專利名稱：非易失性存儲(chǔ)器的層級(jí)式交點(diǎn)陣列的制作方法
非易失性存儲(chǔ)器的層級(jí)式交點(diǎn)陣列
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備通常操作為以快速和有效的方式存儲(chǔ)并提取數(shù)據(jù)。一些儲(chǔ)存設(shè)備使用固態(tài)存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體陣列來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的諸個(gè)單獨(dú)比特。這樣的存儲(chǔ)器單元可以是易失性的(諸如，DRAM、SRAM)或非易失性的(RRAM、STRAM、閃存、等等)?？梢员焕斫獾氖?，易失性的存儲(chǔ)器單元通常在對(duì)該設(shè)備的工作供電持續(xù)時(shí)保持存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而非易失性的存儲(chǔ)器單元通常即便在沒有施加工作供電時(shí)也保持存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。然而，非易失性存儲(chǔ)器單元的陣列在各種操作期間可生成不期望的電流。這樣不期望的電流在從存儲(chǔ)器單元陣列快速且持續(xù)地讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生問題。這樣，在這些類型的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備或其他類型的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備中，經(jīng)常期望提升效率和可靠性，特別是通過減少與更新數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的開銷儲(chǔ)存空間來改善存儲(chǔ)器空間的利用度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多種實(shí)施例針對(duì)用于從非易失性存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列排列為諸個(gè)行和列。提供有選擇電路，該選擇電路能激活第一存儲(chǔ)器單元塊并同時(shí)停用第二存儲(chǔ)器單元塊。進(jìn)一步的，提供了讀取電路，讀取電路能夠通過向與第一存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程第一阻性狀態(tài)并向與第二存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程第二阻性狀態(tài)來讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)且具有減少的漏電流。在其他諸個(gè)實(shí)施例中，提供了非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列、選擇電路以及讀取電路，非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列被排列成諸個(gè)行和列，選擇電路能夠激活第一存儲(chǔ)器單元塊并停用第二存儲(chǔ)器單元塊。隨后，通過向與第一存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程第一阻性狀態(tài)并向與第二存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程第二阻性狀態(tài)來讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)且具有減少的漏電流。參考下述的討論和附圖可以理解對(duì)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行限定的這些和其他多個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的示例性數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備的通用功能表示圖。圖2示出被用于從圖1的設(shè)備的存儲(chǔ)器陣列讀取數(shù)據(jù)并向其寫入數(shù)據(jù)的電路。圖3顯示了示例性的存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列。圖4圖示了圖3的交點(diǎn)陣列的示例性特征。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的示例性存儲(chǔ)器單元塊。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的示例性存儲(chǔ)器單元陣列。圖7提供了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而對(duì)圖5和6的存儲(chǔ)器單元陣列所執(zhí)行的示例性操作。
