JP3620041B2 - MEMORY DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層構造のメモリデバイスに係り、特に単純マトリクス構造のメモリ層を積層したメモリデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
メモリデバイスの構造には、一対の線状電極の交差部にメモリセルが形成される単純マトリクス構造と、各メモリセルごとにメモリセル選択用の薄膜トランジスタが配置されるアクティブマトリクス構造とがある。単純マトリクス構造のメモリデバイスにおいては、メモリセルの選択は、当該メモリセルに対応するX方向線状電極及びY方向線状電極を選択することにより行われる。
【0003】
図15は、単純マトリクス構造の具体的な構成を示す図である。このメモリデバイスは、支持体となる基板10上に互いに交差した一対の線状電極11、線状電極13が配置され、この両線状電極11、13間にメモリ層12が設けられている。以下、線状電極11をX方向線状電極、線状電極13をY方向線状電極と呼ぶ。単純マトリクス構造のメモリデバイスでは、両線状電極11、13が積層方向に重なる交差部にメモリセルが構成されることになる。ここで、積層方向とは、基板10/線状電極11/メモリ層12/線状電極13のように、製造過程において積層される方向を意味し、図では垂直方向に相当する。
【0004】
図16に、単純マトリクス構造が3×3のマトリクスの場合の等価回路を示す。図16(a)はメモリセル配置図、図16(b)は等価回路図である。図16(a)においてX方向線状電極11、Y方向線状電極13の交差部に形成されたメモリセル301〜309は、図16(b)において同じ符号のコンデンサに相当する。
【0005】
図17は、単純マトリクス構造における検出回路や駆動回路101(以下、「検出・駆動回路」とまとめて呼ぶこととする。)の配置を示す平面模式図である。単純マトリクス構造のメモリデバイスにおいては、交差部に位置するメモリセルを選択して読出し処理や書込み処理を行うためには、各X方向及びY方向線状電極に対して独立に電流の検出や電圧の印加を行える構成となっていることが必要である。そのため、検出・駆動回路101は、各X方向及びY方向線状電極に対し、それぞれ1つ接続され配置される構成となる。
【0006】
ここで、記憶容量を拡大するために、メモリ層を積層して層構造とした積層タイプのメモリデバイスが知られている。図18に単純マトリクス構造かつ層構造としたメモリデバイスの例を示す。図18(a)はXZ平面の断面図、図18(b)はYZ平面の断面図である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の積層タイプのメモリデバイスは、単純マトリクス構造のメモリ層を単純に積層した構成であったため、検出・駆動回路101も、各層ごとに、各X方向及びY方向線状電極に対しそれぞれ1つ接続される構成となっていた(図18参照)。かかる構成では、検出・駆動回路101は(層数×各層の線状電極数×2)個、必要となる。従って、積層数の増加に応じて、検出・駆動回路等の回路数、これらの回路との接続端子数が増加することとなり、回路構成が複雑化する要因となっていた。
【0008】
また、通常、検出・駆動回路等(検出・駆動回路とメモリの接続部も含む)はメモリ層の形成工程とは別工程で形成されるため、回路形成領域に複数層分の検出・駆動回路がまとめて形成されることになる。そのため、積層数の増加に応じて、検出・駆動回路が占有する回路形成領域の面積も増加することとなり、小型化を図る上で問題となっていた。
【0009】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、回路構成が単純であり、かつコンパクトな積層タイプのメモリデバイスを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のメモリデバイスは、メモリ層を積層したメモリデバイスであって、各メモリ層はX方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造となっており、積層したメモリ層のうち複数層に関して、X方向もしくはY方向の少なくとも一方の線状電極は前記複数層間で短絡しており、他方の線状電極は前記複数層間で独立して電圧印加可能に構成されていることを特徴とする。前記X方向もしくはY方向の一方の線状電極が前記複数層間で短絡するように構成してもよい。かかる構成によれば、線状電極に接続する回路や接続端子の個数を減らすことができ、回路構成が単純かつコンパクトなメモリデバイスを実現することができる。
【0011】
また、前記複数層を、積層したメモリ層中に複数セット設ける構成としてもよい。また、前記複数層を、1層の単純マトリクス構造のメモリ層を折りたたむことにより積層して形成することもできる。好適には、前記複数層の層数は当該メモリデバイスにおける1wordのビット数もしくはその整数倍とする。かかる構成によれば、1word単位でのメモリデバイスへのアクセスを効率よく行うことができる。
【0012】
本発明のメモリデバイスは、1層の単純マトリクス構造のメモリ層を渦巻き状に巻くことにより積層化したことを特徴とする。
【0013】
本発明のメモリデバイスにおいて、メモリ層には強誘電体もしくは電荷移動錯体を用いることができる。
【0014】
本発明のメモリデバイスは、電子機器のメモリとして使用することができる。電子機器とは、コンピュータ、プリンタ等のCPU、メモリ、データの入出力装置を備えたものをいう。
【0015】
本発明のメモリデバイスの製造方法は、メモリ層を積層したメモリデバイスの製造方法であって、X方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造のメモリ層を積層する工程と、積層したメモリ層のうち複数層に関して、X方向もしくはY方向の少なくとも一方の線状電極を前記複数層間で短絡する工程とを備えていることを特徴とする。
【0016】
前記短絡する工程は、前記X方向もしくはY方向の一方の線状電極を前記複数層間で短絡するように構成してもよい。また、前記短絡する工程は、複数セットの前記複数層に対して行うように構成してもよい。また、好適には、前記複数層の層数は当該メモリデバイスにおける1wordのビット数もしくはその整数倍となるように構成する。
【0017】
本発明のメモリデバイスの製造方法は、メモリ層を積層したメモリデバイスの製造方法であって、X方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造のメモリ層を形成する工程と、前記形成した単純マトリクス構造のメモリ層を折りたたむことにより積層する工程とを備えたことを特徴とする。かかる構成によれば、線状電極を短絡する工程を省略することができる。
【0018】
