电阻式存储单元及其相关的阵列结构制造技术

本发明专利技术公开一种电阻式存储单元及其相关的阵列结构，其中该电阻式存储单元包括：一P型阱区、一隔离结构、一N型阱区、一第一栅极结构、一第二栅极结构、一第一N型掺杂区、一第二N型掺杂区、一第三N型掺杂区、一第四N型掺杂区、一字线、一位线、一导线与一编程线。第三N型掺杂区、第四N型掺杂区与N型阱区组成一N型合并区。位线连接至第一N型掺杂区。字线连接至第一栅极结构的一导电层。导线连接至第二N型掺杂区与第二栅极结构的一导电层。编程线连接至N型合并区。合并区。合并区。

【技术实现步骤摘要】
电阻式存储单元及其相关的阵列结构


[0001]本专利技术涉及一种存储器的存储单元，且特别是涉及一种电阻式存储单元(resistive memory cell)及其相关的阵列结构。

技术介绍

[0002]电阻式随机存取存储器(resistive random
‑
access memory，简称ReRAM)是一种非易失性存储器(non
‑
volatile memory)，其由多个电阻式存储单元(ReRAM cell)所组成。由于电阻式存储器的制作工艺步骤较少且具备较快的写入速度，所以电阻式存储器非常适合取代系统单芯片(SOC)中的嵌入式闪存存储器(embedded flash memory)。
[0003]请参照图1，其所绘示为现有电阻式存储单元。如图1所示，电阻式存储单元100包括堆叠的下电极106、绝缘层104、上电极102。当电阻式存储器制造完成之后，其为初始状态(initial state)。
[0004]在电阻式存储单元100可正式运作之前，需要先进行一形成动作(forming action)。在形成动作时，在上电极102与下电极106分别接收第一电压Va与第二电压Vb，其电压差Vab即为形成电压(forming voltage)。其中，电压差Vab等于第一电压Va减第二电压Vb(Vab＝Va
‑
Vb)。当上电极102与下电极106接收形成电压后，绝缘层104中聚集的氧空位会形成导电丝(conductive filament)108，且导电丝108连接于上电极102与下电极106之间。
[0005]当电阻式存储单元100经过形成动作之后，进一步提供低于形成电压的多种偏压，可使得电阻式存储单元100在设定状态(set state)与重置状态(reset state)之间随意地切换。其中，电阻式存储单元100在设定状态具有较小的电阻值，在重置状态具有较大的电阻值。以下说明之。
[0006]在低电阻值的设定状态时，可经由一重置动作(reset action)将电阻式存储单元100变更为高电阻值的重置状态。在重置动作时，在上电极102与下电极106之间提供重置电压(reset voltage)。此时，绝缘层104中的导电丝108会经由氧化还原程序(redox process)，造成得导电丝108几乎不连接于上电极102与下电极106之间。也就是说，当重置动作完成后，上电极102与下电极106之间为高电阻值的重置状态。
[0007]在高电阻值的重置状态时，可经由一设定动作(set action)将电阻式存储单元100变更为低电阻值的设定状态。在设定动作时，在上电极102与下电极106之间提供设定电压(set voltage)。此时，绝缘层104中的导电丝108会完整地连接于上电极102与下电极106之间。也就是说，当设定动作完成后，上电极102与下电极104之间为低电阻值的设定状态。
[0008]由以上的说明可知，在编程周期(program cycle)的编程动作(program action)时，电阻式存储单元100可经由设定动作或者重置动作而成为设定状态或者重置状态。而上述设定状态与重置状态即为电阻式存储单元100的两种存储状态。
[0009]基本上，根据提供设定电压与重置电压的方式，电阻式存储单元100可分区分为单极性操作模式(unipolar operation mode)的电阻式存储单元100与双极性操作模式(bipolar operation mode)的电阻式存储单元100。所谓的单极性操作模式，就是利用正电
压差(positive voltage difference)Vab来对电阻式存储单元100进行设定动作与重置动作，或者利用负电压差(negative voltage difference)Vab来对电阻式存储单元100进行设定动作与重置动作。另外，所谓的双极性操作模式，就是利用正电压差Vab来对电阻式存储单元100进行设定动作并利用负电压差Vab来对电阻式存储单元100进行重置动作，或者利用负电压差Vab来对电阻式存储单元100进行设定动作并利用正电压差Vab来对电阻式存储单元100进行重置动作。其中，正电压差Vab代表第一电压Va减去第二电压Vb大于零(Vab＝Va
‑
Vb>0)，负电压差Vab代表第一电压Va减去第二电压Vb小于零(Vab＝Va
‑
Vb<0)。
[0010]请参照图2A与图2B，其所绘示为单极性操作模式的电阻式存储单元与双极性操作模式的电阻式存储单元的电流
‑
电压关系图。
[0011]如图2A中的虚线所示，当电阻式存储单元100在重置状态时，提供的大约1.88V的设定电压后，流经电阻式存储单元100的电流上升，亦即电阻式存储单元100的电阻值减少，并成为设定状态。如图2A中的实线所示，当电阻式存储单元100在设定状态时，提供的大约1.78V的重置电压后，流经电阻式存储单元100的电流下降，亦即电阻式存储单元100的电阻值增加，并成为重置状态。也就是说，在图2A中，利用两个不同的正电压差Vab(亦即，1.78V、1.88V)来对电阻式存储单元100进行重置动作与设定动作，此即为单极性操作模式的电阻式存储单元100。
[0012]如图2B中的虚线所示，当电阻式存储单元100在重置状态时，提供的大约
‑
2.4V的设定电压后，流经电阻式存储单元100的电流上升，电阻式存储单元100的电阻值减少，并成为设定状态。如图2B中的实线所示，当电阻式存储单元100在设定状态时，提供的大约1.5V的重置电压后，流经电阻式存储单元100的电流下降，亦即电阻式存储单元100的电阻值增加，并成为重置状态。也就是说，在图2B中，利用一个正电压差Vab(亦即，1.5V)以及一个负电压差Vab(亦即，
‑
2.4V)来对电阻式存储单元100进行重置动作与设定动作，此即为双极性操作模式的电阻式存储单元100。

