JP2011142186A - 抵抗変化メモリ - Google Patents
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Abstract
【課題】ドライバ領域の増加を最小限に抑え、抵抗変化メモリの三次元化を実現する。
【解決手段】本発明の抵抗変化メモリは、半導体基板11上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、第1乃至第(n+1)導電線L1(1),L2(1),…L(n+1)(1)を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバDr1(1),Dr2(1)とを備える。第1乃至第(n+1)ドライバDr1(1),Dr2(1)のサイズは、第1ドライバから第(n+1)ドライバに向かって次第に大きくなる。
【選択図】図4
【解決手段】本発明の抵抗変化メモリは、半導体基板11上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、第1乃至第(n+1)導電線L1(1),L2(1),…L(n+1)(1)を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバDr1(1),Dr2(1)とを備える。第1乃至第(n+1)ドライバDr1(1),Dr2(1)のサイズは、第1ドライバから第(n+1)ドライバに向かって次第に大きくなる。
【選択図】図4
Description
本発明は、抵抗変化メモリの周辺回路に関する。
抵抗変化メモリは、可変抵抗素子を記録媒体とする半導体メモリのことである。可変抵抗素子とは、電圧、電流、熱などにより抵抗値が変化する材料からなる素子のことであり、相変化素子を含む。例えば、可変抵抗素子として金属酸化物を用いるReRAM (Resistance Random Access Memory)は、大容量かつ高速動作が可能な次世代半導体メモリとして期待されている。
ここで、大容量化に関しては、メモリセルアレイの三次元化や、可変抵抗素子に記憶するデータの多値化などにより実現される。抵抗変化メモリは、クロスポイント型メモリセルアレイを採用するため、複数のメモリセルアレイを積み重ねて三次元化を図るのに適している(例えば、特許文献1を参照)。
しかし、現状では、メモリセルアレイを三次元化しても、周辺回路を三次元化することは難しい。このため、積み重ねることができるメモリセルアレイの数は、これらメモリセルアレイ内の導電線を駆動するドライバを形成する領域の大きさに制限される。即ち、ドライバの数は、メモリセルアレイの数に比例する一方、ドライバを形成する半導体基板上の領域は、無制限に大きくすることはできない。
また、複数のメモリセルアレイを積み重ねるとき、メモリセルアレイ内の導電線とそれを駆動するドライバとを接続するビア(via)の時定数は、メモリセルアレイごとに異なる。一方、ドライバとしてのFET(Field Effect Transistor)のサイズ(チャネル幅)は、一定である。このため、全てのドライバのサイズは、最上層のメモリセルアレイ内の導電線(最上導電線)とそれを駆動するドライバとを接続するビアの時定数(最大値)に基づいて、その最上導電線を駆動するのに十分な大きさに設定される。
以上のことから、従来では、限られた領域内に均一で大きなサイズの複数のドライバを形成しなければならず、結果として、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができない。
本発明は、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑えることにより、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得る技術を提案する。
本発明の例に係る抵抗変化メモリは、半導体基板と、前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバとを備え、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、前記第1乃至第(n+1)ドライバのサイズは、前記第1ドライバから前記第(n+1)ドライバに向かって次第に大きくなる。
本発明の例に係る抵抗変化メモリは、半導体基板と、前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバとを備え、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、前記奇数番目の導電線を駆動するドライバのサイズは、前記第1ドライバから前記奇数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって次第に大きくなる。
本発明の例に係る抵抗変化メモリは、半導体基板と、前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバとを備え、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、前記偶数番目の導電線を駆動するドライバのサイズは、前記第2ドライバから前記偶数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって次第に大きくなる。
本発明によれば、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑えることにより、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができる。
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。
1. 基本思想
本発明は、クロスポイント型メモリセルアレイを採用する抵抗変化メモリにおいて、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑える技術を提案する。
本発明は、クロスポイント型メモリセルアレイを採用する抵抗変化メモリにおいて、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑える技術を提案する。
その技術とは、ドライバのサイズ、即ち、ドライバとしてのFETのサイズ(チャネル幅)を、それに対応するメモリセルアレイの位置(階層)に応じて異ならせ、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑える、というものである。
具体的には、ドライバのサイズは、それに対応するメモリセルアレイ内の導電線が半導体基板から離れるに従って大きくする。これは、複数のメモリセルアレイを積み重ねるとき、メモリセルアレイ内の導電線とそれを駆動するドライバとを接続するビアの時定数が、最下層のメモリセルアレイから最上層のメモリセルアレイに向かって次第に大きくなることに対応させたものである。
これにより、ドライバサイズが均一である従来に比べて、ドライバを形成する領域を小さくすることができ、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができる。
2. 抵抗変化メモリについて