圖8示出了能夠被用于圖5-7的存儲(chǔ)器陣列中的示例性塊選擇組件。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的示例性存儲(chǔ)器單元陣列。圖10提供了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而執(zhí)行的頁面讀取例程的流程圖。詳細(xì)描述圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備100的功能表示框圖。設(shè)備100的頂層控制是由合適的控制器102來完成的，控制器102可以是可編程的或基于硬件的微控制器?？刂破?02經(jīng)由控制器接口(I/F)電路104與主機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信。在106處示出了存儲(chǔ)器空間，以包括多個(gè)存儲(chǔ)器陣列108(示出為陣列0-N)，雖然可以理解到根據(jù)期望可利用單個(gè)陣列。每個(gè)陣列108包括具有所選儲(chǔ)存容量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器塊。在控制器102和存儲(chǔ)器空間106之間的通信是經(jīng)由I/F 104所協(xié)調(diào)的。可以理解到，存儲(chǔ)器空間106可被配置為使用多種寫入和讀取電路的多種不同方式。一種這樣的配置可以是如圖2所示的存儲(chǔ)器交點(diǎn)陣列110。多個(gè)存儲(chǔ)器單元112可每一個(gè)都被連接在字線114和位線116之間。在一些實(shí)施例中，字線可通過列驅(qū)動(dòng)器118來控制，而位線可通過行驅(qū)動(dòng)器120來控制。進(jìn)一步的，字線114和位線116可被定向?yàn)楸舜顺烧魂P(guān)系，但其他配置不要求或不限于此。交點(diǎn)陣列Iio的配置可以被表征為以諸個(gè)行和列進(jìn)行排列，其中每個(gè)字線114 將沿著對(duì)準(zhǔn)列的多個(gè)存儲(chǔ)器單元連接至列驅(qū)動(dòng)器118，而每個(gè)位線116將沿著對(duì)準(zhǔn)行的多個(gè)存儲(chǔ)器單元連接至行驅(qū)動(dòng)器120。然而，可以認(rèn)識(shí)到，圖2所示的位線174和字線176完全是示例性的，并且決不限制存儲(chǔ)器單元交點(diǎn)陣列110的諸種可能配置。也就是說，位線116可連接沿著一列上的諸個(gè)存儲(chǔ)器單元，而字線114連接沿著一行上的諸個(gè)存儲(chǔ)器單元。類似地，多種線驅(qū)動(dòng)器118 和120的數(shù)目、大小和取向都不是限制性的，并且可按照期望在所示的配置上做出修改。例如，線驅(qū)動(dòng)器可單獨(dú)或組合地被用于對(duì)位線和字線116、114進(jìn)行配置，以在一個(gè)時(shí)刻將電流傳導(dǎo)通過一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器單元。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器交點(diǎn)陣列的每個(gè)存儲(chǔ)器單元112可被配置以非歐姆切換設(shè)備。這樣的切換設(shè)備可提供增強(qiáng)的可靠性，即，存儲(chǔ)器單元不會(huì)被無意間訪問。 對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的切換設(shè)備的增加可以被配置為多種方式，諸如但不限于，在字線114和位線 116的每個(gè)交點(diǎn)處的串聯(lián)有阻性感測(cè)組件(RSE)的晶體管?？梢岳斫獾剑瑢?duì)每個(gè)存儲(chǔ)器單元增加切換設(shè)備可以由單獨(dú)的控制線來控制。同樣， 控制線可以被配置為提供信號(hào)以激活切換設(shè)備，并通過選擇驅(qū)動(dòng)器來允許電流流過選中的存儲(chǔ)器單元。然而，在多個(gè)實(shí)施例中，切換設(shè)備可被連接到位線116或字線114，以有效地消除對(duì)選擇驅(qū)動(dòng)器的需求。