电子器件的制作方法
【专利说明】电子器件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年5月19日提交的申请号为10-2014-0059560的发明名称为“电子器件”的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本专利文件涉及存储电路或器件以及它们在电子器件或系统中的应用。
【背景技术】
[0004]近来，随着电子器件朝着小型化、低功耗、高性能和多功能性等方向发展，本领域中越来越需要能够在各种电子器件(例如，计算机、便携式通信设备等)中储存信息的半导体器件，且已经对这种半导体器件进行了研究。这种半导体器件包括可以利用根据施加的电压或电流而在不同电阻状态之间切换的特性来储存数据的半导体器件，例如:阻变随机存取存储器(RRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、电熔丝等。
【发明内容】
[0005]本专利文件中公开的技术包括存储电路或器件以及它们在电子器件或系统中的应用，以及在具有交叉点结构的存储器件中减小潜行电流(sneak current)的电子器件的各种实施方式。
[0006]在一个方面，一种电子器件包括半导体存储单元，所述半导体存储单元包括:多个第一线，在第一方向上延伸；多个第二线，在与所述第一方向相交叉的第二方向上延伸；以及多个存储器单元，在所述第一线和所述第二线的相交处设置在所述第一线和所述第二线之间；其中，所述存储器单元中的每个包括:可变电阻元件，包括耦合到相对应的第二线的一个端部和耦合到第一选择元件和第二选择元件的另一个端部；所述第一选择元件，包括耦合到所述可变电阻元件的一个端部和耦合到相对应的第一线的另一个端部，且允许双向电流流过；以及所述第二选择元件，包括耦合到所述可变电阻元件的一个端部和耦合到所述相对应的第一线的另一个端部，且允许单向电流流过。
[0007]上述设备的实施例可以包括下列中的一种或更多种。
[0008]所述第一选择元件和所述第二选择元件中的每个与所述可变电阻元件串联连接，且所述第一选择元件和所述第二选择元件相互并联连接。当从所述可变电阻元件至所述第一选择元件和所述第二选择元件的方向是第一方向、且从所述第一选择元件和所述第二选择元件至所述可变电阻元件的方向是第二方向时，所述第二选择元件阻止电流在第二方向上流动。所述第一选择元件和所述第二选择元件允许电流在第一方向上流动。当在所述可变电阻元件的电阻状态从高电阻状态变为低电阻状态的设置操作期间的设置电压和设置电流与在所述可变电阻元件的电阻状态从低电阻状态变为高电阻状态的重置操作期间的重置电压和重置电流分别具有不同的极性、且所述设置电流的量值大于所述重置电流的量值时，所述第二选择元件仅在具有与所述设置电压相同极性的电压下允许电流流动。当在所述可变电阻元件的电阻状态从高电阻状态变为低电阻状态的设置操作期间的设置电压和设置电流与在所述可变电阻元件的电阻状态从低电阻状态变为高电阻状态的重置操作期间的重置电压和重置电流分别具有不同的极性、且所述重置电流的量值大于所述设置电流的量值时，所述第二选择元件仅在具有与所述重置电压相同极性的电压下允许电流流动。所述第一选择元件包括金属绝缘体转变(MIT)元件、混合离子电子导电(MIEC)元件或双向阈值切换(OTS)元件，所述第二选择元件包括二极管。
[0009]电子器件还可以包括微处理器，所述微处理器包括:控制单元，被配置成接收包括来自微处理器外部的命令的信号，并且执行命令的提取、译码，或控制微处理器的信号的输入或输出；运算单元，被配置成基于控制单元将命令译码的结果来执行运算；以及存储单元，被配置成储存用于执行运算的数据、与执行运算的结果相对应的数据、或执行运算的数据的地址，其中，半导体存储单元是微处理器中的存储单元的部分。
