JP2016167332A - 記憶装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>第1の実施形態
第1の実施形態に従った記憶装置について、ReRAMを例に挙げて、以下説明する。
<1−1>メモリセルアレイの構成について
まず図1を用いて第1の実施形態に係るメモリセルアレイ21について説明する。なお、メモリセルアレイ21の構成をわかりやすくするために、後述する各構成要件の間に設けられる層間絶縁膜等の表記を省略している。
<1−2>メモリセルMCについて
図2はメモリセルアレイの断面図及びその一部領域の等価回路であり、図1の第2方向と第3方向とで設けられる面内の一部領域の構造を示している。 図2に示すように、ビット線BLの側面には、メモリセルMCとして機能する抵抗変化材4が設けられる。更に、第2方向で隣り合うビット線BL間の領域には、ワード線WLが設けられる。また、抵抗変化材4は、ビット線BL及びワード線WLに接するように設けられる。つまり、ワード線WLとビット線BLとの間に設けられた抵抗変化材4を含むメモリセルMCが、メモリセルアレイ内に例えば三次元マトリクス状に配置されている。本構造では、ワード線WL及びビット線BLは単なるラインアンドスペースのパターンである。そしてワード線WLとビット線BLとは、直交する位置関係であれば良く、ワード線方向及びビット線方向へのずれを考慮する必要はない。従って、製造時におけるメモリセル内の位置合せ精度は極めて緩くすることが可能であり、製造を容易に行うことができる。そして、この構造は2F2の領域に1ビットの情報を蓄えることのできる、高集積化構造である。
<1―3>ワード線WLの構成について
次に、図3及び図4を用いて、ワード線WLの構成について説明する。
つまり、図3及び図4に示すように、ひとつのブロックBLK内において、2n+2本のワード線WLが、2つのワード線グループWLcomb_a、WLcomb_bのいずれかに属する。そして、ワード線グループWLcomb_aに属するワード線WLは、第2方向において、他方のワード線グループWLcomb_bに属するいずれか2本のワード線WLに挟まれる。
<1−4>半導体記憶装置の全体構成について
次に、本実施形態に従った半導体記憶装置の全体構成について、図7を用いて説明する。図7は、本実施形態に従った半導体記憶装置のブロック図である。
<1−5>動作について
次に、本実施形態に係る半導体記憶装置の動作について説明する。図10は、本実施形態に係る半導体記憶装置の動作時における各信号線のバイアス状態を示す。また図11は、メモリセルアレイの断面図であり、図1における第1方向と第3方向で形成される面を示している。
<1−5−1>書き込み動作
まず、メモリセルに情報を記憶する書き込み動作について説明する。
<1−5−2> 消去動作
次に、メモリセルMCに保持された情報の消去動作について、引き続き図10及び図11を用いて説明する。
<1−5−3> 読み出し動作
次に、メモリセルからの情報の読み出し動作について、引き続き図10及び図11を用いて説明する。
<1−6>本実施形態の効果
本実施形態に従った構成であると、メモリセルアレイの集積度を向上出来る。本効果につき、以下に詳細に説明する。
<1−7>第1の実施形態の変形例
次に、図14〜図16を用いて、第1の実施形態の変形例に従った記憶装置について説明する。第1の実施形態の変形例は、上記第1の実施形態で説明したメモリセルアレイ21の構造例に関するものである。なお、図14〜図16では、メモリセルアレイ21の第1方向及び第2方向からなる平面における構造をわかりやすくするために、層間絶縁膜等の表記を省略している。
<1−7−1>構造例1
図14に示すようにメモリセルアレイ21の構造例1では、ワード線グループWLcomb_a及びWLcomb_bのベース配線2aは、第1方向で隣り合う二つの選択ゲート線SSGの間の上方(紙面手前方向)に位置するように設けられている。
<1−7−2>構造例2
図15に示すようにメモリセルアレイ21の構造例2では、ワード線グループWLcomb_aまたはWLcomb_bのベース配線2aは、選択ゲート線SSGの上方(紙面手前方向)に位置するように設けられている。
<1−7−3>構造例3
図16に示すようにメモリセルアレイ21の構造例3では、ワード線グループWLcomb_aまたはWLcomb_bのベース配線2aは、選択ゲート線SSGの上方(紙面手前方向)に位置するように設けられている。また、ワード線グループWLcomb_aまたはWLcomb_bの側面に抵抗変化材4が設けられている。
<2>第2の実施形態
次に、第2の実施形態に従った記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態で説明したReRAMの製造方法に関するものである。
