電子裝置的制造方法
【專利說明】電子裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年3月11日提交至韓國專利局的韓國專利申請N0.10-2014-0028322的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術領域
[0003]本專利文件涉及存儲電路或裝置及其在電子裝置或系統(tǒng)中的應用。
【背景技術】
[0004]近來，隨著電子裝置或設備趨向于小型化、低功耗、高性能及多功能等等，需要能夠存儲例如計算機、便攜式通信裝置等的各種電子裝置或設備中的信息的電子裝置，并且已著手研宄和開發(fā)這種電子裝置。這種電子裝置的實例包括能夠利用根據(jù)施加的電壓或電流而在不同電阻狀態(tài)之間切換的特性來存儲數(shù)據(jù)并且能夠被實施成各種構造的電子裝置，例如，電阻式隨機存取存儲器(RRAM)、相變隨機存取存儲器(PRAM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)、磁性隨機存取存儲器(MRAM)和E-fuse等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專利文件中公開的技術包括存儲電路或裝置及其在電子裝置或系統(tǒng)中的應用，以及電子裝置的各種實施，其中電子裝置能夠提高集成度并改進其性能特性。
[0006]在一個實施例中，一種電子裝置包括半導體存儲器單元，所述半導體存儲器單元包括順序地層疊在襯底上的第一至第T平面(T為2或更大的自然數(shù))，所述第一至第T平面中的每個包括一個或更多個單元墊，其中第t平面的第t單元墊(t為自然數(shù)且范圍在I至T)包括在第一方向上延伸的第t下部線、安置在所述第t下部線上方并在與所述第一方向相交叉的第二方向上延伸的第t上部線、以及位于所述第t下部線與所述第t上部線之間的交叉點處的第t可變電阻元件；第(t+Ι)平面的第(t+Ι)單元墊與在所述第一方向上彼此相鄰的兩個相鄰的第t單元墊中的一個的第一半和所述兩個相鄰的第t單元墊中的另一個的第二半重疊，其中所述第二半在所述第一方向上與所述第一半相鄰；第(t+Ι)平面的第(t+Ι)單元墊包括安置在所述第一半和所述第二半中的第t上部線、安置在所述第t上部線上方并在所述第一方向上延伸的第(t+Ι)上部線、以及位于所述第t上部線與所述第(t+i)上部線之間的交叉點處的第(t+i)可變電阻元件；耦合至每個第t下部線的第t下觸點、耦合至每個第t上部線的第t上觸點、以及耦合至每個第(t+i)上部線的第(t+1)上觸點分別與每個第t下部線的中部、每個第t上部線的中部、以及每個第(t+i)上部線的中部重疊。
[0007]上述裝置的實施例可包括以下的一個或更多個。
[0008]所述第(t+Ι)上觸點位于所述兩個相鄰的第t單元墊之間。所述第t下觸點和所述第t下部線的組合、所述第t上觸點和所述第t上部線的組合、以及所述第(t+i)上觸點和所述第(t+Ι)上部線的組合分別具有T形截面。當所述第t單元墊和所述第(t+i)單元墊中的每個被分成四個象限時，所述第t下觸點、所述第t上觸點和所述第(t+i)上觸點位于所述四個象限的邊界。安置在所述第t下觸點的一側(cè)的第t可變電阻元件的數(shù)量與安置在所述第t下觸點的另一側(cè)的第t可變電阻元件的數(shù)量相同，安置在所述第t上觸點的一側(cè)的第t可變電阻元件的數(shù)量與安置在所述第t上觸點的另一側(cè)的第t可變電阻元件的數(shù)量相同，安置在所述第t上觸點的一側(cè)的第(t+i)可變電阻元件的數(shù)量與安置在所述第t上觸點的另一側(cè)的第(t+Ι)可變電阻元件的數(shù)量相同，并且安置在所述第(t+i)上觸點的一側(cè)的第(t+Ι)可變電阻元件的數(shù)量與安置在所述第(t+i)上觸點的另一側(cè)的第(t+i)可變電阻元件的數(shù)量相同。在平面圖中，所述第一至第T平面中的第(4n+l)平面(η為O或更大的整數(shù))彼此重疊，所述第一至第T平面中的第(4η+2)平面彼此重疊，所述第一至第T平面中的第(4η+3)平面彼此重疊，并且所述第一至第T平面中的第(4η+4)平面彼此重疊。所述半導體存儲器單元還包括選擇元件，所述選擇元件插入在所述第t可變電阻元件和所述第t下部線之間、所述第t可變電阻元件和所述第t上部線之間、所述第(t+Ι)可變電阻元件和所述第t上部線之間、和/或所述第(t+Ι)可變電阻元件和所述第(t+Ι)上部線之間。第(t+2)平面的第(t+2)單元墊與在所述第一和第二方向上彼此相鄰的四個相鄰的第t單元墊中的第一個的第一四分之一、所述四個相鄰的第t單元墊中的第二個的第二四分之一、所述四個相鄰的第t單元墊中的第三個的第三四分之一、以及所述四個相鄰的第t單元墊中的第四個的第四四分之一重疊，其中所述第一至第四四分之一在所述第一和第二方向上彼此相鄰，并且第(t+3)平面的第(t+3)單元墊與在所述第二方向上彼此相鄰的兩個相鄰的第t單元墊中的一個的第一半和所述兩個相鄰的第t單元墊中的另一個的第二半重疊，其中所述第二半在所述第二方向上與所述第一半相鄰。
