專利名稱：包含交叉點(diǎn)電阻元件的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列的尋址電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來講，本發(fā)明涉及數(shù)字存儲(chǔ)電路。更具體來講，本發(fā)明涉及存儲(chǔ)電路所用的尋址電路。
背景技術(shù)：
許多用戶設(shè)備產(chǎn)生和利用數(shù)量越來越大的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，靜止和/或活動(dòng)圖像的便攜式數(shù)字照相機(jī)產(chǎn)生大量表示圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。每個(gè)數(shù)字圖像可能需要多達(dá)數(shù)兆字節(jié)(MB)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
目前用于便攜式裝置、如數(shù)字照相機(jī)中的存儲(chǔ)裝置的一種形式為閃速存儲(chǔ)器。閃速存儲(chǔ)器一般在機(jī)械上是穩(wěn)固的，是小功率的，并且具有良好的數(shù)據(jù)傳輸特性。但是，閃速存儲(chǔ)器仍然比較昂貴，例如每MB為$1.50-$2。由于價(jià)格的原因，使用閃速存儲(chǔ)器作為歸檔裝置通常是不合理的，這就要求數(shù)據(jù)從其中轉(zhuǎn)到第二歸檔存儲(chǔ)器。另外，在便宜的數(shù)字照相機(jī)或類似的數(shù)字設(shè)備、如MP3播放器或PDA中包含大量閃速存儲(chǔ)器的成本變得非常驚人。這可能使某些特征不可用于各種應(yīng)用，例如在便宜的數(shù)字照相機(jī)上錄制視頻，以及可能損害其它特征的功能，例如限制數(shù)字照相機(jī)可存儲(chǔ)的圖片數(shù)量或者M(jìn)P3播放器可存儲(chǔ)的歌曲數(shù)量。
磁“硬盤”存儲(chǔ)器通常用于歸檔存儲(chǔ)器，甚至在便攜式裝置中。微型硬盤驅(qū)動(dòng)器可用于PCMCIA III型形狀因數(shù)，提供高達(dá)4GB的容量。但是，這種盤驅(qū)動(dòng)器仍然較貴，至少部分是因?yàn)楸P控制器電子電路的較高固定成本。與閃速存儲(chǔ)器相比，微型硬盤驅(qū)動(dòng)器還有其它缺點(diǎn)，例如較低的機(jī)械穩(wěn)固性、較高的功耗(例如大約2到4W)以及較長(zhǎng)的存取時(shí)間。
可以同樣地使用可移動(dòng)的光存儲(chǔ)盤，與硬盤相比，可移動(dòng)的光盤提供一個(gè)大的優(yōu)勢(shì)?？梢苿?dòng)的光學(xué)媒體非常便宜，例如對(duì)于小型盤媒體，每MB約為$0.03。但是，在其它許多方面，光盤存儲(chǔ)器比不上磁硬盤，包括較差的功耗、機(jī)械穩(wěn)固性、大體積以及存取性能。
磁帶甚至比可移動(dòng)的光盤具有更低的媒體成本。但是，它同樣具有旋轉(zhuǎn)盤存儲(chǔ)器的其它缺點(diǎn)，特別是在物理體積和功耗方面。另外，磁帶具有串行存取的缺點(diǎn)。這產(chǎn)生另外兩個(gè)應(yīng)用問題，即極慢的隨機(jī)存取性能以及對(duì)用于存儲(chǔ)視頻或其它類型數(shù)據(jù)的均勻時(shí)間壓縮技術(shù)的限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于對(duì)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列進(jìn)行尋址的尋址電路。尋址電路包括第一和第二組地址線以及上拉和下拉電路元件。第一組交叉點(diǎn)電阻元件連接到第一組地址線，以及第二組交叉點(diǎn)電阻元件連接到第二組地址線。另外，上拉和下拉電路元件由交叉點(diǎn)電阻元件組成。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，存儲(chǔ)電路包括具有第一組和第二組橫向電極的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列，其中在第一組和第二組電極的交叉點(diǎn)處形成各個(gè)存儲(chǔ)元件。各存儲(chǔ)元件包括交叉點(diǎn)電阻元件。用于對(duì)存儲(chǔ)器陣列尋址的尋址電路還包括交叉點(diǎn)電阻元件。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，用于確定交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列中多個(gè)存儲(chǔ)元件中的一個(gè)存儲(chǔ)元件的狀態(tài)的方法包括通過以下步驟對(duì)存儲(chǔ)元件尋址把預(yù)定電信號(hào)施加到第一組地址線；采用至少一個(gè)上拉交叉點(diǎn)電阻元件產(chǎn)生電流；以及根據(jù)所產(chǎn)生電流并利用連接到上拉交叉點(diǎn)電阻元件和下拉交叉點(diǎn)電阻元件中的至少一個(gè)、且進(jìn)一步連接到存儲(chǔ)元件的至少一個(gè)讀出線來讀出存儲(chǔ)元件的二進(jìn)制狀態(tài)。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，一種裝置包括用于對(duì)存儲(chǔ)元件尋址的部件；用于采用上拉交叉點(diǎn)電阻元件和下拉交叉點(diǎn)電阻元件中的至少一個(gè)來產(chǎn)生電流的部件；以及用于讀出存儲(chǔ)元件的二進(jìn)制狀態(tài)的部件。


通過結(jié)合附圖參照以下實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以更全面地了解并更好地理解實(shí)施例的各種特征，附圖中圖1是一次寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖；圖2是一次寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)的示意框圖，說明存儲(chǔ)模塊的總體結(jié)構(gòu)；圖3是一次寫入存儲(chǔ)模塊的等距剖視圖；圖4是交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件的直觀圖；圖5是交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件的簡(jiǎn)化平面圖；圖6表示一次寫入存儲(chǔ)器陣列；圖7是存儲(chǔ)器陣列尋址電路的一部分的示意電路圖；圖8是一種用于對(duì)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列中的存儲(chǔ)元件尋址的方法的流程圖；圖9是存儲(chǔ)元件讀出電路的電路原理圖；圖10是存儲(chǔ)模塊層的簡(jiǎn)化體系結(jié)構(gòu)布局框圖；以及圖11是存儲(chǔ)器陣列和尋址/讀出電路的一部分的示意布局圖。
具體實(shí)施例方式
為了簡(jiǎn)潔及說明，主要結(jié)合示范實(shí)施例來描述本發(fā)明的原理。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到變更是可行的，只要沒有背離本發(fā)明的實(shí)施例的真正實(shí)質(zhì)和范圍。此外，在以下詳細(xì)描述中，參照說明特定實(shí)施例的附圖?？梢詫?duì)這些實(shí)施例進(jìn)行電、機(jī)械、邏輯和結(jié)構(gòu)改變，只要沒有背離這些實(shí)施例的實(shí)質(zhì)和范圍。因此，以下詳細(xì)說明不是限制性的，這些實(shí)施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等效物來定義。
