JP3151032B2 - Storage device and its information reading method, information writing method and manufacturing method - Google Patents
Storage device and its information reading method, information writing method and manufacturing methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、記憶装置に係り、より
詳細にはメモリセルとして負性微分ダイオードおよびし
きい値ダイオードを用いた新規な記憶装置とその情報読
出し方法、情報書込み方法およびその記憶装置の製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a storage device, and more particularly, to a new storage device using a negative differential diode and a threshold diode as memory cells, and a method of reading information, a method of writing information, and a method thereof. The present invention relates to a method for manufacturing a storage device.
【0002】近年、半導体メモリの大規模化が進み、今
日では64MbのDRAM(Dynamic Random Access Me
mory)や16MbのSRAMの開発が試みられている。
しかしながら、現状のメモリセル構造では高密度化に限
界があり、より高密度化が可能な新規な半導体メモリセ
ルの開発が望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, the scale of semiconductor memories has increased, and today, 64 Mb DRAMs (Dynamic Random Access Memories) have been developed.
mory) and the development of a 16 Mb SRAM.
However, the current memory cell structure has a limit in increasing the density, and the development of a new semiconductor memory cell capable of increasing the density is desired.
【0003】[0003]
【従来の技術】一般に、DRAMのメモリセルは情報を
記憶するためのFET(Field EffectTransister )の
接合容量を利用したコンデンサとこのコンデンサに対す
る情報の書込み、読出しを行うためのFETから構成さ
れている。また、SRAMは、フリップフロップ形のメ
モリセル構造からなり、通常6個のFETを用いて構成
されている。2. Description of the Related Art In general, a memory cell of a DRAM is composed of a capacitor using a junction capacitance of an FET (Field Effect Transister) for storing information and an FET for writing and reading information to and from the capacitor. The SRAM has a flip-flop type memory cell structure and is usually configured using six FETs.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、SRA
Mのメモリセルは少なくとも6個分のFETの面積を必
要とし、微細化を進めるには限界がある。As described above, the SRA
The M memory cells require an area of at least six FETs, and there is a limit to miniaturization.
【0005】本発明の目的は、より少ない素子数で、小
さな面積で構成しうる新規な記憶装置とその情報読出し
方法、情報書込み方法およびその記憶装置の製造方法を
提供することにある。It is an object of the present invention to provide a novel storage device which can be configured with a smaller area with a smaller number of elements, an information reading method, an information writing method, and a manufacturing method of the storage device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明は、図1に示すように、メモ
リセルの基本原理であり、行アドレス信号線(Ax )
と、一対の信号線からなる列アドレス信号線(Ay1,A
y2)と、前記行アドレス信号線(Ax )と列アドレス信
号線(Ay1,Ay2)との交差部に設けられたメモリセル
と、を有し、前記メモリセルは、前記列アドレス信号線
(Ay1,Ay2)間に順方向に直列接続された2個の負性
微分特性を有する素子(D1 ,D2 )と、前記2個の素
子(D1 ,D2 )の相互の接続点(a)と前記行アドレ
ス信号線(Ax )との間に接続され、正側及び負側のし
きい値電圧(Vth1 ,Vth2 )を越えた電圧が印加され
るとそれに対応して正負双方向に電流を流す特性を有す
るしきい値ダイオード(D3 )と、から構成する。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is based on the basic principle of a memory cell as shown in FIG. 1, and comprises a row address signal line (A x ).
And a column address signal line (A y1 , A y1) composed of a pair of signal lines.
y2 ) and a memory cell provided at the intersection of the row address signal line (A x ) and the column address signal line (A y1 , A y2 ), wherein the memory cell Two elements (D 1 , D 2 ) connected in series in the forward direction between the lines (A y1 , A y2 ) and having the negative differential characteristic, and the two elements (D 1 , D 2 ) Is connected between the connection point (a) and the row address signal line (A x ), and when a voltage exceeding the positive side and negative side threshold voltages (V th1 , V th2 ) is applied, And a threshold diode (D 3 ) having a characteristic of flowing a current in both positive and negative directions.
【0007】請求項2記載の発明は、図2に示すよう
に、アドレス信号線の改良に係り、請求項1記載の半導
体メモリにおいて、前記列アドレス信号線(Ay1,
Ay2)のうち、いずれか一方のアドレス信号線(Ay1)
を共通接地配線(GND)として構成する。The invention according to claim 2 relates to an improvement of an address signal line as shown in FIG. 2, and in the semiconductor memory according to claim 1, the column address signal line (A y1 ,
A y2 ), one of the address signal lines (A y1 )
Are configured as a common ground wiring (GND).
【0008】請求項3記載の発明は、図14に示すよう
に、メモリセルの基本的な物理的構造を示し、行アドレ
ス信号配線層(Ax)と、2本一対で平行に配された信
号配線層からなる列アドレス信号配線層(Ay1,Ay2)
と、前記行アドレス信号配線層(Ax)と列アドレス信
号配線層(Ay1,Ay2)との交差部に形成されたメモリ
セル層(MC)と、を有し、前記メモリセル層(MC)
は、前記各アドレス信号配線層(Ax,Ay1,Ay2)間
において、前記行アドレス信号配線層(Ax)側に、正
側及び負側のしきい値電圧(Vth1,Vth2)に対応して
正負双方向に電流を流す特性を有するしきい値ダイオー
ド層(D3)がその一面において前記行アドレス信号配
線層(Ax)に電気的に接触して形成され、前記しきい
値ダイオート層(D3)の他面と前記列アドレス信号配
線層(Ay1,Ay2)のうちの一方の配線層(Ay1)との
間に負性微分ダイオード層(D1)が電気的に接触して
形成され、かつ、前記しきい値ダイオード層(D3)の
他面と前記列アドレス信号配線層(Ay1,Ay2)のうち
の他方の配線層(Ay2)との間に負性微分ダイオード層
(D2)が電気的に接触して積層状に形成して構成す
る。According to a third aspect of the present invention, as shown in FIG. 14, a basic physical structure of a memory cell is shown, and two pairs of signals arranged in parallel with a row address signal wiring layer (Ax) are shown. Column address signal wiring layer consisting of wiring layers (Ay1, Ay2)
And a memory cell layer (MC) formed at the intersection of the row address signal wiring layer (Ax) and the column address signal wiring layer (Ay1, Ay2), and the memory cell layer (MC)
, The between the address signal wiring layer (Ax, Ay1, Ay2), to the row address signal wiring layer (Ax) side, a positive
Corresponding to the threshold voltages (Vth1, Vth2) on the negative side and the negative side
A threshold diode layer (D3) having a characteristic of flowing a current in both positive and negative directions is formed on one surface thereof in electrical contact with the row address signal wiring layer (Ax), and the threshold diode layer (D3) is formed. A negative differential diode layer (D1) is formed in electrical contact between the other surface of the column and one of the column address signal wiring layers (Ay1, Ay2). A negative differential diode layer (D2) is in electrical contact between the other surface of the threshold diode layer (D3) and the other of the column address signal wiring layers (Ay1, Ay2) (Ay2). To form a laminate.
【0009】請求項4記載の発明は、図7に示すよう
に、請求項1に記載の記憶装置の情報読出し方法であっ
て、前記2個の負性微分特性を有する素子により2つの
安定点が構成可能であるように、且つ該2つの安定点の
うちいずれか一方の,該2つの素子の相互接続点を基準
とした電位が、前記しきい値ダイオードの負側しきい値
電圧と正側しきい値電圧の間の電圧範囲外になるよう
に、前記行アドレス信号線、及び一対の列アドレス信号
線に電圧を印加することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, as shown in FIG. 7, the information reading method of the storage device according to the first aspect, wherein the two elements having the negative differential characteristics have two stable points. And the potential of one of the two stable points with reference to the interconnection point of the two elements is the same as the negative threshold voltage of the threshold diode. A voltage is applied to the row address signal line and the pair of column address signal lines so as to be out of a voltage range between the side threshold voltages.
【0010】請求項5記載の発明は、図7に示すよう
に、請求項1に記載の記憶装置の読出し方法であって、
前記負性微分特性を有する素子(D1 ,D2 )により生
成される2つの動作安定点のうちの負側の安定点
(S1 )の読出し時には、しきい値ダイオードの負側の
しきい値電圧が、該負側の安定点の電圧よりも高くなる
ように、行アドレス信号線(Ax )に高レベルの電位
(High)を加えかつ一対列アドレス信号線のうち低
電位側の列アドレス線(Ay1)に低レベルの電位(Lo
w)を加え、前記動作安定点の正側の安定点(S2 )の
読出し時には、しきい値ダイオードの正側のしきい値電
圧が該正側の安定点の電圧列も低くなるように、行アド
レス信号線(Ax )に低レベルの電位(Low)を加え
かつ一対の列アドレス信号線のうち高電位側の列アドレ
ス信号線(Ay2)に高レベルの電位(High)を加え
ることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, as shown in FIG. 7, there is provided a method of reading a storage device according to the first aspect,
At the time of reading the negative stable point (S 1 ) of the two operating stable points generated by the elements (D 1 , D 2 ) having the negative differential characteristic, the negative threshold of the threshold diode is read. A high-level potential (High) is applied to the row address signal line (A x ) so that the value voltage becomes higher than the voltage at the negative stable point, and the low-potential side column of the paired column address signal line is applied. A low level potential (Lo) is applied to the address line (A y1 ).
w), when reading the stable point (S 2 ) on the positive side of the operation stable point, the threshold voltage on the positive side of the threshold diode is set so that the voltage sequence of the positive stable point is also lowered. , A low-level potential (Low) is applied to the row address signal line (A x ), and a high-level potential (High) is applied to the higher potential side column address signal line (A y2 ) of the pair of column address signal lines. It is characterized by the following.
【0011】請求項6記載の発明は、図10、図11に
示すように、請求項1に記載の記憶装置の読出し方法で
あって、前記負性微分特性を有する素子(D1,D2)に
より生成される2つの動作安定点のうちの一方の安定点
(S1)の読出し時には、行アドレス信号線(Ax)に高
レベルの電位(High)を加え、かつ、列アドレス信
号線の両方(Ay1,Ay2)両方、或いは当該列アドレス
信号線のうち低い電位の線(Ay1)のいずれか一方に低
レベルの電位(Low)を加え、前記動作安定点の他方
の安定点(S2)の読出し時には、行アドレス信号線
(Ax)に低レベルの電位(Low)を加え、かつ、列
アドレス信号線の両方(Ay1,Ay2)両方、或いは当該
列アドレス信号線のうち高い電位の線(Ay2)のいずれ
か一方に高レベルの電位(High)を加えることを特
徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, as shown in FIGS. 10 and 11, there is provided a method of reading a memory device according to the first aspect, wherein the elements (D1, D2) having the negative differential characteristic are provided. when reading one of the stable points of the two stable operating points are generated (S1), the high-level potential (high) was added to a row address signal line (Ax), and the column address signal
Both issue lines (Ay1, Ay2) both, or the column address
A low-level potential (Low) is applied to one of the low-potential lines (Ay1) of the signal lines, and when the other stable point (S2) of the operation stable points is read, the row address signal line (Ax) is connected. A low level potential ( Low ) is applied, and both of the column address signal lines (Ay1, Ay2), or both
Any of the higher potential lines (Ay2) among the column address signal lines
A high level potential ( High ) is applied to one of them.
【0012】請求項7記載の発明は、図8に示すよう
に、請求項1に記載の記憶装置の情報書き込み方法であ
って,前記2個の素子(D1 ,D2 )により2つの安定
点(S 1 ,S2 )と1つの不安定点(Sn )が生成され
るように且つ、該不安定点の該2つの素子(D1 ,
D2 )の相互接続点(a)を基準とした電位が、前記し
きい値ダイオード(D3 )の負側しきい値電圧と正側し
きい値電圧の間の電圧範囲外になるように、前記行アド
レス信号線(Ax )及び一対の列アドレス信号線
(A y1,Ay2)に電圧を印加することを特徴とする。The invention according to claim 7 is as shown in FIG.
2. The information writing method for a storage device according to claim 1,
Thus, the two elements (D1, DTwo) By two stable
Point (S 1, STwo) And one unstable point (Sn) Is generated
And the two elements (D1,
DTwoThe potential with respect to the interconnection point (a)
Threshold diode (DThree) Negative threshold voltage and positive threshold voltage
The row address must be outside the voltage range between the threshold voltages.
Signal line (Ax) And a pair of column address signal lines
(A y1, Ay2) Is characterized by applying a voltage.
【0013】請求項8記載の発明は、図12、図13に
示すように、請求項1に記載の記憶装置の書込み方法で
あって、前記負性微分特性を有する素子(D1 ,D2 )
により生成される2つの動作安定点(S1 ,S2 )と不
安定点(Sn )のうちの負側の安定点(S1 )への情報
書込み時には、該不安定点(Sn )の電位(Vsn)が該
しきい値ダイオード(D3 )の正側のしきい値電圧(V
th2 )よりも高くなるように行アドレス信号線(Ax )
に低レベルの電位(Low)を加えかつ列アドレス信号
線の少なくとも一方(Ay2)に高レベルの電位(Hig
h)を加え、前記動作安定点の正側の安定点(S2 )へ
の情報書込み時には、該不安定点(Sn)の電位
(Vsn)が該しきい値ダイオード(D3 )の負側のしき
い値電圧(Vth 1 )よりも低くなるように行アドレス信
号線(Ax )に高レベルの電位(High)を加え、か
つ、列アドレス信号線の一方(Ay1)に低レベルの電位
(Low)を加えることを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, as shown in FIGS. 12 and 13, the writing method of the storage device according to the first aspect, wherein the elements having the negative differential characteristic (D 1 , D 2 )
When information is written to the negative stable point (S 1 ) of the two operation stable points (S 1 , S 2 ) and the unstable point (S n ) generated by the above, the potential of the unstable point (S n ) (V sn ) is the threshold voltage (V V) on the positive side of the threshold diode (D 3 )
th2 ) to be higher than the row address signal line (A x ).
And a high-level potential (Hig) is applied to at least one of the column address signal lines (A y2 ).
h), when information is written to the stable point (S 2 ) on the positive side of the operation stable point, the potential (V sn ) of the unstable point (S n ) becomes negative with respect to the threshold diode (D 3 ). side of the threshold voltage (V th 1) is lower than the way row address signal line (a x) to the high-level potential (high) was added, and the low one of the column address signal line (a y1) It is characterized by applying a level potential (Low).
【0014】請求項9記載の発明は、図16に示すよう
に、複数の信号線からなる行アドレス信号線群(Ax1,
Ax2,…)と、前記行アドレス信号線群(Ax1,Ax2,
…)に交差する方向に配された一対の信号線からなる列
アドレス信号線群(Ay11 ,Ay12 ,…,Ay21 ,A
y22 ,…)と、前記行アドレス信号線群(Ax1,Ax2,
…)と列アドレス信号線群(Ay11 ,Ay12 ,…,A
y21 ,Ay22 )との各交差部に設けられた複数の請求項
1記載のメモリセル(MC)と、前記行アドレス信号線
群(Ax1,Ax2,…)に行アドレス信号を供給する行ア
ドレスデコーダ(1)と、前記列アドレス信号線群(A
y11 ,Ay12 ,…,Ay21 ,Ay22 ,…)に列アドレス
信号を供給する列アドレスデコーダ(2)と、前記行ア
ドレス信号線群(Ax1,Ax2…)から前記各メモリセル
(MC)の記憶情報を検出するセンス回路(3)と、を
備えたことを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, as shown in FIG. 16, a row address signal line group (A x1 ,
A x2 ,...) And the row address signal line group (A x1 , A x2,.
), A column address signal line group (A y11 , A y12 ,..., A y21 , A
y22, ...) and said row address signal line group (A x1, A x2,
..) And column address signal line groups (A y11 , A y12,.
y21, and supplies a memory cell (MC) of the plurality of claim 1, wherein provided at each intersection, the row address signal line group (A x1, A x2, ... ) in a row address signal of the A y22) A row address decoder (1) and the column address signal line group (A
y11, A y12, ..., A y21, A y22, ...) to a column address decoder for supplying a column address signal (2), the row address signal line group (A x1, A x2 ...) from the respective memory cell ( And a sense circuit (3) for detecting information stored in the memory (MC).
【0015】請求項10記載の発明は、図23に示すよ
うに、請求項8記載の記憶装置は、さらに、前記センス
回路(3)によって検出された記憶情報と前記検索対象
情報との一致もしくは不一致または近似度を判定する判
定回路(4)、を備えていることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, as shown in FIG. 23, the storage device according to the eighth aspect further comprises: a storage unit that detects whether the storage information detected by the sense circuit (3) matches the search target information; A judgment circuit (4) for judging a mismatch or a degree of approximation.
【0016】請求項11記載の発明は、図23、図27
に示すように、請求項10に記載の記憶装置から記憶情
報を読出す方法であって、前記行アドレスデコーダ
(1)もしくは列アドレスデコーダ(2)のいずれか一
方に検索対象情報を与える第1の工程と、前記検索情報
が与えられた一方のアドレスデコーダにより当該検索対
象情報に含まれる論理“1”のデータに対応する当該一
方のアドレスデコーダのアドレス信号線に電圧を印加す
ると同時に、他方のアドレスデコーダにより当該他方の
アドレスデコーダのアドレス信号線に電圧を印加し、そ
の結果出力される記憶情報をセンス回路(3)により検
出する第2の工程と、前記検索情報が与えられた一方の
アドレスデコーダにより当該検索対象情報に含まれる論
理“0”のデータに対応する当該一方のアドレスデコー
ダのアドレス信号線に電圧を印加すると同時に、他方の
アドレスデコーダにより当該他方のアドレスデコーダの
アドレス信号線に電圧を印加し、その結果出力される記
憶情報をセンス回路(3)により検出する第3の工程
と、前記第2および第3の工程においてセンス回路
(3)により検出された記憶情報に基づいて、前記検索
対象情報に一致もしくは不一致または近似するメモリセ
ル列を判断回路(4)により判断する第4の工程と、を
含むことを特徴とする。The eleventh aspect of the present invention will be described with reference to FIGS.
