專利名稱：非易失性存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電子存儲裝置，且特別是有關(guān)于適于作為非易失性存儲裝置的半導(dǎo)體存儲裝置。
背景技術(shù)：
電子存儲裝置是眾所周知，見于各種電子系統(tǒng)中。例如，在計算機(jī)和其它計算裝置中具有電子存儲裝置(有時稱為計算機(jī)存儲器)。很多可移動或獨(dú)立的電子存儲裝置例如是存儲卡或固態(tài)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)已廣為人知。例如，在數(shù)字相機(jī)中可以使用移動存儲卡來存儲照片或以數(shù)字視訊記錄器(digital video recorder)來存儲數(shù)字錄像機(jī)(digital video recorder)所記錄的電影。大多數(shù)電子存儲裝置可以分類為易失性或非易失性。一般來說，易失性電子存儲裝置需要電力以維持所存儲的訊息。易失性電子存儲裝置的實例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (Static Random Access Memory, SRAM)或云力態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)，這些計算機(jī)存儲裝置只在計算機(jī)開機(jī)時保留所存儲的數(shù)據(jù)，并且當(dāng)計算機(jī)關(guān)機(jī)或斷電時丟失所存儲的數(shù)據(jù)。相反地，一般來說非易失性電子存儲裝置能夠在沒有外部電源情況保留所儲存的數(shù)據(jù)。非易失性存儲器的實例例如是存儲卡，例如常用在數(shù)字相機(jī)中的存儲卡。相機(jī)可使用這種存儲卡來記錄照片，且即使將存儲卡從相機(jī)中移出仍可保留照片資料。隨著系統(tǒng)中電子存儲裝置功能的增強(qiáng)，數(shù)據(jù)儲存容量的需求亦隨的增加。舉例來說，功能更強(qiáng)大的計算機(jī)和軟件通常會具有更多的隨機(jī)存取存儲器(random access memory, RAM)以使其更好操作；具有更大儲存容量存儲卡的高分辨率攝影機(jī)可以提供更大的圖片和影片檔案。因此，這種趨勢使電子存儲裝置業(yè)一直設(shè)法增加存儲裝置的數(shù)據(jù)儲存容量。然而，它不是簡單地增加足夠的容量就可以達(dá)成。在數(shù)據(jù)的儲存容量增加時，通常同樣需要維持令人滿意的存儲裝置的尺寸，甚至還必須使得存儲裝置的尺寸變得更小。因此， 另一種趨勢則是在一給定的尺寸下，增加數(shù)據(jù)的存儲量，也就是，增加位密度。另一方面，需要考慮的則是成本。舉例來說，當(dāng)位密度增加時，仍必須維持或降低電子存儲裝置的成本。 換言的，所期望的是能夠降低電子存儲裝置的位成本(每一位的成本)。此外，還需要考慮的則是相關(guān)的性能表現(xiàn)，例如可以更快的存取電子存儲裝置中的數(shù)據(jù)。增加位密度的方法可以透過減少個別存儲單元(memory cell)的尺寸來達(dá)成。例如，隨著制造方法的改進(jìn)，可形成小型結(jié)構(gòu)，從而允許制造更小的存儲單元。然而，一些預(yù)測顯示，在未來使用這種方法的位成本將會增加，這是因為在某些點(diǎn)上，工藝成本增加的速度會比存儲單元減小速率來得快。因此，亟需尋找各種替代的方法來增加電子存儲裝置的位密度。

發(fā)明內(nèi)容
下文描述與存儲裝置有關(guān)的存儲裝置與方法。根據(jù)本發(fā)明所揭露的一方式，存儲裝置可包括存儲單元陣列，其中每一存儲單元各自包括晶體管以及與所述晶體管串聯(lián)的電阻值切換裝置(resistanceswitching device)。所述晶體管與所述電阻值切換裝置可以各自有獨(dú)立地儲存一個或多位數(shù)據(jù)的能力。所述晶體管可以包括第一端、第二端以與柵極端， 且晶體管可以經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換。所述電阻值切換裝置可以與所述晶體管的所述第一與第二端的其中一個串聯(lián)。所述電阻值切換裝置可以經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同電阻值之間切換。所述電阻值切換裝置可以包括第一存儲層、第二存儲層以及形成在所述第一存儲層與所述第二存儲層之間的介質(zhì)層。根據(jù)本發(fā)明所揭露的另一方式，存儲裝置可以包括第一控制線、第二控制線以及與所述第一控制線和所述第二控制線通訊的存儲單元。所述存儲單元包括晶體管以及與此晶體管串連的電阻值切換裝置。所述晶體管與所述電阻值切換裝置可以各自有獨(dú)立地儲存一個或多位數(shù)據(jù)的能力。所述晶體管可以包括第一端、第二端以與柵極端。所述晶體管可以經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換。所述電阻值切換裝置可以與所述第一控制線以及所述晶體管的所述第一端串聯(lián)。所述電阻值切換裝置可以經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同電阻之間切換。所述電阻值切換裝置可以包括第一存儲層、第二存儲層以及形成在所述第一存儲層與所述第二存儲層之間的介質(zhì)層。根據(jù)本發(fā)明所揭露的再一方式，提供讀取與寫入存儲單元的方法，用以讀取與寫入至一存儲單元，所述存儲單元包括晶體管以及與所述晶體管串聯(lián)的電阻值切換裝置，其中所述晶體管與所述電阻值切換裝置可以各自有獨(dú)立地儲存一個或多位數(shù)據(jù)的能力。例如，根據(jù)本發(fā)明所揭露的一方式，讀取方法可以包括偵測存儲單元的晶體管的啟使電壓，所述晶體管經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換。所述讀取方法也可以包括偵測所述存儲單元的電阻值切換裝置的電阻，所述電阻值切換裝置經(jīng)配置在各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同電阻之間切換。所述電阻值切換裝置可以包括第一存儲層、第二存儲層以及形成在所述第一存儲層與所述第二存儲層之間的介質(zhì)層。在下文題名為[具體實施方式
」中，特舉這些或其它的特征、方式以及本發(fā)明的實施例，作詳細(xì)說明如下。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的存儲裝置的框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的存儲單元的示意圖；圖3A和圖:3B為根據(jù)圖2所示電阻值切換裝置的某些實施例所繪示的電阻值切換裝置示意圖；圖4A至圖4E為圖3A和圖中所示電阻值切換裝置的對稱雙態(tài)實施例的電阻值切換特性；圖5繪示在圖3A和圖;3B中所示電阻值切換裝置的對稱雙態(tài)實施例的存儲狀態(tài)與施加電壓之間的圖形關(guān)系；圖6繪示在圖3A和圖:3B所示讀取電阻值切換裝置的對稱雙態(tài)實施例的讀取方法的流程圖；圖7繪示在圖3A和圖;3B所示電阻值切換裝置的對稱三態(tài)實施例的切換特性；圖8繪示在圖3A和圖;3B所示電阻值切換裝置的非對稱雙態(tài)實施例的切換特性；圖9繪示在圖3A和圖:3B所示電阻值切換裝置的非對稱雙狀態(tài)/三狀態(tài)實施例的切換特性；圖10是根據(jù)圖8所示非對稱實施例所繪示的讀取電阻值切換裝置的流程；圖11是根據(jù)圖2所示電阻值切換裝置實施例所繪示的電阻值切換裝置示意圖；圖12繪示圖11所示電阻值切換裝置在編程操作和讀取操作期間電壓與電流的關(guān)系；圖13是根據(jù)圖2所示電阻值切換裝置實施例所繪示的電阻值切換裝置示意圖；圖14是繪示圖13所示電阻值切換裝置的對稱、雙PMC(dual-PMC)實施例的上部 PMC結(jié)構(gòu)的電阻切換特性；圖15繪示圖13所示電阻值切換裝置的對稱、雙PMC實施例的下部PMC結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖16是繪示雙PMC結(jié)構(gòu)的電阻值切換關(guān)系圖，此雙PMC結(jié)構(gòu)包括具有圖14和圖 15分別所示的電阻值切換特性的上部和下部PMC結(jié)構(gòu)；圖17是繪示根據(jù)圖16所示用在電阻值切換裝置中讀取方法的流程圖；圖18是繪示圖13所示電阻值切換裝置的非對稱、雙PMC實施例的上部PMC結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖19是繪示圖13所示電阻值切換裝置的非對稱、雙PMC實施例的下部PMC結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖20繪示雙PMC (dual-PMC)結(jié)構(gòu)的電阻值切換關(guān)系圖，此雙PMC結(jié)構(gòu)包括具有圖 18和圖19分別所示的電阻值切換特性的上部和下部PMC結(jié)構(gòu)；圖21是根據(jù)圖20所示電阻值切換裝置所繪的讀取流程的流程圖；圖22是根據(jù)圖2所示電阻值切換裝置的數(shù)個實施例所繪示的電阻值切換裝置的示意圖；圖23為圖22所示電阻值切換裝置實施例的上部存儲結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖M繪示圖22所示電阻值切換裝置實施例的下部存儲結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖25繪示電阻值切換裝置的電阻值切換特性，此電阻值切換裝置包括具有圖23 和圖M分別所示的電阻值切換特性的上部存儲結(jié)構(gòu)和下部存儲結(jié)構(gòu)；圖沈是根據(jù)圖25所示電阻值切換裝置所繪示的讀取流程的流程圖；圖27繪示圖22所示電阻切值換裝置實施例的上部存儲結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖觀繪示圖22所示電阻值切換裝置實施例的下部存儲結(jié)構(gòu)的電阻值切換特性；圖四繪示電阻值切換裝置的電阻值切換特性，此電阻值切換裝置包括具有圖27 和圖觀分別所示的電阻值切換特性的上部存儲結(jié)構(gòu)和下部存儲結(jié)構(gòu)；圖30是根據(jù)圖四所示電阻值切換裝置所繪示的讀取流程的流程圖；圖31繪示圖2所示存儲單元的編程流程的流程圖；圖32繪示圖2所示存儲單元的讀取流程的流程圖；圖33繪示圖2所示存儲單元的一實施例的I-V圖；圖34繪示圖2所示存儲單元的另一實施例的I-V圖。主要組件符號說明100 存儲裝置102 存儲陣列
104行譯碼器(column decoder)
106感測放大器(sense amplifier)
108歹丨J譯碼器(row decoder)
110源極開關(guān)(source switch)
BLO--BL5 位線
SL 源極線
WLO--WL4 字線
112存儲單元
120晶體管
122’,12加、122b、122c、122d 電阻值切換裝置
130襯底
132內(nèi)金屬介電層
134第一電極層
136氧化鎢層
138第一介電層
140第二介電層
142第二電極層
144第一界面區(qū)
