可變電阻存儲器件的制作方法
【專利摘要】一種可變電阻存儲器件包括多個單元塊和多個選擇單元，所述多個單元塊的每個包括：多個第一線，所述多個第一線沿著第一方向彼此平行地延伸；多個第二線，所述多個第二線沿著與第一方向交叉的第二方向彼此平行地延伸；以及多個存儲器單元，所述多個存儲器單元包括被布置在多個第一線和多個第二線的交叉處的可變電阻層。所述多個選擇單元與多個第一線耦接，并且將兩個相鄰的單元塊耦接。
【專利說明】可變電阻存儲器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年12月28日提交的申請?zhí)枮?0-2012-0157395的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種可變電阻存儲器件及其操作方法，更具體而言，涉及一種具有交叉點單元陣列配置的可變電阻存儲器件及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0004]可變電阻存儲器件(或電阻可變存儲器件)根據(jù)外部輸入而在至少兩種電阻狀態(tài)之間改變其電阻值?？勺冸娮璐鎯ζ骷眠@種電阻改變屬性來儲存數(shù)據(jù)，包括阻變隨機存取存儲(ReRAM)器件、相變RAM (PCRAM)器件、自旋轉(zhuǎn)移扭矩RAM (STT-RAM)器件等。因為各種可變電阻存儲器件具有簡單的結(jié)構(gòu)和良好的非易失性屬性，所以已經(jīng)對這些可變電阻存儲器件進行了許多研究。
[0005]在這些可變電阻存儲器件之中，ReRAM器件可以包括上電極和下電極、以及被設(shè)置在上電極和下電極之間的可變電阻層，所述可變電阻層由例如鈣鈦礦基材料或過渡金屬氧化物來形成。在ReRAM器件中，作為電流路徑的細絲根據(jù)施加到上電極和下電極的電壓電平而在可變電阻層中產(chǎn)生或從可變電阻層中去除。
[0006]當(dāng)細絲產(chǎn)生時，可變電阻層處于低電阻狀態(tài)。相反地，當(dāng)沒有細絲存在時，可變電阻層處于高電阻狀態(tài)。從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換被稱為‘設(shè)定’操作，而從低電阻狀態(tài)到高電阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換被稱為‘復(fù)位’操作。
[0007]圖1A至圖1C是說明傳統(tǒng)的可變電阻存儲器件的平面圖。
[0008]參見圖1A，可變電阻存儲器件具有交叉點單元陣列配置，其中，存儲器單元MC被布置在彼此平行地延伸的多個位線BLO?BL7與彼此平行地延伸的多個字線WLO?WL7相交的交叉點處。
[0009]通過將接地電壓GND施加到選中的字線(例如，WL3)、將指定電壓V施加到選中的位線(例如，BL0)、以及檢測流經(jīng)存儲器單元SMC的電流來讀取儲存在指定存儲器單元(例如，圖1A中選中的存儲器單元SMC)中的數(shù)據(jù)。流經(jīng)存儲器單元SMC的電流根據(jù)存儲器單元SMC的電阻狀態(tài)而改變。
[0010]在交叉點單元陣列配置中，可以將具有特定電平的電壓(小于施加到選中的存儲器單元SMC的指定電壓V)施加到未選中的存儲器單元。結(jié)果，電流可以經(jīng)由如圖1A中的虛箭頭線所表示的未選中的存儲器單元泄漏。
[0011]參見圖1B，可變電阻存儲器單元器件包括多個存儲器單元陣列MCAO?MCA3，每個存儲器單元陣列包括被布置成矩陣模式的存儲器單元。在每個存儲器單元陣列MCAO?MCA3的外圍區(qū)中，可以提供用于可變電阻存儲器件的操作所必需的多個核心電路CC。
[0012]隨著每個存儲器單元陣列MCAO?MCA3的尺寸增大,泄漏電流也增大,可變電阻存儲器件的可靠性降低。另外，存儲器單元陣列尺寸越大，被核心電路占據(jù)的面積越大。因而，會限制存儲器單元陣列尺寸的增大。結(jié)果，難以增大存儲器件的集成度。
[0013]參見圖1C，提出了包括全局位線GBLO?GBL2和多個局部位線BLO?BL5的分層位線結(jié)構(gòu)來抑制在交叉點單元陣列配置中產(chǎn)生的泄漏電流。(見A.Kawahara等人的“An8MbMult1-Layered Cross-Point ReRAM Macro with443MB/s Write Throughput”， Proc.0fISSCC，2012)
