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JP4451072B2 - Nonvolatile memory element, nonvolatile memory circuit, nonvolatile memory card, and recording / reproducing apparatus - Google Patents
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JP4451072B2 - Nonvolatile memory element, nonvolatile memory circuit, nonvolatile memory card, and recording / reproducing apparatus - Google Patents

Nonvolatile memory element, nonvolatile memory circuit, nonvolatile memory card, and recording / reproducing apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性記憶素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の不揮発性記憶素子として、例えば図23に示すような、導電体パターン100の一部のパターン幅を狭くした切断部101を有するヒューズ素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図23に示すヒューズ素子は、一様な膜厚を有する導電体パターン100と切断部101とを有しており、記録情報に対応して、導電体パターン100よりも狭い幅を有する切断部101の両端に電位差を形成し、切断部101を溶断することが可能な電流Iを流すことにより、情報の記録が行われる。
【0004】
また、切断部101が溶断されているか否かによる導通の有無を確認することにより、情報の再生が行われる。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−197884号公報(2002年7月12日公開)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、以下に記す要因により、個々の不揮発性記憶素子(ヒューズ素子)の寸法が大きくなり、単位面積あたりに形成し得る素子数が制限されるため、記憶容量が小さくなるという問題を有している。
【0007】
第1の理由としては、導電体パターン100において、正極性の電圧を印加する部分と負極性の電圧を印加する部分とが2次元的な広がりを持つからである。
【0008】
第2の理由としては、導電体パターン100がパターニングし得る最小線幅より広くなるからである。
【0009】
例えば、図23に示すヒューズ素子においては、該素子が平面的に設けられているため、導電体パターン100の膜厚と切断部101の膜厚とが等しくなっている。ここで、導電体パターン100の溶断を発生させず、切断部101のみで溶断を発生させるためには、上述のように切断部101の幅を導電体パターン100の幅よりも狭くして、切断部101における電気抵抗を高くすることが必要である。その結果、切断部101のみの温度が上昇し、導電体パターン100において溶断が発生せず、切断部101のみを溶断することが可能となる。
【0010】
ところで、導電体等のパターン寸法に関して実現可能な最小線幅は、パターニングプロセスにより決定されるものであり、パターニング装置の能力にもよるが、0.1μmから0.5μm程度の最小線幅を実現することが可能である。
【0011】
ここで、図21に示すヒューズ素子においては、切断部101の幅を最小線幅より狭くすることはできないので、この最小線幅を切断部101のパターン幅とすることが必要となる。一方、導電体パターン100の幅は、電流Iが流れた際に、導電体パターンの溶断が発生しないように、切断部101の幅よりも広い幅であることが必要である。従って、ヒューズ素子の配線である導電体パターン100の幅を、パターニングプロセスにより形成可能な最小線幅より広くせざるを得ないために、記憶容量の増大が阻害されることになる。
【0012】
また、図23に示すヒューズ素子においては、導電体パターン100と切断部101とが、同一材質であり、かつ、同一膜厚の材料で構成されている。そのため、これらのパターン幅のみを調整することで溶断発生の有無を制御することが必要となるので、ヒューズ素子設計の自由度が少ないという問題が存在する。
【0013】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、素子の設計において大きな自由度を有し、大容量化が可能な不揮発性記憶素子を提供することにある。さらに、本発明の目的は、該不揮発性記憶素子を用いた利便性に優れた不揮発性記憶回路、不揮発性記憶カード、および、それらを用いた記録再生装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の不揮発性記憶素子、不揮発性記憶回路、不揮発性記憶カード、及び、記録装置は以下のようなものである。
【0015】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、絶縁膜を間に挟んで絶縁された第1導電体と第2導電体とを有し、第1導電体と第2導電体とが、該第1導電体と該第2導電体との間に形成された電位差によって溶断される第3導電体により電気的に接続されていてもよい。
【0016】
上記の構成により、絶縁膜を介して設けられた第1導電体と第2導電体とを第3導電体で接続し、該第3導電体を溶断部とすることで、各導電体を平面的ではなく、立体的に配置することができる。これによって、第1導電体と第2導電体とを平面的に配置する構成と比較して、個々の不揮発性記憶素子の占有面積を小さくすることができる。従って、不揮発性記憶素子の単位面積あたりの記憶容量を増大させることができるので、本発明は、記憶容量の大きなヒューズ型の不揮発性記憶素子を提供することができる。
【0017】
また、情報記録のために溶断される部分が、第3導電体として、第1導電体および第2導電体とは別に設けられていることによって、従来の導電体パターン及び切断部の平面的な配置と比較して、第3導電体の素材選択や、パターン幅選択、あるいは膜厚選択の自由度が増すと共に、各導電体のパターン幅が互いに及ぼしあう制約が緩和される。また、第1導電体および第2導電体に積層構造を取らせたことにより、第1導電体および第2導電体の膜厚設定の自由度も増す。そのため、個々の不揮発性記憶素子の設計において自由度を高めることができる。
【0018】
さらに、各導電体(第1導電体、第2導電体、第3導電体)によって、材質や膜厚を適宜変更することもできるため、個々の不揮発性記憶素子について記憶容量をより増大させることも可能となる。また、例えば、第1導電体及び第2導電体より融点が低く溶断し易い材料で、第3導電体を形成することができるので、不揮発性記憶素子の消費電力を下げる等の設計も容易になる。
【0019】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、絶縁膜を間に挟んで絶縁された複数の第1導電体と複数の第2導電体と、第1導電体と第2導電体との間に与えた電位差によって溶断する第3導電体とを有し、該第1導電体と該第2導電体とがマトリクス状に互いに交差するように配置されており、第1導電体、絶縁膜および第2導電体からなる3層構造における、該第1導電体と該第2導電体との各交差位置において、該第1導電体及び該第2導電体の各外表面の少なくとも一部同士が、上記第3導電体により電気的に接続されていることを特徴としている。
【0020】
上記の構成により、複数の第1導電体と複数の第2導電体とから、それぞれ1つずつ第1導電体と第2導電体とを選択して電位差を与えることにより、その交差位置に存在する第3導電体に対し、記録再生を実施することが可能となる。
【0021】
すなわち、選択された1つの第1導電体と、選択された1つの第2導電体とにより、溶断したい(情報を記録したい)第3導電体を特定し選択すること、または、第3導電体の断接状態を検出すること(情報の再生)が可能となる。従って、第1導電体と第2導電体とを特定することにより、記録再生を行うべき位置情報を特定することのできる不揮発性記憶素子を形成することが可能となる。
【0022】
情報を記録する場合には、選択した第1導電体と第2導電体とに電位差を与えることにより、第3導電体を溶断することが可能な電流を流せばよい。また、情報を再生する場合には、選択した第1導電体と第2導電体とに、第3導電体を溶断することのない程度の電位差を与えることにより、第3導電体の導通の有無を確認すればよい。例えば、第1導電体に対して電圧を印加することにより、第3導電体が溶断されていない第2導電体には、第1導電体に印加した電圧に対応した電位が誘起され、第3導電体が溶断された第2導電体には、第1導電体に印加した電圧に対応した電位が誘起されない。従って、第1導電体に電圧を印加し、個々の第2導電体の電位を調べることにより、第3導電体の溶断の有無、すなわち、記録情報を判別することが可能となる。
【0023】
このように、上記不揮発性記憶素子の構成では、各交差位置に、1つの単位記憶素子が形成されているとみなすことができる。すると、各交差位置では、第1導電体と第2導電体とに積層構造を取らせているので、単位記憶素子の占有面積を小さくすることができる。この結果、複数の単位記憶素子を集積した不揮発性記憶素子の単位面積あたりの記憶容量を上げることができる。
【0024】
しかも、既に説明したとおり、第3導電体の素材選択には自由度が有り、かつ第3導電体の形成を第1導電体及び第2導電体の形成と別工程で行うため、第3導電体のパターン幅が、第1導電体及び第2導電体のパターン幅から受ける制約を緩和することができる。すなわち、各導電体のパターン幅をできるだけ細く設定して、さらに記憶容量を上げたり、低消費電力化を図ったりしやすくなる。
【0025】
このように、単位記憶素子の占有面積を小さくできる上に、各導電体の設計に自由度が有るので、大容量で低消費電力の不揮発性記憶素子を実現することができる。
【0026】
また、例えば、帯状の第1導電体の配列上に絶縁膜を積層し、その上に帯状の第2導電体の配列を積層したとすると、第2導電体をマスクとした絶縁膜のエッチングを行うことにより、第1導電体と第2導電体との接続部分を、その交差位置において露出させることが、絶縁膜のパターニングと同時に可能となる。この結果、不揮発性記憶素子形成プロセスの簡略化による低コスト化が実現する。
【0027】
さらに、この場合、上記不揮発性記憶素子は、第1導電体、第2導電体、及び、第3導電体それぞれについて、同一形状のパターンを同一間隔で、屈曲部を有することなく、規則正しく配列することが可能である。従って、パターニングプロセスの最適化を行うことにより、より狭い幅の最小線幅を形成することが可能であり、記憶容量の大きな不揮発性記憶素子を形成することができる。
【0028】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記各交差位置の少なくとも1箇所における第3導電体の切断により、情報が記録されていることを特徴としている。
【0029】
これにより、既に説明したとおり、大容量の情報を記録した不揮発性記憶素子を提供することができる。
【0030】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第3導電体の幅が、上記第1導電体の幅、及び、上記第2導電体の幅よりも狭いことを特徴としている。
【0031】
上記の構成により、上記の効果に加えて、配線パターンである第1導電体の幅と第2導電体の幅に対して、溶断部である第3導電体の幅を狭くすることにより、第3導電体の抵抗を大きくすることが可能となる。従って、第1導電体と第2導電体との間に電位差を形成すると、第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体に電流が流れ、抵抗の大きい第3導電体のみにおいて温度を上昇させることができる。この結果、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となるので、不揮発性記憶素子の記録動作を安定化することができる。
【0032】
なお、ここで言う導電体の幅とは、各導電体において電流の流れる方向と直交する方向の長さのことを意味する。すなわち、各導電体によって形成される配線の幅と言うこともできる。
【0033】
また、第1導電体の幅と該第2導電体の幅とを、概ね等しくすると、第1導電体と第2導電体の断線を抑制し、かつ、最大の記憶容量を得ることができるという効果が有る。第1導電体の幅と第2導電体の幅とが、概ね等しくない場合、より細い導電体において、断線不良が発生し易くなる。したがって、両者の幅を、断線不良が発生しない程度の幅で、概ね等しくすることにより、断線を抑制するとともに、最大の記憶容量を実現することができる。
【0034】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0035】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第3導電体の膜厚が、上記第1導電体の膜厚、及び、上記第2導電体の膜厚よりも薄いことを特徴としている。
【0036】
上記の構成により、上記の効果に加えて、配線パターンである第1導電体の膜厚と第2導電体の膜厚に対して、切断部である第3導電体の膜厚を薄くすることにより、第3導電体の抵抗を大きくすることが可能となる。従って、第1導電体と第2導電体との間に電位差を形成すると、第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体に電流が流れ、抵抗の大きい第3導電体のみにおいて温度を上昇させることができる。この結果、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となるので、不揮発性記憶素子の記録動作を安定化することができる。
【0037】
なお、ここで言う導電体の膜厚とは、各導電体が積層される方向の厚さのことを意味する。
【0038】
また、上記第1導電体の膜厚と上記第2導電体の膜厚とを、概ね等しくすると、第1導電体と第2導電体の断線を抑制し、かつ、最大の記憶容量を得ることができるという効果が有る。
【0039】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。特に、本発明として記載した構成を、第3導電体の幅に関して前記発明として記載した構成と組み合わせることにより、第3導電体のみの溶断をさらに安定化させることができる。
【0040】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第3導電体の融点が、上記第1導電体の融点、及び、上記第2導電体の融点よりも低いことを特徴としている。
【0041】
上記の構成により、上記の効果に加えて、より融点の低い材料を用いた第3導電体において、溶断が発生しやすくなるので、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となる。また、第3導電体を溶断するために、第1導電体及び第2導電体の間に設ける電位差を小さくすることもできる。この結果、安定した記録再生及び/または低消費電力を実現する不揮発性記憶素子を提供することができる。
【0042】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。特に、本発明として記載した構成を、第3導電体の幅または膜厚に関して前記発明として記載した各構成と組み合わせることにより、本発明の効果をさらに増大させることができる。
【0043】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第1導電体が、直線帯状であって互いに並列的に配置されており、
上記第2導電体もまた、直線帯状であって互いに並列的に配置されていることを特徴としている。
【0044】
上記の構成により、上記の効果に加えて、不揮発性記憶素子の記憶容量をさらに大きくすることができる。すなわち、第1導電体、及び、第2導電体が、いずれも、直線帯状の導電体で構成され、屈曲部を有さないことにより、単位面積当たりにおける交差位置の数を、屈曲部を持つ構成に比べて増やすことができる。すなわち、交差位置に設けることが可能な第3導電体の数を増やすことができるので、不揮発性記憶素子の記憶容量をさらに増大させることができる。
【0045】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記第1導電体と第2導電体の各外表面を上記第3導電体により接続する箇所は、各交差位置毎に少なくとも2箇所有ることを特徴としている。
【0046】
上記の構成により、上記の効果に加えて、不揮発性記憶素子の断線不良を低減することが可能となる。
【0047】
すなわち、上記第1導電体と第2導電体とが、一箇所のみで、上記第3導電体により接続されている場合、形成プロセスにおいて存在する塵埃等に起因する第3導電体の断線等が発生すると、その第3導電体に対して記録を行うことができないので、不揮発性記憶素子自体が不良品になってしまう。これにより、該不揮発性記憶素子は初期不良の素子数が増加することになる。
【0048】
これに対して、上記第1導電体と第2導電体とが各交差位置毎に2箇所以上の部分で、該第3導電体により接続されている場合、一方の第3導電体が断線を発生した場合においても、他方の第3導電体が、第1導電体と第2導電体とを接続しているので、断線による初期不良素子を大幅に低減することができる。
【0049】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0050】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の不揮発性記憶素子が記録再生制御回路を有する半導体層上に設けられており、複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴としている。
【0051】
上記の構成により、回路入出力端子から入力されるアドレス情報、及び、記録情報に基づいて、記録再生制御回路が、第1導電体、及び、第2導電体を選択し、選択された第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体を選択し、情報の記録再生を実施することが可能となる。
【0052】
すなわち、本発明の不揮発性記憶回路においては、それぞれの第1導電体、及び、第2導電体を直接選択することなく、回路入出力端子に対して、アドレス情報と記録情報だけを入力することにより、第1導電体、及び、第2導電体が選択され、第3導電体に対する記録再生が行われる。従って、不揮発性記憶回路としての利便性が格段に改善される。
【0053】
なお、本発明中に記載した不揮発性記憶素子の構成を、前記発明として記載した不揮発性記憶素子の各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0054】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、複数の上記不揮発性記憶素子が上記半導体層上に設けられており、該不揮発性記憶素子毎に記録再生制御回路を設けたことを特徴としている。
【0055】
上記の構成により、上記の効果に加えて、欠陥による記憶容量の低下を抑制することが可能となる。
【0056】
広い面積に渡って本発明の不揮発性記憶素子を構成する場合、長い配線長を有する第1導電体、及び、第2導電体を設けることが必要となる。ここで、長い配線長の一箇所が欠陥により断線すると、断線した導電体に接続された複数の第3導電体は、もはや、記憶素子として作動しなくなる。この場合、一箇所の欠陥により、多数の記憶素子が失われることになる。
【0057】
これに対して、本発明の不揮発性記憶回路は、不揮発性記憶回路上に、複数の不揮発性記憶素子を有しており、該不揮発性記憶素子毎に記録再生制御回路を設けたので、個々の不揮発性記憶素子における配線長が、相対的に短くなる。これにより、一箇所の断線により失われる記憶素子の数を低減することが可能となる。
【0058】
また、複数の不揮発性記憶素子に対して、唯一の記録再生制御回路を設けることも可能であるが、この場合、記憶再生制御回路から離れた位置に設けられる不揮発性記憶素子への配線長が長くなり、一箇所の欠陥により、多数の記憶素子が失われるおそれが高くなる問題が発生する。さらに、唯一の記録再生制御回路から複数の不揮発性記憶素子に対し配線するので、1本当たりの配線の幅を細くせざるを得ない。
【0059】
従って、複数の不揮発性記憶素子が、それぞれに対応した記録再生制御回路を有する構成とすることで、それぞれの記録再生制御回路に対して、配線の幅を相対的に広げることができる。すなわち、広い幅の配線により、アドレス情報や記録情報を入力し、記録再生制御回路の近くに配置された不揮発性記憶素子に対する記録再生を実施することができるので、配線欠陥による記憶素子の損失を低減することが可能となる。
【0060】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記記録再生制御回路を形成するための半導体層が、基板上に設けられた非晶質Si層、基板上に設けられた多結晶Si層、もしくは、基板上に設けられた非晶質Si層を局所的に温度上昇させることにより作製された多結晶Si層のいずれかであることを特徴としている。
【0061】
上記の構成により、上記の効果に加えて、基板材料が限定されることがなくなり、低価格で、かつ、記憶容量の大きい不揮発性記憶回路を形成することが可能となる。
【0062】
記録再生制御回路は、アドレス情報に応じて、第1導電体、及び、第2導電体を選択し、情報の記録再生のための電圧を、第1導電体、及び、第2導電体へと印加する回路であり、一般的に、Si単結晶基板上に形成された半導体回路で構成される。しかしながら、Si単結晶基板が高価であるため、Si単結晶基板上に形成された不揮発性記憶回路も高価なものとなってしまう。
【0063】
本発明の不揮発性記憶回路は、その記録再生制御回路として、プラスチック等の基板上に設けられた非晶質Si層、もしくは、多結晶Si層に形成された半導体回路を用いることが可能である。この場合、不揮発性記憶回路の低価格化が実現する。
【0064】
また、本発明の不揮発性記憶回路の記憶再生制御回路として、上記非晶質Si層を局所的に温度上昇させることにより形成された多結晶Si層に設けられた半導体回路を用いることが可能である。もし、非晶質Si層上に形成された半導体回路を用いるとすると、該非晶質Siにおける電子移動度が小さいため、記録再生制御回路の動作速度が低くなり、記録再生速度の低下を招く。しかしながら、上記多結晶Siは、大きな電子移動度を有しており、非晶質Siよりも高速な記録再生を実現することができる。従って、本発明の不揮発性記憶回路を、低価格で、記憶容量が大きく、かつ、高速記録再生可能な不揮発性記憶回路とすることができる。
【0065】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0066】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記不揮発性記憶素子が、半導体層上に設けられた記録再生制御回路の上に、絶縁膜を介して設けられており、複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴としている。
【0067】
上記の構成により、上記の効果に加えて、不揮発性記憶回路の記憶容量をさらに増大させることが可能となる。
【0068】
本発明の不揮発性記憶回路においては、上記記録再生制御回路上に、絶縁膜を介して、不揮発性記憶素子を立体的に設けたので、基板上の面を有効に活用することが可能となる。この結果、不揮発性記憶回路の記憶容量を増大させること、または、不揮発性記憶回路を小型化することができる。
【0069】
なお、記録再生制御回路と不揮発性記憶素子との電気的配線の干渉を避けるため、該記録再生制御回路と不揮発性記憶素子の第1導電体、及び、第2導電体をビアホール等により垂直配線接続することが好ましい。
【0070】
また、複数の不揮発性記憶素子のそれぞれに対して、記録再生制御回路を有する場合においても、各記録再生制御回路の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に、対応する不揮発性記憶素子を設けることによって、同様な効果が得られる。
【0071】
なお、本発明中に記載した不揮発性記憶素子の構成を、前記発明として記載した不揮発性記憶素子の各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0072】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、上記不揮発性記憶回路が、複数積層されて設けられていることを特徴としている。
【0073】
上記の構成により、上記の効果に加えて、複数の不揮発性記憶回路が積層されることにより、積層数に応じて、その記憶容量を増大させることができる。
【0074】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0075】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、複数の上記不揮発性記憶回路が有する回路入出力端子が、積層方向に重ならないように設けられていることを特徴としている。
【0076】
上記の構成により、上記の効果に加えて、積層された複数の不揮発性記憶回路が有するそれぞれの回路入出力端子に対して、アドレス情報や記録情報を直接入出力することが可能となる。すなわち、それぞれの不揮発性記憶回路の回路入出力端子が、積層方向に重ならないことにより、それぞれの回路入出力端子を全て露出させることができる。従って、露出した全ての回路入出力端子に対して、例えば記録再生装置内に設けられた接続ピンを接触させることにより、それぞれの不揮発性記憶回路に対する記録再生を行うことが可能となり、高速な記録再生動作を実現することができる。
【0077】
本発明に係る不揮発性記憶回路は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、外部入出力端子に接続された記憶回路選択回路を有し、複数の上記不揮発性記憶回路の回路入出力端子が、該記憶回路選択回路に接続され、該記憶回路選択回路には、記録再生を行う不揮発性記憶回路を選択する第1の選択信号と、選択された不揮発性記憶回路の活性化すべき第1導電体および第2導電体を選択する第2の選択信号と、記録再生すべき情報信号とが、外部入出力端子を介して入力されることを特徴としている。
【0078】
上記の構成により、複数の不揮発性記憶回路で構成された大容量の不揮発性記憶回路に対して、情報の記録再生を行うのに必要な簡便な情報の入出力を、簡単な構成で行うことが可能となる。
【0079】