提供一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，它包括在介電襯底材料上形成的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列。交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列包括第一組和第二組橫向電極，它們由包括至少一個(gè)半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)層分隔。存儲(chǔ)層在第一組和第二組中的電極的各交叉點(diǎn)上形成非易失性存儲(chǔ)元件。存儲(chǔ)層可包括傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料以及采用成本較低的印刷技術(shù)代替半導(dǎo)體平版印刷術(shù)的最近開發(fā)的有機(jī)電子材料。
通過施加形式為通過存儲(chǔ)元件的預(yù)定電流密度的寫信號(hào)，存儲(chǔ)器陣列中的各存儲(chǔ)元件可以在低阻態(tài)和高阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換，表示相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)狀態(tài)。存儲(chǔ)元件可包括一次寫入存儲(chǔ)元件，這樣它們可在這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換一次。各存儲(chǔ)元件包括至少在處于低阻態(tài)時(shí)在存儲(chǔ)層中形成的二極管結(jié)。多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置可以堆疊并層壓為提供廉價(jià)高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)模塊。這種存儲(chǔ)模塊可以用于歸檔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)模塊提供在設(shè)備或接口卡中可接受的一次寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。
在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置上提供尋址電路，用于存取存儲(chǔ)器陣列中的存儲(chǔ)元件。為了簡(jiǎn)化與存儲(chǔ)器陣列的互連，尋址電路包括用于存取存儲(chǔ)器陣列中的存儲(chǔ)元件的多路復(fù)用尋址方案。各存儲(chǔ)元件是唯一可通過尋址線尋址的，這些尋址線的數(shù)量少于存儲(chǔ)器陣列中的行線和列線的總數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，不是在尋址電路中采用上拉和下拉電阻把行地址線拉到上拉電壓+V以及把列地址線拉到下拉電壓-V，而是采用由與存儲(chǔ)器陣列中所用電路元件相同的材料和相同的結(jié)構(gòu)制作的電路元件。如上所述，存儲(chǔ)器陣列的存儲(chǔ)元件包括橫向電極，其中在橫向電極之間設(shè)置了至少半導(dǎo)體層。這種結(jié)構(gòu)稱作交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并且可用來形成電阻電路元件。不是在尋址電路中采用上拉和下拉電阻，而是采用具有與存儲(chǔ)元件相同的結(jié)構(gòu)和基本相同的材料的上拉交叉點(diǎn)電阻元件和下拉交叉點(diǎn)電阻元件。
交叉點(diǎn)電阻元件是極小型的電路元件，其尺寸一般由兩個(gè)電極的交叉點(diǎn)定義。與依靠面內(nèi)傳導(dǎo)的傳統(tǒng)TaN或NiCr薄膜電阻技術(shù)相比，交叉點(diǎn)電阻元件使用更少面積。尋址電路所用的更少面積可使更多面積可用于存儲(chǔ)器。
另外，通過采用上拉和下拉交叉點(diǎn)電阻元件，存儲(chǔ)裝置基本上完全由交叉點(diǎn)電阻元件組成。因此，制造過程被簡(jiǎn)化并且成本較低。例如，采用交叉點(diǎn)電阻元件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的薄膜電阻使得創(chuàng)建和互連交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列所需的數(shù)量上的附加材料或工藝的使用減至最少。因此，交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列可以通過快速、便宜、具有自對(duì)準(zhǔn)特性的卷裝進(jìn)出(roll-to-roll)工藝來制造。用于在集成電路中制作電阻的現(xiàn)有方法包括掩模、對(duì)準(zhǔn)以及通常還有附加材料。此外，與存儲(chǔ)器陣列相比時(shí)，引入不同的材料作為電阻的缺點(diǎn)是引入了電阻的電阻率的不同溫度系數(shù)。一般來講，當(dāng)存儲(chǔ)裝置的溫度改變時(shí)，電路元件的電阻也改變。但是，如果不同的材料用于電路元件、例如存儲(chǔ)元件和尋址電路的元件，則電阻的變化量可能對(duì)于每種電路元件變化很大。在不同溫度下工作時(shí)，這可能導(dǎo)致信號(hào)傳送受到損害，因?yàn)樽罴焉侠拖吕娮柚等Q于存儲(chǔ)元件在其低阻態(tài)的電阻。由于此實(shí)施例把相同的交叉點(diǎn)電阻元件用于尋址電路和存儲(chǔ)器陣列，因此因溫度波動(dòng)引起的電阻變化對(duì)于所有電路元件均相同，從而提供更穩(wěn)定的信號(hào)傳送。另外，如果對(duì)于卷裝進(jìn)出處理存在材料屬性的批量(run-to-run)變化，則這些變化對(duì)于所有電路元件均相同，而它們?cè)趯?duì)于電阻使用不同材料時(shí)將是不同的。
在一個(gè)實(shí)例中，用于存儲(chǔ)器陣列和尋址電路的交叉點(diǎn)電阻元件基本上包括二極管，以下詳細(xì)說明的實(shí)施例一般把存儲(chǔ)器陣列和尋址電路描述為包括具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的二極管。本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分清楚，具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的除二極管之外的電路元件可用于該存儲(chǔ)裝置。
一次寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)圖1說明在存儲(chǔ)卡10中使用的一次寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)。一次寫入存儲(chǔ)系統(tǒng)包括便攜、便宜、堅(jiān)固的存儲(chǔ)系統(tǒng)，它對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用、如數(shù)字照相機(jī)和便攜式數(shù)字音頻裝置等是有用的。存儲(chǔ)系統(tǒng)可以結(jié)合到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)便攜式接口卡(例如PCMCIA或CF)中，使得它可用于具有這類接口的現(xiàn)有或未來的產(chǎn)品。存儲(chǔ)卡10具有I/O接口連接器12，通過這個(gè)連接器，在存儲(chǔ)卡10與它所耦合到的裝置2之間進(jìn)行通信。接口連接器12耦合到接口和控制電路14，接口和控制電路14經(jīng)由內(nèi)部接口16連接到可移動(dòng)的存儲(chǔ)模塊20。