本発明のメモリデバイスの製造方法は、メモリ層を積層したメモリデバイスの製造方法であって、X方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造のメモリ層を形成する工程と、前記形成した単純マトリクス構造のメモリ層を渦巻き状に巻くことにより積層することを特徴とする。かかる構成によれば、線状電極を短絡する工程を省略することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係るメモリデバイスおよびその製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係るメモリデバイスの斜視概略図、図2(a)はXZ断面の模式図、図2(b)はYZ断面の模式図である。
【0020】
図1、図2に示すように、本発明の実施例1に係るメモリデバイス1は、メモリ層100をn層積層した構成となっている。各メモリ層100は、X方向線状電極11とY方向線状電極13が配され、その交差部にメモリセルが形成される単純マトリクス構造となっている。
【0021】
ここで、本実施例では、n=4、すなわちメモリ層を4層積層しているが、何層積層するかは設計に応じて定めることができる。また、各層における線状電極数は、1層におけるメモリセル数に応じて決定されるが、説明を簡単にするために、図ではX方向線状電極、Y方向線状電極ともに2本として記載した。
【0022】
図2(a)に示すように、X方向線状電極11は、各層独立に検出・駆動回路101が接続されている。一方、図2(b)に示すように、Y方向線状電極13は積層方向に短絡されており、各層に共通して検出・駆動回路101が接続されている。
【0023】
かかる構成では、X方向線状電極側は(層数×各層の線状電極数)個の検出・駆動回路101が必要となるが、Y方向線状電極側は(各層の線状電極数)個の検出・駆動回路101で足り、層数の増加によらず一定となる。
【0024】
なお、本実施例ではY方向線状電極について線状電極を短絡する構成としたが、X方向及びY方向は相対的な概念であるため、Y方向線状電極に代えてX方向線状電極について短絡する構成としてもよい。
【0025】
かかる構成のメモリデバイスにおいて、X方向もしくはY方向の線状電極のいずれか一方が短絡されていても、任意の層のメモリセルを選択して電圧を印加することができる原理を説明する。Y方向線状電極については、積層方向に短絡された状態となっているため、各層において同位置の線状電極に対し同時に電圧が印加されることになる。従って、かかるY方向線状電極だけでは層を選択することができない。しかし、X方向線状電極については、各層ごとにそれぞれ検出・駆動回路が接続されているため、各層独立して電圧を印加することができる。従って、どの層のX方向線状電極に電圧を印加するかで層を選択することができる。例えば、メモリセル200を選択したい場合、図3(a)に示すように各線状電極に電圧を印加すればよい。また、例えばメモリセル200とは異なる層のメモリセル201を選択したい場合は、図3(b)に示すように各線状電極に電圧を印加すればよい。なお、図において太線で示される線状電極は、所定の電圧が印加されていることを示す。このように、X方向もしくはY方向のいずれか一方について各層独立に電圧を印加できる構成となっていれば、任意の層を選択することができる。選択した層におけるメモリセルの選択は、1層の単純マトリクス構造のメモリデバイスと同様に行えばよい。
【0026】
次に、実施例1のメモリデバイスの製造工程について説明する。製造工程は、単純マトリクス構造のメモリ層を形成するメモリ層形成工程(1)〜(4)と、積層したメモリ層に関して、X方向もしくはY方向のいずれか一方の線状電極を複数層間で短絡する線状電極短絡工程(5)とを備えている。メモリ層形成工程は、(1)X方向線状電極形成工程、(2)誘電体層形成工程、(3)Y方向線状電極形成工程、(4)絶縁層形成工程の4工程を備えており、かかる4工程を、積層する層数分(本実施例では8層分)繰り返すことにより、メモリ層を積層することができる。
(1)X方向線状電極形成工程(図4(a))
基板10(2層目以降の場合は絶縁層)上に電極層を形成する。電極層は、直流スパッタ法、電子ビーム蒸着法等で白金を成膜することで得られる。白金の他に好適な電極として、パラジウム等の貴金属電極、IrO2,RuO2,ReO3等の導電性化合物がある。
【0027】
電極層の成膜後、レジスト(図示せず)を塗布し、X方向に線状にパターニングを行い、これをマスクとしてドライエッチングを施す。かかる工程により、複数のX方向線状電極11が形成されることになる。なお、図では、手前から奥に向かう方向に線状となっている。
(2)メモリ層形成工程(図4(b))
X方向線状電極11上にメモリ層12を成膜する。本実施の形態ではゾル・ゲル法で成膜する場合について説明する。メモリ層12は、キャパシタとして使用できるものあれば用いることができる。例えば、本発明では、メモリ層として強誘電体材料を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコン酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)のうち何れかの強誘電体を用いることにより、強誘電体メモリとして構成することができる。また、メモリ層として電荷移動錯体を用いることができる。具体的には、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)をベースとしてCuなどをドナーとして用いた有機金属電荷移動錯体を好適に用いることができる。その他、誘電体材料も適宜選択して用いることができる。
【0028】
メモリ層としての薄膜はゾル・ゲル法で成膜することができる。層を形成可能な金属成分の水酸化物の水和錯体、即ち、ゾルをX方向線状電極11及び基板10上に塗布・乾燥・脱脂処理して前駆体とし、この前駆体をRTA処理で結晶化して薄膜を得る。
【0029】
また、上述したゾル・ゲル法に限らず、高周波スパッタ、MOD法(Metal Organic Decomposition Process)、印刷法等でもメモリ層を成膜することができる。スパッタ成膜法に関しては、特開平8−277195号公報や、Japanese Journal of Applied Physics Vol.32 pp4122−4125“Preparation and Characterrization of Pb(ZrxTi1−x)O3 Thin Films by Reactive Sputtering Using an Alloy Target”等の文献に詳細に記述されている。また、印刷法によるメモリ層の成膜に関しては、特開平3−128681号公報等に詳細に開示されている。
【0030】
メモリ層の成膜後、レジスト(図示せず)を塗布し、表面が平滑になるように、これをマスクとしてドライエッチングを施す。
(3)Y方向線状電極形成工程(図4(c))
メモリ層12上に電極層を形成する。電極層は、直流スパッタ法、電子ビーム蒸着法等で白金を成膜することで得られる。白金の他に好適な電極として、パラジウム等の貴金属電極、IrO2,RuO2,ReO3等の導電性化合物がある。
【0031】
電極層の成膜後、レジスト(図示せず)を塗布し、X方向線状電極11と直交する方向(Y方向)に線状にパターニングを行い、これをマスクとしてドライエッチング等を施す。かかる工程により、複数のY方向線状電極13が形成されることになる。
(4)絶縁体層形成工程(図4(d))
