用于交叉點(diǎn)存儲器結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本公開提供了一種存儲器單元，其包括放置在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電阻存儲器元件，第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體被配置用來激活電阻存儲器元件。存儲器單元還包括與存儲器元件串聯(lián)放置在存儲器元件和第一導(dǎo)體或第二導(dǎo)體之間的反向二極管。
【專利說明】用于交叉點(diǎn)存儲器結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0001]交叉點(diǎn)存儲器陣列是放置在存儲器單元之上和之下正交走向的兩組導(dǎo)體之間的存儲器單元的陣列。第一組導(dǎo)體例如放置在存儲器單元之下，可以被稱作字線；而第二組導(dǎo)體放置在存儲器單元之上，可以被稱作位線。在交叉點(diǎn)存儲器陣列中的每個(gè)存儲器單元被放置在單個(gè)字線和單個(gè)位線的交叉點(diǎn)處。在陣列之內(nèi)選擇單個(gè)存儲器單元用于讀取或者寫入存儲器單元可以通過激活與那個(gè)存儲器單元相關(guān)聯(lián)的字線和位線實(shí)現(xiàn)。讀取所選擇的存儲器單元可以通過把電壓施加到字線并且測量經(jīng)過所選擇的存儲器單元的所產(chǎn)生的電流實(shí)現(xiàn)。在讀取所選擇的存儲器單元的過程中，可以在鄰近所選擇的存儲器單元的存儲器單元中生成泄露電流，其也被稱為寄生電流或者半選電流。泄露電流加到經(jīng)過所選擇的存儲器單元的電流，可能導(dǎo)致不正確的結(jié)果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]在下面的【具體實(shí)施方式】中參考附圖描述了某些實(shí)施例，其中:
[0003]圖1是按照實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的框圖；
[0004]圖2是按照實(shí)施例的反向二極管的電流-電壓圖；
[0005]圖3是按照實(shí)施例的存儲器單元的電路圖；
[0006]圖4是按照實(shí)施例的存儲器單元陣列的立體圖，顯示了在讀取操作的過程中的主電流路徑和泄露電流路徑。
【具體實(shí)施方式】
[0007]交叉點(diǎn)存儲器陣列通常包括選擇設(shè)備，例如晶體管，其防止經(jīng)過未經(jīng)選擇的存儲器單元的泄露電流影響所選擇的存儲器單元的讀取或?qū)懭?。例如，晶體管可以與存儲器單元串聯(lián)放置在字線和位線之間，以通過如下方法提供隔離:通過控制門關(guān)閉未經(jīng)選擇的設(shè)備。然而，這樣的配置在存儲器陣列內(nèi)消耗不動產(chǎn)(real estate)，因此減少了在陣列中的存儲器單元的密度。在一些存儲器陣列中，存儲器單元可以是非隔離的設(shè)備。為了減少泄露電流在這樣的存儲器陣列中的影響，可以使用多次采樣技術(shù)來讀取存儲器單元。然而，使用了額外的架構(gòu)上的開銷來實(shí)現(xiàn)多次采樣技術(shù)。在一些存儲器陣列中，存儲器單元可以被配置用來展示非線性特征，以便存儲器元件自身抑制泄漏電流。
[0008]按照本技術(shù)的實(shí)施例，在交叉點(diǎn)陣列中的每個(gè)存儲器單元包括與存儲器元件串聯(lián)放置在字線和位線之間的反向二極管。反向二極管用作選擇設(shè)備，其減少經(jīng)過與所選擇的存儲器單元鄰近的存儲器單元的泄漏電流，同時(shí)允許相對大的電流流過所選擇的存儲器單元。進(jìn)一步的，反向二極管允許電流沿正向和反向兩個(gè)方向流過存儲器單元，這樣能夠?qū)懭腚p極存儲器單元。通過在每個(gè)存儲器單元之內(nèi)合并選擇設(shè)備，可以增加存儲器陣列的存儲器密度，并且可以消除用于實(shí)現(xiàn)多次采樣技術(shù)的額外的電路架構(gòu)。
[0009]使用反向二極管允許放松憶阻器或者其他存儲器元件的非線性要求。在不展示非線性特征的其他形式的存儲器中這可能是有用的。進(jìn)一步的，通過將選擇設(shè)備與位自身串聯(lián)放置，下面的硅不動產(chǎn)可用于其他設(shè)備例如解碼器、交換矩陣、感測和驅(qū)動電路等等。反向二極管的使用還提高消除晶體管的使用的可實(shí)現(xiàn)存儲器密度，以在存儲器單元之間提供隔離。