技术实现思路

[0013]本专利技术的主要目的在于提出一种电阻式存储单元的阵列结构，该阵列结构具有一第一电阻式存储单元，该第一电阻式存储单元包括：一半导体基板；一第一型阱区，位于该半导体基板的一表面下方；一第一隔离结构，位于该第一型阱区中；一第二型阱区，形成于该第一阱区中，且该第二型阱区位于该第一隔离结构的一第一侧；一第一栅极结构，位于该第一隔离结构一第二侧的该第一型阱区的一表面上；一第二栅极结构，位于该第二型阱区的一表面上；一第一第二型掺杂区与一第二第二型掺杂区，位于该第一型阱区中，该第一栅极结构的两侧；一第三第二型掺杂区与一第四第二型掺杂区，位于该第二型阱区中，该第二栅极结构的两侧，其中该第三第二型掺杂区、该第四第二型掺杂区与该第二型阱区组成一第二型合并区；一第一导线，连接至该第一第二型掺杂区；一第二导线，连接至该第一栅极结构的一导电层；一第三导线，连接至该第二第二型掺杂区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电阻式存储单元的阵列结构，该阵列结构具有第一电阻式存储单元，该第一电阻式存储单元包括：半导体基板；第一型阱区，位于该半导体基板的表面下方；第一隔离结构，位于该第一型阱区中；第二型阱区，形成于该第一阱区中，且该第二型阱区位于该第一隔离结构的第一侧；第一栅极结构，位于该第一隔离结构第二侧的该第一型阱区的表面上；第二栅极结构，位于该第二型阱区的表面上；第一第二型掺杂区与第二第二型掺杂区，位于该第一型阱区中，该第一栅极结构的两侧；第三第二型掺杂区与第四第二型掺杂区，位于该第二型阱区中，该第二栅极结构的两侧，其中该第三第二型掺杂区、该第四第二型掺杂区与该第二型阱区组成第二型合并区；第一导线，连接至该第一第二型掺杂区；第二导线，连接至该第一栅极结构的导电层；第三导线，连接至该第二第二型掺杂区与该第二栅极结构的导电层；以及第四导线，连接至该第二型合并区。2.如权利要求1所述的电阻式存储单元的阵列结构，其中该第一型阱区为P型阱区，该第二型阱区为N型阱区，该第一第二型掺杂区为第一N型掺杂区，该第二第二型掺杂区为第二N型掺杂区，该第三第二型掺杂区为第三N型掺杂区，该第四第二型掺杂区为第四N型掺杂区，且该第二型合并区为N型合并区。3.如权利要求1所述的电阻式存储单元的阵列结构，其中该第一导线为第一位线，该第二导线为第一字线，该第四导线为编程线。4.如权利要求3所述的电阻式存储单元的阵列结构，其中该编程线连接至该第四第二型掺杂区。5.如权利要求3所述的电阻式存储单元的阵列结构，包括第二电阻式存储单元，该第二电阻式存储单元包括：第三栅极结构，位于该第一隔离结构该第二侧的该第一型阱区的该表面上；第四栅极结构，位于该第二型阱区的该表面上；第五第二型掺杂区与第六第二型掺杂区，位于该第一型阱区中，该第三栅极结构的两侧；第七第二型掺杂区与第八第二型掺杂区，位于该第二型阱区中，该第四栅极结构的两侧，其中该第二型合并区还包括该第七第二型掺杂区与该第八第二型掺杂区；第五导线，连接至该第五第二型掺杂区；该第二导线，连接至该第三栅极结构的导电层；以及第六导线，连接至该第六第二型掺杂区与该...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖宗沐，张纬宸，林俊宏，
申请(专利权)人：力旺电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：