用于檢測存儲器件中可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的重置過程的裝置的制造方法【專利說明】用于檢測存儲器件中可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的重置過程的裝置[0001]本申請是申請?zhí)枮椤?00980139728.X”、題為“用于可逆電阻轉(zhuǎn)換存儲材料的設(shè)置和重置檢測電路”的中國專利申請的分案申請。[0002]相關(guān)申請的交叉引用[0003]本申請要求享有在2008年10月6日提交的美國臨時專利申請N0.61/103，225的權(quán)益，將其通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域：
[0004]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲的技術(shù)。【
背景技術(shù)：
】[0005]多種材料顯示出可逆電阻轉(zhuǎn)換性能。這些材料包括硫族化物、碳聚合物(carbonpolymer)、鈣鈦礦以及某些金屬氧化物和氮化物。具體地，存在僅包括一種金屬且表現(xiàn)出可靠的電阻轉(zhuǎn)換性能的金屬氧化物和氮化物。該類金屬氧化物包括，例如，Ni0、Nb205、Ti02、Hf02、A1203、Mg0x、Cr02、V0、BN和A1N，如由Pagnia和Sotnick在Phys.Stat.Sol.(A)108,11-65(1988)的“BistableSwitchinginElectroformedMetal-1nsulator-MetalDevice”中所述的。這些材料的其中之一的層可以形成為例如相對低電阻狀態(tài)的初始狀態(tài)。在施加足夠的電壓后，該材料轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高電阻狀態(tài)。這種電阻轉(zhuǎn)換是可逆的，使得隨后適當(dāng)?shù)碾娏骰螂妷旱氖┘涌梢杂糜谑闺娮柁D(zhuǎn)換材料返回到穩(wěn)定的低電阻狀態(tài)。這種變換可以重復(fù)多次。對于一些材料，初始狀態(tài)是高電阻而不是低電阻。設(shè)置過程(setprocess)可以涉及將材料從高電阻轉(zhuǎn)換到低電阻，而重置過程(resetprocess)可以涉及將材料從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻。[0006]這些可逆電阻轉(zhuǎn)換材料在用于非易失性存儲器陣列方面受到關(guān)注。例如，一種電阻狀態(tài)可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“0”，而另一種電阻狀態(tài)對應(yīng)于數(shù)據(jù)“I”。這些材料中的一些可以具有兩種以上的穩(wěn)定電阻狀態(tài)。[0007]存儲元件或單元由可逆電阻轉(zhuǎn)換材料形成的非易失性存儲器是已知的。例如，2005年5月9日提交且發(fā)明名稱為“RewriteableMemoryCellComprisingAD1deAndAResistance-SwitchingMaterial”的公開號為2006/0250836的美國專利申請，在此通過引用結(jié)合其全部內(nèi)容，描述了包括與可逆電阻轉(zhuǎn)換材料(諸如金屬氧化物或金屬氮化物)串聯(lián)耦接的二極管的可重寫非易失性存儲單元。[0008]然而，控制轉(zhuǎn)換過程是個難題。例如，如果施加不充足的電壓，則單元可能不改變狀態(tài)。另一方面，如果將不必要的高電壓施加到一個單元，則其它單元可能被料想不到地擾亂并改變狀態(tài)。此外，由于制造變化，不同的存儲單元可以在不同的施加電壓轉(zhuǎn)換?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0009]提出了用于檢測存儲器件中的可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的設(shè)置和重置過程的裝置。[0010]在一個實施例中，一種用于檢測存儲器件中可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的設(shè)置過程的裝置包括耦接到可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的位線。還提供電流源。位線連接為電流源的電流鏡，并且電流源使得位線的電壓斜坡上升直到位線的電壓足夠?qū)⒖赡骐娮柁D(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換到更低級別。峰值檢測器耦接到位線。當(dāng)可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換時，該峰值檢測器進行檢測。[0011]在另一實施例中，用于檢測存儲器件中的可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的重置過程的裝置包括運算放大器，其中斜坡上升的電壓被輸入到運算放大器的第一輸入端子。位線耦接到可逆電阻轉(zhuǎn)換元件。運算放大器在位線中生成電壓，該電壓對應(yīng)于斜坡上升的電壓而增加直到位線中的電壓達到足夠?qū)⒖赡骐娮柁D(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換到更高級別的電平。