146第二界面區(qū)
VI、'V2 負(fù)電壓
V3、V4 正電壓
RUR2 電阻
Ereset、Rreset、Sset、^set
^DETERMINE
200編程電阻值切換裝置
202讀取電阻值
204結(jié)束(Rset或Em)
206施力口 Vdeteemine
208讀取電阻值
210結(jié)束(RRESET)
212重新編程至Smil
214結(jié)束(Ereset)
Eeeseti^ Rreseti ^ Eeeset2 ^ RresET2
300編程電阻值切換裝置
302讀取電阻值
304結(jié)束(Rset或Em)
306結(jié)束(Rrket)
308結(jié)束(Rreset)
402襯底
404內(nèi)金屬介電層
406第一電極層
408導(dǎo)電栓層
410第一介電層
412第二介電層
414固體電解質(zhì)層
416第二電極層
452襯底
454內(nèi)金屬介電層
456第一電極層
458導(dǎo)電拴層
460第一介電層
462第二介電層
464第一固體電解質(zhì)層
466第二電極層
468第二固體電解質(zhì)層
470第二電極層
Vsi、Vs3 正電壓
Vs2、Vs4:負(fù)電壓
A、B、C、D 存儲狀態(tài)
500編程電阻值切換裝置
502讀取電阻值
504結(jié)束(Rreset+Ereset)
506施力口 Vdeteemine
508讀取電阻值
510結(jié)束(RRESET+Emi)
512重新編程至
514結(jié)束(Rset+Rreset)
600編程電阻值切換裝置
602讀取電阻值
604結(jié)束(Rreset+Sreset)
606結(jié)束(Rreset+Emi)
608結(jié)束(Rset+Rreset)
652上部存儲結(jié)構(gòu)
654下部存儲結(jié)構(gòu)
+Ysm、+Vreset :正電壓
~Yreset、"^set :負(fù)電壓
700編程電阻值切換裝置
702讀取電阻值0124]704結(jié)束(Rset+Sset)0125]705結(jié)束(Rreset+Ereset)0126]706施力口 Vdeteemine0127]708讀取電阻值0128]710結(jié)束(Rreset+Eset)0129]712重新編程至0130]714結(jié)束(Rset+Sreset)0131]800編程電阻值切換裝置0132]802讀取電阻值0133]804結(jié)束(Rset+Sset)0134]805結(jié)束(Rreset+Ereset)0135]806施力口 Vdeteemine0136]808讀取電阻值0137]810結(jié)束(Rreset+Eset)0138]812重新編程至0139]814結(jié)束(Rset+Sreset)0140]900編程開始0141]902擦除狀態(tài)？0142]904擦除0143]906編程Vt0144]908編程R0145]910編程結(jié)束0146]950讀取開始0147]952讀取Vt、R0148]954讀取結(jié)束0149]Rl -。R4:電阻值0150]VtL1 Vtw 閾值電壓
具體實施例方式圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的存儲裝置100的框圖。存儲裝置100可以包括存儲陣歹Ij (memory array) 102、行譯碼器(columndecoder) 104、感測放大器(sense amplifier) 106、列譯碼器(rowdecoder) 108、以及源極開關(guān)(source switch) 110。存儲陣列102可以包括多個存儲單元112。存儲裝置100的配置可使得存儲單元U2的排列方式類似具有排列成行和列的字線(word lines)WL0-WL4、位線(bit lines)BL0-BL5 以及源極線(source lines)SL 的 NOR 閃存架構(gòu)。存儲陣列102的位線BL0-BL5可以連接至感測放大器106。字線(word lines) Wi)-WL4可以連接至列譯碼器108。源極線SL可以連接至源極開關(guān)110。在地址/控制線可輸送地址訊號和控制訊號，以將地址訊號和控制訊號輸入存儲裝置100，并連接至行譯碼器104、感測放大器106、列譯碼器108及源極幵關(guān)110，并且除此的外，可以用來讀寫存取存儲陣列102。行譯碼器104可以通過控制和行選擇線(column select lines)的訊號(column select signal)而連接至感測放大器106。感測放大器106可配置成經(jīng)由輸入/輸出(I/ 0)的數(shù)據(jù)線來接收給存儲陣列102的輸入數(shù)據(jù)以及來自存儲陣列102的輸出數(shù)據(jù)。圖2繪示根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲單元112的示意圖。存儲單元112包括晶體管 120和電阻值切換裝置122。晶體管120可配置成柵極連接至字線WLn，漏極連接至電阻值切換裝置122，以及源極連接至源極線SL。晶體管120可以是一浮柵、η型晶體管、ρ型晶體管或Fin-FET配置成晶體管120的閾值電壓Vt可在兩個值或更多值之間改變，其中閾值電壓Vt的某些數(shù)值與各自的存儲單元狀態(tài)有關(guān)。例如，晶體管120可以是單階存儲單元(single-level cell, SLC)浮柵(floating gate)晶體管、多階存儲單元(multi-level cell,MLC)浮柵晶體管、 納米晶體快閃(nano-crystalflash)晶體管，或氮化物捕捉裝置(nitride trap device)。因此，晶體管120可配置成在一或多位置存儲多個閾值電壓Vt的狀態(tài)。例如，在一些實施例中，晶體管120可配置成1位的存儲裝置，能夠被編程成兩種不同的閾值電壓Vt 的其中之一。這些實施例可以包括晶體管120是單階存儲單元浮柵晶體管的實施例。在一些實施例，例如，晶體管120可經(jīng)配置為2位的存儲裝置，能夠被編程在四種不同閾值電壓 Vt的其中之一。這些實施例可以包括晶體管120是多階存儲單元浮柵晶體管的實施例。晶體管120的實施例包括一個浮柵裝置，浮柵裝置可以利用熱電子注入來進(jìn)行編程以及利用 Fowler-Nordheim(FN)電子穿隧(electron tunneling)來進(jìn)行擦除。電阻值切換裝置122可以連接在位線BLn和晶體管120的漏極之間。電阻值切換裝置122可配置成電阻值切換裝置122的電阻在多個電阻值之間改變，其中某些電阻值與各自的存儲單元狀態(tài)有關(guān)。例如，電阻值切換裝置122可以例如是Lee等人在美國專利第 7524722號所描述的電阻式存儲裝置，在此一并納入?yún)⒖?。因此，在一些實施例，存儲單?12可配置成存儲一個或多位。例如，在一些實施例，晶體管120可配置成在兩種存儲狀態(tài)之間切換，且電阻值切換裝置122可配置成在兩種存儲狀態(tài)之間切換，使得存儲單元112是2位的存儲裝置，能夠總共有4種存儲狀態(tài)。圖33繪示一實施例的I-V曲線，其中晶體管120可配置為在與各自閾值電壓 Vtl-Vt4相關(guān)的4 (2~2)種存儲狀態(tài)之間切換。電阻值切換裝置122可配置為在與各自電阻值R1-R4相關(guān)的4(2" 種存儲單元狀態(tài)之間的切換。因此，晶體管120能夠儲存兩位數(shù)據(jù)。 總共，本實施例的晶體管120與電阻值切換裝置122提供存儲單元112能有總共2~ (2+2) =16種存儲單元狀態(tài)的能力，因此提供4位的存儲單元112。圖34繪示一實施例的I-V曲線，其中晶體管120可以是多階單元而經(jīng)配置為與各自閾值電壓相關(guān)的16(2~4)種存儲狀態(tài)之間切換。閾值電壓包括每一階四個閾值電壓 (VtL1-VtL4) 0電阻值切換裝置122可配置為在與各自電阻值R1-R4相關(guān)的4 (2~2)種存儲單元狀態(tài)之間的切換。因此，晶體管120能夠儲存四位數(shù)據(jù)且電阻值切換裝置122能夠儲存兩位數(shù)據(jù)。總共，本實施例的晶體管120與電阻值切換裝置122提供存儲單元112能有總共214+2) =64種存儲單元狀態(tài)的能力，因此提供6位的存儲單元112。二者擇一地，電阻值切換裝置122可以經(jīng)配置為8(21)種存儲狀態(tài)之間切換。上述的實施例，晶體管120與電阻值切換裝置122提供存儲單元112能有總共2~ (4+3) = 128種存儲單元狀態(tài)的能力，因此提供7位的存儲單元112。進(jìn)一步實施例可以包括一個晶體管120經(jīng)配置在一組選定的編號m閾值電壓與各自的存儲狀態(tài)之間進(jìn)行切換，電阻值切換裝置122經(jīng)配置在一組選定的編號N2電阻與各自的存儲狀態(tài)之間切換，使存儲單元112因而配置成具有一個總數(shù)m+N2的存儲狀態(tài)。圖3A繪示電阻值切換裝置12 示意圖，圖3A根據(jù)的是電阻值切換裝置122的一些實施例。電阻值切換裝置12 包括襯底130、內(nèi)金屬介電(intermetal dielectric, IMD) 層132，第一電極層134、氧化鎢層136、第一介電層138、第二介電層140和第二電極層142。襯底130可以是硅襯底132，并且內(nèi)金屬介電層132可以是由已知方法，例如透過化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)形成在襯底130上的氧化層或其它電性絕■層(electrically-insulatinglayer)。第一電極1；34可以由氮化鈦(titanium nitride, TiN)形成，并由CVD或物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)沉積在IMD層132上。另外，第一電極134的材料可包括摻雜多晶娃(dopedpolysilicon)、招(aluminum)、銅(copper)或氮化鉭(tantalum nitride, TaN)。氧化鎢層136形成在第一電極134的上方。第一介電層138和第二介電層140位于氧化鎢層136的側(cè)面且形成在第一電極134上。介電層138和140可以包含，例如，二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或類似的絕緣材料。氧化鎢層136、第一介電層138和第二介電層140所組成的結(jié)構(gòu)的形成方法，可以先在第一電極的上方形成用來作為介電層138和 140的連續(xù)介電層，其形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。接著，將一部分的連續(xù)介質(zhì)層移除，例如是透過光刻和蝕刻，從而在第一介電層138和第二介電層140之間形成間隙(gap)。 接下來，可以在第一介電層138和第二介電層140之間的間隙的中形成氧化鎢層(tungsten oxide layer) 136。更具體地說，氧化鎢層136的形成方法可以先在第一介電層138和第二介電層140之間的間隙沉積鎢，然后進(jìn)行氧化工藝，使鎢被氧化。例如，可以使用熱氧化方法使得氧擴(kuò)散到大多數(shù)或所有的鎢層，從而造成氧化鎢層136的形成。