存储器中的二极管分段的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例一般来说涉及存储器，且特定实施例涉及可变电阻存储器装置。
【背景技术】
[0002]快闪存储器装置已发展成用于宽广范围的电子应用的非易失性存储器的普遍来源。快闪存储器装置通常使用允许高存储器密度、高可靠性及低电力消耗的单晶体管存储器单元。快闪存储器的常见用途包含个人计算机、快闪磁碟机、数字相机及蜂窝式电话。例如基本输入/输出系统(B1S)的程式码及系统数据通常存储于快闪存储器装置中以供在个人计算机系统中使用。
[0003]近年来，快闪存储器密度已增加且每位的成本已减小。为增加密度，存储器单元大小及对邻近存储器单元的接近度已减小。此可导致关于由邻近存储器单元之间的互动所致的干扰条件的问题。另外，当与其它形式的存储器(例如，DRAM)相比时，快闪存储器仍是相对慢的。
[0004]例如电阻式随机存取存储器(RRAM)的可变电阻存储器是在可变电阻存储器单元中提供非易失性存储器功能的存储器技术。举例来说，存储器单元的低电阻指示一种状态而高电阻指示第二状态。此可变电阻存储器的实例包含金属氧化物、相变(GST)、纳米细丝、静摩擦力、机械变形、聚合物、分子、导电桥接器及MRAM。
[0005]图1展示典型交叉点电阻式RAM阵列，所述典型交叉点电阻式RAM阵列具有在一对存取线的相交点处形成每一单元的串联的选择装置及可编程元件，所述对存取线在本文中称为位线及字线，但所述对存取线出于RRAM的目的是可互换的。所述选择装置是非欧姆装置，例如二极管。RRAM单元的典型核心单元大小是4F2。也就是说，在F作为最小特征大小的情况下，裸片上的RRAM单元的面积(包含任何分摊面积(overhead)及间距)是2FX2F，或 4F2。
[0006]由于现代阵列的大小、来自连接到存取线的大量单元的电流的量及来自单元的泄漏，因此位线及字线无法跨越存储器的整个长度及宽度。此上下文中的连接到包含但不限于电连接到，无论是直接还是间接通过一或若干个介入组件。因此，如在图2中所展示，使用位线及字线分段。针对分段位线或字线，使用例如晶体管202的分段晶体管。使用分段晶体管202以将阵列分成较小区段。制作小的晶体管是困难的，且紧紧地包装晶体管是困难的。此外，当单元继续按比例缩放而越来越小时，晶体管并不以相同速率变小。例如晶体管202的分段晶体管比典型RRAM单元的4F2大小大得多，且随着阵列的密度继续增加，大的分段晶体管占据渐增比例的裸片空间，从而降低阵列的效率。
[0007]出于上文陈述的原因，且出于下文陈述的所属领域的技术人员在阅读并理解本说明书之后将变得明了的其它原因，此项技术中需要一种经改进存储器阵列架构。
【附图说明】
[0008]图1是典型RRAM存储器阵列的一部分；
[0009]图2是经分段典型RRAM存储器阵列的一部分；
[0010]图3是根据本发明的实施例的RRAM存储器阵列的部分电路图；
[0011]图4是根据本发明的另一实施例的RRAM存储器阵列的部分电路图；
[0012]图5是展示图3的RRAM存储器阵列的部分的操作的图式；
[0013]图6是针对图5的RRAM存储器阵列的操作的电压/电流曲线；
[0014]图7是展示图3的RRAM存储器阵列的一部分的另一操作的图式；
[0015]图8是针对图7的RRAM存储器阵列的操作的电压/电流曲线；
[0016]图9是根据本发明的实施例的方法的流程图；
[0017]图10是可并入有图3或4的存储器阵列的存储器系统的一个实施例的框图。
【具体实施方式】
[0018]在以下实施方式中，参考形成本发明的一部分的随附图式，且在所述随附图式中通过图解说明的方式展示特定实施例。在各图式中，贯穿数个视图相似编号描述实质上类似组件。可利用其它实施例，且在不背离本发明的范围的情况下可做出结构、逻辑及电改变。因此，不应在限制意义上理解以下实施方式。
[0019]交叉点RRAM阵列单元是两层组件堆叠。通常，RRAM阵列单元包括通常在选择装置上方或下方的可编程元件(例如，可变电阻式元件)。所述可变电阻式元件改变状态，且不同状态表示经编程单元及经擦除单元。所述选择装置用于选择阵列中所关注的特定单元的目的。如此命名交叉点阵列，这是因为阵列的存取线(称为位线及字线)以90度角(举例来说)交叉，从而形成具有小面积的紧凑高效阵列。所述位线及字线通常经定大小为设备可将其制成的那么小，且邻近位线之间及邻近字线之间的间距通常也是同样小。出于解释的目的，在各图中沿垂直方向展示位线，且在各图中沿水平方向展示字线。然而，在RRAM中，位线及字线各自起到相同作用。也就是说，通常称为位线及字线的在RRAM中事实上是可互换的。功能上，位线及字线通常可称为存取线。存储器单元串在本文中定义为各自连接到共用存取线的存储器单元群组，例如，各自连接到局部位线的存储器单元群组(其中每一局部位线通过分段元件连接到全局位线)、各自连接到局部字线的存储器单元群组(其中每一局部字线通过分段元件连接到全局字线)或各自连接到全局存取线的存储器单元群组。
