三次元的スタックド不揮発性メモリユニット
メモリユニット(200)であって、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタ(210)と、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタ(220)と、メモリユニットの第3の層において第1のメモリ領域に広がる第1の抵抗センスメモリ(RSM)セル(230)と、メモリユニットの第3の層において、第2のメモリ領域に広がる第2のRSMセル(250)とを含む。第1のトランジスタは第1のRSMセルに電気的に結合され、第2のトランジスタは第2のRSMセルに電気的に結合される。第2の層は第1の層と第3の層との間にある。第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、トランジスタ重畳領域を有する。第1のメモリ領域および第2のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
背景
新しい種類のメモリは、一般に用いられる種類のメモリと競合する著しい可能性を示している。たとえば、不揮発性スピン転送トルクランダムアクセスメモリ(ここではSTRAMという)および抵抗ランダムアクセスメモリ(ここではRRAM(登録商標)と呼ぶ)は、次世代メモリの優れた候補であると考えられている。フラッシュメモリ(NANDまたはNOR)のような確立された種類のメモリとより有効に競合するSTRAMおよびRRAM(登録商標)の機能は、メモリユニット(メモリセルおよび付随する駆動装置)がチップ上に形成することができる密度を増加させることにより、最大限にすることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0002】
概要
ここに開示されているメモリユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層において第1のメモリ領域に広がる第1の抵抗センスメモリ(RSM)セルと、メモリユニットの第3の層において第2のメモリ領域に広がる第2のRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第1のRSMセルに電気的に結合され、第2のトランジスタは第2のRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1および第2のトランジスタは、トランジスタ重畳領域を有し、第1のメモリ領域および第2のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。
【0003】
ここに開示されているRSMユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層においてメモリ領域に広がるRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、メモリ領域は第1および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。
【0004】
ここに開示されているのは、RSMユニットを用いる方法であり、本方法は、RSMユニットを設けることを備え、RSMユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層においてメモリ領域に広がるRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、メモリ領域は第1および第2のトランジスタ領域を越えて延在せず、さらに、RSMセルの抵抗状態を定めるために、第1または第2のトランジスタのみを活性化することを備える。
【0005】
上記のならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなる。
【0006】
本明細書は、添付されている図面とともに、本明細書の以下のさまざまな実施例の詳細な説明を考慮することにより、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】例示的STRAMセルの概略図である。
【図1B】例示的STRAMセルの概略図である。
【図1C】例示的RRAM(登録商標)セルの概略図である。
【図2A】ここに開示されるメモリユニットの一実施例の概略図である。
【図2B】ここに開示される単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図2C】図2Bに示されるメモリユニットの斜視図である。
【図2D】図2Bに示されるメモリユニットの回路図である。
【図3A】ここに開示される単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図3B】図3Aに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図3C】STRAM単一メモリセル−単一トランジスタを用いるメモリユニットの概略図である。
【図4A】ここに開示されている単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図4B】図4Aに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図4C】STRAM単一メモリセル−単一トランジスタを用いるメモリユニットの概略図である。
【図5A】単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成を利用するメモリユニットの回路図である。
【図5B】このようなメモリユニットの概略図である。
【図5C】図5Bに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図5D】ここに開示されている単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図5E】STRAM単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成を用いるメモリユニットの概略図である。
【図5F】図5Dに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図6】メモリセルをアクセスするために他のエレメントで構成されるメモリユニットの一部の実施例の概略図である。
【図7】ここに開示されているメモリユニットを含む例示的メモリアレイの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図面は必ずしも尺度通りには描かれていない。図面において同じ参照符号は同じコンポーネントを示す。しかし、ある図面におけるコンポーネントを示すために用いられた番号は、同じ番号が付けられている別の図面におけるコンポーネントを制限するものではない。
【0009】
詳細な説明
以下の説明において、ここの一部をなす添付の図面であって、実例としていくつかの具体的実施例が図示されている図面を参照する。しかし、他の実施例も意図され、本開示の範囲または精神から逸脱することなく実施することができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で取られてはならない。
【0010】
特に示さない限り、明細書および請求項で用いられる構造の大きさ、量、および物理的特性を表わす数値は、「約」の用語により、すべての場合において変えられると理解される。そうではないと示されない限り、上記に記載されている明細書および添付の請求項に記載されている数値的パラメータは、ここに開示されている教示を用いて当業者が求める所望の特性に応じて変えることができる近似値である。
【0011】
端点を伴う数値的範囲の記載は、その範囲内に包含されるすべての数値を含み(たとえば、1から5は、1,1.5,2,2.75,3,3.80,4および5を含み)、さらにその範囲内のすべての範囲を含む。
【0012】
本明細書および添付の請求項で用いられる単数形のa、an、およびtheは、内容がそうではないとはっきりと示さない限り、複数のものを有する実施例を含む。本明細書および添付の請求項で用いられる「または」の用語は、内容がそうではないとはっきりと示さない限り、「および/または」を含む意味として用いられる。
【0013】
「下部」、「上部」、「下」、「以下」、「上」および「上面」を含むがこれらに限定されない空間に関連する用語は、ここで用いられた場合、エレメントの互いに対する空間的関係の記載を容易にするために用いられる。このような空間に関連する用語は、図面に示され、かつ記載されている特定の配向に加えて、使用されているまたは動作中の装置の異なる配向をも含有する。たとえば、図面に示されるものが裏返されたりひっくり返されたりした場合、他のエレメントに対して下または下部にあると記載されていた部分は、それら他のエレメントに対して、上にあることになる。
【0014】
ここでは、たとえばあるエレメント、コンポーネント、または層が、他のエレメント、コンポーネントまたは層に対して「上」、「接続」、「結合」、または「接触」すると記載されているのなら、直接上に、直接接続する、直接結合する、または直接接触する場合と、介在するエレメント、コンポーネント、または層がたとえば特定のエレメント、コンポーネント、または層の上に、接続する、結合する、または接触する場合とを含む。たとえばあるエレメント、コンポーネント、または層が、他のエレメントに対して「直接上に」、「直接接続される」、「直接結合される」、または「直接接触する」と言及されているのなら、介在するたとえばエレメント、コンポーネント、または層はない。
【0015】
たとえばSTRAMやRRAM(登録商標)のような不揮発性メモリセルは、相対的に大きい駆動電流を必要とする。たとえば、一部のSTRAMセルは、約400マイクロアンペア(μA)の駆動電流を必要とする。一般に用いられる金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は一般に約800μA/マイクロメートル(μm)の駆動力を有する。したがって、この必要な駆動電流を提供することができるMOSFETは約0.5μmでなければならない。現在利用可能な半導体製造技術の最小寸法が90nm(F)であるとすると、有用なMOSFETの幅は約5.6Fである。一般的に用いられるメモリユニット構成は、一般に単一のメモリセルおよび付随する単一のトランジスタを有する。メモリセルの寸法がF×2Fであり、かつメモリユニットは各メモリユニット間にFの空間が必要であるとすると、一般的に用いられるメモリユニット構成は、(5.6F+F)*(2F+F+F)の面積を有し、これは約26.4F2に匹敵する。必要な合計面積である26.4F2をメモリセルだけの面積2F2と比較すると、一般に用いられるメモリユニット構成では、トランジスタはメモリセルよりも著しく大きな領域を必要とし、単一の機能メモリセルに必要な相対的に広い面積の主要原因となる。
【0016】
ここに開示されているメモリユニットは、著しく少ない面積を用いるメモリセルおよびトランジスタ用の代替えの構成を提供し、費用および効率において利点を与える。開示されているメモリユニットは、1つのメモリセルを2つのより小さいトランジスタで電力を供給することにより、または、2つのトランジスタを2つの縦に重なる層に配置し、2つのメモリセルを2つのトランジスタ上の共有の第3の層上に配置することによって、トランジスタおよび付随するメモリセルの三次元の構成を変えることにより、このような利点が得られる。このような利点を得るために用いることができるさまざまな異なる構成がここに記載される。このような構成に必要な面積の計算(上記と同様のもの)は、各実施例において説明される。
【0017】
ここに用いられる「メモリユニット」の用語は、電流を1つ以上のメモリセルに流すことができるように機能する1つ以上のデバイスに電気的に接続される1つ以上のメモリセルを指す。ある実施例において、メモリユニットは、2つのトランジスタに電気的に接続される1つのメモリセルを含むことができる。一実施例において、1つのメモリセルは、他のトランジスタに電気的に接続されている2つのトランジスタの一方に電気的に接続されることができる。このような構成は、単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成と呼ぶことができる。一実施例において、メモリユニットは第1のトランジスタに電気的に接続される第1のメモリセルと、第2のトランジスタに電気的に接続される第2のメモリセルとを含むことができる。このような構成は、単一メモリセル−単一トランジスタ構成と呼ぶことができる。
【0018】
ここに記載されているメモリ装置に用いられるメモリセルは、多くの異なる種類のメモリを含むことができる。ここに開示されている装置に用いることができる例示的な種類のメモリは、抵抗センスメモリ(RSM)セルのような不揮発性メモリを含むが、これに限定されない。RSMセルは、RSMセルの異なる抵抗状態を用いて、データ記憶を与える、変化し得る抵抗を有する。例示的RSMセルは、強誘電性RAM(FeRAMまたはFRAM(登録商標));磁気抵抗RAM(MRAM);抵抗RAM(RRAM(登録商標));PRAM、PCRAMおよびC−RAMとも呼ばれる相変化メモリ(PCM);コンダクティブブリッジングRAMまたはCBRAMとも呼ばれるプログラム可能金属化セル(PMC);およびSTRAMとも呼ばれるスピントルク転送RAMを含むが、これらに限定されない。
【0019】
実施例において、RSMセルはSTRAMセルであり得る。STRAMメモリセルは、MTJ(磁気トンネル接合)を含み、トンネルバリアとして知られている薄膜絶縁層によって分離されている2つの磁気電極層を含む。MTJの実施例は、図1Aに示される。図1AのMTJ100は、第1の磁気層110および第2の磁気層130を含み、これらは絶縁層120によって分離されている。図1Bに示されるMTJ100は、第1の電極層140および第2の電極層150と接触する。第1の電極層140および第2の電極層150は、第1の磁気層110および第2の磁気層130をそれぞれ制御回路(図示されていない)に電気的に接続し、磁気層を通して読取および書込電流を供給する。第1の磁気層110および第2の磁気層130の磁化ベクトルの相対的配向は、MTJ100にかかる抵抗によって定めることができ、MTJ100にかかる抵抗は、第1の磁気層110および第2の磁気層130の磁化ベクトルの相対的配向によって定めることができる。
【0020】
第1の磁気層110および第2の磁気層130は一般に、鉄(Fe)、コバルト(Co)、およびニッケル(Ni)合金のような強磁性合金からなる。実施例において、第1の磁気層110および第2の磁気層130はFeMn、NiO、IrMn、PtPdMn、NiMnおよびTbCoのような合金からなり得る。絶縁層120は、酸化アルミニウム(Al2O3)または酸化マグネシウム(MgO)のような絶縁材から作成される。
【0021】
磁気層の一方、たとえば第1の磁気層110の磁化は、一般に所定の方向に固定され、他方の磁気層、たとえば第2の磁気層130の磁化方向は、スピントルクの影響下で自由に回転することができる。第1の磁気層110の固定は、PtMn、IrMnなどのような反強磁性的に整えられた材料との交換バイアスを用いることによって達成できる。
【0022】
実施例において、RSMセルはRRAM(登録商標)セルであり得る。図1Cは、抵抗ランダムアクセスメモリ(RRAM(登録商標))セル160の概略図である。RRAM(登録商標)セル160は、媒体層112を含み、これは媒体層112の電気的抵抗を変えることにより、電流または電圧パルスに応答する。この現象は、電気パルス誘起抵抗変化効果と呼ぶことができる。この効果は、メモリの抵抗(すなわちデータ状態)を、たとえば1つ以上の高抵抗状態から低抵抗状態に変える。媒体層112は第1の電極114と第2の電極116との間に配置され、RRAM(登録商標)セルのデータ記憶材層として働く。第1の電極114および第2の電極116は電圧源(図示されていない)に電気的に接続される。第1の電極114および第2の電極116は、たとえば金属のような有用な電気的に導通する材料から形成され得る。
【0023】
媒体層112を形成する材料は、既知であるどのような有用なRRAM(登録商標)材であってもよい。実施例において、媒体層112を形成する材料は、たとえば金属酸化物のような酸化物材を含むことができる。一部の実施例において、金属酸化物は二元系酸化物材または複合金属酸化物材であり得る。別の実施例において、媒体層112を形成する材料は、カルコゲニド固体電解質材または有機/高分子材を含むことができる。