Y方向線状電極層13上に、通常の方法、例えば、PSGやSiO2又はSi3N4等を用いて、常圧CVDやプラズマCVD等により、絶縁体層14を形成する。この絶縁体層14の形成により、隣接するメモリセル間に絶縁体層14が入り込み、クロストークの軽減が図られることになる。
(5)線状電極短絡工程(図4(e)、(f))
(1)〜(4)の工程を繰り返すことにより積層されたメモリ層に対し、例えばレーザー光による穴空け処理を施すことにより、積層方向にスルーホール20を形成する。スルーホール形成は積層前に行っても良い。スルーホール20は、例えば図5の平面図に示すように、各Y方向線状電極を通過するように形成する。そして、形成されたスルーホールに対し、例えば銅やニッケル等の導電材料をメッキすることにより、各層のY方向線状電極を短絡して、接続端子21を形成する。前記接続端子21は、対応する検出・駆動回路(図4において図示せず)に接続される。
(X方向線状電極の接続端子形成工程)
なお、X方向線状電極については、従来の積層タイプのメモリデバイスと同様に、各メモリ層形成過程において以下のようにして接続端子を形成すればよい。
【0032】
すなわち、各メモリ層を形成する際に、X方向線状電極を、各メモリ層ごとに異なる長さ(下層にいくほど短く、上層にいくほど長い)だけ、メモリセルエリア30の外部に延長し、延長部分31を形成する(図6(a)〜(d))。そして、当該メモリ層を形成した後、当該メモリ層の延長部分31であって、当該メモリ層よりも下層のメモリ層の延長部分31と重なりが生じない位置に、スルーホール32を形成する(図6(e))。そして、例えば銅やニッケル等の導電材料をメッキすることにより、各層ごとに独立した接続端子21を形成する(図6(f))。かかる工程を各メモリ層ごとに実行する(図6(g))。前記接続端子21は、Y方向線状電極と同様に、対応する検出・駆動回路(図6において図示せず)に接続される。
【0033】
このようにX方向もしくはY方向のいずれかの線状電極を短絡した構成とすることによって、接続端子数、検出・駆動回路数の削減を従来のメモリデバイスに比べて削減することができ、回路構成を単純化することができる。その結果、回路の信頼性や歩留まりの向上を図ることができる。また、Y方向の線状電極については検出・駆動回路が共有されるため、これらの回路が占有する面積(体積)を減らすことができ、メモリデバイスのコンパクト化を図ることができる。
(実施例2)
図7は、本発明の実施例2に係るメモリデバイスの斜視概略図、図8はYZ断面の模式図である。
【0034】
図7、図8に示すように、本発明の実施例2に係るメモリデバイス2は、単純マトリクス構造のメモリ層100がn層積層されており(n=8)、X方向線状電極11は各層独立に検出・駆動回路101が接続されている点では実施例1と同様である。ただし、図8に示すように、Y方向線状電極13は、n層のメモリ層がm層ずつグループ化され、各グループごとに積層方向に短絡された状態で、各グループに共通して検出・駆動回路101が接続されている点で、実施例1と異なっている。
【0035】
ここで、本実施例では、n=8、m=4としているが、何層積層するか、何層ごとにグループするかは設計に応じて定めることができる。また、各層における線状電極数は、1層におけるメモリセル数に応じて決定されるが、説明を簡単にするために、図ではX方向線状電極、Y方向線状電極ともに2本として記載した。
【0036】
かかる構成では、X方向線状電極側は(層数×各層の線状電極数)個の検出・駆動回路101が必要となるが、Y方向線状電極側は(グループ数×各層の線状電極数)個の検出・駆動回路101となる。
【0037】
なお、本実施例ではY方向線状電極について線状電極を短絡する構成としたが、X方向及びY方向は相対的な概念であるため、Y方向線状電極に代えてX方向線状電極について短絡する構成としてもよい。
【0038】
実施例2のメモリデバイスの製造方法は、メモリ層を形成する工程、及び、X方向線状電極の接続端子を形成する工程に関しては、実施例1と同様である。
【0039】
ただし、各メモリ層を形成する工程において、Y方向線状電極についてもメモリセルエリアの外部に延長部分が形成される点、及び、線状電極短絡工程がグループとなる複数のメモリ層が形成されるごとに実行される点が異なっている。
【0040】
各メモリ層を形成する工程中のY方向線状電極形成工程において、Y方向線状電極を、各グループごとに異なる長さ(下層にいくほど短く、上層にいくほど長い)だけ、メモリセルエリア30から外部に引き出して延長部分31を形成する。(図9(a)参照)
そして、線状電極短絡工程では、グループを構成する複数のメモリ層が形成された段階で、当該グループの延長部分31であって、当該グループよりも下層のグループの延長部分31と重なりが生じない位置を通過するように、スルーホールを形成する。そして、例えば銅やニッケル等の導電材料をメッキすることによりスルーホールを通じて各グループのY方向線状電極を短絡し、接続端子21を形成する(図9(b)参照)。
【0041】
ここでグループを構成するメモリ層の層数mは、当該メモリデバイスにおける1wordを構成するビット数もしくはその整数倍であることが望ましい。例えば1wordが8ビットの場合、1グループを8層で構成する。以下、1word8ビットであるとして、上記の望ましい理由を説明する。
【0042】
通常メモリデバイスへのアクセスは1word(もしくはその整数倍)単位で行われる。今、メモリセルが2値メモリセル(すなわち1ビット)であるとすると、1wordを構成するには8個のメモリセルが必要となるが、かかる8個を同一メモリ層上のメモリセルで構成してしまうことは好ましくない。なぜならば、単純マトリクス構造のメモリデバイスでは、同一メモリ層において同時にアクセスできるメモリセルは一つのみであるため、1wordを同一メモリ層のメモリセルで構成してしまうと、1word(すなわち8個のメモリセル)を同時にアクセスしなければならず、検出・駆動回路の負荷が増すことになってしまうからである。従って、本実施例のメモリデバイスでは、1wordを異なる層のメモリセルで構成するものとする。
【0043】
ここで、本実施例のメモリデバイスは、Y方向線状電極がグループ単位で短絡しているため、Y方向線状電極への電圧印加はグループ単位で行われることになる。例えばグループの層数mが4であるとすると、1wordのメモリへアクセスするためには、2つのグループのY方向線状電極に対して電圧を印加しなければならない。また、例えばグループの層数mが10であるとすると、1wordのメモリへアクセスした際に、アクセスする必要のない2層分のY方向線状電極にも電圧が印加されてしまうことになる。そこで、グループの層数mを1wordを構成するビット数に等しくすることにより、効率よく必要なメモリ層のY方向線状電極にのみ電圧を印加することができる。なお、1wordを構成するビット数のp倍(pは整数)とした場合は、1つのグループのY方向線状電極に対して電圧を印加することで(p)word同時にアクセスすることができるメモリデバイスを提供することができる。
(実施例3)
