專利名稱：存儲器單元、非易失性存儲器陣列、操作存儲器單元的方法、從存儲器單元讀取及向存儲 ...的制作方法
技術領域：
本文中所揭示的實施例涉及存儲器單元、非易失性存儲器陣列、操作存儲器單元的方法、從存儲器單元讀取及向存儲器單元寫入的方法以及編程存儲器單元的方法。
背景技術：
存儲器是一種類型的集成電路，且在計算機系統(tǒng)中用于存儲數(shù)據(jù)。此類存儲器通常制作成一個或一個以上個別存儲器單元陣列。所述存儲器單元可為易失性、半易失性或非易失性。非易失性存儲器單元可在延長的時間周期內，且在許多實例中當計算機關閉時存儲數(shù)據(jù)。易失性存儲器耗散且因此需要刷新/重寫，且在許多實例中是以每秒多次的方式。不管怎樣，每一陣列中的最小單位被稱為存儲器單元且經配置而以至少兩個不同可選擇狀態(tài)保持或存儲存儲器。在二進制 系統(tǒng)中，存儲條件被視為“O”或“I”。此外，一些個別存儲器單元可經配置以存儲兩個以上信息位。集成電路制作繼續(xù)努力生產更小且更密集的集成電路。因此，個別電路裝置具有越少組件，成品裝置的構造可越小。最小且最簡單的存儲器單元將可能由兩個導電電極組成，所述兩個導電電極具有接納于其之間的可編程材料。實例性材料包含可以是或可不是同質且可以或可不隨其含有其它材料的金屬氧化物。不管怎樣，接納于兩個電極之間的共同材料經選擇或經設計以配置成至少兩個不同電阻狀態(tài)中的選定一者以實現(xiàn)個別存儲器單元對信息的存儲。當配置成所述電阻狀態(tài)中的一個極端時，所述材料可對電流具有高電阻。相比來說，在另一極端中，當配置成另一電阻狀態(tài)時，所述材料可對電流具有低電阻?，F(xiàn)有及尚待開發(fā)的存儲器單元也可經配置以具有介于最高與最低電阻狀態(tài)之間的一個或一個以上額外可能穩(wěn)定電阻狀態(tài)。不管怎樣，可使用電信號來改變可編程材料所配置成的電阻狀態(tài)。舉例來說，如果所述材料處于高電阻狀態(tài)中，那么可通過跨越所述材料施加電壓而將所述材料配置成處于低電阻狀態(tài)中。經編程的電阻狀態(tài)經設計以在非易失性存儲器中持久。舉例來說，一旦配置成電阻狀態(tài)，所述材料即保持于此電阻狀態(tài)中，即使既無電流也無電壓施加到所述材料。此外，可重復地將所述材料的配置從一個電阻狀態(tài)改變?yōu)榱硪浑娮锠顟B(tài)以用于將所述存儲器單元編程為至少兩個不同電阻狀態(tài)中的不同者。在此編程之后，可由施加到所述材料接納于其之間的兩個電極中的一者或兩者的適當信號來確定所述材料的電阻狀態(tài)
發(fā)明內容


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的圖解性截面圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的非易失性存儲器陣列的一部分的圖解性示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例沿著處于一個經編程狀態(tài)中的實例性電路構造的WL2且穿過BL2、BL3及BL4截取的圖解性截面圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例處于另一經編程狀態(tài)中的圖8電路的視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一項實施例是一種操作存儲器單元的方法，所述方法使用不同于用來讀取所述存儲器單元的經編程狀態(tài)的電極的電極來改變所述存儲器單元的所述經編程狀態(tài)。在一項實施例中，一種向存儲器單元寫入及從存儲器單元讀取的方法使用第一及第二相對電極來從所述存儲器單元讀取且使用第三及第四相對電極來向所述存儲器單元寫入，其中所述第一、第二、第三及第四電極為不同電極?，F(xiàn)有或尚待開發(fā)的存儲器單元可用于上文所描述的方法的實踐中。本發(fā)明的實施例也包含獨立于操作的存儲器單元。因此，如本文中所描述的方法未必受存儲器單元或存儲器陣列構造的限制，且存儲器單元及存儲器陣列構造未必限于操作方法或受操作方法的限制。首先參照圖1到6描述可根據(jù)以上方法以及本文中可或可不揭示的其它方法操作的實例性存儲器單元。圖1及2描繪處于兩種不同經編程狀態(tài)中的存儲器單元10，其中圖1為高電阻狀態(tài)且圖2為低電阻狀態(tài)?？墒褂脙蓚€以上電阻狀態(tài)。不管怎樣，可將圖1電路構造視為本發(fā)明的實施例且可將圖2電路構造視為本發(fā)明的實施例。參照圖1，存儲器單元10包括一對相對導電電極12及14。在一項實施例中，可將電極12及14視為第一及第二導電電極。不管怎樣，電極12及14可由任何一種或一種以上適合導電材料(例如金屬元素、金屬元素的合金、導電金屬化合物及/或導電摻雜的半導電材料)制作。在一項實施例中，電極12及14的橫截面為矩形且具有平坦且相對于彼此平行的相應向內相對面?？墒褂糜辛硪恍螤罴岸ㄏ虻碾姌O，舉例來說，不提供相對于彼此平行的平坦相對面且包含非平坦面的形狀。圖1及2也圖解說明其中導電電極彼此完全重疊的實例性實施例?