<3>第3の実施形態
次に、第3の実施形態に従った記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態で説明したReRAMとは異なる構成のReRAMに関するものである。
<3−1>メモリセルアレイの構成について
図29に示すように、メモリセルアレイ21内には複数の大域列線1、行線2、及び列線3が設けられている。複数の大域列線1は、それぞれが第1方向に延伸し、第1方向に直交する第2方向に沿って平行に、且つメモリセルアレイの最下層に配置されている。複数の行線2は、それぞれ第1方向及び第2方向に延伸し、大域列線1よりも高い位置に配置されている。そして、この複数の行線2の層(図29のfirst layer, second layer, third layer …)は、第1方向及び第2方向の両方に直交する第3方向(大域列線1が配列される面の法線方向)に沿って平行に配置されている。複数の列線3は、それぞれ第3方向に延伸し、行線2を貫通するように配置されている。そして列線3の一端(下端)は、いずれかの大域列線1に電気的に接続される。より具体的には、第1方向に沿って同一列に配列された列線3は、同一の大域列線1に電気的に接続される。
<3−2>メモリセルアレイの製造方法について
次に、第3の実施形態に係るReRAMの製造方法について図30、及び 図31を用いて説明する。図30、及び 図31は、第3の実施形態で説明したReRAMのメモリセルアレイの製造工程を順次示す斜視図である。尚、本例は、上記第2の実施形態の図17〜24で説明した製造方法と同様の方法を用いる。そのため、以下では第2の実施形態の製造方法と異なる点についてのみ説明する。
引き続き、ワード線WL及びグローバルビット線GBLとCMOS回路32等とを接続する工程等が行われる。更に通常の半導体装置と同様にパッシベーション工程が行われ、更に入出力部となる配線接続部が形成される。最後に、検査やダイシング等のいわゆる後工程を行うことで、第1の実施形態で説明したReRAMが完成する。
1.各々が第1方向に沿って設けられた複数の第1配線と、
各々が前記第1方向に沿って設けられた複数の第2配線と、
各々が前記第1方向と異なる第3方向に沿って設けられた複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第1方向及び前記第3方向と異なる第2方向で対向する2つの側面に設けられ、互いに異なる前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲートと、
を含む記憶装置。
2.前記セレクタは、隣り合う別の前記セレクタとの間で前記ゲートの一方を共有する1記載の記憶装置。
3.データの読み出し対象となる前記メモリセルが接続されたいずれかの前記第3配線に対応するいずれかの前記セレクタでは、前記2つの側面に設けられた前記ゲートの一方に選択電圧が印加され、他方には非選択電圧が印加され、
前記第2配線は、1つおきに同一の配線グループに属し、
前記同一の配線グループに属する二つ以上の前記第2配線に対しては、動作時において同一の電圧が印加される2に記載の記憶装置。
4.前記第2方向に延伸する第4配線と、
前記第2方向に延伸する第5配線と、を更に備え、
前記複数の第2配線は、前記4配線に接続される第6配線と、前記第2方向で前記第6配線に隣り合い、且つ前記5配線に接続される第7配線と、を備える1に記載の記憶装置。
5.前記第2方向に延伸する第4配線と、
前記第2方向に延伸する第5配線と、
前記第2方向に延伸する第6配線と、
前記複数の第2配線を備える第1メモリ領域と、
前記複数の第2配線を備え、前記第1メモリ領域に前記第1方向で隣り合う第2メモリ領域と、を更に備え
前記複数の第2配線は、第7配線と、前記第2方向で前記第7配線に隣り合う第8配線と、を備え、
前記第1メモリ領域において、
前記第7配線は前記第4配線に接続され、
前記第8配線は前記第5配線に接続され、
前記第2メモリ領域において、
前記第7配線は、前記第6配線に接続され、
前記第8配線は、前記第4配線に接続される、
1に記載の記憶装置。
6.前記前記第2方向に延伸する第4配線は、前記第1メモリ領域と、前記第2メモリ領域との境界に設けられる、5に記載の記憶装置。
7.前記第2方向に延伸する第4配線と、
前記第2方向に延伸する第5配線と、
前記第2方向に延伸する第6配線と、
前記複数の第2配線を備える第1メモリ領域と、
前記複数の第2配線を備え、前記第1メモリ領域に前記第1方向で隣り合う第2メモリ領域と、を更に備え、
前記複数の第2配線は、第7配線と、前記第2方向で前記第7配線に隣り合う第8配線と、を備え、
前記第1メモリ領域において、
前記第7配線は前記第4配線に接続され、
前記第8配線は前記第5配線に接続され、