【0024】
二元系金属酸化物材はMxOyの化学式で表わすことができる。この式において、M、O、xおよびyはそれぞれ金属、酸素、金属組成比、および酸素構成比を示す。金属Mは遷移金属および/またはアルミニウム(Al)であり得る。この場合、遷移金属はニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、コバルト(社)、鉄(Fe)、銅(Cu)および/またはクロム(Cr)であり得る。媒体層112として用いることができる二元系金属酸化物の具体的例は、CuO, NiO, CoO, ZnO, CrO2, TiO2, HfO2, ZrO2、Fe2O3およびNb2O5を含む。
【0025】
実施例において、金属酸化物はいずれかの有用な複合金属酸化物であってもよく、たとえばPr0.7Ca0.3MnO3、もしくはSrTiO3、もしくはSiZrO3の式を有する複合酸化物材、またはCrもしくはNbでドーピングされた上記の酸化物であり得る。複合物はLaCuO4またはBi2Sr2CaCu2O8を含み得る。固体カルコゲニド材の一例は、銀(Ag)成分を含むゲルマニウムセレニド(GexSe100-x)である。有機材の一例は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(すなわちPEDOT)である。
【0026】
RSMセルは図1Cと同様の構造を有する強誘電性キャパシタを含むこともでき、この場合ジルコニウム酸チタン酸塩(PZTと呼ぶ)またはSrBi2Ta2O9(SBTと呼ぶ)のような材料を用いる。このようなメモリセルにおいて、電流を用いて分極方向を切換え、読取電流は分極が上であるのか下であるのか検出することができる。このような実施例において、読取動作は破壊的なプロセスであり、セルは含まれているデータを失い、セルにデータを再度書込みたい場合はリフレッシュを必要とする。
【0027】
ここに開示されているメモリユニットはトランジスタをも含む。一般に、電界効果トランジスタ(FET)が用いられる。すべての一般的に用いられるFETは、ゲート、ドレイン、ソース、および本体(または基板)を有する。ゲートは、物理的ゲートと同様に、FETの開閉を制御する。ゲートは、ソースとドレインとの間にチャネルを作成またはなくすことにより、電子が流れる(開いている場合)または通過を妨げる(閉じている場合)を可能にする。電子は、印加電圧の影響を受けると、ソース端子からドレイン端子に流れる。本体または基板は、ゲート、ソースおよびドレインがある半導体の塊である。
【0028】
実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いることができる。MOSFETは一般にn型またはp型の半導体材のチャネルからなり、それぞれNMOSFETまたはPMOSFET(一般にnMOS、pMOS)と呼ばれる。実施例は相補型金属酸化物半導体トランジスタ(CMOSトランジスタ)を用いることもできる。メモリユニットのトランジスタは同じ種類のトランジスタであり得るが、必ずしも同じ種類である必要はない。
【0029】
ここに開示されるメモリユニットの一実施例は、図2Aに示される。図2Aのメモリユニット200は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ220、および少なくとも第1のRSMセル230を含む。一般に、ここに開示されているメモリユニットは、図2Aに示されるように、高さの寸法を用いる構成を有し、z軸は幅の寸法を減少させるものであり、x軸は図2Aに示されているとおりである。図2Aに示されるように、第2のトランジスタ220は第1のトランジスタ210上に位置付けられ、少なくとも第1のRSMセル230は、第2のトランジスタ220上に位置付けられる。第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220はx次元において重なり、トランジスタ重畳領域240と呼ばれるものを形成する。トランジスタ重畳領域240がx次元において長くなればなるほど、全体のメモリユニットの必要な幅は小さくなる。
【0030】
第1のトランジスタ210はメモリユニットの第1の層にあり、第2のトランジスタ220は、メモリユニットの第2の層内にあり、第1のRSMセル230は、メモリユニットの第3の層にある。一般に、第2の層は、第1の層と第3の層との間にある。メモリユニットに対して用いられる「層」の用語は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ230、または第1のRSMセル230のようなコンポーネントを含むメモリユニットの部分(図2Aに示されるz軸の方向においてメモリユニットの部分を占める)に対して用いられる。
【0031】
一般に、ここに開示されているすべての実施例は、基本的な3層およびトランジスタ重畳領域構成を共有する。このような構成は、コンポーネントを高さ寸法(図2Aにおけるz軸)において重ね、かつx軸(または一部の実施例においてy軸)の少なくとも一部を共有することにより、幅または長さ寸法(図2Aにおいて、yまたはx軸)のスペースを節減する。ここに開示されているさまざまな実施例は、2つのトランジスタが同じ大きさであるか否か、2つのトランジスタが互いに完全に重なるかまたは部分的に重なるか、含まれるメモリセルが1つまたは2つであるか、およびメモリセルが1つまたは2つのトランジスタに電気的に接続されているかに依存して変わる。
【0032】
ここに開示されているメモリユニットは、2つのトランジスタの(z軸における)重なりにより、空間を有効に利用し、RSMセルと比べてはるかに大きい。このような態様で構成されている2つのトランジスタおよび2つの付随するRSMセルを含むメモリユニットは、一つの機能モリセルの幅が一般的に用いられるメモリユニットよりも小さいメモリユニットを提供する。上記のように、一般的に用いられるメモリ構成は、トランジスタの幅によって決定付けられる機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび付随するトランジスタが占める幅)を与え、これはRSMセルに必要な駆動電流に基づき、約5.6Fと見積もることができる(Fは製造できる構造の最小幅に基づく係数である)。ここに開示されているメモリユニットの実施例は、5.6Fより小さい機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは約4.0F(5.6Fの約80%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約3.9F(5.6Fの約70%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約3.4F(5.6Fの約60%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約2.8Fである機能メモリセル幅を有することができる。
【0033】
実施例において、ここに開示されているメモリユニットは約3Fの機能メモリセル幅を有することができる。
【0034】
別の例示的実施例が図2Bに示される。図2Bに示される実施例は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ220、第1のRSMセル230、および第2のRSMセル250を含む。第1のトランジスタ210は第1のRSMセル230に電気的に結合され、これは第1の電気接続215によって示される。第2のトランジスタ220は第2のRSMセル250に電気的に結合され、これは第2の電気接続225によって示される。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は両方とも、ソースおよびドレイン領域を含み、電気接続215および225は、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220のドレイン領域を介して、RSMセル230および250にそれぞれ接続する。このような実施例において、各RSMセルは自己の単一トランジスタによって駆動される。実施例において、第1のRSMセル230および第2のRSMセル250は同じ種類のRSMセルであり得る。実施例において、第1のRSMセル230および第2のRSM250は両方ともSTRAMまたは両方ともRRAM(登録商標)であり得る。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は、同じ種類のトランジスタであり得る。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は、MOSFETであり得る。
【0035】
図2Bに示されるように、メモリユニット220は、x軸、y軸、およびz軸によって示されるように、一般に3つの次元を有する。実施例において、xまたはy軸でのメモリユニットの長さを減少させることは、メモリユニットが占める面積を減らすことになる。図2Bに示されるような実施例において、x次元においてメモリユニットの幅を減らすことは、メモリユニットが占める面積を減らすことになる。図2Bに示されるように、例示的メモリユニット200は、x軸の方向においてx1の長さを有する。図2Bに示されるような実施例において、x軸の面におけるメモリユニットの幅は、一般に用いられるメモリ構成の幅よりも2分の1以上小さくなり得る。
【0036】
例示的メモリユニット200は、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を含む。第2のトランジスタ220は一般に、z軸の方向において第1のトランジスタ210上に位置付けられる。第1のトランジスタ210はある幅を有し、メモリユニット内のx軸の面においてある領域(第1のトランジスタ領域と呼ぶ)に広がる。第2のトランジスタ220もある幅を有し、メモリユニット内のx軸の面においてある領域(第2のトランジスタ領域と呼ぶ)に広がる。第2のトランジスタ領域は、x軸の面において、少なくとも部分的に第1のトランジスタ領域に重なる。この領域は図2Bに示され、トランジスタ重畳領域240と呼ばれる。言い換えると、メモリユニットにおいて、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220の両方を含むz軸およびy軸によって規定される面を通る断面が少なくとも1つあり、さらに、第1のトランジスタ210または第2のトランジスタ220の一方しか含まないz軸およびy軸によって規定される面を通る断面が少なくとも1つあり得るが、これはなくてもよい。
【0037】
例示的メモリユニット200はさらに第1のRSMセル230および第2のRSMセル250を含む。第1のRSMセル230および第2のRSMセル250は、z軸の方向において第2のトランジスタ220上に位置付けられる。第2のトランジスタ220がz軸の面において第1のトランジスタ210上に位置付けられるので、第1のRSMセル230および第2のRSMセル250も第1のトランジスタ210上に位置付けられる。第1のRSMセル230はある幅を有し、メモリユニットのx軸面内においてある領域(第1のメモリ領域という)に広がる。第2のRSMセル250もある幅を有し、メモリユニットのx軸面内においてある領域(第2のメモリ領域という)に広がる。第1のメモリ領域および第2のメモリ領域のどちらも、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。言い換えると、メモリユニットにおいて、RSMセル230または250のどちらかを含むが、第1のトランジスタ210または第2のトランジスタ220の一方または両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。
【0038】
第1のトランジスタ210は、メモリユニットの第1の層内にある。第2のトランジスタ220は、メモリユニットの第2の層内にある。RSMセル230および250は、メモリセルの第3の層にある。一般に、第2の層は、第1の層と第3の層との間にある。コンポーネントが3つの重なる層にあり、第1および第2のトランジスタのトランジスタ重畳領域240、ならびにRSMセルの相対的に小さい面積(単一のトランジスタが占める領域内において2つを位置付けることができる)により、この構成によって機能メモリセル幅を最小化することができる。
【0039】
このようなメモリユニットの別のビューが図2Cに見られる。第1の電気接続215および第2の電気接続225はこのビューには示されていない。図2Cは、図2Bに示されるメモリユニットの「トップダウン式」ビューであると考えることができる。この図は、トランジスタ重畳領域240として、x軸の面において第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220が少なくとも部分的に重なっていることを示す。さらに、第1のRSMセル230の第1のメモリ領域および第2のRSMセル250の第2のメモリ領域が、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を越えて延在せず、具体的には、x軸の面において第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を越えて延在しないことを示す。この図により、2つのトランジスタの重なりが大きければ大きいほど、すなわち、トランジスタ重畳領域240が大きければ大きいほど、幅x1は小さくなり、単一トランジスタの幅により近づき、したがってメモリユニットの全体の面積が小さくなる。
【0040】
図2Dは、図2Bおよび図2Cに示される構成の回路図である。第1のトランジスタ210は第1のRSMセル230に電気的に接続され、第2のトランジスタ220は第2のRSMセル250に電気的に接続される。z軸面における2つのトランジスタの位置付け、第2のトランジスタが占める幅上の2つのRSMセルの位置付け、および2つの別個のトランジスタの2つの別個のRSMセルへの電気接続により、最小機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび関連するトランジスタが占める幅)が約2.8Fであるメモリユニットとなる。実施例において、ユニット幅は2.8Fを超えることができるが、5.6Fよりも小さい。実施例において、機能メモリセル幅は金属配線、付加的周辺回路、より複雑な復号化、他の考慮点、またはこれらの組合せにより、2.8Fにしか近づけない。
【0041】
ここに開示されているメモリユニットは、電気接続を介して他のメモリユニット、他の電気的コンポーネント、または他のメモリユニットおよび他の電気的コンポーネントの両方に接続することができる。実施例において、ビット線、ソース線、およびワード線と呼ばれる電気接続を用いて、メモリユニットのさまざまな部分への電気接続を提供する。これら(または他の)電気接続を含むメモリユニットは、メモリユニットがこのような電気接続に接続され、その電気接続はメモリユニットを越えて延在可能であることを意味する。ビット線は一般にRSMセルへの電気接続をなすために用いられている。一般に、ビット線はRSMセルの上部電極(または均等な構造体)に電気的に接続される。ソース線はトランジスタへの電気接続をなすために一般的に用いられ、それにより(トランジスタがオンの場合)トランジスタ/メモリセルを介して電気的回路をなす。一般的に、ソース線はトランジスタのソース(または均等な構造体)に電気的に接続される。ワード線はトランジスタをオンおよびオフにするために用いられる。一般に、ワード線はトランジスタの構造体(または均等な構造体)に電気的に接続されるか、トランジスタの基板内にある。
【0042】
図3Aはここに開示されているメモリユニットの実施例の概略図である。図3Aの記載は必ずしも断面ではない。なぜなら、断面ではさまざまなコンポーネントすべてを区別するのが難しくなるからである。本例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ310、第2のトランジスタ320、第1のRSMセル330、および上記の第2のRSMセル350を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ320は第1のトランジスタ310上に位置付けられ、トランジスタ重畳領域340において少なくとも部分的に第1のトランジスタ310に重畳する。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第2のトランジスタ320上に位置付けられ、第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320を越えて延在しない。