[0014]然而，在圖1C中所示的分層位線結(jié)構(gòu)中，需要諸如晶體管TR的額外的晶體管用來選擇局部位線BLO?BL5和多個選擇線SLO?SL3，以將局部位線BLO?BL5與全局位線GBLO?GBL2耦接。另外，利用多個層形成的存儲器單元陣列占據(jù)大的面積，因而存儲器單元的集成度會減小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]各種實施例涉及一種可變電阻存儲器件及其操作方法，所述可變電阻存儲器件包括在交叉點單元陣列的兩個相鄰的單元塊之間的選擇單元(諸如晶體管或二極管)，以減小泄漏電流。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種可變電阻存儲器件包括多個存儲器單元、多個單元塊、以及多個選擇單元，所述多個存儲器單元包括:多個第一線，所述多個第一線彼此平行延伸并且沿著第一方向延伸；多個第二線，所述多個第二線彼此平行延伸并且沿著與第一方向交叉的第二方向延伸；以及電阻可變層，所述電阻可變層被布置在多個第一線和多個第二線的交叉處；所述多個單元塊包括多個存儲器單元；所述多個選擇單元與多個第一線耦接并且將相鄰的單元塊彼此耦接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種可變電阻存儲器件包括層疊結(jié)構(gòu)、多個存儲器單元、多個單元塊、和多個選擇單元，所述層疊結(jié)構(gòu)包括:多個第一線，所述多個第一線彼此平行延伸并且沿著第一方向延伸；多個第二線，所述多個第二線彼此平行延伸并且沿著與第一方向交叉的第二方向延伸，其中，多個第一線和多個第二線采用交替的方式層疊；所述多個存儲器單元包括電阻可變層，所述電阻可變層被布置在多個第一線和多個第二線的交叉處；所述多個單元塊在相同的水平包括多個存儲器單元；所述多個選擇單元與多個第二線耦接，并且將在同一水平的相鄰的單元塊彼此耦接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，一種可變電阻存儲器件包括:多個單元塊，所述多個單元塊包括被布置在多個第一線和多個第二線的交叉處的電阻可變層，其中，多個第一線和多個第二線彼此交叉延伸；以及塊選擇單元，所述塊選擇單元被提供在兩個相鄰的單元塊之間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，選擇單元(諸如晶體管和二極管)被提供在交叉點單元陣列中的兩個相鄰的單元塊之間以有效地防止電流泄漏。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1A至如IC是說明傳統(tǒng)的可變電阻存儲器件的平面圖。
[0021]圖2A至圖2F是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件以及該可變電阻存儲器件的操作的平面圖。[0022]圖3A至圖3E說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件。
[0023]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件的布局。
[0024]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件的框圖。
[0025]圖6說明利用了根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件的信息處理系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的各種實施例。然而，本發(fā)明可以用不同的方式實施，而不應(yīng)解釋為局限于本文所列的實施例。確切地說，提供這些實施例使得本說明書充分與完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明的范圍。整個說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示貫穿在本發(fā)明的各種附圖與實施例中的相似的部分。
[0027]附圖并非必然地按比例繪制，在某些情況下，為了清楚地示出實施例的特征可能對比例做夸大處理。當(dāng)提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時，其不僅涉及第一層直接形成在第二層上或襯底上的情況、還涉及在第一層與第二層之間或在第一層與襯底之間存在第三層的情況。
[0028]圖2A至圖2F是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件以及該可變電阻存儲器件的操作的平面圖。
[0029]參見圖2A，可變電阻存儲器件包括多個單元塊BLKO~BLK2。單元塊BLKO~BLK2各自包括多個存儲器單元MC、彼此平行延伸的多個位線BLO~BL9、以及彼此平行延伸的多個字線WLO~WL4，多個字線WLO~WL4與多個位線BLO~BL9交叉延伸。
[0030]位線BLO~BL9和字線WLO~WL4由設(shè)置在襯底上不同的高度水平處的層形成，使得位線和字線彼此分開而不電短路。
[0031 ] 位線BLO~BL9和字線WLO~WL4各自可以由諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、或氮化鎢(WN)的金屬氮化物、諸如鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釕(Ru)、鉿(Hf)、或鋯(Zr)的金屬、或者摻雜的硅形成。