[0010]圖1是按照實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的框圖。如圖1顯示的，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備100可以包括以行和列布置的存儲器單元102陣列。一組在這里被稱為字線104的導(dǎo)電電極延伸到存儲器單元102陣列的一側(cè)。每條字線104與特定行的存儲器單元102電接觸。一組在這里被稱為位線106的導(dǎo)電電極延伸到存儲器單元102陣列的另一側(cè)。每條位線106與特定列的存儲器單元102電接觸。每個(gè)存儲器單元102處在一條字線104和一條位線106的交叉點(diǎn)。每個(gè)存儲器單元102可以被選擇用于寫入或讀取，通過激活與那個(gè)存儲器單元102相關(guān)聯(lián)的特定字線104和位線106。如參照圖3進(jìn)一步在下面討論的，每個(gè)存儲器單元102可以包括與反向二極管串聯(lián)耦合的憶阻器。
[0011]數(shù)據(jù)存儲設(shè)備也包括通過各自字線104耦合到存儲器單元102的字線控制電路108，并且所述字線控制電路108被配置用來激活特定的字線104，用于讀取或?qū)懭肱c字線104相關(guān)聯(lián)的特定存儲器單元102。例如，字線控制電路108可以包括復(fù)用器，用于選擇特定的一條字線104。在為了讀取或?qū)懭氩僮髟L問特定的存儲器單元的過程中，所選擇的位線和未經(jīng)選擇的位線將會由字線控制電路108設(shè)定到相同的電壓。數(shù)據(jù)存儲設(shè)備也包括通過各自位線106耦合到存儲器單元102的位線控制電路110。位線控制電路110可以包括解復(fù)用器112、感測電路114和輸入/輸出(I/O)底板116。解復(fù)用器112可以被配置用來選擇性地將所選擇的存儲器單元102的位線106耦合到感測電路114。字線控制電路108和位線控制電路110通過激活耦合到所選擇的存儲器單元102的對應(yīng)的字線104和位線106而一致行動來訪問個(gè)體存儲器單元102。應(yīng)當(dāng)理解在這里描述的字線控制電路108和位線控制電路110是電路的示例，其可以被用在訪問存儲器單元102的示例性實(shí)施例中。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他配置可以被用于訪問依照本技術(shù)的存儲器單元102。
[0012]在寫入操作的過程中，字線控制電路108通過把電壓施加到對應(yīng)于所選擇的存儲器單元102的特定字線104，將信息寫入到所選擇的存儲器單元102。通過將存儲器單元102耦合接地，位線控制電路110的解復(fù)用器112激活所選擇的存儲器單元102。電流然后流過所選擇的存儲器單元102，其影響存儲器單元102的屬性，實(shí)際上存儲邏輯一或邏輯零到存儲器單元102。例如，如果包括在存儲器單元102中的存儲器元件300是憶阻器，那么流過憶阻器的電流改變憶阻器的電阻。在接下來的讀取操作過程中，可以檢測電阻中的改變。
[0013]在讀取操作的過程中，字線控制電路108通過將特定的電壓施加到對應(yīng)的字線104來激活所選擇的存儲器單元102，并且解復(fù)用器112將對應(yīng)于所選擇的存儲器單元102的位線106耦合到感測電路114。由感測電路114檢測到的結(jié)果電流指示了存儲器單元102的狀態(tài)，例如，存儲器單元102對應(yīng)于邏輯一還是邏輯零。讀取的結(jié)果然后被發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的I/O底板116。如參照圖4進(jìn)一步在下面解釋的，讀取所選擇的存儲器單元102可以受到在與所選擇的存儲器單元102鄰近的存儲器單元102中生成的泄露電流影響，其可以導(dǎo)致不正確的讀取結(jié)果。在實(shí)施例中，每個(gè)存儲器單元102包括反向二極管，其被配置用來減少來自鄰近單元的泄露電流，從而減少在讀取的過程中得到不正確結(jié)果的可能性。以這種方式，反向二極管用作選擇設(shè)備，其將所選擇的存儲器單元102從鄰近存儲器單元102隔離開。
