半导体装置的制作方法

专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置，涉及包含由与存储信息对应地在电阻值 中产生差的元件构成的存储单元的存储装置，特别是涉及应用于包含 使用了利用疏族化合物材料的状态变化来存储信息、检测由该信息产 生的电阻值差来辨别信息的存储单元的相变存储器的存储装置的有 效的技术。
背景技术：
作为本发明者研究的技术，例如在包含相变存储器的半导体装置
中可考虑以下的技术。存储元件将至少包含锑(Sb)和碲(Te)的 Ge-Sb-Te系列、Ag-In-Sb-Te系列等的硫族化合物材料(或相变材料) 用作记录层的材料。此外，选择元件使用了二极管。这样，例如在非 专利文献l中叙述了使用了硫族化合物材料和二极管的相变存储器的 特性。
图2是表示在使用了相变材料的电阻性存储元件的相变中必要 的脉冲宽度和温度的关系的图。在该存储元件中写入存储信息"0"的 情况下，如图2中所示，施加将元件加热到大于等于硫族化合物材料 的熔点Ta之后急剧地冷却那样的复位脉冲。通过缩短冷却时间tl， 例如设定为约lns，硫族化合物材料成为高电阻的非晶质状态。
相反，在写入存储信息"l，，的情况下，通过施加将存储元件保持 为比熔点Ta低、比与玻璃转移点相同或比其高的结晶化温度Tx高的 温度区域的那样的置位脉沖，硫族化合物材料成为低电阻的多晶状 态。在结晶化中所需要的时间t2根据硫族化合物材料的组成而不同。 图2中表示的元件的温度依赖于存储元件本身发出的焦耳热和对于周 围的热扩散。在专利文献1中记载了具有隔着绝缘层层叠了具有强电介质层 的存储单元的阵列结构的半导体存储装置的存储单元特性和读出条 件。具体地说，由于存储单元的热经历在每个层中不同，故根据所形 成的层，在存储单元的电特性中产生差别。叙述了为了可靠地读出这
在专利文献2中记载了具有层叠了由硫族化合物材料构成的存储单元 的阵列结构的半导体存储装置的存储单元特性。即，将硫族化合物材 料叙述为具有容易受到层叠排列的形成步骤的影响的特性。在专利文 献3中记栽了层叠型磁存储器的存储器阵列结构。具体地说，为了防 止在每层中写入特性改变的情况，叙述了在每层中改变布线结构或接 点结构等的方式。
专利文献1日本专利2003-060171号7>才艮
专利文献2日本专利2007-501519号公报
专利文献3日本专利2004-266220号公报
非专利文献1r IEEE International Solid画State Circuits Conference, Digest of Technical Papers J (美国)，2007年，p.472-47
发明内容
(发明要解决的问题) 本申请者等在本申请之前研究了使用由硫族化合物材料构成的
记录层和二极管的相变存储器的高集成化。特别是在研究通过层叠存 储器阵列得到的三维化时发现了下述的二个问题。
第一个问题是，由于存储单元的热经历在每个层中不同，故在存 储单元的电特性中存在产生差别的危险。具体地说，下层的存储器阵 列的热负载较大。因此，可预期下层的存储器阵列的制造后的电阻值 较低。在相变存储器中， 一般来说，进行施加比通常的改写动作高的 电压或大的电流以降低电阻的所谓初始化动作。如果将该初始化动作 中的偏压设定为与需要更高的电压或更大的电流的上层的存储器阵 列一致的值，则对于电阻值低的下层的存储单元施加过度的应力，存
10在记录层的电特性劣化的危险。因而，希望根据形成了初始化的存储 单元的层来调整初始化动作中的电压或电流。
第二个问题是，由于因与第一个问题同样的热经历产生的存储单 元的电特性的差别的缘故，存在通常的改写动作后的电阻值产生离散 (偏差)的危险。在前面叙述的专利文献l中记载的具有强电介质层 的存储器、即强电介质存储器中，通过对强电介质施加电场以改变自 发极化的方向来存储信息。作为补偿在所形成的层之间产生的存储单 元的电特性差的方法，可考虑在每层中改变改写电压。但是，由于该 方法有必要在每层中设置用于改变改写电压的电压控制电路，进而导 致随着晶体管尺寸的增大而芯片面积增加，故是不理想的。因而，如 专利文献l中叙述的那样，必须通过调整读出条件(在此，是参考电 压)来补偿改写动作后的在存储单元中产生的电特性的差。
另一方面，在相变存储单元中，也可预期根据改写后的状态的差
异导致干扰(disturb)或耐用性(endurance)等的特性劣化的情况。 为了避免这样的问题，在用于成为高电阻状态的复位动作中，如果与 需要较高的电压或大的电流的下层的存储器阵列一致地设定动作条 件，则对电阻值相对高的位于上层的存储器阵列的存储单元施加过度 的应力。其结果，复位后的电阻值提高到必要的程度以上，存在不能 进行逆转改写动作的危险。与此相反，如果将复位动作中的偏压设定 为对于上层的存储器阵列必要的值，则由于对电阻值相对低的位于下 层的存储器单元供给的能量不足，故存在不变化为所希望的电阻值的 危险。但是，在考虑抑制芯片面积而在硅衬底上形成在各层中共同的 读出电路的情况下，为了实现可靠的读出动作，复位状态的单元电阻 必须大于等于一定值。因而，希望对于位于存储器阵列的任意的位置 上的存储单元都成为相同的电阻值那样的复位动作。
第三个问题是，由于迄今为止叙述的热负载的影响的缘故，存在 根据形成存储单元的层在成品率上产生差别的危险。即，在迄今为止 的芯片体系结构中，在存在成品率低的层的情况下，判断为芯片整体 不合格而废弃该芯片。在这样的检查方法中，每个晶片的芯片取得个数就减少了，结果导致位成本的增加。为了减少位成本，希望有下述
的体系结构按层单位进行合格品判断，即使存在一个成品率高的层 也能够将该芯片看作合格品而出厂。
因此，本发明的目的在于，鉴于这样的问题等，在具有层叠了存 储单元的结构的存储器阵列的相变存储器中，通过根据形成了存储单 元的层调整初始化动作或写入动作的驱动电压或驱动电流，将存储单 元控制为所希望的电阻值而不损害硫族化合物材料的电特性。此外， 本发明的目的在于作成下述的存储器阵列结构按层单位评价存储单 元的性能，即使存在一个成品率高的层，也能只使用该层。根据本说 明书的记述和附图，本发明的上述的目的和新的特征会变得很明白。
(用于解决问题的方法)
要，则如下所述。
其特征在于，具有第l存储单元，设置在第l层中，具有并利 用电流写入存储信息的第l存储元件；第2存储单元，设置在上述第 l层的上方形成的第2层中，具有利用电流写入存储信息的第2存储 元件；第l地址解码器，用于输出用来选择上述第l层的第l层选择 信号或用来选择上述第2层的第2层选择信号；以及改写驱动器，用 于在对上述第l存储单元写入第l存储信息时对上述第l存储单元供 给第1电流、在对上述第2存储单元写入上述第l存储信息时对上述 第2存储单元供给与上述第1电流不同的大小的第2电流，上述改写 驱动器根据上述第1层选择信号和上述第2层选择信号控制上述第1 电流和上述第2电流的大小。
或者，其特征在于，具有第1位线，设置在第1层中；第2 位线，设置在形成于上述第l层的上方的第2层中；第1字线和第2 字线，与上述第l位线和上述第2位线交叉；笫l存储单元，设置在 上述第l位线与上述第l字线的交点处，具有利用电流写入存储信息 的第l存储元件和用于在从上述第l字线经由上述第l存储元件到达 上述第l位线的方向上流过电流的第l整流元件；第2存储单元，设
12置在上述第1位线与上述第2字线的交点处，具有利用电流写入存储 信息的第2存储元件和用于在从上述第2字线经由上述第2存储元件 到达上述第l位线的方向上流过电流的第2整流元件；第3存储单元， 设置在上述第2位线与上述笫l字线的交点处，具有利用电流写入存 储信息的第3存储元件和用于在从上述第l字线经由上述第3存储元 件到达上述第2位线的方向上流过电流的第3整流元件；以及第4存 储单元，设置在上述第2位线与上述第2字线的交点处，具有利用电 流写入存储信息的第4存储元件和用于在从上述第2字线经由上述第 4存储元件到达上述第2位线的方向上流过电流的第4整流元件，在 对上述第1或第2存储单元进行初始化的情况下，对上述第1或第2 存储单元供给第1电压，在对上述第3或第4存储单元进行初始化的 情况下，对上述第3或第4存储单元供给与上述第1电压不同的第2 电压。
或者，其特征在于，具有第1存储单元，设置在第l层中， 具有利用电流写入存储信息的第l存储元件；第2存储单元，设置在 形成于上述笫l层的上方的第2层中，具有利用电流写入存储信息的 第2存储元件；地址变换电路，用于将用来选择上述第l层或上述第 2层的某一方的第1地址信号变换为用来选择上述第1层或上述第2 层的另一方的第2地址信号；多路转换器，用于选择上述第l地址信 号和从上述地址变换电路输出的上述第2地址信号中的某一方；以及 第l地址解码器，用于根据上述多路转换器所选择的信号发生选择上 述第1层的第1层选择信号或选择上述第2层的第2层选择信号。 (发明效果)
如果简单地说明由在本申请中公开的发明中的代表性的内容得 到的效果，则可实现高可靠性动作的相变存储器。


图1是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的相变存 储器的主要部分电路块的结构例的图。图2是表示在使用了相变材料的电阻元件的相变所需要的脉沖 宽度和温度的关系的图。
图3是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图1中记载的 电路块中的存储器阵列结构例的图。
图4是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图3中记载的 存储器阵列中包含的层叠存储单元的剖面的图。
图5是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图1中记载的 相变存储器的存储器映射图的图。
图6是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图5中记载的 页结构的例子的图。
