電子器件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】電子器件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年5月19日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2014-0059560的發(fā)明名稱(chēng)為“電子器件”的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本專(zhuān)利文件涉及存儲(chǔ)電路或器件以及它們?cè)陔娮悠骷蛳到y(tǒng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0004]近來(lái)，隨著電子器件朝著小型化、低功耗、高性能和多功能性等方向發(fā)展，本領(lǐng)域中越來(lái)越需要能夠在各種電子器件(例如，計(jì)算機(jī)、便攜式通信設(shè)備等)中儲(chǔ)存信息的半導(dǎo)體器件，且已經(jīng)對(duì)這種半導(dǎo)體器件進(jìn)行了研究。這種半導(dǎo)體器件包括可以利用根據(jù)施加的電壓或電流而在不同電阻狀態(tài)之間切換的特性來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件，例如:阻變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、電熔絲等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專(zhuān)利文件中公開(kāi)的技術(shù)包括存儲(chǔ)電路或器件以及它們?cè)陔娮悠骷蛳到y(tǒng)中的應(yīng)用，以及在具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件中減小潛行電流(sneak current)的電子器件的各種實(shí)施方式。
[0006]在一個(gè)方面，一種電子器件包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元包括:多個(gè)第一線，在第一方向上延伸；多個(gè)第二線，在與所述第一方向相交叉的第二方向上延伸；以及多個(gè)存儲(chǔ)器單元，在所述第一線和所述第二線的相交處設(shè)置在所述第一線和所述第二線之間；其中，所述存儲(chǔ)器單元中的每個(gè)包括:可變電阻元件，包括耦合到相對(duì)應(yīng)的第二線的一個(gè)端部和耦合到第一選擇元件和第二選擇元件的另一個(gè)端部；所述第一選擇元件，包括耦合到所述可變電阻元件的一個(gè)端部和耦合到相對(duì)應(yīng)的第一線的另一個(gè)端部，且允許雙向電流流過(guò)；以及所述第二選擇元件，包括耦合到所述可變電阻元件的一個(gè)端部和耦合到所述相對(duì)應(yīng)的第一線的另一個(gè)端部，且允許單向電流流過(guò)。
[0007]上述設(shè)備的實(shí)施例可以包括下列中的一種或更多種。
[0008]所述第一選擇元件和所述第二選擇元件中的每個(gè)與所述可變電阻元件串聯(lián)連接，且所述第一選擇元件和所述第二選擇元件相互并聯(lián)連接。當(dāng)從所述可變電阻元件至所述第一選擇元件和所述第二選擇元件的方向是第一方向、且從所述第一選擇元件和所述第二選擇元件至所述可變電阻元件的方向是第二方向時(shí)，所述第二選擇元件阻止電流在第二方向上流動(dòng)。所述第一選擇元件和所述第二選擇元件允許電流在第一方向上流動(dòng)。當(dāng)在所述可變電阻元件的電阻狀態(tài)從高電阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)的設(shè)置操作期間的設(shè)置電壓和設(shè)置電流與在所述可變電阻元件的電阻狀態(tài)從低電阻狀態(tài)變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)的重置操作期間的重置電壓和重置電流分別具有不同的極性、且所述設(shè)置電流的量值大于所述重置電流的量值時(shí)，所述第二選擇元件僅在具有與所述設(shè)置電壓相同極性的電壓下允許電流流動(dòng)。當(dāng)在所述可變電阻元件的電阻狀態(tài)從高電阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)的設(shè)置操作期間的設(shè)置電壓和設(shè)置電流與在所述可變電阻元件的電阻狀態(tài)從低電阻狀態(tài)變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)的重置操作期間的重置電壓和重置電流分別具有不同的極性、且所述重置電流的量值大于所述設(shè)置電流的量值時(shí)，所述第二選擇元件僅在具有與所述重置電壓相同極性的電壓下允許電流流動(dòng)。所述第一選擇元件包括金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT)元件、混合離子電子導(dǎo)電(MIEC)元件或雙向閾值切換(OTS)元件，所述第二選擇元件包括二極管。