存儲(chǔ)模塊20提供用于一次寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的電路，其中包括部分檢測(cè)、寫允許和尋址功能。接口和控制電路14包括當(dāng)每個(gè)可移動(dòng)存儲(chǔ)模塊20被裝入存儲(chǔ)卡10中時(shí)用于控制、接口、檢測(cè)以及糾錯(cuò)編碼(ECC)等的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，通過在連接器12處從裝置2斷開存儲(chǔ)卡10，很方便地從裝置2中取出存儲(chǔ)卡10。例如，當(dāng)存儲(chǔ)卡10已滿時(shí)，用戶從裝置2中取出存儲(chǔ)卡10，并用另一個(gè)存儲(chǔ)卡替換存儲(chǔ)卡10。在另一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)模塊20被放入存儲(chǔ)卡10的插槽等中，使得它可方便地從其中取出并用另一存儲(chǔ)模塊20來替換。當(dāng)安放在存儲(chǔ)卡10上時(shí)，存儲(chǔ)模塊20通過內(nèi)部接口16耦合到接口和控制電路14。
一次寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是指數(shù)據(jù)只能有效地一次寫入存儲(chǔ)器，此后就保持不變。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，在一次寫入存儲(chǔ)器的多種形式中，其中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)在最初寫入之后并不是完全不能改變，只是不能隨意改變。例如，大多數(shù)一次寫入存儲(chǔ)器均制作成每個(gè)存儲(chǔ)單元處于第一種二進(jìn)制狀態(tài)(例如表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”)，并且在寫入過程中，所選存儲(chǔ)單元被改為第二種二進(jìn)制狀態(tài)(例如表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”)。存儲(chǔ)器從第一種二進(jìn)制狀態(tài)到第二種二進(jìn)制狀態(tài)的改變通常是不可逆轉(zhuǎn)的，所以，一旦寫入數(shù)據(jù)“1”，就無法再變?yōu)閿?shù)據(jù)“0”。這限制了在數(shù)據(jù)已寫入存儲(chǔ)器之后可進(jìn)行的對(duì)已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的改變，其中任意數(shù)據(jù)只可以被寫入一次，此后例如數(shù)據(jù)“0”只能被改為數(shù)據(jù)“1”而沒有其它方式。
由于存儲(chǔ)模塊20包含一次寫入存儲(chǔ)器，因此它可用于歸檔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其中，一旦數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存，即保持不變。這有些象感光膠片，一旦圖像存儲(chǔ)在其中，經(jīng)顯影的膠片便作為永久記錄保存。因此，一旦存儲(chǔ)模塊20已經(jīng)裝滿數(shù)據(jù)，需要另一個(gè)存儲(chǔ)模塊來進(jìn)行其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。也有可能簡(jiǎn)單地更換裝置2中的整個(gè)存儲(chǔ)卡10，但是，這就意味著接口和控制電路14以及存儲(chǔ)卡結(jié)構(gòu)也隨存儲(chǔ)模塊20一起存放。為了降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本，就需要存儲(chǔ)系統(tǒng)中可再用的且較貴的組件不是永久性地與實(shí)際存儲(chǔ)存儲(chǔ)器相連，為此，存儲(chǔ)模塊20在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中可從存儲(chǔ)卡10中取出。因此，大部分存儲(chǔ)卡10包括一次性成本，而用于插入其中的存儲(chǔ)模塊20可以低成本來制造，下面將更詳細(xì)地論述。
一次寫入存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊20的框圖表示如圖2所示。為了在給定基礎(chǔ)面積中增加存儲(chǔ)模塊20的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)模塊20由薄片層22的堆疊構(gòu)成。各層22具有提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)元件的陣列25。各層22還包括把各個(gè)存儲(chǔ)器陣列25通過存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部接口16耦合到接口和控制電路14的尋址電路30。各層22上的尋址電路30使得存儲(chǔ)模塊20的各層22之間能夠用較少的互連導(dǎo)體，有利于簡(jiǎn)化制造，從而降低成本。
圖3是存儲(chǔ)模塊20的等距剖視圖，說明存儲(chǔ)模塊20中電路和層的可能的物理排列。各層22包括在襯底50上形成的存儲(chǔ)器陣列25和尋址電路30。存儲(chǔ)器陣列25包括存儲(chǔ)元件26的矩陣，如圖4所示。尋址電路30包括列和行復(fù)用(mux)電路部分，它們表示為位置靠近存儲(chǔ)器陣列25的相應(yīng)垂直邊。輸入/輸出(I/O)引線40也在制作過程中在襯底50上形成。在存儲(chǔ)模塊20中，引線40的行I/O引線從行復(fù)用電路延伸到襯底50的第一相鄰邊，引線40的列I/O引線從列復(fù)用電路延伸到襯底50的第二相鄰邊。各引線40端接于相應(yīng)的接觸焊盤42，接觸焊盤42的一部分在襯底50的邊緣露出。
多個(gè)層22以相同取向堆疊并層壓在一起。通過圖3的局部剖視圖中說明的導(dǎo)電接觸元件55，對(duì)堆疊層22的接觸焊盤42的露出部分進(jìn)行電接觸。接觸元件55沿存儲(chǔ)模塊20的側(cè)面延伸并垂直于各層22的平面。所示的各接觸元件55對(duì)堆疊中的多個(gè)層22的相應(yīng)接觸焊盤進(jìn)行電接觸。接觸元件55可用來把存儲(chǔ)模塊20通過存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部接口16耦合到接口和控制電路14。
在存儲(chǔ)模塊20的一種實(shí)現(xiàn)中，各層22的襯底50可由聚合塑料制成。在題為“非易失性存儲(chǔ)器”的美國(guó)專利No.6646912的說明中詳細(xì)描述了可在襯底50上形成集成電路(例如存儲(chǔ)器陣列25和尋址線路30)以及把層22組裝成存儲(chǔ)模塊20的工藝，通過引用將此專利完整地結(jié)合到本文中。
一次寫入存儲(chǔ)器陣列存儲(chǔ)元件26的陣列25在存儲(chǔ)模塊20的各層上形成。存儲(chǔ)器陣列25包括常規(guī)的列線和行線的矩陣，其中在各列/行交叉點(diǎn)上具有存儲(chǔ)元件。圖4說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、具有列線60和行線62的存儲(chǔ)器陣列25的一部分的示意圖。耦合在各列線和行線之間的是存儲(chǔ)元件26，它也在圖4的示意圖的擴(kuò)展部分中被更詳細(xì)地表示。各存儲(chǔ)元件26包括與二極管元件66串聯(lián)的熔絲元件64。熔絲元件64提供了存儲(chǔ)元件26的實(shí)際數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作用，二極管66便于采用行和列線對(duì)存儲(chǔ)元件26進(jìn)行尋址，以便寫入和讀取數(shù)據(jù)。