图7是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中列地址的分配 的例子的图。
图8是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中行地址的分配 的例子的图。
图9是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的图1 中的读出放大器电路的详细的结构的例子的图。
图IO是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的图1 中的改写驱动器的详细的结构的例子的图。
图ll是表示在本发明的实施方式l的半导体装置中图IO中记载 的改写驱动器中的复位的存储层与复位电流的关系的图。
图12是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中阵列电压 VARY的每个动作的设定的图。
图13是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的相变 存储器的初始化动作的例子的图。
图14是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图13中记载 的相变存储器的初始化动作中的内部动作的例子的图。
图15是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的相变 存储器的写入动作的例子的图。
图16是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图15中记载的相变存储器的写入动作中的内部动作的例子的图。
图17是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中包含的相变 存储器的读出动作的例子的图。
图18是表示在本发明的实施方式1的半导体装置中图17中记载 的相变存储器的读出动作中的内部动作的例子的图。
图19是表示在本发明的实施方式2的半导体装置中包含的图1 中的改写驱动器的详细的结构的例子的图。
图20是表示在本发明的实施方式2的半导体装置中图19中记载 的改写驱动器中的复位的存储层与复位电流的关系的图。
图21是表示在本发明的实施方式3的半导体装置中包含的相变 存储器的主要部分电路块的结构例的图。
图22是表示在本发明的实施方式3的半导体装置中图21中记载 的电路块中的地址变换电路的结构例的图。
图23是表示在本发明的实施方式3的半导体装置中图22中记载 的地址变换电路中的地址变换表的图。
图24是表示在本发明的实施方式3的半导体装置中图22中记栽 的多路转换器的功能的图。
图25是表示在本发明的实施方式4的半导体装置中用于确认其 中包含的相变存储器的各存储层的可否使用的读出动作中的流程的 图。
图26是表示在本发明的实施方式4的半导体装置中包含的相变 存储器的读出动作的变形例的图。
图27是表示在本发明的实施方式4的半导体装置中输入指令与 芯片内部信号的对应的例子的图。
图28是表示在本发明的实施方式4的半导体装置中包含的相变 存储器的器件ID读出动作的例子的图。
图29是表示在本发明的实施方式4的半导体装置中器件ID的 内容的例子的图。
图30是表示在本发明的实施方式5的半导体装置中其主要部分块的结构的例子的图。
图31是表示在本发明的实施方式6的半导体装置中其主要部分 块的结构的例子的图。
图32是表示在本发明的实施方式7的半导体装置中包含的图1 中的改写驱动器的详细的结构的例子的图。
图33是表示在本发明的实施方式7的半导体装置中图32中记载 的改写驱动器中的复位的存储层与复位电流的关系的图。
图34是表示在本发明的实施方式7的半导体装置中图22中记栽 的相变存储器的写入动作中的内部动作的例子的图。
图35是表示在本发明的实施方式8的半导体装置中包含的相变 存储器的主要部分块的结构的例子的图。
图36是表示在本发明的实施方式8的半导体装置中阵列电压 VARY的设定和图35中记栽的电压选择电路的功能的图。
(符号说明)
PCM、 PCM0-PCM3 相变存储器
PL0-PL3 存储器平面
MA 存储器阵列
YDEC 列解码器
XDEC1、 XDEC2、 XDEC3 行解码器
D[16895:0、DOT/B ~ D16895T/B 数据线对
IA30:01 地址信号
PA0[28:27、PA0[26:24、PA0[23:21、 内部地址信号 CA28:271、 IA[28:27
WL[4095:01 字线
BS[7:0
位线选择线
LS7T、 LS7B) (LS0T、 LSOB) 选择线
CTL1 CTL4 控制信号组
INITV[3:0
初始化电压
VARY、 VO、 VI、 V2、 V3 阵列电压
16IO[7: 0j
CLE
ALE
CEB
REB
WEB
WPB
RBB
PS[3: 01
SM0 SM16895
MUXB1、 MUXB2、 MB10 MB116895
MBOO MB ( 212-1 ) 7
R
D
MC1 MC4
MUX、 MUX10 MUX17、
MUX20 MUX216895
LB001 LB004
BL00 BL1168958
CD0 CD116895
RW0 RW16895
SA
WD
100
101
103
104
105
201~204、 211~214、 500~501
输入输出线
指令锁存起动信号
地址锁存起动信号
芯片起动信号
读出起动信号
写入起动信号
写入保护信号
准备就绪/忙信号
存储器平面选择信号
子存储器阵列
多路转换器组
层叠存储器单元组 相变电阻元件 存储器单元选择用二极管 存储器单元 多路转换器
局部位线 位
共同数据线
读写电路
读出放大器
改写驱动器
P型硅衬底
P阱区
多晶硅层
N+扩散层区域
元素分离用氧化物
鴒层600
301、 302、 303、 304
400
401
402 SA PCC CCL RG DLE(J CSP、 CSN RGE1、 RGE2 VDD
VPP VDR
vss
VREF
VBIASO、 VBIAS1
M謂、MN71、 MN72、 MN73
MP700、 MP701、 MP710、 MP711、 MP710、
MP722、 MP723、 MP724、 MP725、 MP726
INT一EN
IV700、 IV730~733 Icell、 Iint、 Iset、 Irst SET一EN
ND70 、 ND71 、 ND720 、 ND721 、
ND730 ND733
INIT一EN
SET EN
相间绝缘膜 接点
PN 二极管的P层
PN二极管的N层
硫族化合物材料层
读出放大器
预充电电路
交叉耦合型锁存放大器
传输门
数据线均衡信号
共同源线
传输门起动信号
电源电压
升压电压
基准电压
接地电压
参考电压
偏置电压
NMOS晶体管
PMOS晶体管
初始化起动信号 倒相器电路 存储单元电流 置位起动信号 二输入NAND电路
初始化起动信号 置位起动信号
18RST—EN、 RST_EN0~RST—EN3置位起动信号
IN1、 IN2初始化指令信号
CA1、 CA2列地址
RA1、 RA2、 RA3行地址
PRG1、 PRG2写入指令信号
RD1、 RD2读出指令信号
IV720、 IV721倒相器电路
AE地址变换电路
AEL地址变换逻辑电路
INIT初始化模式信号
TEST测试模式信号
NORM通常动作模式信号
RLS1、 RLS2存储层可否使用确认指令
信号
RLS存储层确认模式信号
RID器件ID读出指令信号
NVCTL非易失存储器控制芯片
SBUS系统总线
NR730四输入NOR电路
PAD—V0~PAD_V3焊区
VGEN芯片内部电源发生电路
VSEL电压选择电路
具体实施例方式
以下，根据附图详细地说明本发明的实施方式。再有，在用于说 明实施方式的全部的图中，对于同一构件原则上附加同一符号，省略 其重复的说明。此外，构成实施方式的各功能块的电路元件不作特别
限定，可利用众所周知的CMOS (互补型MOS晶体管)等的集成电 路技术在单晶硅那样的半导体衬底上形成。再有，在实施方式中，作为MISFET(金属绝缘体半导体场效应 晶体管)的一例，使用MOS (金属氧化物半导体)晶体管。在附图 中，通过在P沟道型MOS晶体管(PMOS晶体管)中对栅极附加箭 头的记号，与N沟道型MOS晶体管(NMOS晶体管)加以区别。在 附图中未特别明确地记述MOS晶体管的衬底电位的连接，但只要是 MOS晶体管可正常地动作的范围，其连接方法就不作特别限定。 (实施方式1)
条件和改、写条件的相P变存储器。'' '—'、
首先，按照图1至图4，说明本发明的相变存储器。本发明的相 变存储器是隔着绝缘层层叠了由硫族化合物材料构成的记录层和单 元选择用的二极管构成的存储单元的结构。 《层叠相变存储器的整体结构》
图l是表示在本发明的实施方式l的半导体装置中相变存储器的 主要部分结构例的电路框图。在该图中，作为一例，表示了由2Gbit 的存储器平面PL0 PL3构成的8Gbit的情况的结构。各存储器平面 由存储器阵列MA、读出放大器及改写驱动器(S/A & Write Driver )、 列选择门(Y-Gating)、列解码器YDEC、第一行解码器XDEC1、 第二行解码器XDEC2和第三行解码器XDEC3构成。存储器阵列MA 如前面所述那样，是将由硫族化合物材料构成的记录层和单元选择的 二极管构成的存储单元配置成三维矩阵状的结构。读出放大器及改写 驱动器是进行来自存储器阵列的存储信息的读出和对存储器阵列的 存储信息的写入动作的电路块。列选择门(Y-Gating)是经16896 {= (2"+29) -1}条数据线对D[16895: O]连接到读出放大器及改写驱动 器上、同时经平面数据总线PDBUS连接到输入输出线緩冲器组和锁 存器电路组(I/O Buffers & Latches)上以进行存储信息的收发的电 路块。
