具有垂直位线和单侧字线架构的可重编程非易失性存储器元件的三维阵列制造技术

公开了一种三维阵列，其特别适合于响应于跨越存储器元件施加的电压差而可逆地改变电导的水平的存储器元件。跨越位于半导体基板以上不同距离处的多个平面形成存储器元件。所有平面的存储器元件连接到的位线的二维阵列与基板垂直地取向并穿过多个平面。单侧字线架构为每行存储器元件专门地提供字线，而不是在两行存储器元件之间共享一字线，由此避免跨越字线链接跨越阵列的存储器元件。尽管该存储器元件行也由相应行的局部位线访问，但在该字线以外毗邻行局部位线之间不存在耦合延伸，因此不存在泄漏电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请的主题是可重编程非易失性存储器单元阵列的结构、使用和制造，更具体地是在半导体基板上形成的存储器存储元件的三维阵列。
技术介绍
利用闪存的可重编程非易失性海量数据存储系统的使用广泛用于存储计算机文件数据、相机图片以及由其他类型的主机产生和/或使用的数据。闪存的流行形式是通过连接器可移除地连接到主机的卡。存在许多不同的商业上可得的闪存卡，例子是以商标 CompactFlash (CF)>MultiMediaCard(MMC)、Secure Digital (SD) >miniSD>microSD>Memory Stick, Memory Stick Micro、xD-Picture Card、SmartMedia 和 TransFlash 销售的那些闪存卡。这些卡根据其规范具有特有的机械插头和/或电接口，并且插入到被提供为主机的一部分或者与主机连接的配对插座中。广泛使用的闪存系统的另一形式是闪存驱动(flash drive)，其是具有通过将其插入主机的USB插孔中而与主机连接的通用串行总线(USB)插头的小型延长包装中的手持存储器系统。本申请的受让人桑迪士克公司销售在其Cruzer、Ultra和Extreme Contour 商标下的闪存驱动。在闪存系统的另一形式中，大量存储器被永久地安装在主机系统内，比如笔记本型计算机内，代替通常的盘驱动海量数据存储系统。这三种形式的海量数据存储系统中的每一种通常包括相同类型的闪存阵列。它们每个通常还包含其自己的存储器控制器和驱动器，但是也有一些代替地至少部分由存储器所连接到的主机执行的软件控制的唯存储器系统(memory only system)。闪存通常形成在一个或多个集成电路芯片上，并且控制器形成在另一电路芯片上。但是在包括控制器的某些存储器系统中、尤其是在嵌入在主机内的存储器系统中，存储器、控制器和驱动器通常形成在单个集成电路芯片上。存在在主机和闪存系统之间传输数据的两种主要技术。在其之一中，由系统产生或接收的数据文件的地址被映射到为系统建立的连续逻辑地址空间的不同范围中。地址空间的广度通常足以覆盖系统能够处理的地址的全部范围。作为一个例子，磁盘存储驱动器通过这样的逻辑地址空间与计算机或其他主机系统通信。主机系统通过文件分配表(FAT) 保持跟踪分配给其文件的逻辑地址，并且存储器系统维持那些逻辑地址到存储数据的物理存储器地址的映射。商业上可得的大多数存储卡和闪存盘利用这种类型的接口，因为其模仿主机普遍与之接口连接(interface)的磁盘驱动器的接口。在这两种技术的第二种中，唯一地标识电子系统产生的数据文件，且其数据由文件内的偏移逻辑地寻址。然后在存储器系统内将这些文件标识符直接映射到物理存储器位置。在别处、比如专利申请公开no. US2006/0184720A1中描述和对比了这两种类型的主机/存储器系统接口。闪存系统通常利用具有存储器单元(cell)的阵列的集成电路，该存储器单元根据存储在其中的数据个别地储存控制存储器单元的阈值水平的电荷。导电的浮置栅极最普遍地提供为存储器单元的用于存储电荷的一部分，但是替换地使用介电电荷俘获材料。 对于用于大容量海量存储系统的存储器单元阵列，通常优选NAND架构。对于小容量存储器，代替地通常使用诸如NOR的其他架构。可以通过参考美国专利no. 