KR100723569B1 - Phase change memory device - Google Patents

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Abstract

상 변화 메모리 장치는 반도체 기판; 반도체 기판 위에 적층되어 있는 복수개 셀 어레이들 - 각각의 셀 어레이는 메모리 셀들의 상 변화에 의해 판정되는 저항 값들을 데이터로서 저장하기 위해 행렬 방식으로 정렬되어 있는 메모리 셀들, 행렬의 제1 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 일단들을 공통적으로 접속시키는 비트 라인들, 및 행렬의 제2 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 타단들을 공통적으로 접속시키는 워드 라인들을 가짐 - ; 상기 반도체 기판 상의 상기 셀 어레이들 하부에 형성되어 있고, 셀 어레이들의 데이터를 판독하고 기입하기 위한 판독/기입 회로; 셀 어레이들의 셀 레이아웃 영역을 정의하는 제1 방향의 제1 및 제2 경계들 외측에 배치되어, 셀 어레이들의 비트 라인들을 각각 판독/기입 회로에 접속시키기 위한 제1 및 제2 수직 배선들; 및 셀 어레이들의 셀 레이아웃 영역을 정의하는 제2 방향의 제3 및 제4 경계들 중 하나의 외측에 배치되어, 셀 어레이들의 워드 라인들을 각각 판독/기입 회로에 접속시키기 위한 제3 수직 배선들을 가진다.The phase change memory device includes a semiconductor substrate; A plurality of cell arrays stacked on a semiconductor substrate, each cell array being aligned in a first direction of the matrix, memory cells arranged in a matrix to store, as data, resistance values determined by the phase change of the memory cells Bit lines for commonly connecting one ends of the plurality of memory cells, and word lines for commonly connecting the other ends of the plurality of memory cells aligned in a second direction of the matrix; A read / write circuit formed below the cell arrays on the semiconductor substrate, for reading and writing data of the cell arrays; First and second vertical wires disposed outside first and second boundaries in a first direction defining a cell layout area of the cell arrays, for connecting bit lines of the cell arrays to a read / write circuit, respectively; And third vertical wires disposed outside one of the third and fourth boundaries in the second direction defining the cell layout area of the cell arrays, for connecting the word lines of the cell arrays to the read / write circuit, respectively. .

셀 어레이, 메모리 셀, 워드 라인, 비트 라인, 적층, 판독/기입 회로, 수직 배선, 상 변화, 칼코겐화물 Cell Arrays, Memory Cells, Word Lines, Bit Lines, Stacking, Read / Write Circuits, Vertical Wiring, Phase Changes, Chalcogenides

Description

상 변화 메모리 장치 {PHASE CHANGE MEMORY DEVICE}Phase change memory device {PHASE CHANGE MEMORY DEVICE}

본 발명은, 메모리 재료의 결정 상태와 비결정 상태간의 상 변화로 인해 결정되는 저항 값을 정보로서 비휘발성 방식으로 저장하는 전기적 재기입이 가능한 상 변화 메모리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electrically rewritable phase change memory device that stores, as information, a resistance value determined due to a phase change between a crystalline state and an amorphous state of a memory material as information.

업계에서는, EEPROM 플래시 메모리들이 대용량, 다기능의 비휘발성 반도체 메모리들로서 공지되어 있다. 이러한 종류의 반도체 메모리들에서는, 메모리 평면에 최소 가공 치수 100nm 이하의 미세화된 회로들을 실현해 왔다. 메모리 용량을 추가적으로 증가시키기 위해서는, 단위 면적에서의 셀 수를 증가시키기 위한 추가적인 미세화가 필요하다. 그러나, 추가적인 미세화를 진척시키기는 쉽지 않다. In the industry, EEPROM flash memories are known as large capacity, multifunctional nonvolatile semiconductor memories. In this kind of semiconductor memories, miniaturized circuits with a minimum processing dimension of 100 nm or less in the memory plane have been realized. To further increase the memory capacity, further refinement is needed to increase the number of cells in the unit area. However, it is not easy to progress further refinement.

예를 들어, 복수개 메모리 칩들을 적층식으로 조립하거나 실리콘 기판 상부에 적층된 메모리 셀 어레이들을 갖춘 3-차원 메모리 칩을 형성하는 것 등과 같이, 미세화를 진척시키지 않으면서 메모리 용량을 증가시키기 위한 몇가지 접근 방법들이 조사되어 왔다. 그러나, 기존에 제안된 셀 어레이 적층 방법들은 평판형 셀 어레이들이 단순히 적층되는 방식이다. 이런 경우, N개의 레이어들을 적층하는 것에 의해 N배의 용량을 얻을 수는 있지만, 셀 액세스들은 개개의 셀 어레이들에 대해 독립적으로 수행되어야 한다. 따라서, 한번에 복수개 셀 어레이들에 액세스하기는 쉽지 않다. Some approaches to increasing memory capacity without advancing miniaturization, for example, assembling a plurality of memory chips in a stack or forming a three-dimensional memory chip with memory cell arrays stacked on top of a silicon substrate. Methods have been investigated. However, the conventionally proposed cell array stacking methods are simply stacking planar cell arrays. In this case, N times capacity can be obtained by stacking N layers, but cell accesses must be performed independently for individual cell arrays. Thus, accessing a plurality of cell arrays at one time is not easy.

미래의 발전된 차세대 메모리 기술로서, 칼로겐화물-기반 유리 물질의 결정과 비결정 상태들간의 상 전이를 이용하는 상 변화 메모리가 제안되어 왔다(예를 들어, Kasuya Nakayama 등의 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) PP. 6157-6161 Part 1, NO. 11, November 2000 "Submicron Nonvolatile Memory Cell Based on Reversible Phase Transition in Chalcogenide Glasses" 참고). 이런 유형의 메모리는, 칼코겐화물의 결정 상태에 대한 비결정 상태의 저항비가 100:1 이상으로 커서 이처럼 상이한 저항 값 상태들을 정보로서 저장할 수 있다는 사실을 이용한다. 이러한 상 변화는 가역적이고, 어떤 변화도 가열 방식을 적절하게 설계하는 것에 의해 제어될 수 있는데, 이 경우, 가열 기술은 재료를 통과하는 전류량에 의해 제어될 수 있다. As future advanced next-generation memory technologies, phase change memory has been proposed that utilizes phase transitions between the crystallized and amorphous states of the chalcide-based glass material (see, for example, Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) PP. 6157-6161 Part 1, NO. 11, November 2000 "Submicron Nonvolatile Memory Cell Based on Reversible Phase Transition in Chalcogenide Glasses". This type of memory takes advantage of the fact that the resistance ratio of the amorphous state to the crystalline state of the chalcogenide is greater than 100: 1 so that such different resistance value states can be stored as information. This phase change is reversible and any change can be controlled by properly designing the heating scheme, in which case the heating technique can be controlled by the amount of current passing through the material.

이러한 상 변화 메모리의 용량을 증가시키기 위해, 그것의 셀 어레이 및 판독/기입 회로를 통합적으로 형성하는 방법이 중요한 기술 쟁점이 되고 있다. 또한, 고속 데이터 입/출력을 수행할 수 있는 판독/기입 회로를 설계하는 방법 또한 중요한 기술 쟁점이다. In order to increase the capacity of such phase change memory, a method of integrating its cell array and read / write circuit has become an important technical issue. In addition, how to design read / write circuits capable of high-speed data input / output is also an important technical issue.

본 발명을 구현하는 일 모드에 따른 상 변화 메모리 장치는,A phase change memory device according to one mode embodying the present invention,

반도체 기판;Semiconductor substrates;

반도체 기판 상부에 적층되어 있는 복수개 셀 어레이들 - 각각의 셀 어레이는 메모리 셀들의 상 변화에 의해 판정되는 저항 값들을 데이터로서 저장하기 위해 행렬 방식으로 정렬되어 있는 메모리 셀들, 행렬의 제1 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 일단들을 공통적으로 접속시키는 비트 라인들, 및 행렬의 제2 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 타단들을 공통적으로 접속시키는 워드 라인들을 가짐 - ; A plurality of cell arrays stacked on top of the semiconductor substrate, each cell array arranged in a matrix manner to store, as data, resistance values determined by the phase change of the memory cells, aligned in a first direction of the matrix Bit lines for commonly connecting one ends of the plurality of memory cells, and word lines for commonly connecting the other ends of the plurality of memory cells aligned in a second direction of the matrix;

반도체 기판상의 셀 어레이들 하부에 형성되어 있고, 셀 어레이들의 데이터를 판독하고 기입하기 위한 판독/기입 회로; A read / write circuit formed below the cell arrays on the semiconductor substrate, the read / write circuit for reading and writing data of the cell arrays;

셀 어레이들의 셀 레이아웃 영역을 정의하는 제1 방향의 제1 및 제2 경계들 외측에 배치되어, 셀 어레이들의 비트 라인들을 판독/기입 회로에 각각 접속시키기 위한 제1 및 제2 수직 배선들; 및 First and second vertical wires disposed outside first and second boundaries in a first direction defining a cell layout area of the cell arrays, for connecting bit lines of the cell arrays to a read / write circuit, respectively; And

셀 어레이들의 셀 레이아웃 영역을 정의하는 제2 방향의 제3 및 제4 경계들 중 하나의 외측에 배치되어, 셀 어레이들의 워드 라인들을 각각 판독/기입 회로에 접속시키기 위한 제3 수직 배선들을 가진다. It is disposed outside one of the third and fourth boundaries in the second direction defining the cell layout area of the cell arrays, and has third vertical wires for connecting the word lines of the cell arrays to the read / write circuit, respectively.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어레이의 등가 회로이다. 1 is an equivalent circuit of a cell array according to an embodiment of the present invention.

도 2는 4-레이어 적층형 셀 어레이들의 평면도이다. 2 is a plan view of a four-layer stacked cell array.

도 3은 메모리 셀에 쇼트키(Schottky) 다이오드가 사용되는 경우에 도 2의 라인 I-I'을 따라 취해진 단면도이다. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG. 2 when a Schottky diode is used in the memory cell.

도 4는 메모리 셀에 PN 접합 다이오드가 사용되는 경우에 도 2의 라인 I-I'을 따라 취해진 단면도이다. 4 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG. 2 when a PN junction diode is used in the memory cell.

도 5는 셀 어레이의 3차원 등가 회로이다. 5 is a three-dimensional equivalent circuit of a cell array.

도 6은 셀 블록들과 그것의 판독/기입 회로간의 레이아웃 관계를 나타내는 투시도이다. 6 is a perspective view showing the layout relationship between cell blocks and their read / write circuits.

도 7은 비트 라인들과 판독/기입 회로간의 상호 접속 관계를 나타내는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view illustrating an interconnection relationship between bit lines and a read / write circuit.

도 8은 워드 라인들과 판독/기입 회로간의 관계를 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view showing a relationship between word lines and a read / write circuit.

도 9는 4-레이어 적층형 셀 어레이들의 단위 구성(unit configuration)을 나타내는 도면이다. FIG. 9 is a diagram illustrating a unit configuration of four-layer stacked cell arrays.

도 10은 판독/기입 회로의 레이아웃을 나타낸다. 10 shows the layout of the read / write circuit.

도 11은 워드 라인 선택 회로 부분을 나타내는 도면이다.11 is a diagram illustrating a word line selection circuit portion.

도 12는 비트 라인 선택 회로 부분을 나타내는 도면이다.12 is a diagram illustrating a portion of a bit line selection circuit.

도 13은 워드 라인 선택 회로 부분과 비트 라인 선택 회로 부분의 레이아웃을 나타내는 도면이다. 13 is a diagram showing a layout of a word line selection circuit portion and a bit line selection circuit portion.

도 14는 비트 라인 형성 공정을 나타내는 투시도이다. 14 is a perspective view illustrating a bit line forming process.

도 15는 메모리 셀 형성 공정을 나타내는 투시도이다. 15 is a perspective view showing a memory cell forming process.

도 16은 워드 라인 형성 공정을 나타내는 투시도이다. 16 is a perspective view showing a word line forming process.

도 17A 내지 도 17C는 워드 라인 형성 공정을 세부적으로 나타내는 단면도들이다. 17A to 17C are cross-sectional views illustrating a word line forming process in detail.

도 18은 판독/기입 회로 및 셀 어레이의 커패시터와 다이오드 관계를 나타내는 단면도이다. 18 is a cross-sectional view showing a capacitor and diode relationship of a read / write circuit and a cell array.

도 19는 비트 라인에 인가되는 부논리 기입 펄스를 발생시키기 위한 기입 펄스 발생 회로를 나타내는 도면이다. 19 is a diagram illustrating a write pulse generation circuit for generating a negative logic write pulse applied to a bit line.

도 20은 기입 펄스 발생 회로의 설명을 위한 운용 파형들(operational wave forms)을 나타내는 도면이다. FIG. 20 is a diagram illustrating operational wave forms for the description of the write pulse generation circuit.

도 21은 동시에 활성화된 2개 셀 어레이들에 대한 기입 펄스 발생 회로의 입/출력 관계를 나타내는 도면이다. FIG. 21 is a diagram illustrating an input / output relationship of a write pulse generation circuit for two cell arrays activated at the same time.

도 22는 도 21의 입력 논리 펄스들을 발생시키기 위한 논리 펄스 발생 회로이다. FIG. 22 is a logic pulse generation circuit for generating the input logic pulses of FIG. 21.

도 23은 2쌍의 셀들에 대한 기입 펄스들의 파형들을 나타낸다. 23 shows waveforms of write pulses for two pairs of cells.

도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 후술할 것이다. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

도 1은, 3×3 셀 행렬에 관한, 일 실시예에 따른 상 변화 메모리의 셀 어레이를 나타낸다. 복수개 워드 라인들(WL)이 평행하게 제공되고, 복수개 비트 라인들(BL)이 워드 라인들(WL)과 교차하는 방향으로 제공된다. 메모리 셀들(MC)은 이러한 라인들의 개개의 교차점들에 배치된다. 메모리 셀(MC)은 가변 저항 소자(VR) 및 다이오드(SD)의 직렬-접속 회로이다. 가변 저항 소자(VR)는 칼로겐화물로 형성되고 결정과 비결정 상태들간의 상 전이로 인해 결정되는 저항 값을 2진 데이터로서 비휘발성 방식으로 저장하도록 동작할 수 있다. 이 실시예에서, 다이오드(SD)는 쇼트키 다이오드인 것이 바람직한 경우일 수 있지만, 다른 방법으로, PN-접합 다이오드가 사용될 수도 있다. 메모리 셀(MC)의 일단은 비트 라인(BL)에 접속되고, 타단은 워드 라인(WL)에 접속된다. 본 도면에서는, 다이오드(SD)가, 워드 라인(WL) 측이 양극이도록 배치되어 있지만, 여기에서 필요한 것은 워드 라인(WL) 대 비트 라인(BL)의 전위 관계에 기초해 셀 선택성을 획득하는 것이기 때문에, 다이오드(SD)의 극성을 반전시킬 수도 있다. Figure 1 shows a cell array of a phase change memory according to one embodiment, relating to a 3x3 cell matrix. A plurality of word lines WL are provided in parallel, and a plurality of bit lines BL are provided in a direction crossing the word lines WL. Memory cells MC are disposed at individual intersections of these lines. The memory cell MC is a series-connection circuit of the variable resistance element VR and the diode SD. The variable resistance element VR may be operable to store a resistance value formed of a chalcogenide and determined due to a phase transition between crystal and amorphous states as binary data in a nonvolatile manner. In this embodiment, it may be the case that the diode SD is a Schottky diode, but alternatively, a PN-junction diode may be used. One end of the memory cell MC is connected to the bit line BL, and the other end is connected to the word line WL. In this figure, the diode SD is arranged so that the word line WL side is an anode, but what is needed here is to obtain cell selectivity based on the potential relationship between the word line WL and the bit line BL. Therefore, the polarity of the diode SD can be reversed.