すなわち、同じ外部入出力端子を介して、第1の選択信号、第2の選択信号および情報信号が記憶回路選択回路に入力され、これによって記録再生すべき不揮発性記憶回路中の記録再生すべき第3導電体を選択して、情報を記録することができる。従って、例えば、記録再生装置は、各不揮発性記憶回路が備えている回路入出力端子に個別にアクセスして、記録再生すべき第3導電体を選択する信号や、記録再生信号の授受を行う構成を必要としない。
【0080】
従って、本発明の不揮発性記憶回路によれば、上記の効果に加えて、複数の不揮発性記憶回路が積層された不揮発性記憶回路において、外部入出力端子の数を低減することができる。すなわち、情報の記録再生を行うための入出力回路を簡素化することが可能となり、利便性に優れた不揮発性記憶回路を提供することができる。
【0081】
なお、第1の選択信号によって選択された不揮発性記憶回路の記録再生制御回路が、第2の選択信号によって選択された第1導電体および第2導電体に対し、第3導電体が溶断するのに必要な電圧を情報信号に基づいて生成して印加し、記録を行う。
【0082】
また、情報再生を行う際にも、同様に、第1の選択信号によって選択された不揮発性記憶回路から、第2の選択信号によって選択された第3導電体の溶断の有無を検出した情報信号が回路入出力端子から取り出され、記憶回路選択回路により、外部入出力端子へと出力することが可能である。
【0083】
なお、本発明として記載した構成を、前記発明として記載した各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0084】
本発明に係る不揮発性記憶カードは、上記の課題を解決するために、上記不揮発性記憶回路が、カード状基板上に設けられたことを特徴としている。
【0085】
上記の構成により、大きな記憶容量の不揮発性記憶回路を有する可搬性及び利便性に優れた不揮発性記憶カードを実現することが可能である。
【0086】
なお、本発明中に記載した不揮発性記憶回路の構成を、前記発明として記載した不揮発性記憶回路の各構成と、必要に応じて任意に組み合わせてもよい。
【0087】
本発明に係る記録再生装置は、上記の課題を解決するために、上記不揮発性記憶素子、もしくは、上記不揮発性記憶回路、もしくは、上記不揮発性記憶カードに対して、情報の記録再生を行うことを特徴としている。
【0088】
上記の構成により、可動部を持たない信頼性に優れた大容量記録再生装置を実現することが可能である。従来の大容量記録再生装置は、ハードディスクや光ディスクのように、ディスク回転機構やヘッドアクセス機構等の可動部が必要なので、ヘッドクラッシュ等の駆動機構の故障により、装置の信頼性に問題が存在した。
【0089】
これに対して、本発明の記録再生装置は、不揮発性記憶素子の第1導電体および第2導電体に記録用の電圧または再生用の電圧を印加することで、記録再生を行うことができるので、記録再生に固定的なコネクタ等を適用することができる。したがって、可動部を有さず、極めて信頼性の高い記録再生装置を実現することができる。
【0090】
また、従来の記録再生装置として、半導体回路で構成された記憶素子(フラッシュメモリー等)を用いた記録再生装置があるが、複雑な半導体回路をSi基板上に形成することが必要であり、記憶素子が高価なものとなり、動画等の情報を長時間にわたり記憶する素子としては不適格であった。
【0091】
これに対して、本発明の不揮発性記憶素子、及び、不揮発性記憶回路は、配線パターンである第1導電体と第2導電体の交差点において、第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体を有するという、極めて簡単な構成により、情報の記録再生が可能であり、低価格かつ大容量な不揮発性記憶素子、及び、不揮発性記憶回路を提供することが可能である。また、該不揮発性記憶素子、及び、該不揮発性記憶回路を積層して配置することにより、さらに大容量の不揮発性記憶素子を提供することが可能である。
【0092】
従って、本発明に係る上記不揮発性記憶素子、もしくは、上記不揮発性記憶回路、もしくは、上記不揮発性記憶カードを用いた記録再生装置においては、動画等の大容量の情報を安価な不揮発性記憶素子に記憶することが可能となる。
【0093】
また、本発明に係る上記不揮発性記憶素子、もしくは、上記不揮発性記憶回路、もしくは、上記不揮発性記憶カードを用いた記録再生装置を携帯可能な記録再生装置とすることにより、動画等の大容量の情報を安価な不揮発性記憶素子に、低消費電力で記憶することが可能な、携帯性に優れた記録再生装置を実現することができる。
【0094】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の不揮発性記憶素子、不揮発性記憶回路、及び、不揮発性記憶カードについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0095】
(本発明の技術的思想)
本発明の不揮発性記憶素子は、例えば図2に示すように、絶縁膜(4)を間に挟んで絶縁された第1導電体(3)と第2導電体(5)とを有し、第1導電体(3)と第2導電体(5)とが、該第1導電体(3)と該第2導電体(5)との間に形成された電位差によって溶断される第3導電体(6)により接続されている、情報を記録することを特徴としている。
【0096】
すなわち、本発明の不揮発性記憶素子においては、第1に、第1導電体と第2導電体とに絶縁状態の積層構造を取らせたことにより、不揮発性記憶素子の占有面積を縮小し、第2に、第3導電体を上記積層構造とは別に設けることにより、不揮発性記憶素子の設計の自由度を高めることが、重要な狙いである。
【0097】
不揮発性記憶素子の設計の自由度を高めることができるのは、第3導電体の素材選択の自由度が増すからであり、また、各導電体のパターン幅または膜厚が互いに及ぼしあう制約が緩和されるからである。
【0098】
このように、本発明によれば、情報記録のために第3導電体が溶断される確実性を増したり、より低い電圧印加で第3導電体を溶断させたり、各導電体の材質や膜厚を適宜選択することによって、一定の大きさの不揮発性記憶素子において記憶容量を増大させたりすることが可能となる。
【0099】
(不揮発性記憶素子の構成例1)
図1は、本発明の不揮発性記憶素子の平面図を示しており、図2は、図1におけるA−A’断面の一部を説明する図である。
【0100】
本発明の不揮発性記憶素子は、図2に示すように、後述する記録再生制御回路が設けられた基板1上に、該記録再生制御回路との電気的干渉を避けるための絶縁膜2、第1導電体3、絶縁膜4、第2導電体5が順次積層され、第1導電体3と第2導電体5とを、電気的に接続する第3導電体6が設けられている。
【0101】
ここで、第1導電体3と第2導電体5との間に、電位差を形成することにより、第1導電体3と第2導電体5とを電気的に接続する部分の第3導電体6に、上記電位差に応じた電流が流れ、該接続部分の第3導電体6の温度が上昇する。上記電位差が十分に大きければ、該温度上昇により、第3導電体6の接続部分において、第3導電体6が溶断し、第1導電体3と第2導電体5との電気的接続が断たれる。
【0102】
本発明の不揮発性記憶素子は、上記第3導電体6による電気的な接続の有無により情報を記録再生するものである。
【0103】
この場合、第3導電体6の溶断に関わるファクタは、第3導電体6の抵抗値であり、その抵抗値は第3導電体6の材質と、線幅または厚みとによって決まる。また、第3導電体6の材質によって決まる融点が、第1導電体3及び第2導電体5と比較して低い方が、溶断し易いため、消費電力の点で有利である。
【0104】
図1は、上記不揮発性記憶素子の一実施例を示すものであり、複数の直線帯状の第1導電体3(X1,X2,・・・,X8)が、互いに平行に配置され、第1導電体3と直交する方向に、複数の直線帯状の第2導電体5(Y1,Y2,・・・,Y10)が配置されている。すなわち、第1導電体3と第2導電体5とは、間に設けられた絶縁膜4により非接触状態を維持して直交するように配置されている。
【0105】
そして、第1導電体3と第2導電体5とが交差する部分(交差位置)に、第1導電体3と第2導電体5とを電気的に接続する第3導電体6が設けられている。具体的には、第3導電体6は、上記交差位置における3層構造において、第1導電体3と第2導電体5との外表面の少なくとも一部同士を接続している。
【0106】
上記の構成において、例えば、特定の第1導電体X4と特定の第2導電体Y3との間に、電位差を形成し、第1導電体X4から第2導電体Y3へ電流を流すとした場合、第1導電体X4と第2導電体Y3との交差位置に形成された第3導電体6が溶断され、情報が第3導電体6の溶断という形で記録される。
【0107】
また、上記第1導電体X4、もしくは、上記第2導電体Y3のいずれかに、上記電位差が形成されないように電圧を印加し、他方の導電体に誘起される電位を測定することにより、第3導電体6の溶断の有無を、記録情報として再生することができる。
【0108】
すなわち、本発明の不揮発性記憶素子においては、選択された1つの第1導電体3と、選択された1つの第2導電体5との間に電位差を設け、該第1導電体3と該第2導電体5とを接続する第3導電体6を溶断することにより、情報の記録が実現する。また、該第1導電体3、もしくは、該第2導電体5のいずれか一方の導電体に、上記第3導電体6における溶断が発生しない程度の電圧を印加し、他方の導電体の電位を検出することにより、第3導電体6の溶断の有無を判断し、情報の再生が実現する。
【0109】
(不揮発性記憶素子の製造方法)
次に、図3、及び、図4を用いて、本発明の不揮発性記憶素子の形成方法について説明する。
【0110】
図3の(a),(b),(c)は、第1導電体3、第2導電体5の形成方法を説明する断面図である。図3の(a),(b)は、図1のA−A’に垂直な方向(第2導電体5の延伸方向)の断面で見たある時点の製造工程を示しており、図3の(c)は、図1のA−A’断面で見た別の時点の製造工程を示している。従って、第1導電体3の様子が、図3の(a),(b)と、図3の(c)とで異なっている。
【0111】
まず、図3(a)に示すように、後述する記録再生制御回路が設けられた基板1上に、該記録再生制御回路との電気的干渉を避けるための絶縁膜2を設けた後、第1導電体3がダマシン法により形成される。
【0112】
次に、図3(b)に示すように、第1導電体3と第2導電体5とを電気的に絶縁する絶縁膜4が形成される。
【0113】
最後に、図3(c)に示すように、第2導電体5がダマシン法により形成される。
【0114】
ここで、第1導電体3、及び、第2導電体5としては、電気抵抗の小さいAlやAl合金(AlTi,AlCu等)、もしくは、CuやCu合金(CuTi,CuAl等)を用いることが可能である。
【0115】
また絶縁膜2,4としては、Si酸化膜(例えば、SiO2),Si窒化膜(例えば、Si34),Ta酸化膜(例えば、Ta23)等の無機系絶縁膜を用いても良いし、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の有機系絶縁膜を用いることも可能である。
【0116】
また、第1導電体3及び第2導電体5をダマシン法により形成する際、絶縁体7,8として、上記絶縁膜2,4と同様な材料を用いることが可能である。
【0117】
また、ここでは、第1導電体3、及び、第2導電体5をダマシン法により形成する方法について説明したが、マスキングプロセスとエッチングプロセスを用いて導電性材料をパターニングすることにより第1導電体3、及び、第2導電体5を形成することも可能である。
【0118】
ただし、この方法によると、パターニングにより凹凸状に形成された第1導電体上に、絶縁膜および第2導電体が形成され、さらに、第2導電体がパターニングされるため、不揮発性記憶素子の表面には、第1導電体と第2導電体のパターン形状に対応した凹凸が形成されることになる。このような凹凸の増加に伴い、第1導電体と第2導電体との短絡不良や、第2導電体の断線不良等が発生し易くなる。
【0119】
これに対して、ダマシン法により第1導電体3及び第2導電体5を設けることにより、第1導電体3と第2導電体5が平面的に形成されるため、このような短絡不良や断線不良の発生を抑えることが可能となる。従って、第1導電体3、及び、第2導電体5は、ダマシン法により形成されることが望ましい。
【0120】
次に、図4の(a),(b),(c)は、図3(c)に示す製造工程の後に、第3導電体6を形成する方法を説明する図である。図4の(a),(b),(c)は、いずれも、図1のA−A’断面で見た製造工程を示している。
【0121】
まず、図4(a)においては、第2導電体5をマスクとして、絶縁体8、及び、不要な絶縁膜4の選択的エッチング除去を行う。ここで、絶縁膜4の選択的エッチング除去は、少なくとも、第1導電体3が露出するまで行われる必要がある。また、第1導電体3同士の間に存在する絶縁体7(図3(b)参照)も併せてエッチング除去すれば、第3導電体6による第1導電体3と第2導電体5との電気的な接続を、確実なものとすることができる。
【0122】
例えば、第1導電体3及び第2導電体5としてCuを用い、絶縁体8及び絶縁膜4としてSiO2を用いた場合、CF4ガスプラズマを用いたドライエッチングを行うことにより、Cuのエッチングは行われず、SiO2のエッチングのみが進行するため、第2導電体5をマスクとした絶縁体8及び絶縁膜4の選択的エッチング除去が実現する。
【0123】
また、絶縁体8及び絶縁膜4として有機系絶縁膜を用いた場合、O2ガスプラズマを用いたアッシングを行うことにより、Cuのエッチングは行われず、有機系絶縁膜のアッシング除去のみが進行するため、第2導電体5をマスクとした絶縁体8及び絶縁膜4の選択的エッチング除去が実現する。
【0124】
ここで、絶縁体8として有機系絶縁膜を用い、絶縁膜4としてSiO2を用いた場合、絶縁体8の除去と絶縁膜4の除去において、異なる反応ガスを用いることが必要となり、プロセスが複雑化することになる。したがって、絶縁体8と絶縁膜4とは、同じ材料を用いるか、もしくは、同じ反応ガスによりエッチング除去可能な材料を用いることが望ましい。
【0125】
以上のように、本発明の不揮発性記憶素子においては、追加的なパターニングプロセスを用いることなく、第1導電体3と第2導電体5とを露出させることが可能であり、簡略な形成プロセスとすることができる。
【0126】
次に、図4(b)に示すように、露出した第1導電体3と第2導電体5とを覆うように、第3導電体6を形成した後、図1に示す第3導電体6の形成パターンに対応したフォトレジストパターン9を形成する。
【0127】
ここで、図4(a)までのプロセスにより、第1導電体3と第2導電体5との表面は、エッチングガス等により汚染されているため、第3導電体6を形成する前に、Arガス等の不活性ガスを用いてスパッタエッチングを行い、該表面汚染層を除去することにより、第1導電体3及び第2導電体5と第3導電体6との電気的接続をより確実なものとすることができる。
【0128】
最後に、図4(c)に示すように、上記フォトレジストパターン9をマスクとして、不要な第3導電体6をエッチング除去した後、フォトレジストパターン9を除去することにより、絶縁膜3を介して設けられた第1導電体3と第2導電体5とが、第3導電体6により接続された不揮発性記憶素子が完成する。
【0129】
ここで、第3導電体6として、第1導電体3及び第2導電体5と同一の材料を用いてもよい。例えば、全ての導電体について、Cuを用いた場合、第3導電体6の膜厚を第1導電体3及び第2導電体5の膜厚より薄くし、また、第3導電体6のパターン幅(幅)を第1導電体3及び第2導電体5のパターン幅より狭くして、第3導電体6における抵抗値を大きくするように不揮発性記憶素子を設計すればよい。なお、上記各導電体の膜厚、及び、各導電体のパターン幅(幅)とは、上述の定義の通りであるが、ここで、特に上記第3導電体5のパターン幅とは、第2導電体5の延伸方向と平行方向の幅のことを意味する。
【0130】
これによって、第3導電体6において溶断が発生しやすくすることが可能となり、安定した記録を実現することができる。上記不揮発性記憶素子においては、第3導電体6は、第1導電体3および第2導電体5とは、異なる製造工程によって形成され、また、第1導電体3および第2導電体5は順次積層される構造であるため、各導電体3,5,6の膜厚や幅を種々に設定することが容易に可能となる。
【0131】
第3導電体6の材料としては、上述のように第1導電体3及び第3導電体5と同一の材料を用いてもよいが、第1導電体3及び第2導電体5の材料よりも、融点の低い材料を用いることが望ましい。上記の構成によって、第3導電体6において、より確実に溶断を発生させることができる。
【0132】
例えば、第1導電体3及び第2導電体5としてCuを用い、第3導電体6としてAlを用いた場合、Cuの融点が1085℃であり、Alの融点が660℃であるため、確実に、第3導電体6における溶断を発生させることができる。さらに、Alからなる第3導電体6の膜厚を第1導電体3及び第2導電体5に対して薄くし、また、第3導電体6のパターン幅を第1導電体3及び第2導電体5に対して狭くすることにより、より確実な記録を実現することができる。
【0133】
また、第1導電体3及び第2導電体5としてCuのような高融点の導電性材料を用いた場合、第3導電体6としては、Al以外の低融点材料として、Zn,Sn,Bi等を用いることが可能である。さらに、これらの合金、すなわち、AlZn合金,AlSn合金,AlBi合金,ZnSn合金等を用いることも可能である。さらに、後述するように、Zn,Sn,Biの各融点はAlの融点より低いので、第1導電体3及び第2導電体5にAlを用い、第3導電体6にZn,Sn,Biのいずれかを用いることもできる。
【0134】
(不揮発性記憶素子の記録再生方法)
次に、図5、図6、図7、及び、図8を用いて、本発明の不揮発性記憶素子に対する記録再生方法について説明する。
【0135】
図5は、図1に示す不揮発性記憶素子を、回路図として示したものであり、非接触状態にあるN本の第1導電体3(以降、第1導電体X1〜XNと言い換えて説明する)とM本の第2導電体5(以降、第2導電体Y1〜YMと言い換えて説明する)とが、交差位置において、第3導電体6(以降、第3導電体Rijと言い換えて説明する)により接続されている。
【0136】
図6は、不揮発性記憶素子に対する記録動作を実現する記録回路を示している。ここでは、第1導電体Xiと第2導電体Yjにより選択された第3導電体Rijに対する記録動作について説明する。
【0137】
後述する記録再生制御回路に含まれる素子選択用トランジスタ(Tri,Trj)のソース(S)は、それぞれ、電源電圧(+V)に接続される。次に、素子選択用トランジスタ(以降、単にTriまたはTrjと略称する)のゲート(G)に印加されるゲート電圧(Vgi,Vgj)により、Tri,Trjのオンオフが選択され、Triに接続された第1導電体XiとTrjに接続された第2導電体Yjの電位が決定される。そして、第1導電体Xiと第2導電体Yjの電位差に基づき、第3導電体Rijに流れる電流が制御される。
【0138】
なお、第3導電体Rijが接続された第1導電体Xiには接地抵抗Riが接続され、第2導電体Yjが接続されたTrjのドレイン(D)には、接地抵抗Rjが接続されている。
【0139】
こうして、第3導電体Rijに電流を流し、第3導電体Rijを切断することにより情報が記録される。図7は、第3導電体Rijが溶断されることにより、情報が記録された状態を示している。
【0140】
下記の表1は、図6に示す回路におけるトランジスタ(Tri,Trj)の状態と、第1導電体Xiと第2導電体Yjにおける電位との関係を示している。
【0141】
【表1】

Figure 0004451072
【0142】
状態1においては、Tri,TrjがともにON状態であり、Xi電位とYj電位がともに+Vとなるため、第3導電体Rijには電流が流れず、第3導電体Rijの溶断は発生しない。
【0143】
状態2においては、TriがON、TrjがOFFとなり、Xi電位が+V、Yi電位が接地電位(0V)となって電位差Vが発生する。これによって、第3導電体RijとYjに対する接地抵抗Rjとを通過する電流と、Xiに対する接地抵抗Riを通過する電流とが流れることになる。ここで、RijとRjとの直列抵抗よりもRiを十分大きくしておくことにより、第1導電体Xiから第2導電体Yjへ向かって第3導電体Rijに、より大きな電流が流れ、第3導電体Rijが溶断される。
【0144】
状態3においては、TriがOFF、TrjがONとなり、Xi電位が+V’、Yj電位が+Vとなる。ここで、Xi電位(+V’)は、Yj電位(+V)を第3導電体RijとRiとで分圧した電位である。この場合、Xiに対する接地抵抗Riが、Yjに対する接地抵抗Rjよりも十分大きく成されているため、第3導電体Rijに流れる電流が小さくなる。この結果、第3導電体Rijの溶断は発生しない。
【0145】
状態4においては、Tri,TrjがともにOFF状態であり、Xi電位とYj電位がともに接地電位(0V)となるため、第3導電体Rijには電流が流れず、第3導電体Rijの溶断は発生しない。
【0146】
このように、特定の第1導電体Xiを駆動するトランジスタTriをON状態とし、それ以外の第1導電体3を駆動するトランジスタをOFF状態とし、第2導電体(Y1,Y2,・・・,YM)を駆動するトランジスタを、記録情報に従って、ON状態、もしくは、OFF状態とすることにより、特定の第1導電体Xiに接続されたM個の第3導電体6の溶断の有無を制御すること、すなわち、情報を記録することが可能となる。
【0147】
上記不揮発性記憶素子は、図6と図7に示す状態を判別することにより、記録された情報を再生することが可能である。例えば、特定の第2導電体Yjを駆動するトランジスタTrjをON状態として、第1導電体X1〜XNを駆動するトランジスタTriを順次OFF状態としながら、第1導電体Xiの電位を順次測定することにより、特定の第2導電体Yjと第1導電体X1〜XNとの交差位置に設けられたN個の第3導電体6の状態、すなわち、記録情報を再生することが可能である。
【0148】
図6の場合、第3導電体Rijが接続状態にあるので、表1の状態3に示すように、第1導電体Xiの電位は+V’となる。一方、図7の場合、第3導電体Rijが溶断状態にあるので、第1導電体Xiの電位は接地電位(0V)となる。このように、第3導電体6の溶断の有無により、第1導電体2に誘起される電位が異なる。
【0149】
従って、第2導電体5に電圧を印加し、第1導電体3の電位を検出することにより、第3導電体6の溶断の有無、すなわち、記録された情報を再生することが可能となる。
【0150】
なお、上記の説明では、記録時に第2導電体Y1〜YMを順次選択すると共に、再生時に第1導電体X1〜XNを順次選択する例を説明したが、第1導電体X1〜XNおよび第2導電体Y1〜YMのいずれを順次選択するかについては、適宜変更可能である。
【0151】
また、図6及び図7に示すトランジスタや接地抵抗は、後述する不揮発性記憶回路の記録再生制御回路(例えば図8)の一部であるXデコーダ19内およびYデコーダ20により駆動されるデータ入力回路22内に設けることが可能である。
【0152】
(不揮発性記憶回路の構成)
次に、本発明の不揮発性記憶素子10を用いた不揮発性記憶回路11について、図8に示す概略ブロック図を用いて説明する。
【0153】
不揮発性記憶回路11は、半導体層(図示せず)上に設けられており、アドレス信号A0〜Ai(i:自然数)を受けるアドレス入力端子12と、外部から入力される、外部クロックCLK、Xアドレスストローブ信号XAS、Yアドレスストローブ信号YAS、ライトイネーブル信号WE、および素子セレクト信号CS等を受ける制御信号入力端子13と、外部から電源電位VCCおよび接地電位VSSをそれぞれ受ける電源端子14と、データD0〜Dj(j:自然数)の入出力を行うデータ入出力端子15とを備えている。
【0154】
不揮発性記憶回路11は、さらに、アドレス入力端子12からアドレス信号A0〜Aiを受けて、XアドレスXAおよびYアドレスYAを示す内部アドレス信号に変換するアドレスバッファ16と、制御信号入力端子13から制御信号群を受けてそれぞれに対応する内部制御信号を生成する制御信号バッファ17と、制御信号バッファ17から内部制御信号群を受けて不揮発性記憶回路11全体の内部動作を制御する制御回路18とを備えている。
【0155】
不揮発性記憶回路11は、さらに、行列状に配置された複数の第1導電体3及び第2導電体5と、第1導電体3と第2導電体5とを接続する第3導電体6を有する不揮発性記憶素子10を備えている。
【0156】
不揮発性記憶回路11は、さらに、アドレスバッファ16が生成するXアドレスXAに従って不揮発性記憶素子10の第1導電体3の選択を実行するXデコーダ19と、アドレスバッファ16が出力するYアドレスYAに応じて第2導電体5の選択を実行するYデコーダ20と、後述するセンス回路21及びデータ入力回路22とを備えている。
【0157】
Xデコーダ19は、第1導電体3の選択時において、アドレスバッファ16が出力するXアドレスXAに応じて、不揮発性記憶素子10中の第1導電体3のうちの少なくとも1本を記録再生のために選択的に活性化する。具体的には、記録再生方法について説明した図6において示した第1導電体Xiに接続されたトランジスタTriと接地抵抗Riとが、少なくともXデコーダ19内に設けられている。
【0158】
Yデコーダ20は、第2導電体5の選択時において、アドレスバッファ16が出力するYアドレスYAに応じて、不揮発性記憶素子10中の第2導電体5のうちの少なくとも1本を記録再生のために選択的に活性化する。具体的には、記録再生方法について説明した図6において示した第2導電体Yjに接続されたトランジスタTrjと接地抵抗Rjとが、少なくともYデコーダ20内に設けられている。
【0159】
不揮発性記憶回路11は、さらに、データ入出力端子15との間でデータ授受を実行するためのデータ出力バッファ23およびデータ入力バッファ24を備えている。データ出力バッファ23およびデータ入力バッファ24は、制御回路18が生成するクロック信号に同期したタイミングでデータ入出力を実行する。
【0160】
データ入力バッファ24から送出されたデータは、データ入力回路22へと入力される。データ入力回路22は、Xデコーダ19とYデコーダ20の選択結果に対応して、第3導電体6に印加する電圧を入力されたデータに基づいて制御して、第3導電体6の溶断の実行、すなわち、不揮発性記憶素子の各交差位置に対する記録を行う。
【0161】
また、センス回路21は、Xデコーダ19とYデコーダ20の選択結果に対応して、個々の不揮発性記憶素子の記録状態、すなわち、第3導電体6の溶断の有無を検出し、記録データの再生を行う。例えば、Yデコーダ20により選択された第2導電体Yjに電圧を印加して、第1導電体X1〜XNに誘起される電圧をセンス回路21により順次測定することにより、記録情報を再生することが可能である。そして、センス回路21で検出された再生信号は、データ出力バッファ23へと送出される。
【0162】
不揮発性記憶回路11は、さらに、電源端子13に入力された外部電源電位VCCおよび外部接地電位VSSに応じて、不揮発性記憶回路11内部で使用される電源電位+V、および、接地電位を生成する電源回路25を備えている。電源電位+Vおよび接地電位は、不揮発性記憶回路11内部の各回路に供給される。
【0163】