；蛘?，可使用部分重疊的構造。材料16接納于第一與第二相對電極12與14之間。至少在圖1經編程狀態(tài)中此材料可以是同質或非同質的。不管怎樣，可將材料16視為具有兩個橫向相對邊緣18、20。在一項實施例中，材料16包括電阻可切換材料。在一項實施例中，材料16基本上由與導電電極12及14中的一者或兩者物理觸碰接觸的電阻可切換材料組成。作為替代實例，一種或一種以上額外材料可在立面上接納于電阻可切換材料與導電電極12及14中的任一者之間。此介入材料可以是或可不是同質的。不管怎樣且借助舉例的方式，二極管或其它功能裝置或屬性可在立面上提供于電阻可切換材料與導電電極中間。材料16包括相對于彼此為不同組成的第一橫向區(qū)域22及第二橫向區(qū)域24。第一及第二橫向區(qū)域中的一者沿著材料16的所述兩個橫向相對邊緣中的一者而接納，且第一及第二橫向區(qū)域中的另一者沿著材料16的所述兩個橫向相對邊緣中的另一者而接納。在圖1及2的實施例中，第一橫向區(qū)域22沿著邊緣18而接納且第二橫向區(qū)域24沿著邊緣20而接納。不管怎樣，橫向區(qū)域22及24可以或可不具有相同橫向寬度。此外，區(qū)域22及區(qū)域24的橫向寬度可分別為恒定的(如所展示)或可變的。不管怎樣，第一及第二橫向區(qū)域中的至少一者能夠被重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)。在圖1及2的實施例中，第一及第二區(qū)域中的僅一者(第一區(qū)域22)能夠被重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)。在一項實施例中，橫向區(qū)域22包括電阻可切換材料。在一項實施例中，所述電阻可切換材料于其中具有移動摻雜劑，且在一項實施例中，所述移動摻雜劑接納于電介質內。在此文件的上下文中，“移動摻雜劑”為周圍材料的成分(而非自由電子)，所述成分可在通過經由所述周圍材料施加適合電場而在至少兩個不同靜態(tài)電阻狀態(tài)之間重復地編程裝置的正常裝置操作期間移動到所述周圍材料內的不同位置。實例包含另外的化學計量材料中的原子空位及玻璃(例如硫屬化合物材料)中的原子填隙(包含金屬原子或離子)。特定實例性移動摻雜劑包含非晶或結晶氧化物或其它含氧材料中的氧原子空位、非晶或結晶氮化物或其它含氮材料中的氮原子空位、非晶或結晶氟化物或其它含氟材料中的氟原子空位及非晶或結晶氧化物中或硅中的填隙金屬原子或金屬離子。在圖式中通過圓點/點畫圖解性地描繪材料16的移動摻雜劑。在圖式中的給定區(qū)/體積中的圓點/點畫的密度指示移動摻雜劑密度的程度，其中較多圓點/點畫指示較高移動摻雜劑密度且較少圓點/點畫指示較低移動摻雜劑密度。一個以上類型的移動摻雜劑可用作材料16的一部分。圖1及2將橫向區(qū)域22描繪為包括移動摻雜劑且將橫向區(qū)域24描繪為不包括任何移動摻雜劑?；蛘?，第二橫向區(qū)域24可包括可與第一橫向區(qū)域22中的移動摻雜劑為相同類型且不管怎樣，與第一橫向區(qū)域22內的移動摻雜劑數(shù)量/密度相比可具有相同、較小或較大密度的移動摻雜劑。僅作為一個實例，移動摻雜劑可以不充足數(shù)量/密度存在于區(qū)域24中以用于在存儲器單元的正常操作中將此區(qū)域編程為不同可檢測電阻狀態(tài)。圖1圖解性地描繪第一橫向區(qū)域22及第二橫向區(qū)域24，其由作為存在移動摻雜劑對不存在移動摻雜劑的分界線的其之間的理想化垂直壁界定?；蛘?，此分界線可為具有減小/增加的移動摻雜劑密度的橫向區(qū)域，及/或此線可不垂直。不管怎樣，在一項實施例中，除了造成第一橫向區(qū)域22與第二橫向區(qū)域24之間的固有組成差異的其中的移動摻雜劑的數(shù)量及/或類型之外，第一橫向區(qū)域22及第二橫向區(qū)域24為相同組成。作為橫向區(qū)域22的實例性材料，其中可接納移動摻雜劑的實例性電介質包含能夠基于移動摻雜劑的足夠高的數(shù)量及濃度實現(xiàn)定域導電率(待描述)的適合氧化物、氮化物及/或氟化物。獨立于對移動摻雜劑的考慮，其內接納移動摻雜劑的電介質可以是或可不是均質的。特定實例性電介質包含Ti02、Hf02、Zr02、GeOx, Si02、AlN及/或MgF2。在一項實施例中，包括作為移動摻雜劑的氧空位的橫向區(qū)域22的材料可包括在至少一個經編程狀態(tài)中的Ti02與Ti02-x的組合，此取決于氧空位的位置及接納氧空位的位置中氧空位的數(shù)量。在此實施例中，橫向區(qū)域24可以或可不包括與橫向區(qū)域22相比具有較低密度的氧空位或無氧空位的Ti02。在一項實施例中，包括作為移動摻雜劑的氮空位的橫向區(qū)域22可包括在至少一個經編程狀態(tài)中的AlN與AlNl-X的組合，此取決于氮空位的位置及接納氮空位的位置中氮空位的數(shù)量。在此實施例中，橫向區(qū)域24可以或可不包括與橫向區(qū)域22相比具有較低密度的氮空位或無氮空位的A1N。在一項實施例中，包括作為移動摻雜劑的氟空位的橫向區(qū)域22可包括在至少一個經編程狀態(tài)中的MgF2與MgF2-x的組合，此取決于氟空位的位置及接納氟空位的位置中氟空位的數(shù)量。