[0020]可变电阻存储器单元的选择装置通常是二极管。由于存在众多类型的可变电阻式元件，因此在一些RRAM存储器中选择装置可是单向二极管，且在其它RRAM存储器中选择装置可是双向二极管。当使用双向二极管作为选择装置时，其可是对称或非对称的，也就是说，非对称双向二极管的正向及反向接通电压可是不同的。可编程元件的挑选通常指示选择装置的挑选。举例来说，相变存储器可使全部其电流沿一个方向流动，且因此使用单向选择装置。导电桥接器存储器可使用沿不同方向的电流来进行编程及擦除，且因此使用双向选择装置。
[0021]图3中展示根据本发明的实施例的存储器阵列300的一部分。阵列300包括由分段元件304划分的多个块302。分段元件304在一个实施例中包括二极管，且可相同于每一可变电阻存储器单元312的选择装置。全局位线306跨越多个块，且通过特定块的分段元件304连接到块302的局部位线308。可是局部字线或全局字线的字线310与局部位线308交叉，且可变电阻单元312连接于每一局部位线308与其交叉字线310之间。可变电阻单元包括与可编程元件串联的选择装置(例如，二极管)。
[0022]一对偏置线314及316也连接到局部位线308且在一个实施例中平行于字线310而延续。偏置线314、316中的每一者通过相应偏置装置318、320连接到局部位线308，所述相应偏置装置像存储器单元一样包括选择装置，但与存储器单元不同的是不包含可编程元件。偏置线314通过多个偏置装置318连接到多个局部位线308，每一偏置装置318沿一个方向连接于线314与局部位线308中的相应局部位线之间，且偏置线316通过多个偏置装置320连接到多个局部位线308，每一偏置装置320沿相反方向连接于线316与局部位线308中的相应局部位线之间。举例来说，如果偏置装置318及320是单向二极管，那么偏置装置318的电流从线314流动到局部位线308，且偏置装置320的电流从局部位线308流动到线316。所述偏置线可用于使局部位线正向或反向偏置以用于选择或不选择特定局部位线。
[0023]所述偏置装置及分段元件要使用阵列中的面积。然而，与分段晶体管的大小相比，对于每一全局位线来说，由经组合的偏置装置及分段元件使用的面积比由晶体管使用的面积小得多。此外，偏置装置及分段元件将随存储器单元按比例缩放，然而晶体管并不随存储器单元按比例缩放。
[0024]分段元件在一个实施例中是与可变电阻存储器单元的选择装置所使用相同的元件。与分段晶体管相比，分段元件304在大小上小得多，制作起来容易得多，且可随单元自身按比例缩放。也就是说，随着单元大小减小，分段元件大小也将减小，从而节省成本及裸片面积两者。由于字线及位线在RRAM中是可互换的，因此可在不背离本发明的范围的情况下对若干组位线及字线中的一者或两者执行阵列的分段。
[0025]虽然展示单个全局位线到局部位线分段，但应理解，可在不背离本发明的范围的情况下使用额外分段。举例来说，可使用从全局位线到区域位线且接着到局部位线的分段。相同子分段也可用于字线。
[0026]图4展示如图3中的阵列300，惟替代单个分段元件304在全局位线306与局部位线308之间使用并联的两个分段元件402除外。在一些应用中，与阵列中的选择装置相同大小的分段元件可不能够传导足够电流以操作单元串。应理解，在不背离本发明的范围的情况下并联放置于全局位线与局部位线之间的分段元件的数目可增加。
[0027]编程或擦除可变电阻存储器单元包括跨越其施加正向或反向偏置。读取操作、编程操作及擦除操作之间的差异由单元自身以及电压及/或电流量值、持续时间、偏置(反向或正向)、以及计时及/或波形确定。一些可变电阻存储器单元使用双向电流来进行操作，且一些可变电阻存储器单元使用单向电流。区分所述两种情形的是波形。对于单向单元来说，选择装置是单向的，且对于双向单元来说，选择装置是双向的。
[0028]图5到8中更详细地展示使单元正向及反向偏置以用于操作。图5及6展示使选定块及未选定块中的选定单元正向偏置，且图7及8展示使选定块及未选定块中的选定单元反向偏置。关于图9及10进一步描述方法。
[0029]适用于使单元正向及反向偏置的电压将取决于(例如)选择装置的接通电压、阵列的泄漏公差以及单元及选择装置的大小及特性而变化。然而，对于正向偏置，挑选足以接通选定单元的选择装置且减少泄漏或关断未选定单元及块的选择装置的电压。当将低于接通电压的偏置施加到二极管时二极管可泄漏电流。泄漏量取决于所施加的实际电压，且在一个实施例中电压经挑选以使未选定二极管保持关断或使泄漏保持低于可接受量，所述可接受量通过阵列的施加来确定。
[0030]在图5中，展示两个块，选定块502及未选定块504。单元506及508是选定单元。为使单元506及508正向偏置，在那些单元处相交的位线及字线具有足以使单元的选择装置正向偏置的施加到所述位线及字线的电压。对于选定块502，以足以接通分段元件及选择装置的位线选择电压Vblsel (Vf)使通过分段元件301及304 3连接到局部位线308及308 3的全局位线306i& 306 3偏置。以位线未选择电压Vblunsel使未选定位线306 2及306 4偏置。在一个