なお、上記不揮発性記憶回路において、アドレス入力端子12、制御信号入力端子13、電源端子14、及び、データ入出力端子15を含んで構成された部分が回路入出力端子である。また、アドレスバッファ16、制御信号バッファ17、制御回路18、Xデコーダ19、Yデコーダ20、センス回路21、データ入力回路22、データ出力バッファ23、データ入力バッファ24、及び、電源回路25等の半導体回路を含んで構成された部分が記録再生制御回路である。
【0164】
従って、本発明の不揮発性記憶回路は、例えばSi基板、ガラス基板などの半導体層上において、複数の第1導電体及び複数の第2導電体が、それぞれ、上述の記録再生制御回路に接続され、かつ、この記録再生制御回路が上述の回路入出力端子に接続された構成であると言える。
【0165】
本発明の上記不揮発性記憶回路を用いることにより、アドレスに対応して、本発明の不揮発性記憶素子に対する、情報の記録再生を実現することが可能となる。
【0166】
(不揮発性記憶素子の構成例2)
次に、図9、及び、図10は、本発明の不揮発性記憶素子の他の構成を示す平面図と断面図である。
【0167】
図1、及び、図2に示す不揮発性記憶素子においては、第1導電体3と第2導電体5との各交差位置において、第1導電体3と第2導電体5とが、一箇所のみで第3導電体6によって接続されていた。これに対し、図9、及び、図10に示す不揮発性記憶素子においては、第1導電体3と第2導電体5との各交差位置において、第1導電体3と第2導電体5とが、2箇所で、第3導電体6によって接続されている。
【0168】
このような構成の、不揮発性記憶素子は、図3、及び、図4に示す製造方法において、第3導電体6をエッチングする際のマスクであるフォトレジストパターン9を、図9に示す第3導電体6に対応するパターンとすることにより形成することができる。
【0169】
この構成においては、第1導電体3と第2導電体5とが、第2導電体5の両側で、第3導電体6により電気的に接続されていることにより、個々の不揮発性記憶素子の初期不良の数を低減することが可能となる。すなわち、不揮発性記憶素子の形成時に、塵埃等の欠陥が存在し、ある交差位置の一方の接続箇所における第3導電体6に電気的な接続が維持されないような事態が発生した場合においても、他方の接続箇所における第3導電体6において電気的な接続が維持されることにより、1箇所の接続不良のために不揮発性記憶素子全体が不良となることを回避することができる。
【0170】
なお、図9に示す構成の不揮発性記憶素子において、各交差位置において第2導電体5の両側に対して1箇所ずつ合計2箇所の接続箇所を設けるのみならず、片側に対して2箇所以上の接続箇所を設けてもよい。
【0171】
(不揮発性記憶回路の構成例1)
次に、本発明の不揮発性記憶回路のさらに具体的な実施形態について、図11から図20を用いて説明する。
【0172】
図11は、本発明の不揮発性記憶回路の一部を示す斜視図であり、アドレス入力端子12、制御信号入力端子13、電源端子14、及び、データ入出力端子15等で構成された回路入出力端子27と、アドレスバッファ16、制御信号バッファ17、制御回路18、Xデコーダ19、Yデコーダ20、センス回路21、データ入力回路22、データ出力バッファ23、データ入力バッファ24、及び、電源回路25等の半導体回路により構成された記録再生制御回路28とが、単結晶シリコンウエハーからなるSi基板26(半導体層)上に形成された構成となっている。
【0173】
図12は、図11に示すSi基板26上に形成された上記記録再生制御回路28の上に、本発明の不揮発性記憶素子29(図8に示す不揮発性記憶素子10に相当)を設けた構成の不揮発性記憶回路の斜視図である。ここで、記録再生制御回路28のXデコーダ19、及び、データ入力回路22等の入出力配線と、不揮発性記憶素子29の複数の第1導電体3、及び複数の第2導電体5とは、それぞれ、図示しない絶縁膜を介して、立体配線技術を用いて配線されている。
【0174】
ここで、上記記録再生制御回路28と上記不揮発性記憶素子29とを重ならないように設け、水平配線により配線することも可能である。しかし、この場合、Si基板26上に、記録再生制御回路28を形成する領域と不揮発性記憶素子29を形成する領域とを別々に設けることが必要となり、記憶容量が減少することになる。大きな記憶容量を実現するためには、図11、及び、図12に示すように、記録再生制御回路28と不揮発性記憶素子29とを重ねて配置し、図示しない絶縁膜を介して、立体配線技術を用いて配線することが望ましい。
【0175】
なお、図示しない上記絶縁膜は、記録再生制御回路28と不揮発性記憶素子29との電気的な干渉を避けるために設けるものであり、記録再生制御回路28と不揮発性記憶素子29との間で、絶縁不良が発生しないように設けられることが望ましい。
【0176】
また、上記説明においては、記録再生制御回路28として、Si基板上に設けた半導体回路により構成された記録再生制御回路28を用いたが、これに限られるものではない。
【0177】
例えば、図13、及び、図14に示すように、Si基板以外の基板30、例えば、ガラス基板やプラスチック基板上に半導体回路からなる記録再生制御回路33と回路入出力端子31とを設け、図11、及び、図12と同様にして、上記記録再生制御回路33上に、不揮発性記憶素子29を重ねて配置し、立体配線技術を用いて配線することが可能である。
【0178】
ここで、基板30としてガラス基板やプラスチック基板を用いる場合、半導体回路からなる上記記録再生制御回路33は、基板30上にスパッタリング法やCVD法により形成された非晶質Si薄膜32(半導体層)を用いて構成することが可能である。非晶質Si薄膜には、半導体回路を形成することが可能である必要があり、その膜厚を50nm〜200nmとすることが望ましい。なお、左記の上限値、下限値はおよその目安である。
【0179】
しかし、半導体回路として非晶質Si薄膜を用いた場合、非晶質Si薄膜の電子移動度が小さいため、高速での記録再生制御が困難となる。本発明の不揮発性記憶回路に対して、映像情報等の情報を記録再生するためには、その記憶容量のみならず、高速での記録再生を実現することが重要な課題となる。
【0180】
従って、本発明の不揮発性記憶素子10に用いる記録再生制御回路33としては、上記非晶質Si薄膜32に対して、レーザビーム等のエネルギービームを照射して、上記非晶質Si薄膜32を多結晶化した領域に、上記記録再生制御回路33を設けることが望ましい。上記非晶質Si薄膜32が多結晶化されることにより、半導体回路における電子移動度が大きくなる。従って、記録再生制御回路の高速動作が実現され、本発明の不揮発性記憶回路を、映像情報等の情報の高速記録再生に適用することができる。
【0181】
また、本実施例によれば、高価なSi基板を用いず、安価なガラス基板やプラスチック基板を使用することができるため、低価格な不揮発性記憶回路を提供することが可能である。さらに、プラスチック基板を用いることにより、割れによる破損を防止することが可能であり、ガラス基板に比べて、携帯性に優れた不揮発性記憶回路を提供することが可能である。
【0182】
(不揮発性記憶回路の構成例2)
次に、図15、及び、図16は、一つの基板30上に、複数の記録再生制御回路34と、それぞれの記録再生制御回路34に対応する複数の不揮発性記憶素子35とが設けられた構成を示している。ここで、基板30としては、図11、及び、図12に示すSi基板であっても良いが、不揮発性記憶回路の低価格化を実現するためには、図13、及び、図14と同様に、Si基板以外の基板を用いることが望ましい。
【0183】
また、図13、及び、図14の場合と同様に、レーザアニール処理により多結晶化された多結晶Siを用いて、記録再生制御回路34を形成することにより、記録再生制御回路の高速動作が実現され、本発明の不揮発性記憶回路を、映像情報等の情報の高速記録再生に適用することができる。
【0184】
図15、及び、図16に示す不揮発性記憶回路においては、回路入出力端子31と、それぞれの記録再生制御回路34とが接続され、アドレス情報やデータ情報の授受が行われる。また、複数の上記記録再生制御回路34のそれぞれに対して、不揮発性記憶素子35が重ねて配置され、立体配線技術を用いて配線されている。
【0185】
図13、及び、図14に示す不揮発性記憶回路においては、基板上に一つの不揮発性記憶素子29が設けられた構成となっている。従って、不揮発性記憶素子29を構成する複数の第1導電体3及び複数の第2導電体5は、不揮発性記憶素子29の長さとほぼ同程度の長さを有することになる。ここで、複数の上記第1導電体3、もしくは、複数の上記第2導電体5の一箇所に、欠陥による断線、もしくは、短絡が発生した場合、断線の発生した導電体に接続された個々の不揮発性記憶素子(個々の交差位置に対応;単位記憶素子と呼ぶ)は、すべて欠陥素子となってしまう。すなわち、一箇所の欠陥が、極めて多くの欠陥素子を発生させることになる。
【0186】
これに対して、図15、及び、図16に示す不揮発性記憶回路においては、複数の不揮発性記憶素子35を、複数の記録再生制御回路34にそれぞれ接続することにより、欠陥素子の数を低減することが可能である。例えば、基板30のサイズが変わらないとすれば、図16の場合、図14の場合と比較して、不揮発性記憶素子35の1つ分の容量は小さくなるものの、それぞれの不揮発性記憶素子35が有する第1導電体3及び第2導電体5の長さを短くすることができる。このように、第1導電体3及び第2導電体5の長さが短くなると、一箇所の欠陥に起因する断線、もしくは、短絡により発生する欠陥素子の数を低減することが可能となる。
【0187】
(不揮発性記憶カードの構成例1)
図11から図16に示す本発明の不揮発性記憶回路を、回路基板上に配置し、回路入出力端子27,31を用いて、記録再生情報の入出力が可能な不揮発性記憶回路として用いることも可能であるが、大容量であり、かつ、低価格であるという特徴を生かして、可換型の不揮発性記憶回路とすることが可能である。
【0188】
すなわち、図17に示すように、本発明の不揮発性記憶回路を、カード状基板36の上に設け、不揮発性記憶カードとすることにより、大容量であり、かつ、低価格な記憶媒体を提供することができる。
【0189】
例えば、図17に示す不揮発性記憶カードは、回路入出力端子31に対して電気的に接触可能な接続ピンを有する記録再生装置に着脱可能に装着され、該記録再生装置が有する接続ピンを通じて、該不揮発性記憶カードと記録再生装置との間で、情報の記録再生が行われる。
【0190】
図17は、カード状基板36の上に、図12、図14、もしくは、図16に示す不揮発性記憶回路を接着剤により貼り付けた構成であるが、カード状基板36の上に、直接、記録再生制御回路33,34、及び、不揮発性記憶素子29,35を設けることも可能である。
【0191】
(不揮発性記憶カードの構成例2)
次に、図18は、複数の不揮発性記憶回路がカード状基板36の上に積層された構成の不揮発性記憶カードを示している。ここでは、複数の不揮発性記憶回路の回路入出力端子31が積層方向に重ならないように、それぞれの不揮発性記憶回路が階段状に積層され、接着剤により張り合わせられている。
【0192】
該不揮発性記憶カードに対する記録再生は、記録再生装置に設けられた接続ピンを、露出した回路入出力端子31に対して同時にまたは選択的に電気的に接触させ、記録再生情報の入出力を行うことにより実現される。
【0193】
このように、複数の不揮発性記憶回路を積層して設けることにより、さらに大容量の記憶容量を有する不揮発性記憶カードを提供することが可能となる。
【0194】
しかしながら、上記不揮発性記憶カードにおいては、複数の回路入出力端子31のそれぞれに対して、アドレス情報や記録再生情報を入出力することが必要であり、記録再生装置の接続ピンの数が、不揮発性記憶回路の積層数に応じて増加し、かつ、記録再生装置の記録再生制御システムが複雑になるという問題が発生する。
【0195】
(不揮発性記憶カードの構成例3)
そこで、本構成例3では、入出力端子の数を増やすことなく、複数の不揮発記憶回路を積層することが可能な不揮発性記憶カードについて説明する。図19及び図20は、この不揮発性記憶カードについて説明する図である。
【0196】
本構成例3の不揮発性記憶カードは、図19に示すように、カード状基板36の上に、不揮発性記憶素子29と、図示しない記録再生制御回路と、外部入出力端子41と、上記外部入出力端子41に接続された記憶回路選択回路38とを有する第1の不揮発性記憶回路37が、接着剤によりカード状基板36の上に貼り付けられている。さらに、図20に示すように、上記第1の不揮発性記憶回路37及び記憶回路選択回路38の上に、複数の第2の不揮発性記憶回路39が、順次積層された構造となっている。
【0197】
上記複数の第2の不揮発性記憶回路39は、それぞれ、入出力端子40を有しており、該入出力端子40は、それぞれ、該不揮発性記憶回路39を貫通する孔を通じて、第1の不揮発性記憶回路37が有する記憶回路選択回路38に接続されている。
【0198】
記憶回路選択回路38は、外部入出力端子41から入力されたアドレス情報(第1の選択信号)に基づき、不揮発性記憶回路37,39から特定の不揮発性記憶回路を選択し、特定の不揮発性記憶回路に対する記録再生を実施することが可能である。
【0199】
さらに、記憶回路選択回路38には、上記外部出力端子41からもう一つのアドレス情報(第2の選択信号)が入力され、上記の選択された特定の不揮発性記憶回路において、活性化すべき(ONすべき)第1導電体3および第2導電体5を選択し、不揮発性記憶素子に対して記録再生を実施することが可能である。
【0200】
ここでは、第1の不揮発性記憶回路37として、外部入出力端子41と記憶回路選択回路38と不揮発性記憶素子29とを有する構成について記載しているが、第1の不揮発性記憶回路37として、外部入出力端子41と記憶回路選択回路38とのみを有する構成とすることも可能である。
【0201】
図21と図22は、図20に示す不揮発性記憶カードの記録再生を実施する不揮発性記憶回路の概略ブロック図を示している。
【0202】
図21は、第1の不揮発性記憶回路37を示し、アドレス信号A0〜Ai(i:自然数)(第1の選択信号及び第2の選択信号)を受けるアドレス入力端子50と、外部から入力される、外部クロックCLK、Xアドレスストローブ信号XAS、Yアドレスストローブ信号YAS、ライトイネーブル信号WE、及び素子セレクト信号CS等を受ける制御信号入力端子51と、外部から電源電位VCC及び接地電位VSSをそれぞれ受ける電源端子52と、データD0〜Dj(j:自然数)(記録再生の情報信号)の入出力を行なうデータ入出力端子53とからなる上記外部入出力端子41とが設けられている。
【0203】
次に、外部入出力端子41は、記憶回路選択回路38へと接続されており、記憶回路選択回路38は、入力されたアドレス信号情報に応じて、選択すべき不揮発性記憶回路37または39を決定する。
【0204】
一方、図21及び図22に示すように、それぞれの不揮発性記憶回路37,39は、個々に、記憶回路選択回路38から送出されるアドレス信号A0〜Ai(i:自然数)を受けるアドレス入力端子60と、外部クロックCLK、Xアドレスストローブ信号XAS、Yアドレスストローブ信号YAS、ライトイネーブル信号WE、及び素子セレクト信号CS等を受ける制御信号入力端子61と、電源電位VCC及び接地電位VSSをそれぞれ受ける電源端子62と、データD0〜Dj(j:自然数)の入出力を行なうデータ入出力端子63とからなる上記入出力端子40を備えており、記憶回路選択回路38により決定された不揮発性記憶回路37,39の入出力端子40と外部入出力端子41との接続が、記憶回路選択回路38により行われる。
【0205】
上記入出力端子40から、それぞれの不揮発性記憶回路10への記録再生動作については、図8の場合と同様にして行われる。
【0206】
上記構成の不揮発性記憶カードにおいては、複数の不揮発性記憶回路が積層され、大容量の記憶容量を実現可能であるとともに、不揮発性記憶カードが有する外部入出力端子の数を必要最小限(記憶回路選択回路38の外部入出力端子41の数)とすることが可能である。従って、記録再生装置の入出力システムを簡略化でき、低価格な記録再生装置を提供することができる。
【0207】
また、上記実施形態においては、アドレスバッファ16、電源回路25、制御信号バッファ17、制御回路18、データ入力バッファ24、データ出力バッファ23が、それぞれの不揮発性記憶回路37,39に設けられた構成について説明したが、これらの回路(不揮発性記憶素子10のドライバ回路)を記憶回路選択回路38にまとめて設けると、個々の不揮発性記憶回路に含まれる記録再生制御回路の規模が小さくなり、不揮発性記憶回路の形成プロセスの簡略化と低コスト化を実現することができる。
【0208】
【実施例】
〔実施例1〕
本発明の実施例1として、図1及び図2に示す構成の不揮発性記憶素子を作製した。
【0209】
実施例1の不揮発性記憶素子は、半導体回路が設けられた単結晶Siからなる基板1上に、膜厚100nmのSiO2からなる絶縁膜2が形成され、その上に、幅が0.3μmであり、膜厚が100nmのAl配線からなる第1導電体3と第2導電体5とが、膜厚が100nmのSiO2からなる絶縁膜4を介して積層されている。そして、第1導電体3と第2導電体5とを、1箇所(各交差部分の片側)で電気的に接続する第3導電体6が設けられている。
【0210】
第3導電体5としては、Al薄膜を用い、その膜厚を50nmとし、その接続幅(第2導電体5の延伸方向と平行方向の幅)を0.2μmとした。
【0211】
次に、一本の第1導電体X4に、2.5Vの電圧を印加し、一本の第2導電体Y3を抵抗を介して接地することにより、第1導電体X4から第2導電体Y3へと電流を流した。その結果、第1導電体X4と第2導電体Y3とを接続する第3導電体6のみを溶断することができた。また、同様にして、第1導電体X7から第2導電体Y3へと電流を流すことにより、第1導電体X7と第2導電体Y3とを接続する第3導電体6のみを溶断することができた。
【0212】
次に、第2導電体Y3に、1.5Vの電圧を印加することにより、第2導電体Y3に接続された第3導電体5に、溶断の発生していない第1導電体X1,X2,X3,X5,X6,X8には、約1.5Vの電圧が誘起され、第3導電体5に溶断の発生している第1導電体X4,X7には、電圧が誘起されなかった。
【0213】
以上のことから、実施例1の不揮発性記憶素子においては、選択された1つの第1導電体3と、選択された1つの第2導電体5との間に電位差を設け、該第1導電体3と該第2導電体5とを接続する第3導電体6を溶断することにより、情報を記録することが可能であることが確認された。さらに、上記第1導電体3、もしくは、上記第2導電体5のいずれか一方の導電体に、上記第3導電体6における溶断が発生しない程度の電圧を印加し、他方の導電体の電位を検出することにより、上記第3導電体6における溶断の有無を判断し、情報を再生することが可能であることが確認された。
【0214】
次に、上記実施例と同じ構成の不揮発性記憶素子における第3導電体6の寸法を変更して、溶断の発生の有無を調査した結果、第3導電体6の幅を狭くし、第3導電体6の膜厚を薄くする程、第3導電体5の溶断に必要な電圧が小さくなることが確認された。また、第3導電体6の幅と膜厚を、第1導電体3及び第2導電体5と同一にすると、第3導電体6の溶断に必要となる電圧が高くなりすぎ、第1導電体3もしくは第2導電体5における溶断の発生が確認された。
【0215】
従って、第3導電体6の幅及び膜厚を、少なくとも、第1導電体2もしくは第2導電体4の幅及び膜厚よりも小さくすれば、第1導電体3、及び、第2導電体5に溶断を発生させることなく、第3導電体6のみを溶断することが可能であると言える。
【0216】
また、低消費電力を実現するためには、低電圧での第3導電体6の溶断が望ましい。そのためには、第3導電体6の幅を0.25μm以下または第3導電体6の膜厚を60nm以下とすることが望ましく、第3導電体6の幅および膜厚を、それぞれ0.25μm以下及び60nm以下とすることがさらに望ましい。
【0217】
一方、第3導電体6の幅及び膜厚を小さくし過ぎると、塵埃等の欠陥により発生するピンホールに起因して、未記録状態の第3導電体6において断線が発生することになる。未記録状態における初期断線を避けるためには、第3導電体6の幅を0.1μm以上または第3導電体6の膜厚を10nm以上とすることが望ましく、第3導電体6の幅及び膜厚を、それぞれ0.1μm以上及び10nm以上とすることがさらに望ましい。この場合でも、1%から2%の初期断線が存在するが、不揮発性記憶回路のトータル記憶容量を著しく低下させることはない。
【0218】
さらに、未記録状態における第3導電体6の断線を完全に避けるためには、第3導電体6の幅0.18μm以上または第3導電体6の膜厚を20nm以上とすることが望ましく、第3導電体6の幅及び膜厚を、それぞれ0.18μm以上及び20nm以上とすることがさらに望ましい。
【0219】
〔実施例2〕
本発明の実施例2として、図9及び図10に示す構成の不揮発性記憶素子を作製した。
【0220】
実施例2の不揮発性記憶素子は、実施例と同様に、幅が0.3μmであり、膜厚が100nmのAl配線からなる第1導電体3と第2導電体5とが、膜厚が100nmのSiO2からなる絶縁膜3を介して積層され、第1導電体3と第2導電体5とが、第3導電体6により2箇所(各交差部分の両側)で電気的に接続されている。
【0221】
第3導電体6は、第1導電体3及び第2導電体5と同じAlを用い、膜厚を15nmとし、第1導電体2及び第2導電体4の端部と接触する部分の幅を0.1μmとした。
【0222】
次に、一本の第1導電体X5に、2Vの電圧を印加し、一本の第2導電体Y3を抵抗を介して接地することにより、第1導電体X5から第2導電体Y3へと電流を流した。これによって、第1導電体X5と第2導電体Y3とを接続する第3導電体5のみを溶断することができた。また、同様にして、第1導電体X7から第2導電体Y3へと電流を流すことにより、第1導電体X7と第2導電体Y3とを接続する第3導電体6のみを溶断することができた。
【0223】
次に、第2導電体Y3に、2Vの電圧を印加することにより、交差する位置の第3導電体6に溶断の発生していない第1導電体X1,X2,X3,X4,X6,X8には、約2Vの電圧が誘起され、交差する位置の第3導電体5に溶断の発生している第1導電体X5,X7には、電圧が誘起されなかった。
【0224】
以上のことから、実施例2の不揮発性記憶素子においても、選択された1つの第1導電体3と、選択された1つの第2導電体5との間に電位差を設け、該第1導電体3と該第2導電体5とを接続する上記第3導電体6を溶断することにより、情報を記録することが可能であり、さらに、上記第1導電体3、もしくは、上記第2導電体5のいずれか一方の導電体に、上記第3導電体6における溶断が発生しない程度の電圧を印加し、他方の導電体の電位を検出することにより、上記第3導電体6における溶断の有無を判断し、情報を再生することが可能であることがわかる。
【0225】
第1導電体3と第2導電体5とを、片側1箇所のみで接続した実施例1において、未記録状態における初期断線を完全に避けるためには、第3導電体6の幅を0.18μm以上とし、第3導電体の膜厚を20nm以上とすることが望ましいことを説明した。これに対して、第1導電体2及び第2導電体5の両側の端部を接続した実施例2においては、第3導電体5の幅を0.15μmとし、膜厚を15nmとした場合においても、未記録状態における初期断線を完全に避けることができた。これは、第2導電体5の両側で接続することにより、片側で初期断線が発生しても、他方で接続が維持されたことにより、初期断線を抑制することができたことによるものである。
【0226】
このように、第2実施例においては、第1導電体3と第2導電体5とが、第2導電体5の両側2箇所で、電気的に接続されていることにより、初期断線による不揮発性記憶素子の初期不良を低減することができる。また、第3導電体6の膜厚を薄くすることが可能となり、第3導電体6の形成プロセス(成膜、エッチング)を簡略化できる。
【0227】
〔実施例3〕
本発明の実施例3として、実施例1と同一の構成の不揮発性記憶素子を、第1導電体3及び第2導電体5を構成する材料の融点よりも、融点の低い材料で形成された第3導電体6を用いて作製した。
【0228】
ここでは、第1導電体3及び第2導電体5として、融点が660℃のAlを用い、第3導電体5として、Al,Zn,Sn,Bi,AlZn合金,AlSn合金を用いた実施例について説明する。Zn,Sn,Bi,AlZn合金,AlSn合金の融点は、それぞれ、420℃,232℃,274℃,510℃,320℃であった。
【0229】
第1導電体3及び第2導電体5は、実施例1と同じく、その幅を0.3μmとし、その膜厚を100nmとした。また、各第3導電体6については、その幅を0.2μmとし、その膜厚を40nmとした。
【0230】
一本の第1導電体X4に、実施例1よりも低い1.8Vの電圧を印加し、一本の第2導電体Y3を抵抗を介して接地することにより、第1導電体X4から第2導電体Y3へと電流を流した。このときの第3導電体6の溶断発生について調べた結果、第3導電体6としてAlを用いた場合、実施例1と比較して印加する電圧が低いため、第3導電体6の溶断が発生しなかった。これに対して、第3導電体6としてZn,Sn,Bi,AlZn合金,AlSn合金を用いた場合、実施例1と比較して、印加する電圧が低いにもかかわらず、第3導電体6の溶断が発生した。
【0231】
従って、第3導電体6として、第1導電体3及び第2導電体5の融点よりも低い融点を有する材料を用いることにより、より低電圧での溶断、すなわち、記録が可能であることが確認された。
【0232】
また、同様な実験を、AlBi合金,ZnSn合金を用いて行った結果、同様に、低電圧での溶断が可能であることが確認された。
【0233】
次に、第1導電体3及び第2導電体5として、幅が0.3μmであり、膜厚が100nmのCu配線を用いた場合について、同様な検討を行った。
【0234】
第3導電体6としては、幅が0.2μmであり、膜厚が40nmであるAl,Zn,Sn,Bi,AlZn合金,AlSn合金を用い、第3導電体6において、確実に溶断が発生する印加電圧を調べた結果、第3導電体6の融点が低いほど、低電圧での溶断が実現可能であることを確認した。
【0235】
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態および実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態および実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0236】
【発明の効果】
本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、絶縁膜を間に挟んで絶縁された第1導電体と第2導電体とを有し、第1導電体と第2導電体とが、該第1導電体と該第2導電体との間に形成された電位差によって溶断される第3導電体により電気的に接続されていてもよい。
【0237】
それゆえ、各導電体を平面的ではなく、立体的に配置することができるので、第1導電体と第2導電体とを平面的に配置する構成と比較して、個々の不揮発性記憶素子の占有面積を小さくすることができる。従って、不揮発性記憶素子の単位面積あたりの記憶容量を増大させることができるので、記憶容量の大きなヒューズ型の不揮発性記憶素子を提供することができる。