可以理解，雖然上述說明提到存儲(chǔ)器陣列中的熔絲元件是制作成低阻態(tài)并且熔斷以建立高阻態(tài)，但同樣能夠采用以相反方式工作的“反熔絲”元件來建立存儲(chǔ)器陣列。在那種情況下，存儲(chǔ)元件制作成高阻態(tài)，并經(jīng)過熔斷以建立低電阻。由于上述原因，各存儲(chǔ)元件中的反熔絲也以與二極管串聯(lián)的方式來形成。二極管和反熔絲在這種情況下是分開的，因?yàn)樵诜慈劢z熔斷之后，需要二極管功能。
存儲(chǔ)器陣列25的使用如下所述。在制造時(shí)，各存儲(chǔ)元件26具有導(dǎo)電的熔絲元件64。熔絲元件64的導(dǎo)電狀態(tài)(又稱作低阻態(tài))表示一種二進(jìn)制數(shù)據(jù)狀態(tài)、如數(shù)據(jù)“0”。為了把數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器陣列25，采用列線和行線對(duì)希望在其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“1”的各存儲(chǔ)元件26尋址，并且其中寫入數(shù)據(jù)“1”的各存儲(chǔ)元件23的熔絲元件64被“熔斷”，把那些存儲(chǔ)元件23置于非導(dǎo)電狀態(tài)(又稱作高阻態(tài))。熔絲元件64的非導(dǎo)電狀態(tài)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)狀態(tài)、如數(shù)據(jù)“1”。熔斷熔絲元件是單向操作，它使存儲(chǔ)器成為“一次寫入”存儲(chǔ)器，如上所述?？赏ㄟ^把預(yù)定電流經(jīng)由所選行線施加到所選列線、例如足以熔斷與那些行/列線直接互連的所選存儲(chǔ)元件26的熔絲64，從而執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入操作(例如把數(shù)據(jù)“1”寫入所選存儲(chǔ)元件26)?？赏ㄟ^采用列和行線對(duì)存儲(chǔ)元件26尋址并檢測(cè)哪些存儲(chǔ)元件26是導(dǎo)電的(數(shù)據(jù)“0”)以及哪些是非導(dǎo)電的(數(shù)據(jù)“1”)來從存儲(chǔ)器陣列25中讀取數(shù)據(jù)。
存儲(chǔ)器陣列25的各存儲(chǔ)元件26中的二極管元件66幫助采用列和行線對(duì)存儲(chǔ)元件26唯一地尋址，以便寫入和讀取數(shù)據(jù)。在行/列交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件26中沒有二極管元件66時(shí)，電流通路通過在給定列線與行線之間的許多存儲(chǔ)元件26。但是，通過二極管元件66形成通過各存儲(chǔ)元件26的單向?qū)щ娡罚瑔我涣芯€和單一行線可用來唯一尋址單一存儲(chǔ)元件26。換句話說，形成從一個(gè)行線到一個(gè)列線的電路允許電流僅通過單一存儲(chǔ)元件26。通過施加經(jīng)過該電路的預(yù)定“數(shù)據(jù)寫入”電流，存儲(chǔ)元件26中的熔絲64可被熔斷，從而把數(shù)據(jù)“0”改為數(shù)據(jù)“1”。另外，通過讀出電路中的電阻，能夠確定熔絲64是被熔斷還是未改變，從而讀取數(shù)據(jù)“1”或數(shù)據(jù)“0”。
因此，二極管66減少了在讀取和寫入操作過程中、存儲(chǔ)器陣列25中的存儲(chǔ)元件26之間串?dāng)_的發(fā)生率。此外，二極管66的非線性電流-電壓(I-V)特性改善了數(shù)據(jù)讀出信噪比(SNR)，這有助于遠(yuǎn)程讀出及基于二極管的尋址。存儲(chǔ)模塊20中的數(shù)據(jù)被遠(yuǎn)程讀出，因?yàn)樽x出電路位于獨(dú)立集成電路所包含的接口和控制電路14中。另外，還采用了存儲(chǔ)元件26的置換二極管邏輯尋址，其中使用以下所述的尋址電路，以便減少存儲(chǔ)模塊20與接口和控制電路14之間所需的連接的數(shù)量。
圖5一般地表示交叉點(diǎn)電阻元件的結(jié)構(gòu)，它可用于圖3和圖4所示的存儲(chǔ)器陣列25或?qū)ぶ冯娐?0中?；窘Y(jié)構(gòu)包括兩層垂直的分隔平行導(dǎo)體組60和62，在它們之間配置了至少一個(gè)半導(dǎo)體層75。兩組導(dǎo)體60和62形成行和列電極，它們的重疊方式為各行電極正好在一個(gè)位置與各列電極相交。在這些交叉點(diǎn)的每一個(gè)，通過半導(dǎo)體層75進(jìn)行行電極(例如導(dǎo)體62)與列電極(例如導(dǎo)體60)之間的連接。雖然在本說明中，半導(dǎo)體層75一般表示為單數(shù)，但實(shí)際上，可采用不同材料的多個(gè)層。在各種配置中，這些層可包括非半導(dǎo)體材料，例如金屬、甚至電介質(zhì)。
該結(jié)構(gòu)可用來形成圖4所示的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25中提供的存儲(chǔ)元件26。半導(dǎo)體層75可包括產(chǎn)生用于存儲(chǔ)元件26的、如圖4所示與二極管66串聯(lián)的熔絲64的薄膜。陣列25中的二極管66全部經(jīng)過定向，使得如果公共電位施加到所有行電極與所有列電極之間，則所有二極管66均以相同方向偏置。熔絲64可作為與二極管66分離的元件來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)其中通過臨界電流時(shí)，它使電路開路，或者可以結(jié)合到二極管的性能中。
熔絲64的特性在于，其電阻在高阻態(tài)與低阻態(tài)之間不可逆地改變，或者在某個(gè)臨界電流門限相反。狀態(tài)之間的電阻變化是實(shí)質(zhì)性的。熔絲64的臨界電流可由裝置的面積來控制，例如圖5所示的行和列導(dǎo)體60、62的交叉點(diǎn)的面積。裝置的面積也可以平版印刷方式來定義。熔絲64和二極管66可以從多個(gè)薄膜中形成，例如設(shè)置在半導(dǎo)體層75中，串聯(lián)淀積在行和列電極60與62之間。各個(gè)存儲(chǔ)元件26出現(xiàn)在行和列電極60、62的交叉點(diǎn)上，如上所述。雖然熔絲和二極管層被淀積為覆蓋交叉點(diǎn)的整個(gè)面積的相連薄膜，但可通過多種方法來形成它們的圖案(激光消融、光刻、軟平版印刷)，以便使各個(gè)裝置之間的串?dāng)_最小。
圖5所示的結(jié)構(gòu)也可用來形成圖3所示的尋址電路30中采用的交叉點(diǎn)電阻元件、如二極管。對(duì)于這些二極管，半導(dǎo)體層75可包括一個(gè)或多個(gè)薄膜，只用于形成二極管，而不是例如對(duì)于存儲(chǔ)元件26所示的、與熔絲串聯(lián)的二極管。參照?qǐng)D7更詳細(xì)地描述尋址電路30。此外，同樣的層可由尋址電路30和存儲(chǔ)元件26中的交叉點(diǎn)電阻元件共用。對(duì)于尋址電路30，第一共用導(dǎo)電層可包括列電極(例如列電極60)，以及第二共用導(dǎo)電層可包括行電極(例如行電極62)。半導(dǎo)體層75也可由尋址電路30中的交叉點(diǎn)電阻元件共用。這些導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層75也可由存儲(chǔ)元件26共用。
