG 伝達ゲート(MOSトランジスタ)、
STD 記憶素子、
CCG セルチェイン選択ゲート、
PD ポリシリコンダイオード、
SA センスアンプ、
WC 書換え回路、
ANDBK アノードライバ群、
MCGDBK セル選択ゲートドライバ群、
CSDBK セルチェイン選択ドライバ群、
BSLC ビット線選択回路、
USBVS 非選択ビット線電圧給電回路、
SD0、SD10、SD11 選択素子、
2、3 金属配線層、
4a p型不純物がドープされたアモルファスシリコン層、
5a 低濃度の不純物がドープされたアモルファスシリコン層、
6a n型不純物がドープされたアモルファスシリコン層、
4p p型不純物がドープされたポリシリコン層、
5p 低濃度の不純物がドープされたポリシリコン層、
6p n型不純物がドープされたポリシリコン層、
7 相変化材料層、
8a アモルファスシリコン層、
8p チャネルポリシリコン層、
9 ゲート絶縁膜、
10 拡散防止膜、
11、12、13、14、15 絶縁膜、
21p、22p、23p、24p ポリシリコン層、
31、32、33 絶縁膜、
38p n型不純物がドープされたポリシリコン層、
61p ポリシリコン層、
71 絶縁膜、
91、92 絶縁膜、
STI 素子分離溝、
GATE トランジスタのゲート、
GOX ゲート絶縁膜、
DIF 拡散層、
ILD1、ILD2、ILD3、ILD4、ILD5 層間絶縁膜、
M1、M2 配線層、
C1、C2、BLC コンタクト孔、
CBL0、CBL1 櫛型配線、
CML 共通配線、
700〜707 アノード線となる金属配線パターン、
710〜713 P型拡散層領域、
720〜727 第一のX系コンタクトCNTX1、
730、731 スルーホール、
750〜753 第二のX系コンタクトCNTX2、
PCM,PCM1 相変化メモリ、
PCMARY 相変化メモリアレー、
PCMMDL,PCMMDL1 相変化メモリモジュール、
CTLRBLK コントローラブロック、
CTLR コントローラ、
MPU,MPU1,MPU2 マイクロ・プロセッサ・ユニット、
RAM0 ランダム・アクセス・メモリ、
RAM1 外付けのランダム・アクセス・メモリ、
RAM2,RAM3 内蔵ランダム・アクセス・メモリ、
ROM 読出し専用メモリ(リード・オンリー・メモリ)、
ROM1 内蔵読出し専用メモリ(リード・オンリー・メモリ)、
PCMIF 相変化メモリインタフェイス、
HOSTIF ホスト機器インタフェイス、
HOSTIF1,HOSTIF2 内蔵ホスト機器インタフェイス、
PCMIF1 内蔵相変化メモリインタフェイス、
PCMSIG 相変化メモリ信号群、
RAMSIG RAM信号群、
HOSTSIG ホスト機器信号群、
SPIC 特定用途の集積回路、
ACD 音声コーデック、
DRAM ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ、
LCPNL 液晶パネル、
DRVIC ドライバ集積回路、
TCHSNSR タッチ・センサ、
DCDCC DC−DCコンバータ、
VCTL 電源制御用集積回路、
BTLY リチウム・イオン二次電池、
USB ユニバーサル・シリアル・バス端子、
HDPHN ヘッドホン端子、
PCMARY 相変化メモリアレー、
REG レジスタ、
SM ステートマシーン、
EWL 誤り訂正およびwearleveling論理回路、
IOBUS 入出力線群。MA memory array,
MB00 to MB (m−1) (n−1) memory block,
CCE, CCO cell chain,
BL0 to BL (n-1) bit lines,
ANL0 to ANL (m-1) anode wire,
CGL0k to CGL (m−1) k, k = 0 to 3 cell selection gate line,
MCGL0 to MCGL (m-1) cell selection gate line group,
CSL0 to CSL (m−1), k = 0 to 3 cell chain selection line,
CDL common data line,
MCk (k = 0-3) memory cell,
TG transmission gate (MOS transistor),
STD storage element,
CCG cell chain selection gate,
PD polysilicon diode,
SA sense amplifier,
WC rewrite circuit,
ANDBK Ano drivers,
MCGDBK cell selection gate driver group,
CSDBK cell chain selection driver group,
BSLC bit line selection circuit,
USBVS unselected bit line voltage power supply circuit,
SD0, SD10, SD11 selection element,
A few metal wiring layers,
