交叉点阵列中带电压钳位的强制电流访问制造技术

本发明专利技术公开了用于在使用强制电流方法时限制交叉点阵列中两条所选择的导电线之间的电压差的技术。在一个方面，在驱动访问电流通过所选择的字线的区域并通过所选择的位线的区域的同时，所选择的字线电压被钳位到电压极限。该访问电流流过存储器单元以允许足够的电压以成功地读取或写入该存储器单元，同时不会将过度的应力置于该存储器单元上。在一些方面，所选择的字线上允许的最大电压取决于所选择的存储器单元在交叉点存储器阵列中的位置。这允许针对其存在较大IR降的存储器单元接收足够的电压，同时不会对针对其存在较小IR降的存储器单元产生过度应力。存储器单元产生过度应力。存储器单元产生过度应力。

【技术实现步骤摘要】
交叉点阵列中带电压钳位的强制电流访问

技术介绍

[0001]存储器广泛用于各种电子设备，诸如蜂窝电话、数字相机、个人数字助理、医疗电子器件、移动计算设备、非移动计算设备和数据服务器。存储器可包括非易失性存储器或易失性存储器。即使当非易失性存储器未连接至电源(例如，电池)时，非易失性存储器也允许存储和保留信息。
[0002]在具有交叉点型架构的存储器阵列中，第一组导电线跨衬底的表面延伸，并且第二组导电线形成于第一组导电线上方，在衬底上方沿垂直于第一组导电线的方向延伸。存储器单元位于这两组导电线的交叉点结处。交叉点类型架构中的存储器单元通常为可逆电阻率存储器单元。可逆电阻率单元由具有可编程电阻的材料形成。在二进制方法中，每个交叉点处的存储器单元可以被编程为两种电阻状态—高电阻状态和低电阻状态—中的一种。在一些方法中，可使用两种以上的电阻状态。
附图说明
[0003]类似编号的元件是指不同的图中的共同部件。
[0004]图1是连接到主机的非易失性存储器系统的一个实施方案的框图。
[0005]图2是前端处理器电路的一个实施方案的框图。在一些实施方案中，前端处理器电路是存储器控制器的一部分。
[0006]图3是后端处理器电路的一个实施方案的框图。在一些实施方案中，后端处理器电路是存储器控制器的一部分。
[0007]图4是存储器封装件的一个实施方案的框图。
[0008]图5A是存储器管芯的一个实施方案的框图。
[0009]图5B是包含控制管芯和存储器结构管芯的集成存储器组件的一个实施方案的框图。
[0010]图6A描绘了堆叠在衬底上的集成存储器组件的一个实施方案的侧视图。
[0011]图6B描绘了堆叠在衬底上的集成存储器组件的一个实施方案的侧视图。
[0012]图7A以斜视图描绘了形成交叉点架构的存储器阵列的一部分的一个实施方案。
[0013]图7B和图7C分别呈现了图7A中的交叉点结构的侧视图和顶视图。
[0014]图7D以斜视图描绘了形成交叉点架构的两级存储器阵列的一部分的一个实施方案。
[0015]图8示出了MRAM存储器单元的结构的一个实施方案。
[0016]图9更详细地示出了将以交叉点阵列实现的MRAM存储器单元设计的一个实施方案。
[0017]图10A和图10B示出了通过使用自旋矩转移(STT)机构对MRAM存储器单元的写入。
[0018]图11A和图11B示出了用于将阈值开关选择器结合到具有交叉点架构的MRAM存储器阵列中的实施方案。
[0019]图12A描绘了具有交叉点架构的存储器阵列的一个实施方案。
[0020]图12B描绘了交叉点存储器阵列中的模块的一个实施方案。
[0021]图13描绘了存储器单元开关电压的若干曲线。
[0022]图14描绘了所需写入电流与MRAM单元直径的散点图。
[0023]图15A是描绘所需写入电压与MRAM单元直径的曲线图。
[0024]图15B是描绘可以如何使用电压钳位来减少存储器单元上的应力的曲线图。
[0025]图16描绘了当在交叉点阵列中使用强制电流方法时钳位所选择的字线电压的过程的一个实施方案的流程图。
[0026]图17描绘了将所选择的最大字线电压钳位到取决于所选择的存储器单元的位置的电压的过程的一个实施方案的流程图。
[0027]图18是描绘与两个不同的存储器单元相关联的轨道电阻的交叉点阵列的一部分的示意图。
[0028]图19示出了其中将交叉点阵列划分为两个区的示例。
[0029]图20是用于在强制电流通过字线的同时钳位字线上的电压的部件的框图。