【0238】
また、情報記録のために溶断される部分が第3導電体として、第1導電体および第2導電体とは別に設けられていることによって、第3導電体の素材選択や、パターン幅選択、あるいは膜厚選択の自由度が増すと共に、各導電体のパターン幅が互いに及ぼしあう制約が緩和される。また、第1導電体および第2導電体に積層構造を取らせたことにより、第1導電体および第2導電体の膜厚設定の自由度も増す。
【0239】
これにより、記憶容量をより増大させる設計や、不揮発性記憶素子の消費電力を下げる等の設計も容易になるという種々の効果を併せて奏する。
【0240】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、絶縁膜を間に挟んで絶縁された複数の第1導電体と複数の第2導電体と、第1導電体と第2導電体との間に与えた電位差によって溶断する第3導電体とを有し、該第1導電体と該第2導電体とがマトリクス状に互いに交差するように配置されており、第1導電体、絶縁膜および第2導電体からなる3層構造における、該第1導電体と該第2導電体との各交差位置において、該第1導電体及び該第2導電体の各外表面の少なくとも一部同士が、上記第3導電体により電気的に接続されていることを特徴としている。
【0241】
それゆえ、第1導電体と第2導電体とを特定することにより、記録再生を行うべき位置情報を特定することができるので、各交差位置に、1つの単位記憶素子が形成されているとみなせる。各交差位置では、第1導電体と第2導電体とに積層構造を取らせているので、単位記憶素子の占有面積を小さくすることができる。したがって、不揮発性記憶素子の記憶容量を上げることができる。
【0242】
また、第3導電体の素材選択や、各導電体のパターン幅または膜厚の設定に自由度が有るので、不揮発性記憶素子のさらなる大容量化と低消費電力化とを図ることができるという効果を併せて奏する。
【0243】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、上記各交差位置の少なくとも1箇所における第3導電体の切断により、情報が記録されていることを特徴としている。
【0244】
これにより、既に説明したとおり、大容量の情報を記録した不揮発性記憶素子を提供することができる。
【0245】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、上記第3導電体の幅が、上記第1導電体の幅、及び、上記第2導電体の幅よりも狭いことを特徴としている。
【0246】
それゆえ、配線パターンである第1導電体の幅と第2導電体の幅に対して、溶断部である第3導電体の幅を狭くして、第3導電体の抵抗を大きくすることが可能となる。従って、第1導電体と第2導電体との間に電位差を形成することにより、第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体に電流が流れ、抵抗の大きい第3導電体のみにおいて温度が上昇し、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となり、不揮発性記憶素子の記録動作を安定化することができるというさらなる効果を奏する。
【0247】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、上記第3導電体の膜厚が、上記第1導電体の膜厚、及び、上記第2導電体の膜厚よりも薄いことを特徴としている。
【0248】
それゆえ、配線パターンである第1導電体の膜厚と第2導電体の膜厚に対して、切断部である第3導電体の膜厚を薄くして、第3導電体の抵抗を大きくすることが可能となる。従って、第1導電体と第2導電体との間に電位差を形成することにより、第1導電体と第2導電体とを接続する第3導電体に電流が流れ、抵抗の大きい第3導電体のみにおいて温度が上昇し、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となり、不揮発性記憶素子の記録動作を安定化することができるというさらなる効果を奏する。
【0249】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、上記第3導電体の融点が、上記第1導電体の融点、及び、上記第2導電体の融点よりも低いことを特徴としている。
【0250】
それゆえ、より融点の低い材料を用いた第3導電体において、溶断が発生しやすくなり、第3導電体のみを安定して溶断することが可能となる。また、第3導電体を溶断するために、第1導電体及び第2導電体の間に設ける電位差を小さくすることもできる。この結果、安定した記録再生及び/または低消費電力を実現する不揮発性記憶素子を提供することができるというさらなる効果を奏する。
【0251】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、
上記第1導電体が、直線帯状であって互いに並列的に配置されており、上記第2導電体もまた、直線帯状であって互いに並列的に配置されていることを特徴としている。
【0252】
それゆえ、第1導電体及び第2導電体が、いずれも、直線帯状の導電体で構成され、屈曲部を有さないことにより、単位面積当たりにおける交差位置の数を、屈曲部を持つ構成に比べて増やすことができる。すなわち、交差位置に設けることが可能な第3導電体の数を増やすことができるので、不揮発性記憶素子の記憶容量をさらに増大させることができるというさらなる効果を奏する。
【0253】
また、本発明に係る不揮発性記憶素子は、以上のように、上記の構成に加えて、上記第1導電体と第2導電体の各外表面を上記第3導電体により接続する箇所は、各交差位置毎に少なくとも2箇所有ることを特徴としている。
【0254】
それゆえ、上記第1導電体と第2導電体とが各交差位置毎に2箇所以上の部分で、該接続体により接続されていれば、一方の接続体が断線を発生した場合においても、他方の接続体が、第1導電体と第2導電体とを接続しているため、断線による初期不良素子を大幅に低減することができるというさらなる効果を奏する。
【0255】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、上記の不揮発性記憶素子が記録再生制御回路を有する半導体層上に設けられており、複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴としている。
【0256】
それゆえ、回路入出力端子から入力されるアドレス情報、及び、記録情報に基づいて、記録再生制御回路が、第1導電体、及び、第2導電体を選択し、その結果として選択された第3導電体に対し、情報の記録再生を実施することが可能となる。
【0257】
すなわち、本発明の不揮発性記憶回路においては、それぞれの第1導電体、及び、第2導電体を直接選択することなく、回路入出力端子に対して、アドレス情報と記録情報だけを入力することにより、記録再生を行うことができるので、不揮発性記憶回路としての利便性が格段に改善されるというさらなる効果を奏する。
【0258】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記構成に加えて、複数の上記不揮発性記憶素子が上記半導体層上に設けられており、該不揮発性記憶素子毎に記録再生制御回路を設けたことを特徴としている。
【0259】
それゆえ、上記の効果に加えて、不揮発性記憶回路が、複数の不揮発性記憶素子に分割されることにより、個々の不揮発性記憶素子における配線長が、相対的に短くなり、一箇所の断線により失われる記録素子の数を低減することが可能となる。
【0260】
さらに、複数の不揮発性記憶素子が、それぞれに対応した記録再生制御回路を有する構成とすることで、それぞれの記録再生制御回路に対して、配線の幅を相対的に広げることができる。従って、配線欠陥による記憶素子の損失を低減することも可能となるというさらなる効果を併せて奏する。
【0261】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、上記記録再生制御回路を形成するための半導体層が、基板上に設けられた非晶質Si層、基板上に設けられた多結晶Si層、もしくは、基板上に設けられた非晶質Si層を局所的に温度上昇させることにより作製された多結晶Si層のいずれかであることを特徴としている。
【0262】
それゆえ、上記の効果に加えて、基板材料が限定されることがなくなり、低価格で、かつ、記憶容量の大きい不揮発性記憶回路を形成することが可能となるというさらなる効果を奏する。
【0263】
また、上記の効果に加えて、半導体層として上記多結晶Si層を用いることにより、高速記録再生可能な不揮発性記憶回路とすることができるというさらなる効果を併せて奏する。
【0264】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、上記不揮発性記憶素子が、半導体層上に設けられた記録再生制御回路の上に、絶縁膜を介して設けられており、複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴としている。
【0265】
それゆえ、上記記録再生制御回路上に、不揮発性記憶素子を立体的に設けることにより、基板上の面を有効に活用することが可能となり、不揮発性記憶回路の記憶容量をさらに増大させることができるという効果を奏する。
【0266】
さらに、複数の不揮発性記憶素子のそれぞれに対して、記録再生制御回路を有する場合においても、該記録再生制御回路の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に、対応する不揮発性記憶素子を設けることによっても、同様に、不揮発性記憶回路の記憶容量を増大させることができるというさらなる効果を奏する。
【0267】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、複数の上記不揮発性記憶回路が、複数積層されて設けられていることを特徴としている。
【0268】
それゆえ、上記の効果に加えて、複数の不揮発性記憶回路が積層されることにより、積層数に応じて、その記憶容量を増大させることができるというさらなる効果を奏する。
【0269】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、複数の上記不揮発性記憶回路が有する回路入出力端子が、積層方向に重ならないように設けられていることを特徴としている。
【0270】
それゆえ、上記の効果に加えて、積層された複数の不揮発性記憶回路のそれぞれの素子入出力端子に対して、アドレス情報や記録情報を直接入出力することが可能となるので、高速な記録再生動作を実現することができるというさらなる効果を奏する。
【0271】
また、本発明に係る不揮発性記憶回路は、以上のように、上記の構成に加えて、外部入出力端子に接続された記憶回路選択回路を有し、複数の上記不揮発性記憶回路の回路入出力端子が、該記憶回路選択回路に接続され、該記憶回路選択回路には、記録再生を行う不揮発性記憶回路を選択する第1の選択信号と、選択された不揮発性記憶回路の活性化すべき第1導電体および第2導電体を選択する第2の選択信号と、記録再生すべき情報信号とが、外部入出力端子を介して入力されることを特徴としている。
【0272】
それゆえ、同じ外部入出力端子を介して、第1の選択信号、第2の選択信号および情報信号が記憶回路選択回路に入力され、これによって記録再生すべき不揮発性記憶回路中の記録再生すべき第3導電体を選択して、情報を記録することができる。従って、複数の不揮発性記憶回路が積層された不揮発性記憶回路において、外部入出力端子の数を低減することができる。すなわち、情報の記録再生を行うための入出力回路を簡素化することが可能となり、利便性に優れた不揮発性記憶回路を提供することができるというさらなる効果を奏する。
【0273】
また、本発明に係る不揮発性記憶カードは、以上のように、上記不揮発性記憶回路が、カード状基板上に設けられたことを特徴としている。
【0274】
それゆえ、大きな記憶容量の不揮発性記憶回路を有する可搬性及び利便性に優れた不揮発性記憶カードを実現することが可能であるという効果を奏する。
【0275】
また、本発明に係る記録再生装置は、以上のように、上記不揮発性記憶素子、もしくは、上記不揮発性記憶回路、もしくは、上記不揮発性記憶カードに対して、情報の記録再生を行うことを特徴としている。
【0276】
それゆえ、従来のハードディスク装置や光ディスク装置に必要な、ディスク回転機構やヘッドアクセス機構等の可動部を有さず、記録再生に固定的なコネクタ等を適用することができるので、極めて信頼性の高い記録再生装置を実現することができるという効果を奏する。
【0277】
さらに、従来の記録再生装置として、半導体回路で構成された記憶素子(フラッシュメモリー等)を用いた記録再生装置があるが、複雑な半導体回路をSi基板上に形成することが必要であり、記録素子が高価なものとなり、動画等の情報を長時間にわたり記憶する素子としては不適格であった。これに対して、本発明の不揮発性記憶素子、及び、不揮発性記憶回路は、配線パターンである第1導電体と第2導電体の交差点において、第1導電体の端部と第2導電体の端部とを接続する第3導電体を有するという、極めて簡単な構成により、情報の記録再生が可能であり、低価格かつ大容量な不揮発性記憶素子、及び、不揮発性記憶回路を提供することが可能である。また、該不揮発性記憶素子、及び、該不揮発性記憶回路を積層して配置することにより、さらに大容量の不揮発性記憶素子を提供することが可能である。従って、本発明に係る上記不揮発性記憶素子、もしくは、上記不揮発性記憶回路、もしくは、上記不揮発性記憶カードを用いた記録再生装置においては、動画等の大容量の情報を安価な不揮発性記憶素子に記憶することが可能となるというさらなる効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性記憶素子の平面構成例を示す説明図である。
【図2】図1に示す不揮発性記憶素子の断面の構成を、図1のA−A’線に沿って示す説明図である。
【図3】(a)〜(c)は、本発明の不揮発性記憶素子の形成方法を示す工程説明図である。
【図4】(a)〜(c)は、図3(a)〜(c)の工程に後続する工程を示す工程説明図である。
【図5】本発明の不揮発性記憶素子の等価回路図である。
【図6】本発明の不揮発性記憶素子の記録再生に使用する半導体回路の回路図である。
【図7】上記半導体回路の記録状態を示す回路図である。
【図8】本発明の不揮発性記憶回路の構成を示す概略ブロック図である。
【図9】本発明の不揮発性記憶素子の他の平面構成例を示す説明図である。
【図10】図9に示す不揮発性記憶素子の断面の構成を、図9のA−A’線に沿って示す説明図である。
【図11】本発明の不揮発性記憶回路における基板面の構成を説明する模式的な斜視図である。
【図12】本発明の不揮発性記憶回路の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図13】本発明の不揮発性記憶回路における基板面の他の構成を説明する模式的な斜視図である。
【図14】本発明の不揮発性記憶回路の他の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図15】本発明の不揮発性記憶回路における基板面のさらに他の構成を説明する模式的な斜視図である。
【図16】本発明の不揮発性記憶回路のさらに他の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図17】本発明の不揮発性記憶カードの一構成例を示す模式的な斜視図である。
【図18】本発明の不揮発性記憶カードの他の構成例を示す模式的な斜視図である。
【図19】本発明の不揮発性記憶カードのさらに他の構成例の一部を示す模式的な斜視図である。
【図20】本発明の不揮発性記憶カードのさらに他の全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図21】図20に示す不揮発性記憶カードの最下層に搭載する不揮発性記憶回路の構成を示す概略ブロック図である。
【図22】図20に示す不揮発性記憶カードの下から2層目以上の層に搭載する不揮発性記憶回路の構成を示す概略ブロック図である。
【図23】従来の不揮発性記憶素子の平面構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 基板
3 第1導電体
4 絶縁膜
5 第2導電体
6 第3導電体
7、8 絶縁体
9 フォトレジストパターン
10、29 不揮発性記憶素子
11、37、39 不揮発性記憶回路
26 Si基板(半導体層)
27、31 回路入出力端子
28、33、34 記録再生制御回路
30 基板
32 非晶質Si薄膜(半導体層)
36 カード状基板
38 記憶回路選択回路
41 外部入出力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile memory element.
[0002]
[Prior art]
As a conventional nonvolatile memory element, for example, a fuse element having a cut portion 101 in which a pattern width of a part of a conductor pattern 100 is narrowed as shown in FIG. 23 is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
The fuse element shown in FIG. 23 includes a conductor pattern 100 having a uniform film thickness and a cut portion 101, and a cut portion 101 having a width narrower than that of the conductor pattern 100 in accordance with recorded information. The information is recorded by forming a potential difference at both ends of the substrate and flowing a current I that can melt the cutting portion 101.
[0004]
Further, information is reproduced by confirming the presence or absence of conduction depending on whether or not the cutting part 101 is melted.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-197884 A (published July 12, 2002)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, due to the factors described below, the size of each nonvolatile memory element (fuse element) increases, and the number of elements that can be formed per unit area is limited. Has the problem.
[0007]
The first reason is that in the conductor pattern 100, a portion to which a positive voltage is applied and a portion to which a negative voltage is applied have a two-dimensional spread.
[0008]
The second reason is that the conductor pattern 100 becomes wider than the minimum line width that can be patterned.
[0009]
For example, in the fuse element shown in FIG. 23, since the element is provided in a plane, the film thickness of the conductor pattern 100 and the film thickness of the cutting portion 101 are equal. Here, in order to generate fusing only by the cutting portion 101 without causing the fusing of the conductor pattern 100, the width of the cutting portion 101 is made narrower than the width of the conductive pattern 100 as described above, and cutting is performed. It is necessary to increase the electrical resistance in the portion 101. As a result, the temperature of only the cutting part 101 rises, and no fusing occurs in the conductor pattern 100, so that only the cutting part 101 can be cut.
[0010]
By the way, the minimum line width that can be realized with respect to the pattern dimensions of conductors and the like is determined by the patterning process, and the minimum line width of about 0.1 μm to 0.5 μm is realized depending on the capability of the patterning device Is possible.
[0011]
Here, in the fuse element shown in FIG. 21, since the width of the cut portion 101 cannot be made smaller than the minimum line width, the minimum line width needs to be the pattern width of the cut portion 101. On the other hand, the width of the conductor pattern 100 needs to be wider than the width of the cut portion 101 so that the conductor pattern does not melt when the current I flows. Therefore, the width of the conductor pattern 100, which is the wiring of the fuse element, must be made wider than the minimum line width that can be formed by the patterning process, so that the increase in storage capacity is hindered.
[0012]
In the fuse element shown in FIG. 23, the conductor pattern 100 and the cut portion 101 are made of the same material and the same film thickness. Therefore, it is necessary to control the presence or absence of fusing by adjusting only these pattern widths, so that there is a problem that the degree of freedom in designing the fuse element is small.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory element having a large degree of freedom in element design and capable of increasing the capacity. Furthermore, the objective of this invention is providing the non-volatile memory circuit excellent in the convenience using this non-volatile memory element, a non-volatile memory card, and the recording / reproducing apparatus using them.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The nonvolatile memory element, nonvolatile memory circuit, nonvolatile memory card, and recording apparatus of the present invention that solve the above-described problems are as follows.
[0015]
  The nonvolatile memory element according to the present invention is, AbsolutelyA first conductor and a second conductor insulated with an edge film interposed therebetween, wherein the first conductor and the second conductor are between the first conductor and the second conductor. Electrically connected by a third conductor that is blown by the potential difference formed onMay be.