圖6是交叉點(diǎn)一次寫入二極管存儲(chǔ)器陣列的示意表示。圖6表示八行八列的陣列。如果電壓被施加到行和列電極、如圖4和圖5所示的行和列導(dǎo)體60、62，如圖所示(即，除一個(gè)處于-V之外，所有列電極為電位V，以及除一個(gè)處于V之外，所有行電極處于-V)，則只有一個(gè)二極管將被正向偏置。對(duì)于圖6所示的情況，只有陣列的左上角的二極管90將被正向偏置。頂行和最左列的其余二極管上沒有偏壓，以及陣列中的其余二極管為反向偏置。這構(gòu)成陣列的尋址方案。如果電流在電極處于這些電位時(shí)經(jīng)過行和列之間，則左上二極管的熔絲沒有改變(例如表示數(shù)據(jù)“0”)。相反，如果在這個(gè)配置中沒有任何電流經(jīng)過，則相應(yīng)的二極管/熔絲已經(jīng)熔斷(例如表示數(shù)據(jù)“1”)。通過調(diào)制施加到陣列電極的電壓幅度，可使更多電流流經(jīng)所選二極管。如果這個(gè)電壓產(chǎn)生超過熔絲的門限電流的電流，則熔絲可被熔斷，從而改變存儲(chǔ)元件的狀態(tài)。這構(gòu)成向存儲(chǔ)器陣列寫入的方法。
熔斷存儲(chǔ)器陣列中的熔絲所需的實(shí)際電流(或者為獲得該電流而施加的電壓)可以在制造時(shí)被預(yù)測(cè)和控制。作為工作因數(shù)的是通過存儲(chǔ)元件的電流密度，因此使元件熔斷而要施加的電壓/電流可通過改變?cè)慕Y(jié)面積來調(diào)節(jié)。例如，如果交叉點(diǎn)電極的交叉點(diǎn)的截面面積被減少，則這還減少被施加以達(dá)到熔斷存儲(chǔ)元件26的熔絲64的臨界電流密度所需的電流/電壓。這個(gè)方案可用于設(shè)計(jì)和制造存儲(chǔ)電路，以便確?？刂齐妷嚎杀皇┘?，以便僅熔斷預(yù)期的交叉點(diǎn)熔絲。
存儲(chǔ)器陣列尋址電路為了簡(jiǎn)化與存儲(chǔ)器陣列25的互連，可采用存取存儲(chǔ)器陣列25中的存儲(chǔ)元件26的復(fù)用尋址方案。存儲(chǔ)器陣列25中的各存儲(chǔ)元件26可通過尋址線從外部電路唯一尋址，這些尋址線的數(shù)量少于形成存儲(chǔ)器陣列25、如圖4和圖5所示的行和列導(dǎo)體60、62的總數(shù)。為此，尋址電路、如圖3所示的尋址電路30被包含在與存儲(chǔ)陣列25相同的襯底50上。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，尋址電路有時(shí)在本文中稱作執(zhí)行復(fù)用(mux)和/或去復(fù)用(demux)功能。在本說明的上下文中，術(shù)語“復(fù)用”被理解為包含優(yōu)選實(shí)施例中所用的置換二極管邏輯尋址的形式，但選擇方案與傳統(tǒng)的復(fù)用配置略有不同。
地址mux/demux功能采用稱作置換二極管邏輯的邏輯方案來執(zhí)行，在下面進(jìn)行描述。圖7說明由串聯(lián)的熔絲和二極管表示的單個(gè)一次寫入存儲(chǔ)元件102，它與存儲(chǔ)元件26相同，存儲(chǔ)元件26包括串聯(lián)且耦合在行和列電極60、62之間的熔絲64和二極管66，如圖4所示。存儲(chǔ)元件102耦合在行電極104與列電極106之間。行地址二極管邏輯電路110耦合到行電極104，列地址二極管邏輯電路120耦合到列電極106。
行地址電路110包括上拉交叉點(diǎn)電阻元件112，它耦合在行電極104與上拉電壓+V之間。上拉交叉點(diǎn)電阻元件112的一個(gè)實(shí)例可包括如圖7所示且稱作上拉二極管112的二極管。行地址電路110還包括耦合到行電極104的多個(gè)行地址線116。行地址線116包括行地址二極管114，其陽(yáng)極耦合到行電極104，陰極通過由X、Y和Z表示的各個(gè)行地址輸入電壓來控制。
列地址電路120同樣采用從列電極106耦合到下拉電壓-V的下拉交叉點(diǎn)電阻元件122來構(gòu)成。下拉交叉點(diǎn)電阻元件122的一個(gè)實(shí)例可包括如圖7所示且稱作下拉二極管122的二極管。列地址電路120包括耦合到列電極106的多個(gè)列地址線126。列地址線126包括列地址二極管124，其陰極耦合到列電極106，以及陽(yáng)極通過由A、B和C表示的各個(gè)列地址輸入電壓來控制。
首先考慮行地址電路110，其中邏輯電平+V和-(V+ΔV)用于行地址輸入電壓(X，Y，Z)。十分清楚，在電壓+V表示邏輯“1”時(shí)，行地址電路110的作用就象“與”門，其中二極管陰極(X，Y，Z)作為輸入以及行電極104作為輸出。只有在所有三個(gè)行地址輸入(X，Y，Z)為高電平時(shí)，行電極104才為高電平(+V)。同樣，列地址電路120的作用就象負(fù)邏輯“與”門。在這種情況下，如果在列地址輸入(A，B，C)上施加邏輯電平-V和(V+ΔV)，則列電極106處的輸出在所有三個(gè)輸入處于-V時(shí)只能是-V。如果所有行地址輸入(X，Y，Z)均把陰極電壓+V施加到二極管114，并且所有列地址輸入(A，B，C)均把陽(yáng)極電壓-V施加到二極管124，則存儲(chǔ)元件102被選取。雖然在圖7僅表示了三個(gè)輸入電路，但這個(gè)尋址方案可擴(kuò)展到包括任意數(shù)量的輸入。
當(dāng)從n個(gè)節(jié)點(diǎn)的d個(gè)組中每組選取一項(xiàng)時(shí)，存在nd種排列。因此，nd個(gè)電極可通過二極管連接到d個(gè)組的每組中的n個(gè)節(jié)點(diǎn)其中之一。如果高邏輯電平正好被施加到各組中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則只有一個(gè)電極將被選取，因?yàn)檫B接到電極的所有線必須為高電平，以便選取它，以及沒有任何兩個(gè)電極共用相同的連接。
如上所述，行地址電路110和列地址電路120可分別采用上拉和下拉二極管112、122來代替上拉和下拉電阻。上拉和下拉二極管112、122可包括與存儲(chǔ)元件102相同的結(jié)構(gòu)以及基本相同的材料。例如，上拉和下拉二極管112、122以及存儲(chǔ)元件102包括具有圖5所示結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)電阻元件。另外，可采用相同的材料，但存儲(chǔ)元件102還可包括用于熔絲的材料。因此，包括存儲(chǔ)器陣列25和尋址電路30的存儲(chǔ)模塊的制造被簡(jiǎn)化且成本較低。此外，與存儲(chǔ)模塊中的其它電路元件相比時(shí)，引入不同的材料用作電阻的缺點(diǎn)是引入了電阻的電阻率的不同溫度系數(shù)。一般來講，當(dāng)存儲(chǔ)模塊的溫度改變時(shí)，電路元件的電阻也改變。但是，如果不同的材料用于電路元件、例如存儲(chǔ)元件和尋址電路的元件，則電阻的變化量可能對(duì)于每種電路元件極為不同。這可能導(dǎo)致信號(hào)傳送(例如檢測(cè)存儲(chǔ)元件的二進(jìn)制狀態(tài))在工作于不同溫度時(shí)受到損害，因?yàn)樽罴焉侠拖吕娮柚等Q于存儲(chǔ)元件在其低阻態(tài)的電阻。由于此實(shí)施例把相同的交叉點(diǎn)電阻元件用于尋址電路和存儲(chǔ)器陣列，因此溫度的變化對(duì)于所有電路元件均相同，從而提供更穩(wěn)定的信號(hào)傳送。
信號(hào)傳送可包括對(duì)存儲(chǔ)元件102的讀取和寫入。信號(hào)傳送可以采用均包括交叉點(diǎn)電阻元件、如二極管的行讀出線132和/或列讀出線134來執(zhí)行。被尋址存儲(chǔ)元件的狀態(tài)由通過讀出線流入適當(dāng)選取的偏置點(diǎn)的電流來確定。為了讓電流通過任一讀出線，必須滿足兩個(gè)條件(1)二極管存儲(chǔ)元件必須被尋址，以及(2)那個(gè)元件的熔絲必須熔斷。在所有其它情況下，二極管未被尋址，以及與熔絲的狀態(tài)無關(guān)，相應(yīng)的行和/或列讀出二極管沒有被正向偏置且不會(huì)傳導(dǎo)電流。因此，如果單一讀出線連接到所有行(或列)電極，且行和列陣列中的一個(gè)存儲(chǔ)元件被尋址，則那個(gè)存儲(chǔ)元件的狀態(tài)可以被明確地確定。