以下着眼于存储器平面PLO说明各解码器的动作。列解码器 YDEC是在连接上述的读出放大器及改写驱动器与输入输出线緩沖器组和锁存器电路组的列选择门中用于选择激活的门的电路块。第一
至第三行解码器XDEC1 XDEC3是进行激活的存储单元的选择的电 路块。第一行解码器是根据分配给存储器平面PL0用的内部地址 PA0[23: 12从4095 ( 212-1 )条字线WL[4095: O]选择一条并将其激 活的电路块。笫二行解码器是根据分配给存储器平面PLO用的内部地 址PA0[26: 24从8条位线选择线BS[7: 0选择一条并将其激活的电 路块。第三行解码器是根据分配给存储器平面PLO用的内部地址 PA0[28: 27从4对层选择线(LS7T、 LS7B) ~ (LSOT、 LSOB)选择一 对并将其激活的电路块。
阵列电压VARY是从相变存储器PCM的外部供给第 一行解码器 XDEC1和改写驱动器WD的电压。此处，如后述的图12中表示的那 样来控制阵列电压。即，在进行初始化动作的情况下，在设定为V0~ V3的某一个以使在各自的层中成为最佳的电压之后，进行读出或改 写动作的情况下，在无论哪个层都常时设定为VDD，然后供给第一行 解码器XDEC1和改写驱动器。
在此，阵列电压VARY具有在初始化动作中对每层供给最佳的
初始〗匕电压的这一特;f正。
这样，利用对第 一行解码器XDEC1供给在每层中进行了控制的 阵列电压VARY的结构，按照因电特性的差异在每层中具有离散的电 阻值，可在每层以最佳的电压进行存储单元的初始化动作。在此，如 后述的实施方式7中所示，也可在内部设置电源发生电路来生成为了 初始化使用的电压。但是，由于用出厂时的测试等进行一次初始化动 作就足够了，故可不在内部设置电源发生电路，而是从外部供给。通 过从外部供给电源，可防止因内部电源电路导致的芯片面积的增大。
此外，利用对改写驱动器WD供给对每层进行了控制的阵列电 压VARY的结构，可将在初始化动作时流过存储单元的电流量lint 控制为适当的值，能以更高的精度进行初始化动作。
其次，说明周边电路块。用本发明的相变存储器处理的存储信息、 指令信号、地址信号分别从输入输出线IO[7: O]经全局緩冲器(GlobalBuffer)或输出驱动器(Output Driver)来收发。利用控制信号组 CTL1控制全局緩冲器(Global Buffer)。进而经对应的全局总线 GBUS1或全局总线GBUS2在全局緩冲器(Global Buffer)或输出驱 动器(Output Driver)与输入输出线緩冲器组和锁存器电路组(I/O Buffers & Latches )之间传送存储信息。利用控制信号组CTL2控制 输入输出线緩冲器组和锁存器电路组(I/O Buffers & Latches)。从 全局緩冲器(Global Buffer)经芯片内部总线IBUS对指令寄存器和 控制逻辑电路(Command Resister & Control Logic )传送指令信号。 同样经IBUS对地址緩沖器组和锁存器组传送地址信号IA[30: 0。具 体地说，将地址信号IA[11: O]传送给列地址緩冲器组和锁存器组 (Y-Buffers& Latches )。将地址信号IA[30: 12传送给行地址緩冲 器纟且和锁存器组(X-Buffers & Latches )。
指令寄存器和控制逻辑电路(Command Resister & Control Logic )进而按照从行地址緩沖器组和锁存器组(X-Buffers & Latches ) 输出的存储器平面选择信号PS[3: 0和多个控制信号，将控制信号组 CTL1 ~ CTL4分配给相变存储器的各块。多个控制信号具体地说是指 令锁存起动信号CLE、地址锁存起动信号ALE、芯片起动信号CEB、 读出起动信号REB、写入起动信号WEB、写入保护信号WPB、准备 就绪/忙信号RBB。指令锁存起动信号CLE是用于激活暂时地存储指 令信号的上述的指令寄存器的信号。地址锁存起动信号ALE是用于 激活暂时地存储地址信号的上述的地址緩沖器组和锁存器组的信号。 芯片起动信号CEB是用于选择相变存储器芯片的信号。读出起动信 号REB是用于一边在芯片内部发生列地址一边激活上述的输出驱动 器来输出存储信息的信号。写入起动信号WEB是用于接收存储信息、 指令信号、地址信号的信号。写入保护信号WPB是用于防止电源启 动时的未考虑的写入动作的信号。准备就绪/忙信号RBB是通知芯片 内部的状态是否在读出动作或写入动作之中的信号。
列地址緩冲器组和锁存器组(Y-Buffers & Latches )是用于按照 控制信号组CTL3和存储器平面选择信号PS[3: 0将地址信号IA[11:0传送给存储器平面PL0 PL3的电路块。例如，在激活了存储器平 面控制信号PSO的情况下，内部地址信号PA0[11: 0被激活。通过将 内部地址信号有选择地分配给激活的存储器平面，可抑制信号线的驱 动中需要的功耗。
行地址緩冲器组和锁存器组(X-Buffers & Latches )是用于按照 存储器平面选择信号PS[3: OI将地址信号IA[30: 12传送给存储器平 面PL0 PL3的电路块。利用与内部地址信号PA0[11: 0同样地按照 内部地址信号PA[30: 29发生的存储器平面控制信号PSO ~ PS3来选 择传送目的地的存储器平面。 《存储器阵列的结构》
图3是表示图1中表示的存储器阵列MA的详细的结构例的图 通过如该图那样构成存储器阵列MA，利用层叠了由使用硫族化合物 材料的存储层和二极管构成的存储单元的结构，可提高存储单元的集 成度。以下说明其详细的情况。
以下将用一次读出动作或写入动作进行存取的存储单元的单位 称为页。图3的存储器阵列MA具有131072 (=217)个页。各自的页 由2k字节的主区和64字节的备用区构成，若将其合计，则是2112k 字节的规模。以下详细地说明这样的特征的存储器阵列MA。
存储器阵列MA由16896 (=214+29 )个子存储器阵列SMO ~ SM16895和第一多路转换器組MUXB1、第二多路转换器组MUXB2 构成。子存储器阵列SM0~SM16895分别例如像子存储器阵列SMO 那样由在4096= ( 212)条字线WLO ~ WL4095 ( -WL ( 212-1))和8 组局部位线对(LB001~LB004) ~ ( LB071 ~ LB074 )的各交点处配 置的层叠存储单元组MBOO~MB (212-1) 7构成。层叠存储单元組 MBOO MB (212-1) 7分别用在对应的位线与字线之间串联连接了使 用硫族化合物材料的具有记录层的功能的相变电阻元件R与存储单 元选择用的二极管D的存储单元MCI ~ MC4构成。
第一多路转换器组MUXB1由与16896 (=214+29 )个子存储器阵 列SM0 SM16895对应的多路转换器组MB10 MB116895构成。多路转换器组MB10 ~ MB116895分别是例如像多路转换器组MB10内 的多路转换器MUX10那样，按照存储层选择信号LS[3: O]从4条局 部位线LB001 ~ LB004选择一条连接到位BL00上的电路。
第二多路转换器组MUXB2由与16896 (=2"+29)个子存储器阵 列SM0~SM16895对应的多路转换器MUX20 ~ MUX216895构成。 多路转换器MUX20 ~ MUX216895分别是例如像多路转换器MUX20 那样，按照位线选择信号BS[7: 0从8条局部位线BL00 BL07选择 一条连接到共同数据线CDO上的电路。
在图3中也记载了读出i丈大器及改写驱动器(S/A & Write Driver )。读出放大器及改写驱动器(S/A & Write Driver )由与16896 (=2"+29)个子存储器阵列SM0 SM16895对应的读写电路RW0 RW16895构成。读写电路RW0 RW16895分别例如像读写电路RW0 那样，配置在共同数据线CDO与数据线对DOT/B之间。读写电路RWO 由读出放大器SA和改写驱动器WD构成。
在图3中，在层叠存储单元组MBOO MB (212-1) 7内，关于 第1层的存储单元MC1至第4层的存储单元MC4,在各自的每个存 储单元中设置了位线，字线从存储单元MC1至MC4汇总地利用同一 布线进行短路。该结构与本实施例相反，即使在各自的每个存储单元 中设置了字线并汇总地利用同一布线设置位线也能实现同样的结构。 但是，由于多条字线分别与行解码器XDEC1内的选择电路连接，故 关于其每一个分别连接面积大的PMOS。因此，通过将多条字线汇总 而可抑制PMOS的数量的本实施例在能抑制电路面积的增大这一点 上是更有效的。
图4表示图3中表示的层叠存储单元组和第一多路转换器組的剖 面结构。在该图中，作为一例，表示了连接到局部位线对LB001~ LB004上的层叠存储单元组MBOO MB ( 212-1 ) 0和多路转换器 MUXIO。本实施方式的层叠存储单元組的特征在于堆叠了四个图3 中表示的存储单元MCI ~ MC4。
在P型硅衬底100上形成的P阱区101内形成层叠存储单元组MB00 ~ MB( 212-1 )0和多路转换器MUXIO。 103是多路转换器MUX10 具有的NMOS晶体管的成为栅电极的多晶硅层。括号内的记号是存 储层选择信号LS[3: 01。 104是NMOS晶体管的成为源电极或漏电极 的N+扩散层区域。105是用于隔断晶体管间的通电的元件分离用的氧 化物。
201 ~ 204是成为局部位线LB001~LB004的第--第四鴒层。
211 ~ 214是成为字线的第五 第八鴒层。字线如WL0那样，在层叠 存储单元组内共有，第五~第八鴒层在纸面上未呈现的位置上短路。 用相间绝缘膜600使这些第一 ~第八鵠层互相分离。
301是用于连接第一鴒层与N+扩散层的第一接点。302是用于连 接第二鴒层与第一鴒层的第二接点。303是用于连接第三鴒层与第二 鸽层的第三接点。304是用于连接第四钨层与第三钨层的第四接点。