図10は、本発明の実施例3に係るメモリデバイスの斜視概略図、図11はYZ断面の模式図である。ただし、図を見やすくするために、図10ではX方向線状電極に接続される検出・駆動回路を省略している。
【0044】
図10、図11に示すように、本発明の実施例3に係るメモリデバイス3は、単純マトリクス構造のメモリ層100がn層積層されており、X方向線状電極11は各層独立に検出・駆動回路101が接続されている点では実施例1と同様である。
【0045】
ただし、図11に示すように、Y方向線状電極13は、積層方向に短絡された状態で検出・駆動回路が接続されている点では実施例1と同様であるが、実施例1ではメモリデバイスの同一側面で短絡されているのに対し、本実施例ではメモリデバイスの対向する2側面で交互に短絡される構成となっている点で異なる。
【0046】
次に、実施例3のメモリデバイスの製造工程について説明する。製造工程は、単純マトリクス構造の平面メモリ層を形成する平面メモリ層形成工程と、平面メモリ層を所定方向に折りたたむことにより複数のメモリ層を積層する折りたたみ工程とを備えている。
【0047】
平面メモリ層形成工程は、実施例1の工程(1)〜(4)と同様にして実行できる。
【0048】
折りたたみ工程は、平面メモリ層を図10に示すように折りたたむことにより、メモリ層を積層化する。かかる工程の結果得られるメモリデバイスは、対向する2側面で交互に短絡された構成となっている。折りたたんだ後には、接着等により形状を保持しても良いし、筐体に入れて固定しても良い。
【0049】
ここで、Y方向線状電極の長さ=(層数×X方向線状電極の長さ)となるように平面メモリ層を形成しておくことで、積層化された状態において各層のX方向、Y方向の線状電極数を同一とすることができる。
【0050】
本実施例では、実施例1と同様の効果に加え、平面メモリ層を折りたたむことにより、実質的に積層方向にY方向線状電極が短絡した構成を実現できるため、スルーホールを形成して短絡する工程を省略することができる。
(実施例4)
図13は、本発明の実施例4に係るメモリデバイスの斜視概略図、図14は半径方向断面の模式図である。
【0051】
図13、図14に示すように、本発明の実施例4に係るメモリデバイス4は、単純マトリクス構造のメモリ層が渦巻き状に巻かれ、半径方向に積層化された構成となっている。ここで、360度1周した層を1層とみなすと、X方向線状電極は、各層独立に検出・駆動回路101が接続されている。Y方向線状電極は、全層について短絡(接続)された状態で、各層に共通して検出・駆動回路101が接続されている。なお、図を見やすくするために、図13ではX方向線状電極等の一部を省略している。
【0052】
次に、実施例4のメモリデバイスの製造工程について説明する。製造工程は、単純マトリクス構造の平面メモリ層を形成する平面メモリ層形成工程と、平面メモリ層を所定方向に渦巻き状に巻き込むことにより複数のメモリ層を積層する巻き込み工程(5)とを備えている。
【0053】
平面メモリ層形成工程は、実施例1の工程(1)〜(4)と同様にして実行できる。
【0054】
巻き込み工程は、平面メモリ層を図11に示すように巻き込むことにより、メモリ層を積層化する。巻き込んだ後には、接着等により形状を保持しても良いし、筐体に入れて固定しても良い。
【0055】
本実施例では、Y方向線状電極が全層について短絡(接続)されているため、接続端子数、検出・駆動回路数の削減を従来のメモリデバイスに比べて削減することができ、回路構成を単純化することができる。その結果、回路の信頼性や歩留まりを向上を図ることができる。また、Y方向の線状電極については検出・駆動回路が共有されるため、これらの回路が占有する面積(体積)を減らすことができ、メモリデバイスのコンパクト化を図ることができる。
【0056】
更に、本実施例では、平面メモリ層を巻き込むことにより、Y方向線状電極が短絡(接続)された構成を実現できるため、スルーホールを形成して短絡する工程を省略することができる。
(実施例5)
本実施例では、実施例1の図1、図2(a)及び(b)の構造において、更にX方向線状電極(11)が積層方向に短絡されており、更に、各層間に層選択電極が設けられている。図19は、本実施例のメモリデバイスのXZ断面(図1参照)を模式的に示す図である。
【0057】
図19に示す構造を詳述すると、図2に示す構造と同様にメモリ層がn層積層された構造であり、X方向線状電極11及びY方向線状電極13の交差部でメモリセルが形成される。更に、各メモリ層を挟持した積層体(X方向線状電極11/メモリ層12/Y方向線状電極13)間に、絶縁層(16、17)で挟持された層選択電極15が、各層全面又は全てのメモリセルの範囲をカバーするように設けられている。そして、X方向線状電極11及びY方向線状電極13はいずれも積層方向に短絡しており、各層に共通して検出・駆動回路101が接続されている。一方、層選択電極15は、検出・駆動回路103に接続されているが、各層の選択が可能である。
【0058】
本実施例のメモリデバイスにおいて、メモリ層12として強誘電体層を用いた場合、以下のように書き込み動作がなされる。まず、図19に示すように、積層方向において対応する位置に存する各層のメモリセルA、B及びCが同図のように分極していた場合、例えば、X方向線状電極11に−V/2、Y方向線状電極13にV/2を印加し(Vは強誘電体の飽和電圧)、同時に層選択電極15に選択的にV/2以上(3V/2未満)の電界を印加する(図19では、最上層及び最下層には印加し、中層には印加しない)。このとき、層選択電極に電圧印加のなかった層に対応するメモリセルBには電圧Vが印加されるが、層選択電極に電圧印加のなされた層に対応するメモリセルA及びCにはセル電極間に所望の電位差が生じず(V/2以下)、図に示す分極状態が変化することはない。このように、X方向線状電極11及びY方向線状電極に対する電圧印加と、層選択電極15の選択(選択的な電圧印加)とにより、各メモリセルに所望の電圧を印加し、書き込み又は読み出し動作を行う。
(その他変形例)
本発明により製造したメモリデバイスは、メモリを備える全ての電子機器、例えばコンピュータの内部記憶装置、メモリスティック、メモリカードなどに用いることができる。
【0059】
なお、本発明は上述したような実施例に限定されることなく、種々に変形して適用することが可能である。例えば、本発明は、強誘電体層の代わりに誘電体層を用いることもできる。また、強誘電体層の代わりに、電圧によりインピーダンスが変化し2値をとる電荷移動錯体材料を用いることにより、単純マトリクス構造の不揮発メモリとして適用することもできる。
【0060】
【発明の効果】
本発明に係るメモリデバイスは、X方向もしくはY方向の線状電極を複数層について短絡した構成とすることにより、検出・駆動回路や接続端子の個数を減らすことができ、回路構成が単純かつコンパクトなメモリデバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係るメモリデバイスの斜視概略図である。
【図2】実施例1に係るメモリデバイスの断面を表わす模式図である。
【図3】任意のメモリセルを選択することができる原理について説明する図である。
【図4】実施例1に係るメモリデバイスの製造工程を説明する図である。
【図5】スルーホールの位置を説明するための図である。