在此實施例中，橫向區(qū)域24可以或可不包括與橫向區(qū)域22相比具有較低密度的氟空位或無氟空位的MgF2。在一項實施例中，移動摻雜劑包括含氮材料中的招原子填隙。在一項實施例中，移動摻雜劑包括Hf02、Zr02、Ge0X及Si02中的任一者中的Cu原子或離子。在一項實施例中，移動摻雜劑包括非晶硅及/或硫化玻璃(即，GeS及/或GeSe)中的Ag。材料16可為可取決于例如電介質等周圍材料的組成、取決于所述周圍材料內的移動摻雜劑(如果存在)的組成及/或取決于存在于所述周圍材料中的移動摻雜劑的數(shù)量的任何適合厚度T及任何適合橫向寬度W。尺寸T與W可分別為恒定的(如所展示)或可為可變的。不管怎樣，在一項實施例中，電阻可切換材料具有為其最小橫向寬度的至少兩倍大的最小立面厚度。實例性厚度T包含從約50毫微米到約150毫微米，其中實例性寬度W不大于25毫微米。在其中存儲器單元10處于圖1的“關斷”或“O”狀態(tài)中的一項實施例中，在T定向方向上將需要非常高的電場，以便在將適合差分電壓施加到電極12及14時使得電流在相對電極12與14之間流動。在一項實施例中，此所需電場為至少50兆伏/米，且在一項實施例中為至少500兆伏/米。圖1描繪處于高或最高電阻狀態(tài)中的存儲器單元10，而圖2描繪處于低或最低電阻狀態(tài)中的存儲器單元10。處于圖2的最低電阻狀態(tài)中的電阻可切換材料22包括沿著兩個橫向相對邊緣18、20中的僅一者定域且朝向及遠離第一及第二電極12及14延伸的導電溝道/細絲26。導電溝道26可以或可不接觸導電電極12及14中的至少一者，其中圖2的實施例展示此導電溝道接觸第一導電電極12及第二導電電極14中的每一者。不管怎樣，導電溝道26沿著其長度可 以或可不具有恒定橫向寬度。圖2描繪其中導電溝道26沿著其長度具有恒定橫向寬度的實施例。作為其中溝道/區(qū)域26包括氧空位作為接納于周圍Τ 02中的移動摻雜劑的實例，大于5X 1018空位/立方厘米的總平均氧空位密度可使得區(qū)域/溝道26導電。導電溝道26可在第一與第二電極12與14之間每單位長度的溝道26具有恒定導電率(即，沿著電極12與14之間的所有最短直線距離具有相同導電率)。在圖2中通過描繪電極12與14之間的區(qū)域26內的恒定點畫密度舉例說明了此情況。圖3描繪替代實施例，低或最低電阻狀態(tài)存儲器單元10a。已在適當之處使用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用后綴“a”指示一些構造差異。在圖3中，導電溝道26a在更接近所述第一及第二電極中的一者(即，電極12)處比接近所述第一或第二電極中的另一者(即，電極14)處每單位長度的溝道26a具有更大導電率。圖3中通過所描繪的沿著電極12與14之間的區(qū)域26a內的最短直線距離的某一分數(shù)量點畫接近電極12的較大密度(與沿著相同分數(shù)量點畫接近電極14相比)來舉例說明此情況。圖2及3描繪其中導電溝道26及26a各自沿著其長度具有某一相應恒定橫向寬度的實施例。圖4描繪低或最低電阻狀態(tài)存儲器單元IOb的替代實施例，其中導電溝道26b具有可變橫向寬度。已在適當之處使用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用后綴“b ”指示一些構造差異。另外，圖4描繪其中導電溝道26b在更接近所述電極中的一者處比其接近所述電極中的另一者處更窄的實例性實施例。此外，在其中(舉例來說)由于較大移動摻雜劑密度而實現(xiàn)導電率或導電率增加的此實施例中，導電溝道26b可類似于如上文所描述及如所展示的圖2的實施例，每單位長度具有恒定導電率。圖5描繪低或最低電阻狀態(tài)存儲器單元IOc的替代實施例，其中導電溝道26c具有可變橫向寬度。已在適當之處使用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用后綴“c”指示一些構造差異。圖5描繪其中導電溝道26c在更接近第一及第二電極中的一者處比接近第一或第二電極中的另一者處每單位長度具有更大導電率的實例性實施例，其類似于如上文所描述及如所展示的圖3的實施例。不管怎樣，圖4及5也描繪其中導電的所形成溝道具有相應的似錐形或楔形形狀的實施例?？蓪D2到5的實施例編程回到圖1狀態(tài)，或編程回到某一(一些)其它狀態(tài)。上文所描繪的實施例展示處于圖1的經編程狀態(tài)中及處于圖2到5的經編程狀態(tài)中的相對于彼此為不同組成的第一及第二橫向區(qū)域22、24。圖6描繪具有能夠被重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)的實質上同質的電阻可切換材料16d的替代實例性實施例存儲器單元IOd(處于低或最低電阻狀態(tài)中)。已在適當之處利用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用后綴“d”指示一些構造差異。