상술된 바와 같이, 데이터는 각 메모리 셀(MC)의 저항 소자(VR)에 대한 저항 값의 의미로서 저장된다. 예를 들어, 비-선택 상태에서, 모든 워드 라인들(WL)은 "L" 레벨로 설정되는 한편, 모든 비트 라인들(BL)은 "H" 레벨로 설정된다. 일례로, "H" 레벨은 1.8V이고 "L" 레벨은 0V이다. 이러한 비선택 상태에서, 모든 메모리 셀들(MC)의 다이오드들(SD)은 역-바이어스 상태이고, 따라서 오프-상태이므로, 저항 소자들(VR)에 전류가 흐르지 않는다. 점선으로 둘러싸여 있는, 도 1의 셀 어레이 중 중심에 배치되어 있는 메모리 셀(MC)을 선택하는 경우를 고려하면, 선택된 워드 라인(WL)은 "H"인 한편 선택된 비트 라인(BL)은 "L"로 설정된다. 그에 의해, 선택된 셀에서는, 다이오드(SD)가 순-바이어스 상태가 되어 전류가 흐를 수 있다. As described above, the data is stored as meaning of the resistance value for the resistance element VR of each memory cell MC. For example, in the non-selection state, all word lines WL are set to the "L" level, while all bit lines BL are set to the "H" level. In one example, the "H" level is 1.8V and the "L" level is 0V. In this non-selected state, the diodes SD of all the memory cells MC are in a reverse-biased state and thus off-state, so that no current flows in the resistance elements VR. Considering the case of selecting the memory cell MC disposed at the center of the cell array of FIG. 1 surrounded by a dotted line, the selected word line WL is "H" while the selected bit line BL is "L". Is set to ". Thereby, in the selected cell, the diode SD is in a forward-biased state and current can flow.

이때 선택된 셀을 흐르는 전류량은 저항 소자(VR)를 구성하는 칼코겐화물의 상에 의해 결정되므로, 전류량이 큰지 아니면 작은지의 여부를 검출하는 것에 의해 2개-값 또는 2진 데이터를 판독할 수 있다. 일례로써, 판독 모드에서의 전위보다, 선택된 워드 라인의 "H" 레벨 전위를 더 높이거나 선택된 비트 라인의 "L" 레벨 전위를 더 낮추는 것에 의해 전류량을 증가시킨 다음 이러한 전류로 인한 셀 부분의 가열을 이용해 저항 소자(VR)의 칼코겐화물에서 상 전이를 발생시킬 수도 있다는 것에 주의한다. 이와 같이, 셀 어레이의 특정 셀을 선택한 다음 그 셀의 정보를 재기입할 수 있다. At this time, since the amount of current flowing through the selected cell is determined by the phase of the chalcogenide constituting the resistance element VR, two-value or binary data can be read by detecting whether the amount of current is large or small. . As an example, increasing the amount of current by raising the "H" level potential of the selected word line or lowering the "L" level potential of the selected bit line more than the potential in the read mode, and then heating the cell portion due to this current. Note that it is also possible to generate a phase transition in the chalcogenide of the resistive element VR using. In this manner, a specific cell of the cell array may be selected and information of the cell may be rewritten.

이런 식으로, 이 실시예의 셀에서는, 단지 하나의 워드 라인(WL) 및 하나의 비트 라인(BL)에 대한 전위 레벨을 설정하는 것에 의해 액세스가 수행될 수 있다. 셀 선택을 위해 트랜지스터가 제공되는 경우에는, 셀 어레이내에 트랜지스터의 게이트를 선택하기 위한 신호 라인이 필요하지만, 이 실시예에서는 이러한 신호 라인이 불필요하다. 또한, 다이오드들이 본질적으로 트랜지스터들보다 구조가 단순하다는 측면에서, 단순한 다이오드 구조의 이점과 함께, 셀 어레이는 필요한 신호 라인 수의 감소로 인해 구성이 좀더 단순해짐으로써, 셀들의 더 높은 집적도를 실현할 수 있다. In this way, in the cell of this embodiment, access can be performed by setting the potential levels for only one word line WL and one bit line BL. If a transistor is provided for cell selection, a signal line for selecting the gate of the transistor in the cell array is required, but this signal line is unnecessary in this embodiment. In addition, in terms of diodes inherently simpler than transistors, in addition to the advantages of a simple diode structure, a cell array is simpler in configuration due to the reduction in the number of signal lines needed, thereby enabling higher integration of cells. have.

기본적인 셀 어레이 구성이 상술되었지만, 반도체 기판 상부에 복수개 셀 어레이들이 적층되는 3-차원 셀 어레이 구조가 이 실시예에 이용될 수도 있다. 이와 같은 3-차원 셀 어레이가 후술될 것이다. Although the basic cell array configuration has been described above, a three-dimensional cell array structure in which a plurality of cell arrays are stacked on top of a semiconductor substrate may be used in this embodiment. Such a three-dimensional cell array will be described later.

도 2 및 도 3은 4-레이어 적층형 셀 어레이들(MAO 내지 MA3)을 포함하는 3-차원(3D) 셀 어레이의 레이아웃 및 그것의 I-I' 라인에 따른 단면을 나타낸다. 이들 도면들에서는, 개개의 셀 어레이들의 동일한 부분들 또는 컴포넌트들에 동일한 참조 번호들이 사용되는데, 참조 번호들은 거기에 "a", "b"의 접미사를 부가하는 것에 의해 셀 어레이들 사이에서 구별될 뿐만 아니라, "ab", "bc" 및 "cd"의 접미사들을 추가하는 것에 의해 2개의 셀 어레이들 각각의 공유 부분들 사이에서도 구별될 수 있다. 2 and 3 show the layout of a three-dimensional (3D) cell array comprising four-layer stacked cell arrays (MAO to MA3) and a cross section along its II ′ line. In these figures, the same reference numbers are used for the same parts or components of the individual cell arrays, which reference numbers are to be distinguished between the cell arrays by adding suffixes of "a" and "b" thereto. In addition, by adding the suffixes of "ab", "bc" and "cd" it can also be distinguished between the shared portions of each of the two cell arrays.

실리콘 기판(10)을 실리콘 이산화물 막과 같은 절연막으로 덮는다. 기판 상부에는, 복수개 비트 라인들(BL;12a)이 서로 평행하게 배열되어 있다. 기둥형 메모리 셀들(MC)이 각각의 비트 라인(12a)상에 정렬되는데, 기둥형 메모리 셀들(MC) 각각은 칼로겐화물 레이어(13a)로 이루어진 가변 저항 장치(VR) 및 그 위에 적층되어 있는 쇼트키 다이오드(SD)를 가진다. 메모리 셀들(MC)의 상단들(upper ends)을 공통적으로 접속시키기 위해 비트 라인들(12a)에 수직인 방향으로 워드 라인들(WL;18ab)이 형성됨으로써, 제1 셀 어레이(MAO)가 형성된다. The silicon substrate 10 is covered with an insulating film such as a silicon dioxide film. On the substrate, a plurality of bit lines BL 12a are arranged in parallel with each other. The columnar memory cells MC are arranged on each bit line 12a, each of which has a variable resistance device VR made of a chalcogenide layer 13a and stacked thereon. It has a Schottky diode (SD). Word lines WL 18ab are formed in a direction perpendicular to the bit lines 12a to commonly connect upper ends of the memory cells MC, thereby forming a first cell array MAO. do.

세부적으로, 메모리 셀들(MC)은, 칼코겐화물(13a), 저항 전극(14a), n+-형 실리콘 레이어(15a) 및 n-형 실리콘 레이어(16a)의 적층 레이어들을 패터닝(patterning)하는 것에 의해 형성된다. 층간 유전막(17)이 셀 어레이(MAO)를 평판화하기 위해 메모리 셀들(MC) 주위에 매입된다. In detail, the memory cells MC may pattern the stacked layers of the chalcogenide 13a, the resistance electrode 14a, the n + -type silicon layer 15a and the n-type silicon layer 16a. It is formed by. An interlayer dielectric layer 17 is embedded around the memory cells MC to planarize the cell array MAO.

좀더 바람직한 쇼트키 다이오드를 형성하기 위해, 워드 라인(18ab) 이외에 n-형 실리콘 레이어(16a)로의 쇼트키 접촉을 위한 금속막이 형성될 수도 있다는 것을 알 수 있어야 한다. In order to form a more desirable Schottky diode, it should be appreciated that a metal film for Schottky contact to n-type silicon layer 16a may be formed in addition to word line 18ab.

제1 메모리 셀 어레이(MA0)와 워드 라인들(WLO;18ab)을 공유하도록 제2 메모리 셀 어레이(MA1)가 형성된다. 세부적으로, n-형 실리콘 막(16b), n+-형 실리콘 막(15b), 저항 전극(14b) 및 칼코겐화물(13b)의 적층 막들을 패터닝하는 것에 의해 형성되는 기둥형 메모리 셀들(MC)이 각각의 워드 라인(18ab)상에 배열되는데, 기둥형 메모리 셀들(MC) 각각은 쇼트키 다이오드(SD) 및 그 위에 적층되어 있는 칼코겐화물 레이어(13b)를 가진다. 셀 레이아웃은 제1 셀 어레이(MAO)의 레이아웃과 동일하다. 워드 라인(18ab)과 n-형 실리콘(16b) 사이에 쇼트키 접합이 형성된다. 비트 라인들(BL1;12ab)은 워드 라인들(18ab)에 수직인 방향을 따라 배열되어 있는 칼코겐화물 레이어들(13b)을 공동 접속시키도록 패터닝된다. 셀 어레이(MA1)를 평판화 하기 위해 메모리 셀들(MC) 주위에 층간 절연막(19)이 매입된다. The second memory cell array MA1 is formed to share the word lines WLO 18ab with the first memory cell array MA0. Specifically, columnar memory cells MC formed by patterning stacked films of n-type silicon film 16b, n + -type silicon film 15b, resistive electrode 14b, and chalcogenide 13b. ) Is arranged on each word line 18ab, each of the columnar memory cells MC having a Schottky diode SD and a chalcogenide layer 13b stacked thereon. The cell layout is the same as that of the first cell array MAO. A Schottky junction is formed between the word line 18ab and the n-type silicon 16b. Bit lines BL1 12ab are patterned to jointly connect chalcogenide layers 13b arranged along a direction perpendicular to word lines 18ab. An interlayer insulating layer 19 is embedded around the memory cells MC to planarize the cell array MA1.

제3 및 제4 셀 어레이들(MA2 및 MA3)의 적층 구조가 제1 및 제2 셀 어레이들(MAO 및 MA1)과 유사하게 주기적으로 형성된다. 비트 라인들(BL1;12bc)은 제2 셀 어레이(MA1)와 제3 셀 어레이(MA2) 사이에서 공유된다. 제3 셀 어레이(MA2)와 제4 셀 어레이(MA3)는 서로 워드 라인들(WL1;18cd)을 공유한다. 최하부 셀 어레이(MA0)의 비트 라인들(BLO;12a)과 최상부 셀 어레이(MA3)의 비트 라인들(BL3;12d)은, 각각, 독립적으로 준비된다. A stack structure of the third and fourth cell arrays MA2 and MA3 is periodically formed similarly to the first and second cell arrays MAO and MA1. The bit lines BL1 12bc are shared between the second cell array MA1 and the third cell array MA2. The third cell array MA2 and the fourth cell array MA3 share word lines WL1 18cd. The bit lines BLO 12a of the lowermost cell array MA0 and the bit lines BL3 12d of the uppermost cell array MA3 are each prepared independently.

상술된 바와 같이, 메모리 셀(MC)을 구성하기 위해, 쇼트키 다이오드 대신에 PN 접합 다이오드가 사용될 수도 있다. 도 3에 대응하여, PN 접합 다이오드들(Di)을 가진 또 하나의 3D 셀 어레이가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 비트 라인들과 워드 라인들 사이에 배열되어 있는 메모리 셀들 각각에서, n-형 실리콘 레이어(25)와 p-형 실리콘 레이어(26)로 PN 접합 다이오드(Di)가 형성된다. 나머지는 도 3과 유사하다. As described above, to configure the memory cell MC, a PN junction diode may be used instead of the Schottky diode. Corresponding to FIG. 3, another 3D cell array with PN junction diodes Di is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, in each of the memory cells arranged between the bit lines and the word lines, a PN junction diode Di is formed of the n-type silicon layer 25 and the p-type silicon layer 26. do. The rest is similar to FIG. 3.

도 5는 상술된 바와 같이 형성된 3D 셀 어레이의 3-차원 등가 회로를 나타낸다. 비트 라인들의 상호 간섭을 방지하기 위해, 2개의 비트 라인들은 각각 하나의 쌍을 구성하고, 또 하나의 비트 라인이 한 쌍의 비트 라인들 사이에 배치된다. BL00, /BL00, BL01, /BL01, ...은 제1 셀 어레이(MA0)의 비트 라인 쌍들이고; BL10, /BL10, BL11, /BL11, ...는 제1 및 제3 셀 어레이(MA1 및 MA2) 사이의 공유 비트 라인 쌍들이며; BL20, /BL20, BL21, /BL21, ...은 제3 및 제4 셀 어레이(MA2 및 MA3) 사이의 공유 비트 라인 쌍들이다. 또한, WLO(WLOO, WL01, ...)는 제1 및 제2 셀 어레이들(MA0 및 MA1) 사이의 공유 워드 라인들이고; WL1(WL10, WL11, ...)은 제3 및 제4 셀 어레이들(MA2 및 MA3) 사이의 공유 워드 라인들이다. 5 shows a three-dimensional equivalent circuit of a 3D cell array formed as described above. In order to prevent mutual interference of the bit lines, two bit lines each constitute one pair, and another bit line is disposed between the pair of bit lines. BL00, / BL00, BL01, / BL01, ... are bit line pairs of the first cell array MA0; BL10, / BL10, BL11, / BL11, ... are shared bit line pairs between the first and third cell arrays MA1 and MA2; BL20, / BL20, BL21, / BL21, ... are shared bit line pairs between the third and fourth cell arrays MA2 and MA3. In addition, WLO (WLOO, WL01, ...) are shared word lines between the first and second cell arrays MA0 and MA1; WL1 (WL10, WL11, ...) are shared word lines between the third and fourth cell arrays MA2 and MA3.

다수의 상-변화 메모리 셀들이 집적되어 있는 상술된 3D 셀 어레이에서, 셀 특징들의 변동(variation)은 문제를 일으킨다. 세부적으로, 칼코겐화물의 상-전이를 사용하는 셀의 데이터 상태는 그것의 이력, 환경 등으로 인해 달라진다. 예를 들어, 데이터 "0"(높은 저항 상태)는 칼코겐화물 레이어를 비결정-풍부 상태화하는 것에 의해 기입되는 반면, 데이터 "1"(낮은 저항 상태)은 칼코겐화물 레이어를 결정-풍부 상태화하는 것에 의해 기입된다. 이 경우, 개개의 셀들의 초기 상태들은 그것의 이력들 및 위치들로 인해 서로 상이하다. In the above-described 3D cell array in which a plurality of phase-change memory cells are integrated, variation in cell characteristics causes a problem. Specifically, the data state of a cell using the phase-transition of chalcogenide varies due to its history, environment, and the like. For example, data "0" (high resistance state) is written by amorphous-rich state chalcogenide layer, while data "1" (low resistance state) is crystal-rich state chalcogenide layer. It is filled in by making a speech. In this case, the initial states of the individual cells differ from each other due to their histories and positions.