第二電極142可以是氮化鈦(titanium nitride，TiN)，可以CVD或PVD法沉積在氧化鎢層136上。同樣地第二電極142可延伸到介電層138和140的上方。第二電極142 的材料可選擇性包括摻雜多晶硅、鋁、銅或氮化鉭(TaN)。氧化鎢層136的全部氧化可形成具有可調(diào)電阻的第一界面區(qū)144和第二界面區(qū) 146。圖;3B繪示第一界面區(qū)144和第二界面區(qū)146的位置。第一界面區(qū)144包括在第一電極134和氧化鎢層136界面的區(qū)域。第二界面區(qū)146包括在第二電極142和氧化鎢層136 界面的區(qū)域。圖4A至圖4E繪示電阻值切換裝置12 的對稱雙狀態(tài)實施例的電阻切換特性。也就是說，在本實施例中，電阻值切換裝置12 包括兩界面區(qū)144和146，每一界面區(qū)有兩種電阻值(存儲單元狀態(tài))，每一界面區(qū)至少與另一界面區(qū)實質(zhì)上對稱。在另一實施例中，其包括此處所述的，可以包括未對稱的實施例和/或(and/or)包括每一界面區(qū)有兩種以上的電阻值者。第一電極134和第二電極142兩者之間的電阻可以透過氧化鎢層136而在兩電阻值Rl和R2之間調(diào)整。電阻值切換裝置12 的電阻值切換行為可以發(fā)生在第一界面區(qū)144 或第二界面區(qū)146。如后述參考圖4A至圖4E的詳細(xì)記載，電壓脈沖可用于在第一界面區(qū)144或第二界面區(qū)146兩者間做選擇，以作為控制電阻值切換裝置12 的切換行為的界面區(qū)。這一點(diǎn)很重要，因為將電阻值從Rl切換到R2(反的亦然)所需要的電壓，是取決于第一界面區(qū)144或第二界面區(qū)146是否為目前正在控制電阻值切換裝置12 的切換行為。圖4A至圖4E繪示電阻值切換裝置12 的對稱雙狀態(tài)實施例的電阻值切換特性。 也就是說，在目前的實施例，電阻值切換裝置12 包括兩個界面區(qū)144和146，每一界面區(qū)有兩種電阻值(存儲狀態(tài))，每一界面區(qū)至少大致上對稱其它界面區(qū)。另一實施例，包括在此所描述的，可以包括非對稱和/或每一界面區(qū)包括兩種以上電阻值的實施例。第一電極134和第二電極142兩者之間的電阻可透過氧化鎢層136而調(diào)整在兩電阻值Rl和R2之間。電阻值切換裝置12 的電阻值切換行為可以發(fā)生在第一界面區(qū)144 或第二界面區(qū)146。如后述參考圖4A至圖4E的詳細(xì)記載，電壓脈沖可用于在第一界面區(qū) 144或第二界面區(qū)146兩者之間做選擇，以作為控制電阻值切換裝置12 的切換行為的界面區(qū)。這一點(diǎn)很重要，因為將電阻值從Rl切換到R2(反的亦然)所需要的電壓，是取決于第一界面區(qū)144或第二界面區(qū)146是否為目前正在控制電阻值切換裝置12 的切換行為。首先參閱圖4A，該圖繪示當(dāng)?shù)诙缑鎱^(qū)146在控制電阻值切換特性時，本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性。在這里，電阻值切換裝置12 可以被控制成具有重置電阻值(reset resistance)Rl或者設(shè)定電阻值(set resistance)R2。如電阻值切換裝置12 的電阻值是Rl，利用跨越電阻值切換裝置12 施加負(fù)電壓V2，如圖;3B所示在電壓供應(yīng)端和接地之間，電阻值可從Rl降低到R2。同樣，若電阻值切換裝置12 的電阻值是R2，利用跨越電阻值切換裝置12 施加正電壓V4，電阻值可從R2增加到R1。圖4B繪示從第二界面區(qū)146切換控制至第一界面區(qū)144的流程。具體來說，通過跨越電阻值切換裝置12 施加負(fù)電壓VI，本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性的控制可以從第二界面區(qū)146切換至第一界面區(qū)144。在圖4B的切換結(jié)果如圖4C所示，其中第一界面區(qū)146現(xiàn)在正在控制本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性。為了觀察當(dāng)?shù)谝唤缑鎱^(qū)144正在控制時本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性以及當(dāng)?shù)诙缑鎱^(qū)146正在控制時本實施例電阻值切換裝置12 的電值阻切換特性兩者之間的差異性，可以將圖4C所示行為與圖4A做比較。現(xiàn)在參閱圖4C，以第一界面區(qū)144進(jìn)行控制，利用跨越電阻值切換裝置12 施加正電壓V3，電阻值可從Rl降低到R2，而且通過跨越電阻值切換裝置12 施加負(fù)電壓VI，電阻值可從R2增加到R2。圖4D繪示從第一界面區(qū)144切換控制至第二界面區(qū)146的流程。具體來說，利用跨越電阻值切換裝置12 施加正電壓V4，本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性的控制可以從第一界面區(qū)144切換至第二界面區(qū)146。具體來說，利用跨越電阻值切換裝置12 施加正電壓V4，電阻值切換裝置12 的本實施例的電阻值切換特性的控制可以從第一界面區(qū)144切換至第二界面區(qū)146。在圖4D的切換結(jié)果如圖4E所示，與圖4A相同，其中第二界面區(qū)146再次控制著本實施例電阻值切換裝置12 的電阻值切換特性。因此，電阻值切換裝置12 可以設(shè)定為四種狀態(tài)的任何一種，可以作為四種存儲狀態(tài)(1)第一界面控制和電阻值=RI ( “Ε_ ”狀態(tài))；( 第一界面控制和電阻值= R2( “Em”狀態(tài))；(3)第二界面控制和電阻值=Rl( "Rkeset”狀態(tài))；(4)第二界面控制和電阻值=R2 ( "Rset"狀態(tài))。Esei與之間的狀態(tài)很難區(qū)分。但是，和Rreset的狀態(tài)能夠可靠地互相區(qū)分。此外，RKESET和RKESET的各狀態(tài)能夠可靠地區(qū)別于Em和的狀態(tài)。 因此，根據(jù)本實施例，電阻值切換裝置12 可以配置成作為三狀態(tài)存儲裝置，其具有如下
狀態(tài)⑴S腿“2) R RESET ， ⑶Es— ET參考圖5和圖6，根據(jù)三狀態(tài)存儲裝置的實施例，描述讀取電阻值切換裝置12 的流程。圖5繪示電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)與施加電壓之間的圖形關(guān)系，且圖6繪示讀取流程的流程圖。首先，在方塊200，電阻值切換裝置12 已經(jīng)編程成存儲單元狀態(tài)(1)Ε_、(2) REESET> (3)Em或Ket的其中一種。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122a，以決定哪個存儲狀態(tài)被寫入電阻值切換裝置12加。在方塊202，決定電阻值切換裝置12 的電阻值。如圖5所示，不管第一界面區(qū)144和第二界面區(qū)146的哪一個在進(jìn)行控制，電阻值可以預(yù)期為較高的電阻值E_/Rkeset或較低電阻值&!/%ΕΤ。若偵測到較低電阻值Em/%ET， 此流程結(jié)束于方塊204，并決定電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)為‘/%『反的，若偵測到較高電阻值2·/Χκετ，此流程繼續(xù)進(jìn)行，以便區(qū)分存儲狀態(tài)和Rkeset存儲狀態(tài)。利用確定第一界面區(qū)144和第二界面區(qū)146的哪一個正在進(jìn)行控制，存儲狀態(tài)可與2_存儲狀態(tài)區(qū)分。如圖6所示的流程，這是利用施加電壓Vdetekmine來實現(xiàn)，為此
電阻值切換裝置的行為將有所不同，其取決于第一界面區(qū)144和第二界面區(qū)146中的哪一個在進(jìn)行控制?？梢宰鳛閂detekmine的電壓電平的例子為如圖5所示。在此，電壓電平Vdetekmine 是如圖4A至圖4E所示的電壓電平V3和V4之間的電壓電平。再參考方塊206可知道電阻值電平很高(例如，圖4A至圖4E中的Rl)，可以理解電阻值切換裝置12 的行為不同于跨越電阻值切換裝置12 施加電壓Vdetekmine的情形，其取決于第一界面區(qū)144和第二界面區(qū) 146哪一個正在進(jìn)行控制。例如，根據(jù)圖4A若第二界面區(qū)146在進(jìn)行控制，電壓Vdetekmine的施加不會改變電阻值切換裝置12 的電阻值，而偏離電阻值R1。另一方面，根據(jù)圖4D，若第一界面區(qū)144在進(jìn)行控制，電壓Vdetekmine的施加將改變電阻值切換裝置12 的電阻值，使的從電阻值Rl改變至電阻值R2。因此，在方塊206，電壓Vdetekmine被施加跨越電阻值切換裝置122a，然后在方塊 208，測量電阻值切換裝置12 的電阻。若較高電阻值E_/Rkeset仍然被偵測到，可以斷定第二界面區(qū)146在進(jìn)行控制，這是因為電阻值沒有受到Vdeteemine的施加而改變。接著，此流程結(jié)束于方塊210，并決定電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)是Rkeset存儲狀態(tài)。反的，若偵測到較低電阻值‘/?。棵?，可以判斷第一界面區(qū)144在進(jìn)行控制，因為電阻值受到Vdeteemine的施加而改變。請注意在這種情況下，Vdetekmine的施加將控制從第一界面區(qū)144切換至第二界面區(qū)146。接著，此流程繼續(xù)到方塊212，其中切換控制被切換回第一界面區(qū)144，使得電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)不受目前讀取流程影響。然后，此流程結(jié)束于方塊214，并決定此電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)是2_存儲狀態(tài)。圖7至圖9繪示電阻值切換裝置12 的替代實施例的電阻值切換特性。更具體地說，圖7繪示電阻值切換裝置12 的對稱三狀態(tài)實施例的切換特性；圖8繪示電阻值切換裝置12 的非對稱雙狀態(tài)實施例的切換特性；以及圖9繪示電阻值切換裝置12 的非對稱雙狀態(tài)/三狀態(tài)實施例的切換特性。通過改變電極層134和電極層142的組成和/或氧化鎢層136的組成可制造出這些和其它替代實施例。例如，其中的電極層134和電極層142由TiN形成，與Rkeset或S·狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻可以增加或減少，視TiN的氮含量。同樣，Rkeset或2·狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻可以增加或減少，其取決于氧化鎢層136的氧含量。如圖7所示的電阻值切換裝置12 的對稱三狀態(tài)實施例的切換特性，其包括每一界面區(qū)144/146有三種電阻值(存儲狀態(tài))。對于第一界面區(qū)144正在進(jìn)行控制時的存儲狀態(tài)是Esid 及S 。對于第二界面區(qū)146正在進(jìn)行控制的存儲狀態(tài)是&et、Rkeset1及