【図6】X方向線状電極の接続端子形成工程を説明する図である。
【図7】実施例2に係るメモリデバイスの斜視概略図である。
【図8】実施例2に係るメモリデバイスの断面を表わす模式図である。
【図9】実施例2に係るメモリデバイスの製造工程を説明する図である。
【図10】実施例3に係るメモリデバイスの斜視概略図である。
【図11】実施例3に係るメモリデバイスの断面を表わす模式図である。
【図12】折りたたみ工程を説明する図である。
【図13】実施例4に係るメモリデバイスの斜視概略図である。
【図14】実施例4に係るメモリデバイスの断面を表わす模式図である。
【図15】単純マトリクス構造のメモリデバイスを説明するための図である。
【図16】単純マトリクス構造のメモリデバイスの等価回路を示す図である。
【図17】単純マトリクス構造のメモリデバイスの検出・駆動回路の配置を説明する図である。
【図18】従来技術における単純マトリクス構造かつ層構造のメモリデバイスを説明する図である。
【図19】実施例5に係るメモリデバイスの構造を模式的に表わす断面図である。
【符号の説明】
10 基板
11 X方向線状電極
12 メモリ層
13 Y方向線状電極
14、16、17 絶縁層
15 層選択電極
100 メモリ層
101 検出・駆動回路
200、201、301〜309、A、B、C メモリセル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a memory device having a layer structure, and more particularly to a memory device in which memory layers having a simple matrix structure are stacked.
[0002]
[Prior art]
Memory device structures include a simple matrix structure in which memory cells are formed at the intersections of a pair of linear electrodes, and an active matrix structure in which a thin film transistor for selecting a memory cell is arranged for each memory cell. In a memory device having a simple matrix structure, a memory cell is selected by selecting an X direction linear electrode and a Y direction linear electrode corresponding to the memory cell.
[0003]
FIG. 15 is a diagram showing a specific configuration of a simple matrix structure. In this memory device, a pair of
[0004]
FIG. 16 shows an equivalent circuit when the simple matrix structure is a 3 × 3 matrix. FIG. 16A is a memory cell layout diagram, and FIG. 16B is an equivalent circuit diagram. The
[0005]
FIG. 17 is a schematic plan view showing an arrangement of detection circuits and drive circuits 101 (hereinafter collectively referred to as “detection / drive circuits”) in a simple matrix structure. In a memory device having a simple matrix structure, in order to select a memory cell located at an intersection and perform read processing or write processing, current detection or voltage is independently applied to each X-direction and Y-direction linear electrode. It is necessary to have a configuration that can apply. Therefore, one detection /
[0006]
Here, in order to increase the storage capacity, a stacked type memory device having a layer structure in which memory layers are stacked is known. FIG. 18 shows an example of a memory device having a simple matrix structure and a layer structure. 18A is a cross-sectional view of the XZ plane, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the YZ plane.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional stacked type memory device has a configuration in which memory layers having a simple matrix structure are simply stacked, one detection /
[0008]
In addition, the detection / drive circuit and the like (including the connection between the detection / drive circuit and the memory) are usually formed in a process separate from the process of forming the memory layer. Will be formed together. For this reason, as the number of stacked layers increases, the area of the circuit formation region occupied by the detection / drive circuit also increases, which is a problem in miniaturization.