【0043】
ここで用いられる例示的第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320は、ソース領域311および321;ドレイン領域313および323;基板317および327;ならびにゲート領域319および329を含む。図3Aに示されるように、ソース領域311および321ならびにドレイン領域313および323は対向して構成されている。言い換えると、第1のトランジスタ310は、左側にソース領域311を含み、第2のトランジスタ320は右側にソース領域321を含む。
【0044】
さらに、ソース線360が示される。図3Aに示されるように、ソース線360は、第1のソース電気接続315および第2のソース電気接続325を介して、それぞれ第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のソース領域311および321に電気的に接続される。ソース線360は一般に、第1のトランジスタ310と第2のトランジスタ320との間に配置される。第1のRSMセル330は、第1のドレイン電気接続318を介して、第1のトランジスタ310のドレイン領域313に電気的に接続される。同様に、第2のRSMセル350は、第2のドレイン電気接続328を介して、第2のトランジスタ320のドレイン領域323に電気的に接続される。
【0045】
図3Aに示されるように、ソース線360の一部は、第1のドレイン電気接続318からビア絶縁体362によって電気的に絶縁されている。ビア絶縁体362は電気的絶縁性材料からなる、または材料の空間であり得る(たとえば、空気は絶縁体として働く)。一般に、ビア絶縁体362は、他の態様でソース線360に接触するのなら、第1のドレイン電気接続318を含む。
【0046】
図3Aに示される実施例は、第1のビット線370および第2のビット線380をも含む。第1のビット線370は第1のRSMセル330に電気的に接続される。第2のビット線380は第2のRSMセル350に電気的に接続される。ここでは示されていないが、ビット線のRSMセルへの電気接続は、RSMセルの上部電極を介して行なうことができる。
【0047】
図3Bは、図3Aに示されるメモリユニットの「トップダウン式」ビューを示す。同様のコンポーネントは、図3Aと同じ態様で番号が付けられている。トランジスタ重畳領域340は斜線で示される。図3Bに示されるように、第1のビット線370および第2のビット線380は、第1のドレイン電気接続318および第2のドレイン電気接続328を介してそれぞれ第1のメモリセル330および第2のメモリセル350に電気的に接続される。ここでは、ビア絶縁体362は第1のドレイン電気接続318をソース線360から隔離していることがわかる。さらに、第1のワード線390および第2のワード線395が示される。ワード線は、図3Aに示される第1の基板317および第2の基板327の中を通る、またはその中にある、またはそのものである。
【0048】
図3Cは、ここに開示されるメモリユニットの他の実施例の概略図である。図3Cに示されるメモリユニットは、図3Aおよび図3Bに示されるものと類似しており、同様のエレメントは同様の番号が付けられている。図3Cに示される実施例のいくつかのコンポーネントは、図3Aおよび図3Bに既にありかつ記載されているので、さらには記載されない。トランジスタ重畳領域340はここでも斜線で示される。図3Cに示される実施例は、STRAMセルをRSMセルとして含む。図3Cに示されるように、本実施例のRSMセルである第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は複数の層、固定層332および352;トンネル接合334および354;ならびに自由層336および356を含む。トンネル接合334および354はそれぞれ固定層332および335と自由層336および338との間に配置されている。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第1の底部電極333および第2の底部電極353を含むか、第1の底部電極333および第2の底部電極353に電気的に接続される。第1の底部電極333および第2の底部電極353は第1のドレイン電気接続318および第2のドレイン電気接続328を介して、それぞれ第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のドレイン313および323に電気的に接続される。
【0049】
図4Aは、ここに開示されるメモリユニットの別の実施例の概略図である。図4Aの記載は必ずしも断面ではない。なぜなら、断面ではさまざまなコンポーネントすべてを区別するのが難しくなるからである。この例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ410、第2のトランジスタ420、第1のRSMセル430、および第2のRSMセル450を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ420は第1のトランジスタ410上に位置付けられ、少なくとも部分的に第1のトランジスタ410に重畳する。トランジスタ重畳領域440は斜線で示される。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第2のトランジスタ320上に位置付けられ、第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320を越えて延在しない。
【0050】
図4Aに示されるように、ソース領域411および421ならびにドレイン領域413および423は、x軸の面において平行な構成を有する。言い換えると、第1のトランジスタ410は左側にソース領域411を含み、第2のトランジスタ420は左側にソース領域421を含む。このような実施例において、トランジスタは必ずしも同じ大きさではない。具体的には、第1のトランジスタ410のドレイン領域413は、第2のトランジスタ420のドレイン領域423よりも大きくてもよい。第1のトランジスタ410のドレイン領域413は、第2のトランジスタ420のドレイン領域423よりも、x軸面においてより遠くに延在することができる。第1のトランジスタ410の他の部分は第2のトランジスタ420の同様の部分よりも大きくてもよいが、必ずしもその必要はない。このようなコンポーネントにより、第2のトランジスタ420は第1のトランジスタ410上に位置付けることができ、さらに通る他の構造体から電気接続部を電気的に分離する必要なく、第1のドレイン電気接続418を介して第1のRSMセル430を第1のトランジスタ410と電気的に接続できる。これはより効率よくおよび/または費用効果的に生産できる利点を提供する。ただし、他の単一メモリセル−単一トランジスタ構成と比べて面積オーバーヘッドは少し大きいかもしれない。
【0051】
本実施例のソース線460は、一般に第1のトランジスタ410と第2のトランジスタ420との間に位置付けられる。別個の電気接続構造体(第1のソース電気接続部315および第2のソース電気接続部325)を設けて第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のソース領域311および321をソース線360に電気的に接続する図3Aの実施例に反して、ソース領域460は電気接続のための別個の構造を必要とせず、第1のトランジスタ410および第2のトランジスタ420のソース領域411および421への自己の電気接続として機能するよう形成することができる。より効率よくおよび/または費用効果的に生産できるので、このような構成は利点をもたらす。
【0052】
図4Aに示されるように、第2のRSMセル450は、第1のRSMセル430と異なる構造(または動作的に結合される付加的エレメント)を有することができるが、必ずしも必要ない。実施例において、第2のRSMセル450は、第2のRSMセル450の残り部分を越えて延在する底部電極451を有することができる。本明細書を読んだ当業者なら、たとえば底部電極451のような個々のコンポーネントのレイアウトは、面積を節減するために調整できることは理解するであろう。
【0053】
図4Bは、図4Aに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューを示す。同様のコンポーネントは、図4Aと同じ態様で番号が付けられている。図4Bに示されるように、第1のビット線470および第2のビット線480は、それぞれ第1のドレイン電気接続418および第2のドレイン電気接続428を介して第1のメモリセル430および第2のメモリセル450に電気的に接続される。図4Bは、第2のRSMセル450の底部電極451が、第2のドレイン電気接続428を介して第2のビット線480への電気接続を与えることを示す。さらに、第1のワード線490および第2のワード線495が示される。図4Bでは識別可能ではないが、第2のトランジスタ420が第1のトランジスタの上に位置付けられるので、第2のワード線495も第1のワード線490上に位置付けられ、図4Aの第1の基板417および第2の基板427の中を通る、またはその中にある、またはそのものである。トランジスタ重畳領域440はここでも斜線で示される。
【0054】
図4Cは、ここに開示されるメモリユニットの他の実施例の概略図である。図4Cに示されるメモリユニットは、図4Aおよび図4Bに示されるものと類似しており、同様のエレメントは同様の番号が付けられている。図4Cに示される実施例のいくつかのコンポーネントは図4Aおよび図4Bにあって、既に記載されているので、さらには記載されない。図4Cに示される実施例は、STRAMセルをRSMセルとして含む。図4Cに示されるように、本実施例のRSMセルである第1のRSMセル430および第2のRSMセル450は、図3Cで記載されたような固定層432および452、トンネル接合層434および454、ならびに自由層436および456を含む。第1のRSMセル430および第2のRSMセル450セルは、第1の底部電極433および第2の底部電極453を含む、または第1の底部電極433および第2の底部電極453に電気的に接続される。本例示的実施例に示されるように、第2の底部電極453は第1の底部電極433よりも大きくてもよい。ここでもトランジスタ重畳領域440は斜線で示される。
【0055】
ここに示されるメモリユニットの別の実施例は、単一のRSMセルを、別のトランジスタに(直列に)電気的に接続されるトランジスタに電気的に接続するものである。図5Aはこのような構成の回路図を示す。第1のトランジスタ510は第2のトランジスタ520に電気的に接続される。第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、一般に用いられるトランジスタよりも幅が小さい。なぜならこれら2つのトランジスタは並列に接続されるので、従来用いられるトランジスタの半分の幅しかないからである。2つのトランジスタは基板上において半分の面積しか必要としないが、2つの縦の層にかけて同じ駆動力を提供する。RSMセル530は第2のトランジスタ520に電気的に接続される。一方が他方の上にある2つのトランジスタの位置付け(以下の図5B、図5C、図5Dおよび図5Eで説明される)およびこの2つのトランジスタが占める幅上のRSMセルにより、約2.8Fの機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび付随するトランジスタが占める幅)を有するメモリユニットが提供される。実施例において、ユニット幅は2.8Fを超えることができるが、5.6Fよりも小さい。実施例において、機能メモリセル幅は金属配線、付加的周辺回路、より複雑な復号化、他の考慮点、またはこれらの組合せにより、2.8Fにしか近づけない。
【0056】
メモリユニットの別の実施例が、図5Bにおいて概略的に示される。本メモリユニットは、x軸、y軸およびz軸によって示されるように、一般に三次元を有する。メモリユニット500は、第1のトランジスタ510、第2のトランジスタ520、および第1のRSMセル530を含む。第1のトランジスタ510は、トランジスタ接続505を介して第2のトランジスタ520に電気的に接続される。トランジスタ接続505により、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、RSMユニットに対して単一のトランジスタとして機能できる。第2のトランジスタ520は、メモリ接続507を介してRSMユニット530に電気的に接続される。メモリ接続507は、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの両方が(ともに)RSMセル530を駆動可能とする。
【0057】
図5Bに示されるように、メモリユニット500は、x軸の面において一般にx2の幅を有する。一般に、x2は通常用いられるトランジスタの長さよりも小さい。例示的メモリユニット500は、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520を含む。第2のトランジスタ520は、一般にz軸方向において、第1のトランジスタ510上に位置付けられる。第1のトランジスタ510はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(第1のトランジスタ領域と呼ばれる)領域に広がる。第2のトランジスタ520はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(第2のトランジスタ領域と呼ばれる)領域に広がる。第2のトランジスタ領域はz軸の面において少なくとも部分的に第1のトランジスタ領域に重畳する。実施例において、第2のトランジスタ領域はz軸面において実質的に第1のトランジスタ領域に重畳する。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はx軸面において実質的に同様の幅を有し、z軸方向において実質的に重なる。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はx軸方向において同じ幅を有し、z軸面において全体的に重なる。トランジスタ重畳領域540は図5Bに示される。
【0058】
例示的メモリユニット500はさらにRSMセル530を含む。RSMセル530は一般に第2のトランジスタ520上に位置付けられる。第2のトランジスタ520が第1のトランジスタ510上に位置付けられるので、RSMセル530も第1のトランジスタ510上に位置付けられる。RSMセル530はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(メモリ領域と呼ばれる)ある領域に広がる。第1のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。言い換えると、メモリユニットにおいて、RSMセル530を含むが、第1のトランジスタ510または第2のトランジスタ520の一方または両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。実施例において、メモリユニットでは、RSMセル530を含むが、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。
【0059】
実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はソースおよびドレインを含み、トランジスタ電気接続505は2つの別個の電気接続を含むことができる。トランジスタ接続505の一部は、第1のトランジスタ510のソースを第2のトランジスタ520のソースに接続し、他の部分は第1のトランジスタ510のドレインを第2のトランジスタ520のドレインに接続する。このような実施例において、メモリ接続507は第2のトランジスタ520のドレインをRSMセル530に電気的に接続することができる。実施例において、RSMセル530は、STRAMセルまたはRRAM(登録商標)セルであり得る。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は同じ種類のトランジスタであり得る。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はMOSFETであり得る。