狀態(tài)Em及Ket之間很難區(qū)分。但是，狀態(tài)Smm 、SRESET2、RRESETI 及Rkeset2能可靠地彼此區(qū)分。此夕卜，每一種狀態(tài)Sreseti ^ERESET2^ RRESETI 及Rkeset2可以可靠地與狀態(tài)Es!及區(qū)別。 因此，根據(jù)目前實施例的電阻值切換裝置12 可以設(shè)置成五種狀態(tài)的存儲裝置，其具有狀態(tài)(1) Sreseti、(2) RresΕΤ2 λ
⑶R RESETl、 ⑷R RESET2 及⑶Es ET A 丄、SET ο圖8所示的電阻值切換裝置12 的非對稱雙狀態(tài)實施例的切換特性，包括每一界面區(qū)144/146有三種電阻值(存儲狀態(tài))，其中Rkeset電阻值可與Esmei電阻值區(qū)分。對于第一界面區(qū)144正在進(jìn)行控制的存儲狀態(tài)是Em及2_。對于第二界面區(qū)1465正在進(jìn)行控制的存儲狀態(tài)是及Rkeset。狀態(tài)Em及之間很難區(qū)分。但是，狀態(tài)E·及rkeset能可靠地彼此區(qū)分。此外，狀態(tài)E·及Rkeset中的每一個可以與狀態(tài)Esi及可靠地區(qū)分。 因此，根據(jù)目前實施例的電阻值切換裝置12 可以設(shè)置成三種狀態(tài)的存儲裝置，其具有狀態(tài)(1) Sreset、
⑵R RESET 及⑶Es ET圖10是根據(jù)圖8的非對稱實施例所繪示的讀取電阻值切換裝置12 的流程。首先，于方塊300，電阻值切換裝置12 已經(jīng)編程成存儲狀態(tài)(1)2·、⑵Rkeset及(3)Esei或 Rset的其中一種。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122a，以確定哪一個存儲狀態(tài)被寫入電阻值切換裝置12加。在方塊302，確定電阻值切換裝置12 的電阻。如圖 8所示，不管第一界面區(qū)144和第二界面區(qū)146中的哪一個正在進(jìn)行控制，電阻可以預(yù)期為第一電阻、第二電阻Rkeset或第三電阻Em/%ET的其中之一。若電阻值Em/%ET被偵測出，此流程于方塊304結(jié)束，并確定電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)為Esi/Rset。若電阻值 Reeset被偵測出，此流程于方塊306結(jié)束，并確定電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)為Rkeset。 若電阻值2_被偵測出，此流程于方塊308結(jié)束，并確定電阻值切換裝置12 的存儲狀態(tài)為 Sreset °再次參照圖9，電阻值切換裝置12 的非對稱雙狀態(tài)/三狀態(tài)實施例的切換特性圖包括兩個與第一界面區(qū)144相關(guān)聯(lián)的電阻值(存儲狀態(tài))以及三個與第二界面區(qū)146 相關(guān)聯(lián)的電阻值(存儲狀態(tài))。對于第一界面區(qū)144正在進(jìn)行控制時的存儲狀態(tài)為E皿及 Ε_。對于第二界面區(qū)146正在進(jìn)行控制時的存儲狀態(tài)為1 皿、1^皿1及1^皿2。狀態(tài)E51!和 Rset之間很難區(qū)分。但是，狀態(tài)E_、Rreseti及Rreset2能可靠地彼此區(qū)分。此外，可以可靠地從Es!及狀態(tài)區(qū)別狀態(tài)S_、Rreset1及Rreset2中的每一個。因此，根據(jù)本實施例的電阻值切換裝置12 可以設(shè)置成作為四狀態(tài)存儲裝置，其具有狀態(tài)(1)E_、(2)RKESET1、(3)Reeset2
及(4)2^1或??？卿。圖11是根據(jù)電阻值切換裝置122某些實施例所繪示的電阻值切換裝置122b 的示意圖。電阻值切換裝置12 包括一個可編程金屬化存儲單元(programmable metallization cell, PMC)。電阻值切換裝置122b包括襯底402、金屬層間介電 (intermetal dielectric, IMD)層 404、第一電極層 406、導(dǎo)電插塞層(conductive plug layer)408、第一介電層410、第二介電層412，固態(tài)電解質(zhì)層(solid electrolytelayer) 414及第二電極層416。襯底402可以是硅襯底(silicon substrate)，金屬層間介電層404可以通過已知方法，例如化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)法將氧化層或其它電絕緣層形成在襯底402上。第一電極層406的材料可以是氮化鈦(TiN)，其位于IMD層404上，可通過CVD或物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)法來形成的?；蛘撸谝浑姌O406的材料可包括摻雜多晶硅、鋁、銅或氮化鉭(TaN)。導(dǎo)電插塞層408形成在第一電極406上。第一介電層410和第二介電層412位于導(dǎo)電插塞層408的側(cè)面且形成在第一電極406上。介電層410和介電層412可以包含，例如，二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、或類似的絕緣材料。導(dǎo)電插塞層408可以包含鎢。導(dǎo)電插塞層408、第一介電層410及第二介電層412所組成的結(jié)構(gòu)的形成方法，可以先在第一電極406之上形成用來作為介電層410和412的連續(xù)介電層，其形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。接著，將一部分的連續(xù)介質(zhì)層移除，例如透過光刻和蝕刻，從而在第一介電層410 和第二介電層412之間形成間隙。接下來，可以在第一介電層410和第二介電層412之間的間隙中形成導(dǎo)電插塞層408。更具體地說，導(dǎo)電插塞層408的形成可以在第一介電層410 和第二介電層412之間的間隙的中沉積導(dǎo)電插塞層408的材料。固態(tài)電解質(zhì)層(solid electrolyte layer) 414可透過沉積方式形成在導(dǎo)電插塞層408上。固態(tài)電解質(zhì)層414還可以延伸到介電層410和412上。固態(tài)電解質(zhì)層414可包括過渡金屬氧化物(transition metaloxide)或包含至少一個硫元素的材料。例如，固態(tài)電解質(zhì)層414可以包含GeS/Ag或Gek/Ag。第二電極層416可在在固態(tài)電解質(zhì)層414上。第二電極層416可以是可氧化電極。 第二電極層416可以包含可氧化電極材料，如銀、銅或鋅。圖11所示的電阻值切換裝置122b的實施例構(gòu)成一個單一 PMC結(jié)構(gòu)。圖12顯示電阻值切換裝置122b的單一 PMC實施例在編程操作和讀取操作的期間所產(chǎn)生的電壓與電流圖。確切的電壓和電流電平可以從圖12所示的內(nèi)容加以改變。一開始，電阻值切換裝置122b可能沒有編程，因此可能具有較高的電阻值。若在第二電極層416施加較高的電壓并且在第一電極層406施加較低的電壓，直到被施加一組閾值電壓(VI或可編程電壓)，沒有電流可流過電阻值切換裝置122b。在實施例中，該組閾值電壓Vl可以如約0. 7伏特。當(dāng)施加電壓升高超過閾值電壓VI，電流可能流動，直到達(dá)到工作電流IW和可被編程電路所束縛(例如，受限制)。在一個實施例中，電壓也可降低到0 伏特，由此電流降至0安培，從而完成了電阻值切換裝置122b的編程。若要偵測或讀取存儲單元狀態(tài)時，感測電壓(VS)可施加于電阻值切換裝置122b。 該測應(yīng)電壓VS可能低于閾值電壓VI。在說明例子中，感測電壓VS可以如約0.3伏特。當(dāng)電阻值切換裝置122b如上所述一般被編程(設(shè)定，SET)并且感測電壓VS施加于電阻值切換裝置122b時，工作電流IW可以流過電阻值切換裝置122b。如電阻值切換裝置122b不是被編程(重置，RESET)，當(dāng)施加感測電壓VS時，電阻值切換裝置122b只有很少或根本沒有電流流過。在一實施例中，一較低的電壓，如負(fù)電壓(也稱為重置閾值電壓(reset threshold voltage))可施加于電阻值切換裝置122b，以擦除或重置編程狀態(tài)。在說明的例子中，重置閾值電壓可以如約-0. 3伏特。當(dāng)于重置閾值電壓施加于電阻值切換裝置122b時，負(fù)電流可以流過電阻值切換裝置122b。當(dāng)負(fù)電壓下降到低于重置閾值電壓時，電流可能會停止流動(即減少至0安培)。在重置閾值電壓已經(jīng)施加于電阻值切換裝置122b后，電阻值切換裝置122b可如先前的編程操作一般，具有相同的高電阻，由此擦除或重置存儲在電阻值切換裝置12 的值。圖13是根據(jù)電阻值切換裝置122的某些實施例所繪示的電阻值切換裝置示意圖。 電阻值切換裝置122c包括一個雙PMC(dual-PMC)結(jié)構(gòu)。電阻值切換裝置122c包括襯底 452、金屬層間介電(IMD)層454，第一電極層456、導(dǎo)電插塞層458、第一介電層460、第二介電層462、第一固態(tài)電解質(zhì)層464、第二電極層466、第二固態(tài)電解質(zhì)層468及第三電極層 470。襯底452可以是硅襯底，金屬層間介電層妨4可以通過已知方法，例如化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)法將氧化層或其它電絕緣層形成在襯底452上。第一電極層456的材料可以是氮化鈦(TiN)，其位于在IMD層妨4上，可通過CVD 或物理氣相沉積(PVD)法來形成的。或者，第一電極層456的材料可包括摻雜多晶硅、鋁、 銅、或氮化鉭(TaN)。導(dǎo)電插塞層458形成于第一電極456上。第一介電層460和第二介電層462位于導(dǎo)電插塞層458的側(cè)面且形成于第一電極456上。介電層460和462可以包含例如二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、或類似的絕緣材料。導(dǎo)電插塞層458可以包含鎢。導(dǎo)電插塞層 458、第一介電層460及第二介電層462所組成的結(jié)構(gòu)的形成方法，可以先在第一電極456 上形成作為介電層460和462的連續(xù)介電層，其形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。接著， 將一部分的連續(xù)介質(zhì)層移除，例如透過光刻和蝕刻，從而在第一介電層460和第二介電層 462之間形成間隙。接下來，可以在第一介電層460和第二介電層462之間的間隙中沉積導(dǎo)電插塞層458。更具體地說，導(dǎo)電插塞層458的形成方法，可以在第一介電層460和第二介電層462之間的間隙沉積導(dǎo)電插塞層408的材料。固態(tài)電解質(zhì)層464可透過沉積方式形成在導(dǎo)電插塞層458上。固態(tài)電解質(zhì)層464 還可以延伸到介電層460和462上。固態(tài)電解質(zhì)層464可包括過渡金屬氧化物或包含至少一個硫元素的材料。