圖6的包括如上文結合圖2到5的實施例所描述的導電溝道(未展示)的存儲器單元IOd可被編程到低或最低電阻狀態(tài)，且然后編程回到圖6狀態(tài)或編程回到某一(一些)其它狀態(tài)。因此，也可在較低或最低電阻狀態(tài)與較高或最高電阻狀態(tài)之間重復地編程圖6的實施例。在一項實施例中，一種編程存儲器單元的方法包含通過電阻可切換材料施加電場，所述存儲器單元包括具有接納于其之間的電阻可切換材料的一對相對導電電極。沿主要橫向定向的方向施加此電場以致使電阻可切換材料內的移動摻雜劑朝向或遠離電阻可切換材料的相對橫向邊緣中的一者橫向移動以改變所述對電極之間的電阻。主要橫向定向的方向不必完全橫向且因此電場中可包含其它方向分量。電阻可切換材料在所施加的電場被移除之后保持經改變的電阻狀態(tài)。圖1到6僅借助舉例的方式描繪此些實施例，其中圖1及6的經編程狀態(tài)構成一個狀態(tài)，且圖2到5的經編程狀態(tài)構成另一相應不同電阻狀態(tài)。在一項實施例中，施加電場包括跨越橫向于所述對相對導電電極的相對側而接納的兩個額外導電電極施加電壓差，其中至少在施加電場期間所述兩個額外導電電極與所述對相對導電電極電絕緣。圖7中的構造30中圖解性地展示能夠實現(xiàn)此操作的實例性電路。已在適當之處使用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用不同編號指示差異。電路構造30包括存儲器單元10及接納于介電材料32內的兩個額外電極34、36。在一項實施例中，可將電極34及36視為第三及第四電極。介電材料32可以是同質或非同質的，其中二氧化硅僅為一個實例。導電電極34及36相對于彼此及/或電極12及14可具有相同或不同組成及構造。實例性額外電極34及36橫向于導電電極12及14的相對側且橫向于材料16的相對側而接納。圖7描繪其中導電電極34、36與電阻可切換材料16的厚度擴展T立面上重疊的實施例。另外,在圖7實施例中，導電電極34、36與電阻可切換材料16的厚度擴展T立面上疊合。圖7描繪其中已將電場施加到圖1的存儲器單元實施例以使移動摻雜劑朝向邊緣18橫向移動以形成導電溝道26的實施例。在一項實施例中，材料16的組成及橫向寬度經選擇以能夠使用不大于25兆伏/米的主要橫向定向的電場而在圖1所描繪的實例性經編程狀態(tài)與圖2到5及7中的任一者所描繪的實例性經編程狀態(tài)之間重復地編程存儲器單元
10。此可通過跨越電極34及36或在電極34與36之間施加交替差分讀取及寫入電壓而實現(xiàn)。所施加電壓可由所屬領域的技術人員確定，且將受材料32的組成、材料16的組成、其中的移動摻雜劑的組成及數(shù)量、材料16的橫向厚度及/或電極34及36距材料16的距離影響。在一項實施例中，用以致使適合編程移動摻雜劑移動的實例性所需主要橫向定向的電場不大于2兆伏/米，且在一項實施例中不大于0.5兆伏/米。不管怎樣，所施加的電場對于朝向一個電阻狀態(tài)及回到原始電阻狀態(tài)的寫入不需要相同。舉例來說，且在一項實施例中，可橫向跨越材料16而使用至少0.3兆伏/米來實現(xiàn)圖2及7的經編程狀態(tài)，而從圖2及7狀態(tài)(或從圖3到5狀態(tài))編程回到圖1狀態(tài)的編程可僅需要0.15兆伏/米的電場。作為實例，可將V/2的正電壓施加到電極34或36中的一者且將V/2的負電壓施加到電極34及36中的另一者以從一個電阻狀態(tài)改變?yōu)榱硪浑娮锠顟B(tài)?？深嵉勾怂┘拥碾妷旱恼?負關系以從所述另一電阻狀態(tài)編程為所述一個電阻狀態(tài)?；蛘呋蛄硗猓鲭妷翰恍枰獮橄嗤恐导?或不需要為不同符號。此外且不管怎樣，與電極34及電極36相關聯(lián)的存儲器單元10的一個或一個以上差分寫入電壓可與跨越電極12及14或在電極12與14之間所施加的差分讀取電壓相同或不同。舉例來說，差分讀取電壓可為2.5伏，其中一個或一個以上差分寫入電壓可為約5.0伏。當然，可使用其它編程及讀取電壓?？梢曰蚩刹辉谘刂饕獧M向定向的方向通過電阻可切換材料16施加電場期間將外部電壓施加到電極12及14中的一者或兩者。在一項實施例中，在施加電場期間將相對導電電極12及14拉到實質上相同的電壓。在一項實施例中，在施加電場期間將所述對相對導電電極12及14中的每一者拉到0V。在一項實施例中，在施加此電場期間無外部電壓施加到所述對相對導電電極。換句話說，可允許此實例中的所述對相對導電電極的電壓浮動。如本文中所使用，將導電電極拉到電壓是指致使所述導電電極處于或極接近于所述電壓。所述電壓可為正或負且可具有實質上任一量值。在將導電電極拉到電壓時，應理解，由于(舉例來說)所述導電電極自身的電阻，因此在所述導電電極的各個位置處測量到的個別電壓可不完全相同。然而，所述個別電壓可實質上相同，因為所述個別電壓可如所述導電電極的物理限制將允許的那樣接近于所述電壓。圖8描繪替代實例性實施例電路構造30e。已在適當之處使用了來自上文所描述的實施例的相同編號，其中用后綴“e”指示一些構造差異。圖8描繪其中在立面上遠離(意指無立面上重疊)電阻可切換材料16而接納額外導電電極34e及36e的構造30e?；蛘撸砂l(fā)生某一立面上重疊。