[0009]
The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a compact stacked type memory device having a simple circuit configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The memory device of the present invention is a memory device in which memory layers are stacked, and each memory layer has a simple matrix structure in which memory cells are formed at the intersections of the X direction linear electrodes and the Y direction linear electrodes. In addition, regarding a plurality of stacked memory layers, at least one of the linear electrodes in the X direction or the Y direction is short-circuited between the plurality of layers, and the other linear electrode can be applied with a voltage independently between the plurality of layers. It is configured. One linear electrode in the X direction or the Y direction may be short-circuited between the plurality of layers. According to such a configuration, the number of circuits and connection terminals connected to the linear electrodes can be reduced, and a memory device with a simple and compact circuit configuration can be realized.
[0011]
Further, a plurality of sets of the plurality of layers may be provided in a stacked memory layer. The plurality of layers may be formed by stacking one memory layer having a simple matrix structure by folding. Preferably, the number of the plurality of layers is the number of bits of 1 word in the memory device or an integer multiple thereof. According to such a configuration, it is possible to efficiently access the memory device in units of 1 word.
[0012]
The memory device of the present invention is characterized in that a single layer of a simple matrix structure is stacked in a spiral shape.
[0013]
In the memory device of the present invention, a ferroelectric layer or a charge transfer complex can be used for the memory layer.
[0014]
The memory device of the present invention can be used as a memory of an electronic device. The electronic device means a computer, a printer or other CPU, a memory, and a data input / output device.
[0015]
A method of manufacturing a memory device according to the present invention is a method of manufacturing a memory device in which memory layers are stacked, and has a simple matrix structure in which memory cells are formed at intersections of X-direction linear electrodes and Y-directional linear electrodes. A step of laminating layers, and a step of short-circuiting at least one linear electrode in the X direction or the Y direction between the plurality of layers with respect to a plurality of layers of the laminated memory layers.
[0016]
The step of short-circuiting may be configured such that one linear electrode in the X direction or the Y direction is short-circuited between the plurality of layers. Further, the short-circuiting step may be configured to be performed on a plurality of sets of the plurality of layers. Preferably, the number of the plurality of layers is configured to be the number of bits of 1 word in the memory device or an integer multiple thereof.
[0017]
A method of manufacturing a memory device according to the present invention is a method of manufacturing a memory device in which memory layers are stacked, and has a simple matrix structure in which memory cells are formed at intersections of X-direction linear electrodes and Y-directional linear electrodes. A step of forming a layer; and a step of laminating the formed simple matrix memory layer by folding. According to this configuration, the step of short-circuiting the linear electrode can be omitted.
[0018]
A method of manufacturing a memory device according to the present invention is a method of manufacturing a memory device in which memory layers are stacked, and has a simple matrix structure in which memory cells are formed at intersections of X-direction linear electrodes and Y-directional linear electrodes. The step of forming the layer and the memory layer having the simple matrix structure formed as described above are stacked in a spiral shape. According to this configuration, the step of short-circuiting the linear electrode can be omitted.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a memory device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example 1)
1 is a schematic perspective view of a memory device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a schematic diagram of an XZ section, and FIG. 2B is a schematic diagram of a YZ section.
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0021]
Here, in this embodiment, n = 4, that is, four memory layers are stacked, but how many layers are stacked can be determined according to the design. In addition, the number of linear electrodes in each layer is determined according to the number of memory cells in one layer. However, in order to simplify the explanation, two X-directional linear electrodes and two Y-directional linear electrodes are shown in the figure. did.
[0022]
As shown in FIG. 2A, the X-direction
[0023]
In such a configuration, the X-direction linear electrode side requires (number of layers × number of linear electrodes in each layer) detection /
[0024]
In this embodiment, the linear electrodes are short-circuited with respect to the Y-directional linear electrodes. However, since the X-direction and the Y-direction are relative concepts, the X-directional linear electrodes are substituted for the Y-directional linear electrodes. It is good also as a structure which short-circuits about.
[0025]
In the memory device having such a configuration, the principle that a memory cell in an arbitrary layer can be selected and a voltage can be applied even if one of linear electrodes in the X direction or the Y direction is short-circuited will be described. Since the Y-direction linear electrode is short-circuited in the stacking direction, a voltage is simultaneously applied to the linear electrode at the same position in each layer. Therefore, a layer cannot be selected only by such Y-direction linear electrodes. However, with respect to the X-direction linear electrode, since a detection / drive circuit is connected to each layer, a voltage can be applied independently for each layer. Therefore, the layer can be selected depending on which layer of the X-direction linear electrode the voltage is applied to. For example, when it is desired to select the memory cell 200, a voltage may be applied to each linear electrode as shown in FIG. For example, when it is desired to select a
[0026]
Next, the manufacturing process of the memory device of Example 1 will be described. In the manufacturing process, a memory layer forming process (1) to (4) for forming a memory layer having a simple matrix structure and a linear electrode in either the X direction or the Y direction are short-circuited between a plurality of layers with respect to the stacked memory layers And a linear electrode short-circuiting step (5). The memory layer forming step includes four steps of (1) X-direction linear electrode forming step, (2) dielectric layer forming step, (3) Y-direction linear electrode forming step, and (4) insulating layer forming step. Thus, the memory layer can be stacked by repeating these four steps as many as the number of layers to be stacked (eight layers in this embodiment).
