专利名称：交错式存储器阵列装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交错式存储器阵列装置，特别涉及一种交错式存储器阵列装置具 有一存储器堆叠包括导电桥接式存储器构件与电阻开关式存储器构件相串联。
背景技术：
传统非易失性存储器需要三个端点的MOSFET元件。上述元件的布局并非理想地 适用于非易失性存储器，因各存储胞通常需要的构造面积为8f2，其中f为最小的构造面 积。而交错式存储器阵列装置，例如可编程金属胞随机存取存储器(简称PMCRAM，又被称为 导电桥接式随机存取存储器(CBRAM))、相变化存储器(PCM)、及电阻开关式随机存取存储 器(RRAM)具有取代传统三端点MOSFET元件的存储器，因每个交错点具有较小的构造面积 8f2。在已公开的现有技术中，美国专利第US 6, 753, 561号，其全部内容再此引为参 考，揭示一种交错式存储器阵列，包括阵列式交错导线以及多层薄膜构成的存储器堆叠。此 多层薄膜所构成的存储器堆叠包括一存储器构件和一非欧姆装置(non-ohmic device)。此 多层薄膜存储器的切换是从第一电阻态，在施以第一写入电压脉冲于存储器之后，转换成 第一电阻态。另一方面，反向地从第二电阻态，在施以第二写入电压脉冲(也即与第一写入 电压脉冲具相反的极性)于存储器之后，转换成第二电阻态。图1为显示一传统交错式存储器阵列具有多层薄膜堆叠的剖面示意图。请参阅图 1，一存储器堆叠5具有七层单独的薄膜层，夹置于两条交错的阵列导线10和15之间。此 七层薄膜包括一电极层20、一金属氧化物材料25(作为存储器构件)、另一选用的电极层 30、三层的结构包含金属-绝缘-金属(MIM)结构35、40、45(作为非欧姆装置)、以及一选 用的最终电极层50。上述金属-绝缘-金属(MIM)结构用以驱动该存储器构件。然而，此 MIM穿隧结具有驱动速度慢、可靠度不佳、且缺乏单轴驱动的功效。于一些相关的现有技术 中，半导体二极管元件例如p-n结二极管被用于作为一电流驱动元件。然而，整合配置p-n 结二极管于交错式存储器阵列中是复杂的，且很难将存储器阵列微缩化，受限于其电流供 应的限定。然而，对于传统交错式存储器阵列，相邻存储胞之间所发生的串音(crosstalk) 为关键的问题，这是因为存储器阵列的起始电压太小，以致无法抑制噪声。美国专利第US 7，236，389号，其全部内容再此引为参考，揭示一种电路用以消除 交错式RRAM存储器阵列于位元线之间的串音。将高-开路-电路(high-open-circuit) 电压增益放大器作为位元线感侧差分放大器以降低位元线之间的串音影响。然而，此额外 的电路和高-开路-电路电压增益放大器占去额外的元件空间，且增加制造上的复杂度
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的实施例提供一种交错式存储器阵列 装置，包括一第一组实质上相互平行的导线；一第二组实质上相互平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组 相互平行的导线；以及多个存储器堆叠所构成的一阵列，设置于该第 一组相互平行的导线与该第二组相互平行的导线的交错位置；其中各个存储器堆叠包括一 导电桥接式存储器构件与一电阻开关式存储器构件相串联。本发明的实施例另提供一种交错式存储器阵列装置，包括一第一组实质上相互 平行的导线；一第二组实质上相互平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组相互平行的 导线；以及多个存储器堆叠所构成的一阵列，设置于该第一组相互平行的导线与该第二组 相互平行的导线的交错位置；其中各个存储器堆叠包括一电阻开关式存储器构件，其通过 一单轴向选择装置开关。本发明的优点在于，各个存储胞堆叠包括一电阻开关式存储器构件，通过单轴向 驱动的选择元件切换。相较于传统的MIM结装置，此CBRAM装置比MIM装置更快运行且更 具有可靠度。另一方面，相较于传统的p-n结二极管，此CBRAM装置可于较低的电压运行且 输出较高的电流。为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为显示一传统交错式存储器阵列具多层薄膜堆叠的剖面示意图。图2为显示根据本发明的一实施例的交错式存储器阵列装置立体示意图。图3为显示根据本发明的一实施例的交错式存储器堆叠的剖面示意图。图4为显示根据本发明实施例的交错式存储器阵列的等效电路示意图。图5为显示根据本发明另一实施例的三维交错式存储器阵列装置立体示意图。上述附图中的附图标记说明如下5 存储器堆叠；10 导线；15 导线；20 电极层；25 金属氧化物材料；30 电极层；35、40、45 金属-绝缘-金属(MIM)结构；50 最终电极层；100、200 交错式存储器阵列装置；112、212 导线；114、214、224 导线；115、225 电阻开关式存储器构件；116、226 交错式存储器堆叠；117、227 导电桥接式存储器构件；152 电极层；154 金属氧化物材料层；156 电极层；172 阳极；174 固态电解质层；176 阴极。
具体实施例方式以下以各实施例详细说明并伴随着