無論如何，切換設(shè)備的引入可提供對(duì)存儲(chǔ)器單元交點(diǎn)陣列110的附加的選擇能力，允許對(duì)數(shù)據(jù)存取的增強(qiáng)的精度。圖3 —般示出了存儲(chǔ)器交點(diǎn)陣列130的示例性操作。在操作中，流經(jīng)選中的存儲(chǔ)器單元132的電流提供了可指示對(duì)應(yīng)阻性狀態(tài)的電壓。這樣的阻性狀態(tài)可隨后被感測(cè)，以確定選中的存儲(chǔ)器單元132的邏輯狀態(tài)。與連接到選中的存儲(chǔ)器單元132的位線138和字線140相對(duì)應(yīng)的位線驅(qū)動(dòng)器132和字線驅(qū)動(dòng)器136可被配置為不同的讀取電壓，如圖所示， 以允許電流從一個(gè)線驅(qū)動(dòng)器通過存儲(chǔ)器單元132到達(dá)另一個(gè)線驅(qū)動(dòng)器，以測(cè)量電壓?？梢员焕斫獾剑@樣的電流通路僅僅是示例性的，因?yàn)殡娏骺蓮淖志€140流至位線138。
進(jìn)一步的在示例性操作中，剩余的未選中存儲(chǔ)器單元142可采用預(yù)定電壓(諸如.5Vcc)被預(yù)充電，以避免在未選中的位線144和字線146中產(chǎn)生噪聲。如圖3所示，未選中行線驅(qū)動(dòng)器148和位線驅(qū)動(dòng)器150可被用于對(duì)未選中的存儲(chǔ)器單元142進(jìn)行預(yù)充電。然而，存儲(chǔ)器單元交叉陣列130的操作可存在缺點(diǎn)，諸如在讀取操作期間存在不期望的漏電流152。例如，由于預(yù)充電未選中存儲(chǔ)器單元142和由字線驅(qū)動(dòng)器136所建立的讀取電壓之間的電勢(shì)差，會(huì)在選中的字線138中產(chǎn)生不期望的漏電流152。同樣，連接到選中的字線138的存儲(chǔ)器單元的數(shù)目越大，會(huì)導(dǎo)致讀取預(yù)定存儲(chǔ)器單元132時(shí)的誤差概率的增加。因此，通過將選擇電路包括在交點(diǎn)陣列130中以允許電流通過沿存儲(chǔ)器單元一列和塊的預(yù)定數(shù)目的存儲(chǔ)器單元而限制電流流過沿該列的其他塊中的剩余存儲(chǔ)器單元，可控制并減少讀取操作期間的不期望的漏電流152。塊選擇組件的增加可提供這樣的有益存儲(chǔ)器單元選擇，塊選擇組件連接在用于每個(gè)存儲(chǔ)器單元列和塊的全局控制線和全局選擇線之間。也就是說，將與存儲(chǔ)器單元的選中塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程為第一阻性狀態(tài)可允許電流流入該塊中的選中的存儲(chǔ)器單元。同時(shí)，通過將與其他塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件編程為第二阻性狀態(tài)可限制電流流入沿著該選中列的在其他塊中的存儲(chǔ)器單元。圖4提供了在圖3所示的存儲(chǔ)器單元交點(diǎn)陣列中操作的存儲(chǔ)器單元的特性的圖示 150。在操作中，配置有非歐姆切換設(shè)備的存儲(chǔ)器單元通過限制電流流經(jīng)存儲(chǔ)器單元(除非存在預(yù)定量的電壓)而提供了增強(qiáng)的選擇性。如圖3所示，小于切換設(shè)備的限值的預(yù)充電電壓可產(chǎn)生不期望的漏電流152。不期望的漏電流的存在對(duì)應(yīng)于圖4中的點(diǎn)152，此時(shí)未選中的存儲(chǔ)器單元無意間達(dá)到了切換設(shè)備的限值。這樣的情況可導(dǎo)致對(duì)切換設(shè)備的激活，并且導(dǎo)致從未選中的存儲(chǔ)器單元產(chǎn)生讀取電壓。在圖5中，顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建并操作的示例性存儲(chǔ)器單元塊 160。多個(gè)存儲(chǔ)器單元162在所排列的諸個(gè)行和列的交點(diǎn)處被連接到字線164和位線166。 在多個(gè)實(shí)施例中，位線166由一個(gè)或多個(gè)行驅(qū)動(dòng)器168所控制，而字線164由一個(gè)或多個(gè)列驅(qū)動(dòng)器170所控制。借由選擇電路的加入可在存儲(chǔ)器單元160塊中減少不期望的漏電流的存在，選擇電路包括連接在全局控制線174和全局選擇線176之間的至少一個(gè)塊選擇組件 172?？赏ㄟ^至少一個(gè)全局控制線驅(qū)動(dòng)器178來便于對(duì)全局控制線174的控制，而全局選擇線176可由至少一個(gè)選擇驅(qū)動(dòng)器180來控制。全局控制線和選擇驅(qū)動(dòng)器178和180可被配置為通過使編程電流通過期望的組件172而將第一或第二阻性狀態(tài)編程入一個(gè)或全部的塊選擇組件172。