如上文結合圖4及5所描述將電場施加到圖8的實施例可導致此電場在更接近導電電極12處比導電電極14處更強，且可產生類似于圖4中的導電溝道26b的錐形或楔形形狀的導電溝道26e?；蛘咔覂H借助舉例的方式，可形成具有圖3及5中的任一者的配置的導電溝道。本發(fā)明的實施例囊括寫入及讀取交叉點存儲器單元陣列中的交叉點存儲器單元。在圖9中的俯視圖中大體用元件符號40指示非易失性交叉點存儲器陣列的一部分。此陣列包含多個字線WLl到WL4及與所述多個字線交叉的多個位線BLl到BL4。所述陣列進一步包含由圓圈象征性地表示的多個存儲器單元Mll到M44。所述存儲器單元個別地對應于所述多個字線與所述多個位線相對于彼此的交叉中的不同一者。舉例來說，存儲器單元M12對應于WLl與BL2的交叉點且存儲器單元M34對應于WL3與BL4的交叉點。圖9中所圖解說明的部分可為所述非易失性存儲器陣列的非常小的部分。除圖9中所圖解說明的字線、位線及存儲器單元以外，所述非易失性存儲器陣列還可包含許多字線、位線及存儲器單元。盡管將圖9的字線及位線展示為相對于彼此正交交叉的直線，但可使用不論是現(xiàn)有或是尚待開發(fā)的其它形狀及相交角度。圖9中將圖9的位線及字線圖解性地且示意性地展示為在此些線相交處彼此觸碰，但此些線將不相對于所描繪的相交點以歐姆方式連接。在一項實施例中，一種向陣列40的交叉點存儲器單元寫入及從陣列40的交叉點存儲器單元讀取的方法包含通過在正向其寫入的存儲器單元的相對橫向側上的兩個緊鄰位線之間施加差分寫入電壓而向存儲器單元寫入。通過在此存儲器單元的交叉字線與交叉位線之間施加差分讀取電壓并感測由施加所述讀取電壓所致的電流而發(fā)生從此存儲器單元的讀取。所述兩個緊鄰位線可與所述存儲器單元電絕緣。所述差分讀取電壓及所述差分寫入電壓可相同或彼此不同。不管怎樣，在一項實施例中，個別存儲器單元包括接納于交叉字線與位線之間的電阻可切換材料。在此實施例中，寫入包括在至少兩個不同電阻狀態(tài)之間切換電阻可切換材料的電阻，電阻可切換材料的電阻靜態(tài)保持于經編程電阻狀態(tài)中直到被編程到不同電阻狀態(tài)為止。在一項實施例中，寫入包括致使電阻可切換材料內的移動摻雜劑朝向或遠離電阻可切換材料的相對橫向邊緣中的一者橫向移動。在一項實施例中，寫入使移動摻雜劑朝向所述一個橫向邊緣移動以形成沿著所述一個橫向邊緣定域的導電溝道。在其中存在此一導電溝道的一項實施例中，寫入使移動摻雜劑遠離所述一個橫向邊緣移動以移除所述導電溝道。圖10及11描繪將經由線WL2穿過BL2、BL3及BL4截取的圖9的陣列40的實例性橫截面電路構造。圖10描繪存儲器單元M23的實例性較高或最高電阻狀態(tài)，而圖11描繪處于較低或最低電阻狀態(tài)的存儲器單元M23。僅借助舉例的方式，可結合上文相關于圖8所描述的編程方法(及所得導電溝道)中的任一者實現(xiàn)此些經編程狀態(tài)。不管怎樣，在產生圖11的經編程狀態(tài)時，寫入可在存儲器單元的交叉字線與位線之間形成具有恒定橫向寬度或具有可變寬度的導電溝道(如所展示)。可產生圖2到5的導電溝道構造中的任一者或某一其它導電溝道構造，其中僅借助舉例的方式展示圖4的構造。在一項實施例中，在從圖10狀態(tài)到圖11狀態(tài)，或從圖11狀態(tài)到圖10狀態(tài)，或在任一其它狀態(tài)對之間的寫入動作期間，無外部電壓施加到存儲器單元M23的交叉字線WL2及位線BL3。在一項實施例中，在寫入期間，將電壓施加到除所述存儲器單元(M23)的所述交叉字線(WL2)之外的至少一些其它字線且所述電壓不同于施加到所述交叉字線(WL2)的任一電壓。在一項實施例中，此將電壓施加到至少一些其它字線導致在方向上不同于由于施加差分寫入電壓所致的電場分量的電場分量。在一項實施例中，此將電壓施加到至少一些其它字線防止通過所述差分寫入電壓向與所述其它字線相關聯(lián)的其它存儲器單元寫入。在寫入時可期望產生圖10狀態(tài)或圖11狀態(tài)中的任一者或兩者(或任一其它狀態(tài))以僅向接納于在位線BL3的相對橫向側上的實例性緊鄰位線BL2與BL4之間的單個存儲器單元寫入。此可通過確保施加到其它存儲器單元的材料16的任一電場沿橫向定向的方向不占主導地位及/或如果沿橫向方向那么足夠弱以在編程一個期望編程的存儲器單元時不致使移動摻雜劑橫向移動而實現(xiàn)。此可(僅借助舉例的方式)通過跨越接納于編程差分電壓所施加到的緊鄰位線之間的所有其它存儲器單元的材料16施加適合差分電壓來完成。僅借助舉例的方式，考慮其中期望改變存儲器單元M23而非位線BL2與BL4之間的其它存儲器單元的經編程狀態(tài)的情形。為完成此，可將字線WL2提供或保持于OV而將所有其它字線WLl及WL3到WLn提供于通過除M23之外的所有存儲器單元中的材料16有效地施加額外電場分量的某一其它適合電壓處。舉例來說，此額外電場分量在所描繪的實例性橫截面中可為垂直定向，無所得或組合電場借助其在橫向上足夠占主導地位以致使移動摻雜劑橫向移動，或至少以不足以形成導電路徑的形式橫向移動。借此，存儲器單元M23得以編程，而編程位線BL2與BL4之間的其它存儲器單元未得以如此編程。