[0009]電子器件還可以包括微處理器，所述微處理器包括:控制單元，被配置成接收包括來(lái)自微處理器外部的命令的信號(hào)，并且執(zhí)行命令的提取、譯碼，或控制微處理器的信號(hào)的輸入或輸出；運(yùn)算單元，被配置成基于控制單元將命令譯碼的結(jié)果來(lái)執(zhí)行運(yùn)算；以及存儲(chǔ)單元，被配置成儲(chǔ)存用于執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行運(yùn)算的結(jié)果相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、或執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)的地址，其中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元是微處理器中的存儲(chǔ)單元的部分。
[0010]電子器件還可以包括處理器，所述處理器包括:核心單元，被配置成利用數(shù)據(jù)而基于從處理器的外部輸入的命令來(lái)執(zhí)行與命令相對(duì)應(yīng)的操作；高速緩沖存儲(chǔ)單元，被配置成儲(chǔ)存用于執(zhí)行操作的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行操作的結(jié)果相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、或執(zhí)行操作的數(shù)據(jù)的地址；以及總線接口，連接在核心單元和高速緩沖存儲(chǔ)單元之間，并且被配置成在核心單元和高速緩沖存儲(chǔ)單元之間傳送數(shù)據(jù)，其中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元是處理器中的高速緩沖存儲(chǔ)單元的部分。
[0011]電子器件還可以包括處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括:處理器，被配置成將處理器接收的命令譯碼，以及基于將命令譯碼的結(jié)果來(lái)控制對(duì)信息的操作；輔助存儲(chǔ)器件，被配置成儲(chǔ)存用于將命令譯碼的程序和信息；主存儲(chǔ)器件，被配置成調(diào)用和儲(chǔ)存來(lái)自輔助存儲(chǔ)器件的程序和信息，使得處理器在執(zhí)行程序時(shí)可以利用程序和信息來(lái)執(zhí)行操作；以及接口器件，被配置成在處理器、輔助存儲(chǔ)器件和主存儲(chǔ)器件中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信，其中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元是處理系統(tǒng)中的輔助存儲(chǔ)器件或主存儲(chǔ)器件的部分。
[0012]電子器件還可以包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)包括:儲(chǔ)存設(shè)備，被配置成儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并保存儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，無(wú)論電源如何；控制器，被配置成根據(jù)從外部輸入的命令來(lái)控制輸入數(shù)據(jù)至儲(chǔ)存設(shè)備和從儲(chǔ)存設(shè)備輸出數(shù)據(jù)；暫時(shí)儲(chǔ)存設(shè)備，被配置成暫時(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)存設(shè)備和外部之間交換的數(shù)據(jù)；以及接口，被配置成在儲(chǔ)存設(shè)備、控制器、暫時(shí)儲(chǔ)存設(shè)備中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信，其中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)中的儲(chǔ)存設(shè)備或暫時(shí)儲(chǔ)存設(shè)備的部分。