結(jié)果是，通過塊160的存儲(chǔ)器單元162的電流可以被操縱以使得僅有期望的字線164接收到電流。例如，通過全局控制線174和全局選擇線176排它地傳輸?shù)男盘?hào)，可將高阻性狀態(tài)編程至未選中字線164的塊選擇組件172，以防止電流通過與被編程的塊選擇組件172相對(duì)應(yīng)的字線164上所連接的存儲(chǔ)器單元162。相反，將塊選擇組件172的編程為低阻性狀態(tài)能允許電流通過與被編程的塊選擇組件172相連接的字線164。在從存儲(chǔ)器單元162讀取邏輯狀態(tài)期間，電流可能通過全局選擇線176。本發(fā)明的一些實(shí)施例使用連接在每條字線164和全局選擇線176之間的單向流器件182來防止這樣的電流流動(dòng)。如所顯示的，多個(gè)單向流器件182可被定向?yàn)榉聪虺?，并被串?lián)連接到每個(gè)字線164?？梢岳斫獾剑@樣的單向流器件取向可以在多個(gè)實(shí)施例中被定義為是魔術(shù)二極管。應(yīng)該注意到，雖然存儲(chǔ)器單元陣列160中的每個(gè)存儲(chǔ)器單元162被示出為僅具有一 RSE，但這樣的配置不是限制性的，因?yàn)楦鶕?jù)需要切換設(shè)備可被串聯(lián)連接到一個(gè)或多個(gè) RSE0類似地，塊選擇組件172和單向流器件182的取向不被限制為圖5中所示的配置。例如，當(dāng)塊選擇組件172連同單向流器件182被串聯(lián)連接到原始的全局選擇線172時(shí)，單獨(dú)的第二全局選擇線(沒有示出)可連同單向流器件而被串聯(lián)連接到每條字線164。圖6 —般示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建的存儲(chǔ)器單元陣列190。第一和第二存儲(chǔ)器單元塊192和194(諸如圖5中的存儲(chǔ)器單元塊160)可通過公共字線164和全局控制線174而被連接，以構(gòu)建陣列190。然而，所顯示的配置不是限制性的，因?yàn)榇鎯?chǔ)器單元塊可以多種方式進(jìn)行連接，而仍然符合本發(fā)明的精神?？赏ㄟ^以下的組合以有助于對(duì)連接到第一塊的位線166的存儲(chǔ)器單元的選擇±夬 1行驅(qū)動(dòng)器196、第一塊1全局選擇控制線198、第二塊1全局選擇控制線199、以及塊1選擇組件200的編程狀態(tài)。結(jié)果是，可使用與第一存儲(chǔ)器單元塊192相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件200 的阻性狀態(tài)的特定編程配置來訪問特定字線164的(但僅僅是在第一塊192內(nèi)的)存儲(chǔ)器單元。在多個(gè)實(shí)施例中，這樣的編程配置具有連接在字線164和第一或第二塊1全局選擇控制線198或199之間的被定向?yàn)榉聪蚍较虻亩鄠€(gè)單向流器件183。該配置可允許第一和第二塊1全局選擇線198和199在每一次對(duì)塊1的訪問時(shí)被激活一次，并防止電流無意間流過存儲(chǔ)器單元162。相反，以下的組合可提供對(duì)僅僅預(yù)定的第二塊存儲(chǔ)器單元的訪問， 并防止電流流過第一塊存儲(chǔ)器單元與第二塊194相對(duì)應(yīng)的塊2行驅(qū)動(dòng)器202、第一塊2全局選擇控制線204、第二塊2全局選擇控制線205、以及一個(gè)或多個(gè)塊2選擇組件206。如圖所示，存儲(chǔ)器單元陣列190可被配置為允許訪問特定數(shù)目的存儲(chǔ)器單元162， 并防止訪問其他存儲(chǔ)器單元162。然而，多個(gè)塊選擇組件198和202的可能配置不受限制。 例如，憑借相應(yīng)的塊1和塊2全局選擇控制線198和204以及全局控制線驅(qū)動(dòng)器178，并利用對(duì)應(yīng)的塊1和塊2選擇組件200和206的配置，可對(duì)來自第一和第二塊192和194的存儲(chǔ)器單元進(jìn)行同時(shí)訪問或連續(xù)訪問。進(jìn)一步的，圖6中陣列190的大小不約束或限制存儲(chǔ)器單元的行、列、和塊的數(shù)目配置。也就是說，每個(gè)存儲(chǔ)器塊可被定向具有任何數(shù)量的字線、位線、存儲(chǔ)器單元、以及全局控制線。類似地，存儲(chǔ)器單元塊的數(shù)目可以按照需要而改變，以創(chuàng)建存儲(chǔ)器單元陣列。例如，十個(gè)存儲(chǔ)器單元塊可經(jīng)由公共全局控制線而被連接，并且創(chuàng)建諸條字線，就像兩個(gè)存儲(chǔ)器單元塊可具有十個(gè)全局控制線那樣?？偠灾?