或者，借助舉例的方式，可通過在施加編程電壓到位線BL2及BL4期間將每一字線提供于OV或其它適合電壓處來編程位線BL2與BL4之間的所有存儲器單元。或者，可部分地取決于施加到其相應交叉字線WL的電壓電位來編程位線BL2與BL4之間的選定多個而非所有存儲器單元。不管怎樣，在一項實施例中，針對接納于正進行編程的所述對緊鄰位線之間的多個存儲器單元同時進行寫入。在一項實施例中，在寫入期間，將外部電壓施加到除正編程的特定存儲器單元的交叉字線之外的至少一些其它字線且所述外部電壓不同于施加到此交叉字線的任一電壓。本發(fā)明的實施例可包含通過在存儲器單元的交叉字線與交叉位線之間施加差分讀取電壓并感測由于施加所述讀取電壓所致的電流而讀取所述存儲器單元。舉例來說，讀取可包含使用電壓源2(圖9)在字線與位線之間施加電壓并感測由于施加此電壓所致的電流。檢測電路4可經提供以感測所述電流，并可基于所述電流確定所述存儲器單元所處于的電阻狀態(tài)及因此所述存儲器單元所存儲的數(shù)據(jù)值。舉例來說，在一項實施例中，可將電壓源2連接到字線WL2且可將檢測電路4連接到位線BL3以通過確定存儲器單元M23的電阻狀態(tài)來確定存儲器單元M23所存儲的所述數(shù)據(jù)值。在圖10及11中，電場取決于跨越距離所施加的電壓。沿水平或橫向方向的凈電場取決于BL2、BL3與BL4之間或中間的距離。沿垂直方向的電場取決于BL與WL之間的距離?？蓛?yōu)化存儲器單元的高度(厚度)對所述單元之間的間距以沿橫向方向產生最大電場且最小化跨越任何其它單元(BL到WL)的高電場的機會，所述機會可導致跨越未選定單元的不期望的高電場。另外，在正發(fā)生編程的疊層上方及下方均存在存儲器單元的疊層/層級的一個三維交叉點陣列中可使用額外選項。舉例來說，可在編程期間將正編程的疊層上方及下方的疊層提供于適合的符號相反電壓處。本發(fā)明的實施例包含非易失性存儲器陣列，其包括多個字線及與所述多個字線交叉的多個位線。所述陣列包含個別地對應于所述多個字線與所述多個位線相對于彼此的交叉中的不同一者的多個存儲器單元。所述存儲器單元個別地包括在字線與位線交叉處接納于此些線之間且能夠被重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)的電阻可切換材料。所述存儲器單元中的至少一者的電阻可切換材料包括沿著此至少一個存儲器單元的兩個橫向相對邊緣中的僅一者定域且朝向及遠離所述交叉字線及位線延伸的導電溝道。
權利要求
1.一種操作存儲器單元的方法，其包括使用不同于用來讀取所述存儲器單元的經編程狀態(tài)的電極的電極來改變所述存儲器單元的所述經編程狀態(tài)。
2.一種向存儲器單元寫入及從所述存儲器單元讀取的方法，其包括使用第一及第二相對電極來從所述存儲器單元讀取及使用第三及第四相對電極來向所述存儲器單元寫入；所述第一、第二、第三及第四電極構成不同電極。
3.一種編程存儲器單元的方法，所述存儲器單元包括具有接納于其之間的電阻可切換材料的一對相對導電電極，所述方法包括: 沿主要橫向定向的方向通過所述電阻可切換材料施加電場以致使所述電阻可切換材料內的移動摻雜劑朝向或遠離所述電阻可切換材料的相對橫向邊緣中的一者橫向移動以改變所述對電極之間的電阻，所述電阻可切換材料在所述所施加的電場被移除之后保持所述經改變的電阻。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述施加所述電場包括跨越橫向于所述對相對導電電極的相對側而接納的兩個額外導電電極施加電壓差，在所述施加所述電場期間所述兩個額外導電電極與所述對相對導電電極電絕緣。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中遠離所述電阻可切換材料在立面上接納跨越其施加所述電壓差的所述兩個額外導電電極。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中跨越其施加所述電壓差的所述兩個額外導電電極在立面上與所述電阻可切換材料重疊。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中跨越其施加所述電壓差的所述兩個額外導電電極在立面上與所述電阻可切換材料疊合。
8.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中在所述施加期間將所述對的所述相對導電電極拉到實質上相同的電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中在所述施加期間將所述對相對導電電極中的每一者拉到OV。
10.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中在所述施加期間無外部電壓施加到所述對相對導電電極。