11. A method of reading stored information from a storage device according to claim 10, wherein the first method is to provide one of the row address decoder (1) and the column address decoder (2) with search target information. And applying a voltage to the address signal line of the one address decoder corresponding to the data of logic "1" included in the search target information by one of the address decoders to which the search information is given, and A second step of applying a voltage to an address signal line of the other address decoder by an address decoder and detecting storage information output as a result by a sense circuit (3), and one address to which the search information is given The decoder supplies the address signal line of the one address decoder corresponding to the logical "0" data included in the search target information to the address signal line. Simultaneously applying the voltage, applying a voltage to the address signal line of the other address decoder by the other address decoder, and detecting stored information output as a result by the sense circuit (3); A fourth step of determining, by a determination circuit (4), a memory cell column that matches, does not match, or approximates the search target information based on the storage information detected by the sense circuit (3) in the second and third steps; , Is included.
【0017】請求項12記載の発明は、図29に示すよ
うに、請求項11に記載の記憶装置の情報読出し方法に
おいて、前記第2および第3の工程中、他方のアドレス
デコーダのアドレス信号線に対する電圧の印加は、当該
各アドレス信号線ごとに順次行うことを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, as shown in FIG. 29, in the information reading method of the storage device according to the eleventh aspect, during the second and third steps, the address signal line of the other address decoder is provided. Is applied sequentially to each of the address signal lines.
【0018】請求項13記載の発明は、図28に示すよ
うに、請求項11に記載の記憶装置の情報読出し方法に
おいて、前記第2の工程と第3の工程とを前記他方のア
ドレス線ごとに時間的に一つのサイクルで行うことを特
徴とする。According to a thirteenth aspect of the present invention, as shown in FIG. 28, in the information reading method of the storage device according to the eleventh aspect, the second step and the third step are performed for each of the other address lines. It is characterized in that it is performed in one cycle in terms of time.
【0019】請求項14記載の発明は、請求項11に記
載の記憶装置の情報読出し方法において、前記第4の工
程における判別は、各アドレス線ごとのデータの論理判
定により行うことを特徴とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the information reading method of the storage device according to the eleventh aspect, the determination in the fourth step is performed by a logical determination of data for each address line. .
【0020】請求項15記載の発明は、図26に示すよ
うに、請求項11に記載の記憶装置の情報読出し方法に
おいて、前記第4の工程における判別は、全アドレス線
に流れる電流の総和を求め、その総和電流の大小比較に
より行うことを特徴とする。According to a fifteenth aspect of the present invention, as shown in FIG. 26, in the information reading method of the storage device according to the eleventh aspect, the discrimination in the fourth step is performed by determining a sum of currents flowing through all the address lines. It is characterized in that it is determined and compared by comparing the total current.
【0021】請求項16記載の発明は、図36〜図40
に示すように、請求項3に記載の半導体装置の製造方法
であって、絶縁性基板(11)上にエピタキシャル成長
法により良導体層(12)、導体層(13)、しきい値
ダイオード層(D3 (14,15))、負性微分ダイオ
ード層(D1 ,D2 (16,17,18))、導体層
(19)および良導体層(20)を積層させて半導体層
(100)を形成する第1の工程と、前記良導体層(2
0)上に金属膜(201)および絶縁膜(202)を介
して前記負性微分ダイオードD1 ,D2 層の領域(a)
に対応するマスクを用いて負性微分ダイオードD1 ,D
2 層のパターニングを行う第2の工程と、前記パターニ
ングされた半導体層の半導体エッチングにより負性微分
ダイオード層(D1 ,D2 )を形成する第3の工程と、
前記第3の工程により形成された負性微分ダイオード層
D1 とD2 との間隔が埋まる厚さの絶縁膜(204)を
成長させたのち、異方性エッチングを行ってしきい値ダ
イオード層(D3 )のパターニングを行う第4の工程
と、前記パターニングされた半導体層に半導体エッチン
グによりしきい値ダイオード層(D3 )を形成する第5
の工程と、次いで、半導体層全体に絶縁膜(205)を
成長させたのち異方性エッチングにより半導体層の積層
方向に存在する絶縁膜(205)のみ除去して行アドレ
ス信号線層(Ax1,Ax2…)のパターニングを行う第6
の工程と、前記パターニングされた半導体層に半導体エ
ッチングにより行アドレス信号線層(Ax1,Ax2…)を
形成する第7の工程と、前記負性微分ダイオード層(D
1 ,D2 )上に列アドレス信号線層(Ay11 ,Ay12 ,
…,Ay21 ,Ay22 ,…)を形成する第8の工程と、を
含むことを特徴とする。FIG. 36 to FIG.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the conductive layer (12), the conductive layer (13), and the threshold diode layer (D) are formed on the insulating substrate (11) by an epitaxial growth method. 3 (14, 15)), a negative differential diode layer (D 1 , D 2 (16, 17, 18)), a conductor layer (19) and a good conductor layer (20) are laminated to form a semiconductor layer (100). A first step of forming the good conductor layer (2
0) A region (a) of the negative differential diodes D 1 and D 2 layers via a metal film (201) and an insulating film (202).
Using the mask corresponding to the negative differential diodes D 1 and D 1
A second step of performing two- layer patterning, and a third step of forming negative differential diode layers (D 1 , D 2 ) by semiconductor etching of the patterned semiconductor layer;
After growing the said third distance between the negative differential diode layer D 1 and D 2 formed by the process to fill the thickness of the insulating film (204), the threshold diode layer by anisotropic etching fifth forming a fourth step of patterning the (D 3), the threshold diode layer by a semiconductor etching the patterned semiconductor layer (D 3)
And then growing an insulating film (205) over the entire semiconductor layer, removing only the insulating film (205) existing in the laminating direction of the semiconductor layers by anisotropic etching, and removing the row address signal line layer (A x1). , A x2 ...)
, A seventh step of forming a row address signal line layer (A x1 , A x2 ...) On the patterned semiconductor layer by semiconductor etching, and a negative differentiation diode layer (D
1 , D 2 ) on the column address signal line layers (A y11 , A y12 ,
, A y21 , A y22 ,...).
【0022】[0022]
【作用】請求項1に記載の発明によれば、直結された二
つの微分負性ダイオードD1 ,D2 の特性によって、双
安定状態が実現される。行アドレス信号線Ax および列
アドレス信号線Ax1,Ax2それぞれに電圧信号を別個に
与えても、双安定状態をくずすことはないし、またしき
い値ダイオードD3 を流れる電流も存在しない。しか
し、各アドレス信号線Ax ,Ay1,Ay2のそれぞれのラ
インに同時に所定の電圧信号が加わった場合に、安定状
態、即ち記憶状態に従ってしきい値ダイオードD3 を流
れる電流が発生したり、また、安定状態を他の安定状態
に切り換えることが可能となる。すなわち、この回路を
メモリセルとして縦、横に並列に配置したときに、ある
特定のメモリセルにのみ、選択的に情報を書き込んだ
り、また情報を読みだしたりすることが可能なメモリデ
バイスを構成することができる。According to the first aspect of the present invention, a bistable state is realized by the characteristics of the two differentially connected negative diodes D 1 and D 2 . Be given to a row address signal line A x and the column address signal line A x1, A x2 respectively voltage signals separately, to never break the bistable state, also it does not exist the current through the threshold diode D 3. However, when a predetermined voltage signal is simultaneously applied to each of the address signal lines A x , A y1 , A y2, a current flowing through the threshold diode D 3 is generated according to a stable state, that is, a storage state. In addition, it is possible to switch the stable state to another stable state. That is, when this circuit is arranged vertically and horizontally in parallel as a memory cell, a memory device capable of selectively writing and reading information only to a specific memory cell is configured. can do.
【0023】請求項2に記載の発明によれば、共通接地
配線GNDを設けることにより、アドレス信号線の共用
化が図られ、また、信号線の線が太くなるので電源ノイ
ズに強いメモリの実現が可能となる。According to the second aspect of the present invention, by providing the common ground line GND, the address signal line can be shared, and since the signal line becomes thicker, a memory resistant to power supply noise can be realized. Becomes possible.
【0024】請求項3に記載の発明によれば、互に交差
する行アドレイ信号配線層(Ax )と2本一対の列アド
レス信号配線層(Ay1,Ay2)間に積層状のメモリセル
を構成することができ、メモリセルをダイオード2個分
の面積とその二つのダイオードを分離するための隙間の
面積の和程度で実現することができる。さらに、行アド
レス信号線LXと、列アドレス信号線LY1 ,LY2 を
交差するように配し、その間に上記3つのダイオードを
配することで、メモリセルの配列以外のエリアを必要と
せず、すなわち、メモリセル自体の部分およびメモリセ
ル相互間の隙間の部分以外のエリアを必要とせず高密度
にメモリセルを並べることができる。According to the third aspect of the present invention, a stacked memory is provided between a row address signal wiring layer (A x ) and a pair of column address signal wiring layers (A y1 , A y2 ) crossing each other. A cell can be formed, and the memory cell can be realized by the sum of the area of two diodes and the area of a gap for separating the two diodes. Further, by arranging the row address signal line LX and the column address signal lines LY 1 and LY 2 so as to intersect and arranging the three diodes therebetween, an area other than the memory cell arrangement is not required, That is, memory cells can be arranged at high density without requiring an area other than the memory cell itself and the gap between the memory cells.
【0025】請求項4乃至8に記載の発明によれば、任
意のアドレス信号の組合せで2つある安定点S1 ,S2
に対して任意の記憶情報の読出しおよび書込みが可能と
なる。According to the present invention, there are two stable points S 1 , S 2 in an arbitrary combination of address signals.
Can read and write arbitrary storage information.
【0026】請求項9に記載の発明によれば、行列方向
にマトリクス状に配されたアドレス信号線の各交差部に
請求項1に記載のメモリセルを配置し、行デコーダおよ
び列デコーダによって選択される特定のメモリセルに記
憶情報を書込むことができ、またセンス回路を介して記
憶情報の読出しが可能となる。すなわち、本発明の各要
素を集積化することにより、より高密度なSRAMを実
現することが可能となる。According to the ninth aspect of the present invention, the memory cell according to the first aspect is arranged at each intersection of the address signal lines arranged in a matrix in the matrix direction, and is selected by a row decoder and a column decoder. The stored information can be written to a specific memory cell to be read, and the stored information can be read through the sense circuit. That is, by integrating each element of the present invention, it is possible to realize a higher density SRAM.
【0027】請求項10に記載の発明によれば、検索対
象情報に対応する行アドレス信号あるいは列アドレス信
号を与えることにより、そのアドレス信号と一致もしく
は不一致あるいは近似する記憶情報をメモリセル内の2
つある安定点S2 から任意にあるいは選択的に検索する
ことができ、より高速に検索を可能とする連想メモリの
実現を可能とする。According to the tenth aspect of the present invention, by supplying a row address signal or a column address signal corresponding to the information to be searched, storage information that matches, does not match, or approximates the address signal is stored in the memory cell.
One is arbitrarily or selectively can be retrieved from the stable point S 2, to allow implementation of associative memory that enables retrieval faster.
【0028】請求項11〜15に記載の発明によれば、
請求項10に記載の記憶装置を連想メモリとしてより有
効に駆動させることが可能な読出し方法を提供すること
ができる。According to the invention described in claims 11 to 15,
It is possible to provide a reading method capable of driving the storage device according to claim 10 more effectively as an associative memory.
【0029】請求項16に記載の発明によれば、サイド
ウォールを利用し、マスクの使用を抑制できるのでセル
ファラインプロセスの実現が可能となる。According to the sixteenth aspect of the present invention, since the use of the mask can be suppressed by utilizing the sidewall, the self-alignment process can be realized.
【0030】[0030]
【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。 〔I〕メモリセル (i)メモリセルの回路構成 図1に示すように、行方向(X)に行アドレス信号線A
x が配され、この行アドレス信号線Ax に交叉し電気的
に非接触で2本一対の列アドレス信号線Ay1、列アドレ
ス信号線Ay2が配されている。列アドレス信号線Ay1と
列アドレス信号線Ay2間には、図示するように、2個の
負性微分ダイオードD1 ,D2 が直列に接続されてい
る。負性微分ダイオードD1 と負性微分ダイオードD2
との接続点aと行アドレス信号線Ax との間にはしきい
値ダイオードD3 が接続されている。これらの負性微分
ダイオードD1 ,D2 およびしきい値ダイオードD3 に
よってメモリセルが構成される。Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. [I] Memory Cell (i) Circuit Configuration of Memory Cell As shown in FIG. 1, the row address signal line A is arranged in the row direction (X).
x , and two pairs of column address signal lines A y1 and column address signal lines A y2 are provided in a non-contact manner across the row address signal lines A x . As shown, two negative differentiating diodes D 1 and D 2 are connected in series between the column address signal line A y1 and the column address signal line A y2 . Negative differentiating diode D 1 and negative differentiating diode D 2
Is connected to a threshold diode D 3 is provided between the connection point a and the row address signal line A x with. These negative differential diodes D 1 and D 2 and threshold diode D 3 constitute a memory cell.
【0031】図2は、列アドレス線の一方列アドレス信
号線Ay1を接地電位GNDとして列アドレス線Ay1の共
用化を図った例を示している。 (ii)メモリセルの動作原理 N型負性微分ダイオードの電流電圧特性を図3に示す。
なお、N型負性微分ダイオードとしては、例えば、エサ
キダイオードや共鳴トンネルダイオードがある。ピーク
電流Ip 、バレー電流Iv とし、立ち上がり電圧を
Vth、ピーク電圧をVp 、バレー電圧をVv 、再び電流
が流れ出してピーク電流と同じ電流が流がれる電圧をV
p2と定義する。(この際負性微分ダイオードとして共鳴
トンネルダイオードを仮定するとVp −Vth>Vv −V
p であるが、そうでない場合でも考える電圧が異なるだ
けで以後の説明の本質が変わらないことは容易にわかる
ことである。また、構造によっては、バレー後電流の立
ち上がりが少なくピーク電流と同じまで達しないものも
あるが、その場合にはVp2は無限大であるとする。)一
方、しきい値ダイオードの電流電圧特性を図5に示す。
しきい値Vth1 より低い電圧及びVth2 より高い電圧の
領域で急激的に電流が流れる。FIG. 2 shows an example in which one of the column address lines Ay1 is used as the ground potential GND to share the column address line Ay1 . (Ii) Operation principle of the memory cell FIG. 3 shows the current-voltage characteristics of the N-type negative differential diode.
As the N-type negative differential diode, for example, there are an Esaki diode and a resonance tunnel diode. The peak current I p , the valley current I v , the rise voltage is V th , the peak voltage is V p , the valley voltage is V v , and the voltage at which the current flows again and the same current as the peak current flows is V
Defined as p2 . (At this time, assuming that a resonant tunneling diode is used as the negative differential diode, V p −V th > V v −V
Although it is p , it is easy to see that the essence of the following description does not change even if it is not the same, only by considering different voltages. In some structures, the rise of the post-valley current is small and does not reach the same level as the peak current. In this case, V p2 is assumed to be infinite. FIG. 5 shows the current-voltage characteristics of the threshold diode.
A current suddenly flows in a region of a voltage lower than the threshold value V th1 and a voltage higher than the threshold value V th2 .
【0032】ここでしきい値ダイオードD3 のしきい値
電圧Vth1 ,Vth2 と負性微分ダイオードD1 ,D2 の
バレー電圧Vv は、 |Vth1 −Vth2 |>Vv なる関係を有する。Here, the threshold voltages V th1 and V th2 of the threshold diode D 3 and the valley voltages V v of the negative differential diodes D 1 and D 2 are in a relationship of | V th1 −V th2 |> V v Having.
【0033】図4(a)のように2つのN型負性微分ダ
イオードD1 ,D2 (この場合説明をわかりやすくする
ために両ダイオードの特性は同じであるとする)を直列
につなぎ、接合していない方の端子に列アドレス信号線
Ay1(D1 側)と列アドレス信号線Ay2(D2 側)を接
続する。図4(b)において縦軸はダイオードD1 ,D
2 それぞれを流れる電流I、横軸はダイオードD1 ,D
2 との接続点aを基準とした電圧を示す。ダイオードD
1 はa点の電位が高くなるにつれてN字形の特性を示
し、ダイオードD2 は、a点の電位がVa より低くなる
につれてN字形の特性を示す。この両アドレス信号線の
間に電圧を印加していくと、印加電圧が2Vp までの間
は安定点が1つである(図4(b))。ところが、それ
以上の電圧を印加すると、安定点が2つとなる(図4
(c))。これは、D1 に加わる電圧がピーク電圧より
低くD2 に加わる電圧がバレー電圧より高いか、その逆
の二つの状態が存在するので、この状態は安定であると
いうことである。従って、この二つの状態のどちらにい
るかで記憶ができる。As shown in FIG. 4 (a), two N-type negative differentiating diodes D 1 and D 2 (the characteristics of both diodes are assumed to be the same for easy understanding of the description) are connected in series. bonded though not towards terminal to a column address signal line a y1 of (D 1 side) for connecting the column address signal line a y2 (D 2 side). In FIG. 4B, the vertical axis represents diodes D 1 , D
2 The current I flowing through each of them, the horizontal axis is diodes D 1 , D
2 shows a voltage with reference to a connection point a with 2 . Diode D
1 shows the characteristics of the N-shape as the potential at point a becomes higher, the diode D 2 shows the characteristics of the N-shape as the potential at point a becomes lower than V a. As you apply a voltage between the two address signal lines, while the applied voltage is up to 2V p is one stable point (Figure 4 (b)). However, when a higher voltage is applied, two stable points are obtained (FIG. 4).
(C)). This could voltage the voltage applied to the D 1 is applied to the D 2 less than the peak voltage is higher than the valley voltage, since there are two states of reverse, this state is that it is stable. Therefore, it can be stored in which of these two states.
【0034】図4に示す回路単位をメモリセルとして利
用するには図1のように、直列につながれた二つの負性
微分ダイオードD1 ,D2 の接合点aと別の行アドレス
信号線Ax の間にしきい値ダイオードD3 を接続する。
ここでAx はビット線に相当しAy1,Ay2はワード線対
に相当する。To use the circuit unit shown in FIG. 4 as a memory cell, as shown in FIG. 1, a junction point a of two negative differential diodes D 1 and D 2 connected in series and another row address signal line A connecting the threshold diode D 3 between the x.