[0032]存儲器單元MC可以采用矩陣模式被提供在位線BLO~BL9和字線WLO~WL4之間的交叉點處。每個存儲器單元MC的一個端部與多個位線BLO~BL9中的一個耦接，并且存儲器單元的另一個端部與多個字線WLO~WL4中的一個耦接。
[0033]每個存儲器單元MC包括可變電阻層和分別設(shè)置在可變電阻層之上和之下的上電極和下電極?？勺冸娮鑼拥碾娮柚蹈鶕?jù)施加到其中的電壓或電流來改變。因而，可變電阻層可以在至少兩種不同的電阻狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
[0034]可變電阻層可以具有電阻值根據(jù)氧空位或離子遷移變化而改變的結(jié)構(gòu)、電阻值因材料的相變而改變的結(jié)構(gòu)、或者電阻值因磁場或自旋轉(zhuǎn)移扭矩(STT)而改變的磁性隧道結(jié)(magnetic tunnel junction, MTJ)結(jié)構(gòu)。
[0035]電阻值根據(jù)氧空位或離子遷移變化而改變的結(jié)構(gòu)可以包括諸如ST0(SrTi03)、BT0(BaTi03)、PCMO (Pr1^xCaxMnO3)等的鈣鈦礦基材料，或者包括諸如 Ti02、HfO2, ZrO2, A1203、Ta2O5、氧化鈮(Nb2O5)、Co3O4, NiO, WO3、氧化鑭(La2O3)的過渡金屬氧化物(TMO)的氧化物材料。
[0036]電阻值因材料的相變而改變的結(jié)構(gòu)可以包括諸如硫族化物材料的材料(可在結(jié)晶狀態(tài)和非晶狀態(tài)之間互換)。例如，硫族化物材料包括通過將鍺、銻、碲以指定比例組合而獲得的 GST (GeSbTe)0
[0037]磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)可以包括自由磁性層、釘扎磁性層、以及插入在自由磁性層與釘扎磁性層之間的阻擋層。自由磁性層和釘扎磁性層各自可以包括諸如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釓(Gd)、鏑(Dy)，或者它們的組合的鐵磁材料。阻擋層可以包括氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化硅(SiO2)等中的任意材料。
[0038]與位線BLO?BL9耦接的多個選擇單元SE被提供在單元塊BLKO?BLK2中的兩個相鄰的單元塊(例如BLKO與BLK1、或者BLKl與BLK2)之間，以將兩個相鄰的單元塊彼此耦接。在圖2A中，每個單元塊包括10個位線BLO?BL9、5個字線WLO?WL4以及位于位線BLO?BL9與字線WLO?WL4的交叉處的50個存儲器單元，但是本發(fā)明的實施例不局限于此。在其他的實施例中，每個單元塊可以包括多于或少于50個的存儲器單元。
[0039]參見圖2B，每個選擇單元SE可以被提供在兩個相鄰的單元塊(例如，BLKO與BLKI，或者BLKl與BLK2)之間，并且與各個字線WLO?WL9而不是各個位線BLO?BL4耦接。即，如圖2A和圖2B中所示，選擇單元SE可以或者沿著垂直方向或者沿著水平方向被插入在單元陣列中。
[0040]在圖2A和圖2B中，示出兩排選擇單元SE，但是本發(fā)明的實施不局限于此。例如，在其他的實施例中，單元陣列可以包括多于兩排的選擇單元SE。根據(jù)另一個實施例，每排中的選擇單元SE可以不沿著直線布置。在另一個實施例中，選擇單元SE可以被布置在各個單元塊BLKO?BLK2的底部。
[0041]參見圖2C，被提供在單元塊BLKO?BLK2之間的選擇單元SE可以包括晶體管TRl和TR2。晶體管TRl和TR2各自用作0N/0FF開關(guān)，并且可以包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管。晶體管TRl或TR2的柵電極可以采用包括層疊結(jié)構(gòu)、掩埋結(jié)構(gòu)以及垂直結(jié)構(gòu)的各種結(jié)構(gòu)中的任意結(jié)構(gòu)來形成。
[0042]參見圖2D，第一晶體管TRl和第二晶體管TR2可以有效地防止泄漏電流從不包括選中的存儲器單元的單元塊(在下文中，被稱作為‘未選中的單元塊’)流到包括選中的存儲器單元的單元塊(在下文中，被稱作為‘選中的單元塊’)。
[0043]例如，當(dāng)將接地電壓施加到選中的字線WL3并且將指定電壓而不是接地電壓施加到選中的位線BLO使得電流從選中的位線BLO流到選中的字線WL3時，與選中的位線BLO耦接的第二晶體管TR2導(dǎo)通使得電流可以流到單元塊BLK中選中的存儲器單元SMC中。除了向選中的存儲器單元SMC提供電流所需的晶體管以外的晶體管關(guān)斷，由此防止泄漏電流從未選中的單元塊BLKO和BLK2流到選中的單元塊BLKl。在圖2D中，關(guān)斷的晶體管包括與選中的位線BLO耦接的第一晶體管TR1、和與未選中的位線BLl?BL9耦接的晶體管TRl和 TR2。