，存儲(chǔ)器單元陣列190的取向可以極大地改變，但選擇電路至少包括多個(gè)塊選擇組件以及多個(gè)全局選擇控制線，多個(gè)塊選擇組件的數(shù)目與所有存儲(chǔ)器單元塊的數(shù)目以及與列的數(shù)目相等，并且多個(gè)全局選擇控制線的數(shù)目與存儲(chǔ)器塊的數(shù)目相等。這樣的替換式存儲(chǔ)器單元陣列的操作的示例可以在圖7中示出。圖7中提供了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元陣列210的示例性操作。在一些實(shí)施例中，對(duì)特定存儲(chǔ)器單元212的讀取的選擇與選中的位線214、字線216、塊218、 全局塊1選擇控制線220、全局控制線222、塊1選擇組件2 相對(duì)應(yīng)。一旦塊1選擇組件 224 (塊1選擇組件2 連接到全局控制線222，全局控制線222連接到字線216)被編程為低阻性狀態(tài)，讀取電流2 就可通過選中的存儲(chǔ)器單元212?？赏ㄟ^將編程電流從全局塊1 選擇控制線220通過塊1選擇組件2 傳遞到全局控制線222 (或反之亦可)來有助于這樣的編程。進(jìn)一步地在多個(gè)實(shí)施例中，與選中的塊1選擇組件2 的編程相組合的，未選中的塊1和塊2選擇組件2 將被編程為高阻性狀態(tài)。對(duì)未選中的選擇組件230的編程可在不同的時(shí)間內(nèi)完成。也就是說，對(duì)所有的未選中的選擇組件230的編程可與全局選擇控制線依次地執(zhí)行或同時(shí)執(zhí)行，以防止不期望的漏電流被引入未選中的存儲(chǔ)器單元232。無論如何，當(dāng)讀取電流2 通過選中的存儲(chǔ)器單元212時(shí)，當(dāng)讀取電流2 被生成之前就將未選中的選擇組件230編程為高阻性狀態(tài)，可極大地減少不期望的漏電流232。然而，可以理解到的是，殘余數(shù)量的不期望漏電流234可存在并影響讀取電流 226，因?yàn)槎鄠€(gè)存儲(chǔ)器單元沿著字線216的連接被配置為允許電流通過，如圖3所示。雖然殘余數(shù)量的漏電流可存在于讀取電流226中，但非常少量的存儲(chǔ)器單元漏電流將可能不會(huì)實(shí)際影響到選中的存儲(chǔ)器單元212的讀取的效率或可靠度。應(yīng)該理解的是，圖7所示的讀取操作僅僅是示例性的并且可以在范圍、持續(xù)時(shí)間和頻率上被修改。這樣，存儲(chǔ)器單元陣列210可容易地快速地被重新配置以將讀取電流傳遞通過一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器單元。通過將沿著存儲(chǔ)器塊的所有的塊選擇組件連接到單個(gè)全局選擇控制線，可對(duì)這樣的高效率提供幫助。因此，所有的塊選擇組件都可被編程為公共阻性狀態(tài)，而全局選擇控制線和全局控制線的激活是同時(shí)地，或是依次地。在圖8中，示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例而構(gòu)建的示例性的塊選擇組件M0，塊選擇組件240被構(gòu)建為可編程金屬化單元(PMC)。第一電極242和第二電極244作為金屬層M6、嵌入層M8、介電層250的邊界。第一和第二電極242和244之間的相對(duì)電勢(shì)可使用切換設(shè)備252來調(diào)節(jié)，以允許寫入電流2M流過PMC 240并形成絲狀體256。伴隨著通過PMC 240的前向偏置，絲狀體256通過從金屬層246的離子遷移以及從第二電極M4的電子遷移，在嵌入層M8中形成了金屬層246和第二電極244之間的連接。進(jìn)一步的，介電層250將小范圍的可能電子遷移從第二電極244聚集至嵌入層M8，以便包含所形成的絲狀體256的位置。所形成的嵌入層248相對(duì)于金屬層246的阻性關(guān)系經(jīng)由高或低阻性狀態(tài)的存在而定義了 PMC 240的邏輯狀態(tài)，其中高或低阻性狀態(tài)的存在取決于所形成的絲狀體256的存在。在操作中，電流脈沖邪4的反向偏置方向?qū)е铝酥靶纬傻慕z狀體256的耗散。通過將電極的極性反向并使得離子向電極244和246遷移以有利于此耗散。使用正向或負(fù)向極性的電流來設(shè)置不同的阻性狀態(tài)顯示了 PMC 240的雙極性特性。在一些實(shí)施例中，PMC 240被構(gòu)建為相反的序列，使得絲狀體形成的電流脈沖以及絲狀體耗散脈沖與圖8所示的脈沖是反向的。進(jìn)一步的在一些實(shí)施例中，電流脈沖254的方向可與形成絲狀體256的金屬離子的遷移方向相對(duì)。進(jìn)一步的在一些實(shí)施例中，嵌入層M8由鐠、鈣、錳和氧(PrCaMnO，PCM0)的薄膜復(fù)合物所構(gòu)成。PCMO在PMC 240中的使用和功能不會(huì)實(shí)質(zhì)上改變存儲(chǔ)阻性狀態(tài)或被配置為具有雙極性特性的切換設(shè)備的能力。