前記第2メモリ領域において、
前記第7配線は、前記第4配線に接続され、
前記第8配線は、前記第6配線に接続される、
1に記載の記憶装置。
8.前記前記第2方向に延伸する第4配線は、前記第1メモリ領域と、前記第2メモリ領域との境界に設けられる、7に記載の記憶装置。
9.各々が第1方向に沿って設けられた複数の第1配線と、
各々が第1方向と、前記第1方向と異なる第2方向と、に沿って設けられた第2配線と、
各々が前記第1方向及び前記第2方向と異なる第3方向に沿って設けられた複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第3方向に沿った側面に設けられ、前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲートと、
を含む記憶装置。
10.前記第1方向、及び前記第2方向は直交する1記載の記憶装置。
11.前記第1方向、及び前記第3方向は直交する1記載の記憶装置。
12.前記第2方向、及び前記第3方向は直交する1記載の記憶装置。
13.前記第1方向、及び前記第2方向は直交し、
前記第1方向、及び前記第3方向は直交し、
前記第2方向、及び前記第3方向は直交する1記載の記憶装置。
14.前記第4配線、前記第5配線、及び前記第6配線と、下地トランジスタと、を接続し、前記第2方向で前記第1メモリ領域及び前記第2メモリ領域と隣り合う領域を更に備える6に記載の記憶装置。
15.前記第4配線、前記第5配線、及び前記第6配線と、周辺回路と、を接続し、前記第2方向で前記第1メモリ領域及び前記第2メモリ領域と隣り合う領域を更に備える8に記載の記憶装置。
16.各々が第1方向に沿って設けられた複数の第1配線と、
各々が前記第1方向に沿って設けられた複数の第2配線と、
各々が前記第1方向と異なる第3方向に沿って設けられた複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第1方向及び前記第3方向と異なる第2方向で対向する2つの側面に設けられ、互いに異なる前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、
前記複数の第1配線、前記複数の第2配線、及びセレクタを制御するコントローラと、を備え、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲートと、
を含む、記憶装置。
17.前記複数の第2配線を備える第1メモリ領域と、
前記複数の第2配線を備え、前記第1メモリ領域に前記第1方向で隣り合う第2メモリ領域と、を更に備え、
前記複数の第2配線は、第7配線と、前記第2方向で前記第7配線に隣り合う第8配線と、を備え、
前記コントローラは、データの書き込み、読み出し、または消去動作を行う場合、
前記第1メモリ領域の前記第7配線及び前記第2メモリ領域の前記第8配線に同電位を印加する、
16に記載の記憶装置。
18.前記第1メモリ領域の前記第7配線、及び前記第2メモリ領域の前記第8配線を接続し、前記第2方向に延伸し、前記第1メモリ領域と、前記第2メモリ領域との境界に設けられる第4配線を更に備える17記載の記憶装置。
19.前記複数の第2配線を備える第1メモリ領域と、
前記複数の第2配線を備え、前記第1メモリ領域に前記第1方向で隣り合う第2メモリ領域と、を更に備え、
前記複数の第2配線は、第7配線と、前記第2方向で前記第7配線に隣り合う第8配線と、を備え、
前記コントローラは、データの書き込み、読み出し、または消去動作を行う場合、
前記第1メモリ領域の前記第7配線及び前記第2メモリ領域の前記第7配線に同電位を印加する16記載の記憶装置。
20.前記第1メモリ領域の前記第7配線、及び前記第2メモリ領域の前記第7配線を接続し、前記第2方向に延伸し、前記第1メモリ領域と、前記第2メモリ領域との境界に設けられる第4配線を更に備える19に記載の記憶装置。
Claims (6)
- 第1方向に延伸し、前記第1方向と異なる第2方向に配列される複数の第1配線と、
前記第1方向に延伸し、前記第2方向、並びに前記第1方向及び前記第2方向と異なる第3方向に配列される複数の第2配線と、
前記第3方向に延伸し、前記第1方向、並びに前記第2方向に配列される複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第2方向で対向する2つの側面に設けられ、互いに異なる前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、を備え、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられ、前記第2方向に延伸するゲートと、
を含む記憶装置。 - 前記セレクタは、隣り合う別の前記セレクタとの間で前記ゲートの一方を共有し、