まず、本発明が適用される抵抗変化メモリについて説明する。
まず、本発明が適用される抵抗変化メモリについて説明する。
(1) 全体図
図1は、抵抗変化メモリの主要部を示している。
図1は、抵抗変化メモリの主要部を示している。
抵抗変化メモリ(例えば、チップ)1は、クロスポイント型メモリセルアレイ2を有する。クロスポイント型メモリセルアレイ2は、複数のメモリセルアレイのスタック構造から構成される。
クロスポイント型メモリセルアレイ2の第1方向の一端には、第1制御回路3が配置され、第1方向に交差する第2方向の一端には、第2制御回路4が配置される。
第1及び第2制御回路3,4は、例えば、メモリセルアレイ選択信号に基づいて、スタックされた複数のメモリセルアレイのうちの1つを選択する。
第1制御回路3は、例えば、ロウアドレス信号に基づいてクロスポイント型メモリセルアレイ2のロウを選択する。また、第2制御回路4は、例えば、カラムアドレス信号に基づいてクロスポイント型メモリセルアレイ2のカラムを選択する。
第1及び第2制御回路3,4は、クロスポイント型メモリセルアレイ2内のメモリ素子に対するデータの書き込み/消去/読み出しを制御する。
第1及び第2制御回路3,4は、スタックされた複数のメモリセルアレイのうちの1つに対してデータの書き込み/消去/読み出しを行うこともできるし、スタックされた複数のメモリセルアレイのうちの2つ以上又は全てに対して同時にデータの書き込み/消去/読み出しを行うこともできる。
ここで、抵抗変化メモリ1においては、例えば、書き込みをセット、消去をリセットと称する。セット状態の抵抗値は、リセット状態の抵抗値と異なっていればよく、それより高いか又は低いかは重要ではない。
また、セット動作において、複数の抵抗値のうちの1つを選択的に書き込めるようにすれば、1つのメモリ素子が多値データ(multi-level data)を記憶する多値抵抗変化メモリを実現することもできる。
コントローラ5は、制御信号及びデータを抵抗変化メモリ1に供給する。制御信号は、コマンド・インターフェイス回路6に入力され、データは、データ入出力バッファ7に入力される。また、コントローラ5はチップ1の中に配置されていても良いし、チップ1とは別のホスト(コンピュータ)中に配置されていても良い。
コマンド・インターフェイス回路6は、制御信号に基づいて、ホスト5からのデータがコマンドデータであるか否かを判断し、コマンドデータであれば、それをデータ入出力バッファ7からステートマシーン8に転送する。
ステートマシーン8は、コマンドデータに基づいて、抵抗変化メモリ1の動作を管理する。例えば、ステートマシーン8は、ホスト5からのコマンドデータに基づいて、セット/リセット動作及び読み出し動作を管理する。
コントローラ5は、ステートマシーン8が管理するステータス情報を受け取り、抵抗変化メモリ1での動作結果を判断することも可能である。
セット/リセット動作及び読み出し動作において、コントローラ5は、アドレス信号を抵抗変化メモリ1に供給する。アドレス信号は、例えば、メモリセルアレイ選択信号、ロウアドレス信号及びカラムアドレス信号を含んでいる。
アドレス信号は、アドレスバッファ9を経由して、第1及び第2制御回路3,4に入力される。
パルスジェネレータ10は、ステートマシーン8からの命令に基づき、例えば、セット/リセット動作及び読み出し動作に必要な電圧パルス又は電流パルスを所定のタイミングで出力する。
(2) メモリセルアレイ
図2は、クロスポイント型メモリセルアレイを示している。
図2は、クロスポイント型メモリセルアレイを示している。
クロスポイント型メモリセルアレイ2は、半導体基板(例えば、シリコン基板)11上に配置される。なお、クロスポイント型メモリセルアレイ2と半導体基板11の間には、MOSトランジスタ等の回路素子や絶縁膜が挟まれていても良い。
同図では、一例として、クロスポイント型メモリセルアレイ2が、第3方向(半導体基板11の主平面に垂直な方向)にスタックされた4つのメモリセルアレイM1,M2,M3,M4から構成される場合を示しているが、スタックされるメモリセルアレイの数は、2つ以上であればよい。
メモリセルアレイM1は、第1及び第2方向にアレイ状に配置された複数のセルユニットCU1から構成される。
同様に、メモリセルアレイM2は、アレイ状に配置された複数のセルユニットCU2から構成され、メモリセルアレイM3は、アレイ状に配置された複数のセルユニットCU3から構成され、メモリセルアレイM4は、アレイ状に配置された複数のセルユニットCU4から構成される。
セルユニットCU1,CU2,CU3,CU4は、それぞれ、直列接続されるメモリ素子(可変抵抗素子)と整流素子とから構成される。
また、半導体基板11上には、半導体基板11側から順に、導電線L1(j−1),L1(j),L1(j+1)、導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)、導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)、導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)、導電線L5(j−1),L5(j),L5(j+1)が配置される。
半導体基板11側から奇数番目の導電線、即ち、導電線L1(j−1),L1(j),L1(j+1)、導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)及び導電線L5(j−1),L5(j),L5(j+1)は、第2方向に延びる。
半導体基板11側から偶数番目の導電線、即ち、導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)及び導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)は、第1方向に延びる。
これら導電線は、ワード線又はビット線として機能する。
最も下の第1番目のメモリセルアレイM1は、第1番目の導電線L1(j−1),L1(j),L1(j+1)と第2番目の導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)との間に配置される。メモリセルアレイM1に対するセット/リセット動作及び読み出し動作では、導電線L1(j−1),L1(j),L1(j+1)及び導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)の一方をワード線とし、他方をビット線として機能させる。
メモリセルアレイM2は、第2番目の導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)と第3番目の導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)との間に配置される。メモリセルアレイM2に対するセット/リセット動作及び読み出し動作では、導電線L2(i−1),L2(i),L2(i+1)及び導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)の一方をワード線とし、他方をビット線として機能させる。
