[发明专利]双平面存储器阵列

说明书

背景技术

忆阻器件或忆阻器是具有电可切换器件电阻的新型开关器件。忆阻器件在科学上和技术上都是令人关注的，并且在非易失性存储器（NVM）及其他领域具有前景。随着现在的闪存技术正达到其比例极限，迫切需要能满足未来的应用所要求的存储容量和存取速度的新的存储技术。使用电阻开关器件（例如忆阻器件）的存储器是满足该需要的有前途的候选。对于NVM应用，多个忆阻器件可形成在多维阵列中以提供很高的存储能力。该多维方法的有效性依赖于能有效地访问阵列中的单个存储单元的可用的编址方案。在这方面，最小化实施编址方案所需的解码器的数量是期望的。

附图说明

图1为可被用作存储单元的忆阻器件的示例的示意剖视图；

图2为包括多个忆阻器件的常规的二维交叉结构的示意图；

图3为能被用来形成多平面存储器阵列的导体结构的透视图；

图4为导体结构的俯视图；

图5为用图3的导体结构作为构件形成的双平面存储器阵列的俯视图；

图6为具有在两个平面内形成的存储单元的存储器阵列的剖视图；

图7A和图7B分别示出在存储器结构的两个存储器平面中的一选定的导体结构和与其交叉的其他导体结构；

图8为在两个存储器平面中的与选定的导体结构相关的地址空间的示意图；

图9为与相邻的导体结构相关的地址空间的重叠的示意图；以及

图10为用两个解码器访问双平面存储器阵列中的存储单元的示意图。

具体实施方式

以下描述提供了双平面存储器阵列的结构。存储器阵列的独特的结构能够实现使访问阵列中的单个存储单元所需的解码器数量减少的编址方案。

在一些实施例中，存储单元可以是忆阻器件。如本文中使用的，忆阻器件是具有表示它的开关状态的电阻的开关器件，并且其电阻依赖于施加于该器件的电压和电流的历史。器件的电阻状态可以代表一个数字值。例如，器件的高电阻可表明器件处于“关”状态，这可代表数字“0”，而低电阻可表明器件处于“开”状态，这可代表数字“1”。忆阻器件可以是“双极的”，意味着器件能通过施加一个极性的开关电压从低电阻状态（“LRS”）被切换到高电阻状态（“HRS”），并且通过施加相反极性的开关电压从高电阻状态被切换到低电阻状态。但是，应该注意下述双平面存储器结构并不局限于忆阻器件而可使用其他的存储技术，例如相变存储器，并且可被用于带有熔丝或反熔丝存储单元的只读存储器。

图1以示意性的形式示出双极忆阻器件100的示例。在图1中所示的实施例中，忆阻器件是具有顶电极120和底电极110的双端子器件。切换动作发生于的有源区域122被设置在两个电极之间。开关器件100的有源区域122包括可为电子半导体的或名义上绝缘的开关材料以及弱离子导体。开关材料包括可在足够强的电场下被驱动来漂移通过开关材料从而导致忆阻器件的电阻变化的掺杂物。忆阻器件100能被用作例如非易失性存储单元来存储数字信息。这样的存储单元可被包含于存储器阵列中以提供高存储能力。

许多具有其各自合适的掺杂物的不同的材料可被用作开关材料。呈现出适合开关的特性的材料包括过渡和稀有金属的氧化物、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。适合的开关材料还包括元素半导体（例如Si和Ge），以及化合物半导体（例如Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ化合物半导体）。可能的开关材料的列表并不详尽而且并不限制本发明的范围。用于改变开关材料的电特性的掺杂物的种类依赖于所选择的开关材料的特定类型，并且可以是阳离子、阴离子、空位、或者作为电子供体或受体的杂质。例如，在过渡金属氧化物（例如TiO₂）的情况下，掺杂物种类可为氧空位。对于GaN，掺杂物种类可为氮化物空位或硫化物离子。对于化合物半导体，掺杂物可为n-型或p-型杂质。

通过控制在有源区域122中的开关材料中的氧空位的浓度和分布，纳米尺度开关器件100能在开和关状态间被切换。在直流开关电压被施加于顶电极120和底电极110之间时，穿越有源区域122产生电场。开关电压和电流可由开关电路128提供。穿越有源区域122的电场如果具有足够的强度和适当的极性，则可向着顶电极120驱动氧空位漂移通过开关材料，从而将器件转为开状态。