JP4410095B2 - Semiconductor memory - Google Patents

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Description

本発明は、記憶素子と選択素子とからなるセルユニットを有する半導体メモリに関し、特に、磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM: magnetic random access memory)、相変化メモリ(OUM: ovonic unified memory)、強誘電体メモリ(FeRAM: ferroelectric random access memory)などの新たな原理による不揮発性メモリに使用される。   The present invention relates to a semiconductor memory having a cell unit composed of a storage element and a selection element, and in particular, a magnetic random access memory (MRAM), a phase change memory (OUM), a ferroelectric memory. Used for non-volatile memory based on new principles such as (FeRAM: ferroelectric random access memory).

近年、磁気抵抗効果を利用する磁気ランダムアクセスメモリ、相転移による抵抗変化を利用するPRAM(別名OUM)、強誘電体の自発分極を利用する強誘電体メモリなどの新たな原理による不揮発性メモリが多く提案されている。   In recent years, non-volatile memories based on new principles such as a magnetic random access memory that uses the magnetoresistive effect, a PRAM that uses a resistance change due to phase transition (also known as OUM), and a ferroelectric memory that uses the spontaneous polarization of a ferroelectric have been developed. Many have been proposed.

例えば、磁気ランダムアクセスメモリでは、2つの強磁性層と、これらの間の絶縁層(トンネルバリア)とからなる磁気抵抗効果(MR: magneto-resistive)素子を記憶素子とし、2つの強磁性層の磁化の向きによりデータを記憶する。2つの強磁性層の磁化の向きが同じである場合を平行状態(低抵抗状態)とし、これを“0”に対応させ、一方、逆である場合を反平行状態(高抵抗状態)とし、これを“1”に対応させる。   For example, in a magnetic random access memory, a magneto-resistive (MR) element composed of two ferromagnetic layers and an insulating layer (tunnel barrier) between them is used as a memory element, and two ferromagnetic layers are formed. Data is stored according to the direction of magnetization. The case where the magnetization directions of the two ferromagnetic layers are the same is defined as a parallel state (low resistance state), which corresponds to “0”, while the opposite case is defined as an antiparallel state (high resistance state). This is made to correspond to “1”.

また、相変化メモリでは、記憶素子として、例えば、カルコゲナイド半導体を用いる。カルコゲナイド半導体は、結晶質と非晶質という2つの状態間で相転移が可能であるため、両状態の抵抗値が異なることを利用すれば、データ“0”,“1”を記憶することが可能となる。   In the phase change memory, for example, a chalcogenide semiconductor is used as a storage element. Since the chalcogenide semiconductor is capable of phase transition between two states, crystalline and amorphous, data “0” and “1” can be stored using the fact that the resistance values of both states are different. It becomes possible.

これらのメモリは、いずれも、大容量化(小面積化)、高速化、高S/N比化、低消費電力化、という共通の開発課題を持っている。   All of these memories have common development issues such as large capacity (small area), high speed, high S / N ratio, and low power consumption.

まず、大容量化(小面積化)という課題からのアプローチとして、クロスポイント型セルアレイ構造が検討されている。この構造によれば、ワード線とビット線との交点に、選択素子を介さずに記憶素子を配置することで、記憶素子の微細化により大容量化を実現できる。   First, as an approach from the problem of increasing capacity (reducing area), a cross-point cell array structure has been studied. According to this structure, it is possible to realize a large capacity by miniaturizing the memory element by arranging the memory element at the intersection of the word line and the bit line without using the selection element.

しかし、この場合、仮に、記憶素子の微細化により大容量化を実現できたとしても、読み出し時に、本来の電流パスに加えて、スニークパス(sneak path)という余分な電流パスが発生し、これがノイズとなり、センス性能の低下という新たな問題を生じさせる。   However, in this case, even if the storage capacity can be increased by miniaturizing the storage element, an extra current path called a sneak path is generated in addition to the original current path during reading. It becomes noise and causes a new problem of a decrease in sense performance.

ところで、スニークパスによるノイズを減らす技術としては、読み出し動作中に、非選択ワード線及び非選択ビット線にそれぞれバイアス電圧Vgを与える、という提案がなされているが、それでも、スニークパスが完全になくなるわけではなく、また、読み出し時間については、選択素子を持つセルアレイ構造に比べて2桁程度長くなる(例えば、特許文献1,2参照)。   By the way, as a technique for reducing noise due to a sneak path, a proposal has been made to apply a bias voltage Vg to each of an unselected word line and an unselected bit line during a read operation. However, the sneak path is still completely eliminated. However, the read time is about two orders of magnitude longer than that of a cell array structure having a selection element (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このように、大容量化に最も有利なクロスポイント型セルアレイ構造では、高速化及び高S/N比化の課題を解消することができない。   As described above, the cross-point type cell array structure that is most advantageous for increasing the capacity cannot solve the problems of high speed and high S / N ratio.

そこで、高速化及び高S/N比化という課題からのアプローチとして採用されるのが、1つの記憶素子に1つの選択素子(例えば、MOSトランジスタ)を接続させるセルアレイ構造である。この構造によれば、読み出し選択性を向上させることができるため、高速化及び高S/N比化を実現できる。   Therefore, a cell array structure in which one selection element (for example, a MOS transistor) is connected to one storage element is adopted as an approach from the problem of speeding up and high S / N ratio. According to this structure, since read selectivity can be improved, high speed and high S / N ratio can be realized.

しかし、現在の技術では、選択素子のサイズは、記憶素子のサイズに比べて数倍以上大きく、1つの記憶素子に1つの選択素子を対応させた場合には、必然的に、1セル当たりの面積が大きくなり、大容量化(小面積化)を実現することはできない。   However, in the current technology, the size of the selection element is several times larger than the size of the storage element, and when one selection element is associated with one storage element, it is inevitably required per cell. The area becomes large, and a large capacity (small area) cannot be realized.

このように、高速化及び高S/N比化に最も有利な1つの記憶素子に1つの選択素子を接続するセルアレイ構造では、大容量化(小面積化)という課題を解消することができない。
特開2003−288779号公報 特開2001−325791号公報 特開2003−100071号公報 特開2003−249629号公報 特許第2616134号公報
As described above, in the cell array structure in which one selection element is connected to one storage element that is most advantageous for high speed and high S / N ratio, the problem of large capacity (small area) cannot be solved.
JP 2003-288777 A JP 2001-325791 A JP 2003-100071 A JP 2003-249629 A Japanese Patent No. 2616134

本発明は、選択素子を有するセルアレイ構造により読み出し選択性を向上させた半導体メモリにおいて、記憶素子の高集積化を実現するためのセルレイアウトを提案する。   The present invention proposes a cell layout for realizing high integration of memory elements in a semiconductor memory in which read selectivity is improved by a cell array structure having selection elements.

本発明の例に係わる半導体メモリは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを備え、前記複数の選択素子は、m段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n+1個以上である。 The semiconductor memory according to the example of the present invention, the pitch Px in the row direction, at a pitch Py in the column direction, a plurality of storage elements arranged in rows and columns, is placed immediately below the plurality of storage elements, the row direction A plurality of selection elements having a size Lx of n × Px and a column direction size Ly of m × Py, and a plurality of first conductive layers that connect one end of the X storage elements arranged in the row direction to each other; The plurality of selection elements are arranged in m or more different layers, and the number of X storage elements is n + 1 or more.

本発明の例に係わる半導体メモリは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを備え、前記複数の選択素子は、m+1段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n(但し、n≧mの場合に限る)個以上である。 The semiconductor memory according to the example of the present invention, the pitch Px in the row direction, at a pitch Py in the column direction, a plurality of storage elements arranged in rows and columns, is placed immediately below the plurality of storage elements, the row direction A plurality of selection elements having a size Lx of n × Px and a column direction size Ly of m × Py, and a plurality of first conductive layers that connect one end of the X storage elements arranged in the row direction to each other; The plurality of selection elements are arranged in different layers of m + 1 stages or more, and the X memory elements are n (however, only when n ≧ m).

本発明の例に係わる半導体メモリは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを備え、前記複数の選択素子は、m段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n+m−1個以上である。 The semiconductor memory according to the example of the present invention, the pitch Px in the row direction, at a pitch Py in the column direction, a plurality of storage elements arranged in rows and columns, is placed immediately below the plurality of storage elements, the row direction A plurality of selection elements having a size Lx of n × Px and a column direction size Ly of m × Py, and a plurality of first conductive layers that connect one end of the X storage elements arranged in the row direction to each other; The plurality of selection elements are arranged in m or more different layers, and the X storage elements are n + m−1 or more.

前記ピッチPx及び前記ピッチPyは、前記複数の記憶素子を同一層内で最密に配置したときの値を有する。前記ピッチPx及び前記ピッチPyは、リソグラフィ技術により決まる最小加工寸法により決定される。   The pitch Px and the pitch Py have values when the plurality of storage elements are arranged closest in the same layer. The pitch Px and the pitch Py are determined by a minimum processing dimension determined by a lithography technique.

前記複数の第1導電層の各々は、第2導電層を経由して前記複数の選択素子のうちの1つに接続される。前記第2導電層は、前記列方向に延びている。   Each of the plurality of first conductive layers is connected to one of the plurality of selection elements via a second conductive layer. The second conductive layer extends in the column direction.

前記ピッチPx及び前記ピッチPyのうちの1つは、前記複数の記憶素子を同一層内で最密に配置したときの値よりも大きな値を有していてもよい。   One of the pitch Px and the pitch Py may have a value larger than a value when the plurality of memory elements are arranged closest in the same layer.

本発明の例に関わる半導体メモリは、行列状に配置される複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の直下に複数段に積み重ねられて配置される複数の選択素子と、前記行方向に並ぶ複数の記憶素子の一端を互いに接続する複数の導電層とを備え、前記複数の導電層の各々は、その直下に配置される前記複数の選択素子のうちの1つに接続される。   A semiconductor memory according to an example of the present invention includes a plurality of storage elements arranged in a matrix, a plurality of selection elements arranged in a plurality of stages immediately below the plurality of storage elements, and arranged in the row direction. And a plurality of conductive layers that connect one ends of the plurality of storage elements to each other, and each of the plurality of conductive layers is connected to one of the plurality of selection elements disposed immediately below the plurality of conductive layers.

前記複数の記憶素子は、同一層内にリソグラフィ技術により決まる最密よりも緩いピッチで配置される。   The plurality of storage elements are arranged in the same layer at a pitch that is looser than the closest density determined by the lithography technique.

前記複数の選択素子のうち、最上段の選択素子に接続されるコンタクトプラグのサイズは、前記最上段以外の段の選択素子に接続されるコンタクトプラグのサイズよりも小さい。   Of the plurality of selection elements, the size of the contact plug connected to the selection element at the uppermost stage is smaller than the size of the contact plug connected to the selection element at a stage other than the uppermost stage.

前記複数の記憶素子は、磁気抵抗効果素子である。前記磁気抵抗効果素子は、例えば、長方形を有し、その短辺の長さは、0.15μm以下である。前記記憶素子は、結晶質と非晶質との相転移を利用する相変化型素子、又は、強誘電体素子であってもよい。   The plurality of storage elements are magnetoresistive elements. The magnetoresistive effect element has, for example, a rectangular shape, and the short side has a length of 0.15 μm or less. The memory element may be a phase change element using a phase transition between crystalline and amorphous, or a ferroelectric element.

本発明の例によれば、選択素子を有するセルアレイ構造により読み出し選択性を向上させた半導体メモリにおいて、新規なセルレイアウトにより記憶素子の高集積化を実現することができる。   According to the example of the present invention, high integration of memory elements can be realized with a novel cell layout in a semiconductor memory in which read selectivity is improved by a cell array structure having selection elements.

以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   The best mode for carrying out an example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

1. 概要
(1) 対象
本発明の例は、記憶素子(例えば、磁気抵抗効果素子)と選択素子(例えば、MOSトランジスタ)とからなるセルユニットによりメモリセルアレイが構成される半導体メモリを対象とする。
1. Overview
(1) Target
An example of the present invention is directed to a semiconductor memory in which a memory cell array is configured by a cell unit including a storage element (for example, a magnetoresistive effect element) and a selection element (for example, a MOS transistor).

このようなセルアレイ構造を有する半導体メモリでは、メモリセルアレイ内に選択素子を配置しなければならないため、原則的には、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度の大容量化を実現することは困難である。   In a semiconductor memory having such a cell array structure, a selection element must be arranged in the memory cell array. Therefore, in principle, it is difficult to realize a large capacity equivalent to that of a cross-point cell array structure. .

そこで、本発明の例では、このような選択素子を有するセルアレイ構造においても、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度の大容量化(最密化)を実現することができる新規なセルレイアウトを提案する。   Therefore, in the example of the present invention, a novel cell layout is proposed that can realize a large capacity (dense packing) comparable to that of a cross-point cell array structure even in a cell array structure having such a selection element. .

まず、記憶素子について考える。   First, a memory element is considered.

キャパシタ容量を利用するダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)の場合には、記憶素子(キャパシタ)のサイズを小さくすると、キャパシタ容量が小さくなって、読み出しに必要な信号強度が十分に得られなくなる、という問題がある。   In the case of a dynamic random access memory (DRAM) using a capacitor capacity, if the size of the storage element (capacitor) is reduced, the capacitor capacity is reduced, and the signal intensity required for reading cannot be obtained sufficiently. There is.