參照?qǐng)D7所示的實(shí)例，如果采用行和列地址線116、126對(duì)存儲(chǔ)元件102尋址，則存儲(chǔ)元件102的二進(jìn)制狀態(tài)可采用一個(gè)或多個(gè)讀出線132、134來確定。例如，電壓被施加到上拉二極管112上，產(chǎn)生電流。如果存儲(chǔ)元件102中的熔絲熔斷(例如熔絲處于表示“1”的高阻態(tài))，則電流完全流經(jīng)行讀出線132。在行讀出線132中讀出的電流表明存儲(chǔ)元件102處于高阻態(tài)。如果存儲(chǔ)元件102處于低阻態(tài)(例如表示“0”)，則電流完全流經(jīng)存儲(chǔ)元件102而不是行讀出線102。因此，行讀出線132中的二極管沒有被偏置，表明存儲(chǔ)元件102處于低阻態(tài)。列讀出線134以相同方式工作。
在上拉二極管112和下拉二極管122上產(chǎn)生的電流與這些二極管的電阻成比例。這樣，上拉二極管112和下拉二極管122的電阻可選擇為提供最大的檢測(cè)信號(hào)，用于檢測(cè)存儲(chǔ)元件102的二進(jìn)制狀態(tài)。當(dāng)存儲(chǔ)元件102在其低阻態(tài)與高阻態(tài)之間改變時(shí)，檢測(cè)信號(hào)是流經(jīng)交叉點(diǎn)電阻元件、如讀出線132和134中的二極管的電流的差異。假定存儲(chǔ)元件的高阻態(tài)遠(yuǎn)大于低阻態(tài)，檢測(cè)信號(hào)在上拉二極管112(或下拉二極管122)具有近似等于Rlow的電阻時(shí)為最大，其中Rlow是存儲(chǔ)元件102在低阻態(tài)的電阻。但是，上拉二極管112(或下拉二極管122)的電阻的范圍可以是0.1×Rlow到10×Rlow。當(dāng)選擇上拉二極管112和下拉二極管122的電阻時(shí)，可考慮諸如功耗、RC時(shí)間常數(shù)以及使檢測(cè)信號(hào)最大等因素。
圖8說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)存儲(chǔ)元件102尋址的方法。在步驟180，通過把預(yù)定電信號(hào)(例如預(yù)定電壓)施加到行地址線116和列地址線126來對(duì)存儲(chǔ)元件102尋址。在步驟181，在上拉二極管112和/或下拉二極管122上產(chǎn)生電流。在步驟182，采用讀出線132和/或讀出線134來確定存儲(chǔ)元件102的二進(jìn)制狀態(tài)。例如，如果存儲(chǔ)元件102處于高阻態(tài)，則電流在讀出線132中被檢測(cè)。如果存儲(chǔ)元件102處于低阻態(tài)，則在讀出線132中基本上沒有檢測(cè)到任何電流。
讀出線132和134也可用來允許或阻止對(duì)被尋址存儲(chǔ)元件102的寫入。如圖3所示，存儲(chǔ)模塊可包括多個(gè)層，各層包括存儲(chǔ)器陣列和尋址電路。預(yù)定電信號(hào)可被施加到特定層上的讀出線，從而允許或禁止對(duì)被尋址存儲(chǔ)元件的寫入。例如，參照?qǐng)D7，高電壓可被施加到讀出線132，從而允許對(duì)存儲(chǔ)元件102的寫入，以及低電壓可被施加到讀出線132，從而禁止對(duì)存儲(chǔ)元件102的寫入。
通過多個(gè)存儲(chǔ)模塊層的尋址在存儲(chǔ)模塊中，多個(gè)層可被并行尋址。存儲(chǔ)模塊可包括多個(gè)層的堆疊。各層包括一次寫入存儲(chǔ)器陣列、如存儲(chǔ)器陣列25，其中，各種層的存儲(chǔ)器陣列共用公共尋址線，從而減少到外部電路所需的連接的數(shù)量。例如，如果存儲(chǔ)模塊由各包含具有N個(gè)存儲(chǔ)元件、N個(gè)行電極和N個(gè)列電極的陣列的M個(gè)層組成，則當(dāng)在一層上對(duì)第i行和第j列尋址時(shí)，在所有層上對(duì)它們尋址。這是需要的，有兩個(gè)原因。首先，通過能夠并行讀取M層，達(dá)到給定串行比特率所需的讀寫速率除以M。其次，如果對(duì)存儲(chǔ)器的每層要求獨(dú)立的地址線，則層與層之間以及從存儲(chǔ)模塊到接口和控制電路的連接的數(shù)量則變得難以管理。
讀出線、如圖7所示的行和列讀出線132和134用來選擇用于并行尋址的層。被尋址存儲(chǔ)元件的二進(jìn)制狀態(tài)可采用行讀出二極管、列讀出二極管中的任一個(gè)或者兩種讀出線來檢測(cè)。此外，被尋址存儲(chǔ)元件的二進(jìn)制狀態(tài)由通過讀出線流入適當(dāng)選取的偏置點(diǎn)的電流來確定，如以上參照?qǐng)D7所述。
行和列讀出線的使用提供了冗余度而沒有損害讀出過程的速度，從而改進(jìn)了信號(hào)檢測(cè)余量。注意，也可通過向行或者列電極加入附加讀出線和/或通過向讀出線與行或列電極之間的連接添加并聯(lián)的額外二極管來增加冗余度。
圖9表示利用以上參照?qǐng)D7所述的技術(shù)的尋址和讀出電路250的示意圖。表示了一次寫入存儲(chǔ)器陣列中的多個(gè)存儲(chǔ)元件260。存儲(chǔ)元件260耦合到其相應(yīng)的行和列尋址電路270、280，這些尋址電路構(gòu)造為對(duì)存儲(chǔ)器陣列尋址。電路250還包括公共行讀出線274和公共列讀出線284。公共行讀出線274通過相應(yīng)的行讀出二極管272耦合到各存儲(chǔ)器陣列行電極。具體來講，各二極管272的陽(yáng)極耦合到相應(yīng)的行電極，陰極耦合到公共行讀出線。同樣，列讀出二極管282從公共列讀出線284耦合到存儲(chǔ)器陣列的相應(yīng)列電極。二極管282的陰極耦合到相應(yīng)的列電極，以及其陽(yáng)極耦合到公共列讀出線。
在所示的實(shí)例中，對(duì)中央存儲(chǔ)元件262尋址。這是因?yàn)榇鎯?chǔ)元件262耦合到尋址電路選取的行和列電極。如圖9所示，存儲(chǔ)元件262對(duì)應(yīng)于其中因所施加的電壓而沒有行或列地址二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)的尋址電路。如果存儲(chǔ)元件262的熔絲熔斷，則電流流經(jīng)行和列讀出線274、284中的讀出二極管272、282。如果熔絲沒有熔斷，則沒有電流流入讀出線274和284中的任一個(gè)，而不管陣列中的任何其它存儲(chǔ)元件中的熔絲的狀態(tài)如何。在那種情況下，沒有電流流經(jīng)與被尋址存儲(chǔ)元件對(duì)應(yīng)的讀出二極管，以及其它所有存儲(chǔ)元件未被選取，因?yàn)閷ぶ贩桨复_保至少一個(gè)地址二極管導(dǎo)通，從而保證相應(yīng)的讀出二極管被反向偏置。
如果對(duì)陣列中一個(gè)以上行或列電極尋址，則所有被尋址線的交叉點(diǎn)上的存儲(chǔ)元件的狀態(tài)仍然可以被確定，只要各存儲(chǔ)元件的至少一端可連接到與其它讀出線分開的讀出線。這個(gè)配置產(chǎn)生減少的檢測(cè)余量。例如，考慮兩個(gè)被尋址行和一個(gè)被尋址列。如果所有被尋址熔絲沒有改變，則讀出二極管通過并聯(lián)的兩個(gè)電阻連接到電源線之一，以及僅通過一個(gè)電阻連接到另一個(gè)電源線。為了能夠檢測(cè)這個(gè)條件，施加到讀出線的端子上的偏壓應(yīng)該被調(diào)節(jié)成接近電源線電壓之一，在檢測(cè)熔斷熔絲條件時(shí)產(chǎn)生更低的電流(更小的信號(hào))。當(dāng)每個(gè)被尋址行/列最多與另一個(gè)被尋址列/行相交時(shí)，如多個(gè)交叉點(diǎn)陣列共用相同地址線時(shí)的情況那樣，但具有其自身的讀出線，以及在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器的疊層的情況下，或者當(dāng)單一襯底上存在多個(gè)非互連交叉點(diǎn)陣列時(shí)，這不成問題。