Here, A x corresponds to a bit line, and A y1 and A y2 correspond to a word line pair.
【0035】次に、この図1に示すメモリセルが記憶を
するための条件を図6に、メモリセルが記憶している情
報を読み出すための条件を図7に、メモリセルに情報を
書き込むための条件を図8にそれぞれ示す。Next, FIG. 6 shows conditions for the memory cell shown in FIG. 1 to store information, FIG. 7 shows conditions for reading the information stored in the memory cell, and FIG. 8 are shown in FIG.
【0036】図6,7,8において列アドレス信号線A
y1、列アドレス信号線Ay2、行アドレス信号線Ax の電
位を定めた時、接合点aの電位に対して、ダイオードD
1 ,D2 ,D3 にどのような電流が流れるかを示した図
である。D1 の正方向は、接点aからAy1方向へ流れる
電流を、D2 ,D3 およびD2 +D3 の正方向は接点a
へ流れこむ電流を表している。したがって、D1 とD2
+D3 の線の交点が動作点である。In FIGS. 6, 7, and 8, the column address signal line A
y1, a column address signal line A y2, when defining the potential of the row address signal line A x, with respect to the potential of the junction point a, the diode D
1 is a diagram showing what kind of current flows through the D 2, D 3. The positive direction of D 1 is the current flowing from the contact a to A y1 direction, D 2, D 3 and D 2 + D 3 in the positive direction is the contact a
Represents the current flowing into the Therefore, D 1 and D 2
+ Intersection of line D 3 is the operation point.
【0037】セルの記憶を保持するためには図6に示す
ように、二つの安定点S1 ,S2 が存在し、その時には
D3 に電流が流れないようにAx1,Ay1,Ay2の各電位
を印加する必要がある。又、安定点S1 に情報が書き込
まれているかどうかを読出すためには図7(a)に示す
ように、二つの安定点が存在し、安定点S1 に情報が書
き込まれている時にはD3 に電流が流れるが、安定点S
1 に情報が書き込まれていない時(S2 側に情報が書込
まれている時)時にはD3 に電流が流れないように
Ax ,Ay1,Ay2に各電位を印加する必要がある。さら
に安定点S1 に情報を書込むためには図8(b)に示す
ように、安定点がS2 のみしかないように、Ax1,
Ay1,Ay2のそれぞれに各電位を印加する必要がある。
さらに、安定点S 2 に情報が書き込まれているかどうか
を読出すためには図7(b)に示すように、二つの安定
点が存在し、S2 に情報が書込まれていない時にはD3
に電流が流れないが、S2 に情報が書込まれている時に
は電流が流れるように、Ax ,Ay1,Ay2に各電位を印
加する必要がある。一方、S1 に情報を書込むためには
図8(a)に示すように、安定点がS1 しかないように
Ax ,Ay1,Ay2の各電位を印加する必要がある。FIG. 6 shows how to retain the memory of the cell.
So, two stable points S1, STwoExists and then
DThreeA so that no current flows throughx1, Ay1, Ay2Each potential
Must be applied. Also, the stable point S1Write information to
FIG. 7 (a) shows whether or not the
Thus, there are two stable points, and the stable point S1Information is written
D when it's busyThreeCurrent flows at the stable point S
1When no information is written to theTwoInformation is written on the side
Sometimes D)ThreeTo prevent current from flowing through
Ax, Ay1, Ay2It is necessary to apply each potential to. Further
Stable point S1As shown in FIG. 8 (b),
As shown, the stable point is STwoA so that there is onlyx1,
Ay1, Ay2Need to be applied to each of them.
Furthermore, the stable point S TwoWhether information is written to
In order to read out, as shown in FIG.
Point exists, STwoD when no information is written toThree
No current flows through theTwoWhen information is written to
Is so that the current flowsx, Ay1, Ay2Mark each potential on
Need to be added. On the other hand, S1To write information to
As shown in FIG. 8A, the stable point is S1So that there is only
Ax, Ay1, Ay2Need to be applied.
【0038】(iii) 情報の記憶保持と読出し 保持時には前述のごとく図6の状態である必要がある。
かつ、電流ができるだけ流れない方が消費電力を押さえ
られるので、二つの安定点がバレーにある様な状態が望
ましい。それを示したのが図9である。図9では、しき
い値が+と−で対称な特性を考えてるいが、異なる場合
は、中間の電位を0にするようなオフセットを考えれば
良い。また、しきい値ダイオードの特性を実際には近い
ように、上の説明で使ったような鋭く立ち上がるもので
はないが、本質は同じである。以下の図でも同様であ
る。(Iii) Storage and readout of information At the time of storage, it is necessary to be in the state shown in FIG. 6 as described above.
In addition, since the power consumption is suppressed when the current does not flow as much as possible, it is desirable that the two stable points are in the valley. FIG. 9 shows this. In FIG. 9, a characteristic in which the threshold value is symmetrical between + and − is considered. However, when the threshold value is different, an offset that sets the intermediate potential to 0 may be considered. Further, the characteristics of the threshold diode are not sharply raised as used in the above description so as to be close to the characteristics of the threshold diode, but the essence is the same. The same applies to the following figures.
【0039】読みだしの操作はマトリクス状に並べられ
たメモリセルのうちある行アドレス信号線Ax と行アド
レス信号線Ay のクロスする所のメモリセルだけを読み
だされなくてはならないので、行アドレス信号線Ax の
みに信号を加えた時と、行アドレス信号線Ay のみに信
号を加えた時には、図6の状態で、両方に信号を加えた
時に図7(a)、または(b)の状態にならなくてはな
らない。ここで、信号を加えるというのは、アドレス信
号線の電位を変化させるということである。この際、し
きい値が+と−で異なる場合は、以後の説明において中
間の電位を0にするようなオフセットを考えれば良いの
で、説明では対称な特性を考える。In the read operation, only the memory cells at the intersection of a certain row address signal line Ax and a certain row address signal line Ay among the memory cells arranged in a matrix must be read. and when applying a signal only to the row address signal line a x, when only plus signals to the row address signal line a y is in the state of FIG. 6, FIG. 7 (a), the or when both plus signal ( It must be in the state of b). Here, adding a signal means changing the potential of the address signal line. At this time, if the threshold value differs between + and-, it is sufficient to consider an offset for setting the intermediate potential to 0 in the following description. Therefore, a symmetric characteristic is considered in the description.
【0040】S1 の読みだしでは、図10に示した様
に、行アドレス信号線Ax にはHigh、列アドレス信
号線Ay1にはLowを加える。Ax にHighの信号を
印加すると、しきい値ダイオードD3 の特性は図10
(a)に示すごとく右側にシフトしVAx+Vth1 の電位
が上がる。一方、VAy1 をLowにすると、図10
(b)のごとくD1 の特性が左側にシフトしてVs1の電
位が下がる。その際の信号の大きさは、Ax かAy1のう
ち片方だけの場合には、まだVAx+Vth1 <Vs1すなわ
ち図6の状態にあり、両方を加えた時にはAx +Vth1
>Vs1すなわち図7(a)の状態になるように決めれ
ば、両方の行アドレス信号線Ax と列アドレス信号線A
y1のクロスするところに位置するメモリセルだけが選択
され、その情報が読みだされることとなる。このよう
に、図10では、(a)が行アドレス信号線A x にだけ
Highを加えた時を、(b)が列アドレス信号線Ay1
にだけLowを加えた時を、(c)が行アドレス信号線
Ax にHigh、列アドレス信号線Ay1にLowを加え
た時を示している。S1In the reading of, as shown in FIG.
The row address signal line AxHigh, column address signal
Line Ay1Is added Low. AxHigh signal
When applied, the threshold diode DThreeThe characteristics of FIG.
As shown in FIG.Ax+ Vth1Potential of
Goes up. On the other hand, VAy1Is set to Low, FIG.
D as in (b)1Characteristic shifts to the left and Vs1No electricity
The rank goes down. The magnitude of the signal at that time is AxOr Ay1Horse
If only one of them is still VAx+ Vth1<Vs1Sand
In the state of FIG. 6, when both are added, Ax+ Vth1
> Vs1That is, it is determined that the state shown in FIG.
If both row address signal lines AxAnd column address signal line A
y1Only the memory cell located at the cross point of is selected
The information is read out. like this
In FIG. 10, (a) shows the row address signal line A xOnly in
(B) shows the column address signal line A when High is applied.y1
(C) shows the row address signal line when only
AxHigh, column address signal line Ay1Add Low to
Shows when.
【0041】S2 の読み出しでは、図11に示したよう
に、行アドレス信号線Ax にはLow、列アドレス信号
線Ay2にはHighを加える。行アドレス信号線Ax 及
び列アドレス信号線Ay2になにも加えない時に、保持状
態であるのでAx +Vth2 >Vs2すなわち図6の状態に
ある。行アドレス信号線Ax をLowにすると、図11
(a)に示すようにD3 の特性が左側にシフトしAx +
Vth2 の電位が下がる。一方、VAy2 をHighにする
と、D2 の特性が右側にシフトしVs2の電位が上がる。
その際の信号の大きさは、行アドレス信号線Ax 又は列
アドレス信号線Ay2片方だけの場合には、まだAx +V
th2 >Vs2すなわち図6の状態にあり、両方を加えた時
にAx +Vth2 <Vs2すなわち図7(b)の状態になる
ように決めれば、両方の行アドレス信号線Ax と列アド
レス信号線Ay2のクロスするメモリセルだけが読みださ
れることとなる。このように図11では、(a)が行ア
ドレス信号線Ax にだけLowを加えた時を、(b)が
列アドレス信号線Ay2にだけHighを加えた時を、
(c)が行アドレス信号線Ax にLow、列アドレス信
号線Ay2にHighを加えた時を示している。[0041] In the read S 2, as shown in FIG. 11, the row address signal line A x Low, the column address signal line A y2 added High. The row address signal line A x and a column address signal line A y2 when nothing, and it is in a state of A x + V th2> V s2 i.e. 6 because it is maintained state. When the row address signal line A x in Low, 11
As shown in (a), the characteristic of D 3 shifts to the left and A x +
The potential of V th2 drops. On the other hand, when V Ay2 is set to High, the characteristic of D 2 shifts to the right and the potential of V s2 increases.
In this case, the magnitude of the signal is still A x + V when only one of the row address signal line A x or the column address signal line A y2 is used.
th2> V located s2 i.e. the state of FIG. 6, be determined when both were added so that the state of the A x + V th2 <V s2 i.e. FIG. 7 (b), the both of the row address signal lines A x column address so that the only memory cells that cross the signal lines a y2 is read out. In this way 11, when the plus High only when (a) was added Low only the row address signal line A x, the column address signal line A y2 is (b),
(C) indicates a time obtained by adding a High to a row address signal line A x Low, the column address signal line A y2.
【0042】S1 の読み出しについては、(Ax :Hi
gh、Ay1:Low)の代わりに、(Ax :High、
Ay1,Ay2:Low)、S2 の読み出しについては、
(Ax:Low、Ay2:High)の代わりに、
(Ax :Low、Ay1,Ay2:High)の組み合わせ
でも上記条件を満たすように電位設定できる。For reading S 1 , (A x : Hi)
gh, A y1 : Low) instead of (A x : High,
A y1 , A y2 : Low) and reading of S 2 are as follows.
(A x: Low, A y2 : High) instead of,
(A x: Low, A y1 , A y2: High) can potential set so as to satisfy the above conditions a combination of.
【0043】上記説明では、読み出し動作の初期状態は
保持状態と同じにしてある。(これは、保持状態は通常
一番消費電力を押えるようにしてあることと、別の電位
を設定する必要がないことなどによる。)しかしなが
ら、上記の条件さえなりたてば良いので、初期状態が保
持状態と同じである必要はない。In the above description, the initial state of the reading operation is the same as the holding state. (This is due to the fact that the holding state is usually designed to minimize power consumption and that there is no need to set another potential.) However, since the above conditions only need to be satisfied, the initial state Need not be the same as the holding state.
【0044】(v)情報の書き込み 書き込みの操作はマトリクス状に並べられたメモリセル
のうちある行アドレス信号Ax と行アドレス信号線Ay
のクロスする所のメモリセルだけを書き込まれなくては
ならないので、行アドレス信号線Ax のみに信号を加え
た時と、行アドレス信号線Ay のみに信号を加えた時に
は、図6または図7(a)または(b)の状態で、両方
に信号を加えた時に図8(a)(b)の状態にならなく
てはならない。ここで、信号を加えるというのは、アド
レス信号線の電位を変化させるということである。この
際、しきい値が+と−で異なる場合は、以後の説明にお
いて中間の電位を0にするようなオフセットを考えれば
良いので、説明では対称な特性を考える。(V) Writing of Information The writing operation is performed by a row address signal Ax and a row address signal line Ay among the memory cells arranged in a matrix.
Because of must be only written memory cells at the cross, and when only plus signals to the row address signal line A x, when applying a signal only to the row address signal line A y is 6 or FIG. In the state 7 (a) or (b), when signals are applied to both, the state must be as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). Here, adding a signal means changing the potential of the address signal line. At this time, if the threshold value differs between + and-, it is sufficient to consider an offset for setting the intermediate potential to 0 in the following description. Therefore, a symmetric characteristic is considered in the description.
【0045】S1 の書き込みでは、図12に示した用
に、行アドレス信号線Ax にはLow、列アドレス信号
線Ay2にはHighを加える。ここで図11に示すS2
の読み出しの場合もAx =Highであり、S1 の書き
込みと同じ極性の電位を印加している。しかしながら、
図11と図12では印加する電位の大きさが異なる。す
なわち、書き込みの場合、図12(c)に示すごとく、
不安定点をSn とするとVAx+Vth2 <Vsnを満たすよ
うにAx ,Ay2に電圧を印加するが、S2 の読み出しの
場合は、VAx+Vth2 >Vsnを満たすように電圧をかけ
るということに注意すべきである。さて、Ax ,Ay2に
なにも加えない時には、保持状態にあるので図6の状態
にある。あるいはある程度Ax にLow、Ay2にHig
hの電圧をかけた図7(b)の状態でもかまわない。保
持状態から行アドレス信号線Ax をLowにすると、図
12(a)に示すごとくD3 の特性が左側へシフトし、
Ax+Vth2 の電位が下がる。一方、Vy2をHighに
すると、図12(b)のごとくD2 の特性が右側へシフ
トし、V2 の電位が上がる。その際の信号の大きさは、
片方だけの場合には、まだVAx+Vth2 >Vsnすなわち
図6または図7(b)の状態であり、両方を加えた時に
は、VAx+Vth<Vsnすなわち図12(c)の状態にな
るように決めれば、両方の行アドレス信号線Ax ,Ay
のクロスするメモリセルだけが安定点がS1 1つにな
り、その安定点はD1 にかかっている電圧がピークより
低い状態であるからS1 と同じ性質のものである。両ア
ドレス信号線を元の保持状態に戻せば、安定点はS1 と
なるので、S1 の書き込みができる。このように図12
では、(a)が行アドレス信号線Ax にだけLowを加
えた時を、(b)が列アドレス信号線Ay2にだけHig
hを加えた時を、(c)が行アドレス信号線Ax にLo
w、列アドレス信号線Ay2にHighを加えた時を示し
ている。[0045] In the writing of S 1, to the use shown in FIG. 12, the row address signal line A x Low, added High to the column address signal line A y2. Here, S 2 shown in FIG.
Also, in the case of reading, A x = High, and a potential having the same polarity as the writing of S 1 is applied. However,
11 and 12 differ in the magnitude of the applied potential. That is, in the case of writing, as shown in FIG.
Instability point When S n V Ax + V th2 <so as to satisfy V sn A x, but a voltage is applied to the A y2, in the case of the read S 2, V Ax + V th2 > voltage so as to satisfy V sn It should be noted that By the way, when nothing is added to A x and A y2 , it is in the state of FIG. 6 since it is in the holding state. Or to some extent A x is low and A y2 is high
The state shown in FIG. 7B in which the voltage h is applied may be used. From the holding state to the Low row address signal lines A x, characteristics of D 3 as shown in FIG. 12 (a) is shifted to the left,
The potential of A x + V th2 decreases. On the other hand, when the V y2 High, the shift characteristics of the D 2 is to the right as in FIG. 12 (b), the potential of V 2 increases. The magnitude of the signal at that time is
In the case of only one of them, V Ax + V th2 > V sn is still in the state of FIG. 6 or FIG. 7B, and when both are added, V Ax + V th <V sn , in the state of FIG. , Both row address signal lines A x , A y
Has only one stable point S 1 and the stable point has the same property as S 1 because the voltage applied to D 1 is lower than the peak. Be returned to the holding state of the source both address signal lines, a stable point because the S 1, can be written S 1. Thus, FIG.
So when the plus Low only (a) the row address signal lines A x, only the column address signal lines A y2 (b) Hig
when the addition of h, (c) is a row address signal line A x Lo
w, when High is applied to the column address signal line A y2 .
【0046】S2 の書込みでは、図13に示したよう
に、行アドレス信号線Ax にはHigh、列アドレス信
号線Ay1にLowを加える。行アドレス信号線Ax 及び
列アドレス信号線Ay1になにも加えない時には、保持状
態にあるので図6の状態にある。あるいは行アドレス信
号線Ax にHigh、列アドレス信号線Ay1にLowを
ある程度印加した図7(b)の状態でもかなわない。行
アドレス信号線Ax をLowにすると、図13(a)に
示すごとくD3 の特性が右側にシフトしVAx+V th1 の
電位が上がる。一方、Vy1をLowにすると、図13
(b)に示すごとくD1 の特性が左側にシフトし、VS1
の電位が下がる。その際の信号の大きさは、行アドレス
信号線Ax 又は列アドレス信号線Ay1の片方だけの場合
には、まだ図6または図7(a)の状態にあり、両方を
加えた時には、Sn <VAx+Vth1 となり、安定点がS
2 のみとなって行アドレス信号線Ax と列アドレス信号
線Ay1がクロスするメモリセルだけが安定点が1つにな
り、その安定点はD2 にかかっている電圧がピークより
低い状態であるからS2 と同じ性質のものである。両ア
ドレス信号線の元の保持状態に戻せば、安定点はS2 と
なるので、S2 の書き込みができる。このように図13
では(a)が行アドレス信号線Ax にだけHighを加
えた時を、(b)が列アドレス信号線Ay1だけLowを
加えた時を(c)が行アドレス信号線Ax にHigh、
列アドレス信号線Ay1にLowを加えた時を示してい
る。STwoIs written as shown in FIG.