これに対し、近年、注目を浴びている新規メモリ、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ、相変化メモリなどの不揮発性メモリの場合には、記憶素子のサイズを小さくすることが、読み出しに必要な信号強度に大きな影響を与えない。   On the other hand, in the case of new memories that have been attracting attention in recent years, for example, non-volatile memories such as magnetic random access memories and phase change memories, it is necessary to reduce the size of the storage element to reduce the signal strength required for reading. It does not have a big influence on.

特に、磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子である磁気抵抗効果(MR)素子は、従来、サイズを小さくすると、反磁界の影響によりデータを保持できなくなるという問題があったが、この問題は、スピン注入技術による書き込み方式を採用することにより解消された。   In particular, a magnetoresistive effect (MR) element, which is a storage element of a magnetic random access memory, conventionally has a problem that data cannot be retained due to the influence of a demagnetizing field when the size is reduced. It was solved by adopting the writing method by technology.

この技術によれば、逆に、記憶素子のサイズが小さくないと、電子スピンによる書き込み/読み出し効果が発揮されないため、磁気ランダムアクセスメモリにおいては、記憶素子の微細化が一気に可能となった。   On the contrary, according to this technology, if the size of the memory element is not small, the writing / reading effect by the electron spin cannot be exhibited. Therefore, in the magnetic random access memory, the memory element can be miniaturized at once.

次に、選択素子について考える。   Next, the selection element will be considered.

選択素子のサイズは、既に述べた通り、記憶素子のサイズに比べて数倍以上大きい。このため、1つの記憶素子に1つの選択素子を接続させるセルアレイ構造では、記憶素子の微細化が図られても、選択素子のサイズがネックとなり、大容量化を実現することが難しい。   As described above, the size of the selection element is several times larger than the size of the storage element. For this reason, in a cell array structure in which one selection element is connected to one memory element, the size of the selection element becomes a bottleneck even if the memory element is miniaturized, and it is difficult to realize a large capacity.

ここで、ダイナミックランダムアクセスメモリでは、記憶素子のサイズ(キャパシタ容量)が読み出しに必要な信号強度に影響を与える。このため、メモリセルの微細化を図るためには、選択素子のサイズに加えて、読み出しに必要な信号強度を考慮した記憶素子のサイズについても検討しなければならない。   Here, in the dynamic random access memory, the size of the storage element (capacitor capacity) affects the signal intensity required for reading. For this reason, in order to miniaturize the memory cell, it is necessary to consider the size of the storage element in consideration of the signal intensity required for reading in addition to the size of the selection element.

これに対し、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ、相変化メモリなどの新規メモリの場合には、記憶素子のサイズが読み出しに必要な信号強度に影響を与えない。このため、メモリセルの微細化を図るに当たっては、主に、選択素子のサイズ(レイアウト)について検討すればよい。   On the other hand, for example, in the case of a new memory such as a magnetic random access memory or a phase change memory, the size of the storage element does not affect the signal intensity required for reading. For this reason, when miniaturizing a memory cell, the size (layout) of the selection element should be mainly examined.

そこで、このような新規メモリにおいては、1セル当たりの面積を縮小し得る選択素子のレイアウトの検討が重要課題となっている。   Therefore, in such a new memory, examination of the layout of a selection element that can reduce the area per cell is an important issue.

(2) セルアレイ構造の例と問題点
図1は、そのようなセルアレイ構造の一例を示している。図2は、図1のセルアレイ構造の1ブロック内の記憶素子と選択素子のレイアウトである。図3は、図2の記憶素子と選択素子の断面構造である。
(2) Examples and problems of cell array structure
FIG. 1 shows an example of such a cell array structure. FIG. 2 is a layout of storage elements and selection elements in one block of the cell array structure of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional structure of the memory element and the selection element in FIG.

このセルアレイ構造の特徴は、複数の記憶素子12の一端を共通に接続し、さらに、その接続点を1つの選択素子RSWに接続する点にある。   The cell array structure is characterized in that one end of a plurality of memory elements 12 is connected in common and the connection point is connected to one selection element RSW.

具体的には、導電層(金属板)17により、行方向に並ぶ4個の記憶素子12の一端が互いに接続される。また、コンタクトプラグ24により、導電層17が選択素子RSWとしてのMOSトランジスタのドレイン22Dに接続される。さらに、4個の記憶素子12は、それぞれ、独立に、ビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続される。   Specifically, one end of the four memory elements 12 arranged in the row direction is connected to each other by the conductive layer (metal plate) 17. Further, the contact plug 24 connects the conductive layer 17 to the drain 22D of the MOS transistor as the selection element RSW. Further, the four storage elements 12 are independently connected to the bit lines BL1, BL2, BL3, BL4.

このようなセルアレイ構造によれば、複数の記憶素子12の一端を、まとめて、その直下に配置される1つの選択素子RSWに接続することで、読み出し選択性を確保しつつ、メモリセルアレイの大容量化を図ることができる。   According to such a cell array structure, one end of the plurality of storage elements 12 is collectively connected to one selection element RSW arranged immediately below the large number of memory cell arrays while ensuring read selectivity. Capacity can be increased.

しかし、図4及び図5に示すように、その大容量化には選択素子RSWのサイズに起因した限界がある。   However, as shown in FIGS. 4 and 5, there is a limit due to the size of the selection element RSW in increasing the capacity.

即ち、ワード線WL1が延びる行方向に関しては、リソグラフィ技術による最小加工寸法(設計ルール)が許す範囲内で記憶素子12を密に配置できるが、ビット線BL1,BL2,BL3,BL4が延びる列方向に関しては、記憶素子12を密に配置できない。   That is, with respect to the row direction in which the word line WL1 extends, the memory elements 12 can be densely arranged within the range allowed by the minimum processing dimension (design rule) by the lithography technique, but the column direction in which the bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 extend. As for the memory element 12, the memory elements 12 cannot be arranged densely.

なぜなら、このセルアレイ構造では、1つの選択素子RSWに接続される複数個の記憶素子12は、それぞれ、独立に、ビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続する必要があるためである。   This is because, in this cell array structure, the plurality of storage elements 12 connected to one selection element RSW must be connected to the bit lines BL1, BL2, BL3, BL4, respectively.

従って、記憶素子12のサイズのみを考えれば、破線で示すように、さらに、列方向に、記憶素子12を密に配置できるはずなのに、実際は、選択素子RSWの直上の領域のほとんどが無駄なスペースとなっており、記憶素子12の高集積化が十分に図られていない。   Therefore, if only the size of the storage element 12 is considered, as shown by the broken line, the storage elements 12 should be densely arranged in the column direction. However, in reality, most of the region immediately above the selection element RSW is useless space. Thus, the memory element 12 is not sufficiently integrated.

本発明の例では、このような実情の下、選択素子RSWの新規なレイアウトを提案することにより、このような選択素子RSW上の無駄となっていたスペースにも記憶素子12を配置できるようにし、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度の大容量化を実現する。   In the example of the present invention, by proposing a new layout of the selection element RSW under such circumstances, the storage element 12 can be arranged in the wasted space on the selection element RSW. As a result, the capacity can be increased to the same level as the cross-point cell array structure.

(3) 本発明の例の概念
図6及び図7は、本発明の例の概念を示している。
本発明の例では、まず、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度(最密化)を実現するために、記憶素子12を、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、規則的に行列状に配置した記憶素子12のアレイを想定する。
(3) Concept of the example of the present invention
6 and 7 illustrate the concept of an example of the present invention.
In the example of the present invention, first, in order to realize the same cell density (dense packing) as the cross-point cell array structure, the memory elements 12 are regularly arranged with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. Assume an array of storage elements 12 arranged in a matrix.

そして、このような記憶素子12のアレイ内に、行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである選択素子RSWを配置する場合の選択素子RSWのレイアウトを提案する。   Then, a layout of the selection element RSW in the case where the selection element RSW in which the size Lx in the row direction is n × Px and the size Ly in the column direction is m × Py is arranged in the array of the storage elements 12 is proposed. .

ここで、本発明の例が対象とするのは、上述のように、記憶素子12と選択素子RSWとからなるセルユニットによりメモリセルアレイが構成される半導体メモリである。そこで、ここでは、1つの選択素子RSWには、X個の記憶素子12が接続されるものと仮定する。   Here, as described above, the example of the present invention is a semiconductor memory in which a memory cell array is configured by cell units each including the storage element 12 and the selection element RSW. Therefore, here, it is assumed that X memory elements 12 are connected to one selection element RSW.

尚、n、m、及び、Xは、いずれも自然数(1,2,3,・・・)である。   Note that n, m, and X are all natural numbers (1, 2, 3,...).

そして、本発明の第1例においては、1つの選択素子RSWに接続される記憶素子12の数Xを、n+1個以上とする。この場合、選択素子RSWと記憶素子12とのコンタクトをきちんと取るために、行方向に並ぶX個の記憶素子12の一端を互いに接続すると共に、選択素子RSWについては、m段以上の異なる層内に積み重ねて形成する。   In the first example of the present invention, the number X of storage elements 12 connected to one selection element RSW is set to n + 1 or more. In this case, in order to properly contact the selection element RSW and the storage element 12, one end of the X storage elements 12 arranged in the row direction is connected to each other, and the selection element RSW is in different layers of m stages or more. Stack and form.

また、本発明の第2例においては、1つの選択素子RSWに接続される記憶素子12の数Xを、n個以上とする。この場合、選択素子RSWと記憶素子12とのコンタクトをきちんと取るために、行方向に並ぶX個の記憶素子12の一端を互いに接続すると共に、選択素子RSWについては、m+1段以上の異なる層内に積み重ねて形成する。但し、n≧mとする。   In the second example of the present invention, the number X of storage elements 12 connected to one selection element RSW is n or more. In this case, in order to properly contact the selection element RSW and the storage element 12, one end of the X storage elements 12 arranged in the row direction is connected to each other, and the selection element RSW is in different layers of m + 1 stages or more. Stack and form. However, it is set as n> = m.

さらに、本発明の第3例においては、1つの選択素子RSWに接続される記憶素子12の数Xを、n+m−1個以上とする。この場合、選択素子RSWと記憶素子12とのコンタクトをきちんと取るために、行方向に並ぶX個の記憶素子12の一端を互いに接続すると共に、選択素子RSWについては、m段以上の異なる層内に積み重ねて形成する。   Furthermore, in the third example of the present invention, the number X of storage elements 12 connected to one selection element RSW is set to n + m−1 or more. In this case, in order to properly contact the selection element RSW and the storage element 12, one end of the X storage elements 12 arranged in the row direction is connected to each other, and the selection element RSW is in different layers of m stages or more. Stack and form.

ここで注意しなければならない点は、本発明の例が、単に記憶素子12よりも大きな選択素子RSWを半導体基板21上に複数段に積み重ねて高集積化を図ったもの、ではない点にある。つまり、単に選択素子を積み重ねただけでは、記憶素子12と選択素子RSWとのコンタクトの取り方に問題が生じることが明らかだからである。   The point to be noted here is that the example of the present invention is not merely a high integration by stacking a plurality of selection elements RSW larger than the storage element 12 on the semiconductor substrate 21 in a plurality of stages. . That is, it is clear that a problem arises in how to contact the memory element 12 and the selection element RSW by simply stacking the selection elements.

尚、本発明の例では、高集積化という効果を最大限に発揮するためには、記憶素子12をクロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度(最密)に配置することが前提となる。   In the example of the present invention, in order to maximize the effect of high integration, it is premised that the memory elements 12 are arranged at a cell density (closest density) similar to that of the cross-point cell array structure. .

しかし、例えば、配線抵抗の低減などを考慮した場合には、本発明の例は、記憶素子12が最密に配置されていない場合にも応用可能である。   However, for example, when considering a reduction in wiring resistance, the example of the present invention can be applied to the case where the memory elements 12 are not closely arranged.

このように、本発明の例は、記憶素子12のアレイと選択素子RSWのサイズとが提供された場合において、記憶素子12と選択素子RSWとのコンタクトの取り方を考慮したセルレイアウトを提案する。   Thus, the example of the present invention proposes a cell layout in consideration of how to contact the storage element 12 and the selection element RSW when the array of the storage elements 12 and the size of the selection element RSW are provided. .

本発明の例によれば、選択素子を有するセルアレイ構造により読み出し選択性を向上させた半導体メモリにおいて、記憶素子をクロスポイント型セルアレイ構造と同程度に高集積化できる。   According to the example of the present invention, in a semiconductor memory in which read selectivity is improved by a cell array structure having a selection element, a storage element can be highly integrated to the same extent as a cross-point cell array structure.

尚、選択素子RSWに接続されるワード線及び記憶素子12に接続されるビット線が延びる方向については、特に限定されない。例えば、ワード線については、行方向に延び、ビット線については、列方向に延びるように、これらの導電線を配置する。   The direction in which the word line connected to the selection element RSW and the bit line connected to the storage element 12 extend is not particularly limited. For example, the conductive lines are arranged so that the word lines extend in the row direction and the bit lines extend in the column direction.

2 実施の形態
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
2 embodiment
Next, some preferred embodiments will be described.

本発明の例は、上述のように、記憶素子と選択トランジスタとからなるセルユニットを有する半導体メモリに適用できるが、以下では、その代表例として、磁気ランダムアクセスメモリについて説明する。   As described above, the example of the present invention can be applied to a semiconductor memory having a cell unit composed of a storage element and a selection transistor. Hereinafter, a magnetic random access memory will be described as a representative example.