상술된 관점들을 고려하여, 이 실시예에서는, 인접하게 배치된 2개의 셀들이, 데이터 "0"가 하나의 셀에 저장되고 데이터 "1"이 다른 셀에 저장되는 방식으로, 상보적 데이터를 저장하기 위한 하나의 셀 쌍을 구성한다. 판독 동작은, 하나의 쌍을 구성하는 2개 셀들의 셀 전류들간의 차이를 검출하는 것에 의해 수행된다. 이런 방법을 사용하는 것에 의해, 전체적인 3D 셀 어레이의 높은 저항 상태 분포와 낮은 저항 상태 분포간에 부분적인 중첩이 존재하는 경우라 하더라도, 셀 데이터를 정확하게 판독/기입할 수 있다. In view of the above-described aspects, in this embodiment, two cells arranged adjacently store complementary data in such a manner that data "0" is stored in one cell and data "1" is stored in another cell. One cell pair is configured. The read operation is performed by detecting a difference between cell currents of two cells forming one pair. By using this method, even if there is a partial overlap between the high and low resistance state distributions of the entire 3D cell array, cell data can be read / written accurately.

도 5에는, 상징적으로 다음과 같은 2개의 셀 쌍들이 도시되어 있는데, 셀 어레이(MA0)의 워드 라인(WL00)을 공유하며, 한 쌍의 비트 라인들(BLO0 및 /BLOO)에, 각각, 접속되어 있는 2개 셀들은 하나의 쌍 셀을 구성하는데, 그 중 하나는 트루 셀(true cell) "T-cellO"이고 다른 하나는 상보적 셀 "C-cell0"이며, 셀 어레이(MA1)의 워드 라인(WL10)을 공유하며, 한 쌍의 비트 라인들(BL10 및 /BL1O)에, 각각, 접속되어 있는 2개 셀들은 또 하나의 쌍 셀을 구성하는데, 그 중 하나는 트루 셀(T-cell1)이고 다른 하나는 상보적 셀(C-cell1)이다. 셀들의 매 쌍들에서, 2진 데이터의 정논리값(positive logic value)은 트루 셀에 저장되고 부논리값(negative logic value)은 상보적 셀에 저장된다. 셀 어레이들(MA2 및 MA3)에서도 유사한 쌍 셀들이 선택된다. 도 5에서는, 개개의 선택 시점들에서의 셀 전류들을 화살표로써 나타낸다. In Fig. 5, two cell pairs are shown symbolically, which share the word line WL00 of the cell array MA0 and connect to a pair of bit lines BLO0 and / BLOO, respectively. Two cells constitute one pair of cells, one of which is a true cell "T-cellO" and the other of which is a complementary cell "C-cell0", and the word of the cell array MA1. Two cells that share a line WL10 and are connected to a pair of bit lines BL10 and / BL10, respectively, constitute another pair of cells, one of which is a true cell T-cell1. ) And the other is complementary cell (C-cell1). In every pair of cells, the positive logic value of the binary data is stored in the true cell and the negative logic value is stored in the complementary cell. Similar pairs of cells are selected in the cell arrays MA2 and MA3. In Fig. 5, cell currents at individual selection points are indicated by arrows.

지금까지는, 셀 어레이 구성을 설명하였다. 본 발명에서는, 셀 데이터를 판독 및 기입(또는 프로그래밍)하기 위한 판독/기입 회로가 실리콘 기판(10)상에 먼저 형성되고, 그 위에 상술된 3D 셀 어레이가 형성된다. 세부적으로, 3D 셀 어레이는 판독/기입 회로 상부에 적층된다. So far, the cell array configuration has been described. In the present invention, a read / write circuit for reading and writing (or programming) cell data is first formed on the silicon substrate 10, and the above-described 3D cell array is formed. In detail, the 3D cell array is stacked on top of the read / write circuit.

도 6은 셀 블록들(100)과 판독/기입 회로(200)의 적층 상태 및 그들 사이의 상호 접속 관계를 나타내는 개략적인 투시도이다. 각각의 셀 블록(100)은 상술된 3D 셀 어레이에 대응된다. 즉, 3D 셀 어레이는, 필요할 경우, 소정 용량의 복수개 셀 블록들(100)로 분할된다. 도 6에는, 2개의 셀 블록들(100)이 비트 라인들의 방향을 따라 배열되어 있다. 6 is a schematic perspective view showing the stacked state of the cell blocks 100 and the read / write circuit 200 and the interconnection relationship therebetween. Each cell block 100 corresponds to the 3D cell array described above. That is, the 3D cell array is divided into a plurality of cell blocks 100 having a predetermined capacity, if necessary. In FIG. 6, two cell blocks 100 are arranged along the direction of bit lines.

도 6에 나타낸 바와 같이, 셀 블록(100)의 데이터 판독 및 기입에 사용되는 판독/기입 회로(200)는 셀 블록(100) 아래에 놓여진다. 판독/기입 회로(200)는, 그것의 주된 부분이, 그 위에 셀 블록(100)이 적층되는, 기판(10)상에 설정된 직사각형의 셀 레이아웃 영역(210)내에 배치되는 상태로 형성된다. 셀 레이아웃 영역(210)은 비트 라인들 방향의 2개 경계들(Al 및 A2) 및 워드 라인 방향의 2개 경계들(B1 및 B2)에 의해 정해진다. As shown in FIG. 6, the read / write circuit 200 used for reading and writing data of the cell block 100 is placed under the cell block 100. The read / write circuit 200 is formed with its main part disposed in a rectangular cell layout area 210 set on the substrate 10 on which the cell blocks 100 are stacked. The cell layout area 210 is defined by two boundaries Al and A2 in the bit line direction and two boundaries B1 and B2 in the word line direction.

제1 셀 어레이(MA0)의 비트 라인들(BLO)의 그룹 및 제4 셀 어레이(MA3)의 비트 라인들(BL2)의 그룹은, 경계(A1)을 따라 배치되어 있는 수직 배선들(즉, 기판을 수직으로 통과하는 경로들)(101)을 통해, 제1 경계(A1) 쪽으로 인출되어, 판독/기입 회로(200)의 경계(A1)를 따라 배치되어 있는 비트 라인 선택 회로(201)에 접속된다. 제2 및 제3 셀 어레이들(MA1 및 MA2)에 의해 공유되는 비트 라인들(BL1)의 그룹은, 제2 경계(A2)를 따라 배치되어 있는 수직 배선들(102)을 통해, 제2 경계(A2) 쪽으로 인출되어, 판독/기입 회로(200)의 경계(A2)를 따라 배치되어 있는 다른 비트 라인 선택 회로(202)에 접속된다.The group of the bit lines BLO of the first cell array MA0 and the group of the bit lines BL2 of the fourth cell array MA3 may be arranged along the boundary A1 (ie, vertical lines). Through the paths 101 vertically passing through the substrate, to the bit line selection circuit 201 which is drawn towards the first boundary A1 and is arranged along the boundary A1 of the read / write circuit 200. Connected. The group of bit lines BL1 shared by the second and third cell arrays MA1 and MA2 is connected to the second boundary through the vertical lines 102 disposed along the second boundary A2. It is drawn out toward (A2) and connected to another bit line selection circuit 202 disposed along the boundary A2 of the read / write circuit 200.

비트 라인들(BL0 및 BL2)이 수직 배선들(101)을 통해 동일한 쪽으로 인출되어 비트 라인 선택 회로(201)에 공통적으로 접속되는 이유는, 이들 그룹의 비트 라인들은 동시에 활성화되지 않는다는 사실 때문이다. 세부적으로, 셀 어레이들(MAO 및 MAl)은, 이들이 워드 라인들(WL0)을 공유하기 때문에 동시에 활성화된다. 이와 유사하게, 셀 어레이들(MA2 및 MA3)은, 이들이 워드 라인들(WL1)을 공유하기 때문에 동시에 활성화된다. 그러나, 셀 어레이들(MA2 및 MA3)은 비트 라인들(BL1)을 공유하므로, 하부 셀 어레이들(MAO, MA1)과 상부 셀 어레이들(MA2, MA3)이 동시에 활성화되지 않는다. 비트 라인 선택 회로(201, 202)는 비트 라인 디코더들/멀티플렉서들(BL-DEC/MUX)을 포함한다.The reason that the bit lines BL0 and BL2 are drawn to the same side through the vertical lines 101 and commonly connected to the bit line select circuit 201 is due to the fact that the bit lines of these groups are not activated at the same time. In detail, the cell arrays MAO and MAl are activated simultaneously because they share word lines WL0. Similarly, cell arrays MA2 and MA3 are simultaneously activated because they share word lines WL1. However, since the cell arrays MA2 and MA3 share the bit lines BL1, the lower cell arrays MAO and MA1 and the upper cell arrays MA2 and MA3 are not simultaneously activated. The bit line selection circuits 201 and 202 include bit line decoders / multiplexers BL-DEC / MUX.

워드 라인들(WL0 및 WL1)은, 각각, 경계(B1)를 따라 배치되어 있는 수직 배선들(103 및 104)을 통해, 제3 경계(B1) 쪽으로 인출되어, 판독/기입 회로(200)의 경계(B1)를 따라 배치되어 있는 워드 라인 선택 회로(208)에 접속된다. 워드 라인 선택 회로(208)는 워드 라인 디코더들/멀티플렉서들(WL-DEC/MUX)을 가진다. The word lines WL0 and WL1 are drawn out toward the third boundary B1 through the vertical lines 103 and 104 disposed along the boundary B1, respectively, to form the read / write circuit 200. The word line selection circuit 208 is arranged along the boundary B1. The word line select circuit 208 has word line decoders / multiplexers WL-DEC / MUX.

판독/기입 회로(200)의 중앙부는 글로벌 버스 영역(207)으로 동작하는데, 여기에는 I/O 데이터 라인들 및 기입 펄스 신호 라인들이 이 영역을 가로질러 워드 라인들의 방향을 따라 배치되어 있다. 이러한 글로벌 버스 영역(207)과 비트 라인 선택 회로들(201 및 202) 사이에는, 각각, 감지 증폭기 어레이들(203 및 204)이 배치되어 있다. 글로벌 버스 영역(207)에 형성된 신호 라인들은 감지 증폭기 어레이들(203 및 204)에 의해 공유된다. 감지 증폭기 어레이들(203 및 204)의 감지 증폭기들은, 각각, 로컬 버스 영역들(205 및 206)에 배치되어 있는 신호 라인들을 통해 비트 라인 선택 회로들(201 및 202)에 접속된다. 따라서, 비트 라인 선택 회로(201)에 의해 비트 라인들(BLO 또는 BL2)로부터 선택된 일부 비트 라인들이 감지 증폭기 어레이(203)에 접속된다. 마찬가지로, 비트 라인 선택 회로(202)에 의해 비트 라인들(BL1)로부터 선택된 일부 비트 라인들이 감지 증폭기 어레이(204)에 접속된다. The central portion of the read / write circuit 200 acts as a global bus region 207, in which I / O data lines and write pulse signal lines are arranged along the direction of the word lines across this region. Between this global bus region 207 and the bit line select circuits 201 and 202, sense amplifier arrays 203 and 204 are disposed, respectively. Signal lines formed in the global bus region 207 are shared by sense amplifier arrays 203 and 204. The sense amplifiers of sense amplifier arrays 203 and 204 are connected to bit line select circuits 201 and 202 via signal lines disposed in local bus regions 205 and 206, respectively. Thus, some bit lines selected from the bit lines BLO or BL2 by the bit line selection circuit 201 are connected to the sense amplifier array 203. Similarly, some bit lines selected from bit lines BL1 are connected to sense amplifier array 204 by bit line select circuit 202.

글로벌 버스 영역(207)에 배치되어 있는 I/O 데이터 라인들 및 기입 펄스 신호 라인들은 셀 레이아웃 영역(210)의 제4 경계(B2) 쪽으로 인출된다. 이 경계(B2)를 따라, 선택된 셀들에 기입 펄스들을 인가하기 위한 기입 회로(209)가 배치되어 있다. 기입 회로(209)는, 후술되는 바와 같이, 실리콘 기판(10)상에 형성된 트랜지스터 회로(209a) 및 셀 어레이 형성과 동일한 단계들을 사용해 기판 상부에 형성된 다이오드 회로(209b)를 포함한다. The I / O data lines and the write pulse signal lines arranged in the global bus area 207 are drawn out toward the fourth boundary B2 of the cell layout area 210. Along this boundary B2, a write circuit 209 for applying write pulses to selected cells is arranged. The write circuit 209 includes a transistor circuit 209a formed on the silicon substrate 10 and a diode circuit 209b formed on the substrate using the same steps as forming a cell array, as described below.

도 6을 참조하여 상술된 바와 같이, 셀 어레이의 비트 라인들 및 워드 라인은, 수직의 상호 접속 라인들(101 내지 104)을 통해, 기판(10)상에 형성된 판독/기입 회로(200)에 접속된다. 실제로, 이러한 상호 접속 라인들(101 내지 104)은 셀 어레이 주위에 형성되어 있는 층간 절연막에 매입되어 있는 접촉 플러그들(contact plugs)이다. 상호 접속 라인들의 구조적 예들이 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 도 7은 셀 어레이의 비트 라인들에 따른 단면을 통해 비트 라인들과 판독/기입 회로(200) 사이의 접속 상태를 나타낸다. 도 8은 셀 어레이의 워드 라인들에 따른 단면을 통해 워드 라인들과 판독/기입 회로(200) 사이의 접속 상태를 나타낸다. As described above with reference to FIG. 6, the bit lines and word lines of the cell array are connected to the read / write circuit 200 formed on the substrate 10 through vertical interconnect lines 101 to 104. Connected. In practice, these interconnect lines 101-104 are contact plugs embedded in an interlayer insulating film formed around the cell array. Structural examples of interconnect lines are shown in FIGS. 7 and 8. 7 shows a connection state between the bit lines and the read / write circuit 200 through the cross section along the bit lines of the cell array. 8 illustrates a connection state between the word lines and the read / write circuit 200 through the cross section along the word lines of the cell array.

도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 판독/기입 회로(200)는 필요한 트랜지스터들 및 트랜지스터들을 덮는 층간 절연막(11a)상에 형성된 금속의 상호 접속 라인들을 가진다. 판독/기입 회로(200)는 층간 절연막(11b)으로 덮이고, 그 위에 4-레이어 셀 어레이들이 형성된다. 따라서, 층간 절연막들(11a 및 11b)은 도 3 및 도 4에 나타낸 절연막(11)을 구성한다. As shown in Figs. 7 and 8, the read / write circuit 200 has necessary transistors and interconnect lines of metal formed on the interlayer insulating film 11a covering the transistors. The read / write circuit 200 is covered with an interlayer insulating film 11b, on which four-layer cell arrays are formed. Therefore, the interlayer insulating films 11a and 11b constitute the insulating film 11 shown in FIGS. 3 and 4.

도 7에 나타낸 바와 같이, 셀 레이아웃 영역(210)의 경계(A1)를 향해 인출된 비트 라인들(BLO, BL2)을 비트 라인 선택 회로(201)에 접속시키는데 사용되는 수직 배선들(101)은 층간 절연막들(17,19, 20 및 21)에 매입되어 있는 접촉 플러그들 (101a 내지 101e)로 이루어진다. 마찬가지로, 셀 레이아웃 영역의 경계(A2)를 향해 인출된 비트 라인들(BL1)을 비트 라인 선택 회로(202)에 접속시키는데 사용되는 수직 배선들(102)은 층간 절연막들(11,17 및 19)에 매입되어 있는 접촉 플러그들(102a 내지 102c)로 이루어진다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 셀 레이아웃 영역의 경계(B1)를 향해 인출된 워드 라인들(WL0)을 워드 라인 선택 회로(208)에 접속시키는데 사용되는 수직 배선들(103)은 층간 절연막들(11 및 17)에 매입되어 있는 접촉 플러그들(103a 및 103b)로 이루어진다. 워드 라인들(WL0)과 동일한 쪽으로 인출된 워드 라인들(WL1)을 워드 라인 선택 회로(208)에 접속시키는데 사용되는 수직 배선들(104)은 층간 절연막들(11, 17 및 20)에 매입되어 있는 접촉 플러들(104a 내지 104d)로 이루어진다. As shown in FIG. 7, the vertical wirings 101 used to connect the bit lines BLO and BL2 drawn out toward the boundary A1 of the cell layout region 210 to the bit line selection circuit 201 are formed. Contact plugs 101a to 101e embedded in the interlayer insulating films 17, 19, 20, and 21. Similarly, the vertical wirings 102 used to connect the bit lines BL1 drawn toward the boundary A2 of the cell layout region to the bit line selection circuit 202 are formed between the interlayer insulating films 11, 17, and 19. Contact plugs 102a to 102c embedded in the. As shown in FIG. 8, the vertical lines 103 used to connect the word lines WL0 drawn out toward the boundary B1 of the cell layout region to the word line select circuit 208 are interlayer insulating films 11. And contact plugs 103a and 103b embedded in 17). The vertical lines 104 used to connect the word lines WL1 drawn to the same side as the word lines WL0 to the word line select circuit 208 are buried in the interlayer insulating films 11, 17, and 20. Contact plugs 104a-104d.