The row address signal line AxHigh, column address signal
Line Ay1Add Low. Row address signal line Axas well as
Column address signal line Ay1When not adding anything
In the state shown in FIG. Or row address signal
Line AxHigh, column address signal line Ay1Low
The state shown in FIG. 7B in which a certain amount of voltage is applied cannot be achieved. line
Address signal line AxIs Low, FIG. 13A shows
D as shownThreeCharacteristic shifts to the right and VAx+ V th1of
Potential rises. On the other hand, Vy1Is set to Low, FIG. 13
D as shown in (b)1Characteristic shifts to the left, VS1
Potential drops. The magnitude of the signal at that time is determined by the row address.
Signal line AxOr column address signal line Ay1If only one of
In the state of FIG. 6 or FIG.
When added, Sn<VAx+ Vth1And the stable point is S
TwoRow address signal line AxAnd column address signal
Line Ay1Only the memory cells that cross each other have one stable point.
And its stable point is DTwoVoltage applied to
S because it is lowTwoOf the same nature as Both sides
If the original state of the dress signal line is restored, the stable point becomes STwoWhen
So STwoCan be written. Thus, FIG.
(A) shows the row address signal line AxAdd High only to
(B) shows the column address signal line Ay1Just Low
(C) shows the row address signal line AxTo High,
Column address signal line Ay1Shows when Low is added to
You.
【0047】S1 の書き込みについては、(Ax :Lo
w、Ay2:High)の代わりに、(Ax :Low、A
y1,Ay2:High)、(Ax :Low、Ay1:Hig
h)、の組み合わせでも、Xだけ、YだけではAx +V
th2 <Vsn、両方働かせばA x +Vth2 <Vsnの条件を
満たすように電位設定できる。S1(A)x: Lo
w, Ay2: (High) instead of (A)x: Low, A
y1, Ay2: High), (Ax: Low, Ay1: Hig
h), only X and Y alone are Ax+ V
th2<VsnA if you work both x+ Vth2<VsnThe condition
Potential can be set to satisfy.
【0048】S2 の書き込みについては、(Ax :Hi
gh、Ay1:Low)の代りに、(Ax :High、A
y1,Ay2:Low)、(Ax :High、Ay2:Lo
w)、の組み合せでも、Xだけ、YだけではAx +V
th1 <Vsn、両方ではAx +Vth 1 >Vsnの条件を満た
すように電位設定できる。For writing S 2 , (A x : Hi
gh, A y1 : Low, instead of (A x : High, A
y1, A y2: Low), (A x: High, A y2: Lo
w), A x + V with only X and only Y
th1 <V sn, in both A x + V th 1> can be a potential set so as to satisfy the condition of V sn.
【0049】上記説明では、書き込み動作の初期状態は
保持状態と同じにしてある。(これは、保持状態は通常
一番消費電力を押さえるようにしてあることと、別の電
位を設定する必要がないことなどによる。)しかしなが
ら、上記の条件さえなりたてば良いので、初期状態が保
持状態と同じである必要はない。In the above description, the initial state of the writing operation is the same as the holding state. (This is due to the fact that the holding state usually minimizes power consumption and that there is no need to set another potential.) However, since the above conditions only need to be satisfied, the initial state Need not be the same as the holding state.
【0050】(vi)メモリセルの物理的構造 図14に、メモリセルの立体構造を示す。図14に示す
ように、行アドレス信号配線層Ax が配され、これに交
差して2本一対で平行の信号配線層からなる列アドレス
信号配線層Ay1,Ay2が配され、行アドレス信号配線層
Ax と列アドレス信号配線層Ay1,Ay2との交差部には
メモリセル層MCが形成されている。(Vi) Physical Structure of Memory Cell FIG. 14 shows a three-dimensional structure of the memory cell. As shown in FIG. 14, the row address signal wiring layer A x is disposed, the column address signal wiring layer A y1, A y2 is disposed consisting of parallel signal wiring layer with two pair to cross the row address the intersection of the signal wiring layer a x column address signal wiring layer a y1, a y2 memory cell layer MC is formed.
【0051】メモリセル層MCは、各アドレス信号配線
層Ax ,Ay1,Ay2間において、行アドレス信号配線層
Ax 側に所定のしきい値電圧Vth1 ,Vth2 で電流を流
す特性を有するしきい値ダイオード層D3 がその一面に
おいて行アドレス信号配線層Ax に電気的に接触して形
成され、しきい値ダイオード層D3 の他面と前記列アド
レス信号配線層Ay1,Ay2のうちの一方の配線層Ay1と
の間に負性微分ダイオード層D1 が電気的に接触して形
成され、かつ、前記しきい値ダイオード層D3の他面と
前記列アドレス信号配線層Ay1,Ay2のうちの他方の配
線層Ay2との間に負性微分ダイオード層D2 が電気的に
接触して積層状に形成されている。The memory cell layer MC has a characteristic that a current flows between the address signal wiring layers A x , A y1 and A y2 at predetermined threshold voltages V th1 and V th2 toward the row address signal wiring layer A x. threshold diode layer D 3 is formed in electrical contact with the row address signal wiring layer a x in one surface thereof, the other face of the threshold diode layer D 3 column address signal wiring layer a y1 having, negative differential diode layer D 1 between one of the wiring layers a y1 of a y2 is formed in electrical contact and the other surface of said threshold diode layer D 3 and the column address signal negative differential diode layer D 2 is formed in layers in electrical contact between the other wiring layers a y2 of the wiring layer a y1, a y2.
【0052】図15(a)にメモリセルの半導体層(共
鳴トンネルダイオード)100の断面構造を示す。図示
するように、半絶縁性もしくは絶縁性基板(SI,Ga
As)11上に、順次良導体層(n++GaAs)12、
導体層(n+ GaAs)13、しきい値ダイオードD3
層(i−AlGaAs)14、導体層(n+ −GaA
s)15、負性微分ダイオードD1 ,D2 層を形成する
i−AlAs層16、i−GaAs層17、i−AlA
s層18、導体層(n+ −GaAs)19、および良導
体層(n++GaAs)20が積層状に形成されている。FIG. 15A shows a sectional structure of a semiconductor layer (resonant tunnel diode) 100 of a memory cell. As shown in the figure, a semi-insulating or insulating substrate (SI, Ga
As) 11, a good conductor layer (n ++ GaAs) 12,
Conductive layer (n + GaAs) 13, threshold diode D 3
Layer (i-AlGaAs) 14, conductor layer (n + -GaAs)
s) 15, negative differential diode D 1, i-AlAs layer 16 to form the D 2 layer, i-GaAs layer 17, i-Ala
The s layer 18, the conductor layer (n + -GaAs) 19, and the good conductor layer (n ++ GaAs) 20 are formed in a laminated shape.
【0053】図15(b)は図15(a)における共鳴
トンネルダイオードのエネルギバンド図である。尚、こ
こで注意しておかなければならないことは、図14から
も明らかなように、D1 とD2 とでは同じ層構成でも電
流が流れる方向は逆になるということである。従ってメ
モリセルの製造にあたっては上から下、下から上のどち
らの方向に電流が流れても、D1 ,D2 は負性微分特性
を示すようにトンネルバリア層16,18、量子井戸層
17などの材料膜圧を適切にえらぶ必要がある。FIG. 15B is an energy band diagram of the resonant tunnel diode in FIG. Note that by that must be noted, as is apparent from FIG. 14, D 1 and the direction of current flow in the same layer configuration with the D 2 is that it is reversed. Therefore, in manufacturing the memory cell, D 1 and D 2 show the negative differential characteristics so that the tunnel barrier layers 16 and 18 and the quantum well layer 17 show the same regardless of the current flowing from the top to the bottom or the bottom to the top. It is necessary to select the material film pressure appropriately.
【0054】〔II〕SRAM 図16に、図1のメモリセルを用いて構成されるSRA
Mの例を開示する。図16に示すように、行方向に行ア
ドレス信号線群Ax1〜Ax5が配されており、かつ、これ
らの行アドレス信号線群LXに電気的に非接触で交叉す
る各2本一対の列アドレス信号線群Ay11 〜Ay52 が配
されている。各交差部のそれぞれには、負性微分ダイオ
ードD1 ,D2 、しきい値ダイオードD3 からなるメモ
リセルMCが形成されている。各メモリセルMCは図1
に示した構成をもつのでその説明を援用する。[II] SRAM FIG. 16 shows an SRA constructed using the memory cells of FIG.
An example of M is disclosed. As shown in FIG. 16, row address signal line groups A x1 to A x5 are arranged in the row direction, and a pair of two pairs each of which intersects row address signal line group LX in a non-contact manner. Column address signal line groups A y11 to A y52 are arranged. At each of the intersections, a memory cell MC including negative differential diodes D 1 and D 2 and a threshold diode D 3 is formed. Each memory cell MC is shown in FIG.
The description will be referred to since it has the configuration shown in FIG.
【0055】行アドレス信号線群Ax の一方の線端に
は、行アドレスデータを解読してそのデータ内容に対応
する電圧を印加するための行アドレスデコーダ1が接続
されている。行アドレス信号線群Ax の他方の線端に
は、各列アドレス信号線Ax1〜A x5に流れる電流を検出
しメモリセルMC内の情報を読出すためのセンス回路3
が接続されている。Row address signal line group AxAt one end of the line
Decodes the row address data and responds to the data content
Row address decoder 1 for applying the
Have been. Row address signal line group AxAt the other end of the line
Represents each column address signal line Ax1~ A x5Detect current flowing through
Sense circuit 3 for reading information in memory cell MC
Is connected.
【0056】列アドレス信号線群Ax の線端には、列ア
ドレスデータを解読してそのデータ内容に対応する電圧
を印加するための列アドレスデコーダ2が接続されてい
る。メモリセルMCへのデータの書込みは、必要な行ア
ドレスデータおよび列アドレスデータのそれぞれを行ア
ドレスデコーダ1および列アドレスデコーダ2に与えて
記憶すべきアドレスを選択して実行される。各メモリセ
ルMCにおける行アドレス信号線Ax および列アドレス
信号線Ay1、列アドレス信号線Ay2への電圧の印加の態
様および書込み時の動作には図3〜図13およびその関
連説明に示した通りであるので、その説明は省略する。[0056] the line end of the column address signal line group A x is a column address decoder 2 for applying a voltage corresponding to the data contents by decoding the column address data are connected. Writing of data to the memory cell MC is performed by supplying necessary row address data and column address data to the row address decoder 1 and the column address decoder 2 to select an address to be stored. Row address signal lines A x and the column address signal line A y1 in each memory cell MC, and shown in FIGS. 13 and related description for operation during mode and write voltage application to the column address signal line A y2 Therefore, the description is omitted.
【0057】メモリセルMCからのデータの読出しは、
必要な行アドレスデータおよび列アドレスデータを行ア
ドレスデコーダ1および列アドレスデコーダ2にそれぞ
れ与えて読出しアドレスを選択し、行アドレス信号線A
x1〜Ax5に現われた電流をセンスアンプ3により検出し
て行う。Reading of data from the memory cell MC is performed as follows.
Necessary row address data and column address data are supplied to row address decoder 1 and column address decoder 2 to select a read address, and a row address signal line A
This is performed by detecting the current appearing at x1 to Ax5 by the sense amplifier 3.
【0058】このように、各メモリセルMCがアドレス
選択性をもつため、任意のアドレスのメモリセルMCに
データを書込んだりあるいは読取ったりすることができ
る。図17は、図2に示すメモリセルを用いてSRAM
を構成した場合の回路図を示している。図17からわか
るように、列アドレス信号線の一方であるAy11 ,A
y21 ,…Ay51 をGNDに接続し、接地電位に共通接続
する構成とすることができる。As described above, since each memory cell MC has address selectivity, data can be written to or read from the memory cell MC at an arbitrary address. FIG. 17 shows an SRAM using the memory cell shown in FIG.
FIG. 3 shows a circuit diagram in the case of configuring. As can be seen from FIG. 17, one of the column address signal lines A y11 , A y11
Ay51 ,... Ay51 may be connected to GND and commonly connected to the ground potential.
【0059】図18にSRAMの立体構造例を示す。図
18に示すように、行アドレス信号線層Ax1〜Ax4が互
に平行に行方向に形成されており、この行アドレス信号
線層Ax1〜Ax4との間に所定の間隔δをおいて交叉する
方向に列アドレス信号線層A y11 〜Ay22 が互に平行に
形成されている。FIG. 18 shows an example of the three-dimensional structure of the SRAM. Figure
As shown in FIG. 18, the row address signal line layer Ax1~ Ax4But
Are formed in the row direction in parallel with the row address signal.
Wire layer Ax1~ Ax4Crosses at a predetermined interval δ between
Column address signal line layer A in the direction y11~ Ay22Are parallel to each other
Is formed.
【0060】各行アドレス信号線層Ax1〜Ax4上には一
対の列アドレス信号線層間(Ay11とAy12 、又はA
y21 とAy22 )の両端間の間隔の長さを有するしきい値
ダイオード層D3 が形成されている。このしきい値ダイ
オード層D3 の一面と行アドレス信号線層Ax に電気的
に接触している。また、しきい値ダイオード層D3 の他
面の一端側と列アドレス信号線層Ay n2との間に負性微
分ダイオード層D2 が介在され、しきい値ダイオード層
D3 の他面の他端側と列アドレス信号線層Ay n1との間
に負性微分ダイオード層D1 が介在され、負性微分ダイ
オード層D2 と列アドレス信号線層Ay n2、負性微分ダ
イオード層D1 と列アドレス信号線層Ay n1とはコンタ
クトホールCHにより電気的に接続されている。On each row address signal line layer A x1 to A x4 , a pair of column address signal line layers (A y11 and A y12 , or A y11
y21 and thresholds diode layer D 3 having a length of distance across the A y22) is formed. In electrical contact with the one surface of the threshold diode layer D 3 and the row address signal line A x. Moreover, the negative differential diode layer D 2 is interposed between the other surface of the one end side and the column address signal line A y n2 threshold diode layer D 3, the threshold diode layer D 3 of the other side It is interposed negative differential diode layer D 1 between the other end and a column address signal line a y n1, negative differential diode layer D 2 column address signal line a y n2, negative differential diode layer D It is electrically connected by the contact hole CH and 1 column address signal line a y n1.
【0061】このように、互に交叉する行アドレス信号
線層Ax と列アドレス信号線層Ayの交差部において両
線に挾まれるように負性微分ダイオードD1 ,D2 、し
きい値ダイオードD3 を積層状に形成したため、図20
に示すように、1つのメモリセルMCを負性微分ダイオ
ード2個程度の面積で形成することができ、高密度化が
可能となる。[0061] Thus, the row address signal line A x column negative differential as sandwiched both lines at the intersection of the address signal line A y diodes D 1, D 2 to each other crossing the threshold since the formation of the value diode D 3 in layers, FIG. 20
As shown in (1), one memory cell MC can be formed with an area of about two negative differential diodes, and high density can be achieved.
【0062】図19は、図18のSRAMの平面配置図
である。図20は、図2のメモセルを用いた図17のS
RAMの立体構造を示す斜視図である。図21はその平
面配置図である。図20では図18のAx11 及びAx21
を共通にGND配線と接続させている。FIG. 19 is a plan view of the SRAM shown in FIG. FIG. 20 is a diagram showing the state of FIG. 17 using the memo cell of FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a three-dimensional structure of a RAM. FIG. 21 is a plan layout view thereof. In FIG. 20, A x11 and A x21 of FIG.
Are commonly connected to the GND wiring.
【0063】図22は、図20に示すSRAMと基本的
に同じ構造であるが、しきい値ダイオードD3 の幅を負
性微分ダイオードD1 ,D2 と同じ幅に形成した例であ
る。 〔III 〕連想メモリ 図23〜図28に図1のメモリセルを用いた連想メモリ
実施例を示す。最近では記憶素子自身にインテリジェン
ス機能を持たせる工夫がなされている。たとえば、パタ
ーン認識などにおいて、記憶素子に記憶されたパターン
と入力されたパターンとの比較を行ない、一番近いパタ
ーンを出力する、いわゆる、連想記憶メモリなどのよう
なものがある。[0063] Figure 22 is a SRAM basically the same structure shown in FIG. 20, an example of forming the width of the threshold diode D 3 to the same width as the negative differential diode D 1, D 2. [III] Associative memory FIGS. 23 to 28 show an embodiment of an associative memory using the memory cell of FIG. Recently, devices have been devised to provide the storage element itself with an intelligence function. For example, in pattern recognition or the like, there is a so-called associative memory that compares a pattern stored in a storage element with an input pattern and outputs the closest pattern.
【0064】従来の連想記憶素子としては、記憶部分と
比較部分を独立に設けたものと、メモリセルごとに比較
回路を設けたものがある。前者では、比較回路と記憶回
路の間のデーターのやり取りに時間がかかる。後者で
は、メモリセルの面積が大きくなり、集積度が上がらな
い。連想記憶素子としては、できるだけ多くの情報のな
かからできるだけ早く必要な情報を読出したいという要
求がある。しかしながら、スピードと集積度において満
足のできる素子がなかった。As conventional associative memory elements, there are an associative memory element in which a storage portion and a comparison portion are independently provided, and an associative memory element in which a comparison circuit is provided for each memory cell. In the former case, it takes time to exchange data between the comparison circuit and the storage circuit. In the latter case, the area of the memory cell increases, and the degree of integration does not increase. There is a demand for associative memory elements to read out necessary information as quickly as possible from among as much information as possible. However, no device was satisfactory in speed and integration degree.