メモリセルアレイM3は、第3番目の導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)と第四番目の導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)との間に配置される。メモリセルアレイM3に対するセット/リセット動作及び読み出し動作では、導電線L3(j−1),L3(j),L3(j+1)及び導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)の一方をワード線とし、他方をビット線として機能させる。
メモリセルアレイM4は、第四番目の導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)と第五番目の導電線L5(j−1),L5(j),L5(j+1)との間に配置される。メモリセルアレイM4に対するセット/リセット動作及び読み出し動作では、導電線L4(i−1),L4(i),L4(i+1)及び導電線L5(j−1),L5(j),L5(j+1)の一方をワード線とし、他方をビット線として機能させる。
(3) セルユニット
図3は、二つのメモリセルアレイ内のセルユニットを示している。
図3は、二つのメモリセルアレイ内のセルユニットを示している。
ここでは、例えば、図2における二つのメモリセルアレイM1、M2内のセルユニットCU1,CU2を示している。この場合、図2における二つのメモリセルアレイM3,M4内のセルユニットの構成は、図2における二つのメモリセルアレイM1、M2内のセルユニットの構成と同じになる。
セルユニットCU1,CU2は、それぞれ、直列に接続されるメモリ素子(可変抵抗素子)と整流素子とから構成される。
メモリ素子と整流素子の接続関係については、様々なパターンが存在する。
但し、一つのメモリセルアレイ内の全てのセルユニットについては、メモリ素子と整流素子の接続関係が同じであることが必要である。
但し、一つのメモリセルアレイ内の全てのセルユニットについては、メモリ素子と整流素子の接続関係が同じであることが必要である。
(4) 動作
上述の抵抗変化メモリの動作について図3を参照しながら説明する。
上述の抵抗変化メモリの動作について図3を参照しながら説明する。
メモリセルアレイM1は、図2のメモリセルアレイM1に相当し、メモリセルアレイM2は、図2のメモリセルアレイM2に相当する。
A. セット動作
まず、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して書き込み(セット)動作を行う場合について説明する。
まず、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して書き込み(セット)動作を行う場合について説明する。
選択セルユニットCU1-sel,CU2-selの初期状態は、消去(リセット)状態である。また、リセット状態を高抵抗状態(100kΩ〜1MΩ)とし、セット状態を低抵抗状態(1KΩ〜10kΩ)とする。
選択された導電線L2(i)を高電位側の電源電位Vddに接続し、選択された導電線L1(j),L3(j)を低電位側の電源電位Vssに接続する。
また、半導体基板側から1番目の導電線のうち、選択された導電線L1(j)以外の残りの非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)を電源電位Vddに接続する。
半導体基板側から2番目の導電線のうち、選択された導電線L2(i)以外の残りの非選択の導電線L2(i+1)を電源電位Vssに接続する。
さらに、半導体基板側から3番目の非選択の導電線のうち、選択された導電線L3(j)以外の残りの非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)を電源電位Vddに接続する。
この時、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内の整流素子(ダイオード)には、順バイアスが印加されるため、定電流源からのセット電流I-setが選択セルユニットCU1-sel,CU2-selに流れ、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子の抵抗値が高抵抗状態から低抵抗状態に変化する。
ここで、セット動作時において、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子には、1〜2Vの電圧を印加し、そのメモリ素子(高抵抗状態)に流すセット電流I-setの電流密度としては、1×105〜1×107A/cm2の範囲内の値にする。
一方、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、逆バイアスが印加される。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)にも、逆バイアスが印加される。
また、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L1(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L3(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
従って、非選択セルユニットCU1-unsel,CU2-unsel内のメモリ素子に対して、セット動作が行われることはない。
B. リセット動作
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して消去(リセット)動作を行う場合について説明する。
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して消去(リセット)動作を行う場合について説明する。
選択された導電線L2(i)を高電位側の電源電位Vddに接続し、選択された導電線L1(j),L3(j)を低電位側の電源電位Vssに接続する。
また、半導体基板側から1番目の導電線のうち、選択された導電線L1(j)以外の残りの非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)を電源電位Vddに接続する。
半導体基板側から2番目の導電線のうち、選択された導電線L2(i)以外の残りの非選択の導電線L2(i+1)を電源電位Vssに接続する。
さらに、半導体基板側から3番目の非選択の導電線のうち、選択された導電線L3(j)以外の残りの非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)を電源電位Vddに接続する。
この時、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内の整流素子(ダイオード)には、順バイアスが印加されるため、定電流源からのリセット電流I-resetが選択セルユニットCU1-sel,CU2-selに流れ、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子の抵抗値が低抵抗状態から高低抵抗状態に変化する。
ここで、リセット動作時において、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子には、1〜3Vの電圧を印加し、そのメモリ素子(低抵抗状態)に流すリセット電流I-resetの電流密度としては、1×103〜1×106A/cm2の範囲内の値にする。