도 7 및 도 8에서는 적층 셀 어레이들의 최하부 접촉 플러그들(101a, 102a, 103a 및 104a)이 판독/기입 회로(200)의 금속 배선들에 접속되어 있지만, 이들을 직접적으로 트랜지스터들의 소스/드레인 확산층들에 접속시킬 수도 있다. 도 7 및 도 8은, 접촉 플러그들이 비트 라인들 및 워드 라인들에 사용되는 금속막으로 형성된 일례를 나타낸다. 다음에서는, 조립 단계들을 설명할 것이다. 부가적으로, 접촉 플러그들이 비트 라인들 및 워드 라인들 또는 다결정 실리콘 막들과는 상이한 다른 금속막들로부터 형성될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 7 and 8, the bottom contact plugs 101a, 102a, 103a and 104a of the stacked cell arrays are connected to the metal wires of the read / write circuit 200, but these are directly connected to the source / drain diffusion layers of the transistors. It can also be connected to. 7 and 8 show an example in which contact plugs are formed of a metal film used for bit lines and word lines. In the following, the assembly steps will be described. Additionally, it will be appreciated that contact plugs may be formed from other metal films that are different from bit lines and word lines or polycrystalline silicon films.

도 6의 1개 셀 블록은, 예를 들어, 1개 셀 어레이를 위한 512개 비트 라인들(BL) 및 128개 워드 라인들(WL)을 포함한다. 상술된 바와 같이, 이 실시예에서는, 2개의 메모리 셀들이 1 비트 데이터를 저장한다. 이 경우, 1개 셀 블록은 256 컬 럼들(Col)×128 로우들(Row)의 메모리 공간을 가진다. 메모리 용량은 배열될 셀 블록들의 수를 증가시키는 것에 의해 증가될 수 있다. 이와 같은 대용량 메모리에서 고속 액세스를 실현하기 위해서는, 다수-비트 데이터에 대해 병렬 액세스를 수행할 필요가 있다. 예를 들어, 32-비트 병렬 액세스를 수행하기 위해서는, 1개 셀 블록이, 도 9에 나타낸 바와 같이, 워드 라인 방향의 2개 부분들로 그리고 비트 라인 방향의 32개 부분들로 분리됨으로써, 64개의 셀 유닛 UC(UCO 내지 UC63) 블록들이 획득된다. 그 결과, 각각의 셀 유닛(UC)은 32IO×4Col×4Row×4의 용량을 갖게 된다. 글로벌 버스 영역(207)에는, 6410 데이터 입/출력을 위한 데이터 라인들 및 기입 펄스 신호 라인들이 배치된다. The one cell block of FIG. 6 includes, for example, 512 bit lines BL and 128 word lines WL for one cell array. As described above, in this embodiment, two memory cells store one bit of data. In this case, one cell block has a memory space of 256 columns Col × 128 rows. The memory capacity can be increased by increasing the number of cell blocks to be arranged. In order to realize high-speed access in such a large memory, it is necessary to perform parallel access on many-bit data. For example, in order to perform 32-bit parallel access, one cell block is divided into two parts in the word line direction and 32 parts in the bit line direction, as shown in FIG. Cells unit UC (UCO to UC63) blocks are obtained. As a result, each cell unit UC has a capacity of 32IO x 4 Col x 4 Row x 4. In the global bus region 207, data lines and write pulse signal lines for 6410 data input / output are disposed.

도 10은 도 6의 1개 셀 블록(100)과 관련하여 상술된 셀 블록 구성이 사용될 경우의 판독/기입 회로(200)에 대한 개략적인 레이아웃을 나타낸다. 도 10의 오른쪽에 배치되어 있는 워드 라인 선택 회로(WL-DEC/MUX;208)상에는, 셀 블록(100)의 128×2 워드 라인들(301)로부터 각각 하나씩(즉, 상부의 하나와 하부의 하나)을 선택하기 위해 수직으로 진행하는 로우 어드레스(RA) 신호 라인들(301)이 배치되어 있다. 도 10의 왼쪽에 배치되어 있는 기입 회로(209)는, 기입 모드에서 선택된 비트 라인들에 공급되는 기입 펄스들을 출력한다. 기입 펄스들을 전달하는 기입 펄스 신호 라인들(WP;305)은 글로벌 버스 영역(207)상에 측면으로 진행하도록 배치된다. 글로벌 버스 영역(207)상의 기입 펄스 신호 라인들(305)과 평행하게, 판독 데이터가 전달되는 메인 데이터 라인들(304)이 배치되어 있다. 1개 셀 블록에서 1개 셀 유닛이 선택되고, 각 셀 유닛의 인접한 2개 계층들의 셀 데이터가 동시에 활성화된다. 따라서, 32IO×2=64IO를 위한 데이터 라인들(304)이 준비된다. FIG. 10 shows a schematic layout of the read / write circuit 200 when the cell block configuration described above in connection with the one cell block 100 of FIG. 6 is used. On the word line selection circuit WL-DEC / MUX 208 disposed on the right side of FIG. 10, one from each of the 128x2 word lines 301 of the cell block 100 (i.e., one at the top and one at the bottom). Row address (RA) signal lines 301 running vertically are arranged to select one). The write circuit 209 disposed on the left side of FIG. 10 outputs write pulses supplied to bit lines selected in the write mode. Write pulse signal lines (WP) 305 that carry the write pulses are arranged to run laterally on the global bus region 207. Parallel to the write pulse signal lines 305 on the global bus area 207, main data lines 304 are arranged to which read data is transferred. One cell unit is selected in one cell block, and cell data of two adjacent layers of each cell unit are activated at the same time. Thus, data lines 304 for 32IO x 2 = 64IO are prepared.

판독/기입 회로(200)의 하부 및 상단들에는, 각각, 비트 라인 선택 회로들(201 및 202)이 배치되고, 컬럼 어드레스(CA) 신호 라인들(302 및 303)은 개개의 영역들상에 측면으로 진행하도록 배치된다. 비트 라인 선택 회로들 중 하나, 즉, 회로(201)는 위쪽의 2개 셀 어레이들에서의 512개 비트 라인 쌍들(=64IO×4)로부터 32개 비트 라인 쌍들을 선택하고, 다른 하나는 아래쪽의 2개 셀 어레이들에서의 512개 비트 라인 쌍들로부터 32개 비트 라인 쌍들을 선택한다. 따라서, 개개의 로컬 버스 영역들(205 및 206)에는, 개개의 비트 라인 선택 회로들(201 및 202)에 의해 선택되는 비트 라인들에 기입 펄스 신호 라인들(305)의 기입 펄스들을 인가하기 위해 감지 증폭기 어레이들(203 및 204)의 영역들을 통과하는 공통적인 4-컬럼(=8 비트 라인들) 데이터를 위한 전류 통과 라인들(BP, /BP)의 4개 쌍들이 배치되어 있다. 또한, 4 컬럼 데이터를 위한 로컬 데이터 라인들(DL, /DL)의 64개 쌍들이 개개의 로컬 버스 영역들(205 및 206)상에 배치되어 있고, 이들은 감지 증폭기 어레이들(203 및 204)의 개개의 감지 증폭기들에 접속되어 있다. On the lower and upper ends of the read / write circuit 200, bit line select circuits 201 and 202 are disposed, respectively, and column address (CA) signal lines 302 and 303 are located on individual regions. It is arranged to proceed to the side. One of the bit line selection circuits, i.e. circuit 201, selects 32 bit line pairs from 512 bit line pairs (= 64IO x 4) in the upper two cell arrays, and the other 32 bit line pairs are selected from 512 bit line pairs in the two cell arrays. Thus, in the respective local bus regions 205 and 206, to apply the write pulses of the write pulse signal lines 305 to the bit lines selected by the individual bit line select circuits 201 and 202. Four pairs of current passing lines (BP, / BP) for common 4-column (= 8 bit lines) data passing through the regions of the sense amplifier arrays 203 and 204 are arranged. In addition, 64 pairs of local data lines (DL, / DL) for four column data are arranged on individual local bus regions 205 and 206, which are arranged in the sense amplifier arrays 203 and 204. It is connected to the individual sense amplifiers.

각각 도 10에서 점선으로 둘러싸여 있는, 4Row×2(=8 워드 라인들)에 접속될 일 회로부(310) 및 4 Col(=8 비트 라인들)에 접속될 또 하나의 회로부(312)가 도 11 및 도 12에, 각각, 상세하게 도시되어 있다. One circuit portion 310 to be connected to 4 Row x 2 (= 8 word lines) and another circuit portion 312 to be connected to 4 Col (= 8 bit lines), each surrounded by a dotted line in FIG. And in Figure 12, respectively.

2개의 멀티플렉서들(MUXO 및 MUX1)은, 각각, 셀 어레이들(MAO 및 MA1)에 의해 공유되는 하부 워드 라인들(WLO) 및 셀 어레이들(MA2 및 MA3)에 의해 공유되는 상부 워드 라인들(WL1)을 선택하기 위한 게이트 회로들을 선택한다. 멀티플렉서 (MUXO)로 입력되는 8개 워드 라인들은 도 9의 2개 셀 유닛들에 대한 하부 워드 라인들에 대응된다. 디코더(DEC)는 32개 셀 유닛들 중 하나를 선택하기 위한 디코드 게이트들(G;Gl, G2,...)로 이루어져 있다. 멀티플렉서(MUXO)는, 선택 신호들(S10 내지 S13)에 의해 4개 워드 라인들로부터 하나를 선택하도록 구동되는 PMOS 트랜지스터들(QP;QP11 내지 QP14, QP15 내지 QP18, ...)로 이루어진 선택 게이트 회로(401)를 가진다. 선택된 비트 라인들과 함께 셀 다이오드를 순-바이어싱하기 하기 위해, 선택된 워드 라인에는 고레벨 전압(정논리 펄스)가 인가된다. 멀티플렉서(MUX0)는, 비-선택 워드 라인들을 저레벨(Vss)로 유지하기 위한, NMOS 트랜지스터들(QN;QN11 내지 QN14, QN15 내지 QN18, ...)로 이루어진 리셋 회로(402)를 가진다. 멀티플렉서(MUX1)는 멀티플렉서(MUX0)와 유사하게 구성된다. The two multiplexers MUXO and MUX1 respectively have lower word lines WLO shared by the cell arrays MAO and MA1 and upper word lines shared by the cell arrays MA2 and MA3, respectively. Select gate circuits for selecting WL1). The eight word lines input to the multiplexer MUXO correspond to the lower word lines for the two cell units of FIG. 9. The decoder DEC consists of decode gates G; Gl, G2,... To select one of the 32 cell units. The multiplexer MUXO comprises a select gate consisting of PMOS transistors QP (QP11 through QP14, QP15 through QP18, ...) driven to select one from four word lines by the select signals S10 through S13. Has a circuit 401. In order to forward-bias the cell diode with the selected bit lines, a high level voltage (positive logic pulse) is applied to the selected word line. The multiplexer MUX0 has a reset circuit 402 composed of NMOS transistors QN (QN11 to QN14, QN15 to QN18, ...) for holding non-select word lines at low level (Vss). The multiplexer MUX1 is configured similarly to the multiplexer MUX0.

도 12에 도시되어 있는 감지 증폭기(SA)는 도 10에 도시된 감지 증폭기 어레이(203)의 32개 감지 증폭기들 중 하나이다. 감지 증폭기(SA)에 접속되어 있는 8개 비트 라인들의 4개 쌍들(BL0, /BL0 내지 BL3, /BL3)은 도 6에 나타낸 비트 라인 그룹(BLO 또는 BL2)으로부터 선택된 것들이다. 상술된 바와 같이, 아래쪽의 2개 셀 어레이들(MAO 및 MA1) 및 위쪽의 2개 셀 어레이들(MA2 및 MA3)은 동시에 활성화되지 않으므로, 감지 증폭기(SA)는 아래쪽의 셀 어레이들(MAO, MA1) 및 위쪽의 셀 어레이들(MA2, MA3)을 위해 함께 사용된다. The sense amplifier SA shown in FIG. 12 is one of the 32 sense amplifiers of the sense amplifier array 203 shown in FIG. The four pairs BL0, / BL0 to BL3, / BL3 of eight bit lines connected to the sense amplifier SA are those selected from the bit line group BLO or BL2 shown in FIG. As described above, since the lower two cell arrays MAO and MA1 and the upper two cell arrays MA2 and MA3 are not activated at the same time, the sense amplifier SA is connected to the lower cell arrays MAO, MA1) and the upper cell arrays MA2, MA3 together.

감지 증폭기(SA)는, PMOS 트랜지스터(QP30)가 활성화되어 있는 CMOS 플립-플롭형 전류 감지 증폭기이다. 그것의 2개 노드들(N1 및 N2)은, 각각, 한 쌍의 글로벌 데이터 라인들(304;GBi, /GBi)에 직접적으로 접속되어 있다. 감지 NMOS 트랜지스터들(QN61 및 QN62)의 드레인들은, 각각, 판독 제어 신호(R)에 의해 판독 동작 동안 턴온되도록 제어되는 NMOS 트랜지스터들(QN31 및 QN32)을 통해 데이터 라인들(DL 및 /DL)에 선택적으로 접속된다. 데이터 감지 동작을 시작할 때, 노드들(N1 및 N2)은 트랜지스터(QN73)를 통해 서로 접속된다. 셀 전류들이 감지 트랜지스터들(QN61 및 QN62)에 전달된 후, 그것의 드레인들은, 클록(CLK)에 의해 턴온되도록 제어되는 NMOS 트랜지스터들(QN71 및 QN72)을 통해 Vss로 클램핑된다. 데이터 라인들(DL, /DL)은 비트 라인 디코더/멀티플렉서(BL-DEC/MUX)에 의해 선택된 한 쌍의 비트 라인들에 접속된다. The sense amplifier SA is a CMOS flip-flop type current sense amplifier in which the PMOS transistor QP30 is activated. Its two nodes N1 and N2 are each connected directly to a pair of global data lines 304 (GBi, / GBi). The drains of the sense NMOS transistors QN61 and QN62 are connected to the data lines DL and / DL through the NMOS transistors QN31 and QN32 which are controlled to be turned on during the read operation by the read control signal R, respectively. Is optionally connected. When starting the data sensing operation, nodes N1 and N2 are connected to each other via transistor QN73. After the cell currents are delivered to the sense transistors QN61 and QN62, their drains are clamped to Vss through the NMOS transistors QN71 and QN72 which are controlled to be turned on by the clock CLK. The data lines DL and / DL are connected to a pair of bit lines selected by the bit line decoder / multiplexer BL-DEC / MUX.