應(yīng)注意，在以上附圖中示出的多種存儲(chǔ)器單元不限于特定的類型或構(gòu)造。例如， 存儲(chǔ)器單元(諸如圖5的存儲(chǔ)器單元16 可被配置為阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)單元，RRAM單元包括位于第一電極層和第二電極層之間的阻性儲(chǔ)存層。由于儲(chǔ)存層的成份和性質(zhì)，RRAM單元可具有天然高的阻性值，所述儲(chǔ)存層可以是具有通常高電阻的氧化物(例如氧化鎂，MgO)。然而，當(dāng)預(yù)定脈沖被施加時(shí)創(chuàng)建低阻性值，使得預(yù)定量的電流通過儲(chǔ)存層并且在那其中形成一個(gè)或多個(gè)絲狀體。所形成的絲狀體用于對(duì)第一電極層和第二電極層進(jìn)行電互連。絲狀體形成過程將一般地取決于相應(yīng)的層的成分，但通常，像這樣的絲狀體可通過從選中的電極層進(jìn)入氧化物儲(chǔ)存層的受控金屬遷移(諸如，Ag等)來形成。在跨越存儲(chǔ)器單元上的所增加的電流的電壓脈沖的后續(xù)施加將一般會(huì)驅(qū)動(dòng)金屬從儲(chǔ)存層返回到相關(guān)聯(lián)的電極層，從儲(chǔ)存層消除絲狀體并使存儲(chǔ)器單元260返回到初始高阻性狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，可以通過切換設(shè)備的選擇來有利于這樣的電壓施加。另一個(gè)存儲(chǔ)器單元的可能配置可以是自旋扭矩傳輸隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STRAM)。在這樣的存儲(chǔ)器單元中，固定的參考層和可編程自由層(記錄層)由居間隧道(屏蔽)層分隔開。參考層具有在所選方向上的固定磁取向，如箭頭所示的。自由層具有可選擇地編程的磁取向，該磁取向可與參考層的選定方向平行或反平行。當(dāng)自由層的磁化被定向成在與參考層的磁化方向基本上相同的方向上(平行) 時(shí)，獲得STRAM單元的低阻性狀態(tài)。為將單元定向在平行的低阻性狀態(tài)下，寫入電流通過該單元，使得參考層的磁化方向設(shè)置自由層的磁取向。由于電子在與電流方向相反的方向上流動(dòng)，因此寫入電流方向從自由層傳到參考層，并且電子從參考層行進(jìn)到自由層。在反平行取向上形成用于單元的高阻性狀態(tài)，其中自由層的磁化方向與參考層的磁化方向基本相反。為將單元定向在反平行阻性狀態(tài)下，寫入電流通過該單元從參考層到自由層，使得自旋極化電子在相反方向上流入自由層。圖10示出了存儲(chǔ)器單元陣列觀0的替換實(shí)施例。多條字線282可被連接到單個(gè)全局控制線觀4。如圖所示，每個(gè)全局控制線284可通過塊選擇組件286而被連接到多條字線觀2。進(jìn)一步的，每條字線282可被分別連接到存儲(chǔ)器單元288和位線四0。可使用連接到每條字線282的全局選擇控制線292和單向流器件四4中的一個(gè)或多個(gè)來便于對(duì)預(yù)定的一個(gè)或多個(gè)塊選擇組件觀6的選擇。結(jié)果是，存在于存儲(chǔ)器單元陣列觀0中的全局控制線的數(shù)目可被減少，并同時(shí)提供對(duì)通過預(yù)定存儲(chǔ)器單元的電流的有益的選擇和限制。然而，應(yīng)注意，單向流器件294和全局選擇控制線四2的數(shù)目和取向可以改變，如圖所示。例如，第一全局選擇控制線(SELl)可被設(shè)置為低電壓，而第一全局控制線(GCLl) 被設(shè)置為高電壓，以將GCLl連接到第一字線(WL1082。相反地，將SELl設(shè)置為低電壓并將 GCL2設(shè)置為高電壓可導(dǎo)致GCL2連接到第五字線(WU)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，全局選擇控制線292可被耦合至多個(gè)單向流器件四4，多個(gè)單向流器件294將全局控制線284連接到字線觀2。圖11提供根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例而執(zhí)行的數(shù)據(jù)讀取例程300的流程圖。數(shù)據(jù)讀取例程300初始地在步驟302中提供了排列為諸個(gè)列和行的存儲(chǔ)器單元交點(diǎn)陣列。接下來在步驟304中，使用全局控制線和全局選擇控制線將對(duì)應(yīng)于預(yù)定的存儲(chǔ)器單元的被選中的塊選擇組件編程為第一阻性狀態(tài)。在步驟306中，使用全局控制線和全局選擇控制線將剩余的對(duì)應(yīng)于未選中存儲(chǔ)器單元的未選中的塊選擇組件編程為第二阻性狀態(tài)。應(yīng)注意，步驟304 和306的定時(shí)不是限制性的，這些步驟可以按照任何次序(同時(shí)地或連續(xù)地)被執(zhí)行。