[0014]圖2是按照實(shí)施例的反向二極管的電流-電壓圖。電流-電壓圖200顯示了反向二極管在正向偏壓和反向偏壓情況下的1-V特性。術(shù)語“反向二極管”指的是相比較于正向偏置電壓，對反向偏置電壓展現(xiàn)更好的傳導(dǎo)屬性的二極管。例如，如圖2所顯示的，當(dāng)反向二極管是正向偏壓的時(shí)，經(jīng)過反向二極管的電流展現(xiàn)如典型的穩(wěn)壓二極管的相同特性。換句話說，在電壓閾值Vth之下時(shí)，經(jīng)過反向二極管的電流保持接近于零。反向二極管在正向偏壓方向不傳導(dǎo)大量的電流，直到電壓超過了電壓閾值Vth。然而，當(dāng)反向二極管是反向偏壓的時(shí)，反向二極管差不多立即開始傳導(dǎo)。換句話說，對于小的偏置電壓，反向二極管在反向偏壓方向比在正向偏壓方向傳導(dǎo)更大的電流。在實(shí)施例中，如果使用硅技術(shù)，則反向二極管的閾值電壓Vth可以是大約0.5-0.7伏特。反向二極管可以使用任何合適的晶體的、多晶的或者非晶體的半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)，其可以是服從例如摻雜的標(biāo)準(zhǔn)制造工藝。合適的半導(dǎo)體材料還可以包括硅、砷化鎵和鍺，等等。例如，反向二極管可以通過在Si CM0S(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)底層電路的頂部沉積硅薄膜實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，反向二極管可以是
[0015]在一些實(shí)施例中，反向二極管的閾值電壓小于寫入電壓，并且大于寫入電壓的一半。例如，寫入電壓Vwl可以被用于將存儲器單元102設(shè)定為代表邏輯一的電阻值，并且寫入電壓Vw2可以被用于將存儲器單元102重置到代表邏輯零的電阻值。例如在硅基反向二極管的情況下，Vwl可以大約是1.0到2.0伏特而Vw2可以大約是-0.5到1.5伏特。應(yīng)當(dāng)理解在圖2中顯示的電壓不是按比例繪制。反向二極管和存儲器單元102將會在兩個(gè)寫入操作的過程中傳導(dǎo)電流。在所選擇的存儲器單元的寫入過程中，跨越鄰近存儲器單元的電壓將會總小于寫入電壓的一半減去反向二極管的閾值電壓(即小于Vw/2-Vth)，其有效地隔離未經(jīng)選擇的存儲器單元。換句話說，反向二極管允許相對高的電流經(jīng)過所選擇的存儲器單元102，同時(shí)在相鄰的存儲器單元102中抑制流向相反方向的電流。
[0016]在存儲器單元102的讀取過程中，讀取電壓VR的量級可以小于反向二極管的電壓閾值，例如，大約是反向二極管的閾值電壓的一半。例如對于硅基反向二極管的情況，讀取電壓VR可以是在從大約0.1到0.5伏特的范圍中。進(jìn)一步的，在反向二極管處的電壓降是可以忽略的，因?yàn)樗欠聪蚱珘旱?。進(jìn)一步的，施加到所選擇的存儲器單元102的電壓將是反向偏置電壓，其允許電流從陰極到陽極經(jīng)過反向二極管。通過在存儲器單元102中將反向二極管放置在憶阻器設(shè)備之前或者之后，跨越鄰近的、未經(jīng)選擇的存儲器單元的電壓將會總是小于讀取電壓的一半減去反向二極管的閾值電壓(即，小于VR/2-Vth)，其有效地隔離未經(jīng)選擇的存儲器單元。換句話說，反向二極管允許相對高的電流通過所選擇的存儲器單元102，同時(shí)在鄰近的存儲器單元102中抑制流向相反方向的電流。
[0017]圖3是按照實(shí)施例的存儲器單元的電路圖。如圖3所顯示的，每個(gè)存儲器單元102可以包括存儲器元件300和反向二極管302，反向二極管302放置在對應(yīng)的字線104和位線106之間與存儲器單元300串聯(lián)。存儲器元件300可以是電阻存儲器元件，例如憶阻器、相變材料電阻器、導(dǎo)電橋電阻器、基于過渡金屬氧化物的電阻器或者任何電阻變化存儲器的實(shí)施例。如這里使用的，術(shù)語“電阻存儲器元件”是指這樣的存儲器元件:其中存儲器元件的邏輯狀態(tài)(例如，它存儲一還是零)由存儲器元件的電阻指示。在電阻存儲器元件中，由存儲器元件展示的電阻可以被改變，例如通過讓電流流過電阻存儲器元件或者讓電阻存儲器兀件處于磁場中。[0018]反向二極管302的極性可以被定向，以便所選擇的存儲器單元102的反向二極管302在讀取操作的過程中將是反向偏壓的，同時(shí)，至少一些鄰近存儲器單元102的反向二極管302在小于反向二極管302的電壓閾值的電壓級別處將是正向偏壓的。以這種方式，在讀取操作的過程中，反向二極管302使電流能夠經(jīng)過所選擇的存儲器單元102，同時(shí)抑制泄露電流經(jīng)過鄰近單元。在實(shí)施例中，反向二極管302可以由能夠在低溫下沉淀的材料制成，例如非晶硅和微晶硅等。以這種方式，反向二極管302可以通過將非晶硅、微晶硅或者其一些組合放置在已經(jīng)形成的存儲器元件300之上制成，而不會消極影響存儲器元件300。參照圖4可以更好地理解將反向二極管302與每個(gè)存儲器元件300串聯(lián)放置的效果。