비트 라인 디코더/멀티플렉서(BL-DEC/MUX)는, 비트 라인들의 4개 쌍들로부터 데이터 라인들(DL 및 /DL)에, 각각, 접속시키기 위한 한 쌍을 선택하기 위해 디코딩된 신호들(S20 내지 S23)에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터들(QN51 내지 QN54, 및 Q55 내지 Q58)로 이루어진 선택 게이트(403)를 가진다. 또한, 비트 라인 디코더/멀티플렉서(BL-DEC/MUX)는 비-선택 비트 라인들을 Vdd의 고레벨로 유지하기 위해 PMOS 트랜지스터들(QP51 내지 QP54, 및 QP55 내지 QP58)로 이루어진 리셋 회로(404)를 가진다. The bit line decoder / multiplexer BL-DEC / MUX decodes signals S20 through 4 to select a pair for connecting to the data lines DL and / DL, respectively, from four pairs of bit lines. It has a select gate 403 made up of NMOS transistors QN51 to QN54 and Q55 to Q58 controlled by S23. The bit line decoder / multiplexer (BL-DEC / MUX) also has a reset circuit 404 consisting of PMOS transistors QP51 to QP54 and QP55 to QP58 to maintain the non-select bit lines at a high level of Vdd. .

한 쌍의 데이터 라인들(DL, /DL)은 데이터 판독 동작 동안 기입 제어 신호(W)에 의해 턴온되도록 구동되는 NMOS 트랜지스터들(QN41, QN42)을 통해 그리고 데이터 신호 라인들(BP, /BP)을 통해, 기입 펄스 신호 라인들(305)의 한 쌍의 신호 라인들(WPi, /WPi)에 접속된다. The pair of data lines DL and / DL are driven through the NMOS transistors QN41 and QN42 which are driven to be turned on by the write control signal W during the data read operation and the data signal lines BP and / BP. Through the pair of signal lines WPi and / WPi of the write pulse signal lines 305.

상술된 구성에서, 데이터 판독 동작이 수행될 경우, 선택 게이트 회로(401)에 의해 선택되는 워드 라인들은 "H"가 되고 선택 게이트 회로(403)에 의해 선택되는 비트 라인 쌍들은 "L"이 된다. 이때, 선택된 비트 라인 쌍의 선택된 상보적 셀들로부터의 셀 전류들은 데이터 라인들(DL, /DL)을 통해 그리고 NMOS 트랜지스터들(QN31, QN32)을 통해 감지 증폭기(SA)의 NMOS 트랜지스터들에 대한 드레인들에 전달된다. 이러한 동작 동안, NMOS 트랜지스터들(QN71, QN72)은 오프-상태로 유지된다. 그 후, 클록(CLK)은 "H"가 되어 NMOS 트랜지스터들(QN71, QN72)을 턴온시키고, 그에 의해, 감지 NMOS 트랜지스터들(QN61, QN62)의 드레인들은 Vss로 클램핑된다. 그 결과, 셀 전류들의 차이로 인해 노드들(N1 및 N2) 사이에서 발생되는 차동 전압(differential voltage)은 포지티브 피드백됨으로써, 하나의 노드는 Vdd로 또 하나의 노드는 Vss로 증폭시킨다. 증폭된 셀 데이터는 상술된 바와 같이 메인 데이터 라인들(GBi, /GBi)로 출력된다. In the above-described configuration, when the data read operation is performed, the word lines selected by the select gate circuit 401 become "H" and the bit line pairs selected by the select gate circuit 403 become "L". . The cell currents from the selected complementary cells of the selected bit line pair are then drained to the NMOS transistors of the sense amplifier SA through the data lines DL and / DL and through the NMOS transistors QN31 and QN32. Delivered to the field. During this operation, the NMOS transistors QN71 and QN72 remain off. Thereafter, the clock CLK becomes " H " to turn on the NMOS transistors QN71 and QN72, whereby the drains of the sense NMOS transistors QN61 and QN62 are clamped to Vss. As a result, the differential voltage generated between nodes N1 and N2 due to the difference in cell currents is positively feedbacked, thereby amplifying one node to Vdd and another node to Vss. The amplified cell data is output to the main data lines GBi and / GBi as described above.

데이터 기입 모드에서는, Vdd 레벨의 정논리 기입 펄스가 선택된 워드 라인에 인가된다. 동시에, Vss 레벨 또는 승압된 레벨의 부논리 기입 펄스들이 기입 펄스 신호 라인들(WPi, /WPi)을 통해 선택된 비트 라인 쌍에 인가된다. 이러한 정논리 및 부논리 기입 펄스들은 그들 사이의 기입될 데이터에 대응되는 레벨들에서 소정의 중첩 상태를 갖도록 제어되고 선택된 상보적 셀들에 인가됨으로써, 기입 동작이 수행된다. 다음에서는, 기입 회로 및 그것의 동작들이 부연될 것이다. In the data write mode, a positive logic write pulse of Vdd level is applied to the selected word line. At the same time, negative logic write pulses of the Vss level or the boosted level are applied to the selected bit line pair via the write pulse signal lines WPi and / WPi. These positive and negative logic write pulses are applied to selected and complementary cells to have a predetermined overlap state at levels corresponding to the data to be written therebetween, thereby performing a write operation. In the following, the write circuit and its operations will be elaborated.

하나의 워드 라인이 다수의 쌍 셀들에 공통적으로 접속되기 때문에, 워드 라인은 쌍 셀들에 다량의 전류를 공급할 것이 요구된다. 이러한 전류 값을 고려하여, 워드 라인 디코더의 구동성, 워드 라인의 자체 저항, 트랜지스터 사이즈 등을 설계해야 한다. 도 11에 나타낸 8개 워드 라인들을 위한 워드 라인 멀티플렉서(MUX0) 및 도 12에 나타낸 8개 비트 라인들을 위한 비트 라인 디코더/멀티플렉서(DEC/MUX)가 동일한 회로 구성을 가진다는 것을 알 수 있어야 한다. 따라서, 이들 회로 영역들은 도 13에 나타낸 바와 같은 동일한 레이아웃을 갖도록 실현될 수 있다. 도 13에는, 도 11의 회로에서의 트랜지스터들(QP11 내지 QP18, QN11 내지 QN18), 선택 신호들(S10 및 S13) 및 저레벨 전원(Vss)이 도시되어 있고, 이들에 대응하여, 도 12의 회로에서의 트랜지스터들(QN51 내지 QN58, QP51 내지 QP58), 선택 신호들(S20 내지 S23) 및 고레벨 전원(Vdd)은 괄호 안에 표시되어 있다. 서로에 대응되는 개개의 트랜지스터들이 상이한 전도-유형들이기는 하지만, 이들 회로들을 위해 동일한 레이아웃을 사용할 수 있다. Since one word line is commonly connected to a plurality of pair cells, the word line is required to supply a large amount of current to the pair cells. Considering these current values, the driveability of the word line decoder, the self-resistance of the word line, the transistor size, and the like must be designed. It should be appreciated that the word line multiplexer MUX0 for the eight word lines shown in FIG. 11 and the bit line decoder / multiplexer DEC / MUX for the eight bit lines shown in FIG. 12 have the same circuit configuration. Thus, these circuit regions can be realized to have the same layout as shown in FIG. In FIG. 13, transistors QP11 to QP18, QN11 to QN18, select signals S10 and S13, and a low level power supply Vss in the circuit of FIG. 11 are shown and correspondingly, the circuit of FIG. 12. Transistors QN51 to QN58, QP51 to QP58, select signals S20 to S23, and high level power supply Vdd in are shown in parentheses. Although the individual transistors corresponding to each other are different conduction-types, the same layout can be used for these circuits.

도 13의 수직으로 진행하는 배선(410)은 선택 라인들 및 Vdd, Vss의 전원 라인들로서 기능하는 트랜지스터들의 게이트 라인들이다. 이들은, 폴리실리콘막을 패터닝하는 것에 의해 동시에 형성될 수 있다. 전원 라인들(Vss, Vdd)은 비-선택 비트 라인들 및 워드 라인들이 부유하지 않도록 고정하기 위한 필요에 따라 단순히 전위가 고정되기만 하면 되므로, 이들이 저저항일 필요는 없다. 따라서, 이들 라인들에는 게이트 전극들로서 사용된 것과 동일한 폴리실리콘막을 사용할 수 있다. 측면으로 진행하는 배선들(411)이 간략한 직선들로 표시되어 있기는 하지만, 이들은, 트랜지스터들의 소스들 및 드레인들에 접촉되는 금속 배선들이다. 도 6에 나타낸 수직의 상호 접속 라인들(즉, 접촉 플러그들;101 내지 104)이 접속되는 접촉부들(412)은 금속 배선들(411)을 비트 라인들 및 워드 라인들에 접속시키는 기능을 한다. The vertically running wiring 410 in FIG. 13 is the gate lines of the transistors that function as the select lines and the power lines of Vdd and Vss. These can be formed simultaneously by patterning the polysilicon film. The power supply lines Vss and Vdd need only be fixed at the potential as needed to secure the non-selection bit lines and word lines so that they are not floating, so they need not be low resistance. Therefore, the same polysilicon film used as the gate electrodes can be used for these lines. Although the wirings 411 that run to the side are indicated by simple straight lines, they are metal wires that are in contact with the sources and drains of the transistors. The contacts 412 to which the vertical interconnect lines (ie, contact plugs) 101 to 104 shown in FIG. 6 are connected serve to connect the metal wires 411 to the bit lines and the word lines. .

상술된 셀 어레이의 비트 라인들 및 워드 라인들은 1F/lF(F: 최소 장치-사양 사이즈)의 라인/공간을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 비트 라인들 및 워드 라인들은, 도 6에 나타낸 바와 같이. 라인 피치를 유지하면서 기판상의 판독/기입 회로(200)에 접속된다. 이 경우, 도 13에 나타낸 금속 배선들(411)은 1F/1F의 동일한 라인/공간을 갖도록 형성된다. 이에 비해, 금속 배선들(411)의 중간에 배치된 트랜지스터들은 필요한 전류를 공급하기 위해 넓은 면적을 가져야 한다. 이러한 관점을 고려하여, 도 13에서는, 각각의 트랜지스터가 금속 배선들(411)의 3개 피치들의 게이트 폭을 갖도록 형성되어 있다. The bit lines and word lines of the cell array described above are preferably formed to have a line / space of 1F / lF (F: minimum device-spec size). These bit lines and word lines are as shown in FIG. 6. It is connected to the read / write circuit 200 on the substrate while maintaining the line pitch. In this case, the metal wires 411 shown in FIG. 13 are formed to have the same line / space of 1F / 1F. In contrast, the transistors disposed in the middle of the metal wires 411 should have a large area to supply a necessary current. In view of this point of view, in FIG. 13, each transistor is formed to have a gate width of three pitches of the metal lines 411.

트랜지스터 사이즈 및 금속 배선 피치가 상술된 바와 같이 결정될 경우, 트랜지스터들을 효과적으로 배치하기 위해, 0, 1, 2 및 3의 어드레스 순서에 따라 접미사가 붙여진 선택 신호 라인들(S10(S20), Sll(S21), S12(S22) 및 S13(S23))은 S10(S20), S12(S22), S11(S21) 및 S13(S23)의 순서로 배열된다. 그 결과, 선택 신호 라인(S10(S20))에 의해 선택되는 트랜지스터 어레이(QP11(QN51), QP13(QN53))와 선택 신호 라인(S11(S21))에 의해 선택되는 트랜지스터 어레이(QP12(QN52), QP14(QN54)) 사이에 선택 신호(S12(S22))에 의해 선택되는 트랜지스터 어레이(QP15(QN55), QP17(QN57))가 배치된다. 이러한 트랜지스터 배열을 이용함으로써, 배선들이 유휴 공간들없이 작은 피치로 배열되어 있는 금속 배선 영역내에, 큰 사이즈의 트랜지스터들을 배치할 수 있다. When the transistor size and the metal wiring pitch are determined as described above, in order to effectively arrange the transistors, select signal lines S10 (S20) and Sll (S21) suffixed according to an address order of 0, 1, 2, and 3 , S12 (S22) and S13 (S23) are arranged in the order of S10 (S20), S12 (S22), S11 (S21) and S13 (S23). As a result, the transistor arrays QP11 (QN51) and QP13 (QN53) selected by the selection signal lines S10 (S20) and the transistor arrays QP12 (QN52) selected by the selection signal lines S11 (S21). The transistor arrays QP15 (QN55) and QP17 (QN57) selected by the selection signals S12 (S22) are disposed between the QP14 (QN54). By using such a transistor arrangement, it is possible to arrange large size transistors in a metal wiring region in which wirings are arranged at small pitch without idle spaces.

다음으로는, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 비트 라인들, 워드 라인들 및 그 들의 판독/기입 회로(200)로의 접촉부들이 듀얼 다마신 방법(dual damascene method)을 사용하는 것에 의해 동시에 형성된다는 것을 설명할 것이다. 도 14는, 그 위에 판독/기입 회로(200)가 형성되어 있으며 기판(10)을 덮는 층간 절연막(11)상에, 비트 라인들(BLO)이 형성되어 있는 상태를 나타낸다. 이러한 비트 라인들(BLO)의 형성과 동시에, 듀얼 다마신 공정에 의해 접촉 플러그들(103a, 104a)이 형성된다. 이들은 그 위에 적층될 워드 라인들(WLO, WL1)을 판독/기입 회로(200)에 접속시키는데 사용된다. 도 14에 나타내지는 않았지만, 비트 라인들(BLO)의 끝 부분들을 판독/기입 회로(200)에 접속시키기 위한 다른 접촉 플러그들도 접촉 플러그들(103a, 104a)과 동시에 형성된다. Next, with reference to FIGS. 14-16, the bit lines, word lines and their contacts to the read / write circuit 200 are simultaneously formed by using the dual damascene method. Will explain. FIG. 14 shows a state in which the read / write circuit 200 is formed thereon and the bit lines BLO are formed on the interlayer insulating film 11 covering the substrate 10. Simultaneously with the formation of the bit lines BLO, the contact plugs 103a and 104a are formed by a dual damascene process. These are used to connect the word lines WLO and WL1 to be stacked thereon to the read / write circuit 200. Although not shown in FIG. 14, other contact plugs for connecting the ends of the bit lines BLO to the read / write circuit 200 are also formed at the same time as the contact plugs 103a and 104a.

다음으로는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 각각이 서로 적층되어 있는 칼로겐화물 및 다이오드에 의해 구성되는 메모리 셀들이 비트 라인들(BLO)상에 형성된다. 다음으로는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 층간 절연막(17)이 메모리 셀들(MC)을 덮도록 증착된 다음, 듀얼 다마신 공정에 의해 절연막(17)상에 워드 라인들(WLO)이 형성된다. 이 공정에서, 접촉 플러그들(103a)에 접속될 접촉 플러그들(103b 및 104b) 및 다음으로 형성될 워드 라인들(WL1)이, 각각, 매입된다. Next, as shown in FIG. 15, memory cells constituted by a chalcogenide and a diode each stacked on each other are formed on the bit lines BLO. Next, as shown in FIG. 16, the interlayer insulating film 17 is deposited to cover the memory cells MC, and then word lines WLO are formed on the insulating film 17 by a dual damascene process. . In this process, the contact plugs 103b and 104b to be connected to the contact plugs 103a and the word lines WL1 to be formed next are embedded, respectively.