[0044]具體地，與選中的位線BLO耦接的第一晶體管TRl切斷來自未選中的單元塊BLKO的電流，并且與未選中的位線BLl?BL9耦接的第二晶體管TR2切斷來自未選中的單元塊BLK2中未選中的存儲器單元MC的電流(由虛線箭頭表示)。
[0045]整個存儲器單元陣列可以被分成多個單元塊，并且在選中的單元塊BLKl中的泄漏電流可以被控制在預(yù)定的電平之下，使得泄漏電流不影響可變電阻存儲器件的操作。
[0046]參見圖2E，被提供在單元塊BLKO?BLK2之間的選擇單元SE可以包括二極管Dl和D2。
[0047]二極管Dl和D2各自被設(shè)計成使電流單向流動，可以包括肖特基二極管、PN 二極管、PIN 二極管或MM 二極管?？商孢x地或組合，選擇單元SE可以包括:具有非線性電流-電壓特性的非對稱隧道阻止單元，通過在指定臨界溫度下轉(zhuǎn)變成結(jié)晶狀態(tài)而在金屬和絕緣體之間可轉(zhuǎn)變的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變單元，在指定閾值電壓下執(zhí)行開關(guān)操作的雙向開關(guān)單元等。
[0048]參見圖2F，從未選中的單元塊BLKO或BLK2到選中的單元塊BLKl的泄漏電流可以被第一二極管Dl或第二二極管D2被有效地防止。
[0049]例如，當(dāng)將接地電壓施加到選中的字線WL3并且將指定電壓而不是接地電壓施加到選中的位線BLO使得電流從選中的位線BLO流到選中的字線WL3時，二極管Dl和D2使電流從陽極到陰極單向流動，因而通過與未選中的位線BLl?BL9耦接的第一二極管Dl防止流經(jīng)未選中的單元塊BLKO中的未選中的存儲器單元MC的泄漏電流(如由圖2F的上部中所示的虛線箭頭所指出的)流到選中的單元塊BLKl。
[0050]在二極管中，僅當(dāng)陽極與陰極之間的電壓差大于特定值(例如，針對典型的硅二極管大約為0.7V)時，電流才可以從二極管的陽極流到陰極。因而，流經(jīng)未選中的單元塊(例如，BLK2)的未選中的存儲器單元MC的泄漏電流(如由圖2F的下部中所示的虛線箭頭所指出的)被與未選中的位線BLl?BL9耦接的二極管(例如，D2)基本上阻止。
[0051]當(dāng)利用二極管作為圖2A和圖2B中所示的選擇單元SE時，考慮到二極管中的壓降，可以將不同的操作電壓施加到單元塊BLKO?BLK2。
[0052]圖3A至圖3E是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件的截面圖。
[0053]參見圖3A，可變電阻存儲器件包括彼此平行地延伸的多個行線MR、和彼此平行延伸并且橫交行線MR的多個列線MC。行線MR和列線MC被布置在不同的水平，并且各自可以包括金屬、金屬氮化物或摻雜的硅。列線MC可以是字線，而行線MR可以為位線，反之亦然。
[0054]在列線MC與行線MR的交叉處，可以提供呈矩陣模式的電阻可變層RE模式。電阻可變層RE各自的一個端部與多個列線MC之一耦接，而電阻可變層RE各自的另一個端部與多個行線MR之一耦接。電極(未示出)可以被插入在列線MC與電阻可變層RE之間、或者在行線MR與電阻可變層RE之間。
[0055]電阻可變層RE可以包括電阻值根據(jù)氧空位或離子遷移的變化、或相變而改變的結(jié)構(gòu)、或者包括電阻值根據(jù)磁場或自旋轉(zhuǎn)移扭矩(STT)而改變的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0056]單元塊(每個單元塊包括多個存儲器單元，每個存儲器單元包括電阻可變層)可以經(jīng)由提供在半導(dǎo)體襯底100之上的選擇晶體管TRs而彼此耦接。
[0057]選擇晶體管TRs可以被形成在與外圍晶體管TRp大體相同的水平。根據(jù)另一個實施例，一些外圍晶體管TRp可以用作選擇晶體管TRs。選擇晶體管TRs和外圍晶體管TRp各自可以包括形成在半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)中的柵電極140、以及形成在柵電極140兩側(cè)的有源區(qū)中的結(jié)區(qū)120。有源區(qū)可以由器件隔離膜110來限定。柵絕緣層130可以被提供在柵電極140與有源區(qū)之間。
[0058]半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅襯底。器件隔離膜110和柵絕緣層130可以包括氧化物基材料或氮化物基材料。結(jié)區(qū)120用作源極或漏極，并且可以通過利用離子注入工藝將雜質(zhì)注入到有源區(qū)中來形成。[0059]選擇晶體管TRs的結(jié)區(qū)120和列線MC可以經(jīng)由接觸插塞150而彼此耦接。柵電極140和接觸插塞150各自可以包括諸如金屬、金屬氮化物或摻雜的多晶硅的導(dǎo)電材料。