【0060】
図5Cは、図5Bに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューであると考えることができる。トランジスタ接続505およびメモリ接続507はここには示されていない。図5Cに示される実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は実質的に同じ寸法を有し、したがって、高さ(z軸の面)方向においてほぼ完全に、または完全に重なり、第2のトランジスタ520は第1のトランジスタ510上に位置付けられる。図5Cに示されるように、トランジスタ重畳領域540はこれら2つのトランジスタに隣接する。なぜなら、これらは寸法的にほぼ同じだからである。このような実施例において2つのトランジスタは実質的に類似している必要はない。RSMセル530は第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方の上およびその外周内にある。
【0061】
図5Dはここに開示されるメモリユニットの実施例の概略図である。図5Dは必ずしも断面に対応しない。本例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ510、第2のトランジスタ520およびRSMセル530を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ520は第1のトランジスタ510上に位置付けられ、第1のトランジスタ510に対して少なくとも部分的に重畳する。この少なくとも部分的重畳は、トランジスタ重畳領域540によって示される。RSMセル530は第2のトランジスタ520上に位置付けられ、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520を越えて延在しない。
【0062】
ここで用いられる例示的第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、ソース領域511および521;ドレイン領域513および523;基板517および527;ならびにゲート領域519および529を含む。図5Dに示されるように、ソース領域511および521ならびにドレイン領域513および523は平行な構造を有する。言い換えると、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方は、その左側にソース領域511および521と、右側にドレイン領域513および523とを含む(またはその逆)。第1のトランジスタ510のソース領域511は、ソース電気接続502によって、第2のトランジスタ520のソース領域521に電気的に接続される。第1のトランジスタ510のドレイン領域513は、ドレイン電気接続501によって、第2のトランジスタ520のドレイン領域523に電気的に接続される。ソース電気接続502およびドレイン電気接続501はともにトランジスタ接続を形成する(図5Bにおいて、エレメント505として示される)。
【0063】
さらにソース線560が示される。図5Dに示されるように、ソース線560は第1のトランジスタ510のソース領域511に電気的に接続される。一般に、ソース線560は第1のトランジスタ510の下に配置される。図5Dに示される実施例は、さらにビット線570を含む。ビット線570はRSMセル530に電気的に接続される。ここには示されていないが、ビット線のRSMセルへの電気接続は、RSMセルの上部電極によって達成できる。
【0064】
図5Eはここに開示されるメモリユニットの別の実施例の概略図である。図5Eに示されるメモリユニットは、図5B、図5Cおよび図5Dに示されるものと同様であり、同様のエレメントは同じ番号が付けられている。少なくとも部分的重畳は、トランジスタ重畳領域540によって示される。図5Eに示される実施例のいくつかのコンポーネントは、図5B、図5Cおよび図5Dに既にありかつ記載されているので、さらには記載されない。図5Eに示される実施例は、STRAM RSMセルを含む。図5Eに示されるように、RSMセル530は、図3Cにおいて既に説明されたような固定層532、トンネル接合層534、および自由層536を含む。RSMセル530は、底部電極531を含む、または底部電極531に電気的に接続される。
【0065】
図5Fは図5Eに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューを示す。同様のコンポーネントは、図5Eと同じ態様で、番号が付けられている。ここでも、トランジスタ重畳領域540は斜線で示される。図5Fに示されるように、ビット線570はメモリ接続518を介してRSMセル530に電気的に接続される。さらに、ワード線590が示される。本メモリユニットにおいて2つのトランジスタが示されるが、ワード線590は1本しかない。なぜなら、トランジスタは単一トランジスタであるかのように制御されるからである。ワード線590は(図5Eに示される)第1の基板517を通る、またはその中に存在する、またはそのものである。
【0066】
単一トランジスタを単一RSMセルに電気的に接続するここに開示されているメモリユニットを用いて、周知のように「データ」を記憶することができる。図6はRSMセル610および付随する(または電気的に接続される)トランジスタ615を含むことができるメモリユニットの部分を含むシステムを示す。このようなメモリユニットの各部分は、(三次元的空間において)上記の第2の部分を有して構成され、小さい機能メモリセル幅を有するメモリユニットを提供する。RSMセル610およびその電気的に接続されるトランジスタ615は、ビット線620とソース線625との間で動作可能に結合される。読取/書込回路635は読取または書込のために電流がビット線620およびソース線625のどちらを通過するかを制御する。読取/書込回路635はソース線625からビット線620(またはその逆方向)を通って印加される電圧を制御することもできる。メモリセル610を流れる電流の方向は、ビット線620およびソース線625にかかる電圧差によって定められる。
【0067】
特定のメモリセル610はその対応するトランジスタ615を活性化することにより読取ることができ、オンされた場合、電流はビット線620からメモリセル610を通ってソース線625(またはその逆方向)に流れる。トランジスタ615はワード線630によって活性化および不活性化される。ワード線630はトランジスタ615に動作的に結合されて電圧を印加し、電流がメモリセル610に流れることができるようトランジスタをオンにする。メモリセル610の抵抗に依存する電圧は、(たとえば)ソース線625からセンスアンプ640によって検出される。メモリセル610の抵抗を示す、ビット線620とソース線625(またはその逆)との間の電圧差は基準電圧645と比較され、センスアンプ640によって増幅されて、メモリセル610が1または0を含むかを判断する。
【0068】
ここに開示されるメモリユニットの単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成の実施例(たとえば図5Aから図5Fにおいて記載されたもの)は、他の一般的に用いられるメモリユニットと異なる態様で用いることができる。しかし、これらの実施例は図6において記載されたようにも用いることができる。RSMセルの抵抗状態(読取データ)を判断するのに必要な電流は、RSMセルの抵抗状態(書込データ)を変えるのに必要な電流よりも小さい。2つのトランジスタが1つのトランジスタとして機能するよう電気的に接続されている実施例において、RSMセルの抵抗状態(すなわち読取データ)を判断するためには1つのトランジスタだけをオンにすればよい。実施例において、RSMセルの抵抗状態を判断するのに第1のトランジスタしかオンにできない。実施例において、読取動作のために第1のトランジスタを用いることは、復号回路をより簡単にする。実施例において、第1および第2のトランジスタ両方をオンにして、RSMセルの抵抗状態を設定することができる。
【0069】
図7はここに開示されている複数のメモリユニット710aおよび710bを含む例示的メモリアレイ700を示す。メモリアレイ700に示される構成は、(図5Aから図5Fで示されるような)第1および第2のトランジスタに電気的に接続される単一のRSMセルを含むメモリユニット用である。しかし、本明細書を読んだ当業者なら、ここに開示されている他の実施例も三次元アレイに構成できることは理解するであろう。一般に、「複数」とは少なくとも2つを意味し、一般には3つ以上を意味する。図7に示されるアレイ700は6個のメモリユニットを示すが、ここに示されているものより多くの、または少ない数のメモリユニットを用いることができる。図7に示されるように、メモリユニット710aおよび710bの各々は、ビット線790aおよび790b、ソース線760aおよび760b、ビット線770aおよび770b、またはその組合せにより、さまざまな態様および構成で電気的に接続できる。ここに開示されているメモリユニットのアレイを用いた他の構成も企図される。
【0070】
ここに記載されているメモリ装置はさまざまな用途で用いることができ、PC(たとえば、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ)やサーバのようなコンピュータシステムにおいて用いることができ、またはカメラ、ビデオ、もしくはオーディオ再生装置のような専用の機械において用いてもよい。
【0071】
以上のように、三次元的スタックド不揮発性メモリユニットの実施例が開示された。上記の実施の形態および他の実施の形態は、添付の請求の範囲内にある。当業者なら本発明は開示されているもの以外の形態で実施できることは理解するであろう。今回開示された実施の形態は例示であって制限するものではなく、本開示は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【技術分野】
【0001】
背景
新しい種類のメモリは、一般に用いられる種類のメモリと競合する著しい可能性を示している。たとえば、不揮発性スピン転送トルクランダムアクセスメモリ(ここではSTRAMという)および抵抗ランダムアクセスメモリ(ここではRRAM(登録商標)と呼ぶ)は、次世代メモリの優れた候補であると考えられている。フラッシュメモリ(NANDまたはNOR)のような確立された種類のメモリとより有効に競合するSTRAMおよびRRAM(登録商標)の機能は、メモリユニット(メモリセルおよび付随する駆動装置)がチップ上に形成することができる密度を増加させることにより、最大限にすることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0002】
概要
ここに開示されているメモリユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層において第1のメモリ領域に広がる第1の抵抗センスメモリ(RSM)セルと、メモリユニットの第3の層において第2のメモリ領域に広がる第2のRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第1のRSMセルに電気的に結合され、第2のトランジスタは第2のRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1および第2のトランジスタは、トランジスタ重畳領域を有し、第1のメモリ領域および第2のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。
【0003】
ここに開示されているRSMユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層においてメモリ領域に広がるRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、メモリ領域は第1および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。
【0004】
ここに開示されているのは、RSMユニットを用いる方法であり、本方法は、RSMユニットを設けることを備え、RSMユニットは、メモリユニットの第1の層において第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、メモリユニットの第2の層において第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、メモリユニットの第3の層においてメモリ領域に広がるRSMセルとを含み、第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、メモリ領域は第1および第2のトランジスタ領域を越えて延在せず、さらに、RSMセルの抵抗状態を定めるために、第1または第2のトランジスタのみを活性化することを備える。
【0005】
上記のならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなる。
【0006】
本明細書は、添付されている図面とともに、本明細書の以下のさまざまな実施例の詳細な説明を考慮することにより、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】例示的STRAMセルの概略図である。
【図1B】例示的STRAMセルの概略図である。
【図1C】例示的RRAM(登録商標)セルの概略図である。
【図2A】ここに開示されるメモリユニットの一実施例の概略図である。
【図2B】ここに開示される単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図2C】図2Bに示されるメモリユニットの斜視図である。
【図2D】図2Bに示されるメモリユニットの回路図である。
【図3A】ここに開示される単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図3B】図3Aに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図3C】STRAM単一メモリセル−単一トランジスタを用いるメモリユニットの概略図である。
【図4A】ここに開示されている単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図4B】図4Aに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図4C】STRAM単一メモリセル−単一トランジスタを用いるメモリユニットの概略図である。
【図5A】単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成を利用するメモリユニットの回路図である。
【図5B】このようなメモリユニットの概略図である。
【図5C】図5Bに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図5D】ここに開示されている単一メモリセル−単一トランジスタ構成を用いるメモリユニットの実施例の概略図である。
【図5E】STRAM単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成を用いるメモリユニットの概略図である。
【図5F】図5Dに示されるメモリユニットの異なる観点からの概略図である。
【図6】メモリセルをアクセスするために他のエレメントで構成されるメモリユニットの一部の実施例の概略図である。
【図7】ここに開示されているメモリユニットを含む例示的メモリアレイの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図面は必ずしも尺度通りには描かれていない。図面において同じ参照符号は同じコンポーネントを示す。しかし、ある図面におけるコンポーネントを示すために用いられた番号は、同じ番号が付けられている別の図面におけるコンポーネントを制限するものではない。
【0009】
詳細な説明