データの読み出し対象となる前記メモリセルが接続されたいずれかの前記第3配線に対応するいずれかの前記セレクタでは、前記2つの側面に設けられた前記ゲートの一方に選択電圧が印加され、他方には非選択電圧が印加され、
前記第2配線は、1つおきに同一の配線グループに属し、
前記同一の配線グループに属する二つ以上の前記第2配線に対しては、動作時において同一の電圧が印加される請求項1に記載の記憶装置。 - 前記第2方向に延伸する第4配線と、
前記第2方向に延伸する第5配線と、を更に備え、
前記複数の第2配線は、前記4配線に接続される第6配線と、前記第2方向で前記第6配線に隣り合い、且つ前記5配線に接続される第7配線と、を備える請求項1に記載の記憶装置。 - 第1方向に延伸し、前記第1方向と異なる第2方向に配列される複数の第1配線と、
前記第1方向に延伸し、前記第2方向、並びに前記第1方向及び前記第2方向と異なる第3方向に配列される複数の第2配線と、
前記第3方向に延伸し、前記第1方向、並びに前記第2方向に配列される複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第2方向で対向する2つの側面に設けられ、互いに異なる前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、
前記複数の第1配線、前記複数の第2配線、及びセレクタを制御するコントローラと、を備え、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられ、前記第2方向に延伸するゲートと、
を含む記憶装置。 - 第1方向に延伸し、前記第1方向と異なる第2方向に配列される複数の第1配線と、
前記第1方向及び前記第1方向と異なる第2方向に延伸し、前記第1方向及び前記第2方向と異なる第3方向に配列される複数の第2配線と、
前記複数の第2配線を貫通して前記第3方向に延伸し、前記第1方向、及び前記第2方向に配列される複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第3方向に沿った側面に設けられ、前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、を備え、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、
前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられ、前記第2方向に延伸するゲートと、
を含む記憶装置。 - 第1方向に延伸し、前記第1方向と異なる第2方向に配列される複数の第1配線と、
前記第1方向に延伸し、前記第2方向、並びに前記第1方向及び前記第2方向と異なる第3方向に配列される複数の第2配線と、
前記第3方向に延伸し、前記第1方向、並びに前記第2方向に配列される複数の第3配線と、
前記第3配線の、前記第2方向で対向する2つの側面に設けられ、互いに異なる前記第2配線に接続された抵抗変化層を含むメモリセルと、
前記第3配線を前記第1配線に接続する複数のセレクタと、
前記第2方向に延伸する第4配線と、
前記第2方向に延伸する第5配線と、
前記第2方向に延伸する第6配線と、
前記複数の第2配線を備える第1メモリ領域と、
前記複数の第2配線を備え、前記第1メモリ領域に前記第1方向で隣り合う第2メモリ領域と、を備え、
前記複数のセレクタの一つは、対応する前記第3配線と、対応する前記第1配線との間に設けられた半導体層と、前記半導体層の、前記第1方向で対向する2つの側面にゲート絶縁膜を介して設けられ、且つ前記第2方向に延伸するゲートと、を含み、
前記セレクタは、隣り合う別の前記セレクタとの間で前記ゲートの一方を共有し、
データの読み出し対象となる前記メモリセルが接続されたいずれかの前記第3配線に対応するいずれかの前記セレクタでは、前記2つの側面に設けられた前記ゲートの一方に選択電圧が印加され、他方には非選択電圧が印加され、
前記第2配線は、1つおきに同一の配線グループに属し、
前記同一の配線グループに属する二つ以上の前記第2配線に対しては、動作時において同一の電圧が印加され、
前記複数の第2配線は、第7配線と、前記第2方向で前記第7配線に隣り合う第8配線と、を含み、
前記第1メモリ領域において、
前記第7配線は前記第4配線に接続され、
前記第8配線は前記第5配線に接続され、
前記第2メモリ領域において、
前記第7配線は、前記第6配線に接続され、
前記第8配線は、前記第4配線に接続され、
前記前記第2方向に延伸する第4配線は、前記第1メモリ領域と、前記第2メモリ領域との境界に設けられる
記憶装置。
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