[0060]參見圖3B和3C，單元塊(每個單元塊包括多個存儲器單元，每個存儲器單元包括電阻可變層RE)可以經(jīng)由提供在包括了外圍晶體管TRp的半導(dǎo)體襯底100之上的二極管D而彼此耦接。
[0061]二極管D可以包括第一材料層220和第二材料層230的層疊結(jié)構(gòu)、或者第三材料層240、第四材料層250以及第五材料層260的層疊結(jié)構(gòu)。二極管D可以經(jīng)由下線200和接觸插塞210而與列線MC耦接。下線200和接觸插塞210各自可以包括金屬、金屬氮化物或摻雜的娃。
[0062]在圖3B中，第一材料層220和第二材料層230中的一種可以由包括例如N_多晶硅的N型半導(dǎo)體形成，并且另一種可以由金屬形成，結(jié)果形成肖特基二極管。根據(jù)另一個實施例，第一材料層220和第二材料層230中的一種可以由N型半導(dǎo)體形成，并且另一種可以由包括例如P+多晶硅的P型半導(dǎo)體形成，結(jié)果形成PN 二極管。
[0063]在圖3C中，第三材料層240和第五材料層260中的一種可以由包括例如N_多晶硅的N型半導(dǎo)體形成，另一種可以由包括例如P+多晶硅的P型半導(dǎo)體形成。第四材料層250可以由本征半導(dǎo)體形成，以形成PIN 二極管。根據(jù)另一個實施例，第三材料層240和第五材料層260各自可以由金屬形成，并且第四材料層250可以由絕緣層形成，結(jié)果形成MIM 二極管。
[0064]參見圖3D和圖3E，在不同的水平彼此平行延伸的多個列線MCO?MC3與在不同的水平彼此平行延伸并且橫交多個列線MCO?MC3的多個行線MRO?MR4采用交替的模式來層疊?？勺冸娮鑼覴EO?RE7可以被布置在多層列線MCO?MC3與多層行線MRO?MR4的交叉處，并且可變電阻層REO?RE7可以在每個水平形成多個單元塊。
[0065]如上所述，在同一水平的相鄰的單元塊可以經(jīng)由與在同一水平平行延伸的多個列線(對應(yīng)于列線MCO?MC3中的一種)耦接的多個選擇單元而彼此耦接。各個選擇單元可以被設(shè)置在各個單元塊的下部，并且可以由晶體管、二極管、非對稱隧道阻止層、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變單元、或者雙向開關(guān)單元形成。
[0066]流經(jīng)多層存儲器單元陣列中的未選中單元的泄漏電流經(jīng)常發(fā)生在相鄰層之間，且因而列線MCO?MC3之中不相鄰的列線可以共享選擇單元。例如，如圖3D中所示，奇數(shù)編號的列線MCl和MC3可以共享第一晶體管TRe，而偶數(shù)編號的列線MCO和MC2可以共享第二晶體管TRo。同樣地，如圖3E中所示，奇數(shù)編號的列線MCl和MC3可以共享第一二極管De，而偶數(shù)編號的列線MCO和MC2可以共享第二二極管Do。換言之，交替的列線MC可以共享晶體管TR或二極管D。
[0067]當(dāng)?shù)谝痪w管TRe和第二晶體管TRo、或者第一二極管De和第二二極管Do被共享時，與它們耦接的接觸插塞可以重疊。
[0068]在這種結(jié)構(gòu)中，隨著多層存儲器單元陣列的層的數(shù)目增加，與同一選擇單元耦接的列線的數(shù)目可以因而增加，因而可以不需要額外的選擇單元用于多層存儲器單元陣列的額外層。
[0069]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可變電阻存儲器件的布局。
[0070]參見圖4，可變電阻存儲器件的單元陣列MCA包括:(i)多個單元塊BLKO?BLKn，每個單元塊包括設(shè)置在多個第一線和多個第二線的交叉處、并且以矩陣模式布置的多個可變電阻存儲器單元，以及(ii)塊選擇單元SEO?SEm，每個塊選擇單元被設(shè)置在單元塊BLKO?BLKn中的兩個相鄰的單元塊之間，η和m是正整數(shù)。塊選擇單元SEO?SEm可以阻擋電流經(jīng)由未選中的第一線或第二線流到選中的單元塊(即，BLKO?BLKn中的一個)，且因而可以減小泄漏電流流到選中的單元塊的面積。
[0071 ] 塊選擇單元SEO?SEm可以位于與單元塊BLKO?BLKn所處的水平不同的水平處。每個塊選擇單元SEO?SEm可以包括多個選擇單元。多個選擇單元分別與第一線或第二線耦接，并且被配置成將單元塊BLKO?BLKn中的兩個相鄰的單元塊耦接。
[0072]在外圍區(qū)中，可以提供用于執(zhí)行可變電阻存儲器件的操作所必需的核心電路。特別地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，存儲器單元陣列MCA被分成多個單元塊BLKO?BLKn，使得可以將泄漏電流控制在受限的電平上，即使存儲器單元陣列MCA的尺寸增加也對可變電阻存儲器件的操作沒有負面的影響。結(jié)果，在本發(fā)明的實施例中，相對于傳統(tǒng)的芯片，存儲器單元陣列的尺寸增加并且核心電路的尺寸減小。
[0073]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件。