[0013]電子器件還可以包括存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)包括:存儲(chǔ)器，被配置成儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并保存儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，而無(wú)論電源如何；存儲(chǔ)器控制器，被配置成根據(jù)從外部輸入的命令來(lái)控制輸入數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器和從存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)；緩沖存儲(chǔ)器，被配置成緩沖在存儲(chǔ)器和外部之間交換的數(shù)據(jù)；以及接口，被配置成在存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器控制器、緩沖存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信，其中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元是存儲(chǔ)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器或緩沖存儲(chǔ)器的部分。
[0014]這些和其他的方面、實(shí)施方式以及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)將在附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中更詳細(xì)地描述。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1A至IE是示出根據(jù)比較例的存儲(chǔ)器件及其操作方法的視圖。
[0016]圖2A至2F是示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件及其操作方法的視圖。
[0017]圖3A至3D是示出根據(jù)本公開(kāi)另一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件及其操作方法的視圖。
[0018]圖4是實(shí)施基于本公開(kāi)技術(shù)的存儲(chǔ)電路的微處理器的配置圖的例子。
[0019]圖5是實(shí)施基于本公開(kāi)技術(shù)的存儲(chǔ)電路的處理器的配置圖的例子。
[0020]圖6是實(shí)施基于本公開(kāi)技術(shù)的存儲(chǔ)電路的系統(tǒng)的配置圖的例子。
[0021]圖7是實(shí)施基于本公開(kāi)技術(shù)的存儲(chǔ)電路的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)的配置圖的例子。
[0022]圖8是實(shí)施基于本公開(kāi)技術(shù)的存儲(chǔ)電路的存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置圖的例子。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本公開(kāi)技術(shù)的各種例子和實(shí)施方式。
[0024]附圖可能并不一定按比例繪制，并且在一些情況下，為了清楚地示出所描述的例子或?qū)嵤┓绞降哪承┨卣?，可能?duì)附圖中的至少一些結(jié)構(gòu)的比例做夸大處理。當(dāng)在附圖或說(shuō)明書(shū)中呈現(xiàn)具有為多層結(jié)構(gòu)的兩層或更多層的特定例子時(shí)，所示出的這些層的相對(duì)定位關(guān)系或布置這些層的順序反映了所描述或所示出的例子的特定實(shí)施方式，而不同的相對(duì)定位關(guān)系或布置層的順序也是可能的。另外，所描述的或所示出的多層結(jié)構(gòu)的例子可以不反映特定多層結(jié)構(gòu)中存在的所有層(例如，一個(gè)或更多個(gè)附加層可以存在于兩個(gè)所示的層之間)。作為具體的例子，當(dāng)所描述或所示出的多層結(jié)構(gòu)的第一層被稱(chēng)為在第二層“上”或“之上”或在襯底“上”或“之上”時(shí)，第一層可以是直接形成在第二層或襯底上，但是也可以表示一個(gè)或更多個(gè)其他的中間層可存在于第一層和第二層之間或第一層和襯底之間的結(jié)構(gòu)。
