[發明專利]用于包含各向異性半導體薄板的寫一次存儲器的二極管－和－熔絲存儲元件

無效

• 申請號: 200810001288.9
• 申請日: 2003-03-31
• 公開（公告）號: CN101232039A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: C·M·佩爾洛夫;S·福雷斯特
• 申請（專利權）人: 惠普公司
• 主分類號: H01L27/28
• 分類號: H01L27/28;H01L27/102;H01L21/82;G11C17/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;劉春元

相關申請的參考

本申請是申請號為03108416.8的申請的分案申請，該申請的申請日是2003年3月31日，發明名稱是“用于包含各向異性半導體薄板的寫一次存儲器的二極管-和-熔絲存儲元件”。

技術領域

本發明涉及存儲器設備，尤其涉及采用各向異性半導體薄板作為熔絲-二極管存儲元件二維陣列的交叉點二極管存儲器設備。

發明背景

隨著計算機處理器和數字數據存儲設備在消費類電子設備中用得越來越普通，對大容量、低價格的數字存儲設備的需求大大增加了。有些情況下，缺乏足夠便宜、大容量的數字存儲設備已經阻礙了需要在操作期間存儲大量數字數據的消費類電子設備的銷售。需要便宜、大容量的數字存儲器的消費類電子設備的一個例子是高分辨率數碼相機。雖然正在不斷地流行，但數碼相機對大眾化的消費水平來說仍然顯得過于昂貴。此外，可以制造出更高分辨率的數碼相機，但高分辨率數碼相機捕捉到的更高分辨率的圖像對數字數據的存儲需求進一步增加了它們的操作成本。

數字數據通常存儲在旋轉磁盤驅動器上或基于半導體的存儲器中，例如EEPROM和閃存。磁盤驅動器昂貴、消耗大量的電能，而且對很多消費類設備來說不夠安全。閃存更安全一些，但因為它們是用生產微處理器和其它半導體電子設備的照相平版印刷技術生產的，目前如果用在便宜的消費類電子設備或寫一次消費應用(例如，存儲由數碼相機捕捉到的數字圖像)中它們仍然顯得過于昂貴。

最近，開發出了一種新的交叉點二級管存儲器用作消費類電子設備(例如，數碼相機)中的大容量寫一次存儲器。圖1是一部分交叉點二級管存儲器模塊的切面立方圖。交叉點二級管存儲器模塊包括多個相同的、堆積起來的層。圖1中顯示了層101-113。每層包括一個基片116，在基片上形成了二維存儲陣列118。二維存儲陣列包括行和列傳導元件或導線，它們一起構成了一個網格狀的模式。二維存儲陣列的行線通過行多路復用器/多路分解器電路124電子耦合到輸入/輸出(“I/O”)導線120-123。列線通過列路復用器/多路分解器電路130耦合到列I/O導線126-129。行I/O導線120-123和列I/O導線126-129用接觸單元進行電子連接，例如行I/O導線120連接到接觸單元132，132沿著交叉點二極管存儲器模塊的邊伸長以對存儲器模塊的所有層101-113的行I/O導線和列I/O導線進行電子互連。二維存儲陣列118中行線和列線的每個網格點交叉代表一個二進制存儲單元。注意，如下所述，行線并不在網格點交叉點上和列線有物理接觸，但通過存儲元件和列線耦合。可以通過在接觸元件(例如，接觸元件132)中產生適當的電流來電子訪問每個存儲元件進行讀寫。

圖2描述了來自一層交叉點二極管存儲設備的二維存儲陣列的單個存儲元件。在圖2中，顯示了行線202和列線204的一部分，列線204在行線202上與其正交。如上所述，行線202和列線204的交叉點對應于所存儲的數字信息的一個位。在交叉點二極管存儲器中，交叉行線和列線(例如圖2中的行線202和列線204)是通過存儲元件206進行耦合的。用電子術語來說，存儲元件串聯地包括熔絲208和二極管210。

數字二進制位(或位)可以是兩個可能值“0”和“1”中的一個。在數字存儲設備中存儲數字數據的物理介質通常有兩種能夠互相反轉的不同的物理狀態并且可以通過物理信號被訪問。在交叉點二極管存儲元件(例如圖2中的存儲元件206)這種情況下，兩個二進制狀態中的一個由完整的熔絲208表示，另一個由熔斷的熔絲208表示。和讀/寫存儲器(例如，硬盤驅動器)不同，交叉點存儲元件只能從熔絲-完整狀態轉換到熔絲-熔斷狀態一次，因此交叉點存儲器通常都是寫一次存儲器。存儲元件206的二極管210部件的作用是消除行線和列線間不合乎需要的電子通路。當存儲元件206的熔絲部件208保持完整時，存儲元件206的電阻相對較低，電流能夠在行線202和列線204之間通過。為了把存儲元件的狀態從熔絲-完整狀態轉換到熔絲-熔斷狀態，需要用高得多的電流通過行線202和列線204之間的存儲元件，導致熔絲部件208的電子故障。一旦熔絲部件208出現故障，存儲元件206的電阻就相對變高了，只有相當小的電流甚至沒有電流能夠通過存儲元件206從行線202傳遞到列線204。因而，可以通過高電流信號寫交叉點二極管存儲器的存儲元件或把它的狀態從熔絲-完整狀態改變到熔絲-熔斷狀態，通過判斷存儲元件是否能夠傳遞很低的電流信號可以確定存儲元件的狀態。