(1) X-direction linear electrode forming step (FIG. 4A)
An electrode layer is formed on the substrate 10 (in the case of the second and subsequent layers, an insulating layer). The electrode layer is obtained by forming a platinum film by a direct current sputtering method, an electron beam evaporation method or the like. As a suitable electrode other than platinum, a noble metal electrode such as palladium, IrO 2 , RuO 2 , ReO 3 There are conductive compounds such as
[0027]
After the electrode layer is formed, a resist (not shown) is applied, patterned linearly in the X direction, and dry etching is performed using this as a mask. By this process, a plurality of X-direction
(2) Memory layer forming step (FIG. 4B)
A
[0028]
A thin film as the memory layer can be formed by a sol-gel method. Hydrate complex of metal component hydroxide capable of forming a layer, that is, a sol is applied to the X-direction
[0029]
Further, the memory layer can be formed not only by the sol-gel method described above but also by high-frequency sputtering, MOD (Metal Organic Decomposition Process), printing method, or the like. As for the sputtering film forming method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-277195 and Japan Journal of Applied Physics Vol. 32 pp4122-4125 “Preparation and Characterization of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 It is described in detail in documents such as “Thin Films by Reactive Suttering using an Alloy Target.” Further, the formation of a memory layer by a printing method is disclosed in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 3-128681.
[0030]
After the memory layer is formed, a resist (not shown) is applied, and dry etching is performed using this as a mask so that the surface becomes smooth.
(3) Y-direction linear electrode forming step (FIG. 4C)
An electrode layer is formed on the
[0031]
After the electrode layer is formed, a resist (not shown) is applied and patterned in a direction perpendicular to the X-direction linear electrode 11 (Y direction), and dry etching or the like is performed using this as a mask. Through this process, a plurality of Y-direction
(4) Insulator layer forming step (FIG. 4D)
On the Y-direction
(5) Linear electrode short-circuiting process (FIGS. 4E and 4F)
By repeating the steps (1) to (4), the through
(X-direction linear electrode connection terminal forming step)
As for the X-direction linear electrodes, the connection terminals may be formed as follows in each memory layer formation process, as in the conventional stacked memory device.
[0032]
That is, when forming each memory layer, the X-direction linear electrode is extended outside the
[0033]
By adopting a configuration in which the linear electrodes in either the X direction or the Y direction are short-circuited in this way, the number of connection terminals and the number of detection / drive circuits can be reduced compared to conventional memory devices. The configuration can be simplified. As a result, circuit reliability and yield can be improved. Further, since the detection / drive circuit is shared for the linear electrodes in the Y direction, the area (volume) occupied by these circuits can be reduced, and the memory device can be made compact.
(Example 2)
7 is a schematic perspective view of a memory device according to
[0034]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
[0035]
Here, in this embodiment, n = 8 and m = 4. However, how many layers are stacked and how many layers are grouped can be determined according to design. In addition, the number of linear electrodes in each layer is determined according to the number of memory cells in one layer. However, in order to simplify the explanation, two X-directional linear electrodes and two Y-directional linear electrodes are shown in the figure. did.
[0036]
In such a configuration, the X-direction linear electrode side requires (number of layers × number of linear electrodes in each layer) detection /
[0037]
In this embodiment, the linear electrodes are short-circuited with respect to the Y-directional linear electrodes. However, since the X-direction and the Y-direction are relative concepts, the X-directional linear electrodes are substituted for the Y-directional linear electrodes. It is good also as a structure which short-circuits about.
[0038]
The manufacturing method of the memory device of Example 2 is the same as that of Example 1 with respect to the process of forming the memory layer and the process of forming the connection terminal of the X-direction linear electrode.
[0039]
However, in the process of forming each memory layer, the Y-direction linear electrode is also formed with an extended portion outside the memory cell area and a plurality of memory layers in which the linear electrode short-circuit process is grouped. Each point is different.
[0040]
In the Y-direction linear electrode forming step in the process of forming each memory layer, the Y-direction linear electrode is different in each group by a different length (shorter toward the lower layer and longer toward the upper layer). The
Then, in the linear electrode short-circuiting process, when the plurality of memory layers constituting the group are formed, the
[0041]
Here, the number m of memory layers constituting the group is desirably the number of bits constituting one word in the memory device or an integer multiple thereof. For example, when 1 word is 8 bits, one group is composed of 8 layers. Hereinafter, the desirable reason will be described assuming that 1 word is 8 bits.
[0042]
Normally, access to a memory device is performed in units of 1 word (or an integer multiple thereof). If a memory cell is a binary memory cell (that is, 1 bit), 8 memory cells are required to configure 1 word, and the 8 memory cells are configured on the same memory layer. It is not preferable to end up. This is because, in a memory device having a simple matrix structure, only one memory cell can be accessed at the same time in the same memory layer. Therefore, if 1 word is composed of memory cells in the same memory layer, 1 word (that is, 8 memories) This is because the load on the detection / driving circuit increases because the cell) must be accessed simultaneously. Therefore, in the memory device of this embodiment, one word is composed of memory cells in different layers.
[0043]
Here, in the memory device of this embodiment, since the Y-direction linear electrodes are short-circuited in units of groups, voltage application to the Y-direction linear electrodes is performed in units of groups. For example, if the number of layers m of a group is 4, in order to access a 1 word memory, a voltage must be applied to the Y-direction linear electrodes of the two groups. For example, if the number of layers m of the group is 10, when the 1 word memory is accessed, the voltage is also applied to the Y-direction linear electrodes for two layers that do not need to be accessed. Therefore, by making the number of layers m of the group equal to the number of bits constituting 1 word, it is possible to efficiently apply a voltage only to the Y direction linear electrodes of the required memory layer. In addition, when p times the number of bits constituting one word (p is an integer), (p) word can be accessed simultaneously by applying a voltage to the Y-direction linear electrodes of one group. A device can be provided.
(Example 3)
10 is a schematic perspective view of a memory device according to
[0044]
As shown in FIGS. 10 and 11, the
[0045]
However, as shown in FIG. 11, the Y-direction
[0046]
Next, a manufacturing process of the memory device of Example 3 will be described. The manufacturing process includes a planar memory layer forming process for forming a planar memory layer having a simple matrix structure, and a folding process for stacking a plurality of memory layers by folding the planar memory layer in a predetermined direction.
[0047]
The planar memory layer forming step can be performed in the same manner as steps (1) to (4) of the first embodiment.