的范例，作为本发明的参考依据。在 附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状 或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明， 值得注意的是，图中未示出或描述的元件，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。本发明的主要方式及实施例提出一种交错式存储器阵列装置。此交错式存储器阵 列具有双重的RRAM元件，包括一第一组实质上相互平行的导线，以及一第二组实质上相互 平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组相互平行的导线。多个存储器堆叠所构成的一 阵列，设置于该第一组相互平行的导线与该第二组相互平行的导线的交错位置；其中各个 存储器堆叠包括一导电桥接式存储器构件与一电阻开关式存储器构件相串联。在众多电阻开关式存储器技术中，导电桥接式随机存取存储器(CBRAM)最受业界 青睐，主要因其具有可微缩至20nm世代以下工艺的潜力并且具低耗能的特性。此技术利用 电化学氧化还原反应已形成纳米级金属丝于绝缘的非晶质固态电解质中。一导电桥接式随 机存取存储器(CBRAM)具有一存储胞，其包含一电阻变化有源式固态电解质埋藏于一顶电 极与一底电极之间。于顶电极与底电极之间施以既定的电场以切换高电阻的OFF态与低电 阻的ON态。图2为显示根据本发明的一实施例的交错式存储器阵列装置立体示意图。请参阅 图2，在一范例中，一交错式存储器阵列装置100包括一交错式存储器堆叠116夹置于两交 错的阵列导线112和114之间。该交错式存储器堆叠116包括一导电桥接式存储器构件 117与一电阻开关式存储器构件115相串联。上述导电桥接式存储器构件117作为一选择元件，当以低电流驱动时，可较快速 运行，而电阻开关式存储器115当以高电流驱动时可较慢速运行。图3为显示根据本发明的一实施例的交错式存储器堆叠的剖面示意图。请参阅图 3，一交错式存储器堆叠116具有六层单独的薄膜层，夹置于两条交错的阵列导线112和114 之间。此六层薄膜包括一电极层156、一金属氧化物材料层154、另一电极层152、一阴极 176、一固态电解质层174、以及一阳极172。上述电极层156、金属氧化物材料层154、及另一 电极层152构成一电阻开关式存储器结构115。该金属氧化物材料层154可为PCM0、Ti0x、 A10x、Ta0x、Hf0x、W0x、Ni0x、及同类型的材料。该阴极176、固态电解质层174、以及阳极172 构成一导电桥接式随机存取存储器(CBRAM)构件117。该CBRAM构件117为一单轴向的电 流驱动元件，可作为对电阻开关式存储器构件115的选择驱动装置。在一实施例中，该电阻开关式存储器构件115包括一存储器构件154夹置于两电 极152和156之间。该一存储器构件154可为金属氧化物材料具有钙钛矿(perovskite) 结构。该金属氧化物材料包括两种或多种金属元素，并且所述金属元素择自一群组包 含过渡金属、碱金属、及碱土金属。再者，该金属氧化物材料也可包括Pra7Caa3MnO3或 Pr0.7Ca03Mn03。在另一实施例中，该导电桥接式存储器构件117包括一电阻变化有源式固态电解 质174埋藏于一顶电极172与一底电极176之间。典型的电极172与176常使用于制造中 的包括Pt、Au、Ag、及Al。有源式固态电解质174可为一化合物电解质包括SeGe。该顶电 极172可为一阳极包括Ag或Cu。该底电极176可为一阴极包括Pt或TiN。图4为显示根据本发明实施例的交错式存储器阵列的等效电路示意图。于图4中， 由于各个存储器堆叠的CBRAM构件Cij比RRAM构件可较快的速度地被驱动，且单轴向电流 驱动的CBRAM可有效地抑制反向电流，而能消除相邻存储胞堆叠的串音效应。当一电SVu 施加于字元线与位元线Vb3，则存储胞堆叠C13被程序化(如实线所示)。然而，若无单轴向的CBRAM构件，该交错式存储器阵列会发生多重漏电流路径(如虚线所示)于各交错点，导 致在位元线之间发生严重的串音现象，并使存储器的输出信号被扭曲。
图5为显示根据本发明另一实施例的三维交错式存储器阵列装置立体示意图。在 图5的范例中，三维交错式存储器阵列装置200包括一第一交错式存储器堆叠216夹置于 两交错的阵列导线212和214之间。该交错式存储器堆叠216包括一第一导电桥接式存储 器构件217与一电阻开关式存储器构件215相串联。第二交错式存储器堆叠226夹置于两 交错的阵列导线212和224之间。该交错式存储器堆叠226包括一第一导电桥接式存储器 构件227与一电阻开关式存储器构件225相串联。因此，交错式存储器堆叠可沿垂直方向 复制已构成多重位元存储于单一的交错点中。本发明上述实施例所揭示的优点在于，各个存储胞堆叠包括一电阻开关式存储器 构件，通过单轴向驱动的选择元件切换。相较于传统的MIM结装置，此CBRAM装置比MIM装 置更快运行且更具有可靠度。另一方面，相较于传统的p-n结二极管，此CBRAM装置可于较 低的电压运行且输出较高的电流。本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技 术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此 本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种交错式存储器阵列装置，其特征在于，包括 一第一组实质上相互平行的导线；一第二组实质上相互平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组相互平行的导线；以及多个存储器堆叠所构成的一阵列，设置于该第一组相互平行的导线与该第二组相互平 行的导线的交错位置；其中各个存储器堆叠包括一导电桥接式存储器构件与一电阻开关式存储器构件相串联。