例如，固態(tài)電解質(zhì)層464可以包含GeS/Ag或Gek/Ag。第二電極層466可透過沉積方式形成在固態(tài)電解質(zhì)層464上。第二電極層466可以是可氧化電極。第二電極層466可以包含可氧化電極材料，如銀、銅或鋅。第二固態(tài)電解質(zhì)層468可透過沉積方式形成在第二電極層466上。第二固態(tài)電解質(zhì)層468可包括過渡金屬氧化物或包含至少一個硫元素的材料。例如，第二固態(tài)電解質(zhì)層 468 可以包含 GeS/Ag 或 Gek/Ag。第三電極層470可透過沉積方式形成在第二固態(tài)電解質(zhì)層468上。第三電極層 470可以包含導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料，例如是TiN。圖13所示的電阻值切換裝置122c的實施例形成了一個雙PMC(dual-PMC)結(jié)構(gòu)， 包括上部PMC結(jié)構(gòu)472以及下部PMC結(jié)構(gòu)474。每一個PMC結(jié)構(gòu)472、474能夠被編程為兩個存儲狀態(tài)，分別對應(yīng)至各自的電阻值。上部PMC結(jié)構(gòu)472的存儲狀態(tài)包括標(biāo)示為Rkeset和 Rset的存儲狀態(tài)，其分別對應(yīng)于相對高和相對低的電阻值。下部PMC結(jié)構(gòu)474的存儲狀態(tài)包括標(biāo)示為和Esii的存儲單元狀態(tài)，其分別對應(yīng)于相對高和相對低的電阻值。在一些實施例，與Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值可以大致±等于與相關(guān)聯(lián)的電阻值，而在另一些實施例中與RRESET和E·相關(guān)聯(lián)的各電阻值也可以不相同。同樣，在一些實施例，與相關(guān)聯(lián)的電阻值可大致上等于與Esi相關(guān)聯(lián)的電阻值，而在另一些實施例中與和Esei相關(guān)聯(lián)的各電阻值也可不相同。圖14至圖16顯示電阻值切換裝置122c的對稱、雙PMC(dual-PMC)實施例的電阻值切換特性圖。更具體地說，圖14顯示上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換特性，圖15顯示下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值切換特性，圖16顯示由上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474形成的雙PMC結(jié)構(gòu)的對稱實施例的整體電阻值切換特性。如圖14所示，跨越整個上部PMC結(jié)構(gòu)472的正電壓Vsi會導(dǎo)致上部PMC結(jié)構(gòu)472 的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值。跨越整個上部PMC結(jié)構(gòu)472的負(fù)電壓 Vs2會導(dǎo)致上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換到與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值。如圖15所示，跨越整個下部PMC結(jié)構(gòu)474的正電壓Vs3會導(dǎo)致下部PMC結(jié)構(gòu)474 的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Esi相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭秸麄€下部PMC結(jié)構(gòu)474的負(fù)電壓Vs4 會導(dǎo)致下部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換到與存儲狀態(tài)2_相關(guān)聯(lián)的電阻值。圖14和圖15所示的上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474的對稱實施例的組合，導(dǎo)致了存儲裝置能夠有如圖16所示的四種存儲狀態(tài)A至D。存儲狀態(tài)A至D中的每一種是與上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474的存儲狀態(tài)的電阻值的各自總和相關(guān)聯(lián)。當(dāng)上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)Α，使得存儲狀態(tài)A的雙PMC 結(jié)構(gòu)的整體電阻為&ET+S·。當(dāng)上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值具有與存儲狀態(tài)‘相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)D，使得存儲狀態(tài)D的雙PMC結(jié)構(gòu)的整體電阻為Esi+Rkeset。當(dāng)上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值時，存儲狀態(tài)B和C兩者均發(fā)生，使得存儲狀態(tài)B和C的雙PMC結(jié)構(gòu)的整體電阻值為Rkeset+S·。因此，存儲單元狀態(tài)B和C是很難區(qū)分，所以電阻值切換裝置122c的雙PMC結(jié)構(gòu)可以以具有存儲狀態(tài)的A、B (或C)和D的三狀態(tài)存儲裝置來實現(xiàn)。接著參考圖17描述根據(jù)實施例的三態(tài)、對稱與雙PMC存儲裝置，讀取電阻值切換裝置122c的流程，圖17顯示讀取流程的流程圖。首先，在方塊500，電阻值切換裝置122c已經(jīng)被編程成存儲狀態(tài)A、B/C、或D的其中之一。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122c，以決定哪一個存儲狀態(tài)寫入電阻值切換裝置122c中。在方塊502，決定電阻值切換裝置122c的電阻值。在目前的對稱實施例，相應(yīng)于與相關(guān)聯(lián)的電阻值大致上等于與E511相關(guān)聯(lián)的電阻值，與Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值大致等于與相關(guān)聯(lián)的電阻值。因此，電阻值切換裝置122c的電阻值可以預(yù)期是一個較高的電阻值R = RRESET+RRESET或是一個較低的電阻值R = (RRESET+ESET)或(Rset+S_)。 若較高的電阻值R = Rresei+RRESET被偵檢，則該流程結(jié)束于方塊504，并確定電阻值切換裝置 122c的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)B/C(S_+Rkeset)。否則，若偵測到較低電阻值，此流程將繼續(xù)， 以便區(qū)分存儲狀態(tài)A (RSEX+RKESEX)和D (REESET+Rm)。接著在方塊506中，施加電壓Vdetekmine于整個電阻值切換裝置122c，然后在方塊 508中測量電阻值切換裝置122c的電阻值。在此實施例，Vdeteemine的電壓為可選擇的，使得若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A時，將會導(dǎo)致上部PMC結(jié)構(gòu)472從切換至Rkeset，但若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)D時，則不會產(chǎn)生任何改變。因此，Vdetekmine的電壓是介于Vsi和^3之間。另外， Vdeteemine的電壓可以從Vs2和Vs4兩者間選擇時，這使得若存儲狀態(tài)是存儲單元狀態(tài)D時，將會導(dǎo)致下部PMC結(jié)構(gòu)472從切換至Rkeset，但若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A時，則不會造成任何改變。假如在方塊508偵測出較低電阻值等于Rkeset+Esi(也等于，因為電阻值沒有因為Vdetekmine的施加而改變，故可確定存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)D。因此，該流程于方塊 510結(jié)束，并確定電阻值切換裝置122c的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)D。反的，若較高的電阻值 Rresei+RRESET于方塊508被偵測出，因為電阻值通過Vdeteemine的施加而改變，故可以確定存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)A。請注意，在這種情況下，Vdetekmine的施加將上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值從 RSET切換至RKESET。接著，此流程繼續(xù)至方塊512，其中上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換回至
(例如，利用Vs2的施加)，使得電阻值切換裝置122c的存儲狀態(tài)不會受到目前讀取流程的擾亂。然后，此流程于方塊514結(jié)束，并決定電阻值切換裝置122c的存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A。圖18至圖20等圖顯示一種電阻值切換裝置122c的非對稱、雙PMC的實施例。更具體地說，圖18顯示上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換特性，圖15顯示下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值切換特性，圖16顯示由上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474形成的雙PMC結(jié)構(gòu)的非對稱實施例的整體電阻值切換特性。如圖18所示，跨越整個上部PMC結(jié)構(gòu)472的正電壓Vsi會導(dǎo)致上部PMC結(jié)構(gòu)472 的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭秸麄€上部PMC結(jié)構(gòu)472的負(fù)電壓 Vs2會導(dǎo)致上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換到與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值。