一方、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、逆バイアスが印加される。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)にも、逆バイアスが印加される。
また、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L1(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L3(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
従って、非選択セルユニットCU1-unsel,CU2-unsel内のメモリ素子に対して、リセット動作が行われることはない。
尚、セット電流I-setとリセット電流I-resetとは互いに異なる。また、それらを生成するために選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子に印加する電圧値は、メモリ素子を構成する材料に依存する。
C. 読み出し動作
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して読み出し動作を行う場合について説明する。
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-sel及びメモリセルアレイM2内の選択セルユニットCU2-selに対して読み出し動作を行う場合について説明する。
選択された導電線L2(i)を高電位側の電源電位Vddに接続し、選択された導電線L1(j),L3(j)を低電位側の電源電位Vssに接続する。
また、半導体基板側から1番目の導電線のうち、選択された導電線L1(j)以外の残りの非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)を電源電位Vddに接続する。
半導体基板側から2番目の導電線のうち、選択された導電線L2(i)以外の残りの非選択の導電線L2(i+1)を電源電位Vssに接続する。
さらに、半導体基板側から3番目の非選択の導電線のうち、選択された導電線L3(j)以外の残りの非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)を電源電位Vddに接続する。
この時、選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内の整流素子(ダイオード)には、順バイアスが印加されるため、定電流源からの読み出し電流I-readが選択セルユニットCU1-sel,CU2-sel内のメモリ素子(高抵抗状態又は低抵抗状態)に流れる。
従って、例えば、メモリ素子に読み出し電流I-readが流れているときのセンスノードの電位変化を検出することにより、そのメモリ素子のデータ(抵抗値)を読み出すことができる。
ここで、読み出し電流I-readの値は、読み出し時にメモリ素子の抵抗値が変化しないように、セット電流I-setの値及びリセット電流I-resetの値よりも十分に小さいことが必要である。
読み出し時にも、セット/リセット時と同様に、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、逆バイアスが印加される。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)と非選択の導電線L2(i+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)にも、逆バイアスが印加される。
また、メモリセルアレイM1内の非選択セルユニットCU1-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L1(j−1),L1(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L1(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
同様に、メモリセルアレイM2内の非選択セルユニットCU2-unselのうち、選択された導電線L2(i)と非選択の導電線L3(j−1),L3(j+1)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)、及び、非選択の導電線L2(i+1)と選択された導電線L3(j)との間に接続されるセルユニット内の整流素子(ダイオード)には、それぞれ、バイアスが印加されない。
従って、非選択セルユニットCU1-unsel,CU2-unsel内のメモリ素子に対して、読み出し動作が行われることはない。
(5) その他
メモリ素子の抵抗値を変化させる方法として、メモリ素子に印加される電圧の極性を変えることにより、メモリ素子の抵抗値を少なくとも第1値と第2値との間で可逆変化させる方法と、メモリ素子に印加される電圧の極性を変えずに、電圧の大きさと印加時間とを制御することにより、メモリ素子の抵抗値を少なくとも第1値と第2値との間で可逆変化させる方法とがある。
メモリ素子の抵抗値を変化させる方法として、メモリ素子に印加される電圧の極性を変えることにより、メモリ素子の抵抗値を少なくとも第1値と第2値との間で可逆変化させる方法と、メモリ素子に印加される電圧の極性を変えずに、電圧の大きさと印加時間とを制御することにより、メモリ素子の抵抗値を少なくとも第1値と第2値との間で可逆変化させる方法とがある。
前者は、バイポーラ動作と呼ばれ、後者は、ユニポーラ動作と呼ばれる。
本発明は、メモリセルアレイの周辺回路としてのドライバに関するものであるので、バイポーラ動作及びユニポーラ動作の双方に適用可能である。
本発明は、メモリセルアレイの周辺回路としてのドライバに関するものであるので、バイポーラ動作及びユニポーラ動作の双方に適用可能である。
3. メモリセルアレイと周辺回路(ドライバ)の関係について
(1) レイアウト
図4は、メモリセルアレイと周辺回路の第1例を示している。
(1) レイアウト
図4は、メモリセルアレイと周辺回路の第1例を示している。
半導体基板11上には、n(nは、2以上の自然数)個のメモリセルアレイ2が積み重ねられる。但し、本例では、説明を分かり易くするために、nが4以上の偶数の場合の例について説明する。
奇数番目の導電線L1(j),…L(n−1)(j),L(n+1)(j)は、第2方向に延び、その一端は、フックアップエリア14を介して、第1制御回路3内のドライバ(FET)Dr1(j)に接続される。ドライバ(FET)Dr1(j)は、半導体基板11上の限られた領域内に二次元的に形成される。
偶数番目の導電線L2(i),…Ln(i)は、第1方向に延び、その一端は、フックアップエリア15を介して、第2制御回路4内のドライバ(FET)Dr2(i)に接続される。ドライバ(FET)Dr2(i)も、半導体基板11上の限られた領域内に二次元的に形成される。
ステートマシーン8は、コマンドデータに基づいて、第1及び第2制御回路3,4の動作を管理する。
図5は、メモリセルアレイと周辺回路の第2例を示している。