例如〗象层叠存储单元组MBOO内的存储单元MC1那样，在成为 局部位线LB001的鴒层(在此是201)与成为字线WLO的鴒层(在 此是211)之间将存储单元形成为柱状。400是PN 二极管的P层， 401是PN 二极管的N层，402是硫族化合物材料层。此外，500是 PN 二极管与硫族化合物材料层之间的成为緩冲层的第九鴒层，501 是硫族化合物材料层与局部位线之间的成为緩冲层的第十鵠层。在 此，存储单元也可以是具有选择晶体管和硫族化合物材料层并将字线 连接到选择晶体管的栅上的结构。但是，利用如本实施例那样具有二 极管和硫族化合物材料层的结构，可进一步提高存储单元的集成度。 《存储器映射图》
其次，说明本实施方式的相变存储器的存储器映射图。图5是表 示本存储器映射图的概略的图。存储器平面PLO ~ PL3分别具有以下 特征，如存储器平面PLO那样由4个主块(Main blockO、Main block4、 Mainblock8、 Main blockl2 )构成。这些主块与层叠了的存储器阵列 对应，例如，主块0是第一层的存储器阵列，主块4是第二层的存储 器阵列，主块8是第三层的存储器阵列，主块12是第四层的存储器 阵列。主块(Main block0 ~ Main blockl2 )分别例如《象主块0那样，由512个块(block0 ~ block511)构成。再者，块(block0 ~ block511) 分别像block0那样，由64个页(Page0 ~ Page63 )构成。
图6是表示图5中记栽的页结构的图。页由2048 (-211)字节的 主区和64 (=28)字节的备用区构成。主区进而用由512字节构成的4 个区域(A区~D区或第一扇区~第四扇区)构成。此外，备用区用 由16字节构成的4个区域(E区~H区或第五扇区~第八扇区)构 成。在主区中写入存储信息，在备用区中写入l位纠错码。按照这样 的页结构，图3中表示的存储器阵列由16896 (=214+29 )个子存储器 阵列构成。此外，读出放大器及改写驱动器(S/A & Write Driver) 由16896 (=214+29 )对读出放大器和改写驱动器构成。
图7是表示列地址的分配的图。用列地址0 2047来指定主区。 此外，用列地址2048 ~ 2111来指定备用区。由图1中表示的地址信 号IA[11: Oj发生这些列地址。因而，虽然详细的情况在后面叙述， 但将从存储器阵列MA —度读出的16896 (=214+29 )位的存储信息一 次性地存储在读出放大器中，按照数据线选择线DS[2111: O]从列门 (Y-Gating) —个字节一个字节地输出。相反，经列门(Y-Gating ) 将存储信息一个字节一个字节地存储在改写驱动器中，在16896 (=2"+29)位备齐时一举写入到存储器阵列MA中。
图8是表示行地址的分配的图。由图1中表示的地址信号IA[30: 12发生行地址。利用地址信号IA30: 29]发生存储器平面选择信号 PS3: 0。利用地址信号IA[28: 27发生存储层选择信号LS[3: 0。 利用地址信号IA[26: 12发生用于选择页的字线WL0~ WL ( 212-1) 和位线选择线BS[7: 01。
《读出放大器和改写驱动器的结构》
以下说明读出放大器及改写驱动器(S/A & Write Driver)的具 体的结构例。图9作为一例表示了读写电路RW0。首先，读出放大 器SA是由预充电电路PCC、交叉耦合型锁存放大器CCL、传输门 RG构成的众所周知的电路结构。
预充电电路PCC由3个NMOS晶体管构成，通过在待机时将数
26据线均衡信号DLEQ驱动为比电源电压VDD高的升压电压VPP而被 激活，将数据线对D0T、 DOB驱动为基准电压VDR (在此，例如是 VDD/2)。
交叉耦合型锁存放大器CCL由2个PMOS晶体管和2个NMOS 晶体管构成。在待机时将共同源线CSP、CSN驱动为与数据线对DOT、 DOB相同的预充电电压(在此，是基准电压VDR)。另一方面，在 读出动作中，如果在数据线对DOT中发生与所选择的存储单元存储的 信息对应的信号，则通过将共同源线CSP驱动为电源电压VDD，将 共同源线CSN驱动为接地电压VSS而被激活，放大在数据线对DOT、 DOB中发生了的微小信号。
传输门RG由在交叉耦合型锁存放大器与存储单元阵列之间插 入的2个NMOS晶体管构成。在读出动作中，通过将传输门起动信 号RGE1、 RGE2驱动为升压电压VPP而被激活，连接共同数据线 CDO和参考电压VREF (在此，例如是VDD/2 )与交叉耦合型锁存放 大器，将从选择存储单元读出的信号传送给交叉耦合型锁存放大器。 再有，数据线均衡信号DLEQ、共同源线CSP、 CSN、传输门起动信 号RGE1、 RGE2是控制信号组CTL4的构成要素。
图10表示了改写驱动器WDO的结构。该改写驱动器的特征在 于按照存储层选择信号LS1B ~ LS3B控制在复位时流过存储单元的 电流Irst并在每层中使改写条件变化。利用该结构，在使存储单元成 为高电阻状态的复位动作中，可按照每层的电特性的差异，在每层中 将电阻值控制为所希望的值，可实现高可靠性的相变存储器。
该改写驱动器的基本结构是由NMOS晶体管MN70、 MN71、 MN72、 MN73构成的三个电流镜电路，具有以下的二个特征。第一 个特征在于按照动作来激活电流镜电路。第二个特征在于按照动作模 式来控制所供给的阵列电压VARY的电压值。
首先，说明电流镜电路的结构。第一电流镜电路由晶体管MN70 和MN73的组合来构成。在晶体管MN70与阵列电压VARY之间串 联地插入PMOS晶体管MP700、 MP701。对晶体管MP700的栅输入偏置电压VBIASO。此外，对晶体管MP701的栅输入用倒相器电路 IV700使初始化起动信号INT—EN反相了的信号。利用这样的结构， 将经共同数据线CDO施加的存储单元电流Icell设定为在初始化动作 中必要的值Iint。
这样，第一电流镜电路的特征在于不依赖于存储层选择信号 LS1B LS3B地控制存储单元的初始化电流。这是由于，在初始化中 通过控制阵列电压VARY而在每层中控制初始化电压，可用最佳的条 件进行初始化动作。因此，因不设置按照存储层选择信号进行每层的 控制的电路，故可减少电路面积。
第二电流镜电路由晶体管MN71和MN73的组合来构成。在晶 体管MN71与阵列电压VARY之间串联地插入PMOS晶体管MP710、 MP711。对晶体管MP710的栅输入偏置电压VBIAS1。此外，对晶体 管MP711的栅输入被输入了置位起动信号SET—EN和数据线DOT的 二输入NAND电路ND70的输出信号。利用这样的结构，在使存储单 元成为低电阻状态即写入存储信息"l"的情况下，将经共同数据线 CDO施加的存储单元电流Icell控制为在置位动作中必要的值Iset。
这样，第二电流镜电路的特征也在于与第一电流镜电路同样地 不依赖于存储层选择信号LS1B LS3B地控制存储单元的置位电流 Iset的。这是由于，利用后述的第三电流镜电路将复位电阻控制为适 当的值，因此，没有必要在置位动作中按照存储层选择信号进行每层 的控制。因此，可简化电路结构，可减少电路面积。
但是，在上述笫一电流镜电路和第二电流镜电路中，也可设置进 行每层的控制的电路。
第三电流镜电路由晶体管MN72和MN73的组合来构成。在晶 体管MN72与阵列电压VARY之间串并联地插入PMOS晶体管 MP720、 MP722、 MP723、 MP724、 MP721。在此，并联的晶体管的 栅宽度设定为按晶体管MP720、 MP722、 MP723、 MP724的顺序逐 步变宽。对晶体管MP720的栅输入接地电压VSS。此外，分别对晶 体管MP722、 MP723、 MP724的栅输入存储层选择信号LS1T ~ LS3T的反相信号LS1B LS3B。再者，对晶体管MP721的栅输入被输入 了复位起动信号RST—EN和数据线D0B的二输入NAND电路ND71 的输出信号。利用这样的结构，在使存储单元成为高电阻状态、即写 入存储信息"O"的情况下，将经共同数据线CDO施加的存储单元电流 Icell控制为如图11中所示那样与所选择的存储层对应的值Irst。具 体地说，在对第一存储层(最下层)的存储单元进行写入动作的情况 下，通过使晶体管MP720导通，将复位电流Irst设定为IrstO。在对 笫二存储层的存储单元进行写入动作的情况下，通过晶体管MP720、 MP722分别导通，将复位电流Irst设定为(m+l) xlrstO。在对第三 存储层的存储单元进行写入动作的情况下，通过晶体管MP720、 MP723分别导通，将复位电流Irst设定为(k+l) xlrstO。在对第四 存储层的(最上层)存储单元进行写入动作的情况下，通过使晶体管 MP720、 MP724分别导通，将复位电流Irst设定为(j+l) xlrstO。 在此，将系数m、 k、 j设定为m〈k〈j的关系。于是，通过对越往 上的层的存储阵列施加越大的电流以进行复位动作，能可靠地将各层 的存储单元的电阻值控制为所希望的电阻值。再有，将复位电流Irst 设定为比置位电流Iset大的值。此外，初始化起动信号INIT—EN、置 位起动信号SET—EN、复位起动信号RST_EN分别是控制信号组 CTL4的构成要素。
如以上所述，第三电流镜电路的特征在于使栅宽度不同的晶体 管MP720、 MP722、 MP723、 MP724并联，按照存储层选择信号选 择导通的晶体管。利用这样的结构，可对各自的层供给最佳的复位电 流。
再有，由于晶体管MP720为导通状态，故可将其去掉。但是， 因设置晶体管MP720，具有能设计成为进行第一存储层的复位动作时 的基础的电流这样的优点。
其次，说明对改写驱动器WD和第一行解码器XDEC供给的阵 列电压VARY的电压值。图12表示了各个动作的阵列电压VARY的 设定。在初始化动作的情况下，施加与选择单元所处的存储层对应的值的阵列电压VARY。