圖10說明存儲(chǔ)模塊層600的體系結(jié)構(gòu)框圖，表示電路元件的相對(duì)定位的一個(gè)實(shí)例。存儲(chǔ)器陣列602在中心定位，在其周圍設(shè)置了地址/讀出線604、上拉/下拉二極管606以及電源劃線(striping)耦合608。在這些電路的周圍設(shè)置了接觸焊盤610，用于進(jìn)行外部互連。從以上說明中將會(huì)理解，層600的物理體系結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單，其中行/列電極從陣列中通過地址/讀出電路、上拉和下拉二極管及劃線連接延伸到互連接觸焊盤。地址和讀出線以同樣的方式布置，以及在導(dǎo)體交叉點(diǎn)上自動(dòng)形成所有二極管電路元件(即所有二極管是具有交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)且包括相同材料的交叉點(diǎn)電阻元件)。
存儲(chǔ)模塊層600的一部分在圖11中更詳細(xì)地表示。在這里，存儲(chǔ)器陣列602的一部分表示為具有列電極612和行電極613。列讀出線614和列地址線616穿過列電極612，形成地址/讀出電路604。在606處的列電極中形成上拉/下拉二極管。列電極612排列成條，其中電極組耦合到獨(dú)立的電源端子608a、608b。行電極(未示出)以同樣方式排列。通過一次只把電力施加到存儲(chǔ)器陣列的一部分(子陣列)、從而對(duì)其進(jìn)行選取，電源劃線連接可用作尋址方案的組成部分以及用作減少泄漏電流的機(jī)制。
假定地址和電源線經(jīng)總線(共同)連接到存儲(chǔ)模塊中的所有層，寫入數(shù)據(jù)可通過對(duì)各層上的位尋址以及選通(由電源劃線確定的)有源子陣列中從讀取電平到寫入電平的電源來執(zhí)行。但是，對(duì)不同層寫入不同數(shù)據(jù)狀態(tài)是采用讀出線下拉其中存儲(chǔ)元件二極管/熔絲要被保護(hù)的層上的電壓來實(shí)現(xiàn)的。這意味著讀出線中的讀出二極管經(jīng)受將熔斷存儲(chǔ)器陣列元件的電流。因此，讀出二極管是制作成具有更寬電壓/電流容限的更穩(wěn)固的二極管。上拉和下拉二極管還制作成具有更寬的電壓/電流容限，從而例如經(jīng)受將熔斷存儲(chǔ)器陣列元件的電流。
冗余讀出線的另一種可能的使用是在存儲(chǔ)器被寫入之前檢查其功能。信息可以從結(jié)合到行和列電極端子的電源連接的各種狀態(tài)的各種讀出線的不一致測(cè)量結(jié)果中采集，從而揭示有缺陷的存儲(chǔ)元件和/或有缺陷的尋址。這個(gè)信息可用來產(chǎn)生備用表，這些表可用來避免對(duì)存儲(chǔ)模塊的有缺陷區(qū)域的寫入，從而改進(jìn)對(duì)加工產(chǎn)量的產(chǎn)品容限。
集成電路結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器陣列和尋址電路例如可根據(jù)金屬半導(dǎo)體金屬(MSM)過程在塑料襯底50上形成。MSM過程產(chǎn)生導(dǎo)電金屬電路的兩個(gè)圖案層，其間具有一層或多層半導(dǎo)體材料。在金屬層穿過半導(dǎo)體層的相對(duì)側(cè)并與之接觸的位置，在金屬層之間形成二極管結(jié)。例如在題為“X-Y可尋址電子微開關(guān)陣列以及使用它們的讀出矩陣”的國(guó)際專利申請(qǐng)公布號(hào)WO 99/39394的說明中描述了MSM二極管集成電路的制造。通過引用將該文獻(xiàn)的公開明確地結(jié)合到本文中。
總體考慮本文所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)具有若干特征，使它特別適合于便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用，例如在數(shù)字照相機(jī)(靜止圖像和/或視頻)、數(shù)字音樂播放器/記錄器(如MP3播放器)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話等等中。存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠提供容量足以用于這些設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且能夠以較低成本來生產(chǎn)。數(shù)據(jù)可被寫入存儲(chǔ)器，以及此后被永久存儲(chǔ)。因此，能夠以低成本(例如低于大約$5)提供高容量存儲(chǔ)裝置(例如100MB到1GB以上)，用于便攜式設(shè)備中所用的永久歸檔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)模塊提供，存儲(chǔ)模塊通過采用低價(jià)材料和加工技術(shù)以低成本來生產(chǎn)。存儲(chǔ)模塊可由多個(gè)層形成，其中每個(gè)層具有交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列和尋址電路。各層可在低價(jià)柔性襯底上形成，例如在聚合物或介電涂層金屬膜上，它比傳統(tǒng)的單晶硅襯底便宜得多，且允許采用較快且低價(jià)制造工藝。在包括交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列和相關(guān)尋址電路的各層上形成的電路設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，從而能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的制造加工。具體來講，存儲(chǔ)器陣列和尋址電路根據(jù)允許采用同樣簡(jiǎn)單的工藝來制造存儲(chǔ)器陣列和尋址電路的置換二極管邏輯狀態(tài)來設(shè)計(jì)。
各存儲(chǔ)模塊層具有設(shè)置在相應(yīng)層中的兩組電極導(dǎo)體，它們之間具有半導(dǎo)體層。電極排列成正交矩陣，在每對(duì)交叉電極的交叉點(diǎn)上，以半導(dǎo)體材料形成存儲(chǔ)元件。半導(dǎo)體層允許低溫處理以便適合塑料襯底，以及可以是非晶硅材料或者由一種或多種有機(jī)半導(dǎo)體材料構(gòu)成。在電極層穿過半導(dǎo)體層并由其分隔的位置，在兩個(gè)電極導(dǎo)體之間形成整流結(jié)。各整流結(jié)可視為與熔絲串聯(lián)的二極管，以及這類結(jié)形成存儲(chǔ)器陣列和二極管邏輯尋址電路的基礎(chǔ)。
存儲(chǔ)模塊層上包含的尋址電路有助于從陣列的存儲(chǔ)元件中讀取或向其中寫入所需的外部可尋址尋址線數(shù)量的減少。這有助于例如從存儲(chǔ)模塊中的層到讀取和寫入的外部電路等等的可管理的互連數(shù)量。例如，采用所述置換二極管邏輯尋址方案，100000000位的存儲(chǔ)器陣列可通過56個(gè)外部尋址線來尋址。還可使用電源劃線，其中一次僅向存儲(chǔ)器陣列的一部分提供電力，這減少了陣列中的泄漏電流，還可構(gòu)成存儲(chǔ)器陣列尋址方案的一部分。
接口和控制電路與例如以傳統(tǒng)集成電路的形式來構(gòu)成的存儲(chǔ)模塊分離。接口和控制電路包括用于產(chǎn)生被施加到存儲(chǔ)模塊的尋址信號(hào)的電路以及用于讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀出電路。讀出方案基于電流電平而不是電荷，它允許讀出電路更易于從存儲(chǔ)模塊遠(yuǎn)程讀取數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基于存儲(chǔ)元件熔絲熔斷時(shí)的大電阻變化，它提供較大的讀出信號(hào)。
