CN1714406A - 存储设备和存取设备 - Google Patents

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Abstract

简而言之，根据本发明的实施例，提供了一种存储器(100)。该存储器(100)可以包括存储元件(130)和被耦合到该存储元件(130)的第一存取设备(120)，其中，该第一存取设备(120)包含第一硫族化物材料(940)。该存储器(100)可以进一步包括被耦合到该第一存取设备(120)的第二存取设备(125)，其中，该第二存取设备(125)包含第二硫族化物材料(920)。

Description

存储设备和存取设备
背景
相变存储设备将相变材料(即可以在一般的非晶体状态与一般的结晶体状态之间加以电转换的材料)用于电子存储应用。一种类型的存储元件利用相变材料；在一项应用中，该相变材料可以在一般的非晶体与一般的结晶体局部顺序的结构状态之间、或在跨越完全非晶体状态与完全结晶体状态之间的整个光谱的局部顺序的不同的可检测状态之间加以电转换。这些相变材料的该状态也是非易失性的，体现在：当被设置处于表示一电阻值的结晶体、半结晶体、非晶体或半非晶体状态时，那个值被保留，直到被另一个编程事件更改为止，因为那个值表示该材料的相态或物理状态(例如，结晶体的或非晶体的)。
晶体管或二极管可以被连接到该相变材料，并可以用作选择设备，以便在编程操作或读操作期间存取该相变材料。该晶体管或二极管通常被形成在硅单一晶体基层的顶面的里面或上面。晶体管可以占据该存储器芯片的相对大的部分，所以，可以增加该存储单元尺寸，从而对存储容量和成本/存储器芯片的位产生不利的影响。
附图简述
图1是示意图，展示了根据本发明的另一个实施例的存储器；以及，
图2是根据本发明的实施例的图17中所展示的该存储器的一部分的横截面视图；
图3展示了存储单元的电流-电压特征；以及，
图4展示了选择设备的电流-电压特征。
详细说明
选择设备120可以被用来在存储元件130的编程或读取期间存取存储元件130。选择设备120可以作为开关来进行操作，该开关要么“关闭”，要么“打开”，这取决于跨越该存储单元而施加的电压势能数量。该关闭状态可能是实质上的不导电状态，该打开状态可能是实质上的导电状态。例如，选择设备120可以具有阈值电压；并且，如果跨选择设备120被施加比选择设备120的该阈值电压更小的电压势能，那么，选择设备120可以保持“关闭”或处于相对高的电阻状态，以便很少或没有电流通过该存储单元。作为选择，如果跨选择设备120被施加比选择设备120的该阈值电压更大的电压势能，那么，选择设备120可以“打开”(即，在相对低的电阻状态中进行操作)，以便电流通过该存储单元。换言之，如果跨选择设备120被施加小于预定的电压势能(例如，该阈值电压)，那么，选择设备120可以处于实质上的不导电状态。如果跨选择设备120被施加大于该预定的电压势能，那么，选择设备120可以处于实质上的导电状态。选择设备120也可以被称作“存取设备”、“隔离设备”或“开关”。
在一个实施例中，选择设备120可以包含开关材料(例如，硫族化物或用双向半导体的材料)，并可以被称作“双向半导体器件阈值开关”，或只被称作“双向半导体器件开关”。选择设备120的该开关材料可能是处于被置于两个电极之间的实质上的非晶体状态的材料；通过预定电流或电压势能的施加，它可以在较高电阻“关闭”状态(例如，大于大约10兆欧)与相对较低电阻“打开”状态(例如，大约零欧姆)之间加以重复、可逆地转换。在这个实施例中，选择设备120可能是二终端设备，该二终端设备可以具有类似于处于该非晶体状态的相变存储元件的电流-电压(I-V)特征。但是，与相变存储元件不同的是，选择设备120的该开关材料可能不会更改相位。也就是说，选择设备120的该开关材料可能不是可编程材料，并且，结果，选择设备120可能不是能够存储信息的存储设备。例如，选择设备120的该开关材料可以永久地保持是非晶体的，并且，该I-V特征可以在整个的该操作寿命期间保持不变。
图1是示意图，展示了存储器100的实施例。在这个实施例中，存储单元111-119每个包括选择设备120、选择设备125和存储元件130。在这个实施例中，可以减少总的快速返回，以允许使用较低阈值存储元件。例如，如果关于那一对双向半导体器件开关的总VTH是大约2伏特，那么，通过适当地选择该开关材料厚度，每个开关的个别的VTH可以是大约1伏特。如果每个开关的VH是(例如)0.8伏特，那么，若使用单一设备，则可以将该快速返回从大约1.2伏特减少到总共大约0.4伏特。开关设备的这种堆叠串联设置可以减少“在读取期间干扰位”的趋向。这种堆栈可以由与该存储元件串联的一个开关、两个开关或多个开关组成，它们都被放置在该行线路与列线路之间，从而可协助可靠的存储选择和操作。