도 17A 내지 도 17C는 워드 라인(WL0) 방향에 따른 단면도에서 워드 라인들(WLO) 및 접촉 플러그들(103b, 104b)의 매입 공정을 상세하게 나타낸다. 도 17A는, 층간 절연막(17)이 메모리 셀들(MC)을 덮도록 증착된 다음 평탄화되는 상태를 나타낸다. 그 후에는, 도 17B에 나타낸 바와 같이, 메모리 셀들(MC)의 상단들이 노출되도록 워드 라인을 매입하기 위해, RIE (Reactive Ion Etching) 공정에 의해 층간 절연막(17)에 배선-매입 트렌치들(501)이 형성된다. 또한, 접촉 플러그들(103a, 104a)이 매입된 위치들에 트렌치들(501)보다 더 깊게 접촉 홀들이 형성된다. 그 다음, 배선 재료의 금속 레이어가 증착되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법에 의해 처리된다. 그 결과, 도 17C에 나타낸 바와 같이, 워드 라인들(WLO) 및 접촉 플러그들(103b, 104b)이 동시에 매입되어 형성된다. 17A to 17C show details of the embedding process of the word lines WLO and the contact plugs 103b and 104b in the cross-sectional view along the direction of the word line WL0. 17A shows a state in which the interlayer insulating film 17 is deposited to cover the memory cells MC and then planarized. Thereafter, as shown in FIG. 17B, the wiring-filling trenches 501 in the interlayer insulating film 17 by a reactive ion etching (RIE) process to embed the word line so that the top ends of the memory cells MC are exposed. ) Is formed. Further, contact holes are formed deeper than the trenches 501 at positions where the contact plugs 103a and 104a are embedded. Then, a metal layer of wiring material is deposited and processed by the chemical mechanical polishing (CMP) method. As a result, as shown in Fig. 17C, the word lines WLO and the contact plugs 103b and 104b are embedded and formed at the same time.

계속해서, 다마신 방법의 사용에 의한 메모리 셀 형성들, 층간 절연막 증착들, 배선 및 접촉 플러그 형성들이 주기적으로 수행된다. 이러한 공정들의 사용에 의해, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 각 레이어의 비트 라인들 및 워드 라인들이 기판상의 판독/기입 회로에 접속되는 방식으로 4-레이어 셀 어레이들이 적층될 수 있다. Subsequently, memory cell formations, interlayer insulating film depositions, wiring and contact plug formations using the damascene method are periodically performed. By using these processes, four-layer cell arrays can be stacked in such a way that the bit lines and word lines of each layer are connected to a read / write circuit on the substrate, as shown in FIGS. 7 and 8.

도 18은 셀 어레이들과 동시에 형성된, 판독/기입 회로(200)의 회로부(209b) 구조를 나타낸다. 후술되는 바와 같이, 기입 회로(209)는 펄스-승압을 위한 커패시터들 및 다이오드들을 포함해야 한다. 이러한 다이오드들을 셀 어레이들에서의 다이오드 형성 공정 처리시에 동시에 형성하면, 도 18의 구조가 획득될 수 있다. 공정은 부연될 것이다. 상술된 바와 같이, 셀 어레이 형성 공정 이전에 트랜지스터 회로가 기판(10)상에 형성된다. 도 18에 나타낸 MOS 커패시터들(510)은 트랜지스터 회로 형성 공정에서 형성된다. 다이오드(511)는 제1 셀 어레이(MA0)에서의 다이오드들(SD) 형성 공정을 사용해 MOS 커패시터들(510)을 오버레이하는 것으로서 형성된다. 마찬가지로, 다이오드(512)는 제2 셀 어레이(MA1)에서의 다이오드들(SD) 형성 공정을 사용하는 것에 의해 형성된다. 18 shows a circuit portion 209b structure of the read / write circuit 200 formed simultaneously with the cell arrays. As described below, the write circuit 209 should include capacitors and diodes for pulse-boosting. If these diodes are formed simultaneously in the diode forming process in the cell arrays, the structure of FIG. 18 can be obtained. The process will be detailed. As described above, the transistor circuit is formed on the substrate 10 before the cell array forming process. The MOS capacitors 510 shown in FIG. 18 are formed in the transistor circuit forming process. The diode 511 is formed by overlaying the MOS capacitors 510 using a process of forming diodes SD in the first cell array MA0. Similarly, diode 512 is formed by using a process of forming diodes SD in second cell array MA1.

도 18의 예에서, 하나의 다이오드(511)는, 양극이 다이오드(511) 아래의 MOS 커패시터(510)에 접속되도록 형성되고, 또 하나의 다이오드(512)는, 음극이 다이오드(512) 아래의 MOS 커패시터(510)에 접속되도록 형성된다. 상술된 바와 같이, 선택적 극성을 가진 다이오드들을 MOS 커패시터들 상부에 존재하는 것으로 형성할 수도 있다. 다이오드들(511, 512)과 MOS 커패시터들(510) 사이에는, 층간 절연막들(513, 514)이 매입된다. 셀 어레이 형성 공정에 사용된 금속막들이, 필요하다면, 층간 절연막들(513, 514)에 남을 수도 있다는 것에 주의한다. In the example of FIG. 18, one diode 511 is formed such that an anode is connected to the MOS capacitor 510 below the diode 511, and another diode 512 has a cathode below the diode 512. It is formed to be connected to the MOS capacitor 510. As described above, diodes with selective polarity may be formed as present above the MOS capacitors. Between the diodes 511 and 512 and the MOS capacitors 510, interlayer insulating films 513 and 514 are embedded. Note that the metal films used in the cell array forming process may remain in the interlayer insulating films 513 and 514 if necessary.

도 18에 나타낸 이런 구조를 사용하는 것에 의해, MOS 커패시터들을 위해 넓은 면적이 필요한 경우라고 하더라도, 다이오드들이 MOS 커패시터 영역들 상부에 적층됨으로써, 기입 회로(209)의 칩 점유 면적을 감소시킬 수 있다. By using this structure shown in Fig. 18, even if a large area for MOS capacitors is required, diodes can be stacked over the MOS capacitor regions, thereby reducing the chip footprint of the write circuit 209.

도 19는 상술된 기입 회로(209)에서 펄스 신호 라인(WPi)을 통해 선택된 비트 라인에 부논리 기입 펄스를 공급하는데 사용되는 기입 펄스 발생 회로(600)를 나타낸다. 도 19에서, H 및 /L은, 각각, 선택된 워드 라인 및 선택된 비트 라인에 공급될 정논리 펄스 및 부논리 펄스이다. 이러한 정논리 펄스(H) 및 부논리 펄스(/L)는 기입될 데이터에 따라 그들 사이의 중첩 상태를 제어하고, 부논리 펄스는 중첩 상태에 따라 음의 방향으로 승압됨으로써, 기입 펄스가 획득된다. 정논리 펄스(H) 및 부논리 펄스(/L)의 중첩 상태는 NAND 게이트(G12)에 의해 검출된다. NAND 게이트(G12)의 출력은 지연 회로(605)를 통해 소정 지연 시간만큼 지연되어 OR 게이트(G11)의 일 입력으로 공급된다. 지연 회로(605)의 지연 시간(τ1)은 대략 T/2인데, 여기서, T는 정논리 펄스(H) 및 부논리 펄스(/L)의 펄스폭이다. 부논 리 펄스(/L)는 다른 지연 회로(606)에 의해 소정 지연 시간(τ2)만큼 지연되어 OR 게이트(G11)의 다른 입력으로 공급된다. 지연 회로(606)의 지연 시간(τ2)은 지연 회로(605)의 지연 시간(τ1)에 비해 충분히 작다. 19 shows a write pulse generation circuit 600 used to supply a negative logic write pulse to a selected bit line via a pulse signal line WPi in the write circuit 209 described above. In Fig. 19, H and / L are positive logic pulses and negative logic pulses to be supplied to the selected word line and the selected bit line, respectively. These positive logic pulses H and negative logic pulses / L control the superposition state therebetween according to the data to be written, and the negative logic pulses are boosted in the negative direction according to the superposition state, thereby obtaining the write pulse. . The superposition state of the positive logic pulse H and the negative logic pulse / L is detected by the NAND gate G12. The output of the NAND gate G12 is delayed by a predetermined delay time through the delay circuit 605 and supplied to one input of the OR gate G11. The delay time tau 1 of the delay circuit 605 is approximately T / 2, where T is the pulse width of the positive logic pulse H and the negative logic pulse / L. The negative logic pulse / L is delayed by another delay circuit 606 by a predetermined delay time tau 2 and supplied to the other input of the OR gate G11. The delay time tau 2 of the delay circuit 606 is sufficiently small compared with the delay time tau 1 of the delay circuit 605.

커패시터(601)는, 일 노드(Nb)가 OR 게이트(G11)의 출력에 접속되고 다른 노드(Na)가 펄스 신호 배선(WPi)에 접속되는 방식으로 배치된다. 다이오드(602)는, 커패시터(601)를 부논리 펄스(/L)에 의해 구동되는 부논리 펄스(/L)의 레벨(예를 들어, Vss)로 충전하기 위해 노드(Na)에 접속된다. 또한, 비-선택 상태에서 신호 라인(WPi)을 고레벨로 유지하기 위해 PMOS 트랜지스터(603)도 노드(Na)에 접속된다. 즉, 트랜지스터(603)는, 부논리 펄스(/L)가 입력되는 인버터(604)에 의해 구동되어 비-선택 상태시에 온-상태를 유지함으로써, 펄스 신호 라인(WPi)을 Vdd로 유지한다. 부논리 펄스가 발생될 때, 트랜지스터(603)는 턴오프된다. The capacitor 601 is arranged in such a manner that one node Nb is connected to the output of the OR gate G11 and the other node Na is connected to the pulse signal wiring WPi. Diode 602 is connected to node Na to charge capacitor 601 to the level (eg, Vss) of negative logic pulse / L driven by negative logic pulse / L. In addition, the PMOS transistor 603 is also connected to the node Na to keep the signal line WPi at a high level in the non-select state. In other words, the transistor 603 is driven by the inverter 604 to which the negative logic pulse / L is input and maintains the on-state in the non-selected state, thereby keeping the pulse signal line WPi at Vdd. . When a negative logic pulse is generated, transistor 603 is turned off.

도 20을 참조하여, 기입 펄스 발생 회로(600)의 동작들이 후술될 것이다. 비-선택 상태에서, 노드(Nb)는 OR 게이트(G11)에 의해 "H"(=Vdd)로 유지되고, 노드(Na)는 트랜지스터(603)에 의해 "H"(=Vdd)로 유지된다. 따라서, 이 상태에서, 기입 펄스 신호 라인(WPi)은 "H"로 유지된다. "1" 기입이 수행될 경우, 정논리 및 부논리 펄스들(H 및 /L)이 동시에 발생된다. 이때, NAND 게이트(G12)는 "H" 레벨을 출력하도록 유지됨으로써, 노드(Nb)는 "H"로 유지된다. 동시에, 트랜지스터(603)는 오프가 되므로, 노드(Na)는, 부논리 펄스(/L)가 공급되는 다이오드(602)를 통해 방전되어 "L"(=Vss)이 된다. 20, operations of the write pulse generation circuit 600 will be described later. In the non-selected state, node Nb is maintained at "H" (= Vdd) by OR gate G11 and node Na is held at "H" (= Vdd) by transistor 603. . Therefore, in this state, the write pulse signal line WPi is kept at "H". When " 1 " writing is performed, positive logic and negative logic pulses H and / L are generated simultaneously. At this time, the NAND gate G12 is maintained to output the "H" level, so that the node Nb is maintained at "H". At the same time, since the transistor 603 is turned off, the node Na is discharged through the diode 602 supplied with the negative logic pulse / L to become " L " (= Vss).

이와 대조적으로, "0" 기입이 수행될 경우에는, 부논리 펄스(/L)가 정논리 펄스(H)와 관련하여 지연 시간(τ1;대략 T/2)을 갖도록 발생된다. 이때, 노드(Nb)는 "H"로 유지되는 한편, 노드(Na)는 다이오드(602)에 의해 방전되어 "L"이 된다. 그 후, 부논리 펄스(/L)가 지연 회로(606)를 통해 τ2만큼 지연되는 결과를 받아 노드(Nb)가 "L"이 될 때, 노드(Na)에서는 약 T/2의 주기내에서 음의 방향으로 승압된 부논리 기입 펄스가 획득될 수 있다. In contrast, when " 0 " writing is performed, the negative logic pulse / L is generated to have a delay time [tau] 1 (about T / 2) in relation to the positive logic pulse H. At this time, the node Nb is maintained at "H" while the node Na is discharged by the diode 602 to become "L". Then, when the negative logic pulse / L is delayed by τ2 through the delay circuit 606 and the node Nb becomes "L", at the node Na within a period of about T / 2. A negative logic write pulse boosted in the negative direction can be obtained.

이러한 펄스 제어를 사용하는 것에 의한 데이터 기입 원리는 다음과 같다. "1" 기입시에, 기입 전류는, 정논리 펄스(H)와 부논리 펄스(/L)가 서로 중첩되는 중첩 시간(T) 동안 선택된 셀을 통과한다. 그 결과, 선택 셀의 칼코겐화물은 자체-유도된 열에 의해 어닐링되어 풍부한 결정의 낮은 저항 상태가 된다. "0" 기입시에는, "1" 기입시에 비해 더 많은 양의 기입 전류가 더 짧은 주기내에 선택된 셀을 통과한다. 그 결과, 선택 셀의 칼코겐화물은 용융 상태가 된 다음 빠르게 냉각되어 비결정이 풍부한 높은 저항 상태가 된다. The principle of data writing by using such pulse control is as follows. Upon writing " 1 ", the write current passes through the selected cell during the overlapping time T at which the positive logic pulse H and the negative logic pulse / L overlap each other. As a result, the chalcogenide of the selected cell is annealed by self-induced heat, resulting in a low resistance state of rich crystals. When writing "0", a larger amount of write current passes through the selected cell in a shorter period than when writing "1". As a result, the chalcogenide in the select cell is melted and then rapidly cooled to a high resistance state rich in amorphous.

하나의 기입 펄스 신호 라인(WPi)에 주의를 기울이는 것에 의해 도 19의 기입 펄스 발생 회로(600)를 나타낸다. 실제로, 이 실시예에서는, 상술된 바와 같이, 4개 셀 어레이들(MAO 내지 MA3) 중 아래쪽의 2개 셀 어레이들(MAO 및 MA1)이 동시에 활성화되고 셀 어레이들(MAO, MA1)의 주기와는 상이한 주기에서 위쪽의 2개 셀 어레이들(MA2 및 MA3)이 동시에 활성화된다. 또한, 셀 어레이의 상이한 비트 라인들에 접속되어 있는 2개 셀들은 상보적 데이터를 저장하기 위한 쌍 셀을 구성한다. By paying attention to one write pulse signal line WPi, the write pulse generation circuit 600 of FIG. 19 is shown. Indeed, in this embodiment, as described above, the lower two of the four cell arrays MAO to MA3 are simultaneously activated and the period of the cell arrays MAO and MA1 is activated. In the different period, the upper two cell arrays MA2 and MA3 are activated at the same time. In addition, two cells connected to different bit lines of the cell array constitute a pair of cells for storing complementary data.