還提供感測線，其中運算放大器在感測線中生成電流，該電流對應(yīng)于斜坡上升的電壓而增加直到電阻轉(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換到更高級別。峰值檢測器耦接到感測線。當(dāng)電阻轉(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換時，峰值檢測器進行檢測，并且峰值檢測器包括在電阻轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換之前和之后從感測線引出電流的電路。[0012]在另一實施例中，一種用于檢測設(shè)置過程的裝置包括運算放大器，其中斜坡上升的電壓被輸入到運算放大器的第一輸入端子。第一晶體管具有耦接到運算放大器的柵極。運算放大器在柵極處提供電壓，并且在第一晶體管的源極處的電壓跟隨在柵極處的該電壓。位線耦接到可逆電阻轉(zhuǎn)換元件并耦接到第一晶體管的源極。比較器具有耦接到第一晶體管的漏極的第一輸入端子以及接收固定參考電壓的第二輸入端子。[0013]在另一實施例中，一種用于檢測重置過程的裝置包括運算放大器，其中斜坡上升的電壓被輸入到運算放大器的第一輸入端子。第一晶體管具有耦接到運算放大器的柵極。運算放大器在柵極處提供電壓，并且在第一晶體管的源極處的電壓跟隨在柵極處的該電壓。位線耦接到可逆電阻轉(zhuǎn)換元件并耦接到第一晶體管的源極。感測線連接為位線的鏡像。峰值檢測器耦接到感測線以當(dāng)可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的電阻轉(zhuǎn)換到更高級別時進行檢測。[0014]還可以提供對應(yīng)的方法、系統(tǒng)和具有用于執(zhí)行在此提供的方法的可執(zhí)行代碼的計算機可讀存儲器件或處理器可讀存儲器件?！靖綀D說明】[0015]圖1是具有可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的存儲單元的一個實施例的簡化透視圖；[0016]圖2是由多個圖1的存儲單元形成的第一存儲級的一部分的簡化透視圖；[0017]圖3是三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；[0018]圖4是三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖；[0019]圖5是具有可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的存儲單元的另一實施例的簡化透視圖；[0020]圖6是存儲器系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；[0021]圖7是描繪可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的1-V特性的曲線圖；[0022]圖8描述了用于讀取存儲單元的狀態(tài)的電路；[0023]圖9a是用于控制存儲單元的設(shè)置過程的電路的一個實施例的示意圖，而圖9b提供了相關(guān)的信號電平與時間的關(guān)系；[0024]圖9c描繪了η型MOSEFT的漏電流與柵源電壓特性；[0025]圖9d描繪了P型MOSEFT的漏電流與柵源電壓特性；[0026]圖9e描繪了MOSEFT的漏電流與漏源電壓特性；[0027]圖1Oa是用于控制存儲單元的重置過程的電路的一個實施例的示意圖，而圖1Ob提供了相關(guān)的信號電平與時間的關(guān)系；[0028]圖1la是用于控制存儲單元的設(shè)置過程的電路的另一實施例的示意圖，而圖1lb提供了相關(guān)的信號電平與時間的關(guān)系；[0029]圖12a是用于控制存儲單元的重置過程的電路的另一實施例的示意圖，而圖12d提供了相關(guān)的信號電平與時間的關(guān)系；[0030]圖12b描繪了在操作的第一階段圖12a的電路；[0031]圖12c描繪了在操作的第二階段圖12a的電路?！揪唧w實施方式】[0032]提供一種存儲器系統(tǒng)，其包括具有可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的存儲單元。公開了用于控制可逆電阻轉(zhuǎn)換元件的電阻的設(shè)置的多種電路和方法。[0033]圖1是存儲單元100的一個實施例的簡化透視圖，該存儲單元100包括與第一導(dǎo)體106與第二導(dǎo)體108之間的轉(zhuǎn)向元件104串聯(lián)耦接的可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102。[0034]可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102包括可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料130，該可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料130具有可以在兩種或更多種狀態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換的電阻率。例如，可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料在制造時可以處于初始高電阻率狀態(tài)，其在施加第一電壓和/或電流時可轉(zhuǎn)換到低電阻率狀態(tài)。施加第二電壓和/或電流可以使可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料返回到高電阻率狀態(tài)?？