第2例は、第1例と比べると、偶数番目の導電線L2(i),…Ln(i)について、共通に1つのドライバ(FET)Dr2(i)を設けた点に特徴を有する。
即ち、偶数番目の導電線L2(i),…Ln(i)は、第1方向に延び、その一端は、第2制御回路4内のドライバ(FET)Dr2(i)に共通に接続される。ドライバ(FET)Dr2(i)は、半導体基板11上の限られた領域内に二次元的に形成される。
その他の構成については、第1例と同じであるため、図4と同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
(2) デバイス構造
図6乃至図8は、デバイス構造の例を示している。図6は、平面図、図7は、図6のVII-VII線に沿う断面図、図8は、図6のVIII-VIII線に沿う断面図である。
図6乃至図8は、デバイス構造の例を示している。図6は、平面図、図7は、図6のVII-VII線に沿う断面図、図8は、図6のVIII-VIII線に沿う断面図である。
半導体基板11上には、ドライバ(FET)Dr1,Dr2が配置される。また、半導体基板11の上部には、メモリセルアレイ2及びダミーセルアレイ13が配置される。
ダミーセルアレイ13は、メモリセルアレイ2を取り囲む。ダミーセルアレイ13は、メモリセルアレイ2と同じ構造を有し、メモリセルアレイ2上の絶縁層の上面を平坦化するために設けられる。
半導体基板11側から奇数番目の導電線L1,L3,L5,…について説明する。
半導体基板11側から5番目の導電線L5は、メモリセルアレイM4の上側導電線となり、第2方向に延びる。導電線L5の一端は、フックアップエリア14内のビアZIA5に接続される。ビアZIA5は、導電線22Aと導電線L5とを接続する。導電線22Aは、導電線21Aを介してドライバDr1の一端に接続される。ドライバDr1の他端は、導電線21B,22Bを介して、導電線23Aに接続される。
半導体基板11側から3番目の導電線L3は、メモリセルアレイM2の上側導電線及びメモリセルアレイM3の下側導電線となり、第2方向に延びる。導電線L3の一端は、ビアZIA3に接続される。半導体基板11側から1番目の導電線L1は、メモリセルアレイM1の下側導電線となり、第2方向に延びる。導電線L1の一端は、ビアZIA1に接続される。
半導体基板11側から偶数番目の導電線L2,L4,…について説明する。
半導体基板11側から4番目の導電線L4は、メモリセルアレイM3の上側導電線となり、メモリセルアレイM4の下側導電線となり、第1方向に延びる。導電線L4の一端は、フックアップエリア15内のビアZIA4に接続される。ビアZIA4は、導電線22Cと導電線L4とを接続する。導電線22Cは、導電線21Cを介してドライバDr2の一端に接続される。ドライバDr2の他端は、導電線21D,22Dを介して、導電線23Bに接続される。
半導体基板11側から2番目の導電線L2は、メモリセルアレイM1の上側導電線及びメモリセルアレイM2の下側導電線となり、第1方向に延びる。導電線L2の一端は、ビアZIA2に接続される。
導電線21A〜21D,22A〜22Dは、アルミニウム、銅などの金属材料から構成するのが一般的であるが、高温プロセスに耐えるために、タングステンなどの高融点金属から構成するのが望ましい。
同様に、メモリセルアレイM1,M2,M3,M4,…内の導電線L1,L2,L3,L4,L5,…及びビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…についても、タングステンなどの高融点金属から構成するのが望ましい。
メモリセルアレイ2上の導電線23A,23Bについては、アルミニウム、銅などの金属材料でもよく、タングステンなどの高融点金属でもよい。
(3) メモリセルアレイとビア構造について
図9及び図10は、メモリセルアレイの構造を詳細に示している。図9は、メモリセルアレイの第2方向の断面図、図10は、メモリセルアレイの第1方向の断面図である。
図9及び図10は、メモリセルアレイの構造を詳細に示している。図9は、メモリセルアレイの第2方向の断面図、図10は、メモリセルアレイの第1方向の断面図である。
これら図において、図6乃至図8と同じ要素には同じ符号を付してある。
ここでは、メモリセルアレイ2内の導電線L1,L2,L3,L4,L5,…と導電線22A,22Cとを接続するビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…に着目する。
これらビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…の底面の位置(基準点)は、全て同じである。また、ビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…の第3方向の長さは、導電線L1に接続されるビアZIA1から最上導電線に接続されるビアに向かって次第に長くなる。
従って、ビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…の構造が同じであるとすると、それらの時定数τ(=抵抗値R×容量値C)は、ビアZIA1から、最上導電線に接続されるビアに向かって次第に大きくなる。
そこで、図11に示すように、導電線L1,L2,…L(n+1)を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバのサイズは、ビアZIA1,ZIA2,…ZIA(n+1)の時定数τの増大に対応して、第1ドライバから第(n+1)ドライバに向かって次第に大きくする。
また、クロスポイント型メモリセルアレイでは、奇数番目の導電線L1,L3,L5,…が延びる方向と偶数番目の導電線L2,L4,…が延びる方向とが異なる。即ち、奇数番目の導電線L1,L3,L5,…を駆動するドライバは、例えば、メモリセルアレイ2の第2方向の一端にまとめて配置され、偶数番目の導電線L2,L4,…を駆動するドライバは、例えば、メモリセルアレイ2の第1方向の一端にまとめて配置される。
そこで、図12に示すように、奇数番目の導電線L1,L3,L5,…を駆動するドライバのみを対象に、そのサイズを、ビアZIA1,ZIA3,ZIA5,…の時定数τの増大に対応して次第に大きくしてもよい。
同様に、図13に示すように、偶数番目の導電線L2,L4,…を駆動するドライバのみを対象に、そのサイズを、ビアZIA2,ZIA4,…の時定数τの増大に対応して次第に大きくしてもよい。
このようにドライバサイズを変えることにより、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑えることができ、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができる。
ところで、メモリセルアレイ2内の導電線L1,L2,L3,L4,L5,…は、第3方向に一定ピッチで積み重ねられる。このため、ビアZIA1,ZIA2,ZIA3,ZIA4,ZIA5,…の第3方向の長さは、導電線L1に接続されるビアZIA1から最上導電線に接続されるビアに向かって一定の割合で長くなる。
従って、導電線L1,L2,L3,L4,L5…を駆動するドライバのサイズについても、ビアZIA1に対応するドライバから、最上導電線に接続されるビアに対応するドライバに向かって一定の割合で大きくするのが望ましい。