4a amorphous silicon layer doped with p-type impurities,
5a an amorphous silicon layer doped with a low concentration of impurities,
6a an amorphous silicon layer doped with n-type impurities,
A polysilicon layer doped with 4p p-type impurities;
5p polysilicon layer doped with low concentration impurities,
A polysilicon layer doped with 6pn type impurities;
7 Phase change material layer,
8a Amorphous silicon layer,
8p channel polysilicon layer,
9 Gate insulation film,
10 Diffusion prevention film,
11, 12, 13, 14, 15 insulating film,
21p, 22p, 23p, 24p polysilicon layer,
31, 32, 33 insulating film,
A polysilicon layer doped with 38pn type impurities;
61p polysilicon layer,
71 insulating film,
91, 92 insulating film,
STI element isolation groove,
The gate of the GATE transistor,
GOX gate insulating film,
DIF diffusion layer,
ILD1, ILD2, ILD3, ILD4, ILD5 interlayer insulating film,
M1, M2 wiring layer,
C1, C2, BLC contact hole,
CBL0, CBL1 comb wiring,
CML common wiring,
700 to 707 A metal wiring pattern to be an anode line,
710-713 P-type diffusion layer region,
720-727 first X-type contact CNTX1,
730, 731 through hole,
750 to 753 Second X-type contact CNTX2,
PCM, PCM1 phase change memory,
PCMARY phase change memory array,
PCMMDL, PCMMDL1 phase change memory module,
CTRBLK controller block,
CTLR controller,
MPU, MPU1, MPU2 Microprocessor unit,
RAM0 random access memory,
RAM1 external random access memory,
RAM2, RAM3 built-in random access memory,
ROM read only memory (read only memory),
ROM1 built-in read-only memory (read-only memory),
PCMIF phase change memory interface,
HOSTIF host device interface,
HOSTIF1, HOSTIF2 built-in host device interface,
PCMIF1 built-in phase change memory interface,
PCMSIG phase change memory signal group,
RAMSIG RAM signal group,
HOSTSIG host device signal group,
SPIC special purpose integrated circuit,
ACD audio codec,
DRAM dynamic random access memory,
LCPNL LCD panel,
DRVIC driver integrated circuit,
TCHSNSR touch sensor,
DCDCC DC-DC converter,
VCTL power control integrated circuit,
BTLY lithium ion secondary battery,
USB universal serial bus terminal,
HDPHN headphone jack,
PCMARY phase change memory array,
REG register,
SM state machine,
EWL error correction and wearleveling logic,
IOBUS I / O line group.