11.一種向交叉點存儲器單元陣列中的交叉點存儲器單元寫入及從所述交叉點存儲器單元讀取的方法，所述交叉點存儲器單元陣列包括多個字線及與所述多個字線交叉的多個位線，所述交叉點存儲器單元中的個別交叉點存儲器單元包括所述多個字線與所述多個位線相對于彼此的交叉中的不同一者，所述方法包括: 通過在位于存儲器單元的相對橫向側上的兩個緊鄰位線之間施加差分寫入電壓來向所述存儲器單元寫入 '及 通過在所述存儲器單元的交叉字線與交叉位線之間施加差分讀取電壓并感測由于所述施加所述讀取電壓所致的電流來從所述存儲器單元讀取。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述兩個緊鄰位線與所述存儲器單元電絕緣。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述差分讀取電壓與所述差分寫入電壓彼此不同。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述個別存儲器單元包括接納于所述交叉字線與位線之間的電阻可切換材料，所述寫入包括在至少兩個不同電阻狀態(tài)之間切換所述電阻可切換材料的電阻，所述電阻可切換材料的所述電阻靜態(tài)地保持于經編程電阻狀態(tài)中直到被編程到不同電阻狀態(tài)為止。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述寫入包括致使所述電阻可切換材料內的移動摻雜劑朝向或遠離所述電阻可切換材料的相對橫向邊緣中的一者橫向移動。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述寫入使所述移動摻雜劑朝向所述一個橫向邊緣移動以形成沿著所述一個橫向邊緣定域的導電溝道。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述寫入在所述存儲器單元的所述交叉字線與位線之間形成具有恒定橫向寬度的所述導電溝道。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述寫入在所述存儲器單元的所述交叉位線與交叉字線之間形成每單位長度的所述溝道具有恒定導電率的所述導電溝道。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述寫入形成在更接近所述存儲器單元的所述交叉位線處比接近所述存儲器單元的所述交叉字線處每單位長度的所述溝道更具導電性的所述導電溝道。
20.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述寫入在所述存儲器單元的所述交叉字線與位線之間形成具有可變橫向寬度的所述導電溝道。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述寫入形成在更接近所述存儲器單元的所述交叉位線處比接近所述存儲器單元的所述交叉字線處更寬的所述導電溝道。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中所述寫入在所述存儲器單元的所述交叉位線與交叉字線之間形成每單位長度的所述溝道具有恒定導電率的所述導電溝道。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中所述寫入形成在更接近所述存儲器單元的所述交叉位線處比接近所述存儲器單元的所述交叉字線處每單位長度的所述溝道更具導電性的所述導電溝道。
24.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述寫入使所述導電溝道的所述橫向寬度形成為逐漸減小的。
25.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中， 所述電阻可切換材料包括所述移動摻雜劑的導電溝道，所述導電溝道沿著所述一個橫向邊緣定域；且 所述寫入使所述移動摻雜劑遠離所述一個橫向邊緣移動以移除所述導電溝道。
26.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述寫入對于接納于所述對緊鄰位線之間的多個存儲器單元為同時的。
27.根據(jù)權利要求11所述的方法，其進一步包括:在所述寫入期間，將電壓施加到除所述存儲器單元的所述交叉字線之外的至少一些其它字線且所述電壓不同于施加到所述交叉字線的任一電壓。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中所述將所述電壓施加到至少一些其它字線導致在方向上不同于由于施加所述差分寫入電壓所致的電場分量的電場分量。
29.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中所述將所述電壓施加到至少一些其它字線防止通過所述差分寫入電壓向與所述其它字線相關聯(lián)的其它存儲器單元寫入。
30.一種向交叉點存儲 器單元陣列中的交叉點存儲器單元寫入的方法，所述交叉點存儲器單元陣列包括多個字線及與所述多個字線交叉的多個位線，所述交叉點存儲器單元中的個別交叉點存儲器單元包括所述多個字線與所述多個位線相對于彼此的交叉中的不同一者，所述方法包括: 通過在位于存儲器單元的相對橫向側上的兩個緊鄰位線之間施加差分寫入電壓來向所述存儲器單元寫入。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法，其包括同時向接納于所述兩個緊鄰位線之間的多個存儲器單元寫入。