如所展示的，存储元件130以及选择设备120和125按串行布置来加以连接。在一个实施例中，选择设备120和125可能是用双向半导体器件开关，存储元件130可能是用双向半导体器件存储器。
参考图2，根据本发明的另一个实施例来展示存储器100的存储单元(例如，115)的实施例。存储单元115可以包含基层240、覆盖在基层240上面的绝缘材料260、以及覆盖在绝缘材料260上面的导电材料270。导电材料270可能是地址线(例如，行线路152)。在导电材料270以上，可以在绝缘材料280的各个部分之间形成电极340。在电极340上，可以沉淀存储材料350、电极材料360、开关材料920、电极材料930、开关材料940、电极材料950和导电材料980的顺序层，以形成垂直的存储单元结构。导电材料980可能是地址线(例如，列线路142)。
在图2所展示的该实施例中，在存储元件130上形成选择设备125和120，以形成被串连耦合的薄膜垂直结构或垂直堆栈。在另一种实施例中，可以在选择设备120和125以上形成存储元件130，或者，可以在选择设备120与125之间形成存储元件130，以形成被串连耦合的薄膜垂直结构。在图2所展示的该实施例中，可以使用薄膜材料来形成选择设备120和125以及存储元件130；并且，该垂直堆栈可以被称作“薄膜垂直堆栈”。
在图2所展示的该实施例中，存储材料350以及电极340和360可以形成存储元件130。存储材料350可能是用双向半导体材料或硫族化物材料，并且可以被称作“双向半导体器件存储器”。开关材料920以及电极360和930可以形成选择设备125。可以使用被用来形成这里所描述的开关材料220的类似的材料和类似的制造技术，来形成开关材料920。开关材料940以及电极930和950可以形成选择设备120。可以使用被用来形成这里所描述的开关材料220的类似的材料和类似的制造技术，来形成开关材料940。在替代实施例中，开关材料920和940可以由相同的材料或不同的材料构成。例如，在一个实施例中，开关材料920可以由硫族化物材料构成，开关材料940可以由另一种不同的硫族化物材料构成。
在一个实施例中，选择设备120和125可能是用双向半导体器件开关，存储元件130可能是双向半导体器件存储器，并且，存储单元115可以被称作“双向半导体器件存储单元”。如上所述，图4中示出关于选择设备120的I-V特征的例子。选择设备125可以具有类似于图4中所展示的特征的I-V特征。
参考图3，示出存储单元115的I-V特征的例子(可以包括这个实施例中的存储元件130以及选择设备120和125)。存储单元115的该维持电压(被标注为VH)可以产生于选择设备120和125以及存储元件130的这些维持电压。存储元件115的该阈值电压可以等同于存储元件130以及选择设备120和125的这些组合阈值电压。
如从这里的讨论中可以理解的，选择设备或双向半导体器件开关的该阈值电压可以由这个双向半导体器件开关的该开关材料的厚度或合金组成成分来确定，并且，双向半导体器件开关的该维持电压可以由接触这个双向半导体器件开关的该开关材料的这些电极的组成成分来确定。相应地，在一个实施例中，通过减小该开关材料的厚度并使用特定类型的电极，可以减小该快速返回电压(即双向半导体器件开关的该阈值电压与维持电压之间的电压差)。
例如，参考图2中所展示的选择设备120，如果电极930和950是碳层，并且如果开关材料940的厚度是大约200，那么，选择设备120的该维持电压可能是大约1伏特，选择设备120的该阈值电压可能是大约1.2伏特。在这个例子中，该快速返回电压可能是大约0.2伏特——它是选择设备120的该维持电压与阈值电压之间的差。
在图2所展示的该实施例中，存储单元115可以包括被串连耦合到双向半导体器件存储器的两个双向半导体器件开关，以便当需要较高的开关电压和维持电压时，减小存储单元的该维持电压与该阈值电压之间的电压差。换言之，两个双向半导体器件开关可以被串连耦合到双向半导体器件存储器，以减少存储单元的“快速返回”，即，当需要较高的开关电压和维持电压时，减小双向半导体的存储单元的该阈值电压与维持电压之间的电压差。