[0030]图21是电流源和电压钳位的一个实施方案的示意图。
[0031]图22是电压钳位的另一个实施方案的示意图。
[0032]图23是电流发生器的一个实施方案的框图。
[0033]图24是当使用强制电流方法访问交叉点阵列中的存储器单元时钳位所选择的字线上的电压的过程的一个实施方案的流程图。
具体实施方式
[0034]本文公开了用于当使用强制电流访问时钳位交叉点存储器阵列中的电压的技术。强制电流访问可用于读取和/或写入存储器单元。在一个实施方案中，在将选择电压施加到所选择的位线的同时通过强制电流通过所选择的字线来访问存储器单元。访问电流流过所选择的字线的一部分，流过所选择的存储器单元，并且还流过所选择的位线的一部分。响应于访问电流，电压将出现在所选择的存储器单元上。所选择的存储器单元上的电压将取决于访问电流的量值和存储器单元的电阻。
[0035]在一些实施方案中，交叉点阵列中的存储器单元是磁阻随机存取存储器(MRAM)单元。MRAM单元使用磁化来表示所存储的数据，这与使用电荷来存储数据的某些其他存储器技术相反。通过改变MRAM单元内的磁性元件(“自由层”)的磁化方向将数据位写入MRAM单元，并且通过测量MRAM单元的电阻来读取位(低电阻通常表示“0”位并且高电阻通常表示“1”位)。如本文所用，磁化方向是磁矩相对于由MRAM的另一元件(“基准层”)设置的基准方向定向的方向。在一些实施方案中，低电阻被称为并联或P状态，并且高电阻被称为反并联或AP状态。MRAM可以使用自旋转移矩效应来将磁化方向从P状态改变为AP状态，反之亦然，这通常需要双极操作进行写入。
[0036]由于制造过程中的限制，MRAM单元在磁性元件的直径上可能存在差异。一种常规方法使用电压源来写入可逆电阻率存储器单元，诸如MRAM单元。电压源可以补偿MRAM单元中的可变性，因为开关电压相对独立于磁性元件的直径。然而，在一些实施方案中，MRAM单元具有与可编程电阻元件串联的阈值开关选择器。阈值开关选择器的示例是双向阈值开关(OTS)。使用电压源不补偿此类阈值开关选择器的变化。强制电流方法可以补偿此类阈值开
关选择器的变化。由于字线和位线的电阻，强制电流方法还可以补偿诸如所选择的字线和所选择的位线上的电压降的问题。然而，强制电流方法可以对较小直径的MRAM单元施加应力。因此，强制电流方法可能对耐久性具有负面影响。
[0037]为了成功地写入MRAM单元，应该存在足够大的写入电流。另选地，应该存在足够大的写入电压以成功地写入MRAM单元。同样，为了成功地读取MRAM单元，应该存在足够大的读取电流。另选地，应该存在足够大的读取电压以成功地读取MRAM单元。例如，如果写入电压不够大，则误码率将高于能够被纠错电路校正的误码率。然而，例如，如果写入电压太高，则过度的应力被置于可逆电阻率存储器单元上并降低耐久性。
[0038]本文公开了用于在使用强制电流方法时限制交叉点阵列中两条所选择的导电线之间的电压差的技术。在一个实施方案中，在驱动访问电流(电流力)通过所选择的字线的一部分并通过所选择的位线的一部分并进入所选择的存储器单元的同时，所选择的字线电压被钳位到电压极限(电压合规性)。访问电流流过所选择的存储器单元以成功地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：控制电路，所述控制电路被配置为连接到交叉点存储器阵列，所述交叉点存储器阵列包括多条第一导电线、多条第二导电线和多个非易失性存储器单元，所述多个非易失性存储器单元各自连接在所述第一导电线中的一条第一导电线与所述第二导电线中的一条第二导电线之间，其中每个存储器单元包括存储器元件和选择元件；其中所述控制电路被配置为：强制访问电流通过所选择的第一导电线的第一部分、所选择的存储器单元和所选择的第二导电线的第二部分，其中所选择的存储器单元连接在所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间；以及在强制所述访问电流通过所选择的第一导电线的所述第一部分、所选择的存储器单元和所选择的第二导电线的所述第二部分的同时，将所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间的最大电压差限制在电压极限。