また、以下の例では、最も有力視されているスピン注入技術による書き込み方式を採用した磁気ランダムアクセスメモリについて説明するが、本発明の例は、書き込み電流による磁場により磁化反転を行う磁気ランダムアクセスメモリにも当然に適用できる。   Further, in the following example, a magnetic random access memory adopting a writing method based on the most promising spin injection technology will be described, but the example of the present invention is a magnetic random access memory that performs magnetization reversal by a magnetic field by a write current. Of course it can also be applied.

(1) セルアレイ構造
まず、スピン注入書き込み方式による磁気ランダムアクセスメモリのセルアレイ構造について説明する。
(1) Cell array structure
First, the cell array structure of the magnetic random access memory by the spin injection writing method will be described.

図8は、スピン注入書き込み方式による磁気ランダムアクセスメモリのセルアレイ構造を示している。   FIG. 8 shows a cell array structure of a magnetic random access memory based on the spin injection writing method.

メモリセルアレイ11は、複数のセルユニット(ブロック)BK11−1,・・・BK11−k,・・・BKjn−1,・・・BKjn−k(j=1,2,・・・、n=1,2,・・・、k=1,2,・・・)から構成される。   The memory cell array 11 includes a plurality of cell units (blocks) BK11-1,... BK11-k,... BKjn-1,. , 2,..., K = 1, 2,.

セルユニットBK11−1,・・・BK11−k,・・・BKjn−1,・・・BKjn−kの各々は、X個の記憶素子(本例では、磁気抵抗効果素子)12と、これらX個の記憶素子12の一端に接続される1つの選択素子(本例では、MOSトランジスタ)RSWとから構成される。本例では、セルユニットBK11−1,・・・BK11−k,・・・BKjn−1,・・・BKjn−k内の記憶素子12の数Xは、4個となっている。   Each of the cell units BK11-1, ... BK11-k, ... BKjn-1, ... BKjn-k has X storage elements (in this example, magnetoresistive effect elements) 12, and these X It is composed of one selection element (in this example, a MOS transistor) RSW connected to one end of each memory element 12. In this example, the number X of storage elements 12 in the cell units BK11-1,... BK11-k,... BKjn-1,.

また、本例では、k個のセルユニットにより1つのグループ(単位ブロック)が構成される。これらk個のセルユニットからなるグループにより占められる領域S内には、k個又はそれ以上の選択素子RSWがZ(=k)段又はそれ以上に積み重ねられて配置される。   In this example, one group (unit block) is constituted by k cell units. In the region S occupied by the group of k cell units, k or more selection elements RSW are arranged stacked in Z (= k) stages or more.

選択素子RSWとしてのMOSトランジスタのゲートには、ワード線WL1,・・・WLjが接続される。ワード線WL1,・・・WLjは、行方向に延び、その一端は、ロウデコーダ&ワード線ドライバ13Aに接続される。   Word lines WL1,... WLj are connected to the gates of the MOS transistors as the selection elements RSW. Word lines WL1,... WLj extend in the row direction, and one end thereof is connected to the row decoder & word line driver 13A.

ロウデコーダ&ワード線ドライバ13Aは、読み出し/書き込み時に、ロウアドレス信号に基づいて選択された1本のワード線を駆動する。   The row decoder & word line driver 13A drives one word line selected based on the row address signal at the time of reading / writing.

選択素子RSWとしてのMOSトランジスタのソースには、ソース線SL1,・・・SLnが接続される。ソース線SL1,・・・SLnは、列方向に延び、その一端は、カラム選択スイッチ(MOSトランジスタ)CSW1を経由して、書き込みドライバ/シンカー15Aに接続される。   Source lines SL1,... SLn are connected to the source of the MOS transistor as the selection element RSW. The source lines SL1,... SLn extend in the column direction, and one end thereof is connected to the write driver / sinker 15A via a column selection switch (MOS transistor) CSW1.

書き込みドライバ/シンカー15Aは、書き込み時に、電子スピン注入による書き込みを実行するための書き込み電流の供給源又は吸収源となる。また、読み出し時には、書き込みドライバ/シンカー15Aは、ソース線SL1,・・・SLnを接地電位VSSに設定する。   The write driver / sinker 15A serves as a supply source or an absorption source of a write current for executing writing by electron spin injection at the time of writing. At the time of reading, the write driver / sinker 15A sets the source lines SL1,... SLn to the ground potential VSS.

カラム選択スイッチCSW1としてのMOSトランジスタのゲートは、カラムデコーダ&カラム選択線ドライバ14に接続される。   The gate of the MOS transistor as the column selection switch CSW1 is connected to the column decoder & column selection line driver 14.

カラムデコーダ&カラム選択線ドライバ14は、書き込み時に、カラムアドレス信号に基づいて書き込み電流を流す1本のソース線を選択する。また、読み出し時には、カラムデコーダ&カラム選択線ドライバ14は、カラムアドレス信号に基づいて1本のソース線を選択する。選択されたソース線は、書き込みドライバ/シンカー15Aにより、接地電位VSSに設定される。   The column decoder & column selection line driver 14 selects one source line through which a write current flows based on a column address signal at the time of writing. At the time of reading, the column decoder & column selection line driver 14 selects one source line based on the column address signal. The selected source line is set to the ground potential VSS by the write driver / sinker 15A.

セルユニットBK11−1,・・・BK11−k,・・・BKjn−1,・・・BKjn−k内の記憶素子12は、それぞれ、独立に、ビット線BL4(n−1)+1,BL4(n−1)+2,BL4(n−1)+3,BL4(n−1)+4に接続される。   The memory elements 12 in the cell units BK11-1,... BK11-k,... BKjn-1,... BKjn-k are independently bit lines BL4 (n−1) +1, BL4 ( n-1) +2, BL4 (n-1) +3, BL4 (n-1) +4.

ビット線BL4(n−1)+1,BL4(n−1)+2,BL4(n−1)+3,BL4(n−1)+4は、列方向に延び、その一端は、カラム選択スイッチ(MOSトランジスタ)CSW2を経由して、書き込みドライバ/シンカー15B及び読み出し回路(センスアンプを含む)16に接続される。   The bit lines BL4 (n-1) +1, BL4 (n-1) +2, BL4 (n-1) +3, BL4 (n-1) +4 extend in the column direction, and one end thereof is a column selection switch (MOS transistor). ) It is connected to the write driver / sinker 15B and the read circuit (including the sense amplifier) 16 via the CSW2.

書き込みドライバ/シンカー15Bは、書き込み時に、電子スピン注入による書き込みを実行するための書き込み電流の供給源又は吸収源となる。また、読み出し時には、書き込みドライバ/シンカー15Bは、非動作状態となる。これに代わり、読み出し回路16が動作状態となる。   The write driver / sinker 15B serves as a supply source or an absorption source of a write current for executing writing by electron spin injection at the time of writing. At the time of reading, the write driver / sinker 15B is in a non-operating state. Instead, the reading circuit 16 is in an operating state.

カラム選択スイッチCSW2としてのMOSトランジスタのゲートは、カラムデコーダ13Bに接続される。   The gate of the MOS transistor as the column selection switch CSW2 is connected to the column decoder 13B.

カラムデコーダ13Bは、書き込み時に、カラムアドレス信号に基づいて書き込み電流を流す1本のビット線を選択する。また、読み出し時には、カラムデコーダ13Bは、カラムアドレス信号に基づいて1本のビット線を選択する。選択されたビット線は、読み出し回路16に電気的に接続される。   The column decoder 13B selects one bit line through which a write current flows based on a column address signal at the time of writing. In reading, the column decoder 13B selects one bit line based on the column address signal. The selected bit line is electrically connected to the read circuit 16.

(2) 第1実施の形態
A. セルレイアウト
図9は、第1実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリのセルレイアウトを示している。図10は、図9のX−X線に沿う断面図、図11は、図9のXI−XI線に沿う断面図、図12は、図9のXII−XII線に沿う断面図である。
(2) First embodiment
A. Cell layout
FIG. 9 shows a cell layout of the magnetic random access memory according to the first embodiment. 10 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 9, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 9, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG.

記憶素子は、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される。ピッチPx及びピッチPyは、例えば、これら記憶素子を同一層内で最密、即ち、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度で配置したときの値を有する。ピッチPx及びピッチPyは、リソグラフィ技術により決まる最小加工寸法(設計ルール)により決定される。   The memory elements are arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. For example, the pitch Px and the pitch Py have values when these storage elements are arranged in the same layer in the closest density, that is, at a cell density similar to that of the cross-point cell array structure. The pitch Px and the pitch Py are determined by a minimum processing dimension (design rule) determined by the lithography technique.

単位ブロックは、3個×3個の記憶素子により構成される。   The unit block is composed of 3 × 3 storage elements.

行方向の3個の記憶素子m11,m12,m13の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST1により互いに接続される。短冊状導電層ST1は、コンタクトプラグCP1を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。   One ends of the three storage elements m11, m12, and m13 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST1. The strip-shaped conductive layer ST1 is connected via a contact plug CP1 to a selection element (MOS transistor) Tr1 disposed immediately below.

また、行方向の3個の記憶素子m21,m22,m23の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST2により互いに接続される。短冊状導電層ST2は、導電層(補助短冊)SST2及びコンタクトプラグCP2を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。   Further, one ends of the three storage elements m21, m22, and m23 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST2. The strip-shaped conductive layer ST2 is connected to a selection element (MOS transistor) Tr2 disposed immediately below the conductive layer (auxiliary strip) SST2 and the contact plug CP2.

さらに、行方向の3個の記憶素子m31,m32,m33の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST3により互いに接続される。短冊状導電層ST3は、導電層(補助短冊)SST3及びコンタクトプラグCP3を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。   Furthermore, one ends of the three storage elements m31, m32, and m33 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST3. The strip-shaped conductive layer ST3 is connected to a selection element (MOS transistor) Tr3 disposed immediately below the conductive layer (auxiliary strip) SST3 and the contact plug CP3.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、単位ブロック内の短冊状導電層ST1,ST2,ST3の数に対応して3段に積み重ねられている。   The selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are stacked in three stages corresponding to the number of strip-like conductive layers ST1, ST2, ST3 in the unit block.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3のサイズは、Px(行方向)×3Py(列方向)に設定される。選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、図13に示すように、互いにオーバーラップしないように、単位ブロック内においてその位置をずらして配置される。   The sizes of the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are set to Px (row direction) × 3Py (column direction). As shown in FIG. 13, the selection elements Tr1, Tr2, and Tr3 are arranged with their positions shifted so as not to overlap each other.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3としてのMOSトランジスタのゲートは、ワード線WL1,WL2,WL3となる。   The gates of the MOS transistors as the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are word lines WL1, WL2, WL3.

導電層(補助短冊)SST2,SST3は、短冊状導電層ST2,ST3と選択素子Tr2,Tr3とのコンタクトを取るために列方向に延びる。   The conductive layers (auxiliary strips) SST2, SST3 extend in the column direction in order to make contact between the strip-shaped conductive layers ST2, ST3 and the selection elements Tr2, Tr3.

このようなセルレイアウトによれば、記憶素子をリソグラフィ技術により許される範囲内において最密に配置しても、全ての記憶素子に関し、3個ずつまとめて1つの選択素子に接続できる。   According to such a cell layout, three memory elements can be connected to one selection element at a time with respect to all the memory elements even if the memory elements are arranged in the closest range within the range allowed by the lithography technique.

従って、読み出し選択性の向上とクロスポイント型セルアレイ構造と同程度の高集積化を実現できる。   Therefore, improvement in read selectivity and high integration equivalent to that of the cross-point type cell array structure can be realized.

B. 動作
次に、図9乃至図12の磁気ランダムアクセスメモリの動作について簡単に説明する。
B. Operation
Next, the operation of the magnetic random access memory shown in FIGS. 9 to 12 will be briefly described.

読出し動作: 記憶素子m22のデータを読み出す場合について考える。   Read operation: Consider the case of reading data from the storage element m22.

まず、ワード線WL2を駆動し、選択素子Tr2をオン状態にする。また、ビット線BL2を選択し、ビット線BL2を読み出し回路に接続する。   First, the word line WL2 is driven to turn on the selection element Tr2. Further, the bit line BL2 is selected, and the bit line BL2 is connected to the reading circuit.

読み出し時には、ソース線SL1,SL2,SL3は、接地電位VSSに設定されているため、読み出し回路から供給される読み出し電流は、記憶素子m22を経由してソース線SL2に流れる。   At the time of reading, since the source lines SL1, SL2, and SL3 are set to the ground potential VSS, the reading current supplied from the reading circuit flows to the source line SL2 via the storage element m22.

この時、記憶素子m22のデータ(抵抗値)に応じてビット線BL2の電位が変わるため、このビット線BL2の電位変化を読み出し回路(センスアンプ)で検出すれば、記憶素子m22のデータを読み出すことができる。   At this time, since the potential of the bit line BL2 changes according to the data (resistance value) of the memory element m22, if the potential change of the bit line BL2 is detected by a read circuit (sense amplifier), the data of the memory element m22 is read. be able to.

ここで、非選択のワード線WL1,WL3に接続される選択素子Tr1,Tr3は、オフ状態である。   Here, the selection elements Tr1 and Tr3 connected to the non-selected word lines WL1 and WL3 are in the off state.

従って、単位ブロック内の9個の記憶素子m11,m12,m13,m21,m22,m23,m31,m32,m33のうち、読み出し電流が流れる記憶素子は、m22のみとなり、クロスポイント型セルアレイ構造で問題となるスニークパスが発生せず、高S/N比化及び高速化を実現できる。   Accordingly, of the nine storage elements m11, m12, m13, m21, m22, m23, m31, m32, and m33 in the unit block, the memory element through which the read current flows is only m22, which is a problem in the cross-point cell array structure. Therefore, a high S / N ratio and high speed can be realized.