【0065】集積度が上がらない最大の原因は、DRA
M、SRAMいずれにおいても、従来の記憶素子は各メ
モリセルに0、1のどちらの情報が記憶されているかを
判別するだけで、入力された情報との比較機能は備わっ
ていないため、別に比較用の回路を付加しなければなら
なかった。比較回路は、いわゆる排他的論理和と呼ばれ
る回路で、少ない素子数で実現することはかなり難しか
った。The biggest reason why the degree of integration does not increase is that DRA
In both the M and the SRAM, the conventional storage element only determines which information of 0 or 1 is stored in each memory cell, and has no function of comparing with the input information. Circuit had to be added. The comparison circuit is a so-called exclusive OR circuit, and it has been quite difficult to realize it with a small number of elements.
【0066】しかしながら、本発明によれば、メモリセ
ルMCは、後述するようにメモリセル自体で比較機能を
有していること、行アドレス信号線Ax 、列アドレス信
号線Ay1、列アドレス信号線Ay2に加える信号を変える
ことにより、検索対象情報に対応する記憶情報を選択的
に出力できること、かつ、メモリセルをダイオード2個
分程度の面積で実現することができることから、高集積
で高速度の連想記憶素子が実現できる。However, according to the present invention, the memory cell MC has a comparison function in the memory cell itself, as will be described later, and the row address signal line A x , the column address signal line A y1 , the column address signal By changing the signal applied to the line A y2 , the storage information corresponding to the search target information can be selectively output, and the memory cell can be realized with an area of about two diodes. A speed associative memory element can be realized.
【0067】すなわち、図10に示すように、特定のメ
モリセルにおいて安定点S1 に情報が書き込まれている
かどうかを読み出すためには選択するメモリセルのAx
をHigh、Ay1をLowにし、S1 に情報が書き込ま
れていればD3 に電流が流れ込み、S1 に情報が書き込
まれていない場合にはD3 に電流は流れない。又、安定
点S2 に情報が書き込まれているかどうかを読み出すこ
とも図11に示すように、読出したいメモリセルのAx
をLow、Ay2をHighとすることにより可能であ
る。That is, as shown in FIG. 10, in order to read whether or not information has been written to the stable point S 1 in a specific memory cell, A x of the selected memory cell is read.
The High, the A y1 to Low, the current flows into the D 3 if information S 1 is written, when the information on S 1 is not written no current flows to the D 3. Further, as also shown in FIG. 11 to read whether the information in a stable point S 2 is written, the read want memory cell A x
Is set to Low and A y2 is set to High.
【0068】ここで、安定点S1 を情報“0”に対応さ
せ、安定点S2 を情報“1”に対応させると、デコーダ
はメモリセルに対し、情報“0”を持っているかどう
かということ、情報“1”を持っているかどうかとい
うことの2通りのアクセスを行なうことができ、MCは
上記,のそれぞれに対しその答を出力することがで
きる。このことはMCは、デコーダが持っている比較情
報とMC自身が蓄えている情報とを比較する機能を有し
ていることになる。一方、従来のPRAM、SRAMの
場合には、デコーダは読み出したいメモリセルを選択す
る機能だけしか持っておらず、メモリセルの持っている
情報をメモリセル領域外に取り出したあとでなければ、
比較対象とMCの情報とが一致しているかどうかを調べ
ることができない。Here, when the stable point S 1 is associated with the information “0” and the stable point S 2 is associated with the information “1”, the decoder determines whether or not the memory cell has the information “0”. , And whether or not it has the information "1", and the MC can output the answer to each of the above. This means that the MC has a function of comparing the comparison information held by the decoder with the information stored in the MC itself. On the other hand, in the case of the conventional PRAM and SRAM, the decoder has only the function of selecting the memory cell to be read, and unless the information held by the memory cell is taken out of the memory cell area,
It is not possible to check whether the information of the comparison target and the information of the MC match.
【0069】次に本発明の連想メモリの構成を説明す
る。まず、図23に示すように、連想メモリ自体のメモ
リセルの構成は第1実施例(図1)と同様であり、ま
た、全体装置の構成は図16に示した構成に加えて、セ
ンス回路3によって検出された記憶情報と検索対象情報
との一致もしくは不一致または近似度を判定する判定回
路4を備えている。ただし、連想メモリに機能するため
に重要な点は、メモリセルMCが、メモリセルMCに記
憶された情報に対して行アドレス信号線Ax 、列アドレ
ス信号線Ayiに加えるアドレス信号の極性(または電位
差)があらかじめ決められた方向(正または負)に変化
されたときのみ読出すことが可能な特性を有するという
点である。言い換えると、同一のメモリセルをアクセス
する場合でも、図10のようにAx :High、Ay1:
Lowとする場合と、図11のようにAx :Low、A
y2:Highとする場合では、MCからの出力が異なる
特性を本発明のメモリは持っているということである。Next, the structure of the associative memory of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 23, the configuration of the memory cell of the associative memory itself is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), and the configuration of the entire device is the same as the configuration shown in FIG. 3 is provided with a judgment circuit 4 for judging whether or not the stored information detected by step 3 matches the search target information or the degree of approximation. However, an important point in order to function as an associative memory is that the polarity of an address signal applied by the memory cell MC to the row address signal line A x and the column address signal line A yi for the information stored in the memory cell MC ( Or the potential difference) has the characteristic that it can be read only when it is changed in a predetermined direction (positive or negative). In other words, even when accessing the same memory cell, A x : High and A y1 :
When it is set to Low, and A x : Low, A as shown in FIG.
When y2 is High, the memory of the present invention has the characteristic that the output from the MC is different.
【0070】次に、連想メモリとして機能させるための
読出し方法について説明する。いま、しきい値ダイオー
ドD3 は行アドレス信号線Ax に、負性微分ダイオード
D1 ,D2 は列アドレス信号線Ayiが接続されているも
のとする。安定点はS 1 を情報“0”を記憶している状
態、S2 を情報“1”を記憶している状態とする。Next, a function for functioning as an associative memory is described.
The reading method will be described. Now, threshold
Do DThreeIs the row address signal line AxThe negative differential diode
D1, DTwoIs the column address signal line AyiIs also connected
And The stable point is S 1Is stored as information "0"
State, STwoIs a state in which information “1” is stored.
【0071】(A) ここで、図23〜図30において
図示を省略化するため、列アドレス線をAy1i ,Ay2i
…Ay5i のように示してある。ここにi=1または2で
あり、したがって、例えば列アドレス線を正に立上げる
とき、Ay1i →Ay12 と読み、負性微分ダイオードD2
につながる列アドレス線Ay12 の電位をHigh状態に
することを意味する。また、列アドレス線を負に立下げ
るとき、Ay1i →Ay1 1 と読み、負性微分ダイオードD
1 につながる列アドレス線Ay11 の電位をLow状態に
することを意味する。以下、他の列アドレス線Ay2i ,
Ay3i …Ay5iの表記についても同様である。[0071] (A) where, in order to omit the illustration in FIGS. 23 30, the column address lines A y1i, A y2i
... A y5i is shown. Here, i = 1 or 2, so, for example, when the column address line rises positively, A y1i → A y12 is read and the negative differential diode D 2 is read.
Means that the potential of the column address line A y12 connected to is set to a high state. Further, when pulled down the column address lines to the negative, A y1i → A y1 1 and reading, negative differential diode D
This means that the potential of the column address line Ay11 connected to 1 is set to the low state. Hereinafter, other column address lines A y2i ,
The same applies to the notation of A y3i ... A y5i .
【0072】パターン認識する一連のデータが共通の行
アドレス信号線Ax に接続されているメモリセルに記憶
されている場合(図23)。図23には5行×5桁のメ
モリセルがそれぞれ“0”又は“1”の情報を蓄積して
いる様子を示している。このメモリセルは具体的には5
つのデータを記憶している。すなわちAx1上にDATA
1 (10110)、Ax2上にDATA2 (01101)、A
x3上にDATA3 (11111)、Ax4上にDATA4 (010
01)、及びAx5上にDATA5 (11000)の5つのデ
ータである。この連想メモリは、検索対象情報例えば
(10010)がDATA1 〜DATA5 の情報のいずれと最も
似ているかを判定することができる。以下にその判定の
方法について説明する。 <1>第1の方法(図24参照) まずステップ1において、検索対象情報(10010)
のうち、1桁目の“1”と4桁目の“1”をそれぞれデ
ータDATA1 〜DATA5 が持っているかどうかを検索する。
この場合、安定点S2 の読み出しであるので選択したメ
モリセルに対しAx :Low、Ay :Highとしたと
き、出力電流が出力されるかどうかを調べれば良い。When a series of data for pattern recognition is stored in a memory cell connected to a common row address signal line Ax (FIG. 23). FIG. 23 shows a state in which memory cells of 5 rows × 5 digits store information of “0” or “1”, respectively. This memory cell is specifically 5
Memorize two data. That is, DATA on A x1
1 (10110), DATA 2 (01101), A on A x2
DATA 3 (11111) on x3 , DATA 4 (010 on A x4
01) and DATA 5 (11000) on Ax5 . The associative memory can be determined whether the search target information, for example (10010) is most similar to any of the information DATA 1 ~DATA 5. Hereinafter, a method of the determination will be described. <1> First method (see FIG. 24) First, in step 1, search target information (10010)
Of the, to find whether or not the first digit of "1" and the fourth digit of the "1" data DATA 1 ~DATA 5 each have.
In this case, A to memory cells selected because it is read stable point S 2 x: Low, A y : when a High, it is checked whether the output current is output.
【0073】まずVAx1 〜VAx5 を全てLowにする。
次に時刻においてVAy1 のみHighとすると、列ア
ドレス信号線Ay1上の5つのメモリセルが選択され、各
メモリセルに“1”の情報が書き込まれている場合に
は、それぞれのメモリセルに対応する行アドレス信号線
Ax を介してセンス回路3へ出力電流が流れる。この例
では、Ax1,Ax3及びAx5に電流が流れるので、データ
DATA1 ,DATA3 ,DATA5の1桁目は“1”であり、検索
対象情報の1桁目と一致することがわかる。次に、V
Ax1 〜VAx5 をLowに保った状態で時刻にAyaのみ
Lowにする。この時、Ax1とAx3に電流が流れるの
で、データDATA1 ,DATA3 の4桁目は検索対象情報の4
桁目と一致していることがわかる。First, all of V Ax1 to V Ax5 are set to Low.
Next, assuming that only V Ay1 is High at the time, five memory cells on the column address signal line A y1 are selected, and when information “1” is written in each memory cell, each memory cell is output current flows to the sense circuit 3 via a corresponding row address signal lines a x. In this example, since current flows through A x1 , A x3 and A x5 , the data
The first digit of DATA 1 , DATA 3 , and DATA 5 is “1”, which indicates that it matches the first digit of the search target information. Next, V
To Low only A ya the time in a state in which the ax1 ~V Ax5 kept at Low. At this time, since a current flows through A x1 and A x3 , the fourth digit of data DATA 1 and DATA 3 is the fourth digit of the search target information.
It can be seen that it matches the digit.
【0074】次にステップ2において検索対象情報(1
0010)のうち2,3,5桁目の“0”をデータDATA
1 〜DATA5 が持っているかどうかを検索する。この場
合、安定点S1 の読み出しであるので、選択するメモリ
セルに対し、Ax :High、Ay :Lowを印加し
て、各メモリセルから出力電流が流れるかどうかを調べ
れば良い。ステップ2の間、VAx1 〜VAx5 は全てHi
ghに固定しておき、この状態で時刻に列アドレス信
号線Ay2のみLowにすれば、データDATA1 〜DATA 5 の
うち2桁目の情報が0であるデータに対応する行アドレ
ス信号線Ax (この場合はAx1のみ)に電流が流れる。
同様にして検索対象情報の3,5桁目についても各DATA
1 〜DATA5 との一致、不一致を調べることができる。Next, in step 2, the search target information (1
"0010" in the second, third and fifth digits of the data
1~ DATAFiveTo find out if you have. This place
If stable point S1Memory to select
A for the cellx: High, Ay: Apply Low
And check whether the output current flows from each memory cell.
Just do it. During step 2, VAx1~ VAx5Is Hi
gh, and in this state the column address signal
Line Ay2If only Low is set, data DATA1~ DATA Fiveof
Row address corresponding to data whose second digit information is 0
Signal line Ax(In this case, Ax1Only).
Similarly, for the 3rd and 5th digits of the search target information,
1~ DATAFiveCan be checked for a match or mismatch.
【0075】尚、ステップ1における時刻,,と
ステップ2における時刻,では、メモリに備えられ
たデータについて何も調べていない。このように、この
方法だと検索をしない時刻が生じるが、一方ステップ1
及びステップ2のそれぞれにおいて行アドレス信号線A
x に印加する電圧を固定にすることができる。At the time in step 1 and the time in step 2, nothing is checked with respect to the data stored in the memory. As described above, in this method, there is a time when no search is performed.
Row address signal line A
The voltage applied to x can be fixed.
【0076】次いでステップ3にて検索対象情報と各デ
ータDATA1 〜DATA5 との一致度を計算する。すなわち、
データDATA1 についてはステップ1においては2つ、又
ステップ2においても2つの一致を示すパルス電流が出
力されているので、5桁の情報のうち4桁までが検索対
象情報と一致することがわかる。残りデータDATA2 〜DA
TA5 についての一致度もそれぞれ0,2,1,3である
ことがわかる。そして、この結果より5つのデータDATA
1 〜DATA5 のうち、データDATA1 が検索対象情報と似て
いることが明らかとなる。[0076] then calculated matching degree between the search target information and the data DATA 1 to Data 5 in step 3. That is,
Regarding the data DATA 1 , two pulse currents indicating the coincidence in step 1 and two pulse currents indicating the coincidence in step 2 are output, so that it is understood that up to four digits of the five-digit information match the search target information. . Remaining data DATA 2 to DA
It can be seen that the degrees of coincidence for TA 5 are also 0, 2, 1, and 3, respectively. And, from this result, five data DATA
Of 1 to Data 5, the data DATA 1 is clear that similar to the search target information.
【0077】最後にステップ4にて示すように、最も検
索対象情報に近かったデータDATA1の情報の具体的な内
容を出力する。この場合、Ax1をLow、各行アドレス
信号線Ay を順次Highにすると、例えば時刻のと
き、図24左上偶のメモリセルに対し、“1”の情報を
持っているかが検索され、実際このメモリセルは“1”
の情報を持っているので、Ax1に電流を出力する。以下
同様にして最終的にデータDATA1 の情報(10110)
の情報が出力される。 <2>第2の方法(図26参照) ステップ1では、データDATA1 〜DATA5 のうち、1桁目
と4桁目が“1”のものをさがしている。すなわち、A
x1〜Ax5を全てLowとし、さらにAy1とAy4をHig
hとしている。このとき、Ay1上の5つのメモリセルと
Ay4上の5つのメモリセルの計10個のセルが同時に選
択され、例えばAx1上の上から一番目のメモリセルと4
番目のセルについてみると共に情報“1”が記憶されて
いるので、Ax1に2I0 の大きさの電流が出力される。
一方、Ax5上の上から一番目と4番目のメモリセルにつ
いてみると情報“1”を記憶しているメモリセル1番目
の1つだけなのでAx5上はI0 (Ax1の場合の半分)の
大きさの電流が流れる。以上により、データDATA1 〜DA
TA5 の検索対象情報に対する“1”の一致度はそれぞれ
2,0,2,0,1であることがわかる。Finally, as shown in step 4, the specific contents of the information of the data DATA 1 closest to the search target information are output. In this case, when Ax1 is set to Low and each row address signal line Ay is set to High sequentially, for example, at the time, it is searched whether or not the memory cell at the upper left of FIG. 24 has "1" information. Memory cell is "1"
, And outputs a current to A x1 . In the same manner, finally, information of data DATA 1 (10110)
Is output. <2> In the second method (see FIG. 26) Step 1, of the data DATA 1 to Data 5, 1 digit and the fourth digit is looking for those "1". That is, A
all x1 to A x5 and Low, further Hig the A y1 and A y4
h. At this time, a total of 10 cells of five memory cells on five memory cells and A y4 on A y1 are simultaneously selected, for example, a one-numbered memory cells from the top of the A x1 4
Since th cell information with regard to "1" is stored, the current magnitude of 2I to A x1 0 is output.
On the other hand, one second from the top of the A x5 and fourth As for the memory cell information "1" stored in that since only one of the first memory cell on A x5 half in the case of I 0 (A x1 ) Current flows. As described above, data DATA 1 to DA
It can be seen that the degree of coincidence of “1” with the search target information of TA 5 is 2,0,2,0,1 respectively.
【0078】次のステップ2ではデータDATA1 〜DATA5
のうち2,3,5桁目が“0”のものをさがしている。
この時、Ax1〜Ax5:High、Ay1,Ay3,Ay5がL
owとされ、Ay2上の5つのメモリセル、Ay3上の5つ
のメモリセル及びAy5上の5つのメモリセルが同時に選
択され、“0”と一致度が調べられる。結果はデータDA
TA1 は2桁目と5桁目が0なのでAx1に2I0 の電流が
流れ、データDATA2 は2,3,5桁目全て0ではないの
で、Ax2には電流は流れない。以下Ax3,Ax4,Ax5に
ついては0,I0 ,2I0 である。In the next step 2, data DATA 1 to DATA 5
Of the second, third and fifth digits are "0".
At this time, A x1 to A x5 : High, A y1 , A y3 , A y5 are L
ow, five memory cells on A y2 , five memory cells on A y3 , and five memory cells on A y5 are simultaneously selected, and the coincidence is checked with “0”. Result is data DA
Since the first and second digits of TA 1 are 0, a current of 2I 0 flows through A x1 , and the data DATA 2 does not flow through A x2 because all the second , third, and fifth digits are not zero. Hereinafter, A x3 , A x4 , and A x5 are 0, I 0 , and 2I 0 .
【0079】次いでステップ3にて、各データDATA1 〜
DATA5 と検索対象情報との一致度が調べられる。この場
合、データDATA1 の一致度は、ステップ1のときにAx1
に流れた2I0 とステップ2のときにAx1に流れた2I
0 をたし合わせることにより4であることがわかる。以
下、データDATA2 〜DATA5 についても同様である。Next, at step 3, each of the data DATA 1 to DATA
The degree of matching between DATA 5 and the search target information is checked. In this case, the coincidence of the data DATA 1 is A x1
2I flowing in A x1 when the of 2I 0 and Step 2 flowing
By adding 0 , it is found that it is 4. Hereinafter, the same applies for the data DATA 2 ~DATA 5.