[0009]在另一實施例中，一種電子裝置包括半導體存儲器單元，其包括:單元墊，其安置在襯底之上，并且包括下部線、與所述下部線相交叉的上部線、以及位于所述下部線和所述上部線之間的交叉點處的可變電阻元件，其中所述單元墊具有位于所述下部線的一半和所述下部線的另一半之間的第一邊界，以及位于所述上部線的一半和所述上部線的另一半之間的第二邊界；下觸點，其耦合至每個下部線并且與所述第二邊界重疊；以及上觸點，其耦合至每個上部線并與所述第一邊界重疊。
[0010]在上述裝置中，所述下觸點和所述下部線的組合、所述上觸點和所述上部線的組合可分別具有T形截面。
[0011]所述電子裝置還可包括微處理器，其包括:控制單元，其被配置成從所述微處理器的外部接收包括命令的信號，并執(zhí)行對所述命令的提取和譯碼，或控制所述微處理器的信號的輸入或輸出；運算單元，其被配置成基于所述控制單元對所述命令的譯碼的結(jié)果來執(zhí)行運算；以及存儲器單元，其被配置成存儲用于執(zhí)行所述運算的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行所述運算的結(jié)果相對應的數(shù)據(jù)、或執(zhí)行所述運算的數(shù)據(jù)的地址，其中所述半導體存儲器單元為所述微處理器中的所述存儲器單元的一部分。
[0012]所述電子裝置還可包括處理器，其包括:核心單元，其被配置成利用數(shù)據(jù)而基于從所述處理器的外部輸入的命令來執(zhí)行對應于所述命令的運算；高速緩沖存儲器單元，其被配置成存儲用于執(zhí)行所述運算的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行所述運算的結(jié)果相對應的數(shù)據(jù)、或執(zhí)行所述運算的數(shù)據(jù)的地址；以及總線接口，其連接在所述核心單元與所述高速緩沖存儲器單元之間，并且被配置成在所述核心單元與所述高速緩沖存儲器單元之間傳輸數(shù)據(jù)，其中所述半導體存儲器單元為所述處理器中的所述高速緩沖存儲器單元的一部分。
[0013]所述電子裝置還可包括處理系統(tǒng)，其包括:處理器，其被配置成對所述處理器接收的命令進行譯碼，并基于對所述命令譯碼的結(jié)果來控制對信息的運算；輔助存儲器裝置，其被配置成存儲用于對所述命令和所述信息進行譯碼的程序；主存儲器裝置，其被配置成從所述輔助存儲器裝置調(diào)用并存儲所述程序和所述信息，從而使所述處理器能夠在執(zhí)行所述程序時使用所述程序和所述信息來執(zhí)行所述運算；以及接口裝置，其被配置成執(zhí)行所述處理器、所述輔助存儲器裝置和所述主存儲器裝置中的至少一個與所述外部之間的通信，其中所述半導體存儲器單元為所述處理系統(tǒng)中的所述輔助存儲器裝置或所述主存儲器裝置的一部分。
[0014]所述電子裝置還可包括數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其包括:存儲裝置，其被配置成存儲數(shù)據(jù)并保存存儲的數(shù)據(jù)，而不管是否供電；控制器，其被配置成根據(jù)從外部輸入的命令來控制數(shù)據(jù)輸入到所述存儲裝置和輸出數(shù)據(jù)到所述存儲裝置；暫時存儲裝置，其被配置成暫時存儲在所述存儲裝置與外部之間交換的數(shù)據(jù)；以及接口，其被配置成執(zhí)行所述存儲裝置、所述控制器和所述暫時存儲裝置中的至少一個與外部之間的通信，其中所述半導體存儲器單元為所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的所述存儲裝置或所述暫時存儲裝置的一部分。
[0015]所述電子裝置還可包括存儲器系統(tǒng)，其包括:存儲器，其被配置成存儲數(shù)據(jù)并保存存儲的數(shù)據(jù)，而不管是否供電；存儲器控制器，其被配置成根據(jù)從外部輸入的命令來控制數(shù)據(jù)輸入到所述存儲器和輸出數(shù)據(jù)到所述存儲器；緩沖存儲器，其被配置成緩沖在所述存儲器與所述外部之間交換的數(shù)據(jù)；以及接口，其被配置成執(zhí)行所述存儲器、所述存儲器控制器和所述緩沖存儲器中的至少一個與所述外部之間的通信，其中所述半導體存儲器單元為所述存儲器系統(tǒng)中的所述存儲器或所述緩沖存儲器的一部分。
[0016]這些和其它方面、實施方式和相關優(yōu)點在考慮本文所提供的附圖和對實施例的描述的情況下將變得更為清晰，其旨在提供對本發(fā)明的進一步的解釋。
【附圖說明】
[0017]圖1A為平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括單元墊的半導體裝置。
[0018]圖1B為沿圖1A的線A1-A1’和截取的截面圖。
[0019]圖1C為平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括多個單元墊的半導體裝置。
[0020]圖2A至2C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括第一和第二平面的半導體裝置。