5570315,5774397, 6046935，6373746，6456528，6522580，6643188，6771536，6781877 和 7342279 来得到作为闪存系统的一部分的NAND闪存阵列及其操作的例子。近年来，存储在存储器单元阵列中的数据的每位所需的集成电路面积量已经显著减小，并且目标仍是进一步将其降低。因此闪存系统的成本和尺寸正在减小。NAND阵列架构的使用有助于此，但是也已采用其他方法来减小存储器单元阵列的尺寸。这些其他方法之一是在半导体基板上形成在不同平面上彼此叠加的多个二维存储器单元阵列，而不是更典型的单个阵列。在美国专利no. 7023739和7177191中给出了具有多个堆叠的NAND闪存单元阵列平面的集成电路的例子。另一类型的可再编程非易失性存储器单元使用可变电阻存储器元件，该可变电阻存储器元件可以被设置为导电或不导电状态(或者替换地，分别是低阻或高阻状态)，并且另外一些可以被设置到部分导电状态并且维持在该状态直到随后被复位到初始状况。可变电阻元件个别地连接在以二维阵列彼此交叉的两个正交延伸导体(通常是位线和字线)之间。通常通过置于相交导体上的适当电压来改变这种元件的状态。由于这些电压还必须施加到大量其他未选电阻元件一一这是因为当所选元件的状态被编程或读取时，这些未选电阻元件沿着相同的导体连接一一所以通常将二极管与可变电阻元件串联以便降低可流经其的泄漏电流。期望针对大量存储器单元并行地进行数据读取和编程操作导致读取或编程电压被施加到很大量的其他存储器单元。在专利申请公开no. US2009/0001344A1中给出了可变电阻存储器元件的阵列以及相关二极管的例子。
技术实现思路
本申请针对存储器元件的三维阵列，其中该阵列的位线垂直地定向。即，代替仅在公共的半导体基板上堆叠多个现有二维阵列(其中每个二维阵列具有其自己的位线)，在分开的平面中彼此叠加地堆叠多个无位线二维阵列，但该多个无位线二维阵列然后共享穿过平面向上延伸的公共位线。这些位线是其电压或电流依赖于正从存储器读取或正被编程到存储器中的数据的位线。在该三维存储器阵列中使用的存储器元件优选是可变电阻存储器元件。S卩，个别存储器元件的电阻(以及因此相反的电导)通常因跨越该元件所连接到的正交相交导体所置放的电压而改变。依赖于可变电阻元件的类型，状态可以响应于跨越其的电压、经过其的电流水平、跨越其的电场量、施加到其的热度水平等而改变。对于一些可变电阻元件材料， 正是电压、电流、电场、热度等施加到该元件的时间量确定其导电状态何时改变以及改变发生所沿的方向。在这些状态改变操作之间，存储器元件的电阻保持不变，因此是非易失性的。以上概括的三维阵列架构可以用从具有不同属性和工作特性的各种这样的材料中选择的存储器元件材料来实现。可以重复地将存储器元件的电阻以及因此其可检测的存储状态从初始水平设置到另一水平然后复位回到初始水平。对于某些材料，施加以在一个方向上改变其状态的电压、电流、电场、热度等的量或持续时间不同于施加以在另一方向上改变的量或时间(不对称的)。利用两个可检测状态，每个存储器元件存储一位数据。利用某些材料，通过指定多于两个稳定电阻水平作为存储器元件的可检测状态，可将多于一位数据存储在每个存储器元件中。在此的三维阵列架构在其可以工作的方式方面非常通用。此三维架构还允许限制未被寻址(未选择的)电阻存储器元件的广度和数量，其中在其他被寻址(选择的)存储器元件上进行读取和编程操作期间，跨越该未被寻址电阻存储器元件施加了不期望的电压水平。干扰未被寻址存储器元件的状态的风险以及经过未被寻址存储器元件的泄漏电流的水平可以从在使用相同存储器元件材料的其他阵列中已经历的那些显著减小。泄漏电流是不期望的，因为它们可以更改从被寻址存储器元件读取的表观电流，由此使得难以准确地读取被寻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G萨马奇萨，颜天鸿，
申请(专利权)人：桑迪士克三D有限责任公司，
类型：发明
国别省市：