以下の説明において、ここの一部をなす添付の図面であって、実例としていくつかの具体的実施例が図示されている図面を参照する。しかし、他の実施例も意図され、本開示の範囲または精神から逸脱することなく実施することができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で取られてはならない。
【0010】
特に示さない限り、明細書および請求項で用いられる構造の大きさ、量、および物理的特性を表わす数値は、「約」の用語により、すべての場合において変えられると理解される。そうではないと示されない限り、上記に記載されている明細書および添付の請求項に記載されている数値的パラメータは、ここに開示されている教示を用いて当業者が求める所望の特性に応じて変えることができる近似値である。
【0011】
端点を伴う数値的範囲の記載は、その範囲内に包含されるすべての数値を含み(たとえば、1から5は、1,1.5,2,2.75,3,3.80,4および5を含み)、さらにその範囲内のすべての範囲を含む。
【0012】
本明細書および添付の請求項で用いられる単数形のa、an、およびtheは、内容がそうではないとはっきりと示さない限り、複数のものを有する実施例を含む。本明細書および添付の請求項で用いられる「または」の用語は、内容がそうではないとはっきりと示さない限り、「および/または」を含む意味として用いられる。
【0013】
「下部」、「上部」、「下」、「以下」、「上」および「上面」を含むがこれらに限定されない空間に関連する用語は、ここで用いられた場合、エレメントの互いに対する空間的関係の記載を容易にするために用いられる。このような空間に関連する用語は、図面に示され、かつ記載されている特定の配向に加えて、使用されているまたは動作中の装置の異なる配向をも含有する。たとえば、図面に示されるものが裏返されたりひっくり返されたりした場合、他のエレメントに対して下または下部にあると記載されていた部分は、それら他のエレメントに対して、上にあることになる。
【0014】
ここでは、たとえばあるエレメント、コンポーネント、または層が、他のエレメント、コンポーネントまたは層に対して「上」、「接続」、「結合」、または「接触」すると記載されているのなら、直接上に、直接接続する、直接結合する、または直接接触する場合と、介在するエレメント、コンポーネント、または層がたとえば特定のエレメント、コンポーネント、または層の上に、接続する、結合する、または接触する場合とを含む。たとえばあるエレメント、コンポーネント、または層が、他のエレメントに対して「直接上に」、「直接接続される」、「直接結合される」、または「直接接触する」と言及されているのなら、介在するたとえばエレメント、コンポーネント、または層はない。
【0015】
たとえばSTRAMやRRAM(登録商標)のような不揮発性メモリセルは、相対的に大きい駆動電流を必要とする。たとえば、一部のSTRAMセルは、約400マイクロアンペア(μA)の駆動電流を必要とする。一般に用いられる金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は一般に約800μA/マイクロメートル(μm)の駆動力を有する。したがって、この必要な駆動電流を提供することができるMOSFETは約0.5μmでなければならない。現在利用可能な半導体製造技術の最小寸法が90nm(F)であるとすると、有用なMOSFETの幅は約5.6Fである。一般的に用いられるメモリユニット構成は、一般に単一のメモリセルおよび付随する単一のトランジスタを有する。メモリセルの寸法がF×2Fであり、かつメモリユニットは各メモリユニット間にFの空間が必要であるとすると、一般的に用いられるメモリユニット構成は、(5.6F+F)*(2F+F+F)の面積を有し、これは約26.4F2に匹敵する。必要な合計面積である26.4F2をメモリセルだけの面積2F2と比較すると、一般に用いられるメモリユニット構成では、トランジスタはメモリセルよりも著しく大きな領域を必要とし、単一の機能メモリセルに必要な相対的に広い面積の主要原因となる。
【0016】
ここに開示されているメモリユニットは、著しく少ない面積を用いるメモリセルおよびトランジスタ用の代替えの構成を提供し、費用および効率において利点を与える。開示されているメモリユニットは、1つのメモリセルを2つのより小さいトランジスタで電力を供給することにより、または、2つのトランジスタを2つの縦に重なる層に配置し、2つのメモリセルを2つのトランジスタ上の共有の第3の層上に配置することによって、トランジスタおよび付随するメモリセルの三次元の構成を変えることにより、このような利点が得られる。このような利点を得るために用いることができるさまざまな異なる構成がここに記載される。このような構成に必要な面積の計算(上記と同様のもの)は、各実施例において説明される。
【0017】
ここに用いられる「メモリユニット」の用語は、電流を1つ以上のメモリセルに流すことができるように機能する1つ以上のデバイスに電気的に接続される1つ以上のメモリセルを指す。ある実施例において、メモリユニットは、2つのトランジスタに電気的に接続される1つのメモリセルを含むことができる。一実施例において、1つのメモリセルは、他のトランジスタに電気的に接続されている2つのトランジスタの一方に電気的に接続されることができる。このような構成は、単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成と呼ぶことができる。一実施例において、メモリユニットは第1のトランジスタに電気的に接続される第1のメモリセルと、第2のトランジスタに電気的に接続される第2のメモリセルとを含むことができる。このような構成は、単一メモリセル−単一トランジスタ構成と呼ぶことができる。
【0018】
ここに記載されているメモリ装置に用いられるメモリセルは、多くの異なる種類のメモリを含むことができる。ここに開示されている装置に用いることができる例示的な種類のメモリは、抵抗センスメモリ(RSM)セルのような不揮発性メモリを含むが、これに限定されない。RSMセルは、RSMセルの異なる抵抗状態を用いて、データ記憶を与える、変化し得る抵抗を有する。例示的RSMセルは、強誘電性RAM(FeRAMまたはFRAM(登録商標));磁気抵抗RAM(MRAM);抵抗RAM(RRAM(登録商標));PRAM、PCRAMおよびC−RAMとも呼ばれる相変化メモリ(PCM);コンダクティブブリッジングRAMまたはCBRAMとも呼ばれるプログラム可能金属化セル(PMC);およびSTRAMとも呼ばれるスピントルク転送RAMを含むが、これらに限定されない。
【0019】
実施例において、RSMセルはSTRAMセルであり得る。STRAMメモリセルは、MTJ(磁気トンネル接合)を含み、トンネルバリアとして知られている薄膜絶縁層によって分離されている2つの磁気電極層を含む。MTJの実施例は、図1Aに示される。図1AのMTJ100は、第1の磁気層110および第2の磁気層130を含み、これらは絶縁層120によって分離されている。図1Bに示されるMTJ100は、第1の電極層140および第2の電極層150と接触する。第1の電極層140および第2の電極層150は、第1の磁気層110および第2の磁気層130をそれぞれ制御回路(図示されていない)に電気的に接続し、磁気層を通して読取および書込電流を供給する。第1の磁気層110および第2の磁気層130の磁化ベクトルの相対的配向は、MTJ100にかかる抵抗によって定めることができ、MTJ100にかかる抵抗は、第1の磁気層110および第2の磁気層130の磁化ベクトルの相対的配向によって定めることができる。
【0020】
第1の磁気層110および第2の磁気層130は一般に、鉄(Fe)、コバルト(Co)、およびニッケル(Ni)合金のような強磁性合金からなる。実施例において、第1の磁気層110および第2の磁気層130はFeMn、NiO、IrMn、PtPdMn、NiMnおよびTbCoのような合金からなり得る。絶縁層120は、酸化アルミニウム(Al2O3)または酸化マグネシウム(MgO)のような絶縁材から作成される。
【0021】
磁気層の一方、たとえば第1の磁気層110の磁化は、一般に所定の方向に固定され、他方の磁気層、たとえば第2の磁気層130の磁化方向は、スピントルクの影響下で自由に回転することができる。第1の磁気層110の固定は、PtMn、IrMnなどのような反強磁性的に整えられた材料との交換バイアスを用いることによって達成できる。
【0022】
実施例において、RSMセルはRRAM(登録商標)セルであり得る。図1Cは、抵抗ランダムアクセスメモリ(RRAM(登録商標))セル160の概略図である。RRAM(登録商標)セル160は、媒体層112を含み、これは媒体層112の電気的抵抗を変えることにより、電流または電圧パルスに応答する。この現象は、電気パルス誘起抵抗変化効果と呼ぶことができる。この効果は、メモリの抵抗(すなわちデータ状態)を、たとえば1つ以上の高抵抗状態から低抵抗状態に変える。媒体層112は第1の電極114と第2の電極116との間に配置され、RRAM(登録商標)セルのデータ記憶材層として働く。第1の電極114および第2の電極116は電圧源(図示されていない)に電気的に接続される。第1の電極114および第2の電極116は、たとえば金属のような有用な電気的に導通する材料から形成され得る。
【0023】
媒体層112を形成する材料は、既知であるどのような有用なRRAM(登録商標)材であってもよい。実施例において、媒体層112を形成する材料は、たとえば金属酸化物のような酸化物材を含むことができる。一部の実施例において、金属酸化物は二元系酸化物材または複合金属酸化物材であり得る。別の実施例において、媒体層112を形成する材料は、カルコゲニド固体電解質材または有機/高分子材を含むことができる。
【0024】
二元系金属酸化物材はMxOyの化学式で表わすことができる。この式において、M、O、xおよびyはそれぞれ金属、酸素、金属組成比、および酸素構成比を示す。金属Mは遷移金属および/またはアルミニウム(Al)であり得る。この場合、遷移金属はニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、コバルト(社)、鉄(Fe)、銅(Cu)および/またはクロム(Cr)であり得る。媒体層112として用いることができる二元系金属酸化物の具体的例は、CuO, NiO, CoO, ZnO, CrO2, TiO2, HfO2, ZrO2、Fe2O3およびNb2O5を含む。
【0025】
実施例において、金属酸化物はいずれかの有用な複合金属酸化物であってもよく、たとえばPr0.7Ca0.3MnO3、もしくはSrTiO3、もしくはSiZrO3の式を有する複合酸化物材、またはCrもしくはNbでドーピングされた上記の酸化物であり得る。複合物はLaCuO4またはBi2Sr2CaCu2O8を含み得る。固体カルコゲニド材の一例は、銀(Ag)成分を含むゲルマニウムセレニド(GexSe100-x)である。有機材の一例は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(すなわちPEDOT)である。
【0026】
RSMセルは図1Cと同様の構造を有する強誘電性キャパシタを含むこともでき、この場合ジルコニウム酸チタン酸塩(PZTと呼ぶ)またはSrBi2Ta2O9(SBTと呼ぶ)のような材料を用いる。このようなメモリセルにおいて、電流を用いて分極方向を切換え、読取電流は分極が上であるのか下であるのか検出することができる。このような実施例において、読取動作は破壊的なプロセスであり、セルは含まれているデータを失い、セルにデータを再度書込みたい場合はリフレッシュを必要とする。
【0027】
ここに開示されているメモリユニットはトランジスタをも含む。一般に、電界効果トランジスタ(FET)が用いられる。すべての一般的に用いられるFETは、ゲート、ドレイン、ソース、および本体(または基板)を有する。ゲートは、物理的ゲートと同様に、FETの開閉を制御する。ゲートは、ソースとドレインとの間にチャネルを作成またはなくすことにより、電子が流れる(開いている場合)または通過を妨げる(閉じている場合)を可能にする。電子は、印加電圧の影響を受けると、ソース端子からドレイン端子に流れる。本体または基板は、ゲート、ソースおよびドレインがある半導体の塊である。
【0028】
実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いることができる。MOSFETは一般にn型またはp型の半導体材のチャネルからなり、それぞれNMOSFETまたはPMOSFET(一般にnMOS、pMOS)と呼ばれる。実施例は相補型金属酸化物半導体トランジスタ(CMOSトランジスタ)を用いることもできる。メモリユニットのトランジスタは同じ種類のトランジスタであり得るが、必ずしも同じ種類である必要はない。
【0029】
ここに開示されるメモリユニットの一実施例は、図2Aに示される。図2Aのメモリユニット200は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ220、および少なくとも第1のRSMセル230を含む。一般に、ここに開示されているメモリユニットは、図2Aに示されるように、高さの寸法を用いる構成を有し、z軸は幅の寸法を減少させるものであり、x軸は図2Aに示されているとおりである。図2Aに示されるように、第2のトランジスタ220は第1のトランジスタ210上に位置付けられ、少なくとも第1のRSMセル230は、第2のトランジスタ220上に位置付けられる。第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220はx次元において重なり、トランジスタ重畳領域240と呼ばれるものを形成する。トランジスタ重畳領域240がx次元において長くなればなるほど、全体のメモリユニットの必要な幅は小さくなる。
【0030】
第1のトランジスタ210はメモリユニットの第1の層にあり、第2のトランジスタ220は、メモリユニットの第2の層内にあり、第1のRSMセル230は、メモリユニットの第3の層にある。一般に、第2の層は、第1の層と第3の層との間にある。メモリユニットに対して用いられる「層」の用語は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ230、または第1のRSMセル230のようなコンポーネントを含むメモリユニットの部分(図2Aに示されるz軸の方向においてメモリユニットの部分を占める)に対して用いられる。
【0031】
一般に、ここに開示されているすべての実施例は、基本的な3層およびトランジスタ重畳領域構成を共有する。このような構成は、コンポーネントを高さ寸法(図2Aにおけるz軸)において重ね、かつx軸(または一部の実施例においてy軸)の少なくとも一部を共有することにより、幅または長さ寸法(図2Aにおいて、yまたはx軸)のスペースを節減する。ここに開示されているさまざまな実施例は、2つのトランジスタが同じ大きさであるか否か、2つのトランジスタが互いに完全に重なるかまたは部分的に重なるか、含まれるメモリセルが1つまたは2つであるか、およびメモリセルが1つまたは2つのトランジスタに電気的に接続されているかに依存して変わる。
【0032】
ここに開示されているメモリユニットは、2つのトランジスタの(z軸における)重なりにより、空間を有効に利用し、RSMセルと比べてはるかに大きい。このような態様で構成されている2つのトランジスタおよび2つの付随するRSMセルを含むメモリユニットは、一つの機能モリセルの幅が一般的に用いられるメモリユニットよりも小さいメモリユニットを提供する。上記のように、一般的に用いられるメモリ構成は、トランジスタの幅によって決定付けられる機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび付随するトランジスタが占める幅)を与え、これはRSMセルに必要な駆動電流に基づき、約5.6Fと見積もることができる(Fは製造できる構造の最小幅に基づく係数である)。ここに開示されているメモリユニットの実施例は、5.6Fより小さい機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは約4.0F(5.6Fの約80%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約3.9F(5.6Fの約70%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約3.4F(5.6Fの約60%)を超えない機能メモリセル幅を有することができる。実施例において、ここに開示されているメモリユニットは、約2.8Fである機能メモリセル幅を有することができる。