[0025]本公開(kāi)實(shí)施例針對(duì)一種具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，其中存儲(chǔ)器單元布置在第一線和與第一線相交叉的第二線的交叉點(diǎn)處。每個(gè)存儲(chǔ)器單元包括與可變電阻元件耦合的選擇元件以阻擋潛行電流。
[0026]圖1A至IE示出存儲(chǔ)器件及其操作方法。圖1A是示出包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器件的立體圖，圖1B是示出圖1A所示的存儲(chǔ)器單元的可變電阻元件的電流電壓特性的圖，圖1C是示出圖1A所示的存儲(chǔ)器單元的選擇元件的電流電壓特性的圖，圖1D是示出圖1A的存儲(chǔ)器單元的電流電壓特性的圖，圖1E示出在圖1A的存儲(chǔ)器件中產(chǎn)生的潛行電流路徑。
[0027]參見(jiàn)圖1A，存儲(chǔ)器件包括多個(gè)第一線L1、多個(gè)第二線L2以及多個(gè)存儲(chǔ)器單元MC。第一線LI在第一方向上延伸。第二線L2在與第一方向相交叉的第二方向上延伸，且布置在第一線LI之上。存儲(chǔ)器單元MC布置在第一線LI和第二線L2的相交處。布置在第一線LI和第二線L2的相交處的存儲(chǔ)器單元MC在與第一方向和第二方向正交的方向上、例如在垂直方向上布置在第一線LI和第二線L2之間。
[0028]每個(gè)存儲(chǔ)器單元MC包括選擇元件S和可變電阻元件R的層疊結(jié)構(gòu)。選擇元件S和可變電阻元件R在第一線LI和第二線L2之間相互串聯(lián)。在圖1A中，可變電阻元件R布置在選擇元件S之上，但可變電阻元件R和選擇元件S的位置可以顛倒，即選擇元件S可以布置在可變電阻元件R之上。
[0029]可變電阻元件R可以根據(jù)通過(guò)第一線LI和第二線L2施加到其端部的電壓或電流而在不同電阻狀態(tài)之間切換?？勺冸娮柙的電流電壓特性如圖1B所示。圖1B示出在只有可變電阻元件R而沒(méi)有選擇元件S時(shí)的電流電壓特性。
[0030]參見(jiàn)圖1B，如果通過(guò)第一線LI和第二線L2供給到可變電阻元件R的電壓增加到具有預(yù)定正電壓電平的特定正電壓，同時(shí)可變電阻元件R處于高電阻狀態(tài)HRS，則執(zhí)行設(shè)置操作。結(jié)果，可變電阻元件R的電阻狀態(tài)從高電阻狀態(tài)HRS改變成低電阻狀態(tài)LRS。所述特定正電壓可以被稱(chēng)作“設(shè)置”電壓。
[0031]可變電阻元件R的低電阻狀態(tài)LRS可以保持，直到供給到可變電阻元件R的電壓降低到具有預(yù)定負(fù)電壓電平的特定負(fù)電壓。如果供給到可變電阻元件R的電壓降低到所述特定負(fù)電壓，則執(zhí)行重置操作，其中可變電阻元件R的電阻狀態(tài)從低電阻狀態(tài)LRS改變成高電阻狀態(tài)HRS。所述特定負(fù)電壓可以被稱(chēng)作“重置”電壓。
[0032]由于用于執(zhí)行設(shè)置操作的設(shè)置電壓的極性和用于執(zhí)行重置操作的重置電壓的極性相反，所以可以說(shuō)所述可變電阻元件R具有雙極切換特性。圖1B示出設(shè)置操作在正電壓下執(zhí)行，而重置操作在負(fù)電壓下執(zhí)行。然而，設(shè)置操作可以在負(fù)電壓下執(zhí)行，而重置操作可以在正電壓下執(zhí)行。
[0033]同時(shí)，為了防止?jié)撔须娏?，可以將具有非線性電流電壓特性的選擇元件S連接到可變電阻元件R的端部。圖1C示出了選擇元件S的電流電壓特性。圖1C示出了在只有選擇元件S而沒(méi)有可變電阻元件R時(shí)的電流電壓特性。
[0034]參見(jiàn)圖1C，選擇元件S在供給到選擇元件S的電壓的絕對(duì)值等于或小于特定閾值的電壓范圍內(nèi)阻止電流，且在電壓的絕對(duì)值大于所述閾值時(shí)允許與施加的電壓的絕對(duì)值成比例增大的電流雙向流動(dòng)。在特定正電壓下流動(dòng)的電流的絕對(duì)值可以與在相對(duì)應(yīng)的負(fù)電壓下流動(dòng)的電流的絕對(duì)值基本相同。所述相對(duì)應(yīng)的負(fù)電壓與所述特定正電壓具有基本相同的絕對(duì)值。
[0035]圖1D示出存儲(chǔ)器單元MC的電流電壓特性，在所述存儲(chǔ)器單元MC中，具有圖1B所示的電流電壓特性的可變電阻元件R和具有圖1C所示的電流電壓特性的選擇元件S相互串聯(lián)連接。
[0036]參見(jiàn)圖1D，與具有圖1B所示的電流電壓特性的可變電阻元件R類(lèi)似，存儲(chǔ)器單元MC在高電阻狀態(tài)HRS和低電阻狀態(tài)LRS之間切換。然而，與可變電阻元件R不同，存在即使可變電阻元件R處于低電阻狀態(tài)LRS也阻