[0010]电子器件还可以包括处理器，所述处理器包括:核心单元，被配置成利用数据而基于从处理器的外部输入的命令来执行与命令相对应的操作；高速缓冲存储单元，被配置成储存用于执行操作的数据、与执行操作的结果相对应的数据、或执行操作的数据的地址；以及总线接口，连接在核心单元和高速缓冲存储单元之间，并且被配置成在核心单元和高速缓冲存储单元之间传送数据，其中，半导体存储单元是处理器中的高速缓冲存储单元的部分。
[0011]电子器件还可以包括处理系统，所述处理系统包括:处理器，被配置成将处理器接收的命令译码，以及基于将命令译码的结果来控制对信息的操作；辅助存储器件，被配置成储存用于将命令译码的程序和信息；主存储器件，被配置成调用和储存来自辅助存储器件的程序和信息，使得处理器在执行程序时可以利用程序和信息来执行操作；以及接口器件，被配置成在处理器、辅助存储器件和主存储器件中的至少一个与外部之间执行通信，其中，半导体存储单元是处理系统中的辅助存储器件或主存储器件的部分。
[0012]电子器件还可以包括数据储存系统，数据储存系统包括:储存设备，被配置成储存数据并保存储存的数据，无论电源如何；控制器，被配置成根据从外部输入的命令来控制输入数据至储存设备和从储存设备输出数据；暂时储存设备，被配置成暂时储存在储存设备和外部之间交换的数据；以及接口，被配置成在储存设备、控制器、暂时储存设备中的至少一个与外部之间执行通信，其中，半导体存储单元是数据储存系统中的储存设备或暂时储存设备的部分。
[0013]电子器件还可以包括存储系统，所述存储系统包括:存储器，被配置成储存数据并保存储存的数据，而无论电源如何；存储器控制器，被配置成根据从外部输入的命令来控制输入数据至存储器和从存储器输出数据；缓冲存储器，被配置成缓冲在存储器和外部之间交换的数据；以及接口，被配置成在存储器、存储器控制器、缓冲存储器中的至少一个与外部之间执行通信，其中，半导体存储单元是存储系统中的存储器或缓冲存储器的部分。
[0014]这些和其他的方面、实施方式以及相关优点将在附图、说明书和权利要求中更详细地描述。
【附图说明】
[0015]图1A至IE是示出根据比较例的存储器件及其操作方法的视图。
[0016]图2A至2F是示出根据本公开一个实施例的存储器件及其操作方法的视图。
[0017]图3A至3D是示出根据本公开另一个实施例的存储器件及其操作方法的视图。
[0018]图4是实施基于本公开技术的存储电路的微处理器的配置图的例子。
[0019]图5是实施基于本公开技术的存储电路的处理器的配置图的例子。
[0020]图6是实施基于本公开技术的存储电路的系统的配置图的例子。
[0021]图7是实施基于本公开技术的存储电路的数据储存系统的配置图的例子。
[0022]图8是实施基于本公开技术的存储电路的存储系统的配置图的例子。
【具体实施方式】
[0023]以下将参照附图来详细描述本公开技术的各种例子和实施方式。
[0024]附图可能并不一定按比例绘制，并且在一些情况下，为了清楚地示出所描述的例子或实施方式的某些特征，可能对附图中的至少一些结构的比例做夸大处理。当在附图或说明书中呈现具有为多层结构的两层或更多层的特定例子时，所示出的这些层的相对定位关系或布置这些层的顺序反映了所描述或所示出的例子的特定实施方式，而不同的相对定位关系或布置层的顺序也是可能的。另外，所描述的或所示出的多层结构的例子可以不反映特定多层结构中存在的所有层(例如，一个或更多个附加层可以存在于两个所示的层之间)。作为具体的例子，当所描述或所示出的多层结构的第一层被称为在第二层“上”或“之上”或在衬底“上”或“之上”时，第一层可以是直接形成在第二层或衬底上，但是也可以表示一个或更多个其他的中间层可存在于第一层和第二层之间或第一层和衬底之间的结构。