【0033】
実施例において、ここに開示されているメモリユニットは約3Fの機能メモリセル幅を有することができる。
【0034】
別の例示的実施例が図2Bに示される。図2Bに示される実施例は、第1のトランジスタ210、第2のトランジスタ220、第1のRSMセル230、および第2のRSMセル250を含む。第1のトランジスタ210は第1のRSMセル230に電気的に結合され、これは第1の電気接続215によって示される。第2のトランジスタ220は第2のRSMセル250に電気的に結合され、これは第2の電気接続225によって示される。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は両方とも、ソースおよびドレイン領域を含み、電気接続215および225は、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220のドレイン領域を介して、RSMセル230および250にそれぞれ接続する。このような実施例において、各RSMセルは自己の単一トランジスタによって駆動される。実施例において、第1のRSMセル230および第2のRSMセル250は同じ種類のRSMセルであり得る。実施例において、第1のRSMセル230および第2のRSM250は両方ともSTRAMまたは両方ともRRAM(登録商標)であり得る。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は、同じ種類のトランジスタであり得る。実施例において、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220は、MOSFETであり得る。
【0035】
図2Bに示されるように、メモリユニット220は、x軸、y軸、およびz軸によって示されるように、一般に3つの次元を有する。実施例において、xまたはy軸でのメモリユニットの長さを減少させることは、メモリユニットが占める面積を減らすことになる。図2Bに示されるような実施例において、x次元においてメモリユニットの幅を減らすことは、メモリユニットが占める面積を減らすことになる。図2Bに示されるように、例示的メモリユニット200は、x軸の方向においてx1の長さを有する。図2Bに示されるような実施例において、x軸の面におけるメモリユニットの幅は、一般に用いられるメモリ構成の幅よりも2分の1以上小さくなり得る。
【0036】
例示的メモリユニット200は、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を含む。第2のトランジスタ220は一般に、z軸の方向において第1のトランジスタ210上に位置付けられる。第1のトランジスタ210はある幅を有し、メモリユニット内のx軸の面においてある領域(第1のトランジスタ領域と呼ぶ)に広がる。第2のトランジスタ220もある幅を有し、メモリユニット内のx軸の面においてある領域(第2のトランジスタ領域と呼ぶ)に広がる。第2のトランジスタ領域は、x軸の面において、少なくとも部分的に第1のトランジスタ領域に重なる。この領域は図2Bに示され、トランジスタ重畳領域240と呼ばれる。言い換えると、メモリユニットにおいて、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220の両方を含むz軸およびy軸によって規定される面を通る断面が少なくとも1つあり、さらに、第1のトランジスタ210または第2のトランジスタ220の一方しか含まないz軸およびy軸によって規定される面を通る断面が少なくとも1つあり得るが、これはなくてもよい。
【0037】
例示的メモリユニット200はさらに第1のRSMセル230および第2のRSMセル250を含む。第1のRSMセル230および第2のRSMセル250は、z軸の方向において第2のトランジスタ220上に位置付けられる。第2のトランジスタ220がz軸の面において第1のトランジスタ210上に位置付けられるので、第1のRSMセル230および第2のRSMセル250も第1のトランジスタ210上に位置付けられる。第1のRSMセル230はある幅を有し、メモリユニットのx軸面内においてある領域(第1のメモリ領域という)に広がる。第2のRSMセル250もある幅を有し、メモリユニットのx軸面内においてある領域(第2のメモリ領域という)に広がる。第1のメモリ領域および第2のメモリ領域のどちらも、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。言い換えると、メモリユニットにおいて、RSMセル230または250のどちらかを含むが、第1のトランジスタ210または第2のトランジスタ220の一方または両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。
【0038】
第1のトランジスタ210は、メモリユニットの第1の層内にある。第2のトランジスタ220は、メモリユニットの第2の層内にある。RSMセル230および250は、メモリセルの第3の層にある。一般に、第2の層は、第1の層と第3の層との間にある。コンポーネントが3つの重なる層にあり、第1および第2のトランジスタのトランジスタ重畳領域240、ならびにRSMセルの相対的に小さい面積(単一のトランジスタが占める領域内において2つを位置付けることができる)により、この構成によって機能メモリセル幅を最小化することができる。
【0039】
このようなメモリユニットの別のビューが図2Cに見られる。第1の電気接続215および第2の電気接続225はこのビューには示されていない。図2Cは、図2Bに示されるメモリユニットの「トップダウン式」ビューであると考えることができる。この図は、トランジスタ重畳領域240として、x軸の面において第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220が少なくとも部分的に重なっていることを示す。さらに、第1のRSMセル230の第1のメモリ領域および第2のRSMセル250の第2のメモリ領域が、第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を越えて延在せず、具体的には、x軸の面において第1のトランジスタ210および第2のトランジスタ220を越えて延在しないことを示す。この図により、2つのトランジスタの重なりが大きければ大きいほど、すなわち、トランジスタ重畳領域240が大きければ大きいほど、幅x1は小さくなり、単一トランジスタの幅により近づき、したがってメモリユニットの全体の面積が小さくなる。
【0040】
図2Dは、図2Bおよび図2Cに示される構成の回路図である。第1のトランジスタ210は第1のRSMセル230に電気的に接続され、第2のトランジスタ220は第2のRSMセル250に電気的に接続される。z軸面における2つのトランジスタの位置付け、第2のトランジスタが占める幅上の2つのRSMセルの位置付け、および2つの別個のトランジスタの2つの別個のRSMセルへの電気接続により、最小機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび関連するトランジスタが占める幅)が約2.8Fであるメモリユニットとなる。実施例において、ユニット幅は2.8Fを超えることができるが、5.6Fよりも小さい。実施例において、機能メモリセル幅は金属配線、付加的周辺回路、より複雑な復号化、他の考慮点、またはこれらの組合せにより、2.8Fにしか近づけない。
【0041】
ここに開示されているメモリユニットは、電気接続を介して他のメモリユニット、他の電気的コンポーネント、または他のメモリユニットおよび他の電気的コンポーネントの両方に接続することができる。実施例において、ビット線、ソース線、およびワード線と呼ばれる電気接続を用いて、メモリユニットのさまざまな部分への電気接続を提供する。これら(または他の)電気接続を含むメモリユニットは、メモリユニットがこのような電気接続に接続され、その電気接続はメモリユニットを越えて延在可能であることを意味する。ビット線は一般にRSMセルへの電気接続をなすために用いられている。一般に、ビット線はRSMセルの上部電極(または均等な構造体)に電気的に接続される。ソース線はトランジスタへの電気接続をなすために一般的に用いられ、それにより(トランジスタがオンの場合)トランジスタ/メモリセルを介して電気的回路をなす。一般的に、ソース線はトランジスタのソース(または均等な構造体)に電気的に接続される。ワード線はトランジスタをオンおよびオフにするために用いられる。一般に、ワード線はトランジスタの構造体(または均等な構造体)に電気的に接続されるか、トランジスタの基板内にある。
【0042】
図3Aはここに開示されているメモリユニットの実施例の概略図である。図3Aの記載は必ずしも断面ではない。なぜなら、断面ではさまざまなコンポーネントすべてを区別するのが難しくなるからである。本例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ310、第2のトランジスタ320、第1のRSMセル330、および上記の第2のRSMセル350を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ320は第1のトランジスタ310上に位置付けられ、トランジスタ重畳領域340において少なくとも部分的に第1のトランジスタ310に重畳する。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第2のトランジスタ320上に位置付けられ、第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320を越えて延在しない。
【0043】
ここで用いられる例示的第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320は、ソース領域311および321;ドレイン領域313および323;基板317および327;ならびにゲート領域319および329を含む。図3Aに示されるように、ソース領域311および321ならびにドレイン領域313および323は対向して構成されている。言い換えると、第1のトランジスタ310は、左側にソース領域311を含み、第2のトランジスタ320は右側にソース領域321を含む。
【0044】
さらに、ソース線360が示される。図3Aに示されるように、ソース線360は、第1のソース電気接続315および第2のソース電気接続325を介して、それぞれ第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のソース領域311および321に電気的に接続される。ソース線360は一般に、第1のトランジスタ310と第2のトランジスタ320との間に配置される。第1のRSMセル330は、第1のドレイン電気接続318を介して、第1のトランジスタ310のドレイン領域313に電気的に接続される。同様に、第2のRSMセル350は、第2のドレイン電気接続328を介して、第2のトランジスタ320のドレイン領域323に電気的に接続される。
【0045】
図3Aに示されるように、ソース線360の一部は、第1のドレイン電気接続318からビア絶縁体362によって電気的に絶縁されている。ビア絶縁体362は電気的絶縁性材料からなる、または材料の空間であり得る(たとえば、空気は絶縁体として働く)。一般に、ビア絶縁体362は、他の態様でソース線360に接触するのなら、第1のドレイン電気接続318を含む。
【0046】
図3Aに示される実施例は、第1のビット線370および第2のビット線380をも含む。第1のビット線370は第1のRSMセル330に電気的に接続される。第2のビット線380は第2のRSMセル350に電気的に接続される。ここでは示されていないが、ビット線のRSMセルへの電気接続は、RSMセルの上部電極を介して行なうことができる。
【0047】
図3Bは、図3Aに示されるメモリユニットの「トップダウン式」ビューを示す。同様のコンポーネントは、図3Aと同じ態様で番号が付けられている。トランジスタ重畳領域340は斜線で示される。図3Bに示されるように、第1のビット線370および第2のビット線380は、第1のドレイン電気接続318および第2のドレイン電気接続328を介してそれぞれ第1のメモリセル330および第2のメモリセル350に電気的に接続される。ここでは、ビア絶縁体362は第1のドレイン電気接続318をソース線360から隔離していることがわかる。さらに、第1のワード線390および第2のワード線395が示される。ワード線は、図3Aに示される第1の基板317および第2の基板327の中を通る、またはその中にある、またはそのものである。
【0048】
図3Cは、ここに開示されるメモリユニットの他の実施例の概略図である。図3Cに示されるメモリユニットは、図3Aおよび図3Bに示されるものと類似しており、同様のエレメントは同様の番号が付けられている。図3Cに示される実施例のいくつかのコンポーネントは、図3Aおよび図3Bに既にありかつ記載されているので、さらには記載されない。トランジスタ重畳領域340はここでも斜線で示される。図3Cに示される実施例は、STRAMセルをRSMセルとして含む。図3Cに示されるように、本実施例のRSMセルである第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は複数の層、固定層332および352;トンネル接合334および354;ならびに自由層336および356を含む。トンネル接合334および354はそれぞれ固定層332および335と自由層336および338との間に配置されている。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第1の底部電極333および第2の底部電極353を含むか、第1の底部電極333および第2の底部電極353に電気的に接続される。第1の底部電極333および第2の底部電極353は第1のドレイン電気接続318および第2のドレイン電気接続328を介して、それぞれ第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のドレイン313および323に電気的に接続される。
【0049】
図4Aは、ここに開示されるメモリユニットの別の実施例の概略図である。図4Aの記載は必ずしも断面ではない。なぜなら、断面ではさまざまなコンポーネントすべてを区別するのが難しくなるからである。この例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ410、第2のトランジスタ420、第1のRSMセル430、および第2のRSMセル450を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ420は第1のトランジスタ410上に位置付けられ、少なくとも部分的に第1のトランジスタ410に重畳する。トランジスタ重畳領域440は斜線で示される。第1のRSMセル330および第2のRSMセル350は、第2のトランジスタ320上に位置付けられ、第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320を越えて延在しない。
【0050】
図4Aに示されるように、ソース領域411および421ならびにドレイン領域413および423は、x軸の面において平行な構成を有する。言い換えると、第1のトランジスタ410は左側にソース領域411を含み、第2のトランジスタ420は左側にソース領域421を含む。このような実施例において、トランジスタは必ずしも同じ大きさではない。具体的には、第1のトランジスタ410のドレイン領域413は、第2のトランジスタ420のドレイン領域423よりも大きくてもよい。第1のトランジスタ410のドレイン領域413は、第2のトランジスタ420のドレイン領域423よりも、x軸面においてより遠くに延在することができる。第1のトランジスタ410の他の部分は第2のトランジスタ420の同様の部分よりも大きくてもよいが、必ずしもその必要はない。このようなコンポーネントにより、第2のトランジスタ420は第1のトランジスタ410上に位置付けることができ、さらに通る他の構造体から電気接続部を電気的に分離する必要なく、第1のドレイン電気接続418を介して第1のRSMセル430を第1のトランジスタ410と電気的に接続できる。これはより効率よくおよび/または費用効果的に生産できる利点を提供する。ただし、他の単一メモリセル−単一トランジスタ構成と比べて面積オーバーヘッドは少し大きいかもしれない。