[0048]
In the folding step, the memory layer is laminated by folding the planar memory layer as shown in FIG. The memory device obtained as a result of this process has a configuration in which two opposing side surfaces are alternately short-circuited. After folding, the shape may be maintained by adhesion or the like, or may be fixed in a housing.
[0049]
Here, by forming the planar memory layer so that the length of the Y-direction linear electrode = (number of layers × the length of the X-directional linear electrode), the X direction of each layer in the stacked state The number of linear electrodes in the Y direction can be made the same.
[0050]
In this example, in addition to the same effects as in Example 1, by folding the planar memory layer, it is possible to realize a configuration in which the Y-direction linear electrodes are substantially short-circuited in the stacking direction. The step of performing can be omitted.
(Example 4)
FIG. 13 is a schematic perspective view of a memory device according to
[0051]
As shown in FIGS. 13 and 14, the
[0052]
Next, a manufacturing process of the memory device of Example 4 will be described. The manufacturing process includes a planar memory layer forming process for forming a planar memory layer having a simple matrix structure, and a winding process (5) for stacking a plurality of memory layers by spirally winding the planar memory layer in a predetermined direction. Yes.
[0053]
The planar memory layer forming step can be performed in the same manner as steps (1) to (4) of the first embodiment.
[0054]
In the winding process, the memory layer is stacked by winding the planar memory layer as shown in FIG. After entrainment, the shape may be retained by adhesion or the like, or may be fixed in a housing.
[0055]
In this embodiment, since the Y-direction linear electrode is short-circuited (connected) for all layers, the number of connection terminals and the number of detection / drive circuits can be reduced as compared with the conventional memory device. Can be simplified. As a result, the reliability and yield of the circuit can be improved. Further, since the detection / drive circuit is shared for the linear electrodes in the Y direction, the area (volume) occupied by these circuits can be reduced, and the memory device can be made compact.
[0056]
Furthermore, in this embodiment, a configuration in which the Y-direction linear electrodes are short-circuited (connected) can be realized by winding the planar memory layer, and therefore the step of forming a through-hole and short-circuiting can be omitted.
(Example 5)
In this example, in the structure of FIG. 1, FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) of Example 1, the X-direction linear electrode (11) is further short-circuited in the stacking direction. An electrode is provided. FIG. 19 is a diagram schematically showing an XZ cross section (see FIG. 1) of the memory device of the present embodiment.
[0057]
The structure shown in FIG. 19 is described in detail. In the structure shown in FIG. 2, n layers of memory layers are stacked, and a memory cell is formed at the intersection of the X-direction
[0058]
In the memory device of this embodiment, when a ferroelectric layer is used as the
(Other variations)
The memory device manufactured according to the present invention can be used for all electronic devices including a memory, for example, an internal storage device of a computer, a memory stick, and a memory card.
[0059]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied with various modifications. For example, the present invention can use a dielectric layer instead of the ferroelectric layer. Further, instead of the ferroelectric layer, a charge transfer complex material whose impedance changes with voltage and takes a binary value can be used as a non-volatile memory having a simple matrix structure.
[0060]
【The invention's effect】
The memory device according to the present invention has a configuration in which the number of detection / drive circuits and connection terminals can be reduced by adopting a configuration in which linear electrodes in the X direction or the Y direction are short-circuited for a plurality of layers, and the circuit configuration is simple and compact. A simple memory device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a memory device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a cross section of the memory device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a principle capable of selecting an arbitrary memory cell;
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the memory device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a position of a through hole.
FIG. 6 is a diagram for explaining a connection terminal forming step of an X-direction linear electrode.
7 is a schematic perspective view of a memory device according to
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a cross section of a memory device according to a second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing process of the memory device according to the second embodiment.
10 is a schematic perspective view of a memory device according to Example 3. FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a cross section of a memory device according to a third embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a folding process.
FIG. 13 is a schematic perspective view of a memory device according to a fourth embodiment.
14 is a schematic diagram illustrating a cross section of a memory device according to
FIG. 15 is a diagram for explaining a memory device having a simple matrix structure;
FIG. 16 is a diagram showing an equivalent circuit of a memory device having a simple matrix structure.
FIG. 17 is a diagram for explaining the arrangement of detection / drive circuits of a memory device having a simple matrix structure;
FIG. 18 is a diagram for explaining a memory device having a simple matrix structure and a layer structure in the prior art.
19 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a memory device according to Example 5. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Substrate
11 X direction linear electrode
12 Memory layer
13 Y-direction linear electrode
14, 16, 17 Insulating layer
15 layer selection electrode
100 memory layers
101 Detection / Drive circuit
200, 201, 301-309, A, B, C Memory cells
Claims (12)
各メモリ層はX方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造となっており、
積層したメモリ層のうち複数層に関して、X方向もしくはY方向の少なくとも一方の線状電極は前記複数層間で短絡しており、他方の線状電極は前記複数層間で独立して電圧印加可能に構成されていることを特徴とするメモリデバイス。A memory device in which memory layers are stacked,
Each memory layer has a simple matrix structure in which memory cells are formed at the intersections of the X direction linear electrodes and the Y direction linear electrodes.
Regarding a plurality of stacked memory layers, at least one of the linear electrodes in the X direction or the Y direction is short-circuited between the plurality of layers, and the other linear electrode is configured such that a voltage can be applied independently between the plurality of layers. A memory device characterized by being made.
X方向線状電極とY方向線状電極の交差位置にメモリセルが形成される単純マトリクス構造のメモリ層を積層する工程と、
積層したメモリ層のうち複数層に関して、X方向もしくはY方向の少なくとも一方の線状電極を前記複数層間で短絡する工程とを備えていることを特徴とするメモリデバイスの製造方法。A method of manufacturing a memory device in which memory layers are stacked,
Laminating a memory layer having a simple matrix structure in which memory cells are formed at intersections of the X-direction linear electrodes and the Y-direction linear electrodes;
And a step of short-circuiting at least one of the linear electrodes in the X direction or the Y direction between the plurality of layers with respect to a plurality of the stacked memory layers.
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