[0074]參見圖5，根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元MC以矩陣模式布置在存儲器單元陣列300中。位線譯碼器310、字線譯碼器320、控制電路330、電壓發(fā)生電路340、以及讀出電路350可以被提供在存儲器單元陣列300的外圍區(qū)中。
[0075]位線譯碼器310與存儲器單元陣列300每個位線BL耦接，并且響應(yīng)于地址信號而選擇位線BL。同樣地，字線譯碼器320與存儲器單元陣列300的每個字線WL耦接，并且響應(yīng)于地址信號而選擇字線WL。即，存儲器單元陣列300中的特定存儲器單元MC可以通過位線譯碼器310和字線譯碼器320來選擇。
[0076]控制電路330響應(yīng)于在寫入操作中輸入的地址信號、控制輸入信號、以及數(shù)據(jù)而控制位線譯碼器310、字線譯碼器320以及電壓發(fā)生電路340，并且特別地控制存儲器單元陣列300的寫入、刪除、以及讀出操作。另外，控制電路330也可以用作一般地址緩沖電路、數(shù)據(jù)輸入/輸出緩沖電路、或者控制輸入緩沖電路。
[0077]電壓發(fā)生電路340產(chǎn)生用于從存儲器單元陣列300寫入、刪除、以及讀取數(shù)據(jù)所必需的電壓，并且將電壓提供給位線BL和字線WL。
[0078]讀出電路350檢測選中的存儲器單元MC的電阻狀態(tài)、讀出儲存在選中的存儲器單元MC中的數(shù)據(jù)、以及將讀出的數(shù)據(jù)傳送到控制電路330。
[0079]圖6說明利用了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可變電阻存儲器件的信息處理系統(tǒng)的框圖。
[0080]參見圖6，信息處理系統(tǒng)1000包括:存儲器系統(tǒng)1100、中央處理單元1200、用戶接口 1300以及供電單元1400，它們通過總線1500彼此通信。
[0081]存儲器系統(tǒng)1100可以包括可變電阻存儲器件1110和存儲器控制器1120。可變電阻存儲器件1110可以儲存由中央處理單元1200處理的數(shù)據(jù)，或者經(jīng)由用戶接口 1300從外部傳送的數(shù)據(jù)。
[0082]信息處理系統(tǒng)1000可以用在電子設(shè)備(例如存儲卡、固態(tài)盤(SSD)、智能電話、移動設(shè)備等)中用于儲存數(shù)據(jù)，。
[0083]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變電阻存儲器件及其形成方法提供了設(shè)置在交叉點單元陣列中兩個相鄰的單元塊之間的選擇單元，以有效地防止泄漏電流。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可變電阻存儲器件具有簡單的位線結(jié)構(gòu)。當(dāng)可變電阻存儲器件由多層結(jié)構(gòu)來配置時，不相鄰的層可以共享選擇單元，使得在將選擇單元的數(shù)目保持在最小值的同時單元的集成度被最大化。
[0084]盡管已經(jīng)出于說明性的目的描述了各種實施例，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。
[0085]通過以上實施例可以看出，本申請?zhí)峁┝艘韵碌募夹g(shù)方案。
[0086]技術(shù)方案1.一種可變電阻存儲器件，包括:
[0087]存儲器單元陣列，所述存儲器單元陣列包括多個單元塊和多個選擇單元，
[0088]其中，每個所述單元塊包括:
[0089]多個第一線，所述多個第一線沿著第一方向彼此平行地延伸；
[0090]多個第二線，所述多個第二線沿著與所述第一方向交叉的第二方向彼此平行地延伸；以及
[0091]多個存儲器單元，所述多個存儲器單元包括被布置在所述多個第一線和所述多個第二線交叉處的可變電阻層，
[0092]其中，所述多個選擇單元與所述多個第一線耦接，并且被配置成將相鄰的單元塊耦接，以及
[0093]其中，所述多個選擇單元操作以防止泄漏電流從未選中的單元塊流到包括了選中的存儲器單元的選中的單元塊。
[0094]技術(shù)方案2.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0095]其中，所述多個單元塊包括第一單元塊、第二單元塊以及第三單元塊，以及
[0096]其中，所述多個選擇單元包括:被設(shè)置在所述第一單元塊與所述第二單元塊之間的第一選擇單元，以及被設(shè)置在所述第二單元塊與所述第三單元塊之間的第二選擇單元。
[0097]技術(shù)方案3.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0098]其中，所述多個選擇單元被設(shè)置在所述多個單元塊的下部。