在一个实施例中，电极360、930和950可能是碳，开关材料920的厚度可能是大约200，并且，开关材料940的厚度可能是大约200。在这个实施例中，选择设备120的该阈值电压可能是大约1.2伏特，并且，选择设备120的该维持电压可能是大约1伏特。选择设备125的该阈值电压可能是大约1.2伏特，选择设备125的该维持电压可能是大约1伏特。如果复位/设置存储元件130的该阈值电压是大约0.8/0.0伏特，那么，存储单元115的该阈值电压对于处于复位状态和设置状态的存储单元115而言可能是大约3.2/2.4伏特——它是存储元件130以及选择设备120和125的这些组合阈值电压。也就是说，可以跨越存储单元115来施加比大约3.2伏特更大的电压势能，以便“打开”选择设备120和125并且将电流传导通过存储单元115。通过将比大约3.2伏特更大的电压势能施加于列线路142并将大约零伏特的电压势能施加于行线路152，可以跨存储单元115来施加比大约3.2伏特更大的电压。
在这个例子中，为了对被选择的存储单元(例如，存储单元115)进行编程，可以将大约1.8伏特的电压施加于未经选择的列和未经选择的行线路(例如，线路141、143、151和153)。可以将比大约3.2伏特更大的电压施加于被选择的列线路(例如，142)，并且，可以将零伏特施加于被选择的行线路(例如，行线路152)。在这个例子中，在选择设备120和125“打开”之后，由于快速返回，可以根据该单元的存储状态和该列所提供的电流，来将跨存储单元115的该电压降从大约3.2伏特减少到大约2.0-2.8伏特。然后，通过迫使电流通过存储单元115，同时，保证“该被选择的列线路保留在偏压大约1.8伏特的这些未经选择的行线路的大约2.4伏特以内，以便未经选择的存储单元不被干扰”，可以将信息存储在存储元件130中。也就是说，该列可能不被允许在编程期间高于大约4.2伏特。
图3可以被用来用图表展示这个例子——其中，关于该充满的存储单元(所有3个部件被一起采用)，VTH分别对于复位状态和设置状态而言是3.2/2.4伏特，VH是2.8伏特。通过存储单元115的该电流接近零安培，直到超过(例如)大约3.2或2.4伏特的该阈值电压VTH为止，这取决于该存储单元是否分别处于复位或设置状态。然后，随着该电流的增加，跨越存储单元115的该电压下降到(关于复位位)或攀升到(关于置位)(例如)大约2.8伏特的该维持电压VH。
为了读取被存储在这个被选择的存储单元中的该信息的该值，在这个例子中，可以跨越存储单元115来施加大约2.8伏特的电压。可以感测存储元件130的该电阻，以确定：存储元件130是否处于低电阻结晶体状态，即“设置”状态(例如，小于大约10,000欧姆)，或者，存储元件130是否处于高电阻非晶体状态，即“复位”状态(例如，大于大约10,000欧姆)。
在另一个实施例中，为了读取被存储在这个被选择的存储单元中的该信息的该值，通过将2.8伏特施加于该被选择的列、将零伏特施加于该被选择的行并将1.4伏特施加于所有其他未经选择的行和列，可以跨存储单元115来施加大约2.8伏特的电压。可以感测从该被选择的列到该被选择的行的该电阻，以确定：存储元件130是否处于低电阻结晶体状态，即“设置”状态，或者，存储元件130是否处于高电阻非晶体状态，即“复位”状态。在这个实施例中，这些串联选择设备可能不为复位状态的情况而“打开”，这样，也提供了该被选择的列与被选择的行之间的高电阻。
应该理解：以上例子不是本发明的限制。通过改变开关材料920和940的厚度以及电极360、930和950的这些组成成分，可以实现其他维持电压和阈值电压，以改变存储单元的快速返回。“减少存储单元的快速返回”的一个优点是：可以减少通过该存储单元的电容性位移电流，从而在读取的同时，减少了使“干扰位”的趋向处于不同的状态。
在其他实施例中，图2中所展示的存储单元115可以按不同的方式被排列，并且包括额外的层和结构。例如，可能需要形成隔离结构、阻挡层、外围电路(例如，寻址电路)等。而该存储单元可能是由不同的电流或极性来编程的具有不同的相位的铁电体或铁磁体材料，并且，当被编程为这些不同的状态时，这些不同的相位会导致不同的阻抗。另一种方式，该存储单元可能是得益于小型存取设备的任何其他的材料或设备。应该理解：这些元件的缺乏不是对本发明的范围的限制。
这里已展示和描述本发明的某些特点，但精通该技术领域的人现在将会想到有许多修改、替换、变化和等效物。所以，将会理解：所附权利要求书意在包括处于本发明的真实精神以内的所有这类修改和变化。

Claims (25)

1.一种装置，其特征在于包括：
存储元件；
被耦合到该存储元件的第一存取设备，其中，该第一存取设备包含第一硫族化物材料；以及，
被耦合到该第一存取设备的第二存取设备，其中，该第二存取设备包含第二硫族化物材料。