[0016]
With the above configuration, the first conductor and the second conductor provided via the insulating film are connected by the third conductor, and the third conductor is used as a fusing part, whereby each conductor is planar. It can be arranged in three dimensions, not the target. Accordingly, the area occupied by each nonvolatile memory element can be reduced as compared with the configuration in which the first conductor and the second conductor are arranged in a plane. Accordingly, since the storage capacity per unit area of the nonvolatile memory element can be increased, the present invention can provide a fuse-type nonvolatile memory element having a large storage capacity.
[0017]
In addition, since the portion to be melted for information recording is provided as the third conductor separately from the first conductor and the second conductor, the conventional conductor pattern and the planar portion of the cutting portion are provided. Compared with the arrangement, the degree of freedom in selecting the material of the third conductor, the pattern width, or the film thickness is increased, and the constraints that the pattern widths of the conductors exert on each other are relaxed. Further, since the first conductor and the second conductor have a laminated structure, the degree of freedom in setting the film thickness of the first conductor and the second conductor is also increased. Therefore, the degree of freedom can be increased in the design of each nonvolatile memory element.
[0018]
Furthermore, since the material and film thickness can be appropriately changed depending on each conductor (first conductor, second conductor, and third conductor), the storage capacity of each nonvolatile memory element can be further increased. Is also possible. In addition, for example, the third conductor can be formed of a material having a lower melting point than the first conductor and the second conductor and easily cut, so that the design for reducing the power consumption of the nonvolatile memory element can be easily performed. Become.
[0019]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory element according to the present invention includes a plurality of first conductors, a plurality of second conductors, a first conductor, and a first conductor insulated with an insulating film interposed therebetween. A third conductor fused by a potential difference applied between the two conductors, the first conductor and the second conductor are arranged so as to cross each other in a matrix, Each outer surface of the first conductor and the second conductor at each intersection position of the first conductor and the second conductor in a three-layer structure composed of a conductor, an insulating film, and a second conductor Are at least partially connected to each other by the third conductor.
[0020]
According to the above configuration, the first conductor and the second conductor are selected one by one from the plurality of first conductors and the plurality of second conductors, respectively, so that a potential difference is given, and thus the intersection exists. Recording and reproduction can be performed on the third conductor.
[0021]
That is, by specifying and selecting a third conductor to be blown (recording information) by one selected first conductor and one selected second conductor, or the third conductor It is possible to detect the connection / disconnection state (information reproduction). Therefore, by specifying the first conductor and the second conductor, it is possible to form a nonvolatile memory element that can specify position information to be recorded / reproduced.
[0022]
When recording information, a current capable of fusing the third conductor may be supplied by applying a potential difference between the selected first conductor and the second conductor. When information is reproduced, whether or not the third conductor is conductive is provided by giving a potential difference to the selected first conductor and the second conductor so as not to blow the third conductor. You can confirm. For example, by applying a voltage to the first conductor, a potential corresponding to the voltage applied to the first conductor is induced in the second conductor in which the third conductor is not melted, and the third conductor A potential corresponding to the voltage applied to the first conductor is not induced in the second conductor in which the conductor is melted. Therefore, by applying a voltage to the first conductor and examining the potential of each second conductor, it is possible to determine whether or not the third conductor is blown, that is, the recorded information.
[0023]
As described above, in the configuration of the nonvolatile memory element, it can be considered that one unit memory element is formed at each intersection position. Then, since the first conductor and the second conductor have a laminated structure at each crossing position, the area occupied by the unit memory element can be reduced. As a result, the storage capacity per unit area of the nonvolatile storage element in which a plurality of unit storage elements are integrated can be increased.
[0024]
In addition, as described above, there is a degree of freedom in selecting the material of the third conductor, and the third conductor is formed in a separate process from the formation of the first conductor and the second conductor. The restrictions imposed on the pattern width of the body from the pattern widths of the first conductor and the second conductor can be relaxed. That is, it is easy to increase the storage capacity and reduce the power consumption by setting the pattern width of each conductor as narrow as possible.
[0025]
As described above, the area occupied by the unit storage element can be reduced, and the design of each conductor has a degree of freedom, so that a large capacity and low power consumption nonvolatile storage element can be realized.
[0026]
Further, for example, when an insulating film is stacked on the strip-shaped first conductor array and an array of the strip-shaped second conductor is stacked thereon, the insulating film is etched using the second conductor as a mask. By doing so, it is possible to expose the connection portion between the first conductor and the second conductor at the intersection position simultaneously with the patterning of the insulating film. As a result, it is possible to reduce the cost by simplifying the nonvolatile memory element formation process.
[0027]
Furthermore, in this case, the non-volatile memory element regularly arranges the same shape pattern at the same interval and without the bent portion for each of the first conductor, the second conductor, and the third conductor. It is possible. Therefore, by optimizing the patterning process, a narrower minimum line width can be formed, and a nonvolatile memory element having a large storage capacity can be formed.
[0028]
In order to solve the above-described problems, the nonvolatile memory element according to the present invention records information by cutting the third conductor at at least one of the crossing positions in addition to the above-described configuration. It is characterized by.
[0029]
Thereby, as already explained, it is possible to provide a nonvolatile memory element in which a large amount of information is recorded.
[0030]
In order to solve the above-described problems, the nonvolatile memory element according to the present invention has a width of the third conductor, a width of the first conductor, and a second conductor in addition to the above configuration. It is characterized by being narrower than the width of.
[0031]
With the above configuration, in addition to the above-described effect, the width of the third conductor serving as the fusing portion is made narrower with respect to the width of the first conductor serving as the wiring pattern and the width of the second conductor. The resistance of the three conductors can be increased. Therefore, when a potential difference is formed between the first conductor and the second conductor, a current flows through the third conductor connecting the first conductor and the second conductor, and only the third conductor having a large resistance is used. The temperature can be increased at. As a result, only the third conductor can be stably melted, so that the recording operation of the nonvolatile memory element can be stabilized.
[0032]
Note that the width of the conductor here means the length in the direction perpendicular to the direction of current flow in each conductor. That is, it can also be said to be the width of the wiring formed by each conductor.
[0033]
Further, if the width of the first conductor and the width of the second conductor are substantially equal, disconnection of the first conductor and the second conductor can be suppressed, and the maximum storage capacity can be obtained. There is an effect. When the width of the first conductor is not substantially equal to the width of the second conductor, a disconnection failure is likely to occur in a thinner conductor. Accordingly, by making the widths of the two substantially equal to a width that does not cause disconnection failure, it is possible to suppress disconnection and to realize the maximum storage capacity.
[0034]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed.
[0035]
In order to solve the above problems, the nonvolatile memory element according to the present invention has a thickness of the third conductor, a thickness of the first conductor, and a thickness of the second conductor in addition to the above configuration. It is characterized by being thinner than the thickness of the conductor.
[0036]
With the above configuration, in addition to the above effects, the thickness of the third conductor, which is the cut portion, is made thinner than the thickness of the first conductor, which is the wiring pattern, and the thickness of the second conductor. As a result, the resistance of the third conductor can be increased. Therefore, when a potential difference is formed between the first conductor and the second conductor, a current flows through the third conductor connecting the first conductor and the second conductor, and only the third conductor having a large resistance is used. The temperature can be increased at. As a result, only the third conductor can be stably melted, so that the recording operation of the nonvolatile memory element can be stabilized.
[0037]
In addition, the film thickness of a conductor said here means the thickness of the direction where each conductor is laminated | stacked.
[0038]
Further, when the film thickness of the first conductor and the film thickness of the second conductor are substantially equal, the disconnection of the first conductor and the second conductor is suppressed, and the maximum storage capacity is obtained. There is an effect that can be.
[0039]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed. In particular, the fusing of only the third conductor can be further stabilized by combining the configuration described as the present invention with the configuration described as the invention with respect to the width of the third conductor.
[0040]
In order to solve the above problems, the nonvolatile memory element according to the present invention has a melting point of the third conductor, a melting point of the first conductor, and a second conductor in addition to the above-described configuration. It is characterized by being lower than the melting point of.
[0041]
With the above configuration, in addition to the above effects, the third conductor using a material having a lower melting point is likely to be melted, so that only the third conductor can be stably fused. . Further, in order to melt the third conductor, the potential difference provided between the first conductor and the second conductor can be reduced. As a result, it is possible to provide a nonvolatile memory element that realizes stable recording / reproduction and / or low power consumption.
[0042]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed. In particular, the effects of the present invention can be further increased by combining the structure described as the present invention with each structure described as the invention with respect to the width or film thickness of the third conductor.
[0043]
In order to solve the above-described problem, the nonvolatile memory element according to the present invention has a linear strip shape and is arranged in parallel with each other in addition to the above-described configuration.
The second conductor is also a straight strip and is arranged in parallel with each other.
[0044]
With the above configuration, in addition to the above effects, the storage capacity of the nonvolatile memory element can be further increased. That is, each of the first conductor and the second conductor is formed of a linear strip-shaped conductor, and has no bent portion, so that the number of intersecting positions per unit area has the bent portion. It can be increased compared to the configuration. In other words, since the number of third conductors that can be provided at the intersection position can be increased, the storage capacity of the nonvolatile memory element can be further increased.
[0045]
In order to solve the above-described problem, the nonvolatile memory element according to the present invention is a portion where the outer surfaces of the first conductor and the second conductor are connected by the third conductor in addition to the above-described configuration. Is characterized in that there are at least two places for each intersection position.
[0046]
With the above configuration, in addition to the above effects, it is possible to reduce disconnection failure of the nonvolatile memory element.
[0047]
That is, when the first conductor and the second conductor are connected by the third conductor at only one place, the disconnection of the third conductor due to dust or the like existing in the formation process may occur. When this occurs, recording cannot be performed on the third conductor, and the nonvolatile memory element itself becomes a defective product. As a result, the number of initially defective elements increases in the nonvolatile memory element.
[0048]
On the other hand, when the first conductor and the second conductor are connected by the third conductor at two or more portions at each crossing position, one of the third conductors is disconnected. Even if it occurs, since the other third conductor connects the first conductor and the second conductor, initial defective elements due to disconnection can be greatly reduced.
[0049]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed.
[0050]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention includes the nonvolatile memory element provided on a semiconductor layer having a recording / reproducing control circuit, and a plurality of the first conductors, Each of the plurality of second conductors is connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal.
[0051]
With the above configuration, the recording / reproducing control circuit selects the first conductor and the second conductor based on the address information and the recording information input from the circuit input / output terminal, and the selected first conductor is selected. It is possible to select a third conductor that connects the conductor and the second conductor, and to record and reproduce information.
[0052]
That is, in the nonvolatile memory circuit of the present invention, only the address information and the recording information are input to the circuit input / output terminals without directly selecting the first conductor and the second conductor. Thus, the first conductor and the second conductor are selected, and recording / reproduction with respect to the third conductor is performed. Therefore, the convenience as a nonvolatile memory circuit is remarkably improved.
[0053]
In addition, you may combine arbitrarily the structure of the non-volatile memory element described in this invention with each structure of the non-volatile memory element described as said invention as needed.
[0054]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention includes a plurality of the nonvolatile memory elements provided on the semiconductor layer in addition to the above-described configuration, and each nonvolatile memory element Is provided with a recording / reproduction control circuit.
[0055]
With the above configuration, in addition to the above effects, it is possible to suppress a decrease in storage capacity due to defects.
[0056]
When the nonvolatile memory element of the present invention is configured over a wide area, it is necessary to provide a first conductor and a second conductor having a long wiring length. Here, when one portion of the long wiring length is disconnected due to a defect, the plurality of third conductors connected to the disconnected conductor no longer operate as a memory element. In this case, a large number of storage elements are lost due to defects at one location.
[0057]
On the other hand, the nonvolatile memory circuit of the present invention has a plurality of nonvolatile memory elements on the nonvolatile memory circuit, and a recording / reproduction control circuit is provided for each nonvolatile memory element. The wiring length in the non-volatile memory element becomes relatively short. Thereby, it is possible to reduce the number of storage elements lost due to disconnection at one place.
[0058]
In addition, it is possible to provide a single recording / reproduction control circuit for a plurality of nonvolatile storage elements. In this case, however, the wiring length to the nonvolatile storage elements provided at positions away from the storage / reproduction control circuit is small. There is a problem that the number of storage elements is likely to be lost due to a long defect. Further, since wiring is made from a single recording / reproducing control circuit to a plurality of nonvolatile memory elements, the width of each wiring has to be reduced.
[0059]
Therefore, by adopting a configuration in which the plurality of nonvolatile memory elements have the corresponding recording / reproduction control circuits, the width of the wiring can be relatively increased with respect to each recording / reproduction control circuit. In other words, address information and recording information can be input with a wide width wiring, and recording / reproducing can be performed on a non-volatile memory element arranged near the recording / reproducing control circuit. It becomes possible to reduce.
[0060]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention includes an amorphous Si in which a semiconductor layer for forming the recording / reproducing control circuit is provided on a substrate in addition to the above structure. Or a polycrystalline Si layer provided on the substrate, or a polycrystalline Si layer prepared by locally raising the temperature of the amorphous Si layer provided on the substrate. It is said.
[0061]
With the above structure, in addition to the above effects, the substrate material is not limited, and a nonvolatile memory circuit having a low cost and a large storage capacity can be formed.
[0062]
The recording / reproducing control circuit selects the first conductor and the second conductor according to the address information, and applies the voltage for recording / reproducing information to the first conductor and the second conductor. This is a circuit to be applied, and is generally composed of a semiconductor circuit formed on a Si single crystal substrate. However, since the Si single crystal substrate is expensive, the nonvolatile memory circuit formed on the Si single crystal substrate is also expensive.
[0063]
The nonvolatile memory circuit of the present invention can use, as its recording / reproduction control circuit, an amorphous Si layer provided on a plastic substrate or a semiconductor circuit formed on a polycrystalline Si layer. . In this case, the price of the nonvolatile memory circuit can be reduced.
[0064]
In addition, as a storage / reproduction control circuit of the nonvolatile memory circuit of the present invention, it is possible to use a semiconductor circuit provided in a polycrystalline Si layer formed by locally raising the temperature of the amorphous Si layer. is there. If a semiconductor circuit formed on an amorphous Si layer is used, since the electron mobility in the amorphous Si is small, the operation speed of the recording / reproducing control circuit is lowered, and the recording / reproducing speed is lowered. However, the polycrystalline Si has a large electron mobility, and can realize recording and reproduction at a higher speed than amorphous Si. Therefore, the nonvolatile memory circuit of the present invention can be a nonvolatile memory circuit that is inexpensive, has a large storage capacity, and can be recorded and reproduced at high speed.
[0065]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed.
[0066]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention includes an insulating film on the recording / reproducing control circuit provided on the semiconductor layer, in addition to the above-described configuration. The plurality of first conductors and the plurality of second conductors are respectively connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal. It is characterized by being connected to.
[0067]
With the above configuration, in addition to the above effects, the storage capacity of the nonvolatile memory circuit can be further increased.
[0068]
In the nonvolatile memory circuit of the present invention, since the nonvolatile memory element is three-dimensionally provided on the recording / reproducing control circuit via an insulating film, the surface on the substrate can be used effectively. . As a result, the storage capacity of the nonvolatile memory circuit can be increased, or the nonvolatile memory circuit can be reduced in size.
[0069]
In order to avoid interference of electrical wiring between the recording / reproducing control circuit and the nonvolatile memory element, the first conductor and the second conductor of the recording / reproducing control circuit and the nonvolatile memory element are vertically wired by via holes or the like. It is preferable to connect.
[0070]
Further, even when a recording / reproduction control circuit is provided for each of the plurality of nonvolatile memory elements, an insulating film is formed on each recording / reproduction control circuit, and the corresponding nonvolatile memory element is formed on the insulating film. By providing the above, the same effect can be obtained.
[0071]
In addition, you may combine arbitrarily the structure of the non-volatile memory element described in this invention with each structure of the non-volatile memory element described as said invention as needed.
[0072]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention is characterized in that a plurality of the nonvolatile memory circuits are stacked in addition to the above structure.
[0073]
With the above structure, in addition to the above effects, a plurality of nonvolatile memory circuits are stacked, so that the storage capacity can be increased according to the number of stacked layers.
[0074]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed.
[0075]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention is provided so that circuit input / output terminals included in the plurality of nonvolatile memory circuits do not overlap in the stacking direction in addition to the above structure. It is characterized by having.
[0076]
According to the above configuration, in addition to the above effects, address information and recording information can be directly input / output to / from each circuit input / output terminal of the plurality of stacked nonvolatile memory circuits. That is, since the circuit input / output terminals of each nonvolatile memory circuit do not overlap in the stacking direction, all the circuit input / output terminals can be exposed. Therefore, for example, by connecting connection pins provided in the recording / reproducing apparatus to all exposed circuit input / output terminals, it becomes possible to perform recording / reproducing with respect to each nonvolatile memory circuit, and to perform high-speed recording. A reproduction operation can be realized.
[0077]
In order to solve the above problems, a nonvolatile memory circuit according to the present invention includes a memory circuit selection circuit connected to an external input / output terminal in addition to the above configuration, and includes a plurality of the nonvolatile memory circuits. A circuit input / output terminal is connected to the memory circuit selection circuit. The memory circuit selection circuit includes a first selection signal for selecting a nonvolatile memory circuit for recording and reproduction, and an activity of the selected nonvolatile memory circuit. A second selection signal for selecting the first conductor and the second conductor to be converted and an information signal to be recorded / reproduced are input via an external input / output terminal.
[0078]
With the above configuration, simple information input / output necessary for recording / reproducing information can be performed with a simple configuration with respect to a large-capacity nonvolatile memory circuit configured by a plurality of nonvolatile memory circuits. Is possible.
[0079]
That is, the first selection signal, the second selection signal, and the information signal are input to the storage circuit selection circuit via the same external input / output terminal, and should be recorded / reproduced in the non-volatile storage circuit to be recorded / reproduced thereby. A third conductor can be selected to record information. Therefore, for example, the recording / reproducing apparatus individually accesses the circuit input / output terminals included in each nonvolatile memory circuit, and transmits / receives a signal for selecting the third conductor to be recorded / reproduced and a recording / reproduction signal. Does not require configuration.
[0080]
Therefore, according to the nonvolatile memory circuit of the present invention, in addition to the above effects, the number of external input / output terminals can be reduced in the nonvolatile memory circuit in which a plurality of nonvolatile memory circuits are stacked. That is, an input / output circuit for recording / reproducing information can be simplified, and a nonvolatile memory circuit excellent in convenience can be provided.
[0081]
Note that the recording / reproduction control circuit of the nonvolatile memory circuit selected by the first selection signal causes the third conductor to melt with respect to the first conductor and the second conductor selected by the second selection signal. Recording is performed by generating and applying a voltage necessary for the recording based on the information signal.
[0082]
Similarly, when performing information reproduction, an information signal that detects whether or not the third conductor selected by the second selection signal is blown from the nonvolatile memory circuit selected by the first selection signal. Can be taken out from the circuit input / output terminal and output to the external input / output terminal by the memory circuit selection circuit.
[0083]
In addition, you may combine the structure described as this invention arbitrarily with each structure described as said invention as needed.
[0084]
In order to solve the above problems, the nonvolatile memory card according to the present invention is characterized in that the nonvolatile memory circuit is provided on a card-like substrate.
[0085]
With the above structure, it is possible to realize a non-volatile storage card having a non-volatile storage circuit having a large storage capacity and excellent in portability and convenience.
[0086]
Note that the configuration of the nonvolatile memory circuit described in the present invention may be arbitrarily combined with each configuration of the nonvolatile memory circuit described as the invention as necessary.
[0087]
In order to solve the above problems, a recording / reproducing apparatus according to the present invention records and reproduces information with respect to the nonvolatile memory element, the nonvolatile memory circuit, or the nonvolatile memory card. It is characterized by.
[0088]
With the above configuration, it is possible to realize a high-capacity recording / reproducing apparatus having no movable part and excellent in reliability. Conventional large-capacity recording / reproducing devices, like hard disks and optical discs, require moving parts such as a disc rotation mechanism and a head access mechanism, so there is a problem in the reliability of the device due to a drive mechanism failure such as a head crash. .
[0089]
In contrast, the recording / reproducing apparatus of the present invention can perform recording / reproduction by applying a recording voltage or a reproducing voltage to the first conductor and the second conductor of the nonvolatile memory element. Therefore, a fixed connector or the like can be applied to recording and reproduction. Therefore, it is possible to realize a recording / reproducing apparatus having no movable part and having extremely high reliability.
[0090]
Further, as a conventional recording / reproducing apparatus, there is a recording / reproducing apparatus using a storage element (flash memory or the like) composed of a semiconductor circuit, but it is necessary to form a complicated semiconductor circuit on a Si substrate. The element becomes expensive, and is unsuitable as an element for storing information such as a moving image for a long time.
[0091]
In contrast, the nonvolatile memory element and the nonvolatile memory circuit of the present invention connect the first conductor and the second conductor at the intersection of the first conductor and the second conductor, which are wiring patterns. In addition, it is possible to provide a low-cost and large-capacity non-volatile memory element and a non-volatile memory circuit with an extremely simple configuration having the third conductor. Further, by stacking the nonvolatile memory element and the nonvolatile memory circuit, it is possible to provide a nonvolatile memory element having a larger capacity.
[0092]
Therefore, in the recording / reproducing apparatus using the nonvolatile memory element, the nonvolatile memory circuit, or the nonvolatile memory card according to the present invention, a large amount of information such as a moving image is inexpensively stored. It becomes possible to memorize.
[0093]
Moreover, by making the recording / reproducing apparatus using the non-volatile memory element, the non-volatile memory circuit, or the non-volatile memory card according to the present invention a portable recording / reproducing apparatus, a large capacity such as a moving image Can be stored in an inexpensive non-volatile memory element with low power consumption, and a portable recording / reproducing apparatus can be realized.
[0094]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a nonvolatile memory element, a nonvolatile memory circuit, and a nonvolatile memory card of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0095]
(Technical idea of the present invention)
The nonvolatile memory element of the present invention has, for example, as shown in FIG. 2, a first conductor (3) and a second conductor (5) insulated with an insulating film (4) interposed therebetween, The third conductor in which the first conductor (3) and the second conductor (5) are fused by the potential difference formed between the first conductor (3) and the second conductor (5). It is characterized by recording information connected by the body (6).
[0096]
That is, in the nonvolatile memory element of the present invention, first, the first conductor and the second conductor have an insulating stacked structure, thereby reducing the occupied area of the nonvolatile memory element, Second, it is an important aim to increase the degree of freedom in designing the nonvolatile memory element by providing the third conductor separately from the stacked structure.
[0097]
The reason why the degree of freedom in designing the nonvolatile memory element can be increased is because the degree of freedom in selecting the material of the third conductor is increased, and there is a constraint that the pattern width or film thickness of each conductor influence each other. It is because it is eased.