[0021]圖3A至3C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括第一至第三平面的半導體裝置。
[0022]圖4A至4C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括第一至第四平面的半導體裝置。
[0023]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括5個或更多個平面的半導體裝置。
[0024]圖6示出基于所公開的技術來實施存儲電路的微處理器。
[0025]圖7示出基于所公開的技術來實施存儲電路的處理器。
[0026]圖8示出基于所公開的技術來實施存儲電路的系統(tǒng)。
[0027]圖9示出基于所公開的技術來實施存儲電路的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
[0028]圖10示出基于所公開的技術來實施存儲電路的存儲系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0029]下文將參照附圖描述本發(fā)明的各種實施例。
[0030]附圖可能不一定按比例繪制，并且在一些情況下，為了清晰地示出實施例的某些特征，附圖中的至少一些結(jié)構的比例被放大。在呈現(xiàn)具有多層結(jié)構的兩層或更多層的附圖或描述的實施例時，這些層的相對位置關系或這些層的排列順序反映實施例的特定實施，而不同的相對位置關系或?qū)拥呐帕许樞蛞彩强赡艿摹４送?，多層結(jié)構的實施例的描述或說明可能不反應所述特定多層結(jié)構(例如，在兩個示出的層之間可存在一個或更多個額外的層)中所存在的所有層。作為特定的實例，當描述或示出的多層結(jié)構中的第一層被稱為位于第二層“上”或“上方”或位于襯底“上”或“上方”時，所述第一層可直接形成于所述第二層或所述襯底上，但是也可存在一個或更多個其它的中間層存在于所述第一層與所述第二層或所述襯底之間的結(jié)構。
[0031]圖1A為平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括單元墊(cell mat)的半導體裝置，圖1B為沿圖1A的線A1-A1’和B1-B1’截取的截面圖。
[0032]參見圖1A和1B，所述半導體裝置包括具有預定結(jié)構(未示出)的襯底100和安置在襯底100上方的單元墊Ml。單元墊Ml包括多個下部線L1、多個上部線L2和可變電阻元件R1。所述多個下部線LI在平行于襯底100的表面的第一方向上延伸，例如，平行于線A1-A1’。所述多個上部線L2安置在下部線LI上方，并且在平行于襯底100的同一表面且與第一方向相交叉的第二方向上延伸。例如，上部線L2平行于線B1-B1’延伸?？勺冸娮柙l插入在下部線LI和上部線L2之間并且位于交叉點處，即，分別位于下部線LI和上部線L2的相交區(qū)域中。
[0033]下部線LI和上部線L2分別耦合至對應的可變電阻元件Rl的底端和頂端，并且向可變電阻元件Rl供應電壓或電流。下部線LI和上部線L2可由一種或更多種導電材料形成，例如，由金屬、金屬氮化物、摻雜有雜質(zhì)的半導體材料或其組合形成。
[0034]可變電阻元件Rl可由根據(jù)施加至其的電壓或電流而在不同的電阻狀態(tài)之間切換的材料形成。在一個實施例中，可變電阻元件Rl包括用于RRAM、PRAM, FRAM、MRAM等中的各種可變電阻材料中的一種。所述可變電阻材料包括諸如過渡金屬氧化物或基于鈣鈦礦的材料的金屬氧化物、諸如基于硫族化物的材料的相變材料、鐵電材料、鐵磁材料等。
[0035]可變電阻元件Rl可具有單層結(jié)構或?qū)盈B有多個層的多層結(jié)構，并且具有組合的可變電阻特性。在一個實施例中，可變電阻元件Rl具有包括缺氧金屬氧化物層和富氧金屬氧化物層的雙層結(jié)構。富氧金屬氧化物層可包括滿足化學計量比的材料，例如1^02或Ta2O5O缺氧金屬氧化物層可包括與滿足化學計量比的材料相比缺少氧的材料。缺氧金屬氧化物層可包括T1x，其中X小于2，或可包括TaOy，其中y小于2.5。
[0036]在雙層結(jié)構中，根據(jù)向可變電阻元件Rl施加的電壓或電流，缺氧金屬氧化物層的氧空位可被供應給富氧金屬氧化物層，從而在富氧金屬氧化物層中形成電流路徑。此外，根據(jù)所施加的電流或電壓，缺氧金屬氧化物層的氧空位可不被供應給富氧金屬氧化物層，從而使富氧金屬氧化物層中所形成的電流路徑消失。因此，可變電阻元件Rl的電阻狀態(tài)可在高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)之間變化。在一個實施例中，除可變電阻材料外，可變電阻元件Rl還包括電極材料?？勺冸娮柙l的電阻狀態(tài)可變化以存儲不同的數(shù)據(jù)。
[0037]存儲單元MC形成在下部線LI和上部線L2的每個相交區(qū)域中。在一個實施例中，可變電阻元件Rl在下部線LI和上部線L2的相交區(qū)域中具有