尚、読み出しに関しては、記憶素子のデータを、電圧値として読み出してもよいし、電流値として読み出してもよい。   As for reading, the data in the memory element may be read as a voltage value or a current value.

本発明の例に関わるセルレイアウトは、読み出し方法に影響されない。読み出し方法は、例えば、記憶素子の抵抗値を検出できるものであれば、どのような方法を用いてもよい。   The cell layout according to the example of the present invention is not affected by the reading method. As a reading method, for example, any method may be used as long as the resistance value of the memory element can be detected.

書き込み動作: 図9乃至図12の磁気ランダムアクセスメモリは、スピン注入書き込み方式を採用した場合の例であり、書き込みのみに使用される書き込み線を有しない。   Write Operation: The magnetic random access memory shown in FIGS. 9 to 12 is an example in the case of adopting a spin injection write method, and does not have a write line used only for writing.

まず、書き込みの対象となる記憶素子を選択する。   First, a memory element to be written is selected.

記憶素子m22に対してデータ書き込みを実行する場合、ワード線WL2を駆動し、選択素子Tr2をオン状態にする。そして、記憶素子m22が搭載される短冊状導電層ST2を第1の書き込みドライバ/シンカーに接続する。また、ビット線BL2を選択し、ビット線BL2を第2の書き込みドライバ/シンカーに接続する。   When writing data to the storage element m22, the word line WL2 is driven to turn on the selection element Tr2. Then, the strip-like conductive layer ST2 on which the memory element m22 is mounted is connected to the first write driver / sinker. Further, the bit line BL2 is selected, and the bit line BL2 is connected to the second write driver / sinker.

ここで、記憶素子m22は、短冊状導電層ST2からビット線に向かって、ピン層(フィルタ層)、トンネルバリア層、フリー層の順で構成されている、と仮定する。   Here, it is assumed that the memory element m22 includes a pinned layer (filter layer), a tunnel barrier layer, and a free layer in this order from the strip-shaped conductive layer ST2 toward the bit line.

この場合、記憶素子m22に“0”を書き込むとき(磁化状態を平行にするとき)は、記憶素子m22に、短冊状導電層ST2からビット線BL2に向かう書き込み電流を流す。この時、ピン層の磁化の向きと逆向きのスピンを持つ電子は、ピン層で反射され、同じ向きのスピンを持つ電子のみがフリー層を通過する。その結果、フリー層の磁化の向きは、ピン層の磁化の向きと同じになる。   In this case, when “0” is written to the memory element m22 (when the magnetization state is made parallel), a write current from the strip-shaped conductive layer ST2 to the bit line BL2 is supplied to the memory element m22. At this time, electrons having spins opposite to the magnetization direction of the pinned layer are reflected by the pinned layer, and only electrons having spins in the same direction pass through the free layer. As a result, the magnetization direction of the free layer is the same as the magnetization direction of the pinned layer.

また、記憶素子m22に“1”を書き込むとき(磁化状態を反平行にするとき)は、記憶素子m22に、ビット線BL2から短冊状導電層ST2に向かう書き込み電流を流す。この時、フリー層を通過した電子のうち、ピン層の磁化の向きと同じ向きのスピンを持つ電子は、ピン層をそのまま通過し、同じ向きのスピンを持つ電子のみがピン層で反射される。その結果、フリー層の磁化の向きは、ピン層の磁化の向きと逆になる。   Further, when “1” is written to the memory element m22 (when the magnetization state is made antiparallel), a write current from the bit line BL2 toward the strip-shaped conductive layer ST2 is supplied to the memory element m22. At this time, among the electrons that have passed through the free layer, those having spins in the same direction as the magnetization direction of the pinned layer pass through the pinned layer as they are, and only electrons having the same direction of spin are reflected by the pinned layer. . As a result, the magnetization direction of the free layer is opposite to the magnetization direction of the pinned layer.

c. まとめ
上記動作の説明から分かるように、選択された記憶素子が同じ場合、読み出し動作と書き込み動作とは、同一のワード線及びビット線を用いて実行される。つまり、読み出し電流と書き込み電流とは大きさが異なるだけで、それらの電流経路は同じである。
c. Summary
As can be seen from the above description of the operation, when the selected memory elements are the same, the read operation and the write operation are executed using the same word line and bit line. That is, the read current and the write current differ only in magnitude, and their current paths are the same.

従って、スピン注入書き込み方式の磁気ランダムアクセスメモリの場合には、書き込み動作のみに用いる書き込み線が不要になるため、本発明の例による効果、即ち、記憶素子の高集積化がさらに顕著になる。   Therefore, in the case of a spin random write memory magnetic random access memory, a write line used only for the write operation is not required, so that the effect of the example of the present invention, that is, the high integration of the memory element becomes more remarkable.

d. その他
図9乃至図12の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、記憶素子を相変化型素子(例えば、カルコゲナイド半導体)にすると、相変化メモリとして使用することができる。
d. Other
In the magnetic random access memory shown in FIGS. 9 to 12, when the memory element is a phase change type element (for example, a chalcogenide semiconductor), it can be used as a phase change memory.

ワード線及びビット線を用いて、例えば、記憶素子に長い電気パルスを印加すると、記憶素子は、結晶質状態となり、短い電気パルスを印加すると、非晶質状態となる。このように、電気パルスの長さを調節するだけで、書き込みデータの値を制御できる。   For example, when a long electric pulse is applied to the memory element using a word line and a bit line, the memory element is in a crystalline state, and when a short electric pulse is applied, the memory element is in an amorphous state. Thus, the value of the write data can be controlled only by adjusting the length of the electric pulse.

尚、書き込みパルスの向きは、スピン注入書き込み方式の磁気ランダムアクセスメモリとは異なり、一方向のみでよい。   Note that the direction of the write pulse is only one direction, unlike the magnetic random access memory of the spin injection write method.

また、図9乃至図12の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、書き込み動作のみに用いる書き込み線を追加すれば、通常の磁界書き込み型磁気ランダムアクセスメモリとすることができる。   Further, in the magnetic random access memory of FIGS. 9 to 12, if a write line used only for the write operation is added, a normal magnetic field write type magnetic random access memory can be obtained.

(3) 第2実施の形態
第2実施の形態は、第1実施の形態の変形例である。
(3) Second embodiment
The second embodiment is a modification of the first embodiment.

第1実施の形態では、例えば、図14に示すように、短冊状導体層ST1,ST2,ST3及び導体層(補助短冊)SST2,SST3を用いて、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確保する。   In the first embodiment, for example, as shown in FIG. 14, the contact between the memory element and the selection element is ensured by using the strip-like conductor layers ST1, ST2, ST3 and the conductor layers (auxiliary strips) SST2, SST3. .

しかし、短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP1により、直接、選択素子Tr1に接続されるのに対し、短冊状導体層ST2は、導体層(補助短冊)SST2及びコンタクトプラグCP2を経由して選択素子Tr2に接続され、短冊状導体層ST3は、導体層(補助短冊)SST3及びコンタクトプラグCP3を経由して選択素子Tr2に接続される。   However, the strip-shaped conductor layer ST1 is directly connected to the selection element Tr1 by the contact plug CP1, whereas the strip-shaped conductor layer ST2 is selected via the conductor layer (auxiliary strip) SST2 and the contact plug CP2. The strip-shaped conductor layer ST3 connected to the element Tr2 is connected to the selection element Tr2 via the conductor layer (auxiliary strip) SST3 and the contact plug CP3.

このように、記憶素子と選択素子とを結ぶ経路の長さには、記憶素子ごとに、かなりの差が生じ、この差は、配線抵抗にも影響する。   Thus, there is a considerable difference in the length of the path connecting the storage element and the selection element for each storage element, and this difference also affects the wiring resistance.

そこで、第2実施の形態では、全ての記憶素子に対して、記憶素子から選択素子までの配線抵抗がほぼ等しくなるようなセルレイアウトを提案する。   Therefore, in the second embodiment, a cell layout is proposed in which the wiring resistance from the storage element to the selection element is substantially equal for all the storage elements.

A. セルレイアウト
図15は、第2実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリのセルレイアウトを示している。図16は、図15のXVI−XVI線に沿う断面図、図17は、図15のXVII−XVII線に沿う断面図、図18は、図15のXVIII−XVIII線に沿う断面図である。
A. Cell layout
FIG. 15 shows a cell layout of the magnetic random access memory according to the second embodiment. 16 is a sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. 15, FIG. 17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 15, and FIG. 18 is a sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.

記憶素子は、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される。ピッチPx及びピッチPyは、例えば、これら記憶素子を同一層内で最密、即ち、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度で配置したときの値を有する。ピッチPx及びピッチPyは、リソグラフィ技術により決まる最小加工寸法(設計ルール)により決定される。   The memory elements are arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. For example, the pitch Px and the pitch Py have values when these storage elements are arranged in the same layer in the closest density, that is, at a cell density similar to that of the cross-point cell array structure. The pitch Px and the pitch Py are determined by a minimum processing dimension (design rule) determined by the lithography technique.

単位ブロックは、3個×3個の記憶素子により構成される。   The unit block is composed of 3 × 3 storage elements.

行方向の3個の記憶素子m11,m12,m13の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST1により互いに接続される。短冊状導電層ST1は、導電層(補助短冊)SST1及びコンタクトプラグCP1を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。   One ends of the three storage elements m11, m12, and m13 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST1. The strip-shaped conductive layer ST1 is connected to a selection element (MOS transistor) Tr1 disposed immediately below the conductive layer (auxiliary strip) SST1 and the contact plug CP1.

また、行方向の3個の記憶素子m21,m22,m23の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST2により互いに接続される。短冊状導電層ST2は、コンタクトプラグCP2を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。   Further, one ends of the three storage elements m21, m22, and m23 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST2. The strip-shaped conductive layer ST2 is connected via a contact plug CP2 to a selection element (MOS transistor) Tr2 arranged immediately below.

さらに、行方向の3個の記憶素子m31,m32,m33の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST3により互いに接続される。短冊状導電層ST3は、導電層(補助短冊)SST3及びコンタクトプラグCP3を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。   Furthermore, one ends of the three storage elements m31, m32, and m33 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST3. The strip-shaped conductive layer ST3 is connected to a selection element (MOS transistor) Tr3 disposed immediately below the conductive layer (auxiliary strip) SST3 and the contact plug CP3.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、単位ブロック内の短冊状導電層ST1,ST2,ST3の数に対応して3段に積み重ねられている。   The selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are stacked in three stages corresponding to the number of strip-like conductive layers ST1, ST2, ST3 in the unit block.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3のサイズは、Px(行方向)×3Py(列方向)に設定される。選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、図19に示すように、互いにオーバーラップしないように、その位置をずらして配置される。   The sizes of the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are set to Px (row direction) × 3Py (column direction). As shown in FIG. 19, the selection elements Tr1, Tr2, and Tr3 are arranged with their positions shifted so as not to overlap each other.

また、記憶素子と選択素子とを結ぶ経路の長さをほぼ等しくするために、コンタクトプラグCP1,CP2,CP3の位置が工夫される。これに伴い、選択素子Tr1,Tr2,Tr3が配置される領域は、単位ブロックと完全にオーバーラップしておらず、それに対してピッチPy分だけ列方向にずれる。   In addition, the positions of the contact plugs CP1, CP2, and CP3 are devised in order to make the lengths of the paths connecting the storage element and the selection element substantially equal. Accordingly, the region where the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are arranged does not completely overlap with the unit block, and is shifted in the column direction by the pitch Py.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3としてのMOSトランジスタのゲートは、ワード線WL1,WL2,WL3となる。   The gates of the MOS transistors as the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are word lines WL1, WL2, WL3.

導電層(補助短冊)SST1,SST3は、短冊状導電層ST1,ST3と選択素子Tr1,Tr3とのコンタクトを取るために列方向に延びる。   The conductive layers (auxiliary strips) SST1, SST3 extend in the column direction in order to make contact between the strip-shaped conductive layers ST1, ST3 and the selection elements Tr1, Tr3.

このようなセルレイアウトによれば、記憶素子をリソグラフィ技術により許される範囲内において最密に配置しても、全ての記憶素子に関し、3個ずつまとめて1つの選択素子に接続できる。   According to such a cell layout, three memory elements can be connected to one selection element at a time with respect to all the memory elements, even if the memory elements are arranged in the closest range within the range allowed by the lithography technique.

また、導電層(補助短冊)SST1,SST3の長さが等しいため、全ての記憶素子に対し、記憶素子から選択素子までの配線抵抗がほぼ等しくなる。   Further, since the conductive layers (auxiliary strips) SST1 and SST3 have the same length, the wiring resistance from the storage element to the selection element is almost equal for all the storage elements.

従って、読み出し選択性の向上と高集積化を実現できると共に、セルユニット間における配線抵抗のばらつきも解消でき、高性能な磁気ランダムアクセスメモリとすることができる。   Accordingly, improvement in read selectivity and high integration can be realized, and variations in wiring resistance between cell units can be eliminated, and a high-performance magnetic random access memory can be obtained.