[0098]
As described above, according to the present invention, the reliability of the third conductor being blown for information recording is increased, the third conductor is blown by applying a lower voltage, the material and the film of each conductor. By appropriately selecting the thickness, it is possible to increase the storage capacity in a nonvolatile memory element having a certain size.
[0099]
(Configuration Example 1 of Nonvolatile Memory Element)
FIG. 1 is a plan view of the nonvolatile memory element of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a part of the A-A ′ cross section in FIG. 1.
[0100]
As shown in FIG. 2, the nonvolatile memory element of the present invention includes an insulating film 2 for avoiding electrical interference with a recording / reproduction control circuit, a first film on a substrate 1 provided with a recording / reproduction control circuit to be described later. A first conductor 3, an insulating film 4, and a second conductor 5 are sequentially stacked, and a third conductor 6 that electrically connects the first conductor 3 and the second conductor 5 is provided.
[0101]
Here, by forming a potential difference between the first conductor 3 and the second conductor 5, a portion of the third conductor that electrically connects the first conductor 3 and the second conductor 5. 6, a current corresponding to the potential difference flows, and the temperature of the third conductor 6 in the connection portion rises. If the potential difference is sufficiently large, the temperature rise causes the third conductor 6 to melt at the connection portion of the third conductor 6, and the electrical connection between the first conductor 3 and the second conductor 5 is broken. Be drunk.
[0102]
The nonvolatile memory element of the present invention records and reproduces information depending on whether or not the third conductor 6 is electrically connected.
[0103]
In this case, the factor related to the fusing of the third conductor 6 is the resistance value of the third conductor 6, and the resistance value is determined by the material of the third conductor 6 and the line width or thickness. Further, since the melting point determined by the material of the third conductor 6 is lower than that of the first conductor 3 and the second conductor 5, it is easy to blow out, which is advantageous in terms of power consumption.
[0104]
FIG. 1 shows an embodiment of the non-volatile memory element, and a plurality of first conductors 3 (X1, X2, ..., X8) Are arranged in parallel to each other, and in a direction perpendicular to the first conductor 3, a plurality of linear strip-shaped second conductors 5 (Y1, Y2, ..., YTen) Is arranged. That is, the 1st conductor 3 and the 2nd conductor 5 are arrange | positioned so that a non-contact state may be maintained and orthogonally crossed by the insulating film 4 provided in between.
[0105]
And the 3rd conductor 6 which electrically connects the 1st conductor 3 and the 2nd conductor 5 is provided in the part (intersection position) where the 1st conductor 3 and the 2nd conductor 5 cross | intersect. ing. Specifically, the third conductor 6 connects at least a part of the outer surfaces of the first conductor 3 and the second conductor 5 in the three-layer structure at the intersection position.
[0106]
In the above configuration, for example, the specific first conductor XFourAnd a specific second conductor YThreeBetween the first conductor X and the first conductor XFourTo second conductor YThreeThe first conductor XFourAnd second conductor YThreeThe third conductor 6 formed at the crossing position is melted and information is recorded in the form of melting of the third conductor 6.
[0107]
In addition, the first conductor XFourOr the second conductor YThreeBy applying a voltage so that the above-described potential difference is not formed and measuring the potential induced in the other conductor, the presence or absence of fusing of the third conductor 6 can be reproduced as recorded information. it can.
[0108]
That is, in the nonvolatile memory element of the present invention, a potential difference is provided between one selected first conductor 3 and one selected second conductor 5, and the first conductor 3 and the first conductor 3 Information recording is realized by fusing the third conductor 6 connecting the second conductor 5. In addition, a voltage that does not cause fusing in the third conductor 6 is applied to one of the first conductor 3 and the second conductor 5, and the potential of the other conductor is applied. By detecting this, the presence or absence of fusing of the third conductor 6 is determined, and information reproduction is realized.
[0109]
(Nonvolatile memory element manufacturing method)
Next, a method for forming a nonvolatile memory element of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0110]
3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C are cross-sectional views illustrating a method for forming the first conductor 3 and the second conductor 5. FIGS. 3A and 3B show a manufacturing process at a certain point in time when viewed in a cross section perpendicular to AA ′ in FIG. 1 (the extending direction of the second conductor 5). (C) shows a manufacturing process at another time point as seen in the AA ′ cross section of FIG. 1. Therefore, the state of the first conductor 3 is different between (a) and (b) of FIG. 3 and (c) of FIG.
[0111]
First, as shown in FIG. 3A, after an insulating film 2 for avoiding electrical interference with the recording / reproducing control circuit is provided on a substrate 1 provided with a recording / reproducing control circuit to be described later, One conductor 3 is formed by a damascene method.
[0112]
Next, as shown in FIG. 3B, an insulating film 4 that electrically insulates the first conductor 3 and the second conductor 5 is formed.
[0113]
Finally, as shown in FIG. 3C, the second conductor 5 is formed by the damascene method.
[0114]
Here, as the first conductor 3 and the second conductor 5, Al or Al alloy (AlTi, AlCu, etc.) having a low electric resistance, or Cu or Cu alloy (CuTi, CuAl, etc.) is used. Is possible.
[0115]
As the insulating films 2 and 4, a Si oxide film (for example, SiO 22), Si nitride film (for example, SiThreeNFour), Ta oxide film (for example, Ta2OThree) Or an organic insulating film such as a photo-curing resin or a thermosetting resin can also be used.
[0116]
Further, when the first conductor 3 and the second conductor 5 are formed by the damascene method, it is possible to use the same material as the insulating films 2 and 4 as the insulators 7 and 8.
[0117]
Although the method of forming the first conductor 3 and the second conductor 5 by the damascene method has been described here, the first conductor can be formed by patterning the conductive material using a masking process and an etching process. 3 and the second conductor 5 can also be formed.
[0118]
However, according to this method, the insulating film and the second conductor are formed on the first conductor formed in the uneven shape by patterning, and further, the second conductor is patterned. Concavities and convexities corresponding to the pattern shapes of the first conductor and the second conductor are formed on the surface. As the unevenness increases, a short circuit failure between the first conductor and the second conductor, a disconnection failure of the second conductor, and the like are likely to occur.
[0119]
In contrast, by providing the first conductor 3 and the second conductor 5 by the damascene method, the first conductor 3 and the second conductor 5 are planarly formed. It is possible to suppress the occurrence of disconnection failure. Accordingly, it is desirable that the first conductor 3 and the second conductor 5 be formed by a damascene method.
[0120]
Next, FIGS. 4A, 4B, and 4C are views for explaining a method of forming the third conductor 6 after the manufacturing process shown in FIG. 3C. (A), (b), and (c) of FIG. 4 show the manufacturing process as seen in the A-A ′ cross section of FIG. 1.
[0121]
First, in FIG. 4A, the insulator 8 and the unnecessary insulating film 4 are selectively removed by etching using the second conductor 5 as a mask. Here, the selective etching removal of the insulating film 4 needs to be performed at least until the first conductor 3 is exposed. Further, if the insulator 7 (see FIG. 3B) existing between the first conductors 3 is also removed by etching, the first conductor 3 and the second conductor 5 by the third conductor 6 The electrical connection can be ensured.
[0122]
For example, Cu is used as the first conductor 3 and the second conductor 5, and SiO is used as the insulator 8 and the insulating film 4.2When CF is used, CFFourBy performing dry etching using gas plasma, Cu is not etched and SiO 2 is not etched.2Therefore, selective etching and removal of the insulator 8 and the insulating film 4 using the second conductor 5 as a mask is realized.
[0123]
Further, when an organic insulating film is used as the insulator 8 and the insulating film 4, O2By performing ashing using gas plasma, etching of Cu is not performed, and only ashing removal of the organic insulating film proceeds. Therefore, the insulator 8 and the insulating film 4 are selectively used with the second conductor 5 as a mask. Etching removal is realized.
[0124]
Here, an organic insulating film is used as the insulator 8, and SiO 2 is used as the insulating film 4.2Is used, it is necessary to use different reaction gases in removing the insulator 8 and the insulating film 4, which complicates the process. Therefore, it is desirable to use the same material for the insulator 8 and the insulating film 4 or a material that can be removed by etching with the same reaction gas.
[0125]
As described above, in the nonvolatile memory element of the present invention, it is possible to expose the first conductor 3 and the second conductor 5 without using an additional patterning process, and a simple formation process. It can be.
[0126]
Next, as shown in FIG. 4B, after forming the third conductor 6 so as to cover the exposed first conductor 3 and second conductor 5, the third conductor shown in FIG. A photoresist pattern 9 corresponding to the formation pattern 6 is formed.
[0127]
Here, since the surfaces of the first conductor 3 and the second conductor 5 are contaminated with an etching gas or the like by the process up to FIG. 4A, before forming the third conductor 6, Sputter etching is performed using an inert gas such as Ar gas, and the surface contamination layer is removed, so that the electrical connection between the first conductor 3 and the second conductor 5 and the third conductor 6 is ensured. Can be.
[0128]
Finally, as shown in FIG. 4C, the unnecessary third conductor 6 is removed by etching using the photoresist pattern 9 as a mask, and then the photoresist pattern 9 is removed, so that the insulating film 3 is interposed. Thus, the nonvolatile memory element in which the first conductor 3 and the second conductor 5 provided by the third conductor 6 are connected is completed.
[0129]
Here, the same material as the first conductor 3 and the second conductor 5 may be used as the third conductor 6. For example, when Cu is used for all the conductors, the film thickness of the third conductor 6 is made thinner than the film thicknesses of the first conductor 3 and the second conductor 5, and the pattern of the third conductor 6 The nonvolatile memory element may be designed so that the width (width) is narrower than the pattern width of the first conductor 3 and the second conductor 5 and the resistance value of the third conductor 6 is increased. The film thickness of each conductor and the pattern width (width) of each conductor are as defined above. Here, in particular, the pattern width of the third conductor 5 is It means the width in the direction parallel to the extending direction of the two conductors 5.
[0130]
As a result, the third conductor 6 can be easily melted and stable recording can be realized. In the nonvolatile memory element, the third conductor 6 is formed by a manufacturing process different from that of the first conductor 3 and the second conductor 5, and the first conductor 3 and the second conductor 5 are Since it is a structure laminated | stacked one by one, it becomes possible to set easily the film thickness and width | variety of each conductor 3,5,6.
[0131]
As the material of the third conductor 6, the same material as the first conductor 3 and the third conductor 5 may be used as described above, but from the material of the first conductor 3 and the second conductor 5. However, it is desirable to use a material having a low melting point. With the above configuration, the third conductor 6 can be blown out more reliably.
[0132]
For example, when Cu is used as the first conductor 3 and the second conductor 5 and Al is used as the third conductor 6, the melting point of Cu is 1085 ° C., and the melting point of Al is 660 ° C. In addition, fusing in the third conductor 6 can be generated. Further, the thickness of the third conductor 6 made of Al is made thinner than that of the first conductor 3 and the second conductor 5, and the pattern width of the third conductor 6 is made smaller than that of the first conductor 3 and the second conductor 6. By making the conductor 5 narrower, more reliable recording can be realized.
[0133]
When a high melting point conductive material such as Cu is used as the first conductor 3 and the second conductor 5, the third conductor 6 is made of Zn, Sn, Bi as a low melting point material other than Al. Etc. can be used. Furthermore, these alloys, that is, AlZn alloy, AlSn alloy, AlBi alloy, ZnSn alloy and the like can also be used. Further, as will be described later, since each melting point of Zn, Sn, Bi is lower than that of Al, Al is used for the first conductor 3 and the second conductor 5, and Zn, Sn, Bi is used for the third conductor 6. Either of these can also be used.
[0134]
(Recording / reproducing method of nonvolatile memory element)
Next, the recording / reproducing method for the nonvolatile memory element of the present invention will be described with reference to FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG.
[0135]
FIG. 5 is a circuit diagram of the nonvolatile memory element shown in FIG. 1, and the N first conductors 3 (hereinafter referred to as the first conductor X) in a non-contact state.1~ XNAnd M second conductors 5 (hereinafter referred to as second conductor Y).1~ YMIn the crossing position, the third conductor 6 (hereinafter referred to as the third conductor R).ijWill be described in other words).
[0136]
FIG. 6 shows a recording circuit that realizes a recording operation for the nonvolatile memory element. Here, the first conductor XiAnd second conductor YjThe third conductor R selected byijWill be described.
[0137]
Element selection transistor (Tr) included in a recording / reproduction control circuit to be described lateri, Trj) Are respectively connected to the power supply voltage (+ V). Next, an element selection transistor (hereinafter simply referred to as TriOr TrjGate voltage (Vg) applied to the gate (G) ofi, Vgj)i, TrjON / OFF is selected and TriThe first conductor X connected toiAnd TrjSecond conductor Y connected tojIs determined. And the first conductor XiAnd second conductor YjBased on the potential difference of the third conductor RijIs controlled.
[0138]
The third conductor RijIs connected to the first conductor XiHas a grounding resistance RiIs connected to the second conductor YjTr connected tojThe drain (D) has a ground resistance RjIs connected.
[0139]
Thus, the third conductor RijCurrent is passed through the third conductor RijThe information is recorded by cutting. FIG. 7 shows the third conductor RijShows a state in which information is recorded by fusing.
[0140]
Table 1 below shows the transistor (Tr in the circuit shown in FIG.i, Trj) And the first conductor XiAnd second conductor YjIt shows the relationship with the potential at.
[0141]
[Table 1]
Figure 0004451072
[0142]
In state 1, Tri, TrjAre both ON and XiPotential and YjSince both potentials are + V, the third conductor RijNo current flows through the third conductor RijNo fusing occurs.
[0143]
In state 2, TriIs ON, TrjBecomes OFF and XiPotential is + V, YiThe potential becomes the ground potential (0 V) and a potential difference V is generated. Thereby, the third conductor RijAnd YjResistance to ground RjCurrent passing through and XiResistance to ground RiCurrent passing through the current flows. Where RijAnd RjR rather than series resistance withiIs sufficiently large, the first conductor XiTo second conductor YjTowards the third conductor RijA larger current flows through the third conductor RijIs blown out.
[0144]
In state 3, TriIs OFF, TrjBecomes ON and XiPotential is + V ', YjThe potential becomes + V. Where XiThe potential (+ V ′) is YjThe potential (+ V) is set to the third conductor RijAnd RiThis is the potential divided by. In this case, XiResistance to ground RiBut YjResistance to ground RjThe third conductor R is made sufficiently larger than the third conductor R.ijThe current that flows through becomes smaller. As a result, the third conductor RijNo fusing occurs.
[0145]
In state 4, Tri, TrjAre both OFF and XiPotential and YjSince both potentials are ground potential (0V), the third conductor RijNo current flows through the third conductor RijNo fusing occurs.
[0146]
Thus, the specific first conductor XiTransistor Tr for drivingiIs turned on, the other transistors that drive the first conductor 3 are turned off, and the second conductor (Y1, Y2, ..., YM) Is turned on or off according to the recorded information, so that the specific first conductor XiIt is possible to control the presence or absence of fusing of the M third conductors 6 connected to each other, that is, to record information.
[0147]
The nonvolatile memory element can reproduce the recorded information by determining the states shown in FIGS. For example, a specific second conductor YjTransistor Tr for drivingjIn the ON state, the first conductor X1~ XNTransistor Tr for drivingiAre sequentially turned OFF, and the first conductor XiThe specific second conductor Y is measured by sequentially measuring the potential ofjAnd first conductor X1~ XNIt is possible to reproduce the state of the N third conductors 6 provided at the crossing position, that is, the recorded information.
[0148]
In the case of FIG. 6, the third conductor RijIs in the connected state, as shown in state 3 of Table 1, the first conductor XiBecomes + V ′. On the other hand, in the case of FIG. 7, the third conductor RijIs in a fusing state, the first conductor XiBecomes the ground potential (0 V). Thus, the potential induced in the first conductor 2 varies depending on whether the third conductor 6 is fused or not.
[0149]
Therefore, by applying a voltage to the second conductor 5 and detecting the potential of the first conductor 3, it is possible to reproduce the recorded information, that is, whether or not the third conductor 6 is blown. .
[0150]
In the above description, the second conductor Y is used during recording.1~ YMAre sequentially selected and the first conductor X is reproduced during reproduction.1~ XNHas been described, the first conductor X1~ XNAnd second conductor Y1~ YMWhich of these is sequentially selected can be appropriately changed.
[0151]
The transistors and ground resistors shown in FIGS. 6 and 7 are data inputs driven in the X decoder 19 and the Y decoder 20 which are part of a recording / reproduction control circuit (for example, FIG. 8) of a nonvolatile memory circuit described later. It can be provided in the circuit 22.
[0152]
(Configuration of non-volatile memory circuit)
Next, a nonvolatile memory circuit 11 using the nonvolatile memory element 10 of the present invention will be described with reference to a schematic block diagram shown in FIG.
[0153]
The nonvolatile memory circuit 11 is provided on a semiconductor layer (not shown), receives an address signal A0 to Ai (i: natural number), and an external clock CLK, X input from the outside. Control signal input terminal 13 for receiving address strobe signal XAS, Y address strobe signal YAS, write enable signal WE, element select signal CS, and the like, power supply terminal 14 for receiving power supply potential VCC and ground potential VSS from the outside, and data D0 To Dj (j: natural number).
[0154]
The nonvolatile memory circuit 11 further receives an address signal A0 to Ai from the address input terminal 12 and converts it into an internal address signal indicating the X address XA and the Y address YA, and the control signal input terminal 13 performs control. A control signal buffer 17 that receives the signal group and generates a corresponding internal control signal, and a control circuit 18 that receives the internal control signal group from the control signal buffer 17 and controls the internal operation of the entire nonvolatile memory circuit 11. I have.
[0155]
The nonvolatile memory circuit 11 further includes a plurality of first conductors 3 and second conductors 5 arranged in a matrix, and a third conductor 6 that connects the first conductor 3 and the second conductor 5. The non-volatile memory element 10 which has is provided.
[0156]
The nonvolatile memory circuit 11 further includes an X decoder 19 that performs selection of the first conductor 3 of the nonvolatile memory element 10 in accordance with the X address XA generated by the address buffer 16, and a Y address YA output by the address buffer 16. Accordingly, a Y decoder 20 for selecting the second conductor 5 and a sense circuit 21 and a data input circuit 22 to be described later are provided.
[0157]
The X decoder 19 records and reproduces at least one of the first conductors 3 in the nonvolatile memory element 10 in accordance with the X address XA output from the address buffer 16 when the first conductor 3 is selected. To selectively activate. Specifically, the first conductor X shown in FIG. 6 explaining the recording / reproducing method.iTransistor Tr connected toiAnd ground resistance RiAre provided in at least the X decoder 19.
[0158]
The Y decoder 20 records and reproduces at least one of the second conductors 5 in the nonvolatile memory element 10 according to the Y address YA output from the address buffer 16 when the second conductor 5 is selected. To selectively activate. Specifically, the second conductor Y shown in FIG.jTransistor Tr connected tojAnd ground resistance RjAre provided in at least the Y decoder 20.
[0159]
The nonvolatile memory circuit 11 further includes a data output buffer 23 and a data input buffer 24 for executing data exchange with the data input / output terminal 15. The data output buffer 23 and the data input buffer 24 execute data input / output at a timing synchronized with the clock signal generated by the control circuit 18.
[0160]
Data sent from the data input buffer 24 is input to the data input circuit 22. The data input circuit 22 controls the voltage applied to the third conductor 6 based on the input data in accordance with the selection results of the X decoder 19 and the Y decoder 20, so that the third conductor 6 is melted. Execution, that is, recording for each crossing position of the nonvolatile memory element is performed.
[0161]
In addition, the sense circuit 21 detects the recording state of each nonvolatile memory element, that is, the presence or absence of fusing of the third conductor 6 in accordance with the selection result of the X decoder 19 and the Y decoder 20, and records data Perform playback. For example, the second conductor Y selected by the Y decoder 20jA voltage is applied to the first conductor X1~ XNThe recorded information can be reproduced by sequentially measuring the voltage induced by the sense circuit 21. Then, the reproduction signal detected by the sense circuit 21 is sent to the data output buffer 23.
[0162]
The nonvolatile memory circuit 11 further generates a power supply potential + V and a ground potential used in the nonvolatile memory circuit 11 according to the external power supply potential VCC and the external ground potential VSS input to the power supply terminal 13. A power supply circuit 25 is provided. The power supply potential + V and the ground potential are supplied to each circuit in the nonvolatile memory circuit 11.
[0163]
In the nonvolatile memory circuit, a portion including the address input terminal 12, the control signal input terminal 13, the power supply terminal 14, and the data input / output terminal 15 is a circuit input / output terminal. Also, semiconductors such as an address buffer 16, a control signal buffer 17, a control circuit 18, an X decoder 19, a Y decoder 20, a sense circuit 21, a data input circuit 22, a data output buffer 23, a data input buffer 24, and a power supply circuit 25. A portion including the circuit is a recording / reproducing control circuit.
[0164]
Therefore, in the nonvolatile memory circuit of the present invention, a plurality of first conductors and a plurality of second conductors are connected to the above-described recording / reproducing control circuit on a semiconductor layer such as a Si substrate or a glass substrate, for example. In addition, it can be said that the recording / reproducing control circuit is connected to the circuit input / output terminal described above.
[0165]
By using the non-volatile memory circuit of the present invention, it is possible to realize information recording / reproduction with respect to the non-volatile memory element of the present invention corresponding to an address.
[0166]
(Configuration example 2 of nonvolatile memory element)
Next, FIGS. 9 and 10 are a plan view and a cross-sectional view showing another configuration of the nonvolatile memory element of the present invention.
[0167]
In the nonvolatile memory element shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first conductor 3 and the second conductor 5 are located at one location at each intersection position of the first conductor 3 and the second conductor 5. Only connected by the third conductor 6. On the other hand, in the nonvolatile memory element shown in FIGS. 9 and 10, the first conductor 3 and the second conductor 5 are arranged at each intersection position of the first conductor 3 and the second conductor 5. Are connected by the third conductor 6 at two places.
[0168]
The non-volatile memory element having such a structure has a photoresist pattern 9 as a mask for etching the third conductor 6 in the manufacturing method shown in FIGS. A pattern corresponding to the conductor 6 can be formed.
[0169]
In this configuration, the first conductor 3 and the second conductor 5 are electrically connected to each other by the third conductor 6 on both sides of the second conductor 5. It is possible to reduce the number of initial defects. That is, when a non-volatile memory element is formed and a defect such as dust is present and an electrical connection is not maintained with the third conductor 6 at one connection location at a certain crossing position, By maintaining the electrical connection in the third conductor 6 at the other connection location, it is possible to avoid the entire nonvolatile memory element from being defective due to a connection failure at one location.
[0170]
In addition, in the nonvolatile memory element having the configuration shown in FIG. 9, in addition to providing a total of two connection points on each side of the second conductor 5 at each crossing position, two or more points on one side are provided. May be provided.