進(jìn)一步在步驟308中，使用讀取電流從預(yù)定存儲(chǔ)器單元測(cè)量電壓，讀取電流可包括由沿著被選中的字線的未選中存儲(chǔ)器單元所生成的一定量的漏電流。所測(cè)得的電壓隨后在步驟310中被評(píng)估以確定預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)。最后，在步驟312中被選中的塊選擇組件被重新編程至第二阻性狀態(tài)以限制電流流過任何存儲(chǔ)器單元。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解地，本文所示的各種實(shí)施例提供了以高效方式從存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。使用塊選擇組件來允許電流僅僅通過沿著一列上的預(yù)定數(shù)目的存儲(chǔ)器單元，允許了減少不期望的漏電流，導(dǎo)致了存儲(chǔ)器陣列操作的增強(qiáng)的可靠性。使用若干個(gè)全局控制線，能高效地操縱對(duì)存儲(chǔ)器單元的特定諸行、諸列和諸塊的訪問，以提供實(shí)用的帶寬和數(shù)據(jù)吞吐量。然而，應(yīng)當(dāng)明白，本文所討論的多個(gè)實(shí)施例具有許多潛在應(yīng)用，并且不限于特定的電子介質(zhì)領(lǐng)域或特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備類型。要理解，即使已在前面的描述中闡述了本發(fā)明各實(shí)施例的許多特征和優(yōu)勢(shì)以及本發(fā)明各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，然而該詳細(xì)描述僅為解說性的，并可在細(xì)節(jié)上做出改變，尤其可在術(shù)語的寬泛意思所指示的全面范圍對(duì)落入本發(fā)明原理內(nèi)的部分的結(jié)構(gòu)與安排做出改變，其中以術(shù)語來表達(dá)所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列，被排列為諸個(gè)行和列；選擇電路，用于激活第一存儲(chǔ)器單元塊并停用第二存儲(chǔ)器單元塊；以及讀取電路，用于藉由將第一阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第一塊選擇組件并將第二阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第二塊選擇組件，讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)，并且具有減少的漏電流。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述諸個(gè)行定義了第一存儲(chǔ)器單元塊和所述第二存儲(chǔ)器單元塊。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二存儲(chǔ)器單元塊沿著每個(gè)列串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述選擇電路包括塊選擇組件，連接在用于每個(gè)塊和列的全局控制線和全局選擇控制線之間。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，每條全局控制線連接到與存儲(chǔ)器單元塊的數(shù)目相等的僅僅那些數(shù)目的塊選擇組件。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，單個(gè)全局選擇控制線對(duì)被選中的存儲(chǔ)器單元塊的所有塊選擇組件的阻性狀況進(jìn)行編程。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述塊選擇組件被表征為可編程金屬化單元(PMC)。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述塊選擇組件與二極管串聯(lián)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述非易失性存儲(chǔ)器單元包括阻性感測(cè)組件(RSE)。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述RSE包括阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)單元。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括單向流設(shè)備，防止低于預(yù)定閾值的電流流過所述塊選擇組件。