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路被进一步配置为：基于所选择的存储器单元在所述交叉点存储器阵列中的位置来选择所述电压极限。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路被进一步配置为：基于所述访问电流在其中流动的所选择的第一导电线的所述第一部分和所述访问电流在其中流动的所选择的第二导电线的所述第二部分的电阻来选择所述电压极限。4.根据权利要求1所述的装置，其中：所选择的存储器单元驻留在所述交叉点存储器阵列中的多个区中的一个区中，每个区的特征在于沿着路径的电流电阻(IR)降，所述路径包括所述第一导电线中的一条第一导电线的第一区域和所述第二导电线中的一条第二导电线的第二区域，在所述路径中，当访问所述区中的存储器单元时，访问电流被强制；并且所述控制电路被进一步配置为基于所选择的存储器单元驻留在哪个区来选择所述电压极限。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路被进一步配置为：当所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间的所述最大电压差比所述电压极限低时，将所述访问电流保持为固定电流；以及减少被强制通过所选择的第一导电线的所述第一部分、所选择的存储器单元和所选择的第二导电线的所述第二部分的所述访问电流，以保持所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间的所述最大电压差不超过所述电压极限。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路包括：电流源，所述电流源具有被配置为提供固定量值电流的输出；以及电压钳位，所述电压钳位耦接到所述电流源的所述输出，所述电压钳位被配置为将所述固定量值电流的一部分转向远离所选择的第一导电线，以将所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间的所述最大电压差限制在所述电压极限。7.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括所述交叉点存储器阵列，其中所述选择元件包括阈值开关选择器，所述阈值开关选择器被配置为响应于施加超过所述阈值开关选择器的阈值电压的电压电平而变得导电，所述阈值开关选择器与所述相应存储器单元的所
述存储器元件串联连接；并且所述控制电路被进一步配置为在所选择的第一导电线与所选择的第二导电线之间建立电压，以打开所选择的存储器单元中的所述阈值开关选择器。8.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：第一半导体管芯，所述第一半导体管芯包括所述交叉点存储器阵列；以及第二半导体管芯，所述第二半导体管芯附连到所述第一半导体管芯，其中所述第二半导体管芯包括所述控制电路。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述访问电流包括读取访问电流和写入访问电流中的一者，所述控制电路被配置为响应于强制所述读取访问电流通过所选择的存储器单元而确定所选择的存储器单元的状态，所述控制电路被配置为通过强制所述写入访问电流通过所选择的存储器单元来改变所选择的存储器单元的状态。10.根据权利要求1所述的装置，其中每个存储器单元包括与所述选择元件串联的磁阻随机存取存储器(MRAM)元件。11.一种操作交叉点存储器阵列的方法，包括：由电流源生成固定量值访问电流；由控制电路强制所述固定量值访问电流的至少一部分通过所述交叉点存储器阵列中的所选择的存储器单元，所述交叉点存储器阵列包括多条字线、多条位线和多个磁阻随机存取存储器(MRAM)单元，所述多个磁阻随机存取存储器单元各自连接在所述字线中的一条...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：桑迪士克科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：