[0171]
(Configuration example 1 of nonvolatile memory circuit)
Next, more specific embodiments of the nonvolatile memory circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0172]
FIG. 11 is a perspective view showing a part of the nonvolatile memory circuit according to the present invention. The circuit input circuit includes an address input terminal 12, a control signal input terminal 13, a power supply terminal 14, a data input / output terminal 15, and the like. Output terminal 27, address buffer 16, control signal buffer 17, control circuit 18, X decoder 19, Y decoder 20, sense circuit 21, data input circuit 22, data output buffer 23, data input buffer 24, and power supply circuit 25 The recording / reproducing control circuit 28 composed of a semiconductor circuit such as the above is formed on a Si substrate 26 (semiconductor layer) made of a single crystal silicon wafer.
[0173]
12 is provided with the nonvolatile memory element 29 of the present invention (corresponding to the nonvolatile memory element 10 shown in FIG. 8) on the recording / reproducing control circuit 28 formed on the Si substrate 26 shown in FIG. It is a perspective view of the non-volatile memory circuit of a structure. Here, the input / output wirings such as the X decoder 19 and the data input circuit 22 of the recording / reproduction control circuit 28, and the plurality of first conductors 3 and the plurality of second conductors 5 of the nonvolatile memory element 29 are These are wired using a three-dimensional wiring technique through an insulating film (not shown).
[0174]
Here, the recording / reproducing control circuit 28 and the nonvolatile memory element 29 may be provided so as not to overlap with each other and wired by horizontal wiring. However, in this case, it is necessary to separately provide a region for forming the recording / reproducing control circuit 28 and a region for forming the nonvolatile storage element 29 on the Si substrate 26, and the storage capacity is reduced. In order to realize a large storage capacity, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, a recording / reproduction control circuit 28 and a nonvolatile storage element 29 are arranged so as to overlap each other and a three-dimensional wiring is interposed via an insulating film (not shown). Wiring using technology is desirable.
[0175]
The insulating film (not shown) is provided to avoid electrical interference between the recording / reproducing control circuit 28 and the nonvolatile memory element 29, and is provided between the recording / reproducing control circuit 28 and the nonvolatile memory element 29. It is desirable that it be provided so as not to cause insulation failure.
[0176]
In the above description, the recording / reproduction control circuit 28 is formed of a semiconductor circuit provided on a Si substrate as the recording / reproduction control circuit 28. However, the present invention is not limited to this.
[0177]
For example, as shown in FIGS. 13 and 14, a recording / reproduction control circuit 33 and a circuit input / output terminal 31 made of a semiconductor circuit are provided on a substrate 30 other than a Si substrate, for example, a glass substrate or a plastic substrate. 11 and FIG. 12, the nonvolatile memory element 29 can be placed on the recording / reproducing control circuit 33 so as to be wired using a three-dimensional wiring technique.
[0178]
Here, when a glass substrate or a plastic substrate is used as the substrate 30, the recording / reproducing control circuit 33 made of a semiconductor circuit has an amorphous Si thin film 32 (semiconductor layer) formed on the substrate 30 by a sputtering method or a CVD method. It is possible to configure using The amorphous Si thin film needs to be capable of forming a semiconductor circuit, and the film thickness is desirably 50 nm to 200 nm. In addition, the upper limit value and the lower limit value shown on the left are approximate guidelines.
[0179]
However, when an amorphous Si thin film is used as a semiconductor circuit, since the electron mobility of the amorphous Si thin film is small, it is difficult to control recording and reproduction at high speed. In order to record / reproduce information such as video information with respect to the nonvolatile memory circuit of the present invention, it is important to realize not only the storage capacity but also high-speed recording / reproduction.
[0180]
Therefore, as the recording / reproducing control circuit 33 used in the nonvolatile memory element 10 of the present invention, the amorphous Si thin film 32 is irradiated with an energy beam such as a laser beam, so that the amorphous Si thin film 32 is formed. It is desirable to provide the recording / reproducing control circuit 33 in the polycrystalline region. When the amorphous Si thin film 32 is polycrystallized, the electron mobility in the semiconductor circuit is increased. Accordingly, high-speed operation of the recording / reproduction control circuit is realized, and the nonvolatile memory circuit of the present invention can be applied to high-speed recording / reproduction of information such as video information.
[0181]
Further, according to this embodiment, since an inexpensive glass substrate or plastic substrate can be used without using an expensive Si substrate, a low-cost nonvolatile memory circuit can be provided. Further, by using a plastic substrate, breakage due to cracking can be prevented, and a nonvolatile memory circuit that is more portable than a glass substrate can be provided.
[0182]
(Configuration example 2 of nonvolatile memory circuit)
Next, in FIGS. 15 and 16, a plurality of recording / reproduction control circuits 34 and a plurality of nonvolatile storage elements 35 corresponding to the respective recording / reproduction control circuits 34 are provided on one substrate 30. The configuration is shown. Here, the substrate 30 may be the Si substrate shown in FIG. 11 and FIG. 12, but in order to realize a low price of the nonvolatile memory circuit, it is the same as in FIG. 13 and FIG. In addition, it is desirable to use a substrate other than the Si substrate.
[0183]
Similarly to the case of FIG. 13 and FIG. 14, the recording / reproduction control circuit 34 is formed by using polycrystalline Si that has been polycrystallized by laser annealing, so that the recording / reproduction control circuit can operate at high speed. The nonvolatile memory circuit of the present invention can be applied to high-speed recording / reproduction of information such as video information.
[0184]
In the nonvolatile memory circuits shown in FIG. 15 and FIG. 16, the circuit input / output terminal 31 and each recording / reproduction control circuit 34 are connected, and address information and data information are exchanged. In addition, a non-volatile storage element 35 is placed on each of the plurality of recording / reproduction control circuits 34 and wired using a three-dimensional wiring technique.
[0185]
The nonvolatile memory circuit shown in FIGS. 13 and 14 has a configuration in which one nonvolatile memory element 29 is provided on a substrate. Therefore, the plurality of first conductors 3 and the plurality of second conductors 5 constituting the nonvolatile memory element 29 have a length substantially the same as the length of the nonvolatile memory element 29. Here, when a disconnection due to a defect or a short circuit occurs in one place of the plurality of first conductors 3 or the plurality of second conductors 5, the individual conductors connected to the conductors in which the disconnection has occurred All of the non-volatile memory elements (corresponding to individual crossing positions; called unit memory elements) are all defective elements. That is, a single defect will generate an extremely large number of defective elements.
[0186]
On the other hand, in the nonvolatile memory circuits shown in FIGS. 15 and 16, the number of defective elements is reduced by connecting a plurality of nonvolatile memory elements 35 to a plurality of recording / reproducing control circuits 34, respectively. Is possible. For example, if the size of the substrate 30 does not change, the capacity of one nonvolatile memory element 35 is smaller in the case of FIG. 16 than in the case of FIG. The lengths of the first conductor 3 and the second conductor 5 included in can be shortened. As described above, when the lengths of the first conductor 3 and the second conductor 5 are shortened, it is possible to reduce the number of defective elements caused by a disconnection or a short circuit caused by a single defect.
[0187]
(Configuration example 1 of nonvolatile storage card)
The nonvolatile memory circuit of the present invention shown in FIGS. 11 to 16 is disposed on a circuit board and used as a nonvolatile memory circuit capable of inputting / outputting recording / reproducing information using circuit input / output terminals 27 and 31. However, taking advantage of the features of large capacity and low price, a replaceable nonvolatile memory circuit can be obtained.
[0188]
That is, as shown in FIG. 17, the nonvolatile memory circuit of the present invention is provided on a card-like substrate 36 to provide a nonvolatile memory card, thereby providing a large capacity and low cost storage medium. can do.
[0189]
For example, the non-volatile storage card shown in FIG. 17 is detachably attached to a recording / reproducing device having a connection pin that can be electrically contacted with the circuit input / output terminal 31, and the recording / reproducing device has a connection pin. Information is recorded and reproduced between the nonvolatile storage card and the recording / reproducing apparatus.
[0190]
FIG. 17 shows a configuration in which the nonvolatile memory circuit shown in FIG. 12, FIG. 14, or FIG. 16 is pasted on the card-like substrate 36 with an adhesive, but directly on the card-like substrate 36, Recording / reproduction control circuits 33 and 34 and nonvolatile storage elements 29 and 35 can be provided.
[0191]
(Configuration example 2 of nonvolatile memory card)
Next, FIG. 18 shows a nonvolatile memory card having a configuration in which a plurality of nonvolatile memory circuits are stacked on a card-like substrate 36. Here, the respective nonvolatile memory circuits are stacked in a stepped manner and bonded together with an adhesive so that the circuit input / output terminals 31 of the plurality of nonvolatile memory circuits do not overlap in the stacking direction.
[0192]
For recording / reproduction with respect to the non-volatile storage card, connection pins provided in the recording / reproduction device are simultaneously or selectively electrically contacted to the exposed circuit input / output terminals 31 to input / output recording / reproduction information. Is realized.
[0193]
Thus, by providing a plurality of non-volatile storage circuits in a stacked manner, it is possible to provide a non-volatile storage card having a larger storage capacity.
[0194]
However, in the nonvolatile memory card, it is necessary to input / output address information and recording / reproducing information to / from each of the plurality of circuit input / output terminals 31, and the number of connection pins of the recording / reproducing device is nonvolatile. There arises a problem that the number increases depending on the number of layers of the volatile memory circuit and the recording / reproducing control system of the recording / reproducing apparatus becomes complicated.
[0195]
(Configuration example 3 of nonvolatile memory card)
Therefore, in the third configuration example, a nonvolatile memory card capable of stacking a plurality of nonvolatile memory circuits without increasing the number of input / output terminals will be described. 19 and 20 are diagrams for explaining this nonvolatile storage card.
[0196]
As shown in FIG. 19, the non-volatile memory card of Configuration Example 3 includes a non-volatile memory element 29, a recording / reproduction control circuit (not shown), an external input / output terminal 41, and the external memory. A first nonvolatile memory circuit 37 having a memory circuit selection circuit 38 connected to the input / output terminal 41 is attached to the card-like substrate 36 with an adhesive. Further, as shown in FIG. 20, a plurality of second nonvolatile memory circuits 39 are sequentially stacked on the first nonvolatile memory circuit 37 and the memory circuit selection circuit 38.
[0197]
Each of the plurality of second non-volatile memory circuits 39 has an input / output terminal 40, and each of the input / output terminals 40 passes through a hole penetrating the non-volatile memory circuit 39. Is connected to a memory circuit selection circuit 38 included in the memory circuit 37.
[0198]
The memory circuit selection circuit 38 selects a specific non-volatile memory circuit from the non-volatile memory circuits 37 and 39 based on the address information (first selection signal) input from the external input / output terminal 41, and the specific non-volatile Recording and reproduction with respect to the storage circuit can be performed.
[0199]
Further, another address information (second selection signal) is input to the memory circuit selection circuit 38 from the external output terminal 41, and the memory circuit selection circuit 38 should be activated (ON) in the selected specific nonvolatile memory circuit. It is possible to select the first conductor 3 and the second conductor 5 and perform recording / reproduction with respect to the nonvolatile memory element.
[0200]
Here, a configuration having the external input / output terminal 41, the memory circuit selection circuit 38, and the nonvolatile memory element 29 is described as the first nonvolatile memory circuit 37, but as the first nonvolatile memory circuit 37, A configuration having only the external input / output terminal 41 and the memory circuit selection circuit 38 is also possible.
[0201]
21 and 22 are schematic block diagrams of a nonvolatile memory circuit that performs recording and reproduction of the nonvolatile memory card shown in FIG.
[0202]
FIG. 21 shows a first nonvolatile memory circuit 37, which receives an address signal A0 to Ai (i: natural number) (first selection signal and second selection signal), and is input from the outside. Control signal input terminal 51 that receives external clock CLK, X address strobe signal XAS, Y address strobe signal YAS, write enable signal WE, element select signal CS, and the like, and receives power supply potential VCC and ground potential VSS from the outside, respectively. The external input / output terminal 41 comprising a power supply terminal 52 and a data input / output terminal 53 for inputting / outputting data D0 to Dj (j: natural number) (information signal for recording / reproduction) is provided.
[0203]
Next, the external input / output terminal 41 is connected to the memory circuit selection circuit 38, and the memory circuit selection circuit 38 selects the nonvolatile memory circuit 37 or 39 to be selected according to the input address signal information. decide.
[0204]
On the other hand, as shown in FIGS. 21 and 22, each of the nonvolatile memory circuits 37 and 39 individually receives an address signal A0 to Ai (i: natural number) sent from the memory circuit selection circuit 38. 60, a control signal input terminal 61 that receives an external clock CLK, an X address strobe signal XAS, a Y address strobe signal YAS, a write enable signal WE, an element select signal CS, and the like, and a power supply that receives a power supply potential VCC and a ground potential VSS, respectively. The non-volatile memory circuit 37 is provided with the input / output terminal 40 composed of a terminal 62 and a data input / output terminal 63 for inputting / outputting data D0 to Dj (j: natural number). , 39 is connected to the external input / output terminal 41 by the memory circuit selection circuit 38. That.
[0205]
The recording / reproducing operation from the input / output terminal 40 to each nonvolatile memory circuit 10 is performed in the same manner as in FIG.
[0206]
In the nonvolatile memory card having the above-described configuration, a plurality of nonvolatile memory circuits are stacked to realize a large storage capacity, and the number of external input / output terminals of the nonvolatile storage card is minimized (memory). The number of external input / output terminals 41 of the circuit selection circuit 38). Therefore, the input / output system of the recording / reproducing apparatus can be simplified, and an inexpensive recording / reproducing apparatus can be provided.
[0207]
In the above embodiment, the address buffer 16, the power supply circuit 25, the control signal buffer 17, the control circuit 18, the data input buffer 24, and the data output buffer 23 are provided in the respective nonvolatile storage circuits 37 and 39. However, if these circuits (the driver circuit for the nonvolatile memory element 10) are collectively provided in the memory circuit selection circuit 38, the scale of the recording / reproduction control circuit included in each nonvolatile memory circuit is reduced. Simplification of the formation process of the volatile memory circuit and cost reduction can be realized.
[0208]
【Example】
[Example 1]
As Example 1 of the present invention, a nonvolatile memory element having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 was produced.
[0209]
The non-volatile memory element of Example 1 has a thickness of 100 nm on a substrate 1 made of single crystal Si provided with a semiconductor circuit.2The first conductor 3 and the second conductor 5 made of Al wiring having a width of 0.3 μm and a film thickness of 100 nm are formed on the insulating film 2 made of2Are laminated via an insulating film 4 made of And the 3rd conductor 6 which electrically connects the 1st conductor 3 and the 2nd conductor 5 in one place (one side of each cross | intersection part) is provided.
[0210]
As the third conductor 5, an Al thin film was used, its film thickness was 50 nm, and its connection width (width in the direction parallel to the extending direction of the second conductor 5) was 0.2 μm.
[0211]
Next, one first conductor XFourA voltage of 2.5 V is applied to the second conductor YThreeIs grounded through a resistor, thereby the first conductor XFourTo second conductor YThreeA current was passed through. As a result, the first conductor XFourAnd second conductor YThreeOnly the third conductor 6 that connects the two can be fused. Similarly, the first conductor X7To second conductor YThreeCurrent to the first conductor X7And second conductor YThreeOnly the third conductor 6 that connects the two can be fused.
[0212]
Next, the second conductor YThreeBy applying a voltage of 1.5 V to the second conductor YThreeThe third conductor 5 connected to the first conductor X is not melted.1, X2, XThree, XFive, X6, X8In the first conductor X, a voltage of about 1.5 V is induced and the third conductor 5 is blown out.Four, X7No voltage was induced.
[0213]
From the above, in the nonvolatile memory element of Example 1, a potential difference is provided between one selected first conductor 3 and one selected second conductor 5, and the first conductivity It was confirmed that information can be recorded by fusing the third conductor 6 connecting the body 3 and the second conductor 5. Furthermore, a voltage that does not cause fusing in the third conductor 6 is applied to one of the first conductor 3 and the second conductor 5, and the potential of the other conductor is applied. By detecting this, it was confirmed that it was possible to determine the presence or absence of fusing in the third conductor 6 and reproduce the information.
[0214]
Next, as a result of investigating the occurrence of fusing by changing the size of the third conductor 6 in the non-volatile memory element having the same configuration as that of the above embodiment, the width of the third conductor 6 is reduced. It was confirmed that the voltage required for fusing the third conductor 5 was smaller as the thickness of the conductor 6 was reduced. Further, if the width and film thickness of the third conductor 6 are the same as those of the first conductor 3 and the second conductor 5, the voltage required for fusing the third conductor 6 becomes too high, and the first conductor The occurrence of fusing in the body 3 or the second conductor 5 was confirmed.
[0215]
Therefore, if the width and film thickness of the third conductor 6 are at least smaller than the width and film thickness of the first conductor 2 or the second conductor 4, the first conductor 3 and the second conductor It can be said that it is possible to melt only the third conductor 6 without causing the melt to melt.
[0216]
In order to realize low power consumption, it is desirable to blow the third conductor 6 at a low voltage. For that purpose, it is desirable that the width of the third conductor 6 is 0.25 μm or less or the film thickness of the third conductor 6 is 60 nm or less, and the width and film thickness of the third conductor 6 are 0.25 μm, respectively. More preferably, the thickness is less than 60 nm or less.
[0217]
On the other hand, if the width and film thickness of the third conductor 6 are made too small, disconnection occurs in the unrecorded third conductor 6 due to pinholes caused by defects such as dust. In order to avoid initial disconnection in an unrecorded state, it is desirable that the width of the third conductor 6 is 0.1 μm or more, or the film thickness of the third conductor 6 is 10 nm or more. It is further desirable that the film thickness be 0.1 μm or more and 10 nm or more, respectively. Even in this case, there is an initial disconnection of 1% to 2%, but the total storage capacity of the nonvolatile storage circuit is not significantly reduced.
[0218]
Furthermore, in order to completely avoid the disconnection of the third conductor 6 in the unrecorded state, it is desirable that the width of the third conductor 6 is 0.18 μm or more or the thickness of the third conductor 6 is 20 nm or more. It is further desirable that the width and film thickness of the third conductor 6 be 0.18 μm or more and 20 nm or more, respectively.
[0219]
[Example 2]
As Example 2 of the present invention, a nonvolatile memory element having the configuration shown in FIGS. 9 and 10 was produced.
[0220]
As in the example, the nonvolatile memory element of Example 2 has a width of 0.3 μm, and the first conductor 3 and the second conductor 5 made of Al wiring with a film thickness of 100 nm have a film thickness of 100 nm SiO2The first conductor 3 and the second conductor 5 are electrically connected to each other at two locations (on both sides of each intersection) by the third conductor 6.
[0221]
The third conductor 6 uses the same Al as the first conductor 3 and the second conductor 5, has a film thickness of 15 nm, and the width of the portion in contact with the end portions of the first conductor 2 and the second conductor 4 Was 0.1 μm.
[0222]
Next, one first conductor XFiveA voltage of 2 V is applied to one second conductor YThreeIs grounded through a resistor, thereby the first conductor XFiveTo second conductor YThreeA current was passed through. Thereby, the first conductor XFiveAnd second conductor YThreeOnly the third conductor 5 connecting the two can be fused. Similarly, the first conductor X7To second conductor YThreeCurrent to the first conductor X7And second conductor YThreeOnly the third conductor 6 that connects the two can be fused.
[0223]
Next, the second conductor YThreeIn addition, by applying a voltage of 2 V, the first conductor X in which no fusing occurs in the third conductor 6 at the intersecting position1, X2, XThree, XFour, X6, X8Includes a first conductor X in which a voltage of about 2 V is induced and fusing occurs in the third conductor 5 at the intersecting position.Five, X7No voltage was induced.
[0224]
From the above, also in the nonvolatile memory element of Example 2, a potential difference is provided between one selected first conductor 3 and one selected second conductor 5, and the first conductivity Information can be recorded by fusing the third conductor 6 that connects the body 3 and the second conductor 5, and further, the first conductor 3 or the second conductor can be recorded. By applying a voltage that does not cause fusing in the third conductor 6 to any one of the conductors 5 and detecting the potential of the other conductor, the fusing of the third conductor 6 is detected. It can be seen that information can be reproduced by determining the presence or absence.
[0225]
In Example 1 in which the first conductor 3 and the second conductor 5 are connected to only one place on one side, in order to completely avoid the initial disconnection in the unrecorded state, the width of the third conductor 6 is set to 0. It has been described that it is desirable that the thickness is 18 μm or more and the thickness of the third conductor is 20 nm or more. On the other hand, in Example 2 where both ends of the first conductor 2 and the second conductor 5 are connected, the width of the third conductor 5 is 0.15 μm and the film thickness is 15 nm. The initial disconnection in the unrecorded state was completely avoided. This is because, even if an initial disconnection occurs on one side by connecting on both sides of the second conductor 5, the initial disconnection can be suppressed by maintaining the connection on the other side. .
[0226]
Thus, in the second embodiment, the first conductor 3 and the second conductor 5 are electrically connected to each other at two locations on both sides of the second conductor 5, so that the non-volatile due to the initial disconnection is caused. The initial failure of the volatile memory element can be reduced. In addition, the thickness of the third conductor 6 can be reduced, and the formation process (film formation and etching) of the third conductor 6 can be simplified.
[0227]
Example 3
As Example 3 of the present invention, a nonvolatile memory element having the same configuration as that of Example 1 was formed with a material having a lower melting point than the melting points of the materials constituting the first conductor 3 and the second conductor 5. The third conductor 6 was used for production.
[0228]
Here, an example in which Al having a melting point of 660 ° C. is used as the first conductor 3 and the second conductor 5, and Al, Zn, Sn, Bi, AlZn alloy, AlSn alloy is used as the third conductor 5. Will be described. The melting points of Zn, Sn, Bi, AlZn alloy, and AlSn alloy were 420 ° C., 232 ° C., 274 ° C., 510 ° C., and 320 ° C., respectively.
[0229]
As in Example 1, the first conductor 3 and the second conductor 5 had a width of 0.3 μm and a film thickness of 100 nm. Moreover, about each 3rd conductor 6, the width | variety was 0.2 micrometer and the film thickness was 40 nm.
[0230]
One first conductor XFourA voltage of 1.8 V lower than that in Example 1 was applied to the second conductor YThreeIs grounded through a resistor, thereby the first conductor XFourTo second conductor YThreeA current was passed through. As a result of investigating the occurrence of fusing of the third conductor 6 at this time, when Al is used as the third conductor 6, the voltage applied is lower than that of Example 1, so Did not occur. On the other hand, when Zn, Sn, Bi, an AlZn alloy, or an AlSn alloy is used as the third conductor 6, the third conductor 6 is applied although the applied voltage is lower than that of the first embodiment. Fusing occurred.
[0231]
Therefore, by using a material having a melting point lower than the melting points of the first conductor 3 and the second conductor 5 as the third conductor 6, it is possible to perform fusing at a lower voltage, that is, recording. confirmed.