Claims (15)
前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、
前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、
前記複数の第1メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、
前記複数の第2メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、
前記複数の第2トランジスタのうちx個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(x+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(xは自然数)、
前記複数の第1配線に駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、
前記複数の第3配線に駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、
前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、
前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、
前記複数の第1配線のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、
前記複数の第3配線のそれぞれに、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of first wires extending in a first direction;
A plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction;
A plurality of first diodes connected to the plurality of first wirings;
A plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of first transistors having source-drain paths provided between the plurality of first memory cells and the plurality of second wirings;
A plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of second transistors having source-drain paths provided between the plurality of second memory cells and the plurality of second wirings;
A plurality of third wirings connected to an x th gate of the plurality of second transistors and a (x + 1) th gate of the plurality of first transistors (x is a natural number);
A plurality of first drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of first wirings;
A plurality of second drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of third wirings,
Each of the plurality of first memory cells includes a third transistor having a source-drain path provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source-drain path of the third transistor. A first storage element connected in parallel to which the storage information is written by current,
Each of the plurality of second memory cells includes a fourth transistor whose source-drain path is provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source-drain path of the fourth transistor. A second storage element connected in parallel to which the storage information is written by current,
Different drive circuits among the plurality of first drive circuits are connected to each of the plurality of first wirings,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of second drive circuits are connected to each of the plurality of third wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のそれぞれに、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to each of the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち奇数本目と偶数本目に、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
Of the plurality of fourth wires, odd-numbered wires are short-circuited with each other,
Even numbers of the plurality of fourth wires are short-circuited to each other,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to odd and even lines among the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続され、その全てが互いに短絡される複数の第4配線と、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有することを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to the respective gates of the plurality of third transistors, all of which are short-circuited to each other;
And a third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第1駆動回路と、前記複数の第2駆動回路および第3駆動回路とは、前記複数の第1メモリセルおよび前記複数の第2メモリセルを基準として、互いに向かい合う位置に配置されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
The plurality of first drive circuits and the plurality of second drive circuits and the third drive circuit are disposed at positions facing each other with the plurality of first memory cells and the plurality of second memory cells as a reference. A semiconductor memory device.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第2駆動回路と、前記複数の第1駆動回路および第3駆動回路とは、前記複数の第1メモリセルおよび前記複数の第2メモリセルを基準として、互いに向かい合う位置に配置されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
The plurality of second drive circuits, and the plurality of first drive circuits and the third drive circuit are disposed at positions facing each other with the plurality of first memory cells and the plurality of second memory cells as a reference. A semiconductor memory device.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第1駆動回路、前記複数の第2駆動回路、および前記第3駆動回路は、前記複数の第1メモリセルおよび前記複数の第2メモリセルを基準として、同じ向きに配置されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 1,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
The plurality of first drive circuits, the plurality of second drive circuits, and the third drive circuit are arranged in the same direction with respect to the plurality of first memory cells and the plurality of second memory cells. A semiconductor memory device.
前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、
前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、
前記複数の第1メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、
前記複数の第2メモリセルと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、
前記複数の第2トランジスタのうちx個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(x+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(xは自然数)、
前記複数の第1配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、
前記複数の第3配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、
前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、
前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に接続され電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、
前記複数の第1配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第1配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第1配線のうち奇数本目と偶数本目のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、
前記複数の第3配線のそれぞれに、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of first wires extending in a first direction;
A plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction;
A plurality of first diodes connected to the plurality of first wirings;
A plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of first transistors having source-drain paths provided between the plurality of first memory cells and the plurality of second wirings;
A plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of second transistors having source-drain paths provided between the plurality of second memory cells and the plurality of second wirings;
A plurality of third wirings connected to an x th gate of the plurality of second transistors and a (x + 1) th gate of the plurality of first transistors (x is a natural number);
A plurality of first drive circuits for supplying a drive voltage to each of the plurality of first wirings;
A plurality of second drive circuits for supplying a drive voltage to each of the plurality of third wirings,
Each of the plurality of first memory cells includes a third transistor having a source-drain path provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source-drain path of the third transistor. A first storage element connected in parallel to which the storage information is written by current,
Each of the plurality of second memory cells includes a fourth transistor whose source-drain path is provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source-drain path of the fourth transistor. A second storage element connected in parallel to which the storage information is written by current,
An odd number of the plurality of first wires is short-circuited with each other,
Even numbers among the plurality of first wires are short-circuited to each other,
Different drive circuits among the plurality of first drive circuits are connected to the odd-numbered and even-numbered ones of the plurality of first wirings,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of second drive circuits are connected to each of the plurality of third wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のそれぞれに、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 8,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to each of the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち奇数本目と偶数本目に、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 8,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
Of the plurality of fourth wires, odd-numbered wires are short-circuited with each other,
Even numbers of the plurality of fourth wires are short-circuited to each other,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to odd and even lines among the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続され、その全てが互いに短絡される複数の第4配線と、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有することを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 8,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to the respective gates of the plurality of third transistors, all of which are short-circuited to each other;
And a third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings.