[0099]技術(shù)方案4.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0100]其中，所述多個選擇單元位于與外圍晶體管大體相同的水平。
[0101]技術(shù)方案5.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0102]其中，所述多個選擇單元中的每個選擇單元包括晶體管、二極管、非對稱隧道阻止層、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變器件、以及雙向開關(guān)器件中的任意。
[0103]技術(shù)方案6.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0104]其中，所述可變電阻層中的每個可變電阻層包括:電阻值根據(jù)氧空位、離子遷移的變化、或者相變而改變的結(jié)構(gòu)，或者電阻值根據(jù)磁場或自旋轉(zhuǎn)移扭矩而改變的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0105]技術(shù)方案7.如技術(shù)方案I所述的可變電阻存儲器件，
[0106]其中，所述多個第一線是位線而所述多個第二線是字線，或者所述多個第一線是字線而所述多個第二線是位線。
[0107]技術(shù)方案8.—種可變電阻存儲器件，包括:[0108]存儲器單元陣列，所述存儲器單元陣列包括被布置成垂直疊層的多個層、和多個選擇單元，
[0109]其中，所述存儲器單元陣列包括:
[0110]多個單元塊，所述多個單元塊中的每個單元塊包括多個存儲器單元；
[0111]多個第一線，所述多個第一線沿著第一方向彼此平行地延伸；以及
[0112]多個第二線，所述多個第二線沿著與所述第一方向交叉的第二方向彼此平行地延伸，
[0113]其中，每個存儲器單元包括可變電阻層，并且被布置在所述多個第一線中的一個第一線和所述多個第二線中的一個第二線的交叉處，
[0114]其中，每個選擇單元被配置成將位于同一水平的兩個相鄰的單元塊耦接，以及
[0115]其中，所述多個選擇單元操作以防止泄漏電流從未選中的單元塊流到包括了選中的存儲器單元的選中的單元塊。
[0116]技術(shù)方案9.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0117]其中，所述多個選擇單元中的選擇單元與設(shè)置在第一水平的第二線和設(shè)置在第二水平的第二線共同耦接，所述第二水平與所述第一水平不相鄰。
[0118]技術(shù)方案10.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0119]其中，所述多個選擇單元包括第一選擇單元和第二選擇單元，
[0120]其中，所述第一選擇單元與所述多個第二線之中偶數(shù)編號的第二線耦接，以及
[0121]其中，所述第二選擇單元與所述多個第二線之中奇數(shù)編號的第二線耦接。
[0122]技術(shù)方案11.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0123]其中，所述多個選擇單元被設(shè)置在所述多個單元塊的下部。
[0124]技術(shù)方案12.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0125]其中，所述多個選擇單元被設(shè)置在與外圍晶體管大體相同的水平。
[0126]技術(shù)方案13.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0127]其中，所述多個選擇單元中的每個選擇單元包括晶體管、二極管、非對稱隧道阻止層、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變器件、以及雙向開關(guān)器件中的任意。
[0128]技術(shù)方案14.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0129]其中，所述可變電阻層中的每個可變電阻層包括:電阻值根據(jù)氧空位、離子遷移變化、或相變而改變的結(jié)構(gòu)，或者電阻值根據(jù)磁場或自旋轉(zhuǎn)移扭矩而改變的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0130]技術(shù)方案15.如技術(shù)方案8所述的可變電阻存儲器件，
[0131]其中，所述多個第一線是字線而所述多個第二線是位線，或者所述多個第一線是位線而所述多個第二線是字線。
[0132]技術(shù)方案16.—種可變電阻存儲器件，包括:
[0133]存儲器單元陣列，所述存儲器單元陣列包括:
[0134]多個單元塊，每個單元塊包括可變電阻單元，所述可變電阻單元被布置在所述多個第一線和所述多個第二線的交叉處，其中，所述多個第一線被配置成與所述多個第二線交叉；以及