도 21은 동시에 활성화된 2개 셀 어레이들에서의 2쌍의 비트 라인들에 기입 펄스들을 공급하는 기입 펄스 발생 회로들(600a 내지 600d) 및 그것의 입/출력 관계들을 나타낸다. 기입 펄스 발생 회로들(600a 내지 600d)의 출력들은 도 11에 나타낸 멀티플렉서들(MUXO, MUX1)에 의해 선택되어 위쪽의 2개 셀 어레이들 또는 아래쪽의 2개 셀 어레이들에 공급된다. 도 21에서, WPi@lst 및 WPi@2nd는, 각각, 동시에 활성화된 2개 셀 어레이들의 제1 및 제2 레이어들의 비트 라인들(예를 들어, 도 5의 BL00 및 BL10)에 접속될 기입 펄스 신호 라인들이다. /WPi@lst 및 /WPi@2nd는, 각각, 상술된 비트 라인들과 쌍들을 구성하는 나머지 비트 라인들(예를 들어, /BL00 및 /BL10)에 접속될 기입 펄스 신호 라인들이다. H는 2개 셀 어레이들의 공유 워드 라인에 공급될 정논리 펄스이고, /LOn,/L1n, /L0n', 및 /L1n'은 비트 라인들에 공급될 부논리 펄스들이다. 세부적으로, /LOn 및 /LOn'은 2개 셀 어레이들 중 아래쪽 셀 어레이의 비트 라인 쌍(예를 들어, BLOO 및 /BLOO)으로 공급되고, /L1n 및 /L1n'은 2개 셀 어레이들 중 위쪽 셀 어레이의 비트 라인 쌍(예를 들어, BL10 및 /BL10)에 공급된다. 도 19를 사용해 설명한 바와 같이, 정 및 부논리 펄스들간의 중첩 상태들은 기입될 데이터에 기초해 판정되고, 이에 응답하여, 부논리 기입 펄스는 선택적으로 승압되어 기입 펄스 신호 라인(WPi)으로 공급된다.21 shows write pulse generation circuits 600a through 600d and their input / output relationships thereof that supply write pulses to two pairs of bit lines in two cell arrays that are simultaneously active. The outputs of the write pulse generating circuits 600a to 600d are selected by the multiplexers MUXO and MUX1 shown in FIG. 11 and supplied to the upper two cell arrays or the lower two cell arrays. In Fig. 21, WPi @ lst and WPi @ 2nd are write pulses to be connected to bit lines (e.g., BL00 and BL10 in Fig. 5) of the first and second layers of two cell arrays simultaneously activated, respectively. Signal lines. / WPi @ lst and / WPi @ 2nd are write pulse signal lines to be connected to the remaining bit lines (for example, / BL00 and / BL10) constituting the pairs and bit lines described above, respectively. H is a positive logic pulse to be supplied to the shared word line of the two cell arrays, and / LOn, / L1n, / L0n ', and / L1n' are negative logic pulses to be supplied to the bit lines. Specifically, / LOn and / LOn 'are supplied to the pair of bit lines of the lower cell array (e.g., BLOO and / BLOO) of the two cell arrays, and / L1n and / L1n' are the two cell arrays. It is supplied to a pair of bit lines of the upper cell array (e.g., BL10 and / BL10). As described with reference to FIG. 19, overlapping states between the positive and negative logic pulses are determined based on the data to be written, and in response, the negative logic write pulse is selectively boosted and supplied to the write pulse signal line WPi. .

도 22는 도 21에 나타낸 정 및 부논리 펄스들을 발생시키기 위한 논리 펄스 발생 회로(700)를 나타낸다. 논리 펄스 발생 회로(700)는, 서로 동일한 펄스폭을 가지며 서로 펄스-시프트되어 있는 2개 펄스들(PO 및 P1)을 발생시키기 위한 펄스 발생기(710) 및 2개 펄스들을 조합하는 것에 의해 필요한 기입 펄스들을 발생시키기 위한 논리 게이트 회로(720)를 갖도록 구성된다. FIG. 22 shows a logic pulse generation circuit 700 for generating the positive and negative logic pulses shown in FIG. The logic pulse generation circuit 700 writes necessary by combining two pulses and a pulse generator 710 for generating two pulses PO and P1 having the same pulse width and pulse-shifted with each other. And has a logic gate circuit 720 for generating pulses.

원래 펄스 발생 회로(711)는 T의 펄스폭을 가진 펄스(PO)를 발생시키고, 지연 회로(712)는 펄스(P0)를 지연시켜, 약 T/2만큼 지연된 펄스(P1)를 발생시킨다. 원래 펄스 발생 회로(711)로부터 발생된 출력 펄스(PO)는, 드라이버를 통해 워드 라인들에 공급될 정논리 펄스(H)가 된다. Originally, the pulse generating circuit 711 generates a pulse PO having a pulse width of T, and the delay circuit 712 delays the pulse P0 to generate a pulse P1 delayed by about T / 2. The output pulse PO originally generated from the pulse generator circuit 711 becomes a positive logic pulse H to be supplied to the word lines via a driver.

논리 게이트 회로(720)로 입력되는 비트 데이터(BO 및 B1)는, 각각, 2개 셀 어레이들 중 아래쪽 셀 어레이 및 위쪽 셀 어레이의 쌍 셀들에 기입될 기입 데이터 비트들이다. 도 5의 2개 셀 어레이들(MAO 및 MA1)의 쌍 셀들에 관심을 기울이면, 다음과 같이, 세부적인 일례를 설명할 수 있는데, BO는 셀 어레이(MA0)의 T- cellO 및 C-cellO에 의해 구성되는 쌍 셀에 기입될 기입 데이터이고; B1은 셀 어레이(MA1)의 T-cell1 및 C-cell1에 의해 구성되는 쌍 셀에 기입될 기입 데이터이다. The bit data BO and B1 input to the logic gate circuit 720 are write data bits to be written to pair cells of the lower cell array and the upper cell array, respectively, of the two cell arrays. If attention is paid to paired cells of the two cell arrays MAO and MA1 in Fig. 5, a detailed example can be described as follows, where BO is T-cellO and C-cellO of the cell array MA0. Write data to be written to the pair cell constituted by B1 is write data to be written in the pair cell constituted by T-cell1 and C-cell1 of the cell array MA1.

AND 게이트들(G21, G22)의 세트 및 AND 게이트들(G31, G32)의 세트는, 비트 데이터(B0)가 "0" 또는 "1"인지에 응답하여, 원래 펄스 발생 회로(711)의 펄스(PO) 출력 또는 지연 회로(712)의 펄스(P1) 출력을 선택하도록 준비된다. 이러한 선택의 수신시에, NAND 게이트들(G23 및 G33)의 출력들(/LOn 및 /LOn') 중 하나는, 그것의 위상이 정논리 펄스(H)와 동일한, "1" 기입을 위한 부논리 기입 펄스가 되고, 다른 하나는, 그것의 위상이 정논리 펄스(H)와 관련하여 지연되어 있는, "0" 기입을 위한 또 하나의 부논리 기입 펄스가 된다. 다시 말해, 출력들(/LOn 및 /LOn')은, 비트 데이터(B0)에 따라, 각각, 하나의 T-cellO 및 C-cellO를 하나는 "0"으로 그리고 다른 하나는 "1"로 기입하기 위한 부논리 기입 펄스들이 된다. The set of AND gates G21 and G22 and the set of AND gates G31 and G32 are the pulses of the original pulse generation circuit 711 in response to whether the bit data B0 is "0" or "1". It is prepared to select the (PO) output or the pulse P1 output of the delay circuit 712. Upon receipt of this selection, one of the outputs / LOn and / LOn 'of the NAND gates G23 and G33 is negative for writing "1", whose phase is equal to the positive logic pulse H. It becomes a logic write pulse, and another becomes another negative logic write pulse for " 0 " writing, whose phase is delayed with respect to the positive logic pulse H. In other words, the outputs / LOn and / LOn 'write one T-cellO and C-cellO as one "0" and the other as "1", respectively, according to the bit data B0. Negative logic write pulses.

마찬가지로, AND 게이트들(G41, G42)의 세트 및 AND 게이트들(G51, G52)의 세트는 펄스(PO 또는 P1)를 선택하도록 준비된다. 따라서, NAND 게이트들(G43 및 G53)의 출력들(/L1n 및 /L1n')은, 비트 데이터(B1)에 따라, 각각, T-cell1 및 C-cell1 중 하나를 "O"으로 그리고 다른 하나를 "1"로 기입하기 위한 부논리 기입 펄스들이 된다. Similarly, the set of AND gates G41 and G42 and the set of AND gates G51 and G52 are prepared to select a pulse PO or P1. Thus, the outputs / L1n and / L1n 'of the NAND gates G43 and G53 are one of T-cell1 and C-cell1 to "O" and the other, depending on the bit data B1, respectively. Become negative logic write pulses for writing " 1 ".

도 23은, 개개의 기입 데이터를 위해, 2쌍의 셀들(T-cellO, C-cellO 및 T-cell1, C-cell1)이, 도 5에 나타낸 바와 같이 접속되어 있는 비트 라인들(BLOO, /BlOO, BL10 및 /BL10)에 공급되는, 도 22에 나타낸 정 및 부논리 펄스들에 의해 획득되는 부논리 기입 펄스 파형들을 나타낸다. 신호 파형 그룹의 첫머리에서 설명되는 데이터의 4개 비트들은, T-cell1에 대응되는 제1 비트, C-cell1에 대응되는 제2 비트, T-cellO에 대응되는 제3 비트 및 C-cellO에 대응되는 제4 비트이다. 도 21 및 도 22에 나타낸 정논리 펄스(H)는, 워드 라인(WL0)에 대한 경우처럼, 정논리 기입 펄스로서 공급된다. 이러한 정논리 기입 펄스는 기준 펄스가 되고, 개개의 비트 라인들에 제공되는 부논리 기입 펄스들은 데이터("0", "1")에 따라 펄스-폭 제어되고 승압된다. 그 결과, 상술된 바와 같이, "0" 기입 셀의 칼코겐화물은 용융된 다음 빠르게 냉각되어 높은 저항 상태가 되고, "1" 기입 셀의 칼코겐화물은 결정화되어 낮은 저항 상태가 된다. 따라서, 2개 셀 어레이들의 동시에 활성화된 쌍 셀들에 동시 기입을 수행하는 것이 가능하다. FIG. 23 shows the bit lines BLOo // to which two pairs of cells T-cellO, C-cellO and T-cell1, C-cell1 are connected as shown in FIG. The negative logic write pulse waveforms obtained by the positive and negative logic pulses shown in Fig. 22, supplied to BOO, BL10 and / BL10, are shown. The four bits of data described at the beginning of the signal waveform group correspond to a first bit corresponding to T-cell1, a second bit corresponding to C-cell1, a third bit corresponding to T-cellO, and C-cellO. Is the fourth bit. The positive logic pulse H shown in FIGS. 21 and 22 is supplied as a positive logic write pulse as in the case of the word line WL0. This positive logic write pulse becomes a reference pulse, and the negative logic write pulses provided to the individual bit lines are pulse-width controlled and stepped up according to the data "0" and "1". As a result, as described above, the chalcogenide of the "0" write cell is melted and then rapidly cooled to a high resistance state, and the chalcogenide of the "1" write cell is crystallized to a low resistance state. Thus, it is possible to perform simultaneous writes to simultaneously activated pair cells of two cell arrays.

본 발명에 따르면, 3차원 셀 어레이 및 기입/판독 회로가 작은 칩 면적에 통합적으로 형성되어 있는 그리고 고속의 판독/기입 동작이 수행될 수 있는 상 변화 메모리를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a phase change memory in which a three-dimensional cell array and a write / read circuit are integrally formed in a small chip area and in which a high speed read / write operation can be performed.