如圖19所示，跨越整個下部PMC結(jié)構(gòu)474的正電壓Vs3會導(dǎo)致下部PMC結(jié)構(gòu)474 的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Esi相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭秸麄€下部PMC結(jié)構(gòu)474的負(fù)電壓Vs4 會導(dǎo)致下部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值切換到與存儲狀態(tài)￡_相關(guān)聯(lián)的電阻值。如，圖18和圖19所示的上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474的非對稱實施例的組合，導(dǎo)致了存儲裝置能夠有圖20所示的四種存儲狀態(tài)A至D。存儲狀態(tài)A至D中的每一種是與上部PMC結(jié)構(gòu)472和下部PMC結(jié)構(gòu)474的存儲狀態(tài)的電阻值的各自總和相關(guān)聯(lián)。 當(dāng)上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474 的電阻值具有與存儲狀態(tài)S·相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)Α，使得存儲狀態(tài)A的雙 PMC結(jié)構(gòu)的整體電阻值為&ET+S·。當(dāng)上部PMC結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset 相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值具有與存儲單元狀態(tài)Esi相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)D，使得存儲狀態(tài)D的雙PMC結(jié)構(gòu)的整體電阻值為Esi+Rkeset。當(dāng)上部PMC 結(jié)構(gòu)472的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部PMC結(jié)構(gòu)474的電阻值具有與存儲狀態(tài)E·相關(guān)聯(lián)的電阻值時，存儲單元狀態(tài)B和C兩者均發(fā)生，使得存儲狀態(tài)B 和C的雙PMC結(jié)構(gòu)的整體電阻值為Rkeset+E·。因此，存儲狀態(tài)B和C是很難區(qū)分，所以電阻值切換裝置122c的雙PMC結(jié)構(gòu)可以以具有存儲狀態(tài)的A、B (或C)和D的三狀態(tài)存儲裝置來實現(xiàn)。圖21顯示一種讀取電阻值切換裝置122c的替代方法，是根據(jù)如圖18至圖20所示具有不對稱電阻性切換特性的不對稱實施例。首先，于方塊600，電阻值切換裝置122c已經(jīng)被編程為存儲單元狀態(tài)A、B/C、或D的其中一種。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122c，以確定存儲狀態(tài)A、B/C、或D的其中一種被寫入電阻值切換裝置122c。 在方塊602確定電阻值切換裝置122c的電阻。如圖20，電阻值可以預(yù)期為與存儲狀態(tài) A (Rset+RKE^T)、B/C (Rkesex+RKESET)、或 D (RSET+Reeset)的其中之一相關(guān)聯(lián)的電阻值。若電阻值 Rkeset+E_被偵測出，此流程于方塊604，并確定電阻值切換裝置122c的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)B/C。若電阻值Ese^Rkeset被偵測出，此流程于方塊606結(jié)束，并確定電阻值切換裝置122c 的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)D。若電阻值被偵測出，此流程于方塊608結(jié)束，并確定電阻值切換裝置122c的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)A。除了圖1和圖2所示的電阻值切換裝置122的上述實施例12h、122b和122c，可理解的是電阻值切換裝置122還可以有許多其它實施例。圖22繪示更為一般化的實施例的框圖，通常稱為電阻值切換裝置122d。電阻值切換裝置122d包括一上部存儲結(jié)構(gòu)652和一下部存儲結(jié)構(gòu)654，其中存儲結(jié)構(gòu)652和6M中的每一個包括各自的半導(dǎo)體電阻值切換存儲裝置。例如，上部存儲結(jié)構(gòu)652可包括PMC、電阻性隨機(jī)存取存儲器(Resistive Random Access Memory, RRAM),磁阻性隨機(jī)存取存儲器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM) 或鐵電隨機(jī)存取存儲器(Ferroelectric Random AccessMemory，F(xiàn)RAM)。同樣,下部存儲結(jié)構(gòu)6M可包括PMC、RRAM、MRAM，或FRAM。另外，上部存儲結(jié)構(gòu)652和下部存儲結(jié)構(gòu)6M可以包括任何電子存儲裝置，能夠切換兩種電阻值(相當(dāng)于兩種存儲狀態(tài))。上部存儲結(jié)構(gòu)652的存儲狀態(tài)包括標(biāo)示為Rkeset和的存儲狀態(tài)，分別對應(yīng)于相對高和相對低的電阻值。正的重置電壓(+Vkeset)可以切換上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值至電阻值Rkeset，而負(fù)的設(shè)定電壓(-Vset)可以切換上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值至電阻值&ετ。下部存儲結(jié)構(gòu)6Μ的存儲狀態(tài)包括標(biāo)示為S·和Em的存儲狀態(tài)，分別對應(yīng)于相對高和相對低的電阻值。負(fù)的重置電壓可以切換上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值至電阻值Ε_， 而正的設(shè)定電壓(+Y511)可以切換上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值至電阻值叢1。對于電阻值切換裝置122d有兩個想要的條件組。第一條件組滿足以下兩個條件(Ia)及(Ib)(la)+Veeset > +Vm(lb) |-VSET| > I-YmilI第二條件組滿足以下兩個條件Qa)及(Ib)(2a)+Veeset < +Vm(2b) |-VSET| < I-VRmeiI參考圖23至圖沈，描述了滿足第一條件組的電阻值切換裝置122d的實施例。參考圖27至圖30，描述了滿足第二條件組的電阻值切換裝置122d的實施例。圖23至圖25繪示了滿足條件(Ia)和(Ib)的第一組的電阻值切換裝置122d實施例的電阻值切換特性的圖式。更具體地說，圖23顯示上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換特性，圖M顯示下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換特性，以及圖25顯示根據(jù)目前實施例電阻值切換裝置122d的整體電阻值切換特性。如圖23，跨越上部存儲結(jié)構(gòu)652的正電壓+Vkeset會導(dǎo)致上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭缴喜看鎯Y(jié)構(gòu)652的負(fù)電壓-Vset會導(dǎo)致上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換到與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值。如圖M所示，跨越下部存儲結(jié)構(gòu)654的正電壓+Y511會導(dǎo)致下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Em相關(guān)聯(lián)的電阻值。跨越下部存儲結(jié)構(gòu)654的負(fù)電壓-Y·會導(dǎo)致下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換到與存儲狀態(tài)2_相關(guān)聯(lián)的電阻值。圖23和圖M所示的上部存儲結(jié)構(gòu)652和下部存儲結(jié)構(gòu)6M的組合，導(dǎo)致存儲裝置具有如圖25所示的四種存儲狀態(tài)。存儲狀態(tài)A至D中的每一個均與上部存儲結(jié)構(gòu)652和下部存儲結(jié)構(gòu)654的存儲狀態(tài)的電阻值的各自總和相關(guān)聯(lián)。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)肪4的電阻值具有與存儲狀態(tài)Smil 相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)A，使得存儲狀態(tài)A的電阻值切換裝置122d的整體電阻是 &ET+Smii。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)肪4的電阻值具有與存儲狀態(tài)2_相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)B，使得存儲狀態(tài)B的電阻值切換裝置122d的整體電阻值是E_+Rkeset。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值具有與存儲狀態(tài)Esei相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)C，使得存儲狀態(tài)C的電阻值切換裝置122d的整體電阻值是 Em+RSET。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值具有與存儲單元狀態(tài)E5I相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)D，使得存儲狀態(tài)D的電阻值切換裝置122d的整體電阻是Ese^Rkesetij因此，電阻值切換裝置122d可以實現(xiàn)為具有存儲狀態(tài)A、B、C和D四種狀態(tài)的存儲裝置。參考圖沈，其根據(jù)滿足第一組條件(Ia)和(Ib)的一種四狀態(tài)存儲裝置實施例，描述讀取電阻值切換裝置122d的流程。首先，于方塊700，電阻值切換裝置122d已經(jīng)被編程為存儲狀態(tài)A、B、C、或D的其中一種。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122d，以決定存儲狀態(tài)A至D的其中一種被寫入電阻值切換裝置122d。在方塊702，決定電阻值切換裝置122d的電阻值。電阻值切換裝置122d的電阻值可以預(yù)期為分別與存儲狀態(tài)A至D相關(guān)聯(lián)的四種電阻值的其中之一。