【0051】
本実施例のソース線460は、一般に第1のトランジスタ410と第2のトランジスタ420との間に位置付けられる。別個の電気接続構造体(第1のソース電気接続部315および第2のソース電気接続部325)を設けて第1のトランジスタ310および第2のトランジスタ320のソース領域311および321をソース線360に電気的に接続する図3Aの実施例に反して、ソース領域460は電気接続のための別個の構造を必要とせず、第1のトランジスタ410および第2のトランジスタ420のソース領域411および421への自己の電気接続として機能するよう形成することができる。より効率よくおよび/または費用効果的に生産できるので、このような構成は利点をもたらす。
【0052】
図4Aに示されるように、第2のRSMセル450は、第1のRSMセル430と異なる構造(または動作的に結合される付加的エレメント)を有することができるが、必ずしも必要ない。実施例において、第2のRSMセル450は、第2のRSMセル450の残り部分を越えて延在する底部電極451を有することができる。本明細書を読んだ当業者なら、たとえば底部電極451のような個々のコンポーネントのレイアウトは、面積を節減するために調整できることは理解するであろう。
【0053】
図4Bは、図4Aに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューを示す。同様のコンポーネントは、図4Aと同じ態様で番号が付けられている。図4Bに示されるように、第1のビット線470および第2のビット線480は、それぞれ第1のドレイン電気接続418および第2のドレイン電気接続428を介して第1のメモリセル430および第2のメモリセル450に電気的に接続される。図4Bは、第2のRSMセル450の底部電極451が、第2のドレイン電気接続428を介して第2のビット線480への電気接続を与えることを示す。さらに、第1のワード線490および第2のワード線495が示される。図4Bでは識別可能ではないが、第2のトランジスタ420が第1のトランジスタの上に位置付けられるので、第2のワード線495も第1のワード線490上に位置付けられ、図4Aの第1の基板417および第2の基板427の中を通る、またはその中にある、またはそのものである。トランジスタ重畳領域440はここでも斜線で示される。
【0054】
図4Cは、ここに開示されるメモリユニットの他の実施例の概略図である。図4Cに示されるメモリユニットは、図4Aおよび図4Bに示されるものと類似しており、同様のエレメントは同様の番号が付けられている。図4Cに示される実施例のいくつかのコンポーネントは図4Aおよび図4Bにあって、既に記載されているので、さらには記載されない。図4Cに示される実施例は、STRAMセルをRSMセルとして含む。図4Cに示されるように、本実施例のRSMセルである第1のRSMセル430および第2のRSMセル450は、図3Cで記載されたような固定層432および452、トンネル接合層434および454、ならびに自由層436および456を含む。第1のRSMセル430および第2のRSMセル450セルは、第1の底部電極433および第2の底部電極453を含む、または第1の底部電極433および第2の底部電極453に電気的に接続される。本例示的実施例に示されるように、第2の底部電極453は第1の底部電極433よりも大きくてもよい。ここでもトランジスタ重畳領域440は斜線で示される。
【0055】
ここに示されるメモリユニットの別の実施例は、単一のRSMセルを、別のトランジスタに(直列に)電気的に接続されるトランジスタに電気的に接続するものである。図5Aはこのような構成の回路図を示す。第1のトランジスタ510は第2のトランジスタ520に電気的に接続される。第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、一般に用いられるトランジスタよりも幅が小さい。なぜならこれら2つのトランジスタは並列に接続されるので、従来用いられるトランジスタの半分の幅しかないからである。2つのトランジスタは基板上において半分の面積しか必要としないが、2つの縦の層にかけて同じ駆動力を提供する。RSMセル530は第2のトランジスタ520に電気的に接続される。一方が他方の上にある2つのトランジスタの位置付け(以下の図5B、図5C、図5Dおよび図5Eで説明される)およびこの2つのトランジスタが占める幅上のRSMセルにより、約2.8Fの機能メモリセル幅(1つのメモリセルおよび付随するトランジスタが占める幅)を有するメモリユニットが提供される。実施例において、ユニット幅は2.8Fを超えることができるが、5.6Fよりも小さい。実施例において、機能メモリセル幅は金属配線、付加的周辺回路、より複雑な復号化、他の考慮点、またはこれらの組合せにより、2.8Fにしか近づけない。
【0056】
メモリユニットの別の実施例が、図5Bにおいて概略的に示される。本メモリユニットは、x軸、y軸およびz軸によって示されるように、一般に三次元を有する。メモリユニット500は、第1のトランジスタ510、第2のトランジスタ520、および第1のRSMセル530を含む。第1のトランジスタ510は、トランジスタ接続505を介して第2のトランジスタ520に電気的に接続される。トランジスタ接続505により、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、RSMユニットに対して単一のトランジスタとして機能できる。第2のトランジスタ520は、メモリ接続507を介してRSMユニット530に電気的に接続される。メモリ接続507は、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの両方が(ともに)RSMセル530を駆動可能とする。
【0057】
図5Bに示されるように、メモリユニット500は、x軸の面において一般にx2の幅を有する。一般に、x2は通常用いられるトランジスタの長さよりも小さい。例示的メモリユニット500は、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520を含む。第2のトランジスタ520は、一般にz軸方向において、第1のトランジスタ510上に位置付けられる。第1のトランジスタ510はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(第1のトランジスタ領域と呼ばれる)領域に広がる。第2のトランジスタ520はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(第2のトランジスタ領域と呼ばれる)領域に広がる。第2のトランジスタ領域はz軸の面において少なくとも部分的に第1のトランジスタ領域に重畳する。実施例において、第2のトランジスタ領域はz軸面において実質的に第1のトランジスタ領域に重畳する。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はx軸面において実質的に同様の幅を有し、z軸方向において実質的に重なる。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はx軸方向において同じ幅を有し、z軸面において全体的に重なる。トランジスタ重畳領域540は図5Bに示される。
【0058】
例示的メモリユニット500はさらにRSMセル530を含む。RSMセル530は一般に第2のトランジスタ520上に位置付けられる。第2のトランジスタ520が第1のトランジスタ510上に位置付けられるので、RSMセル530も第1のトランジスタ510上に位置付けられる。RSMセル530はある幅を有し、メモリユニット内のx軸面において(メモリ領域と呼ばれる)ある領域に広がる。第1のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない。言い換えると、メモリユニットにおいて、RSMセル530を含むが、第1のトランジスタ510または第2のトランジスタ520の一方または両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。実施例において、メモリユニットでは、RSMセル530を含むが、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方を含まない、z軸およびy軸によって規定される面を通る断面はない。
【0059】
実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はソースおよびドレインを含み、トランジスタ電気接続505は2つの別個の電気接続を含むことができる。トランジスタ接続505の一部は、第1のトランジスタ510のソースを第2のトランジスタ520のソースに接続し、他の部分は第1のトランジスタ510のドレインを第2のトランジスタ520のドレインに接続する。このような実施例において、メモリ接続507は第2のトランジスタ520のドレインをRSMセル530に電気的に接続することができる。実施例において、RSMセル530は、STRAMセルまたはRRAM(登録商標)セルであり得る。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は同じ種類のトランジスタであり得る。実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520はMOSFETであり得る。
【0060】
図5Cは、図5Bに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューであると考えることができる。トランジスタ接続505およびメモリ接続507はここには示されていない。図5Cに示される実施例において、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は実質的に同じ寸法を有し、したがって、高さ(z軸の面)方向においてほぼ完全に、または完全に重なり、第2のトランジスタ520は第1のトランジスタ510上に位置付けられる。図5Cに示されるように、トランジスタ重畳領域540はこれら2つのトランジスタに隣接する。なぜなら、これらは寸法的にほぼ同じだからである。このような実施例において2つのトランジスタは実質的に類似している必要はない。RSMセル530は第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方の上およびその外周内にある。
【0061】
図5Dはここに開示されるメモリユニットの実施例の概略図である。図5Dは必ずしも断面に対応しない。本例示的実施例は、上述のような第1のトランジスタ510、第2のトランジスタ520およびRSMセル530を含む。ここに示されるように、第2のトランジスタ520は第1のトランジスタ510上に位置付けられ、第1のトランジスタ510に対して少なくとも部分的に重畳する。この少なくとも部分的重畳は、トランジスタ重畳領域540によって示される。RSMセル530は第2のトランジスタ520上に位置付けられ、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520を越えて延在しない。
【0062】
ここで用いられる例示的第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520は、ソース領域511および521;ドレイン領域513および523;基板517および527;ならびにゲート領域519および529を含む。図5Dに示されるように、ソース領域511および521ならびにドレイン領域513および523は平行な構造を有する。言い換えると、第1のトランジスタ510および第2のトランジスタ520の両方は、その左側にソース領域511および521と、右側にドレイン領域513および523とを含む(またはその逆)。第1のトランジスタ510のソース領域511は、ソース電気接続502によって、第2のトランジスタ520のソース領域521に電気的に接続される。第1のトランジスタ510のドレイン領域513は、ドレイン電気接続501によって、第2のトランジスタ520のドレイン領域523に電気的に接続される。ソース電気接続502およびドレイン電気接続501はともにトランジスタ接続を形成する(図5Bにおいて、エレメント505として示される)。
【0063】
さらにソース線560が示される。図5Dに示されるように、ソース線560は第1のトランジスタ510のソース領域511に電気的に接続される。一般に、ソース線560は第1のトランジスタ510の下に配置される。図5Dに示される実施例は、さらにビット線570を含む。ビット線570はRSMセル530に電気的に接続される。ここには示されていないが、ビット線のRSMセルへの電気接続は、RSMセルの上部電極によって達成できる。
【0064】
図5Eはここに開示されるメモリユニットの別の実施例の概略図である。図5Eに示されるメモリユニットは、図5B、図5Cおよび図5Dに示されるものと同様であり、同様のエレメントは同じ番号が付けられている。少なくとも部分的重畳は、トランジスタ重畳領域540によって示される。図5Eに示される実施例のいくつかのコンポーネントは、図5B、図5Cおよび図5Dに既にありかつ記載されているので、さらには記載されない。図5Eに示される実施例は、STRAM RSMセルを含む。図5Eに示されるように、RSMセル530は、図3Cにおいて既に説明されたような固定層532、トンネル接合層534、および自由層536を含む。RSMセル530は、底部電極531を含む、または底部電極531に電気的に接続される。
【0065】
図5Fは図5Eに示されるメモリユニットの「トップダウン式」のビューを示す。同様のコンポーネントは、図5Eと同じ態様で、番号が付けられている。ここでも、トランジスタ重畳領域540は斜線で示される。図5Fに示されるように、ビット線570はメモリ接続518を介してRSMセル530に電気的に接続される。さらに、ワード線590が示される。本メモリユニットにおいて2つのトランジスタが示されるが、ワード線590は1本しかない。なぜなら、トランジスタは単一トランジスタであるかのように制御されるからである。ワード線590は(図5Eに示される)第1の基板517を通る、またはその中に存在する、またはそのものである。
【0066】
単一トランジスタを単一RSMセルに電気的に接続するここに開示されているメモリユニットを用いて、周知のように「データ」を記憶することができる。図6はRSMセル610および付随する(または電気的に接続される)トランジスタ615を含むことができるメモリユニットの部分を含むシステムを示す。このようなメモリユニットの各部分は、(三次元的空間において)上記の第2の部分を有して構成され、小さい機能メモリセル幅を有するメモリユニットを提供する。RSMセル610およびその電気的に接続されるトランジスタ615は、ビット線620とソース線625との間で動作可能に結合される。読取/書込回路635は読取または書込のために電流がビット線620およびソース線625のどちらを通過するかを制御する。読取/書込回路635はソース線625からビット線620(またはその逆方向)を通って印加される電圧を制御することもできる。メモリセル610を流れる電流の方向は、ビット線620およびソース線625にかかる電圧差によって定められる。
【0067】
特定のメモリセル610はその対応するトランジスタ615を活性化することにより読取ることができ、オンされた場合、電流はビット線620からメモリセル610を通ってソース線625(またはその逆方向)に流れる。トランジスタ615はワード線630によって活性化および不活性化される。ワード線630はトランジスタ615に動作的に結合されて電圧を印加し、電流がメモリセル610に流れることができるようトランジスタをオンにする。メモリセル610の抵抗に依存する電圧は、(たとえば)ソース線625からセンスアンプ640によって検出される。メモリセル610の抵抗を示す、ビット線620とソース線625(またはその逆)との間の電圧差は基準電圧645と比較され、センスアンプ640によって増幅されて、メモリセル610が1または0を含むかを判断する。
【0068】