例えば、図14に示すように、ビアZIA1の時定数をτ(=抵抗値R×容量値C)とすると、ビアZIA2,ZIA3、ZIA4,…ZIA(n+1)の時定数τは、それぞれ、22τ(=2R×2C),32τ(=3R×3C),42τ(=4R×4C),…(n+1)2τ(=(n+1)R×(n+1)C)となる。
そこで、導電線L1,L2,…L(n+1)を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバのサイズは、ビアZIA1,ZIA2,…ZIA(n+1)の時定数τの増大に対応して、例えば、第1ドライバから第(n+1)ドライバに向かって、1,2,3,4,…(n+1)とする。但し、ビアZIA1に接続される第1ドライバのサイズを1(基準値)とする。
また、図15に示すように、奇数番目の導電線L1,L3,L5,…を駆動するドライバのみを対象に、そのサイズを、ビアZIA1,ZIA3,ZIA5,…の時定数τの増大に対応して、例えば、1,3,5,…と次第に大きくしてもよい。但し、ビアZIA1に接続される第1ドライバのサイズを1(基準値)とする。
同様に、図16に示すように、偶数番目の導電線L2,L4,…を駆動するドライバのみを対象に、そのサイズを、ビアZIA2,ZIA4,…の時定数τの増大に対応して、例えば、2,4,…と次第に大きくしてもよい。但し、ビアZIA1に接続される第1ドライバのサイズを1(基準値)とする。
4. 実施例
以下、ドライバのサイズを異ならせる実施例について説明する。
以下、ドライバのサイズを異ならせる実施例について説明する。
まず、比較例として、図17に、全てのドライバのサイズが同じである例を示す。第1制御回路3は、メモリセルアレイ2の第2方向の一端に配置され、第2制御回路4は、メモリセルアレイ2の第1方向の一端に配置される。
フックアップエリア14は、図6乃至図10のビアZIA1,ZIA3,…が配置されるエリアである。
第1ドライバD−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動し、第3ドライバD−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する。
フックアップエリア15は、図6乃至図10のビアZIA2,ZIA4,…が配置されるエリアである。
第2ドライバD−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動し、第4ドライバD−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する。
(1) 第1実施例
図18は、第1実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図18は、第1実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバのサイズが以下のようになる点にある。
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]<[D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]<[D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]<[D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]< … <[D−Ln(1),D−Ln(2),…D−Ln(m)]<[D−Ln+1(1),D−Ln+1(2),…D−Ln+1(k)]
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。
D−Ln(1),D−Ln(2),…D−Ln(m)は、半導体基板側からn番目の導電線Ln(1),Ln(2),…Ln(m)を駆動する第nドライバである。D−Ln+1(1),D−Ln+1(2),…D−Ln+1(k)は、半導体基板側から(n+1)番目の導電線Ln+1(1),Ln+1(2),…Ln+1(k)を駆動する第(n+1)ドライバである。
ここで、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、mは、第2方向に並ぶ偶数番目の導電線の数である。kとmとは、いずれも2以上の自然数である。両者は、同じ数であってもよいし、異なる数であってもよい。
(2) 第2実施例
図19は、第2実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図19は、第2実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、奇数番目の導電線を駆動するドライバのサイズが、第1ドライバから、奇数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって以下のようになる点にある。
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]<[D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]< … <[D−Ln+1(1),D−Ln+1(2),…D−Ln+1(k)]
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。D−Ln+1(1),D−Ln+1(2),…D−Ln+1(k)は、半導体基板側から(n+1)番目の導電線Ln+1(1),Ln+1(2),…Ln+1(k)を駆動する第(n+1)ドライバである。
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。D−Ln+1(1),D−Ln+1(2),…D−Ln+1(k)は、半導体基板側から(n+1)番目の導電線Ln+1(1),Ln+1(2),…Ln+1(k)を駆動する第(n+1)ドライバである。
ここで、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、2以上の自然数である。
(3) 第3実施例
図20は、第3実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図20は、第3実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、偶数番目の導電線を駆動するドライバのサイズが、第2ドライバから、偶数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって以下のようになる点にある。
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]<[D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]< … <[D−Ln(1),D−Ln(2),…D−Ln(m)]
但し、D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。D−Ln(1),D−Ln(2),…D−Ln(k)は、半導体基板側からn番目の導電線Ln(1),Ln(2),…Ln(m)を駆動する第nドライバである。