前記第1の方向とは異なる第2の方向に延伸する複数の第2配線と、
前記複数の第1配線に接続される複数の第1ダイオードと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第1メモリセルと、
前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第1トランジスタと、
前記複数の第1ダイオードに直列に接続される複数の第2メモリセルと、
前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間にそのソース―ドレイン経路が設けられる複数の第2トランジスタと、
前記複数の第2トランジスタのうちm個目のゲート、および、前記複数の第1トランジスタのうち(m+1)個目のゲートに接続される複数の第3配線と(mは自然数)、
前記複数の第1配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第1駆動回路と、
前記複数の第3配線のそれぞれに駆動電圧を供給する複数の第2駆動回路と、を有し、
前記複数の第1メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に直列に設けられる第3トランジスタと、前記第3トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に設けられ電流によって記憶情報が書き込まれる第1記憶素子と、を有し、
前記複数の第2メモリセルのそれぞれは、そのソース―ドレイン経路が前記複数の第1ダイオードと前記複数の第2配線の間に直列に設けられる第4トランジスタと、前記第4トランジスタの前記ソース―ドレイン経路に並列に設けられ電流によって記憶情報が書き込まれる第2記憶素子と、を有し、
前記複数の第1配線のそれぞれに、前記複数の第1駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続され、
前記複数の第3配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第3配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第3配線のうち奇数本目と偶数本目に、前記複数の第2駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of first wires extending in a first direction;
A plurality of second wirings extending in a second direction different from the first direction;
A plurality of first diodes connected to the plurality of first wirings;
A plurality of first memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of first transistors provided with source-drain paths between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings;
A plurality of second memory cells connected in series to the plurality of first diodes;
A plurality of second transistors whose source-drain paths are provided between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings;
A plurality of third wirings connected to the mth gate of the plurality of second transistors and the (m + 1) th gate of the plurality of first transistors (m is a natural number);
A plurality of first drive circuits for supplying a drive voltage to each of the plurality of first wirings;
A plurality of second drive circuits for supplying a drive voltage to each of the plurality of third wirings,
Each of the plurality of first memory cells includes a third transistor whose source-drain path is provided in series between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source of the third transistor— A first storage element that is provided in parallel to the drain path and in which stored information is written by current,
Each of the plurality of second memory cells includes a fourth transistor having a source-drain path provided in series between the plurality of first diodes and the plurality of second wirings, and the source of the fourth transistor A second storage element that is provided in parallel to the drain path and in which stored information is written by current.
Different drive circuits among the plurality of first drive circuits are connected to each of the plurality of first wirings,
An odd number of the plurality of third wirings are short-circuited to each other,
Even numbers of the plurality of third wirings are short-circuited to each other,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of second drive circuits are connected to odd and even lines among the plurality of third wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のそれぞれに、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 12,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to each of the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続される複数の第4配線と(yは自然数)、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する複数の第3駆動回路と、をさらに有し、
前記複数の第4配線のうち奇数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち偶数本目は、互いに短絡され、
前記複数の第4配線のうち奇数本目と偶数本目に、前記複数の第3駆動回路のうち互いに異なる駆動回路が接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 12,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to respective gates of the plurality of third transistors (y is a natural number);
A plurality of third drive circuits for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings;
Of the plurality of fourth wires, odd-numbered wires are short-circuited with each other,
Even numbers of the plurality of fourth wires are short-circuited to each other,
2. A semiconductor memory device, wherein different drive circuits among the plurality of third drive circuits are connected to odd and even lines among the plurality of fourth wirings.
前記複数の第1ダイオードのうちy個目のものに接続される前記複数の第4トランジスタのそれぞれのゲート、および、前記複数の第1ダイオードのうち(y+1)個目のものに接続される前記複数の第3トランジスタのそれぞれのゲートに接続され、その全てが互いに短絡される複数の第4配線と、
前記複数の第4配線に駆動電圧を供給する第3駆動回路と、をさらに有することを特徴とする半導体記憶装置。 In claim 12,
The gates of the plurality of fourth transistors connected to the yth one of the plurality of first diodes and the gate connected to the (y + 1) th one of the plurality of first diodes. A plurality of fourth wirings connected to the respective gates of the plurality of third transistors, all of which are short-circuited to each other;
And a third drive circuit for supplying a drive voltage to the plurality of fourth wirings.
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