具体地说，在对第一存储层(最下层)的存储单元进行初始化的 情况下，供给的阵列电压VARY为第一电压V0。以下同样地，在对 第二存储层的存储单元进行初始化的情况下，供给的阵列电压VARY 为比第一电压V0高的第二电压VI。在对第三存储层的存储单元进行 初始化的情况下，供给的阵列电压VARY为比第二电压VI高的第三 电压V2。在对第四存储层(最高层)的存储单元进行初始化的情况 下，供给的阵列电压VARY为比第三电压V2高的第四电压V3。以 上的电压具有以下那样的关系。
VDD^V3> V2>V1> V0 …(式l)
这样，通过供给对每层为最佳的电压来进行初始化动作，可防止 因对存储层的过度的应力的施加引起的电特性的劣化，可实现高可靠 的相变存储器。
再有，在读出动作或改写动作中，将阵列电压VARY设定为电 源电压VDD。这是由于，从相变存储器PCM的外部供给阵列电压， 在内部未设置电压发生电路。但是，在读出动作中，由于存储单元的 状态不会改写，故不需要阵列电压VARY的控制。此外，在改写动作 中，由于可利用图10中表示的改写驱动器进行最佳的条件下的复位 动作和置位动作，故利用图12中表示的阵列电压的控制可在所有的 动作中对每层提供最佳的条件。 《初始化动作》
以下说明迄今为止说明的本实施方式的相变存储器中的动作。图 13表示了初始化动作的例子。将成为接地电压VSS的指令锁存起动 信号CLE驱动为高电平，将成为高电平的芯片起动信号CEB和地址 锁存起动信号ALE驱动为低电平。其后，如果经输入输出线I/Ox (x-0 7)输入第一初始化指令信号IN1，则利用写入起动信号WEB 的上升边，在相变存储器芯片中取入第一初始化指令信号IN1。其次， 将成为高电平的指令锁存起动信号CLE驱动为低电平，将成为低电 平的地址锁存起动信号ALE驱动为高电平，输入列地址和行地址。
30在此，由于列地址如图7中所示有0~2111个地址，故需要12位。 另一方面，输入地址的I/O引脚如图7中所示只有8条，故将12位 的列地址分成2次(CA1, CA2)按顺序输入。同样，由于行地址如 图8中所示需要19位，故分成3次(RA1， RA2， RA3 )按顺序输入。 利用写入起动信号WEB的上升边将这些地址取入到相变存储器芯片 中，在芯片内部依次进行地址的解码。再者，将成为高电平的地址锁 存起动信号ALE驱动为低电平，将成为低电平的指令锁存起动信号 CLE驱动为高电平，对输入输出线I/Ox (x=0~7)输入第二初始化 指令信号IN2。利用写入起动信号WEB的上升边，在相变存储器芯 片中取入该笫二初始化指令信号IN2，进行初始化动作。再有，在初 始化动作中，将成为高电平的准备就绪/忙信号RBB驱动为低电平。
图14是表示在本实施方式的相变存储器的初始化动作中的芯片 内部动作的例子的图。在该图中，表示了在图3中表示的存储器阵列 MA中包含的子存储器阵列SMA0 ~ SMA16895中对处于层叠存储单 元组MB00的最下层的存储单元MC1进行初始化的情况的动作波形。 为了简化说明，省略了第 一 多路转换器组MUXB1和第二多路转换器 组MUXB2的动作波形，但通过按照如图13所示的第二初始化指令 信号IN2激活存储层选择信号LS0和位线选择信号BS0，分别连接局 部位线LS001、 LS101、…、LS1689501与共同数据线CD0、 CD1、...、 CD16895。其次，如果将成为接地电压VSS的初始化起动信号 INIT_EN驱动为电源电压VDD，将成为接地电压VSS的字线WL0 驱动为第一阵列电压V0，则对于对应的局部位线LB001、 LB101、...、 LB1689501施加初始化电流Iint，进行初始化动作。再有，根据上述 的图12，可容易地理解对字线施加的阵列电压按照所选择的存储单元 所属的存储层成为V0~ V3中的某一个电压值。
《写入动作》
图15表示了写入动作的例子。将成为低电平的指令锁存起动信 号CLE驱动为高电平，将成为高电平的芯片起动信号CEB和地址锁 存起动信号ALE驱动为低电平。其后，如果经输入输出线I/Ox( x=0 ~7)输入第一写入指令信号PRG1,则利用写入起动信号WEB的上升 边，在相变存储器芯片中取入第一写入指令信号PRG1。其次，将成 为高电平的指令锁存起动信号CLE驱动为低电平，将成为低电平的 地址锁存起动信号ALE驱动为高电平，分成2次(CA1， CA2)按顺 序输入列地址，分成3次(RA1, RA2， RA3)按顺序输入行地址。 利用写入起动信号WEB的上升边将这些地址取入到相变存储器芯片 中，在芯片内部依次进行地址的解码。再者，将成为高电平的地址锁 存起动信号ALE驱动为低电平，经输入输出线I/Ox (x=0~7)输入 存储信息Din (N) ~Din (M)。接着，将成为低电平的指令锁存起 动信号CLE驱动为高电平，对输入输出线I/Ox (x=0~7)输入第二 改写指令信号PRG2。利用写入起动信号WEB的上升边，在相变存 储器芯片中取入该第二改写指令信号PRG2,进行改写动作。再有， 在改写动作中，将成为高电平的准备就绪/忙信号RBB驱动为低电平。 在结束改写动作将成为低电平的准备就绪/忙信号RBB驱动为高电平 之后，输入状态读出指令信号RDS。利用写入起动信号WEB的上升 边，在芯片内部取入状态读出指令信号RDS。再者，与读出起动信号 RDB同步地从输入输出线I/Ox (x=0~7)输出写入后的状态RIOO。 图16是表示在本实施方式的相变存储器的改写动作中的芯片内 部动作的例子的图。在该图中，表示了在图3表示的存储器阵列MA 中包含的子存储器阵列SMA0 ~ SMA16895中对处于层叠存储单元组 MB00的最下层的存储单元MC1写入存储信息的情况的动作波形。 通过按照图15表示的第二改写指令信号PRG2将成为升压电压VPP 的数据线均衡信号DLEQ驱动为接地电压VSS，将成为基准电压VDR 的共同源线CSP、 CSN分别驱动为电源电压VDD、接地电压VSS， 在读写电路RW0 RW16895内的读出放大器SA中暂时地存储经数 据线D0T D16895T输入了的存储信息。此外，为了简化说明，省略 了第一多路转换器組MUXB1和第二多路转换器组MUXB2的动作波 形，但通过激活存储层选择信号LSO和位线选择信号BSO，分别连接 局部位线LS001、 LS101、 ...LS1689501与共同数据线CD0 、CD1、…CD16895。接着，如果将复位起动信号RST—EN、置位起动 信号SE1^EN分别驱动为电源电压VDD，将成为接地电压VSS的字 线WLO驱动为阵列电压VARY (在此是电源电压VDD)，则按照对 应的读出放大器中存储了的存储信息对局部位线LB001 、 LB101、 ...LB1689501施加复位电流Irst或置位电流Iset，进行改写 动作。再有，将置位起动信号SET一EN的脉冲宽度设定为比复位起动 信号RST-EN充分地大，以使存储层充分地结晶化，降低其电阻值。 最后，通过将成为电源电压VDD的共同源线CSP、成为接地电压VSS 的共同源线CSN分别驱动为基准电压VDR，将成为接地电压VSS的 数据线均衡信号DLEQ驱动为升压电压VPP，回复到待机状态。 《读出动作》
图17表示了读出动作的例子。将成为低电平的指令锁存起动信 号CLE驱动为高电平，将成为高电平的芯片起动信号CEB和地址锁 存起动信号ALE驱动为低电平。其后，如果经输入输出线I/Ox( x=0~ 7)输入第一读出指令信号RD1，则利用写入起动信号WEB的上升 边，在相变存储器芯片中取入第一读出指令信号RD1。其次，将成为 高电平的指令锁存起动信号CLE驱动为低电平，将成为低电平的地 址锁存起动信号ALE驱动为高电平，分成2次(CA1， CA2)按顺序 输入列地址，分成3次(RA1， RA2， RA3)按顺序输入行地址。利 用写入起动信号WEB的上升边将这些地址取入到相变存储器芯片 中，在芯片内部依次进行地址的解码。再者，将成为高电平的地址锁 存起动信号ALE驱动为低电平，将成为低电平的指令锁存起动信号 CLE驱动为高电平，对输入输出线I/Ox (x=0~7)输入第二读出指 令信号RD2。利用写入起动信号WEB的上升边，在相变存储器芯片 中取入该笫二读出指令信号RD2，进行读出动作。再有，在读出动作 中，将成为高电平的准备就绪/忙信号RBB驱动为低电平，将从存储 器阵列读出的存储信息传送到芯片内部，将成为低电平的准备就绪/ 忙信号RBB驱动为高电平之后，与读出起动信号REB的上升边同步 地按Dout (N) ~Dout (M)的顺序输出。图18是表示在本实施方式的相变存储器的读出动作中的芯片内 部动作的例子的图。在该图中，表示了在图3表示的存储器阵列MA 中包含的子存储器阵列SMA0 ~ SMA16895中从处于层叠存储单元组 MB00的最下层的存储单元MC1读出存储信息的情况的动作波形。 为了简化说明，省略了第一多路转换器组MUXB1和第二多路转换器 组MUXB2的动作波形，但通过按照图13中表示的第二读出指令信 号RD2激活存储层选择信号LS0和位线选择信号BS0，分别连接局
部位线LS001、 LS101.....LS1689501与共同数据线CD0、 CD1、…、
CD16895。其次，将成为接地电压VSS的传输门起动信号RGE1驱动
为升压电压VPP，分别将局部位线LS001、 LS101..... LS1689501