若電阻值R = &ET+Em被偵測出，此流程結(jié)束于方塊704，并確定電阻值切換裝置122d 的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)C (Rset+Esi)。若電阻值R = Rreset+RRESEI被偵測出，此流程結(jié)束于方塊 705,并確定電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)B (Rkeset+·)。在目前實施例，與 Rset相關(guān)聯(lián)的電阻值大致上等于與S511相關(guān)聯(lián)的電阻值，并且與Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值大致上等于與E·相關(guān)聯(lián)的電阻值。因此，于方塊702第三種可能性是電阻值為R = RkeseJE511 = &ετ+Ε_。若這第三種可能性發(fā)生，此流程將繼續(xù)，以便區(qū)分存儲狀態(tài)A (Rset+S_)和 D (Rreset+Eset) °接著在方塊706中，電壓Vdetekmine施加于整個電阻值切換裝置122d，然后在方塊 708中測量電阻值切換裝置122d的電阻值。在此實施例，Vdeteemine的電壓被選擇，以使若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A時將會導(dǎo)致下部存儲結(jié)構(gòu)6M從切換至Esi，但若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)D時不會產(chǎn)生任何改變。因此，Vdeteemine的電壓是介于+Y511和+Y·之間。在方塊708中，再次確定電阻值切換裝置122d的電阻值。若在方塊708偵測到的電阻值為R = Rreset+RSEI'因為電阻值沒有通過Vdeteemine的施加而改變，故可確定存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)D，因此，此流程結(jié)束在方塊710，并確定電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)的是存儲狀態(tài)D。反的，，若在方塊708偵測到的電阻為R = REESET+Rm,因為電阻值通過Vdeteemine的施加而改變了，故可以確定存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A。請注意在這種情況下，Vdetekmine的施加將下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值從S·切換至Esi。因此，此流程繼續(xù)方塊712，其中下部存儲結(jié)構(gòu)6M的電阻值切換至S·(例如，透過-Ymil的施加)，使電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)是不會受目前讀取流程擾亂。然后，此方法于方塊714結(jié)束，確定電阻值切換裝置122d 的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)A。圖27至圖四繪示電阻值切換裝置122d實施例的電阻值切換特性圖，其滿足條件 (2a)和Qb)的第二組。更具體地說，圖27顯示上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換特性，圖 28顯示下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換特性，圖四顯示根據(jù)本實施例的電阻值切換裝置 122d的整體電阻值切換特性。如圖27，跨越上部存儲結(jié)構(gòu)652的正電壓+Vkeset會導(dǎo)致上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換到與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭缴喜看鎯Y(jié)構(gòu)652的負(fù)電壓-Vset會導(dǎo)致上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值切換到與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值。如圖觀，跨越下部存儲結(jié)構(gòu)654的正電壓+Y8i會導(dǎo)致下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換到與存儲單元狀態(tài)Em相關(guān)聯(lián)的電阻值?？缭较虏看鎯Y(jié)構(gòu)654的負(fù)電壓-Y·會導(dǎo)致下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換到與存儲單元狀態(tài)2_相關(guān)聯(lián)的電阻值。圖27和圖觀所示的上部存儲結(jié)構(gòu)652和下部存儲結(jié)構(gòu)654的組合，導(dǎo)致存儲裝置具有圖四所示的四種存儲狀態(tài)。存儲狀態(tài)A至D中的每一個均是與上部存儲結(jié)構(gòu)652 和下部存儲結(jié)構(gòu)654的存儲狀態(tài)的電阻的各自總和相關(guān)聯(lián)。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)肪4的電阻值具有與存儲狀態(tài)Smil 相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)A，使得存儲狀態(tài)A的電阻值切換裝置122d的整體電阻值是&ετ+Ε_。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值具有與存儲單元狀態(tài)Esi相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲單元狀態(tài) B，使得存儲狀態(tài)B的電阻值切換裝置122d的整體電阻值是Esi+Rset。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652 的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeet相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)肪4的電阻值具有與存儲狀態(tài)E·相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲單元狀態(tài)C，使得存儲狀態(tài)C的電阻值切換裝置122d 的整體電阻值是S_+Rkeset。當(dāng)上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值具有與存儲狀態(tài)Rkeset相關(guān)聯(lián)的電阻值以及下部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值具有與存儲狀態(tài)E5i相關(guān)聯(lián)的電阻值時，發(fā)生存儲狀態(tài)D，使得存儲狀態(tài)D的電阻值切換裝置122d的整體電阻是Sm+RKESET。因此，電阻值切換裝置122d可以實現(xiàn)為具有存儲狀態(tài)A、B、C和D的四種狀態(tài)存儲裝置。參考圖30，其繪示讀取流程的流程圖，結(jié)合圖式與實施例描述讀取電阻值切換裝置122d的方法，該實施例為滿足條件Oa)和Ob)的第二組的四狀態(tài)的存儲裝置的實施例。首先，于方塊800，電阻值切換裝置122d已經(jīng)被編程為存儲狀態(tài)A、B、C、或D的其中一種。此流程的其余部分將允許讀取電阻值切換裝置122d，以決定存儲狀態(tài)A至D的其中一種被寫入電阻值切換裝置122d。于方塊802，決定電阻值切換裝置122d的電阻值。電阻值切換裝置122d的電阻值可預(yù)期為與存儲狀態(tài)A至D分別對應(yīng)的的四種電阻值之一。若電阻值R = I^AEsi被檢出， 此流程結(jié)束于方塊804，并決定電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)B(Rset+E@)。 若電阻值R = Rkeset+S·被偵檢出，此流程結(jié)束于方塊805，并決定電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)C(Rkeset+S·)。在目前實施例，與相關(guān)的電阻值大致上等于與Em相關(guān)的電阻值，并且與Rkeset相關(guān)的電阻值大致上等于與S·相關(guān)的電阻值。因此，于方塊802第三種可能性是電阻值為R = REEsET+Rm = &et+E_。若這第三種可能性發(fā)生，則此流程將繼續(xù)，以便區(qū)分存儲狀態(tài) A (RSET+Reesei)和存儲狀態(tài) D (REESET+Em)。接著在方塊806中，施加電壓Vdetekmine于整個電阻值切換裝置122d，然后在方塊 808中測量電阻值切換裝置122d的電阻值。在此實施例，Vdeteemine的電壓是被選擇的，使得若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A時將會導(dǎo)致上部存儲結(jié)構(gòu)652從切換至Rkeset，但若存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)D時則不會產(chǎn)生任何改變。因此，Vdetekmine的電壓是介于+Vkeset和+Vset兩者之間。在方塊808中，再次決定電阻值切換裝置122d的電阻。若在方塊808偵測到的電阻值為R = RKESET+Em，可決定存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)D，因為電阻值并沒有因為Vdetekmine的施加而改變。因此，此流程在方塊810結(jié)束并確定電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)的是存儲狀態(tài)D。反的，若在方塊808偵測到的電阻值為R = Rkeset+S_，可以決定存儲狀態(tài)為存儲狀態(tài)A，其乃因為電阻值通過Vdetekmine的施加而改變。注意在這種情況下，Vdeteemine的施加將上部存儲結(jié)構(gòu)652的電阻值從切換至Rkeset。因此，此流程繼續(xù)方塊812，其中上部存儲結(jié)構(gòu)654的電阻值切換回到(例如，透過-Vset的施加)，使電阻值切換裝置122d的存儲狀態(tài)是不會受目前讀取流程擾亂。然后，此流程于方塊814結(jié)束，確定電阻值切換裝置122d 的存儲狀態(tài)是存儲狀態(tài)A。圖31繪示將存儲單元編程的流程的流程圖。此編程流程開始于方塊900，例如包括使用一個寫入使能訊號。在方塊902，判斷目前寫入是否為擦除存儲單元。若是，此流程繼續(xù)方塊904，而擦除存儲在晶體管120的資料。例如，若該晶體管120是一個浮柵晶體管， 透過FN電子穿隧而擦除晶體管120。例如，在此種實施例中，晶體管120可設(shè)置具有范圍在-7伏特至-8伏特的擦除柵極電壓Vg，使得在施加擦除柵極電壓Vg期間，RHS位可以利用施加4. 