【0080】最後にステップ4にて、最も検索対象情報
に似ていたデータDATA1 の情報の内容が出力される。 <3>第3の方法(図25参照) 第1及び第2の方法では、検索対象情報の“1”に対す
る一致度と“0”に対する一致度とを別のステップで調
べていたが、第3の方法ではステップ1で“1”に対す
る一致度と、“0”に対する一致度とを同時に検索して
いる。Finally, in step 4, the content of the information of the data DATA 1 most similar to the information to be searched is output. <3> Third Method (see FIG. 25) In the first and second methods, the matching degree of the search target information for “1” and the matching degree for “0” are checked in different steps. In the method 3, the matching degree for “1” and the matching degree for “0” are searched simultaneously in step 1.
【0081】すなわち、図25の各時刻〜におい
て、Ax1〜Ax5はそれぞれHighとLowの共方のレ
ベルを有する。そして、時刻においてAy1をHigh
にすると、Ay1上の選択された5個のメモリセルのうち
情報“1”を記憶しているメモリセルから、それぞれ対
応するAx1〜Ax5に電流が出力される。この場合Ay1上
の左から1,3,5番目のメモリセルの情報が“1”な
ので、Ax1,Ax3及びA x5に電流が流れる。次に時刻
においてAy2をLowにすると、Ay2上の選択された5
個のメモリセルのうち、情報“0”を記憶しているメモ
リセルから、それぞれ対応するAx1〜Ax5に電流が出力
される。この場合Ax1のみから電流は出力される。同様
に、検索対象情報(10010)の3桁目は“0”なの
で時刻にAy3をLowとし、データDATA1 〜DATA5 の
うちから、3桁目が“0”であるものをさがす。That is, each time of FIG.
Ax1~ Ax5Are high and low, respectively.
With a bell. And at time Ay1Is High
Then Ay1Of the five selected memory cells above
From the memory cell storing the information "1",
A to respondx1~ Ax5Output current. In this case Ay1Up
Of the first, third and fifth memory cells from the left
So Ax1, Ax3And A x5Current flows through Next time
At Ay2When is set to Low, Ay2Top 5 Selected
Of the memory cells that store information "0"
From the recell, the corresponding Ax1~ Ax5Output current
Is done. In this case Ax1Only the current is output. As well
The third digit of the search target information (10010) is "0".
At time Ay3Is Low and data DATA1~ DATAFiveof
From among them, search for the one whose third digit is “0”.
【0082】次いで、図25のcurrent Iをみ
るとわかるように、メモリセルに記憶された情報が
“1”であるか“0”であるかによって電流の流れる向
きが逆になるので、current Iは双極性のパル
スとなっている。そこでステップ2では、curren
t Iを片極性のパルスcurrent I′に変換す
る。ここで、Current I′において、Ax1に現
れているパルスの数4が、データDATA1 の検索対象情報
に対する一致度と表している。従って、このcurre
nt I′からデータDATA1 〜DATA5 のうち、DATA1 が
最も検索対象情報と似ていることがわかる。Next, as can be seen from current I in FIG. 25, the direction of current flow is reversed depending on whether the information stored in the memory cell is "1" or "0". Is a bipolar pulse. Therefore, in step 2, curren
t I is converted into a unipolar pulse current I ′. Here, in Current I ′, the number 4 of pulses appearing in A x1 represents the degree of coincidence of data DATA 1 with the search target information. Therefore, this curre
From nt I ′, it can be seen that DATA 1 among the data DATA 1 to DATA 5 is most similar to the search target information.
【0083】そして、最後にステップ3にて、その最も
検索対象情報と似ているデータDATA 1 の内容を出力して
いる。図27は図23と比較すると明らかなように、デ
ータDATA1 〜DATA5 がそれぞれ横方向に進んだ形になっ
ている。即ち、データDATA1 〜DATA5 はそれぞれ(10
101)(01111)(11100)(10100)
(01110)であり、これらのデータと検索対象情報
(00111)とを比較し、5つのデータの中から最も
検索対象情報に似たデータを選び出すための連想メモリ
のブロック図である。この図27の構成の場合、前述の
第1の方法と第3の方法についてはこの例についても適
用可能であるが、第2の方法を本構成に適用することが
できない。これはこの構成の場合データ列方向(横方
向、Ay 方向)に電流をセンスする回路がないことに起
因する。Finally, in step 3, the most
Data similar to search target information 1Output the contents of
I have. FIG. 27 clearly shows the data in comparison with FIG.
Data1~ DATAFiveAre each advanced in the horizontal direction.
ing. That is, data DATA1~ DATAFiveAre (10
101) (01111) (11100) (10100)
(01110), and these data and search target information
(00111) and the most of the five data
Associative memory for selecting data similar to search target information
It is a block diagram of. In the case of the configuration of FIG.
The first method and the third method are also applicable to this example.
It is possible to apply the second method to this configuration.
Can not. This is the data column direction (horizontal
Direction, AyDirection), there is no current sensing circuit.
Cause.
【0084】図28は図27の構成の連想メモリに対す
る第4の方法を示したものであり、前述の第3の方法と
対応している。まずステップ1では各データDATA1 〜DA
TA5 と検索対象情報との一致度を調べている。まず時刻
においてAy1にHigh−Lowの信号を与えること
によりAy1上の5つのメモリセル、すなわちデータDATA
1 のデータ列を選択し、このときAx1,Ax2については
High、Ax3,Ax4,Ax5についてはLowを印加す
る。Ax1,Ax2にHighを印加することは、データDA
TA1 の1桁目、2桁目がそれぞれ“0”であるかどうか
を検索していることを意味し、Ax3〜Ax5にLowを印
加するということはデータDATA1 の3桁目〜5桁目がそ
れぞれ“1”であるかどうかを検索していることを意味
する。そして、その検索の結果、データDATA1 について
は、1桁目と4桁目が検索対象情報と不一致で、2,
3,5桁目がそれと一致していることが明らかとなって
いる。このことはcurrent Iの時刻において
Ax2とAx3とAx5にパルスが現れていることからわか
る。従ってデータDATA1 の一致度は3である。同様にし
てデータDATA2 〜DATA5 の一致度は、時刻〜におけ
るcurrent Iのパルス数から、それぞれ、4,
1,2,3であることが求まる。但し、回路的には、c
urrent Iのような双極性のパルスは、そのまま
重ね合せることができないので、ステップ2てcurr
ent Iを片極性のcurrent I′に変換した
うえで各時刻におけるパルス数を数えている。FIG. 28 shows a fourth method for the associative memory having the configuration shown in FIG. 27, and corresponds to the third method described above. First, in step 1, each data DATA 1 to DA
We are examining the degree of coincidence between TA 5 and the search target information. Five memory cells on A y1 by providing a signal of High-Low to A y1 at first time, that is, the data DATA
A data string of 1 is selected. At this time, High is applied to A x1 and A x2 and Low is applied to A x3 , A x4 and A x5 . Applying High to A x1 and A x2 is equivalent to data DA
1 digit of TA 1, 2 digit means that searching for whether each "0", the third digit of the data DATA 1 that applies the Low to A x3 ~A x5 ~ This means that whether or not the fifth digit is “1” is being searched. As a result of the search, the first and fourth digits of the data DATA 1 do not match the search target information.
It is clear that the third and fifth digits are in agreement therewith. This can be understood from the fact that pulses appear at A x2 , A x3 and A x5 at the current I time. Therefore, the degree of coincidence of the data DATA 1 is 3. Similarly, the degree of coincidence of the data DATA 2 to DATA 5 is calculated as 4, based on the number of current I pulses at
1, 2, and 3. However, in terms of circuit, c
A bipolar pulse such as current I cannot be superimposed as it is,
After converting ent I into unipolar current I ′, the number of pulses at each time is counted.
【0085】そして最後に検索対象情報と最も似ていた
データDATA2 (01111)の情報をステップ3にて読
み出している。図29は図27に示す連想メモリに対す
る第5の方法を示している。この方法は前述の第1の方
法に対応している。すなわち、まずステップ1では、検
索対象情報(00111)のうち、3桁目〜5桁目の
“1”が、各データDATA1 〜DATA 5 の3〜5桁目に蓄え
られている情報と一致しているかどうかを検索してい
る。この時、各データDATA1 〜DATA5 の1〜2桁目につ
いては検索を行なっていない。ステップ1のcurre
ntの部分から明らかなように、データDATA1 は、その
3桁目と5桁目が“1”であり、データDATA2 はその3
〜5桁目全てが“1”であり、…ということがわかる。
次いで、ステップ2では、検索対象情報のうち、1,2
桁目の“0”が各データDATA1 〜DATA5 の1〜2桁目に
蓄えられている情報と一致しているかどうかを検索して
いる。この時各データの3〜5桁目については検索を行
なっていない。ステップ2のcurrent結果から、
データDATA1 はその2桁目が検索対象情報と一致し、デ
ータDATA2 は1桁目が一致し、データDATA3 は1,2桁
目共一致しない…ということがわかる。そして、ステッ
プ1における各データの“1”に対する一致度と、ステ
ップ2における各データの“0”に対する一致度を加算
することによって、各データDATA1 〜DATA5 の検索対象
情報に対する一致度を求めることができる。この結果か
ら、データDATA2 が最も検索対象情報に似ていることが
わかる。最後にステップ3において、この最も似ていた
データDATA2 のデータ列の内容を外部へ出力している。Finally, it was most similar to the search target information.
Data DATATwoRead the information of (01111) in step 3
Protruding. FIG. 29 shows the structure of the associative memory shown in FIG.
5 shows a fifth method. This method is based on the first method
It corresponds to the law. That is, first, in step 1,
The third to fifth digits of the search target information (00111)
“1” indicates each data DATA1~ DATA FiveStore in 3-5 digits of
Search for matches to the information
You. At this time, each data DATA1~ DATAFiveIn the first and second digits of
Does not search. Curre of step 1
As is clear from the nt part, the data DATA1Is that
The third and fifth digits are "1" and the data DATATwoIs 3
It can be seen that all of the fifth to fifth digits are "1", and so on.
Next, in step 2, of the search target information,
"0" in the digit is each data DATA1~ DATAFiveIn the first or second digit of
Search for matches with stored information
I have. At this time, search is performed for the third to fifth digits of each data.
is not. From the current result of step 2,
Data DATA1The second digit matches the search target information,
DataTwoMatches the first digit, and the data DATAThreeIs 1 or 2 digits
It can be seen that the eyes do not match. And step
The degree of coincidence of each data in step 1 with "1"
Add the degree of coincidence of each data to "0" in step 2.
By doing each data DATA1~ DATAFiveSearch for
The degree of coincidence with the information can be obtained. This result
Data DATATwoIs most similar to the search target information
Understand. Finally, in step 3, this most similar
Data DATATwoIs output to the outside.
【0086】〔IV〕製造方法 (i)製造プロセスA 図30〜図33に、本発明の実施例を示す。この実施例
は、上述したSRAM等の製造方法を開示する。[IV] Manufacturing Method (i) Manufacturing Process A FIGS. 30 to 33 show an embodiment of the present invention. This embodiment discloses a method of manufacturing the above-described SRAM and the like.
【0087】製造プロセスは、大別して、半導体層10
0の成長と、エッチングもしくはイオン注入による不活
性化により所定のつながりをもつように2つの負性微分
ダイオードD1 、D2 の形成と、しきい値ダイオードD
3 の形成と、行アドレス信号線Ax の形成と、行アドレ
ス信号線Ay の形成、の工程からなる。The manufacturing process is roughly divided into the semiconductor layers 10
0, two negative differential diodes D 1 and D 2 are formed so as to have a predetermined connection by passivation by etching or ion implantation, and a threshold diode D
3 and formation, and formation of the row address signal line A x, formation of the row address signal lines A y, consists of steps.
【0088】半導体層100はエピタキシャル成長法を
用いる。すなわち、図15(a)に示すように、半絶縁
性もしくは絶縁性基板(SI、GaAs)11上に、順
次良導体層(n++GaAs)12、導体層(n+ GaA
s)13、しきい値ダイオードD3 層(i−AlGaA
s)14、導体層(n+ −GaAs)15、負性微分ダ
イオードD1 ,D2 層を形成するi−AlAs層16、
i−GaAs層17、i−AlAs層18、導体層(n
+ −GaAs)19、および良導体層(n++GaAs)
20を成長させる。The semiconductor layer 100 uses an epitaxial growth method. That is, as shown in FIG. 15A, a good conductor layer (n ++ GaAs) 12 and a conductor layer (n + GaAs) 12 are sequentially formed on a semi-insulating or insulating substrate (SI, GaAs) 11.
s) 13, the threshold diode D 3-layer (i-AlGaAs
s) 14, a conductor layer (n + -GaAs) 15, an i-AlAs layer 16 forming negative differential diodes D 1 and D 2 layers,
i-GaAs layer 17, i-AlAs layer 18, conductor layer (n
+ -GaAs) 19, and a good conductor layer (n ++ GaAs)
Grow 20.
【0089】次に、図30,31を用いて一連のプロセ
スを順を追って説明する。なお、図30,31におい
て、左側の列の図は図19におけるI‐I′断面図、右
側の列の図は図19におけるII‐II′断面図である。Next, a series of processes will be described step by step with reference to FIGS. 30 and 31, the drawings in the left column are II-II cross-sectional views in FIG. 19, and the drawings in the right columns are II-II 'cross-sectional views in FIG.
【0090】まず、図30(1)に示すように、半導体
層100上の良導体層20上に、レジスト101を塗布
し、負性微分ダイオードD1 ,D2 を形成するためのパ
ターニングを行う。次いで図30(2)に示すように、
負性微分ダイオードD1 ,D 2 をエッチングによりパタ
ーン形成する。次に、図30(3)に示すように、互に
近接してパターン形成された負性微分ダイオードD1 ,
D2 をそれぞれ1ブロックとしてレジスト102により
覆い、このときレジスト102の幅を負性微分ダイオー
ドD1 ,D2 の下層に形成されるべきしきい値ダイオー
ドD3 の幅となるようにしておく。次に、図30(4)
に示すようにエッチングによりしきい値ダイオードD3
の層を形成する。次に、図30(5)に示すように、全
面にレジスト103を塗布し、行アドレス信号線Ax に
対応する部分のパターニングを行う。次いで、図31
(6)に示すように、エッチングにより良導体層12を
削り、独立した行アドレス信号線Ax 層を形成する。次
に、図31(7)に示すように、レジスト(下層)10
5、レジスト(上層)106の2層レジストを塗布す
る。次に、図31(8)に示すように、行アドレス信号
線Ay のパターニングを行い、さらに図31(9)に示
すように、表面に金属を蒸着し、最後に図31(10)
に示すように、リフトオフを行なってメモリセルMCお
よび各アドレス信号線Ax ,Ay が形成される。First, as shown in FIG.
A resist 101 is applied on the good conductor layer 20 on the layer 100
And the negative differential diode D1, DTwoTo form a
Turn. Next, as shown in FIG.
Negative differential diode D1, D TwoThe etching by putter
Formed. Next, as shown in FIG.
Closely patterned negative differential diode D1,
DTwoEach as one block by the resist 102
At this time, the width of the resist 102 is changed to a negative differential diode.
Do D1, DTwoThreshold diode to be formed below
Do DThreeOf the width. Next, FIG.
As shown in FIG.Three
Is formed. Next, as shown in FIG.
A resist 103 is applied to the surface, and a row address signal line AxTo
The corresponding portion is patterned. Then, FIG.
As shown in (6), the good conductor layer 12 is formed by etching.
Shaved, independent row address signal line AxForm a layer. Next
Next, as shown in FIG. 31 (7), a resist (lower layer) 10
5. Apply two-layer resist of resist (upper layer) 106
You. Next, as shown in FIG. 31 (8), the row address signal
Line AyThe patterning of FIG.
As shown in FIG. 31 (10).
As shown in FIG.
And each address signal line Ax, AyIs formed.
【0091】ここで、図31(10)右側の図に示すよ
うに、隣接する半導体層100相互間のレジスト(下
層)105を除去され、金属107による列アドレス信
号線A y はエアーブリッジ構造になっている。このエア
ーブリッジ構造により、隣接するメモリセル相互間に、
空隙109が形成される。空隙は誘電率ε=1であるた
め、レジスト(下層)105を充填した状態よりも寄生
容量が減少する。Here, as shown in the right side of FIG.
As shown in FIG.
Layer 105) and the column address signal
Line A yHas an air bridge structure. This air
-Bridge structure, between adjacent memory cells,
The void 109 is formed. The gap has a dielectric constant ε = 1.
More parasitic than the state where the resist (lower layer) 105 is filled.
The capacity is reduced.
【0092】以上の製造プロセスAにより形成されたS
RAMの立体構造を図32に示す。図33は列アドレス
線の一方Ay11 ,Ay21 …をGND線に共通化した場合
の例を示している。The S formed by the above manufacturing process A
FIG. 32 shows a three-dimensional structure of the RAM. FIG. 33 shows an example in which one of the column address lines A y11 , A y21 ... Is shared by the GND lines.
【0093】(ii)製造プロセスB 図34,35に、この実施例は製造プロセスAの変形例
である。製造プロセスBは、図30(1)〜(5)まで
図30,31と同様であるので、図示ならびにその説明
は省略する。(Ii) Manufacturing Process B This embodiment is a modification of the manufacturing process A shown in FIGS. Since the manufacturing process B is the same as FIGS. 30 and 31 from FIG. 30 (1) to FIG. 30 (5), illustration and description thereof are omitted.
【0094】図35(7)において、全面にポリイミド
110を塗布したのち図35(8)のようにポリイミド
110を除去し、平坦化頭出しを行う。次いで図35
(9)のように、レジスト111を塗布し、行アドレス
信号線Ay のパターニングを行う。次いで、図35(1
0)のように、金属膜112を蒸着する。次に、図35
(11)に示すように、リフトオフによりレジスト11
1とその上の金属膜112を除去し、行アドレス信号線
Ay を形成する。In FIG. 35 (7), after the polyimide 110 is applied to the entire surface, the polyimide 110 is removed as shown in FIG. 35 (8), and flattening is performed. Next, FIG.