B. 動作
読み出し動作及び書き込み動作については、上述の第1実施の形態と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
B. Operation Since the read operation and the write operation are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.

c. まとめ
図15乃至図18の磁気ランダムアクセスメモリによれば、全ての記憶素子に対して、記憶素子から選択素子までの配線抵抗がほぼ等しくなるようなセルレイアウトを提案できる。従って、読み出し選択性の向上と高集積化を実現できると共に、さらに、高性能化を実現できる。
c. Summary
According to the magnetic random access memory shown in FIGS. 15 to 18, it is possible to propose a cell layout in which the wiring resistance from the storage element to the selection element is substantially equal for all the storage elements. Therefore, improvement in read selectivity and high integration can be realized, and further high performance can be realized.

d. その他
第2実施の形態において、配線抵抗は、導体層(補助短冊)SST1,SST2,SST3の長さの制御に加えて、例えば、コンタクトプラグCP1,CP2,CP3の深さの制御、即ち、短冊状導体層ST1,ST2,ST3に接続される選択素子Tr1,Tr2,Tr3の位置(どの段に配置されているか)によっても制御することができる。
d. Other
In the second embodiment, in addition to controlling the lengths of the conductor layers (auxiliary strips) SST1, SST2, and SST3, the wiring resistance is controlled, for example, by controlling the depths of the contact plugs CP1, CP2, and CP3, that is, a strip shape. Control is also possible by the position (which stage is arranged) of the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 connected to the conductor layers ST1, ST2, ST3.

(4) 第3実施の形態
第3実施の形態は、記憶素子と選択素子とを接続するための部材として、導体層(補助短冊)を用いずに、コンタクトプラグのみを用いる場合の例である。第3実施の形態は、記憶素子と選択素子との間の配線抵抗をできるだけ小さくしたい場合に有効な技術である。
(4) Third embodiment
The third embodiment is an example in which only a contact plug is used as a member for connecting a memory element and a selection element without using a conductor layer (auxiliary strip). The third embodiment is a technique effective when it is desired to reduce the wiring resistance between the storage element and the selection element as much as possible.

この技術を用いるときは、原理的に、記憶素子は、それが最密となるようなピッチPx,Pyで配置することが難しい。なぜなら、記憶素子と選択素子のコンタクトをとるために、ワード線WL1,WL2,WL3を避けなければならないからである。   When this technique is used, in principle, it is difficult to arrange the memory elements at the pitches Px and Py so that the memory elements are closest to each other. This is because the word lines WL1, WL2, and WL3 must be avoided in order to make contact between the storage element and the selection element.

従って、ピッチPx,Pyのうちのうちの1つは、記憶素子を最密に配置したときの値よりも大きな値となる。   Therefore, one of the pitches Px and Py has a value larger than the value when the memory elements are arranged in the closest packing.

A. セルレイアウト
図20は、第3実施の形態に関わる磁気ランダムアクセスメモリのセルレイアウトを示している。図21は、図20のXXI−XXI線に沿う断面図、図22は、図20のXXII−XXII線に沿う断面図、図23は、図20のXXIII−XXIII線に沿う断面図である。
A. Cell layout
FIG. 20 shows a cell layout of the magnetic random access memory according to the third embodiment. 21 is a sectional view taken along line XXI-XXI in FIG. 20, FIG. 22 is a sectional view taken along line XXII-XXII in FIG. 20, and FIG. 23 is a sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG.

記憶素子は、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される。ピッチPx及びピッチPyのうちの1つは、例えば、これら記憶素子を同一層内で最密、即ち、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度で配置したときの値よりも大きな値を有する。   The memory elements are arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. One of the pitch Px and the pitch Py has, for example, a value larger than the value when these storage elements are arranged in the same layer in the closest density, that is, at a cell density similar to that of the cross-point cell array structure. .

本例では、ピッチPxは、リソグラフィ技術により決まる最小加工寸法(設計ルール)により決定され、ピッチPyは、ピッチPxよりも大きい。   In this example, the pitch Px is determined by a minimum processing dimension (design rule) determined by the lithography technique, and the pitch Py is larger than the pitch Px.

単位ブロックは、3個×3個の記憶素子により構成される。   The unit block is composed of 3 × 3 storage elements.

行方向の3個の記憶素子m11,m12,m13の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST1により互いに接続される。短冊状導電層ST1は、コンタクトプラグCP1を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。   One ends of the three storage elements m11, m12, and m13 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST1. The strip-shaped conductive layer ST1 is connected via a contact plug CP1 to a selection element (MOS transistor) Tr1 disposed immediately below.

また、行方向の3個の記憶素子m21,m22,m23の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST2により互いに接続される。短冊状導電層ST2は、コンタクトプラグCP2を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。   Further, one ends of the three storage elements m21, m22, and m23 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST2. The strip-shaped conductive layer ST2 is connected via a contact plug CP2 to a selection element (MOS transistor) Tr2 arranged immediately below.

さらに、行方向の3個の記憶素子m31,m32,m33の一端は、短冊状導電層(例えば、金属板)ST3により互いに接続される。短冊状導電層ST3は、コンタクトプラグCP3を経由して、その直下に配置される選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。   Furthermore, one ends of the three storage elements m31, m32, and m33 in the row direction are connected to each other by a strip-shaped conductive layer (for example, a metal plate) ST3. The strip-shaped conductive layer ST3 is connected via a contact plug CP3 to a selection element (MOS transistor) Tr3 disposed immediately below it.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、単位ブロック内の短冊状導電層ST1,ST2,ST3の数に対応して3段に積み重ねられている。   The selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are stacked in three stages corresponding to the number of strip-like conductive layers ST1, ST2, ST3 in the unit block.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3のサイズは、Px(行方向)×2Py(列方向)に設定される。選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、図24に示すように、互いにオーバーラップしないように、その位置をずらして配置される。   The sizes of the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are set to Px (row direction) × 2Py (column direction). As shown in FIG. 24, the selection elements Tr1, Tr2, and Tr3 are arranged with their positions shifted so as not to overlap each other.

また、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確保するために、選択素子Tr1,Tr2,Tr3は、それぞれ、互いにピッチPyだけ列方向にずれている。   Further, in order to secure a contact between the storage element and the selection element, the selection elements Tr1, Tr2, and Tr3 are shifted from each other in the column direction by the pitch Py.

選択素子Tr1,Tr2,Tr3としてのMOSトランジスタのゲートは、ワード線WL1,WL2,WL3となる。ワード線WL1,WL2,WL3は、平面的にみると、短冊状導体層St1,ST2,ST3の間に配置される。   The gates of the MOS transistors as the selection elements Tr1, Tr2, Tr3 are word lines WL1, WL2, WL3. The word lines WL1, WL2, WL3 are arranged between the strip-shaped conductor layers St1, ST2, ST3 in plan view.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関し、3個ずつまとめて1つの選択素子に接続し、かつ、選択素子を複数段に積み重ねているため、記憶素子の高密度化を実現できる。   According to such a cell layout, it is possible to realize a high density of the storage elements because all the storage elements are connected to one selection element at a time, and the selection elements are stacked in a plurality of stages. .

また、第1及び第2実施の形態における導電層(補助短冊)SST1,SST2,SST3を使用しないため、記憶素子から選択素子までの配線抵抗を小さくし、高性能な磁気ランダムアクセスメモリとすることができる。   Further, since the conductive layers (auxiliary strips) SST1, SST2, and SST3 in the first and second embodiments are not used, the wiring resistance from the storage element to the selection element is reduced, and a high-performance magnetic random access memory is obtained. Can do.

B. 動作
読み出し動作及び書き込み動作については、上述の第1実施の形態と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
B. Operation Since the read operation and the write operation are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.

c. まとめ
図20乃至図23の磁気ランダムアクセスメモリによれば、記憶素子と選択素子との接続をコンタクトプラグのみにより行っているため、記憶素子から選択素子までの配線抵抗を小さくすることができる。従って、読み出し選択性の向上と高集積化を実現できると共に、さらに、高性能化を実現できる。
c. Summary
According to the magnetic random access memory of FIGS. 20 to 23, since the storage element and the selection element are connected only by the contact plug, the wiring resistance from the storage element to the selection element can be reduced. Therefore, improvement in read selectivity and high integration can be realized, and further high performance can be realized.

d. その他
第3実施の形態は、記憶素子と選択素子との間の配線抵抗が問題となるような場合において、ある程度の高集積化を確保できる技術として有効である。配線抵抗の問題を材料などの別の技術により解決できるときは、上述の第1及び第2実施の形態のように、記憶素子を最密に配置するのが好ましい。
d. Other
The third embodiment is effective as a technique that can ensure a certain degree of high integration in a case where the wiring resistance between the storage element and the selection element becomes a problem. When the problem of the wiring resistance can be solved by another technique such as a material, it is preferable to arrange the memory elements in the closest manner as in the first and second embodiments described above.

(5) 第4実施の形態
第1及び第2実施の形態は、記憶素子を最密に配置したときに、さらに、選択素子のサイズも最小に設定できた場合の例である。
(5) Fourth embodiment
The first and second embodiments are examples where the size of the selection element can be set to the minimum when the memory elements are arranged in the most dense manner.

即ち、選択素子がMOSトランジスタであるとすると、ピッチPx,Py=Pmin(リソグラフィ技術による最小加工寸法により決まる最小ピッチ)のとき、ゲート、ソース及びドレインに必要な領域を考慮すれば、選択素子の最小サイズは、Px×3Pyとなる。   That is, if the selection element is a MOS transistor, when the pitch Px, Py = Pmin (minimum pitch determined by the minimum processing dimension by lithography technology), if the regions necessary for the gate, source and drain are taken into consideration, the selection element The minimum size is Px × 3Py.

しかし、将来的には、選択素子を最小サイズで形成することは困難になると考えられる。   However, in the future, it will be difficult to form the selection element with the minimum size.

そこで、第4実施の形態では、選択素子のサイズを固定せず、記憶素子のアレイのピッチPx,Pyと選択素子のサイズnPx×mPy(n,m=1,2,3,・・・)とが与えられた場合のセルレイアウトについて提案する。   Therefore, in the fourth embodiment, the size of the selection element is not fixed, but the pitches Px and Py of the storage element array and the size nPx × mPy of the selection element (n, m = 1, 2, 3,...) We propose a cell layout when

このセルレイアウトの特徴は、上記条件が与えられた場合に、選択素子を最低何段積み重ねればよいか、また、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとるために、短冊状導体層に接続される記憶素子の数を何個にしたらよいか、といった選択素子のサイズを考慮した記憶素子と選択素子との接続方法にある。   This cell layout is characterized by a strip-shaped conductor layer in order to ensure that at least the number of selection elements to be stacked when the above conditions are given, and to ensure contact between the storage element and the selection element. There is a connection method between a storage element and a selection element in consideration of the size of the selection element such as how many storage elements should be connected.

以下、[A]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を同位置に積み重ねる場合No.1、 [B]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を同位置に積み重ねる場合No.2、 [C]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を互いにずらして積み重ねる場合の3つのケースについて説明する。   Hereinafter, [A]. No.1 when multiple selection elements corresponding to one unit block are stacked at the same position, [B]. No.1 when multiple selection elements corresponding to one unit block are stacked at the same position. 2, [C]. Three cases in which a plurality of selection elements corresponding to one unit block are stacked while being shifted from each other will be described.

[A]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を同位置に積み重ねる場合No.1
図25は、記憶素子のアレイのピッチと選択素子のサイズとが与えられた場合の選択素子の積み重ね段数Zと短冊状導体層に接続される記憶素子の数Xとを示す概念図である。
[A]. When multiple selection elements corresponding to one unit block are stacked at the same position No.1
FIG. 25 is a conceptual diagram showing the number Z of stacked selection elements and the number X of storage elements connected to the strip-shaped conductor layers when the pitch of the array of storage elements and the size of the selection elements are given.

記憶素子のアレイは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで配置されているものとする。ピッチPx,Pyは、例えば、記憶素子を、リソグラフィ技術による最小加工寸法に基づき最密に配置したときの値である。   Assume that the array of storage elements is arranged with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. The pitches Px and Py are values when, for example, the memory elements are arranged most closely based on the minimum processing dimension by the lithography technique.

選択素子のサイズLx×Lyは、nPx×mPy(n,m=1,2,3,・・・)で表されるものとする。   The size Lx × Ly of the selection element is represented by nPx × mPy (n, m = 1, 2, 3,...).

この場合、選択素子の積み重ね段数Zは、m段以上とし、短冊状導体層による記憶素子の接続数Xは、(n+1)個以上とする。単位ブロックのサイズは、(n+1)×m個以上となる。   In this case, the stacking stage number Z of the selection elements is set to m or more, and the number X of storage elements connected by the strip-like conductor layers is set to (n + 1) or more. The size of the unit block is (n + 1) × m or more.

尚、n、m、Z、Xの関係については、表1に示すようになる。   The relationship among n, m, Z, and X is as shown in Table 1.

Figure 0004410095
Figure 0004410095

選択素子の積み重ね段数Zと記憶素子の接続数Xとを上述のように設定すれば、記憶素子のアレイをクロスポイント型セルアレイ構造と同程度に最密に配置した場合であっても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。   If the number Z of stacked stacks of selection elements and the number X of connection of storage elements are set as described above, even if the array of storage elements is arranged as closely as the cross-point cell array structure, the storage elements And the selective element can be reliably contacted.

以下、記憶素子と選択素子とのコンタクトの取り方について説明する。   Hereinafter, how to make contact between the memory element and the selection element will be described.

a. 最初に、選択素子のサイズが、2Px×3Py、選択素子の積み重ね段数Zが、3段、記憶素子の接続数Xが、3個、単位ブロックのサイズが、3×3個である場合について考える。     First, when the size of the selection element is 2Px × 3Py, the number of stacking stages Z of the selection elements is 3, the number of connection X of the storage elements is 3, and the size of the unit block is 3 × 3 think about.