[0025]本公开实施例针对一种具有交叉点结构的存储器件，其中存储器单元布置在第一线和与第一线相交叉的第二线的交叉点处。每个存储器单元包括与可变电阻元件耦合的选择元件以阻挡潜行电流。
[0026]图1A至IE示出存储器件及其操作方法。图1A是示出包括多个存储器单元的存储器件的立体图，图1B是示出图1A所示的存储器单元的可变电阻元件的电流电压特性的图，图1C是示出图1A所示的存储器单元的选择元件的电流电压特性的图，图1D是示出图1A的存储器单元的电流电压特性的图，图1E示出在图1A的存储器件中产生的潜行电流路径。
[0027]参见图1A，存储器件包括多个第一线L1、多个第二线L2以及多个存储器单元MC。第一线LI在第一方向上延伸。第二线L2在与第一方向相交叉的第二方向上延伸，且布置在第一线LI之上。存储器单元MC布置在第一线LI和第二线L2的相交处。布置在第一线LI和第二线L2的相交处的存储器单元MC在与第一方向和第二方向正交的方向上、例如在垂直方向上布置在第一线LI和第二线L2之间。
[0028]每个存储器单元MC包括选择元件S和可变电阻元件R的层叠结构。选择元件S和可变电阻元件R在第一线LI和第二线L2之间相互串联。在图1A中，可变电阻元件R布置在选择元件S之上，但可变电阻元件R和选择元件S的位置可以颠倒，即选择元件S可以布置在可变电阻元件R之上。
[0029]可变电阻元件R可以根据通过第一线LI和第二线L2施加到其端部的电压或电流而在不同电阻状态之间切换。可变电阻元件R的电流电压特性如图1B所示。图1B示出在只有可变电阻元件R而没有选择元件S时的电流电压特性。
[0030]参见图1B，如果通过第一线LI和第二线L2供给到可变电阻元件R的电压增加到具有预定正电压电平的特定正电压，同时可变电阻元件R处于高电阻状态HRS，则执行设置操作。结果，可变电阻元件R的电阻状态从高电阻状态HRS改变成低电阻状态LRS。所述特定正电压可以被称作“设置”电压。
[0031]可变电阻元件R的低电阻状态LRS可以保持，直到供给到可变电阻元件R的电压降低到具有预定负电压电平的特定负电压。如果供给到可变电阻元件R的电压降低到所述特定负电压，则执行重置操作，其中可变电阻元件R的电阻状态从低电阻状态LRS改变成高电阻状态HRS。所述特定负电压可以被称作“重置”电压。
[0032]由于用于执行设置操作的设置电压的极性和用于执行重置操作的重置电压的极性相反，所以可以说所述可变电阻元件R具有双极切换特性。图1B示出设置操作在正电压下执行，而重置操作在负电压下执行。然而，设置操作可以在负电压下执行，而重置操作可以在正电压下执行。
[0033]同时，为了防止潜行电流，可以将具有非线性电流电压特性的选择元件S连接到可变电阻元件R的端部。图1C示出了选择元件S的电流电压特性。图1C示出了在只有选择元件S而没有可变电阻元件R时的电流电压特性。
[0034]参见图1C，选择元件S在供给到选择元件S的电压的绝对值等于或小于特定阈值的电压范围内阻止电流，且在电压的绝对值大于所述阈值时允许与施加的电压的绝对值成比例增大的电流双向流动。在特定正电压下流动的电流的绝对值可以与在相对应的负电压下流动的电流的绝对值基本相同。所述相对应的负电压与所述特定正电压具有基本相同的绝对值。
[0035]图1D示出存储器单元MC的电流电压特性，在所述存储器单元MC中，具有图1B所示的电流电压特性的可变电阻元件R和具有图1C所示的电流电压特性的选择元件S相互串联连接。
[0036]参见图1D，与具有图1B所示的电流电压特性的可变电阻元件R类似，存储器单元MC在高电阻状态HRS和低电阻状态LRS之间切换。然而，与可变电阻元件R不同，存在即使可变电阻元件R处于低电阻状态LRS也阻