2.权利要求1的装置，其特征在于：进一步包括基层上的垂直结构，其中，该垂直结构包括串连彼此耦合的该第一存取设备、该第二存取设备和该存储元件。
3.权利要求1的装置，其特征在于：其中，使用薄膜材料来形成该第一存取设备、该第二存取设备和该存储元件。
4.权利要求1的装置，其特征在于：其中，该第二存取设备在该第一存取设备上，并且，该第一存取设备在该存储元件上。
5.权利要求1的装置，其特征在于：其中，该第一选择设备包括开关材料，该开关材料处于实质上的非晶体状态，并且，通过施加一预定电压或电流，该开关材料适合在较高的电阻状态与相对较低的电阻状态之间加以重复、可逆的转换。
6.权利要求1的装置，其特征在于：其中，该存储元件包含相变材料，通过将电流施加于该相变材料，该相变材料能够被编程为至少两个存储状态之一，以改变实质上的结晶体状态与实质上的非晶体状态之间的该相变材料的该相位；其中，处于该实质上的非晶体状态的该相变材料的电阻大于处于该实质上的结晶体状态的该相变材料的该电阻。
7.权利要求1的装置，其特征在于：其中，该存储元件包含基层上的存储材料；并且，其中，该第一硫族化物材料在该存储材料上，该第二硫族化物材料在该第一硫族化物材料上。
8.权利要求7的装置，其特征在于：进一步包括：
存储材料与该第一硫族化物材料之间的第一电极；以及，
该第一硫族化物材料与该第二硫族化物材料之间的第二电极。
9.权利要求8的装置，其特征在于：其中，该第一电极和该第二电极是碳薄膜。
10.权利要求7的装置，其特征在于：其中，该第一硫族化物材料、该第二硫族化物材料和该存储材料每个包含碲。
11.权利要求7的装置，其特征在于：其中，该第一硫族化物材料是从一组中选择的材料，该组包括硅、碲、砷、锗及其组合。
12.权利要求7的装置，其特征在于：其中，该存储材料是碲、锑、锗合金。
13.一种装置，其特征在于包括：
双向半导体器件第一开关；
双向半导体器件第二开关，它被耦合到该双向半导体器件第一开关；以及，
存储元件，它被耦合到该双向半导体器件第二开关。
14.权利要求13的装置，其特征在于：其中，使用薄膜材料来形成该存储元件、该双向半导体器件第一开关、以及该双向半导体器件第二开关。
15.权利要求13的装置，其特征在于：进一步包括基层上的垂直结构，其中，该垂直结构包括串连彼此耦合的该双向半导体器件第一开关、该双向半导体器件第二开关、以及该存储元件。
16.一种装置，其特征在于包括：
基层上的存储材料；
该存储材料上的第一电极；
该第一电极上的第一硫族化物材料；
该第一硫族化物材料上的第二电极；以及，
该第二电极上的第二硫族化物材料。
17.权利要求16的装置，其特征在于：其中，该存储材料、该第一电极、该第一硫族化物材料、该第二电极和该第二硫族化物材料在该基层上形成垂直堆栈的各个部分。
18.权利要求16的装置，其特征在于：其中，该存储材料、该第一电极、该第一硫族化物材料、该第二电极和该第二硫族化物材料每个是薄膜材料。
19.一种装置，其特征在于包括：
具有维持电压的存储单元，其中，该存储单元包括：
存储元件；以及，
至少两个被串连耦合的存取设备，它们被耦合到该存储元件，以增加该存储单元的该维持电压。
20.权利要求19的装置，其特征在于：
其中，该存储元件包括相变材料；以及，
其中，这两个被串连耦合的存取设备中的第一存取设备包括第一硫族化物材料，并且，其中，这两个被串连耦合的存取设备中的该第二存取设备包括第二硫族化物材料。
21.权利要求20的装置，其特征在于：其中，该第一硫族化物材料不同于该第二硫族化物材料。
22.权利要求19的装置，其特征在于：其中，使用薄膜材料来形成这至少两个被串连耦合的存取设备中的第一存取设备、这至少两个被串连耦合的存取设备中的第二存取设备、以及该存储元件。
23.一种系统，其特征在于包括：
处理器；
被耦合到该处理器的无线接口；以及，
被耦合到该处理器的存储器，该存储器包括：
存储元件；
被耦合到该存储元件的第一存取设备，其中，该第一存取设备包含第一硫族化物材料；以及，
被耦合到该第一存取设备的第二存取设备，其中，该第二存取设备包含第二硫族化物材料。
24.权利要求23的系统，其特征在于：其中，该存储元件包含基层上的存储材料；并且，其中，该第一硫族化物材料在该存储材料上，该第二硫族化物材料在该第一硫族化物材料上。
25.权利要求23的系统，其特征在于：其中，该存储器进一步包括基层上的垂直结构，其中，该垂直结构包括串连彼此耦合的该第一存取设备、该第二存取设备和该存储元件。
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