まず、図26及び図27に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP11,CP12及び導体層(補助短冊)SST1により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。導体層(補助短冊)SST1は、選択素子Tr1に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   First, as shown in FIGS. 26 and 27, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is a selection element (MOS transistor) arranged in the uppermost stage by contact plugs CP11 and CP12 and a conductor layer (auxiliary strip) SST1. Connected to Tr1. The conductor layer (auxiliary strip) SST1 is provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr1.

次に、図28及び図29に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22,CP23及び導体層(補助短冊)SST21,SST22により、中段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST21,SST22は、選択素子Tr2に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 28 and 29, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is a selection element arranged in the middle stage by contact plugs CP21, CP22, CP23 and conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22. (MOS transistor) Connected to Tr2. The conductor layers (auxiliary strips) SST21 and SST22 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr2.

次に、図30及び図31に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32,CP33及び導体層(補助短冊)SST31,SST32により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST31,SST32は、選択素子Tr3に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIG. 30 and FIG. 31, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block is selected at the lowest stage by the contact plugs CP31, CP32, CP33 and the conductor layers (auxiliary strips) SST31, SST32. It is connected to an element (MOS transistor) Tr3. The conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr3.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関して、3個ずつ、まとめて1つの選択素子に接続することができる。従って、読み出し選択性の向上と記憶素子の高集積化とを同時に実現することができる。   According to such a cell layout, three memory cells can be connected to one selection element at a time for all the memory elements. Therefore, improvement in read selectivity and high integration of memory elements can be realized at the same time.

b. 次に、選択素子のサイズが、3Px×5Py、選択素子の積み重ね段数Zが、5段、記憶素子の接続数Xが、4個、単位ブロックのサイズが、4×5個である場合について考える。     b. Next, when the size of the selection element is 3Px × 5Py, the number of stacking stages Z of the selection elements is 5, the number of connection X of the storage elements is 4, and the size of the unit block is 4 × 5 think about.

まず、図32及び図33に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP11,CP12及び導体層(補助短冊)SST1により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。導体層(補助短冊)SST1は、選択素子Tr1に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   First, as shown in FIGS. 32 and 33, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is a selection element (MOS transistor) arranged at the uppermost stage by contact plugs CP11 and CP12 and a conductor layer (auxiliary strip) SST1. Connected to Tr1. The conductor layer (auxiliary strip) SST1 is provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr1.

次に、図34及び図35に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22,CP23及び導体層(補助短冊)SST21,SST22により、下から4段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST21,SST22は、選択素子Tr2に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 34 and 35, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is arranged at the fourth level from the bottom by the contact plugs CP21, CP22, CP23 and the conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22. The selected element (MOS transistor) Tr2 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST21 and SST22 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr2.

次に、図36及び図37に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32,CP33及び導体層(補助短冊)SST31,SST32により、下から3段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST31,SST32は、選択素子Tr3に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 36 and 37, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block is arranged at the third level from the bottom by the contact plugs CP31, CP32, CP33 and the conductor layers (auxiliary strips) SST31, SST32. The selected element (MOS transistor) Tr3 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr3.

次に、図38及び図39に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST4は、コンタクトプラグCP41,CP42,CP43及び導体層(補助短冊)SST41,SST42により、下から2段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr4に接続される。導体層(補助短冊)SST41,SST42は、選択素子Tr4に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 38 and 39, the strip-shaped conductor layer ST4 in the unit block is arranged in the second stage from the bottom by the contact plugs CP41, CP42, CP43 and the conductor layers (auxiliary strips) SST41, SST42. The selected element (MOS transistor) Tr4 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST41, SST42 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr4.

次に、図40及び図41に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST5は、コンタクトプラグCP51,CP52,CP53及び導体層(補助短冊)SST51,SST52により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr5に接続される。導体層(補助短冊)SST51,SST52は、選択素子Tr5に隣接する他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 40 and 41, the strip-shaped conductor layer ST5 in the unit block is selected at the lowest stage by the contact plugs CP51, CP52, CP53 and the conductor layers (auxiliary strips) SST51, SST52. It is connected to an element (MOS transistor) Tr5. The conductor layers (auxiliary strips) SST51 and SST52 are provided to avoid other selection elements adjacent to the selection element Tr5.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関して、4個ずつ、まとめて1つの選択素子に接続することができる。従って、読み出し選択性の向上と記憶素子の高集積化とを同時に実現することができる。   According to such a cell layout, four memory cells can be connected to one selection element at a time for all the memory elements. Therefore, improvement in read selectivity and high integration of memory elements can be realized at the same time.

c. その他
本発明の例によれば、上述の2つの例以外のサイズの選択素子を用いた場合においても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。
c. Other
According to the example of the present invention, even when a selection element having a size other than the two examples described above is used, contact between the storage element and the selection element can be ensured.

[B]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を同位置に積み重ねる場合No.2
図42は、記憶素子のアレイのピッチと選択素子のサイズとが与えられた場合の選択素子の積み重ね段数Zと短冊状導体層に接続される記憶素子の数Xとを示す概念図である。
[B]. When multiple selection elements corresponding to one unit block are stacked at the same position No.2
FIG. 42 is a conceptual diagram showing the number Z of stacked selection elements and the number X of storage elements connected to the strip-shaped conductor layer when the pitch of the array of storage elements and the size of the selection elements are given.

記憶素子のアレイは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで配置されているものとする。ピッチPx,Pyは、例えば、記憶素子を、リソグラフィ技術による最小加工寸法に基づき最密に配置したときの値である。   Assume that the array of storage elements is arranged with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. The pitches Px and Py are values when, for example, the memory elements are arranged most closely based on the minimum processing dimension by the lithography technique.

選択素子のサイズLx×Lyは、nPx×mPy(n,m=1,2,3,・・・)で表されるものとする。但し、n≧mとする。   The size Lx × Ly of the selection element is represented by nPx × mPy (n, m = 1, 2, 3,...). However, it is set as n> = m.

この場合、選択素子の積み重ね段数Zは、(m+1)段以上とし、短冊状導体層による記憶素子の接続数Xは、n個以上とする。単位ブロックのサイズは、n×(m+1)個以上となる。   In this case, the number Z of stacked stacks of the selection elements is (m + 1) or more, and the number X of storage elements connected by the strip-shaped conductor layers is n or more. The size of the unit block is n × (m + 1) or more.

この例No.2は、上述の例No.1と比べると、前提条件は同じであるが、選択素子の積み重ね段数Zが1段だけ増えて(m+1)段以上となり、短冊状導体層による記憶素子の接続数Xが1個だけ減ってn個以上となる。   This example No. 2 has the same preconditions as the example No. 1 described above, but the number Z of stacked stacks of the selected elements is increased by one to (m + 1) or more, and the memory by the strip-shaped conductor layer The number of connected elements X is reduced by one to n or more.

この例No.2は、短冊状導体層に接続される記憶素子の数をできるだけ減らしたい場合に有効である。   This example No. 2 is effective when it is desired to reduce the number of storage elements connected to the strip-shaped conductor layer as much as possible.

選択素子の積み重ね段数Zと記憶素子の接続数Xとを上述のように設定すれば、記憶素子のアレイをクロスポイント型セルアレイ構造と同程度に最密に配置した場合であっても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。   If the number Z of stacked stacks of selection elements and the number X of connection of storage elements are set as described above, even if the array of storage elements is arranged as closely as the cross-point cell array structure, the storage elements And the selective element can be reliably contacted.

以下、記憶素子と選択素子とのコンタクトの取り方について説明する。   Hereinafter, how to make contact between the memory element and the selection element will be described.

a. 最初に、選択素子のサイズが、4Px×3Py、選択素子の積み重ね段数Zが、4段、記憶素子の接続数Xが、4個、単位ブロックのサイズが、4×4個である場合について考える。     First, when the size of the selection element is 4Px × 3Py, the number of stacking stages Z of the selection elements is 4, the number of connection X of the storage elements is 4, and the size of the unit block is 4 × 4 think about.

まず、図43及び図44に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP11,CP12及び導体層(補助短冊)SST1により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。導体層(補助短冊)SST1は、選択素子Tr1以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   First, as shown in FIGS. 43 and 44, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is a selection element (MOS transistor) arranged at the uppermost stage by the contact plugs CP11 and CP12 and the conductor layer (auxiliary strip) SST1. Connected to Tr1. The conductor layer (auxiliary strip) SST1 extends in the column direction in order to avoid a selection element other than the selection element Tr1.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST1により選択素子Tr1以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr1 can be easily bypassed by the conductor layer (auxiliary strip) SST1.

次に、図45及び図46に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22,CP23及び導体層(補助短冊)SST21,SST22により、下から3段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST21,SST22は、選択素子Tr2以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 45 and 46, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is arranged in the third row from the bottom by the contact plugs CP21, CP22, CP23 and the conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22. The selected element (MOS transistor) Tr2 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22 extend in the column direction in order to avoid other selection elements other than the selection element Tr2.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST21,SST22により選択素子Tr2以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr2 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST21 and SST22.

次に、図47及び図48に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32,CP33及び導体層(補助短冊)SST31,SST32により、下から2段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST31,SST32は、選択素子Tr3以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 47 and 48, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block is arranged in the second stage from the bottom by the contact plugs CP31, CP32, CP33 and the conductor layers (auxiliary strips) SST31, SST32. The selected element (MOS transistor) Tr3 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32 extend in the column direction in order to avoid selection elements other than the selection element Tr3.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST31,SST32により選択素子Tr3以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr3 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32.

次に、図49及び図50に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST4は、コンタクトプラグCP41,CP42,CP43及び導体層(補助短冊)SST41,SST42により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr4に接続される。導体層(補助短冊)SST41,SST42は、選択素子Tr4以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 49 and 50, the strip-shaped conductor layer ST4 in the unit block is selected at the lowest stage by the contact plugs CP41, CP42, CP43 and the conductor layers (auxiliary strips) SST41, SST42. It is connected to an element (MOS transistor) Tr4. The conductor layers (auxiliary strips) SST41 and SST42 extend in the column direction in order to avoid selection elements other than the selection element Tr4.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST41,SST42により選択素子Tr4以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr4 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST41 and SST42.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関して、4個ずつ、まとめて1つの選択素子に接続することができる。従って、読み出し選択性の向上と記憶素子の高集積化とを同時に実現することができる。   According to such a cell layout, four memory cells can be connected to one selection element at a time for all the memory elements. Therefore, improvement in read selectivity and high integration of memory elements can be realized at the same time.

b. 次に、選択素子のサイズが、4Px×4Py、選択素子の積み重ね段数Zが、5段、記憶素子の接続数Xが、4個、単位ブロックのサイズが、4×5個である場合について考える。     b. Next, when the size of the selection element is 4Px × 4Py, the number of stacked Z stages of the selection element is 5, the number of connection X of the storage elements is 4, and the size of the unit block is 4 × 5 think about.

まず、図51及び図52に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP11,CP12及び導体層(補助短冊)SST1により、下から4段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。導体層(補助短冊)SST1は、選択素子Tr1以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   First, as shown in FIG. 51 and FIG. 52, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is selected by the contact plugs CP11 and CP12 and the conductor layer (auxiliary strip) SST1. The MOS transistor is connected to Tr1. The conductor layer (auxiliary strip) SST1 extends in the column direction in order to avoid a selection element other than the selection element Tr1.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST1により選択素子Tr1以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr1 can be easily bypassed by the conductor layer (auxiliary strip) SST1.

次に、図53及び図54に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22,CP23及び導体層(補助短冊)SST21,SST22により、下から3段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST21,SST22は、選択素子Tr2以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 53 and 54, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is arranged at the third level from the bottom by the contact plugs CP21, CP22, CP23 and the conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22. The selected element (MOS transistor) Tr2 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22 extend in the column direction in order to avoid other selection elements other than the selection element Tr2.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST21,SST22により選択素子Tr2以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr2 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST21 and SST22.

次に、図55及び図56に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32,CP33及び導体層(補助短冊)SST31,SST32により、下から2段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST31,SST32は、選択素子Tr3以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 55 and 56, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block is arranged in the second stage from the bottom by the contact plugs CP31, CP32, CP33 and the conductor layers (auxiliary strips) SST31, SST32. The selected element (MOS transistor) Tr3 is connected. The conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32 extend in the column direction in order to avoid selection elements other than the selection element Tr3.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST31,SST32により選択素子Tr3以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr3 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST31 and SST32.

次に、図57及び図58に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST4は、コンタクトプラグCP41,CP42,CP43及び導体層(補助短冊)SST41,SST42により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr4に接続される。導体層(補助短冊)SST41,SST42は、選択素子Tr4以外の他の選択素子を避けるために列方向に延びている。   Next, as shown in FIGS. 57 and 58, the strip-shaped conductor layer ST4 in the unit block is selected at the lowest stage by the contact plugs CP41, CP42, CP43 and the conductor layers (auxiliary strips) SST41, SST42. It is connected to an element (MOS transistor) Tr4. The conductor layers (auxiliary strips) SST41 and SST42 extend in the column direction in order to avoid selection elements other than the selection element Tr4.

本例では、n≧mに設定されているので、導体層(補助短冊)SST41,SST42により選択素子Tr4以外の他の選択素子を容易に迂回することができる。   In this example, since n ≧ m is set, other selection elements other than the selection element Tr4 can be easily bypassed by the conductor layers (auxiliary strips) SST41 and SST42.