[0232]
Moreover, as a result of conducting a similar experiment using an AlBi alloy and a ZnSn alloy, it was confirmed that fusing at a low voltage was possible.
[0233]
Next, the same examination was performed when Cu wiring having a width of 0.3 μm and a film thickness of 100 nm was used as the first conductor 3 and the second conductor 5.
[0234]
As the third conductor 6, Al, Zn, Sn, Bi, AlZn alloy, AlSn alloy having a width of 0.2 μm and a film thickness of 40 nm is used, and the third conductor 6 is surely blown out. As a result of investigating the applied voltage, it was confirmed that the lower the melting point of the third conductor 6 is, the lower the fusing can be realized.
[0235]
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and technical means disclosed in different embodiments and examples are appropriately used. Embodiments and examples obtained in combination are also included in the technical scope of the present invention.
[0236]
【The invention's effect】
  As described above, the nonvolatile memory element according to the present invention includes the first conductor and the second conductor insulated with the insulating film interposed therebetween, and the first conductor and the second conductor are Electrically connected by a third conductor that is fused by a potential difference formed between the first conductor and the second conductor.May be.
[0237]
Therefore, since each conductor can be arranged three-dimensionally rather than planarly, each nonvolatile memory element is compared with a configuration in which the first conductor and the second conductor are arranged planarly. Occupying area can be reduced. Therefore, since the storage capacity per unit area of the nonvolatile memory element can be increased, a fuse-type nonvolatile memory element having a large storage capacity can be provided.
[0238]
In addition, since the portion to be cut for information recording is provided as the third conductor separately from the first conductor and the second conductor, the material selection of the third conductor, the pattern width selection, Alternatively, the degree of freedom in selecting the film thickness increases, and the constraint that the pattern widths of the respective conductors exert on each other is eased. Further, since the first conductor and the second conductor have a laminated structure, the degree of freedom in setting the film thickness of the first conductor and the second conductor is also increased.
[0239]
Accordingly, various effects such as a design for further increasing the storage capacity and a design for reducing the power consumption of the nonvolatile memory element can be achieved.
[0240]
In addition, as described above, the nonvolatile memory element according to the present invention includes a plurality of first conductors, a plurality of second conductors, a first conductor, and a second conductor that are insulated with an insulating film interposed therebetween. A third conductor that melts by a potential difference applied to the body, the first conductor and the second conductor are arranged so as to cross each other in a matrix, and the first conductor , At least each of the outer surfaces of the first conductor and the second conductor at each intersection position of the first conductor and the second conductor in the three-layer structure including the insulating film and the second conductor. Part of them is electrically connected by the third conductor.
[0241]
Therefore, by specifying the first conductor and the second conductor, the position information to be recorded / reproduced can be specified, so that one unit storage element is formed at each intersection position. It can be considered. At each crossing position, the first conductor and the second conductor have a laminated structure, so that the area occupied by the unit storage element can be reduced. Therefore, the storage capacity of the nonvolatile memory element can be increased.
[0242]
Further, since there is a degree of freedom in selecting the material of the third conductor and setting the pattern width or film thickness of each conductor, it is possible to further increase the capacity and reduce the power consumption of the nonvolatile memory element. Combines effects.
[0243]
Further, as described above, the nonvolatile memory element according to the present invention is characterized in that information is recorded by cutting the third conductor at at least one of the crossing positions in addition to the above configuration. It is said.
[0244]
Thereby, as already explained, it is possible to provide a nonvolatile memory element in which a large amount of information is recorded.
[0245]
In addition to the above configuration, the nonvolatile memory element according to the present invention has a width of the third conductor, a width of the first conductor, and a width of the second conductor, as described above. It is characterized by being narrower than.
[0246]
Therefore, it is possible to increase the resistance of the third conductor by narrowing the width of the third conductor serving as the fusing portion with respect to the width of the first conductor serving as the wiring pattern and the width of the second conductor. It becomes possible. Therefore, when a potential difference is formed between the first conductor and the second conductor, a current flows through the third conductor connecting the first conductor and the second conductor, and the third conductor having a large resistance. Only in the body, the temperature rises, and only the third conductor can be stably melted, so that the recording operation of the nonvolatile memory element can be stabilized.
[0247]
In addition to the above-described configuration, the nonvolatile memory element according to the present invention has a thickness of the third conductor, a thickness of the first conductor, and a second conductor. It is characterized by being thinner than the film thickness.
[0248]
Therefore, the thickness of the third conductor, which is the cut portion, is reduced with respect to the thickness of the first conductor, which is the wiring pattern, and the thickness of the second conductor, thereby increasing the resistance of the third conductor. It becomes possible to do. Therefore, when a potential difference is formed between the first conductor and the second conductor, a current flows through the third conductor connecting the first conductor and the second conductor, and the third conductor having a large resistance. Only in the body, the temperature rises, and only the third conductor can be stably melted, so that the recording operation of the nonvolatile memory element can be stabilized.
[0249]
In addition to the above configuration, the nonvolatile memory element according to the present invention has a melting point of the third conductor, a melting point of the first conductor, and a melting point of the second conductor. It is characterized by being lower than.
[0250]
Therefore, in the third conductor using a material having a lower melting point, fusing is likely to occur, and only the third conductor can be stably fused. Further, in order to melt the third conductor, the potential difference provided between the first conductor and the second conductor can be reduced. As a result, it is possible to provide a nonvolatile memory element that realizes stable recording / reproduction and / or low power consumption.
[0251]
Further, the nonvolatile memory element according to the present invention, as described above, in addition to the above configuration,
The first conductors are linear strips arranged in parallel with each other, and the second conductors are also linear strips arranged in parallel with each other.
[0252]
Therefore, each of the first conductor and the second conductor is composed of a linear strip-shaped conductor, and has no bent portion, so that the number of crossing positions per unit area is determined with the bent portion. Can be increased compared to In other words, since the number of third conductors that can be provided at the crossing position can be increased, the storage capacity of the nonvolatile memory element can be further increased.
[0253]
In addition to the above-described configuration, the nonvolatile memory element according to the present invention, in addition to the above-described configuration, a location where the outer surfaces of the first conductor and the second conductor are connected by the third conductor, It is characterized in that there are at least two places at each intersection position.
[0254]
Therefore, if the first conductor and the second conductor are connected by the connecting body at two or more portions at each crossing position, even when one of the connecting bodies generates a disconnection, Since the other connection body connects the first conductor and the second conductor, there is an additional effect that initial defective elements due to disconnection can be greatly reduced.
[0255]
Further, as described above, the nonvolatile memory circuit according to the present invention is provided with the nonvolatile memory element on a semiconductor layer having a recording / reproducing control circuit in addition to the above-described configuration. One conductor and the plurality of second conductors are each connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal.
[0256]
Therefore, the recording / reproducing control circuit selects the first conductor and the second conductor based on the address information and the recording information input from the circuit input / output terminal, and the selected second conductor is selected as a result. Information recording / reproduction can be performed on the three conductors.
[0257]
That is, in the nonvolatile memory circuit of the present invention, only the address information and the recording information are input to the circuit input / output terminals without directly selecting the first conductor and the second conductor. As a result, recording / reproduction can be performed, so that the convenience of the nonvolatile memory circuit is greatly improved.
[0258]
Further, as described above, the nonvolatile memory circuit according to the present invention includes a plurality of the nonvolatile memory elements provided on the semiconductor layer in addition to the above-described configuration, and performs recording / reproduction for each nonvolatile memory element. A control circuit is provided.
[0259]
Therefore, in addition to the above-described effects, the nonvolatile memory circuit is divided into a plurality of nonvolatile memory elements, so that the wiring length in each nonvolatile memory element becomes relatively short, and disconnection occurs at one place. This makes it possible to reduce the number of recording elements lost.
[0260]
Further, by adopting a configuration in which the plurality of nonvolatile memory elements have the corresponding recording / reproduction control circuits, the width of the wiring can be relatively increased with respect to each recording / reproduction control circuit. Therefore, there is another effect that the loss of the memory element due to the wiring defect can be reduced.
[0261]
Further, as described above, the nonvolatile memory circuit according to the present invention includes an amorphous Si layer provided on a substrate, in addition to the above configuration, a semiconductor layer for forming the recording / reproducing control circuit, It is characterized in that it is either a polycrystalline Si layer provided on the substrate or a polycrystalline Si layer produced by locally raising the temperature of the amorphous Si layer provided on the substrate. .
[0262]
Therefore, in addition to the above effects, the substrate material is not limited, and it is possible to form a nonvolatile memory circuit having a low cost and a large storage capacity.
[0263]
In addition to the above effect, the use of the polycrystalline Si layer as the semiconductor layer also provides a further effect that a nonvolatile memory circuit capable of high-speed recording / reproduction can be obtained.
[0264]
Further, as described above, in addition to the above configuration, the nonvolatile memory circuit according to the present invention includes the nonvolatile memory element on the recording / reproducing control circuit provided on the semiconductor layer via an insulating film. The plurality of first conductors and the plurality of second conductors are respectively connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal. It is characterized by being.
[0265]
Therefore, by providing a three-dimensional non-volatile memory element on the recording / reproducing control circuit, it is possible to effectively use the surface on the substrate and further increase the memory capacity of the non-volatile memory circuit. There is an effect that can be done.
[0266]
Furthermore, even when each of the plurality of nonvolatile memory elements has a recording / reproducing control circuit, an insulating film is formed on the recording / reproducing control circuit, and the corresponding nonvolatile memory element is formed on the insulating film. Similarly, there is another effect that the storage capacity of the nonvolatile memory circuit can be increased.
[0267]
As described above, the nonvolatile memory circuit according to the present invention is characterized in that a plurality of the nonvolatile memory circuits are stacked in addition to the above structure.
[0268]
Therefore, in addition to the above-described effect, the storage capacity can be increased according to the number of stacked layers by stacking a plurality of nonvolatile storage circuits.
[0269]
In addition to the above configuration, the nonvolatile memory circuit according to the present invention is provided so that circuit input / output terminals of the plurality of nonvolatile memory circuits do not overlap in the stacking direction. It is characterized by that.
[0270]
Therefore, in addition to the above effects, address information and recording information can be directly input / output to / from the respective element input / output terminals of the plurality of stacked nonvolatile memory circuits. There is an additional effect that the reproduction operation can be realized.
[0271]
Further, as described above, the nonvolatile memory circuit according to the present invention includes a memory circuit selection circuit connected to the external input / output terminal in addition to the above configuration, and includes a plurality of nonvolatile memory circuits. An output terminal is connected to the memory circuit selection circuit. The memory circuit selection circuit should activate a first selection signal for selecting a nonvolatile memory circuit for recording and reproduction, and the selected nonvolatile memory circuit. A second selection signal for selecting the first conductor and the second conductor and an information signal to be recorded / reproduced are input via an external input / output terminal.
[0272]
Therefore, the first selection signal, the second selection signal, and the information signal are input to the storage circuit selection circuit via the same external input / output terminal, thereby recording and reproducing in the nonvolatile storage circuit to be recorded and reproduced. The third conductor to be selected can be selected to record information. Therefore, in the nonvolatile memory circuit in which a plurality of nonvolatile memory circuits are stacked, the number of external input / output terminals can be reduced. That is, it is possible to simplify the input / output circuit for recording and reproducing information, and there is a further effect that a nonvolatile memory circuit excellent in convenience can be provided.
[0273]
The nonvolatile memory card according to the present invention is characterized in that the nonvolatile memory circuit is provided on a card-like substrate as described above.
[0274]
Therefore, there is an effect that it is possible to realize a non-volatile memory card having a non-volatile memory circuit having a large storage capacity and excellent in portability and convenience.
[0275]
Further, as described above, the recording / reproducing apparatus according to the present invention records and reproduces information with respect to the nonvolatile memory element, the nonvolatile memory circuit, or the nonvolatile memory card. It is said.
[0276]
Therefore, since there are no movable parts such as a disk rotation mechanism and a head access mechanism necessary for conventional hard disk devices and optical disk devices, a fixed connector or the like can be applied to recording and reproduction, so that it is extremely reliable. There is an effect that a high recording / reproducing apparatus can be realized.
[0277]
Furthermore, as a conventional recording / reproducing apparatus, there is a recording / reproducing apparatus using a storage element (flash memory or the like) composed of a semiconductor circuit, but it is necessary to form a complicated semiconductor circuit on a Si substrate. The element becomes expensive, and is unsuitable as an element for storing information such as a moving image for a long time. On the other hand, the nonvolatile memory element and the nonvolatile memory circuit of the present invention have an end portion of the first conductor and the second conductor at the intersection of the first conductor and the second conductor, which are wiring patterns. Provided is a low-cost and large-capacity nonvolatile memory element and a nonvolatile memory circuit capable of recording / reproducing information with a very simple configuration of having a third conductor for connecting to the end of the memory. It is possible. Further, by stacking the nonvolatile memory element and the nonvolatile memory circuit, it is possible to provide a nonvolatile memory element having a larger capacity. Therefore, in the recording / reproducing apparatus using the nonvolatile memory element, the nonvolatile memory circuit, or the nonvolatile memory card according to the present invention, a large amount of information such as a moving image is inexpensively stored. It also has the additional effect of being able to memorize.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a planar configuration example of a nonvolatile memory element of the present invention.
2 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the nonvolatile memory element shown in FIG. 1 along the line A-A ′ of FIG. 1;
FIGS. 3A to 3C are process explanatory views showing a method for forming a nonvolatile memory element according to the present invention. FIGS.
4A to 4C are process explanatory views showing processes subsequent to the processes of FIGS. 3A to 3C. FIG.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile memory element of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a semiconductor circuit used for recording / reproduction of the nonvolatile memory element of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a recording state of the semiconductor circuit.
FIG. 8 is a schematic block diagram showing a configuration of a nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another planar configuration example of the nonvolatile memory element of the present invention.
10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the nonvolatile memory element shown in FIG. 9 along the line A-A ′ of FIG. 9;
FIG. 11 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a substrate surface in the nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 12 is a schematic perspective view showing an entire configuration of a nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 13 is a schematic perspective view illustrating another configuration of the substrate surface in the nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 14 is a schematic perspective view showing another overall configuration of the nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 15 is a schematic perspective view illustrating still another configuration of the substrate surface in the nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 16 is a schematic perspective view showing still another overall configuration of the nonvolatile memory circuit of the present invention.
FIG. 17 is a schematic perspective view showing a configuration example of a nonvolatile memory card according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic perspective view showing another configuration example of the nonvolatile memory card of the present invention.
FIG. 19 is a schematic perspective view showing a part of still another configuration example of the nonvolatile memory card of the present invention.
FIG. 20 is a schematic perspective view showing still another overall configuration of the nonvolatile memory card of the present invention.
FIG. 21 is a schematic block diagram showing a configuration of a nonvolatile memory circuit mounted on the lowermost layer of the nonvolatile memory card shown in FIG. 20;
22 is a schematic block diagram showing a configuration of a nonvolatile memory circuit mounted on the second and higher layers from the bottom of the nonvolatile memory card shown in FIG.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a planar configuration of a conventional nonvolatile memory element.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
3 First conductor
4 Insulating film
5 Second conductor
6 Third conductor
7, 8 Insulator
9 Photoresist pattern
10, 29 Nonvolatile memory element
11, 37, 39 Nonvolatile memory circuit
26 Si substrate (semiconductor layer)
27, 31 Circuit input / output terminal
28, 33, 34 Recording / reproduction control circuit
30 substrates
32 Amorphous Si thin film (semiconductor layer)
36 Card-like board
38 Memory circuit selection circuit
41 External input / output terminals

Claims (16)

絶縁膜を間に挟んで絶縁された複数の第1導電体と複数の第2導電体と、第1導電体と第2導電体との間に与えた電位差によって溶断する第3導電体とを有し、
該第1導電体、該絶縁膜および該第2導電体がこの順で積層されており、
該第1導電体と該第2導電体とがマトリクス状に互いに交差するように配置され、少なくとも該第1導電体と該第2導電体との各交差位置において該絶縁膜が第2導電体の延伸方向と同じ方向に延びるように形成されており、
第1導電体、絶縁膜および第2導電体からなる3層構造における、該第1導電体と該第2導電体との各交差位置において、該第1導電体及び該第2導電体の各外表面の少なくとも一部同士が、上記第3導電体により電気的に接続されており、
上記第3導電体は、上記各交差位置において、上記第2導電体の延伸方向に延びる該第2導電体の外表面である側面の片側および上表面の少なくとも一部と、上記第1導電体における上記絶縁膜が積層されている側の外表面と、を接続していることを特徴とする不揮発性記憶素子。
A plurality of first conductors and a plurality of second conductors insulated with an insulating film interposed therebetween, and a third conductor fused by a potential difference applied between the first conductor and the second conductor. Have
The first conductor, the insulating film, and the second conductor are laminated in this order,
The first conductor and the second conductor are arranged so as to intersect with each other in a matrix shape, and the insulating film is at least at each intersection position of the first conductor and the second conductor. Is formed so as to extend in the same direction as the stretching direction of
Each of the first conductor and the second conductor at each crossing position of the first conductor and the second conductor in a three-layer structure including the first conductor, the insulating film, and the second conductor. At least a part of the outer surface is electrically connected by the third conductor,
The third conductor includes at least a part of one side and an upper surface of the side surface, which is an outer surface of the second conductor extending in the extending direction of the second conductor, and the first conductor at each crossing position. A non-volatile memory element, wherein the outer surface on the side where the insulating film is laminated is connected.
上記各交差位置の少なくとも1箇所における第3導電体の切断により、情報が記録されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。  The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein information is recorded by cutting the third conductor at at least one of the intersecting positions. 上記第3導電体の幅が、上記第1導電体の幅、及び、上記第2導電体の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。  The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein a width of the third conductor is narrower than a width of the first conductor and a width of the second conductor. 上記第3導電体の膜厚が、上記第1導電体の膜厚、及び、上記第2導電体の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。  2. The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein the film thickness of the third conductor is smaller than the film thickness of the first conductor and the film thickness of the second conductor. 上記第3導電体の融点が、上記第1導電体の融点、及び、上記第2導電体の融点よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。  2. The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein a melting point of the third conductor is lower than a melting point of the first conductor and a melting point of the second conductor. 上記第1導電体は、直線帯状であって互いに並列的に配置されており、
上記第2導電体もまた、直線帯状であって互いに並列的に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。
The first conductors are linear strips arranged in parallel with each other,
The non-volatile memory element according to claim 1, wherein the second conductor is also formed in a straight strip shape and arranged in parallel with each other.
上記第1導電体と第2導電体の各外表面を上記第3導電体により接続する箇所は、各交差位置毎に少なくとも2箇所有ることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。  2. The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein there are at least two locations where the outer surfaces of the first conductor and the second conductor are connected by the third conductor at each intersection position. . 請求項1に記載の不揮発性記憶素子が記録再生制御回路を有する半導体層上に設けられており、
複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴とする不揮発性記憶回路。
The nonvolatile memory element according to claim 1 is provided on a semiconductor layer having a recording / reproducing control circuit,
The plurality of first conductors and the plurality of second conductors are each connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal. A nonvolatile memory circuit.
複数の上記不揮発性記憶素子が上記半導体層上に設けられており、該不揮発性記憶素子毎に記録再生制御回路を設けたことを特徴とする請求項8に記載の不揮発性記憶回路。  9. The nonvolatile memory circuit according to claim 8, wherein a plurality of the nonvolatile memory elements are provided on the semiconductor layer, and a recording / reproducing control circuit is provided for each nonvolatile memory element. 上記記録再生制御回路を形成するための半導体層が、基板上に設けられた非晶質Si層、基板上に設けられた多結晶Si層、もしくは、基板上に設けられた非晶質Si層を局所的に温度上昇させることにより作製された多結晶Si層のいずれかであることを特徴とする請求項8に記載の不揮発性記憶回路。  The semiconductor layer for forming the recording / reproducing control circuit is an amorphous Si layer provided on the substrate, a polycrystalline Si layer provided on the substrate, or an amorphous Si layer provided on the substrate. The nonvolatile memory circuit according to claim 8, wherein the nonvolatile memory circuit is any one of a polycrystalline Si layer produced by locally raising the temperature of the semiconductor layer. 請求項1に記載の不揮発性記憶素子が、半導体層上に設けられた記録再生制御回路の上に、絶縁膜を介して設けられており、
複数の上記第1導電体、及び、複数の上記第2導電体が、それぞれ、該記録再生制御回路に接続され、かつ、該記録再生制御回路が回路入出力端子に接続されていることを特徴とする不揮発性記憶回路。
The nonvolatile memory element according to claim 1 is provided on a recording / reproducing control circuit provided on the semiconductor layer via an insulating film,
The plurality of first conductors and the plurality of second conductors are each connected to the recording / reproducing control circuit, and the recording / reproducing control circuit is connected to a circuit input / output terminal. A nonvolatile memory circuit.
請求項8に記載の不揮発性記憶回路が、複数積層されて設けられていることを特徴とする不揮発性記憶回路。  A non-volatile memory circuit, wherein a plurality of the non-volatile memory circuits according to claim 8 are stacked. 複数の上記不揮発性記憶回路が有する回路入出力端子が、積層方向に重ならないように設けられていることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性記憶回路。  13. The nonvolatile memory circuit according to claim 12, wherein circuit input / output terminals of the plurality of nonvolatile memory circuits are provided so as not to overlap in the stacking direction. 外部入出力端子に接続された記憶回路選択回路を有し、複数の上記不揮発性記憶回路の回路入出力端子が、該記憶回路選択回路に接続され、該記憶回路選択回路には、記録再生を行う不揮発性記憶回路を選択する第1の選択信号と、選択された不揮発性記憶回路の活性化すべき第1導電体および第2導電体を選択する第2の選択信号と、記録再生すべき情報信号とが、外部入出力端子を介して入力されることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性記憶回路。  A memory circuit selection circuit connected to an external input / output terminal, and the circuit input / output terminals of the plurality of nonvolatile memory circuits are connected to the memory circuit selection circuit, and the memory circuit selection circuit performs recording / reproduction A first selection signal for selecting a nonvolatile memory circuit to perform, a second selection signal for selecting a first conductor and a second conductor to be activated in the selected nonvolatile memory circuit, and information to be recorded / reproduced The nonvolatile memory circuit according to claim 12, wherein the signal is input through an external input / output terminal. 請求項8から14の何れか1項に記載の上記不揮発性記憶回路が、カード状基板上に設けられたことを特徴とする不揮発性記憶カード。  15. A nonvolatile memory card, wherein the nonvolatile memory circuit according to claim 8 is provided on a card-like substrate. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子、もしくは、請求項8から請求項14のいずれか1項に記載の不揮発性記憶回路、もしくは、請求項15に記載の不揮発性記憶カードに対して、情報の記録再生を行うことを特徴とする記録再生装置。  The nonvolatile memory element according to any one of claims 1 to 7, or the nonvolatile memory circuit according to any one of claims 8 to 14, or according to claim 15. A recording / reproducing apparatus for recording / reproducing information on / from a nonvolatile storage card.
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