12.一種方法，包括如下步驟提供排列為諸個(gè)行和列的非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列、選擇電路、以及讀取電路，所述選擇電路用于激活第一存儲(chǔ)器單元塊并停用第二存儲(chǔ)器單元塊，所述讀取電路用于藉由將第一阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第一塊選擇組件并將第二阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第二塊選擇組件來讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)，并且具有減少的漏電流。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述選擇電路包括塊選擇組件，連接在用于每個(gè)塊和列的全局控制線和全局選擇控制線之間。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，每條全局控制線連接到與存儲(chǔ)器單元塊的數(shù)目相等的僅僅那些數(shù)目的塊選擇組件。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，單個(gè)全局選擇控制線對(duì)被選中的存儲(chǔ)器單元塊的所有塊選擇組件的阻抗?fàn)顩r進(jìn)行編程。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述塊選擇組件被表征為可編程金屬化單元(PMC)。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過使電流流過所述全局控制線和所述全局選擇控制線而對(duì)所述塊選擇組件進(jìn)行編程。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，阻性感測(cè)組件(RSE)被連接在行和列之間。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，當(dāng)讀取所述預(yù)定存儲(chǔ)器單元時(shí)對(duì)漏電流的量進(jìn)行測(cè)量。
20.一種裝置，包括非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列，被排列為諸個(gè)行和列； 選擇電路，用于激活第一存儲(chǔ)器單元塊并停用第二存儲(chǔ)器單元塊，其中若干個(gè)選擇線被耦合至所述第一存儲(chǔ)器單元塊和所述第二存儲(chǔ)器單元塊；以及讀取電路，用于藉由將第一阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第一塊選擇組件并將第二阻性狀態(tài)編程至至少一個(gè)第二塊選擇組件，讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)，并且具有減少的漏電流，其中第一全局控制線管理所述第一塊選擇組件中的每一個(gè)，第二全局控制線管理所述第二塊選擇組件中的每一個(gè)，并且其中第一和第二選擇組件中的每一個(gè)都駐留在非易失性存儲(chǔ)器單元和所述全局控制線之間的公共水平面中。
全文摘要
一種用于從非易失性存儲(chǔ)器單元中讀取數(shù)據(jù)的方法和裝置。在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器單元的交點(diǎn)陣列被排列為諸個(gè)行和列。提供了選擇電路，用于激活第一存儲(chǔ)器單元塊并停用第二存儲(chǔ)器單元塊。進(jìn)一步的，提供了讀取電路，用于藉由將第一阻性狀態(tài)編程至與第一存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件并將第二阻性狀態(tài)編程至與第二存儲(chǔ)器單元塊相對(duì)應(yīng)的塊選擇組件，讀取第一存儲(chǔ)器單元塊中的預(yù)定存儲(chǔ)器單元的邏輯狀態(tài)，并且具有減少的漏電流。
文檔編號(hào)H01L27/24GK102473456SQ201080032414
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者J·印斯克, J·邱敏, K·揚(yáng)皮兒, L·勇, L·哈里 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司