ここに開示されるメモリユニットの単一メモリセル−ダブルトランジスタ構成の実施例(たとえば図5Aから図5Fにおいて記載されたもの)は、他の一般的に用いられるメモリユニットと異なる態様で用いることができる。しかし、これらの実施例は図6において記載されたようにも用いることができる。RSMセルの抵抗状態(読取データ)を判断するのに必要な電流は、RSMセルの抵抗状態(書込データ)を変えるのに必要な電流よりも小さい。2つのトランジスタが1つのトランジスタとして機能するよう電気的に接続されている実施例において、RSMセルの抵抗状態(すなわち読取データ)を判断するためには1つのトランジスタだけをオンにすればよい。実施例において、RSMセルの抵抗状態を判断するのに第1のトランジスタしかオンにできない。実施例において、読取動作のために第1のトランジスタを用いることは、復号回路をより簡単にする。実施例において、第1および第2のトランジスタ両方をオンにして、RSMセルの抵抗状態を設定することができる。
【0069】
図7はここに開示されている複数のメモリユニット710aおよび710bを含む例示的メモリアレイ700を示す。メモリアレイ700に示される構成は、(図5Aから図5Fで示されるような)第1および第2のトランジスタに電気的に接続される単一のRSMセルを含むメモリユニット用である。しかし、本明細書を読んだ当業者なら、ここに開示されている他の実施例も三次元アレイに構成できることは理解するであろう。一般に、「複数」とは少なくとも2つを意味し、一般には3つ以上を意味する。図7に示されるアレイ700は6個のメモリユニットを示すが、ここに示されているものより多くの、または少ない数のメモリユニットを用いることができる。図7に示されるように、メモリユニット710aおよび710bの各々は、ビット線790aおよび790b、ソース線760aおよび760b、ビット線770aおよび770b、またはその組合せにより、さまざまな態様および構成で電気的に接続できる。ここに開示されているメモリユニットのアレイを用いた他の構成も企図される。
【0070】
ここに記載されているメモリ装置はさまざまな用途で用いることができ、PC(たとえば、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ)やサーバのようなコンピュータシステムにおいて用いることができ、またはカメラ、ビデオ、もしくはオーディオ再生装置のような専用の機械において用いてもよい。
【0071】
以上のように、三次元的スタックド不揮発性メモリユニットの実施例が開示された。上記の実施の形態および他の実施の形態は、添付の請求の範囲内にある。当業者なら本発明は開示されているもの以外の形態で実施できることは理解するであろう。今回開示された実施の形態は例示であって制限するものではなく、本開示は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
メモリユニットであって、
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、第1のメモリ領域に広がる第1のRSMセルと、
メモリユニットの第3の層において、第2のメモリ領域に広がる第2のRSMセルとを備え、
第1のトランジスタは第1のRSMセルに電気的に結合され、第2のトランジスタは第2のRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、トランジスタ重畳領域を有し、
第1のメモリ領域および第2のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない、メモリユニット。
【請求項2】
第1のトランジスタはソース領域およびドレイン領域を含み、第1のトランジスタのドレイン領域は、第1のドレイン電気接続を介して、第1のRSMセルに電気的に結合される、請求項1に記載のメモリユニット。
【請求項3】
第2のトランジスタはソース領域およびドレイン領域を含み、第2のトランジスタのドレイン領域は第2のRSMセルに電気的に結合される、請求項1または2に記載のメモリユニット。
【請求項4】
第1のビット線および第2のビット線をさらに備え、第1のRSMセルは第1のビット線に電気的に結合され、第2のRSMセルは第2のビット線に電気的結合される、請求項1から3のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項5】
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタのソースおよびドレイン領域は対向して構成される、請求項3または4に記載のメモリユニット。
【請求項6】
メモリユニットの第1の層と第2の層との間に配置されるソース線をさらに備え、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは別個にソース線に電気的に接続される、請求項5に記載のメモリユニット。
【請求項7】
第1のドレイン電気接続をソース線から電気的に絶縁するためのビア絶縁体をさらに備える、請求項6に記載のメモリユニット。
【請求項8】
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタのソースおよびドレイン領域は平行な構成を有する、請求項3から7のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項9】
第1のトランジスタのドレイン領域は、第2のトランジスタのドレイン領域よりも大きい、請求項3から8のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項10】
第1のトランジスタと第2のトランジスタとの間に配置されるソース線をさらに備え、ソース線は第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを電気的に接続する、請求項8に記載のメモリユニット。
【請求項11】
メモリユニットは約5.6Fより小さい機能メモリセル幅を有する、請求項1から10のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項12】
メモリユニットは、約3F以下の機能メモリセル幅を有する、請求項1から11のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項13】
第1および第2のRSMセルは、スピントルク転送ランダムアクセスメモリ(STRAM)セルである、請求項1から12のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項14】
第1および第2のRSMセルは、抵抗ランダムアクセスメモリ(RRAM(登録商標))セルである、請求項1から13のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項15】
RSMユニットであって、
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、メモリ領域に広がるRSMセルとを備え、
第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、
メモリ領域は第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない、RSMユニット。
【請求項16】
第1のトランジスタはソースおよびドレインを含み、第2のトランジスタはソースおよびドレインを含み、第1のトランジスタのソースは、第2のトランジスタのソースに電気的に接続され、第1のトランジスタのドレインは、第2のトランジスタのドレインに電気的に接続される、請求項15に記載のRSMユニット。
【請求項17】
RSMセルは第2のトランジスタのドレイン領域に電気的に結合される、請求項15または16に記載のRSMユニット。
【請求項18】
RSMセルに電気的に結合されるビット線をさらに備える、請求項15から17のいずれか1項に記載のRSMユニット。
【請求項19】
RSMユニットを用いる方法であって、
RSMユニットを設けることを備え、RSMユニットは
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、メモリ領域に広がるRSMセルとを含み、
第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、
第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、
メモリ領域は第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在せず、さらに
RSMセルの抵抗状態を判断するために第1のトランジスタまたは第2のトランジスタだけを活性化することを備える、方法。
【請求項20】
RSMセルの抵抗状態を設定するために、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの両方を活性化することを備える、請求項19に記載の方法。
【請求項1】
メモリユニットであって、
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、第1のメモリ領域に広がる第1のRSMセルと、
メモリユニットの第3の層において、第2のメモリ領域に広がる第2のRSMセルとを備え、
第1のトランジスタは第1のRSMセルに電気的に結合され、第2のトランジスタは第2のRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、トランジスタ重畳領域を有し、
第1のメモリ領域および第2のメモリ領域は、第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない、メモリユニット。
【請求項2】
第1のトランジスタはソース領域およびドレイン領域を含み、第1のトランジスタのドレイン領域は、第1のドレイン電気接続を介して、第1のRSMセルに電気的に結合される、請求項1に記載のメモリユニット。
【請求項3】
第2のトランジスタはソース領域およびドレイン領域を含み、第2のトランジスタのドレイン領域は第2のRSMセルに電気的に結合される、請求項1または2に記載のメモリユニット。
【請求項4】
第1のビット線および第2のビット線をさらに備え、第1のRSMセルは第1のビット線に電気的に結合され、第2のRSMセルは第2のビット線に電気的結合される、請求項1から3のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項5】
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタのソースおよびドレイン領域は対向して構成される、請求項3または4に記載のメモリユニット。
【請求項6】
メモリユニットの第1の層と第2の層との間に配置されるソース線をさらに備え、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは別個にソース線に電気的に接続される、請求項5に記載のメモリユニット。
【請求項7】
第1のドレイン電気接続をソース線から電気的に絶縁するためのビア絶縁体をさらに備える、請求項6に記載のメモリユニット。
【請求項8】
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタのソースおよびドレイン領域は平行な構成を有する、請求項3から7のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項9】
第1のトランジスタのドレイン領域は、第2のトランジスタのドレイン領域よりも大きい、請求項3から8のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項10】
第1のトランジスタと第2のトランジスタとの間に配置されるソース線をさらに備え、ソース線は第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを電気的に接続する、請求項8に記載のメモリユニット。
【請求項11】
メモリユニットは約5.6Fより小さい機能メモリセル幅を有する、請求項1から10のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項12】
メモリユニットは、約3F以下の機能メモリセル幅を有する、請求項1から11のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項13】
第1および第2のRSMセルは、スピントルク転送ランダムアクセスメモリ(STRAM)セルである、請求項1から12のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項14】
第1および第2のRSMセルは、抵抗ランダムアクセスメモリ(RRAM(登録商標))セルである、請求項1から13のいずれか1項に記載のメモリユニット。
【請求項15】
RSMユニットであって、
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、メモリ領域に広がるRSMセルとを備え、
第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、
メモリ領域は第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在しない、RSMユニット。
【請求項16】
第1のトランジスタはソースおよびドレインを含み、第2のトランジスタはソースおよびドレインを含み、第1のトランジスタのソースは、第2のトランジスタのソースに電気的に接続され、第1のトランジスタのドレインは、第2のトランジスタのドレインに電気的に接続される、請求項15に記載のRSMユニット。
【請求項17】
RSMセルは第2のトランジスタのドレイン領域に電気的に結合される、請求項15または16に記載のRSMユニット。
【請求項18】
RSMセルに電気的に結合されるビット線をさらに備える、請求項15から17のいずれか1項に記載のRSMユニット。
【請求項19】
RSMユニットを用いる方法であって、
RSMユニットを設けることを備え、RSMユニットは
メモリユニットの第1の層において、第1のトランジスタ領域に広がる第1のトランジスタと、
メモリユニットの第2の層において、第2のトランジスタ領域に広がる第2のトランジスタと、
メモリユニットの第3の層において、メモリ領域に広がるRSMセルとを含み、
第1のトランジスタは第2のトランジスタに電気的に結合され、
第2のトランジスタはRSMセルに電気的に結合され、
第2の層は第1の層と第3の層との間にあり、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはトランジスタ重畳領域を有し、
メモリ領域は第1のトランジスタ領域および第2のトランジスタ領域を越えて延在せず、さらに
RSMセルの抵抗状態を判断するために第1のトランジスタまたは第2のトランジスタだけを活性化することを備える、方法。
【請求項20】
RSMセルの抵抗状態を設定するために、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの両方を活性化することを備える、請求項19に記載の方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6】
【図7】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6】
【図7】
【公表番号】特表2012−524407(P2012−524407A)
【公表日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−506083(P2012−506083)
【出願日】平成22年4月9日(2010.4.9)
【国際出願番号】PCT/US2010/030466
【国際公開番号】WO2010/120634
【国際公開日】平成22年10月21日(2010.10.21)
【出願人】(500373758)シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年4月9日(2010.4.9)
【国際出願番号】PCT/US2010/030466
【国際公開番号】WO2010/120634
【国際公開日】平成22年10月21日(2010.10.21)
【出願人】(500373758)シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Fターム(参考)】
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