驱动为接地电压VSS。此外，将成为升压电压VPP的数据线均衡信 号DLEQ驱动为接地电压VSS，将成为接地电压VSS的传输门起动 信号RGE2驱动为升压电压VPP，将数据线D0B、 D1B、 D16895B 驱动为参考电压VREF。接着，通过将成为接地电压VSS的字线驱动 为阵列电压VARY (在此是电源电压VDD)，将局部位线和数据线 驱动为与存储信息对应的电压。例如，在局部位线LBOOl上的存储单 元存储了信息"l，，而处于低电阻状态的情况下，对局部位线LB001和 数据线DOT进行充电。另一方面，在如局部位线LB101上的存储单 元那样存储了信息"O"而处于高电阻状态的情况下，将局部位线 LB101和数据线D1T大致保持为接地电压VSS。其后，如读出了存 储信息"l，，的局部位线LB001和数据线DOT那样，在这些电压高于参 考电压VREF的时刻，分别将成为基准电压VDR的共同源线CSP、 CSN驱动为电源电压VDD、接地电压VSS,放大读出了的信号。再 者，将成为电源电压VDD的字线WLO驱动为接地电压VSS，将成为 升压电压VPP的传输门起动信号RGE1 、RGE2驱动为接地电压VSS， 通过隔断共同数据线CDO、 CD1 、... 、 CD16895与数据线D0T、 D1T、...、 D16895T，避免因过度的电压施加引起的数据破坏。最后，通过将成 为电源电压VDD的共同源线CSP、成为接地电压VSS的共同源线 CSN分别驱动为基准电压VDR，将成为升压电压VPP的数据线均衡
34信号DLEQ驱动为接地电压VSS，回复到待才几状态。
根据以上的结构和动作，可得到以下两个效果。第一个效果在于， 如图4中所示，通过作成层叠了由使用疏族化合物材料的存储层和二 极管的存储单元的结构，可提高相变存储器芯片的集成度。第二个效 果在于，按照所选择的存储单元所处的层来变更初始化条件和改写条 件。具体地说，如图10中所示，按照动作来选择电流镜电路，同时 利用图12中表示的电压设定和电流镜电路中的复位电流Irst的控制 机构，可按照动作来变更初始化条件和改写条件(在此是复位条件)。 利用这样的机构，可防止在初始化动作中因对存储层的过度的应力的 施加引起的电特性的劣化。此外，在使存储单元成为高电阻状态的复 位动作中，可将电阻值控制为所希望的值。于是，可实现高可靠动作 的相变存储器。
再有，在本实施方式中，说明了堆叠4层存储单元的情况，但层 叠的层数不限于此，可以是2层，也可以是8层。即使在这样的情况 下，通过按照所选择的存储层控制动作条件，也可得到同样的效果。 (实施方式2)
在本实施方式2中，说明图10中表示的改写驱动器WD的另外 的结构。图19表示了本实施方式中的改写驱动器WD的结构例。该 改写电路与图10中表示的改写电路的不同点在于，将PMOS晶体管 MP722、 MP723、 MP724置换为晶体管MP725、 MP726。这些晶体 管的栅宽度按晶体管MP720、 MP725、 MP726的顺序为1: 1: 2的 尺寸。
对晶体管MP725的栅输入用倒相电路IV720使;故输入存储层选 择信号LS1B、 LS3B的二输入NAND电路ND720的输出信号的信号 LS13B反相。对晶体管MP726的栅输入用倒相电路IV721使被输入 存储层选择信号LS2B、 LS3B的二输入NAND电路ND721的输出信 号的信号LS23B反相。利用这样的结构，使用三个晶体管发生图20 中表示的那样的4阶段的复位电流Irst。如果用多个改写电路共有逻 辑电路部，则可削减改写驱动器内的晶体管个数，因此可以抑制改写驱动器WD的面积。 (实施方式3)
在本实施方式3中，说明图1中表示的相变存储器PCM的另外 的结构例。图21表示了本实施方式中的相变存储器PCM的结构例。 本相变存储器PCM的特征在于，对每个存储层判断是合格品还是不 合格品，只使用判断为合格品的存储层。为了实现这样的功能，具有 在图1中表示的结构中附加地址变换电路AE的这一特征。该地址变 换电路AE将内部地址IA[28: 27]变换为内部地址CA[28: 27，传送 给行地址緩沖器组和锁存器组(X-Buffers & Latches ).
图22表示了图21中表示的地址变换电路AE的结构例。该地址 变换电路AE由地址变换逻辑电路AEL和多路转换器MUX构成。地 址变换电路使用熔断器等设定为任意的逻辑。该逻辑根据判断为合格 品的存储层的组合而不同，实现例如图23中表示的那样的功能。以 下说明该功能。
第一个功能在于，判断为合格品的存储层为一层，发生用于选择 第一层~第四层中的某一层的地址。在该情况下，将应输入的内部地 址IA[28: 27]定义为00。地址变换逻辑电路AEL按照判断为合格品 的存储层将该内部地址IA[28: 27]变换为00、 01、 10、 11。
第二个功能在于，判断为合格品的存储层为两层，发生用于从第 一层 第四层选择某两层的地址。在该情况下，将应输入的内部地址 IA28: 27]定义为00或01。地址变换逻辑电路AEL按照判断为合格 品的存储层将该内部地址IA[28: 27变换为6种组合。
第三 个功能在于，判断为合格品的存储层为三层，发生用于从第 一层 第四层选择某三层的地址。在该情况下，将应输入的内部地址 IA28: 27定义为00、 01、 10。地址变换逻辑电路AEL按照判断为 合格品的存储层将该内部地址IA[28: 27]变换为4种组合。
第四个功能在于，判断为合格品的存储层为四层，发生用于选择 第一层~第四层的某一层的地址。在该情况下，将应输入的内部地址 IA[28: 27定义为00、 01、 10、 11的某一个。将该内部地址IA[28:27按原样作为内部地址EA[28: 27输出。
多路转换器MUX按照控制信号组CTL4将内部地址IA[28: 27
或内部地址EA[28: 27的某一方作为内部地址CA[28: 27输出。控 制信号组CTL4如图24中所示，具有初始化模式信号INIT、测试模 式信号TEST、通常动作模式信号NORM。初始化模式信号INIT， 如图9中所示，被第一和第二初始化指令信号IN1、 IN2激活。通常 动作模式信号NORM，如图15或图17中所示，被第一和第二改写指 令信号PRG1、 PRG2或第一和第二读出指令信号RD1、 RD2激活。 测试模式信号TEST通过分别输入测试时的第一和第二改写指令信号 TPRG1、 TPRG2、第一和第二读出指令信号TRD1、 TRD2代替图15 或图17中表示的第一和第二改写指令信号PRG1、 PRG2、第一和笫 二读出指令信号RD1、 RD2而被激活。利用以上的动作模式信号，在 初始化模式和测试模式中，选择内部地址IA[28: 27]，将其输出给内 部地址CA[28: 27。此外，在通常动作模式中，选择由地址变换逻辑 电路AEL进行了变换的内部地址EA[28: 27],将其输出给内部地址 CA[28: 27。。
利用以上那样的地址变换电路AE的结构和动作，可得到以下的 效果。即，如图23中所示，通过将内部地址IA[28: 27变换为内部 地址EA[28: 27],在进行初始化动作、写入动作和读出动作的试验时， 通过选择全部的存储层以进行所希望的动作，可按存储层单位进行合 格品或不合格品的识别。此外，通过按照该每个存储层的特性判断对 每个芯片进行地址变换逻辑电路AEL的设定，可实现能只选择特性 良好的存储层进行存储器动作的所谓部分品芯片。利用这样的部分 品，可提高每个晶片的芯片取得数，可减少位成本。 (实施方式4)
在本实施方式中，说明用于确认在实施方式3中说明了的部分品 芯片中能使用的存储层的方法。本方法的特征在于，在图7中表示的 页结构中，在任意的页的备用区域中在芯片出厂前预先写入适用的页 包含的存储层是否可使用的信息。更具体地说，如图5中所示，在存储器平面PLO中Main block0、 Main block4、 Main block8、 Main blockl2中的开头块block0、 block2048、 block4096、 block6144的第 一和第二页page0、 Pagel的备用区中写入由列地址2049选择的存储 单元中存储层是否可使用的信息。备用区不一定需要用与主块为同一 的存储器来构成，可用其它的非易失性存储器来构成。
以下，假定在存储信息为"FFh，，的情况下，适用的存储层可使用， 在存储信息为"FFh，，以外的情况下，不能使用。
图25表示用于确认存储层的可否使用的读出动作中的流程图。 首先，输入存储层的可否使用确认指令信号RLS1。其次，输入与列 地址2049对应的地址信号和选择图8中表示的页那样的行地址信号。 再者，输入存储层的可否使用确认指令信号RLS2,读出所希望的备 用区的存储信息。此处，在适用的存储层能使用的情况下，将存储信 息"FFh"通知给连接到在相变存储器芯片的外部的存储器控制器或中 央运算装置CPU等的所谓主机侧的装置。另一方面，在适用的存储 层不能使用的情况下，将存储信息"FFh，，以外的信息通知给连接到在 相变存储器芯片的外部的存储器控制器或中央运算装置CPU等的所 谓主机侧的装置。主机侧的装置在不能使用的存储层管理表(Invalid Layer Table )中记录这样通知了的信息。 一边逐层地推进存储层地址， 一边重复这样的动作，作成不能使用的存储层管理表。
图26表示了图25中表示的流程中的读出动作部分。动作原理与 图17中表示的读出动作相同。将第一和第二指令信号从图17中表示 的读出指令信号RD1、 RD2置换为存储层可否使用确认指令信号 RLS1、 RLS2。此外，其特征在于在只读出开头页或后续的页中的 列地址2049的存储信息。
图27是表示图22中表示的多路转换器的另外的功能的图。本实 施方式的多路转换器的功能通过从第一和第二存储层可否使用确认 指令信号RLS1、 RLS2发生的存储层确认模式信号RLS进行扩展。 即，如果存储层确认模式信号RLS被激活，则选择内部地址IA[28: 27，输出给内部地址CA[28: 27。再有，在本实施方式中新附加的
38存储层确认模式信号RLS是控制信号组CTL4的构成要素。
利用以上的结构和动作，可得到以下的效果。即，通过使用第一 和第二存储层可否使用确认指令信号RLS1 、 RLS2读出各存储层的备 用区的存储信息，主机侧的装置可掌握哪个存储层可使用。于是，组 合各种各样的容量的相变存储器芯片来构筑系统或增设相变存储器
芯片变得容易。
再有，确认存储层的可否使用的方法不限于此，有各种各样的方 法。例如，也可在相变存储器芯片内设置器件ID表，存储与存储器 平面容量有关的信息。图28表示了器件ID读出动作的时序图，图29 表示了器件ID表。图28中表示的器件ID读出动作依据图17中表示 的读出动作，利用器件ID读出指令信号RID,按顺序读出图29中表 示的器件ID。芯片用户(在此，是主机侧的装置)可从存储器平面容 量掌握相变存储器的有效芯片容量和应输入的地址信号。 (实施方式5)