As in (9), a resist 111 is applied, and the row address signal line Ay is patterned. Next, FIG.
As in the case of 0), the metal film 112 is deposited. Next, FIG.
As shown in (11), the resist 11 is lifted off.
1 and the metal film 112 thereon are removed to form a row address signal line Ay .
【0095】(iii) 製造プロセスC 図36〜図40に、本発明の製造プロセスcを示す。こ
の実施例は、パターニングに用いるマスクの使用を減少
させ、セルフアラインにより高密度化を達成する製造方
法を提供するものである。(Iii) Manufacturing Process C FIGS. 36 to 40 show a manufacturing process c of the present invention. This embodiment provides a manufacturing method that reduces the use of a mask used for patterning and achieves high density by self-alignment.
【0096】先に、図14あるいは図18で述べたよう
に、メモリセルMCを交差する行アドレス信号線Ax と
列アドレス信号線Ay1、列アドレス信号線Ay2間にサン
ドイッチ状に挾み、かつ、そのメモリセルMCをしきい
値ダイオードD3 上に2つの負性微分ダイオードD1 ,
D2 を配置する構造としたことにより、メモリセルMC
以外の必要な面積としてはメモリセルMC相互を分離す
るための間隙の面積しか必要としないのでメモリの集積
度を向上しうる。[0096] destination, as described in FIG. 14 or FIG. 18, the row address signal line A x column address signal lines A y1 crossing the memory cell MC, and sandwiched in sandwiched between the column address signal line A y2 and, two negative differential diode D 1 and the memory cells MC on the threshold diode D 3,
By having a structure in which to place the D 2, the memory cell MC
As other necessary areas, only the area of the gap for separating the memory cells MC from each other is required, so that the degree of integration of the memory can be improved.
【0097】ところが、各素子をパターニングするため
には、従来の製法によれば、マスクを用いる必要があ
り、基本となる負性微分ダイオードD1 ,D2 の領域の
みならず、しきい値ダイオードD3 の位置行アドレス信
号線Ax の位置等を決めるには全てマスクを使用しなけ
ればならない。さらに、マスクの位置決め誤差を考慮す
ると全体の面積は増大せざるを得ない。このように、従
来のマスクを用いてパターニングする方法では各領域の
ほとんどにマスクが必要となるため工程が煩雑化すると
ともに、面積の縮少化に限界がある。However, in order to pattern each element, according to the conventional manufacturing method, it is necessary to use a mask, and not only the basic areas of the negative differential diodes D 1 and D 2 but also the threshold diode. all to determine the position of the position row address signal line a x of D 3 must be used masks. Furthermore, the total area must be increased in consideration of the mask positioning error. As described above, in the conventional patterning method using a mask, a mask is required for most of each region, so that the process becomes complicated and there is a limit in reducing the area.
【0098】そこで、本実施例は、最少限度のマスクの
使用によるセルフアラインプロセスを実現し、パターニ
ングのルールに無関係にサイドウォールの厚さによって
各領域の面積を決定し、効率的に高密度化を図れる製造
方法を提供するものである。Therefore, the present embodiment realizes a self-alignment process by using a minimum mask, determines the area of each region by the thickness of the sidewall regardless of patterning rules, and efficiently increases the density. It is intended to provide a manufacturing method capable of achieving the following.
【0099】そのために、本実施例では、まず、図36
に示すように隣接するメモリセルの各ダイオードおよび
アドレス信号線の位置関係を次のように定義する。 a:負性微分ダイオードD1 ,D2 の領域 b:負性微分ダイオードD1 ,D2 相互の分離をするた
めの領域 c:負性微分ダイオードD1 ,D2 下にしきい値ダイオ
ードD3 を形成する際のマスクの位置決め余裕のための
領域 d:同一アドレス信号線Ax 上にあるメモリセル相互の
分離をするための領域 e:メモリセル下にアドレス信号線Ax を形成する際の
マスクの位置決め余裕のための領域 f:アドレス信号線Ax 相互の分離をするための領域 A:負性微分ダイオードD1 ,D2 相互の間隔 B:同一アドレス信号線Ax 上に隣り合うメモリセルを
構成する負性微分ダイオードD1 ,D2 相互の最短の間
隔 C:隣り合うアドレス信号線Ax 上にあるメモリセルを
構成する負性微分ダイオードD1 ,D2 相互の最短の間
隔 d1 :絶縁膜204の厚さ d2 :絶縁膜205の厚さ d3 :絶縁膜206の厚さ そして、上記各値の大小関係を次のように規定する。For this purpose, in this embodiment, first, FIG.
As shown in (1), the positional relationship between each diode and the address signal line of the adjacent memory cell is defined as follows. a: region of negative differential diode D 1, D 2 b: negative differential diode D 1, the area for the D 2 mutual separation c: negative differential diode D 1, D 2 threshold diode D 3 below D: a region for the mask positioning margin when forming the mask d: a region for separating the memory cells on the same address signal line A x from each other e: a region for forming the address signal line A x below the memory cell Area for positioning margin of mask f: Area for separating address signal lines A x from each other A: Distance between negative differential diodes D 1 and D 2 B: Memory adjacent to same address signal line A x negative differential diode D 1 constituting the cell, D 2 mutual spacing of the shortest C: negative differential diode constituting the memory cells on adjacent address lines a x D 1, D 2 mutual shortest distance d 1: the thickness of the insulating film 204 d 2: thickness d 3 of the insulating film 205: a thickness of the insulating film 206 and defines the magnitude of the respective values as follows.
【0100】A<2d1 <B<2(d1 +d2 )<C<
2(d1 +d2 +d3 ) このような関係をもって各部の位置関係を規定し、この
規定に従って以下に述べる製造プロセスcの処理を行
う。A <2d 1 <B <2 (d 1 + d 2 ) <C <
2 (d 1 + d 2 + d 3 ) The positional relationship of each part is defined based on such a relationship, and the process of the manufacturing process c described below is performed according to this definition.
【0101】次に、図37〜図40を参照して本実施例
の製造プロセスを説明する。まず、半導体層100をエ
ピタキシャル成長させる。半導体層100の構成につい
ては図15(a)を参照されたい。次に、図37(1)
に示すように良導体層20上に金属膜201を蒸着し、
さらにその上に図37(2)の如く絶縁膜202を成長
させたのち、図37(3)ようにレジスト203により
負性微分ダイオードD 1 ,D2 のパターニングを行う。
次に、図37(4)に示すように、エッチングを行い、
レジスト203相互間の絶縁膜202を除去する。次
に、図37(5)に示すように、金属膜201のエッチ
ングとレジスト203の剥離を行なう。Next, the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Will be described. First, the semiconductor layer 100 is etched.
Growing it up in pitch. About the configuration of the semiconductor layer 100
Please refer to FIG. Next, FIG.
A metal film 201 is deposited on the good conductor layer 20 as shown in FIG.
Further thereon, an insulating film 202 is grown as shown in FIG.
After that, as shown in FIG.
Negative differential diode D 1, DTwoIs performed.
Next, as shown in FIG. 37 (4), etching is performed,
The insulating film 202 between the resists 203 is removed. Next
Next, as shown in FIG. 37 (5), the etching of the metal film 201 is performed.
And stripping of the resist 203 is performed.
【0102】次に、図38(6)に示すように、半導層
のエッチングを行う。これと同時に負性微分ダイオード
D1 ,D2 のパターンが形成されることになる。次い
で、図38(7)に示すように、負性微分ダイオードD
1 と負性微分ダイオードD2 の間隔が埋まる厚さの絶縁
膜204を成長させる。次に、図38(8)に示すよう
に、異方性エッチングを行なって絶縁膜202のエッチ
ングを行なう。このプロセスによりしきい値ダイオード
D3 のパターニングが行われたことになる。次いで、図
38(9)に示すように半導体のエッチングを行なうこ
とにより、しきい値ダイオードD3 のパターンが形成さ
れる。次に、図38(10)に示すように全体に絶縁膜
205を成長させ、次いで、図39(11)に示すよう
に絶縁膜205に異方性のエッチングを行ない絶縁膜2
05を除去し、行アドレス信号線A x のパターニングを
行う。そして、図39(12)に示すように半導体エッ
チングを行うことにより、行アドレス信号線Ax のパタ
ーンが形成される。次に、図39(13)に示すよう
に、全体に絶縁膜206を成長させたのち、図39(1
4)のように(13)で成長させた絶縁膜206をエッ
チングにより除去する。次いで、図39(15)に示す
ように、絶縁膜207を除去し、行アドレス信号線Ay
のパターニングを行う。そして、図40(16)に示す
ように絶縁膜202をエッチングにより除去したのち、
その上に図40(17)のように金属膜208を蒸着す
る。次いで、図40(18)に示すように金属膜リフト
を行うことにより、行アドレス信号線Ay が形成され
る。Next, as shown in FIG.
Is etched. At the same time, negative differential diode
D1, DTwoIs formed. Next
Then, as shown in FIG. 38 (7), the negative differential diode D
1And negative differential diode DTwoInsulation that fills the gap
The film 204 is grown. Next, as shown in FIG.
Then, the insulating film 202 is etched by performing anisotropic etching.
Performing This process allows the threshold diode
DThreeIs performed. Then figure
As shown in FIG.
And the threshold diode DThreeThe pattern formed
It is. Next, as shown in FIG.
205, and then as shown in FIG.
The insulating film 205 is anisotropically etched to form an insulating film 2
05 and the row address signal line A xPatterning
Do. Then, as shown in FIG.
The row address signal line AxPatter
Is formed. Next, as shown in FIG.
After the insulating film 206 is entirely grown, FIG.
The insulating film 206 grown in (13) as in 4) is etched.
Remove by ching. Next, as shown in FIG.
As described above, the insulating film 207 is removed, and the row address signal line Ay
Is performed. Then, as shown in FIG.
After the insulating film 202 is removed by etching as described above,
A metal film 208 is deposited thereon as shown in FIG.
You. Next, as shown in FIG.
Is performed, the row address signal line AyIs formed
You.
【0103】このように、自らのサイドウォールをパタ
ーニングに用いてエッチングを行うため、マスクを使用
することなく効率よく、かつ正確にメモリセルMCを形
成することが可能となる。また、マスクの位置決め精度
に起因する余裕寸法を見込む必要がなく、不要な面積を
とられることがないので、高密度化が可能となる。As described above, since the etching is performed using the own side wall for patterning, it is possible to efficiently and accurately form the memory cell MC without using a mask. Also, there is no need to allow for a marginal dimension due to the positioning accuracy of the mask, and no unnecessary area is taken, so that high density can be achieved.
【0104】なお、以上の実施例において、メモリセル
MCはGaAs半導体により形成するものとしたが、本
発明は半導体に限らず、金属を含むメモリセルで構成す
ることも可能である。例えば、行アドレス信号線Ax と
して、ニッケルアルミ等の金属を用い、これと必要な半
導体とを組合せメモリセルを構成することが可能であ
る。行アドレス信号線Ax に金属を用いることは、信号
線の抵抗損失による悪影響(高速化の妨害等)を低減し
うる効果がある。あるいはまた、負性微分ダイオードと
しての共鳴トンネルダイオードを適当な金属(ニッケル
アルミ等)を用いて構成することも可能であり、しきい
値ダイオードについても同様である。In the above embodiment, the memory cell MC is formed of a GaAs semiconductor. However, the present invention is not limited to a semiconductor, but may be formed of a memory cell containing metal. For example, the row address signal line A x, a metal such as nickel aluminum, it is possible to configure the combined memory cell and the semiconductor need this. The use of metal for the row address signal line Ax has the effect of reducing adverse effects (such as hindering high-speed operation) due to resistance loss of the signal line. Alternatively, the resonance tunnel diode as the negative differential diode can be formed using an appropriate metal (nickel aluminum or the like), and the same applies to the threshold diode.
【0105】[0105]
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、より少ない
素子数で、小さな面積で構成しうる新規なメモリセルか
らなる半導体メモリを提供しうる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory comprising a novel memory cell which can be configured with a small area with a smaller number of elements.
【図1】本発明に係る記憶装置のメモリセルの等価回路
図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of a storage device according to the present invention.
【図2】本発明に係る他のメモリセルの等価回路図であ
る。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of another memory cell according to the present invention.
【図3】負性微分ダイオードの静特性図である。FIG. 3 is a static characteristic diagram of a negative differential diode.
【図4】(a)は負性微分ダイオードの直列回路図、
(b)(c)は負性微分ダイオードの動特性図である。FIG. 4A is a series circuit diagram of a negative differentiating diode,
(B) and (c) are dynamic characteristic diagrams of the negative differentiating diode.
【図5】しきい値ダイオードの静特性図である。FIG. 5 is a static characteristic diagram of a threshold diode.
【図6】メモリセルの記憶保持条件を示す特性図であ
る。FIG. 6 is a characteristic diagram showing storage holding conditions of a memory cell.
【図7】(a)はメモリセルの安定点S1 の読み出しの
条件を示す特性図、(b)はメモリセルの安定点S2 の
読み出しの条件を示す特性図である。7A is a characteristic diagram showing conditions for reading a stable point S 1 of a memory cell, and FIG. 7B is a characteristic diagram showing conditions for reading a stable point S 2 of a memory cell.
【図8】(a)はメモリセルの安定点S1 の書き込みの
条件を示す特性図、(b)はメモリセルの安定点S2 の
書き込みの条件を示す特性図である。8A is a characteristic diagram showing a condition for writing a stable point S 1 of a memory cell, and FIG. 8B is a characteristic diagram showing a condition for writing a stable point S 2 of a memory cell.
【図9】メモリセルの記憶保持時の特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram at the time of holding data stored in a memory cell;
【図10】メモリセルの安定点S1 の読み出し動作を示
す特性図である。10 is a characteristic diagram showing a read operation stable point S 1 of the memory cell.
【図11】メモリセルの安定点S2 の読み出し動作を示
す特性図である。11 is a characteristic diagram showing a read operation stable point S 2 of the memory cell.
【図12】メモリセルの安定点S1 の書き込み動作を示
す特性図である。12 is a characteristic diagram showing the write operation stable point of the memory cell S 1.
【図13】メモリセルの安定点S2 の書き込み動作を示
す特性図である。13 is a characteristic diagram showing the write operation stable point S 2 of the memory cell.
【図14】メモリセルの立体構造を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a three-dimensional structure of a memory cell.
【図15】(a)はメモリセルの断面構造を示す断面
図、(b)は共鳴トンネルダイオードのエネルギバンド
図である。15A is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a memory cell, and FIG. 15B is an energy band diagram of a resonant tunnel diode.
【図16】本発明に係るSRAMの回路のブロック図で
ある。FIG. 16 is a block diagram of an SRAM circuit according to the present invention.
【図17】本発明に係る他のSRAMの回路のブロック
図である。FIG. 17 is a block diagram of another SRAM circuit according to the present invention.
【図18】図17のSRAMの立体構造を示す斜視図で
ある。18 is a perspective view showing a three-dimensional structure of the SRAM shown in FIG.
【図19】図17のSRAMの平面配置図である。FIG. 19 is a plan layout view of the SRAM of FIG. 17;
【図20】図18のSRAMの立体構造を示す斜視図で
ある。FIG. 20 is a perspective view showing a three-dimensional structure of the SRAM of FIG. 18;
【図21】図18のSRAMの平面配置図である。21 is a plan layout view of the SRAM of FIG. 18;
【図22】他のSRAMの立体構造を示す斜視図であ
る。FIG. 22 is a perspective view showing a three-dimensional structure of another SRAM.
【図23】連想メモリの読み出し方法を示すブロック図
である。FIG. 23 is a block diagram illustrating a method of reading data from an associative memory.
【図24】連想メモリおよびその読み出し方法を示すタ
イムチャートである。FIG. 24 is a time chart showing an associative memory and its reading method.
【図25】連想メモリの読み出し方法を示すタイムチャ
ートである。FIG. 25 is a time chart showing a method of reading data from an associative memory.
【図26】連想メモリの読み出し方法を示すタイムチャ
ートである。FIG. 26 is a time chart showing a method of reading data from an associative memory.
【図27】連想メモリの読み出し方法を示すブロック図
である。FIG. 27 is a block diagram illustrating a method of reading from the associative memory.
【図28】連想メモリの読み出し方法を示すタイムチャ
ートである。FIG. 28 is a time chart showing a method of reading data from an associative memory.
【図29】連想メモリの読み出し方法を示すタイムチャ
ートである。FIG. 29 is a time chart showing a method of reading data from an associative memory.
【図30】本発明に係る記憶装置製造方法の製造プロセ
スA(その1)を示す工程図である。FIG. 30 is a process chart showing a manufacturing process A (1) of the memory device manufacturing method according to the present invention.
【図31】製造プロセスA(その2)を示す工程図であ
る。FIG. 31 is a process chart showing a manufacturing process A (part 2).
【図32】製造プロセスAにより形成されたSRAMの
例を示す斜視図である。FIG. 32 is a perspective view showing an example of an SRAM formed by a manufacturing process A.
【図33】製造プロセスAにより形成された他のSRA
Mの例を示す斜視図である。FIG. 33 shows another SRA formed by the manufacturing process A.
It is a perspective view which shows the example of M.
【図34】本発明に係る記憶装置の他の製造方法の製造
プロセスB(その1)を示す工程図である。FIG. 34 is a process diagram showing a manufacturing process B (part 1) of another manufacturing method of the storage device according to the present invention.
【図35】製造プロセスB(その2)を示す工程図であ
る。FIG. 35 is a process chart showing a manufacturing process B (part 2).
【図36】本発明に係る記憶装置の他の製造方法の製造
プロセスCの原理説明図である。FIG. 36 is a view illustrating the principle of a manufacturing process C of another manufacturing method of the storage device according to the present invention.
【図37】製造プロセスC(その1)の工程図である。FIG. 37 is a process chart of a manufacturing process C (part 1).
【図38】製造プロセスC(その2)の工程図である。FIG. 38 is a process chart of the manufacturing process C (part 2).
【図39】製造プロセスC(その3)の工程図である。FIG. 39 is a process chart of a manufacturing process C (part 3).
【図40】製造プロセスC(その4)の工程図である。FIG. 40 is a process chart of a manufacturing process C (part 4).
