[發明專利]雙平面存儲器陣列

有效

• 申請號: 201180070415.0
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN103493201A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 弗雷德里克·佩納
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 于會玲;康泉

背景技術

憶阻器件或憶阻器是具有電可切換器件電阻的新型開關器件。憶阻器件在科學上和技術上都是令人關注的，并且在非易失性存儲器（NVM）及其他領域具有前景。隨著現在的閃存技術正達到其比例極限，迫切需要能滿足未來的應用所要求的存儲容量和存取速度的新的存儲技術。使用電阻開關器件（例如憶阻器件）的存儲器是滿足該需要的有前途的候選。對于NVM應用，多個憶阻器件可形成在多維陣列中以提供很高的存儲能力。該多維方法的有效性依賴于能有效地訪問陣列中的單個存儲單元的可用的編址方案。在這方面，最小化實施編址方案所需的解碼器的數量是期望的。

附圖說明

圖1為可被用作存儲單元的憶阻器件的示例的示意剖視圖；

圖2為包括多個憶阻器件的常規的二維交叉結構的示意圖；

圖3為能被用來形成多平面存儲器陣列的導體結構的透視圖；

圖4為導體結構的俯視圖；

圖5為用圖3的導體結構作為構件形成的雙平面存儲器陣列的俯視圖；

圖6為具有在兩個平面內形成的存儲單元的存儲器陣列的剖視圖；

圖7A和圖7B分別示出在存儲器結構的兩個存儲器平面中的一選定的導體結構和與其交叉的其他導體結構；

圖8為在兩個存儲器平面中的與選定的導體結構相關的地址空間的示意圖；

圖9為與相鄰的導體結構相關的地址空間的重疊的示意圖；以及

圖10為用兩個解碼器訪問雙平面存儲器陣列中的存儲單元的示意圖。

具體實施方式

以下描述提供了雙平面存儲器陣列的結構。存儲器陣列的獨特的結構能夠實現使訪問陣列中的單個存儲單元所需的解碼器數量減少的編址方案。

在一些實施例中，存儲單元可以是憶阻器件。如本文中使用的，憶阻器件是具有表示它的開關狀態的電阻的開關器件，并且其電阻依賴于施加于該器件的電壓和電流的歷史。器件的電阻狀態可以代表一個數字值。例如，器件的高電阻可表明器件處于“關”狀態，這可代表數字“0”，而低電阻可表明器件處于“開”狀態，這可代表數字“1”。憶阻器件可以是“雙極的”，意味著器件能通過施加一個極性的開關電壓從低電阻狀態（“LRS”）被切換到高電阻狀態（“HRS”），并且通過施加相反極性的開關電壓從高電阻狀態被切換到低電阻狀態。但是，應該注意下述雙平面存儲器結構并不局限于憶阻器件而可使用其他的存儲技術，例如相變存儲器，并且可被用于帶有熔絲或反熔絲存儲單元的只讀存儲器。

圖1以示意性的形式示出雙極憶阻器件100的示例。在圖1中所示的實施例中，憶阻器件是具有頂電極120和底電極110的雙端子器件。切換動作發生于的有源區域122被設置在兩個電極之間。開關器件100的有源區域122包括可為電子半導體的或名義上絕緣的開關材料以及弱離子導體。開關材料包括可在足夠強的電場下被驅動來漂移通過開關材料從而導致憶阻器件的電阻變化的摻雜物。憶阻器件100能被用作例如非易失性存儲單元來存儲數字信息。這樣的存儲單元可被包含于存儲器陣列中以提供高存儲能力。

許多具有其各自合適的摻雜物的不同的材料可被用作開關材料。呈現出適合開關的特性的材料包括過渡和稀有金屬的氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、碳化物、磷化物、砷化物、氯化物和溴化物。適合的開關材料還包括元素半導體（例如Si和Ge），以及化合物半導體（例如Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ化合物半導體）。可能的開關材料的列表并不詳盡而且并不限制本發明的范圍。用于改變開關材料的電特性的摻雜物的種類依賴于所選擇的開關材料的特定類型，并且可以是陽離子、陰離子、空位、或者作為電子供體或受體的雜質。例如，在過渡金屬氧化物（例如TiO₂）的情況下，摻雜物種類可為氧空位。對于GaN，摻雜物種類可為氮化物空位或硫化物離子。對于化合物半導體，摻雜物可為n-型或p-型雜質。

通過控制在有源區域122中的開關材料中的氧空位的濃度和分布，納米尺度開關器件100能在開和關狀態間被切換。在直流開關電壓被施加于頂電極120和底電極110之間時，穿越有源區域122產生電場。開關電壓和電流可由開關電路128提供。穿越有源區域122的電場如果具有足夠的強度和適當的極性，則可向著頂電極120驅動氧空位漂移通過開關材料，從而將器件轉為開狀態。