32.一種存儲器單元，其包括: 第一及第二相對電極，其具有接納于其之間的電阻可切換材料，所述電阻可切換材料能夠重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)，處于最低電阻狀態(tài)中的所述電阻可切換材料包括沿著所述電阻可切換材料的兩個橫向相對邊緣中的僅一者定域且朝向及遠離所述第一及第二電極延伸的導電溝道。
33.根據(jù)權利要求32所述的存儲器單元，其中所述導電溝道接觸所述第一及第二導電電極中的至少一者。
34.根據(jù)權利要求33所述的存儲器單元，其中所述導電溝道接觸所述第一及第二導電電極中的每一者。
35.根據(jù)權利要求32所述的存儲器單元，其中所述電阻可切換材料具有為其最小橫向寬度的至少兩倍大的最小立面厚度。
36.根據(jù)權利要求32所述的存儲器單元，其中所述導電溝道具有恒定橫向寬度。
37.根據(jù)權利要求36 所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在所述第一與第二電極之間每單位長度的所述溝道具有恒定導電率。
38.根據(jù)權利要求36所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在更接近所述第一及第二電極中的一者處比接近所述第一及第二電極中的另一者處每單位長度的所述溝道具有更大導電率。
39.根據(jù)權利要求32所述的存儲器單元，其中所述導電溝道具有可變橫向寬度。
40.根據(jù)權利要求39所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在所述第一與第二電極之間每單位長度的所述溝道具有恒定導電率。
41.根據(jù)權利要求39所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在更接近所述第一及第二電極中的一者處比接近所述第一及第二電極中的另一者處每單位長度的所述溝道具有更大導電率。
42.根據(jù)權利要求39所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在接近所述電極中的一者處比其接近另一電極處更窄且更具導電性。
43.根據(jù)權利要求32所述的存儲器單元，其包括交叉點存儲器單元，所述相對電極中的一者包括沿第一方向延伸的字線，所述相對電極中的另一者包括沿不同于所述第一方向的第二方向延伸的位線。
44.根據(jù)權利要求43所述的存儲器單元，其中所述導電溝道在更接近所述位線處比接近所述字線處更寬。
45.一種存儲器單兀,其包括: 第一及第二相對電極，其具有接納于其之間的材料，所述材料包括相對于彼此為不同組成的第一及第二橫向區(qū)域，所述第一及第二橫向區(qū)域中的一者沿著所述材料的兩個橫向相對邊緣中的一者而接納，所述第一及第二橫向區(qū)域中的另一者沿著所述材料的所述兩個橫向相對邊緣中的另一者而接納，所述第一及第二橫向區(qū)域中的至少一者能夠重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)。
46.根據(jù)權利要求45所述的存儲器單元，其中所述第一及第二區(qū)域中的僅一者能夠重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)。
47.一種非易失性存儲器陣列，其包括: 多個字線； 多個位線，其與所述多個字線交叉 '及 多個存儲器單元，其個別地對應于所述多個字線與所述多個位線相對于彼此的交叉中的不同一者，所述存儲器單元個別地包括在所述字線與所述位線交叉處接納于所述字線與所述位線之間且能夠重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)的電阻可切換材料，所述存儲器單元中的至少一者的所述電阻可切換材料包括沿著所述至少一個存儲器單元的兩個橫向相對邊緣中的僅一者定域且朝向及 遠離所述交叉字線及位線延伸的導電溝道。
全文摘要
在一個方面中，一種操作存儲器單元的方法包含使用不同于用來讀取所述存儲器單元的經編程狀態(tài)的電極的電極來改變所述存儲器單元的所述經編程狀態(tài)。在一個方面中，存儲器單元包含具有接納于其之間的材料的第一及第二相對電極。所述材料具有相對于彼此為不同組成的第一及第二橫向區(qū)域。沿著所述材料的兩個橫向相對邊緣中的一者接納所述第一及第二橫向區(qū)域中的一者。沿著所述材料的所述兩個橫向相對邊緣中的另一者接納所述第一及第二橫向區(qū)域中的另一者。所述第一及第二橫向區(qū)域中的至少一者能夠重復地編程到至少兩個不同電阻狀態(tài)。本發(fā)明揭示其它方面及實施方案。
文檔編號G11C16/12GK103098138SQ201180039043
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權日2010年8月12日
發(fā)明者巴斯卡爾·斯里尼瓦桑, 古爾特杰·S·桑胡 申請人:美光科技公司