[0019]圖4是按照實(shí)施例的存儲器單元陣列的立體圖，顯示了在讀取操作的過程中的主電流路徑和泄露電流路徑。如圖4所顯示的，存儲器單元陣列包括存儲器單元102的矩陣，其電耦合到標(biāo)記為WL1-WL5的字線104和標(biāo)記為BL1-BL4的位線106。進(jìn)一步的，所選擇的存儲器單元400已經(jīng)由字線控制電路108和位線控制電路110激活用來讀取所選擇的存儲器單元400。所選擇的存儲器單元400處在字線WL2和位線BL3的交叉點(diǎn)。如圖4所顯示的，通過將讀取電壓VR施加到所選擇的存儲器單元400的字線104上并且將所選擇的存儲器單元400的位線106耦合到感測電路114，來讀取所選擇的存儲器單元400。為所選擇的存儲器單元400測量的電流指示所選擇的存儲器單元400的邏輯狀態(tài)，換句話說，所選擇的存儲器單元400是存儲邏輯一還是零。作為非限制性的示例，感測電路114可以包括:感測放大器，耦合到位線106的電流到電壓轉(zhuǎn)換器402，以及耦合到電流到電壓轉(zhuǎn)換器402的輸出的比較器404。電流到電壓轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓與經(jīng)過所選擇的存儲器單元400的電流是成比例的。比較器404對電流到電壓轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓和閾值電壓進(jìn)行比較，以判定所選擇的存儲器單元400的邏輯狀態(tài)。
[0020]圖4也顯示了由將電壓施加到所選擇的存儲器單元400的字線104造成的經(jīng)過存儲器單元陣列的電流路徑。通過所選擇的存儲器單元102的主電流路徑用實(shí)線箭頭顯示。泄露電流的路徑由虛線箭頭顯示，并且沿著經(jīng)過三個(gè)鄰近的存儲器單元102(稱為存儲器單元A406、存儲器單元B408和存儲器單元C410)的路徑。如虛線顯示的，在所選擇的存儲器單元400的字線104上的電壓趨于提升泄漏電流，其沿著這樣的路徑:從所選擇的字線104經(jīng)過鄰近的存儲器單元A406到鄰近的位線106，沿著鄰近的位線106到存儲器單元B408，經(jīng)過存儲器單元B408到鄰近的字線104，沿著所述鄰近的字線104到鄰近的存儲器單元C410，并且經(jīng)過存儲器單元C410到所選擇的位線106。沿著這條路徑的任何泄露電流將會加到經(jīng)過所選擇的存儲器單元400的主電流。盡管顯示了單條泄露路徑，但應(yīng)當(dāng)理解對其他鄰近的存儲器單元102將會存在相似的泄漏路徑。
[0021]基于顯示的泄露路徑，可以看出，被放置在鄰近位線106和鄰近字線104的交叉點(diǎn)處的存儲器單元B408與所選擇的存儲器單元400相比，具有相反的電壓極性。因此，當(dāng)所選擇的存儲器單元400的反向二極管302 (圖3)是反向偏壓的時(shí)，鄰近存儲器單元B408的反向二極管302將會是正向偏壓的。進(jìn)一步的，讀取電壓VR的量級小于每個(gè)反向二極管302的電壓閾值。因此，存儲器單元B408的反向二極管302有效地阻擋大量電流經(jīng)過鄰近的存儲器單元B并且抑制泄露電流。同時(shí)，所選擇的存儲器單元400的反向偏壓的反向二極管302允許電流經(jīng)過所選擇的存儲器單元400。
【權(quán)利要求】