Claims (23)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판 위에 적층되어 있는 복수개 셀 어레이 - 각각의 셀 어레이는 메모리 셀들의 상 변화에 의해 판정되는 저항 값들을 데이터로서 저장하기 위해 행렬 방식으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀, 상기 행렬의 제1 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 일단들을 각각 공통적으로 접속시키는 비트 라인들, 및 상기 행렬의 제2 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들의 타단들을 각각 공통적으로 접속시키는 워드 라인들을 가짐 - ; A plurality of cell arrays stacked on the semiconductor substrate, each cell array arranged in a matrix manner to store, as data, resistance values determined by a phase change of memory cells, in a first direction of the matrix Bit lines for commonly connecting one ends of the plurality of aligned memory cells in common, and word lines for commonly connecting the other ends of the plurality of memory cells aligned in the second direction of the matrix; 상기 반도체 기판 위의 상기 셀 어레이들 아래에 형성되고, 상기 셀 어레이들의 데이터를 판독하고 기입하기 위한 판독/기입 회로; A read / write circuit formed below the cell arrays on the semiconductor substrate, for reading and writing data of the cell arrays; 상기 셀 어레이의 셀 레이아웃 영역을 정의하는 상기 제1 방향의 제1 및 제2 경계의 외측에 배치되어, 개개의 셀 어레이들의 상기 비트 라인들을 상기 판독/기입 회로에 접속하는 제1 및 제2 수직 배선들; 및 First and second vertical lines disposed outside the first and second boundaries in the first direction defining a cell layout area of the cell array, connecting the bit lines of individual cell arrays to the read / write circuit; Wirings; And 상기 셀 레이아웃 영역을 정의하는 상기 제2 방향의 제3 및 제4 경계 중 하나의 외측에 배치되어, 개개의 셀 어레이들의 상기 워드 라인들을 상기 판독/기입 회로에 접속하는 제3 수직 배선들Third vertical wires disposed outside one of the third and fourth boundaries in the second direction defining the cell layout area to connect the word lines of individual cell arrays to the read / write circuit; 을 포함하는 상 변화 메모리 장치.Phase change memory device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개개의 셀 어레이의 상기 메모리 셀 각각은, 상기 비트 라인들과 워드 라인들의 각 교차부에 배치되어 있는, 칼코겐화물과 다이오드의 적층 구조를 갖는 상 변화 메모리 장치.And each of the memory cells of the respective cell array is disposed at respective intersections of the bit lines and word lines with a stacked structure of chalcogenide and diode. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 메모리 셀의 상기 다이오드는 상기 비트 라인 쪽이 음극이고 상기 워드 라인 쪽이 양극인 극성을 가진 상태로 상기 칼코겐화물에 직렬 접속되고,The diode of the memory cell is connected in series with the chalcogenide with the polarity of the bit line side being the cathode and the word line side being the anode, 비-선택 모드에서, 상기 비트 라인들 및 워드 라인들은 상기 다이오드가 역-바이어스되도록 전위 고정되고, 데이터 판독 및 기입 모드들에서는, 선택된 비트 라인 및 선택된 워드 라인이 각각 음의 방향 및 양의 방향으로 펄스 구동되는 상 변화 메모리 장치.In non-select mode, the bit lines and word lines are potential locked such that the diode is reverse-biased, and in data read and write modes, the selected bit line and the selected word line are in negative and positive directions, respectively. Pulse-driven phase change memory device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수개 셀 어레이는, 인접한 2개 셀 어레이들과 비트 라인들 및 워드 라인들을 공유하도록 적층되는 상 변화 메모리 장치. And the plurality of cell arrays are stacked to share bit lines and word lines with two adjacent cell arrays. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 내지 제3 수직 배선들은 상기 셀 어레이들을 둘러 싸고 있는 층간 절연막에 매입되어 있는 접촉 플러그들인 상 변화 메모리 장치.And the first to third vertical wires are contact plugs embedded in an interlayer insulating film surrounding the cell arrays. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각각의 셀 어레이 내에서 인접한 2개 메모리 셀은, 그 중 하나는 높은 저항 값 상태이고 다른 하나는 낮은 저항 값 상태인 상보적 데이터를 저장하기 위한 쌍 셀을 구성하고,Two adjacent memory cells in each cell array constitute paired cells for storing complementary data, one of which is in a high resistance value state and the other of which is a low resistance value state, 상기 쌍 셀의 상기 상보적 데이터는 비트 라인 쌍에 1 비트의 데이터로서 판독되는 상 변화 메모리 장치.And said complementary data of said pair of cells is read as one bit of data into a pair of bit lines. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 쌍 셀은, 그의 상보적 데이터가 판독되는 비트 라인 쌍 사이에 다른 비트 라인이 배치되도록 선택되는 상 변화 메모리 장치. And the pair cell is selected such that another bit line is placed between the pair of bit lines from which its complementary data is read. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 판독/기입 회로는,The read / write circuit, 판독 데이터가 전달되는 복수개 데이터 라인들 및 기입 펄스들을 상기 비트 라인들에 전달하기 위한 복수개 기입 펄스 신호 라인들을 가진 글로벌 버스 영역 - 상기 데이터 라인들 및 상기 기입 펄스 신호 라인들은 상기 셀 레이아웃 영역의 중심부를 상기 제2 방향으로 가로지르도록 배치됨 - ;A global bus region having a plurality of data lines through which read data is transferred and a plurality of write pulse signal lines for delivering write pulses to the bit lines, wherein the data lines and the write pulse signal lines define a central portion of the cell layout region. Arranged to cross in the second direction; 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제1 및 제2 경계들을 따라 각각 배치되어 있으며, 인접한 2개 셀 어레이들의 비트 라인들이 각각 접속되어 있는 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들;First and second bit line selection circuits disposed along the first and second boundaries of the cell layout area, respectively, wherein bit lines of two adjacent cell arrays are connected, respectively; 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들과 상기 글로벌 버스 영역 사이에 각각 배치되어 있으며, 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들에 의해 선택되는 비트 라인들의 데이터를 감지하기 위한 제1 및 제2 감지 증폭기 어레이들;First and second signals disposed between the first and second bit line selection circuits and the global bus region, respectively, for sensing data of bit lines selected by the first and second bit line selection circuits; Two sense amplifier arrays; 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제3 및 제4 경계들 중 하나를 따라 배치되어 있으며, 상기 인접한 2개 셀 어레이들의 공유 워드 라인들이 접속되어 있는 워드 라인 선택 회로; 및A word line selection circuit disposed along one of the third and fourth boundaries of the cell layout region and to which shared word lines of the two adjacent cell arrays are connected; And 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제3 및 제4 경계들 중 다른 하나를 따라 배치되어 있으며, 상기 기입 펄스 신호 라인들에 공급되는 상기 기입 펄스들을 발생시키기 위한 기입 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a write circuit arranged along another one of said third and fourth boundaries of said cell layout region, said write circuit for generating said write pulses supplied to said write pulse signal lines. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 공유 워드 라인들은, 상기 워드 라인 선택 회로에 의해 선택된 소정 범위가 동시에 활성화되고, 상기 인접하는 2개 셀 어레이들의 각 비트 라인들은, 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들에 의해 각각 소정 범위가 동시에 선택됨으로써, 상기 인접하는 2개 셀 어레이들의 개개의 복수개 메모리 셀들이 동시에 액세스되는 상 변화 메모리 장치. The shared word lines are simultaneously activated by a predetermined range selected by the word line selection circuit, and each of the bit lines of the adjacent two cell arrays is respectively predetermined by the first and second bit line selection circuits. Is selected simultaneously so that a plurality of individual memory cells of the adjacent two cell arrays are simultaneously accessed. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1 및 제2 감지 증폭기 어레이들은 상기 인접한 2개 셀 어레이들에서 동시에 선택되는 개개의 복수개 메모리 셀들의 데이터를 동시에 감지하기 위한 감지 증폭기들을 갖고, 상기 감지 증폭기들에서 감지된 데이터는 상기 글로벌 버스 영역의 상기 데이터 라인들에 동시에 전달되는 상 변화 메모리 장치.The first and second sense amplifier arrays have sense amplifiers for simultaneously sensing data of a plurality of memory cells that are simultaneously selected in the adjacent two cell arrays, wherein the sensed data in the sense amplifiers is stored in the global bus. And a phase change memory device simultaneously transferred to the data lines of the region. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 기입 회로는 상기 인접한 2개 셀 어레이들에서 동시에 선택되는 개개의 복수개 비트 라인들에 전달될 기입 펄스들을 상기 글로벌 버스 영역의 상기 기입 펄스 신호 라인들에 동시에 출력하도록 구성되어 있는 상 변화 메모리 장치.And the write circuit is configured to simultaneously output write pulses to the write pulse signal lines in the global bus region to be transmitted to respective plurality of bit lines selected simultaneously in the two adjacent cell arrays. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 셀 어레이 각각의 인접한 2개 메모리 셀들은, 그 중 하나는 높은 저항 값 상태이고 다른 하나는 낮은 저항 값 상태인 상보적 데이터를 저장하기 위한 쌍 셀을 구성하고,Two adjacent memory cells of each of the cell arrays constitute a pair of cells for storing complementary data, one of which is in a high resistance value state and the other of which is a low resistance value state, 상기 제1 및 제2 감지 증폭기 어레이들 각각은, 상기 쌍 셀이 접속되어 있는 비트 라인 쌍에 접속되어 상기 상보적 데이터로 인한 전류 차이를 감지하는 차동형 전류 감지 증폭기들을 배열하여 구성되는 상 변화 메모리 장치.Each of the first and second sense amplifier arrays is configured by arranging differential current sense amplifiers connected to a pair of bit lines to which the pair cell is connected to sense a current difference due to the complementary data. . 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기입 회로는,The write circuit, 상기 셀 어레이 각각의 선택된 워드 라인들 및 선택된 비트 라인들에 각각 공급될 정논리(positive logic) 펄스들 및 부논리(negative logic) 펄스들 - 상기 정논리 펄스들 및 부논리 펄스들은 기입 데이터에 따라 그 사이에 중첩 폭들을 갖도록 제어됨 - 을 발생시키기 위한 논리 펄스 발생 회로; 및Positive logic pulses and negative logic pulses to be supplied to selected word lines and selected bit lines of each of the cell array, respectively, wherein the positive logic pulses and the negative logic pulses are in accordance with write data. A logic pulse generating circuit for generating-controlled to have overlapping widths therebetween; And 상기 논리 펄스 발생 회로로부터 출력되는 상기 부논리 펄스들을 기입 데이터에 따라 선택적으로 승압하여 상기 기입 펄스 신호 라인들에 출력하기 위한 기입 펄스 발생 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a write pulse generator circuit for selectively boosting the negative logic pulses output from the logic pulse generator circuit to the write pulse signal lines according to write data. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 논리 펄스 발생 회로는,The logic pulse generator circuit, 동일한 펄스 폭을 가지며 서로 위상-시프트되어 있는 2개 펄스들을 발생시키기 위한 펄스 발생 회로; 및A pulse generating circuit for generating two pulses having the same pulse width and phase-shifted with each other; And 기입 데이터에 따라 판정되는 조합 논리들에 의해 중첩 시간이 판정되는 상기 부논리 펄스들 및 정논리 펄스들을 출력하기 위한 논리 게이트 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치. And a logic gate circuit for outputting the negative logic pulses and positive logic pulses whose overlapping time is determined by combinational logics determined according to write data. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수개 셀 어레이들은,The plurality of cell arrays, 상기 판독/기입 회로를 덮는 층간 절연막상에 형성되어 있는 서로 평행한 복수개의 제1 비트 라인들, 각 제1 비트 라인 상에 레이아웃되어 있는 복수개 메모리 셀들, 및 상기 메모리 셀들 상에 상기 제1 비트 라인들과 교차하는 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들을 공통 접속시키는 방식으로 레이아웃되어 있는 복수개의 제1 워드 라인들을 가진 제1 셀 어레이;A plurality of first bit lines parallel to each other formed on an interlayer insulating film covering the read / write circuit, a plurality of memory cells laid out on each first bit line, and the first bit line on the memory cells A first cell array having a plurality of first word lines laid out in a manner of commonly connecting a plurality of memory cells aligned in a direction crossing the plurality of memory cells; 상기 제1 셀 어레이와 상기 제1 워드 라인들을 공유하면서 상기 제1 셀 어레이 위에 형성되어 있고, 상기 제1 셀 어레이와 동일한 레이아웃으로 어레이되어 있는 복수개 메모리 셀들 및 상기 메모리 셀들 상에 상기 제1 워드 라인들과 교차하는 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들을 공통 접속시키는 방식으로 배치된 복수개의 제2 비트 라인들을 갖는 제2 셀 어레이; A plurality of memory cells formed on the first cell array while sharing the first cell array and the first word lines, and arranged in the same layout as the first cell array, and the first word line on the memory cells. A second cell array having a plurality of second bit lines arranged in a manner of commonly connecting a plurality of memory cells aligned in a direction crossing the plurality of memory cells; 상기 제2 셀 어레이와 상기 제2 비트 라인들을 공유하면서 상기 제2 셀 어레이 상부에 형성되어 있고, 상기 제2 메모리 셀 어레이와 동일한 레이아웃으로 레이아웃되어 있는 복수개 메모리 셀들 및 상기 메모리 셀들 상에 상기 제2 비트 라인들과 교차하는 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들을 공통 접속시키는 방식으로 배치된 복수개의 제2 워드 라인들을 갖는 제3 셀 어레이; 및A plurality of memory cells formed on the second cell array while sharing the second cell array and the second bit lines, and laid out in the same layout as the second memory cell array, and the second on the memory cells. A third cell array having a plurality of second word lines arranged in a manner of commonly connecting a plurality of memory cells aligned in a direction crossing the bit lines; And 상기 제3 셀 어레이와 상기 제2 워드 라인들을 공유하면서 상기 제3 셀 어레이 상부에 형성되어 있고, 상기 제3 메모리 셀 어레이의 메모리 셀들과 동일한 레이아웃으로 배치되어 있는 복수개 메모리 셀들 및 상기 메모리 셀들 상에 상기 제2 워드 라인들과 교차하는 방향으로 정렬되어 있는 복수개 메모리 셀들을 공통 접속시키는 방식으로 배치된 복수개의 제3 비트 라인들을 갖는 제4 셀 어레이를 포함하는 상 변화 메모리 장치.On the memory cells and the plurality of memory cells formed on the third cell array while sharing the third cell array and the second word lines, and arranged in the same layout as the memory cells of the third memory cell array. And a fourth cell array having a plurality of third bit lines arranged in a manner of commonly connecting a plurality of memory cells aligned in a direction crossing the second word lines. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 셀 어레이 각각의 상기 메모리 셀은 상기 제1 내지 제3 비트 라인들과 상기 제1 및 제2 워드 라인들의 대응되는 각각의 교차부에 적층되어 있는 칼로겐화물 및 다이오드를 갖는 상 변화 메모리 장치.And the memory cells of each of the cell arrays have a chalcogenide and a diode stacked on corresponding intersections of the first to third bit lines and the first and second word lines. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 칼로겐화물 및 다이오드의 적층 순서는 위쪽과 아래쪽의 인접한 셀 어레이들 사이에서 반전되고,The stacking order of the chalcogenide and diode is reversed between adjacent cell arrays above and below, 상기 다이오드는 상기 제1 내지 제3 비트 라인들 쪽이 음극인 극성을 갖도록 형성되어 있는 상 변화 메모리 장치.And the diodes are formed to have polarities in which the first to third bit lines are cathodes. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 판독/기입 회로는,The read / write circuit, 판독 데이터가 전달되는 복수개 데이터 라인들 및 기입 펄스들을 상기 비트 라인들에 전달하기 위한 복수개 기입 펄스 신호 라인들을 가진 글로벌 버스 영역 - 상기 데이터 라인들 및 상기 기입 펄스 신호 라인들은 상기 셀 레이아웃 영역의 중심부를 상기 제2 방향으로 가로지르도록 배치됨 - ;A global bus region having a plurality of data lines through which read data is transferred and a plurality of write pulse signal lines for delivering write pulses to the bit lines, wherein the data lines and the write pulse signal lines define a central portion of the cell layout region. Arranged to cross in the second direction; 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제1 경계를 따라 배치되어 있으며, 상기 제1 및 제3 비트 라인들이 공통 접속되어 있는 제1 비트 라인 선택 회로; A first bit line selection circuit disposed along the first boundary of the cell layout area and in which the first and third bit lines are commonly connected; 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제2 경계를 따라 배치되어 있으며, 상기 제2 비트 라인들이 접속되어 있는 제2 비트 라인 선택 회로; A second bit line selection circuit disposed along the second boundary of the cell layout area and to which the second bit lines are connected; 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들과 상기 글로벌 버스 영역 사이에 각각 배치되어 있으며, 각각, 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로들에 의해 선택되는 비트 라인들의 데이터를 감지하기 위한 제1 및 제2 감지 증폭기 어레이들;A first interposed between the first and second bit line select circuits and the global bus region, respectively, for sensing data of the bit lines selected by the first and second bit line select circuits, respectively; And second sense amplifier arrays; 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제3 및 제4 경계들 중 하나를 따라 배치되어 있으며, 상기 제1 및 제2 워드 라인들이 접속되어 있는 워드 라인 선택 회로; 및A word line selection circuit disposed along one of the third and fourth boundaries of the cell layout area and to which the first and second word lines are connected; And 상기 셀 레이아웃 영역의 상기 제3 및 제4 경계들 중 다른 하나를 따라 배치되어 있으며, 상기 기입 펄스 신호 라인들에 공급되는 상기 기입 펄스들을 발생시키기 위한 기입 회로를 포함하는 상 변화 메모리 장치.And a write circuit arranged along another one of said third and fourth boundaries of said cell layout region, said write circuit for generating said write pulses supplied to said write pulse signal lines. 제18항에 있어서, The method of claim 18, 상기 워드 라인 선택 회로는 상기 제1 및 제2 워드 라인들 중 하나의 소정 범위를 동시에 활성화시키도록 구성되어 있고,The word line selection circuit is configured to simultaneously activate a predetermined range of one of the first and second word lines, 상기 제1 및 제2 비트 라인 선택 회로는, 각각, 상기 제1 및 제3 비트 라인들 중 하나의 소정 범위를 동시에 선택하고, 상기 제2 비트 라인들의 소정 범위를 동시에 선택하도록 구성되어 있는 상 변화 메모리 장치.Wherein the first and second bit line selection circuits are configured to simultaneously select a predetermined range of one of the first and third bit lines and to simultaneously select a predetermined range of the second bit lines. Memory device. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 제1 및 제2 감지 증폭기 어레이들은 상기 제1 및 제2 셀 어레이들에서 또는 상기 제3 및 제4 셀 어레이들에서 동시에 선택되는 복수개 메모리 셀들 개개의 데이터를 동시에 감지하기 위한 감지 증폭기들을 갖고, 상기 감지 증폭기들에서 감지된 데이터는 상기 글로벌 버스 영역의 상기 데이터 라인들에 동시에 전달되는 상 변화 메모리 장치.The first and second sense amplifier arrays have sense amplifiers for simultaneously sensing data of a plurality of memory cells simultaneously selected in the first and second cell arrays or in the third and fourth cell arrays, And data sensed by the sense amplifiers are simultaneously transferred to the data lines of the global bus region. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 기입 회로는 상기 제1 및 제2 셀 어레이들에서 또는 상기 제3 및 제4 셀 어레이들에서 동시에 선택되는 개개의 복수개 비트 라인들에 전달될 기입 펄스들을 상기 글로벌 버스 영역의 상기 기입 펄스 라인들에 동시에 출력하도록 구성되어 있는 상 변화 메모리 장치.The write circuit may write write pulses to be transmitted to respective plurality of bit lines that are simultaneously selected in the first and second cell arrays or in the third and fourth cell arrays. A phase change memory device configured to simultaneously output to a. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제1 내지 제4 셀 어레이들 각각의 상기 제1 또는 제2 워드 라인들을 공유하는 인접한 2개의 메모리 셀들은, 그 중 하나는 높은 저항 값 상태이고 다른 하나는 낮은 저항 값 상태인 상보적 데이터를 저장하기 위한 쌍 셀을 구성하고,Two adjacent memory cells sharing the first or second word lines of each of the first to fourth cell arrays are complementary data, one of which is in a high resistance value state and the other of which is a low resistance value state. Configure pair cells for storage, 상기 쌍 셀의 상기 상보적 데이터는 비트 라인 쌍에 1 비트의 데이터로서 판독되는 상 변화 메모리 장치.And said complementary data of said pair of cells is read as one bit of data into a pair of bit lines. 제22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 쌍 셀은, 그의 상보적 데이터가 판독되는 비트 라인 쌍 사이에 다른 비트 라인이 배치되도록 선택되는 상 변화 메모리 장치The pair of cells is selected such that another bit line is placed between the pair of bit lines from which its complementary data is read
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