但し、D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。D−Ln(1),D−Ln(2),…D−Ln(k)は、半導体基板側からn番目の導電線Ln(1),Ln(2),…Ln(m)を駆動する第nドライバである。
ここで、mは、第2方向に並ぶ偶数番目の導電線の数であり、2以上の自然数である。
(4) 第4実施例
図21は、第4実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図21は、第4実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバのサイズが以下のようになる点にある。
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]=1
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=2
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=3
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=4
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=2
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=3
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=4
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。
本例では、ドライバのサイズは、導電線の階層が1つ増えるごとに、一定の割合で増加する。そのために、ドライバのサイズは、均一サイズ(チャネル幅)の複数のFETを用意し、そのドライバを構成するFETの数により変更する。即ち、ドライバを構成するFETの数は、導電線の階層が1つ増えるごとに1つ増やす。
ここで、1つのFETのサイズ(チャネル幅)は、1(基準値)とする。
また、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、mは、第2方向に並ぶ偶数番目の導電線の数である。kとmとは、いずれも2以上の自然数である。両者は、同じ数であってもよいし、異なる数であってもよい。
(5) 第5実施例
図22は、第5実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図22は、第5実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバのサイズが以下のようになる点にある。
[第1制御回路3側]
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]=1(基準値)
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=2
…
[第2制御回路4側]
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=1(基準値)
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=2
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]=1(基準値)
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=2
…
[第2制御回路4側]
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=1(基準値)
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=2
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。
D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。
本例では、第1制御回路3側において、ドライバのサイズは、導電線の階層が2つ増えるごとに、一定の割合で増加する。即ち、ドライバを構成するFETの数は、導電線の階層が2つ増えるごとに1つ増やす。
同様に、第2制御回路4側において、ドライバのサイズは、導電線の階層が2つ増えるごとに、一定の割合で増加する。即ち、ドライバを構成するFETの数は、導電線の階層が2つ増えるごとに1つ増やす。
本例では、第1制御回路3側の1つのFETのサイズ(基準値1)と第2制御回路4側の1つのFETのサイズ(基準値1)とは、同じであっても、異なっていてもよい。
また、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、mは、第2方向に並ぶ偶数番目の導電線の数である。kとmとは、いずれも2以上の自然数である。両者は、同じ数であってもよいし、異なる数であってもよい。
(6) 第6実施例
図23は、第6実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図23は、第6実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、奇数番目の導電線を駆動するドライバのサイズが、第1ドライバから、奇数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって以下のようになる点にある。
[第1制御回路3側]
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]=1
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=2
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。
・ [D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)]=1
・ [D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)]=2
…
但し、D−L1(1),D−L1(2),…D−L1(k)は、半導体基板側から1番目の導電線L1(1),L1(2),…L1(k)を駆動する第1ドライバである。D−L3(1),D−L3(2),…D−L3(k)は、半導体基板側から3番目の導電線L3(1),L3(2),…L3(k)を駆動する第3ドライバである。
本例では、第1制御回路3側において、ドライバのサイズは、導電線の階層が2つ増えるごとに、一定の割合で増加する。即ち、ドライバを構成するFETの数は、導電線の階層が2つ増えるごとに1つ増やす。
ここで、第1制御回路3側において、1つのFETのサイズ(チャネル幅)は、1(基準値)とする。また、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、2以上の自然数である。
(7) 第7実施例