5伏特的漏極電壓和0伏特的源極電壓來進(jìn)行擦除；LHS位可以利用施加0伏特的漏極電壓和4. 5伏特的源極電壓來進(jìn)行擦除。在方塊906，晶體管120被編程，在方塊908電阻值切換裝置122被編程。然后該編程操作在方塊910結(jié)束。晶體管120和電阻值切換裝置122設(shè)置成晶體管120的編程電壓不會干擾電阻值切換裝置122的存儲狀態(tài)，反的亦然。此外，當(dāng)電阻值切換裝置122被編程時，將晶體管120 起動的柵極電壓Vg被選定為小于將該晶體管120編程時的柵極電壓，但大于晶體管120的閾值電壓。這使得晶體管20被啟動，而得以對電阻值切換裝置122進(jìn)行編程，而不會影響晶體管120的編程狀態(tài)。一個特定的非限制的例子包括晶體管120，其具有范圍在7伏特至12伏特 (500ns)的編程(PROGRAM)柵極電壓，能夠儲存第一位和第二位(RHS位和LHS位)。RHS位可以使用Vd = 3. 5伏特和Vs = Vb = 0伏特來進(jìn)行編程；在LHS位可以使用Vd = Vb = 0 伏特及Vs = 3. 5伏特來進(jìn)行編程。在這個例子中，擦除(ERASE)柵極電壓的范圍在_7伏特和-8伏特。RHS位可以使用Vd = 4. 5伏特和Vs = Vb = 0伏特來進(jìn)行擦除；LHS位可以使用Vd = Vb = 0伏特和Vs = 4. 5伏特來擦除。電阻值切換裝置122包括RRAM，其中設(shè)定(SET)電壓為+/-2伏，而重置(RESET)電壓為+/-3伏特。當(dāng)施加給晶體管120的柵極電壓小于編程柵極電壓但大于晶體管120的閾值電壓Vt時，電壓被施加至電阻值切換裝置122。這僅僅是提供了明確用途的一個例子，還可以有許多的其它實施方式。圖32繪示讀取存儲單元112的流程的流程圖。讀取流程開始于方塊900，例如包括使用讀取使能訊號(Read Enable signal)。于方塊952，讀取來自晶體管120及電阻值切換裝置的數(shù)據(jù)，然后該流程于方塊％4結(jié)束。在方塊952的讀取操作視所使用的晶體管類型和電阻值切換裝置類型而有所改變。例如，讀取操作可以包括本文所述方法中電阻值切換裝置122的各種實施例。柵極電壓Vg將被設(shè)定為一個預(yù)定的讀取柵極電壓(predetermined READ gate voltage)，則漏極電壓Vd和源極電壓Vs便被設(shè)定。透過電阻值切換裝置122 的電阻也被測量。在上述特定例子中，RHS位可以利用施加Vd = 1. 6伏特和Vs = Vb = 0伏特而讀取(并且電阻值切換裝置122的電阻值R也被測量)；LHS位可以利用施加Vd = Vb = 0伏特和Vs = 1. 6伏特而讀取(并且電阻值切換裝置122的電阻R也被測量)。雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種存儲裝置，包括一存儲單元陣列，其中至少一存儲單元包括晶體管，其具有第一端、第二端和柵極端，所述晶體管的閾值電壓在與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換；以及電阻值切換裝置，其與所述晶體管的所述第一端和所述第二端中的一端串聯(lián)，所述電阻值切換裝置在與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同電阻值之間切換。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一界面區(qū)和第二界面區(qū)，所述第一界面區(qū)和所述第二界面區(qū)各自具有不同的電阻值切換特性。
3.如權(quán)利要求2所述的存儲裝置，其中所述第一界面區(qū)和所述第二界面區(qū)中的至少一個包括至少一部分介質(zhì)層。
4.如權(quán)利要求3所述的存儲裝置，其中所述介質(zhì)層包括氧化鎢層。
5.如權(quán)利要求2所述的存儲裝置，其中所述第一界面區(qū)的電阻值切換特性與所述第二界面區(qū)的電阻值切換特性是對稱的。
6.如權(quán)利要求2所述的存儲裝置，其中所述第一界面區(qū)的電阻值切換特性與所述第二界面區(qū)的電阻值切換特性是非對稱的。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一可編程金屬化存儲單元。
8.如權(quán)利要求7所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第二可編程金屬化存儲單元。
9.如權(quán)利要求8所述的存儲裝置，其中所述第一可編程金屬化存儲單元包括以第一存儲層作為第一固體電解質(zhì)層，以及所述第二可編程金屬化存儲單元包括以第二存儲層作為第二固體電解質(zhì)層。
10.如權(quán)利要求9所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置的介質(zhì)層包括配置在所述第一固體電解質(zhì)層和所述第二固體電解質(zhì)層之間的可氧化電極層。
11.如權(quán)利要求8所述的存儲裝置，其中所述第一可編程金屬化存儲單元和所述第二可編程金屬化存儲單元各有不同的電阻值切換特性。
12.如權(quán)利要求11所述的存儲裝置，其中所述第一可編程金屬化存儲單元的電阻值切換特性與所述第二可編程金屬化存儲單元的電阻值切換特性是對稱的。
13.如權(quán)利要求11所述的存儲裝置，其中所述第一可編程金屬化存儲單元的電阻值切換特性與所述第二可編程金屬化存儲單元的電阻值切換特性是非對稱的。
14.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一存儲結(jié)構(gòu)和第二存儲結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的存儲裝置，其中所述第一存儲結(jié)構(gòu)包括電阻性隨機(jī)存取存儲器(RRAM)、磁阻性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)和鐵電隨機(jī)存取存儲器(FRAM)其中一種。
16.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其中所述晶體管包括浮柵。
17.一種存儲裝置，包括第一控制線；第二控制線；存儲單元，其與所述第一控制線和所述第二控制線通訊，所述存儲單元包括晶體管，具有第一端、第二端和柵極端，所述晶體管的閾值電壓在與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同的閾值電壓之間切換；以及電阻值切換裝置，其與所述晶體管的所述第一端和所述第二端中的一端串聯(lián)，所述電阻值切換裝置在與存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同電阻值之間切換。
18.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述柵極端連接至所述第二控制線。
19.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述第一控制線和所述第二控制線被控制， 以存儲數(shù)據(jù)于所述晶體管和存儲數(shù)據(jù)于所述電阻值切換裝置。
20.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述第一控制線和所述第二控制線被控制， 以讀取所述晶體管的數(shù)據(jù)和讀取所述電阻值切換裝置的數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一界面區(qū)和第二界面區(qū)，所述第一界面區(qū)和所述第二界面區(qū)具有各自不同的電阻值切換特性。
22.如權(quán)利要求21所述的存儲裝置，其中所述第一界面區(qū)和所述第二界面區(qū)中的至少一個包括至少一部分介質(zhì)層。
23.如權(quán)利要求22所述的存儲裝置，其中所述介質(zhì)層包括氧化鎢層。
24.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一可編程金屬化存儲單元。
25.如權(quán)利要求M所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第二可編程金屬化存儲單元。
26.如權(quán)利要求25所述的存儲裝置，其中所述第一可編程金屬化存儲單元包括以第一存儲層作為第一固體電解質(zhì)層，以及所述第二可編程金屬化存儲單元包括以第二存儲層作為第二固體電解質(zhì)層。
27.如權(quán)利要求沈所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置的介質(zhì)層包括配置在所述第一固體電解質(zhì)層和所述第二固體電解質(zhì)層之間的可氧化電極層。
28.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述電阻值切換裝置包括第一存儲結(jié)構(gòu)和第二存儲結(jié)構(gòu)。
29.如權(quán)利要求觀所述的存儲裝置，其中所述第一存儲結(jié)構(gòu)包括電阻性隨機(jī)存取存儲器、磁阻性隨機(jī)存取存儲器和鐵電隨機(jī)存取存儲器其中一種。
30.如權(quán)利要求17所述的存儲裝置，其中所述晶體管包括浮柵。
31.一種半導(dǎo)體存儲裝置的讀取存儲單元的方法，所述方法包括檢測所述存儲單元的晶體管的閾值電壓，所述晶體管的閾值電壓在與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換；以及檢測所述存儲單元的電阻值切換裝置的電阻值，所述電阻值切換裝置與所述晶體管串聯(lián)，所述電阻值切換裝置在與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個電阻值之間切換。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中檢測所述晶體管的所述閾值電壓步驟包括在所述晶體管的柵極端施加第一電壓并且在所述存儲單元施加第二電壓，當(dāng)所述第一電壓超過所述晶體管的目前編程的閾值電壓時，使得電流流過所述電阻值切換裝置。
33.如權(quán)利要求第31項所述的方法，其中檢測所述電阻值切換裝置的所述電阻值的步驟包括允許電流流過所述晶體管。
全文摘要
一種存儲裝置，其包括一存儲單元陣列，每一存儲單元能夠儲存多位數(shù)據(jù)。每一存儲單元包含可編程晶體管，其與電阻值切換裝置串聯(lián)。晶體管的閾值電壓可在與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的多個不同閾值電壓之間切換。電阻值切換裝置可在多個與各存儲狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的不同電阻值之間切換。
文檔編號H01L27/24GK102263122SQ20101019414
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者李峰旻, 簡維志, 陳逸舟 申請人:旺宏電子股份有限公司