CH…コンタクトホール D1 …負性微分ダイオード D2 …負性微分ダイオード D3 …しきい値ダイオード GND…接地電位線 Ax …行アドレス信号線 Ay …行アドレス信号線 Ay1…第1列アドレス信号線 Ay2…第2列アドレス信号線 MC,MC1 ,MC2 ,MC3 ,MC4 …メモリセル S1 …第1動作点 S2 …第2動作点 VAx…Xアドレス電圧 VAy,VAy1 ,VAy2 …Yアドレス電圧 Vth…しきい値電圧 Vth1 …しきい値電圧 Vth2 …しきい値電圧 Vp1,Vp2…ピーク電圧 Vv …バレー電圧 1…行アドレスデコーダ 2…列アドレスレコーダ 3…センス回路 4…判定回路 100…半導体層 101…レジスト 102…レジスト 103…レジスト 104…Xアドレス線用導電層 105…レジスト(下層) 106…レジスト(上層) 107…金属膜 109…空隙 110…ポリイミド 111…レジスト 201…金属膜 202…絶縁膜 203…レジスト 204…絶縁膜 205…絶縁膜 206…レジスト 207…レジスト 208…金属膜CH ... contact hole D 1 ... negative differential diode D 2 ... negative differential diode D 3 ... threshold diode GND ... ground potential line A x ... row address signal line A y ... row address signal line A y1 ... first column Address signal line A y2 ... second column address signal line MC, MC 1 , MC 2 , MC 3 , MC 4 ... memory cell S 1 ... first operating point S 2 ... second operating point V Ax ... X address voltage V Ay , V Ay1 , V Ay2 ... Y address voltage V th ... threshold voltage V th1 ... threshold voltage V th2 ... threshold voltage V p1 , V p2 ... peak voltage V v ... valley voltage 1 ... row address decoder 2 ... column address recorder 3 ... sense circuit 4 ... determination circuit 100 ... semiconductor layer 101 ... resist 102 ... resist 103 ... resist 104 ... conductive layer for X address lines 105 ... resist (lower layer) 106 ... resist ( Layer) 107 ... metal film 109 ... void 110 ... Polyimide 111 ... resist 201 ... metal film 202 ... insulating film 203 ... resist 204: insulating film 205: insulating film 206 ... resist 207 ... resist 208 ... metal film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/10 481 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/41 - 11/419 H01L 27/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 27/10 481 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) G11C 11/41-11/419 H01L 27 / Ten
Claims (16)
なる列アドレス信号線と、前記行アドレス信号線と列ア
ドレス信号線との交差部に設けられたメモリセルと、を
有し、 前記メモリセルは、前記列アドレス信号線間に順方向に
直列接続された2個の負性微分特性を有する素子と、前
記2個の素子の相互の接続点と前記行アドレス信号線と
の間に接続され、正側及び負側のしきい値電圧を越えた
電圧が印加されるとそれに対応して正負双方向に電流を
流す特性を有するしきい値ダイオードと、から構成され
ていることを特徴とする記憶装置。A row address signal line, a column address signal line including a pair of signal lines, and a memory cell provided at an intersection of the row address signal line and the column address signal line. memory cell includes a element with two negative differential characteristics which are connected in series in the forward direction between the column address signal lines, the mutual connection point of the two element and the row address signal lines < connected between br />, and the threshold diode having a characteristic of current flow in the positive and negative directions in correspondence to it when the voltage exceeds the threshold voltage of positive and negative is applied, A storage device characterized by comprising:
前記列アドレス信号線のうち、いずれか一方のアドレス
信号線を共通接地配線としたことを特徴とする記憶装
置。2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein
Wherein among the column address signal line, a storage device, characterized in that the one of the address signal lines and the common ground wiring.
行に配された信号配線層からなる列アドレス信号配線層
と、前記行アドレス信号配線層と列アドレス信号配線層
との交差部に形成されたメモリセル層と、を有し、 前記メモリセル層は、前記各アドレス信号配線層間にお
いて、前記行アドレス信号配線層側に、正側及び負側の
しきい値電圧に対応して正負双方向に電流を流す特性を
有するしきい値ダイオード層がその一面において前記行
アドレス信号配線層に電気的に接触して形成され、前記
しきい値ダイオート層の他面と前記列アドレス信号配線
層のうちの一方の配線層との間に負性微分ダイオード層
が電気的に接触して形成され、かつ、前記しきい値ダイ
オード層の他面と前記列アドレス信号配線層のうちの他
方の配線層との間に負性微分ダイオード層が電気的に接
触して積層状に形成されていることを特徴とする記憶装
置。Wherein the row address signal wiring layer and the column address signal wiring layer consisting of parallel arranged signal wiring layer on two pairs
And the row address signal wiring layer and the column address signal wiring layer
Anda memory cell layer formed on the intersection between the memory cell layer, said have you <br/> to each address signal wiring layers, to the row address signal wiring layer side, the positive and negative threshold diode layer having a property of passing a current to the positive and negative directions in correspondence to <br/> threshold voltage side is formed in electrical contact with the row address signal wiring layer at one side thereof, Another side of the threshold value die layer and the column address signal wiring
Negative differential diode layer between one wiring layer of the layers
There are formed in electrical contact, and negative differential diode layer in electrical contact between the other wiring layers of the other surface and said column address signal wiring layers of said threshold diode layer A storage device characterized in that the storage device is formed in a stack.
方法であって、前記2個の負性微分特性を有する素子に
より2つの安定点が構成可能であるように、且つ該2つ
の安定点のうちいずれか一方の,該2つの素子の相互接
続点を基準とした電位が、前記しきい値ダイオードの負
側しきい値電圧と正側しきい値電圧の間の電圧範囲外に
なるように、前記行アドレス信号線、及び一対の列アド
レス信号線に電圧を印加することを特徴とする記憶装置
の読み出し方法。4. The information reading method for a storage device according to claim 1, wherein two stable points can be constituted by said two elements having negative differential characteristics, and said two stable points are configured. The potential of any one of the points with reference to the interconnection point of the two elements is outside the voltage range between the negative threshold voltage and the positive threshold voltage of the threshold diode. As described above, a voltage is applied to the row address signal line and the pair of column address signal lines, and a reading method of the storage device is provided.
であって、 前記負性微分特性を有する素子により生成される2つの
動作安定点のうちの負側の安定点の読出し時には、しき
い値ダイオードの負側のしきい値電圧が、該負側の安定
点の電圧よりも高くなるように、行アドレス信号線に高
レベルの電位を加えかつ一対列アドレス信号線のうち低
電位側の列アドレス線に低レベルの電位を加え、 前記動作安定点の正側の安定点の読出し時には、しきい
値ダイオードの正側のしきい値電圧が該正側の安定点の
電圧列も低くなるように、行アドレス信号線に低レベル
の電位を加えかつ一対の列アドレス信号線のうち高電位
側の列アドレス信号線に高レベルの電位を加えることを
特徴とする記憶装置の読出し方法。5. A method of reading memory device according to claim 1, when reading of the negative side of the stable points of the two stable operating points more generated element having a negative differential characteristics , the threshold voltage of the negative side threshold diodes, to be higher than the voltage of the negative side of the stable point, the electric position of the high level in addition to the row address signal lines and the pair column address signal lines the electric position of the low-level addition to the column address line of the low potential side, the operation at the time of reading of the positive side of the stable points of the stable point, the threshold voltage of the positive side threshold diode of the positive side of the stable points as the voltage column also decreases, and wherein the addition of high levels of conductive position to the column address signal line of the high potential side of the row address signal line electrodeposition position of the low-level addition to and a pair of column address signal lines A method for reading a storage device.
であって、 前記負性微分特性を有する素子によって生成される2つ
の動作安定点のうちの一方の安定点の読出し時には、行
アドレス信号線に高レベルの電位を加え、かつ、列アド
レス信号線の両方、或いは当該列アドレス信号線のうち
低い電位の線のいずれか一方に低レベルの電位を加え、 前記動作安定点の他方の安定点の読出し時には、行アド
レス信号線に低レベルの電位を加え、かつ、列アドレス
信号線の両方、或いは当該列アドレス信号線のうち高い
電位の線のいずれか一方に高レベルの電位を加えること
を特徴とする記憶装置の読出し方法。6. A method of reading memory device according to claim 1, the reading of one of the stable points of the two stable operating points generated I by the element having the negative differential characteristics sometimes, the electric position of the high level in addition to the row address signal lines, and both the column address signal lines, or among the column address signal lines
The electric position of the low-level addition to one of the low potential line, the operation at the time of reading of the other stable points of stable point, the electric position of the low-level addition to the row address signal lines, and the column address signal lines Both, or higher among the column address signal lines
Reading method of a storage device characterized by adding a conductive position of high level to one of the lines of electric potential.
み方法であって,前記2個の素子により2つの安定点と
1つの不安定点が生成されるように且つ、該不安定点の
該2つの素子の相互接続点を基準とした電位が、前記し
きい値ダイオードの負側しきい値電圧と正側しきい値電
圧の間の電圧範囲外になるように、前記行アドレス信号
線及び一対の列アドレス信号線に電圧を印加することを
特徴とする記憶装置の書き込み方法。7. The data writing method of a storage device according to claim 1, and as the two more two stable points element and one point of instability is created, the unstable point the potential based on interconnection point between 2 Tsunomoto child is to be outside the voltage range between the negative threshold voltage and the positive threshold voltage of the threshold diode, the row of Address signal
Write method of the memory device and applying a voltage to Sen及 beauty pair of column address signal lines.
であって、 前記負性微分特性を有する素子により生成される2つの
動作安定点と不安定点のうちの負側の安定点への情報書
込み時には、該不安定点の電位が該しきい値ダイオード
の正側のしきい値電圧よりも高くなるように行アドレス
信号線に低レベルの電位を加えかつ列アドレス信号線の
少なくとも一方に高レベルの電位を加え、 前記動作安定点の正側の安定点への情報書込み時には、
該不安定点の電位が該しきい値ダイオードの負側のしき
い値電圧よりも低くなるように行アドレス信号線に高レ
ベルの電位を加え、かつ、列アドレス信号線の一方に低
レベルの電位を加えることを特徴とする記憶装置の書込
み方法。8. A write method of a storage device according to claim 1, stability of the negative side of the two stable operating point and an unstable point that more generated element having a negative differential characteristics during information writing to the point, electrostatic position of the unstable point the threshold diode
Positive side of the electric position of the high level in addition to at least hand of the electric position of the low-level added and the column address signal lines to the row address signal line to be higher remote by threshold voltage, the stable operation point of When writing information to the positive stable point of
The electric position of the high level in addition to the row address signal lines as conductive position of the unstable point is lower remote by threshold voltage of the negative side of the threshold diode, and the column address signal lines writing method of a storage device characterized by adding a low-level electric position in hand.
群と、 前記行アドレス信号線群に交差する方向に配された一対
の信号線からなる列アドレス信号線群と、 前記行アドレス信号線群と列アドレス信号線群との各交
差部に設けられた複数の請求項1記載のメモリセルと、 前記行アドレス信号線群に行アドレス信号を供給する行
アドレスデコーダと、 前記列アドレス信号線群に列アドレス信号を供給する列
アドレスデコーダと、 前記行アドレス信号線群から前記各メモリセルの記憶情
報を検出するセンス回路と、を備えたことを特徴とする
記憶装置。9. A row address signal line comprising a plurality of signal lines
And the group, provided at each intersection between the row address and a signal line column address signal line group comprising a pair of signal lines disposed in a direction crossing the group, the row address signal lines and the column address signal line group a plurality of the claims 1 Memorise le according, and the row address signal line row address decoders for supplying row address signals to the groups, and a column address decoders for supplying a column address signal to the column address signal line group was, memory device characterized by comprising a sense circuits for detecting the row address signal line group or al the storage information of each Memorise Le.
前記センス回路によって検出された記憶情報と前記検索
対象情報との一致もしくは不一致または近似度を判定す
る判定回路、を備えていることを特徴とする記憶装置。10. The storage device according to claim 8, further comprising:
Storage device, characterized in that it comprises a determination circuits determines coincidence or discrepancy or similarity between the sense circuits to thus detected stored information and the search target information.
情報を読出す方法であって、 前記行アドレスデコーダもしくは列アドレスデコーダの
いずれか一方に検索対象情報を与える第1の工程と、 前記検索情報が与えられた一方のアドレスデコーダによ
り当該検索対象情報に含まれる論理“1”のデータに対
応する当該一方のアドレスデコーダのアドレス信号線に
電圧を印加すると同時に、他方のアドレスデコーダによ
り当該他方のアドレスデコーダのアドレス信号線に電圧
を印加し、その結果出力される記憶情報をセンス回路に
より検出する第2の工程と、 前記検索情報が与えられた一方のアドレスデコーダによ
り当該検索対象情報に含まれる論理“0”のデータに対
応する当該一方のアドレスデコーダのアドレス信号線に
電圧を印加すると同時に、他方のアドレスデコーダによ
り当該他方のアドレスデコーダのアドレス信号線に電圧
を印加し、その結果出力される記憶情報をセンス回路に
より検出する第3の工程と、 前記第2および第3の工程においてセンス回路により検
出された記憶情報に基づいて、前記検索対象情報に一致
もしくは不一致または近似するメモリセル列を判断回路
により判断する第4の工程と、 を含むことを特徴とする記憶装置の情報読出し方法。11. A reading method stored information from the storage device according to claim 10, wherein the row address decoders also properly gives search target information to either <br/> column address decoders A first step of applying a voltage to an address signal line of the one address decoder corresponding to data of logic “1” included in the search target information by one of the address decoders to which the search information is given; a voltage is applied to the address signal lines of the other address decoders by the other address decoder, a second step of detecting from <br/> stored information that is the result output to the sense circuitry, wherein the search information is given A voltage is applied to the address signal line of the one address decoder corresponding to the logic “0” data included in the search target information by the one address decoder. Then simultaneously, the voltage is applied to the address signal lines of the other address decoders by the other address decoder, and a third step of detecting from <br/> stored information that is the result output to sense circuitry, the first in second and third step based on a more detected stored information in the sense circuitry, match or mismatch or determining circuits of memory cell columns which approximates the search target information
Fourth step and the information reading method of a storage apparatus which comprises a to more judgments.
出し方法において、前記第2および第3の工程中、他方
のアドレスデコーダのアドレス信号線に対する電圧の印
加は、当該各アドレス信号線ごとに順次行うことを特徴
とする記憶装置の情報読出し方法。12. The information reading method for a storage device according to claim 11, wherein during the second and third steps, a voltage is applied to an address signal line of the other address decoder for each of the address signal lines. A method of reading information from a storage device, which is performed sequentially.
出し方法において、前記第2の工程と第3の工程とを前
記他方のアドレス線ごとに時間的に一つのサイクルで行
うことを特徴とする記憶装置の情報読出し方法。13. The information reading method for a storage device according to claim 11, wherein the second step and the third step are temporally performed in one cycle for each of the other address lines. To read information from a storage device.
出し方法において、前記第4の工程における判別は、各
アドレス線ごとのデータの論理判定により行うことを特
徴とする記憶装置の情報読出し方法。14. The information reading method for a storage device according to claim 11, wherein the determination in the fourth step is performed by a logical determination of data for each address line. .
出し方法において、前記第4の工程における判別は、全
アドレス線に流れる電流の総和を求め、その総和電流の
大小比較により行うことを特徴とする記憶装置の情報読
出し方法。15. The information reading method for a storage device according to claim 11, wherein the determination in the fourth step is performed by obtaining a sum of currents flowing through all the address lines and comparing the sum of the currents. Method for reading information from a storage device.
法であって、 絶縁性基板上にエピタキシャル成長法により良導体層、
導体層、しきい値ダイオード層、負性微分ダイオード
層、導体層および良導体層を積層させて半導体層を形成
する第1の工程と、 前記良導体層上に金属膜および絶縁膜を介して前記負性
微分ダイオード層の領域に対応するマスクを用いて負性
微分ダイオード層のパターニングを行う第2の工程と、 前記パターニングされた半導体層の半導体エッチングに
より負性微分ダイオード層を形成する第3の工程と、 前記第3の工程により形成された負性微分ダイオード層
との間隔が埋まる厚さの絶縁膜を成長させたのち、異方
性エッチングを行ってしきい値ダイオード層のパターニ
ングを行う第4の工程と、 前記パターニングされた半導体層に半導体エッチングに
よりしきい値ダイオード層を形成する第5の工程と、 次いで、半導体層全体に絶縁膜を成長させたのち異方性
エッチングにより半導体層の積層方向に存在する絶縁膜
のみ除去して行アドレス信号線層のパターニングを行う
第6の工程と、 前記パターニングされた半導体層に半導体エッチングに
より行アドレス信号線層を形成する第7の工程と、 前記負性微分ダイオード層上に列アドレス信号線層を形
成する第8の工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。16. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, conductor layer by epitaxial growth on an insulating base plate,
Conductive layer, threshold diode layer, negative differential diode
Layer, a first step of forming a semiconductor layer by laminating the conductive layer contact and a good conductor layer, through a metal film Contact and insulating film corresponding to the realm of the negative differential diode layer on the conductor layer a second step of patterning the negative differential diode layer using the mask, a third step of forming a negative differential diode layer by a semiconductor etching of the patterned semiconductor layer, by the third step Negative differential diode layer formed
A fourth step of performing anisotropic etching to pattern the threshold diode layer after growing an insulating film having a thickness that fills the gap between the semiconductor layer and the patterned semiconductor layer. A fifth step of forming a threshold diode layer by semiconductor etching, and then, an insulating film is grown on the entire semiconductor layer, and then an insulating film existing in the laminating direction of the semiconductor layer by anisotropic etching.
A seventh step of forming a sixth step of patterning the row address signal line, a row address signal line by semiconductor etching the patterned semiconductor layer is seen the removal of the negative differential diode layer An eighth step of forming a column address signal line layer thereon, a method for manufacturing a semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03239192A JP3151032B2 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Storage device and its information reading method, information writing method and manufacturing method |
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---|---|---|---|
JP03239192A JP3151032B2 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Storage device and its information reading method, information writing method and manufacturing method |
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JPH08306795A (en) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Fujitsu Ltd | Semiconductor memory, data retaining, reading and writing method |
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