図24は、第7実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
図24は、第7実施例を示している。
同図において、図17と同じ要素には同じ符号を付してある。
本例の特徴は、メモリセルアレイが、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線という積層構造(但し、nは、2以上の自然数)を有するときに、偶数番目の導電線を駆動するドライバのサイズが、第2ドライバから、偶数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって以下のようになる点にある。
[第2制御回路4側]
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=1
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=2
…
但し、D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。
・ [D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)]=1
・ [D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)]=2
…
但し、D−L2(1),D−L2(2),…D−L2(m)は、半導体基板側から2番目の導電線L2(1),L2(2),…L2(m)を駆動する第2ドライバである。D−L4(1),D−L4(2),…D−L4(m)は、半導体基板側から4番目の導電線L4(1),L4(2),…L4(m)を駆動する第4ドライバである。
本例では、第2制御回路4側において、ドライバのサイズは、導電線の階層が2つ増えるごとに、一定の割合で増加する。即ち、ドライバを構成するFETの数は、導電線の階層が2つ増えるごとに1つ増やす。
ここで、第2制御回路4側において、1つのFETのサイズ(チャネル幅)は、1(基準値)とする。また、kは、第1方向に並ぶ奇数番目の導電線の数であり、2以上の自然数である。
5. むすび
本発明によれば、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑えることにより、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができる。
本発明によれば、積み重ねるメモリセルアレイの数の増加に対してドライバを形成する領域の増加を最小限に抑えることにより、メモリセルアレイの三次元化による大容量化という利益を十分に得ることができる。
本発明の例は、上述の実施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。また、上述の実施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、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は、高速ランダム書き込み可能なファイルメモリ、高速ダウンロード可能な携帯端末、高速ダウンロード可能な携帯プレーヤー、放送機器用半導体メモリ、ドライブレコーダ、ホームビデオ、通信用大容量バッファメモリ、防犯カメラ用半導体メモリなどに対して産業上のメリットは多大である。
1: 抵抗変化メモリ、 2: クロスポイント型メモリセルアレイ、 3: 第一制御回路、 4: 第二制御回路、 5: ホスト、 6: コマンド・インターフェイス回路、 7: データ入出力バッファ、 8: ステートマシーン、 9: アドレスバッファ、 10: パルスジェネレータ、 11: 半導体基板、 13: ダミーメモリセルアレイ、 14,15: フックアップエリア、 21A〜21D,22A〜22D,23A,23B: 導電線、 L1,L2,L3,…: メモリセルアレイ内の導電線(ワード線/ビット線)、 ZIA1,ZIA2,ZIA3,…: ビア、 M1,M2,M3,…: 積み重ねられたメモリセルアレイ。
Claims (5)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、
前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバと
を具備し、
前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、
前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、
前記第1乃至第(n+1)ドライバのサイズは、前記第1ドライバから前記第(n+1)ドライバに向かって次第に大きくなる
ことを特徴とする抵抗変化メモリ。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、
前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバと
を具備し、
前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、
前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、
前記奇数番目の導電線を駆動するドライバのサイズは、前記第1ドライバから前記奇数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって次第に大きくなる
ことを特徴とする抵抗変化メモリ。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に、第1導電線、第1可変抵抗素子、第2導電線、第2可変抵抗素子、…第n導電線、第n可変抵抗素子、及び、第(n+1)導電線の順番で、積み重ねられる積層構造(但し、nは、2以上の自然数)と、
前記第1乃至第(n+1)導電線を駆動する第1乃至第(n+1)ドライバと
を具備し、
前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から奇数番目の導電線は、前記半導体基板の表面に沿う第1方向に延び、前記第1乃至第(n+1)導電線のうち前記半導体基板側から偶数番目の導電線は、前記第1方向に交差し、前記半導体基板の表面に沿う第2方向に延び、
前記第1乃至第n可変抵抗素子のうち第g可変抵抗素子は、第g及び第(g+1)導電線の交差部に配置され(但し、gは、1、…nのうちの1つ)、
前記偶数番目の導電線を駆動するドライバのサイズは、前記第2ドライバから前記偶数番目の導電線のうち最上導電線を駆動するドライバに向かって次第に大きくなる
ことを特徴とする抵抗変化メモリ。 - 前記ドライバのサイズは、一定の割合で大きくなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の抵抗変化メモリ。
- 前記ドライバのサイズは、均一サイズの複数のFETを用意し、前記ドライバを構成するFETの数により変更することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の抵抗変化メモリ。
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