1.一種存儲器單元，包括: 電阻存儲器元件，其放置在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體被配置用來激活所述電阻存儲器元件；以及 反向二極管，其與存儲器元件串聯(lián)放置在所述存儲器元件和所述第一導(dǎo)體或者第二導(dǎo)體之間。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述電阻存儲器元件包括以下中的至少一個(gè):憶阻器、相變材料電阻器、導(dǎo)電橋電阻器、基于過渡金屬氧化物的電阻器。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述電阻存儲器元件被配置成通過跨越所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體施加電壓而被讀取，所述電壓反向偏置所述反向二極管并且小于所述反向二極管的閾值電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述電阻存儲器元件被配置成通過跨越所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體施加電壓而被寫入，所述電壓大于所述反向二極管的閾值電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲器單元，其中所述反向二極管包括非晶硅、微晶硅或其組口 ο
6.一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，包括 存儲器單元陣列，其包括多個(gè)存儲器單元； 字線，其放置在所述存儲器單元陣列的第一側(cè)，并且電耦合到所述多個(gè)存儲器單元；以及· 位線，其放置在所述存儲器單元陣列的第二側(cè)，與所述字線正交，并且電耦合到所述多個(gè)存儲器單元， 其中在所述多個(gè)存儲器單元中的每個(gè)存儲器單元處在一個(gè)所述字線和一個(gè)所述位線的交叉點(diǎn)； 其中所述多個(gè)存儲器單元中的每個(gè)包括: 電阻存儲器元件，其放置在一個(gè)所述字線和一個(gè)所述位線之間；以及 反向二極管，其與存儲器元件串聯(lián)放置在所述存儲器元件和所述字線或者位線之間。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中所述電阻存儲器元件包括以下中的至少一個(gè):憶阻器、相變材料電阻器、導(dǎo)電橋電阻器、基于過渡金屬氧化物的電阻器。
8.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中所述多個(gè)存儲器單元中的所選擇的存儲器單元被配置成通過跨越對應(yīng)于所述所選擇的存儲器單元的字線和位線施加電壓而被讀取，所述電壓反向偏置所述所選擇的存儲器單元的反向二極管，并且所述電壓的量級小于所述所選擇的存儲器單元的所述反向二極管的閾值電壓。
9.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中所述多個(gè)存儲器單元中的所選擇的存儲器單元被配置成通過跨越對應(yīng)于所述所選擇的存儲器單元的字線和位線施加電壓而被讀取，所述電壓反向偏置所述所選擇的存儲器單元的反向二極管，并且所述電壓正向偏置在泄露電流路徑中的至少一個(gè)所述存儲器單元的反向二極管。
10.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中所選擇的存儲器單元被配置成通過跨越對應(yīng)于所述所選擇的存儲器單元的字線和位線施加電壓而被寫入，所述電壓的量級大于所述反向二極管的閾值電壓的量級。
11.如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中所述反向二極管包括:非晶硅、微晶硅或其組合。
12.—種形成存儲器單元的方法，包括: 在兩個(gè)電極之間放置電阻存儲器元件； 在兩個(gè)電極之間放置與所述電阻存儲器元件串聯(lián)的反向二極管。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中放置所述電阻存儲器元件包括:形成憶阻器。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中放置所述反向二極管包括:在所述電阻存儲器元件上形成包括非晶硅、微晶硅或其組合的反向二極管。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述反向二極管被配置用來展示小于寫入電壓量級并且大于大約所述寫入 電壓量級的一半的閾值電壓。
【文檔編號】G11C5/02GK103858172SQ201180074092
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月12日
【發(fā)明者】G·M·里貝羅, J·H·尼克爾 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)