2.如权利要求1所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该导电桥接式存储器构 件包括一电阻变化有源式固态电解质埋藏于一顶电极与一底电极之间。
3.如权利要求2所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该有源式固态电解质包 含 GeSe。
4.如权利要求2所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该顶电极为一阳极，其包 括Ag或Cu。
5.如权利要求2所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该底电极为一阴极，其包括一贵金属。
6.如权利要求2所述交错式存储器阵列装置，其特征在于，该底电极为一阴极，其包括 Pt 或 TiN。
7.如权利要求1所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该电阻开关式存储器构 件包括_存储器构件夹置于两电极之间。
8.如权利要求7所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该存储器构件包括一金 属氧化物材料。
9.如权利要求8所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包括 一钙钛矿结构。
10.如权利要求8所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包括 两种或多种金属元素，并且所述金属元素择自一群组包含过渡金属、碱金属、及碱土金属。
11.如权利要求8所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包括 Pr0.7CaO. 3Μη03 或 Pr0.7Ca0.3Μη03。
12.—种交错式存储器阵列装置，其特征在于，包括 一第一组实质上相互平行的导线；一第二组实质上相互平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组相互平行的导线；以及多个存储器堆叠所构成的一阵列，设置于该第一组相互平行的导线与该第二组相互平 行的导线的交错位置；其中各个存储器堆叠包括一电阻开关式存储器构件，其通过一单轴向选择装置开关。
13.如权利要求12所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该电阻开关式存储器 构件包括一存储器构件夹置于两电极之间。
14.如权利要求13所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该存储器构件包括一 金属氧化物材料。
15.如权利要求14所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包 括一钙钛矿结构。
16.如权利要求14所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包 括两种或多种金属元素，并且所述金属元素择自一群组包含过渡金属、碱金属、及碱土金属。
17.如权利要求14所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该金属氧化物材料包 括 Prtl. 7CaO. 3Μη03 或 Pra 7CaO. 3Μη03。
18.如权利要求12所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该单轴向选择装置包 括一可编程金属胞随机存取存储器或一导电桥接式随机存取存储器。
19.如权利要求18所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该导电桥接式随机存 取存储器包括一电阻变化有源式固态电解质埋藏于一顶电极与一底电极之间。
20.如权利要求19所述的交错式存储器阵列装置，其特征在于，该有源式固态电解质 包含GeSe。
21.如权利要求19项所述之交错式存储器阵列装置，其特征在于，该顶电极为一阳极， 其包括Ag或Cu。
22.如权利要求19项所述之交错式存储器阵列装置，其特征在于，该底电极为一阴极，其包括一贵金属。
23.如权利要求19项所述之交错式存储器阵列装置，其特征在于，该底电极为一阴极， 其包括Pt或TiN。
全文摘要
本发明提供交错式存储器阵列装置具有CBRAM与RRAM堆叠。上述交错式存储器阵列装置包括一第一组实质上相互平行的导线，一第二组实质上相互平行的导线，其位向实质上垂直于该第一组相互平行的导线，以及多个存储器堆叠所构成的一阵列，设置于该第一组相互平行的导线与该第二组相互平行的导线的交错位置，其中各个存储器堆叠包括一导电桥接式存储器构件与一电阻开关式存储器构件相串联。本发明能更快运行且更具有可靠度，且可于较低的电压运行且输出较高的电流。
文档编号H01L45/00GK102044293SQ200910225929
公开日2011年5月4日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年10月13日
发明者吴昌荣, 谢君毅 申请人:南亚科技股份有限公司