商娲兀赡骐娮柁D(zhuǎn)換元件在制造時可以處于初始低電阻狀態(tài)，其在施加適當(dāng)?shù)囊粋€或多個電壓和/或一個或多個電流時可逆地可轉(zhuǎn)換到高電阻狀態(tài)。當(dāng)在存儲單元中使用時，一種電阻狀態(tài)可以表示二進制的“O”，而另一種電阻狀態(tài)可以表示二進制的“I”。然而，可利用兩種以上的數(shù)據(jù)/電阻狀態(tài)。例如，在之前結(jié)合于此的公開號為2006/0250836的美國專利申請中描述了許多可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料和采用可逆電阻轉(zhuǎn)換材料的存儲單元的操作。[0035]在一個實施例中，使電阻從高電阻率狀態(tài)轉(zhuǎn)換到低電阻率狀態(tài)的過程被稱為設(shè)置可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102。使電阻從低電阻率狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高電阻率狀態(tài)的過程被稱為重置可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102。高電阻率狀態(tài)與二進制數(shù)據(jù)“O”相關(guān)聯(lián)，而低電阻率狀態(tài)與二進制數(shù)據(jù)“I”相關(guān)聯(lián)，在其它實施例中，可以使設(shè)置和重置和/或數(shù)據(jù)編碼互換?？梢詫Υ鎯卧獔?zhí)行設(shè)置或重置處理以將其編程到期望的狀態(tài)，來代表二進制數(shù)據(jù)。[0036]在一些實施例中，可逆電阻轉(zhuǎn)換材料130可以由金屬氧化物形成?？梢允褂枚喾N不同的金屬氧化物。在一個示例中，使用鎳氧化物。[0037]在至少一個實施例中，通過使用選擇性沉積工藝，鎳氧化物層可以用于可逆電阻轉(zhuǎn)換材料中而不蝕刻鎳氧化物層。例如，可逆電阻轉(zhuǎn)換元件可以通過采用沉積工藝諸如電鍍、無電鍍沉積等形成，以僅在形成于襯底上方的導(dǎo)電表面上選擇性沉積含鎳層。以這種方式，僅襯底上的導(dǎo)電表面被圖案化和/或蝕刻(在沉積含鎳層之前)而含鎳層不被圖案化和/或蝕刻。[0038]在至少一個實施例中，可逆電阻轉(zhuǎn)換材料130包括通過選擇性沉積鎳然后氧化該鎳層而形成的鎳氧化物層的至少一部分。例如，N1、NixPy或鎳的另外的類似形式可以使用無電鍍沉積、電鍍或類似的選擇性工藝被選擇性地沉積然后被氧化以形成鎳氧化物(例如，使用快速熱氧化或另外的氧化工藝)。在其它實施例中，鎳氧化物本身可以被選擇性地沉積。例如，包含N1、N1x或N1xPy的層可以使用選擇性沉積工藝而被選擇性地沉積在轉(zhuǎn)向元件104上方，然后被退火和/或氧化(如果需要)。[0039]根據(jù)本發(fā)明，可以選擇性沉積其它材料，然后如果需要可以進行退火和/或氧化，以形成在存儲單元中使用的可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料。例如，Nb、Ta、V、Al、T1、Co、鈷鎳合金等的層可以通過例如電鍍被選擇性地沉積并被氧化以形成可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料。[0040]關(guān)于利用可逆電阻轉(zhuǎn)換材料制造存儲單元的更多信息可以在2009年I月I日公開的發(fā)明名稱為“MemoryCellThatEmploysaSelectivelyDepositedReversibleResistanceSwitchingElementandMethodsofFormingTheSame”的US2009/0001343中找到，在此通過引用結(jié)合其全部內(nèi)容。[0041]可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102包括電極132和134。電極132位于金屬氧化物可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料130與導(dǎo)體108之間。在一個實施例中，電極132由鉑制成。電極134位于金屬氧化物可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料130與二極管104之間。在一個實施例中，電極134由鈦氮化物制成，用作阻擋層。[0042]轉(zhuǎn)向元件104可以是二極管或通過選擇性地限制可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102兩端的電壓和/或流經(jīng)可逆電阻轉(zhuǎn)換元件102的電流而表現(xiàn)出非歐姆導(dǎo)電的其它適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向元件。以這種方式，存儲單元100可用作二維存儲器陣列或三維存儲器陣列的一部分，數(shù)據(jù)可被寫到存儲單元100和/或從存儲電壓100讀取而不影響陣列中其它存儲單元的狀態(tài)。二極管104可以包括任何適當(dāng)?shù)亩O管如豎直多晶p-n或p-1-n二極管，不管是二極管的η區(qū)在ρ-區(qū)上的上指(upwardpointing)二極管或二極管的p_區(qū)在η-區(qū)上的下指(downwardpointing)二極管。[0043]在一些實施例中，二極管104可以由多當(dāng)前第1頁1 2 3 4 5