在本实施方式中，说明使用在实施方式3~实施方式4中说明了 的多个相变存储器芯片形成的相变存储器模块。图30表示了本实施 方式的相变存储器模块PM的结构。在该图中，作为一例，表示了使 用4个相变存储器芯片PCM0 PCM3和非易失性存储器控制芯片 NVCTL的结构。
非易失性存储器控制芯片NVCTL具有在实施方式3 实施方式 4中叙述了的不能使用存储层管理表(Invalid Layer Table)。此外， 具有用于使各存储单元中的改写次数均衡化的磨损均衡(Wear Levelling)功能及用于将在存储器空间中散布的空闲区域汇总在一起 的无用单元收集(Garbage Collection )功能。相变存储器芯片PCMO ~ PCM3具有图16和图17中表示的地址变换电路AE。利用该地址变 换电路AE将所输入的地址信号变换为用于选择可使用的存储层的内 部地址信号。用输入输出线I/O连接了非易失性存储器控制芯片 NVCTL与相变存储器芯片PCM0 PCM3。此外，非易失性存储器 控制芯片NVCTL经系统总线SBUS与主装置连接。利用这样的结构，可构筑组合了各种各样的容量的相变存储器芯片的大容量的存储装 置。
(实施方式6)
在本实施方式中，说明使用已说明的多个相变存储器芯片形成的 相变存储器模块的另外的结构。图31表示了本实施方式的相变存储 器模块PM的结构。在该图中，作为一例，表示了使用4个相变存储 器芯片PCM0 PCM3和非易失性存储器控制芯片NVCTL的结构。 在此，假定4个相变存储器芯片PCM0 PCM3没有实施方式3~实 施方式4中说明了的那样的地址变换电路。
与图30中表示的相变存储器模块的差别在于，非易失性存储器 控制芯片NVCTL具有带有图23中表示的那样的地址变换功能的地 址发生电路区AG。非易失性存储器控制芯片NVCTL每当电源接通 时进行用于确认图18和图19中表示的存储层的可否使用的读出动 作，构筑不能使用的存储层管理表(Invalid Layer Table)。通过在 非易失性存储器控制芯片NVCTL中集约地址变换功能，可削减相变 存储器芯片PCM0 PCM3的芯片面积。
(实施方式7)
在本实施方式中，说明实施方式1的半导体装置的另外的例子。 在本实施方式中，具有下述特征图1中表示的控制信号组CTL4还 具有四种复位起动信号RST_ENO ~ RST—EN3，按照写入存储信息的 存储层来选择这些复位起动信号。
图32表示了图1中的改写驱动器的另外的结构例。该图的特征 在于，通过使用NAND电路ND730 ~ ND733和倒相电路IV730 ~ 733 进行复位起动信号RST_ENO ~ RST—EN3与存储层选择信号LS[3: 0
的AND逻辑运算，选择与所激活的存储层选择信号对应的复位起动 信号。将作为AND逻辑运算的结果的倒相电路IV730 733的输出信 号分别输入到四输入NOR电路NR730中，将用倒相电路IV734使其 输出信号反相而发生的复位起动信号输入到NAND电路ND71中。
图34是表示图23中表示的半导体装置中的相变存储器的改写动
40作中的芯片内部动作的例子的图。在该图中，表示了在图3中表示的 存储器阵列MA中包含的子存储器阵列SMA0 ~ SMA16895中对处于 层叠存储单元组MB00的最下层的存储单元MC1写入存储信息的情 况的动作波形。将复位起动信号RST_EN[3: 0的脉冲宽度设定为按 复位起动信号RST_EN3至RST—ENO的顺序逐步变宽。在图23中表 示的改写驱动器内选择这些脉冲。在此，由于写入存储信息的目的地 的存储层是最下层，故通过激活存储层选择信号LSO,如图33中所 示，选择脉沖宽度宽的复位起动信号RST_ENO。利用该复位起动信 号RST一ENO按照存储信息进行复位动作。
利用以上的结构和动作，可得到以下的效果。即，通过对越是位 于电阻相对低的下层的存储单元越加长复位动作中的电流驱动时间， 可使记录层的电阻提高至所希望的值。此外，如图32中表示的改写 驱动器那样，通过与施加电流的调整功能组合起来，能更可靠地进行 复位动作。
(实施方式8)
在本实施方式中，说明迄今为止说明的相变存储器芯片的另外的 结构。图35表示了基于图1中表示的相变存储器芯片的结构。该图 的特征有以下的三个。
第一个特征在于，使用内部电压发生电路VGEN在芯片内部发 生多个电压V[3: 0。内部电压发生电路VGEN从电源电压VDD和 接地电压VSS发生这些多个电压。通过对逻辑电路供给电源电压 VDD，对存储器阵列供给这些多个电压，可使逻辑电路的动作和多个 电压的驱动变得稳定，
第二个特征在于，分别将所发生的电压V[3: 0的供电线引出到 焊区PAD_V0~PAD_V3。利用这样的结构,在芯片内部测定是否发 生了所希望的电压变得容易。
第三个特征在于，在存储器平面PL0 PL3中设置电压选择电路 VSEL。该电压选择电路VSEL选择与作为控制信号组CTL4的构成 要素的初始化起动信号INIT_EN和存储层选择信号LS3: 0对应的值，作为阵列电压VARY输出。将被控制为适当的值的阵列电压 VARY经由第一行解码器XDEC1供给字线WL，此外也供给改写驱 动器WD。利用这样的电压控制，可按照因电特性的差异而在每层中 具有离散的电阻值，在每层中用最佳的电压进行存储器单元的初始化 动作。
具体地说，如图36中所示那样设定阵列电压VARY。在对第一 存储层(最下层)的存储单元进行初始化的情况下，通过激活存储层 选择信号LS0 (在此，驱动为电源电压VDD),将阵列电压VARY 驱动为笫一电压V0。在对第二存储层的存储单元进行初始化的情况 下，通过激活存储层选择信号LSI (在此，驱动为电源电压VDD)， 将阵列电压VARY驱动为比第一电压V0高的第二电压VI。在对第 三存储层的存储单元进行初始化的情况下，通过激活存储层选择信号 LS2 (在此，驱动为电源电压VDD)，将阵列电压VARY驱动为比 第二电压VI高的第三电压V2。在对第四存储层(最高位)的存储单 元进行初始化的情况下，通过激活存储层选择信号LS3 (在此，驱动 为电源电压VDD),将阵列电压VARY驱动为比第三电压V2高的 第四电压V3。以上的电压满足上述的(式l)的关系。
这样，通过供给对每层为最佳的电压进行初始化动作可防止因对 存储层的过度的应力的施加引起的电特性的劣化，可实现高可靠性的 相变存储器。
再有，在初始化起动信号INIT一EN处于非激活状态(在此，驱 动为接地电压VSS)的情况下，本发明的相变存储器进行读出动作或 写入动作。在这样的情况下，不依赖于存储层选择信号LS[3: 0的状 态，将阵列电压VARY设定为电源电压VDD。此外，可从外部供给 阵列电压VARY。这是由于，在出厂时的测试等中进行一次初始化动 作就足够了 ，只要用出厂时的测试等供给初始化中必要的电压也就足 够了。也可设置阵列电压VARY专用的引脚，来供给与存储层对应的 阵列电压。由于只调整电源电压VDD的值就可进行所希望的初始化 动作，故通过调整对电源电压VDD引脚施加的电压，可实现本实施例的动作。在该情况下，由于可抑制引脚数，故可谋求存储器芯片的 小面积化。
以上根据实施方式具体地说明了由本发明者进行的发明，但本发 明不限定于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内当然可作各种变
更。例如，层叠的存储单元不限于4层，可以小于等于或大于等于4 层(例如，2层或8层)。另一方面，初始化动作中的阵列电压不限 于越往上层越高那样的设定，可根据存储单元的特性进行其它的设 定。例如，在因越往上层的存储单元加工尺寸的离散变得越大等的某 种原因具有越往上层的存储单元电阻值越低的趋势的情况下，也可进 行越往上层阵列电压越低那样的设定。同样，也可将复位动作中的复 位电流Irst设定为越往上层越小。此外，也可将复位动作中的复位起 动信号RST一EN的宽度设定为越往上层越小。再者，不限于复位动作， 还可以根据存储单元的电特性，即使在置位动作中也可进行同样的改 写条件的最佳化。再有，本发明不限于单体存储器芯片，也可将本发 明适用于芯片上的存储器的接口。此外，本发明的概念不限于相变存 储器，也可适用于闪速存储器或动态随机存取存储器、静态随机存取 存储器、磁阻随机存取存储器等各种各样的半导体存储器。
本发明的半导体装置通过按照进行存取的存储单元所处的层调 整初始化动作条件或复位动作条件，可防止对记录层的过度的应力， 可避免电特性的劣化。如果半导体存储器的大容量化得到进展，则利 用层叠使存储器阵列实现三维化。此外，如果存储单元的层叠数增加， 则由于存储单元间的热经历的差别变大，故存储器阵列的电特性的差 别增加。但是，按照本发明，由于可对每层使动作条件最佳化，故适 合于将来的具有层叠存储器阵列的半导体装置的高可靠技术。
4权利要求
1. 一种半导体装置，其特征在于具有第1存储单元，设置在第1层中，具有利用电流写入存储信息的第1存储元件；第2存储单元，设置在形成于上述第1层的上方的第2层中，具有利用电流写入存储信息的第2存储元件；第1地址解码器，用于输出用来选择上述第1层的第1层选择信号或用来选择上述第2层的第2层选择信号；以及改写驱动器，用于在对上述第1存储单元写入第1存储信息时对上述第1存储单元供给第1电流、在对上述第2存储单元写入上述第1存储信息时对上述第2存储单元供给与上述第1电流不同的大小的第2电流，上述改写驱动器根据上述第1层选择信号和上述第2层选择信号控制上述第1电流和上述第2电流的大小。
2. 如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于 上述改写驱动器还具有用于对上述第l存储单元或上述笫2存储单元写入第l存储信息的第1电流镜电路和用于对上述第1电流镜电路供给电压的第1晶体管及第2晶体管，上述第2晶体管的栅宽度比上述第1晶体管的栅宽度宽， 上述第1晶体管在流过上述第1电流的情况和流过上述第2电流的情况这两种情况下与上述第l层选择信号和上述第2层选择信号无关地成为导通状态，利用上述第2电流控制上述第2晶体管，以使其在流过上述第1电流的情况下成为截止状态、在流过上述第2电流的情况下成为导通状态。