由于存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與接口和控制電路分離，因此存儲(chǔ)模塊可以在達(dá)到存儲(chǔ)容量時(shí)被替換，并且另一個(gè)存儲(chǔ)模塊可與同一個(gè)接口和控制電路配合使用。這意味著在要求更多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的大部分可再用組件不需要被替換。另外，接口和控制電路可以較為復(fù)雜，因?yàn)樗皇艽鎯?chǔ)模塊制造工藝的限制，并且可以較為昂貴，因?yàn)樗泶鎯?chǔ)系統(tǒng)中的一次性成本?？梢岳眠@個(gè)方面，在接口和控制電路中提供復(fù)雜的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，它允許存儲(chǔ)系統(tǒng)具有容錯(cuò)能力而不管是否是遠(yuǎn)程檢測(cè)，并且能夠處理制造時(shí)有缺陷的存儲(chǔ)模塊，從而從有缺陷的制造工藝成品中增加可用存儲(chǔ)模塊的數(shù)量。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的以上詳細(xì)說明僅作為實(shí)例提供，以及對(duì)所述電路、結(jié)構(gòu)、配置和過程的許多變更是可行的，只要沒有背離本發(fā)明的范圍。例如，優(yōu)選實(shí)施例的存儲(chǔ)器尋址系統(tǒng)主要是在具有多個(gè)存儲(chǔ)電路層的存儲(chǔ)模塊的上下文中描述的，但容易知道，其它許多應(yīng)用也是可行的。
存儲(chǔ)模塊的結(jié)構(gòu)在保持本發(fā)明的原理的同時(shí)還具有許多可能的變化。在所述實(shí)施例中，在各層上制作單個(gè)存儲(chǔ)器陣列，這些層相互對(duì)齊并堆疊。各層也可包括一個(gè)以上存儲(chǔ)器陣列，以及這些層也可按照不同方式堆疊、例如折扇堆疊。在某些應(yīng)用中制作在單一襯底上構(gòu)建的多個(gè)電路層可能也是有利的。
權(quán)利要求
1.一種尋址電路，用于對(duì)具有第一組和第二組地址線的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25進(jìn)行尋址，所述尋址電路包括第一組交叉點(diǎn)電阻元件114，連接到所述第一組地址線116；第二組交叉點(diǎn)電阻元件114，連接到所述第二組地址線126；以及連接到所述第一組地址線114的上拉交叉點(diǎn)電阻元件112以及連接到所述第二組地址線126的下拉交叉點(diǎn)電阻元件122其中至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的尋址電路，其特征在于，權(quán)利要求1的交叉點(diǎn)電阻元件114、112、122中每一個(gè)共用相同的第一導(dǎo)電層60、相同的第二導(dǎo)電層62以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層60與所述第二導(dǎo)電層62之間的相同的半導(dǎo)體層75。
3.如權(quán)利要求1所述的尋址電路，其特征在于，所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25包括多個(gè)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102，其中每一個(gè)包括與一次寫入電路元件64串聯(lián)的交叉點(diǎn)電阻元件66，其中所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102之一的輸入端連接到所述上拉交叉點(diǎn)電阻元件112，輸出端連接到所述下拉交叉點(diǎn)電阻元件122。
4.如權(quán)利要求3所述的尋址電路，其特征在于，所述第一組和第二組交叉點(diǎn)電阻元件114、所述上拉和下拉交叉點(diǎn)電阻元件112和122以及所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件是在相同制造過程中形成的。
5.如權(quán)利要求3所述的尋址電路，其特征在于，所述第一組和第二組交叉點(diǎn)電阻元件114、所述上拉和下拉交叉點(diǎn)電阻元件112和122以及所述存儲(chǔ)元件中的所述交叉點(diǎn)電阻元件具有基本相同的電阻率的溫度系數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的尋址電路，其特征在于，所述第一組和第二組交叉點(diǎn)電阻元件114、所述上拉和下拉交叉點(diǎn)電阻元件112和122以及所述存儲(chǔ)元件中的所述交叉點(diǎn)電阻元件是由基本相同的材料形成的，而且包括相同的交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求3所述的尋址電路，其特征在于，所述上拉交叉點(diǎn)電阻元件112和所述下拉交叉點(diǎn)電阻元件122中至少一個(gè)的電阻約等于Rlow*X，其中Rlow為所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件之一在低阻態(tài)的電阻，X的范圍為0.1到10之間且包括0.1和10。
8.如權(quán)利要求3所述的尋址電路，其特征在于還包括第一讀出線132，可用于檢測(cè)所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102之一的二進(jìn)制狀態(tài)，所述第一讀出線132包括連接到所述上拉交叉點(diǎn)電阻元件112以及所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102之一的第一讀出線交叉點(diǎn)電阻元件。
9.如權(quán)利要求8所述的尋址電路，其特征在于還包括第二讀出線134，可用于檢測(cè)所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102之一的二進(jìn)制狀態(tài)，所述第二讀出線134包括連接到所述下拉交叉點(diǎn)電阻元件122以及所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元件102之一的第二讀出線交叉點(diǎn)電阻元件。
10.一種存儲(chǔ)電路，包括交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25，具有第一組和第二組橫向電極60、62，其中在所述第一組和第二組電極60、62的交叉點(diǎn)形成各個(gè)存儲(chǔ)元件26，各存儲(chǔ)元件包括交叉點(diǎn)電阻元件66；以及尋址電路250，包括第一組交叉點(diǎn)電阻元件(行地址二極管)，連接在所述第一組地址線與所述第一組存儲(chǔ)器陣列電極之間；第二組交叉點(diǎn)電阻元件(列地址二極管)，連接在所述第二組地址線與所述第二組存儲(chǔ)器陣列電極之間；一組上拉交叉點(diǎn)電阻元件，連接到所述第一組地址線與第一組橫向電極；以及一組下拉交叉點(diǎn)電阻元件，連接到所述第二組地址線與所述第二組橫向電極。
全文摘要
尋址電路250可用于對(duì)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25中的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)元件尋址。尋址電路250包括第一組和第二組地址線116、126，用于對(duì)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列25尋址。尋址電路還包括上拉和下拉電路元件112、122。上拉和下拉電路元件112、122以及地址線116、126都包括交叉點(diǎn)電阻元件。
文檔編號(hào)G11C7/00GK1637926SQ20041010499
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
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