[0135]多個塊選擇單元，所述多個塊選擇單元中的每個塊選擇單元被設(shè)置在兩個相鄰的單元塊之間，并且被配置成防止泄漏電流從未選中的單元塊流到包括了選中的存儲器單元的選中的單元塊。
[0136]技術(shù)方案17.如技術(shù)方案16所述的可變電阻存儲器件，
[0137]其中，所述塊選擇單元位于與所述多個單元塊不同的水平。
[0138]技術(shù)方案18.如技術(shù)方案16所述的可變電阻存儲器件，
[0139]其中，所述塊選擇單元中的每個塊選擇單元包括多個選擇單元，以及
[0140]其中，所述多個選擇單元與所述多個第一線或者所述多個第二線耦接，并且被配置成將相鄰的單元塊耦接。
[0141]技術(shù)方案19.如技術(shù)方案16所述的可變電阻存儲器件，
[0142]其中，所述塊選擇單元操作以防止電流經(jīng)由與未選中的單元塊耦接的第一線或第二線流到所述選中的單元塊。
[0143]技術(shù)方案20.如技術(shù)方案16所述可變電阻存儲器件，還包括:
[0144]核心電路，所述核心電路被設(shè)置在所述存儲器單元陣列的外圍區(qū)中。
【權(quán)利要求】
1.一種可變電阻存儲器件，包括: 存儲器單元陣列，所述存儲器單元陣列包括多個單元塊和多個選擇單元， 其中，每個所述單元塊包括: 多個第一線，所述多個第一線沿著第一方向彼此平行地延伸； 多個第二線，所述多個第二線沿著與所述第一方向交叉的第二方向彼此平行地延伸；以及 多個存儲器單元，所述多個存儲器單元包括被布置在所述多個第一線和所述多個第二線交叉處的可變電阻層， 其中，所述多個選擇單元與所述多個第一線耦接，并且被配置成將相鄰的單元塊耦接，以及 其中，所述多個選擇單元操作以防止泄漏電流從未選中的單元塊流到包括了選中的存儲器單元的選中的單元塊。
2.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個單元塊包括第一單元塊、第二單元塊以及第三單元塊，以及其中，所述多個選擇單元包括:被設(shè)置在所述第一單元塊與所述第二單元塊之間的第一選擇單元，以及被設(shè)置在所述第二單元塊與所述第三單元塊之間的第二選擇單元。
3.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個選擇單元被設(shè)置在所述多個單元塊的下部。
4.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個選擇單元位于與外圍晶體管大體相同的水平。
5.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個選擇單元中的每個選擇單元包括晶體管、二極管、非對稱隧道阻止層、金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變器件、以及雙向開關(guān)器件中的任意。
6.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述可變電阻層中的每個可變電阻層包括:電阻值根據(jù)氧空位、離子遷移的變化、或者相變而改變的結(jié)構(gòu)，或者電阻值根據(jù)磁場或自旋轉(zhuǎn)移扭矩而改變的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個第一線是位線而所述多個第二線是字線，或者所述多個第一線是字線而所述多個第二線是位線。
8.—種可變電阻存儲器件，包括: 存儲器單元陣列，所述存儲器單元陣列包括被布置成垂直疊層的多個層、和多個選擇單元， 其中，所述存儲器單元陣列包括: 多個單元塊，所述多個單元塊中的每個單元塊包括多個存儲器單元； 多個第一線，所述多個第一線沿著第一方向彼此平行地延伸；以及多個第二線，所述多個第二線沿著與所述第一方向交叉的第二方向彼此平行地延伸，其中，每個存儲器單元包括可變電阻層，并且被布置在所述多個第一線中的一個第一線和所述多個第二線中的一個第二線的交叉處，其中，每個選擇單元被配置成將位于同一水平的兩個相鄰的單元塊耦接，以及其中，所述多個選擇單元操作以防止泄漏電流從未選中的單元塊流到包括了選中的存儲器單元的選中的單元塊。
9.如權(quán)利要求8所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個選擇單元中的選擇單元與設(shè)置在第一水平的第二線和設(shè)置在第二水平的第二線共同耦接，所述第二水平與所述第一水平不相鄰。
10.如權(quán)利要求8所述的可變電阻存儲器件， 其中，所述多個選擇單元包括第一選擇單元和第二選擇單元， 其中，所述第一選擇單元與所述多個第二線之中偶數(shù)編號的第二線耦接，以及 其中，所述第二選擇單元與所述多個第二線之中奇數(shù)編號的第二線耦接。
【文檔編號】H01L27/24GK103915564SQ201310187367
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】李炯東 申請人:愛思開海力士有限公司