次に、図59及び図60に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST5は、コンタクトプラグCP5により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr5に接続される。   Next, as shown in FIGS. 59 and 60, the strip-shaped conductor layer ST5 in the unit block is connected to a selection element (MOS transistor) Tr5 arranged at the uppermost stage by a contact plug CP5.

ここで、短冊状導体層ST5と選択素子Tr5とのコンタクトに関しては、導体層(補助短冊)を使用していない。このため、選択素子(MOSトランジスタ)Tr5のソース/ドレインの向きは、選択素子(MOSトランジスタ)Tr1〜Tr4のソース/ドレインの向きと逆になる。   Here, no conductor layer (auxiliary strip) is used for the contact between the strip-shaped conductor layer ST5 and the selection element Tr5. Therefore, the direction of the source / drain of the selection element (MOS transistor) Tr5 is opposite to the direction of the source / drain of the selection elements (MOS transistors) Tr1 to Tr4.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関して、4個ずつ、まとめて1つの選択素子に接続することができる。従って、読み出し選択性の向上と記憶素子の高集積化とを同時に実現することができる。   According to such a cell layout, four memory cells can be connected to one selection element at a time for all the memory elements. Therefore, improvement in read selectivity and high integration of memory elements can be realized at the same time.

c. その他
本発明の例によれば、上述の2つの例以外のサイズの選択素子を用いた場合においても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。
c. Other
According to the example of the present invention, even when a selection element having a size other than the two examples described above is used, contact between the storage element and the selection element can be ensured.

[C]. 1つの単位ブロックに対応する複数の選択素子を互いにずらして積み重ねる場合(図9〜図24のケースも含む)
図61は、記憶素子のアレイのピッチと選択素子のサイズとが与えられた場合の選択素子の積み重ね段数Zと短冊状導体層に接続される記憶素子の数Xとを示す概念図である。
[C]. When a plurality of selection elements corresponding to one unit block are stacked while being shifted from each other (including the cases of FIGS. 9 to 24).
FIG. 61 is a conceptual diagram showing the number Z of stacked selection elements and the number X of storage elements connected to the strip-shaped conductor layer when the pitch of the array of storage elements and the size of the selection elements are given.

記憶素子のアレイは、行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで配置されているものとする。ピッチPx,Pyは、例えば、記憶素子を、リソグラフィ技術による最小加工寸法に基づき最密に配置したときの値である。   Assume that the array of storage elements is arranged with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction. The pitches Px and Py are values when, for example, the memory elements are arranged most closely based on the minimum processing dimension by the lithography technique.

選択素子のサイズLx×Lyは、nPx×mPy(n,m=1,2,3,・・・)で表されるものとする。   The size Lx × Ly of the selection element is represented by nPx × mPy (n, m = 1, 2, 3,...).

この場合、選択素子の積み重ね段数Zは、m段以上とし、短冊状導体層による記憶素子の接続数Xは、(n+m−1)個以上とする。単位ブロックのサイズは、(n+m−1)×m個以上となる。   In this case, the stacking stage number Z of the selection elements is set to m stages or more, and the number X of storage elements connected by the strip-like conductor layers is set to (n + m−1) or more. The size of the unit block is (n + m−1) × m or more.

記憶素子の接続数Xについては、選択素子の行方向のサイズがn×Pxであるため、最低、n個必要となる。但し、これだけでは、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとれない。   Regarding the number X of storage element connections, since the size of the selection element in the row direction is n × Px, at least n storage elements are required. However, this alone cannot ensure contact between the storage element and the selection element.

そこで、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとるために、積み重ねたm個の選択素子を、行方向にピッチPxずつ、ずらすとすると、記憶素子の接続数Xは、n個に加えて、さらに、選択素子の積み重ね段数Zから1を引いた数(=m−1)だけ追加しなければならない。   Therefore, if the stacked m selection elements are shifted by a pitch Px in the row direction in order to ensure contact between the storage element and the selection element, the number of connections X of the storage elements is added to n. Furthermore, it is necessary to add only the number (= m−1) obtained by subtracting 1 from the number Z of stacked stacks of selected elements.

従って、記憶素子の接続数Xは、(n+m−1)個以上となる。   Therefore, the number X of storage element connections is (n + m−1) or more.

また、この場合、記憶素子と選択素子とのコンタクトをとるために必要な導体層(補助短冊)の数は、1つ以下となる。   In this case, the number of conductor layers (auxiliary strips) necessary for making contact between the storage element and the selection element is one or less.

尚、n、m、Z、Xの関係については、表2に示すようになる。   Table 2 shows the relationship among n, m, Z, and X.

Figure 0004410095
Figure 0004410095

選択素子の積み重ね段数Zと記憶素子の接続数Xとを上述のように設定すれば、記憶素子のアレイをクロスポイント型セルアレイ構造と同程度に最密に配置した場合であっても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。   If the number Z of stacked stacks of selection elements and the number X of connection of storage elements are set as described above, even if the array of storage elements is arranged as closely as the cross-point cell array structure, the storage elements And the selective element can be reliably contacted.

以下、記憶素子と選択素子とのコンタクトの取り方について説明する。   Hereinafter, how to make contact between the memory element and the selection element will be described.

選択素子のサイズが、4Px×3Py、選択素子の積み重ね段数Zが、3段、記憶素子の接続数Xが、4個、単位ブロックのサイズが、4×3個である場合について考える。   Consider a case where the size of the selection element is 4Px × 3Py, the number of stacked stages Z of the selection elements is 3, the number of connection X of the storage elements is 4, and the size of the unit block is 4 × 3.

まず、図62及び図63に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP1により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。短冊状導体層ST1と選択素子Tr1とのコンタクトに際しては、導体層(補助短冊)は使用しない。   First, as shown in FIGS. 62 and 63, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is connected to the selection element (MOS transistor) Tr1 arranged in the uppermost stage by the contact plug CP1. The conductor layer (auxiliary strip) is not used for contact between the strip-shaped conductor layer ST1 and the selection element Tr1.

次に、図64及び図65に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22及び導体層(補助短冊)SST2により、中段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST2は、選択素子Tr2以外の他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 64 and 65, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is a selection element (MOS transistor) arranged in the middle stage by the contact plugs CP21 and CP22 and the conductor layer (auxiliary strip) SST2. Connected to Tr2. The conductor layer (auxiliary strip) SST2 is provided to avoid other selection elements other than the selection element Tr2.

次に、図66及び図67に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32及び導体層(補助短冊)SST3により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST3は、選択素子Tr3以外の他の選択素子を避けるために設けられる。   Next, as shown in FIGS. 66 and 67, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block is composed of a selection element (MOS transistor) arranged at the lowest stage by contact plugs CP31 and CP32 and a conductor layer (auxiliary strip) SST3. ) Connected to Tr3. The conductor layer (auxiliary strip) SST3 is provided to avoid selection elements other than the selection element Tr3.

このようなセルレイアウトによれば、全ての記憶素子に関して、4個ずつ、まとめて1つの選択素子に接続することができる。また、記憶素子と選択素子とのコンタクトに際しては、1つ以下の導体層(補助短冊)を用いることにより確実に行うことができる。従って、読み出し選択性の向上と記憶素子の高集積化とを同時に実現することができる。   According to such a cell layout, four memory cells can be connected to one selection element at a time for all the memory elements. In addition, the contact between the memory element and the selection element can be reliably performed by using one or less conductor layers (auxiliary strips). Therefore, improvement in read selectivity and high integration of memory elements can be realized at the same time.

c. その他
本発明の例によれば、上述の例以外のサイズの選択素子を用いた場合においても、記憶素子と選択素子とのコンタクトを確実にとることができる。
c. Other
According to the example of the present invention, even when a selection element having a size other than the above example is used, the contact between the storage element and the selection element can be reliably obtained.

(6) 第5実施の形態
第5実施の形態は、第1乃至第4実施の形態に関わる半導体メモリの製造方法及びその方法により形成されるデバイス構造に関する。
(6) Fifth embodiment
The fifth embodiment relates to a method of manufacturing a semiconductor memory according to the first to fourth embodiments and a device structure formed by the method.

まず、本発明の例によれば、半導体基板上に選択素子(例えば、MOSトランジスタ)を複数段に積み重ねる必要がある。   First, according to the example of the present invention, it is necessary to stack select elements (for example, MOS transistors) in a plurality of stages on a semiconductor substrate.

選択素子を複数段に積み重ねるには、いわゆるダマシンプロセス(damascene process)により、順次、選択素子を形成していく方法の他、異なる半導体基板上にそれぞれ形成した複数の選択素子を、貼り合せ技術により、互いに結合させる方法を使用できる。   In order to stack the selection elements in a plurality of stages, in addition to a method of sequentially forming selection elements by a so-called damascene process, a plurality of selection elements formed on different semiconductor substrates are bonded by a bonding technique. , Methods of bonding to each other can be used.

後者の貼り合せ技術を用いる場合には、貼り合せマージンを見込み、コンタクトプラグ同士の接点のサイズを決めなければならない。   When the latter bonding technique is used, the size of the contact between the contact plugs must be determined in view of the bonding margin.

図68乃至図72は、貼り合せ技術により選択素子の積層構造を形成した場合のデバイス構造の例を示している。   68 to 72 show examples of the device structure in the case where the laminated structure of the selection elements is formed by the bonding technique.

この構造の特徴は、最上段の選択素子Tr1以外の選択素子Tr2〜Tr4に接続されるコンタクトプラグ又は導体層については、貼り合せマージンを考慮したサイズを有している、という点にある。   A feature of this structure is that contact plugs or conductor layers connected to the selection elements Tr2 to Tr4 other than the uppermost selection element Tr1 have a size in consideration of a bonding margin.

例えば、図69に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST1は、コンタクトプラグCP11,CP12,CP13及び導体層(補助短冊)SST11,SST12により、最上段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr1に接続される。導体層(補助短冊)SST11は、選択素子Tr1以外の他の選択素子を避けるために設けられる。   For example, as shown in FIG. 69, the strip-shaped conductor layer ST1 in the unit block is a selection element (MOS transistor) arranged at the top by contact plugs CP11, CP12, CP13 and conductor layers (auxiliary strips) SST11, SST12. ) Connected to Tr1. The conductor layer (auxiliary strip) SST11 is provided to avoid a selection element other than the selection element Tr1.

また、図70に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST2は、コンタクトプラグCP21,CP22,CP23,CP24及び導体層(補助短冊)SST21,SST22,SST23,SST24により、下から3段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr2に接続される。導体層(補助短冊)SST21は、選択素子Tr2以外の他の選択素子を避けるために設けられる。   Further, as shown in FIG. 70, the strip-shaped conductor layer ST2 in the unit block is the third step from the bottom by contact plugs CP21, CP22, CP23, CP24 and conductor layers (auxiliary strips) SST21, SST22, SST23, SST24. Is connected to a selection element (MOS transistor) Tr2. The conductor layer (auxiliary strip) SST21 is provided to avoid a selection element other than the selection element Tr2.

ここで、コンタクトプラグCP23,CP24及び導体層SST22,SST23,SST24は、貼り合せマージンを考慮したサイズを有する。例えば、これらのために、2Px×2Py分の領域を確保する。   Here, the contact plugs CP23, CP24 and the conductor layers SST22, SST23, SST24 have a size in consideration of a bonding margin. For example, an area of 2Px × 2Py is secured for these.

また、図71に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST3は、コンタクトプラグCP31,CP32,CP33,CP34,CP35及び導体層(補助短冊)SST31,SST32,SST33,SST34,SST35,SST36により、下から2段目に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr3に接続される。導体層(補助短冊)SST31は、選択素子Tr3以外の他の選択素子を避けるために設けられる。   As shown in FIG. 71, the strip-shaped conductor layer ST3 in the unit block includes contact plugs CP31, CP32, CP33, CP34, CP35 and conductor layers (auxiliary strips) SST31, SST32, SST33, SST34, SST35, SST36. Are connected to a selection element (MOS transistor) Tr3 arranged in the second stage from the bottom. The conductor layer (auxiliary strip) SST31 is provided to avoid a selection element other than the selection element Tr3.

ここで、コンタクトプラグCP33,CP34,CP35及び導体層SST32,SST33,SST34,SST35,SST36は、貼り合せマージンを考慮したサイズを有する。例えば、これらのために、2Px×2Py分の領域を確保する。   Here, the contact plugs CP33, CP34, CP35 and the conductor layers SST32, SST33, SST34, SST35, SST36 have a size in consideration of a bonding margin. For example, an area of 2Px × 2Py is secured for these.

また、図72に示すように、単位ブロック内の短冊状導体層ST4は、コンタクトプラグCP41,CP42,CP43,CP44,CP45及び導体層(補助短冊)SST41,SST42,SST43,SST44,SST45,SST46,SST47により、最下段に配置された選択素子(MOSトランジスタ)Tr4に接続される。   72, the strip-shaped conductor layer ST4 in the unit block includes contact plugs CP41, CP42, CP43, CP44, CP45 and conductor layers (auxiliary strips) SST41, SST42, SST43, SST44, SST45, SST46, By SST47, it is connected to the selection element (MOS transistor) Tr4 arranged at the lowest stage.

ここで、コンタクトプラグCP42,CP43,CP44,CP45及び導体層SST41,SST42,SST43,SST44,SST45,SST46,SST47は、貼り合せマージンを考慮したサイズを有する。例えば、これらのために、2Px×2Py分の領域を確保する。   Here, the contact plugs CP42, CP43, CP44, CP45 and the conductor layers SST41, SST42, SST43, SST44, SST45, SST46, SST47 have a size in consideration of a bonding margin. For example, an area of 2Px × 2Py is secured for these.