3. 如权利要求l中所述的半导体装置，其特征在于 上述改写驱动器还具有用于对上述第l存储单元或上述第2存储单元写入第l存储信息的第1电流镜电路和用于对上述第1电流镜电路供给电压的第1晶体管及第2晶体管，上述第2晶体管的栅宽度比上述笫1晶体管的栅宽度宽， 利用上述第l层选择信号控制上述第1晶体管，使其在流过上述第1电流的情况下成为导通状态、在流过上述第2电流的情况下成为截止状态,利用上述第2层选择信号控制上述第2晶体管，使其在流过上述 第1电流的情况下成为截止状态、在流过上述第2电流的情况下成为 导通状态。
4. 如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于 还具有第3存储单元，形成在上述第2层的上方，具有利用电流写入存储信息的第3存储元件，上述第2电流比上述笫1电流大，在对上述第3存储单元写入上述第1存储信息时在上述第3存储 单元中流过的第3电流比上述第2电流大。
5. 如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于 上述改写驱动器还具有用于对上述第l存储单元或上述第2存储单元写入与上述第l存储信息不同的第2存储信息的第2电流镜电路 和用于对上述第l存储单元或上述第2存储单元进行初始化的第3电 流镜电路，上述第2电流镜电路在上述第1存储单元中流过的电流与在上述 第2存储单元中流过的电流相等，上述第3电流镜电路在上述第1存储单元中流过的电流与在上述 第2存储单元中流过的电流相等。
6. 如权利要求l中所述的半导体装置，其特征在于 还具有第1位线，设置在上述第l层中，并连接到上述第l存储单元； 第2位线，设置在上述第2层中，并连接到上述第2存储单元；以及第l字线，连接到上述第l存储单元和上述第2存储单元， 上述第1存储单元还具有用于在从上述第1字线经由上述第1存储元件到达上述第l位线的方向上流过电流的第l整流元件，上述第2存储单元还具有用于在从上述第1字线经由上述第2存储元件到达上述第2位线的方向上流过电流的第2整流元件。
7. 如权利要求l中所述的半导体装置，其特征在于 还具有地址变换电路，用于将用来选择上述第1层或上述第2层的一方 的第l地址信号变换为用来选择上述第l层或上述第2层的另一方的 第2地址信号；以及多路转换器，用于选择上述第l地址信号和从上述地址变换电路 输出的上述笫2地址信号中的某一方，上述第1地址解码器根据上述多路转换器所选择的地址信号输 出上述第l层选择信号或上述第2层选择信号。
8. 如权利要求7中所述的半导体装置，其特征在于上述多路转换器在上述第1层或上述第2层的一方不能使用且上 述第l层或上述第2层的另一方能使用的情况下选择上述第2地址信 号。
9. 如权利要求7中所述的半导体装置，其特征在于 还具有非易失性的存储器，在上述存储器中写入有上述第1层和上述第2层是否能使用的信息。
10. —种半导体装置，其特征在于 具有第l位线，设置在第l层中；第2位线，设置在形成于上述第l层的上方的第2层中； 第1字线和笫2字线，与上述第1位线和上述第2位线交叉； 第l存储单元，设置在上述第l位线与上述第l字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的第l存储元件和用于在从上述第l字线经由上述笫l存储元件到达上述第l位线的方向上流过电流的第l整流元件；第2存储单元，设置在上迷第l位线与上述第2字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的笫2存储元件和用于在从上述第2字线 经由上述第2存储元件到达上述第l位线的方向上流过电流的第2整 流元件；第3存储单元，设置在上迷第2位线与上述第1字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的第3存储元件和用于在从上述第l字线 经由上述第3存储元件到达上述第2位线的方向上流过电流的第3整 流元件；以及第4存储单元，设置在上述第2位线与上述笫2字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的第4存储元件和用于在从上述第2字线 经由上述第4存储元件到达上述第2位线的方向上流过电流的第4整 流元件，在对上述第l或第2存储单元进行初始化的情况下，对上述第1 或第2存储单元供给第1电压，在对上述第3或第4存储单元进行初始化的情况下，对上述第3 或第4存储单元供给与上述第1电压不同的第2电压。
11. 如权利要求IO中所述的半导体装置，其特征在于 从上述半导体装置的外部供给上述第1电压和上述第2电压。
12. 如权利要求IO中所述的半导体装置,其特征在于 还具有第l地址解码器，用于输出用来选择上述第l层的笫l层选择信 号或用来选择上述第2层的第2层选择信号；以及电源选择电路，用于根据上述第l层选择信号对上述第l存储单 元或上述第2存储单元供给上迷第1电压、根据上述第2层选择信号 对上述第3存储单元或上述第4存储单元供给上述笫2电压。
13. 如权利要求IO中所述的半导体装置，其特征在于 还具有用于对上述第l、第2、第3或第4存储单元写入存储信息的改写驱动器，对上述改写驱动器供给上述第1电压或上述第2电压。
14. 如权利要求10中所述的半导体装置，其特征在于 为了对上述第l或第2存储单元写入存储信息而对上述第l或笫2存储单元供给的电压与为了对上述第3或第4存储单元写入存储信 息而对上述第3或第4存储单元供给的电压相等，为了从上述第l或第2存储单元读出存储信息而对上述第l或第 2存储单元供给的电压与为了从上述第3或第4存储单元读出存储信 息而对上述第3或第4存储单元供给的电压相等。
15. 如权利要求10中所述的半导体装置，其特征在于 还具有第3位线，设置在形成于上述第2层的上方的第3层中； 第5存储单元，设置在上述第3位线与上述第1字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的第5存储元件和用于在从上述第l字线 经由上述第5存储元件到达上述第5位线的方向上流过电流的第5整 流元件；以及第6存储单元，设置在上述第3位线与上述第2字线的交点处， 具有利用电流写入存储信息的第6存储元件和用于在从上述第2字线 经由上述第6存储元件到达上述第6位线的方向上流过电流的第6整 流元件，上述第2电压比上述第1电压大，为了对上述第5或第6存储单元进行初始化而对上述第5或第6 存储单元供给的笫3电压比上述第2电压大。
16. 如权利要求10中所述的半导体装置，其特征在于 还具有地址变换电路，用于将用来选择上述第l层或上述第2层的一方 的第l地址信号变换为用来选择上述第l层或上述第2层的另一方的 第2地址信号；以及多路转换器，用于选择上述第l地址信号和从上述地址变换电路输出的上述第2地址信号中的某一方，上述第1地址解码器根据上述多路转换器所选择的地址信号输 出上述第l层选择信号或上述第2层选择信号。
17. 如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于 上述多路转换器在上述第l层不能使用且上述第2层能使用的情况下选择上述第2地址信号。
18. 如权利要求16中所述的半导体装置，其特征在于 还具有非易失性的存储器，在上述存储器中写入有上述第1层和上述第2层是否能使用的信息。
19. 一种半导体装置，其特征在于，具有笫l存储单元，设置在第l层中，具有利用电流写入存储信息的 第l存储元件；第2存储单元，设置在形成于上述第l层的上方的第2层中，具 有利用电流写入存储信息的第2存储元件；地址变换电路，用于将用来选择上述第1层或上述第2层的某一 方的第l地址信号变换为用来选择上述第l层或上述第2层的另一方 的第2地址信号；多路转换器，用于选择上述第l地址信号和从上述地址变换电路 输出的上述第2地址信号中的某一方；以及第1地址解码器，用于根据上述多路转换器所选择的信号发生选 择上述第l层的第l层选择信号或选择上述第2层的第2层选择信号。
20. 如权利要求19中所述的半导体装置，其特征在于 上述多路转换器在上述第l层或上述第2层的某一方不能使用且上述第l层或上述第2层的另一方能使用的情况下选择上述第2地址 信号。
21. 如权利要求19中所述的半导体装置，其特征在于 还具有非易失性的存储器，在上述存储器中写入有上述第1层和上述第2层是否能使用的信息。
22. 如权利要求19中所述的半导体装置，其特征在于 还具有第l位线，设置在上述第l层中，连接到上述第l存储单元； 第2位线，设置在上述第2层中，连接到上述第2存储单元；以及第1字线，连接到上述第l存储单元和上述第2存储单元， 上述第1存储单元还具有用于在从上述第1字线经由上述第1存储元件到达上述第l位线的方向上流过电流的第l整流元件，上述第2存储单元还具有用于在从上述第1字线经由上述第2存储元件到达上述第2位线的方向上流过电流的第2整流元件。
23. 如权利要求1至22中任一项所述的半导体装置，其特征在于上述第1存储元件和上述第2存储元件是相变元件。
全文摘要
本发明的课题是实现高可靠动作的相变存储器。本发明的半导体装置具有层叠了由使用硫族化合物材料的存储层和二极管构成的存储单元的结构的存储器阵列，根据所选择的存储单元所处的层变更初始化条件和改写条件。在根据动作选择电流镜电路的同时，利用电压选择电路和电流镜电路中的复位电流的控制机构，根据动作变更初始化条件和改写条件(在此是复位条件)。
文档编号G11C16/02GK101471133SQ20081018559
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月27日
发明者久米均, 半泽悟 申请人:株式会社日立制作所