このように、貼り合せ技術を用いれば、製造工程数は増えてしまうが、各段に配置される選択素子(例えば、MOSトランジスタ)については、最新の微細加工技術により形成する必要がない。また、各段に配置される選択素子の全てをダマシンプロセスで形成する場合には、高度な技術が必要となるが、それも不要である。   As described above, if the bonding technique is used, the number of manufacturing steps increases, but the selection elements (for example, MOS transistors) arranged in each stage do not need to be formed by the latest microfabrication technique. Further, when all the selection elements arranged in each stage are formed by a damascene process, a high level technique is required, but this is not necessary.

尚、貼り合せマージンを見込んだコンタクト接点のサイズについては、アライメント(位置合せ)技術に依存する。   Note that the size of the contact point in consideration of the bonding margin depends on the alignment technique.

本例では、貼り合せによるコンタクト接点のサイズを2Px×2Pyとしたが、このサイズよりも大きくても構わないし、また、技術の進歩により、このサイズよりも小さくなることも十分に考えられる。   In this example, the size of the contact contact by bonding is 2Px × 2Py. However, it may be larger than this size, and it is fully conceivable that it may become smaller than this size due to technological progress.

(7) その他
本発明の例は、選択素子のサイズが大きいほど、記憶素子の高集積化に関する効果が顕著となる。例えば、選択素子がMOSトランジスタであって、そのサイズが、Lx(=1μm)×Ly(=4μm)=4μmであると仮定する。
(7) Other
In the example of the present invention, as the size of the selection element is larger, the effect related to higher integration of the storage element becomes more remarkable. For example, it is assumed that the selection element is a MOS transistor and the size thereof is Lx (= 1 μm) × Ly (= 4 μm) = 4 μm 2 .

また、次世代メモリであるスピン注入型磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子のサイズが200nm×300nmであるとすると、記憶素子の行方向のピッチPxは、200nm、列方向のピッチPyは、300nmに設定されるため、n=5、m=13となる。   If the size of the storage element of a spin injection magnetic random access memory, which is the next generation memory, is 200 nm × 300 nm, the pitch Px in the row direction of the storage element is set to 200 nm and the pitch Py in the column direction is set to 300 nm. Therefore, n = 5 and m = 13.

従って、記憶素子は、13段以上に積み重ねられることになる。   Therefore, the memory elements are stacked in 13 stages or more.

この場合、例えば、記憶素子と選択素子とが1:1に対応するセルアレイ構造と比べると、65倍(13段の場合)又はそれ以上(13段を超える場合)の高集積化が可能となる。   In this case, for example, 65 times (in the case of 13 stages) or more (in the case of more than 13 stages) can be achieved with a higher degree of integration than a cell array structure in which the memory elements and the selection elements correspond to 1: 1. .

また、例えば、記憶素子と選択素子とがm:1に対応するセルアレイ構造と比べると、13倍(13段の場合)又はそれ以上(13段を超える場合)の高集積化が可能となる。   Further, for example, as compared with the cell array structure in which the memory element and the selection element correspond to m: 1, 13 times (in the case of 13 stages) or more (in the case of more than 13 stages) can be highly integrated.

ところで、微細加工技術が大幅に進んだとしても、選択素子のサイズが記憶素子1個分のサイズと同程度になることはあり得ない。仮に、選択素子のサイズが記憶素子のサイズよりも若干大きい程度、例えば、0.6μm×0.3μm(600nm×300nm)まで小さくなったと仮定すると、n=2、m=2となる。   By the way, even if the microfabrication technology has advanced greatly, the size of the selection element cannot be the same as the size of one storage element. If it is assumed that the size of the selection element is slightly smaller than the size of the storage element, for example, 0.6 μm × 0.3 μm (600 nm × 300 nm), n = 2 and m = 2.

この場合でも、例えば、記憶素子と選択素子とが1:1に対応するセルアレイ構造と比べると、3倍又はそれ以上の高集積化が可能となる。   Even in this case, for example, compared with the cell array structure in which the memory element and the selection element correspond to 1: 1, the integration can be three times or more.

また、例えば、記憶素子と選択素子とがm:1に対応するセルアレイ構造と比べても、2倍又はそれ以上の高集積化が可能となる。   Further, for example, the integration density can be doubled or more than that of a cell array structure in which the memory element and the selection element correspond to m: 1.

但し、以上は、選択素子の微細化に当たり、エレクトロマイグレーションや、高誘電率薄膜などの問題を解消したことを前提とする。   However, the above is based on the premise that problems such as electromigration and a high dielectric constant thin film have been solved in miniaturizing the selection element.

本発明の例によれば、クロスポイント型セルアレイ構造に比べ、高S/N比化及び高速化を実現できると共に、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度(高集積化)を実現できる。   According to the example of the present invention, it is possible to realize a higher S / N ratio and higher speed as compared with the cross-point type cell array structure, and it is possible to realize a cell density (high integration) comparable to that of the cross-point type cell array structure.

また、本発明の例の主旨は、クロスポイント型セルアレイ構造と同程度のセル密度を実現する、という他に、選択素子を多段に積み重ねることにより記憶素子の集積度を向上させる、という点にある。この場合には、記憶素子は、最密のよりも広いピッチで配置してもよいし、選択素子の積み重ね段数Zや記憶素子の接続数Xについても、できるだけ多くする。   Further, the main point of the example of the present invention is that, in addition to realizing a cell density comparable to that of the cross-point type cell array structure, the degree of integration of the memory elements is improved by stacking the selection elements in multiple stages. . In this case, the memory elements may be arranged at a wider pitch than the closest packing, and the number Z of stacked stacks of selection elements and the number X of memory element connections are increased as much as possible.

本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。   The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the scope of the invention.

例えば、選択素子は、シリコン(Si)をベースとするMOSFETに限定されるものではなく、有機物、カーボンナノチューブなどの他の材料や構造をベースに形成されるものであっても、また、バイポーラトランジスタやダイオードなどであっても、記憶素子よりも大きなサイズを必要とするものであれば、本発明の例の適用により同様の効果を発揮できる。   For example, the selection element is not limited to a MOSFET based on silicon (Si), and may be formed based on another material or structure such as an organic substance or carbon nanotube, or a bipolar transistor. Even in the case of a diode or a diode that requires a larger size than a memory element, the same effect can be achieved by applying the example of the present invention.

また、記憶素子は、磁気抵抗効果素子、結晶質と非晶質との相転移を利用する相変化型素子、強誘電体素子などであってもよい。   The memory element may be a magnetoresistive effect element, a phase change element utilizing a phase transition between crystalline and amorphous, a ferroelectric element, or the like.

また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.

磁気ランダムアクセスメモリのセルアレイ構造の例を示す回路図。The circuit diagram which shows the example of the cell array structure of a magnetic random access memory. 1ブロック内の選択素子と記憶素子のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the selection element and memory | storage element in 1 block. 1ブロック内の選択素子と記憶素子の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the selection element and memory element in 1 block. 1ブロック内の選択素子と記憶素子のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the selection element and memory | storage element in 1 block. 1ブロック内の選択素子と記憶素子の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the selection element and memory element in 1 block. 本発明の例の概念を示す図。The figure which shows the concept of the example of this invention. 本発明の例の概念を示す図。The figure which shows the concept of the example of this invention. 磁気ランダムアクセスメモリのセルアレイ構造の例を示す回路図。The circuit diagram which shows the example of the cell array structure of a magnetic random access memory. 第1実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 1st Embodiment. 図9のX−X線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XX line of FIG. 図9のXI−XI線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XI-XI line of FIG. 図9のXII−XII線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XII-XII line | wire of FIG. 単位ブロックと選択素子との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of a unit block and a selection element. 記憶素子と選択素子との接続関係を示す図。The figure which shows the connection relation of a memory element and a selection element. 第2実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 2nd Embodiment. 図15のXVI−XVI線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XVI-XVI line | wire of FIG. 図15のXVII−XVII線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XVII-XVII line | wire of FIG. 図15のXVIII−XVIII線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XVIII-XVIII line of FIG. 単位ブロックと選択素子との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of a unit block and a selection element. 第3実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 3rd Embodiment. 図20のXXI−XXI線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XXI-XXI line | wire of FIG. 図21のXXII−XXII線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XXII-XXII line | wire of FIG. 図21のXXIII−XXIII線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the XXIII-XXIII line | wire of FIG. 単位ブロックと選択素子との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of a unit block and a selection element. 第4実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 4th Embodiment. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 第4実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 4th Embodiment. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 第4実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 4th Embodiment. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す平面図。The top view which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 第5実施の形態に関わるセルレイアウトを示す平面図。The top view which shows the cell layout in connection with 5th Embodiment. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element. 記憶素子と選択素子の接続例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of a connection of a memory element and a selection element.

符号の説明Explanation of symbols

11: メモリセルアレイ、 12: 記憶素子、 13A: ロウでコーダ&ワード線ドライバ、 13B: カラムデコーダ、 14: カラムデコーダ&カラム選択線ドライバ、 15A,15B: 書き込みドライバ/シンカー、 16: 読み出し回路(センスアンプを含む)、 WL1〜WL5: ワード線、 BL1〜BL4: ビット線、 RSW: 選択素子、 CSW1,CSW2: カラム選択スイッチ、 SL1〜SL3: ソース線、ST1〜ST4: 短冊状導体層、 SST1〜SST3: 導体層(補助短冊)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11: Memory cell array, 12: Memory element, 13A: Row coder & word line driver, 13B: Column decoder, 14: Column decoder & column selection line driver, 15A, 15B: Write driver / sinker, 16: Read circuit (sense) WL1-WL5: word line, BL1-BL4: bit line, RSW: selection element, CSW1, CSW2: column selection switch, SL1-SL3: source line, ST1-ST4: strip-like conductor layer, SST1- SST3: Conductor layer (auxiliary strip).

Claims (9)

行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、
前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを具備し、
前記複数の選択素子は、m段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n+1個以上である
ことを特徴とする半導体メモリ。
A plurality of storage elements arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction;
A plurality of selection elements arranged immediately below the plurality of storage elements, the size Lx in the row direction being n × Px, and the size Ly in the column direction being m × Py;
A plurality of first conductive layers connecting one ends of the X memory elements arranged in the row direction to each other;
The plurality of selection elements are arranged in m or more different layers, and the number of X storage elements is n + 1 or more.
行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、
前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを具備し、
前記複数の選択素子は、m+1段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n(但し、n≧mの場合に限る)個以上である
ことを特徴とする半導体メモリ。
A plurality of storage elements arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction;
A plurality of selection elements arranged immediately below the plurality of storage elements, the size Lx in the row direction being n × Px, and the size Ly in the column direction being m × Py;
A plurality of first conductive layers connecting one ends of the X memory elements arranged in the row direction to each other;
The plurality of selection elements are arranged in different layers of m + 1 stages or more, and the X memory elements are n (however, only when n ≧ m) or more.
行方向にピッチPx、列方向にピッチPyで、行列状に配置される複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子の直下に配置され、前記行方向のサイズLxがn×Px、列方向のサイズLyがm×Pyである複数の選択素子と、
前記行方向に並ぶX個の記憶素子の一端を互いに接続する複数の第1導電層とを具備し、
前記複数の選択素子は、m段以上の異なる層内に配置され、前記X個の記憶素子は、n+m−1個以上である
ことを特徴とする半導体メモリ。
A plurality of storage elements arranged in a matrix with a pitch Px in the row direction and a pitch Py in the column direction;
A plurality of selection elements arranged immediately below the plurality of storage elements, the size Lx in the row direction being n × Px, and the size Ly in the column direction being m × Py;
A plurality of first conductive layers connecting one ends of the X memory elements arranged in the row direction to each other;
The plurality of selection elements are arranged in different layers of m stages or more, and the X memory elements are n + m−1 or more.
前記ピッチPx及び前記ピッチPyは、前記複数の記憶素子を同一層内で最密に配置したときの値を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体メモリ。   4. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the pitch Px and the pitch Py have values when the plurality of storage elements are arranged closest in the same layer. 5. 前記ピッチPx及び前記ピッチPyは、リソグラフィ技術により決まる最小加工寸法により決定されることを特徴とする請求項4に記載の半導体メモリ。   The semiconductor memory according to claim 4, wherein the pitch Px and the pitch Py are determined by a minimum processing dimension determined by a lithography technique. 前記複数の第1導電層の各々は、第2導電層を経由して前記複数の選択素子のうちの1つに接続されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体メモリ。   4. The device according to claim 1, wherein each of the plurality of first conductive layers is connected to one of the plurality of selection elements via a second conductive layer. 5. Semiconductor memory. 前記第2導電層は、前記列方向に延びていることを特徴とする請求項6に記載の半導体メモリ。   The semiconductor memory according to claim 6, wherein the second conductive layer extends in the column direction. 前記ピッチPx及び前記ピッチPyのうちの1つは、前記複数の記憶素子を同一層内で最密に配置したときの値よりも大きな値を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体メモリ。   4. One of the pitch Px and the pitch Py has a value larger than a value when the plurality of memory elements are arranged in the same layer in the closest density. 2. The semiconductor memory according to item 1. 前記第1及び第2導電層は、その平面形状が短冊状であることを特徴とする請求項に記載の半導体メモリ。 The semiconductor memory according to claim 7 , wherein the first and second conductive layers have a strip shape in plan view .
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